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公開番号2025015649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024198915,2022540955
出願日2024-11-14,2020-12-30
発明の名称複数被検物質を検出するためのセンサアレイシステムおよび方法
出願人アボットダイアベティスケアインコーポレイテッド,ABBOTT DIABETES CARE INC.
代理人個人,個人,個人
主分類A61B 5/1473 20060101AFI20250123BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】ある生理状態において複数の被検物質が単独または同時に制御異常を起こすことがあり、複数の被検物質を検出可能な被検物質センサを使用して複数の被検物質を一括して分析することが有利なことがある。
【解決手段】複数の被検物質を検出可能な被検物質センサは、第1作用電極および第2作用電極、各作用電極の上に配置された被検物質感応性活性領域、および参照電極および対電極を含んでもよい。複数の作用電極を含むが参照電極および対電極を含まない被検物質センサは、対電極および参照電極を含む別のセンサと共に使用されてこれらの電極を共有することができる。
【選択図】図5D
特許請求の範囲【請求項１】
埋め込み型センサ尾部を備える被検物質センサであって、
前記埋め込み型センサ尾部は、
第１側および第２側を有する基板と、
前記基板上に設置された第１作用電極と、
前記基板上に設置された第２作用電極と、
前記第１作用電極の表面上に配置された第１被検物質感応性活性領域と、
前記第２作用電極の表面上に配置された第２被検物質感応性活性領域とを備え、
前記第１被検物質感応性活性領域は、前記第２被検物質感応性活性領域よりも前記基板の遠位端の近くに設置されており、前記第１被検物質感応性活性領域の近位端と前記第２被検物質感応性活性領域の遠位端との間の距離は、少なくとも約０．２ｍｍである、被検物質センサ。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記第１作用電極および前記第２作用電極は、絶縁層によって分離されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第１作用電極は前記基板の第１側上に設置されており、前記第２作用電極は前記基板の第２側上に設置されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第１作用電極および前記第２作用電極は、前記基板の第１側上に設置されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記第１被検物質感応性活性領域の近位端と前記第２被検物質感応性活性領域の遠位端との間の距離は、約０．４ｍｍから約１．１ｍｍの間である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
第１被検物質に対して透過性があり前記第１被検物質感応性活性領域を覆っている第１膜と、
第２被検物質に対して透過性があり前記第１被検物質感応性活性領域および前記第２被検物質感応性活性領域を覆っている第２膜とをさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記第１被検物質感応性活性領域および前記第２被検物質感応性活性領域の各々は、前記第１被検物質感応性活性領域および前記第２被検物質感応性活性領域の各々におけるポリマーに共有結合する電子移動剤を備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記第１被検物質感応性活性領域は、第１電子移動剤と、第１ポリマーと、第１被検物質の検出を容易にするよう協働して作用可能な複数の酵素を含む酵素システムとをさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記第２被検物質感応性活性領域は、第２電子移動剤と、第２ポリマーと、第２被検物質の検出を容易にするよう協働して作用可能な複数の酵素を含む酵素システムとをさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
参照電極および対電極をさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
