(57)【要約】  本開示は、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するためのポータブルデバイスおよび方法に関する。本明細書に記述されるデバイスおよび方法は、実時間で１つ以上の化合物を検出し識別することができる。デバイスは、ハウジングに接続されたマウスピースと、１つ以上の化合物を検出し識別するデータを収集する、ハウジング内に配置されたセンサーモジュールと、センサーモジュールによって収集されたデータを電気的に伝送する、センサーモジュールに接続され、ハウジング内に配置された通信装置と、通信装置およびセンサーモジュールに接続され、ハウジング内に配置されたバッテリーとを含んでいてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するためのポータブルデバイスであって、
ハウジングに接続されたマウスピースと、
１つ以上の化合物を検出し識別するデータを収集する、ハウジング内に配置されたセンサーモジュールと、
センサーモジュールによって収集されたデータを電気的に伝送する、センサーモジュールに接続され、ハウジング内に配置された通信装置と、
通信装置およびセンサーモジュールに接続され、ハウジング内に配置されたバッテリーと
を備える、ポータブルデバイス。
【請求項２】
通信装置によって伝送されたデータを処理して、化合物を検出し識別する処理装置が、通信装置に電子的にまたは無線により接続される、請求項１に記載のポータブルデバイス。
【請求項３】
処理装置が、サンプル中で検出された化合物の識別を、処理装置からディスプレーに伝送する、請求項２に記載のポータブルデバイス。
【請求項４】
ハウジングに取り付けられた錠剤ディスペンサーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ハウジング内のセンサーモジュールによって収集されたデータを増幅する、センサーモジュールに接続された増幅器をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
１つ以上の化合物が実時間で検出される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
１つ以上の化合物が、アプレミラスト、レナリドミド、ソフォスブビルおよびベルプラスチ（ｖｅｌｐｒａｓｔｉ）、レジパスビルおよびソフォスブビル、カンナビス、ソフォスブビル、オピエート、ヒドロモルホン、ジャルディアンス（Ｊａｒｄｉａｎｃｅ）、ジャヌビア（Ｊａｎｕｖｉａ）、アテノール、リシノプリル、アムロジピンベシル酸塩、コザール（Ｃｏｚａａｒ）、テクツラン（Ｔｅｋｔｕｒａｎ）、レブラミド（Ｒｅｖｌａｍｉｄ）、イブランス（Ｉｂｒａｎｃｅ）、イムブルビカ（Ｉｍｂｒｕｖｉｃａ）、イクスタンジ（Ｘｔａｎｄｉ）、キシチガ（Ｘｙｔｉｇａ）、ベンクレキサット（Ｖｅｎｃｌｅｘａｔ）、ゼローダ（Ｘｅｌｏｄａ）、ソルバジ（Ｓｏｌｖａｄｉ）、ハーボニー（Ｈａｒｖｏｎｉ）、エプクルサ（Ｅｐｃｌｕｓａ）、アトロバスタチン、プラバスタチン、ロスバスタチン（ｒｏｓｉｖａｓｔａｔｉｎ）、ピタバスタチン（ｐｉｔｖａｓｔａｔｉｎ）、ミコフェノール酸モフェチル、葉酸、テトラヒドロカンナビノール、シクロスポリン、タクロリムス（Ｔａｃｒｏｌｉｍｕｓ）、またはシロリムス（Ｓｉｒｏｌｉｍｕｓ）である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
１つ以上の化合物が、１つ以上のマーカー化合物を含む１つ以上のナノ粒子でコーティングされる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
識別され検出される化合物が、マーカー化合物である、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
マーカー化合物がフェノールである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
フェノールが、カテコール、バニリン、またはグアイコール（ｇｕａｉｃｏｌ）である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
マーカー化合物が、機能化された無機金属酸化物ナノ粒子である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
錠剤ディスペンサーが、デバイスによって検出され識別される１つ以上の化合物を含む錠剤を分配する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１４】
対電極と、
１つ以上の固定化生体分子を含む多層カーボンナノチューブを含む作用電極と、
参照電極と、
電極がその上に配置される支持体と
を備える、センサー。
【請求項１５】
被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するための方法であって、
センサーモジュールと通信装置とバッテリーとを含むハウジングに接続されたマウスピース内に収集された被験者の息を伝送するステップと、
