分析物选择性传感器和输注系统的机械耦合的制作方法

1.本发明一般地涉及治疗递送机构、分析物选择性传感器及其配置方法。


背景技术：

2.治疗剂的连续递送仍然是现代医疗设备中的一项重要技术。此类医疗设备最重要的例子是胰岛素泵，也称为连续皮下胰岛素输注(csii)系统，其被患有胰岛素依赖性糖尿病的个体广泛使用。胰岛素泵在1980年代开发并在1990年代商业化，以提供比通过注射器和皮下注射针不频繁的皮下注射胰岛素更符合生理学的胰岛素递送方法。1992年糖尿病控制和并发症试验(dctt)发表后，人们进一步认识到改进胰岛素递送方法的重要性，该试验表明强化胰岛素治疗显著降低了糖尿病长期并发症的发生率和严重程度。最近，胰岛素泵已被配置为在如由连续葡萄糖监测系统所确定的实际或即将发生低血糖的情况下自动暂停胰岛素输注。胰岛素泵还被配置为响应由连续葡萄糖监测系统测量的葡萄糖水平连续调节胰岛素递送。在这些情况下，分析物感测和治疗递送模式都包括两个不同且可分离的设备，两者都佩戴在身体上。然而，与集成传感-治疗系统的目标和对小型化体戴式设备的需求相一致，将分析物感测和治疗递送两种组件集成到单一的可穿戴设备中是一个活跃的发展领域。然而，许多患者在使用这些技术时的一个主要障碍是使用两个独立的身体设备，如图2所示，两个设备205和210位于用户215上。与集成传感-治疗系统的目标和对小型化体戴式设备的需求相一致，将分析物感测和治疗递送两种组件共同定位到单一的可穿戴设备中是一个活跃的发展领域。综上所述，感测和治疗组合件(contingent)的集成面临着一系列独特的挑战，即开发用于被配置为作为单一的体戴式设备运行的这两个可分离组件之间的机械耦合和电气接口的稳健方法。鉴于可能使用不同方法耦合为单个体戴式设备中的两个元件的集成相关的挑战，感测和递送组件通常由不同且不可耦合的组件体现。在这样的实施例中，用户被降级为在身体上的空间不同位置应用和佩戴所述不同组件。
3.现有技术的解决方案主要涉及将感测和递送系统作为不同的体戴式实体进行操作，这些实体在空间上分开足够的距离，以避免与插入物理连接到单个集成设备的两个套管相关的挑战。此外，将分析物感测和治疗递送模式作为物理上不同的设备实施，以便这些组合件可以在不同区域佩戴，这解决了两个系统之间不希望的相互作用的挑战。这种相互作用可以采取多种形式——串扰、干扰、污染和稀释——它们会影响感测程序的性能、准确性和可靠性。分析物感测模式的现有技术实施例包括套管辅助的、皮下植入的基于线的传感器，其被配置为使用电化学转换技术来量化分析物；连续葡萄糖监测系统是一个例子。治疗递送模式的现有技术实施例包括基于套管的贴片泵和输注装置，其被配置为通过在包含溶液相中治疗的储器上施加压力将治疗剂递送至皮下脂肪组织(皮下组织)；胰岛素输注系统就是一个例子。图1a是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器110，其具有被配置用于量化皮下脂肪组织中葡萄糖的用户接口设备115和移动电话105。图1b是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器130，其具有被配置用于量化皮下脂肪组织中葡萄糖的用户接口设备125。图1c是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器150，其具有被配
置用于量化皮下脂肪组织中葡萄糖的用户接口设备145。最近的现有技术已经指示在单个体戴式设备内共同定位感测和递送模式，尽管这种现有技术中的两种模式是不可分割的。以这种方式，如果治疗递送组合件中的治疗剂供应耗尽，则必须移除和更换整个系统，包括分析物感测模式，尽管事实上分析物感测模式可能仍会产生许多天的剩余时间使用寿命。在另一个实施例中，通过将传感器减少到最少数量的组件同时利用驻留在所述输注系统中的电路和电源，可以用与输注系统相同的频率替换分析物选择性传感器。
4.当前配置用于递送溶液相治疗剂(即胰岛素)的基于针和套管的输注系统通常与基于针和套管的传感器系统配对，所述传感器系统配置用于分析物(即葡萄糖)的连续量化。尽管这样的系统一致地操作并且被配置为作为不同的组件操作(感测和递送)，但这两个系统还没有被实现为单个体戴式设备。尽管这部分是由于与插入物理连接到单个集成设备的两个套管相关的挑战，但主要挑战是由于两个系统的机械耦合同时支持两个系统之间的信息传输方法。即，分析物感测和治疗递送组合件的耦合需要一种方法，用于将所述组件保留在单个体戴式设备中，同时促进信息和/或电力在所述组件之间单向或双向传输(或通过中介信息处理设备传送)。在所有实施例中，信息和电力被认为构成电磁量。此外，当前在分析物选择性传感器(例如连续葡萄糖监测仪)方面的进步已经实现了具有七到十四天磨损寿命的设备的商业化。然而，目前的治疗递送机构，例如胰岛素输注系统，只能在机上容纳三天的治疗剂供应，从而意味着治疗递送组合件将需要在分析物选择性传感器的功能寿命结束之前提前更换。如现有技术中所提议的，如果将两个系统集成到单个体戴式组合件中，这将要求两个系统同时从皮肤移除并更换以补充治疗递送组合件内的治疗剂的内部供应，从而导致在分析物选择性传感器产生的使用寿命方面的让步。需要解决当前葡萄糖传感器和胰岛素输注系统使用时间不相称的问题。


