(57)【要約】  記載されたものは、環境の状態を検出するための、特に、生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスである。トランスデューサーデバイス（３００）は、ベース素子（３０２）、ベース素子（３０２）に形成されたものである及び電磁放射（３０６）を放出することに適合させられたものである、放射源（３０５）、ベース素子（３０２）に配置されたものである及び電磁放射（３０６）と相互作用することに適合させられたものである、光学素子（３２５）を含む。トランスデューサーデバイス（３００）は、さらに、光学素子（３２５）と相互作用してしまってある電磁放射（３２６）を受容することに適合させられたものである、放射検出器（３５０）、並びに、光学素子（３２５）へ機械的に結合させられたものである及び光学素子（３２５）の空間的な位置が変化させられるようにトランスデューサーデバイス（３００）の環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料（３４０）を含む。ベース素子（３０２）、放射源（３０５）、及び放射検出器（３５０）は、電子的な基体の材料から一体的に形成されたものである。
2010505576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、トランスデューサーデバイスであって、
ベース素子、
前記ベース素子に形成されたものであると共に電磁放射を放出することに適合させられる、放射源、
前記ベースに配置されたものであると共に前記放射源から放出されるものである前記電磁放射と相互作用することに適合させられたものである、光学素子、
前記ベース素子に形成されたものであると共に前記光学素子と相互作用してしまってある前記電磁放射を受容することに適合させられたものである、放射源、及び、
前記光学素子へ機械的に結合させられたものであると共に前記光学素子の空間的な位置が変化させられるように前記トランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料
を含む、トランスデューサーデバイスにおいて、
前記ベース素子、前記放射源、及び前記放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、前記ベース素子と一体的に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
前記放射検出器によって提供された信号を処理するための、及び／又は、前記放射源を駆動するための、専用の電子装置の回路の配置
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
エネルギーを少なくとも前記放射源及び前記放射検出器に提供するための、電力源、特にバッテリー
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
滑らかな外側の表面を有するハウジング
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
外部の受信するユニットと通信することに適合させられたものである、送信器ユニット
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射検出器は、空間的な分解能を有する、特に前記放射検出器は、個々の検出器素子のアレイを含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射検出器には、反射防止コーティングが備え付けられたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、偏向可能なミラーである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、蛍光分子の手段によって実現されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１１】
請求項１０に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記蛍光分子は、前記ヒドロゲル材料に埋め込まれたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１２】
請求項１０に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射源は、排他的に蛍光の光が、前記放射検出器の放射に敏感な側に到達するような様式で、前記放射検出器に対して相対的に配置されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射に敏感な側は、凹部を含むと共に、
前記放射源は、前記凹部の射影内に位置させられたものであると共に、
前記蛍光分子は、前記凹部の射影内に位置させられたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、第一の光学的に半反射性の層及び第二の光学的に半反射性の層の手段によって実現されたものであると共に、
前記二つの層は、相互に対して平行に配向させられたものであると共に、
前記二つの層は、前記ヒドロゲル材料を含む中間の層によって相互から分離されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記第一の光学的に半反射性の層は、前記放射検出器の放射に敏感な側に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、少なくとも部分的に、前記放射源から前記放射検出器まで延在する前記電磁放射の経路内に位置させられたものである、シャドウイング素子である、トランスデューサーデバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記シャドウイング素子は、前記放射検出器の放射に敏感な側に配置させられたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１８】
請求項１６に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記シャドウイング素子は、可動なミラーである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１９】
医薬のシステムであって、
請求項１に記載のトランスデューサーデバイス、及び、
前記トランスデューサーデバイスへ結合させられたものであると共に前記トランスデューサーデバイスによってトリガーされるときある一定の量の薬物を解放することに適合させられたものである、薬物解放デバイス
を含む、医薬のシステム。
【請求項２０】
トランスデューサーデバイスの手段によって、環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、方法であって、
前記トランスデューサーデバイスのベース素子に形成されたものである、放射源から電磁放射を放出すること、
前記ベースに配置されたものである、光学素子へ前記電磁放射を方向付けること、
前記光学素子が、前記光学素子の空間的な位置が変化させられるように前記トランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料へ結合させられたものであること、
放射検出器の手段によって前記放射源から放出されるものである前記電磁放射と少なくとも部分的に相互作用してしまってある、前記電磁放射を受容すること
のステップを含む、方法において、
前記ベース素子、前記放射源、及び前記放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、プローブを囲む材料の物理的な又は化学的な状態を検出することの分野に関係する。具体的には、本発明は、環境の状態を検出するための、特にトランスデューサーデバイスを囲む生物学的な材料内における環境の状態を検出するための、トランスデューサーデバイスに関係する。
【０００２】
さらに、本発明は、記載されたトランスデューサーデバイスを含む医薬のシステムに関係する。
【０００３】
さらには、本発明は、トランスデューサーデバイスの手段によって、環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内における環境の状態を検出するための、方法に関係する。
【背景技術】
【０００４】
［技術の背景］
小さい体積の体液をモニターすることが可能な高度に敏感な、選択的な、及び丈夫なセンサーは、応答性の薬物送達システムを開発するための鍵となる構成部品の一つである。タンパク質工学及び分子生物学は、バイオ試薬の分子設計を容易にしてきたものであるが、それらは、高い選択性、良好な応答時間、及び低い検出限界を提示するものである様々なシステムにおいて検知する素子として使用される。加えて、バイオセンサーは、神経伝達物質及びホルモンのような、生理学的に関連性のある分子について開発されてきたものである。
【０００５】
刺激応答性のヒドロゲルは、アクチュエーター、センサー、薬物送達及びバイオ分離における用途を見出してきたものである。これらの材料は、材料の物理的な性質における明確な測定可能な効果を引き起こすものである外部の刺激に対して可逆的に応答することができるものである。ヒドロゲルは、ｐＨ、イオン濃度、温度、溶媒の組成、及び電位に対して敏感なものであることが知られたものである。また、ヒドロゲルを、ターゲット分子の存在下で膨潤するように設計することができる。それらを、膨潤の規模が、存在するものであるリガンドの濃度に比例するものであることができるという方式で構築することができる。
【０００６】
米国特許出願公開第２００２／００４２０６５Ａ１号明細書（特許文献１）は、剛性の及び好ましくは生体適合性の筐体の中にヒドロゲルを有するバイオセンサーを開示する。ヒドロゲルは、固定化された分析物を結び付ける分子及び固定化された分析物を包含する。固定化された分析物は、分析物を結び付ける分子へ遊離の分析物と競争的に結び付くが、このようにヒドロゲルにおける架橋の数を変化させるものであると共に、それは、遊離の分析物の濃度に比例してそれの制限された空間におけるヒドロゲルの膨潤する傾向を変化させる。圧力トランスデューサーでヒドロゲルの圧力における変化を測定することによって、バイオセンサーは、遊離の分析物の分子の濃度を正確に測定することができるものである。記載されたバイオセンサーは、圧力トランスデューサーが、必要なものであるという不都合を有するが、それは、バイオセンサーの較正をむしろ困難なものとする。
【０００７】
米国特許出願公開第２００４／０１９４５２３Ａ１号明細書（特許文献２）は、分析物の存在下における検知する素子のインピーダンス及び厚さにおける変化をモニターすることによって気体の又は液体の媒質における化学的な及び／又は生物学的な分析物を検知するためのハイブリッドマイクロカンチレバーセンサーを開示する。検出する手段は、存在する分析物の存在及び／又は量を決定するために検知する材料の物理的な性質における変化を測定するために提供される。また、提供されるものは、特定の分析物を検出することに専用のハイブリッドセンサーのアレイであるが、それは、媒質に包含されることがある。
【０００８】
米国特許出願公開第２００２／０５６７６３Ａ１号明細書（特許文献３）は、患者内の関心のある生理学的なパラメーターを測定するための移植可能な微細加工されたセンサーデバイスを開示する。センサーデバイスは、基板、及び、関心のある生理学的なパラメーターに対して応答性のものである基板と一体的に形成された、センサーを包含する。少なくとも一つの導電性の経路は、前記の基板と一体的に形成されると共にセンサーへ結合させられる。導電性の経路に接続されるものは、能動的な回路である。能動的な回路は、センサーへ電気的に接続される。
【０００９】
米国特許出願公開第２００３／０１００８２２Ａ１号明細書（特許文献４）は、体液における分析物を生体内で検出するための移植可能なチップのバイオセンサーを開示する。バイオセンサーは、患者の体液における、グルコースのような、分析物の濃度における変化に従ってそれの押しのけ容積を変動させるように化学的に構成された分析物に敏感なヒドロゲルのスラブを含む。スラブは、支持ブロックにおける溝に配置される。バイオセンサーチップは、ヒドロゲルのスラブの押しのけ容積における変化を定量化可能に検出するように構成された外部のスキャナーによって読み出される。支持ブロックは、全てのしかし一つの寸法でヒドロゲルの膨張を抑止するために剛性の又は半剛性の支持材料で作られると共に、溝は、患者の体液及びヒドロゲルの間の接触を可能にするために半浸透性の膜で覆われた一つの又はより多くの開口部を有する。スキャンする手段は、超音波スキャナー、磁気共鳴イメージャー、又は、スラブの寸法における変化を分解することが可能なコンピューター断層撮影法のスキャナーのようないずれのタイプのイメージングデバイスでもあることがある。記載された移植可能なチップのバイオセンサーは、バイオセンサーを動作させる為には、外部のスキャナーが必要なものであるという不都合を有する。
