用于透析应用的线路中的传感器的制作方法

专利名称：用于透析应用的线路中的传感器的制作方法
技术领域：
本专利通常涉及医疗流体传递系统和方法。更具体地，本专利公开了用于感测和 测量透析中涉及的流体中的物质的微机电系统(MEMS)的系统、方法和设备，所述流体诸如 腹膜透析液、血液透析液和血液。
背景技术：
由于各种原因，人的肾脏系统可能会衰竭。肾功能衰竭生产若干个生理障碍和困 难。水、矿物质和日常排泄代谢负载的平衡是不可能的，并且有毒的氮代谢终产物(尿素， 肌酸酐，尿酸等)可能在血液和组织中累积。使用透析来治疗肾功能衰竭和肾功能降低。透析从身体去除原本应由正常工作的 肾去除的废物、毒素和多余的水分。替代肾功能的透析治疗对是很多人是至关重要的，因为 该治疗能够挽救生命。血液透析和腹膜透析是通常用于治疗肾功能丧失的两种类型的透析疗法。血液透 析(“HD”)治疗利用病人的血液以从病人去除废物、毒素和多余的水分。病人连接到血液 透析机，并且通过该血液透析机泵送病人的血液。导管或针被插入病人的静脉和动脉，或者 人工移植物，从而血液可以流到血液透析机和从血液透析机流出。血液通过血液透析机的 透析器，透析器从血液去除废物、毒素和多余的水分。清洁后的血液被返回到病人。在单次 血液透析治疗期间，消耗大量透析液来透析血液，例如，大约120升。血液透析治疗持续几 个小时，且通常在治疗中心每周执行大约3或4次。另一种形式的涉及血液的肾功能衰竭治疗是血液过滤(“HF”)，是一种可选择的 肾脏替代疗法，依赖来自病人的血液的毒素的对流运输。通过在治疗期间将取代或补充液 添加到体外回路(通常10到90升这种流体)来实现这种治疗。该取代液以及在治疗之间 由病人积累的液体通过HF治疗的过程被超过滤，提供了对流传输机制，该对流传输机制特 别有利于去除中和大分子。血液透析滤过(“HDF”)是另一种血液治疗方式，其结合对流和扩散清除。HDF使 用透析液以流过透析器，与标准血液透析类似，提供扩散清除。另外，将取代溶液直接提供 给体外回路，提供对流清除。腹膜透析使用透析溶液，被称为透析液，该透析溶液通过导管被注入病人的腹腔。 透析液与腹腔的腹膜接触。废物、毒素和多余水分从病人的血液流，由于扩散和渗透，即跨 腹膜发生渗透梯度，流过腹膜并且进入透析液。用过的透析液从病人排出，从病人去除废 物、毒素和多余的水分。重复这种循环。存在各种类型的腹膜透析疗法，包括持续不卧床腹膜透析(“CAPD”)、自动腹膜透 析(“APD”)、潮汐流APD和持续流腹膜透析(“CFPD”)。CAPD是人工透析治疗。病人手动 地将植入导管连接到排出管，允许用过的透析液从腹腔排出。然后，病人将导管连接到一袋 新鲜的透析液，将新鲜的透析液通过导管注入病人体内。病人断开导管与新鲜透析液袋的 连接，且允许透析液滞留腹腔内，其中，发生废物、毒素和多余的水分的转移。在滞留周期之后，病人重复人工透析过程，例如，每天4次，每次治疗持续大约1个小时。人工腹膜透析需要大量时间和病人的大量努力，留下足够的空间以供改善。自动腹膜透析(“APD”)在透析治疗包括排出、填充和滞留循环方面与CAPD类似。 然而，APD机自动执行循环，通常在病人睡觉时。APD机将病人从日间必须手动执行治疗循 环以及必须运输供给解脱出来。APD机流体地连接到植入导管，且流体地连接到新鲜透析液 的源或袋以及流体排出管。APD机将新鲜透析液从透析液源泵出，通过导管，进入病人的腹 腔，并且允许透析液滞留在腹腔内，以及允许进行废物、毒素和多余的水分的传输。所述源 可以是多个无菌透析溶液袋。APD机将用过的透析液从腹腔泵出，通过导管，到达排出管。如人工处理那样，在 APD期间发生若干排出、填充和滞留循环。“末次填充”可以在CAPD和APD结束时发生，其 保留在病人的腹腔内直到下次治疗。CAPD和APD两者是将用过的透析液发送到排出管的间歇式系统。潮汐流系统是修 改的间歇式系统。使用潮汐流，代替在较长时间段期间从病人去除全部液体，在较小的时间 增量之后，去除和替换部分液体。连续流或CFPD系统可以对用过的透析液进行清洁或再生，而不是将用过的透析 液丢弃。系统通过回路将液体泵入病人和从病人泵出。透析液通过一个导管管腔流入腹腔， 且从另一导管管腔流出来。脱离病人的液体通过重建装置，所述重建装置从透析液去除废 物，例如，通过采用尿素酶将尿素酶促转化成氨的尿素清除柱。然后，通过在将透析液再引 入腹腔之前吸附，从透析液去除氨。采用附加传感器以监视氨的去除。CFPD系统通常比间 歇式系统更复杂。在上述每一种肾功能衰竭治疗系统中，重要的是，监视和控制透析液的组成，包括 用于制造透析液的水。引入水的纯度明显很重要。在家用情况下，通常不控制或监视来自 城市给水干管或个人井的水。一旦制成透析液，至少检查其完整组成是有用的，以至少确保 使用适当的液体。目前，在不将采样送到实验室进行测试和分析的情况下不能实现。如果 多于一种类型的液体用于腹膜或其他透析治疗，则检查各个容器的组成是有用的，以确保 已经获得适当的容器且将适当的容器正确地连接到腹膜透析机。透析液可以用于多于一次的通过，S卩，血液透析液在被过滤或净化之前可以多次 路由通过透析器，以及腹膜透析液也可用于多通过疗法。目前，在不取得样品并将其发送到 实验室进行分析的情况下，并没有简单的方法来监视在第一通过之前或者在第一或第二通 过之后的流体的组成。在流体回路中的一个或多个点处使用多个标准传感器将非常昂贵， 并且还将占据在家庭护理或甚至在机构护理设置中在病人床边无法获得的空间。