技术实现要素：

5.本发明教导了用于耦合可分离的分析物感测和治疗递送模式的方法，所述模式由用户组装以形成在开环或闭环实施例中配置的单一体戴式设备。耦合操作以简单的方式由用户在应用到用户的皮肤之前或在应用一种模式(感测或递送)之后依次执行。在耦合之后，信息和/或电力通过无线电磁传输或电连接器在两种模式之间交换。或者，可以通过与中间电子设备的电磁相互作用在两种模式之间传输信息。在一个实施例中，中间电子设备保留了分析物感测和治疗递送模式，并且在另一个实施例中，构成了独立且物理上不同的信息处理设备，例如智能手机、智能手表、平板电脑、计算机或其他体戴式设备。整个系统的实施例可以包括开环系统，由此佩戴者基于一种或多种分析物的水平来调整治疗干预的剂量，以及闭环系统，由此控制算法自主地调整一种或多种治疗干预的剂量。本文公开的发明允许更换诸如胰岛素输注系统之类的治疗递送组合件，而分析物感测组合件保持不受干扰并继续进行感测操作。以这种方式，用户可以实现分析物传感器的完整功能寿命，更不用说治疗递送组合件了。本发明说明了一种简便的方法，用于将治疗性递送组合件与分析物选择性传感器进行机械耦合和断开耦合，同时为了信息或电力传输的目的促进它们之间的电磁接口。
6.本发明的一个方面是一种用于将分析物选择性传感器和输注系统耦合为单个体戴式设备中的方法。该方法包括首先将分析物选择性传感器定位在佩戴者的皮肤上。分析
物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在。一般理解，选择性方式是指分析物选择性传感器测量至少一种感兴趣的分析物，同时减轻由共循环内源性(即代谢物、离子、蛋白质)和占据生物环境的外源性(即药物制剂、治疗剂)电活性化合物产生的有害信号贡献的能力。该方法还包括其次，将输注系统定位在佩戴者的皮肤上。输注系统被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至真皮下方的生理隔室。通常理解，受控方式是指输注系统递送特定剂量、浓度或数量的治疗剂的能力；这可以包括推注递送，其中在短时间内给予所述治疗剂，或基础递送，其中在延长的持续时间内给予所述治疗剂。所述定位需要输注系统和分析物选择性传感器之间的机械保持，以形成单一的体戴式设备。该方法还包括最后在分析物选择性传感器和输注系统之间传送电磁能以实现分析物选择性传感器和输注系统之间的交互。
7.本发明的其他方面是一种用于将分析物选择性传感器和输注系统耦合为单个体戴式设备中的方法。该方法包括首先将输注系统定位在佩戴者的皮肤上。输注系统被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至真皮下方的生理隔室。该方法还包括其次，将分析物选择性传感器定位在佩戴者的皮肤上。分析物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在。所述定位需要分析物选择性传感器和输注系统之间的机械保持，以形成单一的体戴式设备。该方法还包括最后在分析物选择性传感器和输注系统之间传送电磁能以实现分析物选择性传感器和输注系统之间的交互。
8.本发明的又一个方面是一种耦合分析物选择性传感器和输注系统的方法，该传感器被配置为穿透角质层以进入有活力的表皮或真皮并以选择性方式测量分析物或多种分析物的存在，该输注系统被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至真皮下方的生理隔室。该方法包括首先在分析物选择性传感器和输注系统之间接合机械保持机构以形成单一设备。该方法还包括其次将单一设备定位在佩戴者的皮肤上。该方法还包括最后在分析物选择性传感器和输注系统之间传送电磁能以实现分析物选择性传感器和输注系统之间的交互。
