(57)【要約】創傷被覆材は、柔軟性がある本体と、前記本体の中に組み込まれたセンサー素子とを含む。前記センサー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、創傷滲出液に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が変化するように構成されている。前記創傷被覆材は、前記創傷被覆材が創傷上に置かれたときに、前記創傷被覆材から創傷内に治療薬剤が拡散するように構成された治療薬剤の供給部を更に含む。【選択図】図１
2020520781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む創傷被覆材：
柔軟性がある本体；及び
前記本体の中に組み込まれたセンサー素子（前記センサー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、前記センサー素子は、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が変化をするように構成されている）；並びに
前記創傷被覆材が創傷上に置かれたときに、前記創傷被覆材から創傷内に治療薬剤が拡散するように構成されている治療薬剤の供給部。
【請求項２】
前記繊維は複数のセンサー粒子を含み、前記センサー粒子は、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が検出可能な変化をするように構成されている1種以上の指標化合物を含む、請求項１に記載の創傷被覆材。
【請求項３】
前記繊維はハイドロゲルを含み；及び
前記センサー粒子はイオン交換樹脂又はハイドロゲルを含むビーズを含む、
請求項２に記載の創傷被覆材。
【請求項４】
前記1種以上の指標化合物は、pH感受性色素、グルコース感受性色素、乳酸感受性色素、又はそれらの任意の組合せを含む、
請求項２又は請求項３に記載の創傷被覆材。
【請求項５】
前記センサー素子は、第1領域、第2領域、第3領域、及び第4領域を含む；並びに
第1領域の繊維中にあるセンサー粒子はpH感受性色素を含む；
第2領域の繊維中にあるセンサー粒子はグルコース感受性色素を含む；
第3領域の繊維中にあるセンサー粒子は乳酸感受性色素を含む；及び
第4領域の繊維中にあるセンサー粒子は色素フリーである、
請求項４に記載の創傷被覆材。
【請求項６】
前記センサー素子の下面が、前記本体の下面の一部を形成するように、前記センサー素子が前記本体の中に組み込まれている、請求項１〜５の何れか一項に記載の創傷被覆材。
【請求項７】
前記創傷被覆材が、更に以下：
ハイドロゲルを含む第1層；及び
前記第1層上に配置された第2層（前記第2層は多孔性疎水性材料を含む）；
を含み、並びに
前記センサー素子は、少なくとも部分的に前記第1層の中に組み込まれている、
請求項１〜６の何れか一項に記載の創傷被覆材。
【請求項８】
前記創傷被覆材は、第1層が第3層と第2層の間にあるように、第2層からみて第1層の反対側の第1層表面に配置された第3層を更に含む；及び
前記第3層はバクテリアの増殖を阻害するように構成されている、
請求項７に記載の創傷被覆材。
【請求項９】
治療薬剤の前記供給部が前記第1層のハイドロゲルの中に組み込まれている、請求項７又は８に記載の創傷被覆材。
【請求項１０】
前記創傷被覆材は、治療薬剤のデリバリー素子を更に含む；及び
治療薬剤の前記供給部は、前記デリバリー素子の中に組み込まれている、
請求項１〜９の何れか一項に記載の創傷被覆材。
【請求項１１】
前記デリバリー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、前記繊維は、ハイドロゲルを含む；及び
前記治療薬剤は前記ハイドロゲルの中に組み込まれている、
請求項１０に記載の創傷被覆材。
【請求項１２】
前記デリバリー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、前記繊維は、ハイドロゲルを含む；及び
前記繊維は、複数の多孔性ハイドロゲル粒子を含み、前記多孔性ハイドロゲル粒子は、前記治療薬剤を含む；並びに
前記多孔性ハイドロゲル粒子は、パラメータが所定の閾値を超えた場合に前記治療薬剤を放出するように構成されている、
請求項１０に記載の創傷被覆材。
【請求項１３】
前記パラメータは、創傷滲出物のpH又は多孔性ハイドロゲル粒子の温度を含む、請求項１２に記載の創傷被覆材。
【請求項１４】
前記創傷被覆材は、前記デリバリー素子を選択的に加熱するように構成された加熱素子を更に含む、請求項１３に記載の創傷被覆材。
【請求項１５】
前記治療薬剤は、抗生物質、抗真菌剤、細胞増殖促進剤、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１〜１４の何れか一項に記載の創傷被覆材。
【請求項１６】
前記本体の中に組み込まれた湿度センサー素子を更に含み、前記湿度センサー素子は、湿度が変化することに応じて、外観が変化をするように構成されているコーティングを有する基材を含む、請求項１〜１５の何れか一項に記載の創傷被覆材。
【請求項１７】
前記被覆材が創傷上に置かれたときに、創傷内に酸素を放出するように構成された複数の粒子を更に含む、請求項１〜１６の何れか一項に記載の創傷被覆材。
【請求項１８】
創傷に前記創傷被覆材を適用すること；及び
前記センサー素子の外観の変化を検出すること、
を含む、請求項１〜１７の何れか一項に記載の創傷被覆材を使用する方法。
【請求項１９】
前記センサー素子の外観の変化を検出することは、更に以下： 
前記センサー素子の画像データを生成すること（前記画像データは前記センサー素子の色のデータを含む）；及び
前記創傷からの滲出物に関連するパラメータの値を測定するために、前記センサー素子の色のデータを前記センサー素子の所定の色のデータと比較すること；並びに
創傷滲出物に関連する前記パラメータの値が前記創傷における感染の存在を示す場合には、前記創傷被覆材を前記創傷から除去すること、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
センサー素子を前記創傷被覆材の柔軟性がある本体の中に組み込むこと（前記センサー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、前記センサー素子は、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が変化をするように構成されている）；及び
前記創傷被覆材が創傷上に置かれたときに、前記創傷被覆材から創傷内に前記治療薬剤が選択的に拡散するように、治療薬剤の供給部を前記創傷被覆材の中に組み込むこと、
を含む、創傷被覆材を作製する方法。
【請求項２１】
複数のハイドロゲル繊維を含むメッシュを形成することによって、前記センサー素子を形成すること（前記ハイドロゲル繊維は、複数のセンサー粒子を含み、前記センサー粒子は、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が変化をするように構成された1種以上の指標化合物を含む）、を更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
治療薬剤の供給部を前記創傷被覆材の中に組み込むことは、更に以下：
複数のハイドロゲル繊維を含むメッシュを形成すること（前記ハイドロゲル繊維は、前記治療薬剤を含む複数のセンサー粒子を含み、前記粒子は、pHパラメータ又は温度パラメータが所定の閾値を超えた場合に前記治療薬剤を放出するように構成されている）、
を含む、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記センサー素子を前記本体の中に組み込むことは、前記センサー素子を型枠内に配置することを更に含む；
治療薬剤の前記供給部を組み込むことは、治療薬剤のデリバリー素子を前記型枠内に配置することを更に含む；並びに
前記方法は、更に以下：
架橋されていないハイドロゲル材料を前記型枠に加えること；及び
前記本体を形成するために、前記架橋されていないハイドロゲル材料を架橋する架橋剤を加えること、
を含む、
請求項２０〜２２の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感染が存在すること及び治療することを判定するためのセンシング素子及び治療薬剤のデリバリー素子等を含む創傷被覆材に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚は体内で最大の臓器であり、体温を調節し、外部の物理的及び化学的物質から体内の臓器を保護し、病原体や微生物に対する物理的障壁となる。外傷、手術、又は糖尿病により惹起される皮膚の傷害は有病率が高く、患者や医療システムに大きな負担となっている。皮膚が損傷すると痛みを伴い、前記皮膚の健全性と保護的機能が破滅的に損なわれ、及びそこから感染症が引き起こされ拡がる可能性がある。後者は、創傷感染の結果、入院期間が有意に長くなり、創傷治癒が遅延し、コストと死亡率が増加するため、臨床上の大きな課題である。更に、感染によって、免疫応答が顕著に大きく生じることになり、敗血症又は敗血症性ショックを伴い、低血圧及び多臓器不全がもたらされる。従って、前記創傷を継続的にモニタリングしながら、感染を予防すること及び管理することは、非治癒性又は外傷性の損傷を有する患者にとって、主要な懸案事項である。
【０００３】
現行の治療戦略は、外傷後の疼痛を軽減し、病原性の感染から前記創傷を保護し、前記創傷の水分を維持し、滲出物を管理し、創傷の治癒過程を促進する環境を提供することを目的としている。損傷の程度に応じて、ガーゼ、綿羊毛等の以前からある被覆材、生理活性成分をデリバリーする被覆材、抗菌剤及び再生剤、が臨床現場で使用されている。再生能力を有する市販の被覆材としては、Alloderm Select登録商標(LifeCell Corporation)、GraftJacket登録商標(Wright Medical Technology, Inc.)、Integra登録商標(Integra Lifesciences Corp.)、Biobrane登録商標(Bertek Pharmaceuticals Inc.)等の無細胞移植片、並びにDermagraft登録商標(Organogenesis, Inc.)、Epicel登録商標(Vericel Corporation)、及びRecell登録商標(Avita Medical Ltd.)等の細胞移植片がある。前記創傷の感染予防には銀を含浸させた被覆材が広く使用されている；市販品の例としては、Acticoat登録商標(Smith & Nephew plc)、Fibracol登録商標(Johnson & Johnson Corporation)、Silvasorb (Medline Industries, Inc.)などがある。しかしながら、創傷を管理するためには、現在の被覆材を使用することにはいくつかの大きな課題がある。第一に、臨床的な徴候や症状が現れる前に、病原性の感染を検出することはほとんど不可能である。第二に、抗菌薬の放出を制御することができないので、抗生物質耐性や治癒の遅延がもたらされることがある。更に、創傷を目視的に検査するために被覆材を毎日交換することは、煩わしく、痛みを伴うことがある。そのため、創傷状態をモニタリングし、必要な場合は適切な治療を提供することができる、多機能性の被覆材を開発することが急務である。
【０００４】
柔軟性がある電子機器の出現と新規バイオマテリアルの開発により、急性創傷及び慢性創傷の物理化学的特性を測定することができる、先進的な被覆材がいくつか登場した。Kim らは、表皮と類似した弾性と曲げ剛性を有する柔軟性がある電子機器システムを開発した(5)。これらの電子機器デバイスは、皮膚の不規則な構造に適合し、皮膚の上表面の温度と歪を測定することができるものであった。別の研究では、Huangらは、生体液を表皮で解析するために、セルロースペーパー、ポリウレタン、及びケイ素等を含む様々な弾力性がある基材に取り付けることができる伸縮性センサーを製作した(6)。このデバイスは、汗から皮膚のpHを定量化し、その後データを外部装置に無線で転送することができるものであった。Najafabadiらは、ポリ(カプロラクトン)とポリ(グリセロール・セバケート)のブレンドからなる生分解性ナノ繊維性高分子基材の上に電気回路を作製した(7)。この基材上に温度と歪センサー、並びに加熱コイルを組み立てて、特徴とした。これらは、センサーの測定値を無線で転送することができ、また、ヒーターを無線で制御することができることが示された。Liuと共同研究者らは、心血管の診断マーカーを表皮で測定するための、柔軟性がある機械‐アコースティックなセンシング電子機器を開発した(8)。最近の研究では、Mustafaluらは組織の物理化学的な特性を測定することができるスレッド‐ベースの（thread-based）電子機器システムを開発した(9)。彼らはこの技術を用いて、生体サンプル中の菌株、温度、pH、及びグルコースを測定した。表皮への応用が成功裏に実施されているにもかかわらず、これらの電子機器ベースの技術は、創傷滲出物や汗に存在するタンパク質、ケモカイン、電解質のために、その感受性が損なわれるという課題に直面している(10)。更に、電気／電気化学系は、それらの読み取り値を解析するために、電子回路と電源を統合することを必要とし、デバイスの設計と製作を複雑にしている。また、これらの技術は、抗菌薬を傷害部位に直接的にデリバリーするための薬物放出能力とは組み合わせられてもいない。従って、創傷被覆材を改善する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある特定の実施形態は、創傷滲出物についての特定のパラメータをモニターするように構成されたセンサー素子及び創傷に治療薬剤を供給するように構成された治療薬剤のデリバリー素子を含む創傷被覆材に関する。代表的な実施形態では、創傷被覆材は、柔軟性がある本体、及び前記本体の中に組み込まれたセンサー素子を含む。前記センサー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が変化をするように構成されている。前記創傷被覆材は、更に、前記創傷被覆材が創傷上に置かれたときに、前記創傷被覆材から創傷内に治療薬剤が拡散するように構成されている治療薬剤の供給部を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態において、前記繊維は複数のセンサー粒子を含み、前記センサー粒子は、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が検出可能な変化をするように構成されている1種以上の指標化合物を含む。
【０００７】
いくつかの実施形態において、前記繊維はハイドロゲルを含み、前記センサー粒子はイオン交換樹脂又はハイドロゲルを含むビーズを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、前記1種以上の指標化合物は、pH感受性色素、グルコース感受性色素、乳酸感受性色素、又はそれらの任意の組合せを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、前記センサー粒子は、第1領域、第2領域、第3領域、及び第4領域を含み、並びに第1領域の繊維中にあるセンサー粒子はpH感受性色素を含み、第2領域の繊維中にあるセンサー粒子はグルコース感受性色素を含み、第3領域の繊維中にあるセンサー粒子は乳酸感受性色素を含み、第4領域の繊維中にあるセンサー粒子は色素フリーである。
【００１０】
いくつかの実施形態において、前記センサー素子の下面が、前記本体の下面の一部を形成するように、前記センサー素子が前記本体の中に組み込まれている。
【００１１】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材は、ハイドロゲルを含む第1層、及び前記第1層上に配置された第2層を更に含む。前記第2層は多孔性疎水性材料を含む。前記センサー素子は、少なくとも部分的に前記第1層の中に組み込まれている。
【００１２】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材は、第1層が第3層と第2層の間にあるように、第2層からみて第1層の反対側の第1層表面に配置された第3層を更に含み、及び前記第3層はバクテリアの増殖を阻害するように構成されている。
【００１３】
いくつかの実施形態において、治療薬剤の前記供給部は、前記第1層のハイドロゲルの中に組み込まれている。
【００１４】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材は、治療薬剤のデリバリー素子を更に含み、治療薬剤の前記供給部は、前記デリバリー素子の中に組み込まれている。
【００１５】
いくつかの実施形態において、前記デリバリー素子はハイドロゲルを含む複数の繊維から形成されたメッシュを含み、及び前記治療薬剤は前記ハイドロゲルの中に組み込まれている。
【００１６】
いくつかの実施形態において、前記デリバリー素子は、ハイドロゲルを含む複数の繊維から形成されたメッシュを含み、前記繊維は、前記治療薬剤を含む複数の多孔性ハイドロゲル粒子を含む。前記多孔性ハイドロゲル粒子は、パラメータが所定の閾値を超えると、前記治療薬剤を放出するように構成されている。
【００１７】
いくつかの実施形態において、前記パラメータは、創傷滲出物のpH又は多孔性ハイドロゲル粒子の温度を含む。
【００１８】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材は、前記デリバリー素子を選択的に加熱するように構成された加熱素子を更に含む。
【００１９】
いくつかの実施形態において、前記治療薬剤は、抗生物質、細胞増殖促進剤、又はそれらの任意の組合せを含む。
【００２０】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材は、前記本体の中に組み込まれた湿度センサー素子を更に含む。前記湿度センサー素子は、湿度が変化することに応じて、外観が変化をするように構成されているコーティングを有する基材を含むことがある。
【００２１】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材は、前記被覆材が創傷上に置かれたときに、創傷内に酸素を放出するように構成された複数の粒子を更に含む。
【００２２】
いくつかの実施形態において、前記創傷被覆材を使用する方法は、創傷に前記創傷被覆材を適用し、前記センサー素子の外観の変化を検出することを含む。
【００２３】
いくつかの実施形態において、前記センサー素子の外観の変化を検出することは、前記センサー素子の画像データを生成すること（前記画像データは前記センサー素子の色のデータを含む）、及び前記創傷からの滲出物に関連するパラメータの値を測定するために、前記センサー素子の色のデータを前記センサー素子の所定の色のデータと比較すること、を更に含む。前記方法は更に、創傷滲出物に関連するパラメータの値が前記創傷における感染の存在を示す場合には、前記創傷被覆材を前記創傷から除去することを含む。
【００２４】
