(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットであって、
所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層、及び、
該少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であり、濃度が測定されることになる気体を、前記センシング層に向かって通すように適応した気体透過層、
を含み、
前記化学−光学センサユニットは、前記気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、該バリア層はオイル又はワックスである疎水性の液体を含み、さらに、
前記化学−光学センサユニットは、前記少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、該光応答は前記気体の濃度次第である、化学−光学センサユニット。
【請求項２】
前記接触媒体は生体適合性であり、さらに任意で熱伝導性でもある、請求項１に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項３】
前記疎水性の液体は、炭化水素含有オイル、フルオロ含有オイル又はシリコーン含有オイルである、請求項１又は２に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項４】
前記疎水性の液体は、食用油、低温融解食用ワックス、原油誘導体、シリコーンオイル、シリコーンワックス、又は、パーフルオロオイルである、請求項３に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項５】
前記少なくとも１つの気体透過層及び／又は前記少なくとも１つのセンシング層は、シリコーンゴムを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項６】
前記バリア層は、一定のガス濃度を有する前記接触媒体と前記化学−光学センサユニットとが接触する場合に前記光応答が安定である厚さで前記化学−光学センサユニット内に存在する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項７】
前記センシング層は発光材料を含み、さらに、前記気体透過層は、光が前記気体透過層を通過するのを阻止するように適応する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項８】
前記化学−光学センサユニットは、血液ガスの濃度を測定するための経皮的なセンサユニットである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項９】
前記センシング層を照射するように適応した少なくとも１つの光源、及び任意で、該光源に接続される導光構造体、並びに、
前記センシング層の光応答を検出するように適応した少なくとも１つの検出装置、及び任意で、該検出装置に接続される導光構造体、
をさらに含み、前記光源、導光構造体及び／又は前記検出装置のうち少なくとも１つが、前記化学−光学センサユニットに取り外し可能に接続される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の化学−光学センサユニット、換気装置及び／又はモニタリング装置を含む、患者モニタリング及び／又は患者の換気に対するシステム。
【請求項１１】
気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットのコンディションを調整する方法であって、前記化学−光学センサユニットは、所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層、及び、該少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であり、濃度が測定されることになる気体を、前記センシング層に向かって通すように適応した気体透過層を含み、前記化学−光学センサユニットは、前記気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、該バリア層はオイル又はワックスである疎水性の液体を含み、さらに、前記化学−光学センサユニットは、前記少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、該光応答は前記気体の濃度次第であり、
前記方法は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含む接触媒体と前記化学−光学センサユニットとを第一に接触させるステップを含む、方法。
【請求項１２】
コンディションが調整された気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットであって、請求項１１に記載の方法によって得ることができる化学−光学センサユニット。
【請求項１３】
前記低温融解食用ワックスはココアバターである、請求項４に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項１４】
前記原油誘導体は、パラフィンオイル又はソフトパラフィンワックスである、請求項４に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項１５】
前記血液ガスは、Ｏ２及び／又はＣＯ２である、請求項８に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項１６】
前記血液ガスはＣＯ２である、請求項８に記載の化学−光学センサユニット。
【請求項１７】
前記接触媒体は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の接触媒体である、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットに関し、当該ユニットは：所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層；及び、少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であって、濃度が測定されることになる気体を、センシング層に向かって気体透過層を通すように適応した気体透過層；を含み、当該化学−光学センサユニットは、気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、さらに、当該化学−光学センサユニットは、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、その光応答は気体の濃度次第である。本発明は、そのような化学−光学センサを含むシステム、並びに、気体の濃度を測定するための化学−光学センサユニットのコンディションを調整する方法、その結果得ることができるコンディションが調整されたセンサにも関する。
【背景技術】
【０００２】
神経筋疾患、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）及び肥満低換気症候群の患者は、慢性呼吸不全に苦しむことが多くある。上記患者は、自宅でのその呼吸不全の定期的な治療を必要とする。低酸素血症の患者は、（ほとんどが人工呼吸器の支援を必要としない）酸素療法によって治療される一方、環境大気を用いた侵襲的換気（ＩＶ）及び非侵襲的換気（ＮＩＶ）による治療は、高炭酸ガス血性の患者の高い二酸化炭素（ＣＯ２）血液ガスレベルを、受け入れ可能なレベルまで戻すのに寄与する。換気の有効性は、夜間のＮＩＶの間の動脈血酸素レベル及び二酸化炭素レベルにおけるベースライン並びに傾向を測定することによってチェックされる。
【０００３】
動脈血液ガス測定は、至適基準を形成する。自宅にて換気治療を開始する前に、患者は病院に滞在して、人工呼吸器の設定を最適化し、さらに、動脈血液ガスの値をモニターする。疾患の重症度及び安定性に応じて、患者は、ほぼ定期的にチェックのために病院まで戻らなくてはならない。呼吸に関連のある看護師が、自宅にいる患者を訪れて、人工呼吸器をチェックする、及び、血液ガス分圧の非侵襲的モニタリングを可能にする機器を設置することもできる。自宅にて、血液ガスレベルが、典型的には夜間にモニターされ、さらに、データが、病院での後の分析のために、人工呼吸器及び呼吸のデータと共に保存される。
【０００４】
非侵襲的な血中酸素のモニタリングにおける最新技術は、酸素解離曲線を介した酸素分圧に関する動脈血酸素飽和度を測定することによる。パルスオキシメトリ（ＳｐＯ２）は、患者における動脈血酸素飽和度を非侵襲的にモニターするための光学的方法であり、診療において最も一般的に使用される技術のうちの１つになっている。パルスオキシメトリは、適度に低コストの技術で、使用するのが容易であり、自宅にて血中酸素をモニターするための好ましい方法である。
