(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、
所定の放射線で照射される少なくとも１つの通気性検知層と、
前記少なくとも１つの通気性検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスを前記少なくとも１つの第１の通気性層を通して前記少なくとも１つの通気性検知層に向けて通過させる少なくとも第１の通気性層とを備え、
前記化学光学センサユニットは、当該化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作し、前記少なくとも１つの通気性検知層の光学的応答を測定し、前記少なくとも１つの通気性検知層の光学的応答がガスの濃度に依存する化学光学センサユニットにおいて、
前記化学光学センサユニットは、濃度が測定されるべきガスを少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して前記少なくとも１つの通気性検知層に向けて通過させる当該少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層を更に含み、前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、前記皮膚から前記少なくとも１つの通気性検知層へのガス経路内に配置された追加の層であることを特徴とする、
化学光学センサユニット。
【請求項２】
前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基を結合することが可能な、前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基を固定化することが可能な、或いは前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基を不揮発性分子に変換すること、並びに／又は前記少なくとも１つの揮発性酸をより酸性の低い揮発性分子に、及び／若しくは前記少なくとも１つの揮発性塩基をよりアルカリ性の低い揮発性分子に変換することが可能な、少なくとも１つの化合物を含む、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項３】
前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層が、接触媒質が前記少なくとも１つの通気性層に１つ又は複数の位置で直接接触することを可能にする不連続構造を有する、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項４】
前記不連続構造が、前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層のブロックと、それに続く１つ又は複数のギャップとの１つ又は複数のシーケンスである、請求項３に記載の化学光学センサユニット。
【請求項５】
少なくとも更なる第２の通気性層を備え、前記少なくとも更なる第２の通気性層は、前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層の片側に、又は前記少なくとも１つの第１の通気性層の片側に隣接し、濃度が測定されるべきガスを前記少なくとも１つの通気性検知層に向けて通過させ、更に、前記化学光学センサユニットから皮膚へ又は皮膚から前記化学光学センサユニットへイオンが通過するのを防止する、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項６】
前記少なくとも更なる第２の通気性層は、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基に関連付けられるイオンを除去することが可能なイオン平衡手段を備える、請求項５に記載の化学光学センサユニット。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の化学光学センサユニットと、
前記化学光学センサユニットとガスの測定が行われる皮膚との間のインターフェースで提供される接触媒質と、を含む、接触物質を持った化学光学センサユニットであって、
前記接触媒質は、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基に関連付けられるイオンを除去することが可能なイオン平衡手段を備える、接触物質を持った化学光学センサユニット。
【請求項８】
前記イオン平衡手段は、イオン捕捉手段、イオン交換ポリマー、イオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、又はそれらの任意の組合せである、請求項７に記載の接触物質を持った化学光学センサユニット。
【請求項９】
前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基を結合又は変換することが可能な前記少なくとも１つの化合物は、化学緩衝液、又は燐酸塩緩衝液である、請求項２に記載の化学光学センサユニット。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、前記少なくとも１つの通気性検知層又は前記少なくとも１つの通気性層の厚さの約１０％〜約３００％の厚さを有する、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの通気性層、前記少なくとも１つの通気性検知層、並びに／或いは前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、シリコンゴムを含む、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの通気性検知層及び必要に応じて前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、ルミネセンス材料を含み、前記少なくとも１つの第１の通気性層は、光が前記少なくとも１つの通気性層を通過するのを防止する、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項１３】
前記化学光学センサユニットは、血液ガス濃度を測定するための経皮的センサユニットであり、前記化学光学センサユニットが、Ｏ２若しくはＣＯ２、又は同時にＯ２とＣＯ２との血液ガス濃度を測定し、ＣＯ２の血液ガス濃度を測定する、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの通気性検知層を照射する少なくとも１つの光源、又は、前記光源に接続された光案内構造と、
前記少なくとも１つの通気性検知層の光学的応答を検出する少なくとも１つの検出デバイス、又は、前記少なくとも１つの検出デバイスに接続された光案内構造とを更に備え、前記光源、前記光案内構造、及び／又は前記少なくとも１つの検出デバイスの少なくとも１つが、前記化学光学センサユニットに取外し可能に接続される、請求項１に記載の化学光学センサユニット。
【請求項１５】
患者監視及び／又は患者の換気のためのシステムであって、請求項１に記載の化学光学センサユニットと、換気デバイス及び／又は監視デバイスとを備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、所定の放射線で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層と；少なくとも１つの検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスをその通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層と；皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層であって、濃度が測定されるべきガスをその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備え、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答がガスの濃度に依存する、化学光学センサユニットに関する。また、本発明は、そのような化学光学センサを備える、患者監視及び／又は患者の換気のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
神経筋疾患、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ：chronic obstructive pulmonary disease）、及び肥満低換気症候群の患者は、慢性呼吸不全になることがよくある。前記患者は、在宅で呼吸不全の定期的な治療を必要とする。低酸素性呼吸不全の患者は酸素療法（大抵はベンチレータの支援を伴わない）によって治療され、その一方で、環境空気を用いた侵襲的換気（ＩＶ：Invasive Ventilation）及び非侵襲的換気（ＮＩＶ：Non Invasive Ventilation）による治療が、高炭酸ガス性呼吸不全の患者の高い二酸化炭素（ＣＯ２）血液ガスレベルを許容レベルに戻すことを促進する。換気の効果は、夜間ＮＩＶ中に、動脈酸素及び二酸化炭素レベルのベースライン及び傾向を測定することによってチェックされる。
【０００３】
動脈血液ガス測定が、至適基準（golden standard）をもたらす。在宅での換気治療を開始する前に、ベンチレータ環境を最適化し、動脈血液ガス値を監視するために、患者は入院する。疾患の重度及び安定性に応じて、患者は、多かれ少なかれ定期的に来院してチェックを受けなければならない。呼吸器科の看護士が患者の自宅を訪問して、ベンチレータをチェックし、血液ガス分圧の非侵襲的監視を可能にする機器を設置することもあり得る。在宅で、血液ガスレベルは典型的には夜間に監視され、データは、ベンチレータ及び呼吸データと共に記憶され、後に病院で分析される。
【０００４】
非侵襲的な血中酸素監視における現況技術は、動脈酸素飽和度を測定することによるものであり、動脈酸素飽和度は、酸素溶解曲線によって酸素分圧に関係付けられる。パルスオキシメトリ（ＳｐＯ２）は、患者の動脈酸素飽和度の非侵襲的監視のための光学的方法であり、臨床実践において最も一般的に使用されている技術の１つとなっている。パルスオキシメトリは、手頃な低コストの技術であり、使用が簡単である。これは、在宅での血中酸素監視のための好ましい方法である。
【０００５】
ＣＯ２の分圧の非侵襲的監視の現況技術は、カプノグラフィ（capnography）によるもの、又は経皮的ＣＯ２（ＰｔｃＣＯ２）監視によるものである。肺が健康である、挿管された患者に関して、カプノグラフィによって取得される呼気終末ＣＯ２（ｅｔＣＯ２）値が、動脈ＣＯ２値の良好な表示を提供する。しかし、通常はマスクと顔との間の空気漏れがあり、且つ患者が重度の呼吸器疾患を有する非侵襲的換気の場合、カプノグラフィは、確実な方法ではないことがよくある。ほとんどの病院で、状況に応じた正確な値を得るために、傾向監視のためのカプノグラフィと、動脈血液試料の分析との組合せが使用される。
【０００６】
経皮的ＣＯ２監視は、空気漏れ及び呼吸器疾患によって妨害されないが、確実な値を得るためには訓練を受けた人員が必要であり、また、年齢による皮膚の特性のばらつきにより多少の不正確性を示す。在宅でのＣＯ２血液ガス監視は、換気を受ける患者に対するその高い適合性にもかかわらず、オキシメトリほど頻繁には使用されていない。
【０００７】
現在の経皮的ＣＯ２センサは全て、（ｉ）皮膚の血液潅流及び通気性を高めるためのサーモスタット制御式の加熱器、（ｉｉ）皮膚とセンサ膜との間の流体層、（ｉｉｉ）センサをカバーする通気性膜、（ｉｖ）膜とセンサとの間の電解質溶液、（ｖ）電気化学的ｐＨセンサ及び基準電極を備えるセンサ、並びに（ｖｉ）温度の影響及び皮膚代謝を補償するためのアルゴリズムという４０年来のコンセプトに基づいている。
【０００８】
欧州特許出願公開第１  ９６５  １９８  Ａ１号は、気体又は液体試料中のＣＯ２を決定するためのデバイスであって、ポリマーマトリックスと、そのポリマーマトリックスに埋め込まれたインジケータとを備え、インジケータがｐＨ感受性色素と、金属カチオン錯体とを含み、ｐＨ感受性色素のアニオンと金属のカチオンとがポリマーマトリックス中に可溶性の塩を生成する、デバイスを述べている。
【０００９】
経皮的用途のための従来技術の化学光学センサの更なる例が図１に示されており、ここでは、透光性キャリア材料上に「シリコンゴム状」の通気性材料の２つの層が堆積されている。第１の層（検知層）は、２種のルミネセンス色素、即ち長いルミネセンス寿命を有する基準色素と、短いルミネセンス寿命を有するｐＨ感受性インジケータ色素との混合物を疎水性ポリマー中に含む。第２の膜層は、光反射材料（ＴｉＯ２）粒子を含み、検知層への及び検知層からのイオン輸送を防止する。ＣＯ２ガスは、典型的には、前記膜を通して第１の（検知）層内に拡散してｐＨを変え、これが更にインジケータ色素からのルミネセンスを変える。変調された光励起の時間応答を効果的に測定するデュアルライフタイムレファレンシング（dual life-time Referencing）技法を使用することによって、ＣＯ２ガスのパーセンテージが計算され得る。
