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▶ メドトロニック ミニメド インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5767234
(24)【登録日】2015年6月26日
(45)【発行日】2015年8月19日
(54)【発明の名称】光学式センサ
(51)【国際特許分類】
A61B 5/1459 20060101AFI20150730BHJP
【ＦＩ】
A61B5/14 321
【請求項の数】16
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2012-537872(P2012-537872)
(86)(22)【出願日】2010年8月6日
(65)【公表番号】特表2013-509944(P2013-509944A)
(43)【公表日】2013年3月21日
(86)【国際出願番号】US2010044761
(87)【国際公開番号】WO2011056274
(87)【国際公開日】20110512
【審査請求日】2013年8月5日
(31)【優先権主張番号】12/612,602
(32)【優先日】2009年11月4日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】595038051
【氏名又は名称】メドトロニック ミニメド インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マークル、 デイヴィッド アール．
(72)【発明者】
【氏名】ギャムジー、 ソーヤ
(72)【発明者】
【氏名】ペイサー、 トーマス、 エー．
【審査官】
九鬼 一慶
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２００９／０２６４７１９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０１−３１０６４１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｂ ５／１４５９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
血管内の検体濃度を検出するセンサであって、
近位端および遠位端を有する光ファイバと、
近位端および遠位端を有する非外傷性先端部であり、非外傷性先端部と前記光ファイバの間に間隙が存在するような態様で、非外傷性先端部の前記近位端が前記光ファイバの前記遠位端から分離されている、非外傷性先端部と、
前記間隙に配置された化学指示薬系であり、励起光信号に応答して発光光信号を生成することができ、前記発光光信号の強度が前記検体濃度に関係している、化学指示薬系と、
前記間隙を覆うように配置された選択的透過性膜と、
近位端および遠位端を有するロッド、および近位端および遠位端を有するハイポチューブから選択される１つまたは複数の構成要素と、
を備え、
前記センサが前記血管内に配置されるようにサイズが決められており、
前記ロッドが、前記ロッドの前記近位端が前記光ファイバの前記遠位端に取り付けられており、前記ロッドが前記間隙を横切り、前記ロッドが前記光ファイバを前記非外傷性先端部に結合するような態様で、前記ロッドの前記遠位端が前記非外傷性先端部の前記近位端に取り付けられている、ロッドであり、
前記ハイポチューブが、前記ハイポチューブの前記近位端が前記光ファイバの前記遠位端に取り付けられており、前記ハイポチューブが前記間隙を横切り、前記光ファイバを前記非外傷性先端部に結合するような態様で、前記ハイポチューブの前記遠位端が前記非外傷性先端部の前記近位端に取り付けられており、前記間隙の上に開いた少なくとも１つの窓を備える、ハイポチューブである、
センサ。
近位端および遠位端を有する光ファイバと、
近位端および遠位端を有する非外傷性先端部であり、非外傷性先端部と前記光ファイバの間に間隙が存在するような態様で、非外傷性先端部の前記近位端が前記光ファイバの前記遠位端から分離されている、非外傷性先端部と、
前記間隙に配置された化学指示薬系であり、励起光信号に応答して発光光信号を生成することができ、前記発光光信号の強度が前記検体濃度に関係している、化学指示薬系と、
前記間隙を覆うように配置された選択的透過性膜と、
近位端および遠位端を有するロッド、および近位端および遠位端を有するハイポチューブから選択される１つまたは複数の構成要素と、
を備え、
前記センサが前記血管内に配置されるようにサイズが決められており、
前記ロッドが、前記ロッドの前記近位端が前記光ファイバの前記遠位端に取り付けられており、前記ロッドが前記間隙を横切り、前記ロッドが前記光ファイバを前記非外傷性先端部に結合するような態様で、前記ロッドの前記遠位端が前記非外傷性先端部の前記近位端に取り付けられている、ロッドであり、
前記ハイポチューブが、前記ハイポチューブの前記近位端が前記光ファイバの前記遠位端に取り付けられており、前記ハイポチューブが前記間隙を横切り、前記光ファイバを前記非外傷性先端部に結合するような態様で、前記ハイポチューブの前記遠位端が前記非外傷性先端部の前記近位端に取り付けられており、前記間隙の上に開いた少なくとも１つの窓を備える、ハイポチューブである、
センサ。
【請求項2】
前記近位端および遠位端を有するロッドを備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項3】
温度センサをさらに備える、請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項4】
反射領域をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項5】
前記ロッドが、前記ロッドの前記近位端の反射面を含む反射領域をさらに備える、請求項２に記載のセンサ。
【請求項6】
前記ロッドが、加熱または反射性の接着剤のいずれか１つによって前記光ファイバに取り付けられている、請求項２または５に記載のセンサ。
【請求項7】
前記非外傷性先端部の前記遠位端の形状が、前記血管内の外傷を低減させるように形成されており、半球形、放物線形および楕円形からなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項8】
前記非外傷性先端部の前記遠位端が可撓性または変形可能のいずれかである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項9】
前記非外傷性先端部の前記遠位端が、プラスチック、ポリマー、ゲル、金属および複合材料からなる群から選択される少なくとも１種の材料から形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項10】
前記ロッドが、金属、金属合金、プラスチック、ポリマー、セラミックおよび複合材料からなる群から選択される少なくとも１種の材料から形成されている、請求項２、５および６のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項11】
前記ロッドが、ステンレス鋼、チタンまたはニチノールから形成されている、請求項２、５、６および１０のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項12】
前記ロッドが可撓性である、請求項２、５、６、１０および１１のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項13】
前記ロッドが、前記センサが前記間隙に沿って撓曲することを防ぐのに充分な堅さを有する、請求項２、５、６、１０および１１のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項14】
前記近位端および遠位端を有するハイポチューブを備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項15】
前記励起光信号が前記化学指示薬系に入る前に前記励起光信号の一部を反射するように構成された、または、その強度が前記検体濃度に関係していない第２の発光光信号を返すように構成された基準材料をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項16】
前記化学指示薬系が、さらにヒドロゲルによって固定化されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、検体、好ましくはグルコースを検出する光学式センサを対象とする。好ましい実施形態では、このセンサは光ファイバを備え、この光ファイバは、このファイバの遠位領域に沿って、より好ましくはこのファイバの遠位端と非外傷性先端（ａｔｒａｕｍａｔｉｃ ｔｉｐ）との間に、蛍光化学物質が配置されている。
【背景技術】
【0002】
高血糖およびインスリン抵抗性は、重篤な患者において一般的であり、これは、そのような患者がまだ糖尿病になっていない場合であっても同様である。重篤患者ではこれらの状況においてグルコース濃度が上昇し、それによって患者の器官を損傷する危険性が高まる。さらに、インスリン治療による血中グルコース濃度の正常化は、このような患者の予後を改善し、それによって死亡率を低下させることが研究によって示されてきた。
【0003】
より最近の科学的証拠によって、治療により血中グルコースを正常範囲に厳格に調節することによって、集中治療室（ＩＣＵ）の入院患者の臨床的結果が劇的に改善し得ることが確認されている。これらの研究は、ＩＣＵ患者の厳格な血糖管理（ＴＧＣ）によって死亡率を４０％も低下させることができ、合併症の発症率を有意に引き下げ得ることを示している。これらの状況では、ＩＣＵ環境の難しい要件を満たすように特に設計されたリアルタイム装置で、血糖を正確に、都合よく、かつ間断なしにモニタする必要がある。ジョンズホプキンス大学（Ｊｏｈｎｓ Ｈｏｐｋｉｎｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）の研究者は、ＴＧＣによって１５万人もの人命を救うことができ、米国の保健医療費を毎年１８０億ドルも減らすことができると推測している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＴＧＣを実行するためには、患者の血中グルコース濃度を間断なく正確にモニタする必要がある。したがって、ＩＣＵ患者の要求を満たすように適合されたリアルタイムグルコースモニタシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施形態によれば、血管内の検体濃度を検出するセンサが開示される。このセンサは：近位端および遠位端を有する光ファイバと；近位端および遠位端を有する非外傷性先端部であって、非外傷性先端部の近位端が非外傷性先端部と光ファイバの間に間隙が存在するように、光ファイバの遠位端から離れている、非外傷性先端部と；近位端および遠位端を有するロッド（ｒｏｄ）であって、ロッドの近位端が光ファイバの遠位端に取り付けられており、ロッドが間隙を横切って、ロッドが光ファイバを非外傷性先端部に結合するように、ロッドの遠位端が非外傷性先端部の近位端に取り付けられている、ロッドと；励起光信号に応答して発光光信号（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｇｈｔ ｓｉｇｎａｌ）を生成することができる化学指示薬系（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ）であって、発光光信号の強度は検体濃度と関係し、化学指示薬系が間隙内に配置されている、化学指示薬系と；間隙を覆うように配置された選択的透過性膜（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）とを含み、ただし、センサは血管内に配置されるようにサイズが決められている。
【0006】
この検体センサの１つの変形形態では、化学指示薬系が、ヒドロゲルによって間隙内に固定化されている。別の変形形態では、このセンサはさらに温度センサを含む。光ファイバの直径は約０．００５インチ〜約０．０２０インチの間にあることが好ましい。他の変形形態では、センサはさらに反射領域を含む。好ましくは、この反射領域は、ロッドの近位端の反射面を含む。一実施形態では、ロッドは、光ファイバと非外傷性先端部とに加熱によって取り付けられてもよい。他の実施形態では、ロッドが、反射性または光学的に透明な接着剤によって、光ファイバに取り付けられてもよい。
【0007】
このセンサの変形形態では、非外傷性先端部の遠位端の形状が、血管内の外傷を低減するように構成されてもよい。さまざまな実施形態では、非外傷性先端部の遠位端の形状が、半球形、放物線形および楕円形からなる群から選択されてもよい。別の変形形態では、非外傷性先端部の遠位端は可撓性である。別の変形形態では、非外傷性先端部の遠位端は変形可能である。非外傷性先端部の遠位端は、プラスチック類、ポリマー類、ゲル類、金属類および複合材料からなる群から選択される少なくとも１種の材料から形成することができる。
【0008】
