経皮的被検体モニタリングシステムおよび被検体の検出方法
寿命を延ばし被検体の検出を向上させた経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）が本明細書において記載される。ＴＡＭＳと共に使用するキットおよびＴＡＭＳとキットの使用方法も記載される。好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、ヒドロゲルの表面を覆う保護半透膜を備える。保護半透膜はユーザーの皮膚に接触してヒドロゲルの汚染または汚損を防止する。必要に応じて、ヒドロゲルは１種以上の湿潤剤および／または固定化酵素を含む。別の好適な実施形態においては、ＴＡＭＳはヒドロゲルに供給される酸素の量を増加させる少なくとも１つの通路またはポケットを含む。一実施形態においては、ＴＡＭＳによる被検体の検出を向上させる方法が提供される。例えば、適切な前処置によって皮膚の孔隙率を増加させた後、皮膚準備清拭を被処置皮膚に施し、次いでＴＡＭＳを被処置部分に適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、生物学的液体の非侵襲的サンプリングを向上させるシステムおよび方法の分野に関し、より具体的には、経皮的な被検体（ａｎａｌｙｔｅ）の検出および定量化を向上させるシステムおよび方法に関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００７年３月７日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第６０／８９３，５６３号に優先権を請求する。
【背景技術】
【０００２】
糖尿病がアメリカ人の健康に及ぼす影響は、驚くべきものである。米国糖尿病協会によると、２００６年にはおよそ２０．８百万人のアメリカ人が糖尿病と診断された。２００２年において糖尿病に要した費用は１，３２０億ドルと推計されている。糖尿病に伴う合併症によるアメリカ人の２００６年の死亡者数は、１日当たり６１３人であると推計されている。
【０００３】
糖尿病を処置および検出する新しい改良型のシステムと方法が強く求められている。分析用バイオセンサーは、糖尿病を管理するために用いることができる一種のシステムを提供する。分析用バイオセンサーは、最近１０年間に電気化学的信号伝達の利点を生物学的相互作用における特有の特異性と組み合わせる手段として採用されてきた。例えば、糖尿病を管理するための連続グルコース測定（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｕｃｏｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）（ＣＧＭ）の使用が広く普及しつつある。
【０００４】
分析用バイオセンサーシステムの最近の改良にも関わらず、利用可能なシステムには欠点がある。例えば、ヒドロゲルセンサーを採用しているシステムは、通常保存寿命が短く、センサー材料をユーザーの皮膚上に漏らすことがある。あるいは、細菌増殖または他の微生物の増殖がバイオセンサーの汚染または汚損を招き、被検体の測定値を信頼できないものにしてしまう可能性がある。場合によっては、ユーザー由来のタンパク質、炭水化物、細胞、または細胞片がセンサーに固着して測定を妨げることがある。こうした固着によってバイオセンサーが汚染される可能性もある。
【０００５】
電極の面に汚染物質が触れるのを防ぐため、膜、フィルムまたはその他の物理的バリアがセンサー電極の表面に用いられてきた。採用されてきた典型的なフィルムとしては、酢酸セルロース、ポリ（ｏ−フェニレンジアミン）、ポリフェノール、ポリピロール、ポリカーボネート、およびＮＡＦＩＯＮ（登録商標）、すなわち、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸共重合体（Ｅ．ｌ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌ．）が挙げられる。しかし、これらの膜は調製するのが難しい場合があり、電極の反応表面に効率よく付着しないこともある。
【０００６】
ＣＧＭシステムの中にはシステムを適用する前に水和調合物による皮膚の前処置を必要とするものもある。例えば、既存のバイオセンサーシステムの場合、皮膚の孔隙率を増加させるための処置の後、およびセンサー適用の前に通常は１０〜４０分間皮膚の水和処置が標的の皮膚部位に施される。水和処置を行うと、前処置を行わない場合に比べてセンサー性能が向上する（センサー信号が参照用の血中グルコース示度によく追随する）。皮膚の水和処置はセンサー性能を向上させるが、装置を配設する処置を更に面倒にし得、よってシステムのコストを増加しかねない好ましくない作業、物質および時間を必要とする。面倒な、または時間のかかる皮膚前処置の処置を必要としないシステムが望ましい。
【０００７】
更に別のＣＧＭシステムにおいては、グルコースセンサーを較正するために標準的な参照グルコース法が用いられ、その結果センサーは較正された電気信号に基づいてその後のグルコース示度を報知する。原理上は、被験体の血中グルコース濃度は測定された電気信号に比例するはずである。グルコースの酵素変換に基づくセンサーについては、例えば、酵素グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）が水と酸素を利用してグルコースを過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とグルコラクトンに変換する場合、酵素変換は利用可能な酸素の量によって制約を受ける。例えば間質液において酸素の供給が限られている場合、グルコースの濃度が酸素の濃度を上回り、グルコースの酵素変換は酸素の供給に依存し、その結果センサーのグルコース示度の信頼性が低下してセンサー性能が影響を受けることになる。
【０００８】
酸素の制約という問題を緩和するための様々な方法が報告されてきた。Ｔｉｅｒｎｅｙ他は、グルコースの抽出を制限して酸素とグルコースの望ましいバランスを維持するために逆イオントフォレシス（ｒｅｖｅｒｓｅ ｉｏｎｔｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）を用いることを記述している（非特許文献１）。Ｓｈｕｌｔｓ他に付与された米国特許第７，１１０，８０３号は、グルコースに対して高い酸素透過比を有するグルコース制限膜層の使用を開示している。Ｓｉｍｐｓｏｎ他に付与された米国特許第７，１０８，７７８号は、化学作用を検出するための酸素を発生させる補助電極の使用を開示している。しかし、これらの方法はいずれもＣＧＭシステムへの別要素の追加を必要とし、システムのコストと複雑さを増してしまう。システムのコストと複雑さを増すことなくセンサーが利用可能な酸素の量を増加させる簡単な方法が必要とされている。
【０００９】
従って、本発明の目的は、改良型の経皮的被検体モニタリングシステム（ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を提供することである。
【００１０】
本発明のもう１つの目的は、経皮的被検体モニタリングシステムにおける生物付着および／または汚染を軽減する方法を提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、経皮的被検体モニタリングシステムによる被検体の検出および／または定量化の精度を向上させる方法を提供することである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔｉｅｒｎｅｙ他、Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，３２（９）：６３２〜６４１（２０００）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
寿命と被検体検出能が向上した経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）が本明細書において記載される。一般に、経皮的被検体検出システム（ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｔｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）（「ＴＡＤＳ」）は、（１）皮膚から被検体を受け取るように設計されたヒドロゲルなどの親水性ポリマー基材と（２）複数の電極を含むセンサー本体を備えるセンサーアセンブリ、およびディスプレイおよび／または演算装置（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を含む。本好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、センサーの端部に親水性ポリマー基材に付着する半透膜を含む。この膜は被験体の外部表面と界面を形成し、患者の皮膚と親水性ポリマー基材との間のバリアとして作用する。半透膜は、親水性ポリマー基材の露出表面を覆う保護バリアを形成することによって、同装置が半透膜を持たない場合と比較して親水性ポリマー基材の生物学的汚染物質の量を減少させる。加えて、半透膜は、親水性ポリマー基材が装置から漏洩することを防止する。親水性ポリマー基材は通常酵素を含み、必要に応じて１種以上の湿潤剤を含む。
【００１４】
好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、センサーアセンブリ内に１以上の通路（ｃｈａｎｎｅｌ）またはポケットを含み、これが被検体を酵素と反応させて検出可能な信号を発生させるのに利用可能な酸素の量を増加させる。
【００１５】
別の実施形態においては、経皮的被検体モニタリングシステムによる被検体検出および／または定量化を向上させる方法が提供される。この方法は、生体の皮膚のある領域を処置して孔隙率を増加させる工程と、およびそれに続いて皮膚の被処置部分を基材で清拭する工程を含む。基材は、パッド、織布もしくは不織布、フェルト、またはガーゼなどの任意適当な吸収材とすることができる。一般に基材は、溶媒（例えば水、エタノール、またはイソプロパノール）、リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、またはそれらの組合せといった清拭試薬を含有する。清拭するステップは、皮膚水和ステップが必要ないようにするものである。皮膚の清拭後、経皮的被検体モニタリングシステムが適用される。
【００１６】
別の実施形態においては、経皮的被検体検出システムと基材を含むキットが提供される。基材には、清拭試薬を染み込ませてもよい。あるいは、キットには清拭試薬を別に含ませることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】分解図に示したセンサーを有する、連続的被検体モニタリング（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎａｌｙｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を実行するための例示的な有線式経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）を示す。あるいは、センサーとモニターとの間の通信は、無線リンク（図１には示さず）を介して行うこともできる。
【図２】図１に示すセンサー本体の図を示す。
【図３】膜を用いた場合と用いない場合の、２４時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用後の例示的なバイオセンサーからの残留信号の比率を示す棒グラフであり、「ｎ」はテストの数を表す。
【図４】信号ドリフト（％）の棒グラフと異なる膜を有する装置のセンサー（ｎＡ）レベルと血中グルコース（ＢＧ：ｂｌｏｏｄ ｇｌｕｃｏｓｅ）レベルとの、４時間毎に較正した２４時間平均絶対的相対的差異（Ｍｅａｎ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）（ＭＡＲＤ）を示す。表示の「ＰＥＳ−１０Ｋ」（ポリ（エーテルスルホン））と「ＲＣ−３ｋ」はＵＦ膜を、「ＵＢ」は共有結合によって活性化させたＰＥＳを、「０．２ＰＥＳ」は０．２μｍ細孔を有しコーティングされていないことを、「．ＮＡＦ」はＮａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされていることを意味し、アスタリスク（＊）は、このセンサーについては８時間毎に較正を行いながらＭＡＲＤを引用したことを示す。
【図５】ヒドロゲル基質（ｍａｔｒｉｘ）に各種湿潤剤を含ませた場合の信号ドリフト（％）の棒グラフと２４時間ＭＡＲＤを示す。テストは２４時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用であり、全て０．２ＰＥＳ．Ｎａｆ膜を使用した。
【図６】共有結合によって固定化したＧＯｘを有するバイオセンサーシステムと共有結合固定化を行わなかったバイオセンサーシステムとを４時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用後にｎＡのＢＧに対する相関（Ｒ２）とＭＡＲＤを用いて比較する棒グラフを示す。
【図７Ａ】センサーを適用する前に皮膚準備清拭処置（ｓｋｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗｉｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を施した場合の連続的経皮グルコースセンサーから得られた血中グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）対時間（分）の線グラフを示す。参照血中グルコース（「実ＢＧ」、指先穿刺血中グルコース測定器示度、円のついた実線）レベルが予測血中グルコース（「予測ＢＧ」、センサーのグルコース示度、実線）レベルと比較される。データは予測ＢＧと実ＢＧとの間の強い相関（ｒ＝０．９５０）を示している。
【図７Ｂ】センサーを適用する前に皮膚準備清拭処置を施さなかった場合の連続的経皮グルコースセンサーから得られた血中グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）対時間（分）の線グラフを示す。参照血中グルコース（「実ＢＧ」、指先穿刺血中グルコース測定器示度、円のついた実線）レベルが予測血中グルコース（「予測ＢＧ」、センサーのグルコース示度、実線）レベルと比較される。データは予測ＢＧと実ＢＧとの間の弱い相関（ｒ＝０．３０９）を示している。
【図７Ｃ】センサーを適用する前に４０分間皮膚水和処置を行った場合の連続的経皮グルコースセンサーから得られた血中グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）対時間（分）の線グラフを示す。参照血中グルコース（「実ＢＧ」、指先穿刺血中グルコース測定器示度、円のついた実線）レベルが予測血中グルコース（「予測ＢＧ」、センサーのグルコース示度、実線）レベルと比較される。データは予測ＢＧと実ＢＧとの間の強い相関（ｒ＝０．９４７）を示している。
【図８Ａ】４つの空気通路を有する例示的な標的板の底部の図を示す。
【図８Ｂ】ヒドロゲルの化学的反応のための中心孔を囲む内部空気ポケットの３つの切り欠きを有する例示的なグルコースセンサーの標的板の正面図を示す。
【図８Ｃ】密閉型グルコースセンサーを実現する標的板上の例示的なセンサーハウジングの図を示す。
【図９】連続的被検体モニタリングを実行する例示的無線式経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）の使用法を示す概略図である。本システムは、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示すグルコースセンサーと共に使用することもできる。
【図１０】１０人の患者から集められた２２２のセンサー血中グルコースデータ点を含む、調査１Ａで得られたデータのクラーク誤差グリッドである。
【図１１】１０人の患者から集められた２２５のセンサー血中グルコースデータ点を含む、調査１Ｂで得られたデータのクラーク誤差グリッドである。
【図１２】１０人の患者（うち９人が調査を完了した）から集められた１４７のセンサー血中グルコースデータ点を含む、調査２Ｃで得られたデータのクラーク誤差グリッドである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ｉ．経皮的被検体モニタリングシステム
経皮的被検体検出を向上させるシステムおよび方法が本明細書において記載される。一般に、経皮的被検体モニタリングシステム（「ＴＡＭＳ」）は、（１）皮膚から被検体を受け取るように設計されたヒドロゲルなどの親水性ポリマー基材と（２）複数の電極を含むセンサー本体を備えるセンサーアセンブリ、およびディスプレイおよび／または演算装置を含む。本好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、センサーの端部に親水性ポリマー基材に付着する半透膜を備える。この膜は、患者の皮膚と親水性ポリマー基材との間の半透性バリアとして作用する。
【００１９】
ＴＡＭＳは、動物の皮膚上のある部分に適用される；通常、動物は哺乳類であり、本好適な実施形態においては、哺乳類はヒトである。
【００２０】
本システムを使用する場合、ヒドロゲルは被検体と連続的に反応することによって電気信号を発生する酵素を含有する。そして、この電気信号は電極アセンブリによって検出される。電気信号は被検体値と相関する。
【００２１】
モニターすべき被検体としては、グルコース、乳酸塩、血液ガス（例えば、二酸化炭素または酸素）、血液ｐＨ、電解質、アンモニア、タンパク質、あるいは血液、血漿、血清または間質液などの生物学的液体中に存在する任意の他の生物学的種が挙げられるがこれに限らない任意の目的とする被検体とすることができる。
【００２２】
例示的ＴＡＭＳがＫｅｌｌｏｇｇ他による米国特許公開第２００６００９４９４６号に記載され、本明細書では図１に図示されている。図１に示すＴＡＭＳは、グルコースなどの被検体の連続的測定を実行するのに用いることができる。図１に示すように、ＴＡＭＳ（１００）は、センサー本体（１０１）と、ヒドロゲルディスク（１０６）と、取付板（１０２）に加えディスプレイまたは演算装置に取り付けてもよい本明細書において記載する他の構成成分を備えるセンサーアセンブリ（１１２）を含む。作動中は、センサーアセンブリ（１１２）は、図１に破線で示すようにユーザーの皮膚の透過性領域（１０７）付近に配置してもよい。センサーアセンブリ（１１２）は、任意適当な手段によってディスプレイまたは演算装置に取り付けてもよい。適当な手段としては、無線接続部またはその他何らかの電気的接続用手段、例えば可撓性接続ケーブル（１０９）が挙げられる。ある実施形態においては、センサーアセンブリ（１１２）はポテンショスタット記録装置（１０８）に取り付けられる。ポテンショスタット（ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ）記録装置（１０８）はプリント回路基板（１１１）を備えてもよい。接続ケーブル（１０９）は、好ましくはポテンショスタット記録装置（１０８）にセンサーアセンブリ（１１２）の装脱着を容易にするコネクタ（１１０）を用いて取り付ける。適当な取り付け手段としては、可撓性接続ケーブル（１０９）および無線接続部が挙げられる。
【００２３】
無線接続部を有するＴＡＭＳが図９に図示されている。センサーアセンブリ（１１２）は、標的板（１２０）と、ヒドロゲル（１０６）およびセンサー、ならびにセンサーハウジング（１２５）を備える。センサーはデータを無線でデータ処理および表示用モニターに送る小型分析器に連結されている。
【００２４】
Ａ．センサーアセンブリ
図１および２に示すセンサーアセンブリ（１１２）は、多数の検出装置の任意の１つに組み込んでもよい。例えば、本センサーアセンブリは、不連続および／または連続的グルコース測定を行う受信機に組み込んでもよい。
【００２５】
センサーアセンブリ（１１２）は、センサー本体（１０１）を備える。センサー本体は、図２に示すように、その表面に被検体または被検体を示す反応生成物の電気化学的検出用の電極を備えてもよい。
【００２６】
熱変換器（１０３）は、センサー本体（１０１）の形状に対応する形状のセンサーアセンブリ（１１２）内に収容されてもよく、センサー本体（１０１）と取付板（１０２）との間に位置する。グルコースセンサーなどの酵素ベースの電気化学センサーは、温度の作用に敏感にすることができる。熱変換器（１０３）は、被検体または被検体指示物質の変化に起因する変化のみを正規化して報知するために用いてもよい。
【００２７】
センサーアセンブリ（１１２）は、粘着ディスク（１０４）を更に含んでもよく、粘着ディスク（１０４）は熱変換器（１０３）に面するセンサー本体（１０１）の側に取り付けてもよい。
【００２８】
センサーアセンブリ（１１２）は、粘着リング（１０５）を更に含んでもよく、粘着リング（１０５）は粘着ディスク（１０４）とは反対側のセンサー本体（１０１）の側に取り付けてもよい。粘着リング（１０５）の切り抜かれた中心部は、好ましくはセンサー本体（１０１）上のセンサー構成成分の一部または全部を露出させる。粘着リング（１０５）と粘着ディスク（１０４）は、図１に示すセンサー本体の形状に対応する形状でよい。
【００２９】
センサーアセンブリ（１１２）は、ヒドロゲルディスク（１０６）を含んでおり、ヒドロゲルディスク（１０６）は粘着リング（１０５）の切り抜かれた中心部内にセンサー本体（１０１）の表面に隣接させて配置してもよい。