【００１０】
米国特許出願公開第２００２／０１５５４２５Ａ１号明細書（特許文献５）は、体液における生体内の分析物を検出するための移植可能なバイオセンサーが、患者の体液における、グルコースのような、分析物の濃度における変化に従ってそれの押しのけ容積を変動させるように化学的に構成された分析物に敏感なヒドロゲルのフィラメントを含むことを開示する。バイオセンサーの内側に置かれた測光の変位トランスデューサーは、ヒドロゲルのフィラメントの変位に依存することで変動する強度の光を受容するために配置された光受容体における光の強度を検出することによるもののような、ヒドロゲルのフィラメントの押しのけ容積における変化を定量化可能に検出するように構成される。記載された移植可能なチップのバイオセンサーは、数個のセンサー構成部品が、必要なものであるという不都合を有するが、それは、（ａ）センサーの製造をむしろ複雑なものとすると共に（ｂ）センサーの構造的な形状を比較的に大きいものとする。
【００１１】
あるものは、環境の状態を検出するためのトランスデューサーデバイスを提供することの要望であることがあるが、そのトランスデューサーデバイスは、小型の構造的な形状内で製造されることができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００４２０６５Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０１９４５２３Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／０５６７６３Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０１００８２２Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／０１５５４２５Ａ１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
［発明の概要］
この要望は、独立な請求項に従った主題の事項によって満たされることがある。本発明の好都合な実施形態は、従属の請求項によって記載される。
【００１４】
本発明の第一の態様に従って、提供されるものは、環境の状態を決定するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、トランスデューサーデバイスである。トランスデューサーデバイスは、（ａ）ベース素子、（ｂ）ベース素子に形成されたものであるところの及び電磁放射を放出することに適合させられたものであるところの、放射源、（ｃ）ベース素子に配置されたものであるところの及び放射源から放出されたものである電磁放射と相互作用することに適合させられたものであるところの、光学素子、並びに（ｄ）ベース素子に形成されたものであるところの及び光学素子と相互作用してしまったものである電磁放射を受容することに適合させられたものであるところの、放射検出器を含む。トランスデューサーデバイスは、（ａ）光学素子へ機械的に結合させられたものであるところの及び光学素子の空間的な分解能が変化させられるようにトランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものであるところの、ヒドロゲル材料をさらに含む。ベース素子、放射源、及び放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである。
【００１５】
当該発明のこの態様は、十分に一体化されたビオセンシティブなトランスデューサーのそれぞれの検出器デバイスを、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、バイポーラ型マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）のような標準的な一体化の技術の工程を使用することによって実現することができるという着想に基づいたものである。これは、トランスデューサーデバイスを低いコストの工程で非常に有効に製造することができるという利点を提供することがある。それによって、電子装置の基体の材料は、好ましくはシリコン又はＧａＡｓのような半導体を含むウェハであることがある。
【００１６】
電磁放射は、可視の範囲（４００−７００ｎｍ）において最適な放射であることがある。しかしながら、また、例えば赤外の放射又は紫外の放射のような放射の他のスペクトル域が、使用されることがある。
【００１７】
放射源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光学的な能動的な素子であることがある。しかしながら、放射源は、また、ＬＥＤ若しくはレーザーダイオード又はランプのような光源へ光学的に結合させられたものであるところの、光導波路の第一の末端によって表されることがある。光導波路は、たとえば、光ファイバーケーブル又は例．ＳｉＯ２のような導波路層であることがある。
【００１８】
光学素子及び電磁放射の間の相互作用は、例．反射、透過、吸収、シャドウイング、屈折、散乱、蛍光、生物発光などのような様々な種類のものであることがある。さらに、全ての種類の相互作用は、また、電磁放射のスペクトル分布を変化させることがある。光学素子の空間的な位置を変化させることよって、放射検出器によって受容されるものである光の強度、ビーム経路、及び／又はスペクトル分布は、測定されることがある。
【００１９】
記載されたヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスは、ヒト又は動物の体の外側の及び／又はそれの内の生理学的なパラメーターの正確なモニタリングのための長く持続する移植可能なセンシングシステムを実現することを可能にする。トランスデューサーデバイスは、物理的な変化へ、例．形状、光吸収、機械的な性質及び／又は屈折率における変化へ、転換されたヒドロゲルの化学的な応用の使用をすることがある。この変化は、さらに、電気信号へ転換される。トランスデューサーデバイスは、ヒドロゲルの層内に組み込まれたものであることがあるところの、特異的なプローブを含有することができる、又は、追加的な化学的な／物理的な層との複合体を形成することができる。
【００２０】
体積の変化は、それぞれ、ヒドロゲル材料の膨潤は、存在するものである、特異的な分子の存在及び／又は量のような様々な環境の変化に基づくものであることがある。さらに、ヒドロゲル材料の体積は、環境の材料のｐＨの値のような化学的なパラメーターに、又は、例．トランスデューサーデバイスの環境の温度のような物理的なパラメーターに、敏感なものであることがある。
【００２１】
記載されたトランスデューサー素子を、環境の状態だけではないものを測定することに適合させることができることは、述べられる必要があることである。トランスデューサー素子を、むしろ環境の材料の変化を精密にモニターすることに適合させることができる。それによって、ヒドロゲル材料の絶対的な体積ではなく体積の変化は、測定される。ヒドロゲル材料の二つの体積の状態の間の差異のみを、及び、ヒドロゲル材料の絶対的な体積ではなく、測定することによって、ヒドロゲルに基づいた一体化されたトランスデューサーデバイスの較正を、非常に簡単に実行することができると共に、同時に記載されたトランスデューサーデバイスの信頼性を、顕著に改善することができる。特に医療の用途においては信頼性が、非常に重要な特徴であるので、記載されたトランスデューサーデバイスを、多種多様の用途に好都合な様式において使用することができる。
【００２２】
当該発明の実施形態に従って、光学素子は、ベース素子と一体的に形成されたものである。これは、トランスデューサーデバイスの全部を、十分に一体化されたシステムとして形成することができるという利点を提供することがある。それによって、光学素子を、マイクロエレクトロニックメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）を造るための知られた技術を用いることによって形成することができる。これは、トランスデューサーデバイスの全部を、低電力のＣＭＯＳの技術及び知られたＭＥＭＳの技術の手段によって実現することができることを意味する。この点において、ＭＥＭＳの技術は、（ａ）機械的なセンサー又はアクチュエーターのような機械的な素子及び（ｂ）電子装置の回路の両方が、一つの及び同じ電子装置の基体に形成されるところの全ての技術である。
【００２３】
当該発明のさらなる実施形態に従って、トランスデューサーデバイスは、放射検出器によって提供されるものである及び／又は放射源を駆動するために提供されるものである信号を処理するための専用の電子装置の回路の配置をさらに含む。それによって、専用の電子装置の回路の配置は、ベース素子、放射源、及び放射検出器から不連続的に又はそれらと十分に一体的に、形成されることがある。
【００２４】
専用の電子装置の回路の配置は、知られたロックインの技術を適用することによって雑音を低減する為には、変調された方式で放射源及び放射検出器の両方を制御するための変調回路を含むことがある。さらに、専用の電子装置の回路の配置は、例．トランスデューサーデバイスの動作を制御するための、マイクロコントローラー、及び／又は、獲得された測定データを一時的に記憶するためのメモリを含むことがある。
【００２５】
当該発明のさらなる実施形態に従って、トランスデューサーデバイスは、少なくとも放射源及び放射検出器にエネルギーを提供するための、電力源、特にバッテリー、をさらに含む。バッテリーは、例．対応するバッテリーを充電するデバイスからの無線の電力送信の手段によって、再充電可能なものであることがある。これは、たとえトランスデューサーが、ヒト又は動物の体の内側において生体内に位置させられるとしても、バッテリーを充電することができるという利点を提供することがある。特に、バッテリーを充電するデバイス及び再充電可能なバッテリーの間における誘導性の無線の結合は、用いられることがある。
【００２６】
しかしながら、また、誘導された電力源は、記載されたトランスデューサーシステムの単純化されたバージョンを動作させるために使用されることがあるが、それは、この場合には、バッテリーが備え付けられるものではない。
【００２７】
当該発明のさらなる実施形態に従って、トランスデューサーデバイスは、滑らかな外側の表面を有するハウジングをさらに含む。この点において、滑らかなものは、表面内の隆起が、表面の平面の寸法と比べて大幅により小さいものであることを意味する。
【００２８】
トランスデューサーデバイスの滑らかな表面のハウジングは、トランスデューサーが生体内の構成で使用される場合には、ヒトの又は動物の体の免疫系が、異物としてトランスデューサーデバイスを必ずしも速く又は少なくとも非常に速く識別するものではないことになるという利点を有することがある。これは、体による、トランスデューサーデバイスのカプセル封入が、生物体内のトランスデューサーデバイスの期待された寿命が、顕著に増加させられることになるように、遅らせられることになるという効果を有する。
【００２９】
この点で、また、水に基づいた材料の使用が、カプセル封入の工程をさらに減速することは、述べられる必要があることである。これは、ヒドロゲルを、移植可能な長く持続する化学物理的なセンサー用のベースとして極度に魅力的なものにする。
【００３０】
当該発明のさらなる実施形態に従って、トランスデューサーデバイスは、送信器ユニットをさらに含むが、それは、外部の受信するユニットと通信することに適合させられたものである。これは、トランスデューサーデバイスが、生体内の用途に使用されるとすれば、トランスデューサーデバイスを、患者の体内の薬物のレベルをモニターすることに使用することができるという利点を提供することがある。それによって、外部の受信するユニットとの通信が、無線の方式で実行される。
【００３１】
もちろん、受信するユニットは、また、警報デバイスが備え付けられたものであるかもしれないが、それは、血管痛、（脳）卒中、癌の再発のような疾患の状態の始まりによって起動させられる。変更に従って、トランスデューサーデバイスは、医薬が、例．要求された用量で適切な時間に、適切に投与されたかどうかを検出することができるものである。これが当てはまらない場合であるとすれば、トランスデューサーデバイスは、警告信号を開始することができる。それによって、薬物の生物学的利用能は、増加させられることになる。
【００３２】
