(57)【要約】通信システムと、センサと、モノリシック基板とを備える埋め込み型デバイスについて説明する。モノリシック基板は、センサからの入力を通信システムが搬送できる形式に処理するように構成された集積センサ回路を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムと、
センサと、
モノリシック基板と、を備え、
前記モノリシック基板は、前記センサからの入力を前記通信システムが搬送できる形式に処理するように構成された集積センサ回路と、外部電源からエネルギーを受けるように構成された集積電源装置と、を備える、
埋め込み型デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記センサは集積センサであり、前記モノリシック基板は該集積センサをさらに備える、埋め込み型デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記通信システムは前記モノリシック基板の第１の面上に配置され、前記センサは前記モノリシック基板の第２の面上に配置される、埋め込み型デバイス。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記モノリシック基板は、２００マイクロ未満の高さを有し、さらに５００マイクロ未満の長さ及び幅を有する、埋め込み型デバイス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記通信システムは、変調器と、出力ドライバと、伝送システムとを備える、埋め込み型デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記変調器は、制御回路と、パルス幅変調器とを備える、埋め込み型デバイス。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記センサは、少なくとも１つの作用電極と、少なくとも１つの基準電極と、少なくとも１つの対極とを備える、埋め込み型デバイス。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記センサは、対極と、基準電極と、少なくとも２つの作用電極とを備える、埋め込み型デバイス。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記集積電源装置は太陽電池装置である、埋め込み型デバイス。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記モノリシック基板はＣＭＯＳダイである、埋め込み型デバイス。
【請求項１１】
請求項３から１０のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記モノリシック基板の前記第１の面から前記モノリシック基板の前記第２の面へと貫通する孔をさらに備える、埋め込み型デバイス。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記電極は高表面領域電極である、埋め込み型デバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記通信システムはレーザを備える、埋め込み型デバイス。
【請求項１４】
請求項７から１２のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスにおいて、前記電極を除く前記埋め込み型デバイスの全体を実質的に覆う材料をさらに備える、埋め込み型デバイス。
【請求項１５】
埋め込み型デバイスを作動させるための方法であって、
前記埋め込み型デバイスにおいて第１の時間間隔でパルス化した電力を受けるステップと、
前記埋め込み型デバイスから第２の時間間隔でパルス化した情報を送信するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記埋め込み型デバイスがエネルギーを受ける期間に対応する時間間隔で前記埋め込み型デバイスに電力供給するステップをさらに含む、方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の方法において、
前記第２の時間間隔で前記パルス化された情報の前記送信を開始するために前記受けた電力から受信する信号を区分するステップをさらに含む、方法。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法において、前記電力は、１０秒未満の期間で受けられる、方法。
【請求項１９】
請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法において、前記受けた電力は、光学的電力である、方法。
【請求項２０】
請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法において、前記送信された電力は、光学的電力である、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記受けた電力は、前記送信された電力とは異なる波長である、方法。
【請求項２２】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の埋め込み型デバイスと、外部デバイスとを備えるシステムであって、
前記外部デバイスは、
電源と、
電力送信機と、
前記電力送信機及び前記電源に接続され、時間間隔のみでアクティブ状態の前記電力送信機が前記埋め込み型デバイスに電力をパルシングするように構成されたプロセッサと、
前記埋め込み型デバイスの前記通信システムから情報を受信する検出器と、を備える、システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、前記埋め込み型デバイスからの情報を送信し、さらに、直接に又は前記プロセッサを介して、前記検出器に動作可能にリンクされた通信リンクをさらに備える、システム。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載のシステムにおいて、前記プロセッサに動作可能に接続されたディスプレイをさらに備える、システム。
【請求項２５】
請求項２２から２４のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記検出器は、検出器のアレイである、システム。
【請求項２６】
請求項２２から２５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記外部デバイスは、市販の電子機器である、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型化された埋め込み型電気化学センサデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
[関連出願の相互参照]
本願は、２０１３年２月６日付け出願の米国仮特許出願第６１／７６１，５０４号の優先権を主張し、その開示は、参照によりここに全てが組み込まれる。本願は、２０１３年１２月１３日付け出願の米国特許出願第１４／１０６，７０１に関連し、その開示は、参照によりここに全てが組み込まれる。
【０００３】
生物学的指標の測定は、様々な医学的障害において、関心の対象である。埋め込み型デバイスを介して様々な動物（例えば、哺乳動物）の生体内の生物学的指標を測定するために、多様なシステムが開発されている。
【０００４】