センサーモジュールで１つ以上の化合物の存在および識別に関するデータを収集するステップと、
通信装置を介してデータを処理装置に伝達するステップと、
伝達されたデータを処理して、１つ以上の化合物を検出し識別するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１７年１０月３１日に出願された米国仮出願第６２／５７９，２４０号の優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき主張する。
【０００２】
本開示は、被験者の息の中の１つ以上の化合物を、検出し識別するためのポータブルデバイスおよび方法に関する。いくつかの実施形態では、本明細書に記述されるデバイスおよび方法は、実時間で１つ以上の化合物を検出し識別する。
【背景技術】
【０００３】
息の中の物質は、例えば医薬品を含む化学化合物など、被験者における様々な材料の摂取の証拠をしばしば提供する。息の中で検出され得る化合物の例は、限定するものではないがアプレミラスト、レナリドミド、ソフォスブビルおよびベルプラスチ（ｖｅｌｐｒａｓｔｉ）、レジパスビルおよびソフォスブビル、カンナビス、ソフォスブビル、オピエート、ヒドロモルホン、ビタミンＡ、ビタミンＢ、ビタミンＣ、ビタミンＤ、ビタミンＥ、オメガ３、オメガ６、またはオメガ９、食品添加物、セイヨウオトギリソウ（Ｓｔ．Ｊｏｈｎ’ｓ  ｗａｒｔ）またはペパーミント油の成分、対応する代謝分解産物などを含む。
【０００４】
被験者の息における化合物検出の重要な適用例は、医薬品処方の服薬遵守である。しばしば患者は、記憶喪失または単純な物忘れに起因して、処方された投薬を適時にまたは全く摂取することができず、そのことが深刻な医学的問題に至る可能性がある。さらに、そのような患者を治療する医療従事者は、服薬遵守の欠如に気付かず、それが適正な治療上の措置を妨げる可能性がある。現在、いくつかの方法によって息の中の物質が検出され得るが（例えば、Ｍｉｆｓｕｄら、米国特許第５，８０１，２９７号；Ｇｏｒｄｏｎら、米国特許第９，７０９，５８２号；Ｓｏｏｄら、国際公開Ｎｏ．  ＷＯ２０１２／１２２１２８３；およびＬａｕｒｅｎｃｏら、Ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ  ２０１４年、４、４６５−４９８頁参照）、患者の服薬遵守を実時間で直接測定するものはない。既存の方法は、面倒なサンプル収集およびその後の分析を必要とし、結果の報告が遅れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，８０１，２９７号明細書
【特許文献２】米国特許第９，７０９，５８２号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１２／１２２１２８３号
【特許文献４】米国特許第４，６５６，００８号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｌａｕｒｅｎｃｏら、Ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ  ２０１４年、４、４６５−４９８頁
【非特許文献２】Ｍｅｕｌｅｎｋａｍｐ，Ｊ．  Ｐｈｙ．Ｃｈｅｍ  Ｂ  １９９８、５５６６
【非特許文献３】Ｖａｓｅｅｍら、Ｃｈａｐｔｅｒ  ４、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ａｈｍａｄ  ＵｍａｒおよびＹｏｏｎ  Ｂｏｎｇ  Ｈａｈｎ編、Ｖｏｌｕｍｅ  ５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、例えば医療従事者などの遠隔ユーザーへの同時報告を伴った、実時間で分析結果を提供する、被験者の息の中の化合物を直接検出するための自動化されたポータブルデバイスおよび方法が求められている。そのようなデバイスおよび方法は、医薬品レジメンに対する患者の服薬遵守の測定において、有意な価値のあるものになるであろうし、したがって、適時に処方された医薬品を摂取することを被験者が失敗したことに関連する医学的課題が改善される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示される実施形態は、息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するためのポータブルデバイスおよび方法を提供することによって、これらおよびその他の必要性を満足させる。他の態様では、錠剤用のコーティング、新規な錠剤、および新規なセンサーが提供される。
【０００９】