ロッドは、金属、金属合金、プラスチック、ポリマー、セラミックおよび複合材料からなる群から選択された少なくとも１種の材料から形成することができる。好ましい一変形形態では、ロッドは、ステンレス鋼、チタンまたはニチノールから形成されている。一実施形態では、ロッドは円筒形である。ロッドの直径は、約０．００２インチ〜約０．０１０インチの間にあることが好ましい。いくつかの実施形態では、ロッドは可撓性であってもよい。いくつかの実施形態では、ロッドが光ファイバよりも堅い。このような実施形態では、ロッドは、センサが間隙に沿って撓曲することを防ぐのに充分な堅さを有することが好ましい。
【0009】
本発明の他の実施形態によれば、血管内の検体濃度を検出するセンサが開示される。このセンサは：近位端および遠位端を有する光ファイバと；近位端および遠位端を有する非外傷性先端部であって、非外傷性先端部と光ファイバの間に間隙が存在するように、非外傷性先端部の近位端が光ファイバの遠位端から離れている、非外傷性先端部と；近位端および遠位端を有するハイポチューブ（ｈｙｐｏｔｕｂｅ）であって、ハイポチューブの近位端が光ファイバの遠位端に取り付けられており、ハイポチューブが間隙を横切って、ハイポチューブが光ファイバを非外傷性先端部に結合するように、ハイポチューブの遠位端が非外傷性先端部の近位端に取り付けられており、ハイポチューブは間隙の上に開いた少なくとも１つの窓を含む、ハイポチューブと；励起光信号に応答して発光光信号を生成することができる化学指示薬系であって、発光光信号の強度が検体濃度に関係しており、化学指示薬系が間隙に配置されている、化学指示薬系と；少なくとも１つの窓を覆うように配置された選択的透過性膜とを含み、ただし、センサは血管内に配置されるようにサイズが決められている。好ましい実施形態では、化学指示薬系は、ハイポチューブ内に形成された空洞の中でヒドロゲルによって固定化されている。ハイポチューブを有するセンサの更に好ましい実施形態では、センサ内に、反射部材が配置されている。ハイポチューブを有するセンサの更に好ましい実施形態では、センサ内に、蛍光部材が配置されている。
【0010】
本発明の他の実施形態によれば、血管内の検体濃度を検出するセンサが開示される。このセンサは：近位端および遠位端を有する光ファイバと；近位端および遠位端を有する非外傷性先端部であって、非外傷性先端部と光ファイバの間に間隙が存在するように、非外傷性先端部の近位端が光ファイバの遠位端から離れている、非外傷性先端部と；光ファイバと非外傷性先端部とを接続するケージ（ｃａｇｅ）であって、ケージの中に、光ファイバが少なくとも部分的に囲われており、ケージは少なくとも１つの窓を有する、ケージと；ケージ内に配置された化学指示薬系であって、窓に隣接して位置し、選択的透過性膜によって検体から離れており、励起光信号に応答して発光光信号を生成することができ、発光光信号の強度が検体濃度に関係する、化学指示薬系と；励起光信号が化学指示薬系に入る前に励起光信号の一部を反射するように構成されるか、または第２の発光光信号を返すように構成された基準材料（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）であって、第２の発光光信号の強度は検体濃度に関係していない、基準材料とを含む。
【0011】
別の実施形態では、グルコース濃度を測定する方法が提供される。この方法は、光ファイバを通して、第１の光を第１の方向へグルコースセンサまで伝送することを含み、このグルコースセンサは、フルオロフォア系（ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅ ｓｙｓｔｅｍ）を有するヒドロゲル空洞を備える。グルコースセンサの反射面で、第１の光の少なくとも一部は、第１の方向とは反対の第２の方向へ、第２の光として反射される。この第２の方向へ第３の光が発射される。この第３の光は、化学指示薬系が蛍光を発することによって生じたものである。本方法はさらに、グルコース濃度を計算するステップを含み、グルコース濃度は、発射された第３の光と反射された第２の光との比によって決定される。この比は、第１の光の強度とは無関係である。
【0012】
別の実施形態では、グルコース濃度を測定する方法が提供される。この方法は、光ファイバを通して、第１の光を第１の方向へグルコースセンサまで伝送することを含み、このグルコースセンサは、グルコースに感応するフルオロフォア系と、グルコースに感応しない第２のフルオロフォアとを有するヒドロゲル空洞を含む。グルコースに感応するフルオロフォア系からは、第１の方向とは反対の第２の方向へ、第２の光が発射される。グルコースに感応しない第２のフルオロフォアからも、第２の方向へ第３の光が発射される。本方法はさらに、グルコース濃度を計算するステップを含み、グルコース濃度は、発射された第２の光と発射された第３の光との比によって決定される。この比は、第１の光の強度とは無関係である。
【0013】
別の実施形態では、グルコースを測定するシステムが提供される。このシステムは、少なくとも１つの光源と、光源に結合した少なくとも１本の光ファイバであり、上述の光ファイバと結合した任意の１つのグルコースセンサと、グルコースセンサに結合されたデータ処理装置とを含む。
【0014】
別の実施形態では、グルコースセンサを製造する方法が提供される。この方法は、ロッドの第１の端部を光ファイバに挿入するステップ、ロッドの第２の端部を非外傷性先端に挿入するステップ、ヒドロゲル空洞でロッドを取り囲むステップ、および選択的透過性膜でヒドロゲル空洞を囲うステップを含む。
【0015】
別の実施形態では、グルコースセンサを製造する方法が提供される。この方法は、ハイポチューブに窓を切るステップ、ハイポチューブの第１の端部に光ファイバを接触させるステップ、および光ファイバが膨張してロッドの第１の端部に充分に接触するように、光ファイバを加熱するステップを含む。
【0016】
別の実施形態では、血管内の検体濃度を検出するセンサが提供される。このセンサは、近位端および遠位端を有する光ファイバを含む。光ファイバの遠位端は、グルコース感知性ヒドロゲル（ｇｌｕｃｏｓｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｈｙｄｒｏｇｅｌ）を含む。このグルコース感知性ヒドロゲルは、第１のフルオロフォア、消光剤（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）および少なくとも１つのグルコースレセプタ（ｇｌｕｃｏｓｅ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）を含む。光ファイバに隣接して基準ファイバがあり、この基準ファイバは近位端および遠位端を有する。基準ファイバの遠位端は基準材料を含む。この基準材料は第２のフルオロフォアを含む。グルコースファイバおよび基準ファイバには、発光ダイオードが機能可能に結合されている。この発光ダイオードは、グルコースファイバおよび基準ファイバに励起光を送る。グルコースファイバには、グルコース信号検出器が機能可能に結合されている。このグルコース信号検出器は、グルコースファイバから第１の蛍光を受け取る。基準ファイバには、基準信号検出器が機能可能に結合されている。この基準信号検出器は、基準ファイバから第２の蛍光を受け取る。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1A】螺旋形配置を形成する一連の穴を有するグルコースセンサを示す図である。
【図1B】ある角度であけられた、またはある角度に形成された一連の穴を有するグルコースセンサを示す図である。
【図1C】少なくとも１本の渦巻形の溝を有するグルコースセンサを示す図である。
【図1D】切り取られた一連の三角形状の楔を有するグルコースセンサを示す図である。
【図2A】センサの遠位部分の空洞と温度プローブとを有するグルコースセンサの一実施形態の断面図である。
【図3A】センサの遠位部分に空洞を有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図4】センサの遠位部分の空洞に開いた窓を有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図5】ケージ内に囲われたセンサの遠位部分の空洞と追加の基準材料とを有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図6】センサの遠位部分の空洞と追加の基準材料とを有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図7】ケージ内に囲われたセンサの遠位部分の空洞と非外傷性先端まで延在する基準材料とを有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図8】ケージ内に囲われたセンサの遠位部分の空洞とケージの直径を横切って延在する棒状物としての基準材料とを有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図9】基準材料内に囲われ、さらにケージ内に囲われたセンサの遠位部分に空洞を有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図10】ケージ内に囲われたセンサの遠位部分の空洞と光ファイバ内に埋め込まれた棒状物としての基準材料とを有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図11】ケージ内に囲われたセンサの遠位部分に空洞と基準材料とを横並びに有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図12】ケージ内に囲われたセンサの遠位部分の空洞と光ファイバと空洞の間の半透明の基準材料とを有するグルコースセンサの別の実施形態の断面図である。
【図13】基準光ファイバに隣接したグルコース感知光ファイバを有するグルコースセンサの別の実施形態の略図である。
【図14】１つの励起光源と、単一励起源−２重発光フルオロフォア系と、マイクロスペクトロメータおよび／またはスペクトロメータとを含むグルコース測定システムを示す図である。
【図15】溶液中におけるＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡ／３，３’−ｏＢＢＶのＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ消光を示す図である。
【図16】溶液中におけるＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡ／３，３’−ｏＢＢＶのグルコース応答を示す図である。
【図17】ヒドロゲル中におけるＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡ／３，３’−ｏＢＢＶのグルコース応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本明細書では、血中グルコース濃度を決定する光学システムおよび方法のさまざまな実施形態を開示する。これらのさまざまな実施形態は少なくとも２つの特徴を共有することが好ましい。第１に、それらの実施形態は、励起光信号で化学指示薬系を励起すること、および指示薬系の発光光信号を測定することを含み、この指示薬系は血液と接触し、蛍光染料（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｙｅ）を含み、この蛍光染料は、励起時に指示薬系によって生成される発光光信号が血中グルコース濃度に関係するような態様でグルコース結合部分構造（ｇｌｕｃｏｓｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｍｏｉｅｔｙ）に機能可能に結合されている。第２に、それらの実施形態は、指示薬系によって得た血中グルコース濃度測定値を、血中グルコース濃度には無関係の光学システムに起因する潜在的なアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）に関して補正することを含む。この補正は、レシオメトリック分析（ｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）によって実施する。より具体的には、発光光信号と光学システムを通して伝搬された第２の光信号との比、例えば発光光信号と励起光信号との比、または発光光信号と別の基準光信号との比を使用して、グルコースには関係していない光学システムの寄与を補正する。レシオメトリック補正に励起光信号を使用する場合には、光学システムを通過した励起光の少なくとも一部が検出器へ反射されるようにセンサに沿ったある位置に配置された反射面、例えばミラーを、センサが含むことが好ましい。別の基準光信号を使用する場合には、（１）別の光源によって基準光信号を生成し、この基準光信号を検出器へ反射させるか、または（２）センサに沿ったある位置に配置された別の染料から、別の発光光信号として基準光信号を生成することができる。したがって、本発明の好ましい実施形態に基づくグルコースセンサは、反射面を備えるか、または基準光信号を発するように適合された第２の染料を含む。