既存の埋め込み型デバイスは、生体内で高い局在温度を発生させる可能性がある。度々、外部源から供給される電力によって、埋め込み型デバイス周辺の局所温度が上昇してしまう。度々、埋め込み型デバイスからの情報の伝送によって、その埋め込み型デバイス周辺の局所温度が上昇してしまう。
【０００５】
しかしながら、生体は、高い内部温度に耐えることができない。高い内部温度は、多くの場合、組織の死滅をもたらす（Seese著、「組織形態、血管形成及び慢性加熱における筋肉組織の適応応答の温度の特徴（Characterization of tissue morphology, angiogenesis, and temperature in the adaptive response of muscle tissue in chronic heating）」、研究調査、１９９８；７８（１２）：１５５３〜６２）。
【０００６】
埋め込み型デバイスが直面する別の問題に、埋め込み型デバイス周辺の生体組織内に、異物カプセル（foreign body capsule）が形成されるということがある。フィブリノゲン及び他のタンパク質は、埋め込み後直ちに、生物付着として知られる工程によりデバイス表面に結合する。マクロファージは、成長因子β及び他の炎症性サイトカインを放出するこれらのプロテイン上の受容体に結合する。プロコラーゲンは、細胞外空間への分泌後に合成され、密集した繊維質の異物カプセルの形成に徐々に寄与する架け橋となる。密集したカプセルによって、埋め込み型デバイスが生体に接続することが妨げられ、それによって、度々、埋め込み型デバイスの作動が妨げられる（Ward著、「皮下に移植されたデバイスの異物応答の評価：生物付着及び繊維症におけるマクロファージ及びサイトカインの役割（A Review of the Foreign-body Response to Subcutaneously-implanted Devices: The Role of Macrophages Cytokines in Biofouling and Fibrosis）」、糖尿病科学技術学会誌（Journal of Diabetes Science and Technology）、Vol.２、Is.５、２００８年９月）。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態において、本発明は、通信システムと、センサと、モノリシック基板とを備える埋め込み型デバイスに関し、モノリシック基板は、センサからの入力を通信システムが搬送できる形式に処理するように構成された集積センサ回路と、外部電源からエネルギーを受けるように構成された集積電源装置とを備える。
【０００８】
代替的な実施形態において、本発明は、埋め込み型デバイスを作動させるための方法に関し、該方法は、埋め込み型デバイスにおいて第１の時間間隔でパルス化した電力を受けるステップと、埋め込み型デバイスから第２の時間間隔でパルス化した情報を送信するステップとを含む。
【０００９】
本発明の埋め込み型デバイスの多様な実施形態では、埋め込み型デバイス周辺の局所温度を低く維持したまま、外部デバイスからの電力を受け、外部デバイスに情報を送信する。本発明の埋め込み型デバイスの多様な実施形態では、異物カプセルの形成が最小になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】埋め込み型デバイスの回路の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】複数の作用電極（ＷＥ）、スイッチング回路及びＶセンサ電流入力手段の例示的な実施形態を示す図である。
【図３】制御回路の例示的な実施形態を示す図である。
【図４】埋め込み型デバイスの例示的なブロック図である。
【図５】モノリシック基板に形成された孔を示す図である。
【図６】埋め込み型デバイスの構成の例示的な実施形態を示す図である。
【図７】ＣＭＯＳ上のピラー形状を示す図である。
【図８】ピラーのコーティングを示す図である。
【図９】ピラーのコーティングを示す図である。
【図１０】モノリシック基板の材料コーティングを示す図である。
【図１１】複数の対極（ＣＥ）、基準電極（ＲＥ）及び作用電極（ＷＥ）において採用可能な様々な構造を示す図である。
【図１２】ＲＦ及び光学的エネルギーの両方を用いた組織温度上のパルス化エネルギーの影響を示す図である。
【図１３】外部デバイスの構成の例示的な実施形態を示す図である。
【図１４】外部デバイスの構成の例示的な実施形態を示す図である。
【図１５Ａ】外部デバイスの例示的なブロック図である。
【図１５Ｂ】外部デバイスの例示的なブロック図である。
【図１６】組織を介したデータ送信の結果を示す図である。
【図１７】組織を介したエネルギー送信の温度結果を示す図である。
【図１８】短時間パルスの経過後、グルコースレベルの検出を示す図である。
【図１９】市販のポテンショスタットと埋め込み型デバイスのポテンショスタットとによって測定された電流の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本発明の一以上の実施形態を例示し、例示的な実施例の記載と併せて本発明の原理及び実施態様を説明するために用いられる。
【００１２】
一実地形態において、本発明は、通信システムと、センサと、モノリシック基板とを備える埋め込み型デバイスに関し、モノリシック基板にはセンサ回路及び電源がモリシックに集積され、ここでは、通信システムは、モノリシック基板の第１の面上に配置され、集積センサは、第１の面と反対側のモノリシック基板の第２の面上に配置される。
【００１３】
用語「通信システム」は、当該分野での通常の意味を持つことを意図する。多様な実施形態において、通信システムは、センサ回路から外部のデバイスに情報を送信するために、単一の構成要素又は複数の構成要素を備えることができる。例えば、本発明に係る多様な実施形態において、通信システムは、ＬＥＤ、レーザ又はＲＦアンテナを備えていてもよい。実施形態では、通信システムは、センサ回路によって出力される電流に応じた信号を送信してもよい。本発明の代替的な実施形態において、通信システムは、より入り組んだ形式を採用することができる。例えば、通信システムは、変調器と、出力ドライバと、伝送システムとを備えることができる。通信システムは、送信する信号を変調するために使用することができるパルスコード変調器をさらに備えることができる。
【００１４】
「モノリシック基板」は、その上に構成要素がモノリシックに集積された基板であり、従って、その構成要素は、基板に機械的手段を介して接着及び／又は固定されていない。本発明に係る多様な実施形態では、モノリシック基板は、ＣＭＯＳ技術又は当該分野において公知の他の製造技術を用いた工程の成果物を用いることができる。モノリシック基板は、複数の面、少なくとも第１の面及び第２の面を持つことが理解される。第１及び第２の面は、第１及び第２の面がモノリシック基板の他の面より広いという点で、モノリシック基板の他の面から区別することができる。
【００１５】
用語「センサ」は、特定の生物学的指標を検出するための専用デバイスの部分を指す。例えば、グルコースをモニタリングするある実施形態において、センサインタフェースはある部分を指し、その部分では、生物学的試料（例えば、血液又は間質液）又はその一部が酵素（例えば、グルコースオキシダーゼ）と接触し、生物学的試料（又はその一部）の反応によって反応生成物の形成を生じ、これによって、生物学的試料におけるグルコースレベルを判断することが可能になる。本発明の多様な実施形態では、センサは、本明細書で後述するような「機能層」をさらに備える。本発明の多様な実施形態において、センサは、モノリシック基板にモノリシックに集積することができる。本発明の多様な実施形態では、モノリシックに集積されたセンサは、モノリシック基板の電源とは異なる面に配置することができる。これは、多様な実施形態で、後述する方法と同様に例えば高表面電極をモノリシック基板のシリコン面上に形成し、高表面電極を電源を備えたモノリシック基板の他方の面と相互接続することにより行うことができる。
