专利名称：一种经皮无创伤检测皮下物质浓度的试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及无创伤检测技术领域，具体涉及一种利用电离渗透原理经皮无创伤检测皮下目标物质浓度的试验装置及方法。
背景技术：
通过在皮肤表面施加恒定的电流，就会从皮肤表面到皮下组织之间形成一个恒定的电流通道，在皮肤表面到皮下组织之间的电流通道是通过带电离子流来实现的，当带电离子从皮下组织运动到皮肤表层时，就会将皮下组织液中的某些物质(例如葡萄糖)携带到皮肤的表面，这就是电离渗透的反离子抽取法。
目前，要检测皮下组织中某些物质的浓度，传统的检测方法要求在每次检测时，需要手指刺血或者静脉取血，然后通过电化学或光学等方法来检测出血液中目标物质的浓度。传统方法优点是准确，缺点是需要抽取血样来检测，需专业人员操作，而且抽取血样会给病人带来很大的痛苦和不方便，增加传染疾病的机会。尤其是对于糖尿病人，推荐检测次数为4-6次/天，以便于采取措施控制血糖的浓度。如果按照传统的取血检测血糖浓度的方法，就会使许多病人难以承受频繁针刺的痛苦，致使实时检测以便于及时控制血糖浓度的措施无法实现。因此，一种能简单、快速、精确、无创测定皮下目标物质的测试方法，就成了急需解决的课题。
本发明就是提供了一种经皮无创伤检测皮下物质浓度的试验装置。利用该试验装置可以完成经皮抽取和检测皮下目标物质的浓度，并且能够实现长时间监控皮下目标物质浓度的变化情况。该试验装置操作简单方便、造价低廉，可以很方便进行经皮无创伤检测皮下物质浓度的试验研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种进行经皮无创伤测定皮下目标物质浓度试验研究的试验装置，并且能够实现连续取样和实时检测，该试验装置操作简单、快速方便。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种经皮无创伤检测皮下物质浓度的试验装置，其利用电离渗透原理经皮无创检测人或者动物皮下目标物质的浓度，该试验装置以被试验物的皮肤为界分上下两个部分，皮上部分为取样和检测所用容器，皮下部分为盛放被检测部分的容器，两个部分衔接处设有连接件；其所述皮上部分有两个相互独立的通孔，分别为正、负电极室；皮下部分为一个中空的主圆柱体，主圆柱体下口密封，上口有两个相互独立的通孔，其位置和大小与皮上部分相互独立的两个通孔相适配；主圆柱体一侧壁有一个小孔，并用塞密封，另一侧壁也有一个小孔，与另一个细长的中空次圆柱体密封连接，次圆柱体的高度大于主圆柱体的高度，两个圆柱体形成连通器。
所述的试验装置，其所述上下两个部分相互独立的两个通孔之间，于下部主圆柱体两个通孔上口上覆盖被试验的皮肤，表皮朝上，皮肤大小能够将两个通孔覆盖。
所述的试验装置，其所述皮上部分与皮下部分通过连接件紧压固接在一起，其中，皮上部分两个通孔与皮下部分两个通孔的位置正对，使紧压在中间的皮肤将上下两个通孔密封隔离。
所述的试验装置，其所述连接件，为螺栓、螺母。
所述的试验装置，其所述中空的主圆柱体中，设有磁力搅拌转子。
所述的试验装置，其所述塞，为橡皮塞。
一种所述的试验装置的使用方法，其包括步骤S1、在正、负电极室中注入适量事先配制好的溶液，溶液的成分和浓度与所要检测的目标物质有关；并在正、负电极室的溶液中插入取样电极和检测电极；S2、在皮下中空圆柱体内注入事先配制好的模拟皮下组织液成分及其浓度的溶液，溶液要与圆柱体上侧覆盖的被试验皮肤紧密接触，中间无残存气泡；S3、通电检测。
所述的使用方法，其还有S4步，将注射器插入用橡皮塞密封的小孔中，通过注射器调节皮下溶液中目标物质的浓度。
所述的使用方法，其在S3步通电检测过程中，磁力搅拌转子开始进行搅拌。
图1为本发明试验装置的立体图；图2为本发明试验装置的示意图；图3为具体实施例的检测结果。
具体实施例方式