【００３０】
ａ．センサー本体
センサー本体（１０１）が図２に詳細に図示されている。センサー本体１０１は本体層（２０７）を備え、その上にはリード（ｌｅａｄ）（２０４、２０５および２０６）がパターン形成されている。これらリードは、例えば、金属を本体層（２０７）上の所望位置にコーティングして形成してもよい。作用電極（２０１）が通常センサー本体（１０１）の中央に位置している。作用電極（２０１）は、純白金、白金化炭素、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ、メソポーラス（ｍｅｚｏｐｏｒｏｕｓ）白金、白金黒、パラジウム（ｐａｌａｄｉｕｍ）、金、または白金−イリジウムなどの触媒および／または導電材料を含有してもよい。作用電極（２０１）は、リード（２０６）と電気的接触状態になるようにリード（２０６）上にパターン形成されてもよい。対電極（２０２）は、安定で導電性の材料を含有してもよく、好ましくは炭素を含有し、それは図２に示すように、作用電極（２０１）の周縁の一部の周りに配置されてもよい。対電極（２０２）は、リード（２０５）と電気的接触状態になるようにリード（２０５）上にパターン形成されてもよい。一定の酸化還元電位を与える二元酸化還元物質を含有し、好ましくはＡｇ／ＡｇＣｌを含有する参照電極（２０３）は、図２に示すように、作用電極（２０１）の周縁の別の一部の周りに配置されてもよい。電極（２０１、２０２および２０３）は、装置の検知部にパターン形成された電気リード（２０６、２０５、２０４）それぞれの配置を概ねたどるように形成することができる。電極（２０１、２０２および２０３）は、それぞれ電気リード（２０６、２０５、２０４）上にスクリーン印刷またはスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）コーティングによって形成してもよい。リードは、スクリーン印刷またはその他の本技術分野で公知の方法を用いてセンサー本体（１０１）上に、外部装置または構成成分への電気的接続を可能にする形でパターン形成することができる。例えば、リードは、図２に示すように、センサー本体の延長領域の終端部でリード（２０４、２０５および２０６）を備える３極コネクタピンリードを形成してもよい。その上でセンサー電極を外部装置または構成成分に接続するために標準的なコネクタを使用してもよい。
【００３１】
ｂ．親水性ポリマー基材
センサーアセンブリは、親水性ポリマー基材を含む。基材はセンサーアセンブリ内に水分貯留部を形成する構造を与えるように設計されている。親水性ポリマー基材は、センサーアセンブリに適合する任意適当な形状でよい。通常、親水性ポリマー基材は、センサー本体と同じ形状である。標準的形態は、ディスク状である。形状はセンサーの形状に合わせて選択される。必要に応じて、生体付着性などの追加の機能性を付与するためにイオン性部分を親水性ポリマー基材に組み込むこともできる。本好適な実施形態においては、基材はヒドロゲルである。
【００３２】
ヒドロゲルは、コンタクトレンズ、バイオセンサー、人工移植物用のライニングおよび薬物送達装置（ｄｅｖｉｃｅ）などの医療および生物工学的用途に利用されている生体材料類である。経皮的被検体モニタリングシステムは、以下に記載するヒドロゲル物質を１種以上利用してもよい。センサーアセンブリに使用してもよいヒドロゲル物質の類としては、アガロースベースのヒドロゲル類、ジアクリル酸ポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ）（ＰＥＧ−ＤＡ）ベースのヒドロゲル類、ならびにジアクリル酸ポリエチレングリコール／ポリエチレンイミン（ＰＥＧＤＡ−ＰＥＩ）およびジアクリル酸ポリエチレングリコール−ｎ−ビニルピロリドン（ＰＥＧＤＡ−ＮＶＰ）を含む酢酸ビニルベースのヒドロゲル類が挙げられる。
【００３３】
ヒドロゲルを形成することができる適当なポリマーとしては、合成ポリマーまたは天然ポリマーが挙げられるが、これに限らない。合成ポリマーの例としては、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸ポリマー、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリエチレングリコールのポリマー、共重合体およびブロック共重合体、ならびに他の水膨潤性、生体適合性ポリマーが挙げられる。天然ポリマーの例としては、コラーゲン、ヒアルロン酸、ゼラチン、アルブミン、多糖、およびこれらの誘導体が挙げられる。天然ポリマーは、サイリウム（ｐｓｙｌｌｉｕｍ）などの各種植物性材料から分離されたタイプのものでもよい。
【００３４】
構造的には、高分子ヒドロゲル類は、三次元の高分子構造物である。これらは、いくつかの方法によって製造することもできる：ａ）モノマーからの合成（架橋重合）；ｂ）ポリマーと重合助剤からの合成（グラフト化および架橋重合）；ｃ）ポリマーおよび非重合助剤（架橋用ポリマー）からの合成；ｄ）エネルギー源を有するポリマー（助剤を含まない架橋用ポリマー）からの合成、およびｅ）ポリマーからの合成（反応性ポリマーのポリマー間結合による架橋）。
【００３５】
ヒドロゲルの厚さは様々である。通常、ヒドロゲルは約１０〜約１０００μｍ、より好ましくは約５０〜約７００μｍ、更に好ましくは約２００〜約５００μｍである。
【００３６】
図１に示すように、ヒドロゲルディスク（１０６）は、折り畳んで取付板（１０２）に載せた後ユーザーに面するような形で配置してもよい。センサー本体（１０１）は、裏板（ｂａｃｋｉｎｇ ｐｌａｔｅ）（１０２）に載せられる対応するコネクタインターフェースと嵌まり合う留め具を有する標準的なコネクタを用いて取付板（１０２）に接続してもよい。
【００３７】
ｉ．アガロースベースのヒドロゲル
アガロースベースのヒドロゲルは、連続的経皮的被検体モニタリングにとって利点があり得る。例えば、アガロースベースのヒドロゲルは、以下の特徴のうち１以上を備えている：高い水分含有量によるグルコースおよび過酸化水素への良好な反応性、高酵素担持性、良好な生体適合性、ならびに優れた透過性および拡散性。アガロースベースのヒドロゲルは一般に、水溶性被検体と適合する。加えて、アガロースヒドロゲルは清浄で安価であり、および／または調製が容易である。
【００３８】
アガロースゲルは、例えば、０〜１Ｍのリン酸ナトリウムまたはリン酸カリウム、０〜１Ｍの塩化ナトリウム、０〜１Ｍの塩化カリウム、０〜２Ｍの乳酸と、０〜１ＭのＴＲＩＴＯＮ（登録商標）Ｘ−１００（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐ．）、ＴＷＥＥＮ（登録商標）８０（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａｓ Ｉｎｃ．）またはラウリル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤、および他の任意の生体適合性成分を含有する緩衝液中で１〜２０％のアガロースから形成してもよい。アガロースヒドロゲルにおけるグルコースオキシダーゼ担持量は、例えば、固体のヒドロゲルを濃縮したグルコースオキシダーゼ溶液に浸すことによって、あるいは濃縮したグルコースオキシダーゼ粉末または溶液をアガロース溶液の溶解段階（１５〜６５℃）の間に混合し、その後それよりも低い温度（４０℃以下）で冷却してゲル化することによって最大で０〜２０（重量）％とすることができる。
【００３９】
ｉｉ．ＰＥＧベースのヒドロゲル
ＰＥＧベースのヒドロゲルは、連続的経皮的被検体モニタリングにとっていくつかの利点がある。構造的には、ＰＥＧは親水性が高く、水性溶媒中で高い溶媒和を示す。ＰＥＧ分子の選択的溶媒和は、タンパク質をＰＥＧ鎖体積から効果的に排除することよってタンパク質による生物付着から表面を保護することができる。化学的に架橋されたＰＥＧベースのヒドロゲルがもたらすことができる利点は、その物理的および化学的性質がＰＥＧ鎖の分子量を変えることおよび開始剤濃度を変えることによって調節可能だという点である。例えば、ポリエチレンオキシド主鎖の分子量を増加させると網目構造のメッシュサイズが大きくなる。酵素などの生物活性分子の放出は、網目構造密度の制御によって制御可能である。従って、重量平均分子量が８ＫＤａのＰＥＧを含有するヒドロゲルは、重量平均分子量が３．３ＫＤａのＰＥＧを含有するヒドロゲルよりも捕捉された薬物の放出速度が高い。
【００４０】
必要に応じて、生体付着性などの追加の機能性を付与するために添加剤をヒドロゲルに加えることができる。例えば、架橋して生体付着性ヒドロゲルを生成する前にヒアルロン酸またはポリアクリル酸をＰＥＧマクロマー（ｍａｃｒｏｍｅｒ）に添加することもできる。別の例においては、捕捉された薬物に分子間相互作用（例えば、イオン結合）を与えて基質からの薬物の放出速度を遅くするため、架橋したヒドロゲルにイオン的性質を付与することもできる。
【００４１】
バイオセンサーに用いられたＰＥＧベースのヒドロゲルは、以下の特徴のうち１以上を発揮することができる：（ａ）センサー機能を低下させることがなく、生物学的液体への長期曝露に適した生体適合性があって生物付着しない表面、（ｂ）グルコースオキシダーゼの貯留、（ｃ）グルコースオキシダーゼの捕捉を増進するためにイオン性部分と組み合わせることができる基質、（ｄ）主鎖の分子量を変えることによって物理的および化学的性質（網目構造密度、膨張）に関して調節可能な基質、および（ｅ）キトサングルコネート、ポリアクリル酸、ポリ（アミドアミン）、ポリ（エチレンイミン）およびヒアルロン酸などのイオン性賦形剤の添加によって生体付着性とすることができる基質。
【００４２】
ジアクリル酸ポリエチレングリコール（ＰＥＧＤＡ）マクロマーからヒドロゲルを形成する場合、ヒドロゲルに支持基質と持ち手を与える予め入れておいたスクリム布片を含む型（ｍｏｌｄ）の中でＵＶ重合などの重合を起こしてもよい。ＰＥＧＤＡマクロマーは、棒付きキャンディー形状をした（ｌｏｌｌｉｐｏｐ−ｓｈａｐｅｄ）布片の円形の頭部の周囲でのみ重合させて布片の尾部をヒドロゲルがない状態に残し、持ち手（図２および図９参照）として使えるようにする。
【００４３】
必要に応じて、ＰＥＤＧＡヒドロゲルは、ＧＯｘ酵素などの酵素をＰＥＧＤＡヒドロゲル網目構造に共有結合させるためのリンカー分子として機能することができるアクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）試薬（例えば、Ｎｅｋｔａｒが販売）を含む。
【００４４】
ｉｉｉ．酢酸ビニルベースのヒドロゲル
ｎ−ビニルピロリドン／酢酸ビニル共重合体などの酢酸ビニルベースのヒドロゲルは、透明、粘着性、無毒、可撓性、および／または疎水性などの特徴を示し得る。酢酸ビニルベースのヒドロゲルは通常、湿気を保持しグルコースオキシダーゼなどの酵素を捕捉する能力が高く、生体適合性であって、皮膚にしっかり付着して皮膚とセンサーの連結を向上させる。Ｃｈｕａｎｇ他が報告しているように、ｎ−ビニルピロリドン／酢酸ビニル共重合体をヒドロゲルとして用いたグルコースフラックスセンサー（ｇｌｕｃｏｓｅ ｆｌｕｘ ｓｅｎｓｏｒ）は、グルコースクランプ調査において糖尿病患者の血漿グルコースレベルを追跡する際に良好な性能を示した。Ｃｈｕａｎｇ他、「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｅｎａｂｌｅｓ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ Ｇｌｕｃｏｓｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」、２００４年１０月２８〜３０日開催（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、ＰＡ）第４回糖尿病技術年総会（Ａｎｎｕａｌ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍｅｅｔｉｎｇ）にて発表。
【００４５】
ｉｖ．改変ヒドロゲル
１．共有結合によって固定化した酵素
必要に応じて、酵素および／または湿潤剤を含ませるためにヒドロゲルを改変してもよい。酵素および／または湿潤剤は、共有結合および非共有結合固定化を含む任意適当な手段によって捕捉させればよい。非共有結合固定化の例としては、イオン性相互作用および物理的捕捉が挙げられるがこれに限らない。好ましくは、酵素は例えばリンカー分子を用いてヒドロゲルに共有結合させる。一実施形態においては、ＣＧＭシステムでの使用に特に適するのは、グルコースオキシダーゼをヒドロゲルディスクにおいて共有結合によって固定化することである。例えば、ＰＥＧＤＡ網目構造へのＧＯｘの共有結合固定化は、ＧＯｘの拡散を解消する（生物学的利用能を維持する）ことによって、および／または酵素を安定化させる（生物活性を維持する）ことによって装置の実効性能を向上させる。ＰＥＧＤＡ網目構造は、約８０％の水をその基質内に含有する構造を与える。これは、溶液における重要成分（例えば、緩衝液の塩および浸透圧物質）を保持するとともに被検体の拡散のための輸送媒体を提供する水の貯留部として作用する。
【００４６】
ＰＥＧＤＡ濃度１５％（ｗ／ｗ）では、ほとんどのＧＯｘが網目への物理的捕捉によってヒドロゲル内に保持され得る。しかし、それよりもＰＥＧＤＡ濃度が低い、例えば１０％（ｗ／ｗ）に近い濃度の場合は、網目がもっと粗くなってＧＯｘを保持せず、共有結合固定化が必要になる。
【００４７】
リンカーを用いたヒドロゲルへの酵素の共有結合
酵素のヒドロゲルへの結合は、リンカーを用いて行ってもよい。リンカー分子は一般に、酵素上の官能基およびヒドロゲル上の官能基と反応することができる２以上の官能基を含む。例えば、リンカー分子は、酵素およびヒドロゲルにみられるヒドロキシル（ｈｙｄｒｏｘｙ）基、チオール基、および／またはアミノ基などの求核基と反応する求電子基を含んでもよい。こうしたリンカーは、可変数の原子を含有する結合を形成することによって酵素のヒドロゲル表面への結合を仲介する。リンカー分子は、同種官能性（ｈｏｍｏｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）（すなわち、官能基が同一）または異種官能性（すなわち、官能基が異なる）とすることができる。
【００４８】
適当なリンカー分子としては、Ｎ−スクシンイミジル３−（２−ピリジルジチオ）プロピオネート（ＳＰＤＰ、３および７原子スペーサー）、長鎖ＳＰＤＰ（１２原子スペーサー）、（スクシンイミジルオキシカルボニル−α−メチル−２−（２−ピリジルジチオ）トルエン）（ＳＭＰＴ）、８原子スペーサー）、スクシンイミジル−４−（Ｎ−マレイミドメチル）シクロヘキサン−１−カルボキシレート）（ＳＭＣＣ、１１原子スペーサー）およびスルホスクシンイミジル４−（Ｎ−マレイミドメチル）シクロヘキサン−１−カルボキシレート（スルホ−ＳＭＣＣ、１１原子スペーサー）、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎヒドロキシスクシンイミドエステル（ＭＢＳ、９原子スペーサー）、Ｎ−（γ−マレイミドブチリルオキシ）スクシンイミドエステル（ＧＭＢＳ、８原子スペーサー）、Ｎ−（γ−マレイミドブチリルオキシ）スルホスクシンイミドエステル（スルホ−ＧＭＢＳ、８原子スペーサー）、スクシンイミジル６−（（ヨードアセチル）アミノ）ヘキサノアート（ＳＩＡＸ、９原子スペーサー）、スクシンイミジル６−（６−（（（４−ヨードアセチル）アミノ）ヘキサノイル）アミノ）ヘキサノアート（ＳＩＡＸＸ、１６原子スペーサー）、１，４−ジ−［３’−２’−ピリジルジチオ）プロピオン−アミド］ブタン（ＤＰＤＰＢ、１６原子スペーサー）、ビスマレイミドヘキサン（ＢＭＨ、１４原子スペーサー）、ならびにｐ−ニトロフェニルヨードアセテート（ＮＰＩＡ、２原子スペーサー）が挙げられるが、これに限らない。当業者であれば、原子数の異なる多数の他の結合剤を使用してよいことも認識する。
【００４９】
更に、スペーサー分子は、アクリレート−ポリエチレングリコール−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（アクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳまたはＡ−ＰＥＧ−Ｎ）などの末端における反応性官能基間の距離を増加させるためにリンカーに組み込んでもよい。多数の多官能性ＰＥＧがＳｈｅａｒｗａｔｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｈｕｎｔｓｖｉｌｌｅ、ＡＬ）およびＴｅｘａｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ）から市販されている。多アミノＰＥＧは「Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ」の名称で利用可能であり、ジアミノＰＥＧおよびトリアミノＰＥＧを含む。本好適な実施形態においては、ヒドロゲルにおいて酵素はアクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）を用いて共有結合によって固定化される。
【００５０】
結合剤を用いた酵素のヒドロゲルへの共有結合
酵素は、結合剤を混入することなく、ヒドロゲルまたは酵素の表面上の基を活性化して酵素またはヒドロゲル上の官能基とそれぞれ反応するようにさせる試薬または反応の使用によってヒドロゲルに直接結合させることもできる。
【００５１】
例えば、カルボジイミド類は、カルボキシレートとアミンの間のアミド結合、またはリン酸塩とアミンとの間のホスホラミデート結合の形成を仲介する。カルボジイミドの例としては、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）、１−シクロヘキシル−３−（２−モルホリノエチル）カルボジイミド（ＣＭＣ）、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、ジイソプロピルカルボジイミド（ＤＩＣ）、およびＮ，Ｎ’−カルボニルジイミダゾール（ＣＤＩ）が挙げられる。Ｎ−エチル−３−フェニルイソオキサゾリウム−３’−スルホネート（Ｗｏｏｄｗａｒｄ試薬）は、カルボキシレートとアミンの縮合によるアミド結合の形成を仲介する。アミノ基を水酸基に結合させるためにＣＤＩを用いることもできる。
【００５２】
２．湿潤剤
別の実施形態においては、ヒドロゲルは１種以上の湿潤剤を含有するように改変される。湿潤剤は、水の分子と水素結合を形成する強い親和力を有する吸湿性物質である。湿潤剤は通常、水酸基、アミンまたはカルボキシル基などの親水基をいくつか有する。ヒドロゲルが必要レベルの水を確実に保持できるように、ヒドロゲルは任意適当量の湿潤剤を含有してもよい。ヒドロゲルにおける湿潤剤の適当量は、０．１〜４０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲、好ましくは５〜１５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の量である。
【００５３】
好ましくは、湿潤剤は全体として負電荷を有している。適当なアニオン性湿潤剤としては三酢酸グリセリル、および負に帯電したポリオール類が挙げられるが、これに限らない。試験済みの好ましい湿潤剤としては、ナトリウムＰＣＡ（すなわち、２−ピロリドン−５−カルボン酸のナトリウム塩）および乳酸ナトリウムが挙げられる。
【００５４】
小分子湿潤剤、すなわち分子量が１０００Ｄａ未満の分子の湿潤剤の中には有用なものがあり得る。有用な小分子湿潤剤の例としては、尿素、プロピレングリコール、乳酸ナトリウムおよびピロリドンカルボン酸ナトリウム（ＰＣＡ）が挙げられるが、これに限らない。
【００５５】
多糖湿潤剤の中にも有用なものがある。有用な多糖湿潤剤の例としてはヒアルロン酸（ナトリウム塩）、カラギーナンおよびアガロースが挙げられるが、これに限らない。
【００５６】
湿潤剤は水分子を保持するが、湿潤剤がなければ水分子は適用期間にわたって開放系から蒸発する。ゲルにおける水分損失は、輸送抵抗の増加、電気信号を供給する触媒（例えば、ＧＯｘ酵素）の生物学的利用能の低下、収縮による界面接触面積の減少を含む様々な有害な影響を引き起こす。上記の影響のいずれもが装置性能をそこない得る。
【００５７】
湿潤剤は、水分損失を軽減することによって装置の一貫性を向上させる。水分損失を減少させると、装置の寿命も延びる。実施例２に開示したように、ある種の湿潤剤は（信号ドリフトの減少によって示されるように）対照（湿潤剤を用いない）と比較して装置性能を長持ちさせることが示されたが、グリセロールおよびヒドロキシエチル尿素などの他の湿潤剤は、対照（湿潤剤を用いない）と比較して（信号ドリフトの増加によって示されるように）装置性能を向上させなかったため、有用ではなかった。好ましい湿潤剤は装置の性能寿命を延ばすと同時に、示度における誤差（ＭＡＲＤによって分析されるような）を著しく増加させないものである（図５参照）。
【００５８】
ｃ．取付板または標的板
取付板（１０２）は、任意適当な幾何形状でよい。取付板は、取付板（１０２）に搭載される対応するコネクタインターフェースと嵌まり合う留め具を有するＳＬＩＭ／ＲＣＰＴコネクタなどの標準的コネクタを用いてセンサー本体（１０１）に接続する。図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに示すような無線式システムにおいては、取付板の代わりに標的板（１２０）が用いられる。好ましくは、取付板または標的板は、センサー本体（１０１）を強固に支えヒドロゲル用の丈夫なハウジングとなる、プラスチックなどの誘電率の高い堅牢な非導電材料で形成される。取付板に適する材料としては、プリント回路基板に通常用いられる材料であって、センサー本体（１０１）を強固に支えるだけでなくセンサーシステム用のプリント電気回路ともなる材料が挙げられる。
