(57)【要約】本明細書で、他の検体と一緒に患者のグルコースまたは乳酸塩レベルを測定するのに使用することができる連続検体センサーの実施形態が開示される。いくつかの実施形態では、組織または患者の血管内にセンサーを配置することができ、一般にセンサーに隣接した患者の皮膚上にプローブを配置することができる。プローブは、センサーから生じ、検体レベルに依存する。【選択図】図１
2017523863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーであって：
分子が検体と相互作用する間に標的と相互作用するように構成された分子と；
前記標的と相互作用して発光シグナルを生成するように構成された発光色素であって、信号の変化は前記標的の濃度に関連する前記発光色素と；
前記発光色素に作動可能に結合された前記分子を備えた複数の反応チャンバーであって、前記発光色素は前記複数の反応チャンバーの各々の内部または前記複数の反応チャンバーの各々の外側に配置され、前記複数の反応チャンバーは、全体として反復パターンで整列している前記複数の反応チャンバーと；
前記複数の反応チャンバーと連通する少なくとも１つの標的透過性開口部／表面と；
前記複数の反応チャンバーと連通する少なくとも１つの検体透過性開口部と、
を備えた、前記センサー。
【請求項２】
前記発光色素はポルフィリン色素である、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記検体はグルコースであり、前記分子はグルコースオキシダーゼである、請求項１または２に記載のセンサー。
【請求項４】
前記検体は乳酸塩であり、前記分子は乳酸オキシダーゼである、請求項１または２に記載のセンサー。
【請求項５】
前記検体は溶存ガスである、請求項１または２に記載のセンサー。
【請求項６】
第１の前記発光色素とは異なって発光する基準発光色素をさらに備え、前記基準発光色素は前記分子に作動可能には結合されていない、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項７】
前記基準発光色素は、前記複数の反応チャンバーに流体的に接続されていない基準チャンバーに配置されている、請求項６に記載のセンサー。
【請求項８】
前記センサーは、少なくとも２つの異なる分子及び少なくとも１つの異なる発光色素を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項９】
前記分子は、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、サレオシンオキシダーゼ、チラミンオキシダーゼ、アシル−ＣｏＡオキシダーゼ及びＮＡＤＰＨオキシダーゼからなる群から選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された反射要素をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された無線周波数識別源をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された磁気要素をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された電子伝導要素をさらに備える、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１４】
前記センサーは、前記センサーに取り付けられる光源をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記標的は酸素であり、前記相互作用は酸化分解である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１６】
前記信号は、前記発光信号の強度及び／または寿命である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１７】
前記相互作用は分解を含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１８】
センサーシステムであって：
標的と相互作用して発光信号を生成するように構成された少なくとも１つの発光色素であって、信号変化は前記標的の濃度に関連している、前記少なくとも１つの発光色素と；
検体の分解中に前記標的と相互作用する分子と；
前記分子を備えた複数の反復反応チャンバーであって、前記複数の反復反応チャンバーは標的透過性開口部／表面及び検体透過性開口部と連通している、前記複数の反復反応チャンバーと
を備えたセンサーと；
少なくとも１つの発光色素を励起して発光するように配置された光源と；
前記センサーの発光を受信するように配置された少なくとも１つの検出器を備えたプローブと、
を備えたセンサーシステム。
【請求項１９】
前記変化は、前記発光信号の強度及び／または寿命の変化である、請求項１８に記載のセンサーシステム。
【請求項２０】
前記光源は前記プローブ内に配置され、光ガイドが前記センサーに光を提供することができる、請求項１８〜１９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２１】
前記センサーは、前記光源と前記プローブの間に配置される、請求項１８〜１９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２２】
前記センサーは患者に埋め込まれ、前記光源は前記患者の組織内の前記センサーに隣接して配置される、請求項２１に記載のセンサーシステム。
【請求項２３】
前記プローブは、患者の組織内に配置され、前記光源は前記患者の前記組織内に配置される、請求項１８〜１９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２４】
前記プローブ及び光源は、患者の組織内に配置される、請求項１８〜１９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２５】
前記プローブは患者の組織内に配置され、前記光源は前記患者の前記組織上に配置される、請求項１８〜１９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２６】
前記プローブ及び光源は患者の組織上に配置される、請求項１８〜１９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２７】
前記プローブは前記検体のレベルが閾値に達した場合のアラームを備える、請求項１８〜２６のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２８】
前記プローブは、前記発光の現在及び／または過去のセンサー値を操作するアルゴリズムによって促されるアラームを備える、請求項１８〜２６のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項２９】
前記アルゴリズムは、時間の経過とともに前記センサー信号の下の合計または面積で動作する、請求項２８に記載のセンサーシステム。
【請求項３０】
光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ガスレーザー、化学レーザー、色素レーザー、金属蒸気レーザー、固体レーザー、または半導体レーザーからなる群から選択される、請求項１８〜２９のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項３１】
前記センサーは皮膚に埋め込まれる、請求項１８〜３０のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項３２】
前記センサーはガムに埋め込まれる、請求項１８〜３０のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項３３】
前記センサーは筋肉に埋め込まれる、請求項１８〜３０のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項３４】
前記複数の反復反応チャンバーの各々は、互いに近接した発光色素、分子、及び検体を有し、各反応チャンバーは、ほぼ同時に照射されるように構成される、請求項１８〜３３のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項３５】
前記センサー及び光源は第１のセンサー及び第１の光源であり、前記システムは、第２の埋め込み可能なセンサー及び第２の光源をさらに備え、前記第１のセンサー及び光源は対になっておりかつ前記第２のセンサー及び光源は対になっており、前記第１のセンサー及び光源は第１の検体を分析するように構成され、前記第２のセンサー及び光源は、第２の検体を分析するように構成される、請求項１８〜３４のいずれか１項に記載のセンサーシステム。
【請求項３６】
センサーを患者に挿入することであって、前記センサーは、複数の全体として反復する反応チャンバーを備え、各反応チャンバーは、標的と相互作用して発色信号を生成するように構成された発色色素を有し、ここで信号の変化は、前記標的の濃度、検体の分解中に前記標的と相互作用する分子、及び互いに近位の検体に関連する、前記センサーを患者に挿入することと；
前記センサー上の前記患者の皮膚にプローブを適用することと；
発光色素が発光するように光源により前記センサーを照射することと；
前記検体のレベルを決定するために前記プローブによって前記発光を検出することと、
を含む、検出方法。
【請求項３７】
前記発光は前記皮膚を通して前記患者を出る、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記信号の変化は前記信号の強度及び／または寿命の変化である、請求項３６または３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記発光の寿命が検出される、請求項３６〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
第２の埋め込み可能なセンサー及び第２の光源が使用される、請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記光源は前記患者内部の前記センサーに隣接して配置される、請求項３６〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記光源は前記患者の皮膚上のプローブに隣接して配置される、請求項３６〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
センサーを備え、
前記センサーは、
複数の光源；および
複数の反応チャンバーを備え、前記複数の反応チャンバーの各々は、前記複数の光源の１つに隣接して配置されてセンサー対を形成し、前記複数の反応チャンバーの各々は：
標的と相互作用して発光信号を生成するように構成された少なくとも１つの発光色素であって、ここで信号変化は前記標的の濃度に関連している、前記少なくとも１つの発光色素；および
分子と検体の相互作用の間に前記標的と相互作用する分子を備え、
前記センサーの発光を受信するように構成された少なくとも１つの検出器を備えたプローブを備え、
前記複数の光源の各々は、独立して作動させることができる、
センサーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権出願の参照による組み込み
本出願は、「連続検体センサー」と題する２０１５年８月１１日に出願された米国仮出願第６２／０３５，９８５号、及び「連続検体センサー」と題する２０１４年９月１９日に出願された米国仮出願第６２／０５２，６７０号の利益を主張するものであり、各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府支援研究開発に関する陳述
本開示は、空軍科学研究部によって授与された助成金ＦＡ９５５０−１０−１−０５３８の下で政府の支援によって行われた。政府は、本開示に特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
技術分野
本開示は、一般に、患者の健康状態をモニターするために、埋め込み可能な装置及び外部プローブを使用して患者内の検体をモニターすることに関する。
【０００４】
関連技術の説明
糖尿病
糖尿病は世界中で３億５０００万人を超える人々に影響を及ぼす代謝障害であり、世界人口における糖尿病の罹患率は驚くべき速さで増加している。厳重な管理下で血糖値を維持することは、糖尿病の発症を予防するか、または糖尿病患者の慢性合併症の進行を減少させる最も効果的な方法である。
【０００５】
血糖のコントロールは、糖尿病の２つの最も顕著な結果に影響する：糖尿病の合併症の治療に関連する医療費及び疾患の進行に伴う重度の微小及び大血管の合併症のリスク。重要なことに、厳密なグルコース制御の達成が、糖尿病の有害な長期合併症の発生を減少させることができることを、研究が示している。しかしながら、増加する集中的なインスリン療法とともに、低血糖発作のリスクが高まる。血中グルコースの自己モニタリング（ＳＭＢＧ）は、エピソード的低血糖症を予防するのに必要で、１型糖尿病における有効な治療及び罹患率及び死亡率の低減に重要な、推奨される治療レジメンの必要な構成要素である。
【０００６】
