基于微流体技术的组织液透皮抽取装置

　　1　引　言

　　鉴于有效地控制血糖水平能够明显降低或者延缓糖尿病并发症的发病率,人们尝试了多种方法希望实现血糖浓度的动态、连续监测[1-8],为更好地控制血糖水平提供依据。例如体外光学检测的无创方法、直接测量皮下葡萄糖浓度的植入式方法和透皮抽取检测组织液中葡萄糖浓度的微创方法。由于无创方法检测精度有限且可靠性较低,一直未能实现临床应用,尚处于研究阶段。植入式方法虽有几种产品已经实现了商业化,但是一方面由于葡萄糖传感器不能长期植入皮下,需要定时取指血进行校正且有感染的危险,不利于糖尿病患者日常使用,另一方面由于植入皮下的葡萄糖传感器的检测精度和稳定度的限制,植入式方法还不能取代指血测量法。组织液中的葡萄糖水平与血糖水平有高相关性[2],为透皮抽取检测组织液中葡萄糖浓度的微创方法提供了检测依据。鉴于微创方法一方面可以减轻患者进行血糖检测的痛苦,减弱感染的危险,另一方面可以实现血糖浓度的动态、连续监测,该方法近年来倍受关注。

　　鉴于微创血糖检测方法透皮抽取组织液样品受到皮肤低通透性的限制,人们提出了多种提高分子透皮传输的方法,包括用化学药品改变皮肤结构,利用电场方法和利用超声方法等[9]。在用低频超声对皮肤进行预处理后,采用真空负压抽取组织液的方法是一种微创、无痛且具有较大组织液流量的技术,该方法所得到的葡萄糖流量可以达到反向离子电渗法所获得葡萄糖流量的25倍[10]。利用现有的真空发生装置、管路和控制阀,难以实现组织液透皮抽取和收集装置的小型化,要获得便携式的微创血糖检测系统更是难上加难;另外,组织液透皮抽取量非常有限,其在管路和控制阀中的损失相当可观。

　　聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有高度的疏水性,良好的光学和化学性能,且加工简单,价格便宜,已经广泛应用于微流控芯片的研究领域。利用PDMS加工组织液透皮抽取的微流体装置能够减少样品损失,有利于提高样品中葡萄糖浓度的检测精度。另外,装置中的文氏管既可为组织液的透皮抽取提供真空负压,亦可为微流体装置中流体的流动提供动力,与气动阀配合工作,实现装置中微量流体的可控输运。将文氏管与气动阀加工到PDMS层状结构中,提高装置的集成度,实现组织液透皮抽取和收集装置的小型化。本文以生理盐水代替组织液,验证了利用PDMS加工的,由文氏管、腔体、气动阀和微管路组成的微流体装置能够实现生理盐水的注入、组织液的抽取和收集功能。这为完成微量组织液的自动、连续透皮抽取和收集,实现连续血糖监测奠定了基础。

　　2　理论分析与结构设计