【0019】
（１）血液に曝され、（２）励起光の経路上にあり、（３）化学指示薬系を血液に対して露出させ、化学指示薬系に励起光信号を導き入れ、指示薬系からの発光光信号を検出し、光学システムのアーティファクトに関してグルコース測定値をレシオメトリック補正することを可能にする、ある位置に化学指示薬系を保持するためのさまざまな構造的構成が提案されている。特に第２００８／０１８８７２５号明細書を参照されたい。より具体的には、本発明の諸態様は、励起光信号の一部を検出器へ返すように適合したさまざまなミラー／反射面構成によって、または別の染料から別の発光光信号を生成することによって、（第２００８／０１８８７２５号明細書で記載されるように）基準光信号を生成する改良および代替的な実施形態に関する。本発明の諸態様は、問合せ光経路（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ）上に化学指示薬系を配置する新規の構成および改善された構成であって、センサがより堅牢であり、改善された患者の耐容性を示す構成に関する。
【0020】
米国特許出願公開第２００８／０１８８７２２号明細書、同第２００８／０１８８７２５号明細書、同第２００８／０１８７６５５号明細書、同第２００８／０３０５００９号明細書、同第２００９／００１８４２６号明細書、同第２００９／００１８４１８号明細書、ならびに同時係属中の米国特許出願第１１／２９６，８９８号明細書、同第１２／１８７，２４８号明細書、同第１２／１７２，０５９号明細書、同第１２／２７４，６１７号明細書および同第１２／４２４，９０２号明細書（これらの文献はそれぞれ、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる）に記載されている光学式グルコースセンサなどの光学式グルコースセンサは一般に、光ファイバの遠位端に配置された化学指示薬系を使用し、この指示薬系は、ファイバに沿って遠位方向へ送られた励起光信号によって、この化学指示薬系が、グルコースの濃度に関係した光信号を発射するように、血液と接触した状態で維持される。
【0021】
ある実施形態では、１種または数種のグルコース感知化学指示薬系を使用して血中グルコース濃度を測定するための光学的グルコース測定システムが開示される。このような指示薬系は、グルコース結合部分構造に機能可能に結合されたフルオロフォアを含むことが好ましい。このグルコース結合部分構造は、フルオロフォアに対する消光剤として作用する（例えばグルコース結合部分構造がフルオロフォアに結合したときに励起光に応答して発せられるフルオロフォアの蛍光発光信号を抑制する）ことが好ましい。好ましい実施形態では、（例えばグルコース濃度が上昇したときに）グルコース結合部分構造がグルコースと結合すると、グルコース結合部分構造がフルオロフォアから解離し、フルオロフォアは、励起したときに蛍光発光信号を生成する。したがって、このような実施形態では、グルコース濃度が高いほど、結合部分構造はより多くのグルコースと結合し、消光はより低減し、励起したときのフルオロフォアの蛍光強度がより増大する。
【0022】
ある実施形態では、この光学的グルコース測定システムは、このような化学指示薬系を使用することによって、グルコース濃度を血管内で、リアルタイムに測定する。ある実施形態では、グルコース感知化学指示薬系がヒドロゲル中に固定化されている。ヒドロゲルの少なくとも一部分が血液と接触している間に、光がヒドロゲルを通って伝送されることができるように、このヒドロゲルを光ファイバに挿入することができる。このヒドロゲルは、血液および検体、特にグルコースに対して透過性を有することが好ましい。ある実施形態では、ヒドロゲルを有する光ファイバは、哺乳類（人間または動物）の血管内に配置されるグルコースセンサを構成する。
【0023】
グルコースの血管内でのモニタのためのグルコース感知化学指示薬系およびグルコースセンサ構成の例は、米国特許第５，１３７，０３３号明細書、同第５，５１２，２４６号明細書、同第５，５０３，７７０号明細書、同第６，６２７，１７７号明細書、同第７，４１７，１６４号明細書および同第７，４７０，４２０号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１８８７２２号明細書、同第２００８／０１８８７２５号明細書、同第２００８／０１８７６５５号明細書、同第２００８／０３０５００９号明細書、同第２００９／００１８４２６号明細書、同第２００９／００１８４１８号明細書、ならびに同時係属の米国特許出願第１１／２９６，８９８号明細書、同第１２／１８７，２４８号明細書、同第１２／１７２，０５９号明細書、同第１２／２７４，６１７号明細書および同第１２／４２４，９０２号明細書に開示されている光学式センサを含み、これらの文献はそれぞれ、参照によってその全体が本明細書で組み込まれる。
【0024】
光源から光学式グルコースセンサ内へ光を伝送することができる。ある実施形態では、この光源は、光励起信号を発する発光ダイオードである。この光励起信号は、フルオロフォアがある発光波長の光を発するように、フルオロフォア系（１つまたは複数）を励起する。ある実施形態では、フルオロフォア系が、血管内の血中グルコース濃度に関係した強度を有する第１の波長の発光信号を発するように構成されている。ある実施形態では、少なくとも１つの検出器によって光が検出されるように、グルコースセンサの外へ光が導かれる。この少なくとも１つの検出器は、血液中に存在するグルコース濃度に関係したこの発光信号の強度を測定することが好ましい。１つ以上の励起光信号を用いてグルコース感知化学指示薬系に問い合わせるための、化学指示薬系からの１つ以上の発光信号を検出するためのさまざまな光学的構成を使用することができる。例えば、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１２／０２７，１５８号明細書（米国特許出願公開第２００８／０１８８７２５号として公開されている）を参照。
【0025】
＜グルコース活性および厳格な血糖管理＞糖尿病患者および重篤な患者のグルコース濃度を調節するため、臨床医は、数十年にわたってインスリンを使用してきたが、的確な用量を決定することは依然として問題である。インスリンは、多くのホルモンおよび多種類の細胞が関与する一連の複雑な相互作用を介して、循環するグルコース濃度を低下させる。インスリンの用量決定プロトコルは、膵臓によるインスリンの生理的分泌を再現することを試みている。しかしながら、固定時間および血中グルコース測定値に基づくアルゴリズムに従った投与は、生物学的に利用可能な（ｂｉｏａｖａｉｌａｂｌｅ）グルコース量および人体の要求に応じてインスリン産生を絶え間なく調整する健康な個人の能力に大雑把に近似することしかできない。したがって、患者の血中グルコースを適当な濃度に維持するために投与すべきインスリンの的確な量を決定するためには、血液中を循環している生物学的に利用可能なグルコースの量を、ほぼリアルタイムで正確に測定する必要がある。
【0026】
残念なことに、血中グルコース濃度を決定するための既存の大部分の方法は、生物学的に利用可能なグルコースの量をほぼリアルタイムで正確に測定することができない。臨床医および糖尿病患者は一般に、例えば全血液からの１滴中の細胞から血漿を濾別する検査ストリップを読むグルコメータ（ｇｌｕｃｏｍｅｔｅｒ）を使用して血漿中のグルコース濃度を測定しているように思われるポイントオブケア検査（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ）に依存している。短時間で結果を得ることができるが、その結果は、患者のヘマトクリット、血漿タンパク質および脂質プロフィールなどによって変動し、しばしば誤った高い値である可能性がある（例えばＣｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ他、２００５年、「Ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖａｓｃｕｌａｒ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｓ ｂｙ ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎ ｃｒｉｔｉｃａｌｌｙ ｉｌｌ ｐａｔｉｅｎｔｓ」、Ｃｈｅｓｔ、第１２８巻、第４号、２００５年１０月、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ：２２０Ｓ〜２２１Ｓを参照）。最初に全血液の細胞成分を分離することによって、より正確な測定値を得ることができる。しかしながら、これには、例えば遠心分離法によって血液の細胞成分から血漿を分離することが必要になる。続いて、分離した血漿を保管し、および／または輸送し、および／または分析前に希釈しなければならない。保管条件および処理条件、例えば温度、希釈などは、結合したグルコースと遊離した（生物学的に利用可能な）グルコースとの間のｉｎ ｖｉｖｏでの平衡をほぼ確実に乱す。したがって、血漿グルコース濃度を測定するために続いて使用する技術（例えばグルコースオキシダーゼ、質量分析法など）に関わらず、測定されるグルコース濃度は、もはやｉｎ ｖｉｖｏにおける生物学的に利用可能なグルコースの量を反映しない傾向がある。したがって、患者のグルコース濃度をほぼリアルタイムでモニタし、調整するのに、血漿グルコース測定値の使用は適さない。
【0027】
したがって、ある実施形態では、本明細書に記載された好ましいグルコースセンサが、グルコース濃度とは対照的にグルコース「活性」を測定する。より厳密には、グルコース活性は、水１キログラムあたりの遊離グルコースの量を指す。いくつかの実施形態では、血液の水画分（ｗａｔｅｒ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）（すなわち細胞、タンパク質または脂質などに結合していない画分）とグルコース結合部分構造／消光剤との間で平衡状態にある、遊離し、生物学的に利用可能であるグルコースの量を定量するために化学指示薬系を使用する、上で論じた平衡、非消費型（ｎｏｎ−ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ）光学的グルコース測定システムなどのグルコースセンサを使用して、グルコース活性を直接に測定することができる。以下のセンサについての議論では、測定する物理量をしばしば、「検体濃度」、「グルコース濃度」または単に「濃度」と呼ぶ。しかしながら、本明細書で使用する「濃度」は、通常使用される通りの「検体濃度」と、上で説明した通りの「活性」（場合によっては「グルコース活性」）との両方を指すことを理解されたい。
【0028】
＜光学式グルコースセンサ構成＞図１Ａ〜Ｄを参照して、先行技術のある実施形態（米国特許出願公開第２００８／０１８８７２５号明細書を参照）が示されている。図１Ａのグルコースセンサ１１７は、ファイバの側面を貫いて一連の穴１１６が直線状にあけられた光ファイバである。ある実施形態では、穴１１６に、１種以上のグルコース感知化学指示薬系が充填されている。選択的透過性膜でこれらの穴を覆うことができ、膜の透過性は、化学指示薬系の分子（例えばフルオロフォアおよび消光剤）が空洞内に保持されるが、グルコースは自由に透過することができるように選択される。ある実施形態では、グルコースセンサ１１７を貫通してあけられた一連の穴１１６は、水平方向に等間隔に配置され、グルコースセンサ１１７の側面に沿って均一に回転されて、渦巻形または螺旋形配置を形成している。ある実施形態では、この一連の穴は、グルコースセンサの直径に沿ってあけられている。
【0029】
図１Ｂを参照して、ある実施形態では、グルコースセンサ１１７は、ファイバの側面を貫いて一連の穴１１６がある角度であけられた中実の光ファイバである。ある実施形態では、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填されたある角度であけられた一連の穴は、水平方向に等間隔に配置され、グルコースセンサ１１７の側面の周りで均一に回転されている。図１Ｃを参照して、ある実施形態では、光ファイバは光ファイバの長さに沿った溝１１６を含み、この溝には、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填されている。ある実施形態では、溝の深さが光ファイバの中心まで延在している。ある実施形態では、この溝は光ファイバの周りを渦巻状に取り巻いている。ある実施形態では、この溝は光ファイバの周りを渦巻状に取り巻いて、少なくとも完全に１周している。ある実施形態では、この溝は光ファイバを渦巻状に取り巻いて、光ファイバを完全に数周している。
【0030】
図１Ｄを参照して、ある実施形態では、グルコースセンサ１１７は、三角形の楔１１６がファイバから切り取られた中実の光ファイバである。ある実施形態では、三角形の楔の領域にヒドロゲル／化学指示薬系が充填されている。ある実施形態では、切り取られた三角形の楔が水平方向に等間隔に、グルコースセンサ１１７の側面の周りを巻いて配置されている。ある実施形態では、グルコースセンサ１１７内を通る光は全て、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された少なくとも１つの穴または溝１１６を通過する。
