(57)【要約】  体液、分泌液、又は滲出液中のバイオマーカーを検出するためのバイオセンサーが開示される。そのバイオセンサーは、本質的に第１の電極（１００ａ）、第２の電極（１００ｂ）、電極コーティング（２００）、及び機械的電極安定器（３００）を備える。そのバイオマーカーは、化学反応を触媒する酵素であり、その電極コーティング（２００）の単一の又は複数の構成要素は、バイオマーカーと接触すると共有化学結合を切断することにより化学的に変更される。その電極コーティングは、そのバイオマーカーの天然又は合成基質を備える。その第１の電極及び第２の電極は、導電性であり、その機械的電極安定器（３００）手段により互いに実質的に一定で均一な距離に保たれる。その第１の電極及びその第２の電極の少なくとも１つの露出した導電性面は、その電極コーティング（２００）により実質的に完全に被覆されている。そのバイオセンサーは、その電極コーティング（２００）がそのバイオマーカーによって実質的に化学的に変更されていない、高インピーダンス状態と、その電極コーティング（２００）がそのバイオマーカーによって化学的に変更された、低インピーダンス状態を含む、状態の群の少なくとも１つの状態で存在する。本発明のバイオセンサーを備える、診断用創傷被覆システムも提供される。
2021502149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体液、分泌液、又は滲出液中のバイオマーカーを検出するためのバイオセンサーであって、前記バイオセンサーは、第１の電極（１００ａ）、第２の電極（１００ｂ）、電極コーティング（２００）、及び機械的電極安定器（３００）を備え、
前記バイオマーカーは、化学反応を触媒する酵素であり、前記電極コーティング（２００）の単一の又は複数の構成要素は、バイオマーカーと接触すると共有化学結合を切断することにより化学的に変更され、
前記電極コーティング（２００）は、前記バイオマーカーの天然又は合成基質及び電気的増幅器を備え、前記電気的増幅器は、前記バイオマーカーによって自身の化学的及び関連する機械的分解が誘導されて前記電極コーティング（２００）中の固定化形態から機械的に放出されると、前記電極（１００ａ、１００ｂ）間のインピーダンスを低下させ、
前記第１の電極（１００ａ）及び第２の電極（１００ｂ）は、導電性であり、前記機械的電極安定器（３００）手段により互いに一定で均一な距離に保たれており、
前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）の少なくとも１つの前記露出した導電性面は、前記電極コーティング（２００）により完全に被覆されており、並びに、
前記バイオセンサーは、前記電極コーティング（２００）が前記バイオマーカーによって化学的に変更されていない、高インピーダンス状態と、前記電極コーティング（２００）が前記バイオマーカーによって化学的に変更された、低インピーダンス状態を含む、状態の群の少なくとも１つの状態で存在する、バイオセンサー。
【請求項２】
前記機械的電極安定器（３００）は、前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）のそれぞれの外面の第１の絶縁部分面（１１０ａ）及び第２の絶縁部分面（１１０ｂ）に接着され、
前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）のそれぞれの外面の第１の導電性部分面（１２０ａ）及び第２の導電性部分面（１２０ｂ）は、前記電気絶縁界面を欠いた、導電性面であり、並びに
前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）のそれぞれの前記導電性部分面（１２０ａ、１２０ｂ）の少なくとも１つは、前記電極コーティング（２００）により実質的に完全に被覆されている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項３】
前記体液、分泌液、又は滲出液は、組織の損傷に応答して体で産生した創傷滲出液又は創傷排出液である、請求項１〜２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項４】
前記機械的電極安定器（３００）は、前記創傷を保護するように適合される創傷被覆材（５００）の一体部分であるか又は密接に一体化されている、請求項３に記載のバイオセンサー。
【請求項５】
前記酵素は、ゼラチナーゼ及びホスホリパーゼＡ２（ＰＬＡ２）から成る酵素の群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【請求項６】
前記酵素は、マトリックスメタロプロテアーゼ−２（ＭＭＰ２）であり、前記天然又は合成基質は、コラーゲンＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩＩ及びＸ、ゼラチン、フィブロネクチン、ラミニン、アグリカン及びエラスチン又はこれらの混合物から成る基質の群から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【請求項７】
前記酵素は、ホスホリパーゼＡ２（ＰＬＡ２）であり、前記天然又は合成基質は、グリセロール骨格を有するリン脂質又はこれらの混合物である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【請求項８】
