(57)【要約】  媒体の中に形成される室部に封じ込められる検知デバイスを管理し監視する装置が開示される。この媒体室部は、検知デバイスを露出するのに適した解放メカニズム２１０を含む。この装置は、封じ込められた検知デバイスに接続され、検知デバイスからの測定結果を検知測定デバイスへ供給する能動構成部５１０を有する。本発明の一態様において、第２の能動デバイス４２０は、解放メカニズムに関連づけられた電極に接続され、解放メカニズム２１０を稼動させ封じ込められた検知デバイス３１０を露出させるために電極に電気信号を選択的に供給する。本発明の他の態様において、開示される複数の装置は、能動デバイスを導電状態に切り替えるよう第１及び第２の能動デバイスのうちの選択された１つに電圧を供給するための選択回路に電気的に接続されるアレイに組み込まれてもよい。解放回路は、第２の能動デバイス４２０のうちの選択されたものに電圧を選択的に供給し、その電圧は、関連づけられた室部解放メカニズムを動作させ関連の検知デバイスを露出させるのに適したものとされる。
2009511153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体の中に形成される室部に封じ込められる検知デバイスを管理し監視する装置であって、前記媒体の室部は、前記検知デバイスを露出するのに適した解放メカニズムを含み、当該装置は、
前記封じ込められた検知デバイスに接続され、前記検知デバイスからの測定結果を検知測定デバイスへ供給する能動構成部
を有する装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記検知デバイスは、増幅回路をさらに有する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記検知測定デバイスは、電圧測定回路をさらに有する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記検知測定デバイスは、電流測定回路をさらに有する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記検知測定デバイスは、複数の検知デバイスを有する、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記検知測定デバイスは、アクティブマトリクスアレイの検知デバイスをさらに有する、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、１回解放メカニズムである、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、閉鎖キャップである、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、各センサは、少なくとも１つの解放メカニズムと関連づけられている、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、受動マトリクス駆動手段を用いて動作させられる、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記解放メカニズムに関連づけられた電極に接続され、前記解放メカニズムを稼動させるために前記電極に電気信号を選択的に供給し、前記封じ込められた検知デバイスを露出させる第２の能動構成部をさらに有する、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記能動構成部は、トランジスタ、ダイオード及びＭＩＭデバイスからなるグループから選択される、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、前記能動構成部は、トランジスタ、ダイオード及びＭＩＭデバイスからなるグループから選択される、装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、アクティブマトリクス駆動方法を用いて動作させられる、装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の装置であって、前記解放メカニズムと関連づけられた前記能動構成部及び前記検知デバイスに関連付けられた能動構成部は、同じアクティブマトリクス体と関連づけられている、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記電圧の前記第１及び第２の能動構成部への印加は、略同時に行われる、装置。
【請求項１７】
請求項１１に記載の装置であって、前記能動構成部は、アモルファスＳｉ、ポリＳｉ、微晶質若しくはナノ結晶Ｓｉ、他の無機半導体（ＣｄＳｅ，ＳｎＯ）、有機半導体、水素化されたアモルファスシリコン窒化物及びタンタルの酸化物からなるグループから選択された材料により構成される、装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、ポリマ膜及び金属薄膜を有する、装置。
【請求項１９】
生体埋設可能な装置であって、
内部にセンサを封じ込める解放メカニズムを各々が含む電気的に露出可能な複数の室部と、