【0031】
ある実施形態では、図２〜６に示すように、グルコースセンサ１１７は、遠位端１３２を有する光ファイバ１３０と、近位端１３６および遠位端１３８を有する非外傷性先端部１３４と、光ファイバ１３０の遠位端１３２と非外傷性先端部１３４の近位端１３６との間の空隙または空洞１１６と、光ファイバ１３０の遠位端１３２を非外傷性先端部１３４の近位端１３６に接続するロッド１４０（該ロッドは、該空隙または空洞を横切る）とを備える。好ましい実施形態では、空隙または空洞１１６内に化学指示薬系の分子が配置されており、この化学指示薬系の分子は、（共有結合または非共有結合性の相互作用によって）ヒドロゲルマトリックス内に固定化されているか、または他の方法でヒドロゲルマトリックス内において会合している。例えば米国特許第７，４１７，１６４号明細書および同第７，４７０，４２０号明細書に開示されている化学指示薬系を参照。空洞１１６は、当技術分野で知られている任意の方法によってヒドロゲル／化学指示薬系で充填することができる。好ましい実施形態では、液体状態のヒドロゲル／化学指示薬系を空洞１１６に充填する。このヒドロゲル／化学指示薬系は、同時係属の米国特許出願第１２／０２６，３９６号明細書（米国特許出願公開第２００８／０１８７６５５号として公開されている）に詳述されているように、その場で重合することが好ましい。
【0032】
ある実施形態では、光ファイバ１３０および非外傷性先端１３４を加熱し、膨張させ、それらの間にロッド１４０を埋め込むことによって、光ファイバ１３０および／または非外傷性先端１３４にロッド１４０を取り付ける。ある実施形態では、光ファイバ１３０を、約１００℃〜約１６０℃の間、より好ましくは約１１０℃〜約１４０℃の間の温度に加熱する。他の実施形態では、光ファイバ１３０を最初に加熱し、次いで冷却することを１回または数回繰り返す。ある実施形態では、接着剤を塗布することによって、光ファイバ１３０および／または非外傷性先端１３４にロッド１４０を取り付ける。好ましい実施形態では、この接着剤は、例えばシアノアクリレート、エポキシ、光硬化性接着剤、シリコーン、ウレタンなどの生物適合性接着剤である。ある実施形態では、接着剤を塗布し、ロッド１４０を光ファイバ１３０および非外傷性先端１３４に接合した後に、室温で、もしくは加熱することによって、またはＵＶ／可視光を照射することによって、接着剤を硬化させる。ある実施形態では、ロッド１４０を光ファイバ１３０および／または非外傷性先端１３４に固定する時間は、約５秒〜約６０秒、約１５分〜約５時間、約６０秒〜約１０分、または最長約２４時間とすることができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、ロッド１４４の近位面は反射面であり、それによって励起光信号（または基準光信号）の一部が光ファイバ１３０に沿って検出器（図示せず）まで近位方向へ反射される。本明細書では、用語：ロッドは、非外傷性先端部を光ファイバに接続するように構成された細長い構造部材を指すために使用され、部材の幾何形状は問わない。ロッドは、ファイバおよび非外傷性先端部の横断面に関して、（図示のように）同軸に、中心に配置してもよく、または中心からずらして配置してもよい。いくつかの実施形態では、ファイバと非外傷性先端部との間に延在する２本以上のロッドが存在してもよい。２本以上のロッドを使用する場合、ファイバおよび非外傷性先端部の横断面に関してロッドを対称に配置してもよく、または非対称に配置してもよい。
【0034】
ある実施形態では、図５および６で例示されるように、ロッド１４４の近位面に基準材料１９０が取り付けられている。基準材料１９０は反射材料（例えばミラー）とすることができ、基準材料１９０は、ロッド１４４の近位面が、励起光信号（または基準光信号）の少なくとも一部を光ファイバ１３０に沿って検出器（図示せず）へ反射する実施形態と同様に機能する。他の実施形態では、基準材料１９０は、別の染料指示薬系、例えばグルコースに感応しない蛍光染料を含む。ヒドロゲル／化学指示薬系からの発光信号の基準とするために、光ファイバ１３０からの励起光によって、グルコースに感応しないフルオロフォアが、検出器（図示せず）へ蛍光を発する。ある実施形態では、この別の染料指示薬系は、別のグルコースに感応しない信号を発するように構成された蛍光染料が注入されたプラスチック材料、例えばポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレンから形成される。
【0035】
ヒドロゲルおよびグルコース感知化学指示薬系は空洞１１６内に配置される。好ましい実施形態では、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６が、ヒドロゲル／化学指示薬系内へのグルコースの通過およびヒドロゲル／化学指示薬系から外部へのグルコースの通過を許す選択的透過性膜１４２によって覆われている。これらの実施形態はグルコースセンサ１１７を使用して記載されるが、当業者は、例えば感知化学物質を変更し、必要ならば選択的透過性膜１４２を変更することによって、他の検体を測定するようにセンサ１１７を改変できることを、当然理解するはずである。
【0036】
ある実施形態では、接着剤によって、選択的透過性膜１４２が光ファイバ１３０および非外傷性先端１３４に取り付けられている。好ましい実施形態では、この接着剤は、例えばシアノアクリレート、エポキシ、光硬化性接着剤、シリコーン、ウレタンなどの生物適合性接着剤である。ある実施形態では、接着剤を塗布し、選択的透過性膜１４２を光ファイバ１３０および非外傷性先端１３４に取り付けた後に、室温で、加熱することによって、またはＵＶ／可視光を照射することによって、接着剤を硬化させる。ある実施形態では、選択的透過性膜１４２を光ファイバ１３０および／または非外傷性先端１３４に付着させる時間を、約５秒〜約６０秒、約１５分〜約５時間、約６０秒〜約１０分、または最長約２４時間と変動させることができる。他の実施形態では、選択的透過性膜１４２はスリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）として予め製造される。このスリーブを所定の位置まで滑らせ、接着剤を使用して密封し、および／または加熱して、グルコースセンサ１１７との嵌合を形成することができる。ある実施形態では、選択的透過性膜１４２は、グルコースセンサ１１７の全周を取り囲む。他の実施形態では、血流中の検体に対して空隙または空洞１１６を露出させるグルコースセンサ１１７の窓１８０または開口を、選択的透過性膜１４２が覆う。
【0037】
いくつかの実施形態では、図２Ａおよび２Ｂに示すように、センサ１１７は、遠位部分および近位部分を備える。センサ１１７の遠位部分は、非外傷性先端部１３４と、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６と、ロッド１４０と、空洞１１６を覆う選択的透過性膜１４２の少なくとも一部分と、光ファイバ１３０の遠位端１３２とを含む。センサ１１７の近位部分は光ファイバ１３０の近位部分を含む。いくつかの実施形態では、センサ１１７の遠位部分の直径Ｄ１は、センサ１１７の近位部分の直径Ｄ２よりも大きい。例えば、センサ１１７の遠位部分の直径Ｄ１は、約０．００８０インチ〜０．０２０インチの間とすることができ、センサ１１７の近位部分の直径Ｄ２は約０．００５インチ〜０．０１５インチの間とすることができる。いくつかの実施形態では、センサ１１７の遠位部分の直径Ｄ１は約０．０１２インチ、センサ１１７の近位部分の直径Ｄ２は約０．０１０インチである。
【0038】
いくつかの実施形態では、選択的透過性膜１４２を含むセンサ１１７は滑面を有する。この滑面は、例えば同時係属の米国特許出願第１２／０２６，３９６号明細書（米国特許出願公開第２００８／０１８７６５５号として公開されている）に開示されている方法によって形成することができる。概要を述べると、この方法の好ましい一実施形態は、モノマー、架橋剤および熱開始剤などの開始剤を含む溶液を空洞１１６に充填することを含む。センサ１１７に充填した後、センサ１１７を液体ロウに浸漬し、センサ１１７および選択的透過性膜１４２の周囲に付着した液体ロウを固化させる。
【0039】
この液体ロウは、熱開始温度よりも高い融点を有する。したがって、ロウ浸漬／コーティングステップ中の開始の可能性を低下させるため、ロウ浸漬／コーティングステップの前に、充填後のセンサ１１７を冷却することができる。センサ１１７をロウでコーティングした後、窒素などの不活性ガスを泡立たせた水浴にセンサ１１７を入れることによって、空洞１１６内の溶液中の酸素を除去することができる。
【0040】
酸素を除去した後、熱開始温度よりも高いが、ロウの融点よりも低い温度までセンサ１１７を加熱することによって、重合を開始させることができる。溶液が実質的に重合してヒドロゲルになったら、ヘキサンなどの溶剤を使用してセンサからロウを除去し、滑面を有するセンサ１１７を得ることができる。
【0041】
いくつかの実施形態では、図３Ａおよび３Ｂに例示されるように、センサ１１７は、実質的に同じ直径を有する遠位部分および近位部分を含む。いくつかの実施形態では、センサ１１７の直径は約０．００５インチ〜０．０２０インチの間にある。他の実施形態では、センサ１１７の直径は約０．００８インチ〜０．０１４インチの間にある。他の実施形態では、センサ１１７の直径は約０．０１０インチまたは約０．０１２インチである。
【0042】
いくつかの実施形態では、ロッド１４０は、光ファイバ１３０の遠位部分に接続された近位部分、および非外傷性先端部１３４の近位部分に接続された遠位部分を有する。ロッド１４０は、金属、金属合金、プラスチック、ポリマー、セラミック、複合材料、または非外傷性先端部１３４を光ファイバ１３０の遠位部分に接続するのに適した機械的特性を有する任意の他の材料から製作することができる。ロッド１４０は例えば、ステンレス鋼、チタンまたはニチノールから製作することができる。ロッド１４０は円筒形とすることができ、または正方形、長方形、楕円形もしくは長円形の断面を有する棒材など、非円筒形とすることができる。いくつかの実施形態では、ロッド１４０の直径は一般に約０．００１インチ〜０．０１０インチの間にある。他の実施形態では、ロッド１４０の直径は一般に約０．００４インチ〜０．００８インチの間にある。他の実施形態では、ロッド１４０の直径は、約０．００１インチ、約０．００２インチまたは０．００４インチである。いくつかの実施形態では、ロッド１４０の直径は約０．００１インチよりも小さい。いくつかの実施形態では、ロッド１４０の直径は約０．０１０インチよりも大きい。いくつかの実施形態では、ロッド１４０の長さは一般に約０．００５インチよりも短い。いくつかの実施形態では、ロッド１４０の長さは約０．００５〜０．０４０インチの間にある。他の実施形態では、ロッド１４０の長さは一般に約０．０２０インチ〜０．０４０インチの間のある。他の実施形態では、ロッド１４０の長さは一般に約０．０１５インチである。いくつかの実施形態では、ロッド１４０の長さは一般に約０．００５インチよりも長い。
【0043】
ロッド１４０は、センサ１１７の遠位部分に機械的な安定性を付加する。いくつかの実施形態では、ロッド１４０はさらに、光ファイバ１３０の向きに対して非外傷性先端部１３４が前後に撓曲することを可能にする可撓性をセンサ１１７の遠位部分に付加する。ロッド１４０の直径を小さくすることによって、または大きくすることによって、ロッド１４０の可撓性、したがって非外傷性先端部１３４が撓曲しうる程度を大きくするか、または小さくすることができる。さらに、ロッド１４０を堅い材料からまたは可撓性の材料から製作することによって、ロッド１４０の可撓性を変更することができる。
【0044】
いくつかの実施形態では、図２Ａおよび３Ａに例示されるように、光ファイバ１３０に挿入されたロッド１４０の近位端に反射面１４４が配置されている。反射面１４４は、光源から発射された基準光または励起光の少なくとも一部を反射することができる。ロッド１４０のもう一方の端は非外傷性先端部１３４に挿入されている。ある実施形態では、非外傷性先端部は、非反射材料、例えばポリエチレン（例えば黒色ポリエチレン）またはポリプロピレンから製作されている。ロッド１４０の直径に対応する領域内の光ファイバ１３０を通過した基準光または励起光は、ヒドロゲルが充填された空洞１１６に入ることなく反射面１４４で反射される。ヒドロゲル／化学指示薬系に入る光の量は、ロッドの直径／断面積を変更することによって、および／または選択された断面積を有するミラーもしくは他の反射部材１９０（図５および６に例示されている）をロッドの近位端に取り付けることによって、制御することができる。ヒドロゲルが充填された空洞１１６は、少なくともグルコースを透過させる選択的透過性膜１４２によって覆われていることが好ましい。したがって、反射される基準光または励起光、および反射された光と発射された光との比は、ヒドロゲルが充填された空洞１１６の温度、ｐＨ、グルコース濃度および化学組成とは無関係である。しかしながら、反射された光と発射された光との比は、ロッドの直径およびロッドの直径とセンサの面積の比に依存する。ある実施形態では、ロッド１４０は、ヒドロゲル空洞１１６を通して伝送された任意の光が光ファイバ１３０へ反射されないように、ヒドロゲルが充填された空洞１１６を光ファイバ１３０に対してある向きに固定された状態にするのに充分に堅い。