【００１０】
しかし、化学光学センサは、揮発性酸及び／又は塩基に関して交差感受性を有する。人間の皮膚は、様々な分子を生成し、そのような分子は、例えば、皮膚の微生物の代謝によるか、又は投薬若しくは疾患による酢酸等の酸、或いは発汗によるか、又は腎病若しくは糖尿病によるアンモニア等の塩基を含む。揮発性酸の更なる発生源は、例えば化学光学センサが保管されている環境内の煙である。皮膚又は保管中の環境若しくはパッケージから誘導される酢酸等の揮発性酸、ＨＣｌ及びＳＯ２蒸気、又はアンモニア等の揮発性塩基は、化学光学センサに入り、センサ内部で不可逆ドリフトを誘発し、従ってセンサ応答を劣化させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、センサの機能に対する揮発性酸又は塩基の影響が低減、相殺、又は補償される、経皮的用途のための改良された化学光学センサの開発が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、これらの必要性に対処し、且つ化学光学センサスポットでの揮発性酸又は塩基に関する不可逆交差感受性を低減させるための手段及び方法を提供する。上記の目的は、特に、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、所定の放射線で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層と；少なくとも１つの検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスをその通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層と；皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層であって、濃度が測定されるべきガスをその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備え、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答がガスの濃度に依存する、化学光学センサユニットによって達成される。特に、意外にも、皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層が、センサの機能に対する揮発性酸又は塩基の影響を低減又は回避することが可能であることが、本発明者らによって判明した。従って、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、望ましくない揮発性酸又は塩基を結合し、及び／又はそれらを不揮発性分子に変換し、それによりセンサ応答の劣化を止めることが判明した。更に、そのような結合層の使用は、例えば同一若しくは同様の材料の使用、又は同一若しくは同様の堆積技法の採用により、現在の製造プロセスにかなり適合性があるという利点を提供する。更に、それらの単純な形態及び構造は、センサデバイスに更に複雑さを加える要因とならない。更に、追加の層は光路の外に位置されるため、光学的な検出法に対する影響がない。
【００１３】
本発明の一実施形態は、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、所定の放射線で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層と；少なくとも１つの検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスをその通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層と；皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層であって、濃度が測定されるべきガスをその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備え、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答がガスの濃度に依存し、少なくとも１つの通気性層と少なくとも１つの通気性検知層とが異なる層である、化学光学センサユニットに関する。
【００１４】
本発明の一実施形態は、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、所定の放射線で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層と；少なくとも１つの検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスをその通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層と；皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層であって、濃度が測定されるべきガスをその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備え、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答がガスの濃度に依存し、少なくとも１つの通気性検知層と少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層との間に少なくとも１つの通気性層が存在する、化学光学センサユニットに関する。
【００１５】
本発明の一実施形態は、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、所定の放射線で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層と；少なくとも１つの検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスをその通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層と；皮膚から検知層へのガス経路内にある、少なくとも第１の通気性層に隣接する少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層であって、濃度が測定されるべきガスをその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備え、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答がガスの濃度に依存する、化学光学センサユニットに関する。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、揮発性酸及び／又は塩基を結合することが可能な、好ましくは前記揮発性酸及び／又は塩基を固定化することが可能な、或いは前記揮発性酸及び／又は塩基を不揮発性分子に変換すること、並びに／又は前記揮発性酸をより酸性の低い揮発性分子に、及び／若しくは前記揮発性塩基をよりアルカリ性の低い揮発性分子に変換することが可能な少なくとも１つの化合物を含む。
【００１７】
更なる好ましい実施形態では、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層が、接触媒質が少なくとも１つの通気性層に１つ又は複数の位置で直接接触することを可能にする不連続構造を有する。
【００１８】
更に別の好ましい実施形態では、前記不連続構造が、揮発性酸及び／又は塩基結合層のブロックと、それに続く１つ又は複数のギャップとの１つ又は複数のシーケンスである。
【００１９】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、経皮的測定の期間中、及び／又は使用前の化学光学センサの保管の期間中に、化学光学センサユニットに入る揮発性酸及び／又は揮発性塩基の７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、又はそれよりも多くを引き付けて結合することが可能である。
【００２０】
本発明の更に別の好ましい実施形態では、化学光学センサユニットは、追加として、少なくとも更なる第２の通気性層を備え、この少なくとも更なる第２の通気性層は、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層の片側に、又は第１の通気性層の片側に隣接し、濃度が測定されるべきガスを検知層に向けて通過させるように適合され、更に、化学光学センサユニットから皮膚へ又は皮膚から化学光学センサユニットへイオンが通過するのを防止するように適合される。
【００２１】
本発明の更なる実施形態では、前記更なる第２の通気性層及び／又は前記接触媒質は、揮発性酸及び／又は塩基に関連付けられるイオンを除去することが可能なイオン平衡手段を備える。
【００２２】
更に好ましい実施形態では、前記イオン平衡手段は、イオン捕捉手段、イオン交換ポリマー、イオン交換樹脂、好ましくはアニオン交換樹脂、又はそれらの任意の組合せである。
【００２３】
別の好ましい実施形態では、揮発性酸又は塩基を結合又は変換することが可能な前記少なくとも１つの化合物は、化学緩衝液、好ましくは燐酸塩緩衝液である。
【００２４】
同様に好ましい本発明の更なる実施形態では、前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、少なくとも１つの検知層又は少なくとも１つの通気性層の厚さの約１０％〜約３００％の厚さを有する。
【００２５】
本発明の更なる好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの通気性層、前記少なくとも１つの検知層、並びに／或いは前記少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、シリコンゴムを含む。
【００２６】
本発明の別の好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの検知層は、ルミネセンス材料を含む。更に別の好ましい実施形態では、追加として、前記揮発性酸及び／又は塩基結合層は、ルミネセンス材料を含む。本発明の更に別の実施形態では、前記第１の通気性層は、光がその通気性層を通過するのを防止するように適合される。
【００２７】
本発明の更に好ましい実施形態では、化学光学センサユニットは、血液ガス濃度を測定するための経皮的センサユニットである。化学光学センサユニットが、Ｏ２若しくはＣＯ２、又は同時にＯ２とＣＯ２との血液ガス濃度を測定するためのものであることが特に好ましい。より好ましい実施形態では、化学光学センサユニットは、ＣＯ２の血液ガス濃度を測定するためのものである。
【００２８】
更なる実施形態では、本明細書において上で定義した化学光学センサユニットは、検知層を照射するように適合された少なくとも１つの光源、及び任意選択的に、光源に接続された光案内構造と；検知層の光学的応答を検出するように適合された少なくとも１つの検出デバイス、及び任意選択的に、検出デバイスに接続された光案内構造とを更に備える。好ましい実施形態では、光源、光案内構造、及び／又は検出デバイスの少なくとも１つが、化学光学センサユニットに取外し可能に接続される。
【００２９】
更なる態様では、本発明は、患者監視及び／又は患者の換気のためのシステムであって、本明細書において上で定義した化学光学センサユニット、換気デバイス、及び／又は監視デバイスを備えるシステムに関する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】経皮的用途のための化学光学センサの原理を示す。この図は、支持層と、検知層と、ガスが透過可能であり、且つ光に対して反射性を有する層とを備える化学光学センサ層を示す。
【図２】表皮又はより深い皮膚組織から化学光学センサ内への揮発性酸の進入を含む、図１に概説されているのと同じ原理を示す。
【図３】更に揮発性酸及び／又は塩基結合層を含む、図２と同様の構成を示す。
【図４】揮発性酸及び／又は塩基結合層と、追加の膜層とを有する化学光学センサであって、上記の膜層が、ガスを透過可能であり、揮発性酸結合層から皮膚に向けて又は皮膚から上層に向けてイオンが移動するのを妨げる化学光学センサを備える本発明の更なる実施形態を示す。
【図５】揮発性酸及び／又は塩基結合層のブロックにギャップが続く、本発明の別の実施形態を示す。
【図６】純水へのＣＯ２の溶解の結果を示す。
【図７】標準的な燐酸塩緩衝液へのＣＯ２ガスの溶解の結果を示す。
【図８】希釈燐酸塩緩衝液へのＣＯ２ガスの溶解の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、皮膚から検知層へのガス経路内に少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層を備える化学光学センサユニットに関する。
【００３２】
本発明を特定の実施形態に関して述べるが、本説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００３３】