しかし、研究によると、患者はＳＭＢＧが必要なときに推奨される治療ガイドラインに従わないことが示されている。この不順守は、現在の血糖検査、特に指先穿刺が、指のカルスの形成によって痛みを伴い、不便で、不正確で複雑になることを考えると、驚くべきことではない。これらのカルスは、患者の血行不良を引き起こし、指先穿刺装置は、グルコースレベルの連続測定を提供せず、実際最上でも定期的であるため、糖尿病の管理には不十分である。対照的に、市販の連続グルコースモニター（ＣＧＭ）は、指先穿刺装置を置き換えることを約束しているが、現在のところ、正確さが限定されているため、ＳＭＢＧを補完することのみを意図しており、治療法の決定を示すものではない。現在市販されているＣＧＭは、特に低グルコース濃度または低血糖症における処置決定を導く信頼性及び正確性が欠けている。
【０００７】
ＣＧＭをインスリンポンプと組み合わせて使用し、厳しい糖尿病管理の可能性を満たすためには、精度の向上が必要である。市販のＣＧＭから得られる正常血糖値（正常グルコース）の読み取り値の平均７０％は基準値の２０％以内である。（ｉ）低く変化する組織酸素濃度、（ｉｉ）電極に影響を与える組織干渉物、（ｉｉｉ）ＣＧＭのカプセル化をもたらす炎症性組織応答及び（ｉｖ）線維性創傷応答のために、例外なく、これらのＣＧＭは、時間の経過とともに信頼性が低く、ドリフトする応答を示す。
【０００８】
重要な治療管理のための乳酸塩検出
Ｌ−（＋）−乳酸または（Ｓ）−乳酸としても知られる乳酸塩は、重篤な患者のリスクを分類して蘇生の妥当性を評価するのに一般に使用される強力な生化学的指標であることが示されている。血液乳酸塩は、心拍数や血圧などの標準的なバイタルサインなどの他の変数と比較して、優れた蘇生終了点であると報告されている。乳酸塩濃度の経時的変化は、追加の診断的または治療的介入を正当化し得る治療に対する血行力学的不安定性または不十分な応答を示唆することができる。
【０００９】
ショックを引き起こし得る多発性外傷、急性心筋梗塞、脳卒中、及び敗血症などの命に関わる病態においては、発症の初期の数時間内に投与される治療のスピードと適切性が転帰に影響を与える可能性が高い。これらの病態は、毎年世界中の何百万人もの人々に影響を与える主要な医療問題である：少なくとも４人に１人が死亡し、発生率は増加している。乳酸塩測定をこれらの状態のリスク分類に組み込むことにより、救命治療の迅速な開始と継続的な定量的対策が可能になり、医師は目的指向治療の有効性を適切にモニターし、治療に対する応答が不十分であれば治療プロトコルを変更することができる。現在の乳酸塩モニタリング製品は、侵襲的であり、スタッフにとって負担であり、連続モニターの重要な時間情報を提供することができない。今日、乳酸塩の測定は、患者の血液を採取して血清サンプルをベンチトップアナライザーに装填するか、または患者の指を穿刺し（「指先穿刺」）、血糖モニターで使用されるものと同様の使い捨てストリップを有する装置を使用して行われる。手動の乳酸塩測定は、患者が病院の部署間または外科手術室に移送されるとさらに複雑になる。頻繁な手動乳酸塩測定をこの臨床ワークフローに組み込むことは実用的ではなく、スタッフの作業負荷を不必要に増加させる。さらに、個々の乳酸塩の測定は、「ビデオ」に類似した連続測定ではなく、単に時間の一点であり、「写真」である。単一の時点の測定値は、選択された療法に対する患者の応答をモニターするのに必要な時間的データを欠いている。これは、患者が選択された治療に応答しない場合、治療プロトコルを迅速に変更するのに重要である。リアルタイムモニタリングは、患者の健康状態に関して医療スタッフに警告する自動アラームの統合も可能にし、従って、患者の乳酸塩レベルをモニターするための理想的な方法である。
【００１０】
重篤な敗血症市場だけをとると、米国では毎年７５１，０００人超の患者が罹患し、２１５，０００人が死亡している。敗血症症例の数は、２０２０年までに百万人を超えると予測されている。これらの病態の治療に関連する費用は毎年１６０億ドルを超える。これらの病態によって過度に影響される高齢の人口は、人口増加よりも急速に上昇する発生率に寄与する。早期診断と高価な医療資源のより効率的な使用は、転帰を改善しコストを削減するのに重要である。乳酸塩の継続的なモニタリングは、術後回復における使用、救急部門に来院した外傷患者への使用、及び緊急対応要員による使用を含む、多くの追加の領域に適用することができる。
【００１１】
自動化された乳酸塩モニタリングは、臨床医が臨床的に現れる前に悪化する血行力学的状態を検出し、現在の臨床パラメーター（すなわち、無症状または「オカルト」ショック）を用いて検出することができない不安定性を識別することを可能にする。さらに、連続的な乳酸塩モニタリングにより、医師は治療プロトコルの有効性を評価し、乳酸塩レベル及び乳酸塩傾向によって評価される患者の生物学的応答に基づいて治療アプローチへの調整または変更を容易にすることができる。最終的には、これにより資源の配分が改善され、高リスクの患者はそのように扱われ、スタッフの負担は軽減される。一例として、Ｒｉｖｅｒｓらは、乳酸塩濃度を含む早期の目標指向治療により死亡率の絶対リスクが１６．５％低下することを実証した。治療効果をモニターする能力は、患者の転帰を改善し、滞在期間を短縮し、有意のコスト削減をもたらすはずである。
【００１２】
外傷は、事故と戦闘に共通する急性の重度の出血事象の間に顕著である。重大な事象では、罹患組織の代謝状態が正常な酸化的リン酸化から解糖に変化し、乳酸塩の産生及びクリアランスの不均衡が生じ、その蓄積に至る。例えば、組織低酸素症は嫌気性代謝を引き起こし、治療されないとショックを引き起こす乳酸塩レベルの上昇と強く相関している。ショックは、長期の嫌気性代謝によるシステム全体の細胞死を説明する用語であり、臓器の機能停止及び死に至る可能性がある。多くの場合、早期告知が早期蘇生を可能にし、患者の転帰を改善するであろう場合、患者は差し迫ったショックの初期症状を示さない。継続的な乳酸塩モニタリングの理想的な使用は軍事ＩＣＵにあり、目に見える出血性の兵士と比較して軽度の症状を示す負傷した兵士が、リスクがより低いという仮定の下で検診される。これらの「低リスク」患者は、現在のモニタリング技術によって検出されないショックに入っていることが多い。兵士の衰えた健康状態に敏感で、兵士の乳酸塩濃度の上昇に基づいて音を立てる外傷アラームを有することが理想的であろう。この外傷アラームは、医療従事者に兵士の健康状態を警告し、それに応じて緊急として再優先順位を付けるであろう。
【００１３】
乳酸塩の連続測定は、現在の個別測定技術と比較して多くの利点を提供する。乳酸塩の時間的傾向の利用可能性は、治療に対する患者の生物学的応答に基づいて治療の調整を可能にする。このリアルタイムの情報の流れは、中央の患者モニタリングシステムへのデータの組み込みを容易にし、乳酸塩の傾向、速度及び規模に基づいて高度の自動化を可能にする。
【００１４】
血液及び組織の乳酸塩レベルは、出血性ショック、敗血症及びシアン化物中毒などの命に関わる状況のリスクを示し、消防署及び軍の主要な関心事である。正常な血液乳酸塩濃度は、安静時には０．５〜２．２ｍＭの範囲であり、激しい運動中／後に過渡的に増加し得る。７〜８ｍＭを超える持続性血中乳酸塩濃度は、致死的転帰に関連する。安定したまたは減少する血液乳酸塩濃度は患者の生存を予測し、血中乳酸塩濃度は集中治療室（ＩＣＵ）及び救急部の両方でリスク分類の役割を担うことが示されている。上昇する乳酸塩レベルは、逐次臓器不全評価（ＳＯＦＡ）スコアと強く関連しており、結果として、乳酸塩の増加に応答する早期蘇生は、臓器不全を予防することが示されている。
【００１５】
上昇する乳酸塩レベルは、肺塞栓症、心原性ショック、大動脈瘤、頸動脈疾患、心不全、急性心停止、急性呼吸窮迫症候群、特発性肺線維症、呼吸不全、及び敗血症を含む多くの命に関わる状態の罹患率及び死亡率に関連する。患者の罹患率及び死亡率は、乳酸塩の単一点測定ではなく、混合患者及び敗血症患者の研究で示された連続測定の血液乳酸塩曲線下の面積に関連することが示されている。これらの研究では、血液を数分毎にサンプリングし、オンサイトで分析した。これは典型的ではない。典型的には、とりわけ、極端な場合には３０分おきに血液採取を行い、次いで血液は検査室に配置されていることが多い分析装置によって分析されなければならない。血液測定には、治療スタッフによる実務活動及びサンプルの採取時期に関するイニシアチブが必要である。そのような断続的な測定は、血液乳酸塩曲線下の面積を正確に計算するために使用することはできず、従って、早期蘇生を示し、重傷患者の命を救うことに関しては役に立たない。
【００１６】
乳酸塩モニタリングのために現在利用可能な製品は、認可されたポイントオブケア（ＰＯＣ）「指先穿刺」ベースの乳酸塩測定装置であり、程度は低いがベンチトップアナライザーである。ＰＯＣ装置には、Ａｂｂｏｔｔ  ｉ−Ｓｔａｔ、Ｒｏｃｈｅ  Ａｃｃｕｔｒｅｎｄ  Ｌａｃｔａｔｅ及びＬａｃｔａｔｅ  Ｐｒｏが含まれる。いくつかの企業またはグループがＩＶカテーテルベースの連続乳酸塩モニターを開発している。ＭａｑｕｅｔはＥＩＲＵＳという最も高度な製品を有する。上述のように、このアプローチには重大な欠点がある。さらに、Ｍａｑｕｅｔ社を含むこれらの企業は、外科手術市場を標的にしており、より大きな救命救急医療及び敗血症市場での使用には実用的ではない。
【００１７】
乳酸塩モニターは市販されていない。血液乳酸塩を評価するための技術水準は、ＹＳＩ  Ｌｉｆｅｓｃｉｅｎｅｅｓ  ２３００  ＳＴＡＴ  Ｐｌｕｓ分析器である。Ａｂｂｏｔｔ及びＲｏｃｈｅなどの企業は、「指先穿刺」乳酸塩測定器を商品化している。これらの装置は、糖尿病患者が血糖値を検査するために使用する装置と同様である。これらの装置は治療スタッフの指示に従って１つの時点で測定することができるだけであり、従って患者の容体の悪化をスタッフに自発的に知らせることはできない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本明細書で開示されるのは、検体の存在下で酸素を消費するように構成された酵素と、発光するように構成された発光分子と、ここで酸素は発光分子に結合し、分子の発光を少なくとも部分的に抑えることができる、反応チャンバー内または反応チャンバーのすぐ近くに酵素を含有し発光分子を有する複数の反応チャンバーと、その複数の反応チャンバーは、全体として反復パターンで整列している、及び複数の反応チャンバーに通じる少なくとも１つの検体透過性開口部と、ここでその複数の反応チャンバーは発光分子からより大きな正味の発光強度を提供する、を備えた埋め込み可能なセンサーの実施形態である。
【００１９】
いくつかの実施形態では、発光色素はポルフィリン色素である。いくつかの実施形態では、検体はグルコースであり、酵素はグルコースオキシダーゼである。いくつかの実施形態では、検体は乳酸塩であり、酵素は乳酸オキシダーゼである。
【００２０】
いくつかの実施形態では、発光分子の発光は、センサーの酸素レベルに従って調節することができる。いくつかの実施形態では、センサーは、第１発光分子とは異なる信号で発光するように構成された基準発光分子をさらに備えることができ、基準発光分子は酵素と会合しない。いくつかの実施形態では、基準発光分子は、反応チャンバーに流体的に接続されていない基準チャンバー内に配置することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、センサーは、複数の酵素及び複数の異なる発光分子を備えることができる。いくつかの実施形態では、酵素は、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、サレオシンオキシダーゼ、チラミンオキシダーゼ、アシル−ＣｏＡオキシダーゼ及びＮＡＤＰＨオキシダーゼからなる群から選択することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、センサーは反射要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは無線周波数識別源をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは磁気要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは組織にわたって無線で配置されるように構成された電子伝導要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは、センサーに取り付けられたＬＥＤをさらに備えることができる。
【００２３】