【００１６】
用語「電源」は、当該分野での通常の意味を持つことを意図する。本発明に係る多様な実施形態において、電源は、外部のエネルギーを受けるために、ＲＦアンテナ又は太陽電池を備えることができる。
【００１７】
本発明に係る多様な実施形態は、異なるサイズであってもよい。多様な実施形態において、デバイスは、１ｍｍ未満の長さ、１ｍｍ未満の幅及び２００マイクロ未満の高さとなる。多様な他の実施形態では、デバイスは、２００又は１００マイクロ以下の高さを有し、５００マイクロ以下の長さ及び幅を有する。
【００１８】
多様な実施形態において、本発明に係るデバイスは、センサ回路を備えていてもよい。センサ回路は、センサからの信号を通信システムが容易に搬送できる形式に処理する回路を備えていてもよい。多様な実施形態において、センサ回路は、ポテンショスタットから構成されていてもよい。代替的な実施形態において、図１に示すように、センサ回路１０２は、ポテンショスタット１０７及びカレントミラー１０８を備えてもよい。
【００１９】
本開示において理解されるような変調器は、センサ回路によって供給される変調器の入力（例えば、変調信号）の変化に応じて周期的な波長の一以上の特性を変化させる回路を指す。本発明に係る多様な実施形態において、変調器は、センサ回路１０２の出力（例えば、電流出力）に応じて、デバイスから（例えば、変調器の入力へ）送られたパルスの幅を増やすパルス幅変調器１０４を備えることができる。
【００２０】
本発明の多様な実施形態は、出力ドライバを備える。本発明に係るある実施形態では、埋め込み型デバイスの伝送システムによって変調器の出力の許容可能な電力レベルでの伝送を可能にするために、出力ドライバは、変調器の出力によって供給される電流を増加させることができる。多様な実施形態において、出力ドライバ１０５は、パルス幅変調器１０４によって供給される電流を増加させた大電流を扱うことができる一以上のトランジスタを備えていてもよい。
【００２１】
本開示を通じて記載されるような伝送システムは、レーザ（例えば、ＶＣＳＥＬ）、ＬＥＤ、ＲＦアンテナを備えていてもよい。
【００２２】
ここで使用される用語「ポテンショスタット」は、通常の意味に限定されるものではなく、現在の値で少なくとも３つの電極セルである作用電極と基準電極間との間の電位を制御する電気的システムを含む。要求されるセル電圧及び電流が、ポテンショスタットの動作限界を超えない限り、それは、所望の電位を維持するために、作用電極と対極との間に流れる電流を制御する。
【００２３】
ポテンショスタット回路１０７の一例を図１に示す。ポテンショスタット回路は、作用電極ＷＥ、基準電極ＲＥ及び対極ＣＥへの電気的接続を含む。本発明に係る多様な実施形態では、図２に示すように、複数の作用電極ＷＥは、トランジスタのスイッチングを介して使用することができる。図２では、トランジスタのスイッチングは、各スイッチＷ１、Ｗ２、Ｗｎに供給される別個の電圧によりスイッチＷ１、Ｗ２、Ｗｎを開閉することで、ｎ作用電極（例えば、ＷＥ１、ＷＥ２、ＷＥｎ）間を切り替えるために使用される。多様な実施形態では、トランジスタスイッチＷ１、Ｗ２及びＷｎを開くスイッチング電圧は、外部電源（例えば、太陽電池）から供給されてもよい。作用電極ＷＥに印加される電圧及び基準電極ＲＥに印加される電圧は、作用電極ＷＥと基準電圧ＲＥとの間に印加される電圧差が、一定値に維持又は値（例えば、電圧）間で掃引されるように、設定される。電流が基準電極ＲＥを通じて流れないように作用電極ＷＥを通過する電流のバランスをとるために、対極ＣＥは、対極ＣＥでの電圧を変化させることで、作用電極ＷＥにより測定される量と等しい電流値を有するように構成される。これは、基準電極ＲＥ及び対極ＣＥの両方に接続され、負帰還ループに構成されたオペアンプ（ＯＰ  ＡＭＰ）１１０によって成し遂げることができる。オペアンプ１１０のＶセンサのための入力電流は、本発明に係る多様な実施形態において、生成することができ、図２に示すように、電源２０２自体又は独立したフォトダイオード２０３から生成することができる。
【００２４】
カレントミラーは、当業者に公知な回路であり、回路に存在する負荷とは独立した電流出力を制御するために使用される。カレントミラーの一例は、図１の１０８に見ることができる。この例示的な実施形態におけるカレントミラーは、ポテンショスタット１０７を実際にロードせずに、ポテンショスタット１０７からのセンサ電流を複製し、それによって、その性能を隔離させている。本発明の図１に示すこの例示的な実施形態において、ポテンショスタット１０７からの電流（Ｉセンサ）は、カレントミラー１０８によって、マッチングトランジスタを介してミラーされる。
【００２５】
制御回路によって、埋め込み型デバイスの様々な構成要素の通電を制御することができる。本発明の多様な実施形態では、制御回路１０３は、デバイスの動作を制御するために提供することができ、一方で、代替的な実施形態では、センサミラー１０８からの電流は、パルス幅変調器１０４へ直接に流れ込むことができる。本発明の一実施形態では、制御回路１０３は、カレントミラー１０８及び制御線（制御）からの電流を受ける。制御線から制御回路１０３のトランジスタへ流れる電流によって、カレントミラー１０８からの電流が、パルス幅変調器１０４、入力ドライバ１０５及び伝送システムに入力することが可能になる。制御回路１０３は、制御線を介して「制御」がイネーブルの場合は変調器の動作をイネーブルにするスイッチとして機能し、それにより、デバイスによってデータが伝送される。制御線は、図３の３０１で示すような発振器又は図３の３０２で示すような光電池に接続することができる。発振器３０１のタイミングは、トランジスタセット（例えば、ｘ及びｙ）の相対比により制御することができる。発振器３０１は、図３のグラフに示すような間隔に関し、一定の短い間隔で制御線（制御）に電圧を供給することができる。多様な実施形態では、３０２での光電池は、埋め込み型デバイス上の電源又は他の光電池の波長とは別の波長によって活性化することができ、それによって、パルス幅変調器１０４、入力ドライバ１０５及び伝送システム１０６のアクティブ状態の制御を提供する。パルス幅変調器１０４、入力ドライバ１０５及び伝送システム１０６のオン時間を制限することで、埋め込み型デバイスは、デバイスで発生する熱の量を制限することができる。温度は、制御回路（存在する場合）の制御の下で伝送システム１０６が送信する電力を制限することにより、制限される。温度が制限されるのは、なぜなら、上記システムはある時間周期でアクティブにならないため、パルス幅変調器１０４及び出力ドライバ１０５によって発生する熱が最小限になるためである。
【００２６】
パルス幅変調器は、カレントミラー１０８及び制御回路１０３からの電流を一連のパルスに変換するために、多様な回路を備えることができる。本発明の一実施形態によれば、カレントミラー１０８及び制御回路１０３からの電流に応じて、パルス幅変調器１０４は、内部発振器１０９を経て生成するパルスの幅を変化させる。その後、パルス幅変調器１０４は、パルスを入力ドライバ１０５及び伝送システム１０６に供給する。「制御」信号の制御の下、デバイスがアクティブになっている間、制御回路が、センサ回路からの電流（例えば、カレントミラー）を変調器１０４の下部に供給し、それによって、下部がイネーブルとなることで電流が上部から変調器１０４の下部に流れることが可能になり、変調器の動作がイネーブルになることに留意されたい。