別の代表的な実施形態では、創傷被覆材を作製する方法は、センサー素子を前記創傷被覆材の柔軟性がある本体の中に組み込むことを含み、前記センサー素子は、複数の繊維から形成されたメッシュを含み、創傷滲出物に関連する前記パラメータが変化することに応じて、外観が変化をするように構成されている。前記方法は、更に、前記創傷被覆材が創傷上に置かれたときに、前記創傷被覆材から創傷内に前記治療薬剤が選択的に拡散するように、治療薬剤の供給部を前記創傷被覆材の中に組み込むことを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態において、前記方法は、複数のハイドロゲル繊維を含むメッシュを形成することによって前記センサー素子を形成することを更に含み、前記ハイドロゲル繊維は、複数のセンサー粒子を含み、前記センサー粒子は、創傷滲出物に関連するパラメータが変化することに応じて、外観が変化するように構成されている1種以上の指標化合物を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態において、治療薬剤の供給部を前記創傷被覆材の中に組み込むことは、複数のハイドロゲル繊維を含むメッシュを形成することを更に含み、前記ハイドロゲル繊維は、前記治療薬剤を含む複数の粒子を含み、前記粒子は、pHパラメータ又は温度パラメータが所定の閾値を超えた場合に前記治療薬剤を放出するように構成されている。
【００２７】
いくつかの実施形態において、前記センサー素子を前記本体の中に組み込むことは、前記センサー素子を型枠内に配置することを更に含み、治療薬剤の前記供給部を組み込むことは、治療薬剤のデリバリー素子を前記型枠内に配置することを更に含み、並びに前記方法は、架橋されていないハイドロゲル材料を前記型枠に加えること、及び前記本体を形成するために、前記架橋されていないハイドロゲル材料を架橋する架橋剤を加えることを更に含む。
【００２８】
開示した技術に関して、前述した及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図を参照して進める以下の詳細な説明から、より明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ある実施形態による、複数のセンサー素子と治療薬剤のデリバリー素子とを含む創傷被覆材の上面図である。
【図２】図２は、図１の線2-2に沿って切った図１の創傷被覆材の断面図である。
【図３】図３は、創傷被覆材の別の実施形態の断面図である。
【図４】図４は、センサー素子の代表的な実施形態の上面図である。
【図５】図５は、センサー素子の構成繊維メッシュを示す図４のセンサー素子の一部の拡大図である。
【図６】図６Ａは、複数のセンサー粒子を含むハイドロゲル繊維の作製を示すマイクロエクストルーダ装置（microextruder apparatus）の断面側面図である。図６Ｂは、前記ハイドロゲル繊維の中にあるセンサー粒子を示す図６Ａのハイドロゲル繊維の拡大図である。
【図７】図７は、ある実施形態による、湿度センサー素子の断面側面図である。
【図８】図８Ａは、治療薬剤のデリバリー素子の代表的な実施形態を示す上面図であり、加熱素子の模式図を伴う。図８Ｂは、治療薬剤のデリバリー素子のハイドロゲル繊維メッシュを示す図８Ａの治療薬剤のデリバリー素子の一部の拡大図である。
【図９】図９Ａは、ある実施形態による、中性pH環境における多孔性の治療薬剤含有粒子の上面図である。図９Ｂは、前記粒子の孔を示す図９Ａの治療薬剤含有粒子の一部の拡大図である。
【図１０】図１０Ａは、酸性環境において、前記粒子が大きくなることを示す、図９Ａの治療薬剤含有粒子の上面図である。図１０Ｂは、酸性環境において、前記粒子の孔のサイズが増大したことを示す、図１０Ａの治療薬剤含有粒子の一部の拡大図である。
【図１１】図１１Ａは、中性pH環境における多孔性の治療薬剤含有粒子の別の実施形態の上面図である。図１１Ｂは、前記粒子の孔を示す図１１Ａの治療薬剤含有粒子の一部の拡大図である。
【図１２】図１２Ａは、塩基性環境において、前記粒子が小さくなることを示す、図１１Ａの多孔性の治療薬剤含有粒子の上面図である。図１２Ｂは、塩基性環境において、前記粒子の孔のサイズが増大したことを示す図１２Ａの粒子の一部の拡大図である。
【図１３】図１３は、創傷上の位置にある図１の創傷被覆材を示す模式的断面図である。
【図１４】図１４は、センサー素子の画像データを生成するために使用することがあるスマートフォンの斜視図と併せて、それぞれのセンサー素子部分が感知する創傷滲出物のパラメータの変化に応じて、前記センサー素子の様々な部分の色が変化することを示す、センサー素子の模式的な上面図を含む。
【図１５】図１５は、ある実施形態による、型枠の中に、図１の創傷被覆材を製作する方法を示す上面図である。
【図１６】図１６Ａ‐１６Ｇは、創傷被覆材の様々な実施形態、及びその物を作製するシステム及び方法を示す。
【図１７】図１７Ａは、プリントされたハイドロゲル繊維の直径に及ぼすセンサー粒子濃度による影響を示す棒グラフである。図１７Ｂ及び１７Ｃは、繊維直径 v.s. それぞれ、アルギン酸塩の流速及びノズルの移動速度、を示すグラフである。図１７Ｄは、様々な濃度のグリセロールを含む創傷被覆材の実施形態を示す。図１７Ｅは、種々の濃度のグリセロールを含む創傷被覆材に関する、水分喪失速度を示す棒グラフである。図１７Ｆは、純粋なアルギン酸塩及びアルギン酸塩‐グリセロール混合物から作られた創傷被覆材に関する、ストレス‐歪み曲線である。図１７Ｇは、アルギン酸塩の濃度及び厚さの変化に応じた、創傷被覆材の膨張の程度を示すグラフである。図１７Ｈは、様々な濃度のグリセロールを含む創傷被覆材の経時的な膨張の程度を示す棒グラフである。
【図１８】図１８Ａ及び１８Ｂは、ブリリアント・イエロー及びキャベツ汁をそれぞれ含むセンサー素子の色変化を図示する。図１８Ｃは、pHに応じた、ブリリアント・イエローを含むセンサー素子のグレイスケール強度を示す検量線を図示したグラフである。図１８Ｄは、pHに応じた、キャベツ汁を含むセンサー素子のグレイスケール強度を示す検量線を図示したグラフである。図１８Ｅは、ブリリアント・イエローを含むセンサー素子及びキャベツ汁を含むセンサー素子のグレイスケールの強度及び応答時間を示すグラフである。図１８Ｆ−１８Ｋは、アルギン酸塩濃度、多孔率、繊維直径、アルギン酸塩濃度、被覆材の厚み、及びグリセロール含有量に対して、ブリリアント・イエロー及びキャベツ汁を含むセンサー素子の応答時間を示す棒グラフである。
【図１９】図１９Ａ及び１９Ｂは、P. aeruginosa及びS. aureus バクテリアの培養時間により、pHの測定結果が様々になることを、pHストリップ及び本明細書に記載されるセンサー素子の実施形態を用いて、示す。図１９Ｃ〜１９Ｈは、P. aeruginosa及びS. aureusの培養物に関して、pHプローブによって測定されたpH値と比較した、本明細書に記載されたセンサー素子によるpH測定結果を示すグラフ及び棒グラフである。
【図２０】図２０Ａは、本明細書に記載される創傷被覆材の、代表的な実施形態における、センサー素子の色が、種々のバクテリア培養物を含有するブタの皮膚の上に置いた後に、変化することを示す。図２０Ｂは、スマートフォン及び本明細書に記載の創傷被覆材を用いて測定した、感染を受けたブタの皮膚のpH値を示す棒グラフである。図２０Ｃは、本明細書に記載される創傷被覆材により測定されるpHと、プローブによって測定されるpHとを比較して示すグラフである。図２０Ｄ−２０Ｆは、バクテリア培養物を含むシャーレ上に、薬物溶出ハイドロゲル・ディスクを置いたことを例示する。
【図２１】図２１Ａ〜２１Ｈは、スマートフォンを使用して、創傷被覆材のセンサー素子に関する画像データを生成することを例示する。図２１Ｉは、外側ポリマー層を含む創傷被覆材が水分を喪失することを示す棒グラフである。
【図２２】図２２Ａ及び２２Ｂは、ある実施形態による、色が変わるハイドロゲル繊維を堆積させるために使用する同軸針状マイクロ押出機装置を示す。
【図２３】図２３Ａ〜２３Ｃは、被覆材をUVで殺菌したときの、その効果を示す。
【図２４】図２４は、凍結乾燥した後の、創傷被覆材の柔軟性に対する、グリセロール濃度の影響を示す。
【図２５】図２５Ａ〜２５Ｃは、図２２Ａ及び図２２Ｂの同軸ノズルシステムを用いて、高濃度アルギン酸塩をプリントすることが可能であること、並びにハイドロゲル繊維の繊維直径及び表面と体積の比に対して、プリンティング速度及びアルギン酸塩の流速が及ぼす影響、を示すグラフである。
【図２６】図２６Ａは、アルギン酸塩の濃度及び被覆材の厚さの変化に対応した、創傷被覆材が水分を喪失する割合、を示すグラフである。図２６Ｂは、純粋なアルギン酸塩及びアルギン酸塩‐グリセロール混合物から作られた創傷被覆材のヤング弾性率を示す棒グラフである。図２６Ｃは、乾燥剤装置の代表的な実施形態の斜視図である。図２６Ｄは、種々のアルギン酸塩及びグリセロール・ハイドロゲル製剤における水蒸気の透過率を示す棒チャートである。
【図２７】図２７は、細胞毒性を評価するために、酸性及びアルカリ性条件下で、ブリリアント・イエローpHセンサーと一緒に皮膚パッチ上で培養した、線維芽細胞の生／死アッセイを示す。
【図２８】図２８Ａは、創傷被覆材の画像を取得するための、カメラ及びイメージ・ボックス等を含む、装置を示す。図２８Ｂ−２８Ｃは、種々のpH値において、ブリリアント・イエロー色素及びキャベツ汁を含む、本明細書に記載されるセンサー素子の、青、緑、及び赤のチャネルにおけるグレイ・スケールでの強度を示す棒グラフである。
【図２９】図２９Ａ及び２９Ｂは、ブリリアント・イエロー色素及びキャベツ汁を含む、前記センサー素子の、青、緑、及び赤のチャネルにおけるグレースケールでの強度v.s.時間を示すグラフである。
【図３０】図３０Ａは、センサー素子を含む創傷被覆材の典型的な実施形態に関する、有限要素解析メッシュを示す。図３０Ｂは、図３０ＡのFEAメッシュを用いて測定したものであり、時間の変化に応じて前記創傷被覆材中のH+イオンの濃度分率分布が変化することを示す。図３０Ｃは、時間の変化に応じた、前記創傷被覆材中のH+イオンの濃度分率を示すグラフである。図３０Ｄは、前記創傷被覆材の様々な厚さに対する応答時間を示す棒グラフである。
【図３１】図３１Ａ及び図３１Ｂは、本明細書に記載の創傷被覆材を用いてブタの皮膚で測定した比色pHに関する誤差評価を示す棒グラフである。
【図３２】図３２は、本明細書に記載される画像データの収集及び／又は創傷滲出液のパラメータ値を測定する機能、を実施するために使用されることがある、モバイル・デバイスの典型的な実施形態を示す模式的なブロック図である。
【図３３】図３３は、本明細書に記載される画像処理及び創傷滲出液のパラメータ値を測定する機能、を実施するための、代表的なコンピューティング環境を示す模式的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、創傷モニタリング及び薬物デリバリーのための多機能ハイドロゲル‐ベースの創傷被覆材に関する。いくつかの実施形態は、複数のセンサー(例えば、センサー・アレイ)と、柔軟性がある基材(例えば、被覆材本体)の上に配置し及び取り付けた複数の薬物溶出性の足場（scaffold）を含むスマートな皮膚パッチ又は創傷被覆材を含む。ある特定の実施形態において、創傷部位上でのpH等を含む生物学的マーカーが空間的に変動することを検出するために、前記センサー・アレイに、色が変わるビーズを搭載することがある。pH、乳酸、ブドウ糖、ピオシアニン(グラム陰性バクテリア緑膿菌から放出される毒素)及び塩素等の化学的バイオマーカーを比色測定することは、高品質のデジタル画像を撮影できるスマートフォン等のデバイスを用いながら創傷の環境を継続的にモニタリングするための1つの定量方法であることがある。ある特定の実施形態では、ソフトウエアを用いて、前記センサーの色の変化を記録し、それらを定量的なデータに変換することがある。比色法を用いて検出できるバイオマーカーを、センサー・アレイに搭載して使用することができる。薬剤溶出性の足場は、被覆材を交換するたびに創傷部位に残存する可能性のあるバクテリア又は他の感染物を根絶するために、創傷部位に抗生物質、抗真菌剤等を放出することができる。放出メカニズムは、持続性であり、又は創傷の環境の変化(例えば、pH)、又はバクテリアによって分泌される酵素(例えば、酵素応答性ペプチド)によって放出が引き起こされることがある。柔軟性がある基材によって、創傷部位とコンフォーマルな接触（conformal contact）が可能になる。
【００３１】
更に、pHは創傷状態の重要な指標となり得、血管新生、プロテアーゼ活性、及び／又はバクテリア又は真菌感染と相関することがある。ヒトの皮膚のpHは、典型的にはわずかに酸性であり、4.0~6.0の範囲で変動する(13)。しかし、損傷で皮膚が破れると、皮膚が中性pH (pH=7.4)の内部体液に曝されるため、この酸性環境が乱される。創傷に被覆材を当てた後、前記創傷部位に抗生物質が放出されると、前記創傷は消毒される。提案した技術改変した被覆材は、(1)プリントされたセンサーのアレイを用いて、創傷のpHをマッピングすること、(2)創傷部位に抗菌剤をデリバリーし、全身性の薬物デリバリーによる有害な副作用を防止すること、(3)ハイドロゲル基材を用いて創傷の水分を維持すること、及び(4)創傷領域にコンフォーマルな被覆を提供すること、等、既存の技術を上回る幾つかの利点を提供する。更に、前記被覆材は市販のパッチ内に一体化することができ、化学的に又は物理的に刺激することなく、創傷上に置くことができる。種々のpH環境への応答時間、薬物放出動態、及び創傷の曲がり具合にコンフォーマルに接触することを維持する性質に関するこのパッチの機能特性を研究し、パッチの仕様を最適化する。三次元プリンティングは、メッシュ構造のpH応答コンポーネントを作製するために使用でき、メッシュ構造であるが故に高い表面積／体積比となって、pH変化を迅速に検出できるようになる。前記創傷部位のpH値は、前記創傷部位に接したpH センサーの写真を処理することで測定できる。pH センサーの色の変化に伴う色の強さをグレイスケールでの強さに変換することができる。ある特定の実施形態では、校正曲線を用いて、前記創傷部位のpHレベルを、これらのグレイスケールでの強度から導出することができる。
【００３２】
pH等の化学バイオマーカーを比色測定することは、高品質なデジタル画像を撮影できるスマートフォンなどのデバイスを用いながら創傷の環境を連続的にモニタリングするための定量的な方法を提供するアプローチの1つである(11)。本明細書に記載される多機能ハイドロゲル‐ベースの被覆材の実施形態では、バクテリア感染の指標としてpHを比色測定すること、及び創傷部位へ抗生物質を放出することが可能である(図１Ａ)。pHは、創傷の状態の重要な指標であり、血管新生、プロテアーゼ活性、バクテリア感染と相関することがある(12、13)。皮膚のpHはわずかに酸性で、4.0~6.0の範囲で変動する(13)。しかし、損傷で皮膚が破れると、皮膚が中性pH (pH=7.4)の内部体液に曝されるため、この酸性環境が乱される(13)。創傷に被覆材を当てた後、前記創傷部位に抗生物質が放出されると、前記創傷は消毒される。本発明の技術改変をした被覆材の実施形態は、(1)プリントされたセンサーのアレイを用いて、創傷のpHをマッピングすること、(2)創傷部位に抗菌剤をデリバリーし、全身性の薬物デリバリーの有害な副作用を防止すること、(3)ハイドロゲル基材を用いて創傷の水分を維持すること、及び(4)創傷領域にコンフォーマルな被覆を提供すること、等、既存の技術を上回る幾つかの利点を提供する。更に、前記被覆材は市販のパッチ内に一体化することができ、化学的に又は物理的に刺激することなく、創傷上に置くことができる。
【００３３】
図１は、ある実施形態による、多機能で低付着性の創傷被覆材又は被覆材10を示す。創傷被覆材10は、複数のセンサー素子14を、本体12の中に取り込んだ(例えば、埋め込まれた、又は部分的に埋め込まれた)及び本体12の周囲の様々な位置に配列した、本体12を含むことがある。前記創傷被覆材10はまた、本体12の中に取り込んだ及び本体12の周囲の様々な位置に配列した、1つ以上の治療薬剤のデリバリー素子16を含むことがある。前記創傷被覆材10は弾力性及び柔軟性を有し、創傷の位置における身体の形状に適合しつつ、創傷を覆い、少なくとも部分的に覆うように配置するように構成することができる。
【００３４】
ある特定の実施形態では、前記本体12は、1つ以上の層を含むことがある。例えば、図２は、第1層18、第2層20、及び前記第2層20が前記第1層18と第3層22の間に配置されるように配置した第3層22を含む、前記本体12の代表的な実施形態の断面図である。ある特定の実施形態では、前記第1層18は、比較的薄く、柔軟性があり、及び／又は低付着性であることがある。前記膜18は、液体、ガス、及び／又はイオン透過性の膜であることがある。例えば、いくつかの実施形態において、前記第1層18は水透過性であることがあり、創傷滲出物及び／又はそこに溶解した解析対象物が前記第1層18を通過して前記本体12の中に拡散することが可能になるように構成されている。前記第1層18は、本体12に含まれる治療薬剤が前記第1層を通過して創傷の中に拡散することが可能になるように構成されることがある。ある特定の実施形態では、前記第1層18は、抗菌特性を有する材料を含むことがある。例えば、第1層18を作る材料は、抗菌特性を有することがあり、及び／又は第1層18は、1種以上の抗菌コーティングを含むことがある。具体的な実施形態では、前記第1層18は、キトサン、ポリ(エチレン・グリコール)、ポリ(スルホベタイン・メタクリレート)、ポリ(2-メチル-2オキサゾリン)、ポリフェノール、アルブミン、ホエー（whey）、又はこれらの組合せ等を含む1種以上の材料を含むことがある。ある特定の実施形態では、前記第1層18は、1 μmから100 μm、1 μmから50 μm、又は1 μmから10 μmの厚さであることがある。
【００３５】
ある特定の実施形態では、前記第2層20は、柔軟性がある天然又は合成の膜を含むことがある。具体的な実施形態では、前記第2層20は、ハイドロゲル等の親水性高分子材料から作られた、液体及び／又はガス透過性の膜であることがある。本明細書中で使用される場合、用語「ハイドロゲル」は、液体の水のような水性の液体内で、固体の三次元ネットワークとなった高分子鎖を含むコロイド系を指す。ある特定の例では、ハイドロゲルは主として液体であることがあるが、液体内の固形物が絡み合った及び／又は架橋された分子の三次元ネットワークにより、固体のように振る舞うことがある。ある特定の例では、前記固体は親水性材料であることがある。本明細書中で使用される場合、用語「親水性物質」は、前記物質の表面上にある水滴が90°未満の接触角を形成する物質を指す。前記第2層20を作製するために使用することができる例示的なハイドロゲル材料には、アルギン酸塩、アガロース、キトサン等の多糖類、又はコラーゲン、ゼラチン等の天然タンパク質又は合成タンパク質、が含まれる。
【００３６】
具体的な実施形態では、前記第2層20を、1種以上の治療薬剤、例えば塩酸シプロフロキサシン、硫酸ゲンタマイシン、ストレプトマイシン、ペニシリン等の液状抗菌薬又は抗生物質、成長ホルモン放出ホルモン等のホルモン、線維芽細胞成長因子、血管内皮成長因子、血小板由来成長因子、上皮成長因子等の組織成長因子、イブプロフェン、ナプロキセンなどの非ステロイド性抗炎症剤、モルヒネ、コデイン等のオピオイド等の疼痛緩和剤、及び／又はヒトの人工多能性幹細胞等の細胞で、ドープ（dope）することがある。前記第2層20は、後述するように、前記被覆材10からその被覆材が置かれる創傷の中へ、治療薬剤が拡散できるように構成することがある。
【００３７】