一態様では、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するためのポータブルデバイスが提供される。デバイスは、ハウジングに接続されたマウスピースと、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するデータを収集する、ハウジング内に配置されたセンサーモジュールと、センサーモジュールによって収集されたデータを外部処理装置に伝送する、センサーモジュールに接続され、ハウジング内に配置された通信装置と、センサーモジュールおよび通信装置に接続され、ハウジング内に配置されたバッテリーとを含む。いくつかの実施形態では、処理装置は通信装置に電気的にまたは無線で接続され、通信装置によって伝送されたデータが解析されて、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別する。さらに他の実施形態では、ディスペンサーがハウジングに取り付けられる。
【００１０】
別の態様では、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するための方法が提供される。方法は、マウスピース内に収集された被験者の息を、センサーモジュールと通信装置とバッテリーとを含むハウジングに送るステップと、センサーモジュールで化合物の識別（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）に関するデータを収集するステップと、通信装置でデータを処理装置に伝送するステップと、通信データを処理装置で解析して、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するステップとを含む。
【００１１】
さらに別の態様では、錠剤用のコーティングが提供される。コーティングは、ナノ粒子と、ナノ粒子に埋め込まれた１つ以上のマーキング化合物と、ポリマーマトリックスとを含む。
【００１２】
さらに別の態様では、カプセルが提供される。カプセルは、ナノ粒子と、ナノ粒子に埋め込まれた１つ以上のマーキング化合物と、ポリマーマトリックスとを含む組成物に混合された、１つ以上の化合物を備える。
【００１３】
さらに別の態様では、錠剤が提供される。錠剤は、錠剤の形をとる１つ以上の化合物と、ナノ粒子、ナノ粒子に埋め込まれた１つ以上のマーキング化合物、およびポリマーマトリックスを含む、錠剤を覆うコーティングとを含む。
【００１４】
さらに別の態様では、錠剤が提供される。錠剤は、錠剤の形をとる１つ以上の化合物と、機能化された（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ）無機金属酸化物ナノ粒子およびポリマーマトリックスを含む、錠剤を覆うコーティングとを含む。
【００１５】
さらに別の態様では、センサーが提供される。センサーは、対電極と、１つまたは複数の生体分子に付着された多層カーボンナノチューブを含む作用電極と、参照電極と、電極が配置される支持体とを含む。
【００１６】
さらに別の態様では、センサーが提供される。センサーは、対電極と、多層カーボンナノチューブを含む作用電極と、参照電極と、電極が配置される支持体とを含む。
【００１７】
本開示は、添付図面と併せて読むときに以下の詳細な記述から、最も良く理解される。通例により、図面の様々な特徴は、縮尺に合わせて描かれていないことが強調される。むしろ様々な特徴の寸法は、明瞭化のために任意に拡大されまたは縮小される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】被験者の息の中の１つ以上の化合物を識別し検出する、ポータブルデバイスの例を示す図である。
【図２】被験者の息の中の１つ以上の化合物を識別し検出する、プロセスを示す図である。
【図３】被験者の息の中の１つ以上の化合物を識別し検出するポータブルデバイスの、断面図である。
【図４】被験者の息の中の１つ以上の化合物を識別し検出するポータブルデバイスの、センサーモジュールを示す図である。
【図５】被験者の息の中の１つ以上の化合物を識別し検出するポータブルデバイスのセンサーモジュールで使用され得る、センサーの例を示す図である。
【図６】被験者の息の中の１つ以上の化合物を識別し検出するポータブルデバイスのセンサーモジュールで使用され得る、固定化生体分子を含むセンサーを示す図である。
【図７】センサーモジュールによって提供されたデータを解析するために処理装置で使用され得る、ニューラルネットワークを示す図である。
【図８】コーティングされた錠剤の例を示す図である。
【図９】１０ｐｐｍから１００ｐｐｍに及ぶ異なる濃度でキトサンナノ粒子に埋め込まれたバニリンの検出を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書には、被験者の息の中の化合物を検出し識別するためのポータブルデバイスおよび方法が開示されている。本明細書には、錠剤用のコーティング、新規な錠剤、および新規なセンサーも開示されている。
【００２０】
図１を参照すると、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別するのに使用され得る、ポータブルデバイス１００の例が例示されている。図１に示される例は、取り付けられたマウスピース（図示せず）、センサーモジュール（図示せず）、通信装置（図示せず）、充電器１０４、ディスペンサー１０８、およびスタンド１０６を含むハウジング１０２を含む。当業者に明らかなように、そのようなポータブルデバイスの多くのその他のデザインおよび構成が可能であり、上記例示は如何様にも限定するものではない。