本明細書には、酸素と会合して発光を生成するように構成された少なくとも１つの発光分子と、検体と反応するように構成された酵素とを備える、患者の組織の内部に配置されるように構成された埋め込み可能なセンサーと、発光分子を励起して患者の組織を通して発光させるように構成された光源と、埋め込み可能センサーの発光を受信するように構成された検出器を備える、センサーに隣接して配置されたプローブと、を備えたセンサーシステムの実施形態も開示される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、光源及び検出器は組織上に配置することができ、埋め込み可能なセンサーは組織内に配置することができる。いくつかの実施形態では、光源はプローブ内に配置することができ、光ガイドはセンサーに光を提供することができる。いくつかの実施形態では、埋め込み可能なセンサーは光源とプローブとの間に配置することができる。いくつかの実施形態では、埋め込み可能なセンサーは患者に埋め込むことができ、光源は、患者の組織内の埋め込み可能なセンサーに隣接して配置される。いくつかの実施形態では、プローブは患者の組織上に位置することができ、光源は患者の組織内に位置する。いくつかの実施形態では、プローブ及び光源は患者の組織内に配置することができる。いくつかの実施形態では、プローブは患者の組織内に配置することができ、光源は患者の組織上に配置される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、プローブは検体のレベルが閾値を超えた場合のアラームを備えることができる。いくつかの実施形態では、プローブは、発光の現在及び過去のセンサー値を操作するアルゴリズムによって促されるアラームを備えることができる。いくつかの実施形態では、アルゴリズムは時間の経過とともに埋め込み可能なセンサーの領域上で動作することができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、光源は、ＬＥＤ、垂直キャビティ面発光レーザー、またはレーザーダイオードからなる群から選択することができる。いくつかの実施形態では、システムはセンサー、光源、光源、及びプローブで一体化することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、組織は皮膚とすることができる。いくつかの実施形態では、組織はガム（歯肉）とすることができる。いくつかの実施形態では、組織は筋肉とすることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、埋め込み可能なセンサーは複数の反応チャンバーを備えることができ、各反応チャンバーは、互いに近接した色素、酵素、及び検体を有し、反応チャンバーの各々はほぼ同時に照射されるように構成される。いくつかの実施形態では、埋め込み可能なセンサーは、複数の酵素及び複数の異なる発光分子を備えることができ、センサーからの複数の検体の測定を可能にする。
【００２９】
いくつかの実施形態では、埋め込み可能なセンサー及び光源は第１のセンサー及び第１の光源とすることができ、かつシステムは第２の埋め込み可能なセンサー及び第２の光源をさらに備えることができ、第１のセンサー及び光源は対になっておりかつ第２のセンサー及び光源は対になっており、第１のセンサー及び光源は第１の検体を分析するように構成され、第２のセンサー及び光源は、第２の検体を分析するように構成される。いくつかの実施形態では、２つを超えるセンサーと光源の対が存在することができる。
【００３０】
本明細書には、酸素と会合するように構成された発光分子及び検体と反応するように構成された酵素を備えた埋め込み可能なセンサーを患者に挿入することと、埋め込み可能なセンサー上の患者の皮膚にプローブを適用することと、発光分子が発光を生成するように、患者の内部の埋め込み可能なセンサーに隣接してまたは患者の皮膚上のプローブに隣接して配置された光源によって埋め込み可能なセンサーを照射することと、検体のレベルを決定するためにプローブによって発光を検出することと、を含む検出方法の実施形態も開示される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、発光は皮膚を通して患者を出ることができる。いくつかの実施形態では、センサーは複数の反応チャンバーを備えることができ、各反応チャンバーは互いに近接した色素、酵素、及び検体を有し、反応チャンバーの各々はほぼ同時に照射される。いくつかの実施形態では、発光の寿命を検出することができる。いくつかの実施形態では、第２の埋め込み可能なセンサー及び第２の光源が使用される。
【００３２】
本明細書で開示されるのは、分子が検体と相互作用する間に標的と相互作用するように構成された分子と、標的及び／または反応生成物と相互作用して発光シグナルを生成するように構成された発光色素と、ここで信号の変化は標的の濃度に関連する、発光色素に作動可能に結合された分子を備えた複数の反応チャンバーと、ここで発光色素は複数の反応チャンバーの各々の内部または複数の反応チャンバーの各々の外側に配置され、複数の反応チャンバーは、全体として反復パターンで整列している、複数の反応チャンバーと連通する少なくとも１つの標的透過性開口部／表面と、及び複数の反応チャンバーと連通する少なくとも１つの検体透過性開口部と、を備えたセンサーの実施形態である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、発光色素はポルフィリン色素である。いくつかの実施形態では、検体はグルコースであり、分子はグルコースオキシダーゼである。いくつかの実施形態では、検体は乳酸塩であり、分子は乳酸オキシダーゼである。いくつかの実施形態では、検体は溶存ガスである。
【００３４】
いくつかの実施形態では、センサーは、第１の発光色素とは異なって発光する基準発光色素をさらに備えることができ、ここでその基準発光色素は分子に作動可能には結合されていない。いくつかの実施形態では、基準発光色素は、複数の反応チャンバーに流体的に接続されていない基準チャンバーに配置されることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、センサーは、少なくとも２つの異なる分子及び少なくとも１つの異なる発光色素を備えることができる。いくつかの実施形態では、分子は、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、サレオシンオキシダーゼ、チラミンオキシダーゼ、アシル−ＣｏＡオキシダーゼ及びＮＡＤＰＨオキシダーゼからなる群から選択することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された反射要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された無線周波数識別源をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された磁気要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは、組織にわたって無線で配置されるように構成された電子伝導要素をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、センサーは、センサーに取り付けられる光源をさらに備えることができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、標的は酸素とすることができ、相互作用は酸化分解とすることができる。いくつかの実施形態では、信号は、発光信号の強度及び／または寿命とすることができる。いくつかの実施形態では、相互作用は分解を含むことができる。
【００３８】
本明細書には、標的と相互作用して発光信号を生成するように構成された少なくとも１つの発光色素であって、ここで信号変化は標的の濃度に関連している該少なくとも１つの発光色素と、検体の分解中に標的と相互作用する分子、及びその分子を備えた複数の反復反応チャンバーであって、複数の反復反応チャンバーは標的透過性開口部／表面及び検体透過性開口部と連通している、該複数の反復反応チャンバーを備えたセンサーと、少なくとも１つの発光色素を励起して発光させるように配置された光源と、センサーの発光を受信するように配置された少なくとも１つの検出器を備えたプローブと、を備えたセンサーシステムの実施形態も開示される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、変化は、発光信号の強度及び／または寿命の変化とすることができる。いくつかの実施形態では、光源はプローブ内に配置され、光ガイドがセンサーに光を提供することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、センサーは光源とプローブの間に配置することができる。いくつかの実施形態では、センサーが患者に埋め込まれる場合、光源は患者の組織内のセンサーに隣接して配置することができる。いくつかの実施形態では、プローブは患者の組織上に配置することができ、光源は患者の組織内に配置することができる。いくつかの実施形態では、プローブ及び光源は患者の組織内に配置することができる。いくつかの実施形態では、プローブは患者の組織内に配置することができ、光源は患者の組織上に配置することができる。いくつかの実施形態では、プローブ及び光源は患者の組織上に配置することができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、プローブは検体のレベルが閾値に達した場合のアラームを備えることができる。いくつかの実施形態では、プローブは、発光の現在及び／または過去のセンサー値を操作するアルゴリズムによって促されるアラームを備えることができる。いくつかの実施形態では、アルゴリズムは、時間の経過とともにセンサー信号の下の合計または面積で動作することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ガスレーザー、化学レーザー、色素レーザー、金属蒸気レーザー、固体レーザー、または半導体レーザーからなる群から選択することができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、センサーは皮膚に埋め込むことができる。いくつかの実施形態では、センサーはガムに埋め込むことができる。いくつかの実施形態では、センサーは筋肉に埋め込むことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、複数の反復反応チャンバーの各々は、互いに近接した発光色素、分子、及び検体を有し、各反応チャンバーは、ほぼ同時に照射されるように構成することができる。いくつかの実施形態では、センサー及び光源は第１のセンサー及び第１の光源とすることができ、システムは、第２の埋め込み可能なセンサー及び第２の光源をさらに備え、第１のセンサー及び光源は対になっておりかつ第２のセンサー及び光源は対になっており、第１のセンサー及び光源は第１の検体を分析するように構成され、第２のセンサー及び光源は、第２の検体を分析するように構成される。
【００４５】
本明細書には、検出方法であって、センサーを患者に挿入することと、そのセンサーは複数の全体として反復する反応チャンバーを備え、各反応チャンバーは、標的と相互作用して発色信号を生成するように構成された発色色素を有し、ここで信号の変化は、標的の濃度、検体の分解中に標的と相互作用する分子、及び互いに近位の検体に関連する、センサー上の患者の皮膚にプローブを適用することと、発光色素が発光するように光源によりセンサーを照射することと、検体のレベルを決定するためにプローブによって発光を検出することと、を含む検出方法の実施形態も開示される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、発光は皮膚を通して患者を出ることができる。いくつかの実施形態では、信号の変化は信号の強度及び／または寿命の変化とすることができる。いくつかの実施形態では、発光寿命を検出することができる。いくつかの実施形態では、第２の埋め込み可能なセンサー及び第２の光源を使用することができる。いくつかの実施形態では、抗原は患者内部のセンサーに隣接して配置することができる。いくつかの実施形態では、抗原は患者の皮膚上のプローブに隣接して配置することができる。
【００４７】
センサーを備え、センサーは、複数の光源；および複数の反応チャンバーを備え、複数の反応チャンバーの各々は、複数の光源の１つに隣接して配置されてセンサー対を形成し、複数の反応チャンバーの各々は：標的と相互作用して発光信号を生成するように構成された少なくとも１つの発光色素であって、ここで信号変化は標的の濃度に関連している、少なくとも１つの発光色素；および分子と検体の相互作用の間に標的と相互作用する分子を備え、
センサーの発光を受信するように構成された少なくとも１つの検出器を備えたプローブを備え、
複数の光源の各々は、独立して作動させることができる、
センサーシステムの実施形態も本明細書には開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】３Ｄでのセンサーの実施形態を示す。
【図２】センサーの実施形態の写真上面図を示す。
【図３】センサーの実施形態の写真側面図を示す。
【図４】内部酸素基準を内蔵したセンサーの実施形態を示す。
【図５】センサーを励起するために使用される光源及びセンサーからの発光放射を検出するために使用される検出器を組み込んだ手持ちプローブの実施形態を示す。
【図６】図５の手持ちプローブの実施形態の側面図を示す。
【図７】報告センサーの活性を測定するための自己接着性プローブの実施形態の概略図を示す。
【図８】２５セント硬貨に対するセンサーの実施形態のサイズ及びオプトエレクトロニクスバンデージの形態の測定プローブを用いたセンサーを読み取る方法を示す。
【図９】光源によるバックライト付きの埋め込みセンサー及び電源または光源として作用する、プローブにつながれたセンサー／光源の組み合わせの実施形態を示す。
【図１０Ａ】センサーの実施形態をバックライトするのに使用されるＬＥＤ。