【００５９】
ｉ．空気ポケットまたは通路
一実施形態においては、ＴＡＭＳに用いられるセンサーアセンブリは、機能するには酸素が必要なセンサーアセンブリ内のヒドロゲルまたはその他の要素に空気および／または酸素が供給されるようにする通路またはポケットを含む。１以上の空気通路およびポケットをヒドロゲルの周囲に配置することができる。空気通路（１２２）および／またはポケット（１２４）は一般に、有線式システム（図１）の取付板（１０２）または無線式システム（図８Ａおよび８Ｂ参照）の標的板（１２０）上のスリットまたは開口の形態をしている。通路およびポケットは、酸素の供給を増やす（酸素付加の増加）だけでなく、ヒドロゲルの湿気（水分）を維持する。空気通路およびポケットは、成形、フライス加工、打ち抜き、エッチングまたは他の任意の機械的または化学的手段によって創出することができる。
【００６０】
図８Ａ〜Ｃは、無線式ＴＡＭＳにおける標的板（１２０）の空気通路およびポケットの例を示す。有線式システム（図１および２に示す）も、空気ポケットおよび通路を備えるための同様の手順に改変することができる。図８Ａは、４つの空気通路（１２２Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ）を有する例示的グルコースセンサーの標的板の背面図を示す。図８Ｂは、ヒドロゲルの化学的反応用の中心孔（１２５）を取り囲む内部空気ポケットの３つの切欠き（１２４Ａ、ＢおよびＣ）を有する例示的グルコースセンサーの標的板の正面図を示す。図８Ｃは、密閉型グルコースセンサーアセンブリ（１１２）を提供するための標的板（１２０）上の例示的無線式センサーハウジング（１２６）の図を示す。
【００６１】
好適な一実施形態においては、ＴＡＭＳは、内部でグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ、酵素）が水と酸素を利用してグルコースを過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とグルコラクトンに変換する経皮的被検体検出用のセンサーを備える。電気化学的グルコースセンサーは、Ｈ２Ｏ２を分解し、同時に経皮グルコースフラックスの連続供給に伴って連続電流を発生させる白金電極を用いて設計することができる。空気または酸素用の通路またはポケットをセンサーアセンブリが備える場合は、同じヒドロゲルでもこうした空気ポケットまたは通路がない場合と比べてヒドロゲルに供給される酸素の量が増加するとともに、ヒドロゲルの湿気レベルが維持される。これはＧＯｘがグルコースを、その後電気化学的に酸化されて血液中のグルコース量を判定するために測定される過酸化水素に変換するには不可欠である。
【００６２】
Ｂ．半透膜
好適な一実施形態においては、ＴＡＭＳは、ヒドロゲルの表面とユーザーの皮膚との間に保護半透膜を備える。保護半透膜は、様々な細孔径、組成、電荷、反応性および厚さを有することができる。細孔は、マクロ細孔（５μｍ）から限外ろ過（３ｋ）更には未定義（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標））まで幅があってよい。本明細書において用いた「未定義」とは、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）など、その細孔構造特性を明らかにする標準的な方法が現在のところ存在しない膜を意味する。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は水和状態に依存してサイズが約１ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲のイオン性の通路を含む。
【００６３】
ＣＧＭなどの経皮的被検体モニタリングシステムの場合、保護半透膜のヒドロゲルの外側の面への取り付けは、装置の寿命を延ばし微生物、タンパク質、細胞物質などによるヒドロゲルの汚染を減らすことによって装置性能を向上させる。ヒドロゲルとポレートした（ｐｏｒａｔｅｄ）皮膚との間の界面として、膜はタンパク質、脂質、細胞残屑、微生物またはその組合せなどの生物学的汚染物質を減少させることができる。
【００６４】
保護半透膜は、各種ポリマー、共重合体、またはその混合物から形成することができる。適当なポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎水性ポリマー；ナイロン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）類、活性化ＰＥＳ、（３−メルカプトプロピル）トリメチルシラン、酢酸セルロース、１，８−ジアミノナフタリン（１，８−ｄｉａｍｉｎｏｎａｐｔｈａｌｉｎｅ）およびフェニレンジアミンなどの電解重合フィルム、ならびにＮＡＦＩＯＮ（登録商標）でコーティングしたＰＥＳなどの親水性ポリマーが挙げられる。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）（テトラフルオロエチレン−パーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸共重合体）は、生理学的汚染物質および生物付着物に対する保護層としてヒドロゲルにコーティング可能な生体適合性のアニオン性フッ素重合体である。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は、その疎水性、電荷選択性および／またはサイズ排除性に基づき保護層として作用する。
【００６５】
例えば高分子フィルムの形態である半透膜は、ヒドロゲル層（１０６）の外表面にコーティングしてもよい。一般に、作動中は１以上の保護バリア層をヒドロゲルとユーザーの皮膚との間に配してもよい。ポリマーフィルムは、マイクロピペットによって、またはセンサーを水性または有機ポリマー溶液に浸漬被覆してから使用前に数時間空気乾燥するなど、任意適当な方法を用いてヒドロゲル表面にコーティングすることができる。
【００６６】
別の実施形態においては、保護半透膜は、ヒドロゲルの一方の側にのみ取り付けられる。膜の存在下でヒドロゲルを重合させ、相互貫入ポリマー網目構造（Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）（ＩＰＮ）を界面領域に形成することによって、界面の接続部分が形成される。ＩＰＮは、第一のポリマー（ＰＥＧＤＡヒドロゲルなど）を別のポリマーの網目構造（高分子膜など）の存在下で架橋するときに形成される。
【００６７】
一実施形態においては、半透膜は、負に荷電した成分のヒドロゲルから皮膚への損失を防止するためにヒドロゲル／皮膚界面において負に帯電（例えば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）でコーティングされたＰＥＳ）する。負に荷電した湿潤剤（例えばＮａＰＣＡ）および浸透圧物質（例えば乳酸）をヒドロゲルに含ませることが多く、システムの安定性を増す。
【００６８】
保護膜が共有結合的、静電的、疎水的、および／または機械的相互作用を介してタンパク質またはその他の生物学的作用物質を結合することは公知である。自家実験（未発表）でわかったことだが、膜を皮膚とヒドロゲルとの間に配すると（１２時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用の間に）、ヒドロゲル上へのタンパク質の沈着の減少が観察された。抽出とビシンコニン酸（ｂｉｃｉｎｃｈｏｎｉｎｉｃ ａｃｉｄ）（ＢＣＡ）タンパク質解析を用いると、膜を所定位置に使用しない場合に１ゲルディスク当たり平均３２μｇのタンパク質沈着が観察され、保護膜を使用した場合は１ゲルディスク当たり平均１４μｇのタンパク質沈着が観察された。
【００６９】
ＩＶ．被検体検出を向上させる方法
Ａ．皮膚の準備
ＴＡＭＳの好ましい一使用方法においては、ＴＡＭＳの適用に先立ち皮膚の準備清拭を皮膚に施す。この皮膚の準備清拭は、先行技術の方法において現在用いられている標準的な皮膚水和処置の代わりに用いられる。この皮膚の準備清拭は、表面を清拭または清潔にするために施される。これは通常、孔隙率を増すための皮膚前処置後に、標的皮膚部位を清潔にするために揉む、拭う、パッドを当てる、こするまたは他の任意の方法によって皮膚の標的部分に施される。このステップは通常、短時間しか要さず（先行技術で用いられているより長時間を要する標準的な水和処置に比べて）、例えば約１〜３０秒しか要しない。
【００７０】
清拭具は、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）超音波皮膚浸透システム（Ｓｏｎｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌ）など任意の皮膚前処置の処置後に皮膚の標的部分を清潔にするために用いることができる、水、リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤もしくは他の任意の化学物質、溶媒、またはその混合物を含有する作用物質を染み込ませた紙、綿または布ベースの基材で形成され得る。好ましくは、作用物質は水、エタノール、イソプロパノールまたはその組合せなどの無機または有機溶媒である。作用物質の例示的処方は水に３０〜９５％のイソプロパノールを含有するものであり、清拭材はガーゼである。
【００７１】
ａ．キット
一実施形態においては、キットが経皮的被検体検出システムと皮膚準備清拭具を含み、必要に応じてリン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、または溶媒などの清拭試薬を備える。一実施形態においては、基材には予め清拭試薬が染み込ませてある。別の実施形態においては、清拭試薬はキットの別の構成成分として提供される。
【００７２】
Ｂ．バイオセンサーの酸素付加向上
好適な一実施形態においては、センサーアセンブリはヒドロゲルおよび／または機能するには酸素が必要なセンサーアセンブリ内の他の要素への酸素供給を増加するように設計されている。空気通路およびポケットは、ヒドロゲルの周囲に配置することができる。空気通路およびポケットは一般に、取付板（１０２）または標的板（図８）上のスリットまたは開口の形態をしている。通路およびポケットは、酸素の供給を増やす（酸素付加増加）だけでなく、ヒドロゲルの湿気（水分）を維持する。好ましくは、取付板または標的板は、センサー本体を強固に支えヒドロゲル用の丈夫なハウジングとなる、プラスチックなどの誘電率の高い堅牢な非導電材料で形成される。空気通路およびポケットは、成形、フライス加工、打ち抜き、エッチングまたは他の任意の機械的または化学的手段によって創出することができる。
【００７３】
ＩＶ．使用方法
本明細書において記載したＴＡＭＳは、例えばユーザーのグルコースの血中濃度などの生物学的被検体をモニターする、および／または、必要な場合には治療用化合物を送達するのに使用することができる。ＴＡＭＳは、動物の皮膚の一部分に適用される；通常、動物は哺乳類であり、本好適な実施形態においては、哺乳類はヒトである。
【００７４】
例えば、前糖尿病または糖尿病の人は、本装置を使用して自身のグルコース血中濃度レベルをモニターし、その濃度レベルに応じて必要な場合にはインスリンを送達することができる。インスリンはユーザーによってまたは装置によって送達することができる。他の被検体をモニターすることも可能である。
【００７５】
連続グルコース測定は、グルコースの血中濃度をセンサー装置内への体液の蓄積に頼ることなく測定することができる。連続グルコース測定においては、例えば、ある人において、電気化学センサーによって計測される電流が皮膚の透過性領域を介してリアルタイムでグルコースフラックスを反映するようにヒドロゲルでのグルコースおよび過酸化水素の両方の蓄積を最小にすることを望んでよい。これは、好都合なことに連続的でリアルタイムの経皮グルコースモニタリングを可能にする。
【００７６】
本明細書において記載した経皮的被検体モニタリングシステムを使用するには、まず、任意適当な方法を用いてユーザーの皮膚のある領域の透過性を高める。皮膚の透過性を高める典型的な方法としては、テープ剥離、摩擦、研磨、剥離、レーザー剥離、高周波（ＲＦ）剥離、化学物質、超音波導入（ｓｏｎｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）、イオントフォレシス、エレクトロポレーション、透過促進剤の塗布が挙げられる。例えば、皮膚前処置の処置を低エネルギー超音波の適用（例えば、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）超音波皮膚透過システム）または制御下での皮膚剥離の適用とすることができる。
【００７７】
無線式ＴＡＭＳを使用する場合は通常、標的板（１２０）が透過性を増加させる皮膚上の部位に置かれる。次いで、皮膚（ｓｉｎ）前処置の処置が施される。この方法は、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）を皮膚透過システムとして使用する場合に特に適している。
【００７８】
本好適な実施形態においては、皮膚前処置ステップの後、皮膚の被処置部分を皮膚準備清拭具で短時間、例えば約１〜３０秒間拭うまたはこすることによって被処置皮膚を清潔にする。
【００７９】
次いで、図１（有線式システム）または図９（無線式システム）に示すようなセンサーアセンブリを半透膜（図１には示さず）が透過性皮膚に接触するように皮膚の透過性領域（１０７）につける。無線式ＴＡＭＳを使用する場合は、通常、ヒドロゲルとセンサーを標的板内に置き、中心孔（１２５）と整列させる。次いで、センサーハウジング（１２６）を標的板（１２０）に取り付けて接続し、完全なセンサーアセンブリ（１１２）を形成する。
【００８０】
被検体は、センサーアセンブリ（１０１）のヒドロゲルディスク（１０６）と接触するようにユーザーの皮膚の処置された透過性領域（１０７）を通して抽出し半透膜を通過させてもよい。
【００８１】
例えば、グルコースなどの被検体は、拡散によって半透膜を通って移送されてヒドロゲルディスク（１０６）に入り得、そこでグルコースオキシダーゼと接触できる。そして、グルコースはヒドロゲルディスク（１０６）内に存在するグルコースオキシダーゼと反応してグルコン酸と過酸化水素を形成する。次に、過酸化水素はセンサー本体（１０１）内の電極の表面へと移送され、そこで電気化学的に酸化される。この酸化によって生成された電流がヒドロゲルにおいて発生している過酸化水素の割合を示し、それは皮膚を通過するグルコースフラックスの量（皮膚の一定面積を通過して流れるグルコースの割合）と関係がある。皮膚を通過するグルコースフラックスは、ユーザーの血中のグルコース濃度に比例する。
【００８２】
従って、センサーアセンブリからの信号は、血中グルコース濃度をポテンショスタット記録装置（１０８）に連続的に、リアルタイムの方式で表示することによってユーザーの血中グルコース濃度を連続的にモニターするのに利用することができる。
【００８３】
原理上は、作用電極（２０１）、対電極（２０２）および参照電極（２０３）を利用して過酸化水素を測定するセンサーはいずれも同様に構築することができる。例としては、ヒドロゲル（１０６）に組み込んだオキシダーゼ酵素を使用するグルコース、乳酸塩または他の任意の物質用のバイオセンサーが挙げられる。電気化学センサーは、好ましくは連続グルコース測定中はポテンショスタットモードで作動させる。ポテンショスタットモードでは、３電極セルの作用電極と参照電極との間の電位は、プリセット値に維持される。作用電極と対電極との間の電流が測定される。センサーは必要とされるセル電圧および電流がポテンショスタットの電流および電圧限界を超えない限りこのモードに維持される。ポテンショスタットモードでの作動では、作用電極と参照電極との間の電位は、特定の被検体または被検体指示物質の選択的電気化学的測定が達成できるように選択されてもよい。
【００８４】
作用電極表面で起こっている電極反応の動態および機構を調べるため、または電気分析的用途においては他の作動モードを使用することもできる。例えば、電気化学セルモードの作動では、電流は作用電極と対電極との間を流れ得、一方、作用電極の電位は参照電極に照らして測定される。当業者であれば理解できるように、電気化学センサーの作動モードは用途に応じて選択してよい。
【実施例】
【００８５】
（実施例１）
ヒドロゲル／膜複合材の形成、およびＴＡＭＳ性能の向上のための保護半透膜の使用
以下の膜をテストした：［ａ］コーティングされていないポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）：細孔径が０．２、１．２および５．０μｍの被験体膜；細孔径が０．３、１．０および２．０μｍの非被験体膜、［ｂ］Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされたＰＥＳ：上に挙げた６種類の異なるＰＥＳ細孔径それぞれについてもＮａｆｉｏｎ（登録商標）コーティングを施してテストした、［ｃ］アルデヒド官能基を有する活性化ＰＥＳ（０．４５μｍの細孔を有する）、［４］両性とカチオン性のナイロン６６（０．２μｍの細孔を有する）、［ｄ］限外ろ過膜（ｕｌｔｒａｆｉｌｔａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）：ＭＷカットオフ３．５ｋの再生セルロース（ＲＣ）；ＭＷカットオフ１０ｋのＰＥＳ、［ｅ］約３５ｎｍのイオンチャンネルを有するＮａｆｉｏｎ１１３５シート。
【００８６】
ヒドロゲル／膜複合材の形成：膜をディスクとして切り取り、緩衝剤に浸し、重合型（ｐｏｌｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｌｄ）の底に置いた；スクリム布片を膜の上に置いた；ポリマー溶液を型穴に注入した；型にＵＶ光を当ててポリマーを形成した。
【００８７】
Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされたＰＥＳから形成された膜については、ＰＥＳ膜は自動コーティング機を用いてＮａｆｉｏｎ（登録商標）溶液を予めコーティングした。コーティングパラメータには機械速度、コーティングバーのサイズ、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶媒、および塗り回数が含まれ、ＰＥＳの細孔径によって変えた。コーティングパラメータはコーティングの厚さ、膜に浸透する深さ、一貫性、および寿命に影響する。例えば、０．２μｍのＰＥＳに５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液（４５％アルコール中）を＃２０バーを使用し８インチ／秒で１回コーティングした場合は、薄い表面コーティングが得られた；５．０μｍのＰＥＳに２０％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液（８０％アルコール中）を＃２０バーを用いて複数回コーティングした場合は、より厚いコーティングが得られた。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）コーティングの厚さはコーティングした膜をカチオン性のメチレンブルーで着色することで判定した。
【００８８】
膜の細孔径が３．４ｋのＰＥＧマクロマーよりも小さい場合は（３ｋのセルロースのように）、それより小さい０．７５ｋのＰＥＧマクロマーを使用して膜を３．４ｋのＰＥＧ網目構造に接続した。この場合、ＰＥＧマクロマー（３．４ｋダルトンの）が膜（３ｋダルトンの）の細孔に侵入できない場合は、０．７５ｋのＰＥＧマクロマーを使用して２種類の相互接続ＩＰＮを形成した。０．７５ＰＥＧマクロマーをまず３ｋの膜の一方の面内で重合させた；続いて、３．４ｋのＰＥＧマクロマーを０．７５ｋのＰＥＧ網目構造を呈する新しい膜面で重合させた。
【００８９】
各膜のグルコースセンサーの性能に対する効果を調査するために２４時間のｅｘ ｖｉｖｏ調査を行った。膜を有さない被験体群と種々の型の膜を有する被験体群とを比較した。ＭＡＲＤ誤差を増加させることなく装置の寿命を延ばした膜を好ましい膜であると判定した。各膜はＣＧＭ装置（Ｓｏｎｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌにより提供）内のセンサーアセンブリの外表面に配し、装置は超音波処置した被験体の皮膚に適用した。それに応じ、装置はナノアンペア（ｎＡ）単位の電気信号を提供し、信号は指先穿刺血中グルコース測定器を用いて被験体の血中グルコース（ＢＧ）に較正した。ｅｘ ｖｉｖｏ調査（２４時間にわたる）の過程全体を通し、覚醒時間は１時間おきに、または食事時間に近い時間帯では１５分おきに指先穿刺ＢＧサンプルを採取し、装置の信号と関連づけた。この相関の分析によって、装置の精度、一貫性および性能の実効ある時間長に関する情報が得られる。
【００９０】
一般に、ヒドロゲルに何らかの膜を追加するとグルコースセンサーの使用寿命が延びた。図３に示すように、膜を使用しないｅｘ ｖｉｖｏでの適用では、被験者の５５％のみが何かしらの２４時間応答をした；膜を使用すると、被験者の８３％が２４時間応答をした（図３参照）。
【００９１】