前記第１の電極（１００ａ）又は前記第２の電極（１００ｂ）の導電性は、金属、元素状炭素及び導電性有機ポリマーから成る導体の群から選択される電気伝導体の存在に、完全に又は部分的に由来されることができる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【請求項９】
前記機械的電極安定器（３００）は、セルロース、化学的に修飾されたセルロース、有機ポリマー、ガラス繊維、シリコン、熱可塑性物質又はこれらの組み合わせから成る、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のバイオセンサー、創傷を保護するように適合される創傷被覆材（５００）、前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）に電気的に接続され、前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）の間のインピーダンス又は抵抗を連続的に又は周期的に測定するように適合されるインピーダンス読み取りユニット（６００）、及び前記インピーダンス読み取りユニット（６００）に接続され、そのインピーダンス又は抵抗データを単一又は複数のプリセット限界値と比較して前記プリセット限界値を満たすか超えると警告信号を出力するように適合されるプロセッサユニット（７００）を備える、診断用創傷被覆システム。
【請求項１１】
前記創傷又はその隣接する周囲の温度を測定するよう適合される温度センサー（８００）をさらに含み、前記温度センサー（８００）は、警告信号の前記出力の基礎としてそれにさらに入力を提供するために前記プロセッサユニット（７００）に接続される、請求項１０に記載の診断用創傷被覆システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、創傷に関する監視又は診断を目的とした体液、分泌液、又は滲出液中のバイオマーカーを検出するためのバイオセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘルスケアシステムにおいて皮膚が修復できないことや非治癒性潰瘍による病気の負担が広範囲に広がっている。米国においては、非治癒性潰瘍及び慢性創傷は６５０万人の患者に発症して年間の国民費用は３００億ドルになると報告されている。これらの数字は、人口が高齢化し、非治癒性潰瘍の発生に寄与する、肥満や糖尿病などの病気の有病率が上昇するのに伴い増えていくと予想されている。さらに、合併症は火傷創にも影響し、局所的に感染すると治癒が遅延し、侵襲性の感染や敗血症のリスクが生じる。例えば、スウェーデンでは、病院の抗生物質の消費量の約３分の１は手術後の予防に関連する。
【０００３】
易感染性治癒は、合成グラフトやプロテーゼなどの、生体材料の使用に関連しても見られ、炎症反応を誘発したりさらなる感染リスクを増加させる可能性がある。
【０００４】
現在、創傷及び創傷治癒は従来の被覆材や絆創膏により最も一般的に管理される。概して、患者は病院を定期的に訪問して医師や看護師に治癒している創傷を診察してもらうよう予定されており、その過程においては被覆材や絆創膏は、取り除かれて新しいものに取り換えられることが多い。創傷治癒の合併症は、次回の訪問より比較的かなり前の時点で発生する可能性があり、それにより合併症の場合に保証されることが多いようにすぐには手当されない可能性がある。加えて、被覆材や絆創膏を病院環境で開くとそれ自体が重篤なリスクを成す。病院に関連する微生物は、複雑な二次感染を招く可能性があり、したがって創傷が想定通りに治癒して被覆材が取り除かれて取り換えられる必要が全くないと結論が出た場合でさえ導入される可能性がある。
【０００５】
創傷治癒の過程は非常に複雑なので、創傷の状態を評価するために利用されることがもしかしたらできる多くの考えられる方法、マーカー、及び生物学的及び物理学的原則があることを示す。特に、感染を、好ましくは初期に検出することができることが望ましい。したがって、多くの努力がこのような感染に関連する方法、マーカー、及び生物学的及び物理学的原則の同定に充てられてきた。
【０００６】
黄色ブドウ球菌（Ｓ．  ａｕｒｅｕｓ）や緑膿菌（Ｐ．  ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）からのホスホリパーゼＡ２やヘモリジンなどの、細菌性毒素は、基質標的から脂質容器の形で検出可能な色素を遊離し得る（Ｚｈｏｕ，  Ｊ．，  Ｌｏｆｔｕｓ，  Ａ．Ｌ．，  Ｍｕｌｌｅｙ，  Ｇ．，  Ｊｅｎｋｉｎｓ，  Ａ．Ｔ．Ａ．，  ２０１０．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １３２  （１８），  ６５６６−６５７０）。この方法の欠点は、例えば、読み出し情報の主観的な又は手の込んだ数量化を含み、主観的な目視検査又は蛍光分光法用の器具使用などを必要とする別の分析の必要性のいずれかを伴う。さらに、創傷被覆材の外装により、下にある遊離した色素の目視検査が妨げられるかもしれない。このような場合には、創傷被覆材の少なくとも外装部を取り除く必要があり、それにより感染のリスクが上昇する。
【０００７】
マトリックスメタロプロテアーゼは、慢性創傷液中で活性が増加する亜鉛依存性のエンドペプチダーゼであり、チップ形式の基質が被覆された多孔質シリコンを使用することにより検出され得る（Ｇａｏ，  Ｌ．Ｚ．，  Ｍｂｏｎｕ，  Ｎ．，  Ｃａｏ，  Ｌ．Ｌ．，  Ｇａｏ，  Ｄ．，  ２００８．  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ８０  （５），１４６８−１４７３）。この方法の不利益は、例えば、分析対象に暴露した後、視覚的に読み取るために乾燥又は他の手段によりチップを処理する必要があることを含む。したがって、この方法は創傷被覆材などで望まれているリアルタイム分析にはあまり適していない。
