对用于经皮应用的化学光学传感器的调节

摘要

本发明涉及用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元，包括：至少一个感测层，其适于利用预定辐射来辐照；以及邻近所述至少一个感测层的一侧的至少一个透气层，其适于使要测量其浓度的气体朝向所述感测层穿过所述透气层；其中，所述化学光学传感器单元适于与在所述透气层与皮肤之间的接触介质一起操作，其中，所述接触介质包括除水以外的第一化合物；其中，所述化学光学传感器单元的特征在于所述至少一个透气层和所述至少一个感测层对所述第一化合物是能渗透的；并且其中，所述化学光学传感器单元适于测量所述至少一个感测层的光学响应，所述至少一个感测层的光学响应取决于所述气体的浓度。本发明还涉及包括这样的化学光学传感器的系统，以及涉及用于调节用于测量气体的浓度的化学光学传感器单元的方法以及能由此获得的经调节的传感器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元，包括：至少一个感测层，其适于利用预定辐射来辐照；以及邻近所述至少一个感测层的一侧的至少一个透气层，其适于使要测量其浓度的气体朝向所述感测层穿过所述透气层；其中，所述化学光学传感器单元适于与在所述透气层与皮肤之间的接触介质一起操作，其中，所述接触介质包括除水以外的第一化合物；其中，所述化学光学传感器单元的特征在于所述至少一个透气层和所述至少一个感测层对所述第一化合物是能渗透的；并且其中，所述化学光学传感器单元适于测量所述至少一个感测层的光学响应，所述至少一个感测层的光学响应取决于所述气体的浓度。本发明还涉及包括这样的化学光学传感器的系统，以及涉及用于调节用于测量气体的浓度的化学光学传感器单元的方法以及能由此获得的经调节的传感器。

背景技术

神经肌肉疾病、慢性阻塞性肺病(COPD)以及肥胖型换气不足的患者常常遭受慢性呼吸衰竭。所述患者需要在家中对它们的呼吸衰竭的定期处置。血氧过低的患者通过氧气治疗(大多数没有通气机支持)得到处置，同时通过利用环境空气的有创通气(IV)和无创通气(NIV)的处置，帮助将高碳酸血症患者的高二氧化碳(CO₂)血气水平带回到可接受的水平。通过在夜间NIV期间测量动脉氧和二氧化碳水平上的基线和趋势来检查通气的效力。

动脉血气测量形成黄金标准。在开始在家里的通气处置之前，患者待在医院以优化通气机设置并监测动脉血气值。取决于疾病严重性和稳定性，患者必须或多或少地定期返回医院检查。呼吸护士也能够访问在家里的患者以检查通气机并安装使得能够进行对血气分压的无创监测的装备。在家里，血气水平通常在夜里被监测，并且数据与通气机以及呼吸数据存储在一起，以供以后在医院的分析。

无创血氧监测的现有技术是通过测量动脉氧饱和度，其涉及经由氧解离曲线的氧分压。脉搏血氧测定(SpO₂)是用于对患者中的动脉氧饱和度的无创监测的光学方法，并且已经变成临床实践中最常用的技术之一。脉搏血氧测定为合理的低成本技术并且易于使用。其为用于在家里的血氧监测的优选方法。

对CO₂的分压的无创监测的现有技术借助于二氧化碳描记或经皮CO₂(PtcCO₂)监测。针对拥有健康的肺的插管患者，通过二氧化碳描记获得的潮气末CO₂(etCO₂)值提供了对动脉CO₂值的良好指示。然而，在无创通气的情况中，其中通常存在空气在罩与面部之间的泄漏并且患者患有严重的呼吸疾病，二氧化碳描记常常不是可靠的方法。在大多数医院里，使用用于趋势监测的二氧化碳描记与对动脉血液样品的分析的组合，以获得偶尔准确的值。

经皮CO₂监测不受空气泄漏和呼吸疾病扰乱，但要求训练有素的人员来获得可靠的值，并且显示由于成年人之间皮肤性质的变化而引起的某种不准确性。CO₂血气监测在家里相比血氧测定较不常用，尽管其针对接收通气的患者的高相关性。

目前的经皮CO₂传感器全部基于以下已经存在40年的概念，即(i)恒温控制的加热器，以增加皮肤的血液灌注和透气性；(ii)在皮肤与传感器膜之间的流体层；(iii)覆盖传感器的透气膜；(iv)在膜与传感器之间的电解质溶液；(v)包括电化学pH传感器和参考电极的传感器；以及(v)用于补偿温度效应和皮肤代谢的算法。

EP1965198Al描述了一种用于确定气态或液体样品中的CO₂的设备，包括聚合物基质以及被嵌入聚合物基质中的指示剂，其中，指示剂包括pH敏感性染料与金属阳离子复合物，其中，pH敏感性染料的阴离子与金属阳离子形成可溶于聚合物基质中的盐。

Mills和Hodgen于2005年的Advancedconceptsinfluorescencesensing(TopicsinFluorescenceSeptroscopy，9(9)第119至162页)公开了湿二氧化碳光学传感器系统和干二氧化碳光学传感器系统的若干特征，尤其是关于合适的染料和发光指示剂的信息。

在图1中描绘了现有技术的用于经皮应用的化学光学传感器的另外的范例，其中，在光学透明载体材料之上沉积两层‘硅橡胶状’透气材料。第一层(感测层)包括两种发光染料在疏水聚合物内的亲脂性相转移试剂中的混合物，即具有长发光寿命的参考染料和具有短发光寿命的pH敏感性指示剂染料。第二膜层包括光反射材料(TiO₂)颗粒，并且防止到或从感测层的离子输运。CO₂气体通常扩散通过所述膜到第一(感测)层中并改变pH，其继而改变来自指示剂染料的发光。通过使用双寿命参考技术(其有效地测量经调制的光激发的时间响应)能够计算CO₂气体的百分数。

亲脂性相转移试剂也充当化学缓冲剂材料，以为水提供碳酸的产生。然而，在传感器的应用的位点处(例如在与接触介质的接触带中)的渗透失衡可能会启动分子扰动，例如到传感器中或从传感器出来的水输运，这可能导致不想要的传感器的灵敏度变化，因此需要对传感器的校准或重新校准。

因此，存在对用于经皮应用的改进的化学光学传感器的开发的需要，其中，没有因分子扰动的发生造成的灵敏度变化。

发明内容

本发明解决这些需要并且提供用于有效地测量气体(尤其是CO₂)在渗透不平衡环境(例如皮肤)中的浓度的手段和方法。以上目的尤其通过一种用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元得以实现，所述化学光学传感器单元包括：至少一个感测层，其适于利用预定辐射来辐照；以及邻近所述至少一个感测层的一侧的至少一个透气层，其适于使要测量其浓度的气体朝向所述感测层穿过所述透气层；其中，所述化学光学传感器单元适于与在所述透气层与皮肤之间的接触介质一起操作，其中，所述接触介质包括除水以外的第一化合物；其中所述化学光学传感器单元的特征在于所述至少一个透气层和所述至少一个感测层对所述第一化合物是能渗透的；并且其中，所述化学光学传感器单元适于测量所述至少一个感测层的光学响应，所述至少一个感测层的光学响应取决于所述气体的浓度。尤其地，由发明人惊讶地发现，在将所述传感器应用在皮肤上之前，利用有机化合物(例如诸如丙二醇的多羟基链烷)，对这样的化学光学传感器单元的调节，分子扰动(例如从化学光学传感器单元出来的以及在化学光学传感器单元与接触介质之间的水输运)被强烈减少，使得在气体测量期间(例如在对CO₂的测量期间)不发生灵敏度变化。因此，当根据本发明的化学光学传感器单元经由被布置在至少一个透气层与皮肤之间的接触介质被附着到人的皮肤时，存在于皮肤中的气体(例如O₂或CO₂)穿过透气层到感测层中，只要皮肤中的气体分压高于化学光学传感器单元中的气体分压。由于有机化合物(例如诸如丙二醇的多羟基链烷)在化学光学传感器单元中和在接触介质中的存在，可以提供渗透平衡的环境，这允许对O₂或CO₂的浓度的有效监测，在无需任何额外的校准步骤的情况下并且在无需担心由于水对感测层的侵入的影响而引起的测量值的渐进性错误或无效。