膜によって違いがあり、最良の膜を選ぶために用いた基準（ｃｒｉｔｅｒｉａ）は、２４時間にわたって信号ドリフトが最低であるのとその一方で良好な信号相関（ｎＡのＢＧに対する）（すなわち、ＭＡＲＤ誤差に著しい増加がみられない）を提供したものであった。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされた５．０μｍ細孔を有するＰＥＳ膜が２４時間にわたって約５４％という最低の信号ドリフトと許容範囲内のＭＡＲＤ（図４参照）を示したことから最良の候補であると判定された。
（実施例２）
水分損失を軽減し、装置性能を向上させるためのヒドロゲル緩衝剤への湿潤剤の含有。
【００９２】
各種湿潤剤をヒドロゲルに含ませる一連の実験を実施した。２種類のカテゴリーの湿潤剤をテストした。第１のカテゴリーは小分子湿潤剤、一般には天然保湿成分（ｎａｔｕｒａｌ ｍｏｉｓｔｕｒｉｚｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）（ＮＭＦ）を含み、第２のカテゴリーは多糖類を含んでいた。以下の小分子湿潤剤をテストした：グリセロール、尿素、ヒドロキシエチル尿素、プロピレングリコール、乳酸ナトリウム（Ｎａ乳酸塩）およびピロリドンカルボン酸ナトリウム（ＮａＰＣＡ）。以下の多糖湿潤剤をテストした：ヒアルロン酸（ナトリウム塩）、カラギーナンおよびアガロース。
【００９３】
小分子湿潤剤については、各湿潤剤は重合の前にポリマー溶液に溶解させた。更に、ヒドロゲル緩衝剤ではポリマー溶液における湿潤剤の特定の濃度を維持した。これにより洗浄および保存中の湿潤剤の拡散損失を促進する可能性のある湿潤剤の濃度勾配が防止された。
【００９４】
多糖湿潤剤については、上記の小分子湿潤剤の場合と概ね同じ方法を用いた。ただし、アガロースおよび単離カラギーナンの類など一部の候補物は、適度な溶解度を得るためには加熱が、ゲル形成には冷却が必要であった。多糖の溶解度を上げるためにＰＥＧＤＡ濃度を１０％に下げた。
【００９５】
ｅｘ ｖｉｖｏでの実験を制限するため、最良の候補物を選択するためのスクリーニング実験をまず実行した。スクリーニング実験では溶解度と乾燥速度の比較を行った。
【００９６】
各湿潤剤のグルコースセンサーの性能に対する効果を調査するために２４時間のｅｘ ｖｉｖｏ調査を行った。湿潤剤を含まない被験体群と種々の型の湿潤剤を含む被験体群とを比較した。ＭＡＲＤ誤差を増加させることなく装置の寿命を延ばした湿潤剤を好ましい湿潤剤であると判定した。ｅｘ ｖｉｖｏ実験ではボランティアに装置を２４時間適用し、様々な湿潤剤を使用した場合の寿命性能を比較した。
【００９７】
実施例１と同様に、湿潤剤を含有させた調査の目標は装置性能を長持ちさせることであった。テストの結果は図５に示す。乳酸ナトリウム、カラギーナン、およびアガロースを含む湿潤剤の多くが有望であった一方、ＮａＰＣＡは一貫して信号ドリフトが最低であった（図５参照）。更に、ＮａＰＣＡをＮａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングしたＰＥＳ膜と組み合わせた場合は、２４時間のｅｘ ｖｉｖｏ調査を通じて水分損失がみられなかった。２７人の被験体から収集したデータでは、実際には２％の水分獲得を示す。ただし、２４時間調査では通常は水分損失がみられた。調査でＮａＰＣＡを使用しなかった３６人の被験体の比較群では、１９％の平均水分損失が観察された。
（実施例３）
ＰＥＧＤＡヒドロゲルにおけるグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）の共有結合固定化
実用的な酵素固定化策を確立するため一連の実験を実施した。リンカーまたは固定化試薬としてアクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）試薬（Ｎｅｋｔａｒ）を選択した。関心のあるパラメータとしては、固定化試薬の酵素に対する比、反応順序、およびインキュベーション時間を含めた。
【００９８】
アクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）固定化試薬の酵素へのインキュベーションのための予備重合ステップを使用した。３％ＧＯｘを重合緩衝剤に溶解させ、モル比７対１で過剰量のＡ−ＰＥＧ−Ｎを添加した。モル比７対１は、酵素活性をそこなうことなく結合を確実にするために選択した。この溶液を一晩４℃で放置してインキュベートした（室温での反応時間３時間でも効果あり）。翌日ＰＥＧＤＡを通常通り添加してポリマー溶液を完成させ、次いでＵＶ硬化を行った。
【００９９】
共有結合固定化が成功したという証拠は、３％ＧＯｘを含有する１０％ＰＥＧＤＡポリマーによって与えられた。共有結合固定化が起こっていない場合、洗浄緩衝溶液に入れるとヒドロゲルディスクからＧＯｘが浸出して溶液を明確に黄変させた（４６０ｎｍでのＵＶ吸収度＝０．１６）。共有結合固定化が起こっている場合、洗浄溶液は黄変しなかった（４６０ｎｍでのＵＶ吸収度＝０．０２）。
【０１００】
共有結合固定化後もなお酵素が活性である証拠は、ポテンショスタットテストによって与えられた。ポテンショスタットテストでは、グルコースチャレンジに対して有意差を示さなかった：対照システムは約７００ｎＡ、共有結合によって固定化したシステムは約６５０ｎＡ。
【０１０１】
共有結合固定化パラメータを確立した後、システムによる示度の一貫性が向上したかどうか判定するためにｅｘ ｖｉｖｏ実験を実施した。ｅｘ ｖｉｖｏ実験では、ボランティアに装置を４時間適用し、統計分析を実行することおよびｒ２とＭＡＲＤ値を計算することによってその性能を共有結合固定化を行っていない装置と比較した。
【０１０２】
共有結合によって固定化したＧＯｘ対非共有結合によって固定化したＧＯｘのｅｘ ｖｉｖｏでの装置性能についての４時間の比較調査では、共有結合によって固定化したＧＯｘシステムのほうが良好な追跡性（ｔｒａｃｋｉｎｇ）（ＢＧに対するｎＡの相関）を示した。この調査の結果を図６に示す。図６に示すように、共有結合によって固定化したＧＯｘの採用後、ｅｘ ｖｉｖｏ調査はより一貫性した追跡性を示し、ｒ２が０．６８、ＭＡＲＤが１２．２７であった。それに対し、非共有結合によって固定化したＧＯｘを有するシステムの場合は、ｒ２値が０．４１、ＭＡＲＤが２０．４４であった。
（実施例４）
経皮的被検体検出のための皮膚準備処置
まず標的板を皮膚に置いた。次いで、標的板を介してＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）をその皮膚部位に適用した。そして、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）を１秒以上の期間オンにし、装置の内蔵制御アルゴリズムによって自動的に停止させた。ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）（Ｓｏｎｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌ）を作用させることによる皮膚の孔隙率を高めるための皮膚前処置の処置後、被処置皮膚部位を皮膚準備清拭具で清拭した。本調査で用いた皮膚準備清拭具は、７０％／３０％のイソプロパノール／水混合物に予め浸したガーゼパッド（ｇａｕｚｅ ｐａｄ）であった。
【０１０３】
図７Ａおよび７Ｂは、１人の被験者に皮膚準備清拭処置を施した場合と施さなかった場合のセンサー性能の違いを示している。皮膚準備清拭処置に対し、図７Ｃは同じ被験体に４０分間の水和処置（すなわち、先行技術の処置）を使用した場合の結果を示す。図に示すように、被処置皮膚を皮膚準備清拭具で清拭すると、４０分間の皮膚水和処置と同等の性能が得られ、これらの方法の両者とも皮膚準備処置を何ら行わなかった場合に比べてはるかに良好に機能した。皮膚準備清拭具による細孔を塞ぐ物質の除去および／または清浄化は、被検体抽出と薬物送達の両方にとって経皮経路を改善するものと期待される。
（実施例５）
３種の異なる構成の連続的経皮グルコースセンサーを用いた臨床調査
グルコースバイオセンサーは、電気化学センサーおよび、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）による超音波で浸透化した皮膚とカップルしグルコースをセンサーへと連続的に吸引するヒドロゲルを含む。皮膚を通過して流れるグルコースはヒドロゲル内のグルコースオキシダーゼと反応して、バイオセンサーによって消費される。この化学反応が一定の電気信号を生みだし、これがグルコースモニターによって記録される。ＳｏｎｏＰｒｅｐとヒドロゲルの化学反応によって生じた透過性亢進のため、センサーによって検出されたグルコースフラックスは、最大２４時間１分毎に無線リンクを介してグルコース示度を供給することができる。無線バイオセンサーシステムの概略図については図９を参照のこと。
【０１０４】
各調査において、以下の手順が用いられた。この手順は、図９に概略的に図示されている。まず、標的板を患者の皮膚部位に置いた。次いで、ＳｏｎｏＰｒｅｐをその皮膚部位に５〜１５秒間作用させた（ステップ１）。次に、ＳｏｎｏＰｒｅｐを標的板から外した。次いで、被処置皮膚部位をアルコールを含む皮膚準備清拭具で清拭した。次に、ヒドロゲルとセンサーを標的板内に置いた（ステップ２）。各患者については、ＳｏｎｏＰｒｅｐで処置した皮膚部位上に使い捨て（ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅ）のグルコースセンサーを置いた。次いで、センサーハウジングをヒドロゲルの上に置き、センサーアセンブリを閉じた（ステップ３）。センサーをデジタル化したデータを無線でモニター（データ処理および表示用）に送る小型分析器に連結した（ステップ３）。グルコースセンサー信号は、調査１Ａおよび調査１Ｂでは指先穿刺血中グルコース測定器示度と照らし合わせ、調査２ＣではＩＶラインを介してサンプル採取した血中グルコースと照らし合わせた。
【０１０５】
表１は、調査それぞれについてセンサー構成、使用した膜の種類（膜が存在する場合）、およびヒドロゲルに含まれる湿潤剤の種類（湿潤剤が存在する場合）を記述する。調査それぞれで使用したセンサーは、酸素付加を増加するように設計されていた（図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに図示するように）。加えて、調査それぞれで使用したヒドロゲルは、１５％ＰＥＧＤＡに共有結合によって固定化した３％のＧＯｘを含有していた。
【０１０６】
【表１】
センサー構成Ａを用いた調査１
上記の方法を用いて糖尿病患者１０人をテストした。表１に記したように、この調査は１２時間実施した。本調査で使用したセンサーは、ヒドロゲル上に膜を有していなかった。加えて、ヒドロゲルは湿潤剤を含有していなかった。
【０１０７】
血中グルコース予測アルゴリズムの開発を支援するため、本調査で得られた２２２のデータ点が分析された。結果を図１０のクラーク誤差グリッドにまとめている。図１０に示すように、結果によると、センサーは、ウォームアップ時間１時間の後の一点較正で最大１２時間１分毎に正確に血中グルコース示度を予測することができた。
【０１０８】
バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値とを比較すると、統計分析はＭＡＲＤ（平均絶対的相対的差異）が１２．４％であることを示した。データの９８．７％がクラーク誤差グリッドのＡ＋Ｂ領域にあり、８９．６％がＡ領域にあった。本調査でも優良なデータ相関（平均ｒ＝０．８７）が示された（図１０参照）。これらの統計データを本実施例で記載された他の調査の統計データと共に表２にまとめている。
【０１０９】
センサー構成Ｂを用いた調査１
フィルター膜（Ｂｉｏｄｙｎｅ Ｂ）をヒドロゲルと組み合わせた以外は調査１Ａと同じ調査プロトコルおよび構成を用いた。糖尿病患者１０人を上記の方法を用いてテストした。表１に記したように、本調査は１２時間実施した。本調査に使用したセンサーはヒドロゲル上に膜（Ｂｉｏｄｙｎｅ Ｂ）を有していた。加えて、ヒドロゲルは湿潤剤を含有していなかった。
【０１１０】
本調査では２２５のデータ点が収集された。結果を図１１のクラーク誤差グリッドにまとめている。図１１に示すように、結果によると、センサーは、ウォームアップ時間１時間の後の一点較正で最大１２時間１分毎に中程度の精度で血中グルコース示度を予測することができた。
【０１１１】
バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値とを比較すると、統計分析はＭＡＲＤ（平均絶対的相対的差異）が２０．４％であることを示した。データの９６．９％がクラーク誤差グリッドのＡ＋Ｂ領域にあり、７０．７％がＡ領域にあった。バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値との間の相関係数は０．６４であった。これらの統計データを本実施例で記載された他の調査の統計データと共に表２にまとめている。
【０１１２】
センサー構成Ｃを用いた調査２
２４時間の臨床調査を心臓血管手術中および術後の患者に実施した。表１に記したように、本調査で使用したセンサーはヒドロゲル上に膜（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）でコーティングされた５．０ＰＥＳ）を有していた。加えて、ヒドロゲルは湿潤剤（１０％（ｗｔ／ｗｔ）ＮａＰＣＡ）を含有していた。
【０１１３】
手術中、患者の中核体温を約２０℃に低下させ、患者の心臓は血液循環用バイパスポンプを利用して停止させた。インスリンおよびヘパリンなどの医薬を投与し、血中グルコースサンプルをＩＶラインを通して採取し血中グルコース分析器で分析した。
【０１１４】
調査の第１段階では、湿気およびベタジン（手術前に皮膚の準備のために使用した消毒薬）がセンサーに悪影響を与え、装置の不具合を招いたと判定された。そこで、こうした問題に対処するため、装置構成および配設手順に対する一時的な改変（例えば、皮膚部分がベタジンに接触しないようにする）が実施された。
【０１１５】
装置改変後の調査の第２段階では、患者１０人が参加し９人が調査を完了した。１４７のセンサー血中グルコースデータ点が収集され、調査１Ａで開発した同じグルコース予測アルゴリズムを用いて分析された。
【０１１６】
結果を図１２のクラーク誤差グリッドにまとめている。図１２に示すように、結果によると、センサーは、術中および術後において、最大２４時間１分毎に正確に血中グルコース示度を予測することができた。
【０１１７】
バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値とを比較すると、統計分析は、ＭＡＲＤが１１．２％であり、データの１００％がクラーク誤差グリッドＡ＋Ｂ領域にあって８６．４％がＡ領域にあることを示した。本調査は、装置構成と配設が適切であれば、経皮グルコースモニターはたとえ外科ＩＣＵ環境においても正確で連続的なグルコース示度を最大２４時間提供できることも示している。
【０１１８】
【表２】
当業者であれば、これ以上の形式的実験を用いずに本明細書において記載した本発明の具体的実施形態の多くの均等物を理解する、または確認できる。こうした均等物は、以下の請求項に包括されるべきものである。
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、生物学的液体の非侵襲的サンプリングを向上させるシステムおよび方法の分野に関し、より具体的には、経皮的な被検体（ａｎａｌｙｔｅ）の検出および定量化を向上させるシステムおよび方法に関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００７年３月７日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第６０／８９３，５６３号に優先権を請求する。
【背景技術】
【０００２】
糖尿病がアメリカ人の健康に及ぼす影響は、驚くべきものである。米国糖尿病協会によると、２００６年にはおよそ２０．８百万人のアメリカ人が糖尿病と診断された。２００２年において糖尿病に要した費用は１，３２０億ドルと推計されている。糖尿病に伴う合併症によるアメリカ人の２００６年の死亡者数は、１日当たり６１３人であると推計されている。
【０００３】
糖尿病を処置および検出する新しい改良型のシステムと方法が強く求められている。分析用バイオセンサーは、糖尿病を管理するために用いることができる一種のシステムを提供する。分析用バイオセンサーは、最近１０年間に電気化学的信号伝達の利点を生物学的相互作用における特有の特異性と組み合わせる手段として採用されてきた。例えば、糖尿病を管理するための連続グルコース測定（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｕｃｏｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）（ＣＧＭ）の使用が広く普及しつつある。
【０００４】
分析用バイオセンサーシステムの最近の改良にも関わらず、利用可能なシステムには欠点がある。例えば、ヒドロゲルセンサーを採用しているシステムは、通常保存寿命が短く、センサー材料をユーザーの皮膚上に漏らすことがある。あるいは、細菌増殖または他の微生物の増殖がバイオセンサーの汚染または汚損を招き、被検体の測定値を信頼できないものにしてしまう可能性がある。場合によっては、ユーザー由来のタンパク質、炭水化物、細胞、または細胞片がセンサーに固着して測定を妨げることがある。こうした固着によってバイオセンサーが汚染される可能性もある。
【０００５】
電極の面に汚染物質が触れるのを防ぐため、膜、フィルムまたはその他の物理的バリアがセンサー電極の表面に用いられてきた。採用されてきた典型的なフィルムとしては、酢酸セルロース、ポリ（ｏ−フェニレンジアミン）、ポリフェノール、ポリピロール、ポリカーボネート、およびＮＡＦＩＯＮ（登録商標）、すなわち、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸共重合体（Ｅ．ｌ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌ．）が挙げられる。しかし、これらの膜は調製するのが難しい場合があり、電極の反応表面に効率よく付着しないこともある。
【０００６】
ＣＧＭシステムの中にはシステムを適用する前に水和調合物による皮膚の前処置を必要とするものもある。例えば、既存のバイオセンサーシステムの場合、皮膚の孔隙率を増加させるための処置の後、およびセンサー適用の前に通常は１０〜４０分間皮膚の水和処置が標的の皮膚部位に施される。水和処置を行うと、前処置を行わない場合に比べてセンサー性能が向上する（センサー信号が参照用の血中グルコース示度によく追随する）。皮膚の水和処置はセンサー性能を向上させるが、装置を配設する処置を更に面倒にし得、よってシステムのコストを増加しかねない好ましくない作業、物質および時間を必要とする。面倒な、または時間のかかる皮膚前処置の処置を必要としないシステムが望ましい。
【０００７】
更に別のＣＧＭシステムにおいては、グルコースセンサーを較正するために標準的な参照グルコース法が用いられ、その結果センサーは較正された電気信号に基づいてその後のグルコース示度を報知する。原理上は、被験体の血中グルコース濃度は測定された電気信号に比例するはずである。グルコースの酵素変換に基づくセンサーについては、例えば、酵素グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）が水と酸素を利用してグルコースを過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とグルコラクトンに変換する場合、酵素変換は利用可能な酸素の量によって制約を受ける。例えば間質液において酸素の供給が限られている場合、グルコースの濃度が酸素の濃度を上回り、グルコースの酵素変換は酸素の供給に依存し、その結果センサーのグルコース示度の信頼性が低下してセンサー性能が影響を受けることになる。
【０００８】
酸素の制約という問題を緩和するための様々な方法が報告されてきた。Ｔｉｅｒｎｅｙ他は、グルコースの抽出を制限して酸素とグルコースの望ましいバランスを維持するために逆イオントフォレシス（ｒｅｖｅｒｓｅ ｉｏｎｔｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）を用いることを記述している（非特許文献１）。Ｓｈｕｌｔｓ他に付与された米国特許第７，１１０，８０３号は、グルコースに対して高い酸素透過比を有するグルコース制限膜層の使用を開示している。Ｓｉｍｐｓｏｎ他に付与された米国特許第７，１０８，７７８号は、化学作用を検出するための酸素を発生させる補助電極の使用を開示している。しかし、これらの方法はいずれもＣＧＭシステムへの別要素の追加を必要とし、システムのコストと複雑さを増してしまう。システムのコストと複雑さを増すことなくセンサーが利用可能な酸素の量を増加させる簡単な方法が必要とされている。
【０００９】
従って、本発明の目的は、改良型の経皮的被検体モニタリングシステム（ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を提供することである。
【００１０】
本発明のもう１つの目的は、経皮的被検体モニタリングシステムにおける生物付着および／または汚染を軽減する方法を提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、経皮的被検体モニタリングシステムによる被検体の検出および／または定量化の精度を向上させる方法を提供することである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔｉｅｒｎｅｙ他、Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，３２（９）：６３２〜６４１（２０００）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