【００２７】
通信システム９、センサ７、電源３及びセンサ回路４の機能及び相互関係が、本開示の図４の本発明の例示的な実施形態として図示されている。この実施形態では、電源３は、通信システム９、センサ回路４及びセンサ７に動作可能に接続されている。通信システム９は、センサ７に動作可能に接続されたセンサ回路４から処理された信号を受信する。
【００２８】
本発明に係る例示的な実施形態において、通信システム９は、変調器５と、出力ドライバ６と、伝送システム８とを備える。このような実施形態では、電源３は、変調器５、出力ドライバ６、伝送システム８、センサ回路４及びセンサ７に動作可能に接続される。センサ回路４は、変調器５に動作可能に接続され、変調器５はセンサ回路４からの情報を変調する。情報は、出力ドライバ６に送信され、ここで、変調された情報に対応する電力が高められ、その後、埋め込み型デバイスの伝送システム８に送信のために供給される。
【００２９】
作用電極は、関心のある反応が発生する電気化学システム内の電極である。作用電極は、多くの場合、三電極システムにおいて、対極及び基準電極と共に使用される。一般の作用電極は、例えば金、銀及び白金のような、貴金属から構成することができる。本発明における例示的な作用電極は、高表面領域電極をさらに含む。
【００３０】
基準電極は、安定性及び公知の電極電位を有する電極である。例示的な基準電極は、例えば金、銀、白金及び銀／塩化銀のような、不活性金属で作製された電極を含む。
【００３１】
対極は、ボルタンメトリー分析のための三電極システムにおいて、一般に使用される電極である。三電極システムでは、対極は、電流の印加又は測定のいずれかを行う回路を提供するために用いることができる。対極の電位は、通常測定せず、作用電極での反応のバランスをとるように調整することができる。多様な実施形態における対極は、例えば金、白金又は炭素のような、様々な化学的不活性材料で製造することができる。
【００３２】
多様な実施形態では、埋め込み型デバイスは、１、２、３、４又はそれ以上の図２に関連して本開示で前述したような作用電極を備えることができる。グルコースの検出において、実施形態では、グルコースオキシダーゼは、グルコースから過酸化水素を生成するために使用され、それによって、センサを駆動する酸素が生成される。しかしながら、グルコースオキシダーゼは、体内に移植された場合、例えば熱的、化学的変性並びにプロテアーゼ分解のような様々な機構により、分解することがある。以下の本発明のさらなる実施形態によれば、新規な保護作用電極が提供され、これにより、本発明に係る埋め込み型デバイスの総寿命を向上させることができる。
【００３３】
多様な実施形態において、少なくとも１つの電極は、タイムフレームのために電極を保護するような生分解性ポリマーを用いて被覆することができる。生分解性ポリマーは、非毒性で、分解速度の制御が可能であり、また、分解するまで良好な機械的完全性を可能にするものである。生分解性ポリマーの適切な例として、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポラクチド（ＰＬＡ）及びポリカプロラクトン（ＰＣＬ）が挙げられる。上記ポリマーは、電極を表示するデバイスの一部にピペッティングすることで、デバイスに加えることができる。
【００３４】
光起電力装置は、光に曝すと電流を生成する電源であり、これは、光電効果と関連する。材料表面上に光が入射すると、価電子帯に存在する電子は、エネルギーを吸収して励起し伝導帯にジャンプして自由になる。これらの高励起で非熱的な電子は拡散し、一部は接合部に到達し、ここで、それらはビルトインポテンシャルによって加速されて、別の材料に向かう。これによって、起電力が発生し、従って、光エネルギーの一部が電気エネルギーに変換される。モノリシック基板上の光起電力装置の実装例として、例えば、ｐ−ｎ接合太陽電池が挙げられる。
【００３５】
ＣＭＯＳダイは、ＣＭＯＳ工程のために設計されたダイである。市販のＣＭＯＳの例として、ＴＳＭＣ２５０ｎｍ及びＩＢＭ２５０ｎｍによるダイが挙げられる。当業者は、モノリシック集積のために使用することができる他の技術及び工程を知っているだろう。
【００３６】
多様な実施形態では、モノリシック基板の第１の側からモノリシック基板の第２の側へ貫通する孔を備える。孔は、様々な異なる方法を使用して作製することができる。ＵＶレーザアブレーションは、対応する波長によって誘電体及びシリコン層の両方を除去することができ、孔を作製するのに用いることができる。ガスによるエッチングも用いることができる。疑似ボッシュ（Pseudo-Bosch）プロセスは、プラズマ処理の一例である。疑似ボッシュプロセスにより得られた孔は、図５に見ることができ、ここでは、３０マイクロサイズの孔が示される。
【００３７】
多様な実施形態において、孔６０７又は孔（複数）は、孔に合う金属、繊維又はポリマーに基づくインサートを介し、埋め込み型デバイスを、骨又は様々な他の組織に固定することを可能にするために使用することができる。多様な実施形態において、孔（単一）又は孔（複数）は、基板の異なる領域に配置することができる。多様な実施形態では、１、２、３、４又はそれ以上の孔を設けることができる。
【００３８】
多様な実施形態では、孔によって、液体がデバイスを通過することが可能になる。液体がデバイスを通過することを可能にする孔によって、デバイスは、異物カプセルを最小化することができ、さらに、多様な例において、たとえデバイスが循環導管に溜まった場合でも、循環流体が通過することを可能にすることで、循環システムが詰まることを防ぐことができる。
【００３９】
相互接続によって、例えば埋め込み型デバイスの異なる面のような、埋め込み型デバイスの２つの領域をリンクすることができる。図６中に示す相互接続６０８は、例えば銅のような、導電性材料であり、異なる構成要素に接続することができ、又は、モノリシック基板６０１上の構成要素内の接続を提供することができる。
【００４０】
通信システム及びセンサ回路６０６、センサ６０２、電源６０９の相関関係の一例を、図６に見ることができる。図６において、通信システム６０６は、モノリシック基板６０１の第１の面上にあり、センサ６０２は、モノリシック基板６０１の第２の面上に配置されている。図６において、センサは、３つの電極を備える：単一の対極６０３、単一の基準電極６０４及び単一の作用電極６０５である。図６において、モノリシック基板６０１は、孔６０７を備える。センサ６０２は、相互接続を介し、通信システム及びセンサ回路６０６に接続され、この相互接続によって、モノリシック基板の第１の面と、モノリシック基板の第２の面のとは、電気的にリンクする。
【００４１】
高表面領域電極は、その表面が典型的な寸法を超える表面領域を有する電極を意味する。さらに、高表面領域電極に関連する開示を、２０１３年１２月１３日付け出願の米国特許出願第１４／１０６，７０１内に見つけることができ、参照によりここに全てが組み込まれる。本発明に係る多様な実施形態では、高表面領域は、ピラーによって形成することができる。
【００４２】
本発明に係る例示的な実施形態では、ピラーの設計は、市販のソフトウェアを用いて行うことができる。ＰＭＭＡ  ９５０  Ａ４は、所望の分解能を達成しつつ、クリーンなリフトオフを成し得るために用いることができる。５分間１８０℃のベークに続いて、レジストを１分間４０００ｒｐｍで回転させることができる。Ｌｅｉｃａ  ＥＢＰＧ  ５０００＋光学システムでパターンを描くために、１２００μｃ／ｃｍ２の用量を使用することができる。パターンは、脱イオン水で濯いだ後、２０秒間、ＭＩＢＫ及びＩＰＡの１：３の溶液中で現像することができる。その後、５分間、酸素プラズマ中でアルミニウムを堆積させることにより、Ｔｅｍｅｓｃａｌ  ＴＥＳ  ＢＪＤ―１８００  ＤＣ反応スパッタシステムにおいて、５０ｎｍアルミナマルクをスパッタコーティングすることができる。最後に、マスクリフトオフを、２分間、超音波浴のジクロロメタン中で行うことができる。光学顕微鏡によってパターニングが成功したことを確認した（図示せず）。