前記第3層22はまた、外層として構成することができる柔軟性がある天然膜又は合成膜を含むこともある。ある特定の実施形態では、前記第3層22は、ポリアミド、シリコン、絹、又はそれらの組み合わせのような半透性ポリマー材料の比較的薄い層を含むことがある。例えば、具体的な実施形態では、前記第3層22は、スウェーデンのGoteborgのMolnylcke ABから入手可能なMepitel登録商標、又は3Mから入手可能なTegaderm登録商標、等の多孔性創傷被覆材を含むことがある。ある特定の実施形態では、前記第3層22は疎水性材料から作ることがある。本明細書中で使用される場合、用語「疎水性材料」は、物質の表面上の水滴が90°を超える接触角を形成する物質を意味する。ある特定の実施形態では、前記第3層22は、前記ハイドロゲル層下から前記本体12の外面を通って水分が喪失することを阻害するように、構成することがある。
【００３８】
いくつかの実施形態において、層の1つ以上は、被覆材10の柔軟性を改善するため、並びに包装及び貯蔵のために前記被覆材を凍結乾燥するために、グリセロールなどの可塑剤を含むことがある。例えば、具体的な実施形態では、前記第2層20は、20%~40% (w/v)グリセロールを有する2%~4% (w/v)アルギン酸塩ハイドロゲルを含むことがある。いくつかの実施形態において、前記層20はまた、キトサンを含むこともある。
【００３９】
他の実施形態では、図3に示されるように、前記第1層18を省略し、前記被覆材10が層20及び層22を含むことがある。このような構成では、前記層20が最も内側の層であり、前記被覆材を置いた創傷と接触するように構成されている。
【００４０】
前記センサー素子14に目を向けると、前記センサー素子14を、前記被覆材10の周囲の様々な位置に配列し、そして所望される特定の構造及び特性に応じて、前記被覆材の任意の層の中に組み込むことがある。例えば、前記センサー素子14を、図１のように、格子状に、又は他の任意の配置で配列することがある。図２を参照するように、前記センサー素子14を、前記センサー素子の下面50が前記第1層の下面52と同一平面になるように前記第1層18の中に組み込ませ、前記センサー素子が創傷に直接的に接することができるようにすることがある。前記第1層18が比較的薄い実施形態では、図２に例示されるように、前記センサー素子14を、前記第2層20の中に少なくとも部分的に組み込ませることもある。図３の実施形態では、前記センサー素子を前記第2層20の中に組み込ませ、前記センサー素子14の下面50を前記第2層20の下面54と同一平面にすることがある。
【００４１】
図４は、ある実施形態による、センサー素子14の拡大図である。図示した実施形態では、前記センサー素子14は正方形である。しかしながら、他の実施形態では、前記センサー素子14は、円形、長方形等の任意の形状を含むことがある。ある特定の実施形態では、前記センサー素子14を、2つ以上の領域に細分化することがあり、その場合、各領域は、異なったパラメータを感知するように構成される。例えば、図４に図示した実施形態において、前記センサー素子14は、4つのセンサー領域14A、14B、14C、及び14Dを含む。各領域は、異なったパラメータを感知するように構成することができ、又は基準として役割を果たすように構成することがある。
【００４２】
図５は、センサー領域14Bの一部をより詳細に示す。以下の説明は、図示を簡単にするために前記センサー領域14Bを参照しながら進めるが、他のセンサー領域14A、14C、及び14Dも同様の方法で構成することができる。前記センサー領域14Bは、繊維24として本明細書中で呼ばれる複数の柔軟性がある部材を含むことがある。前記繊維24を、1つ以上の軸に沿って配向したグループ又はセットで配置して、メッシュを形成させることがある。例えば、図示した実施形態では、軸A及びBに沿ってそれぞれ配向した繊維24A及び24Bの2セットが存在する。しかしながら、他の実施形態では、前記センサー領域は、3つの軸、4つの軸等の任意の数の軸に沿って配向した任意の数のセットの繊維を含むことがある。図示した実施形態では、軸A及びB、並びにそれぞれの繊維24A及び24Bは、前記繊維を架橋して、メッシュ様のグリッド又は足場を形成するように、互いに垂直である。また、十字模様に交錯する繊維24は、それらの間に、開口部又は孔26を規定する。前記繊維24は、前記センサー素子14の長さ又は幅に沿って連続することがあり、又は、所望の具体的な特性に応じて、それらが位置する特定のセンサー領域の境界内で、始まったり、終わったりすることがある。
【００４３】
図６Ａは、繊維24の一部をより詳細に、前記繊維がプリント工程で形成されているものとして図示しており、これについては、より詳細に後述する。図示した実施形態では、前記繊維24は、前記繊維の中に埋め込まれた複数のセンサー粒子28を含むことがある。前記センサー粒子28を、図６Ｂにおいてより詳細に図示する。前記センサー粒子28は、繊維の長さに沿って均一又は様々な密度で、前記繊維24内に分散することがある。ある特定の実施形態において、前記センサー粒子28を、図６Ｂに示すように、マイクロビーズ又はマイクロスフェアとして構成することがある。
【００４４】
代表的な実施形態では、前記繊維24は、例えば、前記センサー粒子28の直径及び所望の特定の特性に応じて、10 μmから5 mm、10 μmから1 mm、100 μmから800 μm、100 μmから600 μm、又は500 μmから1000 μmの直径Dを有することがある。具体的な実施形態では、前記繊維24は、600 μmの直径Dを有することがある。ある特定の実施形態では、軸Aのような特定の軸に沿って配向した繊維24は、ある繊維の中心から隣接する繊維の中心までを測定したときに、例えば、100 μmから10 mm、200 μmから5 mm、500 μmから3 mm、1 mmから3 mm、又は1 mmから3 mm、互いに間隔を空けることがある。具体的な実施形態では、前記繊維24は、中心から中心まで1 mmずつ互いに離れて配置していることがある。図示した実施形態では、孔26の大きさは、前記繊維の直径及び隣接する繊維間の間隔に応じたものになることがある。図示した実施形態では、孔26はほぼ正方形であるが、サイズが異なる長さ及び幅を有していてもよい。
【００４５】
ある特定の実施形態において、前記センサー粒子28は、1 μmから1 mm、5 μmから800 mm、10 μmから600 μm、10 μmから400 μm、10 μmから200 μm、又は10 μmから100 μmの直径を有することがある。具体的な実施形態では、前記センサー粒子28は、100 μmの直径を有することがある。
【００４６】
前記繊維24を、様々なハイドロゲルのうちの何れかのような、柔軟性があり、低付着性で、液体透過性の材料から作ることがある。例えば、ある特定の実施形態において、前記繊維24を、アルギン酸塩、アガロース、キトサン等の様々な多糖類、コラーゲン、ゼラチン、ゼラチン・メタクリロイル、ヒュラロン酸（hyularonic acid）、トロポエラスチン等の天然タンパク質又は合成タンパク質等のいずれかを含むハイドロゲルから作製することができる。ある特定の実施形態において、前記センサー粒子28は、ポリエチレングリコール等の様々なポリマー材料、架橋ポリスチレン、Dowex登録商標50WX2水素型樹脂等を含むイオン交換樹脂などのポリマー樹脂、の任意のポリマー材料を含むことがある。具体的な実施形態では、前記センサー粒子は、ミリポアシグマから入手可能なDowex登録商標1x4塩化物型レジンを含むことがある。前記センサー粒子28は、本明細書に記載されたいずれのハイドロゲルのようなハイドロゲル材料を含むこともある。
【００４７】
ある特定の実施形態において、前記センサー粒子28を、1種以上の指標化合物、センサー化合物、又は選択した解析対象物に反応して検出可能な変化を受けるように構成された化学物質で、ドープすることがある。例えば、いくつかの実施形態において、前記指標化合物及び、それ故に前記センサー粒子28を、前記指標化合物が注目する選択した解析対象物に曝露されたときに、選択した波長又は波長範囲の照射に対して、色、色の強さ、吸収スペクトル、又は他の反応が変化をするように構成することがある。これにより、前記センサー素子14、及び／又はそのサブ領域14A-14Dは、水溶液のpH又は酸性若しくは塩基性に関する他の指標、例えば、ブドウ糖、乳酸、ピオシアニン(ある特定のグラム陰性バクテリアが放出する毒素)等の溶液に含まれる化合物又は溶質、の存在又は変化を検出することが可能となる。具体的な実施形態では、前記センサー粒子28は、特定のセンサー化合物がコーティングされる基質であることがある。
【００４８】
図示した実施形態では、前記センサー領域14Aを、pHの変化に応じて検出可能な視覚的な変化をするように構成することがある。従って、前記センサー領域14Aの前記繊維24の中に埋め込まれたセンサー粒子28は、pHの変化に伴って色調の変化を起こす、ブリリアント・イエロー(C26H18N4Na2O8S2)、フェノールレッド、普遍的pH指示薬、赤キャベツ汁中に存在するなどのアントシアニン等を含むアゾ色素のような、種々のpH感受性色素の何れかを含むことがある。具体的な実施形態において、前記センサー領域14Aは、pH=4からpH=9の範囲におけるpH変化を検出することができる。前記pH感受性色素がブリリアント・イエローを含む実施形態では、前記色素の色はpH = 4のオレンジからpH = 9の濃赤色まで連続的に変化することがある。前記pH感受性色素が赤キャベツ汁を含む実施形態では、前記色素の色はpH = 4の紫色からpH = 9の緑色まで連続的に変化することがある。
【００４９】
前記センサー領域14Bは、グルコースの存在、又はグルコース濃度の変化に応じて、検出可能な視覚的な変化を受けるように構成することができる。従って、前記センサー領域14Bの前記センサー粒子28は、グルコース・オキシダーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ、トレハロース、ヨウ化カリウム、クエン酸ナトリウム緩衝液、又はそれらの組合せのようなグルコース感受性の指標化合物を含むことがある。ある特定の実施形態において、前記グルコース感受性化合物は、クエン酸(C6H8O7)等の種々の安定化剤又は保存剤のいずれかを含むことがある。具体的な実施形態では、前記センサー領域14Bは、2 mM/Lから12 mM/Lの間のブドウ糖濃度の変化を検出することができる。前記グルコース感受性色素がグルコース・オキシダーゼを含む実施形態において、前記色素の色は、2 mM/Lのグルコース濃度のオレンジから12 mM/Lのグルコース濃度の濃赤色まで連続的に変化することがある。
【００５０】
前記センサー領域14Cを、乳酸(例えば、L(+)-乳酸及び／又は関連する代謝化合物)の存在、又は乳酸濃度の変化に応じて、検出可能な視覚的な変化をするように構成することがある。従って、前記センサー領域14Cのセンサー粒子28は、乳酸デヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダーゼ等の乳酸感受性の指標化合物又は化学物質を含むことがある。具体的な実施形態では、ミリポアシグマから入手可能なMAK064 SIGMA乳酸アッセイ・キットを使用することがある。具体的な実施形態では、前記センサー領域14Cは、1.6 mM/Lから100 mM/Lの間の乳酸濃度の変化を検出することができる。乳酸感受性色素がSIGMAの乳酸アッセイ・キットを含む実施形態において、前記色素の色は、1.6 mM/Lの乳酸濃度のオレンジから100mM/Lの乳酸濃度の黄色及び／又は緑色まで連続的に変化することがある。
【００５１】
図示した実施形態では、前記センサー領域14Dは、解析対象物に感受性の化合物無しで、繊維24及びセンサー粒子28を含むことがある。このようにして、前記センサー領域14Dは、使用者又は医師が前記被覆材10を目視検査する、及び／又は後述する光学検出系を用いながら前記被覆材10を検査する、ための基準として役立つことがある。
【００５２】
他の実施形態では、前記センサー素子14を、所望により、より多く又はより少ない領域に細分化することがある。更に、いくつかの実施形態において、各々のセンサー素子14を、特定の解析対象物を検出するように構成された独立したセンサーとすることがあり、特定の適用に応じて、細分化する必要は無い。ある特定の実施形態では、前記センサー素子14を、セルロース又は紙のシートのような平面基材として構成することがあり、それらは、1種以上の選択した指標化合物で含浸又はコーティングされている。
【００５３】
前記被覆材10はまた、大気湿度の変化を検出するように構成された1つ以上の湿度センサー素子80を含むこともある。図１を参考にすると、1つ以上の湿度センサー素子80を、本体の厚さ全体にわたる任意の位置において、独立した構成要素として前記本体12の中に組み込むことがある。ある特定の実施例では、前記湿度センサー素子80を、前記創傷被覆材10を装着している個体の周囲環境の相対湿度の変動に応じて、視覚的に変化するように構成することがある。ある特定の実施例では、前記センサー80を、前記被覆材10の外側表面の中へ、又は前記本体内に取り込ませることがある。他の実施形態では、前記湿度センサー素子80を前記センサー素子14の中に組み込ませることがある。
【００５４】
図７は、湿度センサー素子80の代表的な実施形態の断面図を示す。ある特定の例では、前記湿度センサー素子80は、金属又はポリマー基材82と、水又は潤いが存在することに応じて視覚的に変化をするように構成されたセンサー化合物を含むコーティング84とを含むことがある。具体的な実施形態では、前記基材82はシリコン・ウェハを含むことがあり、前記コーティング84は酸化グラフェンを含むことがある。前記コーティング84は、基材82の一方の表面（例えば、前記センサー80が前記創傷被覆材10上にある場合、前記基材の外側面）に適用されている。しかしながら、他の実施形態では、前記コーティング84は、前記基材の1つ以上の表面、又は前記基材の表面の全てに適用することがある。ある特定の実施形態において、前記湿度センサー80を、0%から100%の間の相対湿度の変化を検出するように構成することがある。前記湿度感受性コーティング84が酸化グラフェンを含む実施形態において、前記コーティング84の色は、0%湿度でのオレンジと100%湿度でのシアンとの間で連続的に変化することがある。他の実施形態では、前記湿度センサー80を、前記被覆材10の及び／又は前記被覆材が置かれる創傷の水分含量を、モニターするように構成することがある。
【００５５】
図１並びに図８Ａ及び図８Ｂを参照して、前記治療薬剤のデリバリー素子16は、複数の、柔軟性がある部材、又は前記センサー素子14の繊維24に類似した繊維30等を含む多孔性メッシュ又は格子状の骨格を含むことがある。前記繊維30は、上述のハイドロゲル材料の何れか等のハイドロゲル材料を含むことがある。具体的な実施形態では、前記繊維30はアルギン酸塩を含むことがある。ハイドロゲルに加えて、特定の実施形態において、前記繊維30は、抗生物質又は抗菌剤、ホルモン、細胞増殖因子等のような1種以上の液状の治療薬剤を比較的高濃度に含むことがある。使用において、前記治療薬剤は、前記繊維30から拡散し、前記被覆材10が配置されている創傷の中に拡散することができる。従って、ある特定の実施形態では、前記デリバリー素子16は、前記センサー素子14と同様に、前記創傷被覆材の下面と同一平面にすることがある。前記治療薬剤が抗生物質を含む場合は、創傷が感染する危険性を減らすのに役立つ。前記治療薬剤がホルモン又は成長因子である場合、これは前記創傷において細胞増殖を刺激することによって治癒を促進するのに役立つ。前記繊維30はまた、前記センサー素子14の繊維24と大きさ及び間隔において類似していることもある。前記繊維の大きさと間隔によって、メッシュの孔の大きさが決まることがある。メッシュの孔の大きさは、滲出液が前記デリバリー素子の中に拡散する速度と、治療薬剤が前記デリバリー素子から外へ、そして前記創傷の中へ拡散する速度に関係する。
【００５６】
例示的な治療薬には、塩酸シプロフロキサシン、硫酸ゲンタマイシン、ストレプトマイシン、ペニシリン等の抗生物質、成長ホルモン放出ホルモン等のホルモン、線維芽細胞成長因子（例えば、FGF1‐FGF23又はそれらの組合せ）、血管内皮成長因子（例えば、VEGF-A−VEGF-D又はそれらの組合せ）、血小板由来成長因子（例えば、PDGFA，PDGFB，PDGFC，PDGFD，PDGFRA，PDGFRB，又はそれらの組合せ）、上皮成長因子（例えば、ヘパリン結合性EGF様成長因子(HB-EGF)、形質転換成長因子-α (TGF-α)、アンフィレグリン(AR)、エピレグリン(EPR)、エピジェン、ベタセルリン(BTC)、ニューレグリン-1(NRG1)、ニューレグリン-2(NRG2)、ニューレグリン-3(NRG3)、ニューレグリン-4(NRG4)、又はそれらの組合せ）、等の細胞増殖因子、ポリエン系抗真菌剤等の抗真菌剤、イブプロフェン等の抗炎症剤、抗瘢痕剤、上述のオピオイド等の疼痛緩和剤、ヒトの人工多能性幹細胞等の幹細胞、等が含まれる。
【００５７】
いくつかの実施形態において、前記デリバリー素子16を、濃度勾配に沿った拡散によって創傷内に治療薬剤を放出するように構成することがある。ある特定の実施形態において、前記デリバリー素子16を、ある特定の刺激又はある特定のパラメータにおける変化に応じて、創傷内に治療薬剤を選択的に放出するように構成することがある。例えば、前記デリバリー素子16の繊維30は、前記センサー素子14の粒子28及び繊維24と同様に、前記繊維の体積全体に分散した複数の治療薬剤含有粒子を含むことがある。ある特定の実施形態において、前記粒子は、pHの変化に応じて、治療薬剤を放出すること、又は放出速度を増大させることを選択的に活性化することができる物質を含むことがある。図９Ａは、治療薬剤含有粒子56の代表的な実施形態を示す。図示した実施形態では、前記粒子56は、図９Ｂの58に模式的に図示した複数の開口部又は孔を含む球形の多孔性構造であることがある。前記粒子56は、孔58を介して周囲環境に放出され得る1種以上の治療薬剤の供給部を含むことがある。前記治療薬剤は、何れの上記の抗生物質又は成長因子化合物を含むことがある。
【００５８】
ある実施形態では、前記粒子56は、キトサン‐ベースのハイドロゲルを含むことがある。ある特定の構成では、キトサンのハイドロゲルは、酸性環境(例えば、pH7未満)で膨張することがある。中性pHでは、前記孔58は、平均孔サイズx1(例えば、前記孔58の最大径に沿って測定する)を有することがあり、前記粒子56は、最初の直径D1を有することがある。周囲環境の酸性度が高くなるにつれて、前記粒子56は、最初の直径D1よりも大きい第2の直径D2まで膨張することがある。例えば、ある特定の実施形態では、キトサン‐ベースのハイドロゲルは、高密度の官能性アミノ基を含むグルコサミン骨格を含むことがある。これらのアミノ基は酸性pH条件下でプロトン化され、内部電荷の反発力を引き起こし、これによりハイドロゲル、ひいては前記粒子56が第2の直径D2まで膨張することがある。この粒子56の膨張は、最初の孔サイズx1から、最初の孔サイズx1より大きい第2の孔サイズx2まで、孔58のサイズの増大を、付随して引き起こすことがある。これにより、前記粒子56の内部から前記被覆材10の本体の中へ、及び前記被覆材10から創傷の中へ、治療薬剤が放出される速度が、増大することがある。
【００５９】