发明内容
本发明有很多实施例，其中，MEMS传感器用于感测和量化透析液以及透析液中使 用的水中感兴趣的被分析物。MEMS传感器能够用于意图用于腹膜透析和血液透析两者的透 析液中。在本发明的第一实施例中，提供一种用于制备透析液的系统。所述系统包括第一 净化器皿，包括用于水的净化介质；以及用于泵送或测量水的装置。所述系统还包括用于 加热水的加热器；和混合室，被配置用于从所述装置接收水以及用于将水与浓缩物混合以形成新鲜透析溶液。提供一种过滤器，用于过滤新鲜透析溶液；以及微机电系统(MEMS)传 感器，布置为与从第一净化器皿、所述加热器、所述混合室和所述过滤器中选择的器皿的输 出流体连通。

在本发明的第二实施例中，提供一种用于制备透析液的系统。所述系统包括第一 净化筒，包括用于水的净化介质；还有加热器，用于加热从第一净化筒接收的水。所述系统 还包括第一和第二泵，用于泵送和计量第一和第二浓缩物；以及混合室，被配置用于从所 述第一和第二泵接收第一和第二浓缩物且用于混合第一和第二浓缩物。所述混合室用于将 水与第一和第二浓缩物混合以形成新鲜透析溶液。所述系统还包括过滤器，用于过滤新鲜 透析溶液；以及微机电系统(MEMS)传感器，被布置为与从第一净化器皿、所述加热器、所述 混合室和所述过滤器中选择的器皿的输出流体连通，其中，MEMS传感器适合于感测从由来 自所述第一净化筒的水、所述新鲜透析溶液和过滤后的新鲜透析液组成的组中选择的流中 的至少两种物质。在本发明的第三实施例中，提供一种制备透析溶液的方法。所述方法包括步骤提 供水的供应；以及在通过净化介质的至少一个通路中净化水。所述方法还包括步骤加热 水；以及将水添加到至少一种透析浓缩物以形成透析溶液。另外，所述方法包括步骤过滤 透析溶液；以及使用微机电系统(MEMS)传感器感测水的至少两种特性。在本发明的第四实施例中，公开一种制备透析溶液的方法。所述方法包括步骤提 供水和用过的透析液的供应；在通过净化介质的至少一个通路中净化水和用过的透析液。 所述净化介质可以处于一个或多个器皿中，如下所述。所述方法还包括步骤加热水；以及 将水添加到至少一种透析浓缩物以形成透析溶液。另外，所述方法包括过滤形成的透析溶 液；以及使用微机电系统(MEMS)传感器感测从由水、形成的透析溶液和用过的透析溶液组 成的组中选择的流的至少两种特性。在第五实施例中，公开一种净化透析溶液的方法。所述方法包括步骤提供用过的 透析液的供应；以及在通过器皿中的净化介质的至少一个通路中净化用过的透析液，以形 成净化的透析液。所述方法还包括步骤过滤用过的透析液，以形成过滤后的透析液；以及 感测从由用过的透析液、净化的透析液和过滤后的透析液组成的组中选择的流的至少两种 特性。使用微机电系统(MEMS)传感器感测所述特性。另一实施例是执行透析的方法。所述方法包括提供透析机和透析液源的步骤；还 包括使用MEMS传感器感测和确定透析液的组分的步骤。所述MEMS传感器适合于感测和检 测透析液中的至少两种离子。所述方法还包括步骤使用透析液对病人执行透析；以及使 用MEMS传感器感测和确定执行透析步骤之后的透析液的组分。另外，所述方法包括步骤 净化执行透析步骤之后的透析液；以及使用MEMS传感器感测和确定净化步骤之后的透析 液的组分。所述方法包括如果净化步骤之后的透析液的组分适合于透析则再使用透析液的 步骤。在此描述了附加特征和优点，根据下面的详细描述和附图，附加特征和优点将是 明显的。


图1是用于在血液透析之前净化水或用过的透析溶液的第一系统的示意图2是用于在 血液透析之前净化水或用过的透析溶液的第二系统的示意图；图3是更旨在用于腹膜透析的净化水和制备透析溶液的第三系统的示意图；图4是特别用于腹膜透析的净化水和制备透析溶液的系统的示意图；图5是具有用于处理、净化和再利用用过的透析液的系统的血液透析机的透视 图；以及图6是使用MEMS传感器制备透析溶液的系统的示意图。
具体实施例方式在本发明的实施例中使用MEMS传感器来检测和量化透析溶液中感兴趣的被分析 物。MEMS传感器能够检测多种含水液体中的许多属性和物质。这些液体包括水、透析液、用 过的透析液以及甚至血液。属性包括PH值、电导率、温度、氧化还原电位和总硬度。所述物 质包括氨或铵、总溶解固体(TDS)、碳酸盐、碳酸氢盐、钙、镁、钠、钾、氯化物等。MEMS传感器包括基板，所述基板具有多个电极传感器元件，适用于测量含水被分 析物的相关物质。例如，传感器元件包括电极和选择性膜。这些元件与驱动传感器元件所需 的任何支持电路一起构成完整的传感器。例如，基板可以包括被离子选择性膜覆盖的多个 电极以及包括工作电极和对电极的安培型传感器。在一个应用中，包括传感器元件的基板 连接到分析器，分析器能够计算一个或多个期望的属性，诸如水样本的消毒指数。可选地， 基板包括附加传感器元件，所述附加传感器元件被配置为测量附加物质。这些元件可以包 括氨传感器、氧传感器或用于诱变物质的传感器，诸如免疫传感器或DNA探针。传感器还可 以用于检测和量化附加物理属性，诸如温度、电导率和氧化还原电位。可以在硅基板上制造示例性传感器。