【００４３】
本発明に係る例示的な実施形態では、次にパターニングを、ＭＡ−Ｎ  ２４０３レジストを用いて行うことができる。ピラーは、ドライプラズマ（Ｃｌ２：ＢＣｌ３）と、ＵＮＡＸＩＳ  ＲＩＥマシンを使用して金属パッドの部分をエッチング除去するためのウェットエッチング液（例えば、ＴＭＡＨ）との両方を用いて製造された。ドライプラズマ（Ｃｌ２：ＢＣｌ３）エッチングでは、２５℃に設定され、ＲＩＥ電力は１２０ワットに設定された。Ｃｌ２の流速は４ＳＣＣＭに設定され、ＢＣｌ３の流速は２０ＳＣＣＭに設定された。ウェットＴＭＡＨエッチングでは、表面を１０分間常温の液体中に浸した。上述の工程を用いた本発明に係る例示的な実施形態の結果は、図７に見ることができる。形成された構造の寸法及び均一性において、成功したことが分かる。
【００４４】
本発明に係る例示的な実施形態では、コンフォーマルなコーティングを行うために、金属堆積スパッタリングを使用することができる。まず、堆積の等方性を向上させるために、高密度の２０ｍＴｏｒｒのアルゴンプラズマを使用した。５ｎｍのＴｉ接着層がＤＣスパッタリングされ、その後、５０ｎｍ又は１００ｎｍのＡｕ膜又はＰｔ膜がＤＣスパッタリングされた。上述の工程を用いた本発明に係る例示的な実施形態の結果は、図８及び９に見ることができる。特別なステージが使用され、これにより、入射される金属原子に対し試料を９０°まで傾けることができた。次に、ステージは１２０ｒｍｐまでの速度で回転することができた。プラズマパラメータ（２０ｍＴｏｒｒ付近の高圧）に合った傾き及び回転によって、非常に均一に制御されたコンフォーマルな側壁がもたらされた。
【００４５】
電極及びレーザを除いたデバイス全体を実質的に覆う材料は、当該分野の様々な技術により、様々な形状において、成し得ることができる。多様な実施形態において、ＳＵ８、パリレン、ＰＤＭＳ又はシリコーンが使用される。パリレンは、真空蒸着法を用いて加えられる。
【００４６】
図１０は、電極の「機能層（１００１及び１００５）」を保護するための材料１００２を有する埋め込み型デバイスの実施形態を示す。この例示的な実施形態において、材料１００２は、第１の機能作用電極（１００５の下）及び第２の機能作用電極（１００１の下）の両方を囲む。さらに、対極１００４及び基準電極１００３のための材料１００２によって、ウェルが形成されている。ウェルは、電極の異なる構成に応じて異なる形状にすることができる。多様な実施形態において、材料は、電極を除く埋め込み型デバイスを覆い、それによって、機能化マトリックス（図示せず）を支持する。多様な実施形態において、材料は、電極及び伝送システム（図示せず）を除く埋め込み型デバイスを実質的に覆う。
【００４７】
本発明に係る一例示的な実施形態では、相溶性ポリマーを含む材料を実質的に覆うために、５分間９５℃でのベークに続く１分間２０００ｒｐｍでのスピンによって、ＳＵ８をデバイスの全表面に加えることができる。次に、Ｃａｒｌ  Ｓｕｓｓ  マスクアライナシステムで電極に対応するパターンを描くために、６秒間、３６５ｎｍでのＵ.Ｖ.光の線量を使用することができる。露光後、デバイスを５分間９５℃で再びベークすることができる。パターンは、水で濯いだ後、５分間ＳＵ８現象液中で、現象することができる。
【００４８】
多様な実施形態において、電極は、関心のあるターゲットに特異性を提供する「機能層」によって覆われる。用語「機能層」は、任意のメカニズム（例えば、酵素的又は非酵素的）を備える層を意味し、これにより、関心のあるターゲットをデバイスのための電気信号として検出することができる。例えば、本発明のある実施形態では、グルコース濃度を判定するために、グルコースからグルコン酸への変換（グルコース＋Ｏ２→グルコン酸＋Ｈ２Ｏ２）を触媒するグルコースオキシダーゼのゲルを含む機能層を利用することができる。なぜなら、各グルコース分子がグルコン酸に変換されるため、共反応Ｏ２及び生成物Ｈ２Ｏ２に比例的変化があり、共反応又は生成物のいずれかの電流変化をモニタリングすることで、グルコース濃度を判定することができるためである。本発明の多様な実施形態において、機能層は、酵素（例えば、グルコースオキシダーゼ）を装填したヒドロゲル（例えば、ＢＳＡ）を含むことができる。本発明の多様な代替的な実施形態では、機能層は、酵素（例えば、グルコースオキシダーゼ）を装填したポリマー（例えば、ポリピリジン）をさらに含むことができる。
【００４９】
本発明に係る多様な実施形態において、対極は、作用電極よりも大きい又はそれ以上の数のオーダーにすることができる。対極は、どのような方法でも作用電極を制限しないようにするために、従って、セルのインピーダンスを制限しないようにするために、より大きくすることができる。多様な実施形態では、作用電極と対極との間の電位は、パルス化される。グルコースを検出する場合、埋め込み型デバイスの作用電極及び対極は、ある実施形態において酸素を要求する。電極の上方の機能層内において、グルコースから過酸化水素を生成するために酸素が要求される。グルコースオキシダーゼの反応から生成された過酸化水素は、作用電極の表面でさらに反応し、２つの電子を生成する。この反応の生成物は、２つの陽子（２Ｈ＋）、２つの電子（２ｅ―）及び１つの酸素分子（Ｏ２）である。作用電極付近の酸素濃度は、グルコースオキシダーゼの反応中に消費され、作用電極での第２の反応によって補充されるため、従って、酸素の純消費量は、ゼロになる。対極では、電子受容体として酸素を使用する。このシステムにおいて最も好ましい還元性種は、酸素又はペルオキシダーゼにより生成される酵素である。対極で酸素が消費される２つの主な経路がある。これらは、水酸化物を生成する４電子経路と、過酸化水素を生成する２電子経路とである。酸素は、グルコースオキシダーゼによって対極の上方でさらに消費される。
【００５０】
多様な実施形態において、デバイスの作用電極は、様々な対称性の度合いで配置させることができる。図１１は、複数の作用電極ＷＥによる実施形態を示す。構成９０５において、３つの作用電極（９０３）は、対極９０１及び基準電極９０２から等しい距離で配置されている。構成９０４において、８つの作用電極（９０３）は、八角形の対極９０１内に配置され、各作用電極（９０３）は、基準電極９０２及び対極９０１の同等の表面距離から等しい距離で配置されている。９０４のような構成では、各作用電極９０３が、代替的な作用電極９０３と空間的に同様に現れるため、再較正の必要性を最小限にすることができる。電極の間隔差が反応の性能に影響を及ぼす場合、異なる形状において再較正が要求される。さらに、図１１に示すような対称的な構成を使用することで、１つの作用電極から別の作用電極への埋め込み型デバイスのスイッチとして電子機器を使用することが可能になる。このようなスイッチングは、例えばグルコースオキシダーゼ分解及び生分解性コーティングの劣化による代替の電極の露出のような、様々な必要性に応じることができる。
【００５１】
本発明の一実地形態では、埋め込み型デバイスを作動させるための方法が提供され、該方法は、埋め込み型デバイスにおいて第１の時間間隔で電力を受けるステップと、埋め込み型デバイスから第２の時間間隔で情報を送信するステップとを含む。
【００５２】
多様な実施形態において、埋め込み型デバイスで受けられた電力は、例えば電磁的（光）、機械的、熱的、振動的（音波）、又は電気的のような、形式を含む。一例示的な実地形態において、電力は、光学的なもの（例えば、近赤外線７００ｎｍから１０００ｎｍ）である。