见图1、图2，本发明试验装置以被试验物的皮肤为界分上下两个部分，皮上部分为取样和检测所用容器，皮下部分为盛放被检测部分的容器，两个部分衔接处各自设有翻边，翻边上有相互对应的孔10，通过螺栓11、螺母12和该孔10，可将上下两个部分连接紧固。
皮上部分有两个相互独立的通孔2、3，分别为正、负电极室；皮下部分为一个中空的主圆柱体1，主圆柱体1下口密封，上口有两个相互独立的通孔2a、3a，其位置和大小与皮上部分相互独立的两个通孔2、3相适配；主圆柱体1一侧壁有一个小孔，并用橡皮塞9密封，另一侧壁也有一个小孔，与另一个细长的中空次圆柱体1a密封连接，次圆柱体1a的高度大于主圆柱体1的高度，两个圆柱体1、1a形成连通器。
利用本发明试验装置进行经皮无创伤检测皮下目标物质浓度的试验研究，包括以下几个操作步骤1)取具有生物活性的动物皮肤8，按照如图2方式装配好，表皮朝上，旋紧螺栓11、螺母12。
2)在皮下主圆柱体1的溶液室中注入事先配制好的模拟皮下组织液成分及其浓度的溶液要求皮下溶液要与皮肤紧密接触，中间不能残存有气泡。
3)在皮上正电极室2和负电极室3中注入适量事先配制好的溶液，溶液的成分和浓度与所要抽取和检测的目标物质有关。
4)在正负电极室中插入取样电极4，在取样电极4上通入恒电流(电流密度的大小与所要抽取和检测的目标物质有关)并持续1小时左右的时间，同时磁力转子7快速旋转，使皮下溶液浓度均匀。本步骤的目的是使反离子渗透的通道得以打开。
5)取样按照步骤3更换新的正负电极室中的溶液，在正负电极室中插入取样电极4和检测电极5，在取样电极4上通入恒电流并持续一定时间，电流密度的大小和通电时间的长短与所要抽取和检测的目标物质有关。并取皮下溶液适量进行检测。
6)检测当取样结束，检测电极5通电，通过接入一定的检测电路，即可获得所抽取的目标物质的浓度。对皮下溶液中目标物质和抽取到皮肤表面的目标物质的检测方法不固定，可以是物理、化学、电化学、生物化学或者光化学等检测方法，图2是以电化学和生物化学相结合的检测方法(即酶的生物催化和电子转移)举例说明。检测步骤5)所取的皮下溶液，可以获得皮下目标物质的浓度。
7)用注射器6抽取高浓度的目标物质，通过橡皮塞9插入下溶液室，调节皮下溶液室中目标物质的浓度，重复步骤5)、6)、7)。
以下以葡萄糖作为被检测的目标物质，详细说明本方法的具体实施过程。
需要配制的溶液50ml溶液I133mM NaCl，25ml HEPES，PH值调至7.4；1ml溶液II1M的glucose溶液；1ml溶液III0.5M的EDTA溶液；设备和器材CHI电化学工作站，精密电子天平，HANNA PH计，冰箱，100ul的注射器一个，1000ul可调移液枪1个，200ul液枪1个，10ul移液枪1个，1000ul移液枪头若干，200液枪头若干，10移液枪头若干，一次性塑胶手套若干。
取样电极的材料为银/氯化银，有效面积大约0.5cm2检测电极的材料为金，其上附有固定GOD(葡萄糖氧化酶)和电子媒介体的PEO凝胶。
具体的实施步骤如下1.取具有生物活性裸鼠皮肤8一块，按照如图2方式装配好，裸鼠皮肤的大小能够覆盖正、负电极室的两个通孔，表皮朝上。
2.在皮下溶液室1中注入足量事先配制好的溶液I，要求皮下溶液要与皮肤紧密接触，中间不能残存有气泡。
3.在皮上正电极室2中注入500ul的溶液I，负电极室3中注入490ul的溶液I和10ul的溶液II，这时负电极室3中EDTA的浓度为10mM，EDTA的作用是能增加阴极对皮下glucose的抽取量。
4.利用CHI电化学工作站输出0.5mA/cm2的恒定电流，接入正负电极室中的取样电极4，通电1h。同时使磁力转子7搅拌下溶液室1中溶液，使其浓度均匀。
5.按照步骤3更换新的正电极室2和负电极室3中溶液，在正负电极室中插入取样电极4和检测电极5，利用CHI电化学工作站输出0.5mA/cm2的恒定电流，接入正负电极室中的取样电极4，通电20min。并取皮下溶液15ul待测。