トランスデューサーデバイスが、さらにモニタリング手段が提供されることがあることは、述べられる必要があることである。それによって、モニタリング手段を、−体に対して外部の又は移植可能な−、別の医療のデバイスを検知すると共にそれにデータを送ることができるところのモニタリングシステムに使用することができる。
【００３３】
当該発明のさらなる実施形態に従って、放射検出器は、空間的な分解能を有する；特には、放射検出器は、個々の検出器素子のアレイを含む。それによって、アレイは、放射検出器が、ラインセンサーを表すように、線形のアレイであることができる、又は、アレイは、検出器素子の二次元の配置であることができる。空間的な分解の検出器は、特に光学素子が、放射源から放出されるものである電磁放射の空間的な伝播を変化させるとすれば、使用されることがある。
【００３４】
当該発明のさらなる実施形態に従って、放射検出器は、反射防止コーティングが備え付けられたものである。これは、放射検出器によって検出されるものである信号を、トランスデューサーデバイスの信号対雑音比が、増加させられることになるように、向上させることができるという利点を提供することがある。反射防止コーティングは、放射検出器が作られるところの半導体材料と比べてより低い屈折率を有する材料から作られることがある。このコーティングは、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は二酸化チタン（ＴｉＯ２）と同様の耐引っ掻き性の反射防止材料の薄膜であることができる。最適な性能のために、コーティングは、使用された光の波長の四分の一に等しい厚さを有する。
【００３５】
放射検出器は、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタ、光伝導体、ショットキーフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、又はいずれの他の光学的な検出器の手段によっても、実現されることがある。
【００３６】
当該発明のさらなる実施形態に従って、光学素子は、偏向可能なミラーである。偏向可能なミラーを使用することは、偏向可能なミラーへ結合させられるものであるヒドロゲルの比較的小さい体積変化でさえも、ミラーから反射させられるものである電磁放射の空間的な伝播の顕著な変化を引き起こすことができるという利点を提供することがある。従って、偏向可能なミラーに基づいたものであるトランスデューサーデバイスの構成は、ヒドロゲルの比較的小さい体積の変化のみが期待されるとすれば、原則として適切なものである。
【００３７】
偏向可能なミラーから反射されるものである放射の伝播の方向の空間的な変動を、好ましくは、空間的な分解の検出器の手段によって検出することができる。しかしながら、また空間的な分解能を有するものではない放射検出器は、用いられることがあるが、その放射検出器は、偏向の振幅に依存することで、放射の強度の多かれ少なかれ小さいフラクションが、検出器に突き当たるように、配置される。従って、検出された光の強度は、それぞれヒドロゲルの体積の変化に対する偏向の程度に対応する。
【００３８】
偏向可能なミラーを、ベース素子と一体として形成することができる。この場合には、偏向可能なミラーは、好ましくは、ＭＥＭＳの手順の手段によって、形成される。対応するＭＥＭＳの手順は、放射源の後で実行されることがあると共に、放射検出器及び適用可能なものであるとすれば専用の電子装置の回路部品は、ウェハ、好ましくは例．シリコン又はＧａＡｓから作られた半導体ウェハ、内で形成される。
【００３９】
一体的に形成された偏向可能なミラーの反射率を増加させる為には、ミラーの表面を、金属の層でコートすることができる。特に、偏向可能なミラーが、シリコン又はポリシリコンから形成されるとすれば、ミラーは、金属の層で、窒化物の層で、酸化物の層で、及び／又は、高い反射率を提供するいずれの他の材料でも、コートされることがある。
【００４０】
あるいは、偏向可能なミラーを、適当な接着する技術の手段によってベース素子へ固定することができる。
【００４１】
当該発明のさらなる実施形態に従って、光学素子は、蛍光分子の手段によって実現される。それによって、蛍光分子の空間的な位置決めは、ヒドロゲル材料の現実の体積に関係付けられる。この状況において、測定の原理は、ヒドロゲルの体積の変化が、起こるとき、励起された蛍光分子が、合計の蛍光の光の異なるフラクションが放射検出器に到達するように、異なる立体角で放射検出器を照明するという事実に基づいたものである。この点において、蛍光の光が、全ての方向において（即ち、４πの立体角において）放出されることは、述べられることである。
【００４２】
ヒドロゲル材料及び光学素子の間における有効な機械的な結合を提供する為には、蛍光分子を、ヒドロゲルの少なくとも一つの側をカバーする層の手段によってヒドロゲル材料へ付けることができる。
【００４３】
当該発明のさらなる実施形態に従って、蛍光分子は、ヒドロゲル材料に埋め込まれたものである。これは、蛍光分子を比較的大きい体積内に分配することができるという利点を提供することがある。それによって、蛍光分子の有効な励起を実現することができる。
【００４４】
当該発明のさらなる実施形態に従って、排他的に蛍光の光が放射検出器の放射に敏感な側に到達するような様式で放射検出器に相対的な放射源は、配置されたものである。これは、オフセット（雑音）信号を引き起こすものである、放射源から放出されるものである直接的な光が、放射検出器に到達することができることがほとんどないという利点を提供することがある。従って、弱い蛍光信号でさえも、背景の信号から区別することができる。
【００４５】
当該発明のさらなる実施形態に従って、（ａ）放射に敏感な側は、凹部を含む、（ｂ）放射源は、凹部の射影内に位置させられたものである、及び（ｃ）蛍光分子は、凹部の射影内に位置させられる。それによって、射影の方向は、少なくとも角度的に、好ましくは放射検出器の放射に敏感な側の表面に対して垂直に、配向させられたものである。このような構成は、放射検出器が、蛍光分子を完全に囲むので、蛍光の光の検出の量子収率が、増加させられるという利点を提供することがある。それによって、トランスデューサーデバイスの小さい全体的な構成を考慮に入れることによって、発生させられた蛍光の光の比較的大きいフラクションは、放射検出器に到達することになる。
【００４６】
放射検出器の放射に敏感な側は、輪状の環の形状を有することがある。これは、トランスデューサーデバイスが、円柱形の対称性を含むことを意味する。しかしながら、二次式の、長方形の、又はいずれの他の可能性のある不規則な形状のような放射に敏感な側のまた他の幾何学的な形状を、用いることができる。
【００４７】
当該発明のさらなる実施形態に従って、光学素子は、第一の光学的に半反射性の層及び第二の光学的に半反射性の層の手段によって、実現される。それによって、二つの層は、相互に対して平行に配向させられると共に、二つの層は、ヒドロゲル材料を含む中間の層によって相互から分離される。
【００４８】
これと共に記載された構成は、放射検出器の能動的な側の前方に形成されるものであるファブリーペロー共振器を含む。与えられたスペクトル分布について、ファブリーペロー共振器の強度伝達が、共振器の厚さ、即ち、二つの光学的に半反射性のものの間における間隔に強く依存するので。ファブリーペローに基づいた構成は、ヒドロゲルの層の厚さの非常に小さい変化に対してさえも非常に敏感なものである。
【００４９】
もちろんファブリーペロー共振器をもまた、スペクトル分解能を有する放射検出器との接続で使用することができることは、述べられる必要があることである。それによって、共振器を透過させられるものである光のスペクトル分布は、ヒドロゲルの層の現実の厚さを反射させる。
【００５０】
さらに、ファブリーペロー共振器の感度のそれぞれのスペクトル分解能が、半反射度の層の透過度のそれぞれの反射性に依存することは、述べられる必要があることである。透過度がより大きいものであればあるほど、より大きいものは、トランスデューサーデバイスの感度のそれぞれのスペクトル分解能である。
【００５１】
ファブリーペロー共振器が備え付けられるものである放射検出器の放射に敏感な側は、円又は輪状の環の形状を有することがある。これは、トランスデューサーデバイスが、円柱形の対称性を含むことを意味する。しかしながら、二次の、長方形の又はいずれの他の可能性のある不規則な形状のような放射に敏感な側のまた他の幾何学的な形状は、使用されることがある。
【００５２】
当該発明のさらなる実施形態に従って、第一の光学的に半反射性の層は、放射検出器の放射に敏感な側に形成されたものである。これは、ファブリーペロー共振器が、放射検出器に直接的に位置させられるという利点を提供することがある。従って、トランスデューサーデバイス全体を、比較的小さい及び小型の設計内で実現することができる。
【００５３】
当該発明のさらなる実施形態に従って、光学素子は、シャドウイング素子であるが、それは、放射源から放射検出器まで延びる電磁放射の経路内に少なくとも部分的に位置させられたものである。それによって、シャドウイング素子は、検出器に到達する電磁放射のフラクションが、ヒドロゲル材料の体積に強く依存するというような様式でヒドロゲル材料へ結合させられる。ヒドロゲル材料の特別な設計に依存するが、これは、環境の状態の迅速な及び精密な検出を可能にすることがある。
【００５４】
放射検出器に到達する電磁放射のフラクションを、一体化する検出器の手段によって測定することができることは、述べられる必要があることであるが、それは、単純に電磁放射の強度を測定する。しかしながら、また空間的な分解の検出器は、精密に放射検出器に突き当たる放射の強度を測定する為には、使用されることがある。
【００５５】
当該発明のさらなる実施形態に従って、シャドウイング素子は、放射検出器の放射に敏感な側に配置されたものである。これは、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス全部を、比較的小さい及び小型の設計内で実現することができるという利点を提供することがある。
【００５６】
当該発明のさらなる実施形態に従って、シャドウイング素子は、可動なミラーである。これは、有効なシャドウイング素子を、適当な反射させる材料の比較的薄い層の手段によって実現することができるという利点を提供することがある。反射に基づいたシャドウイングは、さらに、あるものが、放射吸収の全くないもの又はほとんどないもののみであるという利点を提供することがある。従って、シャドウイング素子は、たとえシャドウイング素子が放射検出器からの全ての放射を遮断するとしても、トランスデューサーデバイスの温度の上昇を発生させることが全くない又は無視できるもののみであることになる。
【００５７】
当該発明のさらなる態様に従って、提供されるものは、医療のシステムである。提供された医療のシステムは、（ａ）上に記載された実施形態のいずれの一つにも従ったトランスデューサーデバイス、並びに、（ｂ）トランスデューサーシステムに結合させられるところの及び、トランスデューサーデバイスによってトリガーされるとき、ある一定の量の薬物を解放することに適合させられるところの、薬物解放デバイスを含む。
【００５８】
当該発明のこの態様は、自動の薬物療法の用途を、適当な薬物解放デバイスと上述したトランスデューサーデバイスを結合させることによって実現することができるという着想に基づいたものである。それによって、トランスデューサーデバイスは、患者の体内に生体内で組み込まれることがある。トランスデューサーデバイスの予め定義された環境の状態又は環境の変化の検出の際に、薬物の解放をトリガーすることができる。薬物治療された薬物の用量は、環境の状態に又は環境の変化の強さに関係付けられることがある。言い換えれば、トランスデューサーデバイスが、ターゲット化された分子又は環境の変化を検知するとき、トランスデューサーデバイスは、電気信号を生じさせるが、それは、例．医療のシステムに組み込まれたリザーバからの、薬物の解放をトリガーすることができる。
【００５９】
もちろん電気信号の時間の発展の電気信号を、また、記憶する及び医師がより後にアクセスすることができることは、述べられる必要があることである。進歩したトランスデューサーデバイスは、また、別の体内のシステム又は体の外側への無線通信リンクを通じてデータが送られることがある。
【００６０】
後に続くものにおいて、医療のシステムの好都合な例示的な用途を、手短に記載することにする：時々心筋梗塞を患う患者が、時間内に緊急救命室に到達することができない：彼（女）らは、閉ループの薬物送達システムを代表する記載された医療のシステムと共に心臓のマーカー用の移植されたセンサーから価値のある、生命を維持する利益を受けるであろう。
【００６１】