いくつかの実施形態において、最初の直径D1は、10 μmから500 μm、50 μmから500 μm、又は100 μmから500 μmであることがある。具体的な実施形態では、最初の直径D1が250 μmであることがある。いくつかの実施形態において、前記直径D2は、特定のハイドロゲルの配合に応じて、20 μmから1000 μm、100 μmから1000 μm、又は200 μmから1000 μmであることがある。いくつかの実施形態において、最初の孔径x1は、1 nmから100 nm、1 nmから80 nm、1 nmから50 nm、1 nmから25 nm、1 nmから10 nm、又は2 nmから8 nmであることがある。具体的な実施形態では、最初の孔径x1が3 nmであることがある。いくつかの実施形態において、上記の直径及び孔サイズの範囲は、pH = 7からpH = 4の範囲にわたって起こることがある。いくつかの実施形態において、治療薬剤の流速は、x1とx2及びD1とD2との間で増大することがある。ある特定の実施形態では、前記粒子56を、中性から酸性へのpH変化に応じて、治療薬剤が一気にデリバリーされるように構成することがある。
【００６０】
ある特定の実施形態では、前記粒子56等の粒子は、その周囲環境が塩基性になると膨張するか又は大きさが増大するハイドロゲル材料を含むことがある。例えば、ある特定の実施形態では、前記粒子56は、「P(NIPAM-co-AAc)」と本明細書で呼ぶ、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-アクリル酸)を含むことがある。再び図９Ａを参照すると、中性pHにおいて、P(NIPAM-co-AAc)‐ベースのハイドロゲルを含む粒子56は、最初の直径D1を有することがある。前記粒子56の孔58は、図９Ｂに示されるように、キトサン粒子と同様に、最初の孔サイズx1を有することがある。周囲環境が塩基性になると、P(NIPAM-co-AAc)のカルボン酸基は脱プロトン化される。これにより、ハイドロゲルの分子間に内部電荷の反発力が発生することがあり、このことによって、粒子56は膨張し、又は大きさが増大して、図１０Ａに図示された第2の直径D2となることがある。これは、図１０Ｂに例示されるように、最初の孔サイズx1から、最初の孔サイズx1よりも大きい第2の孔サイズx2まで、孔サイズの増大を、付随的してもたらすことがある。これにより、前記粒子56の内部からの前記治療薬剤が放出される速度を増大することがある。これは、上述したキトサンの実施形態と同様ではあるが、塩基性の周囲環境において起きることである。
【００６１】
前記デリバリー素子16は、キトサン及び／又は他の酸応答性のハイドロゲルを含む粒子56並びにP(NIPAM-co-AAc)及び／又は他の塩基応答性のハイドロゲルを含む粒子56、を含む繊維30を含むことがある。このようにして、前記デリバリー素子16を、創傷の環境を酸性に変えがちなバクテリア又は真菌、並びに創傷の環境を塩基性に変えがちなバクテリア又は真菌による感染の際に、粒子56を介して、抗生物質等の治療薬剤の放出速度が増大するように構成することができる。
【００６２】
他の実施形態では、前記繊維30は、前記繊維の外に治療薬剤が拡散することを防止し、pHの変化によって分解されるコーティングを含むことがある。従って、バクテリア又は真菌の感染が発症することにより、創傷滲出物のpHが上昇する又は低下すると、前記コーティングが破れ、繊維30内の抗生物質が創傷の中に拡散することが可能となる。例示的な実施形態において、そのようなコーティングには、キトサン及びP(NIPAM-co-ACC)が含まれることがある。
【００６３】
ある特定の実施形態では、前記デリバリー素子16を、熱刺激によって創傷の中に治療薬剤が放出されるように構成することがある。例えば、図示した実施形態においては、前記本体12は、加熱素子32として図８Ａに模式的に図示した1つ以上の電気伝導性の構造を含むことがある。前記加熱素子32は、例えば、本体12上又はその中に組み込まれたパターン化電極を含むことがあり、電流が加えられたときに前記被覆材10を加熱するように構成される。前記電極を、単層及び／又は多層カーボン・ナノチューブ、グラフェン、酸化グラフェン、還元酸化グラフェンナノ粒子、金、マグネシウム等の金属ナノワイヤ等を含む導電性ナノ粒子で作ることがある。前記電極をパターン化することは、スクリーン・プリンティング、インクジェット・プリンティング、ノズルベース・プリンティング、成形（molding）等によって行うことがある。電流は、例えば、前記本体12の中に組み込まれ、前記加熱素子32に電気的に接続し、電池を含むマイクロコントローラ(図示せず)によって、印加されることがある。ある特定の例では、前記加熱素子32は、図１３に示されるように、本体12内にデリバリー素子の上に配置することがあり、又は図８Ａに示されるように、前記デリバリー素子16の下に配置することがある。前記加熱素子32を、前記本体の外側表面に配置することもある。前記加熱素子32によって前記繊維30を加熱すると、後述するように、前記繊維は、前記創傷の中に治療薬剤を放出することができるようになる。各デリバリー素子16は、対応する加熱素子32を含むことがあり、又は前記本体12は、数個のデリバリー素子16を同時に加熱するのに十分な大きさの1つの加熱素子32を含むことがある。
【００６４】
例えば、ある特定の実施形態では、前記デリバリー素子16の繊維30は、図１１Ａに示す代表的な粒子70のような温度感受性の薬物放出粒子を含むことがある。ある特定の実施形態では、前記粒子70は、ポリN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)等を含む熱感受性のハイドロゲル等の熱感受性の材料を含むことがある。正常な体温(例えば、37° C)では、前記粒子70は最初の直径D1を有することがある。ある特定の実施形態では、前記粒子70は多孔性であることがあり、図１１Ｂの72に模式的に示された複数の孔を含み、かつ最初の孔サイズx1を有することがある。図１１Ｂを参照すると、創傷被覆材の温度が上昇するにつれて(例えば、加熱素子32の加熱の影響から)、前記粒子70は、最初の直径D1よりも小さい第2の直径D2までサイズを低下することがある。前記粒子のサイズが小さくなるにつれて、孔のサイズは、孔サイズx1よりも大きい第2の孔サイズx2に増大することがある。粒子70の温度の上昇に付随して孔サイズが増大することによって、前記粒子70からの及び前記創傷環境の中への治療薬剤の流れが増大することが可能となる。従って、加熱素子32を介して加熱することにより、使用者又は医師が前記デリバリー素子16によってデリバリーされる治療薬剤の時期及び量を制御することが、可能になる。典型的な実施形態では、前記粒子70は、35°Cを超える温度で、又は35°Cから47°Cの温度範囲で、治療薬剤を放出するように構成されることがある。ある特定の実施形態では、前記粒子70内のPNIPAMは、40°Cを超えて45°Cまでの温度で親水性から疎水性へ移行することがある。上昇した温度でのPNIPAM粒子70の疎水性によって、粒子70からの水性治療薬剤の流出が増大することがある。
【００６５】
他の実施形態では、前記繊維30及び／又は前記粒子70は、印加した電流に応じて治療薬剤を放出するように構成することがある。更に別の実施形態では、前記デリバリー素子16を、前記粒子56及び／又は前記粒子70のような治療薬剤及び／又は治療用にドープさせた粒子を含むハイドロゲル膜として構成することがあり、前記繊維30が含まれる必要はない。更に別の実施形態では、治療薬剤並びに／又は粒子56及び／若しくは70は、ハイドロゲル繊維の中に組み込まれている必要はないが、前記第2層20のような被覆材10の1つ以上の構成層の中に、直接的に組み込まれていることがある。
【００６６】
いくつかの実施形態において、前記被覆材10を、前記本体12を介して創傷内へ酸素が拡散することが可能になるように構成することがある。例えば、ある特定の実施形態では、前記本体12は、前記創傷の環境を酸素化するように構成された酸素放出粒子を含むことがある。前記酸素放出粒子は、サイズ及び形状が、上記の粒子28、56、又は70のいずれかと類似することがある。ある特定の実施形態では、前記酸素放出粒子は、油中油型乳化を用いて、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリ乳酸‐コ‐グリコール酸(PLGA)、ポリカプロラクトン(PCL)等の疎水性ポリマー中に、過酸化カルシウム(CaO2)、過炭酸ナトリウム((Na2CO3)2・1.5H2O2)及び過酸化マグネシウム(MgO2)のような固体の無機過酸化物又はパーフルオロカーボンを封入することによって、作製することができる。代表的な乳化工程で使用することがある溶媒には、ジクロロメタン、ジメチル・スルホキシド、ヘキサフルオロイソプロパノール、及び／又は酢酸エチルが含まれる。ある特定の実施形態では、前記酸素放出粒子は、高分子繊維を電気紡糸することによって形成される繊維状粒子であってよい。
【００６７】
酸素放出粒子による酸素分子の生成は次の順序で起こる。過酸化水素(H2O2)の形成は、固体の無機過酸化物が水に曝露されるときの（例えば、前記創傷被覆材が創傷に配置された場合）第一の反応段階で起こりうる。下式(1)は過酸化カルシウムの第一の反応段階を、式(2)は過酸化マグネシウムの第一の反応段階を、式(3)は過炭酸ナトリウムの第一の反応段階を示す。
【００６８】
CaO2 (s) + 2H2O →  Ca(OH)2 (s) + H2O2       (1)
【００６９】
MgO2 (s) + 2H2O  →  Mg(OH)2 + H2O2         (2)
【００７０】
(Na2CO3)2・3H2O → 4Na+  + 2CO3-2 + 3H2O2      (3)
【００７１】
これに続いて、上記の3種類の無機過酸化物に共通する第二の反応段階で、H2O2 が酸素に分解されることがあり、それを式(4)に示す。
【００７２】
2H2O2 → O2  + 2H2O                          (4)
【００７３】
ある特定の実施形態において、カタラーゼが、H2O2が酸素に転換することを促進するための触媒として使用されることがある。カタラーゼは哺乳類の肝臓や血液に存在する酵素で、高い代謝回転効率で、H2O2を水と酸素に分解することができる。カタラーゼ酵素は、4つのヘム(鉄を含有する有機環)基を含み、酸素‐転換工程で利用することができる。H2O2の分解反応のメカニズムは、以下の式(5)と(6)によって示される。
【００７４】
2H2O2 (aq) + 2Fe3+  (aq) → O2   (g) + 2Fe2+ (aq) + 2H+ (aq)     (5)
【００７５】
H2O2 (aq) + 2Fe2+  (aq) + 2H+ (aq) → 2H2O   (I) + 2Fe3+ (aq)    (6)
【００７６】
ある特定の実施形態では、前記酸素放出粒子は、前記第2層20等の被覆材10全体に分散し、一定領域に集中し、及び／又は前記センサー素子14及び前記治療薬剤のデリバリー素子16と同様のハイドロゲル繊維の中に含まれることがある。酸素放出粒子から創傷部位に酸素が拡散することによって、低酸素症のリスクが低下し、創傷治癒が促進されることがある。
【００７７】
図１３は、創傷36上表面に配置した前記被覆材10を示す。使用において、38として一般的に示した治療薬剤は、デリバリー素子と創傷との間の濃度勾配によって決まる速度で、並びに／又は粒子56及び／若しくは70が上記のように活性化される場合に、デリバリー素子16から創傷36内に拡散することがある。40と一般的に示した創傷からの滲出物は、前記被覆材10の下面に接することもある。前記滲出物40は、前記本体12内に拡散することがあり、ここで、滲出物内の分子は、様々なセンサー素子14並びに／又はデリバリー素子16及び粒子56と相互作用することがある。これにより、様々なセンサー素子14又はその一部の色の変化等の感染を示す変化について、前記創傷を遠隔モニターすることが可能になる。
【００７８】
例えば、図１４は、上記したように構成された代表的なセンサー素子14を模式的に図示し、ここで、前記領域14AはpHの変化に応じて色が変化するように構成され、前記領域14Bはグルコース濃度の変化に応じて色が変化するように構成され、前記領域14Cは乳酸濃度の変化に応じて色が変化するように構成され、前記領域14Dは中立的な基準として構成される。図１４の左側は、正常な内部体液の存在下における、センサー素子14の外観を示す。図示した実施形態では、前記領域14Aの繊維24(図５)のセンサー粒子28は、中性pH (例えば、pH = 7.4、内部体液の典型的なpH)又はその近傍で赤色になるブリリアント・イエロー色素を含む。このように、前記領域14Aには、図１４の左側で、赤色を意味するように影が付けられている。前記センサー領域14Bの繊維24のセンサー粒子28は、クエン酸ナトリウム緩衝液中にグルコース・オキシダーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ、トレハロース、及びヨウ化カリウムの混合物を含み、これは正常なグルコース濃度(例えば、3.9から5.5 mM/L)では淡黄色であることがある。このように、前記領域14Bには、図１４の左側で、黄色を意味するように影が付けられている。前記センサー領域14Cの繊維24のセンサー粒子28は、乳酸デヒドロゲナーゼを含むことがあり、そして正常な乳酸濃度(例えば、0.5から1 mM/L)ではオレンジであることがある。このように、前記センサー領域14Cには、図１４の左側で、オレンジを意味するように影が付けられている。前記領域14Dは、比較的半透明及び／又は無色であることがある。
【００７９】
図１４の右側は、それぞれの解析対象物のパラメータの変化及び／又は上昇したレベルに曝露された後の、14'として表されるセンサー素子及び14A'-14D'として表されるその下位領域、を示す。例えば、黄色ブドウ球菌バクテリアによる感染の場合には、前記創傷滲出物のpHはより酸性になることがある(例えば、pHはpH = 7.4からpH = 6に変化する可能性がある)。これにより、領域14Aのセンサー粒子にあるブリリアント・イエロー色素が黄色に変わることがあり、図１４の右側に示されているように、領域14A'は黄色に見えるようになる。緑膿菌のようなバクテリアによる感染の場合には、前記創傷滲出物のpHはよりアルカリ性になり(例えば、pH = 7.4からpH = 9まで)、これにより、ブリリアント・イエロー色素がより濃い赤色の色調に変わることがある。図１４の右側に示されるように、グルコース濃度の上昇(例えば、12 mM/Lまで)は、前記領域14Bのセンサー粒子のグルコース・オキシダーゼによる赤色への変化を引き起こし、領域14B'は赤色に見えるようになる。同様に、乳酸濃度の上昇(例えば、50 mM/Lへ)は、領域14Cのセンサー粒子の乳酸感受性色素を黄色に変えることがあり、領域14C'は黄色に見えるようになる。高濃度の乳酸により、前記14C'領域は緑色又は黄緑色に見えるようになることもある。更に、これらの色の変化はセンサー素子14'上に同時に示されているが、センサー素子14の様々な領域での色の変化は、創傷の具体的な病理に依存しながら、一緒に又は互いに独立して起こり得ることは理解されるべきである。
【００８０】
センサー素子又はその領域における色の変化は、視覚的に、及び／又は光学的な検出系を使用することによって、検知することができる。例えば、患者又は医師は、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等のカメラを含む携帯機器を使用して、前記創傷上にある被覆材10の写真を撮影し、様々なセンサー素子の色を分析して、変化を検出し、治療が必要であるかどうかを判定することができる。図１４は、前記被覆材10の画像を撮るためにスマートフォン42を使用していることを示す。ある特定の実施形態では、前記スマートフォン42は、後述するように、スマートフォン42によって撮影した初期画像から、赤、青、及び／又は緑のチャネルにおいてグレイスケール画像を生成するための画像処理アプリケーションを含むことがある。グレイスケール画像における光強度は、解析対象物の濃度に応じた各種センシング化合物の色を表す所定の多項式曲線と比較することがある。赤、青、及び／又は緑のチャネルにおけるグレイスケール画像の1つ以上の強度が、注目する化合物又はパラメータが所定の閾値を超えて増加又は減少したことを示す場合、前記アプリケーションは、追加の解析又は治療が必要であることを、ユーザ及び／又は医師にアラートとして示すことがある。前記パラメータの値が前記創傷におけるバクテリア感染が存在していることを示す場合、医師及び／又はユーザは、前記創傷を洗浄及び／若しくは消毒等の更なる処置のために、並びに／又は創傷被覆材10を取り換えるために、前記創傷被覆材10を取り除くことがある。
【００８１】
再び図１を参照する。いくつかの実施形態において、前記被覆材10は、例えば照明が変わった場合を代償するために、被覆材の画像を解析する際に基準として使用するための既知の色を含む基準領域44及び46等の1つ以上の色の基準を含むことがある。図示した実施形態では、前記被覆材は任意の数の基準領域が任意の所望の色を有することがあるが、基準領域44に影を付けて色の赤を意味し、基準領域46は影を付けて色の青を意味している。ある特定の実施形態では、基準領域44及び46を、白色等の中性色であることがある境界48(例えば、第3層22上のポリマーフィルム)の上に配置することがある。
【００８２】
前記被覆材10の画像を分析するためのアルゴリズム及び技術は、図21A−21I及び28A−31Bを参照しながら、以下に、より詳細に記載する。画像撮影及び解析を実施するために使用することができるモバイル・デバイスの代表的な実施形態を、図３２を参照して以下に記載する。ある特定の実施形態では、前記モバイル・デバイスは、リモート・サーバー又はコンピューティング・プラットフォームと通信することがあり、被覆材及びセンサー素子の画像データを解析のためにリモート・サーバーに送信し、アラート等を含む解析した画像のデータを、ユーザに表示するために前記リモート・サーバーから受信することがある。前記被覆材10の画像を解析するために使用することがある、クラウド・コンピューティング・プラットフォームのようなリモート・コンピューティング・プラットフォームを、図３３を参照しながら、以下により詳細に記載する。
【００８３】
図６Ａに戻る。前記センサー素子14及び／又は前記デリバリー素子16を、例えば、マイクロ押出機60を用いて三次元的にプリントすることができる。前記マイクロ押出機60は、3Dプリンタ(例えば、Prusa i3)に搭載された2つの同軸針62及び64を含むことがある。センサー素子14の多孔性は、繊維間の間隔を一定に保ちながら繊維24の直径を変化させることによって調整することができる。架橋されていないハイドロゲル材料(例えば、アルギン酸塩)をセンサー粒子28と混合することがあり、その混合物を内針62の内腔を通して基材68上に流すことがある。一方、架橋剤66(例えば、塩化カルシウム(CaCl2)溶液)を、前記ハイドロゲルが針62から押し出される際に、前記ハイドロゲル材料が架橋剤中に浸漬されるように、外針64を通して流すことがある。前記架橋剤66は、架橋されていないハイドロゲルを架橋又は硬化して繊維24を形成することができる。繊維24の所望のメッシュ・パターンを作り出すために、基材68をマイクロ押出機60に対して移動させることができ、又はその逆も可能である。同様の手法を用いて、デリバリー素子16の繊維 30を作製することができる。
【００８４】