本発明の例示的実施形態を詳細に述べる前に、本発明を理解するのに重要な定義を示す。
【００３４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、単数形は、文脈に別段の明示的記載がない限り、それぞれ複数も含む。
【００３５】
本発明に関連して、用語「約」及び「ほぼ」は、対象となる特徴の技術的効果を依然として保証するものと当業者が理解する精度区間を表す。これらの用語は、典型的には、示される数値からの±２０％、好ましくは±１５％、より好ましくは±１０％、及び更に好ましくは±５％のずれを示す。
【００３６】
用語「備える」は限定的なものではないことを理解されたい。本発明の目的で、用語「からなる」は、用語「から構成される」の好ましい形態とみなされる。本明細書で以後、少なくとも幾つかの要素を含むものとして群が定義される場合、これは、好ましくはこれらの要素のみからなる群も包含するものと意味される。
【００３７】
更に、本明細書及び特許請求の範囲における用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、又は「（ａ）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」等は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも順序又は時系列を表すためには使用されない。そのようにして使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で述べる本発明の実施形態は、本出願で説明又は図示されるもの以外の順序での動作も可能であることを理解されたい。
【００３８】
用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、又は「（ａ）」、「（ｂ）」、「（ｃ）」、「（ｄ）」、「ｉ」、「ｉｉ」等が、方法、使用法、又はアッセイのステップに関する場合、本明細書で上述又は後述するように、本出願において別段の記載がない限り、ステップ間で期間又は時間間隔の一貫性はなく、即ち、ステップは同時に実施されてよく、又は数秒、数分、数時間、数日、数週間、数ヵ月、若しくは更には数年の時間間隔がそれらのステップ間に存在してもよい。
【００３９】
方法、プロトコル、試薬等は様々であり得るため、本発明は、本明細書で述べる特定の方法、プロトコル、試薬等に限定されないことを理解されたい。本明細書で使用される術語は、特定の実施形態を述べる目的のものに過ぎず、本発明の範囲を限定することは意図されておらず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることも理解されたい。別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００４０】
上述したように、本発明は、一態様では、ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットであって、所定の放射線で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層と；少なくとも１つの検知層の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層であって、濃度が測定されるべきガスをその通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層と；皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層であって、濃度が測定されるべきガスをその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通して検知層に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備え、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され、少なくとも１つの検知層の光学的応答がガスの濃度に依存する、化学光学センサユニットに関する。
【００４１】
用語「ガスの濃度」は、測定されるべき領域又は区域から拡散により化学光学センサに達するガスの量に関する。「ガス」は、任意の気体状の物質でよい。ガスは、生物学的に生成された又は生物学的に活性若しくは適切なガスであることが好ましい。そのようなガスの例は、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、ＮＨ３、ＮＯ、Ｈ２Ｓである。濃度が測定されるべきガスは、Ｏ２及び／又はＣＯ２であることが好ましい。また、Ｏ２とＣＯ２の同時測定、又は上述したガスの任意の他の組合せも企図される。濃度が測定されるべきガスがＣＯ２であることが特に好ましい。
【００４２】
本明細書における用語「検知層」は、照射若しくは励起され得、その後、光反応性材料の励起により、異なる波長の光（例えば蛍光等のルミネセンス）を光学的応答として発生し得る層を表し、ここで、発生される光の強度は、検知層中に存在する又は溶解されているガス分子の濃度に依存する。特定の強度及び波長の光学的応答（例えば蛍光等のルミネセンス）の測定は、例えば皮膚等のより深い層から検知層内に拡散している又は拡散した検知層内のガスの濃度を計算することを可能にする。この測定は、更に、測定されるべき区域内、例えば化学光学センサが配置されている皮膚の区域内のそのようなガスの濃度の計算を可能にし得る。
【００４３】
検知層は、ガス分子が通過可能なフィラー材料から構成され得る。そのようなフィラー材料の一例は、シリコーンゴム材料である。従って、好ましい実施形態では、検知層は、シリコーンゴムを含むことがあり、又は本質的にシリコンゴム材料からなることがある。検知層は、水又は化学緩衝液等の化合物を更に含んでいてよい。従って、検知層は、特定のｐＨに緩衝されてよく、又は特定量の陽子及び／又は水酸化物イオンを含み、例えば特定のｐＨを有していてよい。ｐＨは、検知層内へのガス、特にＣＯ２の拡散により変えられ得る。好ましくは、ＣＯ２が検知層内に拡散してよく、水と相互作用し、従って陽子の濃度を増加し、従ってｐＨを変えることによって、前記検知層内のｐＨを変え得る。
【００４４】
本明細書における用語「所定の放射線で照射される」は、検知層が、適切な波長、特に検知層の光学的応答を発生することが可能な波長の放射線で照射又は励起され得ることを意味する。例えば、照射は、可視光、赤外光、及び／又は紫外光で行われ得る。所定の放射線の好ましい例は、緑色−青色可視スペクトル、例えば約４００〜５００ｎｍ、例えば４４０ｎｍ、４５０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、４９０ｎｍ等の波長の光である。放射線、即ち光波長及びその強度は、一般に、検知層内の光反応性材料に依存し得るか、又は適合され得る。特定の光反応性材料に関して、適切な対応する励起波長が使用され得る。
【００４５】
好ましい実施形態では、検知層は、光反応性材料としてルミネセンス材料を含む。「ルミネセンス材料」は、１つ又は複数の色素を含んでいてよい。色素は、測定されるべきガス、例えばＣＯ２に対して感受性があり得る。この感受性は間接的なものでよく、例えば、検知層内に拡散しているガス（例えばＣＯ２）によって影響を及ぼされるｐＨに対する感受性によって提供され得る。代替として、ガス自体が、色素の感受性に直接的な影響を有していてもよい。特に好ましい実施形態では、ルミネセンス材料は、２種の色素を含む。例えば、ルミネセンス材料は、インジケータ色素として作用するガス感受性色素と、基準色素として作用するガス不感受性色素とを含んでいてよい。更なる実施形態では、上述した２種の色素は、異なる減衰時間を有していてよい。例えば、ガス感受性色素は、速いルミネセンス減衰時間を有していてよく、ガス不感受性色素は、遅いルミネセンス減衰時間を有していてよい。ガスに対して不活性であり、長い減衰時間を示す適切な基準色素の例は以下のものを含む：（１）中心原子としてのルテニウム（ＩＩ）、レニウム（Ｉ）、又はオスミウム及びイリジウムと、ジイミンリガンドとを含む遷移金属錯体；（２）中心原子として白金、パラジウム、ルテチウム、又はスズを含む燐光ポルフィリン；（３）希土類、例えばユーロピウム、ジスプロジウム、又はテルビウムの燐光錯体；並びに（４）ルビー、Ｃｒ−ＹＡＧ、アレクサンドライト等の燐光結晶、又はフルオロゲルマニウム酸マグネシウム等の燐光混合酸化物。ガスに対して感受性があり、短い減衰時間を示す適切なインジケータ色素の例は、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、及びナイルブルーを含む。更なる特定の実施形態では、本発明は、上記の例示されたインジケータ色素と基準色素の全ての組合せを含む、基準色素とインジケータ色素との組合せに関する。本発明による化学光学センサユニットで使用されるべき基準色素とインジケータ色素との組合せの好ましい例は、以下のものを含む（基準色素／インジケータ色素）：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。
【００４６】
センサ層内の２種の色素の組合せに基づいて、例えば、米国特許出願第６６  ０２  ７１６  Ｂ１号から、又は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に記載されているデュアルライフタイムレファレンシング原理による測定が実施され得る。特に、インジケータ色素と基準色素との異なる減衰時間に基づいて、励起の強度が固定周波数で変調され得、振幅に依存しないルミネセンス信号の位相角が検出されて、ガス感受性色素（インジケータ色素）の相対強度に変換され得、その後、それからガス濃度が決定され得る。
【００４７】
特定の実施形態では、ルミネセンス材料は、揮発性酸分子及び／又は揮発性塩基分子を結合することが可能でよい。検知層は、この機能を提供するルミネセンス材料、例えばインジケータ色素として使用されるルミネセンス材料を含んでいてよい。
【００４８】
従って、検知層は、少なくとも、通気性層等のより深い層から到達し得るＯ２及び／又はＣＯ２等のガス分子が透過可能でよい。典型的には、検知層は、水分子に対しても透過性でよく、水分子は、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、即ち検知層の下の層の内外に拡散し得る。
【００４９】
幾つかの特定の実施形態では、検知層は、ルミネセンス材料を含んでいてよく、このルミネセンス材料は、様々なガスの濃度を測定することが可能であり、又は同時に複数のガスの濃度、例えば同時に２つのガスの濃度を測定することが可能である。例えば、検知層は、異なるガスの測定にそれぞれ適合された２種のルミネセンス材料を含んでいてよい。好ましくは、１つのサブ層、領域、又は１種の材料が、酸素を検出するように適合され得、第２のサブ層、領域、又は１種の材料が、ＣＯ２を検出するように適合され得る。マルチパラメータセンサに関する更なる詳細、及びそれらを実装することができる更なる可能性は、当業者に知られており、又は国際公開第０２／０５６０２３号若しくはSchaeferling, The Art of Fluorescence Imaging with Chemical Sensors, 2012, Angewandte Chemie International Edition, 51(15), 3532-3554等の適切な文献に記載されている。
【００５０】
検知層は、単一の層として提供されてよい。代替実施形態では、複数の検知層が提供されてもよい。そのような第２の又は更なる検知層は、第１の検知層と同じ特性を有していても、異なる特性を有していてもよい。例えば、第２の又は更なる検知層は、第１の検知層とは異なるルミネセンス材料（例えば異なる色素）を含んでいてよく、又は例えば異なる緩衝液若しくは異なるｐＨの異なる化学的環境内に提供されてよい。更なる実施形態では、第２の又は後続の検知層は、第１の検知層とは異なるガス、例えば第１の検知層で測定され得るＣＯ２ではなくＯ２を測定するように適合され得る。
【００５１】
更に、化学光学センサユニットは、少なくとも１つの検知層の光学的応答を測定するように適合され得る。重要なことに、受信される光学的応答は、測定されるべきガスの濃度に依存すると考えられる。そのような適合は、検知層から発する１つ又は複数の光学的応答を受信、検出、及び／又は分析することを可能にする適切な検出法又はデバイスの提供を含んでいてよい。検出は、任意の適切な検出法に従って、又は検出ステップ若しくはサブステップを実施することを可能にする適切な構成要素を含む任意の適切な検出デバイスに基づいて、実施又は実装され得る。
【００５２】
本明細書における用語「通気性層」は、ガス分子が透過可能な構造を表す。典型的には、通気性層は、上に重なる検知層にガスを送るように適合された膜構造として提供される。特定の実施形態では、通気性層は、Ｏ２及び／又はＣＯ２等のガス分子が透過可能である。従って、通気性層は、濃度が測定されるべきガスを、その通気性層を通して検知層に向けて通過させるように適合され得る。濃度が測定されるべきガスは、本明細書において上で定義した任意のガス、好ましくはＯ２及び／又はＣＯ２、最も好ましくはＣＯ２である。典型的には、通気性層はまた、通気性層の上又は下の層の内外に拡散し得る気相中の水分子に対しても透過性でよい。