寿命と被検体検出能が向上した経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）が本明細書において記載される。一般に、経皮的被検体検出システム（ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｔｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）（「ＴＡＤＳ」）は、（１）皮膚から被検体を受け取るように設計されたヒドロゲルなどの親水性ポリマー基材と（２）複数の電極を含むセンサー本体を備えるセンサーアセンブリ、およびディスプレイおよび／または演算装置（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を含む。本好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、センサーの端部に親水性ポリマー基材に付着する半透膜を含む。この膜は被験体の外部表面と界面を形成し、患者の皮膚と親水性ポリマー基材との間のバリアとして作用する。半透膜は、親水性ポリマー基材の露出表面を覆う保護バリアを形成することによって、同装置が半透膜を持たない場合と比較して親水性ポリマー基材の生物学的汚染物質の量を減少させる。加えて、半透膜は、親水性ポリマー基材が装置から漏洩することを防止する。親水性ポリマー基材は通常酵素を含み、必要に応じて１種以上の湿潤剤を含む。
【００１４】
好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、センサーアセンブリ内に１以上の通路（ｃｈａｎｎｅｌ）またはポケットを含み、これが被検体を酵素と反応させて検出可能な信号を発生させるのに利用可能な酸素の量を増加させる。
【００１５】
別の実施形態においては、経皮的被検体モニタリングシステムによる被検体検出および／または定量化を向上させる方法が提供される。この方法は、生体の皮膚のある領域を処置して孔隙率を増加させる工程と、およびそれに続いて皮膚の被処置部分を基材で清拭する工程を含む。基材は、パッド、織布もしくは不織布、フェルト、またはガーゼなどの任意適当な吸収材とすることができる。一般に基材は、溶媒（例えば水、エタノール、またはイソプロパノール）、リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、またはそれらの組合せといった清拭試薬を含有する。清拭するステップは、皮膚水和ステップが必要ないようにするものである。皮膚の清拭後、経皮的被検体モニタリングシステムが適用される。
【００１６】
別の実施形態においては、経皮的被検体検出システムと基材を含むキットが提供される。基材には、清拭試薬を染み込ませてもよい。あるいは、キットには清拭試薬を別に含ませることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】分解図に示したセンサーを有する、連続的被検体モニタリング（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ａｎａｌｙｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を実行するための例示的な有線式経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）を示す。あるいは、センサーとモニターとの間の通信は、無線リンク（図１には示さず）を介して行うこともできる。
【図２】図１に示すセンサー本体の図を示す。
【図３】膜を用いた場合と用いない場合の、２４時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用後の例示的なバイオセンサーからの残留信号の比率を示す棒グラフであり、「ｎ」はテストの数を表す。
【図４】信号ドリフト（％）の棒グラフと異なる膜を有する装置のセンサー（ｎＡ）レベルと血中グルコース（ＢＧ：ｂｌｏｏｄ ｇｌｕｃｏｓｅ）レベルとの、４時間毎に較正した２４時間平均絶対的相対的差異（Ｍｅａｎ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）（ＭＡＲＤ）を示す。表示の「ＰＥＳ−１０Ｋ」（ポリ（エーテルスルホン））と「ＲＣ−３ｋ」はＵＦ膜を、「ＵＢ」は共有結合によって活性化させたＰＥＳを、「０．２ＰＥＳ」は０．２μｍ細孔を有しコーティングされていないことを、「．ＮＡＦ」はＮａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされていることを意味し、アスタリスク（＊）は、このセンサーについては８時間毎に較正を行いながらＭＡＲＤを引用したことを示す。
【図５】ヒドロゲル基質（ｍａｔｒｉｘ）に各種湿潤剤を含ませた場合の信号ドリフト（％）の棒グラフと２４時間ＭＡＲＤを示す。テストは２４時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用であり、全て０．２ＰＥＳ．Ｎａｆ膜を使用した。
【図６】共有結合によって固定化したＧＯｘを有するバイオセンサーシステムと共有結合固定化を行わなかったバイオセンサーシステムとを４時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用後にｎＡのＢＧに対する相関（Ｒ２）とＭＡＲＤを用いて比較する棒グラフを示す。
【図７Ａ】センサーを適用する前に皮膚準備清拭処置（ｓｋｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗｉｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を施した場合の連続的経皮グルコースセンサーから得られた血中グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）対時間（分）の線グラフを示す。参照血中グルコース（「実ＢＧ」、指先穿刺血中グルコース測定器示度、円のついた実線）レベルが予測血中グルコース（「予測ＢＧ」、センサーのグルコース示度、実線）レベルと比較される。データは予測ＢＧと実ＢＧとの間の強い相関（ｒ＝０．９５０）を示している。
【図７Ｂ】センサーを適用する前に皮膚準備清拭処置を施さなかった場合の連続的経皮グルコースセンサーから得られた血中グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）対時間（分）の線グラフを示す。参照血中グルコース（「実ＢＧ」、指先穿刺血中グルコース測定器示度、円のついた実線）レベルが予測血中グルコース（「予測ＢＧ」、センサーのグルコース示度、実線）レベルと比較される。データは予測ＢＧと実ＢＧとの間の弱い相関（ｒ＝０．３０９）を示している。
【図７Ｃ】センサーを適用する前に４０分間皮膚水和処置を行った場合の連続的経皮グルコースセンサーから得られた血中グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）対時間（分）の線グラフを示す。参照血中グルコース（「実ＢＧ」、指先穿刺血中グルコース測定器示度、円のついた実線）レベルが予測血中グルコース（「予測ＢＧ」、センサーのグルコース示度、実線）レベルと比較される。データは予測ＢＧと実ＢＧとの間の強い相関（ｒ＝０．９４７）を示している。
【図８Ａ】４つの空気通路を有する例示的な標的板の底部の図を示す。
【図８Ｂ】ヒドロゲルの化学的反応のための中心孔を囲む内部空気ポケットの３つの切り欠きを有する例示的なグルコースセンサーの標的板の正面図を示す。
【図８Ｃ】密閉型グルコースセンサーを実現する標的板上の例示的なセンサーハウジングの図を示す。
【図９】連続的被検体モニタリングを実行する例示的無線式経皮的被検体モニタリングシステム（ＴＡＭＳ）の使用法を示す概略図である。本システムは、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示すグルコースセンサーと共に使用することもできる。
【図１０】１０人の患者から集められた２２２のセンサー血中グルコースデータ点を含む、調査１Ａで得られたデータのクラーク誤差グリッドである。
【図１１】１０人の患者から集められた２２５のセンサー血中グルコースデータ点を含む、調査１Ｂで得られたデータのクラーク誤差グリッドである。
【図１２】１０人の患者（うち９人が調査を完了した）から集められた１４７のセンサー血中グルコースデータ点を含む、調査２Ｃで得られたデータのクラーク誤差グリッドである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ｉ．経皮的被検体モニタリングシステム
経皮的被検体検出を向上させるシステムおよび方法が本明細書において記載される。一般に、経皮的被検体モニタリングシステム（「ＴＡＭＳ」）は、（１）皮膚から被検体を受け取るように設計されたヒドロゲルなどの親水性ポリマー基材と（２）複数の電極を含むセンサー本体を備えるセンサーアセンブリ、およびディスプレイおよび／または演算装置を含む。本好適な実施形態においては、ＴＡＭＳは、センサーの端部に親水性ポリマー基材に付着する半透膜を備える。この膜は、患者の皮膚と親水性ポリマー基材との間の半透性バリアとして作用する。
【００１９】
ＴＡＭＳは、動物の皮膚上のある部分に適用される；通常、動物は哺乳類であり、本好適な実施形態においては、哺乳類はヒトである。
【００２０】
本システムを使用する場合、ヒドロゲルは被検体と連続的に反応することによって電気信号を発生する酵素を含有する。そして、この電気信号は電極アセンブリによって検出される。電気信号は被検体値と相関する。
【００２１】
モニターすべき被検体としては、グルコース、乳酸塩、血液ガス（例えば、二酸化炭素または酸素）、血液ｐＨ、電解質、アンモニア、タンパク質、あるいは血液、血漿、血清または間質液などの生物学的液体中に存在する任意の他の生物学的種が挙げられるがこれに限らない任意の目的とする被検体とすることができる。
【００２２】
例示的ＴＡＭＳがＫｅｌｌｏｇｇ他による米国特許公開第２００６００９４９４６号に記載され、本明細書では図１に図示されている。図１に示すＴＡＭＳは、グルコースなどの被検体の連続的測定を実行するのに用いることができる。図１に示すように、ＴＡＭＳ（１００）は、センサー本体（１０１）と、ヒドロゲルディスク（１０６）と、取付板（１０２）に加えディスプレイまたは演算装置に取り付けてもよい本明細書において記載する他の構成成分を備えるセンサーアセンブリ（１１２）を含む。作動中は、センサーアセンブリ（１１２）は、図１に破線で示すようにユーザーの皮膚の透過性領域（１０７）付近に配置してもよい。センサーアセンブリ（１１２）は、任意適当な手段によってディスプレイまたは演算装置に取り付けてもよい。適当な手段としては、無線接続部またはその他何らかの電気的接続用手段、例えば可撓性接続ケーブル（１０９）が挙げられる。ある実施形態においては、センサーアセンブリ（１１２）はポテンショスタット記録装置（１０８）に取り付けられる。ポテンショスタット（ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ）記録装置（１０８）はプリント回路基板（１１１）を備えてもよい。接続ケーブル（１０９）は、好ましくはポテンショスタット記録装置（１０８）にセンサーアセンブリ（１１２）の装脱着を容易にするコネクタ（１１０）を用いて取り付ける。適当な取り付け手段としては、可撓性接続ケーブル（１０９）および無線接続部が挙げられる。
【００２３】
無線接続部を有するＴＡＭＳが図９に図示されている。センサーアセンブリ（１１２）は、標的板（１２０）と、ヒドロゲル（１０６）およびセンサー、ならびにセンサーハウジング（１２５）を備える。センサーはデータを無線でデータ処理および表示用モニターに送る小型分析器に連結されている。
【００２４】
Ａ．センサーアセンブリ
図１および２に示すセンサーアセンブリ（１１２）は、多数の検出装置の任意の１つに組み込んでもよい。例えば、本センサーアセンブリは、不連続および／または連続的グルコース測定を行う受信機に組み込んでもよい。
【００２５】
センサーアセンブリ（１１２）は、センサー本体（１０１）を備える。センサー本体は、図２に示すように、その表面に被検体または被検体を示す反応生成物の電気化学的検出用の電極を備えてもよい。
【００２６】
熱変換器（１０３）は、センサー本体（１０１）の形状に対応する形状のセンサーアセンブリ（１１２）内に収容されてもよく、センサー本体（１０１）と取付板（１０２）との間に位置する。グルコースセンサーなどの酵素ベースの電気化学センサーは、温度の作用に敏感にすることができる。熱変換器（１０３）は、被検体または被検体指示物質の変化に起因する変化のみを正規化して報知するために用いてもよい。
【００２７】
センサーアセンブリ（１１２）は、粘着ディスク（１０４）を更に含んでもよく、粘着ディスク（１０４）は熱変換器（１０３）に面するセンサー本体（１０１）の側に取り付けてもよい。
【００２８】
センサーアセンブリ（１１２）は、粘着リング（１０５）を更に含んでもよく、粘着リング（１０５）は粘着ディスク（１０４）とは反対側のセンサー本体（１０１）の側に取り付けてもよい。粘着リング（１０５）の切り抜かれた中心部は、好ましくはセンサー本体（１０１）上のセンサー構成成分の一部または全部を露出させる。粘着リング（１０５）と粘着ディスク（１０４）は、図１に示すセンサー本体の形状に対応する形状でよい。
【００２９】
センサーアセンブリ（１１２）は、ヒドロゲルディスク（１０６）を含んでおり、ヒドロゲルディスク（１０６）は粘着リング（１０５）の切り抜かれた中心部内にセンサー本体（１０１）の表面に隣接させて配置してもよい。
【００３０】
ａ．センサー本体
センサー本体（１０１）が図２に詳細に図示されている。センサー本体１０１は本体層（２０７）を備え、その上にはリード（ｌｅａｄ）（２０４、２０５および２０６）がパターン形成されている。これらリードは、例えば、金属を本体層（２０７）上の所望位置にコーティングして形成してもよい。作用電極（２０１）が通常センサー本体（１０１）の中央に位置している。作用電極（２０１）は、純白金、白金化炭素、ガラス状炭素、カーボンナノチューブ、メソポーラス（ｍｅｚｏｐｏｒｏｕｓ）白金、白金黒、パラジウム（ｐａｌａｄｉｕｍ）、金、または白金−イリジウムなどの触媒および／または導電材料を含有してもよい。作用電極（２０１）は、リード（２０６）と電気的接触状態になるようにリード（２０６）上にパターン形成されてもよい。対電極（２０２）は、安定で導電性の材料を含有してもよく、好ましくは炭素を含有し、それは図２に示すように、作用電極（２０１）の周縁の一部の周りに配置されてもよい。対電極（２０２）は、リード（２０５）と電気的接触状態になるようにリード（２０５）上にパターン形成されてもよい。一定の酸化還元電位を与える二元酸化還元物質を含有し、好ましくはＡｇ／ＡｇＣｌを含有する参照電極（２０３）は、図２に示すように、作用電極（２０１）の周縁の別の一部の周りに配置されてもよい。電極（２０１、２０２および２０３）は、装置の検知部にパターン形成された電気リード（２０６、２０５、２０４）それぞれの配置を概ねたどるように形成することができる。電極（２０１、２０２および２０３）は、それぞれ電気リード（２０６、２０５、２０４）上にスクリーン印刷またはスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）コーティングによって形成してもよい。リードは、スクリーン印刷またはその他の本技術分野で公知の方法を用いてセンサー本体（１０１）上に、外部装置または構成成分への電気的接続を可能にする形でパターン形成することができる。例えば、リードは、図２に示すように、センサー本体の延長領域の終端部でリード（２０４、２０５および２０６）を備える３極コネクタピンリードを形成してもよい。その上でセンサー電極を外部装置または構成成分に接続するために標準的なコネクタを使用してもよい。
【００３１】
ｂ．親水性ポリマー基材
センサーアセンブリは、親水性ポリマー基材を含む。基材はセンサーアセンブリ内に水分貯留部を形成する構造を与えるように設計されている。親水性ポリマー基材は、センサーアセンブリに適合する任意適当な形状でよい。通常、親水性ポリマー基材は、センサー本体と同じ形状である。標準的形態は、ディスク状である。形状はセンサーの形状に合わせて選択される。必要に応じて、生体付着性などの追加の機能性を付与するためにイオン性部分を親水性ポリマー基材に組み込むこともできる。本好適な実施形態においては、基材はヒドロゲルである。
【００３２】
ヒドロゲルは、コンタクトレンズ、バイオセンサー、人工移植物用のライニングおよび薬物送達装置（ｄｅｖｉｃｅ）などの医療および生物工学的用途に利用されている生体材料類である。経皮的被検体モニタリングシステムは、以下に記載するヒドロゲル物質を１種以上利用してもよい。センサーアセンブリに使用してもよいヒドロゲル物質の類としては、アガロースベースのヒドロゲル類、ジアクリル酸ポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ）（ＰＥＧ−ＤＡ）ベースのヒドロゲル類、ならびにジアクリル酸ポリエチレングリコール／ポリエチレンイミン（ＰＥＧＤＡ−ＰＥＩ）およびジアクリル酸ポリエチレングリコール−ｎ−ビニルピロリドン（ＰＥＧＤＡ−ＮＶＰ）を含む酢酸ビニルベースのヒドロゲル類が挙げられる。
【００３３】
ヒドロゲルを形成することができる適当なポリマーとしては、合成ポリマーまたは天然ポリマーが挙げられるが、これに限らない。合成ポリマーの例としては、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸ポリマー、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリエチレングリコールのポリマー、共重合体およびブロック共重合体、ならびに他の水膨潤性、生体適合性ポリマーが挙げられる。天然ポリマーの例としては、コラーゲン、ヒアルロン酸、ゼラチン、アルブミン、多糖、およびこれらの誘導体が挙げられる。天然ポリマーは、サイリウム（ｐｓｙｌｌｉｕｍ）などの各種植物性材料から分離されたタイプのものでもよい。
【００３４】
構造的には、高分子ヒドロゲル類は、三次元の高分子構造物である。これらは、いくつかの方法によって製造することもできる：ａ）モノマーからの合成（架橋重合）；ｂ）ポリマーと重合助剤からの合成（グラフト化および架橋重合）；ｃ）ポリマーおよび非重合助剤（架橋用ポリマー）からの合成；ｄ）エネルギー源を有するポリマー（助剤を含まない架橋用ポリマー）からの合成、およびｅ）ポリマーからの合成（反応性ポリマーのポリマー間結合による架橋）。
【００３５】
ヒドロゲルの厚さは様々である。通常、ヒドロゲルは約１０〜約１０００μｍ、より好ましくは約５０〜約７００μｍ、更に好ましくは約２００〜約５００μｍである。
【００３６】
図１に示すように、ヒドロゲルディスク（１０６）は、折り畳んで取付板（１０２）に載せた後ユーザーに面するような形で配置してもよい。センサー本体（１０１）は、裏板（ｂａｃｋｉｎｇ ｐｌａｔｅ）（１０２）に載せられる対応するコネクタインターフェースと嵌まり合う留め具を有する標準的なコネクタを用いて取付板（１０２）に接続してもよい。
【００３７】
ｉ．アガロースベースのヒドロゲル
アガロースベースのヒドロゲルは、連続的経皮的被検体モニタリングにとって利点があり得る。例えば、アガロースベースのヒドロゲルは、以下の特徴のうち１以上を備えている：高い水分含有量によるグルコースおよび過酸化水素への良好な反応性、高酵素担持性、良好な生体適合性、ならびに優れた透過性および拡散性。アガロースベースのヒドロゲルは一般に、水溶性被検体と適合する。加えて、アガロースヒドロゲルは清浄で安価であり、および／または調製が容易である。
【００３８】
アガロースゲルは、例えば、０〜１Ｍのリン酸ナトリウムまたはリン酸カリウム、０〜１Ｍの塩化ナトリウム、０〜１Ｍの塩化カリウム、０〜２Ｍの乳酸と、０〜１ＭのＴＲＩＴＯＮ（登録商標）Ｘ−１００（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＆ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐ．）、ＴＷＥＥＮ（登録商標）８０（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａｓ Ｉｎｃ．）またはラウリル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤、および他の任意の生体適合性成分を含有する緩衝液中で１〜２０％のアガロースから形成してもよい。アガロースヒドロゲルにおけるグルコースオキシダーゼ担持量は、例えば、固体のヒドロゲルを濃縮したグルコースオキシダーゼ溶液に浸すことによって、あるいは濃縮したグルコースオキシダーゼ粉末または溶液をアガロース溶液の溶解段階（１５〜６５℃）の間に混合し、その後それよりも低い温度（４０℃以下）で冷却してゲル化することによって最大で０〜２０（重量）％とすることができる。
【００３９】
ｉｉ．ＰＥＧベースのヒドロゲル