【図１０Ｂ】ＬＥＤの上部に接着されたセンサーの実施形態を示す。
【図１１】センサーと光源の組み合わせの実施形態が注射針で埋め込まれ得る方法を示す。
【図１２】マルチＬＥＤセンサーの実施形態を示す。
【図１３】ＳＵ−８から形成されるセンサーの実施形態のためのモールドを示す。
【図１４】センサーの実施形態のためのモールドを形成するのに使用されるフォトマスクを示す。
【図１５】これらの金型が製造の目的のために多重化され得る方法を示す。
【図１６】ＳＵ−８モールドから成形された正のチャンネルを有するＰＤＭＳシートの実施形態を示す。
【図１７】色素及び酵素が基質のネガティブチャンネルに注がれる、センサーの基質の実施形態を示す。
【図１８】乳酸塩センサーの実施形態から得られた乳酸塩センサー発光寿命測定値を詳述するグラフである。
【図１９】市販のＹＳＩ  ２３００  ＳＴＡＴ  Ｐｌｕｓ分析装置からの測定値と比較して、形質転換したインビトロ乳酸塩センサー発光寿命測定値を詳細に示すグラフである。
【図２０】シアン化物中毒のウサギモデルに埋め込まれた乳酸塩センサーの実施形態から得られたインビボ乳酸塩測定値を詳述するグラフである。
【図２１】ウサギが解毒剤を受けたシアン化物中毒のウサギモデルに埋め込まれた乳酸塩センサーの実施形態から得られたインビボ乳酸塩測定値を詳述するグラフである。
【図２２】ウサギがシアン化物中毒から回復しなかったウサギの乳酸塩レベルを追跡するグラフである。
【図２３】曲線下の面積（ＡＵＣ）を乳酸塩センサーの実施形態で測定することができることを詳細に示すグラフである。
【図２４】ウサギ組織におけるＬＥＤセンサーの実施形態の試験結果を示す。
【図２５】ラットモデルに埋め込まれたグルコースセンサーの実施形態から得られたインビボグルコース測定値を詳述するグラフである。
【図２６】ラットモデルに埋め込まれたグルコースセンサーの実施形態から得られたインビボグルコース測定値を詳述するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本明細書では、異なる検体を測定するために用いることができるセンサー、並びにそのようなセンサーの化学及び構築方法の実施形態が開示される。開示されたセンサーの実施形態は、可撓性で生体適合性の材料で構成することができる。以下に詳細に記載されるような試薬は、センサーに組み込むことができる。センサーが患者または被験者に埋め込まれると、これらの試薬は患者または被験者内の生物学的検体と化学反応を起こすことができる。センサー内の試薬は、典型的には特定の検体の存在を示す、特定の化学反応が起こったかどうかを示す発光分子（本明細書では色素とも呼ばれる）のようなレポーティング剤を含有してもよい。
【００５０】
本明細書では、発光は燐光、蛍光、バイオルミネッセンス及び化学発光を含むと定義されるが、これらに限定されない。しかし、他の発光も同様に使用することができ、発光のタイプは限定されない。レポーティング剤は、非限定的な例としてグルコースまたは乳酸塩などの生物学的検体に結合して、患者または被験体におけるそのような生物学的検体の存在を示すこともできる。さらに、開示されたセンサーの実施形態は、酸素または二酸化炭素などの溶存ガスまたはイオン、及びｐＨまたは他の生理学的測定値の詳細を提供することができる。
【００５１】
開示されたセンサーは、多くの構成要素から構成することができる。例えば、検体の分析のために化学物質を保持することができるセンサーチップを製造することができる。さらに、センサーチップから情報を受信するのにプローブを使用することもできる。各構成要素の壁面については、以下で詳細に説明する。
【００５２】
センサーチップ
いくつかの実施形態では、「センサーチップ」を患者に挿入することができる。センサーチップは、反応チャンバー内に以下に開示する化学反応を保持するための特定のチャンネル構成を有することができる。以下に開示される化学反応及び構成を使用して、センサーチップは、ソースから放射線を受信して、患者内の検体量に類似し得る、センサーチップ内の検体レベルに基づき得る放射線を放出するように構成することができる。
【００５３】
センサーチップ１００のキャビティ（または反応チャンバー）の構成の実施例を図１に示す。図示のように、キャビティ１０４は、センサーチップ１００の全長にわたって全体として反復するパターンを有することができる。従って、複数のキャビティ１０４は、互いに近接して、または隣接して配置することができる。さらに、センサーチップ１００は、図１に示すセンサーチップ１００の長手方向の両側にキャビティ１０４を有することができ、従って、全体としてセンサーチップ１００の長手方向軸を横切る鏡像となる。キャビティ１０４は、以下に説明するように、全体としてセンサー化学の異なる部分を保持するためのサイズとすることができる。図２は、センサーチップ１００の実施形態の上面図である。図３は、センサーチップ１００の実施形態の側面図である。いくつかの実施形態では、２つの隣接するキャビティ１０４を使用することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、各キャビティ１０４は、センサーチップ１００から２つの出口点を有することができるが、出口の量は限定的ではない。いくつかの実施形態では、センサーチップ１００に５、８、１０、１６または２０個の異なるキャビティを使用することができ、キャビティ１０４の数は限定されない。これにより、検体が２つの異なる場所にあるキャビティ１０４に入ることが可能になる。いくつかの実施形態では、検体１０４はＵの後には達せず、従って２つの脚は２つの別個の反応キャビティ（それぞれ１つの入口／出口のみ有する）を形成することができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１０４は全体として湾曲していてもよいが、他の形状も同様に使用することができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１０４はセンサーチップ１００を横切って延在することができ、センサーチップ１００の両側に出ることができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１０４のいくつかまたはすべてを接続することができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、キャビティ１０４への入口は、約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０または１３０μｍの長さ／幅を有することができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１０４への入口は、約５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、または１３０μｍ未満の幅／高さを有することができる。いくつかの実施形態では、入り口は正方形（例えば同じ高さと幅を有する）とすることができる。いくつかの実施形態では、入り口は長方形（例えば、異なる高さと幅を有する）とすることができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１０４の中間部（例えば、脚部）の長さは、約１００、２００、２５０、３００、３５０、４００、または５００μｍとすることができる。いくつかの実施形態では、キャビティ１０４の中間部（例えば、脚部）の長さは、約１００、２００、２５０、３００、３５０、または４００μｍ未満とすることができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、キャビティ１０４の幾何学的形状は、キャビティ１０４への検体の拡散の量及び距離を制御するように設計することができる。例えば：より大きいキャビティ１０４につながる小さい表面積の入口領域は、拡散を制限することができ、感度範囲をより高い濃度にシフトさせる。逆に、より大きい表面積の入口領域は、拡散の増加を可能にし、感度の範囲を低濃度にシフトさせる。
【００５７】
この構成は、反応チャンバーのサイズ、従ってセンサーチップ１００のサイズを縮小するのに有用であり得る。反応チャンバーのサイズを小さくすることの欠点の１つは、組織を通る信号を得るのに使用できる色素の量が減少し、従って放出される光の全強度も減少することである。これを克服するために、図１に示すように、複数の反応チャンバーを１つのセンサーチップ１００上にパターニングして、プローブによって受信可能な信号を増大させることができる。オーバーラップするキャビティ構造１０４は、信号の増大、従ってプローブによって読み取られるより高い信号対雑音比をもたらすことができ、アレイセンサーによって提供される高い信号対雑音比により、より高いコストを有するアバランシェフォトダイオードなどのより敏感な検出器ではなく、これに限定されないＰＩＮフォトダイオードなどの安価な大面積増幅光検出器の使用が可能である。酸素感受性色素がオキシダーゼ酵素に結合されているセンサーシステムでは、センサーの出力に及ぼす酸素レベルの変化の影響を説明するのに酸素基準チャンネルを用いることが有利であり得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、酸素基準がチップ上に含まれていてもよく、目的の検体の濃度の変化に起因するものではなく、センサー周囲の組織の酸素化の変化を補償するために使用されてもよい。設計例を図４に示す。図示のように、酸素導管１０６は、センサーチップ１００の中央を通過することができ、酸素基準を格納するために、より大きな直径の領域を含むことができる。しかしながら、これは例示的な構成に過ぎず、酸素導管１０６はセンサーチップ１００の異なる部分に配置することができる。
【００５９】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，１４６，２０３号に記載されている酸素導管と同様の酸素導管を、本出願に記載されたセンサー上に実装することができる。
【００６０】
センサーチップ１００は、約１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０または１７０μｍの高さを有することができる。センサーチップ１００は、約１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０または１７０μｍ未満の高さを有することができる。いくつかの実施形態では、センサーチップ１００は、約１４０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０または２５０μｍの幅／長さを有することができる。いくつかの実施形態では、センサーチップ１００は、約１４０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０または２５０μｍ未満の幅／長さを有することができる。
【００６１】
プローブ
組織上プローブ
いくつかの実施形態では、光源を備えたプローブは、埋め込まれた装置において、後述するポルフィリン色素などのレポーティング剤を励起するために使用されてもよく、同じプローブは、装置に含まれ得るレポーティング剤からの放射光を検出する光検出器を含んでもよい。異なる波長を有する異なる光源がプローブに取り付けられてもよい。以下に述べるように、色素は、燐光、蛍光、または任意の他のタイプの発光色素とすることができ、色素によって放出される光は制限されない。
【００６２】
いくつかの実施形態では、センサー中のレポーティング剤を検出し得るプローブを組織の表面に配置し、センサーの下に並べてセンサーから測定を行うことができる。プローブは、可視光、ＵＶ光もしくは赤外線または他の放射線などの光を発する光源を含んでもよく、それにより組織を通過してセンサー中の１つのレポーティング剤を励起する。測定は、励起されたレポーティング剤によって組織を介して戻る光を測定することによって行うことができる。プローブは、励起されたレポーティング剤によって組織を通って戻る光を測定し得る検出器を含むことができる。
【００６３】
上記のセンサーまたはセンサーチップの実施形態を使用する検体測定は、センサー内の試薬の光学励起によって達成することができる。センサーから放射された光は、周囲の組織を透過し、次いでプローブ内の光検出器を使用して検出することができる。プローブの実施形態は、以下の記載を含むが、これに限定されない。プローブは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用して、センサー内の酸素感受性ポルフィリン色素を光学的に励起することができる。ＬＥＤの発光波長（色）は、色素の吸収スペクトルとの最大の重なりを維持しつつ、組織内の光の散乱及び吸収を最小にするように選択され得る。プラチナテトラベンゾポルフィリンの場合、赤色発光ＬＥＤが適切な選択であり得る。次いで、ポルフィリン色素の発光寿命及び／または強度は、センサーまたはセンサーチップの局所環境内の酸素濃度に依存することができる。ＬＥＤは、約１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００または２１０μｍの長さ／幅、及び約５０、６０、７０、８０、９０または１００μｍの高さを有することができる。ＬＥＤは、約１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００または２１０μｍ未満の長さ／幅及び約５０、６０、７０、８０、９０または１００μｍ未満の高さを有することができるが、寸法は限定されない。