図１５を参照する。前記被覆材10を調製するために、前記第1層18に対応する架橋されていない又は部分的に架橋されたハイドロゲル材料(例えば、キトサン)を型枠90に加えることがある。次に、1つ以上のセンサー素子14及び／又はデリバリー素子16を型枠90内に配置させることがあり、前記第2層20に対応する架橋されていないハイドロゲル材料(例えば、アルギン酸塩)を前記型枠に加えることがある。次いで、架橋剤を前記型枠90に加えることがある。例えば、ある特定の実施形態では、架橋部材92を、前記型枠90のハイドロゲルの上部に配置することがある。前記架橋部材92は、前記ハイドロゲルを架橋して第1層18及び第2層20を形成させるために、塩化カルシウム(CaCl2)等の架橋剤を含むことがある。ある特定の実施態様において、架橋部材92は、アガロース・シートを含むことがある。前記架橋した第1層18及び第2層22は、次いで型枠90から除去することができ、第3層22を第2層に加えて、前記本体12を形成することができる。他の実施形態では、液体の架橋剤液を型枠90に加えることによって、第1層18及び第2層22を架橋することがある。1つ以上の湿度センサー素子80を、望むならば、第1層18、第2層20、及び／又は第3層22の中に組み込ませることができる。更に、図示していないが、1つ以上の加熱素子32を前記型枠90内に配置し、前記本体12の中に組み込ませることもあり、及び／又は硬化後の本体の表面上にパターンとして形成させることもある。
【実施例】
【００８５】
実施例1
【００８６】
代表的な例において、多機能性の被覆材を、本明細書に記載する実施形態に従って、多孔性の色が変化するpHセンサー(例えば、センシング素子14)を配列したもの及び薬剤溶出性の足場(例えば、治療薬剤のデリバリー素子16)を、アルギン酸塩の被覆材内に埋め込ませて含むように、作製した(図１６Ａ)。多孔性センサー(各々のセンサーは12×12 mmの大きさ)の配列には、pH応答性の色素をドープしたメソ多孔性の樹脂ビーズを含有し、三次元(3D)プリントをした色が変化するアルギン酸塩繊維が含まれていた(図１６Ａ−１６Ｇ)。アルギン酸塩は天然由来の多糖類であり、生体適合性、止血特性、非付着性の特性により、外傷や疼痛を伴わずに前記被覆材の除去を容易にするため、表皮用途の被覆材の材料として使用することができる(14-18)。図６Ａ及び図１６Ｂ及び図１６Ｃに関して、センサーをプリントするために、3Dプリンター(例えば、Prusa i3)に搭載された2つの同軸針62及び64(図１６Ｃ及び図２２Ａ−２２Ｂ)を備えるマイクロ押出機60を使用した。繊維間の間隔を一定に保ちながら繊維の直径を変化させることにより、センサーの多孔度を調整した。ハイドロゲル繊維内にビーズをカプセル化することにより、創傷部位に対して生体適合性があるインタフェースを提供しながら、ビーズが創傷領域の中に分散することを防いだ。同様に、ゲンタマイシンを含有するアルギン酸塩繊維(0.5‐3.0 mg/ml)を3Dプリンティングすることにより薬剤溶出性の足場を作製した。作製後、最初に紫外線(UV)光(365 nm、200 mW/cm2)に曝露させて前記被覆材を滅菌し、その後、凍結乾燥して保存し、更に使用した。滅菌時間を決めるために、前記被覆材を、105コロニー形成単位(CFU)の濃度で黄色ブドウ球菌(黄色ブドウ球菌)（Staphylococcus aureus (S. aureus)）と緑膿菌(緑膿菌)（Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa)）でわざと汚染させ、UVの露光時間を30分まで系統的に増加させた。図２３Ａは、UV滅菌した被覆材から採取したスワブ・サンプルを寒天平板上で増殖させた結果を示す。本結果により、30分間のUV滅菌が前記被覆材中のバクテリア汚染を根絶するのに適している、ことが示された。UV滅菌したゲンタマイシンと対照(UVで処理しなかった薬剤)とを比較したところ、UV曝露が薬剤の抗菌効率に及ぼす影響は認められなかった(図２３Ｂ、２３Ｃ)。図１６Ｅは、凍結乾燥のプロセスの後での典型的な被覆材を示す。凍結乾燥した被覆材の柔軟性と機械的な完全性を改善するために、アルギン酸塩に、創傷被覆材と食品包装の可塑剤であるグリセロールを添加した(図１６Ｅ)(19,20)。合成(ブリリアント・イエロー)及び天然由来(キャベツ汁)のpH指標を用いることができるが、他の指標をこの系で用いることもできる。センサーを並べることにより、種々のバクテリア感染によって引き起こされ得る創傷内のpHの空間的な変動を測定することが可能になった(図１６Ｆ)。前記ハイドロゲル被覆材は柔軟性があり、前記皮膚の不規則な面とのコンフォーマルな接触を維持することができた(図１６Ｇ)。
【００８７】
作製と物理的な特性評価
【００８８】
プログラムできるXYZ位置決めステージを搭載し、マイクロ流体同軸押出機を用いた3次元プリンティングによって、多孔性センサーを作製するための効率的な経路が提供された。前記センサーの特徴は、前記センサーの体積あたりの利用可能な表面積であるとして作製されるが、これは前記繊維の直径によって制御できる。体積あたりの利用可能な表面積をより大きくすれば、前記センサーの応答時間を有意に改善することができる。3、16、及び33% w/v の3つのビーズ密度を用いてセンサーを作製した。33% w/vより大きいビーズ密度を用いることもある。プリント可能な領域のビーズ密度が高ければ高いほど、色が変わるビーズが生成する信号がより多くなるため、肉眼にとってより可視的なセンサーとなる（一方で、ビーズの密度が上昇することは作製した繊維の直径を僅かに減らす）（図１７Ａ）。
【００８９】
前記繊維の直径は、投入したビーズ濃度、アルギン酸塩の注入速度、プリンティング・スピードにより変化した。式(7)の次の関係を用いて、体積に対する表面積の比（surface-to-volume ratio (SVR)）を推定した。
SVR＝4/D                      (7)
【００９０】
ここで、Dは繊維の直径である。塩化カルシウム(CaCl2)の速度を一定(30 μl/ml)に保ちながら、アルギン酸塩の注入速度と押し出しノズルの並進速度を変化させることにより、沈着する繊維の直径を調節することができる。アルギン酸塩の流速を60%減少させ、プリンティング速度を2倍にすると、プリントされるセンサーのSVRは、それぞれ27%及び13%増加した(図１７Ｂ及び１７Ｃ)。
【００９１】
薬剤溶出性の足場として構成したデリバリー素子を、2つの異なったプリンティング戦略で作製した。同軸針の設定を使用して、前記構造をプリントすることがある。別の方法では、ゲルを最初に単一針の押出機を用いてプリンティング床上に沈着させ、次いで前記構築物の上にCaCl2液を一滴置くことによって架橋する2ステップ法を採用した。図２５Ａは、各々のプリンティング法によってプリントが可能であることをまとめており、低濃度のアルギン酸塩(2%‐6% w/v)が1ステップ法を用いてプリント可能であった一方で、高濃度のアルギン酸塩(>10% w/v)は2ステップ法を用いてプリントされたことを示している。16% w/vアルギン酸塩に関して、繊維直径とSVR比を、種々の流速とプリンティング速度を用いて測定した。低濃度のアルギン酸塩と同様に、前記SVRは、より高い注入速度及びより遅いプリンティング速度で減少した(図１７Ｂ及び１７Ｃ)。
【００９２】
創傷被覆材の基材としてハイドロゲルを用いることの主な利点のうちの1つは、創傷部位で水分を保持できることである。しかしながら、ハイドロゲルは急速に水分喪失を起こしやすく、そのことによって、被覆材の健全性が損なわれ、最終的にその機能性に影響が及ぶことがある。ハイドロゲルが急速に水分を喪失することは、ゲル‐ベースの被覆材を臨床応用をする上での課題を提起することがある。皮膚パッチの水分喪失速度を、37℃での重量減少を測定することにより評価したところ、アルギン酸塩パッチは10時間未満で完全に水分を喪失することが観察された(図２６Ａ)。これらの実験では、アルギン酸塩濃度及び被覆材の厚さ等を含む、水分喪失速度に対して影響するパラメータを変化させた。アルギン酸塩濃度が2%から4% w/vに増加し、パッチ厚が1.5 mmから3 mmへと2倍になると、前記水分喪失速度はより遅くなった(図２６Ａ)。グリセロールをアルギン酸塩と混合すると、パッチの水分喪失速度が有意に低下し、その柔軟性が改善された(図１７Ｄ及び１７Ｅ)。アルギン酸塩の被覆材は、3時間で、50%より大きい重量を失ったが、アルギン酸塩とグリセロールから作られたものは、同じ時間で、最初の重量の20%しか減少しなかった(図１７Ｅ)。グリセロールを添加すると、前記被覆材のヤング率（Young’s Modulus）は僅かに低下したが(図２６Ｂ)、前記被覆材の伸張性は改善した(図１７Ｆ)。
【００９３】
膨張するという挙動は、滲出物を吸収し、創傷を水分がある状態に保つための被覆材の性能を決定する、被覆材を設計する際における、もう一つ別のパラメータである。更に、前記パッチは、保存及び輸送のために凍結乾燥し、使用前に水性媒体中で水和させることがある。従って、膨張試験により、被覆材が平衡に達するのに必要な時間が得られる。本発明のハイドロゲル‐ベースの被覆材の膨張特性を、凍結乾燥したパッチをリン酸緩衝生理食塩水に浸漬し、経時的にそれらの重量を測定することによって評価した。前記被覆材の膨張度を、種々の厚さ及びハイドロゲル含有量について調べた(図１７Ｇ)。被覆材が厚ければ厚いほど、より高い膨張度を示したが、アルギン酸塩含量の影響は有意でないことが分かった。更に、前記被覆材が平衡に達するのに必要な時間は約2時間であり、前記被覆材の厚さとアルギン酸塩の含有量とは無関係であった。アルギン酸塩単独から作られたものと比較して、グリセロール及びアルギン酸塩から作られた被覆材については、ほぼ一桁の大きさの低下が観察された(図１７Ｈ)。
【００９４】
水分を調整することは創傷の治癒過程を促進する重要なパラメータとなりうる(21、22)。従って、適切な被覆材を設計することにおいては、前記被覆材の創傷滲出物の吸収能に加えて、蒸発による水分喪失の制御も考慮に入れることがある。水蒸気透過率(WVTR)アッセイを行い、アルギン酸塩の被覆材を通過しうる水蒸気量を定量した。グリセロールをアルギン酸塩と混合し、シリコンベースの膜で被覆材を覆うことの効果を、WVTRに基づいて測定した(図２６Ｃ)。その結果によれば、純粋なアルギン酸塩から作られた被覆材は、8252±1167 gr/m2/日のWVTRを有していたが、アルギン酸塩とグリセロールの混合物から作られた被覆材は、20%と40% w/vグリセロール含量に関して、それぞれ8665±1011と9077±1184 gr/m2/日という、わずかに高いWVTRを示した(図２６Ｄ)。
【００９５】
本明細書に記載する創傷被覆材を作製するのに使用する材料の生体適合性は、創傷が治癒過程を悪化させる可能性のある毒性物質に暴露される可能性があるので、被覆材を臨床適用する上での重大な要因となることがある。アルギン酸塩とグリセロールは、表皮に適用して使用できる生体適合性の材料である(19,23,24)。キャベツ汁はアカ・キャベツから抽出される天然化合物である。ブリリアント・イエローは陰イオン交換ビーズに結合させ、前記ビーズをアルギン酸塩繊維に捕捉させたが、皮膚線維芽細胞の生／死アッセイを行うことで、前記被覆材の細胞適合性を確認した。高い細胞生存率であったことにより、前記色素がビーズ及びハイドロゲルから浸出していないことが確認された(図２７)。
【００９６】
スマートフォンと画像処理のインターフェース
【００９７】
色が変わるセンサー・アレイを、ImageJ画像処理ソフトウエアとスマートフォン・アプリケーションを用いて特性評価した。4.00から9.18のpHバッファーに曝露したセンサーの写真画像を10秒毎に撮影した(図２８Ａ)。次に、これらの画像を用いて、pH値を定量化するための色データ曲線を作成した。ブリリアント・イエロー・センサーは酸性及びアルカリ性条件下でそれぞれオレンジ色及び赤色に変色した(図１８Ａ)。キャベツ汁から作られたセンサーの色は、酸性条件とアルカリ性条件でそれぞれ紫色から緑色に変化した(図１８Ｂ)。画像処理解析は、ImageJに記録した画像をインポートし、各サンプルの赤、青、緑のチャネルのグレイスケール強度を測定することにより実施した。全てのチャネルにおける強度は、ブリリアント・イエローから作られたセンサーにおいて、pHが増加するにつれて低下した；青及び赤のチャネルは、それぞれ、最低及び最高の変化を示した(図１８Ａ‐１８Ｋ)。キャベツ汁から作られたセンサーについては、pH変動に対する緑色チャネルの反応は単調で、赤色チャネルには傾向が見られなかったが、pHが上昇すると、青色チャネルは、その強さにおいて比較的一貫した低下傾向を示した(図２８Ｃ)。それ故に、ブリリアント・イエローとキャベツ汁でスタンダード・カーブを作成するためには、それぞれ赤色チャネルと青色チャネルを使用した。全般的に、キャベツ汁‐ベースのセンサーは、肉眼で解析した場合、色がより顕著に変化した。一方、ブリリアント・イエロー‐ベースのセンサーは、チャネル強度の違いがより大きく、自動化した画像処理を行うことにとって望ましい特徴となりうる。また、ブリリアント・イエロー・センサーは、同一pH条件下でのグレイスケール強度のバラツキが優位により小さいので、標準偏差は低下した。図１８Ｃ及び１８Ｄに示すように、横軸をグレイスケール強度、縦軸をpHとして、ブリリアント・イエロー・センサー及びキャベツ汁センサーに関するそれぞれ赤チャネル及び青チャネルの強度に、標準的な多項式曲線を適合させた。これらの曲線を用いて、前記センサーが曝露されている環境のpHを、それらの写真の解析から導かれたグレイスケール強度に基づいて決定した。
【００９８】
(1)前記センサー及び前記被覆材本体中のアルギン酸塩濃度、(2)前記被覆材本体の厚さ、及び(3)多孔性センサーのSVR等を含む種々の設計パラメータが、応答時間に及ぼす影響を評価した。赤色チャンネルはブリリアント・イエローから作られたセンサーとみなし、青色チャンネルはキャベツ汁から作られたものとみなした。前記センサーがグレイスケール強度において変化を示さなかった時間をセンサーの応答時間とみなした(図１８Ｂ)。前記センサーの応答時間は概して速く、5分未満で結果を得ることができた。前記センサーの応答時間には、様々なpH条件下で、有意差が認められなかった(図２９Ａ‐２９Ｂ)。しかし、アルギン酸塩の濃度は前記センサーの応答時間にかなりの影響を及ぼした。ブリリアント・イエローで作製したセンサーでは、アルギン酸塩濃度を2%から6% w/vに増加させると、応答時間が85%延長した(図１８Ｅ)。キャベツ汁で作製したセンサーの応答時間に対するアルギン酸塩濃度の影響はより顕著であった（6% w/vアルギン酸塩から作られたセンサーは、2% w/vアルギン酸塩と比較して応答時間が3倍に延長したので）。同様に、アルギン酸塩含量を2%から6% w/vに変化させてパッチ構造を変化させると、ブリリアント・イエロー及びキャベツ汁でそれぞれ200秒から730秒及び610秒から1000秒と、かなりの応答時間の変化が生じた(図１８Ｆ)。このように応答時間が延長することは、アルギン酸塩のより高い濃度で、アルギン酸塩の多孔性がより低く、孔の大きさがより小さくなることに起因すると考えられ、このことによってハイドロゲルを介したH+イオンの拡散が妨げられている。前記センサーの応答時間に及ぼす多孔性の効果についても調べた。多孔性センサーと同じ大きさのアルギン酸塩ゲルの正方形シートから非多孔性センサーを作製した。その結果、多孔性センサーは非多孔性センサーよりもかなり速いことが示された。これは、マトリクスを通過するプロトンの輸送が促進されるためであり、プリントしたセンサーを使用するという当初の仮説が確認された(図１８Ｇ)。前記センサーの応答時間に対するSVRの影響も評価した(図１８Ｈ)。前記繊維の直径を減少させることによりSVRが増加するにつれて、より速い応答時間が得られた。
【００９９】
前記センサーの応答時間に影響するもう一つのパラメータは、被覆材の厚さであった。厚さを1.5 mmから3 mmに増加させると、応答時間が3倍遅くなった(図１８Ｉ)。このような応答時間の増加は、より厚い被覆材ではH+イオンがより薄い被覆材と比較してより大きな体積で希釈されるため、平衡状態に達するのに必要な時間が長かったことに起因すると考えられた。この挙動は、被覆材中の物質輸送を数値的に解析することによって確認された(図３０Ａ‐３０Ｄ)。更に、前記応答時間は被覆材本体中のゲル含有量の関数であることが分かった。アルギン酸塩濃度を2%から6% w/vに増加させると、センサーの応答時間が8分未満から約30分に有意に増加した(図１８Ｊ)。グリセロールをアルギン酸塩と混合すると、前記センサーの応答時間が更に増加した(図１８Ｋ)。
【０１００】
バクテリア感染の比色検出と感染した創傷の治療
【０１０１】
グラム陽性黄色ブドウ球菌及びグラム陰性緑膿菌の増殖によるpH変化を検出することにおける、前記創傷被覆材の性能を評価した。両菌株は創傷に高頻度に存在し、これらの病原体による感染は依然として急性の及び慢性の創傷でよくみられる合併症である19。バクテリア活性によるpH変化を視覚的に検出する、及びスマートフォンで画像を撮ることによって検出する、という本明細書に記載の創傷被覆材の性能を評価した。バクテリア培養物由来の上清を1時間毎に18時間採取し、前記培養液の一滴をセンサー上に置いた。10分後、更に定量化するために、各サンプルの画像をスマートフォンカメラで撮影した。緑膿菌の培養物から採取したサンプルについては、pHは最初はわずかに酸性(pH=6.5)であり、前記培養を18時間継続するにつれてよりアルカリ性となった(pH=9.0)(図１９Ａ)。しかし、黄色ブドウ球菌のサンプルにおけるpH変化の傾向は逆であり、前記サンプルは8時間まではより酸性(pH~6.0)となり、その後培養18時間後には中性(pH=7.0)となった(図１９Ｂ)。pHの変動が1単位より大きい場合、センサー内で目で見える色の変化が観察された。この変化は、キャベツ汁から作られたセンサーでより顕著であった。しかしながら、より小さなpHの変動は、視覚的には検出できなかった。
【０１０２】
記録した画像を解析することで、バクテリアの培養物に曝露されたセンサーの色の変化を、様々な時点で定量化した。画像を無線で収集した後、デジタル画像処理をImageJで行い、ブリリアント・イエローとキャベツ汁それぞれの赤と青チャンネルにおけるグレイスケール強度の変動を評価した。均一な環境照明を実現するためにイメージング・ボックスを使用した。溶液の実際のpHを、市販の電気化学的なpHプローブを使用して、基準として測定した。図１９Ｃは、緑膿菌の培養物から採取したサンプルにおける実際のpH値の変動を示す。最初の8時間については、pHが直線的に増加することが観察され、前記サンプルはよりアルカリ性になった。pH値は6.5~9の範囲で変動する。この範囲について、比色による測定値は、電気化学的なプローブよって測定した基準pH値と比較して、±10%の精度を達成した（図１９Ｄ）。キャベツ汁によるセンサーの色の変化は、ヒトの目にとって、より見やすかったが、ブリリアント・イエローは、図19Eに示すように、キャベツ汁のセンサーが9%の誤差であることと比較して、4%未満の誤差で、より正確なpH測定値を出した。黄色ブドウ球菌の培養物から採取したサンプルでのpHの変動を、同様の比色法を用いて解析し、基準である電気化学的な値と比較した。黄色ブドウ球菌の培養物由来のサンプルはより酸性であり、6~7.5の範囲であった。しかし、pHは最初の3時間は有意に変化せず、その後2時間で1単位程度低下し、その後最終的にはプラトーに達したため、緑膿菌とは傾向が異なっていた(図１９Ｆ)。前記センサーの精度は、酸性環境でやや低く(図１９Ｇ)、誤差はブリリアント・イエローで6%未満、キャベツ汁で14%未満であり、酸性条件であっても、ブリリアント・イエローの精度がより高いことが示された(図１９Ｈ)。