【０００５】
非侵襲的なＣＯ２分圧のモニタリングにおける最新技術は、カプノグラフィーによる、又は、経皮的なＣＯ２（ＰｔｃＣＯ２）モニタリングによる。健康な肺を有する挿管された患者に対して、カプノグラフィーによって得られる終末呼気炭酸ガス濃度（ｅｔＣＯ２）の値は、動脈ＣＯ２値の分かりやすい兆候を提供する。しかし、マスクと顔との間の空気漏れが通常存在し且つ患者が重度の呼吸疾患を有する非侵襲的換気の場合に、カプノグラフィーは、信頼できる方法ではないことが多くある。ほとんどの病院において、傾向のモニタリングに対するカプノグラフィーと、動脈血試料の分析との組合せが使用されて、副次的で正確な値が得られる。
【０００６】
経皮的なＣＯ２モニタリングは、空気漏れ及び呼吸疾患によって妨害されないが、信頼できる値を得るために、訓練された人材を要求し、さらに、成人間の皮膚の特性における多様性によりある種の不正確さを示す。自宅でのＣＯ２血液ガスモニタリングは、換気を受けている患者に対するその高い関連性にもかかわらず、オキシメトリよりも少ない頻度で使用される。
【０００７】
現在の経皮的なＣＯ２センサは、全て、４０年来のコンセプト、すなわち、（ｉ）血液潅流及び皮膚の気体透過性を高めるサーモスタット制御の加熱器；（ｉｉ）皮膚とセンサ膜との間の流体層；（ｉｉｉ）センサを覆う気体透過性の膜；（ｉｖ）膜とセンサとの間の電解質溶液；（ｖ）電気化学的なｐＨセンサ及び参照電極を含むセンサ；並びに（ｖ）温度の影響及び皮膚の代謝を補償するアルゴリズム；に基づいている。
【０００８】
特許文献１は、ポリマーマトリクス及びポリマーマトリクスに包埋される指示薬を含む、気体又は液体試料におけるＣＯ２を決定する装置を記載しており、指示薬は、ｐＨ感受性色素及び金属カチオン複合体を含み、ｐＨ感受性色素のアニオン及び金属カチオンは、ポリマーマトリクスにおいて可溶な塩を形成する。
【０００９】
従来技術の経皮的な適用に対する化学−光学センサのさらなる例が、図１において描かれており、光透過性キャリア材料の上に、「シリコーンゴム様の」気体透過性材料の２つの層が堆積されている。第１の層、すなわちセンシング層は、疎水性ポリマー内の親油相間移動剤において２つの発光色素の混合物、すなわち、長い発光寿命を有するリファレンス色素、及び、短い発光寿命を有するｐＨ感受性指示色素を含む。第２の膜層は、光反射材料（ＴｉＯ２）粒子を含み、さらに、センシング層への及びセンシング層からのイオン輸送を阻止する。ＣＯ２ガスは、典型的には、上記膜を通って、第１の（センシング）層内に拡散し、さらに、ｐＨを変え、次に、指示色素からの発光を変更する。調光励起の時間応答を効果的に測定する２重発光団参照（ｄｕａｌ  ｌｉｆｅ−ｔｉｍｅ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）技術を使用することによって、ＣＯ２ガスの割合を計算することができる。
【００１０】
親油相間移動剤は、炭酸の生成に対して水を提供する化学的な緩衝材料としても役立つ。しかし、例えば接触媒体との接触ゾーンにおけるセンサの適用の部位での浸透圧の不均衡が、センサ内又はセンサからの水輸送等、分子の摂動を開始してもよく、不必要なセンサの感受性の変化をもたらし、従って、センサの較正又は再較正を要求し得る。
【００１１】
結果として、分子の摂動による感受性の変化が発生しない、経皮的な適用に対する改善された化学−光学センサの開発が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＥＰ１９６５１９８  Ａ１
【特許文献２】ＵＳ６６０２７１６  Ｂ１
【特許文献３】ＷＯ０２／０５６０２３
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｋｏｃｉｎｃｏｖａ，Ｎｅｗ  ｐＨ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｄｕａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ  ａｎｄ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｐＨ  ａｎｄ  ｐＯ２（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）ｉｎ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００７，ＰｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ
【非特許文献２】Ｓｃｈａｆｅｒｌｉｎｇ，Ｔｈｅ  Ａｒｔ  ｏｆ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，２０１２，Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ  Ｃｈｅｍｉｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，５１（１５），３５３２−３５５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、これらのニーズに取り組み、皮膚等の浸透圧的に不均衡にされた環境における気体、特にＣＯ２の濃度を効果的に測定するための手段及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的は、特に、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットによって成し遂げられ、当該ユニットは：所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層；及び、少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であって、濃度が測定されることになる気体を、センシング層に向かって気体透過層を通すように適応した気体透過層；を含み、当該化学−光学センサユニットは、気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、さらに、当該化学−光学センサユニットは、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、その光応答は気体の濃度次第である。本発明は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含む接触媒体の使用が、例えばＣＯ２の測定の間等の気体測定の間の感受性の変化が発生しないように、化学−光学センサユニット内若しくは化学−光学センサユニットからの、及び、化学−光学センサユニットと接触媒体との間の水又はイオンの輸送等の分子の撹乱を効果的に減らすか若しくは減少させるという驚くべき解決策を提供する。従って、本発明による化学−光学センサユニットが、少なくとも１つの気体透過層と皮膚との間に配置される接触媒体を介して人間の皮膚に取り付けられる場合に、例えばＯ２又はＣＯ２等の皮膚内に存在する気体は、皮膚内のガス分圧が化学−光学センサユニット内のガス分圧よりも高い限り、気体透過層を通ってセンシング層内に入る。疎水性の液体を含み得るバリア層の存在により、いかなる追加的な較正ステップも必要とすることなく、及び、センシング層への水流入の影響による測定された値の漸進的な改ざん又は無効を心配することなく、Ｏ２又はＣＯ２の濃度の効果的な検出を可能にする浸透圧的に不活性な環境が提供され得る。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態において、接触媒体は生体適合性であり、さらに任意で熱伝導性でもある。
【００１７】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、上述のバリア層は、疎水性の化合物を含む。
【００１８】
別の好ましい実施形態において、上記疎水性の化合物は、疎水性の液体である。
【００１９】
本発明のさらに別の好ましい実施形態において、上記疎水性の化合物又は疎水性の液体は、炭化水素、フルオロ若しくはシリコーン含有オイル、有機ケイ素化合物、又は、軟質ゴム若しくはゲルである。
【００２０】
本発明の特に好ましい実施形態において、上記疎水性の液体は、食用油若しくは低温融解食用ワックス、好ましくはココアバター、パラフィンオイル若しくはソフトパラフィンワックス等の原油誘導体、シリコーンオイル若しくはシリコーンワックス、又は、パーフルオロオイル（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ  ｏｉｌ）である。
【００２１】
さらに別の好ましい実施形態において、上記少なくとも１つの気体透過層及び／又は上記少なくとも１つのセンシング層は、シリコーンゴムを含む。