【００６４】
ポルフィリン色素の発光寿命及び／または強度の測定は、埋め込まれたセンサー上の皮膚の上または近くに配置されたフォトダイオードを用いて、パルス励起の直後の時間の関数として色素によって放出された光を測定し、取得されたデータに対する適切な数学的適合（例えば、減衰する指数関数）を使用することにより、達成されている。（１）ポルフィリン色素の励起が停止され、（２）色素のダイナミクスを色素発光が終了する前に測定することができるように、その寿命または強度の測定を、色素の発光寿命よりも優位に短い時間スケールで開始することは、利点であり得る。さらに、プローブ測定の信号対雑音比は、色素（複数可）の励起光波長（複数可）における最小の透過率及び発光波長（複数可）における高透過率を有するフィルタを使用して達成され得るように、励起及び周囲光の選択的除去によって大いに高めることができる。
【００６５】
センサー内の色素の励起は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザーダイオードを含むがこれに限定されない様々な光源を使用することによって達成することができる。具体的には、矩形波プロファイルで電力を印加することによってＬＥＤが照明される。これにより、効果的にＬＥＤが点滅する。矩形波の下降エッジに続いて、ＬＥＤは消灯し、もはや色素を励起することはできないが、色素は光学的に励起されているので発光減衰を受けることができる。収集された情報を記録するハードウェアを有する光検出器を使用して、この光学色素発光信号を検出することができる。発光強度の減衰は、本質は特徴的に指数関数的である（指数関数的に減衰する）ことができ、従って、特性減衰寿命（τ）を計算するために、取得された発光信号を適切な数学的関数（すなわち、ｅｔ／τ＋Ｂ）に適合させることができる。
【００６６】
数学的適合は、最小二乗法、最小絶対残差法、二乗法、及びフェーザー法を含む様々な方法を用いて達成することができるが、これらに限定されない。使用される色素（複数可）の予想される発光減衰寿命よりもずっと短い減衰時間を有する励起用の光源を使用することが有利であり得る。これが容易でない場合、計算された色素寿命は誤って増加する可能性がある。励起源が適切に最小強度に達するまで発光データの収集または処理を開始しないことも有利であり得る。さらに、色素からの励起に続く色素からの発光信号の収集を繰り返して、記録された崩壊を一緒に平均して、結果として得られる数学的適合の信頼性を高めることができる。
【００６７】
図５に示すように、プローブの実施形態は、「光学式聴診器」を使用することを含むことができ、ここでＬＥＤは、光ビームの中心を組織の下に埋め込まれたセンサーに直接向けるために角度を付けて取り付けられ、検出器は、センサーの発光を収集するためにＬＥＤ間に配置する。図示のように、同じまたは異なる波長であり得る合計４つのＬＥＤダイオード９０１が存在するが、ダイオードの数は限定されない。さらに、ロングパスまたはバンドパス光学フィルタ９０２を有する１つまたは複数の増幅されたフォトダイオードも同様に使用することができる。図６は、図５に示すプローブの側面図である。いくつかの実施形態では、センサーチップはプローブにつながれていなくてもよく、患者に完全に埋め込まれてもよい。
【００６８】
図７は、自己接着性または「バンドエイドプローブ」と言い換え得るプローブの概略図を示す。１１０１は無線データ送信機、１１０２はアナログデジタル変換及び生データ処理のためのハードウェアである。１１０２は、特定用途向け集積回路またはフィールドプログラマブルゲートアレイを含むことができるが、これに限定されない。１１０３は、信号増幅及び変換のための回路（必要であれば）であり、トランスインピーダンス増幅器を含むことができるが、これに限定されない。１１０４は、光検出器から１１０３、１１０２及び１１０１の処理に信号を送信するための概略図を示す。１１０５は電池または電源である。１１０６は色素励起用の光源（またはバンドアシストプローブ回路基板上に配置された光源のための電源接続）である。１１０６は、単一または複数のＬＥＤ＝または色素を励起するための他の光源を含むことができるが、これらに限定されない。１１０７は、該構成要素間の電気的接続を含んでも含まなくてもよい検出器構成要素間の機械的接続を提供する基板である。該基板は、剛性または可撓性であってもよい。１１０８は色素発光を検出する光検出器である。光検出器は、１つまたは複数の色素からの信号を分離するのに適した透過スペクトルを有するスペクトルフィルターを備えてもよい。図８は、２５セント硬貨に対するセンサーのサイズ及び光電子式バンドエイドプローブを用いてセンサーを読むことのできる方法を示す。
【００６９】
バックライトプローブ
図９は、センサー及びプローブの実施形態を示す。光源または複数の光源を、センサーの実施形態に組み込むことができる。図９において、ＬＥＤなどの光源はセンサーをバックライトすることができ、センサー内の発光色素の励起源として作用し得る。ワイヤまたは多数のワイヤを光源に接続して、光源に電力を供給することができる。電力または光は、例えば、自身の電力または光源を有する外部電源または測定プローブによって供給することができる。この構成では、センサーの光励起に続く発光信号の経皮検出のためにプローブをセンサーの上に配置することができる。図１０Ａは、白色及び黒色の電力ワイヤに接続されたＬＥＤ光源を示し、図１０Ｂは、シリコーン接着剤を用いてＬＥＤの面に接着されたセンサーを示す。いくつかの実施形態では、ワイヤは、約２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３２０、または３４０μｍの高さを有することができる。いくつかの実施形態では、ワイヤは、約２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３２０、または３４０μｍ未満の高さを有することができる。
【００７０】
埋め込まれた光源は、例えば、皮膚の表面を横断して、適切な電源に接続することができる電源ワイヤを利用することによって、誘導によって無線で電力を供給することができる光源を利用することによって、または励起光を伝達することができる皮膚の表面を横断し、センサーに接続する光ファイバーまたは導波路によって、電力を供給しまたは電源を切ることができる。
【００７１】
上述の励起戦略を利用することはいくつかの利点を提供する。第１に、センサー内の発光色素を励起するための励起光は、経皮的励起を用いて必要とされるようにセンサーに達する前に同じ厚さの組織を伝播する必要がない。その結果、励起の効率が高まり、より多くのセンサー発光を皮膚を介してプローブに戻って検出することができる、すなわち、より大きな信号対ノイズ比を達成することができる。その結果、より少ない光フルーエンスを生成することができ、より少ない電力を使用するよりコンパクトな光源を使用することができる。さらに、より高い励起効率によりセンサーからの検出可能な発光シグナルが増加するので、広範な発光色素、具体的にはＰｔコアメタロポルフィリンと比較してＰｄコアメタロポルフィリンなどのより低い量子効率を有するものを使用することができる。第２に、ワイヤ、導波管、または光ファイバーを使用する場合、それらは、急性試験中に光源／センサーの組み合わせの回復ための単純なテザーとして利用することもできる。
【００７２】
上述の組み合わせ光源／センサーの実施形態では、様々な光源を使用することができる。１つの潜在的に有利な光源はＬＥＤである。これは、ＬＥＤが商業的に非常に小型の形態因子で製造されることができ、多種多様な出力波長を提供し、センサーの光励起のために適切な光出力を達成するために比較的少ない電力しか必要としないという事実に一部起因する。埋め込み中、できるだけ小さいＬＥＤを利用することが、患者の不快感及び埋め込み部位の外傷を最小にするために望ましい。図１０Ａに示す実施形態では、寸法１．７０ｍｍ×１．３０ｍｍ×０．９６ｍｍＬ×Ｗ×Ｈ）の市販のＬＥＤが使用される。成功した組み合わせの光源／センサーの実施形態では、１ｍｍ×０．６ｍｍ×０．２ｍｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）のような小型の市販のＬＥＤを利用してきた。これらのＬＥＤサイズは、ＬＥＤサイズの選択の柔軟性を解明するためのものであり、その使用に関する制約を表すものではない。
【００７３】
いくつかの実施形態では、光源／センサーの組み合わせの生体適合性は、センサーを光源の上または近くに配置する前に、まず光源及び任意の付随するワイヤを生体適合材料でコーティングすることによって操作することができる。光源をコーティングするのに使用される材料は、センサーを光学的に励起するために光源によって使用される波長において比較的低い吸収係数を有することができる。潜在的な生体適合性材料としては、ＰＤＭＳなどのシリコーンポリマーが挙げられる。そのようなポリマーは、センサーを光源に固定するためにも使用することができる。しかし、いくつかの実施形態では、このようなコーティングを使用しなくてもよい。
【００７４】
組み合わされたセンサー及び光源の実施形態は、例えば、外科的埋め込みによって、または図１１に見られるように導入のための針先端部を使用して、目的組織に導入することができるが、特定の埋め込み機構は限定的なものではない。この実施例では、センサーと光源が互いに固定され、針の内腔に配置されている。センサーは、１６ゲージ以下の針に適合するように十分に小さくすることができる。組織の標的埋め込み深さは約１〜５ｍｍであり、センサーが組織の間質液と相互作用することを可能にするがこの埋め込み深さは限定的なものではない。しかし、センサーの実施形態は、血管内に位置することもできる。次いで、針を使用してセンサー及び光源を組織に導入するのに使用することができ（図１１）、その後、センサー及び光源を残して、針を組織から取り出す（図９）。従って、図示のように、適切な光検出器及びデータ処理ハードウェアを用いてデータ収集するのに患者の皮膚の下にセンサー及び光源を注入するのに針を使用することができる。光源に電力を供給するのにワイヤを使用する場合、または導波路または光ファイバーを使用してセンサーに光を伝送する場合、センサー上の組織を横断するようにすることができる。
【００７５】
いくつかの実施形態では、センサーまたはプローブの一部が皮膚の外層を横断せず、従って患者内に完全に含まれるようにセンサーを埋め込むことができる。いくかの実施形態では、センサーは皮膚を横切るようなアタッチメントを有してもよい。このアタッチメントは、皮膚の上にあるアタッチメントをつかみ、アタッチメントとセンサーを引っ張って患者から簡単に取り外せるようにすることで、埋め込まれたセンサーを簡単に取り外せるようにすることができる。
【００７６】
いくつの実施形態では、センサーは自己完結型のパッチとして適用することができる。センサー自体は、間質液または血液内など、患者の皮膚の中に配置することができる。次いで、センサーは、光検出器を含み得るプローブに接続することができる。プローブはセンサーに光を供給するか、またはセンサーに埋め込まれた光源に電力を供給し、それによってセンサーを照らして検出器に発光を供給することができる。以下に述べるように、パッチ全体は、バンドエイドのパッチのように非常に小さくすることができる。いくつかの実施形態では、図８に示すように、センサーは２５セント硬貨よりも有意に小さくすることができる。いくつかの実施形態では、センサーからの発光は、患者の皮膚を通過して検出器に出ることができる。
【００７７】
複数のＬＥＤプローブ
皮膚の下にあり関心のあるセンサー（複数可）の近くに位置する励起源を利用することにより、追加の検体または両方に敏感な基準センサー（複数可）からデータを取得する代替方法を実行することができる。具体的には、前述したように、単一の光源とセンサーの対を利用して目的の検体を測定することができる。さらに、次いで、第２の光源とセンサーの対を、第１の光源とセンサーの対に所望通りに近傍にまたは遠くに皮膚の表面の下に配置することができる。この構成を図１２に示す。
【００７８】
第２のセンサーは、基準としてのみ使用してもよく、または上記で詳細に説明したような追加の目的検体を測定するために使用してもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態では、複数の光源とセンサーの対を使用することができ、各センサーは異なる検体を測定することができるが、そうする必要はない。例えば、２、３、４、５、６、７、８、９または１０個のセンサー対を使用することができる。いくつかの実施形態では、２、３、４、５、６、７、８、９または１０個超のセンサー対を使用することができる。このようにして、各センサー対は、異なる検体またはガスの測定を提供してもよく、またはいくつかのセンサー対が同じ検体を測定してもよい。
【００８０】