可选地，可以使用传统处理技术，在其他类型 的基板上制造示例性传感器，所述其他类型的基板例如陶瓷、玻璃、SiO2或塑料的基板。还 可以使用置于彼此接近的这些基板的组合来制造示例性传感器。例如，具有一些传感器构 件(例如，感测元件)的硅基板可以安装在具有其他传感器构件的陶瓷、SiO2、玻璃、塑料或 其他类型的基板上。这些其他传感器构件可以包括感测元件、一个或多个参考电极或两者。 传统电极处理技术可以用于制造和互连这些复合装置。这些技术也在第4，743，954号美国 专利和第5，102，526号美国专利中进行了描述，通过参考合并于此。传感器可以使用硅平台上的微阵列传感器芯片技术。例如，可以在基于硅的实 施例中实现基于离子选择性电极的传感器元件，诸如Brown在"Solid-state Liquid Chemical Sensors " (Miniaturized AnalyticalDevices Microsymposium, Chemistry Forum, 1998, pp. 120-126)中所描述，上述公开通过参考合并于此。在第4，743，954号 美国专利(“IntegratedCircuit for a Chemical-Selective Sensor with Voltage Output “)，第 5，102，526 号美国专利(“Solid State Ion Sensor with Silicone Membrane “)和序列号为 09/768，950 的美国专利申请(“Micromachined Device forReceiving and Retaining at Least One Liquid Droplet, Method of Makingthe Device and Method of Using the Device")中描述了可选的基于硅的传感器装置以及 制造这种装置的方式，上述公开通过参考合并于此。芯片平台可以基于本领域公知的其他 电化学固态传感器技术，如 Brown 等在 Sensors and Actuators B, vol. 64, June 2000， pp. 8-14中所示，上述公开通过参考合并于此。硅芯片包含了化学选择性传感器和物理测量的组合，其协调地工作以传递小到一滴的测试样本的化学剖析信息，也适合于液体的连续 的、线路中的感测和监视。如第20080109175号美国专利申请公开所描述，上述公开通过参考合并于此，可 以使用已知的平版印刷、滴涂(dispensing)印刷和丝网印刷技术制造在此公开的系统中 使用的传感器。这些包括传统的微电子处理技术。这些技术可以向具有感测元件的传感器 提供集成在芯片级的微尺寸特征，并且可以与低成本电子器件，诸如ASIC(特定用途集成 电路)集成。可 以以低成本制造这种传感器和电子器件，从而使这种传感器能够广泛分发 以供通用。传感器可以是Sensicore，Inc.，AnnArbor,Michigan，U. S. A出售的MEMS传感器。 这些传感器使用微机电系统(MEMS)技术，也就是说，具有非常小的构件的非常小的装置。 这些传感器在Sensicore的多件专利以及专利申请中作出了描述，包括第7，100，427号、第 7，104，115号、第7，189，314号和第7，249，000号美国专利，上述每件专利通过参考合并于 此并被依据。这些MEMS传感器也在多件未决专利申请中作出了描述，包括美国专利申请公 开20050251366,20060020427,20060277977,20070050157,20070219728 和 20080109175, 上述每件通过参考合并于此并被依据。微机电系统(MEMS)传感器可以在透析液的制备和加工的许多方面使用，以确保 病人安全、舒适、经济和方便以及治疗效果。在下面描述的实施例的家庭使用中以及在此没 有描述的许多其他实施例中带来使用的经济和方便，但是这些没有描述的实施例对于透析 领域的技术人员将是明显的。图1示出使用MEMS传感器感测、测量和报告透析液的各种特性从用过的透析液制 备新鲜透析溶液的系统10的第一实施例。在此系统中，透析液从透析液的源11进入，诸如 从形成血液透析机的一部分的用过透析液泵出来的废液。图1描述了位于系统10周围的 若干点处的多个传感器13。这不是意味着在每个描述的点都需要传感器，而是示范传感器 可以优选放置的多个位置。如插图所示，每个传感器13包括电源132，诸如电池；具有工作部分136的感测 元件134 ；以及可选地用于诸如与系统的控制器远程通信的模块138。可以从血液透析机的 控制器或其他电源，诸如一系列MEMS传感器的方便插座或模块化电源，通过电气布线提供 电源。传感器元件134是MEMS传感器，且工作部分136包括处理来自传感器的信号且将 其转换为有用信息所需的电路。这些信号可以经由有线连接发送到血液透析机的控制器， 或者MEMS传感器可以包括远程通信能力。在此实施例中，信号处理电路和无线发射机或 无线电装置138小且紧凑，并且被容易地放置在传感器壳体中的感测部位处。一个适当的 远程通信模块是根据ZigBee/IEEE 805. 15. 4标准的无线模块。此标准是用于具有非常有 限的范围，大约10-20英尺，的非常低功率的无线电系统的标准。