【００２１】
簡単に言うと、図１に示されるものなどのポータブルデバイスは、ハウジング内に配置されたセンサーモジュールで、被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在および識別に関するデータを収集する。センサーモジュールは、収集されたデータを信号（例えば、光、熱、電気など）に変換し、データを、通信装置を介して処理装置に伝送し、処理装置はデータを解析して、被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在および識別に関する情報を提供する。処理装置は、例えばニューラルネットワークを含んでいてもよく、このニューラルネットワークは、受信した信号を処理して被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在および識別に関する情報を提供し、１つ以上の化合物の存在および識別をディスプレーに伝送してもよい。
【００２２】
上述のプロセスが、図２に詳細に例示される。被験者２０２は、例えば、１つ以上の化合物を含む錠剤またはカプセル２０４を摂取しており、ハウジング２０８内に、マウスピース２０６を介して息を吹き込む。被験者の息はハウジング２０８に進入し、ハウジング２０８はバッテリー（図示せず）とセンサーモジュール（図示せず）と通信装置（図示せず）とを含んでおり、通信装置はセンサーモジュールによって収集されたデータを例えばクラウド２１０に（例えば、無線または電気的手段によって）伝送する。データは、クラウド２１０に格納されてもよく、処理装置２１２によってアクセスされてもよく、処理装置２１２は被験者の息の中の化合物を検出し識別し、上記結果を、ディスプレーを介してユーザーに伝達する。通信装置は、データを処理装置２１２に直接伝送してもよく、したがってクラウド２１０をバイパスする。理想的には、図２に示されるプロセスは、実時間で（即ち、事象が発生しているときと実質的に同時に、いかなる遅延も例えば１分未満で）行なわれる。しかしデータは、処理装置によって処理されユーザーに表示される前に、クラウドに格納されてもよい。
【００２３】
ポータブルデバイス３００を、図３に、断面図で示す。デバイス３００は、ハウジング３０６に接続されたマウスピース３０４を有し、その内部を通して被験者が息のサンプル３０２を供給する（例えば、Ｇｕｍｐら、米国特許第４，６５６，００８号、または本明細書に記述されるポータブルデバイスで使用され得るマウスピースの、例えば任意の商用の酒気検知器のマウスピース参照）。一般に、ハウジング３０６は、記述されるプロセスに適合性のある任意の材料から構築されてもよく、実質的に中実または中空であってもよい。いくつかの実施形態では、ハウジング３０６は、プラスチックから製作されており、成型されたまたはプリントされたプラスチックで構築されかつハウジング３０６内に配置された様々なｓを最適に位置決めするように働くケーシング３１２を含む。ハウジング３０６は、この実施形態において、蒸気入口３０８、センサーアレイ３２０、および蒸気出口３１４を有する、センサーモジュール３１０を含み、ケーシング３１２に取り付けられる。センサーモジュール３１０は、典型的にはプラスチックで作製され、乾燥剤（例えば、シリカゲル）、黒鉛、または塗装した電極（即ち、作用、対、および参照電極）を含み、センサー３２２を含む。電極は、金線で主回路（図示せず）に接続される。ワイヤ３１６は、ケーシング３１２に取り付けられた通信装置３２０を、センサーモジュール３２０に接続する。ワイヤ３１４は、通信装置３２０から指示を提供するのに、またはバッテリー３２４から電力をセンサーモジュール３２０に供給するのに、使用されてもよい。ワイヤ３１８は、通信装置が、データを無線でまたは電子的に、ポータブルデバイス３００の外部にある処理装置へ伝送するのを可能とする。
【００２４】
図４は、センサーモジュール４００を、さらに詳細に示す。入口４０２は、被験者の息のセンサーモジュール４００への進入を可能とするチューブである。理想的には、センサーモジュール４００は、被験者の息を受け取るようにハウジング内に位置決めされることになる。センサーモジュール４００は、センサー４０８Ａ−Ｄのアレイを含み、これらのアレイは独立して、被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在を検出することが可能であり、典型的には成型されたプラスチックであるベース４０４に取り付けられる。いくつかの実施形態では、センサー４０８Ａ−Ｄは、被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在を検出するように選択される。センサー４０８Ａ−Ｄに接触した後、被験者の息は、出口４０６を経てセンサーモジュール４００から出て行くことができる。ある特定の実施形態では、センサーモジュール４００は交換可能であり、したがってポータブルデバイスが多くの異なるタイプの化合物の存在および識別を認識するように迅速に適合されることが可能になる。センサーの数は変えることができ、図４によって限定されないことを、理解されるべきである。
【００２５】