【００５３】
通気性層の膜は、適切な通気性及び透水性材料から構成され得る。例えば、膜は、シリコーン膜でよく、又はシリコーンを含んでいてよい。代替として、膜は、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））若しくは誘導体等の材料から構成されてよく、又はそのような材料を含んでいてよい。更なる代替実施形態では、膜は、例えば、ポリプロピレン及びエチレンをベースとする有孔疎水性ポリマー、又はエーロゲル等の有孔疎水性酸化ケイ素から構成されてよく、又はそのような材料を含んでいてよい。更なる適切な材料は、当業者に知られており、本発明に関連して同様に企図される。
【００５４】
更に、通気性層は、ガス分子が通過可能なフィラー材料から構成されてよい。そのようなフィラー材料の一例は、シリコーンゴム材料である。従って、好ましい実施形態では、通気性層は、シリコーンゴムを含むことがあり、又は本質的にシリコンゴム材料からなることがある。
【００５５】
本発明の更なる好ましい実施形態では、通気性層は、追加として、光がその通気性層を通過するのを防止するように適合され得る。用語「光がその通気性層を通過するのを防止する」は、特に、通気性層が、少なくとも１つの検知層を透過された光を反射又は散乱するように、及び／又は所期のセンサ範囲外での起こり得る光干渉を阻止するように適合されていることを意味するものとする。通気性層による光の反射又は散乱は、金属、例えばアルミニウム、又は金属酸化物等の任意の適切な光反射材料を使用することによって実現され得る。特に、チタン組成物、例えばＴｉＯ２を含む組成物の使用が好ましい。特定の実施形態では、光反射又は散乱は完全なもの、即ち全ての波長に関するものでよく、又は特定の波長又は波長範囲に特定的なものでもよい。例えば、特定の波長又は波長範囲の光、特に検知層内のルミネセンス材料に関する励起波長の光が反射又は散乱され得、一方、検知層内のルミネセンス材料を励起しない異なる波長の光は反射され得ない。更に、通気性層は、例えば所期の検出層又は検出体積の外での蛍光分子の起こり得る干渉を阻止し得る。そのような干渉は、例えば所期の検出層への光学的視野を制限する。そのような阻止活動は、想定される検知範囲外で作用する吸光材料を提供することによって達成され得る。特定の実施形態では、通気性層は、光に対する障壁として、且つＣＯ２、Ｏ２、又はＨ２Ｏ等の小さい分子に対する通気性層として機能し得る。
【００５６】
通気性層は、単一の層として提供されてよい。代替実施形態では、複数の通気性層が提供されてもよい。そのような第２の又は更なる通気性層は、第１の通気性層と同じ特性を有していても、異なる特性を有していてもよい。例えば、第２の又は更なる通気性層は、異なる波長の光を反射する特性を有していてよい。更なる実施形態では、第２の又は更なる通気性層は、第１の通気性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いてよい。例えば、異なるガス又は異なる化合物が、第１の通気性層と第２の又はそれに続く通気性層とを通過し得る。典型的には、本発明による通気性層は、通過する各分子又は通過する各分子クラス若しくはカテゴリに対して異なる通気性を有していてよい。
【００５７】
本発明の更なる特定の実施形態では、化学光学センサは、更に、少なくとも１つの検知層に隣接する少なくとも１つの透光性層を備えていてよい。透光性層は、好ましくは検知層上にあってよく、この検知層は、本明細書において上で定義したように通気性層上にある。従って、透光性層は、検知層を覆い、周囲雰囲気との直接の接触から検知層を保護し、それにより支持層として機能し得る。従って、少なくとも１つの検知層が、一方の側からは通気性層によって、他方の側からは透光性層によって閉じ込められ得る。本明細書における用語「透光性層」は、放射線が少なくとも一部透過可能なキャリア基板を表す。幾つかの実施形態では、透光性層は、電磁波、例えば赤外光、可視光、及び紫外光の適切なスペクトル全体が透過可能でよい。他の実施形態では、透光性層は、特定の波長又は波長範囲のみが透過可能でよい。透光性層は、例えば、上述したような所定の放射線、又は検知層内のルミネセンス材料に関する励起波長若しくは波長範囲が透過可能でよく、一方、検知層内のルミネセンス材料を励起しない異なる波長の光は通過され得ない。更に、透光性層は、検知層内で発生される光学的応答の光が透過可能でよい。そのような光は、特に透光性層を通過され得る特定の波長又は波長範囲内で提供され得、一方、異なる波長の光は通過され得ない。特定の実施形態では、透光性層は、検知層内のルミネセンス材料に関する励起波長又は波長範囲に関して、及び検知層内の前記ルミネセンス材料によって光学的応答として発生される波長又は波長範囲のみが透過可能であり得る。
【００５８】
透光性層は、当業者に知られている任意の適切な透明材料から構成され得る。透光性層は、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）等の透明材料から構成され得る。
【００５９】
更なる実施形態では、透光性層は、ガス、例えばＯ２及び／又はＣＯ２に対して不透過性でよい。
【００６０】
更に、化学光学センサユニットは、化学光学センサユニットと皮膚との間の接触媒質を伴って動作するように適合され得る。本明細書における用語「接触媒質」は、化学光学センサユニットと、ガスの測定が実施されるべき表面層、即ち皮膚との界面に提供され得る媒質を表す。好ましくは、接触媒質は、少なくとも、センサユニットの最下層と、ガスの測定が実施されるべき表面層、即ち人間又は動物の身体の皮膚との間に挿間される。接触媒質は、ゲル又は液体でよく、これは、典型的には、より深い層（例えば皮膚）から本発明による化学光学センサユニットへのガス分子の移送を可能にする。従って、特に好ましい実施形態では、接触媒質は、少なくとも通気性である。通気性は、任意の気体状の物質に対する全般的な透過性でよい。代替として、接触媒質は、幾つかのガス分子、例えばＯ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、及び／又はＮＨ３に対して特定の透過性を有していてよい。Ｏ２及び／又はＣＯ２に対する透過性が特に好ましい。ＣＯ２に対する透過性が最も好ましい。特定の実施形態では、接触媒質は、選択的に、幾つかのガスに対しては透過性でよく、他のガスに対しては不透過性でよい。接触媒質が、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が好ましい。ＣＯ２に対する選択的な透過性が最も好ましい。
【００６１】
更に、接触媒質は、ガスの測定が実施されるべき表面層、例えば人間若しくは動物の身体の皮膚の含水量若しくは湿気含有量を安定に保つこと、又はガスの測定が実施されるべき表面層、例えば人間若しくは動物の身体の皮膚の含水量若しくは湿気含有量を制御することを可能にし得る。
【００６２】
接触媒質は、更なる実施形態では、生体適合性として特徴付けられる。本明細書における用語「生体適合性の接触媒質」は、接触媒質が、それが塗布される人間若しくは動物の身体の皮膚、又はそれが塗布される人の身体の表面領域に対する中毒反応、免疫反応、及び／又はアレルギー反応、又は任意の他の生物学的若しくは医学的に有毒若しくは有害な反応を引き起こさないこと、例えば発癌性でないことを意味する。
【００６３】
幾つかの実施形態では、例えば加熱素子又は加熱デバイスが使用されるとき、接触媒質は熱伝導性でよい。熱伝導性は、化学光学センサユニットの熱的変化を緩和するため、即ち化学光学センサと接触媒質の下の皮膚領域との間の温度差を最小限にするために使用され得る。それにより、化学光学センサユニットでの一定の温度が実現され得、従ってガスの濃度の正確な測定を可能にする。例えばトウガラシ等の化学化合物の使用によって血管拡張の誘発が想定される場合等には、熱伝導性のない接触媒質が採用され得る。
【００６４】
中心的な態様では、本発明は、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層を備える、本明細書で定義する化学光学センサユニットを提供する。揮発性酸及び／又は塩基結合層は、典型的には、上で定義したように皮膚から検知層へのガス経路内に位置される。更に、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、濃度が測定されるべきガスにその揮発性酸及び／又は塩基結合層を通過させるように適合される。
【００６５】
本明細書における用語「揮発性酸」は、水と接触すると酸になる、即ちＨ＋を解離する分子であって、化学光学センサの界面で（例えば人間若しくは動物の皮膚上で）又は化学光学センサの環境内で（例えばセンサの保管中に）揮発性になる、即ち空気ベースになることが可能である分子を表す。典型的には、本発明による揮発性酸は、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）よりも強い酸である。揮発性酸の例は、ＨＣｌ、酢酸、Ｈ２ＳＯ３、乳酸、蟻酸、酪酸、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、及びプロピオン酸を含む。揮発性酸は、本質的に生理学的な濃度範囲内で存在していてよいが、例えば被験者の健康状態、被験者の投薬又は食物摂取、例えばニンニク、タマネギ、赤トウガラシの摂取等による影響により、この濃度範囲を広げることもある。この範囲は更に、患者の周囲での気候、気圧、若しくは典型的な温度、又は分子の揮発性を変えることが知られている他の要因に依存することがある。特定の実施形態では、例えば、揮発性酸を含む環境内、例えば空気汚染された環境内、又は煙（例えばタバコの煙、工業排煙、若しくはダスト）を含む環境内に化学光学センサが保管又は貯蔵される場合には、揮発性酸の濃度が非生理学的な値を有していてもよい。
【００６６】
本明細書における用語「揮発性塩基」は、水と接触すると塩基になる、即ちＯＨ−を解離する分子であって、化学光学センサの界面で（例えば人間若しくは動物の皮膚上で）又は化学光学センサの環境内で（例えばセンサの保管中に）揮発性になる、即ち空気ベースになることが可能である分子を表す。揮発性塩基の例は、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、イソブチルアミン、ピペラジン、又はエチレンジアミンを含む。揮発性塩基は、本質的に生理学的な濃度範囲内で存在していてよいが、例えば、腎病又は糖尿病等の被験者の健康状態、被験者の投薬若しくは食物摂取等による影響により、又は被験者の発汗により、この濃度範囲を広げることもある。この範囲は更に、患者の周囲での気候、気圧、若しくは典型的な温度、又は分子の揮発性を変えることが知られている他の要因に依存することがある。特定の実施形態では、例えば、揮発性塩基を含む環境内、例えば空気汚染された環境内に化学光学センサが保管又は貯蔵される場合には、揮発性塩基の濃度が非生理学的な値を有していてもよい。
【００６７】
本明細書を通して言及する「揮発性酸及び／又は塩基結合層」は、上で定義したように揮発性酸及び／又は揮発性塩基を結合することが可能である、化学光学センサユニット内部の構造を表す。この構造は、典型的には、１つ又は複数の揮発性塩基に結合することが可能な１つ又は複数の化合物を含み、或いは１つ又は複数の揮発性酸に結合することが可能な化合物と１つ又は複数の揮発性塩基に結合することが可能な化合物（例えば異なる化合物）とを例えば複合して含む。結合プロセスは、結合層内に存在する化合物又は構造要素への揮発性酸又は揮発性塩基の物理的又は化学的結合を含んでいてよく、それにより、揮発性酸及び／又は揮発性塩基の固定化、不揮発性誘導体への揮発性酸及び／又は揮発性塩基の化学的若しくは生化学的変換、及び／又は揮発性酸及び／又は揮発性塩基の過渡的保定若しくは保管を実現する。特定の実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層、即ちこの層内の化合物は、更に、前記揮発性酸をより酸性の低い揮発性分子に変換することが可能であり得、又は前記揮発性塩基をよりアルカリ性の低い揮発性分子に変換することが可能であり得る。幾つかの実施形態では、本発明は、１つの層又は１つの化学光学センサユニット内での上記の原理又は結合可能性の２つ以上の組合せも企図する。
【００６８】
揮発性酸又は揮発性塩基の化学的結合による揮発性酸及び／又は揮発性塩基の結合は、例えば、揮発性酸又は揮発性塩基と反応することが可能な化学的構造又は部分を有する又は含む化合物によって実施され得、それにより、揮発性酸又は塩基と化学的構造との間の共有結合又は強い非共有結合、例えばイオン結合力若しくはファンデルワールス力に基づく結合を生み出す。
【００６９】
揮発性酸又は揮発性塩基の化学的結合による揮発性酸及び／又は揮発性塩基の結合は、揮発性酸又は揮発性塩基を吸収することが可能な物理的構造を有する又は含む化合物によって実施され得、それにより、前記構造と揮発性酸又は揮発性塩基との密接な接触を提供し、これは、好ましくは、揮発性酸又は揮発性塩基の生理学的な濃度範囲内、又は化学光学センサを貯蔵及び保管するのに典型的な濃度範囲内で、揮発性酸又は揮発性塩基が構造から出られないようにする。この密接な接触は、好ましくは少なくとも生理学的又は典型的な使用条件下で永久的な接触でよい。そのような物理的構造は、例えば、有孔マトリックス若しくはメッシュ構造、又は、例えばイオン交換樹脂中に空洞若しくは格子テクスチャを備える構造でよい。
