DE69931795T2

DE69931795T2 - Mikrosensor

Info

Publication number: DE69931795T2
Application number: DE69931795T
Authority: DE
Inventors: Jules Eric St. Louis RASKAS
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: WO2000011453A2; EP1110077A2; DE69931795D1; US6197257B1; DE1110077T1; WO2000011453A3; EP1110077B1; AU5684899A

Description

Gebiet der Technik
Diese Erfindung betrifft allgemein eine Sensorvorrichtung und im Besonderen eine Mikrosensorvorrichtung, die in einer Vielzahl von Sensoranwendungen zum Überwachen, Erfassen oder Messen einer Konzentration eines Materials in einer Probe verwendet werden kann.
Zugrunde liegender Stand der Technik
Es gibt zahlreiche Anwendungen, in denen eine Vorrichtung zum Überwachen oder Feststellen einer Konzentration eines Materials in einer Substanz verwendet wird. So kann es beispielsweise erforderlich sein, die Konzentration einer Chemikalie in einer Materialprobe zu kennen, beispielsweise die Konzentration von Natrium, Calcium oder einer anderen chemischen Verbindung in einer Probe. Das Überwachen oder Feststellen der Konzentration einer Substanz erfordert typischerweise eine Installation von relativ komplexen, empfindlichen und teuren Geräten oder Instrumenten. Gelegentlich machen es Platzanforderungen schwierig, die Installation komplexer Geräte zu nutzen, und es wäre vorteilhaft, ein Gerät zu besitzen, das kleine Abmessungen besitzt und leicht zu transportieren ist. Darüber hinaus liefern derartige komplexe Geräte möglicherweise keine Ergebnisse mit einer hohen Auflösung.
Eine bekannte und wichtige Anwendung zum Überwachen einer Konzentration einer Substanz in einer Probe ist das Überwachen des Blutzuckers für Diabetiker. Es gibt mindestens zwei bekannte Verfahren zum Überwachen des Blutzuckerspiegels beim Menschen. Das erste Verfahren ist ein invasives Verfahren und umfasst die Probenahme mithilfe von Nadeln oder Spritzen. Typischerweise verwendet ein Patient für das invasive Verfahren eine kleine Lanzetten-Vorrichtung, die zum Stechen oder Punktieren eines Fingers verwendet wird. Dann wird Blut auf einem Streifen, der vom einem chemischen Reagens durchdrungen ist, aufgefangen. Der Streifen wird danach in eine Vorrichtung eingebracht, die die chemische Reaktion des Blutes auf dem Streifen optisch ausliest und dies in einen Blutzuckerspiegel umrechnet. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung wird in dem US-Patent Nr. 4.637.403 von Garcia et al. beschrieben. Dieses Patent beschreibt ein kleinformatiges, transportables, medizinisches Diagnosesystem, das eine Wegwerf-Nadel- oder -Lanzettensonde enthält, die einen Streifen mit einem chemischen Reagens wie beispielsweise Blutreaktions-Chemie enthält, und eine einem Stift (Pen) ähnliche Form besitzt. Der Pen umfasst darüber hinaus eine Federvorrichtung zum Auslösen einer Nadel oder Lanzette in die Haut für das Übertragen von Blut aus einem Finger oder einem anderen Bereich auf den Streifen mit dem chemischen Reagens. Es wurde festgestellt, dass Blutzuckerwerte bei Diabetikern sehr genau überwacht werden müssen, um im Zusammenhang mit Diabetes auftretende Komplikationen zu reduzieren. Für die Analyse im Laufe eines Tages kann es erforderlich sein, zahlreiche Proben zu nehmen oder Stiche in den Finger durchzuführen. Die Selbstkontrolle des Blutzuckers durch den Patienten ist daher bei der Behandlung von Diabetes sehr wichtig. Für die Selbstkontrolle der Blutzuckerwerte durch den Patienten ist es notwendig, mit einer Lanzette oder einer Nadel in den Finger zu stechen, dies vermeiden viele Patienten, weil es schmerzhaft und unpraktisch ist. Daher ist ein weniger invasives Verfahren wünschenswert. Das zweite Verfahren ist als nicht-invasiv bekannt und erfordert kein Durchstechen der Haut. Das nicht-invasive Verfahren umfasst typischerweise eine Vorrichtung, die infrarot-nahes Licht zum Feststellen der Blutzuckerwerte verwendet. Diese Vorrichtungen messen die Glucose-Konzentration im Blut oder den Geweben eines Organismus durch Verwenden einer optischen Vorrichtung, ohne dass es notwendig wird, Blut abzunehmen oder einen Teil des Gewebes des Organismus zu zerstören. Obwohl diese Vorrichtungen nicht-invasive Verfahren nutzen, ist keine dieser Vorrichtungen kommerziell anerkannt oder praktikabel.
