[发明专利]用于监测体液中的分析物的浓度的装置和方法

说明书

本主题发明涉及一种能够在生物体内长期监测体液中特征生物标志物的浓度的新颖系统。本发明包括无需内置传统电池的无线浓度监测器和外部数据记录器，以持续地测量某些分析物的浓度并且实时发送与被检测生物标志物浓度相关的信号。

背景技术

集成电路、先进材料和生物医学技术为纳瓦级平台和微型电路提供了原位检测体液中的生物标志物的方法。具体地，可穿戴设备(像配备有心电图(ECG)和光电容积描记图(PPG)的智能手表)能够同时测量心率、心率变异性、血压和体温。此外，嵌入有电化学传感器的电子皮肤提供了机会以无创方式检测汗液中的某些生物标志物，像葡萄糖、乳酸和酸碱值。

与汗液相比，消化道的液体具有更多的生物标志物，包括激素、蛋白质和多种多样微生物群系。配备有电化学传感器的当前医疗设备提供了以非侵入方式原位检测某些生物标志物的机会。然而，由于高采样率和功耗，这些嵌入有常规电池的设备的工作时间都会遭受到限制。尽管已使用可充电锂离子(Li-ion)电池来延长某些医疗设备的保质期，但是锂离子电池仍存在与自燃风险和有毒物质潜在泄漏有关的安全问题。

可摄入电子器件的出现为以非侵入性方法监测与肠道健康有关的宝贵生理信息打开了一个新窗口。但是，当前的人机交互医疗设备(HIMD)，像电子皮肤和可摄入电子器件，仍然依赖电池。由于高采样率，电化学感应和无线数据传输消耗大量功率，因此这些人机交互医疗设备均受限于有限的工作时间，而长期监测器对于提供更多数据以进行更准确的诊断很重要。尽管可充电锂离子电池已在某些医疗设备中使用，但是与自燃和有害物质泄漏有关的安全问题阻碍了其应用，尤其是在可摄入电子器件中。此外，可摄入电子器件的尺寸与肠梗阻的风险有关，而笨重的电池消除了进一步小型化的可能性。

发明内容

提供了用于远程感测和体内测量体液中分析物浓度的医疗设备。本发明的设备能够长期监测体液中的典型分析物的浓度，而无需任何内置电池，无创且便宜。在一些实施例中，所述设备是远程浓度监测器系统，其包括无电池浓度监测器，该无电池浓度监测器由从体液中收集的能量提供电力。

在一些实施例中，远程浓度监测器系统包括无线的无电池浓度监测器和能够从浓度检测器接收信号并解析出对应的生物标志物浓度的外部数据记录器。在优选实施例中，监测器位于受试者(subject)体内。

在一些实施例中，外部数据记录器能够从体内浓度检测器接收信号并解析出对应的生物标志物浓度。在一些实施例中，浓度监测器包括附接到监测器的表面上的一对或多对阳极与阴极以及通过电极从体液中收集能量供电的封装电路。

在一些实施例中，封装电路包括浓度自适应能量收集电路、无线通信模块和选自电容器和超级电容器的存储元件。在优选实施例中，无线通信模块是射频(RF)发射器。

有利地，在设备的原电池(galvanic cell)的电极处产生的电压驱动射频发射器，该射频发射器将信号发送到外部信号记录器，该外部信号记录器将接收到的信号的频率解码为在原电池的电极处存在的分析物的浓度数据，并且在屏幕上显示浓度数据。

附图说明

图1示出了远程监测器系统的示意图，该远程监测器系统包括无线的无电池浓度监测器和外部信号接收器。

图2A示出了无线的无电池浓度监测器的封装电路的系统架构的示意图，该封装电路包括浓度自适应电压调节器、临时存储电容器和无线通信模块。图2B示出了无线的无电池浓度监测器的原电池电极，该原电池电极从封装电路中伸出并附接在监测器的表面上。

图3A示出了用于将无线的无电池浓度监测器输送到消化道的一部分中的组装工艺，包括将监测器安装到标准内窥镜上。图3B示出了将监测器固定到消化道组织上的详细部署程序。

图4示出了在将电极浸入盐酸缓冲溶液中时，封装电路中的临时存储电容器的电压的周期性变化。

图5示出了射频接收器与外部数据记录器中的微控制器之间的通信信号。