【００２２】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、上記バリア層は、一定のガス濃度を有する上記接触媒体と化学−光学センサが接触する場合に光応答が安定である厚さで当該化学−光学センサユニット内に存在する。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施形態において、上記センシング層は発光材料を含み、さらに、上記気体透過層は、光が気体透過層を通過するのを阻止するように適応する。
【００２４】
化学−光学センサは、血液ガス濃度、好ましくはＯ２及び／又はＣＯ２のガス濃度、より好ましくはＣＯ２のガス濃度を測定するための経皮的なセンサユニットであるということが特に好ましい。
【００２５】
本発明のさらに別の好ましい実施形態において、本明細書において先に述べられた化学−光学センサユニットは：
センシング層を照射するように適応した少なくとも１つの光源、及び任意で、光源に接続される導光構造体；並びに、
センシング層の光応答を検出するように適応した少なくとも１つの検出装置、及び任意で、検出装置に接続される導光構造体；
をさらに含み、光源、導光構造体及び／又は検出装置のうち少なくとも１つが、好ましくは、化学−光学センサユニットに取り外し可能に接続される。
【００２６】
さらなる態様において、本発明は、患者モニタリング及び／又は患者の換気に対するシステムに関し、当該システムは、本明細書において先に定められた化学−光学センサユニット、換気装置及び／又はモニタリング装置を含む。
【００２７】
さらなる態様において、本発明は、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットのコンディションを調整する方法に関し、化学−光学センサユニットは：所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層；及び、少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であって、濃度が測定されることになる気体を、センシング層に向かって気体透過層を通すように適応した気体透過層；を含み、上記化学−光学センサユニットは、気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、さらに、化学−光学センサユニットは、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、その光応答は気体の濃度次第であり、
当該方法は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含む接触媒体と上記化学−光学センサユニットを接触させるステップを含む。好ましい実施形態において、上記接触媒体は、本明細書において先に定められた接触媒体である。
【００２８】
さらに別の態様において、本発明は、コンディションが調整された、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットに関し、当該化学−光学センサユニットは、本明細書において先に定められたコンディションを調整する方法によって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】経皮的な適用に対する化学−光学センサの原理を示した図であり、光透過性キャリアを有した支持層と、シリコーン膜、リファレンス色素、及び、気体に対して透過性であり且つｐＨ感受性の指示色素を含むセンシング層と、気体に対して透過性であり且つ光に対して反射的なシリコーン膜にＴｉＯ２を含む層とを含む化学−光学センサを描いている。化学−光学センサは、例えば、４７０ｎｍ（青緑色ＬＥＤ）にて励起することができ、さらに、発光は、５００から７００ｎｍ（赤色）の範囲の指示色素及びリファレンス色素から検出することができる。リファレンス色素は低速応答を有し、さらに、発光団は、例えば、球に詰めて、それらをＯ２から保護してもよい。指示色素は高速応答を有し、さらに、Ｈ＋（ｐＨ）に対して主として感受性であり、ＣＯ２増加によって引き起こされるｐＨ減少により、振幅の減少、及び、白色光照明下で黄色の発色をもたらす。照明光強度変調器の周波数は、約４５°での位相偏移が得られるように選ばれる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットに関する。
【００３１】
本発明は特定の実施形態に関して記載されるけれども、この記載は、限定的な意味で解釈されることはない。
【００３２】
本発明の例証的な実施形態を詳細に記載する前に、本発明を理解するのに重要な定義が与えられる。
【００３３】
本明細書及び付随の特許請求の範囲において使用される場合、単数名詞を言及する際に不定冠詞が使用されている場合は、何か他に明確に述べられていない限りその名詞の複数形も含む。
【００３４】
本発明と関連して、「約」及び「ほぼ」という用語は、くだんの特徴の技術的効果を依然として保証すると当業者が理解することになる正確さの差を示している。この用語は、典型的に、±２０％、好ましくは±１５％、より好ましくは±１０％、及び、さらにより好ましくは±５％の示された数値からの偏差を示している。
【００３５】
「含む」という用語は限定的ではないということが理解されたい。本発明のために、「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語は、「から構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｏｆ）」という用語の好ましい具体化であると考慮される。以後、群が少なくとも特定数の具体化を含むよう規定される場合、これは、好ましくはこれらの具体化から成る群のみを包含するとも意味する。
【００３６】
さらに、本明細書及び特許請求の範囲において「第１」、「第２」、「第３」、又は、「（a）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」等の用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも順番又は時系列順を記述するために使用されているのではない。そのように使用されている用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書において記述されている本発明の実施形態は、本明細書に記述又は例示された順序以外の順序で操作できることが理解されたい。
【００３７】
「第１」、「第２」、「第３」、又は、「（a）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」、「ｉ」、「ｉｉ」等の用語が方法又は使用又はアッセイのステップに関する場合、ステップ間の時間又は時間間隔の一貫性はなく、すなわち、ステップは、同時に実行することができるか、又は、本明細書において上記又は下記に定められたように本願において示されていない限り、そのようなステップ間には秒、分、時、日、週、月、若しくは年さえの時間間隔があってもよい。
【００３８】
本発明は、本明細書において記載される特定の方法論、プロトコル、試薬等は変わり得るためこれらに限定されないことが理解されたい。本明細書において使用される用語法は特定の実施形態を記載する目的のみにあり、付随の特許請求の範囲によってのみ限定されることになる本発明の範囲を限定するとして意図されないことも理解されたい。定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的用語は、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
【００３９】
先に提示されてきたように、本発明は、一態様において、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットに関し、当該ユニットは：所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層；及び、少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であって、濃度が測定されることになる気体を、センシング層に向かって気体透過層を通すように適応した気体透過層；を含み、当該化学−光学センサユニットは、気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、さらに、当該化学−光学センサユニットは、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、その光応答は気体の濃度次第である。
【００４０】