移植可能な応答性の医療のシステムの追加的な利点は、それが、知られた危険因子で患者におけるパラメーター及び疾患のマーカーのセットを連続的にモニターすることができるというものである。医師は、センシングデバイスによって得られたデータを検査することによって患者の健康における変化を密接に追跡することができるであろう。
【００６２】
当該発明のさらなる態様に従って、提供されるものは、トランスデューサーデバイスの手段による、環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、方法である。提供された方法は、（ａ）トランスデューサーデバイスのベース素子に形成されたものであるところの、放射源から電磁放射を放出すること、及び（ｂ）ベース素子に配置されたものであるところの、光学素子へ電磁放射を方向付けること、のステップを含む。それによって、光学素子は、光学素子の空間的な位置が変化させられるようにトランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるとき、それの体積を変化させることに適合させられたものであるところの、ヒドロゲル材料へ結合させられたものである。提供された方法は、さらに（ｃ）放射検出器の手段によって、放射源から放出されるものである電磁放射と少なくとも部分的に相互作用してしまってあるところの、電磁放射を受容することを含む。ベース素子、放射源、及び放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである。
【００６３】
当該発明のこの態様は、環境の材料の状態を、十分に一体化されたビオセンシティブなトランスデューサーのそれぞれの検出器デバイスの手段によって測定することができるという着想に基づいたものである。これは、トランスデューサーデバイスを、例．知られた及び標準的な集積回路（ＩＣ）の技術を用いることによって、非常に有効に製造することができるという利点を提供することがある。それによって、電子装置の基体の材料は、好ましくは半導体を含むウェハであることがある。
【００６４】
電磁放射は、特に、スペクトルの可視の部分における光学的な放射であることがある。しかしながら、例えば赤外の放射又は紫外の放射のような放射のまた他のスペクトルの範囲は、使用されることがある。
【００６５】
光学素子及び電磁放射の間の相互作用は、例．反射、透過、吸収、シャドウイング、屈折、蛍光、生物発光などのような、様々な種類のものであることがある。さらに、全ての種類の相互作用は、また、電磁放射のスペクトル分布を変化させることがある。光学素子の空間的な位置を変化させることによって、放射検出器から受容されるものである光の強度、ビーム経路、及び／又はスペクトル分布は、測定される。
【００６６】
ヒドロゲル材料の体積変化は、特異的な分子の存在及び／又は量のような様々な環境の変化に基づいたものであることがある。さらに、記載された方法を、生体内のもの及び試験管内のものの両方に適用することができる。
【００６７】
当該発明の実施形態が、異なる主題の事項を参照して記載されてきたものであることは、留意される必要があることである。特に、いくつかの実施形態は、他の実施形態が方法タイプの請求項を参照して記載されてきたものであるのに対して、装置タイプの請求項を参照して記載されてきたものである。しかしながら、当業者は、上記の及び後に続く記載から、他に通知されたのではない限り、主題の事項の一つのタイプに属する特徴の組み合わせに追加して、また、異なる主題の事項に関係する特徴の間の、特に装置タイプの請求項の特徴及び方法タイプの請求項の特徴の間の、いずれの組み合わせも、この出願で開示されるものであることが考慮されることを推測すると思われる。
【００６８】
本発明の上に定義された態様及びさらなる態様は、以後に記載されるものである実施形態の例から明白なものであると共に実施形態の例を参照して説明される。当該発明を、実施形態の例を参照して以後により詳細に記載することにするが、しかしそれらに当該発明が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
［図面の簡単な説明］
【図１】図１は、薬物モニタリングデバイスとして使用することができるところの、トランスデューサーデバイスの概略的な図解を示す。
【図２】図２は、トランスデューサーデバイス及び無線の送信ルートの手段によってトランスデューサーデバイスへ結合させられるものである薬物解放デバイスを含む医療のシステムを示す。
【図３ａ】図３ａは、偏向可能なミラーを含むヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの断面図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａに描かれたようなヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスにおいて展開するところの、光の経路の幾何学を示唆する図面を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、ＭＥＭＳの技術を使用することによって基板に形成されたものであるところの、偏向可能なミラーを示す。
【図４ａ】図４ａは、ヒドロゲルの層に埋め込まれたものである蛍光分子を含むヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの断面図を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａに描かれたようなヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの上面図を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、図４ａに描かれたようなヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの検出器に到達する蛍光放射の立体角を計算するための図面を示す。
【図５ａ】図５ａは、ヒドロゲルの層の反対の表面に形成されたものであるファブリーペロー共振器を含むヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの断面図を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａに描かれたようなヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの上面図を示す。
【図６】図６は、一体的に形成された放射検出器へ方向付けられるものである放射の少なくとも一部分をシャドウイングするための可動なミラー素子を含むヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイスの断面図を示す。
【図７】図７は、モニターされた分析物の濃度における変化の際におけるヒドロゲル材料の解膨潤のそれぞれの膨潤を図解する図面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
［詳細な説明］
図面における図解は、概略的なものである。異なる図において、類似の又は同一の要素には、同じ符号が又は最初の桁内でのみで対応する符号と異なるものであるところの、符号が提供されることは、留意されることである。
【００７１】
図１は、薬物モニタリングデバイスとして使用することができるところの、トランスデューサーデバイス１００の単純な概略的な図を示す。トランスデューサーデバイス１００は、トランスデューサーデバイス１００の複数の構成部品が埋め込まれたものであるところのハウジング１０１を含む。ハウジング１０１の外側の表面は、トランスデューサーデバイス１００の生体内の用途において、トランスデューサーデバイス１００のカプセル封入が減速させられるように滑らかなものである。このようなカプセル封入は、典型的には、ヒト又は動物の体の免疫系によって引き起こされるが、それは、異物としてトランスデューサーデバイス１００をより早く又はより遅く識別することになる。トランスデューサーデバイス１００の遅延させられたカプセル封入のおかげで、患者の体内のトランスデューサーデバイス１００の寿命は、低減されることになる。
【００７２】
トランスデューサーデバイス１００は、放射源１０５を含むが、それは、ここに記載された実施形態に従って発光ダイオード１０５である。発光ダイオード１０５は、電子装置の基板と一体的に形成されたものであるが、それは、図１に描かれないことである。発光ダイオード１０５は、電磁放射１０６を放出するが、それは、センサーブロック１２０に到達する。センサーブロック１２０は、少なくとも部分的に一体的な様式で発光ダイオード１０５のそれぞれの電子装置の基板と共に形成されたものである。センサーブロック１２０の構成部品及び異なる実施形態を、以下で詳細に記載することにする。
【００７３】
トランスデューサーデバイス１００は、専用の電子装置１８１をさらに含むが、それらは、発光ダイオード１０５を駆動するための及び／又は描かれたものではない放射検出器によって提供されるものである信号のデータを評価するための電子装置の回路の配置を包含する。電子装置の回路の配置は、知られたロックインの技術を活用することによって雑音を低減する為には、変調された方式において放射源及び放射検出器の両方を制御するための変調回路を含む。専用の電子装置１８１は、また、例．トランスデューサーデバイスの動作及び／又は獲得された測定データを一時的に記憶するためのメモリの動作を制御するための、マイクロコントローラーを含む。
【００７４】
さらに、トランスデューサーデバイス１００は、電力源１８２を含むが、それは、ここに記載された実施形態に従って、バッテリー１８２である。バッテリー１８２は、例．対応するバッテリーを充電するデバイスからの無線の電力送信の手段によって、再充電可能なものであることがある。
【００７５】
さらには、トランスデューサーデバイス１００は、送信器ユニット及び／又は受信器ユニット１８３が備え付けられたものである。送信器ユニットは、描かれたものではない外部の受信するユニットと通信することに適合させられたものである。従って、トランスデューサーデバイスが、生体内の用途において使用されるとすれば、トランスデューサーデバイス１１０を、患者の体内の薬物レベルをモニターするために使用することができる。それによって、外部の受信するユニットとの通信は、無線の様式で実行される。
【００７６】
図２は、医療のシステム２９５を示すが、それは、トランスデューサーデバイス２００を含む。トランスデューサーデバイス２００は、図１に図解されたトランスデューサーデバイス１００に対応する。医療のシステム２９５は、薬物解放デバイス２９６をさらに含むが、それは、無線の送信ルート２９８の手段によってトランスデューサーデバイス２００に結合させられる。薬物解放デバイス２９６は、描かれないものであるリザーバが備え付けられたものであるが、そのリザーバは、医薬を受容することに適合させられたものである。トランスデューサーデバイス２００の予め定義された環境の状態又は環境の変化の検出の際に、薬物の化解放をトリガーすることができる。薬物治療された薬物の用量を、環境の状態に又は環境の変化の強さに関係付けることができる。言い換えれば、トランスデューサーデバイス２００が、ターゲット化された分子又は環境の変化を検知するとき、トランスデューサーデバイス２００は、電気信号を生じさせるが、それは、例．医療のシステム２９５において組み込まれるものであるリザーバから、薬物解放をトリガーすることができる。
【００７７】
図３ａは、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス３００の断面図を示す。トランスデューサーデバイス３００は、ベース素子３０２を含むが、それは、電子装置の基板から作られたものである。電子装置の基板３０２内に形成されたものは、凹部３０３であるが、それは、発光ダイオード３０５を収容する。発光ダイオード３０５は、上方の方向において光軸３０６ａに沿って電磁放射３０６を放出する。
【００７８】
電子装置の基板３０２の上部の表面に形成されるものでは、光学素子３２５であるが、それは、電磁放射３０６と相互作用することに適合させられたものである。ここに記載された実施形態に従って、光学素子３２５は、偏向可能なミラーである。偏向可能なミラー３２５は、適当なＭＥＭＳの技術を適用することによって、基板３０２から一体的に形成されたものである。トランスデューサーデバイス３００の電子装置の回路部品が、標準的な、例．ＣＭＯＳの、技術を使用することによって形成されたものであるので、トランスデューサーデバイス３００の全部は、最初にＣＭＯＳの技術及びより後に適当なＭＥＭＳの技術を適用することによって十分に一体化された設計で実現される。
【００７９】