Die vorliegende Erfindung wurde konstruiert, um viele der Nachteile und Unzulänglichkeiten zu umgehen oder zu überwinden, die mit der herkömmlichen Verwendung von komplexen Test- und Überwachungsgeräten verbunden sind. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung leicht zu bedienen, liefert extrem schnelle Ergebnisse und eine hohe Auflösung und ist leicht zu transportieren. Die vorliegende Erfindung verwendet relativ kostengünstige Bauteile, wodurch das Produkt kommerziell realisierbar ist. Darüber hinaus ist die Mikrosensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung relativ nicht-invasiv, da sie keine Blutabnahme erforderlich macht, und liefert sofort Ergebnisse, die keine weitere Verarbeitung des Blutes wie beispielsweise Zentrifugieren, Lagern, Transportieren und andere zeitaufwändige Tests erforderlich macht.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Mikrosensorvorrichtung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert.
Angesichts der vorgenannten Bemerkungen ist es ersichtlich, dass eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen einer verbesserten Sensorvorrichtung ist, die in der Hand gehalten werden kann, tragbar und leicht zu bedienen ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, die einen Spitzenabschnitt von extrem kleiner Größe besitzt, die beim Einführen in die Hand eines Patienten wenig oder gar keine Empfindungen hervorruft.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, die ein einfaches Design und eine einfache Konstruktion besitzt, leicht einsetzbar ist und sehr zuverlässige Ergebnisse liefert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, die genau ist und Messergebnisse in einem kurzen Zeitraum liefert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, die ein kompaktes Design besitzt und für den persönlichen Gebrauch leicht zu transportieren ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, die einen Spitzenabschnitt besitzt, der sich ohne Verwendung von optischen Verbindern oder optischen Splittergeräten an elektronische Bauteile anschließen lässt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, die wenige Teile oder Komponenten enthält und leicht herzustellen oder zu konstruieren ist.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Betrachten der folgenden, ausführlichen Ausführungen im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Darstellung der Mikrosensorvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde;
2 ist ein Blockdiagramm der Mikrosensorvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde;
3 ist eine perspektivische Darstellung eines Spitzenabschnittes der Mikrosensorvorrichtung, wie in 1 dargestellt;
4 ist eine schematische Ansicht der Mikrosensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die verwendet wird, um eine Konzentration in einer Probe zu erfassen;
5 ist eine perspektivische Darstellung der Mikrosensorvorrichtung, wie in 1 dargestellt, die eine Glucosekonzentration in einer Hand eines Patienten überwacht;
6 ist ein Blockdiagramm von einem anderen Ausführungsbeispiel des integrierten Sensorkopfes, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde; und
7 ist ein Blockdiagramm von einem zweiten Ausführungsbeispiel der Mikrosensorvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde.