「気体の濃度」という用語は、測定されることになる、ゾーン又はセクターからの拡散により化学−光学センサに到達する気体の量に関する。「気体（ガス）」は、いかなる気体の材料であってもよい。気体は、生物学的に生成されるか又は生物学的に活性である若しくは関連している気体であるということが好ましい。そのような気体の例は、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯ、Ｈ２Ｓである。濃度が測定されるべきである気体はＯ２及び／又はＣＯ２であるということが好ましい。濃度が測定されるべきである気体はＣＯ２であるということが特に好ましい。
【００４１】
本明細書において使用される場合「センシング層」という用語は、照射又は励起することができる、さらにその後、光応答として、例えば蛍光等の発光等、光反応性材料の励起により異なる波長の光を生成することができる層を意味し、生成された光の強度は、センシング層において存在するか又は溶解された気体分子の濃度次第である。特定の強度及び波長の、例えば蛍光等の発光等、光応答の測定は、例えば皮膚等のより深い層からセンシング層に拡散しているか又は拡散してきたセンシング層内のガス濃度を計算するのを可能にする。この測定は、さらに、例えば、化学−光学センサが置かれる皮膚のセクター内等、測定されることになるセクター内のそのような気体の濃度の計算を可能にしてもよい。
【００４２】
センシング層は、気体分子にとって通過可能な充填材で構成されてもよい。そのような充填材の例は、シリコーンゴム材料である。好ましい実施形態において、センシング層は、従って、シリコーンゴムを含んでもよく、又は、本質的にシリコーンゴム材料から成ってもよい。センシング層は、水又は化学緩衝剤等の化合物をさらに含んでもよい。センシング層は、従って、特定のｐＨにて緩衝してもよく、又は、例えば特定のｐＨを有する等、特定の量の水素イオン及び／若しくは水酸化イオンを含んでもよい。ｐＨは、センシング層内への気体、特にＣＯ２の拡散により変えることができる。好ましくは、ＣＯ２は、センシング層内に拡散し、さらに、水と相互作用し、従って水素イオンの濃度を上げ、従ってｐＨを変えることによって、上記センシング層内のｐＨを変えてもよい。
【００４３】
本明細書において使用される場合「所定の放射で照射される」という用語は、センシング層を、適した波長、特にセンシング層の光応答を生成することができる波長の放射で照射又は励起することができるということを意味する。例えば、可視光、赤外線及び／又は紫外線で照射を行うことができる。所定の放射の好ましい例は、例えば４４０ｎｍ、４５０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、４９０ｎｍ等、例えば約４００から５００ｎｍの波長の、緑−青色の可視スペクトルの光である。放射、すなわち光の波長だけでなくその強度は、一般に、センシング層における光反応性材料次第にされてもよく、又は、センシング層における光反応性材料に適応してもよい。特定の光反応性材料に対して、適した対応する励起波長を使用することができる。
【００４４】
化学−光学センサユニットに関連して、センシング層は、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、その光応答は気体の濃度次第である。
【００４５】
好ましい実施形態において、センシング層は、光反応性材料として発光材料を含む。「発光材料」は、１つ以上の色素を含んでもよい。色素は、例えばＣＯ２に対して等、測定されることになる気体に対して感受性であってもよい。感受性は、例えば、ｐＨに対する感受性を介して提供される等、間接的であってもよく、ｐＨは、センシング層内に拡散する例えばＣＯ２等の気体によってさらに影響される。或いは、気体は、それ自体が色素の感受性に対して直接的な影響を有してもよい。特に好ましい実施形態において、発光材料は２つの色素を含む。例えば、発光材料は、指示色素として機能する気体感受性色素、及び、リファレンス色素として機能する気体非感受性色素を含んでもよい。さらなる実施形態において、上述の２つの色素は異なる減衰時間を有してもよい。例えば、気体感受性色素は、速い発光減衰時間を有してもよい一方、気体非感受性色素は、遅い発光減衰時間を有してもよい。気体に対して不活性であり且つ長い減衰時間を示す適したリファレンス色素の例として：（１）中心原子及びジイミンリガンドとして、ルテニウム（ＩＩ）、ルテニウム（Ｉ）又はオスミウム及びイリジウムを有する遷移金属錯体；（２）中心原子として白金、パラジウム、ルテチウム又はスズを有するリン光ポルフィリン；（３）例えばユーロピウム、ジスプロシウム又はテルビウム等、希土類のリン光錯体；並びに（４）ルビー、Ｃｒ−ＹＡＧ、アレキサンドライト等のリン光結晶、又は、フルオロゲルマニウム酸マグネシウム等のリン光混合オキシド；が挙げられる。気体に対して感受性であり且つ短い減衰時間を示す適した指示色素の例として、８−ヒドロキシピレン−１，３，６−トリスルホン酸三ナトリウム塩（ＨＰＴＳ）、フルオレセイン、ローダミンＢ、ローダミンＢオクタデシルエステル、ヘキサデシルアクリジンオレンジ、ヒドロキシメチルクマリン、ローダミン、Ｂ−オクタデシルエステル、ローダミンＢ、ナフトフルオレセイン、スルホローダミン１０１、エオシン、チオニン及びナイルブルーが挙げられる。さらなる特定の実施形態において、本発明は、リファレンス色素と指示色素との組合せに関し、上記の例証された指示色素及びリファレンス色素の全ての組合せを含む。本発明による化学−光学センサユニットにおいて使用されることになるリファレンス色素と指示色素との組合せの好ましい例（リファレンス色素／指示色素）として：ルテニウム（ＩＩ）−（トリス−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）／ＨＰＴＳ；ルテニウム（ＩＩ）−（トリス−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）／フルオレセイン；ルテニウム（ＩＩ）−（トリス−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）／ローダミンＢ；ルテニウム（ＩＩ）−（トリス−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）／ローダミンＢオクタデシルエステル；ルテニウム（ＩＩ）−（トリス−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）／ヘキサデシルアクリジンオレンジ；ユーロピウム（ＩＩＩ）−トリス−テオニル−トリフルオロメチルアセトネート／ヒドロキシメチルクマリン；白金（ＩＩ）−テトラフェニルポルフィリン／ローダミンＢオクタデシルエステル；白金（ＩＩ）−テトラフェニルポルフィリン／ローダミンＢ；白金（ＩＩ）−テトラフェニルポルフィリン／ナフトフルオレセイン；白金（ＩＩ）−テトラフェニルポルフィリン／スルホローダミン１０１；白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン／エオシン；白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン／チオニン；白金（ＩＩ）−オクタエチルケトポルフィリン／ナイルブルー；ＣＲ（ＩＩＩ）−ＹＡＧ／ナイルブルー；及び、Ｃｒ（ＩＩＩ）−ＹＡＧ／ナフトフルオレセイン；が挙げられる。
【００４６】
センサ層における２つの色素の組合せに基づき、例えば特許文献２から又は非特許文献１から得られる２重発光団参照の原理による測定を実行することができる。特に、指示色素及びリファレンス色素の異なる減衰時間に基づき、励起の強度を、固定された周波数にて調節してもよく、さらに、振幅に依存しない発光信号の位相角を検出し、気体感受性色素（指示色素）の相対強度に直してもよく、その相対強度から、その後、ガス濃度を決定することができる。
【００４７】
従って、センシング層は、気体透過層等のより深い層から到達し得るＯ２及び／又はＣＯ２等の気体分子にとって少なくとも通過可能であってもよい。典型的には、センシング層は、本発明による化学−光学センサの対応する領域内の浸透圧に従って、より深い層、すなわち、センシング層よりも下の層内に又はそこから拡散し得る水分子に対しても透過性であり得る。
【００４８】
ある特定の実施形態において、センシング層は、異なる気体の濃度を測定する能力を持つか、又は、例えば同時に２つの気体の濃度等、２つ以上の気体の濃度を同時に測定する能力を持つ発光材料を含んでもよい。例えば、センシング層は、それぞれ異なる気体の測定に適応した２種類の発光材料を含んでもよい。好ましくは、１つの副層、領域又は１種類の材料は、酸素を検出するように適応してもよく、さらに、第２の副層、領域又は種類の材料は、ＣＯ２を検出するように適応する。マルチパラメータセンサ及びそれらを実行することの追加の可能性に対するさらなる詳細は当業者には既知であるか、又は、特許文献３若しくは非特許文献２等の適した文献源から得ることができる。
【００４９】
