[发明专利]用于分析呼气中丙酮的方法和设备

说明书

发明领域

本发明大体上涉及用于分析活体、优选地人的呼气中丙酮的方法、设备和技术。

发明背景

酮体包括乙酰乙酸(β-丁酮酸、二乙酸)、β-羟基丁酸和丙酮。对于气体分析的用途而言，丙酮由于其相对高的蒸气压在这些中最为重要。分析呼气中丙酮或其它酮体或酮的优点得到了充分认可且已持续数十年。例如，在正常未受到应激的生理环境下，机体主要代谢碳水化合物。然而，当正常碳水化合物代谢受损时，机体开始代谢脂肪或脂肪酸。在脂肪代谢期间，酮体(包括丙酮)作为中间代谢物产生且开始累积于体液(诸如血液和尿液)中。当累积的酮体被运输到血液中时，它们介入肺的肺泡腔中的气体交换。丙酮由于其低分子量和蒸气压尤为如此。由于该肺部输送，丙酮出现在呼气(包括呼出的呼气)中，可在其中对丙酮进行分析。如本文所使用的术语“分析”具有普通但广泛的意义以包括如检测化学组分的存在等事物。其还可包括测量组分的浓度或性质或状态。

分析丙酮且在一些情况下其它酮体或酮的能力在卫生保健中至关重要。丙酮或酮体的累积通常称为“酮症”或“酮酸中毒”。这些病况可具有毒性作用且在极端情况下会导致永久性损伤或死亡。例如，患有糖尿病的患者易感酮酸中毒。

在酮酸中毒期间，在体液中(主要在血液中)、尿液中和呼气中出现酮体水平升高。确定这些升高的酮体水平的主要测试手段一直是借助血液和/或尿液分析。

用于分析血液和尿液中酮体的一种常见的熟知技术是所谓的“Legal测试”，其中使用适当可溶的硝普盐与某些酮体反应并相应地对其进行检测。Swinehart,Coordination Chem.Rev.,2(4),386-403(1967年12月)通常被引用。其公开了对硝普钠与丙酮和乙酰乙酸的反应所进行的工作的概述。他描述了一种反应机理(其中硝普钠在酸性氢位点反应)以及硝普钠的亚硝酰基部分的作用。

1940年1月9日颁予Fortune的第2,186,902号美国专利公开了硝普盐的使用，其中所述反应是在氨存在下进行以以开发和利用基于颜色的检测特征。第2,509,140号美国专利公开了在尿液中的硝普盐反应，其中所述反应在脂肪族氨基酸(即，甘氨酸)和碱性物质存在下发生。2961年6月27日颁予Smeby的第2,900,253号美国专利公开了使用经硝普盐处理的浸杆或拭子来获得血液或尿液样品并测试酮体存在的的测试方法。

与在血液和尿液中的酮体测试相比，使用呼气进行酮体分析更加受限。Abbott实验室在几个已授权的专利中公开了使用硝普盐和伯胺检测呼气中丙酮的方法。参见，例如，第4,970,172号、第5,071,769号和第5,174,959号美国专利。如其中所报导，Abbott使用pH为4.5的叔胺和pH未经任何调整的伯胺。其中公开的方法方法使用含0.5％二乙醇胺的25％二甲亚砜和75％甲醇的展开剂溶液。尽管整体概念据报导能够检测呼气中的丙酮，但其制造时间长(4天)、反应时间长(18分钟)、耗材需量大且内部填充的试剂相对昂贵，并且在较长时间段内不够稳定。尽管Abbott公开的装置据报导是可操作的，但其在商业上不可行。

基于硝普盐的酮体测试遇到的突出问题一般在于硝普盐的不稳定性。例如，如第2,990,253号美国专利中所指出，硝普钠在含水碱性介质中十分不稳定。然而不幸的是，实现酮(在该情况下为乙酰乙酸钠)与硝普钠之间的期望反应所需要的介质恰好是此种类型。

第2,990,253号美国专利中所提出并主张的此不稳定性问题的解决方案涉及使用两步法准备浸杆测试。第一步骤涉及在酸性含水介质中将硝普盐施加到载体上并干燥。第二步骤涉及将所述载体浸渍到有机碱(诸如各种胺、氨基醇或其混合物)的非水性溶液中以达到与酮体的期望反应所需要的碱度。该水溶液包含硝普钠、甘氨酸、磷酸二氢钠一水合物、磷酸氢二钠和氯化钠。第二步骤包括在无水乙醇或氯仿中使用仲胺或叔胺或氨基醇或其混合物。

1979年4月3日颁予Magers等人的第4,147,514号美国专利建议通过硝普盐与至少一种伯胺和金属盐组合使用来解决不稳定性问题。金属盐据报导在碱性pH范围内稳定溶液中的硝普盐，允许单浸制造方法，促进酮体电离，从而缩短反应时间并稳定所得发色复合物。