Beste Arten der Ausführung der Erfindung
In den Zeichnungen bedeuten gleiche Referenznummern gleiche Elemente, Nummer 10 kennzeichnet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Mikrosensorvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde. Wie in 1 dargestellt, umfasst Vorrichtung 10 einen Körper in Stift- oder Pen-Form 12, der einen integrierten Sensorkopf 14, einen zentralen Körperabschnitt 16 und eine Abschlusskappe 18 umfasst. Der zentrale Körperabschnitt 16 umfasst darüber hinaus eine Anzeigevorrichtung 20 wie beispielsweise eine Anzeige vom LED- (Licht emittierende Diode) -Typ oder vom LCD-(liquid crystal display [Flüssigkristallanzeige])-Typ zum Anzeigen von Informationen. Die Abschlusskappe 18, die vom zentralen Körperabschnitt 16 abnehmbar sein kann, dient dazu, den Zugang zum Inneren des zentralen Körperabschnittes 16 zu ermöglichen. Batterien (nicht dargestellt) können in den zentralen Körperabschnitt 16 eingesetzt werden, um die Vorrichtung 10 mit Energie zu versorgen, wie noch erläutert werden wird. Der zentrale Körperabschnitt 16 kann darüber hinaus einen EIN-/AUS-Schalter 22 umfassen, der zum Bedienen der Vorrichtung 10 verwendet werden kann, einen Lautsprecher 24, der zum hörbaren Angeben bestimmter Informationen verwendet werden kann, und eine LED 26, die dazu verwendet werden kann, anzuzeigen, dass ein Messvorgang beendet wurde. Weitere Schalter (nicht dargestellt) können für eine weiter gehende Steuerung der Vorrichtung 10 in den zentralen Körperabschnitt 16 eingefügt werden. Darüber hinaus beherbergt der zentrale Körperabschnitt 16 elektronische Schaltkreise und andere Bauteile, die hierin dargestellt und ausführlich beschrieben werden. Die Vorrichtung 10 ist von einer solchen Größe und Form, dass sie eine Vorrichtung ist, die in der Hand gehalten werden kann, tragbar ist und vorzugsweise die Größe und Form eines Stiftes oder Pens besitzt.
In 2 wird ein Blockdiagramm der Schaltkreise und Bauteile der Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Berechnungseinheit 30, die mit einem Kabel 32 mit der Anzeige 20, mit einem Kabel 34 mit dem Schalter 22, mit einem Kabel 36 mit dem Lautsprecher 24 und mit einem Kabel 38 mit der LED 26 verbunden ist. Die Berechnungseinheit 30 kann zum Beispiel aus einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller, einem ASIC-Chip oder jedweder anderen bekannten, gleichwertigen Vorrichtung bestehen, die in der Lage ist, elektrische Signale zu verarbeiten. Die Berechnungseinheit 30 kann darüber hinaus mit einer Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Batterie, verbunden sein, die Energieversorgung und derartige Verbindungen sind in 2 jedoch nicht dargestellt. Darüber hinaus kann die Berechnungseinheit 30 mit anderen Schaltern (nicht dargestellt) verbunden sein, die zusammen mit der Vorrichtung 10 bereitgestellt werden, um die Vorrichtung 10 weitergehend zu steuern oder zu bedienen. Die Berechnungseinheit 30 und die anderen Bauteile 20, 22, 24 und 26 befinden sich alle in dem zentralen Körperabschnitt 16.
Der integrierte Sensorkopf 14 umfasst eine Lichtquelle 40, einen Detektor 42 und einen Spitzenabschnitt 44, die alle in den integrierten Sensorkopf 14 eingebaut oder in diesen integriert sind. So kann beispielsweise der integrierte Sensorkopf 14 durch jedwedes geeignete Spritzgieß-Verfahren oder jedwede geeignete Technik geformt werden. Darüber hinaus ist der integrierte Sensorkopf 14 von extrem kleiner Größe in einem Bereich von weniger als ungefähr 30 Mikrometern. Die Lichtquelle 40 ist mit der Berechnungseinheit 30 durch eine elektrische Verbindung 46 funktionell verbunden, und ebenso ist der Detektor 42 mit der Berechnungseinheit 30 durch eine elektrische Verbindung 48 verbunden. Der Spitzenabschnitt 44 besteht aus einem extrem kleinen, nadelförmigen Analysegerät. Die Lichtquelle 40 kann eine LED, ein Laser, eine Laserdiode oder eine andere Lichtanregungsquelle sein. Die Lichtquelle 40 ist dafür eingerichtet, einen Lichtstrahl 50 in den Spitzenabschnitt 44 zu projizieren. Der Lichtstrahl 50 gelangt durch den Spitzenabschnit 44, und ein reflektiertes Muster von Licht 52 kann von einer Probe (nicht dargestellt) durch den Spitzenabschnitt 44 zu dem Detektor 42 zurück reflektiert werden. Der Detektor 42 stellt das reflektierte Muster von Licht 52 der Berechnungseinheit 30 zum Verarbeiten bereit, um die Konzentration einer Substanz in einer Probe zu bestimmen. Der Detektor 42 kann beispielsweise eine Photodiode, ein Miniatur-Spektrometer oder jedwede andere Vorrichtung zum Feststellen von Licht sein.