【００７０】
不揮発性誘導体への揮発性酸又は揮発性塩基の化学的又は生化学的変換による揮発性酸及び／又は揮発性塩基の結合は、例えば、揮発性酸のための１つ若しくは複数の反応相手となる化合物、又は揮発性塩基のための１つ若しくは複数の反応相手となる化合物を提供することによって実施され得る。これらの反応相手は、揮発性酸又は揮発性塩基を化学的又は生化学的に変換する。化学反応相手は、例えば有機又は無機塩基でよい。そのような変換反応の結果は、例えば、揮発性酸又は揮発性塩基への化学的部分の追加でよく、それにより揮発性酸又は揮発性塩基の揮発性を減少し、好ましくは結合層内で分子を固定化する。生化学的な変換反応は、例えば酵素によって実施され得、酵素は、揮発性酸及び／又は揮発性塩基に結合すること、並びに揮発性酸及び／又は揮発性塩基を化学的に修飾することが可能である。結合は、特定の結合でよい。そのような生化学変換の結果は、例えば、揮発性酸分子又は揮発性塩基分子への化学的／生化学的実体、例えば化学的部分の追加でよく、それにより揮発性酸又は揮発性塩基の揮発性を減少し、好ましくは結合層内で分子を固定化する。酵素は、例えば適切な緩衝液中に、持続性のある形態で提供されて、適切な温度で維持され得る。
【００７１】
本発明によって更に企図される、揮発性酸をより酸性の低い揮発性分子に変換することができる代替の可能性は、揮発性酸が結合層内で固定化されず、依然として揮発性であるがより酸性の低い分子に変換されることである。そのような分子は、通気性層及び／又は検知層に向けて結合層を通過することが可能でよい。それらの分子の酸性は低下されているため、検知層の機能に対する影響が低減するか、又はなくなる。好ましい実施形態では、酸性は、生じる揮発性酸が炭酸よりも強くならないように低下され得、即ち、そのｐＫａ及び／又はそのｐＨが、炭酸のｐＫａ及び／又はｐＨ以上である。
【００７２】
本発明によって企図される、揮発性塩基をよりアルカリ性の低い揮発性分子に変換することができる更なる可能性は、揮発性塩基が結合層内で固定化されず、依然として揮発性であるがよりアルカリ性の低い分子に変換されることである。そのような分子は、通気性層及び／又は検知層に向けて結合層を通過することが可能でよい。それらの分子のアルカリ性は低下されているため、検知層の機能に対する影響が低減するか、又はなくなる。
【００７３】
揮発性酸及び／又は塩基の過渡的保定又は保管による揮発性酸及び／又は揮発性塩基の結合は、緩衝能力を有する化合物によって担持され得る。そのような過渡的保定化合物は、揮発性酸及び／又は塩基を吸着することを可能にする物理的要素でよく、例えば、高い結合能力又は高吸着性の化学的機能を有する３次元形状を有する構造であって、且つ例えば特定の分圧閾値を超えた場合又は温度若しくはｐＨ等の２次パラメータが変更された場合には、吸着された分子を解放することも可能にする構造でよい。過渡的保定化合物は、代替として、例えば過渡的な又は弱い結合力によって酸又は塩基を過渡的に吸着することが可能であり、且つ温度又はｐＨ等の２次パラメータが変化するときに前記揮発性酸又は前記揮発性塩基を解放する化学的実体でもよい。
【００７４】
本発明の特に好ましい実施形態では、揮発性酸又は揮発性塩基を結合又は変換することが可能な化合物は、化学緩衝液である。本明細書における用語「化学緩衝液」は、弱酸とその共役塩基との混合物、又は弱塩基とその共役酸との混合物を典型的には含む水溶液又はゲル状の組成物を表す。本発明に関連して使用され得る化学緩衝液の例は、クエン酸ベースの緩衝液、酢酸ベースの緩衝液、燐酸塩ベースの緩衝液、Ｎ−シクロヘキシル−２−アミノエタンスルホン酸（ＣＨＥＳ）ベースの緩衝液、及びホウ酸塩ベースの緩衝液である。また、３−｛［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アミノ｝プロパンスルホン酸（ＴＡＰＳ）、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン（ビシン）、トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミン（トリス）、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチルグリシン（トリシン）、３−［Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミノ］−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＴＡＰＳＯ）、４−２−ヒドロキシエチル−１−ピペラジンエタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）、２−｛［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アミノ｝エタンスルホン酸（ＴＥＳ）、３−（Ｎ−モルフォリノ）プロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス（２−エタンスルホン酸）（ＰＩＰＥＳ）、ジメチルアルシン酸（カコジル酸塩）、クエン酸生理食塩水（ＳＳＣ：saline sodium citrate）、２−（Ｎ−モルフォリノ）エタンスルホン酸（ＭＥＳ）、及び２（Ｒ）−２−（メチルアミノ）琥珀酸（琥珀酸）等の化学緩衝液も企図される。
【００７５】
好ましい実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することが可能な化合物は、生体適合性である。本明細書における用語「揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することが可能な生体適合性の化合物」は、その化合物が、それが塗布される人間若しくは動物の身体の皮膚、又はそれが塗布される人の身体の表面領域に対する中毒反応、免疫反応、及び／又はアレルギー反応、又は任意の他の生物学的若しくは医学的に有毒若しくは有害な反応を引き起こさないこと、例えば発癌性でないことを意味する。また、これらの特性は、化合物が皮膚と直接接触しない場合には皮膚に向かう移動性がないことも含む。化合物の移動性がないという上記の特性は、例えば化合物が毒性を有する又は問題があるものと知られている又は考えられる場合でさえ、生体適合性をもたらし得る。特定の実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層の成分によって引き起こされる中毒反応、免疫反応、又はアレルギー反応は、例えば遮断剤や解毒剤等、反作用の存在によって緩和又は阻止され得る。
【００７６】
燐酸塩緩衝液の群に含まれる生体適合性化学緩衝液が特に好ましい。適切な燐酸塩緩衝液の例は、Ｋ２ＨＰＯ４緩衝液及びＮａ２ＨＰＯ４緩衝液である。
【００７７】
本発明の幾つかの実施形態では、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層は、化学光学センサユニットに入る揮発性酸及び／又は塩基の７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、又はそれよりも多くを引き付けて結合することが可能であり得る。揮発性酸及び／又は揮発性塩基を引き付けて結合することができる結合層の能力は、揮発性酸又は揮発性塩基への露出時間によって特に影響を及ぼされ得る。従って、例えば皮膚上で、又は例えばダスト若しくは煙で汚染された環境内での使用前の化学光学センサの保管中に、露出時間が長ければ長いほど、化学光学センサに進入し得る揮発性酸又は塩基の量が多くなる。本明細書で定義する結合層の結合能力を揮発性酸及び／又は揮発性塩基の様々な取り得る露出時間に適合させるために、結合層内で揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することが可能な化合物の量又は濃度がそれに従って調節され得る。例えば、化学光学センサ層の特定の貯蔵寿命が予想可能である場合、又はパッケージングされた化学光学センサが煙又はダストで汚染された環境に露出され得ることが予想可能である場合、結合層内で揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することが可能な化合物の量又は濃度が増加され得、それにより、化学光学センサのライフサイクル全体（即ち皮膚上でのその典型的な使用を含む）にわたって、最大予想量の揮発性酸及び／又は塩基を結合することが可能になる。他の実施形態では、化学光学センサは、皮膚上での揮発性酸の増加をもたらす疾患又は医学的状態の患者を監督することに関連して使用されることが分かっている場合、結合層内で揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することが可能な化合物の量又は濃度がこの特定の状況に適合され得る。例えば、結合化合物の量又は濃度が増加され得る。本明細書で言及する適切な量又は濃度は、当業者に知られていることがあり、又は基準測定に基づいて決定され得る、若しくは適切な試験手順から導き出され得る。従って、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層が、経皮的測定の期間中、及び／又は使用前の化学光学センサの保管の期間中に、化学光学センサユニットに入る揮発性酸及び／又は塩基の７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、又はそれよりも多くを引き付けて結合することが可能であり得ることが好ましい。
【００７８】
引き付けられる及び／又は結合される分子の量は、本明細書において上で定義した結合化合物の結合原理又は同定に依存し得るか、又は患者の具体的な生理学的状況に依存し得る。特に、非常に多量又は異常に多量の揮発性酸及び／又は塩基が化学光学センサに入っている場合、より少量の揮発性酸及び／又は塩基のみを引き付け得る、及び／又は結合し得ることがある。しかし、本発明によって、存在する揮発性酸又は塩基の想定量又は予想量に合わせて結合層の結合能力を調節することによって、そのような状況を回避することが企図される。
【００７９】
揮発性酸及び／又は塩基の約８０％〜９９％、より好ましくは９９％超、又は更には１００％が、揮発性酸及び／又は塩基結合層によって引き付けられる及び／又は結合されることが好ましい。経皮的測定の期間中、及び／又は使用前の化学光学センサの保管の期間中に、揮発性酸及び／又は塩基の約８０％〜９９％、より好ましくは９９％超、更には１００％が、揮発性酸及び／又は塩基結合層によって引き付けられる及び／又は結合されることが特に好ましい。例えば、化学光学センサユニットに入る揮発性酸及び／又は塩基の８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．９％、９９．９９％、又は１００％が、揮発性酸及び／又は塩基結合層によって引き付けられ得る及び／又は結合され得る。具体的には、化学光学センサユニットに入る揮発性酸及び／又は塩基の８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．９％、９９．９９％、又は１００％が、経皮的測定の期間中、及び／又は使用前の化学光学センサの保管の期間中に、揮発性酸及び／又は塩基結合層によって引き付けられ得、及び／又は結合され得る。経皮的測定の期間は、任意の適切な期間でよく、例えば約５分〜２４時間の期間、好ましくは約１〜１５時間の期間、例えば、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間、１１時間、１２時間、１３時間、１４時間、１５時間、又はこれらの値の間の任意の値でよい。使用前の化学光学センサの保管の期間は、使用可能であるように化学光学センサが保管され得る任意の適切な期間でよく、即ち化学光学センサの貯蔵寿命を表す。化学光学センサの保管期間は、例えば、６ヵ月、７ヵ月、８ヵ月、９ヵ月、１０ヵ月、１１ヵ月、１年、１年超、例えば１８ヵ月若しくは２４ヵ月、又はこれらの値の間の任意の値までの期間でよい。
【００８０】
本発明の更なる特定の実施形態では、揮発性酸及び／又は揮発性塩基を引き付けて結合することができる結合層の能力は、例えば上で定義したように、使用中、即ち経皮的測定の期間中、及び／又は使用前の化学光学センサの保管期間中に、最小の不可逆ＣＯ２感度変化のみが生じ得るようなものでよい。好ましくは、化学光学センサの約１年の保管期間中、約１０％、より好ましくは約８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、又は最も好ましくは約１％若しくは１％未満の不可逆ＣＯ２感度変化のみが生じ得る。別の実施形態では、約８〜１０時間の経皮的測定における化学光学センサの典型的な使用中、約１０％、より好ましくは約８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、又は最も好ましくは約１％若しくは１％未満の不可逆ＣＯ２感度変化のみが生じ得る。別の実施形態では、化学光学センサの約１年の保管期間中、及びその後の、約８〜１０時間の経皮的測定における化学光学センサの使用中、約１０％、より好ましくは約８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、又は最も好ましくは約１％若しくは１％未満の不可逆ＣＯ２感度変化のみが生じ得る。