【０１０３】
ex vivo試験を実施し、バクテリア感染の比色検出における前記創傷被覆材の有効性を実証した。ブタの皮膚に緑膿菌を1.4 X105、1.4 X106、1.4 X107CFU/cm2の様々な初期密度で接種した。12時間後、感染させた皮膚に前記創傷被覆材を置き、センサーの色の変化を、視覚的及び画像処理法を用いて検査した。感染させたサンプルでは、明瞭な色の変化が観察され、バクテリアの初期密度がより高かったサンプルではより顕著であった(図２０Ａ)。市販のpHストリップで、感染させた皮膚のpH上昇を確認した。また、スマートフォンを用いて感染させた皮膚のpH値を定量し(図２０Ｂ)、これらの結果をpHストリップによる読み取り値と比較した(図２０Ｃ)。
【０１０４】
薬剤溶出性の足場の抗菌効果を調べるために、緑膿菌を用いて半定量的なバクテリア阻害試験を行った。前記バクテリアを完全に根絶するためのゲンタマイシンの有効用量を同定するために、同体積の足場に、50~300 mg/mlの薬剤を含有させた。ネガティブ・コントロール及びポジティブ・コントロールには、薬剤を含まない足場及び同量の薬剤を含浸させた濾紙をそれぞれ用いた。ゲンタマイシンは、緑膿菌を含む広範囲のグラム陰性バクテリア及びグラム陽性バクテリアに対して有効な抗生物質として広く使用されている(25-27)。その結果によれば、200 mg/ml未満の含有投与量では、バクテリアを根絶するのに効果がない可能性が示唆された(図２０Ｄ)。含有投与量が200 mg/mlの足場によって、薬剤溶出パッチ周辺に阻害領域の輪郭になるリングが形成されたが、両方のコントロール・パッチの領域下の範囲では、依然としてバクテリアの増殖が見られた。阻害領域内の足場周囲に観察された白色のリングは、バクテリアによる感染が疑われた。そこで、足場付近(点1)、白色の領域(点2)、リングの端(点3)の3つの異なるゾーンからスワブ・サンプルを採取し、前記サンプルを、一晩別のアガロース・プレート上に播種した。図２０Ｅは、パッチの近傍にはバクテリアが存在せず、点2に形成されたバクテリアのコロニーがわずかであったが、前記リングの端で採取したサンプルからは多数のコロニーが形成されたことを示している。これらの結果は、足場付近での薬物濃度がより高くなり、足場から離れると濃度がより低くなるという、アガロース・ゲル内での典型的な薬物の拡散と一致する。足場周囲に白色にリングが形成されることは、寒天中のリン酸イオンとアルギン酸カルシウムの足場から放出されているカルシウムイオンの相互作用に起因する可能性がある。そして、ネガティブ・コントロール(薬剤無しの足場)はバクテリアが成長することを阻害しなかったが、ポジティブ・コントロール(薬剤+濾紙)は前記濾紙の周囲に明瞭な阻害リングを形成した(図２０Ｆ)。
【０１０５】
創傷被覆材と市販の被覆材との一体化
【０１０６】
本明細書に記載の創傷被覆材を市販の被覆材と一体化することができるかどうかを評価した。図２１Ａは、Mepitel登録商標被覆材に取り付けて作製したハイドロゲル被覆材を示す。Mepitel登録商標は、接触層が透明なケイ素のメッシュである創傷被覆材で、創傷からの蒸発速度を低下させながら、酸素を前記創傷部位に運ぶことを可能にする。更に、透明な薄い膜であるので、前記創傷内のpHの変動を比色的に検知することができる。更に、この被覆材は、前記被覆材が組織へ適切に付着することを確実にする接着層を含む。これらの被覆材は柔軟であり、前記皮膚の湾曲面に適合することができる(図２１Ａ、挿入図)。
【０１０７】
「iDerm」と呼ばれるアプリケーションを内製的に開発し、前記センサーにおける色の変化を記録し、定量データに変換するために使用した。図２１Ｂは、スマートフォンを用いて画像を撮影し、ユーザがセンサーを選択し、最終結果をスクリーン上に表示するプロセスを示す。iDermは赤、緑、及び青のチャネルに分割し、赤と青のチャネルのグレイスケールを用いて、それぞれブリリアント・イエローとキャベツ汁センサーのpH値を定量した。基準色マーカー(青と赤)を用いて、その結果が異なる照明条件に依存すること（これは、実際の適用の際に生じることがある）を排除した。前記アプリケーションにおいて、ロングタッチ機能が設計され、スクリーン上のセンサーのイメージ上に指を数秒間置くことによって、ユーザが各々のセンサーを選択することが可能であった。最終結果をスクリーンに表示し、前記創傷の状態を継続的にモニタリングするために、pH値を記録するように、グラフィカル・ユーザ・インターフェースを設計した。記録したデータを安全なクラウド保存ドライブ上にアップロードし、医療者が患者のデータにアクセスし、リアルタイムで創傷の状態をモニタリングすることができるにした。
【０１０８】
実際の条件で、読み取り値が環境照明に依存することを排除するために、赤色及び青色マーカーを基準として使用した。ブタの皮膚にMepitel登録商標／ハイドロゲル被覆材を置き、種々の緩衝液を噴霧することにより、生体組織のpH変動を検出するセンサーの性能を評価した(図２１Ｈ)。酸性、中性、塩基性の条件間で色の変化が見られたものの、画像取得と画像処理を行うスマートフォンを使用することにより、より正確な結果が得られた。ブタの皮膚の表皮層及び真皮層に被覆材を装着させて、組織の色が読み取り値に及ぼす影響を調べた。真皮及び表皮における読み取り値の誤差は10%よりも小さく、真皮層及び表皮層の色に依存しなかった(図３１Ａ及び３１Ｂ)。
【０１０９】
ハイドロゲル被覆材の水分喪失速度に及ぼすMepitel登録商標の影響を検討した。2% w/vアルギン酸塩による被覆材をMepitel登録商標で覆い、24時間後にその重量を測定した。前記ハイドロゲル被覆材の水分喪失速度に対するMepitel登録商標の効果は有意であった(図２１Ｉ)。Mepitel登録商標を施さなかったハイドロゲル被覆材は24時間後に水分量の90%を失い、その市販の被覆材で覆ったハイドロゲル被覆材は水分量の僅か50%を失っただけであった。更に、Mepitel登録商標による被覆材は、WVRTを2218±52 gr/m2/日まで有意に低下させた。
【０１１０】
ディスカッション
【０１１１】
本明細書に記載の多機能性の被覆材は、創傷部位での感染を検出し及び治療するために使用され得る、比色によるpHセンシング・アレイ及び薬物溶出性足場を表す。既存の創傷被覆材と比較して、本明細書に記載の創傷被覆材は、診断コンポーネントと治療コンポーネントの両方が単一の被覆材の中に一体化されているという意味で独特である。そのような多機能性の被覆材は、臨床検査時間が短縮されること、感染が疑われる患者の被覆材を不必要に変えることがなくなること、及び創傷治癒がより速くなることで入院期間が短縮されることにより、医療費を大幅に節約できる。更に、外傷部位へ薬物が局所的にデリバリーされることにより、他の臓器に有害な副作用を課すことなく、より高い用量の抗菌剤を使用することができるようになる。導入された被覆材は、アルギン酸塩とグリセロールで構成されており、創傷治癒の用途に関して、米国食品医薬品局（FDA）によって承認されている（28）。ハイドロゲルを追加することにより、前記創傷を水分がある環境に維持するのに役立ち、創傷が空気だけに曝されているのに比べて、治癒プロセスを最大50％促進する（29）。更に、本明細書に記載の創傷被覆材は、Mepitel登録商標等の市販の被覆材と一体化し、化学的又は物理的な刺激も無く、前記創傷に配置することができる。
【０１１２】
軟らかい機械的特性及び創傷被覆材が不規則な湾曲を有する生体の表面に適合する性能を解析した。更に、構成材料の生体適合性、抗菌特性、及び前記被覆材に関する水和及び蒸散の特性を研究した。比色応答をデジタルで解析し、市販の被覆材内に前記創傷被覆材を一体化することができるようにもした。まず、センサーの製作プロセスとバクテリア感染によるpHの変動を比色検出する性能を系統的に検討した。多孔性センサーを使用すると、利用可能なSVRが高くなるため、応答時間がより速くなる。この研究では、ハイスループットで複雑な構造を製作するための色々なことができるアプローチとして、3次元プリンティングを使用した（30）。この方法により、多孔性センサーを1分未満でプリントできるようになった。センサーをプリントする性能により、より大きな創傷領域を被覆できる大きな被覆材を作製するプロセスに拡大することが可能になる。製作したセンサーのSVRは、繊維の直径と繊維間の間隔に依存した。前記繊維の直径は、押し出されるアルギン酸塩の流速とノズルの並進速度を調整することで変更することができる。押し出されるアルギン酸塩の流速を増加させると、プリント・ヘッドからより多くの材料を堆積させることができるようになり、その結果、繊維の直径がより大きくなった。対照的に、ノズル速度を上げると、繊維の単位長さあたりに堆積する材料が少なくなるため、繊維の直径が小さくなる。同様の傾向は、以前の研究で、他の人によって報告されていた（31、32）。前記繊維の直径に影響を与える別のパラメータは、カプセル化した、色が変化するビーズの密度であった。この結果は、前記ビーズの濃度が高いほど、繊維の直径が小さくなることを示唆する。前記ビーズの濃度が高くなればなるほどシグナルはより強くなり、pHの変動を比色検出することが容易になった。
【０１１３】
バクテリアの感染では、pHの変動は種に依存する。例えば、緑膿菌の培養物のpHは、そのバクテリアが増殖するにつれて上昇し、黄色ブドウ球菌に関しては、培養時間とともにpHは低下することが実証された。黄色ブドウ球菌は通性嫌気性菌であり、好気性環境で最もよく増殖する。その代謝は呼吸と発酵の両方であり、さまざまな炭水化物（グルコース等）を発酵させて酸性の最終産物を産生する（33）。一方、緑膿菌は発酵性ではなく、厳密な好気性の呼吸をする。培地中のペプトンを利用して、アルカリ性の最終産物を産生した（34）。現行の実務では、被覆材を定期的に変更し、疑わしい患者ではスワブ・サンプルを収集し、感染の可能性を防ぐために、前記患者を抗生物質で全身的に治療する（29）。しかしながら、この方法は痛みを伴い、時間がかかり、労働集約的である。本明細書に記載の創傷被覆材は、バクテリア感染のマーカーとしてpHを使用し、スマートフォン等のコンピューティング・デバイスと連動することができる比色法を利用する。このアプローチにより、医療従事者又は患者は、前記創傷のpHを経時的にモニターし、感染が検出されたときに被覆材を変更できるようになる。
【０１１４】
前記センサーを作製するために、環境の酸性度の変化に応じて色が変化するpH指示薬をイオン交換ビーズにドープした。前記色素と前記ビーズとの間の静電的相互作用により、前記ビーズから前記色素が漏出することを最小限に抑制した（35）。前記ハイドロゲル繊維内に前記ビーズをカプセル化することにより、前記ビーズが皮膚に接触せず、前記創傷部位の中に分散しないことを確実にすることができる。この方法を使用すると、4.0~9.0の範囲のpH値をスマートフォンで視覚的に検出できるようになる。視覚によって検出する感度は1 pH単位であったが、スマートフォンで撮影した画像を解析すると、前記感度は0.5 pH単位未満に改善された。そのような感度を、最初の数時間でのバクテリア感染を早期に検出することに、使用することができる可能性がある（図２０Ａ−２０Ｆに示された我々のデータによる）。前記測定値を電気化学的なpHプローブの読み取り値と比較すると、±5％（pH 9.0で最大±0.45 pH単位）の感度が達成された。繊維の直径、アルギン酸塩の濃度、前記被覆材の厚さ等の設計パラメータが、前記センサーの応答時間に及ぼす影響を同定した。この作業で達成された最速の応答時間は5分であったが、この時間は、繊維の直径、ハイドロゲルの濃度、及び被覆材の厚さが増加するにつれて、前記センサー内のイオン輸送に対する拡散障壁がより高くなるため、増加した（図１８Ａ−１８Ｋ） 。非多孔性センサーの応答時間は、プリントしたセンサーよりも3倍も有意に長かったことは注目に値する。これにより、多孔性センサーの使用について、我々の仮説が確認された。
【０１１５】
体液を取り込む力は、水分がある創傷環境の維持にとって重要であり得る（36）。ハイドロゲルは、乾燥重量の数千倍まで水を吸収できるポリマーのネットワークである（37）。したがって、ハイドロゲルは創傷管理に適した被覆材材料と考えられる。全てのハイドロゲルの中で、アルギン酸塩は、薬物デリバリー、組織エンジニアリング、及び創傷被覆材に広く使用されている天然由来の多糖類である（14、18、38）。アルギン酸塩は、前記創傷部位での出血を防ぐために使用することができる天然の止血剤である。このハイドロゲルは組織に付着もしない；従って、前記創傷から前記被覆材を取ることによって、それほど大きな外傷を生じさせることが無く、被覆材の交換中に患者が感じる痛みは軽減される（16）。しかし、アルギン酸塩は急速に水分を喪失し、水分を喪失すると柔軟性が失われる。従って、アルギン酸塩にグリセロールを添加することによって、水分喪失速度を30％低下させる。更に、グリセロールから作られた被覆材は、完全に水分を喪失した後、機械的な健常性と柔軟性が維持された。本明細書に記載の創傷被覆材をMepitel登録商標と組み合わせると、市販の被覆材のシリコン膜によって引き起こされる蒸散が減少するため、水分喪失速度が有意に低下した。従って、被覆材／Mepitel登録商標を組み合わせた被覆材は、交換を必要とせずに長期間にわたって創傷の上に当てておくことができるため、慢性創傷の治療に非常に有望である。
【０１１６】
感染を診断し及び効果的な管理することは、あらゆる創傷被覆材がうまくいくことにとって重要である。抗菌特性を備えた現行の被覆材には、前記創傷部位での感染を検出する力は無い。結果として、熟練した人員が、前記創傷状態を視覚的に検査することが必要であり、これは面倒で、痛みを伴うものであり、毎日被覆材を交換する必要がある。提案する多機能性の被覆材は、バクテリア感染のマーカーとしてpHを測定し、抗菌剤をデリバリーすることが可能である。前記創傷被覆材のデジタル画像を記録し、pH値をアウトプットする画像処理アプリケーション（iDerm）を開発した。iDermにより、患者は自宅でその創傷の状態を記録し、その情報を医療従事者に伝えることができるようになる。そして、医療従事者は、その後の治療戦略を決定することができる。バクテリア感染を比色的に検出する、本発明の創傷被覆材の性能を、in vitro及びex vivo試験を使用して実証した。最初に、感染した創傷に見られる2種の一般的なバクテリア株（即ち、緑膿菌及び黄色ブドウ球菌）を培養し、前記創傷被覆材及び市販のプローブを使用して、培地のpHを18時間にわたって測定した。前記創傷被覆材は、±5％未満の誤差で、前記培地のpHの変動を検出し、比色法の精度を示した。次に、ブタの皮膚にバクテリアを12時間感染させ、GelDermと市販のpHストリップを使用して、サンプルのpH変化を測定した。前記センサーの色の明確な変化が、コントロールと比較して感染した皮膚で観察された。この色の変化は、バクテリアをより高い初期接種密度で感染させたサンプルで、より顕著であった。
【０１１７】
抗生物質を局所的にデリバリーすることは、その薬物を静脈内投与することによる合併症を最小限にし、前記創傷部位に直接デリバリーされる薬物の濃度を増加させるという利点を提供する。感染創傷に見られるほとんどのバクテリア株に対して広範囲の活性を有するゲンタマイシンを、薬剤溶出性の足場にカプセル化した（39）。薬物溶出性足場を使用することの背後にある合理性は、前記創傷と被覆材のインターフェースに、前記薬物をより局所的にデリバリーすることであった。モデル・バクテリアとしての緑膿菌に関するin vitro阻害アッセイによって、3 mg/mlの投与量でゲンタマイシンを局所的にデリバリーすることが有効であることが示された。これらの被覆材は、ヒト初代ケラチノサイト及び線維芽細胞と接触させても毒性を示すこともなかったため、皮膚損傷を治療するのに適した候補となる。
【０１１８】
全体として、提案した技術は、外傷、手術、又は糖尿病に起因する慢性創傷及び急性創傷を管理することにおいて、非常に有望である。創傷部位の感染の診断と治療ができるので、マニュアルで創傷を視診することと抗生物質を患者に全身的に投与することが減る。提案した多機能性の被覆材の設計と製作の際に使用する製剤化では、凍結乾燥し、柔軟性、抗菌効果、創傷部位でのpH変化の検出能を損なうことなく、長期保管のために滅菌することができる。このシステムの性能は、より特異的なバクテリア・マーカーを検出するために、被覆材内により多くのセンシング素子を一体化することによって、更に改善できる可能性がある。柔軟性とより長期間での水分管理の観点から、より強い機械的特性を有する生体材料を使用することもある。
【０１１９】
材料と方法
【０１２０】
ブリリアント・イエロー及びキャベツ汁を含有するビーズの調製：ブリリアント・イエロー色素(TCI、東京、日本)135 mgをエタノール6 mlに溶解し、DI水24 mlを加え、溶液を30分間かき混ぜた。DI水30 mlに細断した赤キャベツ15gを加え、90℃で1時間保ち、ろ過して最終液を約30 mlとし、キャベツ汁を調製した。Dowex 1x4 塩化物型(シグマ、セントルイス、米国)3378 mgをファルコン登録商標のチューブに入れたDI水50mlに加え、マニュアルで攪拌した後、前記ビーズを前記チューブの底部に沈殿させた。水分をピペットで注意深く抽出し、別に置き換えた。この工程をDI水で2回、無水エタノールで1回繰り返した。洗浄後、前記ビーズにDI水30 mlを加え、得られた懸濁液を色素溶液(ブリリアント・イエロー液又はキャベツ汁)に加えた。上清を複数回洗浄し、透明な上清を得た。
【０１２１】
センサーと薬剤溶出性の足場のためのアルギン酸塩溶液の調製：センサーに関しては、pH感受性ビーズにDI水を加え、15mlの最終容量にした。薬剤溶出性の足場については、所望量の硫酸ゲンタマイシン(最終足場中の薬物含量による)をDI水5mlに加えた。次いで、アルギン酸ナトリウム(シグマ、セントルイス、米国)をビーズ懸濁液と薬剤溶液の両方に加えて、所望の濃度にし、60℃で1時間置いて、3000rpmで定期的にボルテックスをかけた。
【０１２２】
センサーと薬剤溶出性の足場の3Dプリンティングと特性評価：市販の3Dプリンター(Prusa i3)を、マイクロ押出機を組み込ませることによって、改良し、ハイドロゲル繊維をプリントした。アルギン酸塩2~6% w/vをプリントするために、種々の濃度のアルギン酸塩(90 μl/分)とCaCl2(6% w/v、30 μl/分) (バイオ・ベーシック・インク、トロント、カナダ)をデリバリーするために、2つのシリンジポンプによって駆動される同軸針系を含むマイクロ押出機(Harvard Apparatus)。アルギン酸塩を、前記押出機の先端でイオン架橋し、3Dバイオプリンターのベッド上に沈着させた。通常条件では、流速22 μl/min、プリンティング速度5 mm/sで16% w/vアルギン酸塩をプリンティングするのに、1台の押し出し機を使用した。種々のパラメータに基づいた特性評価のために、前述の流速とプリンティング速度を変更した。その後、光学顕微鏡(オリンパスIMT-2、東京、日本)で、プリントした足場を観察し、個々の繊維直径を測定した。
【０１２３】
種々のpH環境に対するpH感受性センサーの応答性の解析：pH感受性成分の応答時間とRGBの色の強さを試験するために、光拡散箱を構築したが、前記光拡散箱は、5秒間隔で自動的に写真を撮影するカメラを上部に備えた。このデバイスを用いて、アルギン酸塩濃度、繊維直径、及びセンサーを曝露した溶液のpH等の種々の特性を有するpH センサーを試験した。次に、個々の画像をImageJソフトウエアを用いて解析した。各個々のRGBチャンネルのグレイスケール・フォーマットに画像を変換し、その強度変化を測定し、各センサーが定常状態に達するまでの時間を測定した。