9.本发明的又一个方面是一种耦合分析物选择性传感器和输注系统的方法，该传感器被配置为穿透角质层以进入有活力的表皮或真皮并以选择性方式测量分析物或多种分析物的存在，该输注系统被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至真皮下方的生理隔室。该方法包括首先在中间装置与分析物选择性传感器和输注系统两者之间接合机械保持机构以形成单一设备。该方法还包括其次将单一设备定位在佩戴者的皮肤上。该方法还包括最后在分析物选择性传感器和输注系统之间传送电磁能以实现分析物选择性传感器和输注系统之间的交互。通常理解，所述中间装置或设备配置有两个几何特征，其中所述分析物选择性传感器和输注系统可以被保持或以其他方式机械耦合，以便使两个设备相对于彼此处于固定位置。在一个实施例中，所述中间装置纯粹是将所述分析物选择性传感器和输注系统耦合成单一集成设备的机械装置；所述中间装置没有嵌入式电子系统。在另一个实施例中，所述中间装置包含能够在分析物选择性传感器和输注系统之间传送电磁能(即，电力、数据)的嵌入式电子系统。
附图说明
10.图1a是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器。
11.图1b是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器。
12.图1c是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器。
13.图2是传感器设备(左)和输注系统(右)的现有技术实施例。
14.图3是现有技术的基于针/套管的分析物选择性传感器和基于微针阵列的分析物选择性传感器(右)。
15.图4是输注系统和分析物选择性传感器的图示。
16.图5a是将传感器集成到输注装置中。
17.图5b是将传感器集成到贴片泵中。
18.图6a是将传感器集成到贴片泵中。
19.图6b是将传感器集成到贴片泵中。
20.图6c是图6b的圆圈6c的独立视图。
21.图7a是具有六个电焊盘的传感器的顶部透视图。
22.图7b是具有六个电焊盘的传感器的平面视图。
23.图7c是传感器的侧视图。
24.图7d是传感器的仰视图。
25.图7e是传感器的底部透视图。
26.图8a是治疗递送系统的俯视图，其具有设计成保持并与图7a-7e中具有的分析物选择性传感器(未示出)电磁连接的腔。
27.图8b是治疗递送系统的侧视图。
28.图8c是治疗递送系统的底部平面图。
29.图8d是治疗递送系统的底部平面图。
30.图9a是治疗递送系统的侧透视图。
31.图9b是治疗递送系统的正视图。
32.图9c是治疗递送系统的侧透视图。
33.图9d是治疗递送系统的后视图。
34.图10是将分析物选择性传感器施加在佩戴者皮肤上的图示。
35.图10a是将治疗递送系统施加在分析物选择性传感器的后部的图示。
36.图10b是佩戴者皮肤上的机械耦合和电磁耦合的分析物选择性传感器和治疗递送系统的图示。
37.图11是机械耦合和电磁耦合的分析物选择性传感器和治疗递送系统的侧透视图。
38.图12是用于将分析物选择性传感器和输注系统耦合为单个体戴式设备中的方法的流程图。
39.图13是用于将输注系统和分析物选择性传感器耦合为单个体戴式设备中的方法的流程图。
40.图14是用于在皮肤应用之前将分析物选择性传感器和输注系统耦合为单个体戴式设备中的方法的流程图。
41.图15是用于在皮肤应用之前由中间装置促进的分析物选择性传感器和输注系统
的耦合的方法的流程图。
42.图16是开环实施例的方法的流程图。
43.图17是闭环实施例的方法的流程图。
44.图18是说明在开环实施例下输入、输出和主要组成部分的方框/过程流程图。
45.图19是说明在闭环实施例下输入、输出和主要组成部分的方框/过程流程图。
46.图20是用于将输注系统和分析物选择性传感器耦合为单个体戴式设备中的中间装置的剖视图。
47.图21是与输注系统和分析物选择性传感器集成为单个体戴式设备的中间装置的剖视图。
48.图22是用于将输注系统和分析物选择性传感器耦合为单个体戴式设备中的中间装置的替代实施例的剖视图。
具体实施方式
49.本文公开的技术将分析物传感器系统和治疗递送系统并置以在不同的生理隔室中操作，同时保持两者之间的最小空间分离。这是通过将分析物传感器分配到穿戴者有活力的表皮或真皮中来实现的，由此所述系统被配置为量化驻留在其中的一种或多种分析物。相反，治疗递送系统被分配在皮下区域中。传感和递送模式两者的横向分离，将传感例程限制在有活力的表皮或真皮中并将递送例程限制在皮下脂肪组织中，使得能够隔离这两个例程，从而减轻进行检测的分析物的串扰、干扰、污染和局部稀释的可能发生，应共同位于给定的生理隔室中。在本发明的优先实施例中，所述系统在开环范式下运行，由此治疗由用户发起并由来自所述传感器的测量值引导。替代地，所述系统包括控制算法以响应于传感器读数或多个读数自主地递送治疗干预。预计这种范式将对糖尿病管理产生深远的影响，尤其是那些正在接受强化胰岛素治疗的人。
50.本发明公开了用于分析物选择性传感器和治疗递送模式的机械耦合和伴随的断开耦合，同时促进它们之间的电磁接口(用于信息和/或电力传输的目的)的简化方法。以这种方式，治疗递送组合件(即胰岛素输注系统)可以被移除和更换，同时分析物选择性传感器组合件继续不减弱的操作。