可以从Maxstreanulnc.， Lindon, UT, U. S. A. , Helicomm, Inc. , Carlsbad, CA, U. S. Α.禾口 ANT, Cochrane, Alberta, Canada购买根据此标准制成的模块。这种模块非常小且适合于这种远程应用。注意到，传 感器13可选地包括电源并且还可以包括ADC转换器，以将来自感测元件的模拟数据转换为 数字数据。由此，在传输到血液透析机的控制器或其他体外处理机控制器之前，该数字数据 至少被传感器格式化。MEMS传感器包括可以在一个器皿和下一器皿之间的线路内放置的传感器，还包括可以放置在器皿内的传感器，所述器皿诸如处理器皿或筒或存储器皿。许多MEMS传感器能 够检测很多种类的离子或污染物，一些MEMS传感器还能够感测和转送温度、PH值(如氢或 水合氢离子浓度)、电导率、总溶解固体(TDS)等。血液透析应用

返回图1，系统10包括水或用过透析液的源11，其中，在该源处放置有MEMS传感 器13，用于监视引入水或液体的特性。第一处理器皿12，诸如活性碳或木炭床，被放置在源 11的下游。活性碳或木炭床对于去除许多污染物是极好的，所述污染物包括小颗粒且还包 括重金属、氯、氯胺和有机物等。活性碳或木炭床在去除的污染物的类型方面是相对非选择 性的。如果期望，则可以使用第二处理器皿12或活性碳或木炭床，其中，将第二传感器13放 置在第二器皿的下游。例如，如果在第一床的传感器已经指示废液超出了特定污染物的可 接受限之后需要透析治疗，这将允许用户有时间改变床，其中，所述特定污染物诸如氯胺、 β 2-微球蛋白或肌酸酐。在一个或两个活性碳或木炭床之后，可以使用用于净化水或用过的透析液的另一 器皿14，其中，第四传感器在器皿14的下游。此器皿可以包括任何期望的净化物质，并且可 以包括单种吸附剂或多于一层的不同吸附剂。器皿14可以包括脲酶和磷酸锆层，用于将尿 素转化成铵离子，然后通过形成磷酸铵来去除铵。可选地或另外，存在氧化锆层，用于去除 磷酸盐或硫酸盐。器皿14还可以包括离子交换树脂，适合于将废物的离子与透析溶液中期 望的离子交换，诸如钙或镁离子以及还有碳酸氢根或醋酸根离子。离子交换树脂可以在树 脂本身之前或之后、或者之前和之后包括碳或木炭的过滤床。这些补充床也帮助净化最终 产品，所述最终产品为用于为病人服务的制造透析液的水或更新的透析液。在图1的实施例中，一旦再生的透析液离开器皿14，其将被路由到透析器16的透 析液侧，用于血液透析。透析器可以被比作壳管式换热器，其中，透析液在壳侧，且病人的血 液通过管侧逆流运行到透析液。在此实施例中，透析液通过入口端口 162进入，且通过透析 液出口端口 164离开，其中，附加的MEMS传感器可以感测和测量现有透析液内的各种物质。 一旦透析液通过出口端口 164离开，其可以被丢弃或者可以被再次发送以进行另一通过的 过滤和净化。透析器的另一侧连接到病人的血液。血液通过入口头166进入，通过数百或数千 个微小多孔管，然后通过出口头168离开。微小多孔管允许血液中的水和有毒物质，诸如肌 酸酐和尿素，从血液侧流到透析溶液侧。另外，电解质和碳酸氢盐缓冲液可以从透析溶液侧 流到血液侧。然后，在返回到病人之前将清洁后的血液发送到空气检测器或空气阱。附加 传感器13可以用于检查入口头16附近引入血液组分中的污染物或其他物质。附加传感器 17可以用于检查出口头168附近的污染物或其他物质。传感器17可以被调整用于与传感 器13不同种类的物质，例如，测量ρΗ值、磷酸盐或尿素，可能对在将清洁后的血液返回病人 时确定该清洁后的血液的状况来说十分重要。可以理解，其他清洁和净化装置可以用于净化引入的水或使用过的透析液清洁以 再使用。这些替代品包括过滤器，诸如小颗粒过滤器，甚至超过滤器，诸如亚微米过滤器，用 于去除细菌或内毒素污染物。在图2中描述了有利地使用MEMS传感器的系统20的第二实 施例。系统20包括第一和第二净化器皿22，其可以是小筒，而不是加仑大小的器皿。如上 所述，MEMS传感器23感测和测量期望的污染物或物质的等级，如上所述。
在系统20中，还存在5微米过滤器24，其后是反渗透过滤器25，具有废物出口 252，用于排出。反渗透过滤器27可以配备有包括温度传感器的MEMS传感器23，用于反渗 透过滤器的适当操作。MEMS传感器还可以包括监视特定离子或物质的一个或多个传感器， 所述特定离子或物质诸如氨或铵、总溶解固体(TDS)、Ca++、Mg++、Na+、K+、Cr等。在反渗透之 后，系统可以包括紫外线光发生器26，其中，产生的光能够杀死细菌和其他有害微生物。另 夕卜，该光可以用于将氯离子 与氯胺分子中的氮原子分离，因此从水或透析液去除氯胺。这些 应用的紫外线通常是UV-C，具有大约180-290nm的波长。优选地是波长为大约185nm或大 约254nm的灯。在没有被绑定到任何特定理论的情况下，认为紫外线光穿透微生物的外细 胞壁，其中，该紫外线光通过细胞体，到达DNA并改变遗传物质，因此杀死微生物。可以使用 其他期望波长。超过滤器27放置在紫外线光发生器的下游，其后是透析器。透析器28具有透析 液入口 282和透析液出口 284，透析液入口 282和透析液出口 284都可以配备有MEMS传感 器23。