【００８１】
本発明の非常に特定的な実施形態では、前記揮発性酸及び／又は塩基結合層は、ルミネセンス材料、好ましくは本明細書において上で定義したルミネセンス材料を含んでいてよい。好ましくは、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、以下のものを含むことがある。（１）中心原子としてのルテニウム（ＩＩ）、レニウム（Ｉ）、又はオスミウム及びイリジウムと、ジイミンリガンドとを含む遷移金属錯体；（２）中心原子として白金、パラジウム、ルテチウム、又はスズを含む燐光ポルフィリン；（３）希土類、例えばユーロピウム、ジスプロジウム、又はテルビウムの燐光錯体；並びに（４）ルビー、Ｃｒ−ＹＡＧ、アレクサンドライト等の燐光結晶、又はフルオロゲルマニウム酸マグネシウム等の燐光混合酸化物；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、ナイルブルー、又は色素の組合せ、例えば、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。そのようなルミネセンス材料、例えば上で言及したような色素又は色素の組合せは、例えば吸着によって揮発性酸及び／又は塩基を結合することを可能にし得る。
【００８２】
揮発性酸及び／又は塩基結合層は、任意の適切な濃度又は量で揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することを可能にする化合物を含んでいてよい。濃度は、好ましくは、例えば生理学的範囲内、又は極端な状況（例えば、揮発性酸若しくは揮発性塩基の生成の増加をもたらす疾患；揮発性酸若しくは揮発性塩基の生成の増加をもたらす投薬又は食物摂取；又は、化学光学センサの使用中の極端な気候若しくは温度）も包含する拡張された生理学的範囲内で、典型的な量の揮発性酸又は典型的な量の揮発性塩基であるように選択されるべきである。使用される濃度又は量は、採用される化合物に依存していてよく、前記化合物に関する全般的な知識のデータに従って当業者によって調節され得る。
【００８３】
更に、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、任意の適切な分子環境又は物理化学に関連して、揮発性酸及び／又は塩基を固定化又は変換することを可能にする化合物を含んでいてよい。例えば、結合層は、ガス分子、特にＯ２及び／又はＣＯ２が通過可能なフィラー材料から構成され得る。そのようなフィラー材料の好ましい例は、シリコーンゴム材料である。従って、好ましい実施形態では、結合層は、シリコーンゴムを含むことがあり、又は本質的にシリコンゴム材料からなることがある。結合層は、水又は更なる分子等の化合物を更に含んでいてよい。追加として又は代替として、結合層は、本明細書において上で言及したような物理的要素を支持する構造要素、例えばマトリックス、メッシュ、吸着要素等を備える。結合層は、揮発性酸及び／又は塩基を変換することを可能にする触媒酵素のための安定化又は緩衝系を更に含んでいてよい。
【００８４】
更なる特定の実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、任意の適切な厚さを有していてよい。例えば、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、本明細書において上で定義した少なくとも１つの検知層又は少なくとも１つの通気性層の厚さの約１０％〜約３００％の厚さを有していてよい。従って、一実施形態では、結合層は、本明細書において上で定義した少なくとも１つの検知層の厚さの約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、１１０％、１２０％、１３０％、１４０％、１５０％、１６０％、１７０％、１８０％、１９０％、２００％、２１０％、２２０％、２３０％、２４０％、２５０％、２６０％、２７０％、２８０％、２９０％、３００％、若しくはそれよりも大きい厚さ、又は上記の値の間の任意の値を有していてよい。更なる実施形態では、結合層は、本明細書において上で定義した少なくとも１つの通気性層の厚さの約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、１１０％、１２０％、１３０％、１４０％、１５０％、１６０％、１７０％、１８０％、１９０％、２００％、２１０％、２２０％、２３０％、２４０％、２５０％、２６０％、２７０％、２８０％、２９０％、３００％、若しくはそれよりも大きい厚さ、又は上記の値の間の任意の値を有していてよい。
【００８５】
本発明の特に好ましい実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、本明細書において上で定義した検知層と同じ又は非常に類似した組成を有していてよい。例えば、揮発性酸及び／又は塩基結合層と検知層は、同じ色素分子、又は色素分子の同じ組合せを含んでいてよい。更に、何れの層も同じ構造要素又はフィラーから構成されていてよく、例えばシリコンゴムを含んでいてよい。色素分子の濃度は、両層で同じでも異なっていてもよい。例えば、揮発性酸及び／又は塩基結合層において、色素分子の濃度は、検知層に比べて例えば１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、又はそれよりも多く増加され得る。
【００８６】
更なる特定の実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層の厚さは、検知層と比較して同じ又は非常に類似していてよい。例えば、揮発性酸及び／又は塩基結合層の厚さは、検知層の厚さの８０％、９０％、１００％、１１０％、若しくは１２０％、又はこれらの値の間の任意の値でよい。
【００８７】
更に、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、任意の適切な形態又は形状で提供されてよい。層は、例えば連続層でも不連続層でもよい。不連続層として、層は、揮発性酸及び／又は塩基結合層のブロックと、これらのブロック間のギャップとのシーケンスから構成され得る。ブロックは、本明細書において上で定義したような層の特徴、例えば本明細書において上で定義したような厚さ等を有していてよい。ブロック、ギャップ、及び更なるブロックの単一のシーケンスが存在し得る。代替の実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、複数のブロックと介在されたギャップとの複数のシーケンスとして提供され得る。ブロック及び／又はギャップは、同一の長さ若しくはサイズを有していてよく、又は長さ及びサイズが異なっていてもよい。揮発性酸及び／又は塩基結合層のブロック間にギャップが存在する場合、下にある層がギャップを埋めてよい。好ましい実施形態では、揮発性酸及び／又は塩基結合層は、接触媒質を介して、より深い層、即ち動物又は人間の身体の皮膚と接続され得る。従って、本明細書において上で定義したような接触媒質が、上で言及したような１つ又は複数のギャップを埋めてよい。従って、接触媒質が、化学光学センサの次に高いレベル又は層、例えば本明細書において上で定義したような少なくとも１つの通気性層と直接接触することを可能にされることが好ましい。
【００８８】
更なる特定の実施形態では、本発明は、調整流体中に提供された、本明細書で定義するような化学光学センサユニットを提供する。この提供は、例えば、調整流体中での化学光学センサのパッケージング、保管、維持、懸濁でよい。これは、例えば１０〜６０分、若しくは１〜２４時間の短期活動でよく、又は１日〜数ヵ月若しくは数年、例えば２ヵ月、３ヵ月、４ヵ月、５ヵ月、６ヵ月、１２ヵ月、２４ヵ月以上、若しくは上記の値の間の任意の期間の長期活動でよい。本明細書で使用するときの用語「調整流体」は、事前較正又は準備ステップなしで即時の使用又は適用が可能な状態で化学光学センサユニットを保つ液体又はゲル状の物質を表す。調整流体は、例えば、ガスの測定が実施されるべき表面層の含水量又は湿気含有量を安定に保つことを可能にし得る。更に、調整流体は生体適合性でよく、即ち無毒性、非免疫原性、及び／又は非アレルギー性でよい。特定の実施形態では、調整流体の成分によって引き起こされる中毒反応、免疫反応、及び／又はアレルギー反応は、例えば遮断剤や解毒剤等、反作用の存在によって緩和又は阻止され得る。
【００８９】
本発明の特定の実施形態では、調整流体は、接触媒質と同様であり、例えば接触媒質の成分の大半を含む。更なる好ましい実施形態では、調整流体は、本明細書で定義する接触媒質と本質的に同一であるか、又は本明細書で定義する接触媒質と同一である。従って、本明細書で定義する化学光学センサは、本明細書において上で定義した又は下で定義する接触媒質中に例えば保管、保持、パッケージングされてよい。
【００９０】
本発明の更なる実施形態では、化学光学デバイスが、通気性検知層と、第１の通気性層と、揮発性酸及び／又は塩基結合層と、追加として、少なくとも更なる第２の通気性層とを備える。この第２の通気性層は、少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層の一方の側、又は第１の通気性層の一方の側に隣接していてよい。第２の通気性層は、第１の通気性層と同様に機能し、従って、濃度が測定されるべきガスを検知層に向けて通すように適合される。幾つかの実施形態では、第２の通気性層は、第１の通気性層と同じであるか非常に類似していてよく、例えば、同じ又は本質的に同じ組成を有していてよく、同じ又は本質的に同じ厚さを有していてよい。
【００９１】
特に好ましい実施形態では、上記の第２の通気性層は、更に、イオンが化学光学センサユニットから皮膚に通過する、又は皮膚から化学光学センサユニットに通過するのを防止するように適合され得る。従って、第２の通気性層は、検知層又は皮膚への及び検知層又は皮膚からのイオンの移動を止める又は減少させる追加の機能を有していてよい。
【００９２】
更なる特定の実施形態では、本明細書において上で定義した少なくとも通気性検知層と、本明細書において上で定義した検知層に隣接する通気性層とを備える化学光学センサユニット、又は本明細書で上述した任意の他の形態若しくは実施形態の化学光学センサユニットは、上で定義した接触媒質を伴って動作させられ得、接触媒質は、化学光学センサユニットから皮膚に、又は皮膚から化学光学センサユニットにイオンが通過するのを防止するように適合される。従って、接触媒質は、検知層又は皮膚への、及び検知層又は皮膚からのイオン移動を止める又は減少させる追加の機能を有することがある。
【００９３】
また、本発明は、本明細書において上で定義した少なくとも通気性検知層と、本明細書において上で定義した検知層に隣接する通気性層とを備える化学光学センサユニット、又は本明細書で上述した任意の他の形態若しくは実施形態の化学光学センサユニットであって、上で定義した接触媒質を更に備え、接触媒質が、化学光学センサユニットから皮膚に、又は皮膚から化学光学センサユニットにイオンが通過するのを防止するように適合された化学光学センサユニットも企図する。従って、化学光学センサユニットに含まれる接触媒質は、例えば本明細書で定義するイオン、特に揮発性酸又は揮発性塩基に関連付けられるイオンが検知層又は皮膚へ、及び検知層又は皮膚からイオン移動するのを止める又は減少させる追加の機能を有することがある。
【００９４】
本発明の一実施形態は、本明細書において上で定義した少なくとも１つの通気性検知層と、本明細書において上で定義した検知層に隣接する少なくとも１つの通気性層と、皮膚から検知層へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層とを備える化学光学センサユニット、又は本明細書において上述した任意の他の形態若しくは実施形態の化学光学センサユニットに関し、ここで、化学光学センサは、追加として、上で定義した接触媒質を含み、接触媒質が、揮発性酸及び／又は塩基（１１）に関連付けられるイオン（３）を除去することが可能なイオン平衡手段を含む。
【００９５】
本発明の更なる態様は、ガスの濃度を測定するための化学光学センサの使用に関する。ガスの濃度の経皮的測定用の化学光学センサユニットは、
−  所定の放射線（５）で照射されるように適合された少なくとも１つの通気性検知層（２）と；
−  少なくとも１つの検知層（２）の片側に隣接する少なくとも第１の通気性層（３）であって、濃度が測定されるべきガス（６）をその通気性層（３）を通して検知層（２）に向けて通過させるように適合された少なくとも第１の通気性層（３）と；
−  皮膚（１０）から検知層（２）へのガス経路内にある少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層（２０）であって、濃度が測定されるべきガス（６）をその揮発性酸及び／又は塩基結合層（２０）を通して検知層（２）に向けて通過させるように適合された少なくとも１つの揮発性酸及び／又は塩基結合層（２０）と