ＰＥＧベースのヒドロゲルは、連続的経皮的被検体モニタリングにとっていくつかの利点がある。構造的には、ＰＥＧは親水性が高く、水性溶媒中で高い溶媒和を示す。ＰＥＧ分子の選択的溶媒和は、タンパク質をＰＥＧ鎖体積から効果的に排除することよってタンパク質による生物付着から表面を保護することができる。化学的に架橋されたＰＥＧベースのヒドロゲルがもたらすことができる利点は、その物理的および化学的性質がＰＥＧ鎖の分子量を変えることおよび開始剤濃度を変えることによって調節可能だという点である。例えば、ポリエチレンオキシド主鎖の分子量を増加させると網目構造のメッシュサイズが大きくなる。酵素などの生物活性分子の放出は、網目構造密度の制御によって制御可能である。従って、重量平均分子量が８ＫＤａのＰＥＧを含有するヒドロゲルは、重量平均分子量が３．３ＫＤａのＰＥＧを含有するヒドロゲルよりも捕捉された薬物の放出速度が高い。
【００４０】
必要に応じて、生体付着性などの追加の機能性を付与するために添加剤をヒドロゲルに加えることができる。例えば、架橋して生体付着性ヒドロゲルを生成する前にヒアルロン酸またはポリアクリル酸をＰＥＧマクロマー（ｍａｃｒｏｍｅｒ）に添加することもできる。別の例においては、捕捉された薬物に分子間相互作用（例えば、イオン結合）を与えて基質からの薬物の放出速度を遅くするため、架橋したヒドロゲルにイオン的性質を付与することもできる。
【００４１】
バイオセンサーに用いられたＰＥＧベースのヒドロゲルは、以下の特徴のうち１以上を発揮することができる：（ａ）センサー機能を低下させることがなく、生物学的液体への長期曝露に適した生体適合性があって生物付着しない表面、（ｂ）グルコースオキシダーゼの貯留、（ｃ）グルコースオキシダーゼの捕捉を増進するためにイオン性部分と組み合わせることができる基質、（ｄ）主鎖の分子量を変えることによって物理的および化学的性質（網目構造密度、膨張）に関して調節可能な基質、および（ｅ）キトサングルコネート、ポリアクリル酸、ポリ（アミドアミン）、ポリ（エチレンイミン）およびヒアルロン酸などのイオン性賦形剤の添加によって生体付着性とすることができる基質。
【００４２】
ジアクリル酸ポリエチレングリコール（ＰＥＧＤＡ）マクロマーからヒドロゲルを形成する場合、ヒドロゲルに支持基質と持ち手を与える予め入れておいたスクリム布片を含む型（ｍｏｌｄ）の中でＵＶ重合などの重合を起こしてもよい。ＰＥＧＤＡマクロマーは、棒付きキャンディー形状をした（ｌｏｌｌｉｐｏｐ−ｓｈａｐｅｄ）布片の円形の頭部の周囲でのみ重合させて布片の尾部をヒドロゲルがない状態に残し、持ち手（図２および図９参照）として使えるようにする。
【００４３】
必要に応じて、ＰＥＤＧＡヒドロゲルは、ＧＯｘ酵素などの酵素をＰＥＧＤＡヒドロゲル網目構造に共有結合させるためのリンカー分子として機能することができるアクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）試薬（例えば、Ｎｅｋｔａｒが販売）を含む。
【００４４】
ｉｉｉ．酢酸ビニルベースのヒドロゲル
ｎ−ビニルピロリドン／酢酸ビニル共重合体などの酢酸ビニルベースのヒドロゲルは、透明、粘着性、無毒、可撓性、および／または疎水性などの特徴を示し得る。酢酸ビニルベースのヒドロゲルは通常、湿気を保持しグルコースオキシダーゼなどの酵素を捕捉する能力が高く、生体適合性であって、皮膚にしっかり付着して皮膚とセンサーの連結を向上させる。Ｃｈｕａｎｇ他が報告しているように、ｎ−ビニルピロリドン／酢酸ビニル共重合体をヒドロゲルとして用いたグルコースフラックスセンサー（ｇｌｕｃｏｓｅ ｆｌｕｘ ｓｅｎｓｏｒ）は、グルコースクランプ調査において糖尿病患者の血漿グルコースレベルを追跡する際に良好な性能を示した。Ｃｈｕａｎｇ他、「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｅｎａｂｌｅｓ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ Ｇｌｕｃｏｓｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」、２００４年１０月２８〜３０日開催（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、ＰＡ）第４回糖尿病技術年総会（Ａｎｎｕａｌ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍｅｅｔｉｎｇ）にて発表。
【００４５】
ｉｖ．改変ヒドロゲル
１．共有結合によって固定化した酵素
必要に応じて、酵素および／または湿潤剤を含ませるためにヒドロゲルを改変してもよい。酵素および／または湿潤剤は、共有結合および非共有結合固定化を含む任意適当な手段によって捕捉させればよい。非共有結合固定化の例としては、イオン性相互作用および物理的捕捉が挙げられるがこれに限らない。好ましくは、酵素は例えばリンカー分子を用いてヒドロゲルに共有結合させる。一実施形態においては、ＣＧＭシステムでの使用に特に適するのは、グルコースオキシダーゼをヒドロゲルディスクにおいて共有結合によって固定化することである。例えば、ＰＥＧＤＡ網目構造へのＧＯｘの共有結合固定化は、ＧＯｘの拡散を解消する（生物学的利用能を維持する）ことによって、および／または酵素を安定化させる（生物活性を維持する）ことによって装置の実効性能を向上させる。ＰＥＧＤＡ網目構造は、約８０％の水をその基質内に含有する構造を与える。これは、溶液における重要成分（例えば、緩衝液の塩および浸透圧物質）を保持するとともに被検体の拡散のための輸送媒体を提供する水の貯留部として作用する。
【００４６】
ＰＥＧＤＡ濃度１５％（ｗ／ｗ）では、ほとんどのＧＯｘが網目への物理的捕捉によってヒドロゲル内に保持され得る。しかし、それよりもＰＥＧＤＡ濃度が低い、例えば１０％（ｗ／ｗ）に近い濃度の場合は、網目がもっと粗くなってＧＯｘを保持せず、共有結合固定化が必要になる。
【００４７】
リンカーを用いたヒドロゲルへの酵素の共有結合
酵素のヒドロゲルへの結合は、リンカーを用いて行ってもよい。リンカー分子は一般に、酵素上の官能基およびヒドロゲル上の官能基と反応することができる２以上の官能基を含む。例えば、リンカー分子は、酵素およびヒドロゲルにみられるヒドロキシル（ｈｙｄｒｏｘｙ）基、チオール基、および／またはアミノ基などの求核基と反応する求電子基を含んでもよい。こうしたリンカーは、可変数の原子を含有する結合を形成することによって酵素のヒドロゲル表面への結合を仲介する。リンカー分子は、同種官能性（ｈｏｍｏｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）（すなわち、官能基が同一）または異種官能性（すなわち、官能基が異なる）とすることができる。
【００４８】
適当なリンカー分子としては、Ｎ−スクシンイミジル３−（２−ピリジルジチオ）プロピオネート（ＳＰＤＰ、３および７原子スペーサー）、長鎖ＳＰＤＰ（１２原子スペーサー）、（スクシンイミジルオキシカルボニル−α−メチル−２−（２−ピリジルジチオ）トルエン）（ＳＭＰＴ）、８原子スペーサー）、スクシンイミジル−４−（Ｎ−マレイミドメチル）シクロヘキサン−１−カルボキシレート）（ＳＭＣＣ、１１原子スペーサー）およびスルホスクシンイミジル４−（Ｎ−マレイミドメチル）シクロヘキサン−１−カルボキシレート（スルホ−ＳＭＣＣ、１１原子スペーサー）、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎヒドロキシスクシンイミドエステル（ＭＢＳ、９原子スペーサー）、Ｎ−（γ−マレイミドブチリルオキシ）スクシンイミドエステル（ＧＭＢＳ、８原子スペーサー）、Ｎ−（γ−マレイミドブチリルオキシ）スルホスクシンイミドエステル（スルホ−ＧＭＢＳ、８原子スペーサー）、スクシンイミジル６−（（ヨードアセチル）アミノ）ヘキサノアート（ＳＩＡＸ、９原子スペーサー）、スクシンイミジル６−（６−（（（４−ヨードアセチル）アミノ）ヘキサノイル）アミノ）ヘキサノアート（ＳＩＡＸＸ、１６原子スペーサー）、１，４−ジ−［３’−２’−ピリジルジチオ）プロピオン−アミド］ブタン（ＤＰＤＰＢ、１６原子スペーサー）、ビスマレイミドヘキサン（ＢＭＨ、１４原子スペーサー）、ならびにｐ−ニトロフェニルヨードアセテート（ＮＰＩＡ、２原子スペーサー）が挙げられるが、これに限らない。当業者であれば、原子数の異なる多数の他の結合剤を使用してよいことも認識する。
【００４９】
更に、スペーサー分子は、アクリレート−ポリエチレングリコール−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（アクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳまたはＡ−ＰＥＧ−Ｎ）などの末端における反応性官能基間の距離を増加させるためにリンカーに組み込んでもよい。多数の多官能性ＰＥＧがＳｈｅａｒｗａｔｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｈｕｎｔｓｖｉｌｌｅ、ＡＬ）およびＴｅｘａｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ）から市販されている。多アミノＰＥＧは「Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ」の名称で利用可能であり、ジアミノＰＥＧおよびトリアミノＰＥＧを含む。本好適な実施形態においては、ヒドロゲルにおいて酵素はアクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）を用いて共有結合によって固定化される。
【００５０】
結合剤を用いた酵素のヒドロゲルへの共有結合
酵素は、結合剤を混入することなく、ヒドロゲルまたは酵素の表面上の基を活性化して酵素またはヒドロゲル上の官能基とそれぞれ反応するようにさせる試薬または反応の使用によってヒドロゲルに直接結合させることもできる。
【００５１】
例えば、カルボジイミド類は、カルボキシレートとアミンの間のアミド結合、またはリン酸塩とアミンとの間のホスホラミデート結合の形成を仲介する。カルボジイミドの例としては、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）、１−シクロヘキシル−３−（２−モルホリノエチル）カルボジイミド（ＣＭＣ）、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、ジイソプロピルカルボジイミド（ＤＩＣ）、およびＮ，Ｎ’−カルボニルジイミダゾール（ＣＤＩ）が挙げられる。Ｎ−エチル−３−フェニルイソオキサゾリウム−３’−スルホネート（Ｗｏｏｄｗａｒｄ試薬）は、カルボキシレートとアミンの縮合によるアミド結合の形成を仲介する。アミノ基を水酸基に結合させるためにＣＤＩを用いることもできる。
【００５２】
２．湿潤剤
別の実施形態においては、ヒドロゲルは１種以上の湿潤剤を含有するように改変される。湿潤剤は、水の分子と水素結合を形成する強い親和力を有する吸湿性物質である。湿潤剤は通常、水酸基、アミンまたはカルボキシル基などの親水基をいくつか有する。ヒドロゲルが必要レベルの水を確実に保持できるように、ヒドロゲルは任意適当量の湿潤剤を含有してもよい。ヒドロゲルにおける湿潤剤の適当量は、０．１〜４０％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲、好ましくは５〜１５％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲の量である。
【００５３】
好ましくは、湿潤剤は全体として負電荷を有している。適当なアニオン性湿潤剤としては三酢酸グリセリル、および負に帯電したポリオール類が挙げられるが、これに限らない。試験済みの好ましい湿潤剤としては、ナトリウムＰＣＡ（すなわち、２−ピロリドン−５−カルボン酸のナトリウム塩）および乳酸ナトリウムが挙げられる。
【００５４】
小分子湿潤剤、すなわち分子量が１０００Ｄａ未満の分子の湿潤剤の中には有用なものがあり得る。有用な小分子湿潤剤の例としては、尿素、プロピレングリコール、乳酸ナトリウムおよびピロリドンカルボン酸ナトリウム（ＰＣＡ）が挙げられるが、これに限らない。
【００５５】
多糖湿潤剤の中にも有用なものがある。有用な多糖湿潤剤の例としてはヒアルロン酸（ナトリウム塩）、カラギーナンおよびアガロースが挙げられるが、これに限らない。
【００５６】
湿潤剤は水分子を保持するが、湿潤剤がなければ水分子は適用期間にわたって開放系から蒸発する。ゲルにおける水分損失は、輸送抵抗の増加、電気信号を供給する触媒（例えば、ＧＯｘ酵素）の生物学的利用能の低下、収縮による界面接触面積の減少を含む様々な有害な影響を引き起こす。上記の影響のいずれもが装置性能をそこない得る。
【００５７】
湿潤剤は、水分損失を軽減することによって装置の一貫性を向上させる。水分損失を減少させると、装置の寿命も延びる。実施例２に開示したように、ある種の湿潤剤は（信号ドリフトの減少によって示されるように）対照（湿潤剤を用いない）と比較して装置性能を長持ちさせることが示されたが、グリセロールおよびヒドロキシエチル尿素などの他の湿潤剤は、対照（湿潤剤を用いない）と比較して（信号ドリフトの増加によって示されるように）装置性能を向上させなかったため、有用ではなかった。好ましい湿潤剤は装置の性能寿命を延ばすと同時に、示度における誤差（ＭＡＲＤによって分析されるような）を著しく増加させないものである（図５参照）。
【００５８】
ｃ．取付板または標的板
取付板（１０２）は、任意適当な幾何形状でよい。取付板は、取付板（１０２）に搭載される対応するコネクタインターフェースと嵌まり合う留め具を有するＳＬＩＭ／ＲＣＰＴコネクタなどの標準的コネクタを用いてセンサー本体（１０１）に接続する。図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに示すような無線式システムにおいては、取付板の代わりに標的板（１２０）が用いられる。好ましくは、取付板または標的板は、センサー本体（１０１）を強固に支えヒドロゲル用の丈夫なハウジングとなる、プラスチックなどの誘電率の高い堅牢な非導電材料で形成される。取付板に適する材料としては、プリント回路基板に通常用いられる材料であって、センサー本体（１０１）を強固に支えるだけでなくセンサーシステム用のプリント電気回路ともなる材料が挙げられる。
【００５９】
ｉ．空気ポケットまたは通路
一実施形態においては、ＴＡＭＳに用いられるセンサーアセンブリは、機能するには酸素が必要なセンサーアセンブリ内のヒドロゲルまたはその他の要素に空気および／または酸素が供給されるようにする通路またはポケットを含む。１以上の空気通路およびポケットをヒドロゲルの周囲に配置することができる。空気通路（１２２）および／またはポケット（１２４）は一般に、有線式システム（図１）の取付板（１０２）または無線式システム（図８Ａおよび８Ｂ参照）の標的板（１２０）上のスリットまたは開口の形態をしている。通路およびポケットは、酸素の供給を増やす（酸素付加の増加）だけでなく、ヒドロゲルの湿気（水分）を維持する。空気通路およびポケットは、成形、フライス加工、打ち抜き、エッチングまたは他の任意の機械的または化学的手段によって創出することができる。
【００６０】
図８Ａ〜Ｃは、無線式ＴＡＭＳにおける標的板（１２０）の空気通路およびポケットの例を示す。有線式システム（図１および２に示す）も、空気ポケットおよび通路を備えるための同様の手順に改変することができる。図８Ａは、４つの空気通路（１２２Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ）を有する例示的グルコースセンサーの標的板の背面図を示す。図８Ｂは、ヒドロゲルの化学的反応用の中心孔（１２５）を取り囲む内部空気ポケットの３つの切欠き（１２４Ａ、ＢおよびＣ）を有する例示的グルコースセンサーの標的板の正面図を示す。図８Ｃは、密閉型グルコースセンサーアセンブリ（１１２）を提供するための標的板（１２０）上の例示的無線式センサーハウジング（１２６）の図を示す。
【００６１】
好適な一実施形態においては、ＴＡＭＳは、内部でグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ、酵素）が水と酸素を利用してグルコースを過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とグルコラクトンに変換する経皮的被検体検出用のセンサーを備える。電気化学的グルコースセンサーは、Ｈ２Ｏ２を分解し、同時に経皮グルコースフラックスの連続供給に伴って連続電流を発生させる白金電極を用いて設計することができる。空気または酸素用の通路またはポケットをセンサーアセンブリが備える場合は、同じヒドロゲルでもこうした空気ポケットまたは通路がない場合と比べてヒドロゲルに供給される酸素の量が増加するとともに、ヒドロゲルの湿気レベルが維持される。これはＧＯｘがグルコースを、その後電気化学的に酸化されて血液中のグルコース量を判定するために測定される過酸化水素に変換するには不可欠である。
【００６２】
Ｂ．半透膜
好適な一実施形態においては、ＴＡＭＳは、ヒドロゲルの表面とユーザーの皮膚との間に保護半透膜を備える。保護半透膜は、様々な細孔径、組成、電荷、反応性および厚さを有することができる。細孔は、マクロ細孔（５μｍ）から限外ろ過（３ｋ）更には未定義（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標））まで幅があってよい。本明細書において用いた「未定義」とは、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）など、その細孔構造特性を明らかにする標準的な方法が現在のところ存在しない膜を意味する。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は水和状態に依存してサイズが約１ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲のイオン性の通路を含む。
【００６３】
ＣＧＭなどの経皮的被検体モニタリングシステムの場合、保護半透膜のヒドロゲルの外側の面への取り付けは、装置の寿命を延ばし微生物、タンパク質、細胞物質などによるヒドロゲルの汚染を減らすことによって装置性能を向上させる。ヒドロゲルとポレートした（ｐｏｒａｔｅｄ）皮膚との間の界面として、膜はタンパク質、脂質、細胞残屑、微生物またはその組合せなどの生物学的汚染物質を減少させることができる。
【００６４】
保護半透膜は、各種ポリマー、共重合体、またはその混合物から形成することができる。適当なポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎水性ポリマー；ナイロン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）類、活性化ＰＥＳ、（３−メルカプトプロピル）トリメチルシラン、酢酸セルロース、１，８−ジアミノナフタリン（１，８−ｄｉａｍｉｎｏｎａｐｔｈａｌｉｎｅ）およびフェニレンジアミンなどの電解重合フィルム、ならびにＮＡＦＩＯＮ（登録商標）でコーティングしたＰＥＳなどの親水性ポリマーが挙げられる。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）（テトラフルオロエチレン−パーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸共重合体）は、生理学的汚染物質および生物付着物に対する保護層としてヒドロゲルにコーティング可能な生体適合性のアニオン性フッ素重合体である。ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）は、その疎水性、電荷選択性および／またはサイズ排除性に基づき保護層として作用する。
【００６５】
例えば高分子フィルムの形態である半透膜は、ヒドロゲル層（１０６）の外表面にコーティングしてもよい。一般に、作動中は１以上の保護バリア層をヒドロゲルとユーザーの皮膚との間に配してもよい。ポリマーフィルムは、マイクロピペットによって、またはセンサーを水性または有機ポリマー溶液に浸漬被覆してから使用前に数時間空気乾燥するなど、任意適当な方法を用いてヒドロゲル表面にコーティングすることができる。
【００６６】
別の実施形態においては、保護半透膜は、ヒドロゲルの一方の側にのみ取り付けられる。膜の存在下でヒドロゲルを重合させ、相互貫入ポリマー網目構造（Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）（ＩＰＮ）を界面領域に形成することによって、界面の接続部分が形成される。ＩＰＮは、第一のポリマー（ＰＥＧＤＡヒドロゲルなど）を別のポリマーの網目構造（高分子膜など）の存在下で架橋するときに形成される。
【００６７】
一実施形態においては、半透膜は、負に荷電した成分のヒドロゲルから皮膚への損失を防止するためにヒドロゲル／皮膚界面において負に帯電（例えば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）でコーティングされたＰＥＳ）する。負に荷電した湿潤剤（例えばＮａＰＣＡ）および浸透圧物質（例えば乳酸）をヒドロゲルに含ませることが多く、システムの安定性を増す。
【００６８】
保護膜が共有結合的、静電的、疎水的、および／または機械的相互作用を介してタンパク質またはその他の生物学的作用物質を結合することは公知である。自家実験（未発表）でわかったことだが、膜を皮膚とヒドロゲルとの間に配すると（１２時間のｅｘ ｖｉｖｏでの適用の間に）、ヒドロゲル上へのタンパク質の沈着の減少が観察された。抽出とビシンコニン酸（ｂｉｃｉｎｃｈｏｎｉｎｉｃ ａｃｉｄ）（ＢＣＡ）タンパク質解析を用いると、膜を所定位置に使用しない場合に１ゲルディスク当たり平均３２μｇのタンパク質沈着が観察され、保護膜を使用した場合は１ゲルディスク当たり平均１４μｇのタンパク質沈着が観察された。