当該封じ込められたセンサデバイスに接続され、検知測定デバイスに前記センサデバイスからの測定結果を供給する能動構成部と、
を有する装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、前記複数の室部は、アレイ状に配置されている、装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、前記検知測定デバイスは、アクティブマトリクスアレイに関連づけられた検知デバイスのアレイをさらに有する、装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置であって、前記解放メカニズムを動作させ選択された室部の当該封じ込められたセンサを露出するよう電圧を供給するため前記複数の室部のうちの関連の１つに電気的に接続される第２の能動構成部をさらに有する装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、アクティブマトリクス駆動方法を用いて動作させられる、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、前記解放メカニズムに関連づけられた前記第２の能動構成部及び前記検知デバイスに関連づけられた前記能動構成部は、同じアクティブマトリクス体に関連づけられている、装置。
【請求項２５】
請求項１９に記載の装置であって、前記検知デバイスは、増幅回路をさらに有する、装置。
【請求項２６】
請求項１９に記載の装置であって、前記検知デバイスは、電圧測定回路をさらに有する、装置。
【請求項２７】
請求項１９に記載の装置であって、前記解放メカニズムは、ポリマ膜及び金属薄膜を有する、装置。
【請求項２８】
請求項１９に記載の装置であって、前記検知デバイスは、電流測定回路をさらに有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体埋設可能なセンサの分野に関し、より具体的には、稼動及び検知動作するための埋設可能センサの結合されるマトリクスアドレス指定動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体埋設可能なセンサの開発は、自分の肉体的状態を継続して監視する必要のある人々に大きな恩恵をもたらすものである。例えば、糖尿病の患者は、大抵、指に刺しインシュリン注射処置をすることにより自分のグルコースレベルを監視する。この処置は、１日に数回行われなければならない。この処置は、厄介なものであり、現行のグルコース監視技術に伴う問題は、推奨される監視ガイドラインの遵守が乏しいものとなっている。
【０００３】
研究者は、埋設可能なグルコースセンサのための数多くの手法を試みたが、一旦埋設されるとそれらセンサを有効に維持することの難しさがあった。身体は、異物の周りに瘢痕組織を形成し、これによりセンサが正確な読取をなすことが妨げられる。しかし、埋設可能グルコース監視装置の研究は、大きな進歩を生み、そのような装置の実用化をなした。例えば、"R.F. Service," Science 297, 962 (2002)及び"Continuous Glucose Monitoring: Long-Term Implantable Sensor Approach," Diabetes Technology & Therapeutics, September 1999, vol. 1, No. 3, pp. 261-266を参照されたい。
【０００４】
しかしながら、センサ信号は、例えば生物付着による長引く埋設の後に劣化することが判明している。２００５年５月５日に公表された米国特許出願第２００５００９６５８７号は、センサを保護し選択的に露出させる複数の貯蔵部、又は個々のセンサの生物付着を軽減するための他の貯蔵部内容物を教示している。この特許出願は、酵素を不活性化するのに有効な温度まで、その封入されたグルコース酸化酵素を加熱することにより熱破壊メカニズムを導入するものである。これにより、残留の過酸化物の形成の可能性及び結果として生じるセンサクロストークのリスクが排除される。しかしながら、この出願は、その封入されたセンサを露出させるための複雑なメカニズムを教示するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、産業上、オンデマンドでリアルタイムに監視されるレベル及び傾向を提供するための、グルコース監視に適した持続的な単一の埋設可能装置の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
媒体内に形成される室部に封じ込められたセンサ装置を管理し監視するための装置が開示される。この媒体室部は、センサ装置を露出させるのに適した解放メカニズムを含む。本装置は、封じ込められた検知装置に接続される能動構成部を有し、この能動構成部が、検知測定装置に当該検知装置の測定結果を供給する。本発明の一態様において、第２の能動構成部は、当該解放メカニズムに関連付けられた電極に接続され、この第２の能動構成部は、当該解放メカニズムを活性化し封じ込められた検知装置を露出させるための電気信号を供給する。本発明の他の態様において、開示される複数の装置は、アレイに組み込まれ、当該能動装置を導電状態に切り替えるのに適した能動装置に電圧を選択的に供給するための選択回路に電気的に接続される。解放回路は、第２の能動装置に電圧を選択的に供給し、この電圧は、関連の室部解放メカニズムを動作するのに適したものとされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