在本发明的优选实施例中，所述化学光学传感器单元的所述至少一个透气层和/或所述至少一个感测层包括除水以外的所述第一化合物。

在另外的优选实施例中，所述接触介质是透气的、生物相容的并且能够至少部分地穿透所述化学光学传感器单元。在任选的实施例中，所述接触介质还是导热的。在又一优选实施例中，除水以外的所述第一化合物为有机化合物，例如碳水化合物、还原碳水化合物、多糖、多羟基链烷，或它们的任何衍生物。在另外的优选实施例中，除水以外的所述第一化合物为C₂-C₁₀的醇，或它的衍生物。

在本发明的另一优选实施例中，除水以外的所述第一化合物为丙二醇、木糖醇、山梨醇或甘油，或它们的衍生物。

在本发明的又一优选实施例中，所述接触介质额外地包括(i)水以及(ii)溶解的氯化钠。

在本发明另外的实施例中，所述化学光学传感器被提供在包括如本文上面限定的所述第一化合物的调节流体中。在本发明尤其优选的实施例中，所述调节流体与如本文上面限定的所述接触介质相同。

在另外的优选实施例中，所述至少一个透气层和/或所述至少一个感测层包括硅橡胶。

在另一优选实施例中，除水以外的所述第一化合物以这样的浓度存在于所述化学光学传感器单元中，所述浓度使得当所述化学光学传感器与具有恒定气体浓度的所述接触介质相接触时，所述光学响应是稳定的。

在本发明额外的也为优选的实施例中，所述感测层包括发光材料，并且所述透气层适于防止光穿过所述透气层。

在本发明另外的优选实施例中，所述化学光学传感器单元为用于测量血气浓度的经皮传感器单元。尤其优选的是，所述化学光学传感器单元用于测量O₂和/或CO₂的血气浓度。在更优选的实施例中，所述化学光学传感器单元用于测量CO₂的血气浓度。

在另外的实施例中，如本文上面限定的所述化学光学传感器单元还包括：至少一个光源，其适于辐照所述感测层，并且任选地适于辐照被连接到所述光源的导光结构；以及至少一个探测设备，其适于探测所述感测层的所述光学响应，并且任选地适于探测被连接到所述探测设备的导光结构。在优选的实施例中，所述光源、导光结构和/或所述探测设备中的至少一个能拆卸地被连接到所述化学光学传感器单元。

在另一方面中，本发明涉及一种用于患者监测和/或对患者的通气的系统，包括如本文上面限定的化学光学传感器单元、通气设备和/或监测设备。

在又一方面中，本发明涉及一种用于调节用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元的方法，所述化学光学传感器单元包括：至少一个感测层，其适于利用预定辐射来辐照；以及邻近所述至少一个感测层的一侧的至少一个透气层，其适于使要测量其浓度的气体朝向所述感测层穿过所述透气层；其中，所述化学光学传感器单元适于与在所述透气层与皮肤之间的接触介质一起操作，其中，所述接触介质包括除水以外的第一化合物；其中，所述化学光学传感器单元的特征在于所述至少一个透气层和所述至少一个感测层对所述第一化合物可透；并且其中，所述化学光学传感器单元适于测量所述至少一个感测层的光学响应，所述至少一个感测层的光学响应取决于所述气体的浓度；所述方法包括使所述化学光学传感器单元与调节流体，优选地与包括如本文上面限定的除水以外的第一化合物的调节流体相接触，或者与如本文上面限定的接触介质相接触。

在优选的实施例中，所述接触步骤被执行直到所述第一化合物已经达到在所述透气层和/或所述感测层中的平衡。

在另一方面中，本发明涉及一种用于对气体的浓度的经皮测量的经调节的化学光学传感器单元，其能通过如本文上面限定的用于调节用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元的所述方法获得。

附图说明

图1示出用于经皮应用的化学光学传感器的原理。该图描绘一种化学光学传感器，包括：具有光学透明载体的支撑层，包括硅酮膜、参考染料和指示剂染料的感测层(其对气体透明且为pH敏感性的)以及包括在硅酮膜中的TiO₂的层(其对气体透明且对光为反射性的)。化学光学传感器例如可以在470nm(蓝绿LED)激发并且可以在500nm至700nm的范围内(红色)从指示剂和参考染料探测到发光。参考染料具有慢响应并且发光团可以例如被包装在球体中以保护它们免受O₂影响。指示剂染料具有快响应并且其主要对H⁺(pH)敏感，导致在由于CO₂增加而引起的pH降低而引起的白光照明下幅度的减小和黄色变色。照明光强度调制的频率被选择为使得获得在约45°的相移。

图2示出对首先在生理盐水(PS)中调节的传感器斑点在生理盐水(PS)和37％丙二醇中的10％pCO₂时的体外测量的数据。

图3示出在生理盐水中的预调节之后在辐射计TOSCA接触凝胶中的经皮测量的数据。该图提供了针对PreSens传感器和辐射计TOSCA参考器械的测量数据。

图4示出在重新校准之后在37％丙二醇和生理盐水中6天的预调节之后的经皮测量的数据。该图提供了针对PreSens传感器和TOSCA参考的测量数据。

具体实施方式

本发明涉及用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元。

尽管本发明将关于特定实施例来描述，但该描述不应被解释为在限制的意义上。

在详细描述本发明的示范性实施例之前，给出对理解本发明而言重要的定义。

如本说明书中和权利要求中使用的单数形式的“一”和“一个”还包括各自的复数，除非上下文另有明确指定。

在本发明的语境中，术语“约”和“大约”指代一区间的准确性，本领域技术人员将理解该区间的准确性以仍确保讨论中的特征的技术效果。该术语通常指示与所指示的数值的±20％、优选±15％、更优选±10％，以及甚至更优选±5％的偏差。

要理解，术语“包括”并非限制性的。出于本发明的目的，将术语“由…构成”视为术语“包括”的优选实施例。如果在后文中组被限定为包括至少某个数目的实施例，则这意味着也涵盖优选仅仅包含这些实施例的组。

此外，说明书中和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”或者“(a)”、“(b)”、“(c)”、“(d)”等等被用于在相似的元件之间进行区分，并且不必需用于描述顺序次序或时间次序。要理解，如此使用的术语在适当的情况下可互换，并且本文中描述的本发明的实施例能够以与本文中描述或说明的不同的其他顺序进行操作。

如果术语“第一”、“第二”、“第三”或者“(a)”、“(b)”、“(c)”、“(d)”、“i”、“ii”等等涉及方法或应用或试验的步骤，则在步骤之间没有时间或时间间隔连贯性，即步骤可以被同时执行或者在这样的步骤之间可以有几秒、几分钟、几小时、几天、几周、几个月或甚至几年的时间间隔，除非在如本文上面或下面阐述的本申请中另有指示。

要理解，本发明不限于本文中描述的特定方法学、协议、试剂等，因为这些可以变化。也要理解，本文中使用的术语仅仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅仅由权利要求书限定。除非另有限定，本文中使用的全部技术和科学术语具有如本领域普通技术人员通常理解的相同意义。