２つのＬＥＤ光源とセンサーの対を使用するこの概念の実施形態を図１２に示しており、ここで１つのセンサーは乳酸塩に敏感であり、１つのセンサーは酸素基準として使用される。いくつかの実施形態では、各センサーは別々の検体を同時に分析することができる。従って、どの検体を測定するかを選択するためにＬＥＤを一度に１つ活性化することができ、または２つの検体を測定するために両方を活性化することができる。図示のように、ＬＥＤ及びセンサーの両方を組織に挿入するが、上記のように、他のアプローチを使用することができる。センサーからの信号を受信するために、光検出器を組織の上部に配置することができる。ＬＥＤ１とＬＥＤ２からの光出力を独立してまたは同時に制御することができ、一度に１つのセンサーのみの有意な光励起が可能にする。このようにして、基準センサーからの発光を、乳酸塩センサーからの発光から時間的及び空間的に分離することができる。
【００８１】
前述の方法論の利点には、各センサーが単一の検体のみを測定する必要があるという事実のメリットによって、各センサーの設計を単純化できるという事実が含まれるが、これに限定されない。さらに、各センサーは、時間的に独立して光学的に励起され得るため、各センサーは時間的に切り離すことができるので、同じ酸素感受性色素を各センサーで使用することができる。これは、複数の発光スペクトルをもはや互いに分離する必要がないので、検出された光のスペクトルフィルタリングをさらに単純化することができる。追加の利点は、光源とセンサーの対を、所望に応じて互いに近接してまたは遠くに配置することができるという事実である。さらに、これらの対は、組織内への埋め込み後に移動させることができる。これにより、同じまたは異なる組織微小環境のいずれかで複数の検体及び基準の測定を行うことができる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、各光源とセンサーの対のセンサーをそれぞれの光源の発光面に直接接触させ、それによってクロストークを最小限に抑えることができる（例えば、１つの光源からの光は、光源と対になっていない近傍のセンサーからの発光を光学的に励起する）。さらに、光源とセンサーの対は、１つの光源とセンサーの対から別の対に到達する励起光の量を減らし、２つのセンサー間のクロストークの可能性を減らすために、互いに十分離して組織内に配置することができる。さらに、各光源によって発光される光の十分な量が意図されたセンサーに吸収されるように、非常に高い吸収係数を有する色素を含むセンサーを使用してもよい。さらに、各光源からの発光の発光角度及び方向は、１つの光源とセンサーの対からの励起光が意図しないセンサーに到達するのを最小にするように調整されてもよい。変形例では、光源とセンサーの対は、１つまたは複数の光ファイバーを介して光学的に結合されてもよい（追加の対から分離されてもよい）。
【００８３】
いくつかの実施形態では、すべて異なる酵素を使用するが、同じ発光分子を使用する複数のセンサーを使用することができる。従って、各センサーは、その対のＬＥＤのみを照明させることによって一意的に測定することができる。
【００８４】
化学
酵素
グルコースセンサーの実施形態は、色素層と接触して同じ形状のグルコースオキシダーゼを含有するヒドロゲルを有する長方形のポルフィリン色素の層からなり得る。上述のように、センサーは長方形に限定されず、他の形状も使用することができる。グルコースオキシダーゼはグルコース及び酸素と反応し、グルコン酸及び過酸化水素を生成する。発光分子に作動可能結合され得る酵素を組み込むことができる。例えば、酵素は、反応チャンバーで利用される酸素と相互作用するために発光分子までの拡散距離内にあることができる。
2017523863.tif 000003
【００８５】
プローブは、グルコースの存在による酸素の消費を測定することができ、従って較正によるグルコース濃度の間接的測定として酸素濃度測定を用いる。例えば、グルコースを含む液体を透過する２つの開口部を除いて、色素及び酵素ヒドロゲルを含む反応チャンバーが密封されている場合（図１、６０１）、グルコースは、チャンバーの長さに沿って反応チャンバーに拡散し、チャンバーの外部からの拡散及び内部での消費（グルコースオキシダーゼによって消費される）によるその長さに沿った濃度の勾配を設定する。グルコースが消費されると酸素も消費されるので、ポルフィリン色素の発光を読み取ることによって反応チャンバーの酸素レベルを測定することにより、色素信号をグルコース濃度に関連付けることができる。寿命の減衰値の検体濃度への確立した較正によって、色素発光の寿命減衰を計算し、検体濃度に変換することができる。この検体濃度値は、エンドユーザーに表示することができる。生理学的範囲内のいくつかの検体の濃度を測定するためには、適切なサイズの反応チャンバーを設けて、センサー内の濃度勾配を確立するために、検体がセンサー内に十分に拡散するようにするのが有利であり得る。酵素が過剰で拡散長が短いと、センサー応答時間が非常に短くなることがある。
【００８６】
乳酸塩センサーは、具体的には酵素グルコースオキシダーゼを乳酸オキシダーゼ（または乳酸酸化デカルボキシラーゼ、乳酸オキシゲナーゼ、乳酸オキシゲナーゼ、乳酸オキシダーゼ、Ｌ−乳酸モノオキシゲナーゼ、乳酸モノオキシゲナーゼ及びＬ−乳酸−２−モノオキシゲナーゼ）と切り替えることによって、グルコースセンサーと同じ方法で製造することもできる。次いで、ヒドロゲルは、以下の反応によって乳酸塩及び酸素を消費し得る乳酸オキシダーゼを含有することができる：
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【００８７】
グルコースオキシダーゼ及び乳酸オキシダーゼ以外の酵素には、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼ、チラミンオキシダーゼ、アシル−ＣｏＡオキシダーゼ及びＮＡＤＰＨオキシダーゼが含まれるが、これらに限定されるものではなく、それらのそれぞれの検体を決定するのに使用することができる。
【００８８】
酵素について上述したが、異なる反応性／消費／結合分子をそれらの場所で使用することができることが理解されるであろう。例えば、ＤＮＡ  ＲＮＡ及びキメラアプタマーを分子として使用することができる。さらに、分子は、検体または酸素などの標的を消費、代謝、または結合するものとすることができる。従って、分子は、任意の標的または検体を代謝することができる本明細書に開示の酵素（または他の酵素）を含むことができる。
【００８９】
色素
いくつかの実施形態では、上記で開示したセンサーに使用することができる光感受性レポーティング剤はポルフィリン色素（例えば、プラチナテトラベンゾポルフィリン）を含むことができ、そのようなポルフィリン色素は、センサー上またはセンサー内で使用してもよく、この場合、レポーティング剤のタイプは限定されない。光は、ダイオードまたは他の光源から放出され、次いで、光感受性色素によって吸収され得る。光感受性色素は、光源によって励起することができ、その光感受性色素は発光することができる。酸素（または他の標的）は、光感受性色素に結合し、それによって発光を消すことができる。励起されたポルフィリン色素によって放出された光は、光検出器で収集され、放出された光の強度または減衰時間を測定し、既知の較正によって酸素濃度に関連付けることができる。プローブを、時間の経過とともに目的の検体の濃度を連続的に読み取るのに使用することができ、または間欠的な測定を行うのに使用することができる。プローブからの計算された検体の濃度は、ユーザーが装置とインターフェースできるディスプレイに送ることができる。いくつかの実施形態では、酸素（または他の標的）は色素と直接相互作用することができず、むしろ特定の分子間の反応の生成物（上記で開示した酵素によって媒介される酸素及び検体など）が色素と相互作用することができる。例えば、グルコースオキシダーゼの存在下でのグルコース及び酸素は、グルコン酸及び過酸化水素を生成し、過酸化水素の濃度は、酸素の消費の代わりにまたはそれと同時に分析され得る。
【００９０】
以下は、ＣＯ２及びＯ２のような溶存酸素濃度に敏感な色素のリストであり、ＰｔＯＥＰ、ＰｄＯＥＰ、ＰｔＴＦＰＰ、ＰｄＴＦＰＰ、ＰｔＯＥＰＫ、ＰｄＯＥＰＫ、ＰｔＴＦＰＰＬ、ＰｄＴＦＰＰＬ、ＰｔＴＰＴＢＰ、ＰｄＴＰＴＢＰ、ＰｔＴＰＴＢＰＦ、ＰｄＴＰＴＢＰＦ、Ｐｔ１ＮＦ、Ｐｄ１ＮＦ、Ｐｔ２ＮＦ、Ｐｄ２ＮＦ、Ｐｔ３ＮＦ、Ｐｄ３ＮＦ、ＰｔＴＰＴＮＰ、ＰｄＴＰＴＮＰ、ＰｔＴＢＰ（ＣＯ２Ｂｕ）８、ＰｄＴＢＰ（ＣＯ２Ｂｕ）８、ＰｔＮＴＢＰ、ＰｄＮＴＢＰ、ＯｘｙｐｈｏｒＲ２、ＯｘｙｐｈｏｒＧ２、ＰｔＴＣＰＰなどのメタロポルフィリン類が含まれるが、これらに限定されない。追加の色素には、Ｉｒ（ＩＩＩ）またはＰｔ（ＩＩ）：Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｐｙ−ＮＰｈ２）３、Ｉｒ（ｂｔｐｙ）３などのシクロメタル化錯体が含まれるが、これらに限定されない。さらに、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］２＋、［Ｒｕ（ｄｐｐ）３］２＋などの遷移金属ポリピリジル錯体も、溶存酸素濃度を測定するための色素として使用することができる。
【００９１】
特定の実施例では、２つの異なる酸素感受性色素を使用することができ、一方は反応チャンバー用、もう一方は参考用である。乳酸塩媒介性ｐＯ２を、白金テトラフェニルテトラホスホン酸（ＰｔＴＰＴＢＰ）などの色素と、プラチナメソ−テトラフルオロフェニルポルフィリン（ＰｔＴＦＰＰ）などの色素を有する酸素基準で測定することができる。ＰｔＴＰＴＢＰは赤色光で励起され、近赤外光で発光し、ＰｔＴＦＰＰは緑色光で励起され赤色光で発光する。これらの２つの色素からの信号は、例えば、２つの異なる色のＬＥＤ（赤及び緑）及びダイクロイックビームスプリッターの使用による励起及び発光によって分離することができる。別の特定の例では、反応バー及び基準は空間的に分離して、異なる時点で別々の光源で励起することができ、次いで反応チャンバー及び基準は同じ酸素感受性色素を使用することができ、信号はやはり分離することができる。反応チャンバー及び基準からの信号は、どの時点でどのセンサーが励起／探知されたかを知ることによって分離される。
【００９２】
検体の測定値が酸素レベルの変化によって影響されないことを保証するために、検体濃度の測定とともに酸素濃度の基準測定を行うことができる。酸素感受性色素を有するが酵素のない第２のセンサーを、別の部位に埋め込んでもよく、元のプローブまたは第２のプローブを、検体センサーの基準として使用するためにそのセンサーからの酸素値を測定するのに使用してもよい。２つのセンサーが空間的に分離され、それぞれの環境における酸素レベルが異なる可能性があるので、これは、基準測定値を得る最も正確なアプローチではない可能性がある。この限定を克服するために、第２の色素感受性色素を酵素結合色素と一緒に配置して、第２の色素が同じ埋め込み部位で酸素レベルを測定するようにすることができる。２つの色素からの信号は、寿命の減衰時間範囲が有意に重ならない２つの色素（すなわち、ＰｔＴＰＴＢＰ及びＰｄＴＰＴＢＰ）を選択することによって、発光フィルタリング（すなわちＰｔＴＦＰＰ及びＰｔＴＰＴＢＰ）または減衰時間によってスペクトル的に分離することができる。ＰｔＴＦＰＰは、３９０ｎｍ、５０４ｎｍ及び５３８ｎｍに複数の吸収ピークを有する。ＰｔＴＦＰＰは、６４７及び７１０ｎｍに発光ピークを有する。ＰｔＴＰＴＢＰは、４３０ｎｍ及び６１４ｎｍに複数の吸収ピークを有し、７７０ｎｍに発光ピークを有する。ＰｔＴＦＰＰは、緑色光（約５３０ｎｍのピーク）で励起することができ、励起光及びＰｔＴＰＴＢＰからの発光を排除するバンドパスフィルターを介してその発光を収集することができるが、一方ＰｔＴＰＴＢＰは赤色光（約６１５ｎｍのピーク）で励起することができ、その発光は、励起光及びＰｔＴＦＰＰからの発光を排除するバンドパスまたはロングパスフィルターを介してその発光を収集することができる。ＰｔＴＰＴＢＰの減衰時間はインビボで約１５〜４７μｓの範囲であるが、ＰｄＴＰＴＲＰの減衰時間はインビボで約７０〜２８６μｓの範囲である。ＰｔＴＰＴＢＰとＰｔＴＦＰＰの減衰時間は重複しないので、分離することができる。
【００９３】
システム
いくつかの実施形態では、センサーチップとプローブが特定の読み出し値を表示することができる。しかし、いくつかの実施形態では、それらは、数例を挙げると、コンピュータ、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、またはビデオディスプレイなどのより大きなコンピューティングシステムに組み込むことができる。
【００９４】
いくつかの実施形態では、特定の検体測定値を上記の機器で出力することができる。いくつかの実施形態では、センサーは乳酸塩の経時的な傾向を提供することができ、従って医療専門家が患者の治療に対する生物学的応答に基づいて患者の治療法を調整することを可能にする。このリアルタイムの情報の流れは、システムをモニターして中央の患者へのデータの組み込みを容易にし、乳酸塩の傾向、速度及び大きさに基づいて高度の自動化を可能にする。一方、このセンサーは、患者モニタリングシステム全体または治療を行う自動化システムに接続することなく、患者にそのままで個別に使用することができる。
【００９５】
さらに、患者の乳酸塩レベルが有害なレベルに達すると、センサーの実施形態は、「クラッシュ」アラームとして作用することもできる。医療従事者は、患者の有害な乳酸塩レベル、変化率及び病歴の「クラッシュ」アラームによって通知され、従って、患者を安定させるために必要な医療処置を提供することができる。センサーは、急激な増減や検体レベルの一般的なモニタリングのみなどの他のパラメーターに設定して使用することができる。センサーは、様々な患者モニタリングシステムに実装され、医療専門家に患者の健康の通知を無線で提供することができる。