透析器28具有血液入口头286和与该入口头相对的血液出口头288。如上，通过如 上针对重要的血液的特定组分或属性调节的MEMS传感器29来感测和监视出口处血液的组 分，所述重要的血液的特定组分或属性诸如PH值、磷酸盐或尿素。病人或护理者可以特别注意来自传感器29和来自透析液出口 284处的最后传感 器23的传感器读数。血液的组分或状态的读取对于评估透析治疗是否有效以及是否应该 照现在继续进行透析，或者是否需要对病人处方进行一些修改，治疗的透析液、持续时间或 频率等十分重要。当然，由于离开病人身体的废物要么保留在透析器内要么进入透析液，还 可以通过分析用过的透析液的组分来获得相当的结果。因此，用过的透析液的状况十分重 要。如果液体的有毒成分在一定的高范围内，则权宜之计是不要再使用液体的任何部分，而 是用新鲜透析液取代它。如果该范围更合理，则用户或护理者可以决定回收并更新用过的 液体的至少一部分，而不是将其发送到排出管。用过的透析液的组分还提供了关于透析治 疗的效果的信息，尽管没有监视病人的血液那么准确。尽管在图2中没有示出，但是可以理 解，可以存在一个或多个计量泵或流量计，以控制透析液去往以及来自透析器28或透析器 28上游的任何处理器皿或筒的流动。应该理解，上述许多技术和设备可以应用于血液透析 和腹膜透析应用。腹膜透析应用图3中描述了为腹膜透析设计的系统30。系统30从源31接受水或用过的透析 液，所述源31诸如水龙头或产生用过透析液的来自病人的出口。系统包括至少一个器皿 32，用于净化水或用过的透析液。按照与上述其他系统类似的方式，第一器皿32可以包括 活性碳或木炭，或者可以包括用于从水或从用过的透析液选择性或非选择性吸附杂质或废 物的多于一层。所述系统包括MEMS传感器33，如上所述。在此系统中，将用过的透析液或 水发送到透析液制备系统34，下面的图6描述其的一个实施例。在一个示例中，透析液制备系统可以仅是一个容器，该容器具有已知量的已知组 分的浓缩物。例如，系统34可以是柔性容器，具有已知体积(液体)或已知质量(固体) 的已知浓缩物用于单组分透析溶液，所述单组分溶液例如透析乳酸盐溶液。透析乳酸盐溶 液通常包含电解质、乳酸盐和葡萄糖。水源31和所需控制件，诸如与器皿32的水源串联的 控制阀，用于允许适量的水进入系统34，其中，组分被混合且溶解以形成期望的溶液。可以例如通过监视用于液体或水的正排量泵或者与进入流串联的准确的正排量计，测量所允许 进入的水量或用过的透析液量。可选地，可以通过对所允许进入物质称重，例如，通过将容 器34放置在称重计、质量测量器(mass cell)或其他设备上，来控制水或液体的量。可以理解，透析溶液制备可以包括加热或加压，或者加热和加压两者，并因此，在 透析液制备中可以使用至少一个温度传感器或温度元件和至少一个压力传感器或压力元 件。在制备透析溶液 之后利用MEMS传感器35至少检查得到的透析溶液一次。在此实施例中，将新鲜透析液存储在至少一个容器36中，且通过至少一个温度元 件或温度传感器感测和监视其温度。当需要透析液时，经由泵37将透析液泵送通过过滤器 38，过滤器38将杂质路由到排出管，并且将净化后的滤液发送到腹膜透析机39。可以通过 在腹膜透析机的输入处的附加MEMS传感器35，来检查液体的内容。如腹膜透析领域的技术 人员所知，腹膜透析机可以在一种或多种模式下操作，以将透析液路由到病人的腹膜滞留 一段时间，或者用于连续流过模式或其他模式。透析液可以通过两腔导管的进口腔391路 由到病人P，如所示。当达到滞留时间时，或者如果流过是连续的，则通过两腔导管的出口腔 392从病人路由出透析液。可以通过附加MEMS传感器33检查从病人返回的用过的透析液 的组成的上述参数。存在其他实施例，其可以有利地使用MEMS传感器用于透析溶液的制备，所述透析 溶液包括用于血液透析和用于腹膜透析的溶液。图4图示了更致力于腹膜透析的另一系 统。系统40包括水源41，水源41可以是市政水源或其他水源，或者可以是用过的透析液 源。第一过滤器或处理器皿42意图如上所述去除杂质，过滤器之后是第一 MEMS传感器43。 在此实施例中，然后，净化的水或透析液被路由到系统44，用于产生透析液，下面在图6图 示了其的一个实施例。如上所述，在从浓缩物制备透析液中，可以有利地使用温度和压力元 件。在透析液被路由到一个或多个存储容器45时，在第二 MEMS传感器43处感测并检查得 到的透析液的组分，其中，可以通过一个或多个温度元件监视温度以确保安全存储。当需要透析液时，通过泵46将透析液泵送到腹膜透析机47，然后，通过具有两腔 的导管输入给病人或从病人输出，所述两腔为输入腔471和输出腔472。在此实施例中，用 过的透析液被路由到反渗透过滤器48，其中，废物被路由到排出管。在此实施例中，还存在 第一和第二器皿或过滤器49a、49b，其可以用于去除污染物，如上所述，或者可以与离子交 换树脂一起使用用于去除污染物和添加期望成分。电去离子处理单元也可以用于去除离 子污染物。超过滤器49c用于过滤溶液且将废物路由到排出管。还可以使用其他实施例。 MEMS传感器13、29可以如所指示那样使用，诸如在透析液从病人返回之后，以及在处理器 皿或过滤器以及超过滤器之后。按照期望以及如上解释的，MEMS传感器13、29和43可以 相同，或者可以被调节，或者能够感测不同物种、不同离子或不同物质。