如上文已经陈述的，本发明在一个方面中涉及一种用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元，包括：至少一个感测层，其适于利用预定辐射来辐照；以及邻近所述至少一个感测层的一侧的至少一个透气层，其适于使要测量其浓度的气体朝向所述感测层穿过所述透气层；其中，所述化学光学传感器单元适于与在所述透气层与皮肤之间的接触介质一起操作，其中，所述接触介质包括除水以外的第一化合物；其中，所述化学光学传感器单元的特征在于所述至少一个透气层和所述至少一个感测层对所述第一化合物是能渗透的；并且其中，所述化学光学传感器单元适于测量所述至少一个感测层的光学响应，所述至少一个感测层的光学响应取决于所述气体的浓度。

术语‘气体的浓度’涉及由于扩散而从要被测量的区域或区段到达化学光学传感器的气体的量。‘气体’可以为任何气体物质。优选的是，气体为生物产生的或者生物活性或相关的气体。这样的气体的范例为O₂、CO₂、CO、N₂、NH₃、NO、H₂S。优选的是，应当测量其浓度的气体为O₂和/或CO₂。尤其优选的是，应当测量其浓度的气体为CO₂。

本文中使用的术语“感测层”指这样的层，所述层可以被辐照或激发，并且可以随后由于对光学反应性物质的激发而生成不同波长的光，例如诸如荧光的发光，作为光学响应，其中，所生成的光的强度取决于存在于或被溶解于感测层中的气体分子的浓度。对某种强度和波长的光学响应(例如诸如荧光的发光)的测量允许计算感测层中的气体浓度，例如是从较深的层(例如皮肤)正扩散或已扩散到感测层中的。该测量可以还允许对这样的气体在要被测量的区段中的浓度的计算，例如在化学光学传感器被放置于其上的皮肤的区段中。

感测层可以由对气体分子而言可通过的填充材料构成。这样的填充材料的范例为硅酮橡胶材料。在优选的实施例中，感测层可以因此包括硅酮橡胶，或者基本上由硅橡胶材料构成。感测层还可以包括诸如水或化学缓冲剂的化合物。感测层因此可以被缓冲处理在特定的pH，或者包括一定量的质子和/或氢氧根离子，例如具有某个pH。该pH可以由于气体，尤其是CO₂到感测层中的扩散而被改变。优选地，CO₂可以扩散到感测层中并通过与水相互作用(因此增加质子的浓度并因此改变pH)而改变所述感测层的pH。

如本文中使用的术语“利用预定辐射来辐照”意指可以利用适当的波长(尤其是能够生成感测层的光学响应的波长)的辐射来辐照或激发感测层。例如。可以利用可见光、红外光和/或紫外光来执行辐照。预定辐射的优选范例为绿蓝可见光谱的光，例如波长为约400-500nm，例如440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm等的光。辐射，即光波长以及其强度，一般可以取决于或者适于感测层中的光学反应性物质。针对特定的光学反应性物质，可以使用适当的对应的激发波长。

在化学光学传感器单元的语境中，所述感测层适于测量所述至少一个感测层的光学响应，所述至少一个感测层的光学响应取决于气体的浓度。

在优选的实施例中，所述感测层包括光学反应性材料发光材料。“发光材料”可以包括一种或多于一种染料。染料可以对要被测量的气体，例如对CO₂敏感。敏感性可以是间接的，例如经由对pH的敏感性来提供，其继而受扩散到感测层中的气体(例如CO₂)影响。备选地，气体自身可以对染料的敏感性有直接影响。在尤其优选的实施例中，发光材料包括两种染料。例如，发光材料可以包括用作指示剂染料的气体敏感染料，以及用作参考染料的气体不敏感染料。在另外的实施例中，上面提到的两种染料可以具有不同的衰减时间。例如，气体敏感染料可以具有快发光衰减时间，而气体不敏感染料可以具有慢发光衰减时间。对气体惰性并且显示长衰减时间的合适的参考染料的范例包括：(1)具有钌(II)、铼(I)或锇及铱作为中心原子以及二亚胺配体的过渡金属复合物；(2)具有铂、钯、镏或锡作为中心原子的磷光卟啉；(3)稀土族的磷光复合物，例如铕、镝或铽；以及(4)磷光晶体，例如红宝石、Cr-YAG、变石，或者诸如镁氟锗酸盐的磷光混合氧化物。对气体敏感并且显示短衰减时间的合适的指示剂染料的范例包括8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐(HPTS)、荧光素、罗丹明B、罗丹明B十八烷酯、十六烷基吖啶橙、羟甲香豆素、罗丹明B十八烷酯、罗丹明B、萘并荧光素、磺基罗丹明101、曙红、硫堇，以及尼罗蓝。在另外的特定实施例中，本发明涉及参考染料与指示剂染料的组合，包括上文指示的示范性指示剂染料与参考染料的全部组合。要被用于根据本发明的化学光学传感器单元中的参考染料与指示剂染料的组合的优选范例包括(参考染料/指示剂染料)：钌(II)-(三-4,7-联苯基-1,10-邻二氮菲)/HPTS；钌(II)-(三-4,7-联苯基-l,10-邻二氮菲)/荧光素；钌(II)-(三-4,7-联苯基-1,10-邻二氮菲)/罗丹明B；钌(II)-(三-4,7-联苯基-l,10-邻二氮菲)/罗丹明B十八烷酯；钌(II)-(三-4,7-联苯基-1,10-邻二氮菲)/十六烷基吖啶橙；铕(III)-三-亚硫酰-三氟甲基丙酮酸盐/羟甲香豆素；铂(II)-四苯基卟啉/罗丹明B十八烷酯；铂(II)-四苯基卟啉/罗丹明B；铂(II)-四苯基卟啉/萘并荧光素；铂(II)-四苯基卟啉/磺基罗丹明101；铂(II)-八乙基卟啉/曙红；铂(II)-八乙基卟啉/硫堇；铂(II)-八乙基酮基卟啉/尼罗蓝；CR(III)-YAG/尼罗蓝；以及Cr(III)-YAG/萘并荧光素。

在传感器层中的两种染料组合的基础上，可以实施根据双寿命参考原理的测量，例如可从US6602716B1或从Kocincova于2007年在雷根斯堡大学的博士论文NewpHSensitiveSensorMaterials；LuminescentFiber-OpticDualSensorsforNon-InvasiveandSimultaneousMeasurementofpHandp02(DissolvedOxygen)inBiologicalSystems导出的。尤其地，在指示剂与参考染料的不同衰减时间的基础上，可以以固定的频率调制激发的强度，并且发光信号的相位角(其独立于幅度)可以被探测到并被转化成气体敏感染料(指示剂染料)的相对强度，随后可以根据其确定气体浓度。

因此，感测层可以至少对可以从诸如透气层的较深层到达的诸如O₂和/或CO₂的气体分子是可通过的。通常，感测层也可以对水分子是能渗透的，水分子可以扩散到较深层中或从较深层扩散出，即根据在根据本发明的化学光学传感器的对应区域中的渗透压在感测层以下的层。

感测层可以还对根据本发明除气体分子和水以外的第一化合物是能渗透的，例如对大于水分子的分子，例如具有为水分子的尺寸的约1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍或15倍或更大的尺寸。优选的是，感测层允许经由从邻近层(例如透气层)的扩散，或者间接地从接触介质，对这样的化合物的摄取。优选的是，扩散过程是通过包括根据本发明的除水以外的第一化合物的接触介质，或者通过包括根据本发明的除水以外的第一化合物的调节流体来启动的。这样的到感测层中的扩散可以为由于感测层的结构和/或化学组成而引起的、由于化合物的尺寸而引起的、或由于感测层中的极性情况而引起的慢扩散。扩散的物质到感测层中以及通过感测层的扩散速率和量可以取决于使用的第一化合物的浓度，其化学性质(例如其极性)，以及其三维形式。