センシング層は、単一層として提供されてもよい。代わりとなる実施形態において、２つ以上のセンシング層が提供されてもよい。そのような第２又はさらなるセンシング層は、第１のセンシング層と同じ特性又は異なる特性を有してもよい。例えば、第２又はさらなるセンシング層は、例えば異なる色素等、異なる発光材料を含んでもよく、又は、第１のセンシング層とは異なる緩衝剤等、若しくは、異なるｐＨを有する異なる化学環境において提供されてもよい。さらなる実施形態において、第２又は引き続くセンシング層は、例えば第１のセンシング層において測定され得るＣＯ２の代わりにＯ２等、第１のセンシング層とは異なる気体を測定するように適応してもよい。
【００５０】
化学−光学センサユニットは、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するようにさらに適応してもよい。重要なことには、受けた光応答は、測定されることになる気体の濃度次第であるはずである。そのような適応は、センシング層から出る１つ又は複数の光応答を受ける、検出する及び／又は分析することを可能にする適した検出方法又は装置の提供を含んでもよい。検出は、いかなる適した検出方法に従って、或いは、いかなる適した検出装置、又は、検出ステップ若しくはサブステップを行うことを可能にする適した構成要素を含むことに基づいて行われても又は実行されてもよい。
【００５１】
本明細書において使用される場合「気体透過層」という用語は、気体分子にとって通過可能な構造体を意味する。典型的には、気体透過層は、上に重なるセンシング層まで気体を通すように適応した膜構造体として提供される。特定の実施形態において、気体透過層は、Ｏ２及び／又はＣＯ２等の気体分子にとって通過可能である。典型的には、気体透過層は、例えば本発明による化学−光学センサの領域内の浸透圧に従って、気体透過層の上下の層内に又はそこから拡散し得る水分子に対しても透過性であり得る。そのような水分子の拡散プロセス又は輸送は、例えば、気相における水に基づき成し遂げられてもよい。
【００５２】
気体透過層の膜は、適した気体及び水透過性材料で構成されてもよい。例えば、膜は、シリコーン膜であってもよく、又は、シリコーンを含んでもよい。或いは、膜は、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））又は誘導体等の材料で構成されても又はそれらを含んでもよい。さらなる代わりとなる実施形態において、膜は、金属メッシュ、例えばポリプロピレン及びエチレンに基づく多孔性の疎水性ポリマー、エアロゲル等の多孔性の疎水性シリコン酸化物、又は、ナフィオン等のパーフルオロ材料で構成されても又はそれらを含んでもよい。さらなる適した材料は、当業者には既知であり、さらに、本発明に関連して構想されもする。
【００５３】
気体透過層は、気体分子にとって通過可能な充填材でさらに構成されてもよい。そのような充填材の一例は、シリコーンゴム材料である。好ましい実施形態において、気体透過層は、従って、シリコーンゴムを含んでもよく、又は、本質的にシリコーンゴム材料から成ってもよい。
【００５４】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、気体透過層は、さらに、光が気体透過層を通過するのを阻止するように適応してもよい。「光が気体透過層を通過するのを阻止する」という用語は、特に、気体透過層が、少なくとも１つのセンシング層を透過した光を反射するか若しくは散乱する、及び／又は、対象とされたセンサ範囲外のあり得る光干渉を遮断するように適応するということを意味するよう意図される。気体透過層による光の反射又は散乱は、例えばアルミニウム等の金属又は金属酸化物等、いかなる適した光反射材料も使用することによって達成されてもよい。特に好ましいのは、例えばＴｉＯ２を含む組成物等、チタン組成物の使用である。特定の実施形態において、光の反射又は散乱は、徹底的で、すなわち全ての波長に対してあってもよく、又は、特定の波長若しくは波長の範囲に対して特有であってもよい。例えば、特定の波長又は波長の範囲の光、特に、センシング層内の発光材料に対する励起波長の光は、反射されるか又は散乱されてもよい一方で、センシング層内の発光材料に対して興奮性ではない異なる波長の光は反射されなくてもよい。さらなる実施形態において、光の反射又は散乱は、気体透過層での、例えば温度、ｐＨ、気体分子の存在、極性化合物の存在等、特定のパラメータ次第であってもよい。さらに、気体透過層は、例えば対象とされるセンサ範囲外のあり得る蛍光分子の干渉を遮断してもよい。好ましい実施形態において、蛍光分子の干渉の遮断は、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲外の蛍光の遮断であってもよい。そのような遮断活動は、構想されるセンシング範囲外で機能する光吸収材料を提供することによって成し遂げられてもよい。
【００５５】
気体透過層は、単一層として提供されてもよい。代わりとなる実施形態において、２つ以上の気体透過層が提供されてもよい。そのような第２又はさらなる気体透過層は、第１の気体透過層と同じ特性又は異なる特性を有してもよい。例えば、第２又はさらなる気体透過層は、異なる波長の光を反射するという特性を有してもよい。さらなる実施形態において、第２又はさらなる気体透過層は、第１の気体透過層とは異なる分子に対して透過性であるという特性を有してもよい。例えば、異なる気体又は異なる化合物が、第１及び第２又は引き続く気体透過層を通過してもよい。本発明のさらなる特定の実施形態において、化学−光学センサは、少なくとも１つのセンシング層に隣接する少なくとも１つの光透過性の層をさらに含んでもよい。光透過性の層は、好ましくは、センシング層の上にあってもよく、本明細書において先に定められているように、センシング層は、さらに、気体透過層の上にある。透過性の層は、従って、センシング層を覆い、さらに、センシング層を周囲大気との直接接触から保護してもよい。従って、少なくとも１つのセンシング層は、１つの側からは気体透過層によって、及び、もう一方の側からは光透過性の層によって囲い込まれてもよい。本明細書において使用される場合「光透過性の層」という用語は、放射に対して少なくとも部分的に透過性であるキャリア基板を意味する。一部の実施形態において、光透過性の層は、例えば赤外線、可視光及び紫外線等、適したスペクトルの電磁波全体に対して透過性であってもよい。他の実施形態において、光透過性の層は、特定の波長又は波長範囲に対してのみ透過性であってもよい。光透過性の層は、例えば、上記の所定の放射、又は、センシング層内の１つ又は複数の発光材料に対する１つ又は複数の励起波長若しくは波長範囲に対して透過性であってもよい一方、センシング層内の発光材料に対して興奮性ではない異なる波長の光は、通過することができない。加えて、光透過性の層は、センシング層において生成される光応答の光に対して透過性であってもよい。そのような光は、特に光透過性の層を通過することができる特定の波長又は波長の範囲で提供されてもよい一方、異なる波長の光は通過することができない。特定の実施形態において、光透過性の層は、センシング層内の発光材料に対する１つ又は複数の励起波長又は波長の範囲に対して、及び、上記センシング層内の発光材料による光応答として生成される１つ又は複数の波長又は波長の範囲に対してのみ透過性であってもよい。光透過性の層は、当業者には既知のいかなる適した透過性の材料で構成されてもよい。光透過性の層は、例えば、ガラス、ポリカーボネート、ＰＥＴ、シリコーンゴム又はＰＭＭＡ（プレキシガラス）等の透過性の材料で構成されてもよい。
【００５６】
さらなる実施形態において、光透過性の層は、例えばＯ２及び／又はＣＯ２に対して等、気体に対して非透過性であってもよい。
【００５７】
中心的な態様において、本発明は、本明細書において定められる、気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応した化学−光学センサユニットを提供する。本明細書において使用される場合「接触媒体」という用語は、化学−光学センサユニットと、気体の測定が実行されることになる表面層、すなわち皮膚との界面にて提供され得る媒体を意味する。好ましくは、接触媒体は、本明細書において先に定められた気体透過層と、気体の測定が実行されることになる表面層、すなわち、ヒト又は動物体の皮膚との間に少なくとも挿入される。接触媒体は、典型的には例えば皮膚等のより深い層から本発明による化学−光学センサユニットまで気体分子を移すことを可能にするゲル又は液体であってもよい。従って、特に好ましい実施形態において、接触媒体は、少なくとも気体透過性である。気体透過性は、いかなる気体材料に対する一般的な透過性であってもよい。或いは、接触媒体は、例えばＯ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２又はＮＨ３に対して等、特定の気体分子に対して特定の透過性を有してもよい。特に好ましいのは、Ｏ２及び／又はＣＯ２に対する透過性である。最も好ましいのは、ＣＯ２に対する透過性である。特定の実施形態において、接触媒体は、特定の気体に対して選択的に透過性であり且つ他の気体に対して非透過性であってもよい。少なくともＯ２及び／又はＣＯ２に対して選択的に透過性であることによる接触媒体が好ましい。最も好ましいのは、ＣＯ２に対する選択的な透過性である。