Der integrierte Sensorkopf 14 wird in 3 ausführlich dargestellt und ist erneut vorzugsweise eine kleine Vorrichtung mit einer Größe oder einem Durchmesser von weniger als 30 Mikrometern. Insbesondere der Sensorkopf 14 ist eine einzigartige Konstruktion und enthält die Lichtquelle 40, den Detektor 42 und den Spitzenabschnitt 44. Die elektrischen Verbindungen 46 und 48 gehen von der Lichtquelle 40 beziehungsweise von dem Detektor 42 aus und enden an einem ersten Ende 54 des Sensorkopfes 14. Auf diese Weise vereinigen sich die Verbindungen 46 und 48 mit den entsprechenden Verbindungen oder Anschlüssen (nicht dargestellt) in dem zentralen Körperabschnitt 16. Die Verwendung von den elektrischen Verbindungen 46 und 48 behebt jedwede Ausrichtungsprobleme, die üblicherweise mit anderen Arten von Verbindern, beispielsweise bei einer optischen Verbindung, einhergehen. Darüber hinaus ist der Sensorkopf 14 mit dem zentralen Körperabschnitt 16 durch jedwede geeignete Art und Weise verbunden, beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder eine kraftschlüssige Verbindung.
Der Spitzenabschnitt 44 ist chemisch behandelt oder verwendet ein enzymatisches Ver fahren oder eine enzymatische Behandlung, durch das oder durch die der Spitzenabschnitt 44 mit der zu analysierenden oder zu überwachenden Probe interagieren kann. Die Eigenschaften des Spitzenabschnittes 44 können in Abhängigkeit von der Probe und der Chemikalie oder Substanz, die von der Vorrichtung 10 analysiert werden soll, variieren. Gemäß Konstruktion und speziell hinsichtlich 2 erlaubt der Spitzenabschnitt 44 dem Lichtstrahl 50 den Durchgang durch den Spitzenabschnitt 44 hindurch und dem reflektierten Muster von Licht 52 die Reflexion durch den Spitzenabschnitt 44. Wie oben beschrieben, ist der Spitzenabschnitt 44 extrem klein und kann wegen seiner Größe in die Zwischenräume zwischen den meisten Zellen oder durch die Membran einer Zelle eingeführt werden, ohne diese Zelle zu beschädigen. Darüber hinaus ist der Spitzenabschnitt so klein, dass er beim Einführen in menschliches Gewebe, beispielsweise in eine menschliche Hand, wenig oder keine fühlbaren Empfindungen auslöst.
Der Spitzenabschnitt 44 kann, basierend auf den Eigenschaften einer Farbmatrix, eine spezifische chemische Empfindlichkeit besitzen. Ein Farbstoff kann durch eine andere chemische Verbindung, die das Erfassen einer speziellen chemischen Eigenschaft in einer Probe oder einer Substanz ermöglicht, chemisch aktiviert werden. Der Spitzenabschnitt 44 liefert eine verbesserte Empfindlichkeit, Trennschärfe und Stabilität beim Erkennen einer Konzentration in einer Probe oder Substanz. Auf diese Weise interagiert die Sensorvorrichtung 10 mit der Substanz oder Probe, um eine spezifische Chemikalie oder Konzentration in der Substanz festzustellen. Einige Beispiele dafür, wie der Spitzenabschnitt 44 chemisch behandelt werden kann, um ihm eine spezifische chemische Empfindlichkeit zu verleihen oder ihn mit der zu erfassenden oder zu überwachenden Probe interagieren zu lassen, werden in den US-Patenten Nr. 5.361.314 und 5.627.922 gegeben.