在另外的尤其优选的实施例中，感测层可以包括根据本发明的除水以外的第一化合物，例如大于水分子的分子，例如具有为水分子的尺寸的约1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍或15倍或更大的尺寸。根据本发明，感测层例如可以包括水和第一化合物。除水以外的第一化合物可以已经由于扩散过程而从如本文中限定的接触介质到达感测层。在特定实施例中，本发明涉及一种具有感测层的化学光学传感器，感测层包括除水以外的第一化合物，其浓度为约1000mOsm/kg至10000mOsm/kg，例如浓度为约1000mOsm/kg、1500mOsm/kg、2000mOsm/kg、2500mOsm/kg、3000mOsm/kg、3500mOsm/kg、4000mOsm/kg、4500mOsm/kg、5000mOsm/kg、5500mOsm/kg、6000mOsm/kg、6500mOsm/kg、7000mOsm/kg、7500mOsm/kg、8000mOsm/kg、8500mOsm/kg、9000mOsm/kg、9500mOsm/kg或10000mOsm/kg。

在另外的实施例中，感测层可以包括根据本发明的除水以外的第一化合物，其可以是调节过程的结果，所述调节过程至少包括使包括感测层的所述化学光学传感器与包括根据本发明的除水以外的第一化合物的调节流体相接触的步骤。接触步骤可以被执行足够的时间，以允许第一化合物从调节流体到化学光学传感器单元的感测层的扩散。优选的是，在接触步骤之后，除水以外的第一化合物以这样的浓度存在于感测层中，使得当化学光学传感器单元被采用于皮肤上时，例如与如本文中限定的接触介质(其中接触介质具有恒定的气体浓度)相接触(该接触介质继而与皮肤相接触)时，化学光学传感器单元的光学响应是稳定的。

可以通过对本领域技术人员已知的任何适当的分子、化学或物理测试来测试扩散步骤在设想的终点的到达。优选地，可以通过分析当化学光学传感器单元被采用于皮肤上时，尤其是当化学光学传感器与如本文中限定的接触介质相接触时化学光学传感器单元的光学响应是否是稳定的来测试扩散的终点。

在某些特定实施例中，感测层可以包括能够测量不同气体的浓度，或者能够同时测量多于一种气体的浓度(即同时两种气体的浓度)的发光材料。例如，感测层可以包括分别适于对不同气体的测量的两种类型的发光材料。优选地，一个子层、区域或一种类型的材料可以适于探测氧，并且第二子层、区域或种类的材料适于探测CO₂。关于多参数传感器的另外的细节以及实施它们的额外可能性对本领域技术人员将是已知的，或者能够根据适当的文献源导出，所述文献源例如WO02/056023或者Schaferling的TheArtofFluorescenceImagingwithChemicalSensors(2012，AngewandteChemieInternationalEdition，51(15)，3532-3554)。

感测层可以被提供为单个层。在备选的实施例中，可以提供多于一个感测层。这样的第二或另外的感测层可以具有与第一感测层相同的性质或不同的性质。例如，第二或另外的感测层可以包括不同的发光材料，例如不同的染料；或者其可以被提供在不同的化学环境中，例如不同的缓冲液，或者具有与第一感测层不同的pH。在另外的实施例中，第二或后续感测层可以适于测量与第一感测层不同的气体，例如O₂而不是可以在第一感测层中测量的CO₂。

化学光学传感器单元可以还适于测量至少一个感测层的光学响应。重要地，接收到的光学响应被假定为取决于要被测量的气体的浓度。这样的适应可以包括对适当的探测方法或设备的提供，该适当的探测方法或设备允许接收、探测和/或分析发源于感测层的一个或多个光学响应。探测可以根据任何适当的探测方法或基于任何适当的探测设备或者包括允许执行探测步骤或子步骤的适当的部件来执行或实施。

本文中使用的术语“透气层”指对气体分子而言可通过的结构。通常，透气层被提供为适于使气体穿过到覆盖的感测层的膜结构。在特定实施例中，透气层对诸如O₂和/或CO₂的气体分子而言可通过。通常，透气层也可以对水分子是能渗透的，水分子可以例如根据在根据本发明的化学光学传感器的区域中的渗透压扩散到在透气层以上或以下的层中或从其扩散出。水分子的这样的扩散过程或输运可以例如在气相中的水的基础上来实现。

透气层还可以对根据本发明的除水以外的第一化合物是能渗透的，例如对大于水分子的分子，例如具有为水分子的尺寸的约1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍或15倍或更大的尺寸。透气层对除水以外的第一化合物的渗透率优选地可以为针对被溶解在液体中的第一化合物的渗透率，例如针对处于水溶液中的溶解态的第一化合物的渗透率。优选的是，透气层允许经由从相邻层(例如存在于透气层与皮肤之间的接触介质)的扩散对这样的化合物的摄取。优选的是，扩散过程是通过包括根据本发明的除水以外的第一化合物的接触介质，或者通过包括根据本发明的除水以外的第一化合物的调节流体来启动的。这样的到透气层中的扩散可以由于透气层的结构和/或化学成分，由于除水以外的第一化合物的尺寸，或者由于透气层中的极性情况而为慢扩散。扩散物质到透气层中并穿过透气层的扩散速率和量可以取决于使用的除水以外的第一化合物的浓度、其化学性质(例如其极性)、混合物的粘度，以及其三维形式。

在另外的尤其优选的实施例中，透气层可以包括根据本发明的除水以外的第一化合物，例如大于水分子的分子，例如具有为水分子的尺寸的约1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍或15倍或更大的尺寸。透气层可以例如包括水和根据本发明的第一化合物。第一化合物可以已经由于从如本文中限定的接触介质的扩散过程而到达透气层。在特定实施例中，本发明涉及具有透气层的化学光学传感器，透气层包括除水以外的第一化合物，其浓度为约1000mOsm/kg至10000mOsm/kg，例如浓度为约1000mOsm/kg、1500mOsm/kg、2000mOsm/kg、2500mOsm/kg、3000mOsm/kg、3500mOsm/kg、4000mOsm/kg、4500mOsm/kg、5000mOsm/kg、5500mOsm/kg、6000mOsm/kg、6500mOsm/kg、7000mOsm/kg、7500mOsm/kg、8000mOsm/kg、8500mOsm/kg、9000mOsm/kg、9500mOsm/kg或10000mOsm/kg。

在另外的实施例中，透气层可以包括根据本发明的除水以外的第一化合物，其可以是调节过程的结果，所述调节过程至少包括使包括透气层的化学光学传感器与包括根据本发明的除水以外的第一化合物的调节流体相接触的步骤。接触步骤可以被执行足够的时间，以允许除水以外的第一化合物从调节流体到化学光学传感器单元的透气层的扩散。优选的是，除水以外的第一化合物在接触步骤之后以这样的浓度存在于透气层中，所述浓度使得当化学光学传感器单元被用于皮肤上时，例如与本文中限定的接触介质(其继而与皮肤接触)相接触时，化学光学传感器单元的光学响应是稳定的。

可以通过本领域技术人员已知的适当的分子、化学或物理测试来测试扩散步骤的设想终点的到达。优选地，可以通过分析当化学光学传感器单元被用于皮肤上时，尤其是当化学光学传感器与如本文中限定的接触介质相接触时，化学光学传感器单元的光学响应是否是稳定的来测试扩散的终点。

透气层的膜可以由适当的气体和透水材料构成。例如，膜可以为硅酮膜，或者可以包括硅酮。备选地，膜可以由诸如PTFE(特氟龙)或衍生物的材料构成或包括这样的材料。在另外的备选实施例中，膜可以由金属网格、多孔疏水聚合物(例如基于聚丙烯和乙烯的)、多孔疏水硅氧化物(例如气凝胶)或全氟材料(例如全氟磺酸)构成或包括上述材料。另外的适当的材料将是本领域技术人员已知的并且也在本发明的语境中所设想的。