偏向可能なミラー３２５は、ヒドロゲル材料３４０へ機械的に結合させられたものである。ヒドロゲル材料３４０は、反射防止コーティング３５２に位置させられたものであるが、それは、たとえば酸化物又は窒化物の層を含む薄膜の透明な層である。薄膜の透明な層３２５は、放射検出器３５０の能動的な表面にそれぞれ基板３０２の上部の表面に形成されたものである。
【００８０】
放射検出器３５０は、複数の個々の検出器素子３５０ａを含むが、それらは、線形のアレイに配置されたものである。従って、放射検出器３５０は、空間的な分解能を可能にするが、それによって個々の検出器素子３５０ａは、トランスデューサーデバイス３００の電子装置の回路部品へ適当に結合させられたものである。放射源３０５から放出されるものである電磁放射３０６は、電磁放射３２６が、放射検出器３５０に突き当たるように、光学素子３２５で反射させられる。
【００８１】
ヒドロゲル材料３４０は、ある形態で収容されるが、それは、明りょうさの目的のために、図３ａには描かれないものである。形態は、トランスデューサーデバイス３００を動作させるとき、ヒドロゲル材料３４０は、トランスデューサーデバイス３００を囲む環境の材料と接触の状態になるような様式で整形されるが、その環境の材料は、たとえば、ある一定の濃度の生体分子を含む。この濃度が、変化するとき、ヒドロゲル材料３４０は、それの体積を変化させることになる。それによって、矢印３４１によって示唆されたように、ヒドロゲル材料３４０は、ヒドロゲル材料が、膨張させられた状態３４０ａをとることになるように、膨潤することになる。ヒドロゲル材料３４０のこの膨張は、偏向可能なミラー３２５のさらなる偏向を引き起こすことになる。従って、さらなるミラーの偏向は、
材料の環境の変化を表すが、それと共にヒドロゲル３４０は、トランスデューサーデバイス３００を囲む材料のそれぞれ接触した状態である。ヒドロゲル３４０の体積の変化の原因であるところの化学的な原理は、図７を参照して以下により詳細に膨張させられることになる。
【００８２】
ヒドロゲル材料３４０，３４０ａの膨潤の際に、反射させられた電磁放射３２６は、異なる位置で空間的な分解の検出器３５０に突き当たることになる。この位置の変動は、環境の変化の強さについての尺度である。
【００８３】
この点で、放射源が、例．コリメートされてない放射３０６を透過させる発光ダイオード３０５であるとすれば、もちろん、電磁放射３２６が、比較的幅広い空間的な分布で検出器に突き当たることになることは、強調されることである。しかしながら、偏向可能なミラー３２５のさらなる曲がりの際に、この空間的な分布の空間的な中心の位置は、移動することになる。この空間的な分布の位置のシフトを、放射検出器３５０で簡単に検出することができる。
【００８４】
トランスデューサーデバイス３００のこの構成を、そこでは偏向可能なミラー３２５がヒドロゲルの膨潤の際に曲がるが、空間的な分解能を有するものではない空間的に一体化する検出器でもまた実現することができることは、さらに指摘されることである。この場合には、偏向可能なミラー３２５のさらなる曲がりは、ミラー３２５によって反射させられるものである光の全てが、必ずしも検出器３５０に到達することになるものではないという効果を有することになる。従って、測定された光３２６の強度は、トランスデューサーデバイス３００を囲む材料の環境の状態のそれぞれのヒドロゲルの膨潤に依存することで、変動することになる。
【００８５】
図３ｂは、光の経路の三角法を示唆する図面を示すが、それらは、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス３００において展開する。それによって、なされるものは、偏向可能なミラー３２５が、まっすぐな構造であるという仮定であるが、それは、ヒドロゲルの膨潤の強さに依存するが、基板３０２の表面に関して異なる角度的な位置αそれぞれβを採用する。さらに、なされるものは、光源３０６が、光軸３０６ａに沿ってコリメートされた発散しないビームを放出するという仮定である。図３ｂの助けで、人は、後に続く等式：
【００８６】
【数１】
2010505576.tif 000003
【００８７】
【数２】
2010505576.tif 000004
を、簡単に導出することができる。
【００８８】
それによって、ｈ１及びｈ２は、高さの位置であるが、そこでは、放射ビームは、偏向可能なミラー３２５に当たる。パラメーターｌは、光軸３０６ａ、及び、まっすぐなミラー３２５が、旋回する様式で表面３０２へ固定されるところの位置の間の水平な距離である。角度２α及び２βは、まっすぐな偏向可能なミラー３２５の表面に関する光の経路３２６の反射角度である。
【００８９】
汎用の妥当な三角法の式
【００９０】
【数３】
2010505576.tif 000005
を使用することで、人は、後に続く表現：
【００９１】
【数４】
2010505576.tif 000006
を得る。
【００９２】
それによって、ｘ１及びｘ２は、反射させられた光３２６が、検出器３５０に突き当たるところの位置である。
【００９３】
ヒドロゲルの膨張係数
【００９４】
【数５】
2010505576.tif 000007
を定義するとき、人は、
【００９５】
【数６】
2010505576.tif 000008
：を得ることができる。
【００９６】
検出器アレイまでの初期の距離を、
【００９７】
【数７】
2010505576.tif 000009
：から導出することができる。
【００９８】
今、体積における１０％の増加のそれぞれの横方向のサイズにおける３％の増加に対応する典型的なアプリケーションパラメーターの値：ｌ＝１００μｍ、α＝３０°、及びκ＝１．０３を考慮すると、人は、
【００９９】
【数８】
2010505576.tif 000010
：を簡単に計算することができる。
【０１００】
結果から見て取ることができるように、膨潤する際の小さいヒドロゲルの体積変化でさえも、検出器３５０へ反射させられた光スポットの位置における顕著な変化を導入することになる。これは、トランスデューサーデバイス３００のこの構成を、小さい体積変化のみをうけるところのヒドロゲル３４０にもまた適切なものにする。入射の初期の角度αを増加させると、入る光の中心からの反射させられたスポットの中心の距離における差異は、顕著に増加する。しかしながら、人は、もちろん入射の角度が、そうでなければ反射させられた放射３２６が、偏向可能なミラー３２５より下に配置されるものである検出器３５０に到達するのではないことになるため、４５°度を決して超過するべきではないものであることを考慮する必要がある。
【０１０１】
また、ヒドロゲルを、一つの方向のみにおける横方向の変化に至るものである、一方の側で基板へ固定することができる。そのつぎに、体積における１０％の変化は、システムを（例．極度に小さい変化に適切な）より敏感なものにするものである、１０％の横方向の変化に帰着することになる。
【０１０２】
図３ｃは、電子装置の基板３０２を示すが、それにおいて偏向可能なミラー３２５は、一体的に形成されたものである。偏向可能なミラー３２５は、カンチレバーの形状を有する。好ましくは、偏向可能なミラー３２５は、知られたＭＥＭＳの技術を使用することによって形成されたものである。十分に一体化された構成においてトランスデューサーデバイス３００を製造するとき、シリコンウェハで行われた最初の標準的なＣＭＯＳの手順において、凹部３０３、光源３０５、検出器３５０、及び描かれたものではない電子装置の回路部品は、形成される。第二の後工程において、薄膜の透明な層３５２及び偏向可能なミラー３２５は、形成される。
【０１０３】
図４ａは、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス４００の断面図を示す。トランスデューサーデバイス４００は、ベース素子４０２を含むが、それは、電子装置の基板から作られたものである。電子装置の基板４０２内に形成されるものは、凹部４０３であるが、それは、発光ダイオード４０５を収容する。発光ダイオード４０５は、上方の方向における光軸４０６ａに沿って電磁放射４０６を放出する。
【０１０４】
電子装置の基板４０２の上部の表面に形成されるものは、放射検出器４５０である。ここに記載された実施形態に従って、電子装置の基板４０２それぞれ放射検出器４５０は、凹部それぞれ中心に配置されたものである光源４０５と共に円柱状の対称性を含む。放射源４０５及び放射検出器４５０の両方は、電子装置の及び光電子装置の回路部品を製造するために知られた標準的なＣＭＯＳの技術を適用することによって電子装置の基板４０２と一体的に形成されたものであることがある。
【０１０５】
図４ａから見て取ることができるように、薄膜の透明な層４５２は、放射検出器４５０の能動的な表面にそれぞれ基板４０２の上部の表面に形成されたものである。層４５２に配置されるものは、ヒドロゲル材料４４０である。ヒドロゲル材料４４０内に埋め込まれるものは、蛍光分子４２５であるが、それらは、光学素子を表す。蛍光分子４２５は、少なくともヒドロゲルの層４４０の励起の領域４４５内に埋め込まれたものであるが、その領域４４５は、凹部４０３より上に位置させられたものである。
【０１０６】
放射源４０５から放出されるものである光４０６は、蛍光分子４２５を励起する。蛍光分子４２５の脱励起の後に、蛍光の光４２６は、４πの十分な立体角へ放出されることになる。これは、蛍光の光４２６が、全ての方向に透過させられることになることを意味する。しかしながら、それのある一定のフラクションは、放射検出器４５０の光に敏感な上側の側面に突き当たることになる。それによって、検出器４５０に到達する放射４２６の立体角は、放射検出器４５０の光に敏感な表面に関する蛍光分子４２５の鉛直の位置に依存する。
【０１０７】
環境の変化を検知するためのトランスデューサーデバイス４００を動作させるとき、ヒドロゲル材料４４０は、トランスデューサーデバイスを囲む環境の材料と接触した状態になる。それによって、図３ａと併せて上に記載したような膨潤は、起こる。ヒドロゲル材料４４０の膨潤が、検出された蛍光放射４２６のフラクションが変化することになるように、埋め込まれた蛍光分子４２５の鉛直の位置のシフトを引き起こすことになることは、明りょうなことである。
【０１０８】
ヒドロゲル材料４４０は、図４ａに描かれたものではないある形態で収容されたものである。形態は、ヒドロゲル材料４４０が、トランスデューサーデバイス４００の環境の材料と接触した状態になることがあるような様式で整形される、鉛直の寸法、即ち、ヒドロゲル材料４４０の厚さは、変化する。しかしながら、変化させられた環境と接触した状態になる際のヒドロゲル材料４４０の水平のシフトが、また、環境の変化を検出するために、可能性のあるものであることがあるとは、指摘される必要があることである。それによって、蛍光分子４２５が、領域４４５内に大体は埋め込まれたものであると共にヒドロゲル材料４４０の全部にわたって均質に分配されたのではないものであることは、必要なことである。
【０１０９】
図４ｂは、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス４００の上面図を示す。光軸４０６ａのまわりに対称的に形成された輪状の形状を有する放射検出器４５０の光に敏感な表面を、見て取ることができる。放射検出器４５０の中心に形成されるものは、励起領域４４５である。励起領域４４５は、半径ｄを有する、放射検出器４５０は、放射源４５０の半径ｄ＋ｌに至る壁の厚さｌを有する。
【０１１０】
もちろん放射検出器４５０それぞれトランスデューサーデバイス４００の全部のまた他の幾何学的な形状が、可能性のあるものであることがあることは、述べられる必要があることである。このような形状は、たとえば、二次の、長方形の、楕円の、又はいずれの他の不規則な形状をも包含する。
【０１１１】
後に続くものにおいて、このような蛍光に基づいたトランスデューサーデバイス４００の感度の見積もりを与える計算は、与えられることになる。それによって、参照は、図４ａに描かれたようなヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス４００の検出器４５０に到達する蛍光放射４２６の立体角を計算するための図面を示す図４ｃへなされる。
【０１１２】
蛍光分子が、均質に分配させられたものであることを考慮すると、後に続く計算は、蛍光分子が、照射された領域の体積４４５の幾何学的な中心に濃縮されたものであるという仮定の下でなされたものである。この仮定が、現実の状況からの顕著なずれを引き起こすものではないことは、結局わかってきたことである。検出器に到達する蛍光の光からのフラクションを、
【０１１３】
【数９】
2010505576.tif 000011
：で表現することができる。
【０１１４】