【００５８】
さらに、接触媒体は、気体の測定が実行されることになる表面層の含水率又は含水量を安定した状態で保つこと、又は、例えばヒト若しくは動物体の皮膚等、気体の測定が実行されることになる表面層の含水率又は含水量を制御することを可能にしてもよい。有利に、接触媒体は、気体透過性であり且つ同時に液体の水及びイオンに対して非透過性であるバリア層を含んでもよい。接触媒体は、従って、皮膚と化学−光学センサとの間に置くことができるそのようなバリア層を提供してもよく、その結果、皮膚若しくは接触媒体自体から化学−光学センサまでの、又は、上記センサから接触媒体若しくは皮膚までの液体の水の輸送を回避することができる。典型的には、バリア層は、液体の水又はいかなる水溶液も含むことができない。
【００５９】
バリア層は、単一層の構造体として、又は、多層の構造体として提供されてもよい。多層の構造体の場合、例えばその化学成分、厚さ、気体透過性又は水に対する透過性に関して同じか又は異なり得る２、３、４、５、６又はそれ以上の層が存在してもよい。例えば、２つ又は３つの層が使用される場合、これらの層のうち少なくとも１つが、水及びイオンに対して非透過性であるということが構想される。さらなる層は、水及びイオンに対して減少した透過性を有してもよく、又は、構造的理由のために提供され、従って水及びイオンに対して透過性であってもよい。接触媒体は、さらなる実施形態において、生体適合性であるとして特徴づけられる。本明細書において使用される場合「生体適合性」という用語は、接触媒体が、適用されるヒト又は動物体の皮膚の表面領域に対して、又は、適用される人間の体に対して中毒性、免疫性及び／又はアレルギー性の反応、或いは、例えば発癌性ではない等、いかなる他の生物学的若しくは医薬の有毒又は有害な反応も引き起こさないということを意味する。
【００６０】
加えて、接触媒体は、熱伝導性であってもよい。熱伝導性は、化学−光学センサユニットの熱変化を軽減するため、すなわち、化学−光学センサと、接触媒体の下にある皮膚領域との間の温度差を最小限にするために使用することができる。その結果、化学−光学センサユニットでの一定温度を達成することができ、従って、気体の濃度の正確な測定を可能にする。
【００６１】
一実施形態において、本発明は、本明細書において定められる化学−光学センサユニットを提供し、当該ユニットは、本明細書において先に又は以下に定められるバリア層を含む接触媒体と共に提供される。提供は、例えば、接触媒体と共にする化学−光学センサの包装、保管、保持、保留であってもよい。
【００６２】
特に好ましい実施形態において、接触媒体及び／又はコンディションを調整する流体は、少なくとも疎水性の化合物を含む。本明細書において使用される場合「疎水性の化合物」は、水、又は、水及びイオン等の溶解した実体を含む水溶液を忌避するいかなる化合物も意味する。疎水性の化合物は、原油誘導体、アルカン、オイル、脂肪、シリコンベースの材料、フルオロカーボン等のフルオロベースの材料を含む、当業者には既知のいかなる疎水性の化合物であってもよい。
【００６３】
好ましい実施形態において、疎水性の化合物は疎水性の液体である。そのような疎水性の液体は、例えば、オイルであってもよい。オイルの好ましい例は、炭化水素含有オイル、シリコーン含有オイル、又は、例えばフルオロカーボンオイル等のフルオロ含有オイルである。
【００６４】
特に好ましいのは、食用油又はワックスの使用である。本発明によって構想される食用油の例は、綿実油、亜麻仁油、カメリナ油、コーン油、菜種油、けし油、落花生油、大豆油、ヘーゼルナッツ種子油、胡桃油、扁桃油、アルガンオイル、オリーブオイル、サフラワーオイル、サンフラワーオイル、ごま油、ココナッツオイル／ワックス、バター、ココアバター、ラード又はからし油である。原油又は動物由来の非食用ワックス及び油の使用も好ましい。そのような化合物の例はラノリンである。低温融解ワックス又は脂肪の使用も構想される。低温融解食用ワックスの使用が好ましい。そのようなワックスの例として、バター又はココアバターが挙げられる。特に好ましいのは、サンフラワーオイルの使用である。
【００６５】
さらなる実施形態において、接触媒体内の疎水性の化合物は、二有機ケイ素（ｄｉｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃｏｎ）である。適した有機ケイ素化合物の例は、シラノール、シロキシド又はシリルエーテルのような群を含有する。シロキサン、特に不揮発性シロキサンの使用がさらに構成される。揮発性シロキサンの使用も本発明の範囲内である。そのような揮発性シロキサンが使用される場合、使用時間は、化合物の蒸発速度に従って制限されてもよい。さらなる実施形態において、揮発性シロキサンと不揮発性シロキサンとの混合物が使用されてもよい。適したシロキサンは、メチルフェニルシロキサン又はジメチルシロキサンであってもよい。適したシロキサンのさらなる例として、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサンが挙げられる。例えばＷａｃｋｅｒによって製造されるＢｅｌｓｉｌシリコーン等、化粧品に対して設計されたシリコーンの使用も構想される。当業者には既知のいかなるさらなる適したシロキサン又はシリコーンの使用も、本発明に関連して構想される。
【００６６】
さらなる実施形態において、疎水性の化合物は、例えばジオルガノポリシロキサン等、シロキサンオイルである。シロキサンオイルの好ましい例は、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン又はいかなるその誘導体である。特定の実施形態において、不揮発性ポリジメチルシロキサンは、揮発性シロキサンと組み合わせて使用されてもよく、好ましくは、その組合せ内に、以下の化合物：すなわち、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、デカメチルテトラシロキサン又はドデカメチルシクロヘキサシロキサンのうちの少なくとも１つの化合物を含む。
【００６７】
さらなる好ましい実施形態において、疎水性の化合物は、軟質シリコーンゴム又はゲルである。本明細書において使用される場合「軟質シリコーンゴム又はゲル」という用語は、シリコン、炭素、水素及び酸素を含み、さらに、４０未満のショアＡ値（硬度値）を含むエラストマーのシリコーンポリマーを意味する。シリコーンゴムは、当業者には既知のいかなる適した方法論に従って生成されてもよい。さらなる好ましい実施形態において、疎水性の化合物はペルフルオロアルカンオイルである。適したペルフルオロアルカンオイルの例として、ペルフルオロオクチルブロミド、ペルフルオロデカリン、ペルフルオロトリブチルアミン、ペルフルオロｔ−ブチルヘキサン及びＦＣ−７５が挙げられる。
【００６８】
さらに、疎水性の化合物は、ＦＦＫＭ等の軟質パーフルオロゴムであってもよい。テフロン（登録商標）、すなわちＦＥＰの使用も構想される。
【００６９】
上述の化合物又は化合物カテゴリーのいかなる組合せも使用する可能性、又は、接触媒体内の、本明細書において先に記載されたこれらの化合物のいかなる組合せの存在もさらに構想される。
【００７０】
特に好ましいのは、パーフルオロオイルの単独での、又は、他の上述の化合物若しくは化合物のカテゴリーのいずれかと組み合わせた使用である。シリコーンオイル、原油パラフィン及び食用油の単独での、又は、他の上述の化合物若しくは化合物のカテゴリーのいずれかと組み合わせた使用も好ましい。
【００７１】
本明細書において定められる接触媒体は、従って、化学−光学センサユニットと、例えば皮膚表面等の下にある表面との間の平衡を保つ手段の機能性を有利に提供し、ガス交換を促進し、さらに、化学−光学センサユニットにおける化学的又は浸透圧的な分子の摂動を回避する。接触媒体内のバリア層として疎水性の化合物を提供することによって、（少なくとも分析されることになる表面、すなわち、化学−光学センサユニットの下の表面に関する）化学−光学センサユニットの内側及び外側の浸透圧的環境は乱されなくなる。従って、センサユニット内の又はセンサからの水の輸送による方法の感受性を損なうことなく、皮膚内の気体の濃度を検出することが可能である。これは、化学−光学センサユニットの使用中の較正又は再較正ステップを回避することに有利に寄与する。
【００７２】
上述の第１の疎水性の化合物は、接触媒体においていかなる適した濃度で提供されてもよい。例えば、オリーブオイル等の食用油、又は、上述の油、ゴム若しくは疎水性の化合物のうちいかなる他のものも、接触媒体の容量で１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％の量で提供することができる。
【００７３】