透气层还可以由针对气体分子可通过的填充材料构成。这样的填充材料的范例为硅橡胶材料。在优选的实施例中，透气层可以因此包括硅橡胶或基本上由硅橡胶材料组成。

在本发明另外的优选实施例中，透气层可以额外地适于防止光穿过透气层。术语“防止光穿过透气层”尤其旨在意指透气层适于反射或散射透射通过至少一个感测层的光和/或适于阻挡预期传感器范围以外的可能的光干扰。光被透气层的反射或散射可以通过使用任何适当的光反射材料(例如金属(例如铝)或金属氧化物)来实现。尤其优选的是对钛组合物的使用，例如包括TiO₂的组合物。在特定实施例中，光反射或散射可以是完全的，即针对全部波长，或者其可以是针对某些波长或某些范围的波长特异性的。例如，可以反射或散射某个波长或某个范围的波长的光，尤其是针对感测层中的发光材料的激发波长，而对感测层中的发光材料为非激发性的不同波长的光可以不被反射。在另外的实施例中，光反射或散射可以取决于特定参数，例如在透气层的温度、pH、气体分子的存在、极性化合物的存在等。另外，透气层可以阻挡例如在预期传感器范围以外的荧光分子的可能干扰。在优选的实施例中，对荧光分子的干扰的阻挡可以是对在约400nm到700nm的范围以外的荧光的阻档。这样的阻挡活动可以通过提供光吸收材料来实现，光吸收材料在预想感测范围以外起作用。

透气层可以因此基本上用作对光的屏障，用作针对诸如CO₂、O₂或H₂O的小分子的能渗透层，以及用作半活动的，即强烈阻碍，对大分子的屏障，所述大分子尤其是根据本发明的除水以外的第一化合物(其可以具有低极性)。

透气层可以被提供为单个层。在备选的实施例中，可以提供多于一个透气层。这样的第二或另外的透气层可以具有与第一透气层相同的性质或不同的性质。例如，第二或另外的透气层可以具有反射不同波长的光的性质。在另外的实施例中，第二或另外的透气层可以具有针对与第一透气层不同的分子能渗透的性质。例如不同的气体，或不同的化合物可以穿过第一和第二或另外的透气层。

在本发明另外的特定实施例中，化学光学传感器可以还包括邻近至少一个感测层的至少一个光学透明层。光学透明层可以优选地在感测层顶上，感测层继而如本文中限定的在透气层顶上。透明层可以因此覆盖感测层并且保护其免于与周围大气的直接接触。因此，至少一个感测层可以从一侧由透气层包围并且从另一侧由光学透明层包围。本文中使用的术语“光学透明层”是指至少部分地对辐射透明的载体基质。在一些实施例中，光学透明层可以对电磁波的完整适当波谱透明，例如红外光、可见光和紫外光。在其他实施例中，光学透明层可以仅对特定波长或波长范围透明。光学透明层可以例如对如上文描述的预定辐射，或者针对感测层中的(一种或多种)发光材料的(一个或多个)激发波长或(一个或多个)波长范围透明，而可以不使对感测层中的发光材料为非激发性的不同波长的光通过。此外，光学透明层可以对在感测层中生成的光学响应的光透明。这样的光可以是在可以特异性地使其穿过光学透明层的特定波长或波长的范围中提供的，而可以不使不同波长的光通过。在特定实施例中，光学透明层可以仅对针对感测层中的发光材料的(一个或多个)激发波长或(一个或多个)波长范围以及针对作为光学响应由感测层中的发光材料生成的(一个或多个)波长或(一个或多个)波长范围透明。光学透明层可以由本领域技术人员已知的任何适当的透明材料构成。光学透明层可以例如由诸如玻璃、聚碳酸酯、PET、硅酮橡胶或PMMA(树脂玻璃)的透明材料构成。

在另外的实施例中，光学透明层可以对气体(例如针对O₂和/或CO₂)是不能渗透的。在另外的实施例中，光学透明层还可以对水和/或根据本发明的除水以外的第一化合物是低能渗透的。

在核心的方面中，本发明提供一种如本文中限定的化学光学传感器单元，其适于与在透气层与皮肤之间的接触介质一起操作。如本文中使用的术语“接触介质”是指可以被提供在化学光学传感器单元与要在其上执行对气体的测量的表面层(即皮肤)之间的界面处的介质。优选地，接触介质至少被插设在如本文上面限定的透气层与要在其上执行对气体的测量的表面层(即人类或动物身体的皮肤)之间。接触介质可以为凝胶或液体，其通常允许气体分子从较深的层(例如皮肤)转移到根据本发明的化学光学传感器单元。因此，在尤其优选的实施例中，接触介质至少为透气的。气体渗透率可以为针对任何气态物质的一般渗透性。备选地，接触介质可以具有针对某些其他分子(例如针对O₂、CO₂、CO、N₂或NH₃)的特定渗透性。尤其优选的是针对O₂和/或CO₂的渗透性。最优选的是针对CO₂的渗透性。在特定实施例中，所述接触介质可以选择性地针对某些气体是能渗透的，并且针对其他气体是不能渗透的。优选的是，接触介质选择性地至少针对O₂和/或CO₂是能渗透的。最优选地是针对CO₂的选择性渗透性。

此外，接触介质可以允许保持要在其上执行对气体的测量的表面层的水含量或湿气含量稳定，或者允许控制要在其上执行对气体的测量的表面层(例如人类或动物身体的皮肤)的水含量或湿气含量。

有利地，接触介质可以包括根据本发明的除水以外的第一化合物，如本文中限定的感测层和/或透气层对该第一化合物可以是能渗透的。接触介质因此可以以这样的浓度提供除水以外的第一化合物，所述浓度足以允许第一化合物离开接触介质到邻近的层(例如化学光学传感器单元的至少一个透气层，或化学光学传感器单元的至少一个感测层)中的扩散。

接触介质在另外的实施例中的特征在于为生物相容的。本文中使用的术语“生物相容”意味着接触介质不引起对其被施加到的人类或动物身体的皮肤的表面区域，或对其被施加到的人的身体的毒性、致免疫性和/或过敏反应，或者任何其他生物或医药上有毒或有害的反应，例如其不是致癌的。

接触介质在另外的实施例中可以备选地或额外地能够穿透化学光学传感器单元。“穿透”优选地可以为对被提供在接触介质中的可移动元素的提供，尤其是根据本发明的除水以外的第一化合物的提供。第一化合物可以例如以一定量或浓度与合适的载体形式一起存在于接触介质中，所述量或浓度允许离开接触介质并到化学光学传感器单元的邻近的层(例如透气层或感测层)中的扩散。

此外，接触介质可以是导热性的。导热性可以被用于缓解化学光学传感器单元的热变化，即使化学光学传感器单元与接触介质下方的皮肤区域之间的温度差最小化。由此，能够实现在化学光学传感器单元处的恒定温度，因此允许对气体的浓度的准确测量。

在实施例中，本发明提供一种如本文中限定的被提供在调节流体中的化学光学传感器单元。所述提供可以例如为化学光学传感器在调节流体中的封装、存储、保持、悬浮。这可以为短期活动，例如为10至60分钟，或1至24小时，或为1天至几个月或几年的较长期的活动，例如2个月、3个月、4个月、5个月、6个月、12个月、24个月或更久，或在所指示的值之间的任何时间段。

如本文中使用的术语“调节流体”指液体或凝胶状物质，其将化学光学传感器单元保持为允许其在没有先前的校准步骤的情况下立即使用或应用的状态。调节流体可以例如允许保持要在其上执行对气体的测量的表面层的水含量或湿气含量稳定。在优选的实施例中，调节流体可以包括根据本发明的除水以外的第一化合物，如本文中限定的感测层和/或透气层针对第一化合物可以是能渗透的。调节流体可以因此以这样的浓度提供除水以外的第一化合物，所述浓度足够高以允许第一化合物离开调节流体到邻近的层(例如化学光学传感器单元的至少一个透气层，或化学光学传感器单元的至少一个感测层)中的扩散。调节流体还可以为生物相容的，即其可以是无毒、非致免疫性和/或非过敏性的。在特定实施例中，由调节流体的成分引起的毒性、致免疫性或过敏反应可以通过相反活性(例如阻滞剂、解毒剂等)的存在而得到减轻或阻止。