【０１２４】
被覆材の作製：1 mlのアルギン酸塩液(正常条件では2% w/v)を35 mm × 55 mm × 1.5 mm 型枠の直方体に広げた。4つのpHセンサーをその角に配置し、2つの薬剤溶出性の足場を中心に配置した。次にアルギン酸塩の溶液(2% w/v)2mlを前記型枠に加え；アガロース・シート(アガロース 1.5% w/v、CaCl2 4% w/v)を上に置き、20 分間放置して架橋した。前記シートを取り除いた後、架橋したパッチを前記型枠から取り除いた。
【０１２５】
バクテリア上清へのセンサーの曝露：緑膿菌ATCC 10145株をトリプチケースソイ・ブロス(TSB、Fluka Analytical)で培養し、1時間ごとに1 mLの上清を採取した。150 μlの各上清を種々のpHセンサーに垂らし、写真撮影及びその後の評価を行った。
【０１２６】
Ex vivo バクテリア検出試験：ヒト皮膚の非損傷サンプルを、25 cm2の領域の4つの部分に切り分け、70% v/vエタノールで消毒し、生理食塩水で洗浄した。皮膚部分を個々に滅菌ペトリ皿に移した。バクテリアを皮膚に接種する前に、皮膚サンプルが適切に滅菌されていることを確認するために、スワブ・サンプルを皮膚から採取し、24時間TSAプレート上に播種した。緑膿菌を一晩培養した物の200μlのアリコートを、前記皮膚表面上に垂らし、ガラス・スプレッダーを用いて皮膚表面上に分布させた。無バクテリア感染(コントロール)と1.4×105、1.4×106、及び1.4×107  CFU/cm2の3種の初期接種密度の4種の条件を検討した。
【０１２７】
次いで、感染皮膚を湿度がある大気中、37℃でインキュベートした。12時間後、前記創傷被覆材をサンプル上に置き、30分後に画像をスマートフォンで撮影し、前記センサーを解析した。
【０１２８】
ブタの皮膚のpHを測定するために、pH 4.00 (VWR Analytical)、6.86 (Fisher Scientific)、9.18 (Fisher Scientific)のバッファー溶液を3スライスのブタの皮膚に噴霧した。両タイプのパッチ（ブリリアント・イエロー及びキャベツ汁）をブタの皮膚上に置き、10分後に写真画像を撮影し、その後、解析を行った。
【０１２９】
バクテリア生存能の喪失試験：薬剤溶出性の足場を、前に記載したようにアルギン酸塩パッチに包埋した；次にパッチをトリプチケースソイ寒天(TSA、Sigma‐Aldrich)プレートの上に置き、その上に緑膿菌バクテリアを広げ、37℃で18時間インキュベートした後に抗菌薬の影響を調べた。
【０１３０】
機械的試験：アルギン酸塩2% w/v及びアルギン酸塩2% w/v +グリセロール20% w/vで作製した長方形のアルギン酸塩／グリセロール・シート(20 mm × 10 mm × 2 mm)を、パッチの調製と同様にCaCl2を含むアガロース・シートと架橋して調製した。サンプルをPBSで保存し、それらの引張特性を、インストロン（Instron）5542メカニカル試験器を用いて測定した。前記繊維をグリップ間に挟み、一定の歪速度(0.1 mm/分)で伸張させた。試験中、超音波加湿器を用いて繊維を湿らせた状態に保ち、それぞれの型について、4つのサンプルを試験した。ヤング率を応力歪曲線の傾きと歪速度を用いて計算した。
【０１３１】
水分喪失及び水和の試験：2種類の濃度のアルギン酸塩(2%及び6% w/v)及び2種類の厚さ(1.5 mm及び3 mm)で作製した正方形ゲル・シート(15 mm × 15 mm)を、パッチの調製と同様にCaCl2を含むアガロースシートと架橋することにより作製した。水分喪失及び水和の試験のために、それぞれの条件に関して4サンプルを調製した。水分喪失試験は、サンプルを部屋の環境温度に保ち、決められた時間間隔で48時間重量を測定することにより実施した。残った質量をサンプル毎に最初の値から差し引いた。水和の試験には、まずサンプルを-80℃で24時間凍結し、72時間凍結乾燥し、重量を測定し、PBSに浸した。その後、重量を決められた時間間隔で3時間記録し、その次に、サンプル毎に増加した重量を測定することにより膨張度を求めた。
【０１３２】
細胞培養：ヒト初代ケラチノサイト及び線維芽細胞を、包皮環状切除術を受けた健常な患者由来の包皮サンプルから、既に報告されている手法21に従って回収した。ケラチノサイトを、上皮成長因子(0.2 ng/ml、EGF、GIBCO)とウシ下垂体抽出物(25 ng/ml、BPE)を添加したケラチノサイト無血清培地(KSFM、Invitrogen Life Technologies、Carlsbad、CA)で培養した。10%ウシ胎児血清(FBS)を添加したダルベッコ改変イーグル培地（Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM、GIBCO、Grand Island、NY)）を用いて線維芽細胞を培養した。本研究のすべての実験には、4~7継代目のケラチノサイト及び線維芽細胞を用いた。
【０１３３】
生／死、生存性／細胞毒性アッセイ：細胞を250×103 細胞／ウェルの密度で、6ウェルプレート中で培養した。培地中、50から150μgml-1に濃度を増やしながらKyn又はKynAを用いた。細胞生存率は、3日間のインキュベーションした後、フロー・サイトメトリーにより哺乳動物細胞の生／死（Live/Dead）アッセイ・キット(Invitrogen)を用いて評価した。このアッセイでは、赤色蛍光の核酸色素であるエチジウム・ホモダイマー(EthD-1)によって死細胞とアポトーシス段階にある細胞を染色する。一方、生細胞は、生細胞中の活性細胞内エステラーゼによって緑色蛍光化合物に変換されるクラセインAM（clacein AM）によって観察することができる。
【０１３４】
統計学解析：Tukey事後検定による一元配置分散分析(ANOVA)を、2つの試験群以上の実験について行った。標準偏差を全てのデータにおける不確実性の尺度とした。全ての統計解析及びグラフ作成はマイクロソフト・エクセルで行った。
【０１３５】
参考文献及び注
1. M. H. Mohammadi, B. Heidary Araghi, V. Beydaghi, A. Geraili, F. Moradi, P. Jafari, M. Janmaleki, K. P. Valente, M. Akbari, A. Sanati‐Nezhad, Skin Diseases Modeling using Combined Tissue Engineering and Microfluidic Technologies, Adv. Healthc. Mater. (2016).
2. D. Church, S. Elsayed, O. Reid, B. Winston, R. Lindsay, Burn wound infectionsClin. Microbiol. Rev. 19, 403-434 (2006).
3. E. E. Tredget, H. A. Shankowsky, R. Rennie, R. E. Burrell, S. Logsetty, Pseudomonas infections in the thermally injured patient, Burns 30, 3-26 (2004).
4. G. C. Bloemsma, J. Dokter, H. Boxma, I. M. M. H. Oen, Mortality and causes of death in a burn centre, Burns 34, 1103-1107 (2008).
5. D.-H. Kim, N. Lu, R. Ma, Y.-S. Kim, R.-H. Kim, S. Wang, J. Wu, S. M. Won, H. Tao, A. Islam, K. J. Yu, T. Kim, R. Chowdhury, M. Ying, L. Xu, M. Li, H.-J. Chung, H. Keum, M. McCormick, P. Liu, Y.-W. Zhang, F. G. Omenetto, Y. Huang, T. Coleman, J. A. Rogers, Epidermal Electronics, Science (80-. ). 333, 838-843 (2011).
6. X. Huang, Y. Liu, K. Chen, W. J. Shin, C. J. Lu, G. W. Kong, D. Patnaik, S. H. Lee, J. F. Cortes, J. A. Rogers, Stretchable, wireless sensors and functional substrates for epidermal characterization of sweat, Small 10, 3083-3090 (2014).
7. A. H. Najafabadi, A. Tamayol, N. Annabi, M. Ochoa, P. Mostafalu, M. Akbari, M. Nikkhah, R. Rahimi, M. R. Dokmeci, S. Sonkusale, Biodegradable nanofibrous polymeric substrates for generating elastic and flexible electronics, Adv. Mater. 26, 5823-5830 (2014).
8. Y. Liu, J. J. S. Norton, R. Qazi, Z. Zou, K. R. Ammann, H. Liu, L. Yan, P. L. Tran, K.-I. Jang, J. W. Lee, Epidermal mechano-acoustic sensing electronics for cardiovascular diagnostics and human-machine interfaces, Sci. Adv. 2, e1601185 (2016).
9. P. Mostafalu, M. Akbari, K. A. Alberti, Q. Xu, A. Khademhosseini, S. R. Sonkusale, A toolkit of thread-based microfluidics, sensors, and electronics for 3D tissue embedding for medical diagnostics, Microsystems Nanoeng. 2 (2016), doi:10.1038/micronano.2016.39.
10. T. R. Dargaville, B. L. Farrugia, J. A. Broadbent, S. Pace, Z. Upton, N. H. Voelcker, Sensors and imaging for wound healing: A review, Biosens. Bioelectron. 41, 30-42 (2013).
11. A. Koh, D. Kang, Y. Xue, S. Lee, R. M. Pielak, J. Kim, T. Hwang, S. Min, A. Banks, P. Bastien, A soft, wearable microfluidic device for the capture, storage, and colorimetric sensing of sweat, Sci. Transl. Med. 8, 366ra165-366ra165 (2016).
12. G. Gethin, The significance of surface pH in chronic wounds, Wounds UK 3, 52-56 (2007).
13. L. A. Schneider, A. Korber, S. Grabbe, J. Dissemond, Influence of pH on wound-healing: A new perspective for wound-therapy?Arch. Dermatol. Res. 298, 413-420 (2007).
14. K. Y. Lee, D. J. Mooney, Alginate: properties and biomedical applications, Prog. Polym. Sci. 37, 106-126 (2012).
15. D. Jain, D. Bar-Shalom, Alginate drug delivery systems: application in context of pharmaceutical and biomedical research, Drug Dev. Ind. Pharm. 40, 1576-1584 (2014).
16. W. Paul, C. P. Sharma, Chitosan and alginate wound dressings: a short review, Trends Biomater Artif Organs 18, 18-23 (2004).
17. K. Murakami, H. Aoki, S. Nakamura, S. Nakamura, M. Takikawa, M. Hanzawa, S. Kishimoto, H. Hattori, Y. Tanaka, T. Kiyosawa, Y. Sato, M. Ishihara, Hydrogel blends of chitin/chitosan, fucoidan and alginate as healing-impaired wound dressings, Biomaterials 31, 83-90 (2010).
18. S. Bagherifard, A. Tamayol, P. Mostafalu, M. Akbari, M. Comotto, N. Annabi, M. Ghaderi, S. Sonkusale, M. R. Dokmeci, A. Khademhosseini, Dermal Patch with Integrated Flexible Heater for on Demand Drug Delivery, Adv. Healthc. Mater. 5, 175-184 (2016).
19. T. Maral, H. Borman, H. Arslan, B. Demirhan, G. Akinbingol, M. Haberal, Effectiveness of human amnion preserved long-term in glycerol as a temporary biological dressing, Burns 25, 625-635 (1999).
20. M. Lavorgna, F. Piscitelli, P. Mangiacapra, G. G. Buonocore, Study of the combined effect of both clay and glycerol plasticizer on the properties of chitosan films, Carbohydr. Polym. 82, 291-298 (2010).
21. S. M. Bishop, M. Walker, A. A. Rogers, W. Y. Chen, Importance of moisture balance at the wound-dressing interface., J. Wound Care 12, 125-128 (2003).
22. D. Okan, K. Woo, E. A. Ayello, G. Sibbald, The role of moisture balance in wound healing, Adv. Skin Wound Care 20, 39-53 (2007).
23. X. Yang, K. Yang, S. Wu, X. Chen, F. Yu, J. Li, M. Ma, Z. Zhu, Cytotoxicity and wound healing properties of PVA/ws-chitosan/glycerol hydrogels made by irradiation followed by freeze-thawing, Radiat. Phys. Chem. 79, 606-611 (2010).
24. P. H. Corkhill, C. J. Hamilton, B. J. Tighe, Synthetic hydrogels VI. Hydrogel composites as wound dressings and implant materials, Biomaterials 10, 3-10 (1989).
25. I. Yetim, O. V Ozkan, A. Dervisoglu, K. Erzurumlu, E. Canbolant, Effect of local gentamicin application on healing and wound infection in patients with modified radical mastectomy: a prospective randomized study, J. Int. Med. Res. 38, 1442-1447 (2010).
26. W. K. Chang, S. Srinivasa, A. D. MacCormick, A. G. Hill, Gentamicin-collagen implants to reduce surgical site infection: systematic review and meta-analysis of randomized trials (2013).
27. M. N. Mavros, P. K. Mitsikostas, V. G. Alexiou, G. Peppas, M. E. Falagas, Gentamicin collagen sponges for the prevention of sternal wound infection: a meta-analysis of randomized controlled trials, J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 144, 1235-1240 (2012).
28. J. Sun, H. Tan, Alginate-based biomaterials for regenerative medicine applications, Materials (Basel). 6, 1285-1309 (2013).
29. J. R. Davidson, Current concepts in wound management and wound healing products, Vet. Clin. North Am. Small Anim. Pract. 45, 537-564 (2015).
30. R. D. Pedde, B. Mirani, A. Navaei, T. Styan, S. Wong, M. Mehrali, A. Thakur, N. K. Mohtaram, A. Bayati, A. Dolatshahi‐Pirouz, Emerging Biofabrication Strategies for Engineering Complex Tissue Constructs, Adv. Mater. (2017).