各図面は、本発明の概念を示すためのものであり一律の尺度に従っていないことを理解されたい。また、適宜、参照文字で補足されうる同じ参照数字は、全体を通して、対応する部分を識別するために用いられている。
【０００８】
図１は、"Biocompatibility and Biofouling of MEMS Drug Delivery Device," Biomaterials 24, p. 1959-1967 (2003)に、より完全に記述されたものと同様の模範的な多貯蔵部被制御薬物送達システム１００を示している。この図示の装置において、複数の貯蔵部又は室部１２０は、シリコン基板の中にエッチングされ、送達すべき薬物が充填され、アノード１１０により表わされるような薄い金属／誘電体層又はキャップにより封止されている。各貯蔵部１２０は、カソード１０５とアノード１１０との間に低い電圧を印加しこれにより封入された薬剤を解放することにより当該封止層を電気的に破断させるために用いられる電極すなわちアノード１１０に直接、接続されている。
【０００９】
図２は、グルコース形成過酸化物の触媒による酸化及びその後の過酸化物の陽極解離に基づいた埋設可能グルコースセンサ装置２００の断面図を示している。この模範的装置２００において、薄いキャップ又はバリア２１０は、グルコースセンサ３１０を有する貯蔵部をカバーする。この技術において知られているように、グルコース酸化酵素ゲル２２０は、センサ材料として用いられる。電極１０５及び１１０に電圧が印加されると、当該電極間を通じる電流は、薄いキャップ２１０を破断し、グルコース酸化酵素が露出される。貯蔵部１２０には、等張の流体又はゲル材料が充填されるのが好ましい。好適実施例において、このキャップは、グルコース酸化酵素２２０に直接付けられることが可能である。グルコース酸化酵素に基づいたグルコースレベルの測定は、周知のものであり、ここで詳しく説明する必要はない。例えばＵＳＰＰＡ２００５／００９６５８７として２００５年５月５日公表の米国特許出願第１０／９８０，５５１号を参照されたい。
【００１０】
２つの電極３１１と３１２との間に電圧が印加されると、グルコースレベルに対応して電流が測定可能である。好適な実施例において、キャップ２１０は、ポリマ膜と非常に薄い金属膜との合わせ体すなわち二重層を有する薄い自立型の膜である。この複合体は、室部の開放又は解放動作を改善する事前の張りを有するように堆積される。
【００１１】
図３は、受動マトリクス技術を用いた、図１に示されるものと同様のセンサのアレイの動作を制御するための模範的制御装置３００を示している。この場合、室部１２０は、室部のアレイを形成するように配置され、各室部１２０は、少なくとも１つのセンサ３１０を含む。一態様において、複数の室部１２０は、行及び列に配置可能であり、各行及び各列は、電圧源に個々に付すことができる。図示のマトリクスにおいて、行電極は、選択ドライバ３２０に接続され、このドライバは、第１の電圧と第２の電圧（例えば０ボルトと−０．５ボルト）とで切り替わり可能である。列電極は、解放又は開放ドライバ３３０に接続される。この模範的構成において、室部を開放又は解放するため、所望の室部を組み込む室部の行に関連づけられた行電極は、第２の電圧に切り替えられるとともに、全ての他の行電圧は、第１の電圧に維持され、所望の室部に関連づけられた列電極における電圧は、開放電圧、例えば＋０．５ボルトに設定される。この場合、１ボルト（１Ｖ）差は、関連の解放メカニズムを稼動させ所望の室部を開放するのに十分である。
【００１２】
図４は、アクティブマトリクス技術を用いた、図１に示されるものと同様のセンサのアレイを制御するための模範的制御装置４００を示している。この場合、トランジスタとして示される能動素子又は構成部４２０は、室部の解放をアクティブにするために各室部と関連づけられている。より具体的には、所望の室部を開放するため、所望の室部を含む行における能動デバイスは、正の電圧を図示のトランジスタゲート電極４２５に印加することによって導電状態に切り替えられる。所望の室部を含む列における電圧も、開放電圧（例えば１ボルト）にセットされ、能動デバイス４２０の第１の端子４２７に印加される。この開放電圧は、その導電している能動デバイスを通じて当該室部と関連付けられた電極に伝送される。他の全ての電圧は、ゼロ値にセットされる。図示はしていないが、第２の電極が基準電圧（例えば０ボルト）にセットされ、印加される開放電圧が室部電極の間で測定されることが分かる。本発明の他の態様において、室部開放メカニズムは、室部封止部２１０の抵抗加熱により促進されるようにしてもよい。この場合、当該デバイスは、各室部において内部電流源を組み込むようにしてもよい。このような制御装置、そして図４に示される制御装置の動作は、２００５年７月５日出願の共同出願の欧州特許出願第ＥＰ０５１０６０８１．２号において、より完全に説明されており、その内容は、参照により編入されるものであり、ここでは詳細な説明をする必要はない。