In den 1, 2 und 4 wird der Betrieb der Vorrichtung 10 ausführlich erläutert. Zum Betreiben der Vorrichtung 10 wird der Ein-/Aus-Schalter 22 gedrückt, um die Vorrichtung 10 zu initialisieren. Sobald die Vorrichtung 10 eingeschaltet wurde, kann sie in eine Probe 60 eingeführt werden, um die Probe 60 auf eine bestimmte Konzentration einer Substanz zu testen. Wie in 4 gezeigt, ist die zu testende Probe eine Flüssigkeit 62 in einem Becherglas 64. Der Spitzenabschnitt 44 wird in die Flüssigkeit 62 eingeführt, und zu diesem Zeitpunkt wird ein Lichtstrahl, beispielsweise der Lichtstrahl 50, in die Flüssigkeit 62 hineingestrahlt. Während der Spitzenabschnitt 44 Kontakt mit der Flüssigkeit 62 hat, beginnt die Flüssigkeit 62, chemisch mit dem Spitzenabschnitt 44 zu reagieren, und die Farbe der Chemikalie, aus der sich die Sensorvorrichtung 10 zusammensetzt, ändert sich. Als Ergebnis dieser Änderung ändert sich das Muster des in den Spitzenabschnitt 44 hineinreflektierten Lichtes, wie in dem Muster von reflektiertem Licht 52 gezeigt. Dieses Muster wird von dem Detektor 42 erfasst und Signale werden an die Berechnungseinheit 30 gesendet, die eine Rechenoperation durchführt, um die Konzentration der jeweils erfassten Chemikalie zu bestimmen, und das Ergebnis kann in der Anzeige 20 angezeigt werden.
Darüber hinaus können die chemischen Eigenschaften des Spitzenabschnittes 44 des Sensorabschnittes 14 geändert werden, um mit einer anderen Chemikalie zu reagieren, um eine andere Chemikalie in einer Probe festzustellen. Darüber hinaus kann statt des Änderns der chemischen Eigenschaften des Spitzenabschnittes 44 nur eine Änderung der Lichtquelle 40 notwendig sein, um eine andere Chemikalie in einer Probe festzustellen. Es ist des Weiteren möglich, dass eine Kappe (nicht dargestellt) den Spitzenabschnitt 44 abdeckt, wenn die Vorrichtung 10 nicht verwendet wird. In die Kappe kann darüber hinaus ein Mechanismus eingebaut sein, der den Spitzenabschnitt 44 steril hält.
Der Spitzenabschnitt 44 kann unter Verwendung von jedem geeigneten Spritzgieß-Verfahren oder von Techniken und Verfahren des Präzisions-Spritzgießens zum Formen extrem kleiner Teile hergestellt werden. Ein anderes Verfahren oder eine andere Technik zum Herstellen des Spitzenabschnittes 44 kann einen Mikro-Herstellungsprozess umfassen, der als Herstellungsprozess für mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) bekannt ist und bei dem Teile von extrem kleiner Größe aus einer Substanz geschnitten werden können. Es kann sogar ein mikro-optoelektromechanisches System (MOEMS) verwendet werden, um den Spitzenabschnitt 44 herzustellen. Zusätzlich kann der Spitzenabschnitt 44 aus Silikaten, Kunststoffen, Polymeren oder sogar Pyrex hergestellt werden. Weitere bekannte Verfahren zum Herstellen des Spitzenabschnittes können auch Umformen unter Hitzeeinwirkung oder sogar Tiefziehen sein.
In 5 wird die Sensorvorrichtung 10 erneut mit einem stiftartigen Körper 12 dargestellt, der den zentralen Körperabschnitt 16, die Abschlusskappe 18 und den Sensorkopf 14 umfasst, der in eine Hand 80 eingeführt wird, um das Vorhandensein einer Konzentration einer Substanz, beispielsweise von Glucose, festzustellen. Der zentrale Körper abschnitt 16 umfasst die Anzeige 20 zum Anzeigen von Informationen, beispielsweise der Glucose-Konzentration, den Ein-/Aus-Schalter 22 zum Bedienen der Vorrichtung 10, den Lautsprecher 24 und die LED 26. Der Spitzenabschnitt 14 wird, wie dargestellt, in die Hand 80 eingeführt, und wegen seiner extrem geringen Größe treten dabei wenig oder keine Empfindungen auf. Die weiteren Bauteile der Sensorvorrichtung 10, die bereits für 2 diskutiert wurden, sind alle in dem zentralen Körperabschnitt 16 und dem Spitzenabschnitt 14 untergebracht.