個人内の様々な被検物質の検出は、彼らの健康状態および幸福度のモニタリングにとって時として重要であり得る。正常な被検物質レベルからの逸脱は、しばしば代謝状態や病気といった潜在的生理状態を、あるいは特定の環境状態への暴露を示し得る。所与の生理状態に対して単一の被検物質が単独で制御異常を起こすこともあるが、同じ生理状態によってまたは合併（関連）生理状態に起因して、時として複数の被検物質が同時に制御異常を起こす場合がある。複数の被検物質が同時に制御異常を起こす場合、制御異常の程度は被検物質毎に異なることがある。こうした理由で、個人の健康についての十分な評価を取得するために各被検物質をモニタリングすることが必要なことがある。
続きを表示（約 5,900 文字）【０００２】
採取された体液を使用する定期的なエクスビボ被検物質モニタリングは、多くの個人にとって所与の生理状態を観測するのに十分であり得る。しかし、特に体液採取または収集がかなり頻繁（例えば１日に数回）に必要とされる場合には、エクスビボ被検物質モニタリングは一部の人にとって不便または苦痛であり得る。埋め込み型インビボ被検物質センサを使用する連続的な被検物質モニタリングは、重度の被検物質制御異常を有する個人および／または被検物質レベルが急に変動する個人にとってより望ましい手法であり得るが、他の個人にとっても提供される利便性により同様に有益であり得る。連続的な被検物質モニタリングによって、異常な被検物質レベルが臓器の損傷または不全のようなより重要な健康上の結果につながる前に、個人または医師が異常な被検物質レベルを事前対応的に対処することが可能となることがある。皮下または間質または真皮の被検物質センサは、多くの場合でこの目的のために十分な測定の正確度を提供しつつ使用者の不快感も最小限に抑えることができる。
【０００３】
適切な検出化学が同定されれば、多くの被検物質が生理学的分析の興味深い標的になる。この目的で、インビボでグルコースを分析するように構成された電流測定センサが近年開発および改良されて、糖尿病の個人の健康モニタリングに役立っている。糖尿病の個人において一般的にグルコースと同時に制御異常を起こしやすい他の被検物質には、例えば乳酸、酸素、ｐＨ、Ａ１ｃ、ケトン等が含まれる。一般的にグルコースと組み合わせて制御異常を起こす被検物質を検出するように構成されたセンサは知られているが、現在十分に改良されていない。
【０００４】
インビボ被検物質センサは、典型的に、特定の分析を提供するために単一の被検物質を分析するように構成されており、所与の被検物質に対する高い特異性を提供するために酵素をしばしば採用する。このような被検物質特異性によって、グルコースを分析するように構成された現在のインビボ被検物質センサは、一般に、グルコースと組み合わせて頻繁に制御異常を起こす他の被検物質または制御異常を起こしたグルコースレベルに起因する他の被検物質を分析するには有効ではない。最適には、現在の被検物質モニタリング手法は、糖尿病の個人が２つの異なるインビボ被検物質センサを装着することを必要とし、一方はグルコースを分析するように構成され、他方は興味のある別の被検物質を分析するように構成される。複数のインビボ被検物質センサを採用している被検物質モニタリング手法は、使用者にとって大変不便であり得る。さらに、複数のインビボ被検物質センサが被検物質モニタリングに使用される場合、追加の機器費用負担が存在するとともに、個人のインビボ被検物質センサの少なくとも１つが故障する統計的な可能性が増加する。
【０００５】
インスリンレベルの不適切な管理に起因して、または適切に管理された糖尿病さえも長期間にわたって有する結果として、糖尿病の個人は、しばしば合併疾患に特に罹患しやすい。例として、糖尿病ニューロパシーは、高血糖レベルに起因して最終的な腎不全につながることがある。糖尿病ニューロパシーは、米国において腎不全の主要な原因であり、罹患初期１０～２０年以内にかなりの数の糖尿病の個人が経験する。腎機能を評価するための診断検査は、現在、血液および／または尿サンプル中の上昇したクレアチニンレベルの測定に基づいている。可能な限り早く潜在的な腎不全を検出することが望ましいが、現在の診断検査手法は、クレアチニンレベルが持続的に上昇するか、または経時的に上昇傾向があることを確かめるのに、通常、長期間（数か月から数年）にわたって実施される。現状のクレアチニンモニタリングの頻度の低さにより、異常な腎機能が十分に早く検出されない場合に起こる腎不全のリスクが上昇することがある。
【０００６】
エタノールは、糖尿病管理において重要な役割を果たすこともある。本明細書中に使用される場合、用語「エタノール」は、化合物Ｃ
２
Ｈ
６