【００９６】
いくつかの実施形態では、センサーの埋め込み部分は、約２００、３００、４００、４５０、５００、５５０、または６００μｍの幅及び約１００、２００、３００、４００、５００、５３０、５５０、または６００μｍの高さを有することができる。いくつかの実施形態では、センサーの埋め込み部分の幅は、約２００、３００、４００、４５０、５００、５５０、または６００μｍ未満の幅及び１００、２００、３００、４００、５００、５３０、５５０、または６００μｍ未満の高さを有することができる。
【００９７】
製造方法
実施例１
センサーは製造することができるが、以下の説明に限定されない。グルコース及び乳酸塩を測定することができる多数の前述のセンサーチップは、以下のようにして製造することができる。まず、パターニングされたマスクを用いてフォトリソグラフィ（図１３）によりウェハー上のＳＵ−８（１０１）からモールドを形成することができる（図１４）。１０２はＳＵ−８ウェハーのネガティブフィーチャーである。チャンネルの末端の大きなキャビティは、流体（色素または非重合ヒドロゲル混合物）でキャビティをより容易に満たすのに使用することができる。充填するために、液滴を１０２に入れることができ、キャビティを毛管作用によって充填することができる。モールドは一般的に蛇行していてもよく、これは、キャビティの充填効率を高めることができるが、特定の形状が限定的なものではない。図１５は、有意の数のこれらのモールドを一度に製造し得る方法を示している。ＳＵ−８モールドが形成された後、ＰＤＭＳをウェハーの上の薄層に注いで硬化させ、図１６に示すようにそれにモールドされたセンサーパターン及びチャンネルを有するＰＤＭＳシートを成形する。次いで、酸素透過性がより低いより硬いポリマーを、ＰＤＭＳモールドの上に薄い層に液体ポリマーを注ぐことによって、ＰＤＭＳモールドを型抜きし、硬質ポリマーを硬化させる（すなわち、空気硬化、ＵＶ硬化、熱硬化など）（図１７）。５０１はより硬いポリマーであり、５０２はネガティブチャンネルである。ＰＤＭＳモールドから型抜きされたより硬いポリマーとしては、アクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、多様なエポキシ、マイラー、ポリエチレン、ＰＥＴ、ＰＴＦＥ、及びポリアミドなどの材料が挙げられるが、これらに限定されない。センサーのためのネガティブフィーチャー（チャンネル）を作るために、ＳＵ−８モールドは、より硬く、より酸素透過性の低いセンサー材料の最終的なネガティブチャンネルのフィーチャーを生成するポジティブモールドを形成するように、ＰＤＭＳが流入するネガティブモールドとすることができる。
【００９８】
モールドは、色素と酵素がすべての反応チャンバーに同時に担持されるように形成することができる。色素は、モールドされたポリマー中に形成された一連の相互接続されたチャンネルの底にコーティングすることができる。溶媒に溶解した色素を毛細管作用を介してチャンネルに吸い込んで乾燥し、薄い固体層を形成する入口（５０２）に、色素溶液（色素溶液は以下を含むことができる：４５０μｌのクロロホルムに溶解した２ｍｇのＰｔＴＰＴＢＰ及び３０ｍｇのポリスチレン）を滴下して色素を一度に塗布することができる。オキシダーゼ酵素（グルコースオキシダーゼなど）、血清アルブミン、水、ＰＥＧ、ＨＥＭＡ、アルギン酸塩、酢酸セルロースなどを含むが、これらに限定されない酵素混合物を次いで色素と接触したままであるように色素上に担持して重合することができる。
【００９９】
実施例２
いくつかの実施形態では、色素を酵素ヒドロゲル混合物に組み込むことができる。これは、色素粒子を小さな断片（例えば、１ミクロン〜２０ミクロン）に分割し、それらを液体酵素プレゲル溶液に混合することによって達成することができる；色素粒子は、硬化（ゲルの細孔サイズが色素粒子よりもはるかに小さいために捕捉される）時にゲル中に捕捉されるようになり得る。
【０１００】
２ｍｇの色素を３０ｍｇのポリスチレンと混合し、４５０μＬのクロロホルムに溶解することができる。ガラススライド上に色素とポリスチレン溶液をピペッティングすることによって色素とポリスチレンの薄いシートを形成することができ、続いてクロロホルムを一晩蒸発させる。次いで、かみそりを使用して薄い色素層を細かい粒子に砕くことができ、その粒子を乳鉢と乳棒でさらに粉砕することができる。これらの粒子を、０．１重量％のヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、０．９重量％のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）及び水を有する溶液中に取り込むことができる。次いで、混合物をボルテックスミキサーで混合して、粒子を液体全体に均一に分散させることができる。得られた混合物をすべてのチャンネルの上にピペットしてチャンネルを充填することができ、チャンネルの上の余分な液体をピペットで吸い上げた。いくつかの実施形態では、これはチャンネルを満たしている流体だけをセンサーを担持しているチャンバーに残すことができ、その混合物をセンサーのチャンネルに吸い込んだ。
【０１０１】
一体化された色素及び酵素の反応チャンバーを作製するための別の実施形態では、水溶性色素粒子（例えばＯｘｙｐｈｏｒ  Ｇ２）を選択し、酵素ゲル混合物の他の官能基と共有結合する化学基で色素粒子を官能化する。例えば、Ｏｘｙｐｈｏｒ  Ｇ２がアミン基で官能化された場合、それらの色素粒子は、アルブミン、酵素、または酵素ゲル中に存在する他のタンパク質に共有結合することができる。この場合、色素粒子は、液体酵素のプレゲル溶液全体にわたって混合することができ、それらは共有結合によって硬化及び洗浄において酵素ゲル中に留まることができる。色素粒子はヒドロゲル含有酵素の細孔サイズよりも小さいので、共有結合を提供するための官能基を何ら有さない水溶性色素粒子は、経時的にゲルから浸出することができる。
【０１０２】
次いで、センサーの露出した頂部を、検体に対して不透過性であるが、センサー内の反応が酸素制限される可能性を低減するよう酸素を透過させるポリマー（例えばシリコーン）の薄層で直ちにコーティングすることができる。この層が重合した後、チャンネルの側面を切り取って、図１に示すように反応チャンバー（６０１）を検体を含む流体に暴露することができる。６０２は、ＰＤＭＳモールドからモールドされた他のポリマーであり、より硬く及び／または酸素に対して不透過性であり、６０３はセンサーの上にコーティングされた薄層シリコーンである。
【０１０３】
埋め込まれたセンサーの位置の特定
上述のように、センサーチップは患者に埋め込むことができる。従って、プローブをセンサーチップのほぼ上に配置するのが有利であり得る。埋め込みに続いてセンサーの位置を決定するのにいくつかの方法を使用することができる。便宜上、これらの方法は、センサーと相互作用し、センサーからデータを収集するのに使用されるのと同じプローブシステムによって実行され得る。所定の条件が満たされるまで、検出システムをセンサーのおおよその位置のまわりで動かすことによって、それぞれを実行することができる。この条件が満たされると、センサーからのさらなるデータ取得に検出システムの現在の位置を使用することができる。
【０１０４】
これらの方法は、センサー内の色素からの発光信号の最初の光学的検出を含む。光励起源を連続的にパルス化し、搭載光検出器及び付随するハードウェアを使用することにより、光パルスに続く発光減衰の存在または欠如を検出システムの下にセンサーの存在を示すのに使用することができる。このプロセスは、励起光源と同じ波長の光を吸収する組織内の任意の固有の発光種が、センサー色素の発光強度と比較して低い発光強度を有するという事実によって支援される。いくつかの実施形態では、各励起パルスに続いて光検出システムを使用して収集されたデータを分析して、所定の信号強度に達したかどうか、または収集されたデータに対する数学的適合が特定の適合度に達したかどうかを判定することができる。これらの条件の１つまたはいずれかが満たされている場合、検出システムは、センサーが見出されたことをユーザーに知らせることができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、センサー内に蛍光種を含めることができる。検出システムは、光検出器及び付属のハードウェアを使用して検出された蛍光の強度を同時にモニターしながら、皮膚を通して蛍光種を光学的に励起するために搭載光源を使用することができる。適切な強度の蛍光信号が検出された場合、検出システムは、センサーが見出されたことをユーザーに知らせることができる。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、センサーにあたる光が反射されるように、センサー内に反射要素を追加することができる。このようにして、センサーは組織のみによって提供される反射光の量を増加させるので、検出システムがセンサーの近傍に配置された場合、検出システムから放射される光は、より高い強度で反射され得る。従って、光検出器及びそれに付随するハードウェアによって検出される反射光の強度に対して閾値を設定することができる。この閾値に達すると、検出システムは、センサーが見出されたことをユーザーに知らせることができる。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、磁気要素を埋め込まれたセンサーに追加することができる。その後、磁力計を検出システムに追加することができる。次いで、検出システムの下にセンサーが存在することを示す適切な高い信号が磁力計によって記録されるまで、検出システムをセンサーのおおよその位置の周りに移動させることができる。あるいは、磁気種を検出器とセンサーの両方に配置して、これらの２つの本体間の磁気的引力をユーザーが感じることができるようにしてもよい。この引力を感じると、ユーザーは検出システムがセンサーに十分に近接していることに気付くであろう。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、コンパクトな無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップをセンサーに含めることができる。次いで、検出システムはＲＦＩＤチップの存在を検出するのに必要なハードウェアを含むであろう。次いで、検出システムの下にセンサーが存在することを示す適切な高い信号がＲＦＩＤ検出ハードウェアによって記録されるまで、検出システムをセンサーのおおよその位置の周りを移動させることができる。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、センサー内に、導電ワイヤのループを含むがこれに限定されない電子導電性の要素を含むことができる。その後、検出システムは、センサー内のこの電子伝導性要素の存在を検出するのに必要なハードウェアを含むであろう。含まれるハードウェアは、金属探知器として口語的に知られており、センサーを検出するために非常に低い周波数、パルス誘導、及びビート周波数の発振技術を使用することができる。検出システムは、検出システムの下にセンサーが存在することを示す適切に高い信号が金属探知ハードウェアによって記録されるまで、センサーのおおよその位置のまわりに移動させることができる。
【０１１０】
上記のようにセンサーとともに光源が含まれている場合、組織の下からの光の存在（光源からの励起光またはセンサーからの発光）をセンサー局在化のために使用することができる。
【０１１１】
センサーを用いたインビトロ乳酸塩較正
製造された４１のセンサーの９５％が、臨床濃度にわたって乳酸塩に対するインビトロ感受性を示した。ＣＬＭ感受性は、２４ウェルプレートの単一のウェルに装置を配置し、乳酸塩濃度が増加する一連の溶液中でピペッティングすることによって定量した。酸素感受性色素の発光寿命（Ｔ）を１０秒毎に測定した。各流体の交換とともにＴは、時間的に指数関数的に上昇し、その濃度に特有の新しい定常状態に達する（図１８）。各溶液の乳酸塩濃度は、金標準ＹＳＩ  ２３００  ＳＴＡＴ  Ｐｌｕｓ分析器によって独立して測定される。Ｔの定常状態値は、式Ｔ０／Ｔ−１によって変換される。ここで、Ｔ０は、ｐＯ２＝０に対する寿命定数である。Ｔ０／Ｔ−１は、ＹＳＩ測定に対して回帰され、図１９に示すような検量線を作成する。較正は＞０．９９のＲ２を有する負の指数関数的関係に従うことが判明した。
【０１１２】
試験結果
開示されたセンサーの実施形態の実行可能性を決定するために、異なる試験実験を使用した。
【０１１３】
埋め込まれたセンサーを用いたインビボ乳酸塩測定
皮下の空間に埋め込まれたときにセンサーが機能することを確認するために、シアン化物中毒及び回復のウサギモデルを使用した。シアン化物中毒の間、細胞は酸化的リン酸化を介して細胞呼吸を受けることができないために乳酸塩レベルは上昇する。これには、重要なシステムにおける嫌気性代謝の増加と、全身乳酸塩結果としての濃度の病理学的増加が必要となる。乳酸塩濃度の上昇は、アシドーシス媒介ショック、多臓器不全及び急性の死亡の危険を引き起こす。そのような嫌気性乳酸塩産生は、出血、敗血症、及び低酸素血症を伴う肺傷害を含む重大な病状において一般的である。重要なことに、乳酸塩濃度の上昇は、傷害の程度及び蘇生治療の有効性と密接に相関する。
【０１１４】