Wenn das Gerät in die Hand 80 eingeführt ist, bewirkt die Betätigung der Sensorvorrichtung 10, dass die Berechnungseinheit 30 die Lichtquelle 40 bedient. Der Lichtstrahl 50 wird erzeugt und durch den Spitzenabschnitt 44 gesendet. Während der Spitzenabschnitt 44 in Kontakt mit der Hand 80 ist, reagiert der Spitzenabschnitt 44 chemisch, und das Muster von Licht 52 wird erzeugt und durch den Spitzenabschnitt 44 in den Detektor 42 hinein reflektiert. Der Detektor 42 überträgt das Muster von Licht 52 an die Berechnungseinheit 30, die dann die Konzentration von Glucose in der Hand 80 berechnet. Das Ergebnis kann in der Anzeige 20 angezeigt oder mit dem Lautsprecher 24 hörbar wiedergegeben werden. Sobald das Ergebnis angezeigt wurde, kann die Vorrichtung 10 aus der Hand 80 entfernt und ausgeschaltet werden.
6 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines integrierten Sensorkopfes 100 dar, der mit der Vorrichtung 10 verwendet werden kann. Der Sensorkopf 100 umfasst einen ersten integrierten Teil 102, der einen Spitzenabschnitt 104 umfasst, und einen zweiten integrierten Teil 106, der eine Lichtquelle 108, einen Detektor 110 und die Verbinder 112 und 114 umfasst, die mit der Lichtquelle 108 beziehungsweise dem Detektor 110 verbunden sind. Der erste integrierte Teil 102 kann durch jedwedes geeignete Verfahren oder jede geeignete Konstruktion mit dem zweiten integrierten Teil 106 verbunden sein, beispielsweise mit einer Schraubenkonstruktion. In diesem Ausführungsbeispiel kann der erste integrierte Teil 102 leicht von dem zweiten integrierten Teil 106 entfernt werden, und der erste integrierte Teil 102 kann durch neue erste integrierte Teile 102 ersetzt werden, wenn hierfür Bedarf besteht. So kann beispielsweise der Spitzenabschnitt 104 des ersten integrierten Teils 102 seine Effizienz mit der Zeit verlieren, schlechter oder kontaminiert werden, und zum Verwenden eines neuen Spitzenabschnittes 104 ist nur das Entfernen des ersten integrierten Teils 102 erforderlich. Auf diese Weise besitzt der Sensorkopf 100 die Eigenschaft eines austauschbaren Spitzenabschnittes 104.
Darüber hinaus ist der erste integrierte Teil 102, der den Spitzenabschnitt 104 enthält, ein Wegwerfartikel und leicht von dem zweiten integrierten Teil 106 zu trennen. Der zweite Spitzenabschnitt 106 umfasst die Lichtquelle 108, den Detektor 110 und die Verbinder 112 und 114, und es ist nicht nötig, die Elemente 106 bis 114 in diesem Ausführungsbeispiel zu ersetzen.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Mikrosensorvorrichtung 200. Die Sensorvorrichtung 200 umfasst eine Berechnungseinheit 202, die mit einem Kabel 206 mit einer Anzeigevorrichtung 204, mit einem Kabel 210 mit einem Ein-Aus-Schalter 208, mit einem Kabel 214 mit einem Lautsprecher 212 und mit einem Kabel 218 mit einer LED 216 verbunden ist. Die Berechnungseinheit 202 kann beispielsweise aus einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller, einem ASIC-Chip oder jedweder anderen bekannten, gleichwertigen Vorrichtung bestehen, die in der Lage ist, elektrische Signale zu verarbeiten und verschiedene Ausgabegeräte oder Komponenten zu steuern. Die Berechnungseinheit 202 kann darüber hinaus mit einer Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Batterie, verbunden sein, obwohl die Energieversorgung und derartige Verbindungen in 7 nicht gezeigt sind. Darüber hinaus kann die Berechnungseinheit 202 mit anderen Schaltern (nicht dargestellt) verbunden sein, die zusammen mit der Vorrichtung 200 bereitgestellt werden, um die Vorrichtung 200 weitergehend zu steuern oder zu bedienen. Die Berechnungseinheit 202 und die anderen Bauteile 204, 208, 212 und 216 befinden sich alle in einem zentralen Körperabschnitt 220 der Vorrichtung 200.