【００５３】
多様な実施形態において、（例えば、埋め込み型デバイスによって）電力を受ける時間間隔は、マイクロ秒から数１０秒、約０．１秒より大きく５秒未満又は約０．５秒より大きく２秒未満にわたることができる。埋め込み型デバイスの実施形態では、埋め込み型デバイスは、少なくとも変調器を備えるため、電力を受ける時間間隔は、ミリ秒を超えることができる。
【００５４】
時間間隔における送信情報（例えば、埋め込み型デバイスの検出信号に対応する情報、グルコースのレベルに対応する情報）は、マイクロ秒から数１０秒、約０．１秒より大きく５秒未満又は約０．５秒より大きく２秒未満にわたる期間における送信情報を含むことができる。
【００５５】
本発明に係る多様な実施形態において、第１の時間間隔は、第２の時間間隔と実質的に等しくすることができる。このような構成は、ポテンショスタット１０７が、出力ドライバ１０５に直接接続され、従って、伝送システム１０６に接続されている場合に、見ることができる。本発明に係る多様な実施形態では、第２の時間間隔は、第１の時間間隔内に含むことができる。
【００５６】
いずれの電子デバイスでも、デバイスの回路を駆動するために必要とされる最小限の電力量を有し、さらに、埋め込み型デバイスを取り囲む局在領域では、埋め込み型デバイスに継続的に供給される上記電力によって、高温がもたらされる可能性がある。生体の組織内の高温は、その組織にダメージをもたらす可能性がある。高温を避けるために提案される本発明に係る有望な解決策は、特定の間隔で電力を受信し、さらに特定の間隔で情報を送信することであり、又は、本発明の代替的な実施形態では間隔の区間毎に行うことである。ＲＦ及び光学的電力パルスによる電力に対する時間を算出した。結果を図１２に示す。図１２において、エネルギーのパルス（１２０２、１２０４）間で、デバイスが継続的な電力に関連する定常状態の温度に到達せずに、デバイスが、電力量を受けることができることが分かる（１２０１及び１２０３参照）。エネルギーの所定量に関連する定常状態の温度と、電力がパルス化されている場合に見出される温度との差は、１２０５に見ることができる。従って、本発明に係る多様な実施形態では、短いパルスで、電力供給及び情報送信を行うことができ、従って、定常状態とパルス化された動作との間の温度差を最大化し、その一方で、埋め込み型デバイスの電力供給が可能になり、センサでモニタリングされた反応状態を理解するために十分な情報（つまり、グルコースの濃度）を提供する。
【００５７】
多くの場合にデバイスは完全に安定化するために長期間を要求するため（例えば、あるレーザの波長は、継続的な電力供給後から定常状態に到達する前に、変化することがある）、このような短いパルスの使用は、一般的な慣行に反することがある。より短い電力供給による定常状態の温度からのデバイスの動作温度に関連するこの変動は、本発明の温度の利点を実現する前に性能が重要である医用用途において望ましくない。
【００５８】
電力を受ける期間に対応する時間間隔のみでデバイスに電力供給することは、電力を受けない時間では、デバイスがパワーダウンすることを意味し、それによって、（例えば、バックグラウンド光からの）バックグラウンド供給電力に相当する定常状態になる。
【００５９】
多様な実施形態では、１秒の何分の一かで十分に、外部デバイスにデータを保存するための本発明に係る光学的読み出しを行うことができる。このような実施形態は、例えば、システムがパルス通信方式のために設計されている場合に、得ることができる。例えば、生物学的センシングのための電気化学的波長において、最速の走査速度（例えば、サイクリックボルタンメトリー又はクロノアンペロメトリー測定）は、最大でも数Ｈｚである。従って、ＫＨｚで動作するように設計されたシステムは、リアルタイムでこのデータを容易に保存（送信／受信）することができる。同様のことは、このような変化の遅い信号を検出するために使用されるＲＦ及び音響法についても言える。
【００６０】
多様な実施形態において、パルス間隔は、能動的伝送システム又は受動的通信方式において使用することができ、この場合、集束入力ビームは、通信システムによって変調される。
【００６１】
多様な実施形態において、受信する信号は、時間間隔で行う情報の送信を開始するために受ける電力から区分され、これにより、デバイスに電力供給する電源を与えることができ、さらに、内部デバイスが所望する場合において情報の流れを制御するために、外部デバイスからの信号を区分することが可能になる（例えば、外部デバイスによって、デバイスの電力供給後から血糖値を送信するまでに、期間を設定することが可能になる。）。
【００６２】
多様な実施形態において、受けた電力の波長は、その電力が送られたときの波長とは異なる。これにより、送信信号の干渉を低減することができ、外部デバイスでの波長に基づくフィルタリングが可能になる。
【００６３】
本発明の一実施形態では、システムを提供し、該システムは、上述のような埋め込み型デバイスと、外部デバイスとを備え、外部デバイスは、電力送信機と、電源に接続されたプロセッサとを有し、プロセッサは、特定の間隔のみで電力送信機をアクティブにするように構成される。
【００６４】
多様な実施形態において、外部デバイスは、電源１５０１と、プロセッサ１５０２と、検出器１５０３と、送信機１５０６と、ディスプレイ１５０４と、通信リンク１５０５とを備える。他の実施形態において、これらの構成要素は、多様な構成要素をさらに備えることができる（例えば、電源１５０１は、太陽電池１５１０と、電力管理チップ１５１１と、バッテリ１５１２とを備える。）。多様な実施形態において、外部デバイスは、例えばプッシュスイッチ１５０７、ブザー１５０８及び／又はタッチセンサ１５０９のような、追加の構成要素を備えることができる。
【００６５】
プロセッサ１５０２は、システムの基本的な演算、論理及び入力／出力操作を行うことにより、コンピュータプログラムの命令を実行する構成要素である。多様な実施形態において、プロセッサは、単一の集積回路に全ての機能を組み込んだマイクロプロセッサとすることができる。システムのプロセッサは、的確に変えることができる。本発明の多様な実施形態では、プロセッサチップ１５０２は、フリースケール・セミコンダクタ（Freescale Semiconductor）のＫ２０Ｐ６４Ｍ７２ＳＦ１とすることができ、図１５Ｂに示すように、ディスプレイ１５０４、パルススイッチ１５０７、ブザー１５０８、通信リンク１５０５、電力送信機１５０６、タッチセンサ１５０９、検出器１５０３及び電力管理チップ１５１１に動作可能に接続される。このような実施形態では、プロセッサ１５０２は、電力管理チップ１５１１からの電力を受け、タイミングプログラムを実行し、それによって、電力送信機１５０６をパルシングする。さらに、プロセッサは、接続を介して、電力をディスプレイ１５０４、パルススイッチ１５０７、ブザー１５０８、通信リンク１５０５、電力送信機１５０６、タッチセンサ１５０９及び検出器１５０３に提供する。プロセッサ１５０２は、検出器１５０３からの情報を処理し、ディスプレイ１５０４に上記情報を表示する。プロセッサは、パルススイッチ１５０７を介し、デバイスの電源を入れる。プロセッサ１５０２は、通信リンク１５０５を介し、検出器１５０３に関する情報を送信する。
【００６６】
プロセッサは、エネルギーが所定の時間間隔で電力送信機により送信されるもののみである本発明の全ての実施形態において、アプリケーションを実行する。多様な実施形態では、電力を送信するための時間間隔は、マイクロ秒から数１０秒、約０．１秒より大きく５秒未満又は約０．５秒より大きく２秒未満にわたることができる。