を備え、
前記化学光学センサユニットが、化学光学センサユニットと皮膚（１０）との間の接触媒質（１２）を伴って動作するように適合され、化学光学センサユニットが少なくとも１つの検知層（２）の光学的応答を測定するように適合され、検知層（２）の光学的応答がガス（６）の濃度に依存し、接触媒質（１２）が、揮発性酸及び／又は塩基に関連付けられるイオン（３０）を除去することが可能である、イオン平衡手段を備える。
【００９６】
代替として、本発明は、本明細書において上で定義した少なくとも通気性検知層と、本明細書において上で定義した検知層に隣接する通気性層とを備える化学光学センサユニット、又は本明細書で上述した任意の他の形態若しくは実施形態の化学光学センサユニットであって、化学光学センサユニットから皮膚に、又は皮膚から化学光学センサユニットにイオンが通過するのを防止するように適合された上で定義した調整流体、好ましくは本明細書において上で定義した接触媒質と本質的に同一又は同一である調整流体を含む化学光学センサユニットも企図する。従って、化学光学センサユニットに含まれる調整流体は、検知層又は皮膚への、及び検知層又は皮膚からのイオンの移動を止める又は減少させる追加の機能を有することがある。
【００９７】
これに関連する用語「イオン」は、不揮発性のイオン実体、好ましくは水溶液中の不揮発性のイオン実体を意味する。そのようなイオン実体は、揮発性酸又は塩基に関連付けられたイオンでよく、例えば、揮発性酸、若しくは塩（例えばＮａＣｌ）を含めた酸生成分子からの解離生成物でよく、又は揮発性塩基若しくは塩基生成分子からの解離生成物でよい。この用語はまた、揮発性酸又は揮発性塩基に関連付けられず、化学光学センサの層、例えば通気性層、検知層、及び／又は揮発性酸及び／又は塩基結合層内に主に存在するイオン実体も表す。そのようなイオン実体は、例えば、本明細書において上で定義した揮発性酸又は揮発性塩基を結合することが可能な化合物から誘導されてよく、そのような化合物と関連付けられてよく、又はそのような化合物でよい。典型的には、そのようなイオンは、本明細書において上で言及したような化学緩衝液の成分でよい。化学光学センサの中又は外に移動することができ、第２の通気性層、接触媒質、又は調整流体によって止められ得るイオンの例は、典型的には、ＣＯ２に関連付けられるイオンを除く全てのイオンを含む。本明細書における用語「検知層へのイオンの移動」又は「皮膚から化学光学センサユニットへのイオンの通過」は、皮膚から化学光学センサユニットに入ることがある、揮発性酸又は揮発性塩基に関連付けられるイオン、例えば本明細書において上で定義したイオン等、イオン実体の移動を表す。
【００９８】
本明細書における用語「皮膚へのイオンの移動」又は「化学光学センサユニットから皮膚へのイオンの通過」は、化学光学センサユニットから皮膚に入ることがある、揮発性酸又は揮発性塩基に関連付けられず、化学光学センサユニットの層内に通常存在するイオン実体、例えば本明細書において上で定義したイオン等、イオン実体の移動を表す。
【００９９】
化学光学センサユニットへの及び化学光学センサユニットからのイオンの移動を止める又は減少させる機能は、イオン平衡手段によって達成され得る。本明細書における用語「イオン平衡手段」は、イオンを捕捉、吸収、及び／又は交換することが可能であり、それによりイオン平衡手段の環境からのイオンの除去又は交換をもたらす手段を表す。当業者に知られている適切なイオン平衡手段の幾つかの例がある。本発明に関連して、好ましいイオン平衡手段は、イオン捕捉手段、イオン交換ポリマー、又はイオン交換樹脂でよい。従って、イオン平衡手段は、例えばイオン交換ポリマー又はイオン交換樹脂でよく、これは、溶液からイオンを吸収し、それらのイオンを他のイオンによって置き換える。更に、本発明は、化学光学センサユニットに関連して、複数のタイプのイオン平衡手段の採用を企図する。例えば、２つ、３つ、４つ、又はそれを超える異なるイオン平衡手段が例えば１つの層内又は接触媒質内で使用され得る。これらの異なるイオン平衡手段は、同一の、同様の、又は異なるイオン除去又は交換原理に基づいていてよい。特定の実施形態では、２つのタイプのイオン平衡手段が存在してよく、１つは、本明細書で定義する揮発性酸又は揮発性塩基に関連付けられるイオンであって、例えば皮膚から来るイオンを止めるように適合され、第２のものは、化学光学センサユニットから皮膚に通過するイオンを止めるように適合される。そのような異なる選択性は、一方又は他方のタイプのイオンを選択的に吸収又は結合することが可能な材料を使用することによって実現され得る。
【０１００】
本明細書において上で定義した第２の通気性層内にアニオン交換樹脂が存在することが特に好ましい。アニオン交換樹脂の適切な例は、当業者に知られており、又は適切な文献に記載されている。従って、アニオン交換樹脂は、揮発性酸若しくは揮発性塩基のイオン形態又は揮発性酸若しくは揮発性塩基に関連付けられるイオン形態に結合し、それらを不揮発性イオンによって交換することがある。
【０１０１】
これに関連して、ＣＯ２も、例えば水中に溶解されたときには典型的にはＨＣＯ３−として、本発明による化学光学センサの任意の層にイオン形態で存在し得ることに留意されたい。それにより、イオン平衡手段の存在は、検知層に達するＣＯ２分子の量に影響を及ぼし得る。従って、本発明は、使用されるべきイオン平衡手段が、ＨＣＯ３−に対して低い結合親和性を有するように構成され、それにより、これらのイオンに関する飽和状態に短期間で達し得るように企図する。イオン平衡手段の飽和後には、ＣＯ２濃度に対する影響はない。好ましい実施形態では、イオン平衡手段は、ＨＣＯ３−に関する飽和後、他のイオン、例えば本明細書において上で定義した揮発性酸又は揮発性塩基に関連付けられるイオンに依然として結合し得る。
【０１０２】
従って、特定の実施形態では、本発明は、例えば水中に溶解されるときにＣＯ２分子から誘導されるイオンに関して飽和状態のイオン平衡手段、又は、例えば水中に溶解されるときにＣＯ２分子から誘導されるイオンが例えば数秒〜数分以内（例えば１０秒〜５分以内）に急速に飽和するのを可能にする形態を有するイオン平衡手段を備える化学光学センサユニットに関する。
【０１０３】
図１は、支持層１と、検知層２と、通気性層３とを備える化学光学センサユニットを概略的に示す。センサユニットは、所定の放射線５で照射されるように適合される。更に、検知層２の光学的応答４が示されている。化学光学センサユニットは、ユニットに入るガス６の濃度を測定することが可能である。センサユニットのサイズ又は厚さ７は変更され得る。幾つかの実施形態では、この厚さは、約０．２〜約０．６ｍｍの範囲内である。特定の実施形態では、化学光学センサは、透光性キャリアを有する支持層と、シリコーン膜を含むことがある検知層と、基準色素、及びガスが透過可能であってｐＨ感受性を有するインジケータ色素と、ガスが透過可能であり、光に対しては反射性を有する層とを備えていてよく、この層は、例えば、シリコーン膜中にＴｉＯ２を含む。更なる実施形態では、化学光学センサは、例えば４７０ｎｍ（青色−緑色ＬＥＤ）（５）で励起され得、ルミネセンス（４）は、例えば５００〜７００ｎｍ（赤色）の範囲内でインジケータ及び基準色素から検出され得る。基準色素は、好ましくは遅い応答を有していてよく、発光団は、Ｏ２から保護されるように球体としてパッケージングされ得る。インジケータ色素は、例えば高速の応答を有していてよく、Ｈ＋（ｐＨ）に対して主に感受性を有していてよく、振幅の減少と、ＣＯ２増加によって引き起こされるｐＨ低下による白色照光下での黄色呈色とをもたらす。特定の実施形態では、照明光強度変調の周波数は、低い（環境）ＣＯ２濃度（６）で約４５°での位相シフトが達成され得るように選択され得る。
【０１０４】
図２は、化学光学センサユニットの特定の採用形態を示し、この化学光学センサユニットは、化学光学センサユニットと皮膚１０、特に皮膚の表皮との間の接触媒質１２を伴って動作される。この図は、揮発性酸及び／又は揮発性塩基１１の、通気性層３を介した検知層２内への、且つセンサ内への進入を示す。
【０１０５】
図３に、本発明による化学光学センサの一実施形態が示されている。この化学光学センサは、本明細書で定義する支持層１と、本明細書で定義する検知層２と、本明細書で定義する検知層に隣接する１つの通気性層３と、本明細書で定義する揮発性酸及び／又は塩基結合層２０とを備える。更に、この化学光学センサは、センサユニットと皮膚１０との間の接触媒質１２を伴って動作させられる。接触媒質１２は、本明細書で定義するイオン平衡手段を備えていてよい。更に、本発明は、この実施形態の変形形態を企図し、それらの変形形態は、複数の揮発性酸及び／又は塩基結合層２０、例えば検知層２と通気性層３との間にある第２の揮発性酸及び／又は塩基結合層２０を備え、又は、検知層２若しくは通気性層３とは異なる厚さで揮発性酸及び／又は塩基結合層２０を備える。揮発性酸及び／又は揮発性塩基１１は、接触媒質１２を介して化学光学センサユニットに入り、揮発性酸及び／又は塩基結合層２０内で結合又は変換され得る。
【０１０６】
図４に、本発明による化学光学センサの別の実施形態が示されている。この化学光学センサは、本明細書で定義する検知層２と、本明細書で定義する検知層２に隣接する第１の通気性層３と、本明細書で定義する揮発性酸及び／又は塩基結合層２０と、揮発性酸及び／又は塩基結合層２０に隣接する本明細書で定義する第２の通気性層３とを備える。更に、この化学光学センサは、センサユニットと皮膚１０との間の接触媒質１２を伴って動作させられる。第２の通気性層３は、本明細書で定義するイオン平衡手段を備えていてよく、又は代替実施形態では備えていなくてもよい。更に、接触媒質１２は、本明細書で定義するイオン平衡手段を備えていても、備えていなくてもよい。これは、イオン３０が化学光学センサユニットに入るのを妨げ得る。更に、本発明は、この実施形態の変形形態を企図し、それらの変形形態は、複数の揮発性酸及び／又は塩基結合層２０、例えば検知層２と通気性層３との間にある第２の揮発性酸及び／又は塩基結合層２０を備え、又は、例えば更なる揮発性酸及び／又は塩基結合層２０に隣接する更なる通気性層３を備える。更に、この層は、検知層及び／又は通気性層とは異なる厚さで提供され得る。
【０１０７】
図５に、本発明による化学光学センサの更に別の実施形態が示されている。この化学光学センサは、本明細書で定義する検知層２と、本明細書で定義する検知層２に隣接する第１の通気性層３と、本明細書で定義する揮発性酸及び／又は塩基結合層２０とを備え、揮発性酸及び／又は塩基結合層２０は、不連続構造４０を有し、即ち層のブロックとそれに続くギャップとから形成されている。更に、この化学光学センサは、センサユニットと皮膚１０との間の接触媒質を伴って動作させられる。接触媒質は、揮発性酸及び／又は塩基結合層４０のブロック間のギャップを埋めるように適合される。接触媒質１２は、本明細書で定義するイオン平衡手段を備えていても、備えていなくてもよい。更に、本発明は、この実施形態の変形形態を企図し、それらの変形形態は、複数の揮発性酸及び／又は塩基結合層２０、例えば検知層２と通気性層３との間にある第２の連続的な揮発性酸及び／又は塩基結合層２０を備える。更に、この層は、検知層２及び／又は通気性層３とは異なる厚さで提供され得る。
【０１０８】
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。更に企図される特定の実施形態では、化学光学センサユニットは、代替として、例えば微生物学的又は生物工学的製造プロセスに関連して、様々な測定目的に使用され得る。好ましくは、化学光学センサユニットは、経皮的センサユニットである。本明細書における「経皮的センサユニット」は、センサが皮膚に貼着されるべきである又は貼着され得ることを意味する。従って、センサは、被験者の皮膚を介して被験者の血液ガス濃度を測定することが可能であり、血液ガスは、皮膚を介して、本明細書において上で定義した接触媒質を通過して、化学光学センサユニット内に拡散し得る。本明細書における用語「血液ガス」は、血液中に存在し、身体から出ることが可能な気体状の物質を表し、これは、例えば皮膚を介して測定され得る。この測定は、血液のガス含有量の化学的に正確な反映が取得され得るようなものである。測定されるべき好ましい血液ガス濃度は、Ｏ２若しくはＣＯ２、又はＯ２とＣＯ２の濃度である。ＣＯ２の濃度の測定が特に好ましい。
【０１０９】
本発明の別の実施形態では、本明細書において上で定義した化学光学センサユニットは、追加の構成要素を備えていてよく、又は追加の構成要素と組み合わされてもよい。
【０１１０】
例えば、化学光学センサは、少なくとも１つの光源と組み合わされてよく、又は少なくとも１つの光源を備えていてよく、光源は、本明細書において上で定義した検知層を照射するように適合される。光源は、所定の波長での放射線、好ましくは、検知層内に存在する色素に適合された励起波長又は波長範囲での光を提供し得る。光源は、任意の適切な形態を有し、任意の適切な強度を提供し、且つ任意の適切な波長を提供し得る。光源は、好ましくは発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）でよい。
【０１１１】