センサー４０８Ａ−Ｄは、被験者の息の中の化合物の存在および識別を認識するために、例えば、金属酸化物、導電性無機もしくは有機材料（例えば、ゼオライト、有機金属化合物、多孔質有機ポリマー、多孔質分子固体）、または酵素、抗体、核酸などの生体材料を含んでいてもよい。一般に、本明細書に記述されるセンサーは、被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在の検出を、信号（例えば、電気、光、熱など）に変換し、この信号は、分析、識別、および定量のために処理装置に伝送される。
【００２６】
息の中の１つ以上の化合物、例えば被験者の息の中のアスコルビン酸を識別し検出するための単純な電気化学センサーを、図５に例示する。サンプル５０２は、対電極５０４、作用電極５０６、および参照電極５０８を含む電気化学センサーに遭遇する。対電極５０４は、例えば炭素塗料で作製され、一方、参照電極５０８は、例えば銀塗料で作製される。対および参照電極は、ホウ素がドープされたダイヤモンド、Ａｇ、またはＰｔで作製されてもよい。本明細書に記述されるセンサーで使用され得る電極には、限定するものではないが多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）／Ａｇナノハイブリッド／Ａｕ、Ａｇナノ粒子／ＤＮＡ／ガラス状炭素電極（ＧＣＥ）、ナノ−ＣｕＯ／Ｎｉ／Ｐｔ、ＰｔＰｄＦｅ３Ｏ４ナノ粒子／ＧＣＥ、Ｃｏ３Ｏ４ナノ粒子／ＧＣＥ、Ｃｕ２Ｏ／Ｎｉ／Ａｕ、ＡｇＭｎＯ２−ＭＷＣＮＴｓ／ＧＣＥなどが含まれる。炭素塗料および多層カーボンナノチューブを含む作用電極５０６への電圧の印加は、被験者の息の中の１つ以上の化合物の存在および識別の認識をもたらす。
【００２７】
多層カーボンナノチューブは、炭素の同素体であり、円筒構造および直径を有し、その長さは１ｎｍ未満から約１００ｎｍに及ぶ。多層カーボンナノチューブは、ナノメートル規模のサイズに関連した多くの驚くべき性質に起因して、広く様々な産業における多くの潜在的な適用例があり、したがって十分に知られておりかつ容易に利用可能である。いくつかの実施形態では、多層カーボンナノチューブが作用電極で使用される。
【００２８】
作用電極に使用され得るその他の材料は、限定するものではないがスーパーオキシドジスムターゼ、ヘミン、Ｚｎ−スーパーオキシドジスムターゼ、スーパーオキシドジスムターゼ−システイン、キサンチンオキシダーゼ、ヒポキサンチン、シトクロームＣ、システイン、金、ドデシル硫酸ナトリウム、ナノチューブ複合材料、銀ナノ粒子、熱分解黒鉛、インジウムがドープされた酸化スズ、ガラス状炭素、炭素繊維などを含む。図５に例示される電気化学センサーにおいて、電極は、例えば、介在する絶縁層５１０と共にガラスエポキシチップ５１２上にアレイ化されている。電極を配置するための多くのその他の支持体は、当業者に知られており、全く従来通りである。アスコルビン酸が作用電極５０６に接触すると、当技術分野で十分知られているように、以下に示されるようにデヒドロアスコルビン酸に還元される。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
上述のセンサーモジュールでの使用のための、生体材料をベースにする例示的なセンサーを、図６に示す。センサー６００は、支持体６０８上に固定化された生体分子６０６を含む。生物学的受容体６０６は、例えば酵素、細胞、タンパク質受容体、抗体、核酸などを含む。図６には、サンプル中に存在するが支持体６０８上の固定化生体分子６０６には結合していない、構成要素６０２が示される。図６には、生体分子６０６に特異的に結合する化合物６０４も示される。化合物６０４の、固定化生体分子６０６への結合の後、信号（例えば、電気、光、または熱）が発生され、この信号が変換器６１０から通信装置（図示せず）に、次いで信号増幅器６１２を介して処理装置６１４に伝達され、そこでデータが処理されて、化合物の存在および識別が確認される。信号増幅器６１２は、不安定性およびノイズを低減し、商業上の供給元から購入されてもよい（例えば、ＮＩＣＯ２０００  Ｌｔｄ、６２  Ｐｅｂｗｏｒｔｈ  Ｒｏａｄ、Ｈａｒｒｏｗ、Ｍｉｄｄｌｅｓｅｘ、ＨＡ１  ３ＵＥ、Ｕ．Ｋ．；Ｓｍａｒｔ  Ｓｈａｐｅ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ（１２４０  Ｒｏｃｋｗｅｌｌ  Ａｖｅ、Ｓｕｉｔｅ  ３Ａ、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ  ＯＨ  ４４１１４）参照。信号は、信号増幅器の仲介なしに、処理装置に直接伝達されてもよく、これは任意選択である。
【００３１】
再び図５を参照すると、生体分子をベースにしたセンサーは、生体分子を、作用電極５０６の多層カーボンナノチューブ成分に共有結合させることによって構築され得る。いくつかの実施形態では、生体分子が酵素である。他の実施形態では、生体分子がオキシダーゼである。さらに他の実施形態では、生体分子がラッカーゼである。ラッカーゼ、銅を含有するオキシダーゼは、以下に例示するようにフェノール（即ち、マーカー化合物）をキノンに酸化することが、当技術分野で十分知られている。