【００１３】
図５は、本発明の原理による、図１に示されるものと同様のセンサのアレイを制御し検知するための模範的制御装置５００を示している。この模範的実施例において、図４について説明したようなアクティブマトリクス技術は、前述したように関連のセンサを露出するよう所望の室部を開放するために用いられる。すなわち、適切な列への開放電圧の印加及びターンオン電圧の適切な行への印加である。また、各センサ３１０は、所望の室部が開放されセンサが露出されるときに「オン」すなわち導電状態に切り替えられる第２の能動デバイス又は構成部５１０に付けられる。導電状態における第２の能動装置により、電圧又は電流により表わされるようなセンサ３１０により得られる測定結果は、第２の能動装置５１０を介して伝送され、対応の検知ライン５１５に供給される。この検知ラインは、検知ドライバ５２０に接続される。
【００１４】
この模範的実施例において、個々のキャップ及び検知のアドレス指定動作及び活性化動作の双方は、単一のアクティブマトリクス駆動装置だけを用いて行うことができる。
【００１５】
図６Ａは、局部増幅回路の模範的実施例を示しており、センサ３１０が、電流を局部的に増幅するよう演算増幅器回路に供給される電流信号（Ｉｓｅｎｓｅ）を発生する。この図示の実施例において、センサ電流Ｉｓｅｎｓｅは、帰還抵抗Ｒの値により増幅される。図６Ａは、或るタイプの演算増幅器を示しているが、１つないし数十個にのぼるトランジスタを含む演算増幅器を用い、低温ポリＳｉ（ＬＴＰＳ）技術に基づいて大面積電子回路で実現することができる。
【００１６】
図６Ｂは、局部増幅回路の第２の模範的実施例を示しており、センサ３１０が、センサ信号を局部的に増幅し出力電圧を発生するために用いられるインバータベースの回路と組み合わされる電流信号（Ｉｓｅｎｓｅ）を発生する。より具体的には、初期電圧が、インバータへの入力におけるポイントＶｓｅｎｓｅに印加される。このＶｓｅｎｓｅ信号が高いとき、インバータの出力はＶ１である。このとき、センサ装置は稼動し始め、検知電流（Ｉｓｅｎｓｅ）がＶｒｅｆへ向けてキャパシタを放電させる。そのキャパシタ充電がＶｓｅｎｓｅを十分に低い電圧まで落としたときに、インバータが切り替わり、出力はＶ２となる。
【００１７】
この模範的実施例においては、検知電流を、出力が切り替わる前の時間を判定するために用いることができる。この電流が大きいほど、切り替えが速くなる。
【００１８】
本発明を低温ポリＳｉ（ＬＴＰＳ）ベースのアクティブマトリクス装置について説明してきたが、アモルファスＳｉ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、微晶質又はナノ結晶質（nano-crystalline）Ｓｉ、高温ポリＳｉＴＦＴ、例えばＣｄＳｅ，ＳｎＯに基づいた他の無機ＴＦＴ、又は有機ＴＦＴを用いることができ、本発明の範囲内にあるとみなすことができる。同様に、ＭＩＭすなわち金属−絶縁体−金属デバイス、又は例えばリセットつき双二極管（Ｄ２Ｒ；double diode with reset）型アクティブマトリクスアドレス指定法を用いるダイオードデバイスを、ここで開示した本発明を発展させるために用いるようにしてもよい。
【００１９】
本発明の基本的新規な特徴をその好適実施例に適用したようにして図示し、説明し、そして指摘してきたが、当業者であれば、本発明の主旨を逸脱することなく、開示したデバイスの形態及び詳細並びにそれらの動作において説明した装置における様々な省略、置換及び変更をなすことができることが分かる。
【００２０】
特に注記するに、同じ結果を達成するための実質的に同じ態様において実質的に同じ機能を行うそうした要素の全ての組合せは、本発明の範囲内にあるものである。１つの説明した実施例から別のものに要素を置換することも、全て意図し想定するところである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】多貯蔵部被制御薬物送達システムを示す図。
【図２】本発明の原理による模範的な生体埋設可能センサの断面図。
【図３】生体埋設可能センサのアレイを管理する受動制御回路を示す図。
【図４】生体埋設可能センサのアレイを管理する能動制御回路を示す図。
【図５】本発明の原理による生体埋設可能センサのアレイを管理し検知を行うための能動制御回路を示す図。
【図６Ａ】検出されたセンサ信号を増幅するための模範的増幅回路を示す図。
【図６Ｂ】検出されたセンサ信号を増幅するための他の模範的増幅回路を示す図。
【図１】
2009511153.tif 000003
【図２】
2009511153.tif 000004
【図３】
2009511153.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009511153.tif 000007
【図６Ａ】
2009511153.tif 000008
【図６Ｂ】
2009511153.tif 000009
【国際調査報告】
2009511153.tif 000010
2009511153.tif 000011
2009511153.tif 000012
2009511153.tif 000013
2009511153.tif 000014