それによって、ＩＦは、検出器に到達する蛍光の光の強度である、ＩＴＦは、合計の蛍光の放射である、ΩＦは、検出可能な蛍光の光に対応する合計の立体角のセグメントであると共に、ΩＴＦ＝４πは、合計の立体角である。ΩＦを、図４ｃ及び後に続く等式：
【０１１５】
【数１０】
2010505576.tif 000012
【０１１６】
【数１１】
2010505576.tif 000013
を使用することで計算することができる。
【０１１７】
薄膜のヒドロゲルの層が、使用されるとすれば、後に続く項：
【０１１８】
【数１２】
2010505576.tif 000014
は、適用可能である。
【０１１９】
それから、人は、後に続く表現：
【０１２０】
【数１３】
2010505576.tif 000015
を得る。
【０１２１】
今、典型的なアプリケーションパラメーターの値：ｄ＝１００μｍ、ｌ＝２００μｍ、及びｈＦ＝５μｍを考慮すると、人は、
【０１２２】
【数１４】
2010505576.tif 000016
：を簡単に計算することができる。
【０１２３】
これは、言い換えれば、合計の放出された蛍光放射の２．５％が、放射検出器４５０によって収集されることになることを意味する。
【０１２４】
後に続くものにおいて、蛍光に基づいたトランスデューサーデバイス４００によって生じさせられた典型的に期待された電気信号の見積もりは、与えられることになる：
蛍光は、主として、後に続くパラメーターによって影響を及ぼされる：
ａ）入射のエネルギーに到達する励起光子のフラックスΦｅｘ［個の光子・秒−１・ステラジアン−１］：
【０１２５】
【数１５】
2010505576.tif 000017
それによって、Ｅｅｘは、単位ワットＷにおける励起ビームの光学的なパワーである。
【０１２６】
ｂ）蛍光のエネルギー収率ηは、吸収されたエネルギーに対する放出された蛍光のエネルギーの比である。このパラメーターは、材料依存性のものである。良好な蛍光体は、１／２と比べてより大きいエネルギー収率の比を有する。
【０１２７】
ｃ）収集の立体角ΩＦ、即ち、放出された光が収集されるところの合計の角度。これは、パラメーターであるが、それを、感度をさらに改善するために検出器の設計において簡単に変動させることができる。
【０１２８】
ｄ）ヒドロゲル材料における励起光の吸光係数εκは、最も一般的に最適化された変数である。材料の化学的な組成物を変更することは、吸光係数を変えることができる。
【０１２９】
ｅ）蛍光信号は、溶液における光の経路の長さｌｐに比例するものである。吸収を最大にするために、入射の光は、可能な限り多くの照射された化合物を通過する必要がある。
【０１３０】
ｆ）蛍光信号は、試料が線形のダイナミックレンジ内にある限り、濃度κで線形に増加することになる。
【０１３１】
その次に、蛍光信号についての全体の等式は、
【０１３２】
【数１６】
2010505576.tif 000018
：によって定義される。
【０１３３】
Ｓｆの単位は、［個の光子・秒−１］である。
【０１３４】
トランスデューサーデバイス４００において使用することができるところの蛍光分子４２５についての例は、ＡＴＴＯ５２０であるが、それを、ＡＴＴＯ−ＴＥＣ  ＧｍｂＨ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ  １０  ０８  ６４，Ｄ−５７００８  Ｓｉｅｇｅｎ；Ｇｅｒｍａｎｙから得ることができる。ＡＴＴＯ５２０の物理的な性質は、後に続く表１において与えられる：
【０１３５】
【表１】
2010505576.tif 000019
表１：蛍光分子ＡＴＴＯ５２０の物理的な性質
濃度１μモルで蛍光分子４２５、０．００５ｍｍの光路長、及び約２５０ｍｃｄの発光強度の光学的な源４０５を有すると、人は、秒当たりの蛍光の光子の生じさせられた量についての見積もりをなすことができる。結果は、後に続く表２に与えられたものである。
【０１３６】
【表２】
2010505576.tif 000020
表２：秒当たりの蛍光の光子の要求された量を見積もるためのパラメーター
光検出器４５０が、５４５ｎｍの波長での０．３５ＡＷ−１の応答Ｒを有することを仮定すると、人は、電気信号の量を簡単に見積もることができる。それによって、人は、最終的に、トランスデューサーデバイス４００によって生じさせられた見積もられた電流について後に続く結果を得る：
【０１３７】
【数１７】
2010505576.tif 000021
それによって、単位Ａは、アンペアを表す。
【０１３８】
トランスデューサーデバイス４００を、放射に敏感な光学的な検出器４５０としてフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタ、光伝導体、ショットキーフォトダイオード、又はアバランシェフォトダイオードを使用することによって実現することができる。全体的な信号を増加させる為には、人は、より長い、例．１秒を超過する、時間間隔で信号の積分を実行することができる。信号を、検出器４５０より上に適当な薄膜の反射防止コーティング４５２を置くことによってさらに向上させることができる。コーティング４５２について、検出器４５０の材料と比較された際により高い屈折率を有する材料は、使用されることがある。このような材料は、例．酸化ケイ素又は窒化ケイ素である。
【０１３９】
図４ａに示されたトランスデューサーデバイス４００を、例．ＣＭＯＳプラスいくつかの“中の”及び／又は“後の”工程のステップのような標準的な工程の技術を使用することで実施することができる。検出器４５０及び要求された電子装置の回路部品を、シリコンウェハの中へ初期に実施することができる。後の工程のステップは、例えば、励起光源４０５のための凹部４０３の形成において伴われる。光の窓を表す層４５２を、例．乾式の及び湿式のエッチングのようなＭＥＭＳの技術を使用することで作り出すことができる。ヒドロゲル材料４４０は、最後の工程のステップにおいて堆積させられると共に重合させられる。
【０１４０】
蛍光に基づいたトランスデューサーセンサー４００は、膨潤する際の体積において顕著に変化するところのヒドロゲル４４０に特別に適切なものである。膨潤することについての典型的な値は、１００％である、即ち、ヒドロゲル材料４４０の体積は、二の係数で変化することがある。このようなゲルについての例は、メタクリル酸（ＭＭＡ）である。このヒドロゲルは、ｐｈ＝４及びｐｈ＝９の間の範囲における囲む環境のｐＨにおける変化の際に（体積において）１５倍と比べてより多く膨潤する。これは、図４ａに示唆された距離ｈＦにおける約２．５倍の横方向の変化に至る。
【０１４１】
描かれたものではない形態が、ヒドロゲル材料４４０に提供されることがあることは、述べられる必要があることであるが、その形態は、鉛直のｚ方向へのヒドロゲル４４０の構造的な膨潤を限定する。これは、蛍光分子に基づいたトランスデューサーデバイス４００によって提供された信号における変化をさらに向上させることになる。
【０１４２】
図５ａは、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス５００の断面図を示す。トランスデューサーデバイス５００は、ベース素子５０２を含むが、それは、電子装置の基板から作られる。
【０１４３】
電子装置の基板５０２の上部の表面に形成されるものは、放射検出器５５０である。ここに記載された実施形態に従って、電子装置の基板５０２それぞれ放射検出器５５０は、円柱状の対称性を含む。放射検出器５５０は、電子装置の及び光電子装置の回路部品を製造するための知られた標準的なＣＭＯＳの技術を適用することによって、電子装置の基板５０２と一体的に形成されたものであることがある。
【０１４４】
電子装置の基板５０２それぞれ放射検出器５５０の上側の表面に提供されるものは、第一の半反射性の層５２５ａ及び第二の半反射性の層５２５ｂを含むファブリーペロー共振器である。二つの半反射性の層の間において、それらは、組み合わせでトランスデューサーデバイス５００の光学素子を表すが、形成されるものは、ヒドロゲルの層５４０である。言い換えれば、ヒドロゲルの層５４０は、第一の半反射性の層５２５ａ及び第二の半反射性の層５２５ｂによって挟まれる。
【０１４５】
ヒドロゲル材料５４０が、トランスデューサーデバイス５００の環境の変化と接触した状態になるとき、膨張させられた状態５４０ａに至るヒドロゲル５４０の膨潤は、起こることになる。鉛直の方向に沿ったこの膨張は、矢印５４１によって示唆される。
【０１４６】
ファブリーペロー干渉計の知られた原理に従って、電磁放射５０６は、それが、描かれてない光源によって放出されたものであるが、第二の半反射性の層５２５ｂに突き当たる。二つの層５２５ａ及び５２５ｂの半反射率のおかげで、光学的な共振器は、放射検出器５５０の上部に形成されたものである。この共振器の長さは、ヒドロゲルの層５４０の厚さに強く依存するが、その厚さは、それ自体が、トランスデューサーデバイス５００を囲む材料の環境の状態に依存する。共振器の厚さは、スペクトル分布に、及びその結果として、層５２５ａより下に位置決めされるものである検出器５５０に到達する放射の強度にもまた、強い影響を有する。従って、検出器５５０に到達する放射の光の強度及び／又はスペクトル分布を測定することによって、共振器の厚さ、及び結果として、トランスデューサーデバイス５００の環境の状態を、評価することができる。もちろん、信号の評価は、入射の光５０６のスペクトル分布に強く依存する。
【０１４７】
図５ｂは、ファブリーペローに基づいたトランスデューサーデバイス５００の上面図を示す。上部に見て取ることができるものは、第二の半反射性の層５２５ｂ、ヒドロゲル材料５４０、及び第一の半反射性の層５２５ａを含むファブリーペロー共振器である。第一の半反射性の層５２５ａは、放射検出器５５０の放射に敏感な表面を主に覆う構造化された形状を含む。放射検出器５５０は、相互に関して横方向にシフトさせられるものである複数の異なる検出器素子を含む。複数のこれらの検出器素子は、一次元の又は二次元のアレイに配置されることがある。
【０１４８】
図６は、ヒドロゲルに基づいたトランスデューサーデバイス６００の断面図を示す。トランスデューサーデバイス６００は、第一のベース素子６０２及び第一のベース素子６０２と一体的に形成されたものである二つの放射検出器６５０を含む。第一のベース素子は、電子装置の基板６０２である。トランスデューサーデバイス６００は、第二のベース素子６０４をさらに含むが、それは、また、電子装置の基板から作られたものであることがある。二つのベース素子６０２及び６０４の間において提供されるものは、ヒドロゲル材料６４０である。二つのベース素子６０２及び６０４は、ヒドロゲル材料６４０の横方向の膨張のみを可能にする形態を表す。従って、ヒドロゲル材料６４０が、トランスデューサーデバイス６００を囲む変化させられた環境の材料と接触した状態になるとき、ヒドロゲル材料６４０は、水平に膨張することになるが、膨張させられた状態６４０ａに至るものである。膨張は、矢印６４１によって示唆される。
【０１４９】
ヒドロゲル材料６４０は、二つのシャドウイングデバイス６２５と機械的に結合させられるが、それらは、描かれたものではない放射源から放出されたものであるところの、入射の光６０６を、検出器６５０に到達することから、少なくとも部分的に遮断する。ヒドロゲル材料６４０が、水平に膨張する又は収縮するとき、検出器６５０に到達する入射の光６０６のフラクションは、変動することになる。従って、受容された光の感度は、トランスデューサーデバイス６００を囲む環境の材料の状態についての尺度である。
【０１５０】
シャドウイング素子６５０は、それが、この出願に記載されたトランスデューサーデバイスに関しては光学素子を表すが、好ましくは、可動なミラーである。ミラーによって引き起こされた光の反射は、あるものが、ヒドロゲル６４０及びミラー６２５を含む機械的なシステムの温度を簡単に安定なものに保つことができるように、光吸収の全くない又は無視できるもののみであるという利点を有する。これは、ミラーの移動の機械的な精度、及びその結果として、また記載したトランスデューサーデバイス６００の感度が、向上させられることになるという利点を提供することがある。
【０１５１】
図７は、モニターされた分析物の濃度における変化の際のヒドロゲル材料７４０の膨潤それぞれ解膨潤を図解する図面を示す。ヒドロゲル材料７４０の圧縮された状態において、分析物及び分析物を結び付ける分子は、それらが、ヒドロゲル７４０の骨格７４２に両方とも接続されたものであるが、遊離の分析物の助けで一緒に結び付けられたものである。環境の状態が、遊離の分析物の濃度を顕著に増加させることによって変化するとすれば、あるものは、分析物の及び対応する遊離の分析物のポケットが、異なる遊離の分析物によって占有されることになるように存在する十分な遊離の分析物である。これは、膨張させられた状態７４０ａまでヒドロゲル材料７４０の膨張を引き起こすことになる。膨張は、矢印７４１によって示唆される。