【００３２】
【化２】
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【００３３】
ラッカーゼは、フェノールを酸化した後、電荷を多層カーボンナノチューブに移動させ、したがって電気信号をもたらす。ラッカーゼ系の感度は非常に高く、１ｐｐｂ程度の低さの感度でいくつかのフェノールを検出する能力を持つ。例えばラッカーゼは、１−エチル−３−３（−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）スクシンイミドとの、リン酸緩衝液中での２時間にわたるインキュベーションにより、電極に付着され得る。固定化されたラッカーゼは、サイクリックボルタンメトリーによって実証されるように、バニリン、ならびに例えばカテコールおよびギアコール（ｇｕｉａｃｏｌ）などのその他のマーカー化合物を、溶液中で酸化するのに有効であった。
【００３４】
例示的な通信装置は、商業上の供給元から購入することができ（例えば、Ｑｕａｌｃｏｍｍ（Ｒ）  Ｓｎａｐｄｒａｇｏｎ（ＴＭ）  ＳＤＭ８４５  Ｘ２０  ＬＴＥモデム、Ｑｕａｌｃｏｍｍ，Ｉｎｃ．製、Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、ＣＡ）、全く従来通りである。多くのそのような通信装置は当技術分野で知られており、本明細書に記述されるポータブルデバイスで使用され得る。
【００３５】
例示的なバッテリーは、従来の、多くの商業上の供給元から入手可能なリチウムイオンバッテリーである（例えば、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ  ＤＭＷ−ＢＣＭ１４バッテリー）。多くのバッテリーは、当技術分野で知られており、本明細書に記述されるポータブルデバイスで使用されてもよい。
【００３６】
処理装置は、典型的には従来の汎用コンピューターとなり、ディスプレーデバイスと、その他のデバイスおよびシステムから任意の通信インターフェースを介して情報の受信および送信を可能にする通信インターフェースとを含む。処理モジュールは、典型的には、センサーモジュールから受信したデータを処理し、その結果をディスプレーデバイスに送信することによって、被験者の息の中の１つ以上の化合物を検出し識別することになる。センサーモジュールによって提供されたデータを解析するのに十分な処理能力を有する、当技術分野で知られている任意の汎用コンピューターは、本明細書に記述されるポータブルデバイスと併せて使用されてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、センサーモジュールのセンサーからのデータは、例えば多層パーセプション、一般回帰ニューラルネットワーク、ファジー推論システムなどを含む、例えば人工ニューラルネットワークなどのパターンおよび認識システム、主成分解析、部分的最小二乗、多重線形回帰などの統計的方法を使用して、解析される。人工ニューラルネットワークは、複合（ｃｏｍｐｌｅｘ）出力パターンで複合入力パターンをマップするのに相互接続ノード（即ち、ニューロン）を使用する、データ処理アーキテクチャである。重要なことは、ニューラルネットワークが、様々な入出力トレーニングセットを使用することから学ぶことができることである。
【００３８】
次に図７を参照すると、センサーモジュール７０２から受信したデータを処理することができる、例示的な人工ニューラルネットワーク７００が示されている。一般に、ニューラルネットワークは、ニューロンの３つの異なる層を使用する。第１の層は、センサーモジュール７０２からデータを受信する入力層７０４、第２の層は隠れ層７０６であり、一方、第３の層は、７１０で解析の結果を提供する出力層７０８である。隠れ層７０６内の各ニューロンは、入力層７０４内の各ニューロおよび出力層７０８内の各ニューロンに接続されることに留意されたい。例示されたニューラルネットワークにおいて、隠れ層７０６は、入力層７０４から受信したデータを処理し、その結果を出力層７０８に提供する。ただ１つの隠れ層が図７に示されているが、任意の数の隠れ層が使用されてもよく、そのニューロンの数は、汎用コンピューターの処理能力およびメモリによってのみ制限される。入力ニューロンへの入力は、センサーモジュールのセンサーからの入力である。例えば７個のセンサーがセンサーモジュール内にある場合、入力層は７個のニューロンを有することになる。一般に、出力ニューロンの数は、センサーモジュールが検出し識別するようにトレーニングされた化合物の数に対応する。隠れニューロンの数は、大きく変動してもよい。いくつかの実施形態では、隠れニューロンの数は、約４から約１０個の間である。
【００３９】