乳酸塩の上昇を追跡することにより、市販の分析装置によって行われた血液乳酸塩測定値と比較して、埋め込まれたセンサーが臨床範囲全体にわたって乳酸塩値を追跡することが確認された。
【０１１５】
最初に、パターン化乳酸塩センサー（酸素基準なし）をウサギに埋め込み、シアン化物をウサギに投与した。次いで、乳酸塩センサーと酸素基準センサーを異なるウサギに埋め込み、シアン化物中毒剤と回復を促すための解毒剤を投与した。両方の実験において、埋め込まれたセンサー信号は、市販の装置からの血液乳酸塩測定値と強く相関する。
【０１１６】
第２の実験では、乳酸塩のレベルが上昇後に減少し始める回復期の間に、埋め込まれたセンサーの信号は、血液乳酸塩の測定前に乳酸塩のレベルが２０分を超えて低下していることを報告する。これは、以下のように説明することができる。埋め込まれたセンサーは、ウサギの組織の間質液中に存在する。乳酸塩は組織内で産生され、次いでその乳酸塩の大部分は血流中に拡散し、乳酸塩が消費される肝臓を通過する。ウサギをシアン化物で被毒させた場合、その乳酸塩生成速度は肝臓の乳酸塩消費速度よりも高いので、乳酸塩レベルが上昇する。ウサギが回復しているとき、組織中の乳酸塩生成は、乳酸塩生成速度が肝臓の乳酸塩消費速度よりも低く、乳酸塩レベルが低下し始める点まで低下する。この減少は、組織乳酸塩産生が減速し、残った乳酸塩は血流中に拡散し続けるので、血液の前に組織において起こる。
【０１１７】
血液中の乳酸塩の測定前に低下する乳酸塩レベルを検出するセンサーのこの実施形態の能力は、治療決定を行うために使用することができる医師に患者の病態の早期の兆候を提供する。
【０１１８】
図２０は、麻酔したウサギの皮下（皮膚表面下約２ｍｍ）に埋め込んで傷をシールした乳酸塩センサーの実施形態から得られた測定値を示す。励起プローブと検出プローブの実施形態をセンサーと整列させ、センサー中の色素の寿命測定を１０秒毎に記録した。埋め込まれたセンサーの値と比較するために、特定の時点で動脈血を採取した。シアン化物の注入を開始した後に、血液中の乳酸塩のレベルが上昇し始め、我々のセンサーの寿命も予想通りに上昇し始める。埋め込まれたセンサーの信号と血液乳酸塩測定値の遡及的アラインメントは、我々のセンサーとＮｏｖａ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ製のＬａｃｔａｔｅ  Ｐｌｕｓ市販乳酸塩測定器の間に強い相関があることを示している。
【０１１９】
図２１は、麻酔したウサギの皮下（皮膚表面下約２ｍｍ）に埋め込んだ乳酸塩センサーの実施形態から得られた測定値を示し、酸素センサーもまた基準信号を提供するために移植し、別個の励起／検出プローブをセンサーと整列させ、センサー中の色素の寿命測定は１０秒毎に記録した。基準として用いた酸素センサーを実施例２及び３に記載したのと同様の方法で作製した。動脈血を特定の時点で採取し、市販の乳酸塩分析器（ＹＳＩ  ２３００）を用いてその乳酸塩濃度を測定し、埋め込まれたセンサーの値と比較した。埋め込まれたセンサー信号から酸素基準信号を差し引いたものとＹＳＩ血液乳酸塩測定値の遡及的アラインメントにより、シアン化物注入後乳酸塩が上昇するとき、我々のセンサーと市販の血液乳酸塩計との間に強い相関があることが示される。解毒剤の注射後約５０分で、センサーは乳酸塩濃度の低下を報告し、従って解毒剤は有効な治療法である。血液は注入後少なくとも８０分までは乳酸塩の低下を報告しておらず、血液の３０分程度前に臨床スタッフに陽性の治療反応を伝えることが示されている。臨床的な血液採取は不規則な時間に断続的に行われ、血液採取とその中で意図されたセンサーの間の時間の遅れはおそらく長くなるであろう。さらに、センサーは医療専門家に自発的に回復の開始を知らせるように設計されプログラムされており、従ってパルスオキシメトリーとＥＣＧを補完するハンズフリーモニターが提供される。
【０１２０】
全１３の試験された乳酸菌センサーが乳酸塩をうまく追跡した。ウサギがシアン化物被毒を生き延びなかった典型的な実験を図２２に示す。予想される解毒剤はこの動物では効果がなく、致命的なレベルの乳酸塩とそれに続く血圧の重度の低下につながり、これはプロトコルに従って動物を犠牲にすることを必要とした。灰色の領域はシアン化物注入の持続時間を示し、解毒剤注入の約１０分後に停止した。結果は、血液乳酸塩が約０．５ｍＭから１６ｍＭの乳酸塩を超えて上昇したので、センサーが遅滞なく血液乳酸塩を追跡したことを示す。断続的な血液測定とは異なり、センサーは臨床的に早期蘇生を示すことが示される、乳酸塩濃度曲線下面積（ＡＵＣ、図２３）の計算を可能にする。ＡＵＣ＞６ｍＭ＊時間は、８０％を超える死亡率と相関することが示されている。センサーは＞６ｍＭ＊時間のＡＵＣ交差閾値を検出し、動物は回復しなかった。
【０１２１】
別の実験では、ＬＥＤに取り付けた上記の乳酸塩センサー及び基準酸素センサーの実施形態を、埋め込まれたセンサーの上の皮膚の上に配置した検出器とともにウサギの皮膚内に埋め込んだ。実験には、ウサギのシアン化物中毒及びウサギの組織中の乳酸塩レベルの追跡並びに実験中の血液乳酸塩との比較が再び含まれた。２５分で、致死的シアン化物用量を経口投与し、その後乳酸塩値は組織内（埋め込まれたセンサーで測定）及び血液中（ＹＳＩ  ２３００乳酸塩分析器で測定）で上昇する。埋め込まれたセンサーの乳酸塩値は、乳酸塩センサー応答から基準酸素センサー応答を差し引いて得られた。
【０１２２】
ウサギモデルのシアン化物中毒では、図２４に示すように、乳酸塩に対するセンサー応答は、実験の経過にわたって採取された血液乳酸塩測定値とよく相関する。
【０１２３】
埋め込まれたセンサーを用いたインビボグルコース測定
図２５は、麻酔した糖尿病ラットの創傷を密封して皮下（皮膚表面下約２ｍｍ）に埋め込んで傷をシールしたグルコースセンサーの実施形態から得られた測定値を示す。プローブを埋め込んだセンサーと整列させ、センサーの色素の寿命測定値を１０秒毎に記録した。埋め込まれたセンサーの値と比較するために、特定の時点で尾静脈血をサンプリングした。グルコースが注入された後、血中のグルコースレベルが上昇し始め、センサーの寿命も上昇し始める。埋め込まれたセンサーの信号と血液乳酸塩測定値の遡及的アラインメントは、我々のセンサーと市販の血糖測定器の間に強い相関があることを示している。使用された市販の血糖測定器は、指先穿刺血液採取装置、Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｎｔｏｕｒである。ラットの尾から血液を採取し、Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｎｔｏｕｒによりラットの血液中のグルコースレベルを読み取った。
【０１２４】
図２６は、麻酔したラットの皮下（皮膚表面下約２ｍｍ）に埋め込んで傷をシールしたグルコースセンサーから得られた測定値を示す。プローブはセンサーと整列させ、センサーの色素の寿命測定値を１０秒毎に記録した。尾の静脈血を特定の時点でサンプリングし、埋め込まれたセンサーの値と比較した。インスリンを注入した後、血糖値は血液中に低下し始め、我々のセンサーの寿命も予想通りに低下し始める。埋め込まれたセンサーの信号と血糖値の測定値の遡及的アラインメントは、我々のセンサーと上記の市販の血糖計の間に強い相関関係を示す。
【０１２５】
上記の記載から、検体センサーに関する本発明の製品及びアプローチが開示されていることが理解されるであろう。いくつかの構成要素、技法及び態様がある程度の具体性をもって記載されているが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく上述の本明細書の特定の設計、構成及び方法論において多くの変更を行うことができることは明らかである。
【０１２６】
別個の実施態様に照らして本開示に記載されている特定の特徴は、単一実装で組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実施態様に照らして記載されている様々な機能は、複数の実施態様で個別にまたは任意の適切なサブコンビネーションで実装することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして上述され得るが、特許請求された組み合わせからの１つまたは複数の特徴は、場合によってはその組み合わせから削除することができ、その組み合わせは、任意のサブコンビネーションまたは任意のサブコンビネーションの変形として特許請求されてもよい。
【０１２７】
さらに、方法は図面に描かれているか、または明細書に特定の順序で記載されているが、そのような方法は、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序で、または順番どおりに実行される必要はない。図示または記載されていない他の方法は、例示的な方法及びプロセスに組み込むことができる。例えば、任意の記載された方法の前、後、同時、または間に、１つまたは複数の追加の方法を実施することができる。さらに、他の実装において方法を再配列するか並べ替えてもよい。また、上述の実装における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実装においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記載された構成要素及びシステムは、一般に、単一の製品に一体化され得るか、または複数の製品にパッケージ化され得ると理解されるべきである。さらに、他の実施態様も本開示の範囲内である。
【０１２８】
特に別途断らない限り、または使用される文脈内で別途理解されない限り、「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」または「ｍａｙ」などの条件付き言語は、一般に、特定の実施形態が、特定の特徴、要素、及び／またはステップを含むかまたは含まないことを伝えることを意図している。従って、そのような条件付き言語は、一般に、特徴、要素及び／またはステップが１つまたは複数の実施形態に何らか必要とされると意味することを意図するものではない。
【０１２９】
特に別途断らない限り、語句「Ｘ、Ｙ、及びＺの少なくとも１つ」などの結合言語は、項目、用語などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであってもよいと伝えるのに一般に使用される文脈で別途理解される。従って、そのような結合言語は、一般に、特定の実施形態が少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ、及び少なくとも１つのＺの存在を必要とすると意味することを意味するものではない。
【０１３０】
「ほぼ」、「約」、「一般に」及び「実質的に」などの本明細書で使用される程度の言語は、本明細書で使用される場合、値、量、または記載された値、量に近い特性、またはさらに所望の機能を達成するか、または所望の結果を達成する特性を表す。例えば、「ほぼ」、「約」、「一般に」及び「実質的に」という用語は、記載された量の１０％以下、５％以下、１％以下、０．１％以下、及び０．０１％以下の量を指すことができる。記載された量が０（例えば、何もない、何も有さない）である場合、上記の列挙した範囲は特定の範囲とすることができ、特定の％の値の範囲内ではない。例えば、記載された量の１０ｗｔ．／ｖｏｌ．％以下、５ｗｔ．／ｖｏｌ．％以下、１ｗｔ．／ｖｏｌ．％以下、０．１ｗｔ．／ｖｏｌ．％以下、及び０．０１ｗｔ．／ｖｏｌ．％以下である。
【０１３１】
いくつかの実施形態は、添付の図面に関連して説明されている。図面は縮尺通りに描かれているが、図示されたもの以外の寸法及び比率が企図されていて開示された発明の範囲内にあるので、そのような縮尺は限定的ではない。距離、角度などは単なる例示であり、図示の装置の実際の寸法及びレイアウトと必ずしも正確な関係を有するものではない。構成要素は、追加、削除、及び／または再配置することができる。さらに、様々な実施形態に関連する任意の特定の特徴、態様、方法、性質、特性、品質、属性、要素などの本明細書の開示は、本明細書に記載されるすべての他の実施形態において使用することができる。さらに、本明細書に記載された任意の方法は、列挙されたステップを実行するのに適した任意の装置を使用して実施され得ることが認識されるであろう。
【０１３２】
多数の実施形態及びその変形が詳細に記載されているが、同じものを使用する他の変更及び方法が当業者には明らかであろう。従って、本明細書の固有かつ独創的な開示または特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な応用、変更、材料及び置換を等価物とすることができることが理解されるべきである。
【０１３３】
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【０１３４】
上記の参考文献のすべては、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【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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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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