【0045】
図３Ｂに関しては、図３Ａに図示したセンサ１１７の遠位領域の透視図が示されている。図示した実施形態では、光ファイバ１３０から、膜１４２で覆われたヒドロゲル空洞を経て、次第に細くなる非外傷性遠位先端部分１３４まで、センサの直径が不変であることが理解されるであろう。
【0046】
いくつかの実施形態では、図４に例示されるように、ハイポチューブ１４０に窓１８０が切られている。光ファイバ１３０の遠位端１３２を反射面１４４（例えば環状ミラー）上に挿入し、次いで、光ファイバ１３０が膨張してハイポチューブ１４０の反射面１４４と完全に接触するように加熱する。ある実施形態では、光ファイバ１３０の加熱はガラス管内で実施する。他の実施形態では、光ファイバ１３０の加熱をオーブン内で実施する。他の実施形態では、接着剤を使用して、光ファイバ１３０をハイポチューブ１４０に取り付ける。好ましい実施形態では、この接着剤が、例えばシアノアクリレート、エポキシ、光硬化性接着剤、シリコーン、ウレタンなどの生物適合性接着剤である。ある実施形態では、接着剤を塗布し、光ファイバ１３０をハイポチューブ１４０に取り付けた後に、室温で、もしくは加熱することによって、またはＵＶ／可視光を照射することによって、接着剤を硬化させる。ある実施形態では、光ファイバ１３０をハイポチューブ１４０に付着させる時間は、約５秒〜約６０秒、約１５分〜約５時間、約６０秒〜約１０分、または最長約２４時間と変動することができる。同様の方法を使用して、ハイポチューブ１４０を非外傷性先端１３４に取り付けることができる。上記の実施形態と同様に、基準光または励起光は、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６に開いた窓１８０に入ることなく反射面１４４で反射される。したがって、反射される基準光または励起光、および反射された光と発射された光との比は、温度、ｐＨ、グルコース濃度およびヒドロゲルの化学物質とは無関係である。反射面の表面積を変化させて、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６に入る励起光の量を制御することができる。ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６に入った光が光ファイバ１３０内へ反射されないように、ハイポチューブ１４０の遠位端１３６は、上記の実施形態と同様に、ポリエチレン製の黒色の栓など、非反射性の表面を有することができる。いくつかの実施形態では、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６を含む窓１８０が、選択的透過性膜（図示せず）によって覆われている。
【0047】
いくつかの実施形態では、図５に例示されるように、グルコースセンサ１１７が、非外傷性先端１３４を光ファイバ１３０に接続するケージ１９５を外殻として含む。ケージ１９５は、センサ１１７の遠位部分に機械的な安定性を付加することができる。いくつかの実施形態では、ケージ１９５はまた、光ファイバ１３０の向きに対して非外傷性先端部１３４が前後に撓曲することを可能にする可撓性もセンサ１１７の遠位部分に付加する。ケージ１９５の壁の厚さを薄くするか、または厚くすることによって、ケージ１９５の可撓性、したがって非外傷性先端部１３４が撓曲しうる程度を大きくするか、または小さくすることができる。さらに、ケージ１９５を堅い材料からまたは可撓性の材料から製作することによって、ケージ１９５の可撓性を変更することができる。ある実施形態では、ケージ１９５の壁の厚さは約０．００１インチ、約０．００２インチまたは約０．００４インチである。いくつかの実施形態では、ケージ１９５の壁の厚さは約０．００１インチよりも薄い。いくつかの実施形態では、ケージ１９５の壁の厚さは約０．０１０インチよりも厚い。
【0048】
いくつかの実施形態では、光ファイバ１３０の直径はケージ１９５の内部の直径よりも小さく、これによって光ファイバ１３０はケージ１９５の内部に嵌ること、および空隙または空洞１１６と隣接することを可能にしている。例えば、光ファイバ１３０の直径は、約０．００５インチ〜約０．０２０インチの間、約０．００８インチ〜約０．０１４インチの間、または約０．０１０インチ〜約０．０１２インチの間とすることができる。ケージ１９５の内部の直径は約０．００１インチ大きくすることができる。
【0049】
ある実施形態では、ケージ１９５は、少なくともグルコースなどの検体が空隙または空洞１１６内へ透過することを可能にする、選択的透過性膜１４２（図示せず）によって覆われた窓または開口１８０を有する。ある好ましい実施形態では、空隙または空洞１１６はヒドロゲル／化学指示薬系で充填されている。グルコースセンサ１１７内に、基準材料１９０を有するロッド１４０を配置することができる。上で論じたとおり、基準材料１９０は、光ファイバ１３０からの励起光を検出器（図示せず）へ反射するミラー、またはグルコースに感応しない基準信号を検出器（図示せず）へ発射するグルコースに感応しない蛍光染料とすることができる。ケージ１９５とロッド１４０の組合せは、空隙または空洞１１６に入った励起光が基準材料１９０に入った励起光から分離されたまま維持されるような充分に堅い構造を提供することができる。
【0050】
いくつかの実施形態では、図６に例示されるように、グルコースセンサ１１７は、空隙または空洞１１６を取り囲むケージ１９５を持たない。その代わりに、図２Ａおよび３Ａと同様に、ロッド１４０は、光ファイバ１３０と非外傷性先端１３４とを接続してグルコースセンサ１１７の構造を提供し、ロッド１４０は、空隙または空洞１１６によって取り囲まれており、そして空隙または空洞１１６は、選択的透過性膜１４２によって覆われている。図３Ａと同様に、光ファイバ１３０の直径は、ヒドロゲル／化学指示薬系が入れられた空洞１１６の直径と同じである。図５に関する議論と同様に、ロッドは、上で論じたとおりに機能する、ロッド１４４の近位面に取り付けられた基準材料１９０を有することができる。
【0051】
図７〜１１は、基準材料１９０に対する異なる構成を有するある実施形態を示す。上で論じたとおり、これらのそれぞれの実施形態における基準材料１９０は、励起光の少なくとも一部を検出器（図示せず）へ返す反射材料か、または発光信号を検出器（図示せず）へ返す別の染料指示薬系のいずれかを含むことができる。上記の実施形態と同様に、励起光または基準光は、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６に入ることなく反射面１９０で反射される。同様に、別の染料指示薬系から発射された光または基準光は、グルコース濃度とは無関係である。したがって、基準光、および基準光とグルコース濃度に応じて発射された光との比は、温度、ｐＨ、グルコース濃度およびヒドロゲルの化学物質とは無関係である。基準材料１９０の表面積、形状および構成を変更して、ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６に入る励起光の量を制御することができる。ヒドロゲル／化学指示薬系が充填された空洞１１６に入った光が光ファイバ１３０内へ反射されないように、上記の実施形態のロッドもしくはハイポチューブ１４０の遠位端１３６、または基準材料１９０は、ポリエチレン製の黒色の栓など、非反射性の表面を有することができる。
【0052】
図７では、基準材料１９０が、ケージ１９５の下の空隙または空洞１１６と隣接し、非外傷性先端１３４まで延在し、非外傷性先端１３４を含む。ある実施形態では、非外傷性先端１３４は、グルコース非感応性の赤色染料プラスチック材料から形成されている。図８では、基準材料１９０は、ヒドロゲルが充填された空洞１１６の直径に沿って延在する反射ストリップである。本明細書では、用語：反射ストリップは、少なくともグルコースセンサ１１７の横断面を横切る細長い部材を指すために使用され、その部材の幾何形状、幅または厚さは問わない。反射ストリップ１９０は、ケージ１９５または光ファイバ１３０の横断面に関して、（図示のように）グルコースセンサ１１７の直径においてセンサの中心に配置してもよく、または中心からずらして配置してもよい。いくつかの実施形態では、グルコースセンサ１１７内の１つまたは複数の位置に２つ以上の反射ストリップが配置される。２つ以上の反射ストリップを使用する場合には、グルコースセンサ１１７の横断面に関して反射ストリップを対称に配置してもよく、または非対称に配置してもよい。ある実施形態では、反射ストリップ１９０の幅は約０．００１インチ〜約０．００５インチの間、厚さが約０．００１インチ〜約０．００５インチの間であってよい。
【0053】
図９では、ヒドロゲルが充填された空洞１１６を含み、反射面または環状ミラーを近位面に有するハイポチューブ１４４として、基準材料１９０がケージ１９５内に配置されている。ある実施形態では、ハイポチューブ１４４の外径は光ファイバ１３０の外径に等しい。図１０では、図８と同様に、基準材料１９０は反射ストリップであるが、図１０の反射ストリップは、光ファイバ１３０にあけられた穴の中に配置されており、ヒドロゲルが充填された空洞１１６と隣接していない。図１１は、基準材料１９０が空洞１１６内に位置し、ヒドロゲル／化学指示薬系と横並びに配置された実施形態を示す。
【0054】
ある実施形態では、図１２に例示するように、基準材料２００は半透明の材料を含む。ある実施形態では、この半透明の材料は、上で論じたグルコースに感応しない蛍光染料などの赤色染料を含む。この赤色染料は、励起光の一部をヒドロゲルが充填された空洞１１６へ透過させることができ、ヒドロゲルが充填された空洞１１６に励起光が到達する前に励起光の一部を検出器（図示せず）へ反射することができ、グルコースに感応しない別の信号を検出器（図示せず）へ発射することができる。
【0055】
以上に記載した複数の実施形態、または以上に記載した実施形態の複数の構成要素を本発明の範囲内において組み合わせることができることを、当業者は容易に理解するであろう。例えば、グルコースセンサは、本発明の範囲内において、ケージ、ハイポチューブおよび／またはロッドなどの１つまたは複数の構造要素を含むことができる。さらに、グルコースセンサは、本発明の範囲内において、反射面として機能する、および／または別の染料指示薬系として機能する１つまたは複数の基準材料を、異なる位置に異なる構成で含むことができる。
【0056】
いくつかの実施形態（例えば図２〜１２参照）では、グルコースセンサ１１７は非外傷性先端部１３４を備える。非外傷性先端部１３４は、鋭い縁を実質的に持たない湾曲した遠位端１３８を有する。さらに、非外傷性先端部１３４は可撓性で変形可能とすることができる。非外傷性先端部１３４の遠位端１３８は、半球形、放物線形、楕円形、または患者に損傷を与える危険を低減する他の適当な形状の曲面とすることができる。非外傷性先端部１３４は、プラスチック、ポリマー、ゲル、金属、これらの材料の複合材料など、さまざまな材料から製作することができる。
【0057】
いくつかの実施形態では、グルコースセンサ１１７は、熱電対、またはサーミスタなどの温度センサまたは温度プローブ１４６を含む（例えば、図２Ａ参照）。温度センサ１４６は、ヒドロゲル／グルコース感知化学物質系の温度を測定することができ、および／または血管内に配置されたときに血液の温度を測定することができる。グルコース感知化学物質が温度の影響を受ける場合、温度センサ１４６は特に好ましい。例えば、いくつかの実施形態では、フルオロフォア系が発する蛍光強度は、フルオロフォア系の温度に依存する。フルオロフォア系の温度を測定することによって、温度に起因するフルオロフォアの蛍光強度の変動を考慮することができ、このことは、グルコース濃度のより正確な決定を可能にする。
【0058】
ある実施形態では、温度センサは、（図２の参照符号１４６に関して上で説明した）サーミスタ、白金抵抗温度装置（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｖｉｃｅ）（「ＲＴＤ」）、別種のＲＴＤ、熱電対、赤外線ベースの温度検出器、蛍光ベースの温度感知素子、または決定可能な温度依存特性を有する他の温度感知素子であってよい。
【0059】
サーミスタ、白金ＲＴＤおよび他のＲＴＤなどの装置は一般に、センサの出力を温度信号に変換する受信ユニットにセンサの出力を伝達するため、電線などの１つまたは複数の導体を必要とする。この導体は、上で論じたような蛍光ベースのグルコースセンサの光ファイバと一緒に束ねることができ、または別々に配線することもできる。一実施形態では、温度センサは体内に置かれ、受信器は体外に置かれる。他の実施形態では、温度センサが体内に置かれ、送信器、信号処理装置なども体内に置かれ、この送信器、信号処理装置などは温度センサに接続されており、または温度センサの一部分である。好ましい実施形態では、温度感知素子は、グルコース感知部分に配置されているか、またはグルコース感知部分の近くに配置されている。