Ein integrierter Sensorkopf 222 ist mit dem zentralen Körperabschnitt 220 durch dafür geeignete Mittel verbunden. Der integrierte Sensorkopf 222 umfasst eine Lichtquelle 224, einen ersten Detektor 226, einen zweiten Detektor 228 und einen Spitzenabschnitt 230, die alle in den integrierten Sensorkopf 222 eingebaut oder in diesen integriert sind. So kann beispielsweise der integrierte Sensorkopf 14 durch jedwedes geeignete Spritzgieß-Verfahren oder jedwede geeignete Technik geformt werden. Darüber hinaus ist der integrierte Sensorkopf 222 von extrem kleiner Größe in einem Bereich von weniger als ungefähr 30 Mikrometern. Die Lichtquelle 224 ist durch eine elektrische Verbindung 232 funktionell mit der Berechnungseinheit 202 verbunden, und ebenso ist der erste Detektor 226 mit der Berechnungseinheit 202 durch eine elektrische Verbindung 234 verbunden. Der zweite Detektor 228 ist ebenfalls mit einer Verbindung 236 mit der Berech nungseinheit 202 verbunden oder an diese angeschlossen. Der Spitzenabschnitt 230 besteht aus einem extrem kleinen, nadelförmigen Analysegerät. Die Lichtquelle 224 kann eine LED, ein Laser, eine Laserdiode oder eine andere Lichtanregungsquelle sein. Die Lichtquelle 224 ist dafür eingerichtet, einen Lichtstrahl 238 in den Spitzenabschnitt 230 zu projizieren. Der Lichtstrahl 238 gelangt durch den Spitzenabschnitt 230, und ein erstes reflektiertes Muster von Licht 240 kann von einer Probe (nicht dargestellt) durch den Spitzenabschnitt 230 zu dem ersten Detektor 226 zurück reflektiert werden. Der erste Detektor 226 stellt über die Verbindung 234 das erste reflektierte Muster von Licht 240 der Berechnungseinheit 202 zum Verarbeiten bereit, um die Konzentration einer Substanz in einer Probe zu bestimmen. Zusätzlich kann ein zweites reflektiertes Muster von Licht 242 produziert und von einer Probe (nicht dargestellt) durch den Spitzenabschnitt 230 zu dem zweiten Detektor 228 zurück reflektiert werden. Der zweite Detektor 228 stellt über die Verbindung 236 das zweite reflektierte Muster von Licht 242 der Berechnungseinheit 202 zum Verarbeiten bereit, um die Konzentration einer Substanz in einer Probe zu bestimmen. Beispiele für den ersten Detektor 226 und den zweiten Detektor 228 wurden oben für den Detektor 42 bereits genannt. Auf diese Weise können zwei verschiedene Substanzen mit der Vorrichtung 200 erfasst oder überwacht werden. Obwohl die Vorrichtung 200 dargestellt wurde, um das Überwachen von wenigstens zwei verschiedenen chemischen Verbindungen oder Substanzen zu zeigen, wird darüber hinaus erwogen, dass mehr als zwei chemische Verbindungen oder Substanzen von der Vorrichtung 200 erfasst, festgestellt oder überwacht werden können, indem zusätzliche Bauteile hinzugefügt werden, wie erläutert und illustriert wurde.
Obwohl dies nicht illustriert wurde, ist es doch möglich und wird erwogen, einen integrierten Kopfsensor herzustellen, in den die Lichtquelle 224 und die beiden Detektoren 226 und 228 in einem ersten Kopfteil integriert sind, und der Spitzenabschnitt 230 ist in einem zweiten integrierten Kopfteil eingebaut, der von dem ersten integrierten Kopfteil getrennt werden kann. Auf diese Weise wird der zweite integrierte Kopfteil zu einer Wegwerf-Komponente der Mikrosensorvorrichtung.
Aus der Spezifizierung wird klar ersichtlich, dass somit eine Mikrosensorvorrichtung gezeigt und beschrieben wurde, die die verschiedenen Aufgaben und Vorteile erfüllt, die für diese beschrieben wurden. Für eine Person mit gewöhnlicher Erfahrung auf dem Gebiet der Technik ist darüber hinaus klar ersichtlich, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen, Variationen und andere Nutzungen und Anwendungen der dargestellten Mikrosensorvorrichtung möglich und beabsichtigt sind. Alle Änderungen, Modifikationen, Variationen und anderen Nutzungen und Anwendungen, die von dem Umfang der Erfindung nicht abweichen, werden von der Erfindung abgedeckt, die ausschließlich durch die folgenden Ansprüche begrenzt wird.