31. S. Ghorbanian, M. A. Qasaimeh, M. Akbari, A. Tamayol, D. Juncker, Microfluidic direct writer with integrated declogging mechanism for fabricating cell-laden hydrogel constructs, Biomed. Microdevices 16, 387-395 (2014).
32. J. S. Miller, K. R. Stevens, M. T. Yang, B. M. Baker, D.-H. T. Nguyen, D. M. Cohen, E. Toro, A. A. Chen, P. A. Galie, X. Yu, Rapid casting of patterned vascular networks for perfusable engineered three-dimensional tissues, Nat. Mater. 11, 768-774 (2012).
33. S. Fuchs, J. Pane-Farre, C. Kohler, M. Hecker, S. Engelmann, Anaerobic gene expression in Staphylococcus aureus, J. Bacteriol. 189, 4275-4289 (2007).
34. E. A. Dawes, D. W. Ribbons, The endogenous metabolism of microorganisms, Annu. Rev. Microbiol. 16, 241-264 (1962).
35. Y. Chen, Y. Zilberman, P. Mostafalu, S. R. Sonkusale, Paper based platform for colorimetric sensing of dissolved NH 3 and CO 2, Biosens. Bioelectron. 67, 477-484 (2015).
36. D. Queen, J. D. S. Gaylor, J. H. Evans, J. M. Courtney, W. H. Reid, The preclinical evaluation of the water vapour transmission rate through burn wound dressings, Biomaterials 8, 367-371 (1987).
37. D. Seliktar, Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications, Science (80-. ). 336, 1124-1128 (2012).
38. M. Akbari, A. Tamayol, V. Laforte, N. Annabi, A. H. Najafabadi, A. Khademhosseini, D. Juncker, Composite living fibers for creating tissue constructs using textile techniques, Adv. Funct. Mater. 24, 4060-4067 (2014).
39. J. P. E. Junker, C. C. Y. Lee, S. Samaan, F. Hackl, E. Kiwanuka, R. A. Minasian, D. M. Tsai, L. E. Tracy, A. B. Onderdonk, E. Eriksson, Topical delivery of ultrahigh concentrations of gentamicin is highly effective in reducing bacterial levels in infected porcine full-thickness wounds, Plast. Reconstr. Surg. 135, 151-159 (2015).
【０１３６】
モバイル・デバイス
【０１３７】
図３２は、102に一般に示されている、種々の任意選択的なハードウエア構成要素及びソフトウエア構成要素等を含むモバイル・デバイス100の実施例を示す系統図である。モバイル・デバイス内のあらゆるコンポーネント102は、説明を簡単にするために、全ての接続が示されているわけではなく、任意の他の構成要素と通信することができる。前記モバイル・デバイスは、様々なコンピューティング・デバイス(例えば、携帯電話、スマートフォン、ハンドヘルド・コンピュータ、パーソナル・デジタル・アシスタント（PDA）)の何でもよく、セルラ、サテライト、又は他のネットワーク等の、1以上のモバイル通信ネットワーク104との無線双方向通信を可能にすることができる。
【０１３８】
図示したモバイル・デバイス100は、シグナル・コーディング、データ処理、インプット／アウトプット処理、電源制御、及び／又は他の機能等の作業を行うためのコントローラ又はプロセッサ110(例えば、シグナル・プロセッサ、マイクロプロセッサ、ASIC、又は他のコントロール及びプロセシング論理回路)を含むことがある。オペレーティング・システム112は、コンポーネント102の配分及び使用を制御し、1つ以上のアプリケーション・プログラム114をサポートすることがある。アプリケーション・プログラムは、一般的なモバイル・コンピューティング・アプリケーション(例えば、電子メール・アプリケーション、カレンダー、コンタクト・マネージャー、Webブラウザ、メッセージ・アプリケーション)、又は他の任意のコンピューティング・アプリケーションを含むことがある。アプリケーション・ストアにアクセスするための機能113は、アプリケーション・プログラム114の取得及び更新にも使用することができる。
【０１３９】
図示したモバイル・デバイス100は、メモリ120を含むことがある。メモリ120は、ノン‐リムーバル・メモリ122及び／又はリムーバル・メモリ124を含むことがある。ノン‐リムーバル・メモリ122は、RAM、ROM、フラッシュ・メモリ、ハード・ディスク、又は他の周知のメモリ・ストレージ技術を含むことがある。リムーバブル・メモリ124は、フラッシュ・メモリ又はGSM通信システムにおいて既知のサブスクライバー・アイデンティティ・モジュール(SIM)カード、又は「スマート・カード」のような他の周知のメモリ・ストレージ技術を含むことがある。メモリ120は、オペレーティング・システム112及びアプリケーション114を実行するためのデータ及び／又はコードを保存するために使用することがある。例示的なデータには、1つ以上の有線又は無線ネットワークを介して、1つ以上のネットワーク・サーバ又は他のデバイスに送信及び／又は受信されるウェブ・ページ、テキスト、画像、音楽ファイル、ビデオ・データ、又は他のデータ・セットが含まれることがある。メモリ120を、インターナショナル・モバイル・サブスクライバー・アイデンティティ（International Mobile Subscriber Identity (IMSI)）等の加入者識別子（subscriber identifier）、及びインターナショナル・モバイル・エクイップメント・アイデンティファイア（International Mobile Equipment Identifier (IMEI)）等の装置識別子（equipment identifier）を保存するために使用することがある。このような識別子は、ユーザー及び装置を識別するために、ネットワーク・サーバに送信されることがある。
【０１４０】
モバイル・デバイス100は、タッチスクリーン132、マイクロホン134、カメラ136、物理的キーボード138及び／又はトラックボール140等の1つ以上のインプット・デバイス130、並びにスピーカー152及びディスプレイ154等の1つ以上のアウトプット・デバイス150をサポートすることがある。他の考えられるアウトプット・デバイス(図示せず)としては、圧電性の又は他の触覚のアウトプット・デバイスが含まれることがある。いくつかのデバイスは、複数のインプット／アウトプット機能を果たすことがある。例えば、タッチスクリーン132及びディスプレイ154を、単一のインプット／アウトプット・デバイスに組み合わせることができる。
【０１４１】
インプット・デバイス130は、ナチュラル・ユーザ・インターフェース（Natural User Interface (NUI)）を含むことがある。NUIは、マウス、キーボード、リモート・コントロール等のインプット・デバイスによって課される人為的な制約から解放されて、ユーザが「自然な」方法でデバイスと相互作用することを可能にする任意のインターフェース技術である。NUI法の例としては、音声認識、タッチ及び触針認識、スクリーン上及びスクリーンに隣接の両方でのジェスチャー認識、空気ジェスチャー、頭部及び眼のトラッキング、声（voice）及び音声（speech）、視覚、触覚、ジェスチャー、及び機械知能に依存するものが含まれる。NUIの他の例としては、加速度センサ／ジャイロスコープを用いたモーション・ジェスチャ検出、顔認識、3Dディスプレイ、頭部、眼、及び注視トラッキング、インマーシブ・オーグメンティッド・リアリティ（immersive augmented reality）及びバーチャル・リアリティ・システム（これらは全てより自然なインターフェースを提供する）、並びに電場センシング電極(EEG及び関連方法)を用いて、脳活動をセンシングするための技術が含まれる。従って、ある具体的な実施形態では、オペレーティング・システム112又はアプリケーション114は、音声命令を介してユーザがデバイス 100を操作することを可能にする音声ユーザインターフェースの一部として音声認識ソフトウエアを含むことがある。更に、デバイス100は、ゲーム・アプリケーションへのインプットを提供するためのジェスチャーの検出及び解釈等、ユーザの空間的ジェスチャーを介したユーザの相互作用を可能にするインプット・デバイス及びソフトウエアを含むことがある。
【０１４２】
無線モデム160は、当該技術分野でよく理解されているように、アンテナ(図示せず)に繋げることができ、プロセッサ110と外部デバイスとの間の双方向通信をサポートすることができる。モデム160は一般的に示していて、モバイル通信ネットワーク104及び／又は他の無線ベースのモデム(例えば、ブルートゥース164又はWi-Fi 162)と通信するためのセルラ・モデムを含むことがある。無線モデム160は、典型的には、単一のセルラ・ネットワーク内、セルラ・ネットワーク間、又はモバイル・デバイスと公衆スイッチ電話ネットワーク(PSTN)との間で、データ通信及び音声通信を行うためのGSMネットワーク等の1つ以上のセルラ・ネットワークとの通信用に構成される。
【０１４３】
前記モバイル・デバイスは、更に、少なくとも1つのインプット／アウトプット・ポート180、電源182、グローバル・ポジショニング・システム（GPS）受信機等の衛星ナビゲーション・システム受信機184、加速度計186及び／又は物理的コネクタ190(これらは、USBポート、IEEE 1394(ファイア・ワイヤ)ポート、及び／又はRS-232ポートであることがある)を含むことがある。図示したコンポーネント102は、任意の構成要素を削除することができ、他の構成要素を追加することができるので、必須ではなく、又は必ずしも全てを含むものではない。
【０１４４】
コンピューティング環境の実施例
【０１４５】
図３３は、本明細書に記載される各種センサー素子の画像データを解析すること、及び前記画像データに基づいて各種創傷パラメータの値を測定すること等を含めた、本明細書に記載した実施形態、技術（techniques）、及び技術（technologies）を実施することができる、好適なコンピューティング環境200に関する一般化した実施例を示す。
【０１４６】
前記コンピューティング環境200は、その技術が多様な汎用コンピューティング環境又は特別な目的のコンピューティング環境で実施されることがあるので、その技術の使用範囲又は機能に関して如何なる限定も示唆することを意図していない。例えば、開示した技術を、ハンド・ヘルド・デバイス、マルチ・プロセッサ・システム、プログラマブル家電、ネットワークPC、ミニコンピュータ、メインフレーム・コンピュータ等を含む、他のコンピュータ・システム構成で実施することがある。開示した技術を、通信ネットワークを介して繋がっているリモート・プロセシング・デバイスによって作業を行うものである分散コンピューティング環境において実施することもある。分散コンピューティング環境においては、プログラム・モジュールを、ローカル及びリモート・メモリ・ストレージ・デバイスの両方に配置させることがある。
【０１４７】
図３３を参照する。コンピューティング環境200は、少なくとも1つのプロセシング・ユニット210及びメモリ220を含む。図３３において、この最も基本的な構成230は破線内に含まれる。プロセシング・ユニット210は、コンピュータが実行可能な命令を実行し、実際のプロセッサであっても、仮想のプロセッサであってもよい。マルチ‐プロセシング・システムでは、プロセシング・パワーを増大させるために、複数のプロセシング・ユニットがコンピュータが実行可能な命令を実行する。そのように複数のプロセッサが同時に動作することがある。メモリ220は、揮発性メモリ(例えば、レジスタ、キャッシュ、RAM)、不揮発性メモリ(例えば、ROM、EEPROM、フラッシュ・メモリ等)、又は両者の何らかの組合せでも良い。メモリ220は、例えば、本明細書に記載された技術を実行することができるソフトウェア280、画像、及びビデオを保存する。コンピューティング環境には、付加的な機能がある場合がある。例えば、コンピューティング環境200は、ストレージ240、1つ以上のインプット・デバイス250、1つ以上のアウトプット・デバイス260、及び1つ以上の通信接続270を含む。バス、コントローラ、又はネットワークのような相互接続メカニズム(図示せず)は、コンピューティング環境200の構成要素を相互に接続させる。典型的には、オペレーティング・システム・ソフトウエア(図示せず)は、コンピューティング環境200内で実行する他のソフトウエアのためのオペレーティング環境を提供し、コンピューティング環境200の構成要素の動作を調整する。
【０１４８】
ストレージ240は、リムーバル又はノン‐リムーバルであってよく、磁気ディスク、磁気テープ又はカセット、CD-ROM、CD-RW、DVD、又は情報を格納するために使用することができ、コンピューティング環境200内でアクセスすることができる他の任意の媒体を含む。ストレージ240は、ソフトウェア280のための命令、プラグイン・データ、及びメッセージを格納する。これらを、本明細書に記載された技術を実行するために使用することがある。
【０１４９】
インプット・デバイス250は、コンピューティング環境200にインプットを提供する、キーボード、キーパッド、マウス、タッチ・スクリーン・ディスプレイ、ペン、又はトラックボール等のタッチ・インプット・デバイス、音声インプット・デバイス、スキャニング・デバイス、又は他のデバイスであっても良い。音声については、前記インプット・デバイス250は、サウンド・カード、又はアナログ若しくはデジタル形式で音声インプットを受け入れる類似のデバイス、又はコンピューティング環境200に音声サンプルを提供するCD-ROMリーダであることがある。前記アウトプット・デバイス260は、ディスプレイ、プリンター、スピーカー、CDライター、又はコンピューティング環境200からアウトプットを提供する他のデバイスであることがある。
【０１５０】
通信接続270は、通信媒体(例えば、接続ネットワーク)を介した他のコンピューティング・エンティティ（computing entity）への通信を可能にする。前記通信媒体は、コンピュータが実行可能な命令、圧縮されたグラフィックス情報、ビデオ、又は変調されたデータ信号中にある他のデータ等の情報を伝達する。通信接続270は、有線接続(例えば、メガビット又はギガビットのイーサネット、インフィニバンド、電気の又はファイバーの光接続を介するファイバー・チャネル)に限定されず、無線技術(例えば、ブルートゥース、WiFi (IEEE 802.11a/b/n)、WiMax、セルラ、サテライト、レーザー、赤外線を介するRF接続)及び開示したコンピューティング・デバイスのためのネットワーク接続を提供するための他の好適な通信接続も含む。仮想ホスト環境において、通信接続は、仮想ホストによって提供される仮想化ネットワーク接続であることがある。
【０１５１】
開示した方法のいくつかの実施形態は、コンピューティング・クラウド290内で、開示した技術の全て又は一部を実施するコンピュータが実行可能な命令を用いて実施することがある。例えば、開示した方法を、コンピューティング環境230内に位置するプロセシング・ユニット210上で実行することができ、又は開示した方法を、コンピューティング・クラウド290内に位置するサーバー上で実行することができる。
【０１５２】
コンピュータが読み取り可能な媒体は、コンピューティング環境200内でアクセス可能な任意の利用可能な媒体である。限定ではなく例として、コンピューティング環境200では、コンピュータが読み取り可能な媒体は、メモリ220及び／又はストレージ240を含む。容易に理解されるはずであるが、用語コンピュータが読み取り可能なストレージ媒体には、メモリ220及びストレージ240などのデータ・ストレージのための媒体が含まれ、変調されたデータ信号等の送信媒体を含んでいない。
【０１５３】
全体考察
【０１５４】
本明細書の目的のために、本発明の実施形態のある特定の態様、利点、及び新規な特徴が本明細書に記載されている。開示した方法、装置、及びシステムは、いかなる方法においても限定的であると解釈すべきではない。代わりに、本発明は、単独で、並びに様々な組合せ及び相互のサブ組合せで、様々な開示された実施形態の全ての新規でかつ非自明な特徴及び態様を対象とする。前記方法、装置、及びシステムは、任意の特定の態様若しくは特徴又はそれらの組合せに限定されるものではなく、開示した実施形態は、1つ以上の特定の利点が存在すること、又は問題が解決されることを必要としない。
【０１５５】
開示した実施形態のいくつかの操作を、提示をする便宜上のために特定の順序で記載するが、以下に示される特定の言語によって特定の順序が必要とされない限り、この方法で記載したことは再配列したものを包含するということは、理解されるべきである。例えば、順番立てて記載した操作は、場合によっては再編成したり、同時に実施したりすることがある。更に、簡便性のために、添付の図は、開示した方法を他の方法と組み合わせて用いることがある種々の方法を示していないことがある。
【０１５６】
本願及びクレームにおいて使用される場合、文脈で別途明確に指示する場合を除き、単数形「a」、「an」及び「the」は複数形を含む。更に、用語「含む（includes）」は、「含む（comprises）」を意味する。更に、用語「結合（coupled）」及び「関連（associated）」は、一般的に、電気的、電磁的、及び／又は物理的(例えば、機械的又は化学的)に結合したもの又は連結したものを意味し、特定の反対言語が存在せずに結合した又は関連した項目間の中間的な要素が存在することを排除しない。
【０１５７】
いくつかの例では、値、手順、又は装置を「最小（lowest）」、「最良（best）」、「最小（minimum）」などと称するかもしれない。このような記載は、多くの選択肢の中から選択をすることができるということを示そうとするものであり、このような選択をすることが、他の選択肢よりも良い、小さい、又は好ましい必要はないことが理解されるであろう。
【０１５８】
記載において、「上（up）」、「下（down）」、「上側（upper）」、「下側（lower）」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」等のある特定の用語を用いることがある。これらの用語は、使用する場合、相対的な関係を扱う際に、ある程度明確に記述するために用いる。しかし、これらの用語は、絶対的な関係、位置、及び／又は方向を意図するものではない。例えば、物について言えば、「上側」表面は、単にその物を回転させることによって「下側」表面になることがある。そうしたとしても、依然として同じ物である。
【０１５９】
特に断りのない限り、明細書又は請求項に使用される成分、分子量、パーセンテージ、温度、時間等の量を表す全ての数字は、「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。従って、特に断りのない限り、暗示的に又は明示的に、示される数値パラメータは、当業者が良く知る試験条件／方法の下で求められる所望の特性及び／又は検出限界に依存することがある近似値である。先行技術から直接的に且つ明示的に実施形態を区別する場合には、「約」という言葉が記載されない限り、前記実施形態の数字は近似しない。更に、本明細書に記載される全ての代替が均等であるわけではない。
【０１６０】
開示した技術の原理が適用され得る多くの可能な実施態様を考慮すると、図示した実施態様は好ましい例にしか過ぎず、本発明の範囲を限定するものとはみなされるべきではないことを認識すべきである。むしろ、本発明の範囲は、少なくとも以下の請求項と同程度に広い。従って、我々は、これらの請求項の範囲内と趣旨内にある全てについて、特許請求をする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−５】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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【図１７−１】
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【図１７−２】
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【図１７−３】
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【図１８−１】
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【図１８−２】
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【図１８−３】
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【図１８−４】
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【図１９−１】
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【図１９−２】
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【図１９−３】
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【図２０−１】
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【図２０−２】
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【図２１−１】
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【図２１−２】
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【図２１−３】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５−１】
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【図２５−２】
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【図２６−１】
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【図２６−２】
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【図２７】
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【図２８−１】
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【図２８−２】
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【図２９】
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【図３０−１】
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【図３０−２】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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