51.体戴式分析物选择性传感器(如连续葡萄糖监测器)是敏感的电化学系统，其被配置为以具有高度准确性的选择性方式传感一种或多种分析物。同样，体戴式治疗递送机构(例如胰岛素输注系统)被配置为响应于分析物或多种分析物的循环水平以受控方式递送治疗干预。在本发明中，分析物传感器和输注系统被配置为彼此机械地和电磁地耦合以创建由这两种可分离模式组成的单一体戴式设备。
52.机械耦合构成了一种机械保持机构，并采用过盈配合、间隙配合或过渡配合等形式，以将感测和输送模式定位在相对于彼此不变的位置。用户接合耦合器以保持两种模式，并且类似地，断开耦合器以脱离两种模式。在替代实施例中，采用第三“中间”元件来将分析物传感器和治疗递送组件定位和保持在固定且不变的位置。在这些实施例中，用户仍然能够根据他们的需要将分析物感测和治疗递送模式机械地耦合和断开耦合。
53.在第一实施例中，用户首先将分析物选择性传感器应用于皮肤，允许感测元件穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮以进行分析物感测操作。在一个特定实施例中，传感
器设备由安装在电路板上的分析物选择性传感器组成，该电路板具有锁和钥匙特征，以在与诸如贴片泵或其他胰岛素输注系统的治疗输送机构配合时允许正确的空间定向。传感器设备的顶部还可具有用于安装到输注系统底部的电接触焊盘或连接器，从而提供用于电磁量的电传输以实现电力或信号传输的路径。以这种方式安装在治疗递送系统底部的传感器设备利用了治疗递送系统中的嵌入式电气子系统，从而导致传感器元件的商品成本极低。
54.随后，用户将治疗递送机构应用于皮肤，其动作导致套管或针穿透皮肤的三个上层(角质层、表皮和真皮)以进入皮下脂肪组织，使得治疗递送机构与分析物选择性传感器机械耦合，从而形成单一的不可变的体戴式响应治疗系统。
55.在第二实施例中，用户首先将治疗递送机构应用于皮肤，允许递送元件穿透皮肤的外层以接近皮下脂肪组织以进行治疗递送操作。随后，用户将分析物选择性传感器应用于皮肤，其动作导致微针或微针阵列穿透角质层以进入有活力的表皮或真皮，使得分析物选择性传感器与治疗递送机构机械耦合，从而形成单一的不可变的体戴式响应治疗系统。
56.在第三实施例中，用户在应用到身体之前通过第三元件——中间件——将分析物选择性传感器和治疗递送机构机械耦合。中间件将分析物传感器和递送装置保持在相对于彼此的固定位置以形成单一的、体戴式响应治疗系统。应当注意的是，分析物选择性传感器和治疗系统各自优选地具有面向皮肤的粘合剂，以将这些设备粘附在佩戴者身体表面上的固定位置。单一的体戴式设备还优选地包括皮肤贴片、真皮贴片、粘性贴片、输注装置、贴片泵、响应治疗系统或自动治疗递送系统。
57.电磁耦合构成在分析物选择性传感器和治疗递送机构之间传送或传递信息和电力中的至少一种的手段。所述传送或传递是单向的(分析物选择性传感器到治疗递送机构或治疗递送机构到分析物选择性传感器)或本质上是双向的(分析物选择性传感器往返治疗递送机构)。信息或电力传递要么通过在自由空间中传播的电磁波无线实现，要么通过具有至少两个导电焊盘的电连接器来促进。在一种情况下，将分析物选择性传感器和治疗递送机构两者机械耦合的行为促使两种模式之间的电磁信息和能量的至少一种的交换。无线传输的使用是通过bluetooth、wi-fi、nfc、rfid、蜂窝无线电、zigbee、thread、ant、专有无线电技术、专有微波技术、专有毫米波技术、电感耦合、电容耦合、共振耦合或光波。
58.在另一个实施例中，分析物选择性传感器和治疗递送机构两者必须通过用户的动作配对。应该注意的是，治疗递送模式通常在空间范围上比分析物感测组合件更大，因此更适合容纳具有更大电荷存储容量的电池以及更复杂的微电子系统(即计算电源、无线功能)。因此，优选实施例包括能量源、微处理器和治疗递送机构内的无线数据传输功能的外壳，以及任选地，负责操作分析物选择性传感器的模拟前端。
59.另一个实施例将模拟前端置于分析物选择性传感器内，而其余的电子组件(能量源、微处理器和无线数据收发器)则容纳在治疗递送机构内。
60.另一个实施例将模拟前端和微处理器置于分析物选择性传感器内，而其余的电子组件(能量源和无线数据收发器)则容纳在治疗递送机构内。
61.另一个实施例将模拟前端、微处理器和能量源置于分析物选择性传感器内，而无线数据收发器安装在治疗递送机构内。
62.又一实施例将所有电子组件(能量源、微处理器、无线数据收发器和模拟前端)放置在分析物选择性传感器内，使得它可以在没有治疗递送机构的情况下作为可分离设备操
作。