【０１５２】
それに応じて、ヒドロゲル材料７４０ａの圧縮は、骨格７４２へ結合させられるものである分析物が、また骨格７４２へ結合させられるものである分析物を結び付ける分子へ直接的に結び付けられることになるように、遊離の分析物の取り除きによって引き起こされることになる。
【０１５３】
後に続くものにおいて、与えられるものは、表３であるが、それにおいては、異なるヒドロゲル、それらの応答性、及び対応する好適なトランスデューサーデバイスの構成の例が、与えられる。それによって、（ａ）構成Ｉは、偏向可能なミラーを使用するトランスデューサーデバイス３００を表記すると共に（ｂ）構成ＩＩは、蛍光分子を使用するトランスデューサーデバイス４００を表記する。
【０１５４】
構成Ｉ及びＩＩは、構成Ｉが、好ましくは、小さい変化（例．膨潤のおかげで体積の変化＜１００％）をうけるところのヒドロゲルに適切なものであると共に構成ＩＩが、好ましくは、大きい変化（例．膨潤のおかげで体積の変化＞１００％）をうけるところのヒドロゲルに適切なものであるという意味において、相互に対して相補的なものである。
【０１５５】
【表３】
2010505576.tif 000022
2010505576.tif 000023
表３：異なるヒドロゲル、それらの応答性、及び対応する好適なトランスデューサーデバイスの構成の例。
【０１５６】
後に続くものにおいて、与えられるものは、表４であるが、それにおいては、具体的に仕立てられた分析物を結び付ける分子及びバイオセンシングに適切なものであるヒドロゲルについての対応する分析物についての例は、与えられる。
【０１５７】
【表４】
2010505576.tif 000024
表４：分析物を結び付ける分子及びバイオセンシングについて適切なものであるヒドロゲルについての対応する分析物についての例。
【０１５８】
用語“を含む”が、他の要素又はステップを排除するものでないと共に“ある”は、複数を排除するものではないことは、留意されるべきことである。また、異なる実施形態との関連で記載された要素は、組み合わせられることがある。請求項における符号が、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことは、また留意されるべきことである。
【符号の説明】
【０１５９】
符号のリスト：
１００  トランスデューサーデバイス／生体感応性の検出器／薬物モニタリングデバイス
１０１  ハウジング
１０５  放射源／発光デバイス
１０６  電磁放射
１２０  センサーブロック
１８１  専用の電子装置
１８２  電力源／バッテリー
１８３  送信器ユニット／受信器ユニット
２００  トランスデューサーデバイス
２９５  医薬のシステム
２９６  薬物解放デバイス
２９８  送信ルート
３００  トランスデューサーデバイス
３０３  凹部
３０２  ベース素子／電子装置の基板
３０５  放射源／発光ダイオード
３０６  電磁放射
３０６ａ  光軸
３２５  光学素子／偏向可能なミラー
３２６  光学素子との相互作用の後の電磁放射／偏向可能なミラーにおける反射の後の電磁放射
３４０  ヒドロゲル材料
３４０ａ  ヒドロゲル材料（膨張させられた状態）
３４１  膨張
３５０  放射検出器
３５０ａ  検出器素子
３５２  反射防止コーティング／薄膜の透明な層
４００  トランスデューサーデバイス
４０２  ベース素子／電子装置の基板
４０３  凹部
４０５  放射源／発光ダイオード／励起光源
４０６  電磁放射
４０６ａ  光軸
４２５  光学素子／蛍光分子
４２６  光学素子との相互作用の後の電磁放射／蛍光分子から再放出された電磁放射
４４０  ヒドロゲル材料
４４５  励起の領域
４５０  放射検出器
４５２  反射防止コーティング／薄膜の透明な層
５００  トランスデューサーデバイス
５０２  ベース素子／電子装置の基板
５０６  電磁放射
５４０  ヒドロゲル材料
５４０ａ  ヒドロゲル材料（膨張させられた状態）
５４１  膨張
５５０  放射検出器
５２５ａ  光学素子／第一の半反射性の層
５２５ｂ  光学素子／第二の半反射性の層
６００  トランスデューサーデバイス
６０２  ベース素子／電子装置の基板
６０４  第二のベース素子／第二の電子装置の基板
６０６  電磁放射
６２５  光学素子／シャドウィング素子／可動なミラー
６４０  ヒドロゲル材料
６４０ａ  ヒドロゲル材料（膨張させられた状態）
６４１  膨張
６５０  放射検出器
７４０  ヒドロゲル材料
７４０ａ  ヒドロゲル材料（膨張させられた状態）
７４１  膨張
７４２  ヒドロゲルの骨格
【図１】
2010505576.tif 000025
【図２】
2010505576.tif 000026
【図３ａ】
2010505576.tif 000027
【図３ｂ】
2010505576.tif 000028
【図３ｃ】
2010505576.tif 000029
【図４ａ】
2010505576.tif 000030
【図４ｂ】
2010505576.tif 000031
【図４ｃ】
2010505576.tif 000032
【図５ａ】
2010505576.tif 000033
【図５ｂ】
2010505576.tif 000034
【図６】
2010505576.tif 000035
【図７】
2010505576.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
米国特許出願公開第２００２／０１５５４２５Ａ１号明細書（特許文献５）は、患者の体液における、グルコースのような、分析物の濃度における変化に従ってそれの押しのけ容積を変動させるように化学的に構成された分析物に敏感なヒドロゲルのフィラメントを含むところの体液における生体内の分析物を検出するための移植可能なバイオセンサーを開示する。バイオセンサーの内側に置かれた測光の変位トランスデューサーは、ヒドロゲルのフィラメントの変位に依存することで変動する強度の光を受容するために配置された光受容体における光の強度を検出することによるもののような、ヒドロゲルのフィラメントの押しのけ容積における変化を定量化可能に検出するように構成される。記載された移植可能なチップのバイオセンサーは、数個のセンサー構成部品が、必要なものであるという不都合を有するが、それは、（ａ）センサーの製造をむしろ複雑なものとすると共に（ｂ）センサーの構造的な形状を比較的に大きいものとする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
これと共に記載された構成は、放射検出器の能動的な側の前方に形成されるものであるファブリーペロー共振器を含む。与えられたスペクトル分布について、ファブリーペロー共振器の強度伝達が、共振器の厚さ、即ち、二つの光学的に半反射性のものの間における間隔に強く依存するので、ファブリーペローに基づいた構成は、ヒドロゲルの層の厚さの非常に小さい変化に対してさえも非常に敏感なものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
もちろん電気信号又は電気信号の時間の発展を、また、記憶する及び医師がより後にアクセスすることができることは、述べられる必要があることである。進歩したトランスデューサーデバイスは、また、別の体内のシステム又は体の外側への無線通信リンクを通じてデータが送られることがある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
図１は、薬物モニタリングデバイスとして使用することができるところの、トランスデューサーデバイス１００の単純な概略的な図を示す。トランスデューサーデバイス１００は、トランスデューサーデバイス１００の複数の構成部品が埋め込まれたものであるところのハウジング１０１を含む。ハウジング１０１の外側の表面は、トランスデューサーデバイス１００の生体内の用途において、トランスデューサーデバイス１００のカプセル封入が減速させられるように滑らかなものである。このようなカプセル封入は、典型的には、ヒト又は動物の体の免疫系によって引き起こされるが、それは、異物としてトランスデューサーデバイス１００をより早く又はより遅く識別することになる。トランスデューサーデバイス１００の遅延させられたカプセル封入のおかげで、患者の体内のトランスデューサーデバイス１００の寿命は、増加させられることになる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
放射源４０５から放出されるものである光４０６は、蛍光分子４２５を励起する。蛍光分子４２５の脱励起の後に、蛍光の光４２６は、４πの十分な立体角へ放出されることになる。これは、蛍光の光４２６が、全ての方向に透過させられることになることを意味する。しかしながら、蛍光の光のある一定のフラクションは、放射検出器４５０の光に敏感な上側の側面に突き当たることになる。それによって、検出器４５０に到達する放射４２６の立体角は、放射検出器４５０の光に敏感な表面に関する蛍光分子４２５の鉛直の位置に依存する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
蛍光に基づいたトランスデューサーセンサー４００は、膨潤する際の体積において顕著に変化するところのヒドロゲル４４０に特別に適切なものである。膨潤することについての典型的な値は、１００％である、即ち、ヒドロゲル材料４４０の体積は、二の係数で変化することがある。このようなゲルについての例は、メタクリル酸（ＭＭＡ）である。このヒドロゲルは、ｐＨ＝４及びｐＨ＝９の間の範囲における囲む環境のｐＨにおける変化の際に（体積において）１５倍と比べてより多く膨潤する。これは、図４ａに示唆された距離ｈＦにおける約２．５倍の横方向の変化に至る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
シャドウイング素子６２５は、それが、この出願に記載されたトランスデューサーデバイスに関しては光学素子を表すが、好ましくは、可動なミラーである。ミラーによって引き起こされた光の反射は、あるものが、ヒドロゲル６４０及びミラー６２５を含む機械的なシステムの温度を簡単に安定なものに保つことができるように、光吸収の全くない又は無視できるもののみであるという利点を有する。これは、ミラーの移動の機械的な精度、及びその結果として、また記載したトランスデューサーデバイス６００の感度が、向上させられることになるという利点を提供することがある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５８】
用語“を含む”が、他の要素又はステップを排除するものでないと共に“ある”は、複数を排除するものではないことは、留意されるべきことである。また、異なる実施形態との関連で記載された要素は、組み合わせられることがある。請求項における符号が、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことは、また留意されるべきことである。
［構成例］
［構成例（１）］
環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、トランスデューサーデバイスであって、
ベース素子、
前記ベース素子に形成されたものであると共に電磁放射を放出することに適合させられる、放射源、
前記ベースに配置されたものであると共に前記放射源から放出されるものである前記電磁放射と相互作用することに適合させられたものである、光学素子、
前記ベース素子に形成されたものであると共に前記光学素子と相互作用してしまってある前記電磁放射を受容することに適合させられたものである、放射源、及び、
前記光学素子へ機械的に結合させられたものであると共に前記光学素子の空間的な位置が変化させられるように前記トランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料
を含む、トランスデューサーデバイスにおいて、
前記ベース素子、前記放射源、及び前記放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（２）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、前記ベース素子と一体的に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（３）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスであって、
前記放射検出器によって提供された信号を処理するための、及び／又は、前記放射源を駆動するための、専用の電子装置の回路の配置
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