调节流体在另外的实施例中可以备选地或额外地能够穿透化学光学传感器单元。“穿透”可以优选地为对被提供在调节流体中的可移动元素的提供，尤其是对根据本发明的除水以外的第一化合物的提供。第一化合物可以例如以一定量或浓度与合适的载体形式一起存在于调节流体中，所述量或浓度允许离开调节流体并到化学光学传感器单元的邻近的层(例如透气层或感测层)中的扩散。

在本发明的特定实施例中，调节流体类似于接触介质，例如包括接触介质的组分中的大多数。在另外的优选实施中，调节流体基本上与如本文中限定的接触介质相同，或与如本文中限定的接触介质相同。因此，如本文中限定的化学光学传感器可以存储、保存、封装等在如本文中限定的接触介质中。

在尤其优选的实施例中，接触介质和/或调节流体至少包括除水以外的第一化合物。本文中使用的“第一化合物”意指这样的化合物，其首要地能够扩散或移动离开接触介质，并穿透例如根据本发明的化学光学传感器单元的邻近的层。这样的化合物不包括水。优选的是，第一化合物为吸湿性的，即其能够将水带到和/或保持在其环境中，例如接触介质化学光学传感器的和/或(一个或多个)邻近的层。还要优选的是，第一化合物具有高渗缓冲容量。由此，可以减小或最小化对皮肤和/或对传感器的影响。在特定实施例中，存在于接触介质或调节流体中的第一化合物也可以能够穿透身体表面层，即皮肤。这样的化合物的优选范例包括有机分子。也设想这样的化合物一般为极性分子，尤其为小尺寸的极性分子，例如水分子的尺寸的1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍或15倍。范例包括例如阳离子、阴离子。在优选的实施例中，除水以外的第一化合物为多羟基链烷或醇，例如衍生自短链烷烃或烯烃的醇。优选的是，除水以外的第一化合物为C₂-C₁₀的醇，例如C₂的醇、C₃的醇、C₄的醇、C₅的醇、C₆的醇、C₇的醇、C₈的醇、C₉的醇或C₁₀的醇。在备选的实施例中，也设想的是采用较大的醇分子，例如C₁₁至C₁₅的醇，或具有多于15个C原子的醇。还设想的是使用这些醇的衍生物。

存在于接触介质或调节流体中的化合物的额外范例包括多糖。在另外的特定实施例中，第一化合物可以为蛋白质，例如白蛋白。在本发明的又一优选实施例中，第一化合物为碳水化合物，例如葡萄糖或蔗糖，还原碳水化合物或它们的衍生物。

尤其优选的是，存在于接触介质或调节流体中的除水以外的第一化合物为山梨醇、山梨醇衍生物、甘油、甘油衍生物、木糖醇，或木糖醇衍生物、甘醇或甘醇衍生物。最优选的除水以外的第一化合物为丙二醇。在特定实施例中，除水以外的第一化合物也可以为乙二醇，已知其对人类是有毒的。乙二醇因此可以被用于在其中其不与身体相接触的环境中的应用，或者可以降低其在接触介质或调节流体中的浓度，使得毒性作用得以减轻或降低。

如本文中限定的接触介质因此有利地提供了在化学光学传感器单元与下方皮肤(例如皮肤表面)之间的平衡手段的功能，促进气体交换以及避免化学光学传感器单元中的化学或渗透分子扰动。通过在接触介质中提供除水以外的第一化合物(其穿透化学光学传感器单元或者其(例如以与在接触介质中实质上相同的浓度)存在于化学光学传感器单元中和/或要被分析的皮肤部分中)，在化学光学传感器单元之内或之外的渗透环境(至少针对即在化学光学传感器单元以下的要被分析的表面)变得平衡。因此能够探测皮肤中的气体的浓度，而没有由于传感器单元中的水输运而降低方法的灵敏度。这有利地帮助避免了在对化学光学传感器单元的使用期间的校准或重新校准步骤。

上文提到的除水以外的第一化合物可以以任何适当的浓度被提供在接触介质或调节流体中。例如，丙二醇可以以按接触介质或调节流体的体积计为10％、15％、20％>、25％、30％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％的量来提供。

在另外的优选实施例中，根据本发明的除水以外的第一化合物可以以这样的浓度存在于化学光学传感器中，例如在感测层和/或透气层中，所述浓度使得当化学光学传感器单元被用于皮肤上，例如与如本文中限定的接触介质(其继而与皮肤接触)相接触时，化学光学传感器单元的光学响应是稳定的。如本文中限定的除水以外的第一化合物因此有利地提供了在化学光学传感器单元、接触介质及下方表面(例如皮肤表面)之间的平衡手段的功能，促进气体交换并且避免由于分子扰动(例如水离开化学光学传感器单元和/或进入或离开要被分析的表面层(即皮肤表面)的移动)而引起的化学或渗透扰动。因此能够探测皮肤中气体的浓度，而没有由于化学光学传感器单元中的分子扰动而降低方法的灵敏度。因此，以稳定的方式接收可探测的光学响应，其没有由于诸如水输运等的分子扰动而改变。可以例如利用如本文中描述的设备来测试响应的稳定性。在另外的实施例中，可以通过从一批次采样并通过体外测试来测试稳定性。这样的测试可以例如包括传感器对在例如如本文中描述的接触介质中引发的固定的CO₂浓度的暴露。

进一步设想的是使用上文提到的化合物或化合物种类的任何组合的可能性。因此，可以将如上文概述的除水以外的第一化合物与不同于第一化合物的第二或第三化合物组合，第二或第三化合物选自上文提到的化合物或化合物种类。

在另外的优选实施例中，接触介质或调节流体可以包括除水以外的第一化合物以及额外的元素或第二化合物。额外的元素或第二化合物可以为水以及溶解在其中的NaCl，即NaCl溶液的Na⁺和Cl^-离子。优选的是，NaCl溶液为生理盐水。NaCl溶液的浓度可以为任何适当的值。例如，可以使用为约9g/升NaCl的浓度。

尤其优选的是使用丙二醇与NaCl溶液的组合。组合可以包括任何适当比例的丙二醇和在水中的NaCl。例如，可以使用约10％至90％的丙二醇和在水中的NaCl。丙二醇在NaCl水溶液中的量可以为例如以体积计为10％、15％、20％、25％、30％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％，或更大，或者在所指示的值之间的任何值。尤其优选的是37％的丙二醇与在水中9g/升NaCl的组合。

在另外的实施例中，本发明的化学光学传感器包括或包含如上文限定的接触介质或调节流体，或者由上文提到的化学光学传感器的元素的组合，例如至少一个感测层和至少一个透气层，以及如上文限定的接触介质构成。

根据本发明的化学光学传感器适合用于经皮测量。化学光学传感器单元在特定实施例中也可以被用于不同的测量目的，例如在微生物或生物技术生产过程的语境中。优选地，化学光学传感器单元为经皮传感器单元。如本文中使用的术语“经皮传感器单元”意指传感器要被应用或能够被应用在皮肤上。因此，传感器能够经由对象的皮肤测量对象的血气浓度，其中，血气可以经由皮肤穿过如本文上文限定的接触介质扩散到化学光学传感器单元中。本文中使用的术语“血气”是指存在于血液中并且能够离开身体的气态物质，其能够例如在皮肤上得到测量。测量使得血液的气体含量的化学上确切的反映是可获得的。优选的要被测量的血气浓度为O₂或CO₂的浓度。尤其优选的是对CO₂的浓度的测量。