【０００８】
温度は、創傷中の感染の確立されたマーカーであり、創傷の外観に対するどんな明白な変化が観察されるよりも前に慢性化を表す早期予測因子として使用され得る（Ｎａｋａｇａｍｉ，  Ｇ．，  Ｓａｎａｄａ，  Ｈ．，  ｌｉｚａｋａ，  Ｓ．，  Ｋａｄｏｎｏ，  Ｔ．，  Ｈｉｇａｓｈｉｎｏ，  Ｔ．，  Ｋｏｙａｎａｇｉ，  Ｈ．，  Ｈａｇａ，  Ｎ．，  ２０１０．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｗｏｕｎｄ  Ｃａｒｅ  １９  （１  １  ），  ４６５−４７２）。感染の予測因子として温度のみを使用する不利益は、例えば、いくつかの良性の過程は、治癒している創傷に対して正常だが、温度を一時的に上昇させる可能性があるという事実に起因する偽陽性のリスクが高いことを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在の従来技術の上述した問題及び不利益を考慮して、創傷の治癒過程を監視するための改良されたバイオセンサーの必要性がある。特に、創傷被覆材に組み込まれてもよく、感染した場合などの、創傷急性の治療が必要な場合でも、警告信号を出力できるようなセンサーの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
要約
したがって、本発明の実施例及び実施形態は、好ましくは上で明らかにしたものなどの当該技術における１つ以上の欠陥、不利益又は問題点を単独で又は任意の組み合わせで、添付の特許の請求項にしたがったバイオセンサーを提供することにより軽減、緩和又は除去しようとする。
【００１１】
第１の態様によると、第１の電極、第２の電極、電極コーティング、及び機械的電極安定器を備える、体液、分泌液、又は滲出液中のバイオマーカーを検出するためのバイオセンサーが提供される。このバイオマーカーは、化学反応を触媒する酵素であり、前記電極コーティングの単一の又は複数の構成要素は、バイオマーカーと接触すると共有化学結合を切断することにより化学的に変更される。前記電極コーティングは、前記バイオマーカーの天然又は合成基質を備える。前記第１の電極及び第２の電極は、導電性であり、前記機械的電極安定器手段により互いに実質的に一定で均一な距離に保たれている。前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも１つの前記露出した導電性面は、前記電極コーティングにより実質的に完全に被覆される。前記バイオセンサーは、前記電極コーティングが前記バイオマーカーによって実質的に化学的に変更されていない、高インピーダンス状態と、前記電極コーティングが前記バイオマーカーによって化学的に変更された、低インピーダンス状態を含む、状態の群の少なくとも１つの状態で存在する。
【００１２】
第２の態様によると、第１の態様にしたがったバイオセンサーを備え、前記機械的電極安定器は、創傷を保護するように適合される創傷被覆材の一体部分（integral part）であるか又は密接に一体化されている、バイオセンサーが提供される。
【００１３】
第３の態様によると、第１又は第２の態様のバイオセンサー、創傷を保護するように適合される創傷被覆材、インピーダンス読み取りユニット及びプロセッサユニットを備える診断用創傷被覆システムが提供される。インピーダンス読み取りユニットは、前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続され、前記第１の電極及び前記第２の電極の間のインピーダンス及び抵抗を連続的に又は周期的に測定するように適合される。プロセッサユニットは、前記インピーダンス読み取りユニットに接続され、そのインピーダンス又は抵抗データを単一又は複数のプリセット限界値と比較して前記プリセット限界値を満たすか超えると警告信号を出力するように適合される。
【００１４】
本発明のさらなる例は、従属項において定義され、本開示の前記第２及び前記第３の態様についての特徴は、前記第１の態様に関する限り準用する。
【００１５】
本開示のいくつかの例は、ゼラチナーゼ及びホスホリパーゼＡ２（ＰＬＡ２）から成る酵素の群から選択される酵素に対して感受性があるバイオセンサーを提供する。
【００１６】
本開示のいくつかの例は、前記創傷又はその隣接する周囲（immediate surrounding）の温度を測定するよう適合される追加の温度センサーを備える診断用創傷被覆システムを提供する。前記温度センサーは、警告信号の前記出力の基礎として、バイオマーカー関連信号と並行して及び加えて、それにさらに入力を提供するために前記プロセッサユニットに接続される。
【００１７】
用語「を備える／を備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、この明細書において使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ又は成分の存在を明示するために用いられるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、成分又はそれらの組み合わせの存在又は追加を排除しないことは強調されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