【0060】
別の実施形態では、蛍光ベースの温度感知技法を使用することができる。蛍光ベースの温度感知技法には蛍光の減衰に基づく技法が含まれ、この技法では例えば、フルオロフォアに励起光を提供し、励起光を停止し、蛍光を経時的にモニタし、蛍光の低減率をフルオロフォアの温度に関係づける。さまざまな技法にはさらに位相測定および位相角分析が含まれる。
【0061】
蛍光ベースの温度測定を実行する方法が記載されてきた。例えば、ＬｕｍａＳｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（米カリフォルニア州Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ）の「Ｆｌｕｏｒｏｐｔｉｃ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」、ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｌｕｍａｓｅｎｓｅｉｎｃ．ｃｏｍ/ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ/ｆｌｕｏｒｏｐｔｉｃ＿ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ.ｈｔｍｌを参照。蛍光ベースの温度測定において使用することができる蛍光物質は当業者に知られており、または当業者によって容易に識別される。
【0062】
いくつかの実施形態では、蛍光物質と血液成分の間の化学的相互作用を防ぐか、または阻害する材料によって、蛍光物質を取り囲むことができる。適当な材料には、ガラス（例えばホウケイ酸ガラス、石灰ソーダガラス、または光ファイバケーブルに対して使用されているものを含む他のタイプのガラス）、ポリマー（例えばＴｅｆｌｏｎ、フルオロポリマー、シリコーン、ラテックス、ポリオレフィン、ポリイソプレン、ならびに他の剛性および非剛性ポリマー材料）、金属（例えば３００系ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム鋼、ジルコニウムおよびジルコニウム合金、チタンおよびチタン合金、ならびに貴金属（ｅｘｏｔｉｃ ｍｅｔａｌ）および貴金属合金を含む他の耐食性金属および合金）、セラミック（例えば酸化アルミニウム、シリカおよび酸化物、ジルコニウム、カーバイドなどに関係したセラミック材料）、およびこれらの組合せなどがある。
【0063】
いくつかの実施形態では、グルコースセンサ内またはグルコースセンサの近くに温度センサを配置することができる。好ましい一実施形態では、グルコースセンサのグルコース感知化学指示薬系のできるだけ近くに（例えばグルコース感知化学指示薬系内に）温度センサが配置されるが、ある距離離れた位置を成功裏に利用することもでき、このような位置には、その位置で測定した温度が、グルコース感知部位（１つまたは複数）の温度を、温度測定を実施している対象に対して使用することが許容される誤差の範囲内で指示するような位置が含まれる。
【0064】
いくつかの実施形態では、温度センサおよび／または温度センサへのリード線は、温度センサおよび／またはそのリード線と血液成分との間の化学的または物理的な相互作用を防ぐか、または阻害する材料で、種々の部分をコーティング、被覆、または包み込むことによって、生理的環境から分離することができる。防ぐことが好ましい化学的相互作用として、腐食、化学種の浸出、追加の信号（例えば光信号、電気信号など）の生成、および、製造時より、腐食により、または他の手段によって存在する如何に関わらず、センサまたはリード線内に存在する材料、例えば、患者によっては生理的反応を引き起こす、銅、銀、有機化合物、有機金属化合物などを含む化合物、金属、イオンなどの人体による吸収などが挙げられる。
【0065】
物理的相互作用として、破損および物理的分離（例えば断線および電位損失）、信号漏れ（例えば光信号、電気信号など）、信号劣化（抵抗、漂遊信号の検出、雑音、静電容量、電気化学的効果、誘導電圧、接地ループなどが含まれる）が挙げられ得る。適当な材料として、ガラス（例えばホウケイ酸ガラス、石灰ソーダガラス、および光ファイバの製造において使用されているものなどの他のタイプのガラス）、ポリマー（例えばＴｅｆｌｏｎ、フルオロポリマー、シリコーン、ラテックス、ポリオレフィン、ポリイソプレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ならびに他の剛性および非剛性ポリマー材料）、金属（例えば３００系ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム鋼、ジルコニウムおよびジルコニウム合金、チタンおよびチタン合金、ならびに貴金属および貴金属合金を含む他の耐食性金属および合金）、セラミック（例えば酸化アルミニウム、シリカおよび酸化物、ジルコニウム、カーバイドなどに関係したセラミック材料）、およびこれらの組合せが挙げられる。
【0066】
分離材料を温度センサまたはリード線に塗布する好適な方法として、注型、塗装、浸漬、接着、反応、延伸、堆積、機械的付着、カプセル化などを含む適切な方法が挙げられ得る。
【0067】
いくつかの実施形態では、グルコースセンサに組み込まれ得る温度センサの好適なサイズは、グルコースセンサが全体として約０．００５インチ〜０．０２０インチの間になる温度感知素子を含む。
【0068】
図１３は、基準信号との比較によってグルコース濃度を測定する他の実施形態を示す。この実施形態では、ＬＥＤ源１３００が、隣接する２本の別個の光ファイバ１３１０、１３２０に沿って励起信号を送る。第１の光ファイバ、すなわちグルコースファイバ１３１０は、近位先端および遠位先端を有する。遠位先端はグルコース感知ヒドロゲル１３３０を有し、グルコース感知ヒドロゲル１３３０は、フルオロフォアまたは染料と、消光剤と、グルコース結合レセプタとを含む。第２の光ファイバ、すなわち基準ファイバ１３２０も、近位先端および遠位先端を有する。基準ファイバの遠位先端は、基準材料１３４０を有する。ある実施形態では、基準材料１３４０は、同じまたは異なるフルオロフォアもしくは染料を含み、消光剤を含んでも含まなくてもよいが、グルコースレセプタは含まない。他の実施形態では、基準材料１３４０は、全く同じグルコース感知ヒドロゲルを有するが、基準材料１３４０は、グルコースを透過しない膜の中に入れられている。これらの両方の実施形態では、基準ファイバ１３２０が、グルコース濃度に依存しない蛍光リターン信号を発する。
【0069】
励起光が、グルコースファイバ１３１０および基準ファイバ１３２０を通過した後、グルコース感知ヒドロゲル１３３０および基準材料１３４０は、レシオメトリック処理のため、２つの別個の検出器、すなわちグルコース信号検出器１３５０および基準信号検出器１３６０へと返る蛍光信号を発する。この２重ファイバ構成の利点は、両方のファイバ１３１０、１３２０が、同じ外圧、曲げ、温度および他の外部因子を経験することである。さらに、両方のファイバ１３１０、１３２０は、グルコース感知ヒドロゲル１３３０内および基準材料１３４０内に実質的に同じ材料を含む。その結果、検出器１３５０、１３６０によって測定された２本のファイバ１３１０と１３２０との間の強度の比が、較正されたグルコース信号を生成し、この較正されたグルコース信号はとりわけ、ＬＥＤ出力の変動または光ファイバに沿った変更された伝送の影響を除去し、それによってグルコース濃度測定における正確さを増大させる。
【0070】
図１４を参照して、ある実施形態では、単一の光源４０１によって生成された光は、上述のとおりコリメータレンズ４０２、干渉フィルタ４０３および／または集束レンズ４０４を備える光モジュールを通して伝送される。その結果生じた光は、干渉フィルタ４０３を通してフィルタリングすることができる。その結果生じた光は、集束レンズ４０４によって光ファイバ４０５（単一のファイバでも、またはファイバ束でもよい）内へ集束させることができる。光ファイバ４０５および光ファイバ４１０がグルコースセンサ４０７の第１の端部に接続するとき、光ファイバ４０５は光ファイバ４１０を取り囲むことができる。ある実施形態では、グルコースセンサ４０７の第２の端部にミラーまたは反射面４０９が取り付けられている。光ファイバ４１０は単一のファイバでも、またはファイバ束でもよい。グルコースセンサはヒドロゲルを含むことができ、このヒドロゲルはさらに、２つの発光波長、すなわち第１の発光波長および第２の発光波長を生み出すフルオロフォア系を含む。ある実施形態では、このフルオロフォア系が、光源４０１によって生成された光によって励起される。ある実施形態では、光ファイバ４１０が、グルコース測定システム４００内の光スペクトル全体を測定するマイクロスペクトロメータ（ｍｉｃｒｏｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）４１１を備える光感応モジュールに接続されている。処理のために、マイクロスペクトロメータ４１１からのデータをコンピュータ４１２に伝送することができる。マイクロスペクトロメータ４１１は、システム４００が、励起光の強度および両方の発光強度を同時に測定することを可能にすることができる。レシオメトリック計算を使用して、測定される発光の強度および測定される励起光の強度に影響を及ぼすグルコースに関係しない因子を実質的に排除し、または低減することができる（これについては米国特許出願公開第２００８／０１８８７２５号明細書に詳細に述べられており、該文献への参照によってその全体が本明細書に組み込まれる）。測定された発光は測定された励起光で除することができるが、このような計算は、これらの光の強度に影響を及ぼすグルコースに関係しない因子を実質的に排除し、または低減する。
【0071】
好ましいある実施形態では、フルオロフォア染料は、識別可能な酸コンホメーションおよび塩基コンホメーションとして存在し、酸コンホメーションおよび塩基コンホメーションがそれぞれ異なる波長で発光し、酸形態と塩基形態の相対的な割合がｐＨに依存するように、フルオロフォア染料が選択される。酸発光の強度と塩基発光の強度の比を使用して、血液のｐＨを決定することができる（これについては米国特許出願公開第２００８／０１８８７２２号明細書に詳細に述べられており、該文献への参照によってその全体が本明細書に組み込まれる）。酸発光または塩基発光の強度と励起光の強度の比を使用して、血中グルコース濃度を決定することができる。当然として、この単一励起源−２重発光フルオロフォア系に対する変形形態として、単一励起源−単一発光体を使用して、ｐＨを同時にレシオメトリック決定せずに、グルコース濃度を検出することもできる。実際に、非常に多様な設計オプションが使用可能であり（例えば米国特許出願公開第２００８／０１８８７２５号明細書および同第２００８／０１８８７２２号明細書を参照）、化学指示薬系および光学システムは好ましい用途に基づいて選択することができる。
【0072】
＜グルコース感知化学指示薬系＞ある実施形態では、ヒドロゲルが、複数のフルオロフォア系と結びついている。ある実施形態では、フルオロフォア系が、グルコースレセプタ部位を有する消光剤を含む。ある実施形態では、グルコースレセプタに結合するグルコースが存在しない場合、消光剤は、励起光によって染料が励起されたときにフルオロフォア系が光を発することを防ぐ。ある実施形態では、グルコースレセプタに結合するグルコースが存在する場合、消光剤は、励起光によって染料が励起されたときにフルオロフォア系が光を発することを可能にする。
【0073】
ある実施形態では、異なる励起波長（一方の励起波長がフルオロフォアの酸形態を励起し、もう一方の励起波長がフルオロフォアの塩基形態を励起する）が異なる発光信号を生成するような態様で、フルオロフォア系が生み出す発光は、溶液（例えば血液）のｐＨ（および温度）によって変化する。好ましい実施形態では、フルオロフォアの塩基形態からの発光信号に対するフルオロフォアの酸形態からの発光信号の比が、血液のｐＨレベルに関係する。２つの励起光がフルオロフォアの一方の形態（酸形態または塩基形態）のみを励起していることを確実にするために、ある実施形態では干渉フィルタを使用する。レシオメトリック決定に基づいてｐＨとグルコースの両方を決定するための化学指示薬系、ハードウェア構成および方法が、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる同時係属の米国特許出願第１１／６７１，８８０号明細書（米国特許出願公開第２００８／０１８８７２２号として公開されている）および米国特許出願第１２／０２７，１５８号明細書（米国特許出願公開第２００８／０１８８７２５号として公開されている）に詳細に記載されている。
【0074】
指示薬系（本明細書ではフルオロフォア系とも呼ぶ）は、消光剤に機能可能に結合したフルオロフォアを含むことができる。ある実施形態では、フルオロフォア系はポリマーマトリックスを含み、このポリマーマトリックスは、ビオロゲンによる消光を受けやすいフルオロフォアと、グルコース濃度に応じた消光効率を有するビオロゲン消光剤と、グルコース透過性ポリマーとを含み、ただし、前記マトリックスはｉｎ ｖｉｖｏで血液と接触する。フルオロフォアは蛍光有機染料であり、消光剤はボロン酸官能基を有するビオロゲンであり、マトリックスはヒドロゲルであることが好ましい。