在本发明的另一实施例中，如本文上文限定的化学光学传感器单元可以包括额外的部件或与额外的部件相组合。

例如，化学光学传感器可以与至少一个光源相组合或包括至少一个光源，所述至少一个光源适于辐照如本文中限定的感测层。光源可以提供以预定波长的辐照，优选为适于感测层中存在的一种或多种染料的激发波长或波长范围的光。光源可以具有(一种或多种)任何适当的形式，提供任何适当的强度并且提供(一个或多个)任何适当的波长。光源优选地可以为发光二极管(LED)。

在另外的备选实施例中，光源可以额外地与导光结构相组合。导光结构可以例如被布置在化学光学传感器的感测层/光学透明层上方，并且可以被连接到在化学光学传感器单元外部的光源，例如如上文所限定的。来自外部光源的光可以被引入到导光结构中，导光结构适于将光朝向至少一个感测层导向。导光结构可以包括任何适当的导光材料。优选地，光纤可以被用作导光材料，其可以被提供为导光结构的形式。光纤因此可以被提供为单根光纤或被提供为光纤束。被连接到导光结构的光源因此可以被用于辐照根据本发明的化学光学传感器单元的感测层，尽管其位于外部。在另外的实施例中，光源可以经由到达不同传感器单元的导光结构被连接到多于一个化学光学传感器单元。

化学光学传感器可以还与探测设备相组合。这样的探测设备，例如光敏设备，可以能够感测来自感测层的光学响应，并且可以适于生成对应于感测到的光学响应的信号，例如电信号。信号可以被进一步传输到外部装置，以供后续分析。探测设备可以适于预期来自感测层的，例如由如本文上文描述的染料或染料的组合提供的光学响应。

探测设备可以还经由导光结构被组合到如本文中限定的化学光学传感器单元。在特定实施例中，相同的导光结构(其将来自光源的光提供到感测层)可以被用于收集感测层的光学响应，并经由相同或不同的光纤，将光学响应(例如荧光)引导至探测设备或在化学光学传感器单元外部的装置以供分析。通过使用导光结构，因此能够连接被耦合到化学光学传感器单元的输入和/或输出导光结构。在该实施例中，不需要将容纳光源和至少一个探测设备的额外的单元连接到化学光学传感器单元。

在特定实施例中，光可以因此被传递到感测层中，并且发光，例如荧光，可以通过感测层的相同表面来收集。备选地，例如经由光纤被连接到可以在化学光学传感器单元外部的光源的导光结构可以被用于将来自外部光源并被传输通过至少一个光纤的光朝向至少一个感测层导向。可以然后包含至少一个探测设备，例如光敏设备，以感测光学响应并且可以适于生成例如对应于所感测的光学响应的电信号。信号可以被传输到外部设备以供分析。备选地，化学光学传感器单元可以适于执行分析并将分析结果输出到某个外部设备。

优选地，至少一个光源和至少一个探测设备可以形成一单元。该单元在另外的优选实施例中可以例如通过壳体或结构能拆卸地被连接到化学光学传感器单元。因此，化学光学传感器单元的某些部分，例如感测层、透气层，或者化学光学传感器单元的壳体和/或支撑结构可以为一次性的，而光学传感器的其他部分，例如光源和探测设备，或导光结构可以被重复使用。这降低了成本，因为不必须更换并且能够重复使用诸如光源和/或探测设备和/或电子元件的昂贵部分。

在特定的实施例中，化学光学传感器单元可以由两个设备或两个部分(一次性的或套筒部分以及非一次性的或可重复使用部分)构成。尤其地，一次性的或套筒部分可以用作无源设备并且根本不包括任何昂贵的电子元件。因此，该部分可以以低付出来制作，由此降低成本，而第二非一次性部分可以包括电子元件或光学元件并且被重复使用。其因此也可以与不同的一次性部分一起使用，例如允许测量不同气体(例如O₂和CO₂)的浓度。由此能够提供化学光学传感器单元的增大的灵活性。

可以与如上文描述的化学光学传感器相组合的额外的部件的另一范例为至少一个加热元件。额外地或备选地，化学光学传感器可以包括至少一个温度传感器。如果，例如化学光学传感器单元被附着到人的皮肤，则加热元件可以适于增加皮肤的血液灌注和透气性，由此增加化学光学传感器单元的灵敏度和准确度，尤其是其经皮应用。加热元件可以为任何适当的形式，例如能够为二极管的形式或者可以包括薄箔以使光学距离和热质量最小化。备选地，加热元件可以为电阻加热器或二极管，使得加热元件也能够被用作温度传感器，即加热元件和温度传感器由相同的设备形成。这可以有利地降低成本并减少加热器和温度传感器的安装所需要的空间。在另外的实施例中，温度传感器可以被实现为用于感测化学光学传感器单元的温度的单独的元件，例如以便避免对皮肤的损伤或灼伤。在操作期间，可以通过加热元件，使加热元件的以及接触介质和感测层的温度增大到在42℃至45℃的范围内的温度。该温度范围可以增加皮肤中的毛细血管血流量，并使毛细血管血气水平接近动脉血气水平。在操作期间，传感器温度因此可以由如上文限定的被包含在加热元件和/或接触元件中的至少一个温度传感器，和/或由单独提供的温度传感器来测量。温度可以被控制为使得具有良好定义的测量条件并防止对皮肤的灼伤。

在另外的特定实施例中，温度传感器和/或加热元件可以被提供为化学光学传感器单元的非一次性的或可重复使用的部分。温度传感器和/或加热元件因此可以能拆卸地被连接到如本文上文限定的化学光学传感器单元的其他元件。

在另一方面中，本发明涉及一种系统，涉及一种用于患者监测和/或对患者的通气的系统，包括如本文上文限定的化学光学传感器单元、通气设备和/或监测设备。

监测设备可以例如包括光电元件，其用于经由光纤为化学光学传感器单元供应光以及用于接收来自感测层的发光。监测设备还可以包括用于基于接收到的光学响应，例如感测层中生成的发光的光强度来确定/计算气体浓度的装置。监测设备可以还包括加热器控制器，其用于控制加热元件的温度。加热器控制器可以适于使用化学光学传感器单元中包含的温度传感器来探测加热元件的温度，以及用于基于探测到的温度来调节例如流过加热元件或接触元件中包含的电阻加热器的电流。监测设备可以额外地包括用于与通气设备通信的装置。通信装置可以包含至少一种通信技术，例如有线(线缆)、无线(蓝牙、红外、RF)等。在优选的实施例中，监测设备包括用于根据测得/感测到的感测层的光学响应，例如根据感测到的发光的强度或衰减时间来计算/确定气体浓度，尤其是O₂并且最优选为CO₂的装置。分析设备，例如监测设备，可以基于算法的运算，该算法也可以适于补偿，尤其是温度效应以用于计算/确定气体浓度可以使用。

通气设备可以包含与用于对患有呼吸衰竭的患者的有创或无创通气的典型通气设备相关联的全部功能。通气设备例如可以包括显示装置和存储设备，其用于显示和存储从监测设备接收的信息/数据。尤其地，通气设备的显示装置可以适于显示由监测设备确定的气体浓度，例如O₂或CO₂，并且还可以存储气体浓度信息预定时间段，例如供以后由医师评价或供通气设置的闭环自适应。在另一实施例中，可以在测得/确定的气体的浓度的基础上控制通气设备。

在特定实施例中，化学光学传感器单元可以被操作耦合到如本文上文限定的监测设备和/或通气设备，其中，监测设备可以适于以下中的至少一个：分析感测层的光学响应，控制加热元件和/或温度传感器，或者显示所确定的气体浓度，等等。监测设备或通气设备可以额外地包含用于存储(例如为时间的函数的)监测数据的装置。能够使这些数据在以后的时间能由医师获得，例如通过到医院计算机系统，或医师的手持式诊断装置的传递。