さらなる好ましい実施形態において、バリア層は、いかなる適した厚さで提供されてもよい。例えば、層は、例えば約５ｎｍ等、約３から１５ｎｍの厚さを有してもよい。バリア層は、下限の厚さを有する薄い層であるということが好ましい。
【００７４】
特定の実施形態において、バリア層は、当該化学−光学センサユニットが皮膚上で使用される場合に、上記接触媒体と接触している場合の化学−光学センサユニットの光応答が安定している厚さで上記接触媒体内に存在し得る。本明細書において定められる疎水性の化合物を含むバリア層は、従って、化学−光学センサユニットと、接触媒体及び例えば皮膚表面等の下にある表面との間の平衡を保つ手段の機能性を有利に提供し、ガス交換を促進し、さらに、化学−光学センサユニットからの水の移動、及び／又は、分析されることになる表面層、すなわち皮膚表面内若しくはそこからの水の移動等、分子摂動による化学的又は浸透圧的な摂動を回避する。従って、化学−光学センサユニットにおける分子摂動により当該方法の感受性を損なうことなく、皮膚内の気体の濃度を検出することが可能である。結果として、検出可能な光応答を、水の輸送等の分子摂動により変わらない安定した様式で受ける。応答の安定性は、例えば、本明細書において記載される装置を用いて試験することができる。さらなる実施形態において、安定性は、バッチから試料採取することによって、及び、ｉｎ  ｖｉｔｒｏでの試験によって試験することができる。例えばそのような試験は、例えば本明細書において記載されるように、接触媒体において誘発される固定されたＣＯ２濃度へのセンサの曝露を含んでもよい。
【００７５】
さらなる実施形態において、本発明の化学−光学センサは、本明細書において先に定められた接触媒体を含むか若しくは有し、又は、例えば少なくとも１つのセンシング層及び少なくとも１つの気体透過層等、本明細書において先に述べられた化学−光学センサの要素の組合せ、並びに、本明細書において先に定められた接触媒体から成る。
【００７６】
本発明による化学−光学センサは、経皮的測定に適している。化学−光学センサユニットは、特定の実施形態において、例えば微生物学的又は生物工学的な生産工程に関して、異なる測定目的に対して使用することもできる。好ましくは、化学−光学センサユニットは、経皮的なセンサユニットである。本明細書において使用される場合「経皮的なセンサユニット」という用語は、センサが、皮膚の上に適用されることになるか又はそこに適用することができるということを意味する。従って、センサは、対象の皮膚を介して対象の血液ガス濃度を測定する能力を持ち、血液ガスは、皮膚を介して化学−光学センサユニット内に拡散することができ、本明細書において先に定められた接触媒体を通過する。本明細書において使用される場合「血液ガス」という用語は、例えば皮膚の上で測定することができる、血液内に存在し且つ体を出る能力を持つ気体材料を意味する。測定は、血液の気体含有量の化学的に正確な反映が取得可能であるようなものである。測定されることになる好ましい血液ガス濃度は、Ｏ２又はＣＯ２の濃度である。特に好ましいのは、ＣＯ２の濃度の測定である。
【００７７】
本発明の別の実施形態において、本明細書において先に定められた化学−光学センサユニットは、さらなる構成要素を含んでもよく、又は、さらなる構成要素と組み合わせてもよい。
【００７８】
例えば、化学−光学センサは、本明細書において先に定められたセンシング層を照射するように適応した少なくとも１つの光源と組み合わせてもよく、又は、該光源を含んでもよい。光源は、所定の波長の放射、好ましくは、センシング層内に存在する１つ又は複数の色素に適応した励起波長又は波長の範囲の光を提供することができる。光源は、いかなる適した形を有し、いかなる適した強度を提供し、さらに、いかなる適した１つ又は複数の波長を提供することができる。光源は、好ましくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。
【００７９】
さらなる任意の実施形態において、光源は、導光構造体とさらに組み合わせてもよい。導光構造体は、例えば、化学−光学センサのセンシング層／光透過性の層の上に配置することができ、さらに、例えば先に定められた化学−光学センサユニットの外部にある光源に接続することができる。外部の光源からの光は、上記光を少なくとも１つのセンシング層に向けて導くように適応した導光構造体内に導入されてもよい。導光構造体は、いかなる適した導光材料を含んでもよい。好ましくは、光ファイバーを、導光材料として使用することができ、導光構造体の形で提供することができる。光ファイバーは、従って、単一のファイバーとして、又は、ファイバーバンドルとして提供されてもよい。従って、導光構造体に接続されている光源は、外部に置かれているけれども、本発明による化学−光学センサユニットのセンシング層を照射するために使用することができる。さらなる実施形態において、光源は、別のセンサユニットに到達する導光構造体を介して２つ以上の化学−光学センサユニットに接続されてもよい。
【００８０】
化学−光学センサは、検出装置とさらに組み合わせてもよい。例えば感光性の装置等、そのような検出装置は、センシング層からくる光応答を感知する能力を持っていてもよく、さらに、感知した光応答に対応する、例えば電気信号等の信号を生成するように適応してもよい。信号は、後の分析のために外部の装置までさらに伝達することができる。検出装置は、例えば、本明細書において先に記載された１つの色素又は色素の組合せによって提供される等、センシング層から期待される光応答に適応してもよい。
【００８１】
検出装置は、導光構造体を介して、本明細書において定められる化学−光学センサユニットにさらに組み合わせてもよい。特定の実施形態において、光源からの光をセンシング層まで提供する同じ導光構造体を使用して、センシング層の光応答を集める、及び、例えば蛍光等の上記光応答を、同じ又は異なる光ファイバーを介して、検出装置又は分析のための化学−光学センサユニットの外部の装置まで導くことができる。従って、導光構造体を使用することによって、化学−光学センサユニットに結合する入力及び／又は出力導光構造体を接続することが可能である。この実施形態において、光源及び少なくとも１つの検出装置を収容する化学−光学センサユニットにさらなるユニットが接続される必要はない。
【００８２】
従って、特定の実施形態において、光をセンシング層内に伝達することができ、さらに、センシング層の同じ表面を通る例えば蛍光等の発光を集めることができる。或いは、例えば光ファイバーを介して、化学−光学センサユニットの外部にあり得る光源まで接続される導光構造体を使用して、外部の光源からの光を導き、さらに、少なくとも１つの光ファイバーを介して少なくとも１つのセンシング層まで伝達してもよい。従って、例えば感光性の装置等の少なくとも１つの検出装置は、光応答を感知するために含んでもよく、さらに、例えば感知した光応答に対応する電気信号等を生成するように適応してもよい。上記信号は、分析のための外部の装置まで伝達することができる。或いは、化学−光学センサユニットは、上記分析を行う、及び、ある外部の装置まで分析結果を出力するように適応してもよい。
【００８３】
好ましくは、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの検出装置が１つのユニットを形成してもよい。このユニットは、さらなる好ましい実施形態において、例えばハウジング又は構造体によって、化学−光学センサユニットに取り外し可能に接続することができる。従って、例えば化学−光学センサユニットのセンシング層、気体透過層、又は、ハウジング及び／若しくは支持構造体等、化学−光学センサユニットの特定の部品は、使い捨てであってもよい一方、光源及び検出装置又は導光構造体等、光学センサの他の部品は再利用されてもよい。これによって、光源及び／若しくは検出装置、並びに／又は、電子機器等の高価な部品は取り替えられる必要はなく且つ再利用することができるため、コストが削減される。
【００８４】
特定の実施形態において、化学−光学センサユニットは、２つの装置又は２つの部品、すなわち、使い捨て若しくはカートリッジの部品、及び、使い捨てではない若しくは再利用可能な部品で構成されてもよい。特に、使い捨て若しくはカートリッジの部品は、受動装置として機能することができ、いかなる高価な電子機器も全く含まない。従って、この部品は、少ない努力で製造することができ、その結果、コストを削減する一方、第２の使い捨てではない部品は、電子機器又は光学部品を含み、再利用することができる。従って、異なる使い捨ての部品を用いた使用であってもよく、例えば、異なる気体（例えばＯ２及びＣＯ２等）の濃度を測定することを可能にする。その結果、化学−光学センサユニットの増加した適応性を提供することができる。
【００８５】
