[发明专利]单糖浓度传感器和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月16日提交的美国临时申请序列号61/714,731和2013年7月24日提交的美国非临时申请序列号13/950,054的权益，二者通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及监测液体(fluid)中的单糖(simple sugar)(或单糖(monosaccharide))含量。更具体地，本发明与偏振器结合地使用光能源以确定被试液体(subject fluid)(诸如，血液)相对于基线浓度的糖水平(例如，葡萄糖)的改变。

背景技术

单糖根据等式Θ＝α×L×C改变通过其的光能的偏振，其中L是通过其中糖聚集的液体的能量的行进长度，C是糖浓度，并且α是依赖于糖的类型、能量的波长和液体的常量。如果已知L和α，则通过测量相对于基线测量的通过含糖液体的能量的偏振的改变，可以推导出液体的糖浓度。

例如，可以使用这个原理非入侵地确定人类血液的葡萄糖浓度。正常血液具有非零葡萄糖浓度C，这引起通过血液的能量的偏振的改变。对于70mg/dL的葡萄糖浓度和α＝45.62(x10^-6)度/mm/(mg/dL)，633nm的波长的能量和3.0mm的路径长度将具有0.00958度的旋转Θ。测量由糖引起的旋转的改变允许推导出当前糖浓度。

发明内容

本发明可以用以监测液体中的糖(例如，葡萄糖)，并且相对于依赖标准偏振分析仪(该分析仪需要有源移动部分和到0.01度的角分辨率精度)的传统技术提供很多优点。第一，本发明是非侵入的，这降低感染的风险。第二，本发明可以提供流实时、连续数据的能力。第三，本发明提供低操作成本。

本发明包括：光能源，具有发射器，该发射器具有发射图案；第一偏振器，横切发射图案；第二偏振器，与第一偏振器间隔距离并且横切发射图案，第二偏振器相对于第一偏振器旋转第一旋转量Θ；第一光检测器，横切发射图案；第二光检测器，接近第二偏振器定位，第一偏振器和第二偏振器定位在光能源和第二光检测器之间，第二光检测器横切发射图案；补偿电路，耦合至第二光检测器；以及减法器电路，耦合至补偿电路和第一光检测器。

附图说明

图1是本发明的实施例的系统图。

图2是参考图1描述的电路的电路图。

图3是示出与人类耳朵一起使用的实施例的图1的系统图。

图4A-4C示出来自用以推导三个独立情况的糖浓度的本发明的实施例的实际数据。

图5A-5C示出利用相互施加的非偏振和偏振波形在不同形式下图4A-4C中所示的相同数据。

具体实施方式

图1示出本发明的一个实施例20，其包括：光能源22，第一偏振器24，与第一偏振器24间隔一距离的、具有相对于第一偏振器24的旋转Θ的第二偏振器26，第一光能检测器28，与第一检测器28并列的第二光能检测器30，以及电路46。第一和第二光检测器28、30中的每个被定向为接收通过空间32的光能。在优选实施例中，检测器28、30是硅检测器。如本文使用的，“并列”意味着相互邻近定位，以便在所有其他条件都相同的情况下，来自公共源的光将以近似相等的强度进入每个检测器。此外，虽然实施例公开了使用硅检测器，但是可以使用其他类型的检测器(诸如，光敏电阻器)。

当被激励时，能量源22产生具有发射图案36的初始光能34。能量源22优选是诸如红色发光二极管(LED)或者激光器的红色光源，但替代地可以是近红外的。最终，初始光能34必须有可以受到被试液体中存在糖影响。同时也通过包含该液体的其他容器的波长。

第一偏振器24接近源22定位，以便初始光能34通过第一偏振器24并且变成偏振能量38。偏振能量38横穿第一和第二偏振器24、26之间的空间32，其中偏振能量38的第一部分40由第一光检测器28检测，并且偏振能量38的第二部分42通过第二偏振器26到第二光能检测器30。值得注意地，第一检测器和第二检测器28、30并列，尽管第二偏振器26接近第二检测器30。因为在图1中空间32是空的，所以通过空间32的偏振能量38不由于例如液体中糖的存在而旋转。

优选地，第一和第二偏振器28、30是线性偏振膜，因为这样的膜相比于其他可用替代物便宜。然而，这样的膜对于可见光谱中的能量波长是最优的。可以使用其他偏振器，只要选取能量源22的选择波长以最优地对应。例如，替代偏振器可以是线栅(wire-grid)或者全息的，其最优地配置用于具有近红外或者红外波长的能量的本发明中。