6.正负电极室2、3中的检测电极5接入CHI电化学工作站，可以分别检测出正负电极室2、3中抽取出的glucose的浓度。检测步骤5所取的皮下溶液，可以获得皮下glucose的浓度。
7.利用注射器6向皮下溶液中注入30ul，1M的glucose溶液，可使皮下溶液中glucose的浓度增大。
8.重复步骤5、6、7三次。
9.吸取皮下溶液室1中溶液10ml，再向皮下溶液室注入10ml溶液I，可使皮下溶液中glucose的浓度减小。
10.重复步骤5、6、9三次。
权利要求
1.一种经皮无创伤检测皮下物质浓度的试验装置，其利用电离渗透原理经皮无创检测人或者动物皮下目标物质的浓度，该试验装置以被试验物的皮肤为界分上下两个部分，皮上部分为取样和检测所用容器，皮下部分为盛放被检测部分的容器，两个部分衔接处设有连接件；其特征在于，所述皮上部分有两个相互独立的通孔，分别为正、负电极室；皮下部分为一个中空的主圆柱体，主圆柱体下口密封，上口有两个相互独立的通孔，其位置和大小与皮上部分相互独立的两个通孔相适配；主圆柱体一侧壁有一个小孔，并用塞密封，另一侧壁也有一个小孔，与另一个细长的中空次圆柱体密封连接，次圆柱体的高度大于主圆柱体的高度，两个圆柱体形成连通器。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述上下两个部分相互独立的两个通孔之间，于下部主圆柱体两个通孔上口上覆盖被试验的皮肤，表皮朝上，皮肤大小能够将两个通孔覆盖。
3.如权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于，所述皮上部分与皮下部分通过连接件紧压固接在一起，其中，皮上部分两个通孔与皮下部分两个通孔的位置正对，使紧压在中间的皮肤将上下两个通孔密封隔离。
4.如权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述连接件，为螺栓、螺母。
5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述中空的主圆柱体中，设有磁力搅拌转子。
6.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述塞，为橡皮塞。
7.一种如权利要求1、2或3所述的试验装置的使用方法，其特征在于，包括步骤S1、在正、负电极室中注入适量事先配制好的溶液，溶液的成分和浓度与所要检测的目标物质有关；并在正、负电极室的溶液中插入取样电极和检测电极；S2、在皮下中空圆柱体内注入事先配制好的模拟皮下组织液成分及其浓度的溶液，溶液要与圆柱体上侧覆盖的被试验皮肤紧密接触，中间无残存气泡；S3、通电检测。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，还有S4步，将注射器插入用橡皮塞密封的小孔中，通过注射器调节皮下溶液中目标物质的浓度。
9.如权利要求5或7所述的使用方法，其特征在于，在S3步通电检测过程中，磁力搅拌转子开始进行搅拌。
全文摘要
本发明一种经皮无创伤检测皮下物质浓度的试验装置及方法，其利用电离渗透原理经皮无创检测人或者动物皮下目标物质的浓度，该试验装置以皮肤为界分上下两个部分，皮上部分为取样和检测部分，皮下部分为被检测部分。利用该试验装置，可以将皮下组织液中的某些物质抽取到皮肤的表面，被抽取到皮肤表面的物质的量能跟随皮下物质浓度的变化而变化，从而实现经皮无创检测人或者动物皮下目标物质浓度。本发明的一个重要应用就是能够实现利用电渗原理经皮无创检测人体血糖浓度变化。
文档编号G01N33/48GK1991363SQ20061008399
公开日2007年7月4日 申请日期2006年6月16日 优先权日2005年12月28日
发明者刘剑, 蔡新霞, 刘春秀, 刘红敏, 杨庆德, 姜利英 申请人:中国科学院电子学研究所