63.所公开的发明的又一个实施例包括定位在皮肤上并被配置为用于超过三天的分析物监测(例如7、10或14天，如在当前连续葡萄糖监测器中)的分析物选择性传感器，而治疗递送机构被配置为每三天更换一次(例如胰岛素输注系统的情况)，使得移除所述治疗递送机构不需要移除或以其他方式干扰分析物选择性传感器。分析物选择性传感器优选地是基于微针阵列的电化学、光电或全电子设备，其被配置为测量真皮间质中的内源性或外源性生化剂、代谢物、药物、药理学、生物学或药剂，指示用户生理体液中的特定生理学或代谢状态。具体地，微针阵列包括多根微针，具有200和2000μm之间的垂直范围，被配置为选择性地量化位于有活力的表皮或真皮内的至少一种分析物的水平。分析物选择性传感器优选地是电化学传感器、化学传感器、电传感器、电位传感器、电流传感器、伏安传感器、电流计传感器、阻抗传感器、电导传感器或生物传感器。输注系统或治疗递送机构优选地是流体递送装置，其被配置为经由微针、大针(macroneedle)、皮下注射针、套管、导管或口服递送途径将溶液相治疗剂输注到真皮间质、皮下脂肪层、循环系统(静脉、动脉或毛细血管)或肌肉组织中。响应于所述分析物选择性传感器提供的代谢状态，以受控方式递送溶液相治疗剂。治疗剂(也称为“疗法”)优选地是溶液相药物、药理学、生物学或药剂。
64.又一实施例是将传感器和输注系统(包含嵌入式治疗)与响应治疗系统集成的耦合系统。该实施例是结合了传感器和输注系统两者以发起治疗的递送的体戴式设备，其占据物理上不同的隔室。或者，体戴式设备将传感器、输注系统和治疗结合在一个单独的外壳中。
65.机械耦合机构是一种设计用于将传感器保持在输注系统外壳内的机构，反之亦然。或者，体戴式设备的特征在于配置为将传感器和输注系统两者保持在其中的第三元件(中间件)。耦合机构可以采用过盈配合、间隙配合或过渡配合的形式。
66.电磁能量传输机构是一种电磁机构，设计用于从传感器到输注系统单向传输信息和/或电力，或在传感器和输注系统之间双向传输信息和/或电力。或者，诸如第三设备之类的中间件可以实现所述传感器和输注系统之间的交互。传输机构可以采用由连接器装置促进的无线电磁传输或电磁通信的形式。
67.在另一个为闭环实施例的实施例中，元件如下：微针阵列分析物选择性传感器是多个微针，具有200和2000μm之间的垂直范围，被配置为选择性地量化位于真皮间质内的至少一种分析物的水平。治疗递送机构、输注系统，是流体递送装置，其被配置为优选地经由微针、大针(macroneedle)、皮下注射针、套管、导管或口服递送途径将溶液相治疗剂输注到真皮间质、皮下脂肪层、循环系统(静脉、动脉或毛细血管)或肌肉组织中。治疗剂、疗法是溶液相药物、药理学、生物学或药剂。将传感器和输注系统(包含嵌入式治疗)与响应式治疗系统相结合的耦合系统是能够结合传感器和输注系统二者以促使递送占据物理上不同的解剖或生理隔间的治疗的体戴式设备。或者，体戴式设备将传感器、输注系统和治疗结合在一个单独的外壳中。控制算法是软件例程，其基于来自用户的输入或来自微针阵列分析物选择性传感器记录的测量值，通过控制递送的量、递送的持续时间和/或递送的频率，采用一种或多种数学变换来控制治疗剂的剂量。所述给药可以包括推注递送，其中治疗被立即递送，或基础递送，其中治疗在延长的时间段内递送。数学变换可以采用额外的输入，由用户提供或从其他地方自主集成。机械耦合机构是一种设计用于将传感器保持在输注系统外壳
内的机构，反之亦然。或者，体戴式设备可以包括配置为将传感器和输注系统两者保持在其中的第三元件(中间件)。耦合机构优选地采用过盈配合、间隙配合或过渡配合的形式。信息传输机构是一种电磁机构，设计用于从传感器到输注系统单向传输信息和/或电力，或在传感器和输注系统之间双向传输信息和/或电力。或者，中间件，例如第三设备，减轻或判断传感器和输注系统之间的交互。传输机构优选地采用由连接器装置促进的无线电磁传输或电磁通信的形式。
68.另一个实施例是分析物选择性传感器第一方法实施例。在第一步骤，用户将传感器应用于皮肤。分析物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在。在一个子实施例中，传感器配置有几何特征，该几何特征与输注系统底部的相似几何形状完全匹配，使得输注系统适当地安装到传感器上并在需要时进行适当的电连接以适当操作组合系统。
69.在下一步骤，用户将输注系统应用于皮肤，同时通过机械耦合将输注系统与传感器接合，从而形成单一的体戴式设备。治疗递送换能器被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至角质层下方的生理隔室，该定位需要治疗递送机构和分析物选择性传感器之间的机械保持以形成单一的体戴式设备。