【００６７】
多様な実施形態において、電源１５０１は、様々な構成要素を備えることができる。例えば、一部の近代の腕時計に見られるように、外部デバイスの動きを電流に変換することによって、電力を供給ことができる。代替的な実施形態では、電源は、バッテリ又は太陽電池を備えることができる。多様な実施形態では、電源は、例えば電力管理チップ１５１１（例えば、フリースケール・セミコンダクタのＭＣ３４７０４ＡＥＰＲ２）、太陽電池１５１０（例えば、サンヨー・エネルギー（Sanyo Energy）のＡＭ―１８０１ＣＡ）及びバッテリ１５１２（例えば、ＭＬ６２１Ｓ／ＺＴｎ）のような、構成要素の組み合わせを備えることができる。このような構成の一実施形態では、電力管理チップ１５１１は、動作可能に接続される。
【００６８】
多様な実施形態において、電力送信機１５０６は、様々な構成要素を備えることができる。多様な実施形態において、電力送信機は、レーザ又はＬＥＤとすることができる。多様な実施形態において、電力送信機は、図１５Ｂに示すように、プロセッサ１５０２に動作可能に接続されたＬＥＤ  ダブルドライバ（W/driver）１５０６を有することができる（例えば、ライティング・サイエンス・グループ・コーポレーション（Lighting Science Group Corporation）のＮＴ−４１Ａ０−０４８２）。
【００６９】
本発明の多様な実施形態において、外部デバイスは、プロセッサ１５０２に動作可能に接続されたパルススイッチ１５０７を有することができ、パルススイッチ１５０７には、例えば、イースイッチ（E-switch）のＴＬ３３１５ＮＦ２５０Ａ又は当業者に公知である他のものを用いることができる。本発明の多様な実施形態において、外部デバイスは、プロセッサに１５０２に動作可能に接続されたタッチセンサ１５０９を有することができ、タッチセンサ１５０９には、例えば、フリースケール・セミコンダクタのＴＳＳＥＬＥＣＴＲＯＤＥＥ  ＶＭ−ＮＤ又は当業者に公知である他のものを用いることができる。本発明の多様な実施形態において、外部デバイスは、プロセッサ１５０２に動作可能に接続されたブザー１５０８を備えることができ、ブザーには、例えば、Tianer TechnologyのＴＥ−ＨＣＳ０５０３Ａ−Ｈ２．５を用いることができる。ブザー１５０８によって、プロセッサ１５０２からの信号を介して警告することができ、これにより、低グルコースレベルのユーザに注意を促すことができる。ブザー１５０８が使用により外部デバイスのインターフェースで検出されるような使用のプロセッサを起動させない場合、本発明の多様な実施形態において、外部デバイスは、ユーザに援助を提供するために、通信リンク１５０５を介して直接的に又は（iPhoneを介して）間接的に、当局（例えば、９１１）に信号を送信することができる。
【００７０】
多様な実施形態において、検出器１５０３は、単一のＣＣＤ又は複数のＣＣＤのアレイとすることができる。多様な実施形態において、検出器１５０３は、例えばテキサス・インスツルメンツ（Texas Instruments）のＴＣ３４１−３０―ＮＤのような、アレイとすることができ、これは、図１５Ｂに示すように、プロセッサチップ１５０２に動作可能に接続される。
【００７１】
検出器は、埋め込まれたデバイスによって送信された信号を検出することになる。埋め込まれたデバイスによって送信された信号は、バックグラウンドノイズ（例えば、波長）と比較して弱くなることがあるため、検出器は、特に電力送信波長やバックグラウンド光といった、他の波長をフィルタリングすることができなければならない。バックグラウンドのフィルタリングは、埋め込み型デバイスが信号を送信していない期間の光を計測し、信号から上記光を差し引くことで、行うことができる。本発明の多様な実施形態において、バックグラウンドのフィルタリングは、物理的フィルタによる手段でも成し遂げることができる。
【００７２】
ある実施形態において、検出器は、（例えば、複数の検出器の）アレイであろう。埋め込み型デバイス及び外部デバイスが検出器に対してずれている場合、アレイによって、検出器が、埋め込まれたデバイスの通信システムからの信号を検出することが可能になる。アレイの一要素のサイズは、信号対ノイズ比を最適化し、通信信号から最大電力を受信するようなサイズにすることができる。このようなアレイは、身体の異なる領域における組織の散乱応答に基づく異なる用途のために、異なる設計であってもよい。さらに、特定の実施形態における検出器は、潜在的に弱い信号を検出するために、低ノイズ高ゲインのフロントエンドを有するだろう。
【００７３】
多様な実施形態において、システムの外部デバイスのディスプレイ１５０４は、時計盤面、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ又はユーザが理解できるようにプロセッサからの情報を提示する他の手段（例えば、カラーディスプレイ、機械式腕時計）を備えることができる。多様な実施形態において、ディスプレイ１５０４は、例えば京セラ・インダストリアル・セラミックス・コーポレーション（Kyosera Industrial Ceramics Corporation）のＣ−５１８４７ＮＦＪ−ＳＬＷ−ＡＥＮのような、ＬＣＤディスプレイとすることができ、これは、図１５Ｂに示すように、プロセッサチップ１５０２に動作可能に接続される。
【００７４】
本発明に係る通信リンク１５０５は、例えば限定ではないがBluetooth、ＵＳＢ及びＷｉ−Ｆｉのような、通信手段を備えることができる。多様な実施形態において、通信リンク１５０５は、例えばテキサス・インスツルメンツのＬＭＸ９８３９のような、Bluetoothモジュールとすることができ、これは、図１５Ｂに示すように、プロセッサチップ１５０２に動作可能に接続される。
【００７５】
家電用電子デバイスは、日常使用を意図した電子機器である。例として、ＭＰ３プレーヤ、ビデオレコーダ、デジタルカメラ及び携帯電話が挙げられる。多様な実施形態において、家電用電子デバイスは、カメラ部品と同様にフラッシュを有する携帯電話であることがある。そのような携帯電話の寸法は、１フット未満の長さ、約６インチ未満の幅及び４インチの高さであると理解される。
【００７６】
電力送信機１４０３、検出器１４０２、ディスプレイ１３０２、電源１３０３、プロセッサ１３０４及び通信リンク１３０５の様々な特別な構成による本発明の例示的な実施形態を、図１３及び１４に見ることができる。ディスプレイ１３０２は、外部デバイスの上面１３０１にあり、プロセッサ１３０４、電源１３０３及び通信リンク１３０５の側面に配置されている。検出器１４０２及び電力送信機１４０３は、外部デバイスの下側にある。電力送信機１４０３は、それらの干渉を潜在的に避けるために、検出器１４０２から離れて配置される。
【００７７】
［実施例］
［光学的試験］
発明者らは、５ｍｍの鶏皮及び組織を通じた光学的電力及び光学的通信を試験した。デバイスは、図１５に示すように、皮及び組織試料の後に配置された。デバイスは、ファンクションジェネレータに接続された。皮及び組織試料の前に、電力レーザ（.８ｗ，８００ｎｍ）及び検出器（化合物半導体）が配置された。電力レーザの前には、機械的シャッターが配置された。機械的シャッターは、３ミリ秒の時間期間は開き、１ミリ秒の時間期間は閉まるようにプログラムされた。デバイスは、組織試料を通して電力レーザから電力を受けた。供給された電力を使用して、図１６に示すように、デバイスは、鶏皮及び組織を通過して正弦波１６０１を送信し、上記信号は、検出器により、１６０２として受信された。
【００７８】