在又一方面中，本发明涉及一种用于调节用于对气体的浓度的经皮测量的化学光学传感器单元的方法，该化学光学传感器单元包括：至少一个感测层，其适于利用预定辐射来辐照；以及邻近至少一个感测层的一侧的至少一个透气层，其适于使要测量其浓度的气体朝向感测层穿过透气层；其中，所述化学光学传感器单元适于与在透气层与皮肤之间的接触介质一起操作，其中，接触介质包括除水以外的第一化合物；其中，化学光学传感器单元的特征在于至少一个透气层和至少一个感测层对第一化合物可透；并且其中，化学光学传感器单元适于测量至少一个感测层的光学响应，至少一个感测层的光学响应取决于气体的浓度；该方法包括使化学光学传感器单元与调节流体相接触。要被使用的调节流体为如本文上文限定的调节流体，即包括根据本发明除水以外的第一化合物的调节流体。在特定实施例中，调节是利用如本文上文限定的接触介质来进行的。

如上文描述的方法的语境中使用的术语“接触”指使化学光学传感器，优选为如本文中限定的化学光学传感器的透气层，进入如上文限定的调节流体(例如含有调节流体的浴盆、袋、管)的过程。接触备选地也可以为调节流体直接到化学光学单元上的施加，例如通过将其用移液管移在相关的层(例如透气层)上。本发明也设想到本领域技术人员已知的，使化学光学传感器单元与调节流体相接触的任何额外的适当的方式或技术。

接触步骤可以执行足够的时间，以允许如本文上文限定的除水以外的第一化合物，例如丙二醇，或丙二醇与生理盐水的组合，扩散到至少化学光学传感器单元的透气层中，即穿透化学光学传感器单元。

更优选地，接触被执行直到如本文上文限定的除水以外的第一化合物，例如丙二醇和/或生理盐水组分已经达到平衡。如本文中使用的术语“平衡”意指如本文中限定的除水以外的第一化合物以基本上相同的浓度存在于化学光学传感器单元中(尤其是化学光学传感器单元的邻近层(例如透气层和感测层))中以及接触介质中，所述浓度使得基本上不发生第一化合物的或者诸如水分子的额外的分子的另外的移动。

在本发明另外的特定实施例中，如果除水以外的第一化合物以这样的浓度存在于化学光学传感器单元的感测层中，使得当化学光学传感器单元被采用于皮肤上或体外时，尤其是当使用如本文中限定的接触介质来应用时(其中接触介质具有恒定的气体浓度)，CO₂浓度与化学光学传感器单元的光学响应之间的关系是稳定的，则可以认为给出平衡。因此，可以将平衡进一步理解为是在当被暴露于恒定的CO₂浓度时传感器响应稳定时给出的。

在这样的情境中，调节流体优选与接触介质相同，或者以相同的量或浓度包括如本文上文限定的除水以外的第一化合物，任选地也通过与要被使用的接触介质中的相同的缓冲剂条件、pH或局部结构元件来实现。

接触步骤可以被执行例如必要的任何适当的时间段。在实践经验的基础上，设想到几天到几周的调节或接触时间。例如，接触可以被执行1周、2周、3周、4周、5周或更久的时间段，或是在所指示的值之间的任何时间区间。优选的是为约4周的接触时间。

在另外一方面中，本发明涉及一种化学光学传感器单元，其可通过如本文上文限定的用于调节化学光学传感器单元的方法获得。因此获得的化学光学传感器单元可以被视为经调节的并且因此可在没有先前校准的情况下直接用于经皮测量。这样的化学光学传感器单元可以进一步与如本文上文描述的光源或探测设备的另外的部件相组合，或者其可以被提供为如本文上文限定的用于患者监测的系统的形式。在另外的特定实施例中，化学光学传感器可以被这样提供，或者与如本文上文限定的接触介质一起被提供或包括如本文上文限定的接触介质，或者化学光学传感器可以与如本文上文限定的调节流体一起被提供。

出于说明的目的提供以下范例和附图。因此要理解，范例和附图不应被解释为限制性的。本领域技术人员将清楚地能够设想对本文中陈述的原理的另外的修改。

范例

范例1–在体外情形中研究的丙二醇的效果

在第一个实验中，在体外情形中研究丙二醇(PG)的效果。在测量之前，首先在生理盐水(PS)(9g/lNaCl)溶液中预调节PreSensCO₂传感器斑点。在转移到包括PS和37％的PG的测试溶液之后，向其中持续鼓泡10％的CO₂和90％的N₂。图2示出观察到的响应。

在实验开始时，传感器始于11％的pCO₂，并在第一小时中向7.5％下降。该效果能够通过斑点的灵敏度下降得到解释，该灵敏度下降与由于测试流体的(由于PG而引起的)20倍更高的渗透压而引起的水离开传感器相关。在100分钟之后，该效果逆转并且传感器朝向初始的11％水平缓慢上升，指示斑点与测试流体之间的渗透压变得平衡，并且传感器内部的水含量正常化。由于测试流体中的PG浓度(由于其与传感器斑点体积相比大的体积)是恒定的，推导出PG从测试流体转移到传感器中。

实验在几天之后的稳定结束情形显示略有增大的灵敏度，可能是由与正常(等渗)情形相比较小的水过多，或PG对传感器斑点(图1中未示出)中的指示剂染料的直接影响而引起的。

实验数据指示，PreSensCO₂传感器能够在包括丙二醇(PG)的溶液中得到调节。

范例2–在经皮情形中研究的丙二醇的效果

在第二个实验中，研究在经皮测量中的丙二醇(PG)的效果。包括PreSens斑点的专用传感器探针和用作参考的商业辐射计TOSCA经皮PtcCO₂/SpO₂探针两者都被放置在测试人的腋下。两个传感器被加热到45℃，并且包括在传感器与皮肤之间的辐射计TOSCA接触凝胶(～40％的PG)。在测试之前，在生理盐水溶液(9g/lNaCl)中预调节PreSens斑点。图3示出获得的结果。

PreSens传感器的降低的灵敏度能够通过以下事实得到解释，即在到皮肤的施加之后，(通常在前40分钟期间)接触凝胶的高得多的渗透压从斑点提取水。

同时，丙二醇中的一小部分将穿透皮肤，同时丙二醇的加湿行为将防止水逃离皮肤。从传感器斑点的水提取和丙二醇的皮肤穿透使接触凝胶中的丙二醇浓度以及因此其渗透压朝向更为等渗的值下降，这在与传感器斑点的平衡中是较好的，从而水输运停止。这就是为什么响应稳定到与参考传感器相比低得多但相当恒定的皮肤pCO₂水平。

实际灵敏度降低未得到良好定义，这是因为其将取决于例如传感器斑点与皮肤之间的丙二醇的体积。

范例3–在预调节之后在经皮情形中研究的丙二醇的效果

图4示出在斑点在37％的丙二醇和9g/l的NaCl中6天的调节和重新校准之后的经皮测量。调节流体也被用作斑点与皮肤之间的接触介质。该测量显示与辐射计TOSCA参考传感器良好一致的稳定结果。

在该实验中，辐射计TOSCA参考传感器和化学光学传感器两者被定位在相同的对象上，彼此靠近。利用TOSCA参考传感器和化学光学传感器两者测量的信号是稳定的并且基本上提供了相同的信息。然而，利用辐射计TOSCA参考传感器和化学光学传感器探测到的绝对水平不同。该差异归因于以下事实，即对化学光学传感器的校准必须适于调节情形，这是因为丙二醇在化学光学传感器中的存在改变了传感器校准。