Claims

Mikrosensorvorrichtung (10; 200) zum Messen einer Konzentration einer Substanz in einer Probe, die umfasst: einen integrierten Sensorkopf (14; 100; 222), der einen Spitzenabschnitt (44; 104; 230) zum Einführen in die Probe, eine Lichtquelle (40; 108; 224) zum Emittieren eines Lichtstrahls (50; 238) auf die Probe, um ein reflektiertes Muster von Licht (52; 240) zu erzeugen, und wenigstens einen Detektor (42; 110; 226) zum Empfangen des reflektierten Musters von Licht (52; 240) aufweist; und einen Körperabschnitt (16; 220), der mit dem integrierten Sensorkopf (14; 100; 222) verbunden ist, wobei der Körperabschnitt (16; 220) einen Prozessor (130; 202) umfasst, der funktionell mit der Lichtquelle (40; 108; 224) und dem wenigstens einen Detektor (42; 110; 226) verbunden ist, und der Prozessor so eingerichtet ist, dass er die Lichtquelle (40; 108; 224) steuert, um das Muster von reflektiertem Licht (15) von dem wenigstens einen Detektor (16) zu empfangen, und das reflektierte Muster von Licht (52; 240) verarbeitet, um die Konzentration einer Substanz in der Probe zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenabschnitt (44; 104; 230) optisch durchlässig und so eingerichtet ist, dass er den Lichtstrahl (50; 238) in den Spitzenabschnitt (44; 104; 230) hinein und durch ihn auf die Probe durchlässt und das reflektierte Muster von Licht von der Probe zu dem wenigstens einen Detektor durchlässt; und des Weiteren dadurch, dass die Spitze eine Außenfläche hat, die chemisch oder enzymatisch so behandelt ist, dass sie in Wechselwirkung mit der Substanz in der Probe tritt, wenn der Spitzenabschnitt in die Probe eingeführt wird.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach Anspruch 1, wobei die Substanz in der Probe Glucose ist.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spitzenabschnitt (44; 100; 222) des integrierten Sensorkopfes mittels eines Mikrobearbeitungsverfahrens ausgebildet wird.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren eine Einrichtung zum Hörbarmachen (24) umfasst, die die Konzentration der Substanz in der Probe hörbar anzeigt.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der integrierte Sensorkopf abnehmbar mit dem Körperabschnitt (16) verbunden ist.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der integrierte Sensorkopf (14; 100; 222) durch Spritzgießen ausgebildet wird.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der integrierte Sensorkopf (14; 100; 222) einen ersten integrierten Sensorabschnitt (102) und einen zweiten integrierten Sensorabschnitt (106) umfasst und der erste integrierte Sensorabschnitt (102) den Spitrenabschnitt (44, 104) umfasst und der zweite integrierte Sensorabschnitt (102) die Lichtquelle (40; 108; 224) sowie den wenigstens einen Detektor (110) umfasst.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach Anspruch 7, wobei des Weiteren der Spitzenabschnitt (44, 104; 222) des ersten integrierten Sensorabschnitts mittels eines Mikrobearbeitungsverfahrens ausgebildet wird.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der erste integrierte Sensorabschnitt (102) abnehmbar mit dem zweiten integrierten Sensorabschnitt (106) verbunden ist.
Mikrosensorvorrichtung (10; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spitzenabschnitt (44, 104; 222) eine Außenfläche, die so behandelt ist, dass sie in Wechselwirkung mit wenigstens zwei verschiedenen Substanzen in der Probe tritt, um ein erstes Muster von reflektiertem Licht und ein zweites Muster von reflektiertem Licht zu erzeugen, und wenigstens zwei Detektoren (226, 228) umfasst, wobei der erste Detektor (226) dazu dient, das erste Muster von reflektiertem Licht zu empfangen, und der zweite Detektor (228) dazu dient, das zweite Muster von reflektiertem Licht zu empfangen; und wobei der Prozessor (30) so eingerichtet ist, dass er das erste und das zweite (240; 242) Muster von reflektiertem Licht von den Detektoren (226; 228) empfingt und die Muster von reflektiertem Licht verarbeitet, um die Konzentration von wenigstens zwei verschiedenen Substanzen in der Probe zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (10; 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spitzenabschnitt (44; 104; 230) so bemessen und eingerichtet ist, dass er über Zwischenzellräume oder über eine Zellmembran in die Probe eingeführt wird.