これら及び本発明の例が可能である他の態様、特徴、及び利点は、本発明の例の以下の記述から明らかになり解明され、添付図面に参照がなされる。
【図１】図１は、電極の各々は上部外面に電極コーティング２００が被覆され、電極の各々は非導電性界面により機械的電極安定器３００に固定化された下部外面を有する、第１の電極１００ａ及び第２の電極１００ｂを示す、本開示の実施形態に従った、本発明のバイオセンサーの切断図である。
【図２】図２は、機械的電極安定器３００に固定化され、電極１００ａ、１００ｂの上部外面が露出して電極コーティング２００により被覆されるように、今度は創傷被覆材５００と一体となっている、長方形又はシート状の第１の電極１００ａ及び長方形又はシート状の第２の電極１００ｂを示す、本発明の実施形態にしたがった、本発明のバイオセンサーの切断図である。
【図３】図３は、機械的電極安定器３００により互いにある距離で分離し、電極に第１の絶縁部分面１１０ａ及び第２の絶縁部分面１１０ｂにより接着され、電極の第１の導電性部分面１２０ａ及び第２の導電性部分面１２０ｂは、電極コーティング２００により完全に被覆されている、長方形の第１及び第２の電極１００ａ、１００ｂを示す、本発明の実施形態にしたがった、本発明のバイオセンサーの切断図である。
【図４】図４は、電極コーティング２００に完全に一体化されていることにより互いにある距離で分離し、電極コーティング２００は、機械的電極安定器３００としての役割を同時に果たしており、バイオマーカーによって化学的に変更される可能性があり電極間のインピーダンスを下げることになる構成要素を備えている、円形の第１及び第２の電極１００ａ、１００ｂを示す、本発明の実施形態にしたがった、本発明のバイオセンサーの切断図である。
【図５】図５は、第１の電極１００ａの外面は電極コーティング２００の層により完全に被覆され、第２の電極１００ｂは、電極がその延長部分に沿って実質的に一定の距離で互いに分離されるように、電極コーティング２００の外面に巻きつけられる、円形の第１及び第２の電極１００ａ、１００ｂを示す、本発明の実施形態にしたがった、本発明のバイオセンサーの切断図である。
【図６Ａ】図６Ａは、電極の各々が、露出した外面に基質を備え、内容積に電気的増幅器（Ｓ状物として図解される）を備える、複数の微視的ベシクルから成る電極コーティング２００で被覆された、第１及び第２の電極１００ａ、１００ｂを示す、高インピーダンス状態の本発明のバイオセンサーの概要図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、基質がバイオマーカーにより化学的に変更されて微視的ベシクルの大部分が破裂（bursting）して付随的に電気的増幅器が電極の局所的環境に放出された、低インピーダンス状態の図６Ａのバイオセンサーの図である。
【図７】図７は、電極コーティング２００で被覆された、第１の電極１００ａ及び電極コーティング２００で被覆された、第２の電極１００ｂが内部に一体化し、互いに均一な距離で創傷被覆材５００の延長部分に沿って伸びている、創傷被覆材５００及びＷＩＦＩによりデータを送受信するように適合され、電気コネクター４００により電極１００ａ、１００ｂに電気的に接続された、結合されたインピーダンス読み取りユニット６００及びプロセッサユニット７００を示す、本発明の診断用創傷被覆システムの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の具体例は以下の図面を参照して記載される。この発明は、しかしながら、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書において記載された実施例に限定されると解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施例は、本開示が徹底的で完全であり、本発明の範囲が当該技術分野における当業者に充分に伝えるよう提供される。以下の図面において例示される実施例の詳細な説明に使用される用語は、本発明を限定することを意図しない。図面において、同様の番号は同様の要素を指す。
【００２０】
本発明のバイオセンサーは、本質的に２個の電極、第１の電極１００ａ及び第２の電極１００ｂを備える。電極は、部分的に又は完全に導電性材料が存在するために電気伝導体である。電極を構成するのに適切な導電性材料の例は、金属、元素状炭素、及び導電性有機ポリマーを含むが、これに限定されるものではない。電極、すなわちその活性測定面導電部は、これらの間のインピーダンスが隣接する環境の性質に大いに依存するように互いに均一な距離を適切に維持する。電極を互いに本質的に均一な距離に維持するために、機械的電極安定器３００を使用してもよい。例えば、機械的電極安定器３００は、電極をその面に固定化している、シート形であってもよく、又は当該技術分野において公知の任意の他の適切な形状を有していてもよい。電極安定器３００の適切な材料の例は、セルロース、化学的に修飾されたセルロース、有機ポリマー、ガラス繊維、シリコン、熱可塑性物質又はこれらの組み合わせを含むが、これに限定されるものではない。好ましくは、電極と電極安定器３００の間の界面は、第１の電極１００ａが電極安定器３００の面に第１の絶縁部分面１１０ａにより固定され、第２の電極１００ｂが電極安定器３００の面に第２の絶縁部分面１１０ｂにより固定されるように、絶縁されてもよい。電極の活性測定面導電部は、電極の残りの面、すなわち第１の電極１００ａの第１の導電性部分面１２０ａ及び第２の電極１００ｂの第２の導電性部分面１２０ｂに実質的に等しい。
【００２１】