更なる任意選択的な実施形態では、光源は、追加として、光案内構造と組み合わされ得る。光案内構造は、例えば、化学光学センサの検知層／透光性層上に配置され得、例えば上で定義したような化学光学センサユニットの外部の光源に接続され得る。外部光源からの光は、光案内構造内に導入され得、この光案内構造は、前記光を少なくとも１つの検知層に向けるように適合される。光案内構造は、任意の適切な光案内材料を含んでいてよい。好ましくは、光案内材料として光ファイバが使用され得、光案内構造の形態で提供され得る。従って、光ファイバは、単一のファイバとして又はファイバ束として提供され得る。従って、光案内構造に接続された光源は、外部に位置されるが、本発明による化学光学センサユニットの検知層を照射するために使用され得る。更なる実施形態では、光源は、異なるセンサユニットに到達する光案内構造を介して、複数の化学光学センサユニットに接続され得る。
【０１１２】
更に、化学光学センサは、検出デバイスと組み合わされ得る。そのような検出デバイス、例えば感光性デバイスは、検知層からの光学的応答を検知することが可能であり得、検知された光学的応答に対応する信号、例えば電気信号を発生するように適合され得る。これらの信号は、後の分析のために外部装置に更に伝送され得る。検出デバイスは、例えば本明細書で上述した色素又は色素の組合せによって提供される、検知層からの予想される光学的応答に適合され得る。
【０１１３】
更に、検出デバイスは、光案内構造を介して、本明細書で定義する化学光学センサユニットに組み合わされ得る。特定の実施形態では、光源から検知層に光を提供するのと同じ光案内構造が、検知層の光学的応答を収集し、前記光学的応答（例えば蛍光）を同じ又は異なる光ファイバを介して検出デバイスに、又は分析用の化学光学センサユニット外部の装置に案内するために使用され得る。従って、光案内構造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される入力及び／又は出力光案内構造を接続することが可能である。この実施形態では、光源と少なくとも１つの検出デバイスとを含む化学光学センサユニットに追加のユニットが接続される必要はない。
【０１１４】
従って、特定の実施形態では、光が検知層に転送され得、ルミネセンス（例えば蛍光）は、その検知層の同じ表面を通して収集され得る。代替として、化学光学センサユニットの外部にあり得る光源に例えば光ファイバを介して接続される光案内構造が、少なくとも１つの光ファイバを透過された外部光源からの光を少なくとも１つの検知層に向けるために使用され得る。ここで、少なくとも１つの検出デバイス、例えば感光性デバイスが、光学的応答を検知するために含まれてよく、例えば検知された光学的応答に対応する電気信号を発生するように適合され得る。前記信号は、分析用の外部デバイスに伝送され得る。代替として、化学光学センサユニットは、前記分析を実施し、分析結果を何らかの外部デバイスに出力するように適合され得る。
【０１１５】
好ましくは、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの検出デバイスとが、ユニットを形成し得る。更なる好ましい実施形態では、このユニットは、例えばハウジング又は構造によって、化学光学センサユニットに取外し可能に接続され得る。従って、化学光学センサユニットの幾つかの部品、例えば化学光学センサユニットの検知層、通気性層、又はハウジング及び／又は支持構造は使い捨てでよく、一方、光源及び検出デバイス等の光センサの他の部品、又は光案内構造は再使用され得る。これは、光源、検出デバイス、及び／又は電子回路等の高価な部品が交換される必要がなく、再使用され得るため、コストを削減する。
【０１１６】
特定の実施形態では、化学光学センサユニットは、２つのデバイス又は２つの部品、即ち使い捨て又はカートリッジ部品と、使い捨てでない又は再使用可能な部品とから構成され得る。特に、使い捨て又はカートリッジ部品は、受動デバイスとして機能してよく、任意の高価な電子回路を含まない。従って、この部品は、少ない労力で製造され得、それによりコストを低減し、一方、第２の使い捨てでない部品は、電子回路又は光学素子を含んでいてよく、再使用され得る。従って、様々な使い捨て部品と共に使用され得、例えば、異なるガス（例えばＯ２とＣＯ２）の濃度の測定を可能にする。それにより、化学光学センサユニットの融通性が高められ得る。
【０１１７】
上述したように化学光学センサと組み合わされ得る追加の構成要素の別の例は、少なくとも１つの加熱素子である。追加として又は代替として、化学光学センサは、少なくとも１つの温度センサを備えていてよい。例えば、化学光学センサユニットが人の皮膚に取り付けられる場合、加熱素子は、皮膚の血液潅流及び通気性を増加させるように適合され得、それにより、化学光学センサユニットの感度及び精度を、特にその経皮的用途において高める。加熱素子は、任意の適切な形態でよく、例えばダイオードの形態でよく、又は光学的距離及び熱質量を最小限にするために薄い箔を備えていてよい。代替として、加熱素子は抵抗加熱器又はダイオードでよく、それにより、加熱素子は温度センサとしても使用され得、即ち加熱素子と温度センサが同じデバイスによって形成される。これは、有利には、加熱器及び温度センサの設置に必要とされるコスト及びスペースを低減し得る。更なる実施形態では、温度センサは、例えば皮膚の外傷又は火傷を回避するために、化学光学センサユニットの温度を検知するための個別の要素として実現され得る。動作中、加熱素子並びに接触媒質及び検知層の温度は、加熱素子によって、４２℃〜４５℃の範囲内の温度まで上昇され得る。この温度範囲は、皮膚内の毛細血管血流を増加させて、毛細血管血液ガスレベルを動脈血液ガスレベルに近付け得る。従って、動作中、センサ温度は、上で定義したような、加熱素子及び／又は接触要素に含まれる少なくとも１つの温度センサによって、及び／又は個別に提供される温度センサによって測定され得る。温度は、よく定義された測定条件を有し、皮膚の火傷を防止するように制御され得る。
【０１１８】
更なる実施形態では、本明細書で定義する化学光学センサユニットは、追加として、環境からの化学光学センサの断熱、化学光学センサへの熱流束の能動的減少、及び／又は化学光学センサの熱抵抗の減少のための手段を備えていてよい。従って、例えば化学光学センサに含まれる検知層及び／又は通気性層に垂直及び／又は平行な方向での温度勾配が最小化され得、又は更にはなくされ得、それにより、勾配依存信号ドリフト（熱クリープ／熱遷移）を防止する。更に、温度勾配を抑制することによって、検知層（例えば色素）内部の励起状態及び化学的平衡に対する温度の影響が回避され得、従って、温度によるルミネセンス変化が抑制され得る。これは、ガス濃度測定の信頼性及び精度を更に高めることができる。
【０１１９】
断熱のための手段は、化学光学センサを少なくとも部分的に取り囲んでいてよく、用語「取り囲む」は、任意の側から取り囲むことを含むことがあり、しかしまた、化学光学センサの横方向の外径側部を取り囲むことも含むことがある。
【０１２０】
これに関連して、伝熱手段が存在してよく又は提供されてよく、この伝熱手段は、上で定義した化学光学センサ及び／又は断熱手段を少なくとも一部取り囲む。伝熱手段は、化学光学センサをその横方向側部で取り囲み得る。特に、化学光学センサは、円盤状又は環状でよく、伝熱手段は、前記化学光学センサを収容する中空円筒体として形作られ得る。更に、伝熱手段は、患者の皮膚に接触するように構成され得、熱を皮膚に加え、それにより皮膚の血液潅流及び通気性を高める。更に、伝熱手段は、上で定義した断熱手段によって化学光学センサから断熱されてよく、従って伝熱手段からセンサ手段に熱が流れず、それにより化学光学センサに対する温度の影響を回避する。
【０１２１】
更なる特定の実施形態では、温度センサ及び／又は加熱素子は、化学光学センサユニットの使い捨てでない又は再利用可能な部品として提供され得る。従って、温度センサ及び／又は加熱素子は、本明細書において上で定義した化学光学センサユニットの他の要素に取外し可能に接続され得る。
【０１２２】
別の態様では、本発明は、患者監視及び／又は患者の換気のためのシステムであって、本明細書において上で定義した化学光学センサユニット、換気デバイス、及び／又は監視デバイスを備えるシステムに関する。
【０１２３】
監視デバイスは、例えば、光ファイバを介して化学光学センサユニットに光を供給するため、及び検知層からルミネセンス光を受信するための光電子回路を含んでいてよい。監視デバイスは、受信された光学的応答、例えば検知層内で発生されたルミネセンス光の光強度に基づいてガス濃度を決定／計算するための手段を更に備えていてよい。監視デバイスは、加熱素子の温度を制御するための加熱器制御装置を更に備えていてよい。加熱器制御装置は、化学光学センサユニットに含まれる温度センサを使用して加熱素子の温度を検出し、検出された温度に基づいて、例えば加熱素子又は接触要素に含まれる抵抗加熱器を通って流れる電流を調節するように適合され得る。追加として、監視デバイスは、換気デバイスと通信するための手段を更に備えていてよい。前記通信手段は、少なくとも１つの通信技法、例えば有線（ケーブル）や無線（Bluetooth（登録商標）、赤外線、ＲＦ）等を含んでいてよい。好ましい実施形態では、監視デバイスは、検知層の測定／検知された光学的応答、例えばルミネセンス光の検知された強度又は減衰時間から、ガス、特にＯ２、最も好ましくはＣＯ２の濃度を計算／決定するための手段を備える。分析デバイス、例えば監視デバイスは、アルゴリズムの操作に基づいていてよく、このアルゴリズムはまた、とりわけ、ガス濃度を計算／決定するために温度の影響を補償するように適合され得る。
【０１２４】
換気デバイスは、呼吸不全の患者の侵襲的又は非侵襲的換気のための典型的な換気デバイスの関連する全ての機能を含んでいてよい。換気デバイスは、例えば、監視デバイスから受信された情報／データを表示及び記憶するための表示手段及び記憶デバイスを備えていてよい。特に、換気デバイスの表示手段は、監視デバイスによって決定されるガス、例えばＯ２又はＣＯ２の濃度を表示するように適合され得、更に、例えば医師による後の評価のため又は換気環境の閉ループ適合のために、所定の期間にわたってガス濃度情報を記憶し得る。別の実施形態では、換気デバイスは、測定／決定されたガス濃度に基づいて制御され得る。
【０１２５】
特定の実施形態では、化学光学センサユニットは、本明細書において上で定義した監視デバイス及び／又は換気デバイスに動作可能に結合され得、監視デバイスは、検知層の光学的応答を分析すること、加熱素子及び／又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少なくとも１つに適合され得る。追加として、監視デバイス又は換気デバイスは、監視されるデータを例えば時間の関数として記憶するための手段を含んでいてよい。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診断装置への転送によって、医師による分析のために後で利用可能にされ得る。
【０１２６】
以下の実施例及び図は、例示の目的で提供される。従って、それらの実施例及び図は、限定的なものと解釈されるべきではないことを理解されたい。本明細書に記載の原理の更なる修正形態を当業者が想到することが可能であることは明らかであろう。
【実施例】
【０１２７】
実施例１  −  純水へのＣＯ２の溶解
第１の実験において、純水へのＣＯ２ガスの溶解を試験した。
【０１２８】
周囲ＣＯ２分圧が上昇するとき、水に溶解された成分ＣＯ２ａｑ、Ｈ２ＣＯ３、ＨＣＯ３−、及びＣＯ３２−の濃度は、最初はそれに比例して上昇する。ｐｐｍレベルを超えると、水の酸性が上昇し、ＣＯ３２−及びＨ３Ｏ＋イオンに対する平方根依存性をもたらし、ＣＯ３２−イオン濃度は、非常に低レベルで安定する。ブレットグラフで示される経皮的測定に関連する濃度範囲で、溶解されたＣＯ２成分の総量は、ＣＯ２ａｑが主体となっており、空気中のＣＯ２ｇａｓの量にほぼ等しい（図６参照）。
【０１２９】
実施例２  −  標準の燐酸塩緩衝液へのＣＯ２ガスの溶解
第２の実験において、標準の燐酸塩緩衝液へのＣＯ２ガスの溶解を試験した。
【０１３０】
緩衝液は、酸性を安定させ、システムに進入し得る揮発性酸成分を吸収する。酸性が安定化されているため、より高い周囲ＣＯ２分圧まで、水に溶解されるイオン濃度の比率も上昇し続ける。ブレットグラフで示される経皮的測定に関連する濃度範囲で、溶解されたＣＯ２成分の総量は、ＨＣＯ３−イオンが主体となっており、空気中のＣＯ２ｇａｓの量よりもほぼ１桁大きい。ガス透過が遅いシステムにおいて、この追加のＣＯ２緩衝は、より遅い応答時間を引き起こし得る（図７参照）。
【０１３１】
実施例３  −  希釈燐酸塩緩衝液へのＣＯ２の溶解
第３の実験では、希釈燐酸塩緩衝液へのＣＯ２の溶解を試験した。
【０１３２】
緩衝液は、酸性を安定させ、システムに進入し得る揮発性酸成分を吸収する。しかし、この場合、酸性は、ブレットグラフで示される経皮的測定に関係する濃度範囲未満で既に上昇し始める。この場合、対象範囲内での溶解されたＣＯ２成分の総量は、依然としてＣＯ２ａｑが主体となっており、従って、ガス透過が遅いシステムでさえ応答時間の不利益が存在しない（図８参照）。
【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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