【００６９】
ＩＶ．被検体検出を向上させる方法
Ａ．皮膚の準備
ＴＡＭＳの好ましい一使用方法においては、ＴＡＭＳの適用に先立ち皮膚の準備清拭を皮膚に施す。この皮膚の準備清拭は、先行技術の方法において現在用いられている標準的な皮膚水和処置の代わりに用いられる。この皮膚の準備清拭は、表面を清拭または清潔にするために施される。これは通常、孔隙率を増すための皮膚前処置後に、標的皮膚部位を清潔にするために揉む、拭う、パッドを当てる、こするまたは他の任意の方法によって皮膚の標的部分に施される。このステップは通常、短時間しか要さず（先行技術で用いられているより長時間を要する標準的な水和処置に比べて）、例えば約１〜３０秒しか要しない。
【００７０】
清拭具は、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）超音波皮膚浸透システム（Ｓｏｎｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌ）など任意の皮膚前処置の処置後に皮膚の標的部分を清潔にするために用いることができる、水、リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤もしくは他の任意の化学物質、溶媒、またはその混合物を含有する作用物質を染み込ませた紙、綿または布ベースの基材で形成され得る。好ましくは、作用物質は水、エタノール、イソプロパノールまたはその組合せなどの無機または有機溶媒である。作用物質の例示的処方は水に３０〜９５％のイソプロパノールを含有するものであり、清拭材はガーゼである。
【００７１】
ａ．キット
一実施形態においては、キットが経皮的被検体検出システムと皮膚準備清拭具を含み、必要に応じてリン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、または溶媒などの清拭試薬を備える。一実施形態においては、基材には予め清拭試薬が染み込ませてある。別の実施形態においては、清拭試薬はキットの別の構成成分として提供される。
【００７２】
Ｂ．バイオセンサーの酸素付加向上
好適な一実施形態においては、センサーアセンブリはヒドロゲルおよび／または機能するには酸素が必要なセンサーアセンブリ内の他の要素への酸素供給を増加するように設計されている。空気通路およびポケットは、ヒドロゲルの周囲に配置することができる。空気通路およびポケットは一般に、取付板（１０２）または標的板（図８）上のスリットまたは開口の形態をしている。通路およびポケットは、酸素の供給を増やす（酸素付加増加）だけでなく、ヒドロゲルの湿気（水分）を維持する。好ましくは、取付板または標的板は、センサー本体を強固に支えヒドロゲル用の丈夫なハウジングとなる、プラスチックなどの誘電率の高い堅牢な非導電材料で形成される。空気通路およびポケットは、成形、フライス加工、打ち抜き、エッチングまたは他の任意の機械的または化学的手段によって創出することができる。
【００７３】
ＩＶ．使用方法
本明細書において記載したＴＡＭＳは、例えばユーザーのグルコースの血中濃度などの生物学的被検体をモニターする、および／または、必要な場合には治療用化合物を送達するのに使用することができる。ＴＡＭＳは、動物の皮膚の一部分に適用される；通常、動物は哺乳類であり、本好適な実施形態においては、哺乳類はヒトである。
【００７４】
例えば、前糖尿病または糖尿病の人は、本装置を使用して自身のグルコース血中濃度レベルをモニターし、その濃度レベルに応じて必要な場合にはインスリンを送達することができる。インスリンはユーザーによってまたは装置によって送達することができる。他の被検体をモニターすることも可能である。
【００７５】
連続グルコース測定は、グルコースの血中濃度をセンサー装置内への体液の蓄積に頼ることなく測定することができる。連続グルコース測定においては、例えば、ある人において、電気化学センサーによって計測される電流が皮膚の透過性領域を介してリアルタイムでグルコースフラックスを反映するようにヒドロゲルでのグルコースおよび過酸化水素の両方の蓄積を最小にすることを望んでよい。これは、好都合なことに連続的でリアルタイムの経皮グルコースモニタリングを可能にする。
【００７６】
本明細書において記載した経皮的被検体モニタリングシステムを使用するには、まず、任意適当な方法を用いてユーザーの皮膚のある領域の透過性を高める。皮膚の透過性を高める典型的な方法としては、テープ剥離、摩擦、研磨、剥離、レーザー剥離、高周波（ＲＦ）剥離、化学物質、超音波導入（ｓｏｎｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）、イオントフォレシス、エレクトロポレーション、透過促進剤の塗布が挙げられる。例えば、皮膚前処置の処置を低エネルギー超音波の適用（例えば、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）超音波皮膚透過システム）または制御下での皮膚剥離の適用とすることができる。
【００７７】
無線式ＴＡＭＳを使用する場合は通常、標的板（１２０）が透過性を増加させる皮膚上の部位に置かれる。次いで、皮膚（ｓｉｎ）前処置の処置が施される。この方法は、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）を皮膚透過システムとして使用する場合に特に適している。
【００７８】
本好適な実施形態においては、皮膚前処置ステップの後、皮膚の被処置部分を皮膚準備清拭具で短時間、例えば約１〜３０秒間拭うまたはこすることによって被処置皮膚を清潔にする。
【００７９】
次いで、図１（有線式システム）または図９（無線式システム）に示すようなセンサーアセンブリを半透膜（図１には示さず）が透過性皮膚に接触するように皮膚の透過性領域（１０７）につける。無線式ＴＡＭＳを使用する場合は、通常、ヒドロゲルとセンサーを標的板内に置き、中心孔（１２５）と整列させる。次いで、センサーハウジング（１２６）を標的板（１２０）に取り付けて接続し、完全なセンサーアセンブリ（１１２）を形成する。
【００８０】
被検体は、センサーアセンブリ（１０１）のヒドロゲルディスク（１０６）と接触するようにユーザーの皮膚の処置された透過性領域（１０７）を通して抽出し半透膜を通過させてもよい。
【００８１】
例えば、グルコースなどの被検体は、拡散によって半透膜を通って移送されてヒドロゲルディスク（１０６）に入り得、そこでグルコースオキシダーゼと接触できる。そして、グルコースはヒドロゲルディスク（１０６）内に存在するグルコースオキシダーゼと反応してグルコン酸と過酸化水素を形成する。次に、過酸化水素はセンサー本体（１０１）内の電極の表面へと移送され、そこで電気化学的に酸化される。この酸化によって生成された電流がヒドロゲルにおいて発生している過酸化水素の割合を示し、それは皮膚を通過するグルコースフラックスの量（皮膚の一定面積を通過して流れるグルコースの割合）と関係がある。皮膚を通過するグルコースフラックスは、ユーザーの血中のグルコース濃度に比例する。
【００８２】
従って、センサーアセンブリからの信号は、血中グルコース濃度をポテンショスタット記録装置（１０８）に連続的に、リアルタイムの方式で表示することによってユーザーの血中グルコース濃度を連続的にモニターするのに利用することができる。
【００８３】
原理上は、作用電極（２０１）、対電極（２０２）および参照電極（２０３）を利用して過酸化水素を測定するセンサーはいずれも同様に構築することができる。例としては、ヒドロゲル（１０６）に組み込んだオキシダーゼ酵素を使用するグルコース、乳酸塩または他の任意の物質用のバイオセンサーが挙げられる。電気化学センサーは、好ましくは連続グルコース測定中はポテンショスタットモードで作動させる。ポテンショスタットモードでは、３電極セルの作用電極と参照電極との間の電位は、プリセット値に維持される。作用電極と対電極との間の電流が測定される。センサーは必要とされるセル電圧および電流がポテンショスタットの電流および電圧限界を超えない限りこのモードに維持される。ポテンショスタットモードでの作動では、作用電極と参照電極との間の電位は、特定の被検体または被検体指示物質の選択的電気化学的測定が達成できるように選択されてもよい。
【００８４】
作用電極表面で起こっている電極反応の動態および機構を調べるため、または電気分析的用途においては他の作動モードを使用することもできる。例えば、電気化学セルモードの作動では、電流は作用電極と対電極との間を流れ得、一方、作用電極の電位は参照電極に照らして測定される。当業者であれば理解できるように、電気化学センサーの作動モードは用途に応じて選択してよい。
【実施例】
【００８５】
（実施例１）
ヒドロゲル／膜複合材の形成、およびＴＡＭＳ性能の向上のための保護半透膜の使用
以下の膜をテストした：［ａ］コーティングされていないポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）：細孔径が０．２、１．２および５．０μｍの被験体膜；細孔径が０．３、１．０および２．０μｍの非被験体膜、［ｂ］Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされたＰＥＳ：上に挙げた６種類の異なるＰＥＳ細孔径それぞれについてもＮａｆｉｏｎ（登録商標）コーティングを施してテストした、［ｃ］アルデヒド官能基を有する活性化ＰＥＳ（０．４５μｍの細孔を有する）、［４］両性とカチオン性のナイロン６６（０．２μｍの細孔を有する）、［ｄ］限外ろ過膜（ｕｌｔｒａｆｉｌｔａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）：ＭＷカットオフ３．５ｋの再生セルロース（ＲＣ）；ＭＷカットオフ１０ｋのＰＥＳ、［ｅ］約３５ｎｍのイオンチャンネルを有するＮａｆｉｏｎ１１３５シート。
【００８６】
ヒドロゲル／膜複合材の形成：膜をディスクとして切り取り、緩衝剤に浸し、重合型（ｐｏｌｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｌｄ）の底に置いた；スクリム布片を膜の上に置いた；ポリマー溶液を型穴に注入した；型にＵＶ光を当ててポリマーを形成した。
【００８７】
Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされたＰＥＳから形成された膜については、ＰＥＳ膜は自動コーティング機を用いてＮａｆｉｏｎ（登録商標）溶液を予めコーティングした。コーティングパラメータには機械速度、コーティングバーのサイズ、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶媒、および塗り回数が含まれ、ＰＥＳの細孔径によって変えた。コーティングパラメータはコーティングの厚さ、膜に浸透する深さ、一貫性、および寿命に影響する。例えば、０．２μｍのＰＥＳに５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液（４５％アルコール中）を＃２０バーを使用し８インチ／秒で１回コーティングした場合は、薄い表面コーティングが得られた；５．０μｍのＰＥＳに２０％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液（８０％アルコール中）を＃２０バーを用いて複数回コーティングした場合は、より厚いコーティングが得られた。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）コーティングの厚さはコーティングした膜をカチオン性のメチレンブルーで着色することで判定した。
【００８８】
膜の細孔径が３．４ｋのＰＥＧマクロマーよりも小さい場合は（３ｋのセルロースのように）、それより小さい０．７５ｋのＰＥＧマクロマーを使用して膜を３．４ｋのＰＥＧ網目構造に接続した。この場合、ＰＥＧマクロマー（３．４ｋダルトンの）が膜（３ｋダルトンの）の細孔に侵入できない場合は、０．７５ｋのＰＥＧマクロマーを使用して２種類の相互接続ＩＰＮを形成した。０．７５ＰＥＧマクロマーをまず３ｋの膜の一方の面内で重合させた；続いて、３．４ｋのＰＥＧマクロマーを０．７５ｋのＰＥＧ網目構造を呈する新しい膜面で重合させた。
【００８９】
各膜のグルコースセンサーの性能に対する効果を調査するために２４時間のｅｘ ｖｉｖｏ調査を行った。膜を有さない被験体群と種々の型の膜を有する被験体群とを比較した。ＭＡＲＤ誤差を増加させることなく装置の寿命を延ばした膜を好ましい膜であると判定した。各膜はＣＧＭ装置（Ｓｏｎｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌにより提供）内のセンサーアセンブリの外表面に配し、装置は超音波処置した被験体の皮膚に適用した。それに応じ、装置はナノアンペア（ｎＡ）単位の電気信号を提供し、信号は指先穿刺血中グルコース測定器を用いて被験体の血中グルコース（ＢＧ）に較正した。ｅｘ ｖｉｖｏ調査（２４時間にわたる）の過程全体を通し、覚醒時間は１時間おきに、または食事時間に近い時間帯では１５分おきに指先穿刺ＢＧサンプルを採取し、装置の信号と関連づけた。この相関の分析によって、装置の精度、一貫性および性能の実効ある時間長に関する情報が得られる。
【００９０】
一般に、ヒドロゲルに何らかの膜を追加するとグルコースセンサーの使用寿命が延びた。図３に示すように、膜を使用しないｅｘ ｖｉｖｏでの適用では、被験者の５５％のみが何かしらの２４時間応答をした；膜を使用すると、被験者の８３％が２４時間応答をした（図３参照）。
【００９１】
膜によって違いがあり、最良の膜を選ぶために用いた基準（ｃｒｉｔｅｒｉａ）は、２４時間にわたって信号ドリフトが最低であるのとその一方で良好な信号相関（ｎＡのＢＧに対する）（すなわち、ＭＡＲＤ誤差に著しい増加がみられない）を提供したものであった。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングされた５．０μｍ細孔を有するＰＥＳ膜が２４時間にわたって約５４％という最低の信号ドリフトと許容範囲内のＭＡＲＤ（図４参照）を示したことから最良の候補であると判定された。
（実施例２）
水分損失を軽減し、装置性能を向上させるためのヒドロゲル緩衝剤への湿潤剤の含有。
【００９２】
各種湿潤剤をヒドロゲルに含ませる一連の実験を実施した。２種類のカテゴリーの湿潤剤をテストした。第１のカテゴリーは小分子湿潤剤、一般には天然保湿成分（ｎａｔｕｒａｌ ｍｏｉｓｔｕｒｉｚｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）（ＮＭＦ）を含み、第２のカテゴリーは多糖類を含んでいた。以下の小分子湿潤剤をテストした：グリセロール、尿素、ヒドロキシエチル尿素、プロピレングリコール、乳酸ナトリウム（Ｎａ乳酸塩）およびピロリドンカルボン酸ナトリウム（ＮａＰＣＡ）。以下の多糖湿潤剤をテストした：ヒアルロン酸（ナトリウム塩）、カラギーナンおよびアガロース。
【００９３】
小分子湿潤剤については、各湿潤剤は重合の前にポリマー溶液に溶解させた。更に、ヒドロゲル緩衝剤ではポリマー溶液における湿潤剤の特定の濃度を維持した。これにより洗浄および保存中の湿潤剤の拡散損失を促進する可能性のある湿潤剤の濃度勾配が防止された。
【００９４】
多糖湿潤剤については、上記の小分子湿潤剤の場合と概ね同じ方法を用いた。ただし、アガロースおよび単離カラギーナンの類など一部の候補物は、適度な溶解度を得るためには加熱が、ゲル形成には冷却が必要であった。多糖の溶解度を上げるためにＰＥＧＤＡ濃度を１０％に下げた。
【００９５】
ｅｘ ｖｉｖｏでの実験を制限するため、最良の候補物を選択するためのスクリーニング実験をまず実行した。スクリーニング実験では溶解度と乾燥速度の比較を行った。
【００９６】
各湿潤剤のグルコースセンサーの性能に対する効果を調査するために２４時間のｅｘ ｖｉｖｏ調査を行った。湿潤剤を含まない被験体群と種々の型の湿潤剤を含む被験体群とを比較した。ＭＡＲＤ誤差を増加させることなく装置の寿命を延ばした湿潤剤を好ましい湿潤剤であると判定した。ｅｘ ｖｉｖｏ実験ではボランティアに装置を２４時間適用し、様々な湿潤剤を使用した場合の寿命性能を比較した。
【００９７】
実施例１と同様に、湿潤剤を含有させた調査の目標は装置性能を長持ちさせることであった。テストの結果は図５に示す。乳酸ナトリウム、カラギーナン、およびアガロースを含む湿潤剤の多くが有望であった一方、ＮａＰＣＡは一貫して信号ドリフトが最低であった（図５参照）。更に、ＮａＰＣＡをＮａｆｉｏｎ（登録商標）でコーティングしたＰＥＳ膜と組み合わせた場合は、２４時間のｅｘ ｖｉｖｏ調査を通じて水分損失がみられなかった。２７人の被験体から収集したデータでは、実際には２％の水分獲得を示す。ただし、２４時間調査では通常は水分損失がみられた。調査でＮａＰＣＡを使用しなかった３６人の被験体の比較群では、１９％の平均水分損失が観察された。
（実施例３）
ＰＥＧＤＡヒドロゲルにおけるグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）の共有結合固定化
実用的な酵素固定化策を確立するため一連の実験を実施した。リンカーまたは固定化試薬としてアクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）試薬（Ｎｅｋｔａｒ）を選択した。関心のあるパラメータとしては、固定化試薬の酵素に対する比、反応順序、およびインキュベーション時間を含めた。
【００９８】
アクリレート−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）固定化試薬の酵素へのインキュベーションのための予備重合ステップを使用した。３％ＧＯｘを重合緩衝剤に溶解させ、モル比７対１で過剰量のＡ−ＰＥＧ−Ｎを添加した。モル比７対１は、酵素活性をそこなうことなく結合を確実にするために選択した。この溶液を一晩４℃で放置してインキュベートした（室温での反応時間３時間でも効果あり）。翌日ＰＥＧＤＡを通常通り添加してポリマー溶液を完成させ、次いでＵＶ硬化を行った。
【００９９】
共有結合固定化が成功したという証拠は、３％ＧＯｘを含有する１０％ＰＥＧＤＡポリマーによって与えられた。共有結合固定化が起こっていない場合、洗浄緩衝溶液に入れるとヒドロゲルディスクからＧＯｘが浸出して溶液を明確に黄変させた（４６０ｎｍでのＵＶ吸収度＝０．１６）。共有結合固定化が起こっている場合、洗浄溶液は黄変しなかった（４６０ｎｍでのＵＶ吸収度＝０．０２）。
【０１００】
共有結合固定化後もなお酵素が活性である証拠は、ポテンショスタットテストによって与えられた。ポテンショスタットテストでは、グルコースチャレンジに対して有意差を示さなかった：対照システムは約７００ｎＡ、共有結合によって固定化したシステムは約６５０ｎＡ。
【０１０１】
共有結合固定化パラメータを確立した後、システムによる示度の一貫性が向上したかどうか判定するためにｅｘ ｖｉｖｏ実験を実施した。ｅｘ ｖｉｖｏ実験では、ボランティアに装置を４時間適用し、統計分析を実行することおよびｒ２とＭＡＲＤ値を計算することによってその性能を共有結合固定化を行っていない装置と比較した。
【０１０２】
共有結合によって固定化したＧＯｘ対非共有結合によって固定化したＧＯｘのｅｘ ｖｉｖｏでの装置性能についての４時間の比較調査では、共有結合によって固定化したＧＯｘシステムのほうが良好な追跡性（ｔｒａｃｋｉｎｇ）（ＢＧに対するｎＡの相関）を示した。この調査の結果を図６に示す。図６に示すように、共有結合によって固定化したＧＯｘの採用後、ｅｘ ｖｉｖｏ調査はより一貫性した追跡性を示し、ｒ２が０．６８、ＭＡＲＤが１２．２７であった。それに対し、非共有結合によって固定化したＧＯｘを有するシステムの場合は、ｒ２値が０．４１、ＭＡＲＤが２０．４４であった。
（実施例４）
経皮的被検体検出のための皮膚準備処置
まず標的板を皮膚に置いた。次いで、標的板を介してＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）をその皮膚部位に適用した。そして、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）を１秒以上の期間オンにし、装置の内蔵制御アルゴリズムによって自動的に停止させた。ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）（Ｓｏｎｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌ）を作用させることによる皮膚の孔隙率を高めるための皮膚前処置の処置後、被処置皮膚部位を皮膚準備清拭具で清拭した。本調査で用いた皮膚準備清拭具は、７０％／３０％のイソプロパノール／水混合物に予め浸したガーゼパッド（ｇａｕｚｅ ｐａｄ）であった。
【０１０３】
図７Ａおよび７Ｂは、１人の被験者に皮膚準備清拭処置を施した場合と施さなかった場合のセンサー性能の違いを示している。皮膚準備清拭処置に対し、図７Ｃは同じ被験体に４０分間の水和処置（すなわち、先行技術の処置）を使用した場合の結果を示す。図に示すように、被処置皮膚を皮膚準備清拭具で清拭すると、４０分間の皮膚水和処置と同等の性能が得られ、これらの方法の両者とも皮膚準備処置を何ら行わなかった場合に比べてはるかに良好に機能した。皮膚準備清拭具による細孔を塞ぐ物質の除去および／または清浄化は、被検体抽出と薬物送達の両方にとって経皮経路を改善するものと期待される。
（実施例５）
３種の異なる構成の連続的経皮グルコースセンサーを用いた臨床調査