本発明のバイオセンサーの機能は、バイオマーカーによって化学的に変更されていない又は影響されていない状態、すなわち高インピーダンス状態において電極間のインピーダンスに対して実質的に寄与する電極の第１及び／又は第２の導電性部分面１２０ａ、１２０ｂの電極コーティング２００に依拠する。電極コーティング２００が、バイオマーカーの影響により部分的に又は完全に化学的に分解されるなど、影響された状態、すなわち低インピーダンス状態においては、インピーダンスに対する寄与は高インピーダンス状態の場合より低い。低インピーダンス状態は、電極コーティングがバイオマーカーによって異なる程度に化学的に変更された複数の状態を備えてもよい。例えば、電極コーティングは比較的小程度化学的に変更されてもよく、それにより電極間のインピーダンスの差は、この場合と高インピーダンス状態の場合の間で比較して、比較的小さい。別の実施例においては、電極コーティングは比較的高程度化学的に変更されてもよく、それにより電極間のインピーダンスの差は、この場合と高インピーダンス状態の場合の間で比較して、比較的大きい。したがって、これら、すなわち第１及び／又は第２の導電性部分面１２０ａ、１２０ｂの少なくとも１つの導電活性測定面が電極コーティング２００で被覆されているならば、バイオマーカーの存在は、第１の電極１００ａと第２の電極１００ｂの間のインピーダンスを定期的に測定することにより検出され得る。バイオマーカーを、インピーダンス対時間の関係を分析することにより定性的及び任意に定量的に測定してもよい。このような分析は、関連する電気信号を受け取るのに好適であり、プログラム形式の適切なアルゴリズムを備える、プロセッサユニット７００により自動的に実行されてもよい。
【００２２】
バイオマーカーは、化学反応を触媒する酵素であってもよく、電極コーティング２００の単一の又は複数の構成要素は、バイオマーカーと接触すると共有化学結合を切断することにより化学的に変更される。したがって、電極コーティング２００は、酵素の天然又は合成基質を備えてもよい。本質的には、電極コーティング２００は、酵素の効果により分解されると電極コーティング２００に検出可能な微視的又は巨視的な変化を生じ、電極間のインピーダンスが変化することになる性質などを有する、充分な量のこのような基質を備える。電極コーティング２００に組み込むための適切な基質は、例えば、感染などの、創傷の望ましくない医療状態に関連する、酵素活性を有するバイオマーカーの基質である。このようなバイオマーカーの例は、コラゲナーゼ及びゼラチナーゼなどの、マトリックスメタロプロテアーゼを含む。このようなバイオマーカーのさらなる例は、ホスホリパーゼＡ１、ホスホリパーゼＡ２及びホスホリパーゼＣなどの、ホスホリパーゼを含む。
【００２３】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００の基質は、コラーゲンＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩＩ及びＸ、ゼラチン、フィブロネクチン、ラミニン、アグリカン及びエラスチン又はこれらの混合物又は合成派生物から成る基質の群から選択されてもよい。
【００２４】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００の基質は、ゼラチナーゼの影響により化学的に分解されてもよい。このような基質の例は、ＩＶ型コラーゲン及びゼラチンを含む。
【００２５】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００の基質は、ＭＭＰ−２の影響により化学的に分解されてもよい。
【００２６】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００の基質は、ゼラチンであってもよい。
【００２７】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００の基質は、ホスホリパーゼＡ１及び／又はホスホリパーゼＡ２の影響により分解化学的に分解されてもよい。このような基質の例は、内在性脂肪酸残基を有するホスファチジルコリンなどの、グリセロール骨格を有するリン脂質を含む。
【００２８】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００の基質は、合成非内在性脂肪酸残基を有するホスファチジルコリンであってもよい。このような合成非内在性脂肪酸残基は、例えば内在性脂肪酸残基と比較して、その溶液中のインピーダンス又は抵抗を比較的大きくする効果を生じるよう設計されてもよい。例えば、脂肪酸残基は、電荷を帯びた置換基又は酸化還元元素を備えてもよい。有利な、対応する基質は、ホスホリパーゼＡ１、ホスホリパーゼＡ２及び／又はホスホリパーゼＣの影響により加水分解されると、内在性脂肪酸を使用する対応するバイオセンサーと比較して本発明にしたがったバイオセンサーの感度を高くし得る。
【００２９】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００は、本質的にゼラチンなどの基質から成ってもよい。
【００３０】