上記の化学−光学センサと組み合わせることができるさらなる構成要素の別の例は、少なくとも１つの加熱要素である。さらに、又は、或いは、化学−光学センサは、少なくとも１つの温度センサを含んでもよい。例えば、化学−光学センサユニットが人間の皮膚に取り付けられる場合、加熱要素は、血液潅流及び皮膚の気体透過性を上げるように適応してもよく、その結果、化学−光学センサユニット、特にその経皮的な適用の感受性及び精度を上げる。加熱要素は、いかなる適した形であってもよく、例えば、ダイオードの形であり得るか、又は、光学距離及びサーマルマスを最小限にするために薄いホイルを含んでもよい。或いは、加熱要素は、抵抗加熱器又はダイオードであってもよいため、加熱要素は、温度センサとして使用することもでき、すなわち、加熱要素及び温度センサは、同じ装置によって形成される。これは、加熱器及び温度センサの取り付けに要求されるコスト及び空間を有利に減らすことができる。さらなる実施形態において、温度センサは、化学−光学センサユニットの温度を感知するための別の要素として具体化して、例えば、皮膚の損傷又は火傷を回避することができる。作動中、加熱要素並びに接触媒体及びセンシング層の温度を、加熱要素によって、４２°から４５℃の範囲の温度まで上げることができる。この温度範囲は、皮膚内の毛細管血流を上げ、さらに、その毛細管血液ガスレベルを、動脈血液ガスレベルの近くまでもっていくことができる。従って、作動中、センサ温度は、加熱要素及び／若しくは接触要素内に含まれる上記の少なくとも１つの温度センサによって、並びに／又は、別に提供される温度センサによって測定することができる。温度は、明確な測定条件を有するため、及び、皮膚の火傷を阻止するため等、制御することができる。
【００８６】
さらなる特定の実施形態において、温度センサ及び／又は加熱要素は、化学−光学センサユニットの使い捨てではない若しくは再利用可能な部品として提供されてもよい。温度センサ及び／又は加熱要素は、従って、本明細書において先に定められた化学−光学センサユニットの他の要素に取り外し可能に接続することができる。
【００８７】
別の態様において、本発明は、患者モニタリング及び／又は患者の換気に対するシステムに関し、当該システムは、本明細書において先に定められた化学−光学センサユニット、換気装置、及び／又は、モニタリング装置を含む。
【００８８】
モニタリング装置は、例えば、光ファイバーを介して光を化学−光学センサユニットに供給するため、及び、センシング層から発光を受けるための光電子工学技術を含んでもよい。モニタリング装置は、例えばセンシング層内で生成される発光の光強度等、受けた光応答に基づきガス濃度を決定する／計算するための手段をさらに含んでもよい。モニタリング装置は、加熱要素の温度を制御するヒーターコントローラをさらに含んでもよい。ヒーターコントローラは、化学−光学センサユニット内に含まれる温度センサを使用して加熱要素の温度を検出するため、及び、例えば、検出された温度に基づき、加熱要素内に含まれる抵抗加熱器又は接触媒体を流れる電流を調整するために適応してもよい。モニタリング装置は、さらに、換気装置との通信のための手段を含んでもよい。上記通信手段は、例えば有線（ケーブル）、無線（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線、ＲＦ）等、少なくとも１つの通信技術を含んでもよい。好ましい実施形態において、モニタリング装置は、例えば、感知された発光の強度又は減衰時間から等、測定された／感知されたセンシング層の光応答からガス濃度、特にＯ２の濃度、最も好ましくはＣＯ２の濃度を計算する／決定するための手段を含む。例えばモニタリング装置等の分析装置は、アルゴリズムの作動に基づいてもよく、そのアルゴリズムもまた、ガス濃度を計算する／決定するために、特に温度の影響を補償するように適応してもよい。
【００８９】
換気装置は、呼吸不全を有する患者の侵襲的又は非侵襲的な換気に対する典型的な換気装置の付随する全ての機能を含んでもよい。換気装置は、例えば、モニタリング装置から受け取った情報／データを表示及び記憶するための表示手段及び記憶装置を含んでもよい。特に、換気装置の表示手段は、モニタリング装置によって決定された例えばＯ２又はＣＯ２等のガス濃度を表示するように適応してもよく、さらに、例えば医師による後の評価のため、又は、換気設定の閉ループ適応のために、所定の期間にわたってガス濃度情報を記憶してもよい。別の実施形態において、換気装置は、測定された／決定された気体の濃度に基づき制御することができる。
【００９０】
特定の実施形態において、化学−光学センサユニットは、本明細書において先に定められたモニタリング装置及び／又は換気装置に作動連結されてもよく、モニタリング装置は、センシング層の光応答を分析すること、加熱要素及び／若しくは温度センサを制御すること、又は、決定されたガス濃度を表示すること等のうち少なくとも１つに適応してもよい。モニタリング装置又は換気装置は、さらに、例えば時間の関数としてモニターしたデータを記憶するための手段を含んでもよい。これらのデータは、例えば病院のコンピュータシステム又は医師のハンドヘルドの診断装置への伝達によって、医師による分析のために、後に利用可能にすることができる。
【００９１】
さらに別の態様において、本発明は、気体の濃度の経皮的測定に対する化学−光学センサユニットのコンディションを調整する方法に関し、化学−光学センサユニットは：所定の放射で照射されるように適応した少なくとも１つのセンシング層；及び、少なくとも１つのセンシング層の１つの側に隣接した少なくとも１つの気体透過層であって、濃度が測定されることになる気体を、センシング層に向かって気体透過層を通すように適応した気体透過層；を含み、上記化学−光学センサユニットは、気体透過層と皮膚との間に接触媒体を有して作動するように適応し、該接触媒体は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含み、さらに、化学−光学センサユニットは、少なくとも１つのセンシング層の光応答を測定するように適応し、その光応答は気体の濃度次第であり、
当該方法は、気体透過性であり且つ水及びイオンに対しては不透過性のバリア層を含む接触媒体と上記化学−光学センサユニットを接触させるステップを含む。接触媒体は、本明細書において先に定められた接触媒体、すなわち、疎水性の化合物を含むバリア層等のバリア層を含む接触媒体であるということが好ましい。
【００９２】
上記の方法に関連して使用される場合「接触させる」という用語は、例えばセンサユニット上に配置することによる、化学−光学ユニットの上への直接的な上記接触媒体の適用を意味する。センサユニットに接着するか又は密着させることができる接着剤又は接着剤様の構造体の形の接触媒体の提供も構想される。
【００９３】
さらなる態様において、本発明は、本明細書において先に定められた化学−光学センサユニットのコンディションを調整する方法により取得可能な化学−光学センサユニットに関する。従って得られた化学−光学センサユニットは、コンディションが調整されているとみなすことができ、従って、以前の較正を必要とすることなく経皮的測定に対して直接使用可能である。そのような化学−光学センサユニットは、本明細書において先に記載された光源又は検出装置等のさらなる構成要素とさらに組み合わせてもよく、又は、本明細書において先に定められた患者モニタリングに対するシステムの形で提供されてもよい。さらなる特定の実施形態において、化学−光学センサは、そのようなものとして提供されてもよく、又は、本明細書において先に定められた接触媒体が提供されるか若しくは該接触媒体を含んでもよく、或いは、化学−光学センサには、本明細書において先に定められたコンディションを調整する流体が提供されてもよい。
【００９４】
以下の実施例及び図は、例示目的で提供されている。従って、実施例及び図は限定的であるとして解釈されないということが理解されたい。当業者は、本明細書において展開される原理のさらなる修正を明確に構想することができる。
【実施例１】
【００９５】
経皮的状況において調査されるペルフルオロオクチルブロミドの効果
一実験において、経皮的測定におけるペルフルオロオクチルブロミドの効果が調査される。ＰｒｅＳｅｎｓスポットを含む専用のセンサプローブ、及び、参照のための市販のラジオメーターＴＯＳＣＡ経皮ＰｔｃＣＯ２／ＳＰＯ２プローブがどちらも、試験される人間の脇の下に配置される。どちらのセンサも４５℃まで加熱され、さらに、３ｍｌのペルフルオロオクチルブロミドが、センサと皮膚との間に配置される。測定に先立ち、ＰｒｅＳｅｎｓスポットは、生理食塩水（９ｇ／ｌ  ＮａＣｌ）において予めコンディションが調整される。
【００９６】
ペルフルオロオクチルブロミドは、皮膚からセンサまでの水の透過を停止することになる一方で、ペルフルオロオクチルブロミドの加湿行動は、皮膚内の水を保持することになる。応答は、参照センサと比較して、はるかに低いがほとんど一定の皮膚のｐＣＯ２レベルで安定する。
【００９７】
実際の感受性の減少は、例えばセンサスポットと皮膚との間のペルフルオロオクチルブロミドの量次第であるため、明確ではない。
【図１】
0006499164.tif 000002