グルコースバイオセンサーは、電気化学センサーおよび、ＳｏｎｏＰｒｅｐ（登録商標）による超音波で浸透化した皮膚とカップルしグルコースをセンサーへと連続的に吸引するヒドロゲルを含む。皮膚を通過して流れるグルコースはヒドロゲル内のグルコースオキシダーゼと反応して、バイオセンサーによって消費される。この化学反応が一定の電気信号を生みだし、これがグルコースモニターによって記録される。ＳｏｎｏＰｒｅｐとヒドロゲルの化学反応によって生じた透過性亢進のため、センサーによって検出されたグルコースフラックスは、最大２４時間１分毎に無線リンクを介してグルコース示度を供給することができる。無線バイオセンサーシステムの概略図については図９を参照のこと。
【０１０４】
各調査において、以下の手順が用いられた。この手順は、図９に概略的に図示されている。まず、標的板を患者の皮膚部位に置いた。次いで、ＳｏｎｏＰｒｅｐをその皮膚部位に５〜１５秒間作用させた（ステップ１）。次に、ＳｏｎｏＰｒｅｐを標的板から外した。次いで、被処置皮膚部位をアルコールを含む皮膚準備清拭具で清拭した。次に、ヒドロゲルとセンサーを標的板内に置いた（ステップ２）。各患者については、ＳｏｎｏＰｒｅｐで処置した皮膚部位上に使い捨て（ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅ）のグルコースセンサーを置いた。次いで、センサーハウジングをヒドロゲルの上に置き、センサーアセンブリを閉じた（ステップ３）。センサーをデジタル化したデータを無線でモニター（データ処理および表示用）に送る小型分析器に連結した（ステップ３）。グルコースセンサー信号は、調査１Ａおよび調査１Ｂでは指先穿刺血中グルコース測定器示度と照らし合わせ、調査２ＣではＩＶラインを介してサンプル採取した血中グルコースと照らし合わせた。
【０１０５】
表１は、調査それぞれについてセンサー構成、使用した膜の種類（膜が存在する場合）、およびヒドロゲルに含まれる湿潤剤の種類（湿潤剤が存在する場合）を記述する。調査それぞれで使用したセンサーは、酸素付加を増加するように設計されていた（図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃに図示するように）。加えて、調査それぞれで使用したヒドロゲルは、１５％ＰＥＧＤＡに共有結合によって固定化した３％のＧＯｘを含有していた。
【０１０６】
【表１】
センサー構成Ａを用いた調査１
上記の方法を用いて糖尿病患者１０人をテストした。表１に記したように、この調査は１２時間実施した。本調査で使用したセンサーは、ヒドロゲル上に膜を有していなかった。加えて、ヒドロゲルは湿潤剤を含有していなかった。
【０１０７】
血中グルコース予測アルゴリズムの開発を支援するため、本調査で得られた２２２のデータ点が分析された。結果を図１０のクラーク誤差グリッドにまとめている。図１０に示すように、結果によると、センサーは、ウォームアップ時間１時間の後の一点較正で最大１２時間１分毎に正確に血中グルコース示度を予測することができた。
【０１０８】
バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値とを比較すると、統計分析はＭＡＲＤ（平均絶対的相対的差異）が１２．４％であることを示した。データの９８．７％がクラーク誤差グリッドのＡ＋Ｂ領域にあり、８９．６％がＡ領域にあった。本調査でも優良なデータ相関（平均ｒ＝０．８７）が示された（図１０参照）。これらの統計データを本実施例で記載された他の調査の統計データと共に表２にまとめている。
【０１０９】
センサー構成Ｂを用いた調査１
フィルター膜（Ｂｉｏｄｙｎｅ Ｂ）をヒドロゲルと組み合わせた以外は調査１Ａと同じ調査プロトコルおよび構成を用いた。糖尿病患者１０人を上記の方法を用いてテストした。表１に記したように、本調査は１２時間実施した。本調査に使用したセンサーはヒドロゲル上に膜（Ｂｉｏｄｙｎｅ Ｂ）を有していた。加えて、ヒドロゲルは湿潤剤を含有していなかった。
【０１１０】
本調査では２２５のデータ点が収集された。結果を図１１のクラーク誤差グリッドにまとめている。図１１に示すように、結果によると、センサーは、ウォームアップ時間１時間の後の一点較正で最大１２時間１分毎に中程度の精度で血中グルコース示度を予測することができた。
【０１１１】
バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値とを比較すると、統計分析はＭＡＲＤ（平均絶対的相対的差異）が２０．４％であることを示した。データの９６．９％がクラーク誤差グリッドのＡ＋Ｂ領域にあり、７０．７％がＡ領域にあった。バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値との間の相関係数は０．６４であった。これらの統計データを本実施例で記載された他の調査の統計データと共に表２にまとめている。
【０１１２】
センサー構成Ｃを用いた調査２
２４時間の臨床調査を心臓血管手術中および術後の患者に実施した。表１に記したように、本調査で使用したセンサーはヒドロゲル上に膜（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）でコーティングされた５．０ＰＥＳ）を有していた。加えて、ヒドロゲルは湿潤剤（１０％（ｗｔ／ｗｔ）ＮａＰＣＡ）を含有していた。
【０１１３】
手術中、患者の中核体温を約２０℃に低下させ、患者の心臓は血液循環用バイパスポンプを利用して停止させた。インスリンおよびヘパリンなどの医薬を投与し、血中グルコースサンプルをＩＶラインを通して採取し血中グルコース分析器で分析した。
【０１１４】
調査の第１段階では、湿気およびベタジン（手術前に皮膚の準備のために使用した消毒薬）がセンサーに悪影響を与え、装置の不具合を招いたと判定された。そこで、こうした問題に対処するため、装置構成および配設手順に対する一時的な改変（例えば、皮膚部分がベタジンに接触しないようにする）が実施された。
【０１１５】
装置改変後の調査の第２段階では、患者１０人が参加し９人が調査を完了した。１４７のセンサー血中グルコースデータ点が収集され、調査１Ａで開発した同じグルコース予測アルゴリズムを用いて分析された。
【０１１６】
結果を図１２のクラーク誤差グリッドにまとめている。図１２に示すように、結果によると、センサーは、術中および術後において、最大２４時間１分毎に正確に血中グルコース示度を予測することができた。
【０１１７】
バイオセンサー測定値と参照血中グルコース測定値とを比較すると、統計分析は、ＭＡＲＤが１１．２％であり、データの１００％がクラーク誤差グリッドＡ＋Ｂ領域にあって８６．４％がＡ領域にあることを示した。本調査は、装置構成と配設が適切であれば、経皮グルコースモニターはたとえ外科ＩＣＵ環境においても正確で連続的なグルコース示度を最大２４時間提供できることも示している。
【０１１８】
【表２】
当業者であれば、これ以上の形式的実験を用いずに本明細書において記載した本発明の具体的実施形態の多くの均等物を理解する、または確認できる。こうした均等物は、以下の請求項に包括されるべきものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒドロゲルと複数の電極を含むセンサー本体とを備え、該センサー本体が該ヒドロゲルと流体連通し該ヒドロゲルが酵素を含有する、センサーアセンブリ、ならびに、
該ヒドロゲルと流体連通し該センサーアセンブリの少なくとも遠位側端に位置する半透膜
を備える経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項２】
前記半透膜がテトラフルオロエチレン−パーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸共重合体でコーティングされたポリ（エーテルスルホン）を含む、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項３】
前記ヒドロゲルおよび前記半透膜が相互貫入ポリマー網目構造を形成している、請求項２に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項４】
前記ヒドロゲルが、ジアクリル酸ポリエチレングリコール（ＰＥＧＤＡ）、アガロース、ジアクリル酸ポリエチレングリコール／ポリエチレンイミン（ＰＥＧＤＡ−ＰＥＩ）、ジアクリル酸ポリエチレングリコール−ｎ−ビニルピロリドン（ＰＥＧＤＡ−ＮＶＰ）、アクリレート−ポリエチレングリコール−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）、ならびにこれらの混合物およびこれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項５】
前記酵素がオキシダーゼ酵素である、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項６】
前記酵素が前記ヒドロゲルにおいて共有結合によって固定化されている、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項７】
前記酵素が前記ヒドロゲルにおいてＡ−ＰＥＧ−Ｎを用いた共有結合によって固定化されている、請求項６に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項８】
オキシダーゼ酵素を検出用化学物質として利用して血中グルコース、乳酸塩または他の被検体をモニターする、請求項５に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項９】
前記ヒドロゲルが負に荷電した湿潤剤を含む、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１０】
前記負に荷電した湿潤剤がピロリドンカルボン酸ナトリウム（ＮａＰＣＡ）である、請求項９に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１１】
前記センサーアセンブリが前記ヒドロゲルに酸素を供給するための少なくとも１つの通路またはポケットを備える、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１２】
前記センサーアセンブリが標的板または取付板を更に備え、前記ヒドロゲルに酸素を供給するための少なくとも１つの通路またはポケットが該標的板または取付板上に位置している、請求項１１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１３】
前記酵素が前記ヒドロゲルにおいて非共有結合固定化によって固定化されている、請求項１１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１４】
経皮的被検体モニタリングシステムによる被検体の検出を向上させる方法であって：
（ａ）ユーザーの皮膚の領域を透過性を増すために処置する工程；
（ｂ）続いて水、エタノール、イソプロパノールおよびグリセロールからなる群から選択される少なくとも１つの試薬を含む基材で該皮膚の被処置領域を清拭する工程；ならびに
（ｃ）請求項１〜１３のいずれか１項に記載の経皮的被検体モニタリングシステムを適用する工程、
を含む方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）において、テープ剥離、摩擦、研磨、剥離、レーザー剥離、高周波（ＲＦ）剥離、化学物質の塗布、超音波導入、イオントフォレシス、エレクトロポレーション、および透過促進剤の塗布からなる群から選択される方法で前記皮膚の領域が処置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材がパッド、織布および不織布、フェルト、ならびにガーゼからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記基材が無機溶媒または有機溶媒を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記無機溶媒または前記有機溶媒が、水、エタノール、およびイソプロパノールからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基材がリン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、または界面活性剤を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の経皮的被検体検出システム；ならびに
リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、または溶媒を含む基材
を含むキット。
【請求項２１】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の経皮的被検体検出システムならびに
基材ならびに、
リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、および溶媒からなる群から選択される試薬と
を含むキット。
【請求項２２】
経皮的被検体センサーの感度、安定性または精度を高める方法であって、ヒドロゲルへの酸素供給の増加を提供する工程を含む方法。
【請求項２３】
前記酸素の源が空気である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
オキシダーゼ酵素が前記ヒドロゲルにおいて共有結合によって固定化されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
請求項２２〜２４のいずれかに記載の方法で使用される経皮的被検体センサー。
【請求項１】
ヒドロゲルと複数の電極を含むセンサー本体とを備え、該センサー本体が該ヒドロゲルと流体連通し該ヒドロゲルが酵素を含有する、センサーアセンブリ、ならびに、
該ヒドロゲルと流体連通し該センサーアセンブリの少なくとも遠位側端に位置する半透膜
を備える経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項２】
前記半透膜がテトラフルオロエチレン−パーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホン酸共重合体でコーティングされたポリ（エーテルスルホン）を含む、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項３】
前記ヒドロゲルおよび前記半透膜が相互貫入ポリマー網目構造を形成している、請求項２に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項４】
前記ヒドロゲルが、ジアクリル酸ポリエチレングリコール（ＰＥＧＤＡ）、アガロース、ジアクリル酸ポリエチレングリコール／ポリエチレンイミン（ＰＥＧＤＡ−ＰＥＩ）、ジアクリル酸ポリエチレングリコール−ｎ−ビニルピロリドン（ＰＥＧＤＡ−ＮＶＰ）、アクリレート−ポリエチレングリコール−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（Ａ−ＰＥＧ−Ｎ）、ならびにこれらの混合物およびこれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項５】
前記酵素がオキシダーゼ酵素である、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項６】
前記酵素が前記ヒドロゲルにおいて共有結合によって固定化されている、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項７】
前記酵素が前記ヒドロゲルにおいてＡ−ＰＥＧ−Ｎを用いた共有結合によって固定化されている、請求項６に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項８】
オキシダーゼ酵素を検出用化学物質として利用して血中グルコース、乳酸塩または他の被検体をモニターする、請求項５に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項９】
前記ヒドロゲルが負に荷電した湿潤剤を含む、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１０】
前記負に荷電した湿潤剤がピロリドンカルボン酸ナトリウム（ＮａＰＣＡ）である、請求項９に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１１】
前記センサーアセンブリが前記ヒドロゲルに酸素を供給するための少なくとも１つの通路またはポケットを備える、請求項１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１２】
前記センサーアセンブリが標的板または取付板を更に備え、前記ヒドロゲルに酸素を供給するための少なくとも１つの通路またはポケットが該標的板または取付板上に位置している、請求項１１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１３】
前記酵素が前記ヒドロゲルにおいて非共有結合固定化によって固定化されている、請求項１１に記載の経皮的被検体モニタリングシステム。
【請求項１４】
経皮的被検体モニタリングシステムによる被検体の検出を向上させる方法であって：
（ａ）ユーザーの皮膚の領域を透過性を増すために処置する工程；
（ｂ）続いて水、エタノール、イソプロパノールおよびグリセロールからなる群から選択される少なくとも１つの試薬を含む基材で該皮膚の被処置領域を清拭する工程；ならびに
（ｃ）請求項１〜１３のいずれか１項に記載の経皮的被検体モニタリングシステムを適用する工程、
を含む方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）において、テープ剥離、摩擦、研磨、剥離、レーザー剥離、高周波（ＲＦ）剥離、化学物質の塗布、超音波導入、イオントフォレシス、エレクトロポレーション、および透過促進剤の塗布からなる群から選択される方法で前記皮膚の領域が処置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材がパッド、織布および不織布、フェルト、ならびにガーゼからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記基材が無機溶媒または有機溶媒を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記無機溶媒または前記有機溶媒が、水、エタノール、およびイソプロパノールからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基材がリン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、または界面活性剤を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の経皮的被検体検出システム；ならびに
リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、または溶媒を含む基材
を含むキット。
【請求項２１】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の経皮的被検体検出システムならびに
基材ならびに、
リン酸緩衝化生理食塩水、乳酸、石けん、界面活性剤、および溶媒からなる群から選択される試薬と
を含むキット。
【請求項２２】
経皮的被検体センサーの感度、安定性または精度を高める方法であって、ヒドロゲルへの酸素供給の増加を提供する工程を含む方法。
【請求項２３】
前記酸素の源が空気である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
オキシダーゼ酵素が前記ヒドロゲルにおいて共有結合によって固定化されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
請求項２２〜２４のいずれかに記載の方法で使用される経皮的被検体センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１０−５１９９３８（Ｐ２０１０−５１９９３８Ａ）
【公表日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５２８８８（Ｐ２００９−５５２８８８）
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５６０３２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０９７３９
【国際公開日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５０９１６６６４１）エコー セラピューティクス， インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５６０３２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０９７３９
【国際公開日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（５０９１６６６４１）エコー セラピューティクス， インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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