パルシング及び光学電力の効果をさらに評価した。具体的には、組織を通じたレーザ伝送の温度効果をモデル化した。埋め込み型デバイスは、組織内部の深さ３．５ｍｍでシミュレーションした。図１７において、垂直及び水平軸は、０を埋め込み型デバイスの配置場所とした、マイクロでの距離を表している。図１７の横スケールは、濃淡に関連付けられた摂氏での温度を表している。特定の場合に、１ｍｍの正方形のスポット上における１秒程度の期間の８０５ｎｍの近赤外波長での１Ｗレーザ放射は、安全であることが分かった。１Ｗレーザが、埋め込み型デバイスから３５００マイクロより大きくなるように、組織の上方に配置された。電力供給量と同様となる数１０秒程度の時間で、組織にダメージをもたらす可能性がある温度が発生することが分かった。
【００７９】
［グルコース試験］
ビーカ内のリン酸緩衝生理食塩水を用いて、グルコース試験を行った。センサの一部のみが溶液に曝されるように、センサは、溶液に注意深く浸された。材料が埋め込み型デバイスを実質的に覆うように、絶縁エポキシ（５分エポキシ）を使用した。センサを除くどこにでもエポキシを配置させるために、小さなデバイスを使用した。０ｍＭ−２０ｍＭの生理的範囲で、異なるグルコース濃度の溶液が作成された。これらの溶液にデバイスが浸され、センサから生じた電流が測定された。複数のセンサにおいて、実験を複数回繰り返し行った。センサは、動作を確認するために、外部機器（外部ポテンショスタット）にさらに接続された。小時間間隔でのグルコース試験におけるデバイスの性能は、図１８に示す０ｍＭ（１８０１）、１ｍＭ（１８０２）、２ｍＭ（１８０３）及び１０ｍＭ（１８０４）の３つの異なる濃度で確認された。デバイスの性能と外部基準ポテンショスタットＣＨＩ  １２４２Ｂの性能との比較を図１９に示す。
【００８０】
［生物学試験−異物デバイスの移植における異物カプセルの測定］
生体内の異物材料への免疫システムの応答によって、異物カプセルが形成される。通常生じる異物カプセルは、密に織られたコラーゲン線維のカプセル形状であり、これは、生体内に外科的に取り付けられた異物の存在への免疫システムによって生成される。
【００８１】
デバイス移植の際の異物カプセルの有無を試験するために、３匹のマウスに、５００マイクロ×５００マイクロ×２００マイクロの本発明のデバイスを皮下挿入して試験した。その後、３０匹のマウスの第２のセットに、４０００マイクロ×４０００マイクロ×２００マイクロのデバイスを皮下挿入して試験した。術後、マウスの腹部に配置されたインプラントの初期形状及び配向を評価するために、動物をマイクロＣＴスキャンライブ（マイクロフォトニクス（Microphotonics）によるSkyScan1176）を用いて画像化した。安全性評価は、デバイスへの生物学的応答を評価すること、及び、マイクロＣＴスキャンライブを用いることに基づいて行うことができ、マイクロＣＴスキャンライブは、０日、３日、６日、１２日、１５日及び１８日でのデバイスの配向、移植デバイスを取り囲む瘢痕組織形状又は異物カプセルの存在を判断するために使用することができる。
【００８２】
その後、３０日で、マウスは、異物カプセルの存在を検査するために、他のライブスキャンを行うことができ、その後、マウスは、デバイスを取り囲む組織を検査するために、外稙を行うことができる。
【００８３】
その後、移植の潜在的な局所効果は、インプラントを取り囲む異物カプセル組織の顕微鏡的評価によって、及び、この組織の組織学的及び細胞性形態学的解析によって、外稙時の異常な組織反応において評価することができる。
【００８４】
［生物学的試験―被膜拘縮組織の組織診断］
移植したデバイスの潜在的な局所効果は、インプラントを取り囲む異物カプセル組織の顕微鏡的評価によって、及び、この組織の組織学的及び細胞性形態学的解析によって、外稙時の異常な組織反応において評価することができる。切除した組織カプセルの組織診断では、炎症性細胞の存在を調べることにより、形成されたカプセルに正常な創傷治癒応答が現れる場合を示すことができ、さらにこれらを点数化することができる（０から５の範囲において０及び１の点数は、４００倍の視野で目に見える細胞が０である）。炎症性細胞は、好中球、リンパ球及びマクロファージを含むことができ、さらに、組織学的及び細胞性形態学的解析によって分類することができる。さらに、浮腫、うっ血、壊死、出血又は組織細胞の顆粒化を見るために、顕微鏡検査を使用することができる。組織診断に続いてこれを行うことにより、変性、細菌感染又はカプセルが存在する場合にカプセルのいずれかの悪性腫瘍の兆候を探すことができる。
【００８５】
［生物学的試験―組織カプセルの厚さ］
デバイスにわたる組織カプセルの厚さは、２グループのマウスによって検査することができ、デバイス全体にわたるカプセルの厚さと一致しえる。埋め込み型デバイスにわたるカプセルの厚さは、２グループのマウスにわたる範囲と予期することができ、２つのグループは、５００マイクロ×５００マイクロ×２００マイクロのデバイスを有するマウスと、４０００マイクロ×４０００マイクロ×２００マイクロのデバイスを有するマウスである。血管新生床の相対的サイズを、インプラント／組織の界面から通常の組織及び通常の血管の特性を有する影響のない領域までの領域幅を評価することによって点数化した。これは、外稙デバイスを取り囲む組織の移植の３０日後に行う。
【００８６】
４０００マイクロ×４０００マイクロ×２００マイクロより小さい５００マイクロ×５００マイクロ×２００マイクロを有するマウスの方が、より小さい異物カプセルの形成を有することが発見されるだろう。
【００８７】
本発明については、複数の実施形態に基づいて記述した。けれども、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な改変がされ得ることが理解されよう。従って、他の実施形態も次の特許請求の範囲に包含される。
【００８８】
上述の例により、本発明の全範囲に対応付けられる実施形態の作成及び使用する方法の完全な開示及び説明が当業者に提供され、また、上述の例は、発明者らが本発明とみなす範囲を制限することを意図しない。
【００８９】
ここに開示された方法及びシステムを実行するために、上記形態の修正は、当業者にとって明らかであり、この修正も、次の特許請求の範囲内であることが意図される。明細書内で言及される全ての特許及び刊行物は、本発明に属する当業者の技術レベルを示すものである。本明細書で引用された全ての参考文献は、参照により同程度に組み込まれ、各参考文献は、参照によりその全てが個々に組み込まれる。
【００９０】
本発明は、特定の方法又はシステムに限定されないことが理解され、これは、当然に変更することができる。また、本明細書の用語は、特定の実施形態のみを説明する目的で使用されることが理解され、限定を意図するものではない。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「ある」、「一つ」及び「前記」は、その性質に反しない限り、複数の指示対象を含む。用語「複数」は、要旨が明らかに指示しない限り、二以上の指示対象を含む。定義されない限り、ここで使用される技術用語及び科学用語は、当業者によって通常に理解されるものと、同じような意味を有する。
【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１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１】
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【図１１】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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