70.在下一步骤，发生相关信息和/或电力在传感器和输注系统之间的传送。传输电力和/或携带与传感器和/或输注系统相关的信息的电磁信号以单向方式(传感器到输注系统/输注系统到传感器)或双向方式(传感器进出输注系统)或通过中间件(传感器到中间件到输注系统/输注系统到中间件到传感器/传感器进出中间件进出输注系统)在两个组合件之间中继。
71.另一个实施例是治疗递送机构第一方法实施例。在第一步骤，用户将输注系统应用于皮肤。治疗递送机构被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至角质层下方的生理隔室。
72.接下来，用户将传感器应用于皮肤，同时通过机械耦合将传感器与输注系统接合，从而形成单一的体戴式设备。分析物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在，所述定位需要在所述分析物选择性传感器和治疗递送机构之间的机械保持以形成单一的体戴式设备。真皮优选包括真皮间质、真皮间质液、乳头状真皮、网状真皮或真皮毛细血管床。分析物或多种分析物优选地包括葡萄糖、乳酸盐、酮体、尿酸、抗坏血酸、酒精、谷胱甘肽、过氧化氢、代谢物、电解质、离子、药物、药理学、生物学或药剂中的至少一种。
73.接下来，在传感器和输注系统之间进行相关信息的传送。传输电力和/或携带与传感器和/或输注系统相关的信息的电磁信号以单向方式(传感器到输注系统/输注系统到传感器)或双向方式(传感器进出输注系统)或通过中间件(传感器到中间件到输注系统/输注系统到中间件到传感器/传感器进出中间件进出输注系统)在两个组合件之间中继。
74.另一个实施例是分析物选择性传感器和治疗递送机构方法的耦合。首先，传感器通过机械耦合与输注系统接合。这是分析物选择性传感器和治疗递送机构的机械耦合，以形成单一设备，准备应用于皮肤。任选地，在应用于皮肤之前，使用第三元件来保持分析物选择性传感器和治疗递送机构两者。
75.接下来，用户将耦合的传感器和输注系统作为单一设备应用于皮肤。包括单一机
械耦合装置的分析物选择性传感器和治疗递送机构都同时应用于皮肤。分析物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在。治疗递送机构被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至角质层下方的生理隔室。
76.接下来，在传感器和输注系统之间进行相关信息的传送。传输电力和/或携带与传感器和/或输注系统相关的信息的电磁信号以单向方式(传感器
→
输注系统/输注系统
→
传感器)或双向方式(传感器
←→
输注系统)或通过中间件(传感器
→
中间件
→
输注系统/传感器
←→
中间件
77.←→
输注系统)在两个组合件之间中继。
78.本发明的输入是耦合，其是一种设计用于将传感器保持在输注系统外壳内的机构，反之亦然。或者，体戴式设备可以包括配置为将传感器和输注系统两者保持在其中的第三元件。耦合机构优选地采用过盈配合、间隙配合或过渡配合的形式。本发明的输出是传输，其是携带电力和/或与传感器和/或输注系统相关的信息的电磁信号以单向方式(传感器到输注系统/输注系统到传感器)或双向方式(传感器到进出输注系统)或通过中间件(传感器到中间件到输注系统/传感器进出中间件进出输注系统)在两个组合件之间中继。
79.传感器优选地是多根微针，具有200和2000μm之间的垂直范围，被配置为选择性地量化位于有活力的表皮或真皮内的至少一种分析物的水平。图3图示了与硬币301和针305相关的微针阵列传感器325。
80.图4是被配置为在皮下组织43内操作的治疗递送装置25和被配置为在真皮42内操作并穿过表皮41的分析物选择性传感器20的图示40。应该注意的是，两者位于空间上非常接近的位置。
81.图5a是将基于微针阵列的分析物选择性传感器20集成到输液器500中的图示。图5b、6a和6b图示了将基于微针阵列的分析物选择性传感器20集成到贴片泵525中。图6c图示了基于微针阵列的分析物选择性传感器20和微针25。
82.图7a、7b、7c、7d和7e图示了基于微针的分析物选择性传感器20，其具有微针阵列以及未示出的激励和测量电路。微针分析物选择性传感器20优选地包括外壳构件125、背板、内焊盘、电路板盖、外焊盘和粘合垫、前面板、微针150和包含电子元件的印刷电路板，其是将生化信号转换为数字数据所需的，这些数据通过嵌入式无线收发器无线传输到外部设备。电化学模拟前端优选包括：德州仪器lmp91000传感器afe系统、用于低功率化学感测应用的可配置afe恒电位仪；用于低功率化学感测应用的德州仪器lmp91200可配置afe；或带有cortex-m3和连接功能的片上analog devices aducm350 16位精度低功率计。无线收发器优选为bluegiga ble-113a bluetooth智能模块，或带usb的德州仪器cc2540 simplelink bluetooth智能无线mcu。微针150穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮。基于微针的分析物选择性传感器20还具有多个电焊盘127，用于在治疗递送系统和基于微针的分析物选择性传感器20之间传输电力和/或信息。基于微针的分析物选择性传感器20优选地具有两个到十个之间的焊盘127，并且最优选地具有六个焊盘127。