【0075】
「フルオロフォア（ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅ）」は、特定の波長の光を照射したときにその波長よりも長い波長の光を発する（すなわち、蛍光を発する）物質を指す。フルオロフォアとして、限定はされないが、有機染料、有機金属化合物、金属キレート、蛍光共役ポリマー、量子ドットまたはナノ粒子、およびこれらの組合せが挙げられる。フルオロフォアは、ディスクリートな部分構造（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｍｏｉｅｔｙ）またはポリマーに結合した置換基であってもよい。
【0076】
好ましい実施形態において使用することができるフルオロフォアは、約４００ｎｍ以上の波長の光によって励起することができ、励起波長と発光波長とを少なくとも１０ｎｍ分離することができる充分な大きさのストークスシフトを有する。いくつかの実施形態では、励起波長と発光波長の間の分離は約３０ｎｍ以上であってもよい。これらのフルオロフォアは、ビオロゲンなどの電子受容体分子による消光を受けやすく、光漂白（ｐｈｏｔｏ−ｂｌｅａｃｈｉｎｇ）に対して抵抗性であることが好ましい。これらのフルオロフォアはさらに、光酸化、加水分解および生物分解に対して安定であることが好ましい。
【0077】
いくつかの実施形態では、フルオロフォアは、ディスクリートな化合物である。
【0078】
いくつかの実施形態では、フルオロフォアは、染料−ポリマーユニットを形成する、約１０，０００ダルトン以上の分子量を有する水溶性または水分散性ポリマー中のペンダント基または鎖状ユニットである。一実施形態では、このような染料−ポリマーユニットはさらに、水に不溶のポリマーマトリックスＭ１と非共有結合性の結合を形成してもよく、ポリマーマトリックスＭ１の中で物理的に固定化されており、ただし、Ｍ１は、検体溶液に対し透過性であるか、または検体溶液と接触する。別の実施形態では、染料−ポリマーユニット上の染料が負に帯電しており、染料−ポリマーユニットが、陽イオン性の水溶性ポリマーとの錯体として固定化されていてもよく、ただし、前記錯体は、検体溶液に対し透過性であるか、または検体溶液と接触する。一実施形態では、染料が、ヒドロキシピレントリスルホン酸のポリマー誘導体のうちの１つであってよい。このポリマー染料は、水溶性、水膨潤性または水分散性であってよい。いくつかの実施形態では、ポリマー染料はさらに架橋されていてもよい。好ましい実施形態では、染料は負の電荷を有する。
【0079】
他の実施形態では、染料分子が、水に不溶のポリマーマトリックスＭ１に共有結合しており、ただし、前記Ｍ１は、検体溶液に対し透過性であるか、または検体溶液と接触する。Ｍ１に結合した染料分子は、構造Ｍ１−Ｌ１−染料を形成することができる。Ｌ１は、感知部分構造とポリマーまたはマトリックスとを共有結合によって接続する、加水分解に対して安定な共有結合性リンカーである。Ｌ１の例として、１つまたは複数の２価の接続基によって任意選択で末端化または割り込まれてもよい低級アルキレン（例えばＣ１〜Ｃ８アルキレン）が挙げられ、この１つまたは複数の２価の接続基は、スルホンアミド（−ＳＯ２ＮＨ−）、アミド−（Ｃ＝Ｏ）Ｎ−、エステル−（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、エーテル−Ｏ−、スルフィド−Ｓ−、スルホン（−ＳＯ２−）、フェニレン−Ｃ６Ｈ４−、ウレタン−ＮＨ（Ｃ＝Ｏ）−Ｏ−、尿素−ＮＨ（Ｃ＝Ｏ）ＮＨ−、チオ尿素−ＮＨ（Ｃ＝Ｓ）−ＮＨ−、アミド−（Ｃ＝Ｏ）ＮＨ−、アミン−ＮＲ−（式中、Ｒは、１〜６個の炭素原子を有するアルキルと定義する）など、またはこれらの組合せの中から選択される。一実施形態では、染料は、スルホンアミド官能基を介してポリマーマトリックスに結合されている。
【0080】
好ましい一実施形態では、フルオロフォアはＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡ（構造は下記）である。参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，４１７，１６４号明細書を参照。
【0081】
【化1】
【0082】
当然として、いくつかの実施形態では、ＨＰＴＳコア上のＣｙｓ−ＭＡ以外の置換基も、それらの置換基が負に帯電しており重合性基を有する限りにおいて、本発明の諸態様と整合する。システインのＬまたはＤ立体異性体を使用することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは２つのスルホン酸のみが置換されている。同様に、上記のＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡの変形形態として、正に帯電した金属、例えばＮａ＋を含む、ＮＢｕ４＋以外の他の対イオンを使用することもできる。他の変形形態では、スルホン酸基が、例えばリン基、カルボキシル基などの官能基に置き換えられている。
【0083】
ＨＰＴＳおよびＨＰＴＳの誘導体を含む蛍光染料は知られており、検体検出では多くの蛍光染料が使用されてきた。例えば、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，６５３，１４１号明細書、同第６，６２７，１７７号明細書、同第５，５１２，２４６号明細書、同第５，１３７，８３３号明細書、同第６，８００，４５１号明細書、同第６，７９４，１９５号明細書、同第６，８０４，５４４号明細書、同第６，００２，９５４号明細書、同第６，３１９，５４０号明細書、同第６，７６６，１８３号明細書、同第５，５０３，７７０号明細書および同第５，７６３，２３８号明細書を参照。
【0084】
本発明の幅広い態様によれば、検体結合部分構造は、検体に結合することができ、結合する検体の量に関係した方式で（例えば、発光信号強度の変化として検出される）フルオロフォアの見かけの濃度を調節することができる少なくとも２官能基性を提供する。好ましい実施形態では、検体結合部分構造は消光剤と結びついている。「消光剤（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）」は、フルオロフォアが存在するときにフルオロフォアの発光を低減させる化合物を指す。消光剤（Ｑ）は、ディスクリートな化合物、第２のディスクリートな化合物もしくは重合可能な化合物に転化可能な反応中間体から選択され、または、Ｑは、前記反応中間体または重合可能な化合物から調製されたポリマー中のペンダント基または鎖状ユニットであり、このポリマーは、水溶性もしくは分散性のポリマーまたは不溶性のポリマーであり、任意選択で前記ポリマーは架橋されてもよい。
【0085】
一例では、それらの実施形態においてグルコースを認識する部分構造は、芳香族ボロン酸である。このボロン酸は、共役窒素含有複素環式芳香族ビス−オニウム構造（例えばビオロゲン）に共有結合している。「ビオロゲン（ｖｉｏｌｏｇｅｎ）」は一般に、２，２’−、３，３’−または４，４’−Ｎ，Ｎ’ビス−（ベンジル）ビピリジウム二ハロゲン化物（すなわち二塩化物、臭化物、塩化物）などの窒素を含有する共役窒素置換複素環式芳香族ビス−オニウム塩の基本構造を有する化合物を指す。ビオロゲンはまた、置換フェナントロリン化合物も含む。ボロン酸置換消光剤は、約４〜９の間のｐＫａを有し、ｐＨが約６．８〜７．８の水性媒質中でグルコースと可逆的に反応して、ボロン酸エステルを形成することが好ましい。反応の程度は、媒質中のグルコース濃度に関係する。ボロン酸エステルの形成によって、ビオロゲンによるフルオロフォアの消光を低減させ、その結果、グルコース濃度に依存して蛍光が増大する。有用なビス−オニウム塩は検体溶液に対し相溶性を有し、検出対象の検体の存在下で染料の蛍光発光における検出可能な変化を生成することができる。
【0086】
本発明の実施形態のビス−オニウム塩は、共役複素環式芳香族二窒素化合物から調製される。この共役複素環式芳香族二窒素化合物は、ジピリジル、ジピリジルエチレン、ジピリジルフェニレン、フェナントロリンおよびジアザフルオレンの中から選択され、窒素原子は異なる芳香族環にあり、オニウム塩を形成することができる。本発明では、前記共役複素環式芳香族二窒素化合物の全ての異性体が有用であり、両方の窒素が置換されていてもよいことが理解される。一実施形態では、消光剤は、３，３’−ジピリジル、４，４’−ジピリジルおよび４，７−フェナントロリンから誘導されたビス−オニウム塩のうちの１つである。
【0087】
いくつかの実施形態では、ビオロゲン−ボロン酸付加物は、約４００ダルトン以上の分子量を有するディスクリートな化合物であってよい。他の実施形態では、ビオロゲン−ボロン酸付加物はまた、約１０，０００ダルトン以上の分子量を有する水溶性または水分散性ポリマーのペンダント基または鎖状ユニットであってもよい。一実施形態では、消光剤−ポリマーユニットは、ポリマーマトリックスに非共有結合性の結合によって結びついてもよく、ポリマーマトリックスの中で物理的に固定化されている。さらに別の実施形態では、消光剤−ポリマーユニットは、負に帯電した水溶性ポリマーとの錯体として固定化されていてもよい。
【0088】
他の実施形態では、ビオロゲン−ボロン酸部分構造は、検体（例えばグルコース）を充分に透過させて平衡を確立することを可能にする架橋された親水性ポリマーまたはヒドロゲル中のペンダント基または鎖状ユニットであってもよい。
【0089】
他の実施形態では、消光剤は、水に不溶の第２のポリマーマトリックスＭ２に共有結合してもよく、これは、構造Ｍ２−Ｌ２−Ｑによって表すことができる。Ｌ２は、低級アルキレン（例えばＣ１〜Ｃ８アルキレン）、スルホンアミド、アミド、第４級アンモニウム、ピリジニウム、エステル、エーテル、スルフィド、スルホン、フェニレン、尿素、チオ尿素、ウレタン、アミンおよびこれらの組合せからなる群から選択されるリンカーである。いくつかの実施形態では、消光剤は１つまたは２つの部位においてＭ２に結合している。
【0090】
ある実施形態では、少なくとも１種の消光剤前駆体を使用して、少なくとも１種のポリマーに消光部分構造を結合させる。例えば、芳香族基を使用して、ボロン酸基と反応性基の組合せを有するようにビオロゲンを官能基化することができる。ある実施形態では、この方法は、ビオロゲンのジピリジルコア内の２つのそれぞれの窒素に芳香族基を結合させるステップを含む。次いで、ビオロゲンのジピリジルコアの２つのそれぞれの窒素に結合した基が同じになるか、または異なり得るような態様で、それぞれの芳香族基に、少なくとも１つのボロン酸基、反応性基またはこれらの２つの基の組合せを結合させる。官能基化されたビオロゲン消光部分構造のある種の組合せは以下のように記載される：ａ）第１の窒素に、ペンダント反応性基を有する第１の芳香族基が結合しており、第２の窒素に、少なくとも１つのペンダントボロン酸基を有する第２の芳香族基が結合しており、
ｂ）第１の窒素に結合した第１の芳香族基に、１つまたは複数のボロン酸基が結合しており、第２の窒素に結合した第２の芳香族基に、１つのボロン酸基および反応性基が結合しており、
ｃ）第１の窒素に結合した第１の芳香族基に、１つのボロン酸基および反応性基が結合しており、第２の窒素に結合した第２の芳香族基に、１つのボロン酸基および反応性基が結合しており、
ｄ）２つのそれぞれの窒素に結合した芳香族基に、１つのボロン酸基が結合しており、中心に位置する複素芳香族基の複素芳香族環の炭素に、反応性基が結合している。
【0091】
好ましい実施形態では、２つのボロン酸部分構造と１つの重合可能基または結合基とが含まれ、ただし、該芳香族基は、窒素に結合したベンジル置換基であり、該ベンジル環に該ボロン酸基が結合しており、ボロン酸基はオルト、メタまたはパラ位に存在してよい。
【0092】
好ましい一実施形態では、（ヒドロゲルに組み込む前の）消光剤前駆体が３，３’−ｏＢＢＶ（構造は下記）である。参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，４７０，４２０号明細書を参照。
【0093】
【化2】
【0094】
消光剤前駆体３，３’−ｏＢＢＶをＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡとともに使用して、本発明の好ましい態様に従うヒドロゲルを形成することができる。
【0095】