ポータブルデバイスは、典型的には医学的に処方された化合物である（例えば、承認医薬品）化合物の、錠剤を分配するためのディスペンサーを含んでいてもよい。ディスペンサーは、被験者によるその摂取がポータブルデバイスによってモニターされることになる化合物の錠剤を、貯蔵し分配する、カートリッジまたは任意の従来のデザインであってもよい。したがってディスペンサーは、被験者の便宜のために、本明細書に記述されるポータブルデバイスのハウジングに取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、ディスペンサーに投入される化合物は、被験者の息の中で検出され得るマーカー化合物が含有されたコーティングで覆われる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ポータブルデバイスを使用して検出され識別される１つ以上の化合物は、直接検出され識別される。例えば、ある特定の医薬品（例えば、モルヒネ）が被験者によって摂取される場合、ポータブルデバイスによって、モルヒネとして検出され識別され得る。直接識別され検出され得る医薬品には、限定するものではないがアプレミラスト、レナリドミド、ソフォスブビルおよびベルプラスチ（ｖｅｌｐｒａｓｔｉ）、レジパスビルおよびソフォスブビル、カンナビス、ソフォスブビル、オピエート、ヒドロモルホン、ジャルディアンス（Ｊａｒｄｉａｎｃｅ）、ジャヌビア（Ｊａｎｕｖｉａ）、アテノール、リシノプリル、アムロジピンベシル酸塩、コザール（Ｃｏｚａａｒ）、テクツラン（Ｔｅｋｔｕｒａｎ）、レブラミド（Ｒｅｖｌａｍｉｄ）、イブランス（Ｉｂｒａｎｃｅ）、イムブルビカ（Ｉｍｂｒｕｖｉｃａ）、イクスタンジ（Ｘｔａｎｄｉ）、キシチガ（Ｘｙｔｉｇａ）、ベンクレキサット（Ｖｅｎｃｌｅｘａｔ）、ゼローダ（Ｘｅｌｏｄａ）、ソルバジ（Ｓｏｌｖａｄｉ）、ハーボニー（Ｈａｒｖｏｎｉ）、エプクルサ（Ｅｐｃｌｕｓａ）、アトルバスタチン、プラバスタチン、ロスバスタチン（ｒｏｓｉｖａｓｔａｔｉｎ）、ピタバスタチン（ｐｉｔｖａｓｔａｔｉｎ）、ミコフェノール酸モフェチル、葉酸、テトラヒドロカンナビノール、シクロスポリン、タクロリムスジャヌビア（Ｔａｃｒｏｌｉｍｕｓ  Ｊａｎｕｖｉａ）、ジャヌメット（Ｊａｎｕｍｅｔ）、エリキュース（Ｅｌｉｑｕｉｓ）、イグザレルト（Ｘａｒｅｌｔｏ）、またはシロリムス（Ｓｉｒｏｌｉｍｕｓ）が含まれる。識別され検出され得るその他の化合物には、限定するものではないがビタミンＡ、ビタミンＢ、ビタミンＣ、ビタミンＤ、ビタミンＥ、オメガ３、オメガ６、またはオメガ９が含まれる。
【００４１】
しかし、他の実施形態において、医薬品の検出および識別では、例えば医薬品の経口剤形をコーティングするのに使用されてきたマーカー化合物の検出および識別を伴う。図８は、上記概念を示す。錠剤８００は、コーティング８０４によって覆われた１つ以上の化合物８０２を含む。コーティング８０４は、ポリマーマトリックス中に配置された１つ以上の埋め込まれたマーカー分子をもつナノ粒子を含む。摂取後、コーティングは溶解し、医薬品から構成されたコア錠剤８０８を提供し、マーカー分子８０６を放出し、次いでこの分子が本明細書に記述されるポータブルデバイスによって被験者の息の中で検出され識別される。一般にコーティングは、経口剤の摂取直後に被験者の息の中でマーカー化合物が検出され得るように、唾液中で溶解すべきである。
【００４２】
いくつかの実施形態では、錠剤用のコーティングが提供される。コーティングは、ナノ粒子、ナノ粒子に埋め込まれたマーカー化合物、およびポリマーマトリックスを含む。他の実施形態では、錠剤が提供される。錠剤は、錠剤形態にある１つ以上の化合物と、ナノ粒子、ナノ粒子に埋め込まれた１つ以上のマーキング化合物、およびポリマーマトリックスを含む、錠剤を覆うコーティングとを含む。さらに他の実施形態では、錠剤が提供される。錠剤は、錠剤形態にある１つ以上の化合物と、機能化された無機金属酸化物ナノ粒子およびポリマーマトリックスを含む、錠剤を覆うコーティングとを含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、コーティングされた錠剤のコアを形成する医薬品は、アプレミラスト、レナリドミド、ソフォスブビルおよびベルプラスチ（ｖｅｌｐｒａｓｔｉ）、レジパスビルおよびソフォスブビル、カンナビス、ソフォスブビル、オピエート、ヒドロモルホン、ジャルディアンス（Ｊａｒｄｉａｎｃｅ）、ジャヌビア（Ｊａｎｕｖｉａ）、アテノール、リシノプリル、アムロジピンベシル酸塩、コザール（Ｃｏｚａａｒ）、テクツラン（Ｔｅｋｔｕｒａｎ）、レブラミド（Ｒｅｖｌａｍｉｄ）、イブランス（Ｉｂｒａｎｃｅ）、イムブルビカ（Ｉｍｂｒｕｖｉｃａ）、イクスタンジ（Ｘｔａｎｄｉ）、キシチガ（Ｘｙｔｉｇａ）、ベンクレキサット（Ｖｅｎｃｌｅｘａｔ）、ゼローダ（Ｘｅｌｏｄａ）、ソルバジ（Ｓｏｌｖａｄｉ）、ハーボニー（Ｈａｒｖｏｎｉ）、エプクルサ（Ｅｐｃｌｕｓａ）、アトロバスタチン、プラバスタチン、ロスバスタチン（ｒｏｓｉｖａｓｔａｔｉｎ）、ピタバスタチン（ｐｉｔｖａｓｔａｔｉｎ）、ミコフェノール酸モフェチル、葉酸、テトラヒドロカンナビノール、シクロスポリン、タクロリムス（Ｔａｃｒｏｌｉｍｕｓ）、ジャヌビア（Ｊａｎｕｖｉａ）、ジャヌメット（Ｊａｎｕｍｅｔ）、エリキュース（Ｅｌｉｑｕｉｓ）、イグザレルト（Ｘａｒｅｌｔｏ）、またはシロリムス（Ｓｉｒｏｌｉｍｕｓ）である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、キトサンおよびポリマー、ポリビニルアルコールナノ粒子またはポリビニルピロリジン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｏｌｉｄｉｎｅ）ナノ粒子であって、当技術で十分知られている方法により作製され得るものである。他の実施形態では、キトサンと共に使用されるポリマーは、トリポリホスフェート、ＨＰＭＣ、ＨＰＣ、ＰＶＰ、エチルセルロース、ＰＥＧ、酢酸フタル酸セルロース、およびこれらの誘導体、生体接着性コーティング、例えばポリ（ブタジエン−無水マレイン酸−ｃｏ−Ｌ−ＤＯＰＡ）（ＰＢＭＡＤ）などである。