［構成例（４）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスであって、
エネルギーを少なくとも前記放射源及び前記放射検出器に提供するための、電力源、特にバッテリー
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
［構成例（５）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスであって、
滑らかな外側の表面を有するハウジング
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
［構成例（６）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスであって、
外部の受信するユニットと通信することに適合させられたものである、送信器ユニット
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
［構成例（７）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射検出器は、空間的な分解能を有する、特に前記放射検出器は、個々の検出器素子のアレイを含む、トランスデューサーデバイス。
［構成例（８）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射検出器には、反射防止コーティングが備え付けられたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（９）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、偏向可能なミラーである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１０）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、蛍光分子の手段によって実現されたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１１）］
構成例（１０）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記蛍光分子は、前記ヒドロゲル材料に埋め込まれたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１２）］
構成例（１０）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射源は、排他的に蛍光の光が、前記放射検出器の放射に敏感な側に到達するような様式で、前記放射検出器に対して相対的に配置されたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１３）］
構成例（１２）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射に敏感な側は、凹部を含むと共に、
前記放射源は、前記凹部の射影内に位置させられたものであると共に、
前記蛍光分子は、前記凹部の射影内に位置させられたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１４）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、第一の光学的に半反射性の層及び第二の光学的に半反射性の層の手段によって実現されたものであると共に、
前記二つの層は、相互に対して平行に配向させられたものであると共に、
前記二つの層は、前記ヒドロゲル材料を含む中間の層によって相互から分離されたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１５）］
構成例（１４）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記第一の光学的に半反射性の層は、前記放射検出器の放射に敏感な側に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１６）］
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、少なくとも部分的に、前記放射源から前記放射検出器まで延在する前記電磁放射の経路内に位置させられたものである、シャドウイング素子である、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１７）］
構成例（１６）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記シャドウイング素子は、前記放射検出器の放射に敏感な側に配置させられたものである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１８）］
構成例（１６）に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記シャドウイング素子は、可動なミラーである、トランスデューサーデバイス。
［構成例（１９）］
医薬のシステムであって、
構成例（１）に記載のトランスデューサーデバイス、及び、
前記トランスデューサーデバイスへ結合させられたものであると共に前記トランスデューサーデバイスによってトリガーされるときある一定の量の薬物を解放することに適合させられたものである、薬物解放デバイス
を含む、医薬のシステム。
［構成例（２０）］
トランスデューサーデバイスの手段によって、環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、方法であって、
前記トランスデューサーデバイスのベース素子に形成されたものである、放射源から電磁放射を放出すること、
前記ベースに配置されたものである、光学素子へ前記電磁放射を方向付けること、
前記光学素子が、前記光学素子の空間的な位置が変化させられるように前記トランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料へ結合させられたものであること、
放射検出器の手段によって前記放射源から放出されるものである前記電磁放射と少なくとも部分的に相互作用してしまってある、前記電磁放射を受容すること
のステップを含む、方法において、
前記ベース素子、前記放射源、及び前記放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである、方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、トランスデューサーデバイスであって、
ベース素子、
前記ベース素子に形成されたものであると共に電磁放射を放出することに適合させられる、放射源、
前記ベースに配置されたものであると共に前記放射源から放出されるものである前記電磁放射と相互作用することに適合させられたものである、光学素子、
前記ベース素子に形成されたものであると共に前記光学素子と相互作用してしまってある前記電磁放射を受容することに適合させられたものである、放射源、及び、
前記光学素子へ機械的に結合させられたものであると共に前記光学素子の空間的な位置が変化させられるように前記トランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料
を含む、トランスデューサーデバイスにおいて、
前記ベース素子、前記放射源、及び前記放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものであると共に、
前記トランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、
偏向可能なミラー；
蛍光分子の手段によって実現されたもの；
ファブリーペロー共振器の手段によって実現されたもの；又は
可動なミラーであるシャドウイング素子
である、トランスデューサーデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、前記ベース素子と一体的に形成されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
前記放射検出器によって提供された信号を処理するための、及び／又は、前記放射源を駆動するための、専用の電子装置の回路の配置
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
エネルギーを少なくとも前記放射源及び前記放射検出器に提供するための、電力源、特にバッテリー
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスであって、
外部の受信するユニットと通信することに適合させられたものである、送信器ユニット
をさらに含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射検出器は、空間的な分解能を有する、特に前記放射検出器は、個々の検出器素子のアレイを含む、トランスデューサーデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射検出器には、反射防止コーティングが備え付けられたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、偏向可能なミラーである、トランスデューサーデバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、蛍光分子の手段によって実現されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記蛍光分子は、前記ヒドロゲル材料に埋め込まれたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１１】
請求項９に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記放射源は、排他的に蛍光の光が、前記放射検出器の放射に敏感な側に到達するような様式で、前記放射検出器に対して相対的に配置されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、第一の光学的に半反射性の層及び第二の光学的に半反射性の層の手段によって実現されたファブリーペロー共振器であると共に、
前記二つの層は、相互に対して平行に配向させられたものであると共に、
前記二つの層は、前記ヒドロゲル材料を含む中間の層によって相互から分離されたものである、トランスデューサーデバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載のトランスデューサーデバイスにおいて、
前記光学素子は、少なくとも部分的に、前記放射源から前記放射検出器まで延在する前記電磁放射の経路内に位置させられたものである、シャドウイング素子である、トランスデューサーデバイス。
【請求項１４】
医薬のシステムであって、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のトランスデューサーデバイス、及び、
前記トランスデューサーデバイスへ結合させられたものであると共に前記トランスデューサーデバイスによってトリガーされるときある一定の量の薬物を解放することに適合させられたものである、薬物解放デバイス
を含む、医薬のシステム。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のトランスデューサーデバイスの手段によって、環境の状態を検出するための、特に生物学的な材料内の環境の状態を検出するための、方法であって、
前記トランスデューサーデバイスのベース素子に形成されたものである、放射源から電磁放射を放出すること、
前記ベースに配置されたものである、前記光学素子へ前記電磁放射を方向付けること、
前記光学素子が、前記光学素子の空間的な位置が変化させられるように前記トランスデューサーデバイスの環境の材料と接触した状態になるときそれの体積を変化させることに適合させられたものである、ヒドロゲル材料へ結合させられたものであること、
放射検出器の手段によって前記放射源から放出されるものである前記電磁放射と少なくとも部分的に相互作用してしまってある、前記電磁放射を受容すること
のステップを含む、方法において、
前記ベース素子、前記放射源、及び前記放射検出器は、電子装置の基体の材料から一体的に形成されたものである、方法。
【国際調査報告】
2010505576.tif 000037
2010505576.tif 000038
2010505576.tif 000039