電極コーティング２００は、機械的安定化特性及び、放出形で、インピーダンス低減又は増大効果を、それぞれ提供するように適合される追加のコーティング安定化剤及び／又は電気的増幅器を備えてもよい。コーティング安定化剤の例は、当該技術分野において周知であり、当業者によって使用される基質に基づいて選択されてもよい。例えば、コーティング安定化剤は、電極コーティング２００が塗布されている、織った、又はもつれた、高分子非導電性繊維であってもよい。適切な電気的増幅器の選択は、当業者によって選択された基質に基づいて実行されてもよい。このような電気的増幅器は、当該技術分野において周知である。このような電気的増幅器の１つの例は、導電性ナノファイバーであり、バイオマーカーが化学的及び関連する機械的分解を誘導して電極コーティング２００中の固定化形態から機械的に放出される（mechanically released）と、電極間のインピーダンスを低下させ得る。別の例は、固体又は非晶質の固定化塩であり、同じように放出されると電極に隣接する水性環境に溶解してその導電性が増大し、インピーダンスの低下として検出できる。
【００３１】
１つの実施形態によると、電極コーティング２００は、本発明にしたがったバイオマーカーの基質が存在することに依存する構造的一貫性を有する、微視的ベシクルを備える又は実質的に微視的ベシクルから成ってもよい。このようなベシクルの合成及び生産は、当該技術分野において周知である。例えば、ホスホリパーゼに対して感受性がある適切なベシクルは、Ｚｈｏｕらによって記述された（Ｚｈｏｕ，  Ｊ．，  Ｌｏｆｔｕｓ，  Ａ．Ｌ．，  Ｍｕｌｌｅｙ，  Ｇ．，  Ｊｅｎｋｉｎｓ，  Ａ．Ｔ．Ａ．，  ２０１０．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １３２  （１８），  ６５６６−６５７０）。このようなベシクルの内容積は、好ましくは単一又は複数の適切な電気的増幅器を充填してもよい。適切な電気的増幅器は、ベシクルの内容積からバイオマーカーによる分解効果として放出されるとき、第１の電極１００ａと第２の電極１００ｂの間のインピーダンスを著しく変化させる物理的又は分子的実体である。適切なものは、例えば、カーボンナノファイバーなどの電気伝導体のようなインピーダンス増大増幅器又はベシクルから放出されるとき電極に絶縁する非導電性又は低導電性フィルムを形成する電気絶縁体のようなインピーダンス低減増幅器を含む。
【００３２】
本発明のバイオセンサーは、例えば、ヒト体液、分泌液、又は滲出液中のバイオマーカーを検出するのに適している。特に、創傷滲出液又は創傷排出液の関連するバイオマーカーを定性的に又は定量的に測定するのに適している。このようなバイオマーカーを連続的に監視するために、創傷被覆材５００に一体化されてもよい。例えば、任意に適切な修正された織物又は創傷被覆５００の組織それ自体が、機械的電極安定器３００を構成してもよい。有利には、そして基本的に電気的な読み出しのため、このような用途においてはユーザーに創傷の治癒又は感染に関連するバイオマーカーの本質的な情報を、被覆材を開く必要なく提供し得る。視覚的に読み取る方法又は分析用に一定容量のサンプルを採取する必要がある方法などの、従来技術の方法は、概して、例えば感染をもたらす、関連するリスクを有する被覆材の開放のようなことが必要となる。
【００３３】
本発明の診断用創傷被覆システムは、通常の創傷治癒及び管理によると創傷を保護するように適合される創傷被覆材５００に適切に一体化された、本明細書において教授された本発明のバイオセンサーを本質的に備える。一体化されたバイオセンサーは、当業者に周知の、適切なインピーダンス読み取り器６００に接続されてもよく、さらに第１の電極１００ａと第２の電極１００ｂの間のインピーダンス又は抵抗を連続的に又は周期的に測定するようにさらに適合されてもよい。プロセッサユニット７００は、インピーダンス読み取りユニット６００に接続され、インピーダンス読み取りユニット６００からインピーダンス又は抵抗データを取得してもよい。救急医療を表す警告信号を出力するべきであるならば、このようなインピーダンス又は抵抗データを保存された所定の限界値と比較することを支援するプロセッサユニット７００を、自動測定用に使用してもよい。
【００３４】
１つの実施形態によると、インピーダンス読み取りユニット６００及びプロセッサユニット７００は、同じユニット又は筐体に一体化されて、さらに診断用創傷被覆システムの創傷被覆材５００に着用可能な「プラグイン」としての役割を果たすよう適合されてもよい。このようなユニット又は筐体は、医療関係者に例えばインターネットで、又は例えば患者のスマートフォン又はタブレットにすぐに合図できるための、例えば警告信号を例えばＷＩＦＩ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）で無線転送する手段をさらに備えてもよい。このような着用可能な「プラグイン」の利点は、例えば、対応する一回利用品の場合と比較してコストを低減し環境を保護することに関連して、同じものを再利用できることを含む。
【００３５】
１つの実施形態によると、診断用創傷被覆システムは、一体化した温度センサー８００をさらに備えてもよい。このようなセンサーは、それにさらに入力を提供するためにプロセッサユニット７００に接続され、創傷又はその隣接する環境の温度を測定するよう適合されてもよい。インピーダンスデータ入力と温度データ入力の両方に基づいて、プロセッサユニット７００が保存された所定の限界値との比較を支援すると、有利にはこれらの入力の種類の１つのみを考慮した場合と比較して擬陽性の警告信号のリスクを低減し得る。
【実施例】
【００３６】
一般的で標準的な実験器具と試薬を傍らに、以下のものを本発明の以下の実施例１〜３を実行するために使用した。
−メトロームＡＧからのガラス基板上に１０ミクロンのラインとギャップを有する互いに噛み合った金電極をインピーダンス測定用に機械的電極安定器３００（Ｎａｋｅｄ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ  Ｍｏｄｅｌ，ＮＢＭ）に固定化された第１の電極１００ａ及び第２の電極１００ｂのモデルとして使用した。