Ｏを示し、アルコール飲料中の成分である。用語「アルコール」および「エタノール」は、別段の規定がない限り、本明細書中で意味の区別なく使用される。インスリンとグルカゴンとのバランスによって血糖を維持するグルコース恒常性は、適切な代謝のためにこのような恒常性に依存する中枢神経系および様々な細胞系の機能にとって重要である。グルコース恒常性における変動（すなわち血糖の超過である高血糖、および血糖の不足である低血糖）は、少なくともインスリンおよびグルコースの生成および制御および働きを特に妨げることによって、臓器および細胞の働きを妨げることがある。例えば、アルコールは肝臓におけるグルコースの生成、したがってそれからの放出を妨げ、中程度または重度の低血糖のリスクを増加させることがある。アルコールはまた、インスリンの効果を低減させ、それ故に中程度または重度の高血糖のリスクを増加させることがある。したがって、アルコールとグルコースの間の関係は、互いに直接相関しないことがあり、多くの点（例えば遺伝性素因）において個人的であって、少なくとも露出時間および濃度に依存する。さらに、アルコールは、高血糖および低血糖に関連する症状を認識または理解する個人の能力を損なうことがあり、それ故に個人に対する健康リスクを深刻にする。グルコースレベルが自然に制御異常を起こしたり、または介入なしでは恒常性を欠いたりする糖尿病の個人の血糖制御において、アルコール誘導性の変化を知ることは非常に有益であり得る。
【０００７】
ケトンは、糖尿病の個人において一般的に制御異常を起こす被検物質の別のクラスである。グルコース濃度およびケトン濃度はケトアシドーシス（ケトン制御異常）も示す糖尿病の個人において互いに直接相関しないことがあるため、両方の被検物質を同時にモニタリングすることは有利なことがあり、潜在的に健康転帰を改善することにつながる。糖尿病の個人に健康上の利益を提供することに加えて、被検物質センサは、ケトン食療法を実践する個人のようなケトンレベルをモニタリングしたい他の個人にとって有益であり得る。ケトン食療法は、体重減少を促進することに有益であるだけでなく、てんかん患者が状態を管理する助けとなり得る。ケトン食療法モニタリングの間に同時にグルコースモニタリングすることは、関連する利点をもたらし得る。
【０００８】
乳酸は、例えば食事、ストレス、運動、敗血症または敗血性ショック、感染症、低酸素症、癌組織の存在等を含む、多数の環境的因子または生理学的因子に応じてインビボレベルが変化することがある別の被検物質である。慢性乳酸変性症（例えば病気）の場合において、乳酸レベルはゆっくりと変化し得るため、乳酸レベルは従来の採血および検査室測定を使用して容易に定量され得る。他の乳酸変性症は、その性質が一時的なものであることがあり、この場合において、乳酸レベルは非常に急速かつ不規則に変動することがある。従来の検査室測定は、このような場合において乳酸レベルを判定するのに不適当なことがある。というのは、連続する測定と測定との間に乳酸レベルが何度も変化することがあり、このような場合、或る異常な乳酸レベルが完全に見逃されることがあり、ひいては、潜在的に不正確な診断につながることがある。乳酸レベルが急速に変動する場合において、例えば埋め込み型インビボ乳酸センサを使用することによって個人の乳酸レベルを連続的に測定することが望ましいとされている。連続的な乳酸モニタリングは、慢性的にゆっくりと乳酸レベルが変化する個人においても有益であり得る。例えば、連続的な乳酸モニタリングは、乳酸レベルを分析するために複数の採血を行うことに関連する苦痛および費用を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の図面は、本開示のある態様を説明するために含まれ、唯一の実施形態として見られるべきではない。開示された内容は、本開示の範囲から逸脱なく、形状および機能において多数の修正、代替品、組み合わせおよび同等品が可能である。
本開示の被検物質センサを含んでもよい例示的な検出システムの図を示す。
単一の作用電極を有する例示的な２電極被検物質センサ形態の断面図を示す。
単一の作用電極を有する例示的な２電極被検物質センサ形態の断面図を示す。
単一の作用電極を有する例示的な被検物質センサの両側の平面図を示す。
例示的なコネクタの斜視図を示す。
単一の作用電極を有する例示的な３電極被検物質センサ形態の断面図を示す。
２つの作用電極を有する例示的な被検物質センサ形態の両側の平面図を示す。
例示的なコネクタの斜視図を示す。
２つの作用電極、対電極、および参照電極を有する例示的な被検物質センサ形態の分解組立図を示す。
２つの作用電極、対電極、および参照電極を有する例示的な被検物質センサ形態の断面図を示す。
２つの作用電極、対電極、および参照電極を有する例示的な被検物質センサ形態の断面図を示す。