图5示出了具有如上所述的水或透析液再循环系统52的家用血液透析系统50。 系统50包括到水或透析液再循环系统52的进入市政水龙头51，水或透析液再循环系统52 还包括废水的排出管59。新鲜透析液被通过管53发送到存储容器S，存储容器S与具有透 析器54的血液透析机H相邻。如透析领域的技术人员所知，病人P具有用于动脉针An和 静脉针Vn的血管接入部位55。病人P通过管56连接到血液透析机H。用过的透析液通过 管57返回到再循环系统52。上述MEMS传感器13可以在系统50中的若干点处使用。例如，可以在透析液再循环系统52内设置一个或多个传感器13，以检查来自源51的进入水或者来自管57的返回的 透析液。根据水或透析液质量，做出是向排出管59发送返回的透析液，还是通过对透析液 进行清洁、过滤和补充重新使用透析液的决定。第二 MEMS传感器可以用于监视发送到或存 储在透析液存储容器S中的透析液的质量和组分。作为第三示例，可以在血液透析机H中 设置另一 MEMS传感器13来监视返回的透析液的组分或者病人血液内的物质。如上所述， 此传感器可以帮助病人或护理者确定透析处理是否改变血液或透析液的适当参数，由此给 出治疗是否按照期望有效进行的指示。

图6中示出了使用补加水或清洁后的透析液从浓缩物制备透析液的系统。在图6 中示出了用于产生透析液的一个系统60。系统60从水源61接收水，并且使水通过一个或 多个净化器皿61a、61b，如上所述。当水从第一和第二器皿流出时，MEMS传感器13用于感 测和报告感测到的水的杂质或其他成分的量。水通过控制阀61c，且如果期望，则使用线路 内加热器61d被加热。加热后的水流过线路61e、61f到A和B浓缩物泵62、63，用于分别 从储器62a、63a泵出浓缩物。泵是正排量泵，诸如齿轮泵、叶片泵或活塞泵，以泵出准确量 的A或B浓缩物。一个实施例使用小陶瓷活塞泵，该小陶瓷活塞泵能够从Fluid Metering, Inc. , Longlsland, New York，U. S. A买到。可以使用其他泵。其他实施例使用配比或比率 度量泵，其的A或B浓缩物的流量可以设置，以及其此后以与由泵计量出的水成比例的比率 泵出A或B浓缩物。除了容积率之外，可以通过包括MEMS电导率监视器的反馈环路来控制泵。如果电 导率传感器64e处的电导率太低，则加快浓缩物泵，或者如果探针处的电导率太高，则减慢 浓缩物泵。由于已知浓缩物泵的特征容积，因此对产生稳定透析溶液需要的循环的量存在 限制。系统的控制器保持跟踪泵出的浓缩物的量，还保持跟踪进入的水和泵出的A浓缩物 的量，因此保持准确配比的流。在此实施例中，浓缩物泵62通过线路62a将A浓缩物泵到混合器皿64，该器皿没 有被填满，而是在其顶部保持空气间隙，而正确比率的水也通过线路61f流到器皿。在混合 水和A浓缩物之后，通过使用准确计量泵64a、喷嘴64c和空气阱64b喷洒将混合物除气。 其他实施例，诸如创建对泵64a的不足引入量的简单限制，可以替代喷射器以从溶液去除 空气。通过温度传感器64d和MEMS电导率传感器64e监视混合物。器皿64包括液位传感 器L。然后，将除气后的酸混合物发送到B混合室65，其中，通过线路63b添加来自B浓缩 物泵的B浓缩物，在这种情况下在线路中。B混合室65配备有第二MEMS传感器66，以监视完成的透析溶液的组分。此传感器 可以检查完成的溶液的电导率，并且还可以检查溶液的其他参数或质量。例如，Sensicore， Inc.的WaterPoint 870传感器可以用于检查若干参数，包括电导率、pH值、温度、总溶解 固体(TDS，基于钠离子)、钙、镁、总硬度、碳酸盐碱度和其他参数。由于这些测量结果与透 析溶液的质量和组成直接相关，因此这些参数中的许多参数对于制备透析溶液的病人或护 理者非常有用。作为检查，此MEMS传感器还可以感测和报告一般水质量，诸如总和游离氨 (与透析液中的尿素相关)、氯和氯胺的浓度。其他实施例可以使用多于两种浓缩物，并且 可以改变系统以使用单独的泵以从各个浓缩物容器拉出适当的量。因此，这些系统的任何 一个可以为每个病人制备定制的溶液或处方。在这些实施例中的任何一个，MEMS传感器可 以用于监视和控制处理过程以及最终产品。
然后，通过供给泵67泵出透析溶液通过过滤器67a，以去除大于150微米的颗粒。 控制阀68控制来自系统60的透析溶液的流。如果没有达到连续性的正确等级，则可以通 过过滤器和混合室按照期望再循环新制备的透析溶液，如所示，直到实现了适当的混合和 净化。然后，透析溶液可以通过最终过滤器即内毒素过滤器69泵出，并在其去往存储容器 或用于使用的路上由该过滤器之后的最终MEMS传感器13进行检查。内毒素过滤器意在去 除细菌，诸如大肠杆菌和绿脓杆菌以及内毒素。此过滤器可以是超过滤器，诸如由Medica SRL, Mi randola, Italy 制造的或者来自 Nipro Corp.，Osaka, Japan 的超过滤器。如上所述的处理仅是制备透析溶液的一种方法。可以使用其他透析溶液，包括需 要渗透剂的那些透析溶液，所述渗透剂诸如少量的右旋糖、葡萄糖、钠或钾聚丙烯酸酯、或 其混合物，或者其他成分。以大体类似的方式来制备这些溶液，一些实施例使用粉末，一些 实施例使用浓缩物，一些实施例使用溶液。