【００４５】
いくつかの実施形態では、マーカー化合物がフェノールである。他の実施形態では、フェノールが、カテコール、バニリン、またはグアイコール（ｇｕａｉｃｏｌ）である。さらに他の実施形態では、コーティングを形成するのに使用されるポリマーマトリックスが、デキストラン、アルキュトリン酸（ａｌｃｕｔｒｉｃ  ａｃｉｄ）のエステル、酢酸フタル酸セルロース、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−メチルメタクリレート、トリメリト酸酢酸セルロース、ポリ（ビニルアセテートフタレートまたはヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレートなどである。
【００４６】
いくつかの実施形態では、マーカー化合物が、機能化された無機金属酸化物ナノ粒子である。他の実施形態では、機能化された無機金属酸化物が、クエン酸で機能化されたＺｎＯナノ粒子である。ＺｎＯナノ粒子は、従来の方法を介して作製され得る（Ｍｅｕｌｅｎｋａｍｐ，Ｊ．  Ｐｈｙ．Ｃｈｅｍ  Ｂ  １９９８、５５６６；Ｖａｓｅｅｍら、Ｃｈａｐｔｅｒ  ４、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ａｈｍａｄ  ＵｍａｒおよびＹｏｏｎ  Ｂｏｎｇ  Ｈａｈｎ編、Ｖｏｌｕｍｅ  ５）。クエン酸によるＺｎＯ粒子の超音波処理は、センサーモジュールのセンサーによって検出される、クエン酸で機能化されたＺｎＯナノ粒子を提供する。
【００４７】
いくつかの実施形態では、コーティングの厚さが約０．１ミクロンから約１００ミクロンの間である。他の実施形態では、コーティングの厚さが約０．２ミクロンから約２５ミクロンの間の厚さである。さらに他の実施形態では、コーティングの厚さが約０．３から約１０ミクロンの間の厚さである。さらに他の実施形態では、コーティングの厚さが約０．５ミクロンである。
【００４８】
当業者なら、ナノ粒子と、異なるマーカー化合物との、様々な濃度での組合せが、独自のコーティングの膨大なライブラリーを創出するのに使用され得ることが理解されよう。例えば、１０ｐｐｍから１００ｐｐｍに及ぶ異なる濃度でキトサンナノ粒子に埋め込まれたフェノールバニリンを含むコーティングは、図９に示されるように容易に区別され得る。バニリン、カテコール、およびギアコール（ｇｕｉａｃｏｌ）のそれぞれ１００ｐｐｍと複合体化されたキトサンナノ粒子を含むコーティングは、ラッカーゼアッセイの大きな感度により、上記フェノールは任意の数の異なる濃度で含むコーティングと容易に区別され得る。上記例は、作製され得る独自のコーティングの僅かな一部のみを表す。いくつかの実施形態では、識別され検出され得るバニリンの濃度は、１ｐｐｍ、０．０２５ｐｐｍ、または１ｐｐｂ程度に低い。
【００４９】
異なるコーティングの数は、使用される異なるマーカー化合物の数および検出され得るマーカー化合物の異なる濃度の数により、劇的に増加する。マーカーの化合物およびマーカー化合物の濃度は、区別され得るほぼ無限の数の異なるコーティングを創出するように、系統的に変えられ得る。検出され得る異なるのコーティングの例は、限定するものではないが下記：バニリン（ｖａｎｉｌｌａｎ）、カテコール、およびギアコール（ｇｕｉａｃｏｌ）と複合体化された、１００ｐｐｍロード（ｌｏａｄ）のキトサンナノ粒子の、カテコールおよびギアコールと複合体化された、５０ｐｐｍロードのキトサンナノ粒子、バニリン（ｖａｎｉｌｌａｎ）およびギアコールと複合体化された、２００ｐｐｍロードのキトサンナノ粒子、バニリン（ｖａｎｉｌｌａｎ）およびカテコールと複合体化された、１５０ｐｐｍロードのキトサンナノ粒子、およびバニリン（ｖａｎｉｌｌａｎ）と複合体化された、５０ｐｐｍロードのキトサン、カテコールと複合体化された、１００ｐｐｍロードのキトサン、およびカテコールと複合体化された、１５０ｐｐｍロードのギアコールを含む。
【００５０】
本開示は、ある特定の実施形態に関連して記述されているが、本開示は、開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ添付される特許請求の範囲内に含まれる様々な修正例および均等な構成を包含することが意図されており、この特許請求の範囲は、法の下で認められるそのような修正例および均等な構造の全てを包含するように、最も広範な解釈がなされるものであることを理解されたい。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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