２つの作用電極、対電極、および参照電極を有する例示的な被検物質センサ形態の断面図を示す。
２つの膜を塗布する前後の電極の写真を示す。
２つの膜を塗布する前後の電極の写真を示す。
基板の同じ表面上かつ同じ表面に接触して設置された第１作用電極および第２作用電極を有する被検物質センサの上面図を示す。
基板の同じ表面上かつ同じ表面に接触して設置された第１作用電極および第２作用電極、対電極、および参照電極を有する被検物質センサの上面図を示す。
分離した作用電極上に設置された感応性活性領域を有する被検物質センサの断面図を示す。
分離した作用電極上に設置された、異なる感応性活性領域および膜を有する被検物質センサの断面図を示す。
基板の同じ側上の分離した作用電極上に設置された、異なる感応性活性領域および膜を有する被検物質センサの断面図を示す。
異なる膜によってコーティングされた電極の写真を示す。
異なる膜によってコーティングされた電極の写真を示す。
異なる膜によってコーティングされた電極の写真を示す。
３０ｍＭグルコースおよび１０ｍＭケトンに３７℃で２週間暴露した後の、各々が分離した作用電極上に配置されたグルコース感応性活性領域およびケトン感応性活性領域を含んでいる８つの被検物質センサの電流反応の例示的なプロットを示す。
変化するグルコース濃度およびケトン濃度に暴露された時のグルコース感応性領域およびケトン感応性領域を含む電極の反応を示す。
３０ｍＭグルコースおよび１０ｍＭケトンに３７℃で２週間暴露されたときの図７Ａおよび図７Ｂの電極の電流反応の例示的なプロットを示す。
複数のグルコース濃度に対する平均的な電流反応の例示的なプロットを示す。
複数のケトン濃度に対する平均的な電流反応の例示的なプロットを示す。
変化するグルコース濃度および乳酸濃度に暴露されたときのグルコース感応性領域および乳酸感応性領域を含む電極の反応を示す。
３０ｍＭグルコースおよび５ｍＭ乳酸濃度に３７℃で２週間暴露されたときのグルコース感応性領域および乳酸感応性領域を含む電極の反応を示す。
複数のグルコース濃度に対する平均的な電流反応の例示的なプロットを示す。
複数の乳酸濃度に対する平均的な電流反応の例示的なプロットを示す。
センサ制御装置の例示的な実施形態を示すブロック図である。
センサ制御装置の例示的な実施形態を示すブロック図である。
センサ制御装置の例示的な実施形態を示すブロック図である。
センサ制御装置の例示的な実施形態を示すブロック図である。
２つのセンサを収容するセンサハウジングの分解組立図を示す。
４つの作用電極を有する例示的な被検物質センサ形態の断面図を示す。
印刷回路線によって接続された２つのセンサハウジングを有するオンボディユニットの分解組立図を示す。
フレックス回路接続によって接続された２つのセンサハウジングを有するオンボディユニットの分解組立図を示す。
接続された３つのセンサハウジングを有するオンボディユニットの斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、一般に複数の被検物質を検出するために複数の酵素を採用する被検物質センサを記述し、より具体的には、例えばグルコース、β－ヒドロキシ酪酸、尿酸、ケトン、クレアチニン、エタノール、および乳酸などの複数の被検物質を検出するために複数の作用電極を採用する被検物質センサを記述する。複数のセンサはまた、複数の被検物質を分析するために採用されてもよい。一実施形態において、センサは少なくとも２つの作用電極および対電極／参照電極を含む。別の実施形態において、被検物質検出システムは複数のセンサを含んでもよい。システムは、少なくとも１つ、任意に少なくとも２つの作用電極、対電極、および参照電極を有する１次センサを含んでもよい。システムはまた、少なくとも１つ、任意に少なくとも２つ、任意に少なくとも３つ、任意に少なくとも４つの作用電極を含み、対電極および参照電極を含まないサブセンサを含んでもよい。サブセンサは、使用者の中の１次センサの近くに埋め込まれて取り付けられるため、サブセンサは、１次センサ内の対電極および参照電極を共有できる。サブセンサは、１次センサと同じハウジング内に収容されてもよい。任意に、サブセンサは１次センサのセンサハウジングに近くにある分離したセンサハウジング内に取り付けられてもよいため、１次センサおよびサブセンサは同じ対電極および参照電極を共有する。代替実施形態において、複数のサブセンサが、１次センサの対電極および参照電極を共有してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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