任何这样的实施例，包括MEMS传感器，意在落入 本发明的范围内。使用粉末的实施例可能需要传统搅拌槽器皿或适合于使用搅拌器或使用 留(通常湍流)混合粉末的器皿，以确保很好的混合。对于家庭使用，当与上述MEMS传感 器一起使用时，可以是能够维护和保持无菌性的任何适当的混合器。除了上述MEMS传感器之外，当前在开发和测试中还有其他MEMS传感器。这些传 感器包括能够感测和量化有机材料的MEMS传感器。这些传感器按照与其他MEMS传感器相 同的方式工作，但是通过检测与有机物质而不是无机离子相关的被分析物来操作，所述无 机离子诸如铵或氯。这些MEMS传感器是或者将能够感测总有机碳(TOC)以及特定的物质， 诸如透析液中的尿素、肌酸酐、β2-微球蛋白、肝素以及葡萄糖或其他糖或渗透剂。MEMS传 感器还可以用于检测水或用过的透析液中的细菌、内毒素和病毒的等级。另外，MEMS传感 器可以用于检测血液中感兴趣的被分析物，诸如一般蛋白质，包括白蛋白、游离血红蛋白及 血细胞比容。应该理解，对于本领域的技术人员，在此描述的当前优选实施例的各种改变和修 改将是明显的。在不脱离本发明主题的精神和范围的情况下以及在不减少其意图优点的情 况下，可以进行这些改变和修改。因此，意在这些改变和修改由所附权利要求覆盖。
权利要求
1.一种用于制备透析液的系统，包括第一净化器皿，包括用于水的净化介质；用于泵送或测量所述水的装置；用于加热所述水的加热器；混合室，被配置用于从所述装置接收水以及用于将水与浓缩物混合以形成新鲜透析溶液；过滤器，用于过滤新鲜透析溶液；以及微机电系统(MEMQ传感器，布置为与从由第一净化器皿、所述装置、所述加热器、所述 混合室和所述过滤器组成的组中选择的器皿的输出流体连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，MEMS传感器包括离子选择性传感器，所述离子选 择性传感器适合于感测从由铵、钠、钙、镁、钾、碳酸盐、碳酸氢盐、氢或水合氢离子、羟基、氯 胺以及氯化物组成的组中选择的两种或多种离子。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，MEMS传感器包括离子选择性传感器，所述离子选 择性传感器适合于感测从由PH值、钙、总硬度、二氧化碳和氨组成的组中选择的至少两个 参数。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，MEMS传感器是适合于感测氯和氯胺的安培型传 感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，MEMS传感器还包括电源和用于远程通信的无线 电装置。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述水包括新鲜的水或用过的透析溶液。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括放置在第一净化器皿的下游的第二净化器皿， 所述第二净化器皿还包括从由非选择性净化介质、选择性净化介质、电去离子筒和离子交 换树脂组成的组中选择的净化介质。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括水泵，用于与第一净化器皿或所述加热器连通。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，MEMS传感器适合于测量水溶液或混合物中的多 种物质。
10.一种用于制备透析液的系统，包括第一净化筒，包括用于水的净化介质；加热器，用于加热从所述第一净化筒接收的水；第一和第二泵，用于泵送和计量第一和第二浓缩物；混合室，被配置用于从所述第一和第二泵接收第一和第二浓缩物以及用于将水与第一 和第二浓缩物混合以形成新鲜透析溶液；过滤器，用于过滤新鲜透析溶液；以及微机电系统(MEMQ传感器，放置为与从由第一净化筒、所述加热器、所述混合室和所 述过滤器组成的组中选择的器皿的输出流体连通，其中，MEMS传感器适合于感测从由来自所述第一净化筒的水、所述新鲜透析溶液和过 滤后的新鲜透析溶液组成的组中选择的流中的至少两种物质。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，MEMS传感器还包括无线电发射机，用于与透析 机的控制器进行通信。
12.根据权利要求10所述的系统，还包括超过滤器，用于从水或从透析溶液去除细菌 和微生物。
13.根据权利要求10所述的系统，还包括反渗透过滤器，用于清洁水或透析溶液。
14.根据权利要求10所述的系统，还包括紫外线光源，用于辐射水或透析溶液，所述紫 外线光源放置在过滤器的上游。
15.根据权利要求10所述的系统，还包括空气阱，用于从新鲜透析溶液去除空气。
16.根据权利要求10所述的系统，其中，所述水包括新鲜的水或用过的透析溶液。