83.图8a-8c图示了具有主体801的治疗递送系统800，该主体具有带有端口802的内表面805、按钮810、具有用于与基于微针的分析物选择性传感器20耦合的多个电焊盘827的腔820。图8d图示了与基于微针的分析物选择性传感器20和附接到端口802的套管803耦合的
治疗递送系统800。图9a和9b图示了具有针804的治疗递送系统800。图9c和9d图示了具有附接到端口802的套管803的治疗递送系统800。
84.图10、10a和10b是分析物选择性传感器和治疗递送系统的应用过程的图示，说明它们之间的机械和电磁耦合操作。参考图10，显示了分析物选择性传感器在佩戴者215的皮肤上的应用，其中分析物选择性传感器20具有六个用于传送电磁能(电力和/或信息)的导电焊盘127。在图10a中，显示了治疗递送系统800在分析物选择性传感器的后部的应用。在图10b中，示出了佩戴者215皮肤上的机械耦合和电磁耦合的分析物选择性传感器20和治疗递送系统800。
85.图11是机械和电磁耦合的分析物选择性传感器20和治疗递送系统800的图示，其中显示了分析物选择性传感器20的微针阵列和治疗递送系统20的套管803。
86.图12图示了用于将分析物选择性传感器和输注系统耦合为单个体戴式设备的方法1200。在方框1201，分析物选择性传感器被定位在佩戴者的皮肤上。分析物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在。在方框1202，输注系统被定位在佩戴者的皮肤上。输注系统被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至真皮下方的生理隔室。在方框1203，分析物选择性传感器被耦合到输注系统以形成单一的体戴式设备。所述耦合导致分析物选择性传感器和输注系统之间的机械保持。在方框1204，电磁能在分析物选择性传感器和输注系统之间传送。所述传送实现了分析物选择性传感器和输注系统之间的交互。
87.图13图示了用于将输注系统和分析物选择性传感器耦合为单个体戴式设备的方法1300。在方框1301，输注系统被定位在佩戴者的皮肤上。输注系统被配置为穿透角质层并以受控方式将溶液相治疗剂或治疗剂集合递送至真皮下方的生理隔室。在方框1302，分析物选择性传感器被定位在佩戴者的皮肤上。分析物选择性传感器被配置为穿透角质层以接近有活力的表皮或真皮，并以选择性方式测量一种或多种分析物的存在。在方框1303，分析物选择性传感器被耦合到输注系统以形成单一的体戴式设备。所述耦合导致分析物选择性传感器和输注系统之间的机械保持。在方框1304，电磁能在分析物选择性传感器和输注系统之间传送。所述传送实现了分析物选择性传感器和输注系统之间的交互。
88.图14图示了在皮肤应用之前用于分析物选择性传感器和输注系统耦合的方法1400的流程图。在方框1401，机械保持机构在分析物选择性传感器和输注系统之间接合以形成单一的体戴式设备。在方框1402处，将单一的体戴式设备定位在佩戴者的皮肤上。在方框1403，电磁能在分析物选择性传感器和输注系统之间传送。
89.图15图示了在皮肤应用之前用于分析物选择性传感器和输注系统耦合的方法1500的流程图，其由中间装置促进。在方框1501，机械保持机构接合在中间装置与分析物选择性传感器和输注系统两者之间以形成单一的体戴式设备。在方框1502处，将单一的体戴式设备定位在佩戴者的皮肤上。在方框1503，电磁能在分析物选择性传感器和输注系统之间传送。
90.图16是本发明的开环实施例的方法1600的流程图。用于执行开环实施例的方法1600开始于方框1601，其中微针阵列分析物选择性传感器记录在真皮间质中一种或多种分析物的测量值。有活力的表皮或真皮内分析物的循环水平通过传感器量化。接下来，在方框1602处，来自微针阵列分析物选择性传感器的一个或多个测量值被显示给用户。用户在显
示器或界面上接收一种或多种分析物的循环水平的读数。可替代地，用户接收到一种或多种分析物的循环水平超出预定标准或值范围的通知。接下来，在方框1603处，如果需要，用户调整一种或多种治疗剂的剂量。用户基于由传感器提供的一种或多种分析物的测量来操纵治疗的输注量、持续时间或频率。接下来，在方框1604处，通过治疗递送机构将一种或多种治疗剂给予至真皮间质、皮下脂肪层、循环系统(静脉、动脉或毛细血管)或肌肉组织中。治疗经由输注子系统递送至用户，并且基于给定来自传感器的一个或多个测量值的用户剂量确定。