−ウシゼラチンの５％水溶液（５％ＢＧ）及びブタゼラチンの５％水溶液（５％ＰＧ）を、対応する乾燥ゼラチン粉末（５．０ｇ）を水中（１００ｍｌ）２３℃で６０分間初めに水和反応を行うことにより調製した。過剰な水（約４０ｍｌ）をその後注意深くデカントし、残りの水和ゼラチンを水で全容積１００ｍｌに希釈した。攪拌しながら、懸濁液を均一になるまで５０〜５２℃で加熱して、電極が基質としてのゼラチンを備える電極コーティング２００で被覆されている本発明のバイオセンサーのモデルとしての役割を果たす、ウシが被覆されたＮＢＳを作成するために直接使用した。
【００３７】
−ダルベッコリン酸緩衝食塩水（ＢＳＡＰＢＳ）中の０．１％ウシ血清アルブミンを含む、対応する創傷の急性の治療を必要としない健常な創傷滲出液のモデルとしての役割を果たす、原液をダルベッコリン酸緩衝食塩水（６．６７ｍｌ）中の７．５％ウシ血清アルブミンをダルベッコリン酸緩衝食塩水で５００ｍｌに希釈することにより調製した。
【００３８】
−ＭＭＰ−２（１０μｇ、Ｓｉｇｍａ＃ＳＲＰ３１  １８のヒト組み換え大腸菌から発現した）の原液を０．１％ＢＳＡ（１．０ｍｌ）に溶解して調製し、使用前に−１６℃で保存した。
【００３９】
−急性の治療を必要とする創傷に対応する創傷滲出液のモデルとしての役割を果たす、ＭＭＰ−２を含む実験溶液（ＢＳＡＰＢＳ−ＭＭＰ２）を、ＭＭＰ−２の上述した原液０．１ｍｌをＢＳＡＰＢＳ（４．９ｍｌ）で希釈することにより調製した。
【００４０】
実施例１―ゼラチンが被覆されたバイオセンサーモデルの調製（ＢＧＢＭ及びＢＧＢＭ）
直径約５ｍｍの球形である丸みをつけた端部を有する、ガラス温度計を、熱した（５０〜５２℃）５％ＢＧに浸けた。垂直位置に保持した時、下部端部に重力により形成された液滴は、その全面が完全に被覆されるように、垂直に保持されたＮＢＭの電極側にすぐに塗りつけられた。次に、被覆されたＮＢＭを−１６℃で５分間水平に維持してウシゼラチンが被覆されたＮＢＭ（ＢＧＢＭ）を形成し、使用前に環境温度に到達させた。ブタゼラチンが被覆されたＮＢＭ（ＰＧＢＭ）を類似の方法で調製した。
【００４１】
実施例２−ＮＢＭとＢＧＢＭ又はＰＧＢＭの間の電気的特性の比較及び後者のＢＳＡＰＢＳ中での安定性
ＮＢＭ及びゼラチンが被覆されたＮＢＭ（ＢＧＢＭ及びＰＧＢＭ）をインピーダンス読み取り器に接続して２３℃で穏やかに攪拌されたＢＳＡＰＢＳに、電極が被覆された面全体がＢＳＡＰＢＳ内にあり、ＢＧＢＭ及びＰＧＢＭの場合には、ゼラチンフィルムの上面がＢＳＡＰＢＳよりも上になるように、浸した。電極間の抵抗を１Ｈｚ〜１ｋＨｚで走査すると、ＮＢＭの場合１２ｋｏｈｍ（１ｋＨｚで）〜１１７ｋｏｈｍ（１Ｈｚで）、ＮＢＭ及びＢＧＢＭの場合１４ｋｏｈｍ（１ｋＨｚで）〜１３２ｋｏｈｍ（１Ｈｚで）という、抵抗と周波数の間に実質的に直線関係があることが分かった。このことは、ＮＢＭとＢＧＢＭ又はＰＧＢＭの間には２ｋｏｈｍ（１ｋＨｚで）及び１５ｋｏｈｍ（１Ｈｚで）の差があることに対応し、後者の２つは比較的高い抵抗を一貫して示す。この差は６時間のインキュベーション後も変化は認められなかった。熱水（約４５℃）中で洗浄することによりＢＧＢＭ及びＰＧＢＭからゼラチンフィルムを除去した後、続けて同様の方法で抵抗を新しく走査すると、抵抗―周波数関係は、ＮＢＭのものと差が生じなかった。
【００４２】
これらの実験結果から、電気的特性を測定することにより、ゼラチンを基質として備える本発明のバイオセンサーとこのゼラチンが完全に又は部分的に除去された対応するバイオセンサーの差が支持される。さらに、このようなバイオセンサーの電気的特性は、長時間にわたって安定であることが分かった。
【００４３】
実施例３−ＭＭＰ−２が誘導するゼラチンの分解
実施例２にしたがった実験を、ＢＳＡＰＢＳ−ＭＭＰ２をＢＳＡＰＢＳの代わりに溶媒として使用したことのみを除いて繰り返した。この場合において、ＢＧＢＭ及びＰＧＢＭの両者の電気的特性は２時間インキュベーションした後のＮＢＭのものと差がないことが明らかになった。したがって、ＭＭＰ−２が存在するとＢＧＢＭ及びＰＧＢＭの安定性が２時間未満に低減する（６時間を超える安定性が認められた実施例３と比較する）。
【００４４】
一緒に取られたこの実施例と実施例２の実験結果から、電気的特性を測定することにより、ゼラチンを基質として備える本発明のバイオセンサーでバイオマーカーＭＭＰ−２が局所的環境に存在しない、第１の場合と、バイオマーカーＭＭＰ−２が局所的環境に存在する、第２の場合での差が支持される。
【００４５】
本発明は、特定の実施例を参照して上述されてきた。しかしながら、上述したもの以外の他の実施例は本発明の範囲内に可能な限り等しい。本発明の異なる特性及びステップは、記載されたもの以外の組み合わせに組み合わせてもよい。本発明の範囲は、添付の特許請求項によってのみ制限される。
【００４６】
より一般的に、当該技術分野における当業者は、本明細書において記載された全てのパラメーター、寸法、材料及び構成は例示を意図するものであり、実際のパラメーター、寸法、材料及び／又は構成は具体的な用途又は本発明の教示が使用される用途に依存するということを容易に理解する。
【００４７】
実施形態の項目別表
１．体液、分泌液、又は滲出液中のバイオマーカーを検出するためのバイオセンサーであって、前記バイオセンサーは、第１の電極（１００ａ）、第２の電極（１００ｂ）、電極コーティング（２００）、及び機械的電極安定器（３００）を備え、