17.一种制备透析溶液的方法，包括 提供水的供应；在通过净化介质的至少一个通路中净化水； 加热水；将水添加到至少一种透析浓缩物以形成透析溶液； 过滤透析溶液；以及使用微机电系统(MEMS)传感器感测水的至少两种特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，MEMS传感器使用离子选择性膜或安培池进行 感测。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括使用第二MEMS传感器感测透析溶液的特性。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，从由活性碳和木炭组成的组中选择净化介质。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，形成的透析溶液包括对用过的透析溶液的补 充，并且所述方法还包括使用MEMS传感器感测用过的透析溶液的至少两种特性。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述水包括新鲜的水或净化的用过的透析溶液。
23.一种制备透析溶液的方法，包括 提供水和用过的透析液的供应；在通过净化介质的至少一个通路中净化水和用过的透析液，其中，所述净化介质处于 一个或多个器皿中； 加热水；将水添加到至少一种透析液浓缩物以形成透析溶液； 过滤形成的透析溶液；以及使用微机电系统(MEMQ传感器感测从由水、形成的透析溶液和用过的透析溶液组成 的组中选择的流的至少两种特性。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括从MEMS传感器向远程控制器发送信号。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括执行腹膜透析或血液透析。
26.根据权利要求23所述的方法，还包括从形成的透析溶液去除空气。
27.一种净化透析溶液的方法，包括 提供用过的透析液的供应；在通过器皿中的净化介质的至少一个通路中净化用过的透析液，以形成净化的透析液；过滤用过的透析液，以形成过滤后的透析液；以及使用微机电系统(MEMQ传感器感测从由用过的透析液、净化的透析液和过滤后的透 析液组成的组中选择的流的至少两种特性。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，使用便携式透析系统实现所述方法，其中，所 述器皿是筒，且所述方法还包括在佩戴所述便携式透析系统时进行透析。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，当用过的透析液通过所述器皿时，所述器皿从 用过的透析液吸附杂质，并且将期望的离子释放到用过的透析液中。
30.根据权利要求27所述的方法，还包括用水和浓缩物制造新鲜透析液，并且将新鲜 透析液添加到过滤后的透析液。
31.一种执行透析的方法，包括 提供透析机和透析液的供应；使用MEMS传感器感测和确定透析液的组分，所述MEMS传感器适用于感测和检测透析 液中的至少两种离子；使用透析液对病人执行透析；使用MEMS传感器感测和确定执行透析步骤之后的透析液的组分； 净化执行透析步骤之后的透析液；使用MEMS传感器感测和确定净化步骤之后的透析液的组分；以及 如果净化步骤之后的透析液的组分适合于透析，则再使用透析液。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，使用包括离子选择性传感器的MEMS传感器进 行感测和确定步骤，所述离子选择性传感器适合于感测从由铵、钠、钙、镁、钾、碳酸盐、碳酸 氢盐、氢或水合氢离子、羟基、氯胺和氯化物组成的组中选择的两种离子。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，MEMS传感器包括离子选择性传感器，适合于感 测从由PH值、钙、总硬度、二氧化碳和氨组成的组中选择的至少两个参数。
34.根据权利要求31所述的方法，其中，MEMS传感器是安培型传感器，适合于感测氯或 氯胺。
35.根据权利要求31所述的方法，还包括向透析机的控制器发送组分。
36.根据权利要求31所述的方法，其中，使用腹膜透析或血液透析实现进行透析的步骤。
37.根据权利要求31所述的方法，其中，所述透析是血液透析，并且所述方法还包括使 用MEMS传感器感测和确定病人的血液的组分。
全文摘要
公开了一种用于监视用于透析的水质、透析液和通过透析液治疗的体液的系统。所述系统使用微机电系统(MEMS)传感器，用于检测输入的水或透析液以及制备的透析液中的杂质。这些传感器还可以用于监视和检查正在治疗的病人的血液。这些传感器包括离子选择性传感器，用于诸如铵或钙的离子，还包括安培阵列传感器，适合于氯或氯胺的离子，例如，氯化物。这些传感器辅助监视从城市给水干管或井供给的水。可以结合在家中或其他地方使用的用水制备透析溶液的系统使用传感器。
文档编号A61M1/16GK102131533SQ200980133542
公开日2011年7月20日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年8月28日
发明者伊丽莎白·A·埃弗里特, 埃林·M·科普兰, 威廉·P·伯恩斯, 威廉·W·哈恩, 罗应成, 贾斯汀·B·罗德, 迈克尔·E·霍高 申请人:巴克斯特医疗保健股份有限公司, 巴克斯特国际公司