91.图17是本发明的闭环实施例的方法1700的流程图。用于执行闭环实施例的方法1700开始于方框1701，其中微针阵列分析物选择性传感器记录在真皮间质中一种或多种分析物的测量值。有活力的表皮或真皮内分析物的循环水平通过传感器量化。接下来，在方框1702处，来自微针阵列分析物选择性传感器的一个或多个测量值被输入到控制算法中；任选地，所述一个或多个测量值被显示给用户。当前和任选的过去存储的测量值被用作算法的一个或多个输入。可替代地，用户还在显示器或界面上接收一种或多种分析物的循环水平的读数。可替代地，用户接收到一种或多种分析物的循环水平超出预定标准或值范围的通知。接下来，在方框1703处，如果需要，控制算法基于编程的数学变换调整一种或多种治疗剂的剂量。所述算法基于由传感器提供的一种或多种分析物的测量来自主地操纵治疗的输注量、持续时间或频率。接下来，在方框1704处，通过治疗递送机构将一种或多种治疗剂给予至真皮间质、皮下脂肪层、循环系统(静脉、动脉或毛细血管)或肌肉组织中。治疗经由输注子系统递送至用户，并且基于给定算法输出的剂量确定。
92.有活力的表皮或真皮内一种或多种分析物的循环水平的输入是有活力的表皮或真皮中的内源性或外源性生化剂、代谢物、药物、药理学、生物学或药剂，指示特定生理或代谢状态。
93.输出是将一种或多种治疗剂给予至循环系统(静脉、动脉或毛细血管)、肌肉组织或口腔递送途径中。传感器提供的测量值用于通过输注子系统发起治疗的释放。在开环实施例中，治疗的递送由用户控制。在闭环实施例中，采用算法来控制治疗的剂量、持续时间和频率。
94.图18是说明开环实施例下的输入、输出和主要成分的方框/过程流程图1800。在方框1801处，一种或多种分析物的循环水平在真皮内。在方框1802处，传感器测量分析物。如果需要，用户1803调整一种或多种治疗剂的剂量。用户1803基于由传感器提供的一种或多种分析物的测量来操纵治疗1804的输注量、持续时间或频率。在方框1805处，通过治疗递送机构将一种或多种治疗剂给予至真皮间质、皮下脂肪层、循环系统(静脉、动脉或毛细血管)或肌肉组织中。治疗优选地经由输注子系统递送至用户，并且基于给定来自传感器的一个或多个测量值的用户剂量确定。
95.图19是说明闭环实施例下的输入、输出和主要成分的方框/过程流程图1900。在方框1901处，一种或多种分析物的循环水平在真皮内。在方框1902处，传感器测量分析物。如果需要，控制算法1903基于编程的数学变换调整一种或多种治疗剂的剂量。所述算法基于由传感器提供的一种或多种分析物的测量来自主地操纵治疗1904的输注量、持续时间或频率。接下来，在方框1905处，通过治疗递送机构将一种或多种治疗剂给予至皮下脂肪层、循环系统(静脉、动脉或毛细血管)、肌肉组织或口服递送途径中。治疗经由输注子系统递送至
用户，并且基于给定算法输出的剂量确定。
96.图20和21示出了替代实施例，其具有与输注系统800'和分析物选择性传感器20'集成为单个体戴式设备2000的中间装置2010。中间装置2010包括用于与输注系统800'可拆卸地集成的隔间2025、用于与分析物选择性传感器20'的可拆卸集成的隔间2020、cpu 2040、存储器2045、收发器2050、接口2055和通信/连接线2030。在该实施例中，用户通过中间装置2010机械地耦合分析物选择性传感器20'和输注系统(治疗递送机构)800'，优选地在应用到佩戴者身体之前。中间装置2010将分析物传感器20'和输注系统800'保持在相对于彼此的固定位置以形成单一的、体戴式响应治疗系统2000。单一体戴式设备2000优选地还包括皮肤贴片、真皮贴片、粘性贴片、输注装置、贴片泵、响应治疗系统或自动治疗递送系统。在替代实施例中，不存在连接线2030，并且输注系统800'和分析物选择性传感器20'之间的通信是无线的。在最优选的实施例中，中间装置2010优选地具有范围从2厘米(cm)到13cm的长度、范围从1cm到8cm的宽度以及范围从1cm到8cm的高度。分析物选择性传感器20'优选地具有范围从1cm到5cm的直径和范围从0.1cm到3cm的厚度。输注系统优选地具有范围从2厘米(cm)到12cm的长度、范围从1cm到7cm的宽度以及范围从1cm到7cm的高度。
97.图22图示了具有作为壳体的中间装置2010的实施例，用于将输注系统保持在凹部2025中并且将分析物选择性传感器保持在凹部2020中以形成单一的体戴式设备。在该实施例中，中间装置优选地由塑料形成并且不包含电子元件。凹部2025和2020可以成形为保持各种形状的传感器和输注系统。