−前記バイオマーカーは、化学反応を触媒する酵素であり、前記電極コーティング（２００）の単一の又は複数の構成要素は、バイオマーカーと接触すると共有化学結合を切断することにより化学的に変更され、
−前記電極コーティング（２００）は、前記バイオマーカーの天然又は合成基質を備え、
−前記第１の電極（１００ａ）及び第２の電極（１００ｂ）は、導電性であり、前記機械的電極安定器（３００）手段により互いに実質的に一定で均一な距離に保たれており、
−前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）の少なくとも１つの前記露出した導電性面は、前記電極コーティング（２００）により実質的に完全に被覆されており、並びに、
−前記バイオセンサーは、前記電極コーティング（２００）が前記バイオマーカーによって実質的に化学的に変更されていない、高インピーダンス状態と、前記電極コーティング（２００）が前記バイオマーカーによって化学的に変更された、低インピーダンス状態を含む、状態の群の少なくとも１つの状態で存在する、バイオセンサー。
【００４８】
２．前記機械的電極安定器（３００）は、前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）のそれぞれの外面の第１の絶縁部分面（１１０ａ）及び第２の絶縁部分面（１１０ｂ）に接着され、
−前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）のそれぞれの外面の第１の導電性部分面（１２０ａ）及び第２の導電性部分面（１２０ｂ）は、前記電気絶縁界面を欠いた、導電性面であり、並びに
−前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）のそれぞれの導電性部分面（１２０ａ、１２０ｂ）の少なくとも１つは、前記電極コーティング（２００）により実質的に完全に被覆されている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【００４９】
３．前記体液、分泌液、又は滲出液は、組織の損傷に応答して体で産生した創傷滲出液又は創傷排出液である、請求項１〜２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【００５０】
４．前記機械的電極安定器（３００）は、前記創傷を保護するように適合される創傷被覆材（５００）の一体部分であるか又は密接に一体化されている、請求項３に記載のバイオセンサー。
【００５１】
５．前記酵素は、ゼラチナーゼ及びホスホリパーゼＡ２（ＰＬＡ２）から成る酵素の群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【００５２】
６．前記酵素は、マトリックスメタロプロテアーゼ−２（ＭＭＰ２）であり、前記天然又は合成基質は、コラーゲンＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩＩ及びＸ、ゼラチン、フィブロネクチン、ラミニン、アグリカン及びエラスチン又はこれらの混合物あるいは合成派生物から成る基質の群から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【００５３】
７．前記酵素は、ホスホリパーゼＡ２（ＰＬＡ２）であり、前記天然又は合成基質は、グリセロール骨格を有するリン脂質又はこれらの混合物あるいは合成派生物である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【００５４】
８．前記第１の電極（１００ａ）又は前記第２の電極（１００ｂ）の導電性は、金属、元素状炭素及び導電性有機ポリマーから成る導体の群から選択される電気伝導体の存在に、完全に又は部分的に、由来されることができる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【００５５】
９．前記機械的電極安定器（３００）は、セルロース、化学的に修飾されたセルロース、有機ポリマー、ガラス繊維、シリコン、熱可塑性物質又はこれらの組み合わせから実質的に成る、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバイオセンサー。
【００５６】
１０．請求項１〜９のいずれか一項に記載のバイオセンサー、創傷を保護するように適合される創傷被覆材（５００）、前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）に電気的に接続され、前記第１の電極（１００ａ）及び前記第２の電極（１００ｂ）の間のインピーダンス又は抵抗を連続的に又は定期的に測定するように適合されるインピーダンス読み取りユニット（６００）、及び前記インピーダンス読み取りユニット（６００）に接続され、そのインピーダンス又は抵抗データを単一又は複数のプリセット限界値と比較して前記プリセット限界値を満たすか超えると警告信号を出力するように適合されるプロセッサユニット（７００）を備える、診断用創傷被覆システム。
【００５７】
１１．前記創傷又はその隣接する周囲の温度を測定するよう適合される温度センサー（８００）をさらに備え、前記温度センサー（８００）は、警告信号の前記出力の基礎としてそれにさらに入力を提供するために前記プロセッサユニット（７００）に接続される、請求項１０に記載の診断用創傷被覆システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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