共に参照によってその全体が本明細書に組み込まれるＧｒａｙらの米国特許第５，１７６，８８２号明細書およびＲｕｓｓｅｌｌの米国特許第５，１３７，８３３号明細書に開示されている指示薬化学物質などの他の指示薬化学物質もまた、本発明の実施形態に従って使用することもできる。いくつかの実施形態では、指示薬系は、フルオロフォアに機能可能に結合した検体結合タンパク質を含んでもよく、この指示薬系および検体結合タンパク質は例えば、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，１９７，５３４号明細書、同第６，２２７，６２７号明細書、同第６，５２１，４４７号明細書、同第６，８５５，５５６号明細書、同第７，０６４，１０３号明細書、同第７，３１６，９０９号明細書、同第７，３２６，５３８号明細書、同第７，３４５，１６０号明細書および同第７，４９６，３９２号明細書、米国特許出願公開第２００３／０２３２３８３号明細書、同第２００５／００５９０９７号明細書、同第２００５／０２８２２２５号明細書、同第２００９／０１０４７１４号明細書、同第２００８／０３１１６７５号明細書、同第２００８／０２６１２５５号明細書、同第２００７／０１３６８２５号明細書、同第２００７／０２０７４９８号明細書および同第２００９／００４８４３０号明細書、ならびに国際公開第２００９／０２１０５２号、同第２００９／０３６０７０号、同第２００９／０２１０２６号、同第２００９／０２１０３９号、同第２００３／０６０４６４号および同第２００８／０７２３３８号に開示されている指示薬系およびグルコース結合タンパク質などの指示薬系および検体結合タンパク質である。
【0096】
ｉｎ ｖｉｖｏ用途には、このセンサは、１種もしくは数種のポリヒドロキシル有機化合物を含む生理流体の移動流中で使用されるか、または前記化合物を含む筋肉などの組織にインプラントされる。したがって、感知部分構造がセンサアセンブリから一切漏出しないことが好ましい。したがって、ｉｎ ｖｉｖｏで使用するためには、感知成分が有機ポリマー感知アセンブリの部分であることが好ましい。検体の通過は許すが、感知部分構造の通過は阻止する選択的透過性膜によって、可溶性染料および消光剤を閉じ込めることができる。これは、検体分子よりも実質的に大きい可溶性分子（検体の分子量の少なくとも２倍の分子量、または１０００、好ましくは５０００よりも大きな分子量）を感知部分構造として使用し、感知部分構造が定量的に保持されるような検体分子と感知部分構造との間の特定の遮断分子量を有する透析膜、限外濾過膜などの選択的半透膜を使用することによって実現することができる。
【0097】
感知部分構造は、グルコースが自由に透過することができる不溶性のポリマーマトリックスの中に固定化されていることが好ましい。ポリマーマトリックスは、有機ポリマーもしくは無機ポリマーまたはこれらのポリマーの組合せから構成される。マトリックスは生体適合材料からなることができる。あるいは、マトリックスは、対象の検体に対し透過性を有する第２の生物適合性ポリマーでコーティングされている。
【0098】
ポリマーマトリックスの機能は、フルオロフォア部分構造と消光剤部分構造とを共に保持し、それらを固定化する一方で、同時に、検体との接触および検体のボロン酸への結合を可能にすることである。この効果を達成するためには、マトリックスが媒質に不溶でなければならず、マトリックスと検体溶液との間の大表面積の界面を確立することによって、マトリックスは媒質と密接に関連していなければならない。例えば、超薄フィルムまたはマイクロ孔支持マトリックスが使用される。あるいは、検体溶液中でマトリックスは膨潤可能である。例えば、水性系に対してはヒドロゲルマトリックスが使用される。いくつかの例では、感知ポリマーを、例えば光導管（ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｄｕｉｔ）の表面などの表面に結合させるか、またはマイクロ孔膜に含浸させる。２相間の平衡が確立できるように、全ての場合において、マトリックスは、結合部位への検体の輸送を妨害してはならない。当該技術分野において、超薄フィルム、マイクロ孔ポリマー、マイクロ孔ゾル−ゲルおよびヒドロゲルを調製する技法は確立されている。全ての有用なマトリックスは、検体透過性であると定義される。
【0099】
いくつかの実施形態では、ヒドロゲルポリマーが使用される。本明細書で使用される通り、用語：ヒドロゲルは、実質的に膨潤はするが、水には溶解しないポリマーを指す。このようなヒドロゲルは、可溶性または浸出性の画分を含まないという条件で、直鎖状、分枝状もしくは網目状ポリマー、または高分子電解質錯体とすることができる。ヒドロゲルの網目は一般に架橋ステップによって調製され、この架橋ステップは、水溶性ポリマー上で、膨潤はするが、水性媒質には溶解しないように実施される。あるいは、ヒドロゲルポリマーは、親水性の架橋モノマーの混合物を共重合させて、水中で膨潤可能な網目ポリマーを得ることによって調製される。このようなポリマーは、付加重合もしくは縮重合によって、または組み合わせた方法によって形成される。これらの場合には、網目形成モノマーと組み合わせたモノマー性誘導体を使用した共重合によって、ポリマーに感知部分構造が組み込まれる。あるいは、反応性部分構造は重合後反応を使用して、既に調製済みのマトリックスに結合される。前記感知部分構造は、ポリマー鎖中のユニットまたはポリマー鎖に結合したペンダント基である。
【0100】
また、本発明において有用なヒドロゲルは、染料と消光剤の両方が共有結合した単一の網目などのモノリシックポリマー（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）、または多成分ヒドロゲルである。多成分ヒドロゲルとして、相互侵入網目、高分子電解質錯体、および、水中で膨潤可能な複合体を得るための２種類以上のポリマーの他のさまざまなブレンド（ヒドロゲルマトリックス中の第２のポリマーと、交互マイクロ層アセンブリ（ｍｉｃｒｏｌａｙｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）との分散体を含む）が挙げられる。
【0101】
モノリシックヒドロゲルは一般に、限定はされないが、ＨＥＭＡ、ＰＥＧＭＡ、メタクリル酸、アクリル酸ヒドロキシエチル、Ｎ−ビニルピロリドン、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアクリルアミドなどを含む親水性モノマーの混合物のフリーラジカル共重合によって形成され；イオン性モノマーとして、メタクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、スルホプロピルメタクリル酸ナトリウムなどが挙げられ；架橋剤として、エチレンジメタクリラート、ＰＥＧＤＭＡ、トリメチロールプロパントリアクリラートなどが挙げられる。モノマーの比率は、当技術分野において充分に確立された原理を使用して、透過性、膨潤指数およびゲル強度を含む網目特性が最適になるように選択される。一実施形態では、染料部分構造は、８−アセトキシピレン−１，３，６−Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリス（メタクリルアミドプロピルスルホンアミド）などの染料分子のエチレン不飽和誘導体から誘導され、消光剤部分構造は、４−Ｎ−（ベンジル−３−ボロン酸）−４’−Ｎ’−（ベンジル−４−エテニル）−ジピリジニウム二ハロゲン化物（ｍ−ＳＢＢＶ）などのエチレン不飽和ビオロゲンから誘導され、マトリックスは、ＨＥＭＡおよびＰＥＧＤＭＡから形成される。染料の濃度は、発光強度が最適になるように選択される。消光剤と染料の比率は、測定可能な所望の信号を生成するのに充分な消光を提供するように調整される。
【0102】
いくつかの実施形態では、モノリシックヒドロゲルが縮重合によって形成される。例えば、アセトキシピレントリスルホニルクロリドを過剰のＰＥＧジアミンと反応させて、未反応のＰＥＧジアミンに溶解したトリス−（アミノＰＥＧ）付加物を得る。過剰のトリメソイルクロリドと酸アクセプタとの溶液を、４−Ｎ−（ベンジル−３−ボロン酸）−４’−Ｎ’−（２−ヒドロキシエチル）ビピリジニウム二ハロゲン化物と反応させて、ビオロゲンの酸塩化物官能性エステルを得る。例えば一方の混合物の薄いフィルムを注型し、そのフィルムをもう一方の混合物に浸すことにより、これらの２種類の反応性混合物を互いに接触させ、反応させて、ヒドロゲルを形成する。
【0103】
他の実施形態では、本発明のセンサを製作するのに、１つの成分に染料が組み込まれ、別の成分に消光剤が組み込まれた多成分ヒドロゲルが好ましい。さらに、任意選択で、これらの系を分子インプリンティングして、成分間の相互作用を強化し、他の多ヒドロキシ検体よりも高いグルコースに対する選択性を提供する。この多成分系は、相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）または半相互侵入高分子網目（半ＩＰＮ）であることが好ましい。
【0104】
ＩＰＮポリマーは一般に、逐次的な重合によって形成される。最初に、消光剤を含む網目を形成する。次いで、その網目を、染料モノマーを含むモノマーの混合物を用いて膨潤させ、第２の重合を実施してＩＰＮヒドロゲルを得る。
【0105】
半ＩＰＮヒドロゲルは、消光剤モノマーを含むモノマーの混合物に、染料部分構造を含む可溶性ポリマーを溶解し、フルオロフォアと錯体を形成させることによって形成される。いくつかの実施形態では、多ヒドロキシル化合物が自由に透過することができる不溶性ポリマーマトリックスによって、感知部分構造が固定化されている。ヒドロゲル系に関する追加の詳細は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００４／００２８６１２号明細書および同第２００６／００８３６８８号明細書に開示されている。
【0106】
ポリマーマトリックスは、有機ポリマーもしくは無機ポリマーまたはこれらのポリマーの組合せからなる。マトリックスは生体適合材料からなることができる。あるいは、マトリックスは、対象の検体に対し透過性を有する第２の生物適合性ポリマーでコーティングされている。ポリマーマトリックスの機能は、フルオロフォア染料と消光剤部分構造とを共に保持し、それらを固定化する一方で、同時に、検体（例えばポリヒドロキシル化合物、Ｈ＋およびＯＨ−）との接触およびポリヒドロキシル化合物とボロン酸の結合を可能にすることである。したがって、マトリックスは媒質に不溶であり、マトリックスと検体溶液の間の大表面積の界面を確立することによって、マトリックスが媒質と密接に関連している。２相間の平衡を確立することができるように、マトリックスはさらに、結合部位への検体の輸送を妨害しない。一実施形態では、超薄フィルムまたはマイクロ孔支持マトリックスが使用される。別の実施形態では、水性系に対して、検体溶液中で膨潤可能なマトリックス（例えばヒドロゲルマトリックス）を使用することができる。いくつかの実施形態では、感知ポリマーを光導管の表面などの表面に結合させるか、またはマイクロ孔膜に含浸させる。当技術分野において、超薄フィルム、マイクロ孔ポリマー、マイクロ孔ゾル−ゲルおよびヒドロゲルを調製する技法は確立されている。
【0107】
好ましい一実施形態では、ボロン酸置換ビオロゲンは蛍光染料に共有結合している。この付加物は、重合可能な化合物またはポリマー中のユニットとすることができる。このような１つの付加物は例えば、最初に、一方の窒素にベンジル−３−ボロン酸基を結合させ、もう一方の窒素原子にアミノエチル基を結合させることにより、４，４’−ジピリジルから非対称のビオロゲンを形成することによって調製することができる。このビオロゲンを、順番に、最初に、モル比１:１の８−アセトキシ−ピレン−１，３，６−トリスルホニルクロリドを用いて縮合し、続いて過剰のＰＥＧジアミンと反応させて、プリポリマー混合物を得る。両方のステップでは、酸アクセプタを含有させて、副生物の酸を捕捉する。ポリイソシアネートとの反応によってこのプリポリマー混合物を架橋させて、ヒドロゲルを得る。生成物を塩基で処理して、アセトキシブロック基を除去する。以降での使用する前に、脱イオン水を用いた徹底的な抽出によって、不完全な反応生成物および未反応の出発材料をヒドロゲルから浸出させる。この生成物は、本明細書で説明した感知成分として使用されたときにグルコースと反応する。
【0108】
あるいは、このような付加物は、エチレン不飽和のモノマー誘導体である。例えば、ジメチルビス−ブロモメチルベンゼンボロネートを過剰の４，４’−ジピリジルと反応させて、ビオロゲン付加物の半分を形成する。過剰のジピリジルを除去した後、この付加物をさらに過剰のブロモエチルアミンヒドロクロリドと反応させて、ビス−ビオロゲン付加物を形成する。酸アクセプタの存在下で８−アセトキシピレン−トリススルホニルクロリドとモル比１:１で反応させ、続いて過剰のアミノプロピルメタクリルアミドと反応させることによって、この付加物をピラニン染料に結合させる。最後に、残留アミノ基全てを、メタクリロールクロリドと反応させることができる。精製後、染料／ビオロゲンモノマーをＨＥＭＡおよびＰＥＧＤＭＡと共重合させて、ヒドロゲルを得ることができる。
【0109】
＜溶液の実施例＞ＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡの溶液（ｐＨ７．４のＰＢＳ中の１×１０−５Ｍ溶液）に、３，３’−ｏＢＢＶ（ＭｅＯＨ中の３０ｍＭ溶液）を、量を増やしながら加え、加える毎に蛍光発光を測定した。図１５は、３，３’−ｏＢＢＶ（Ｑ）を加えたときの発光の相対変化（Ｓｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ曲線）を示し、この変化は、３，３’−ｏＢＢＶによるＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡの消光を示している。蛍光計の設定は以下のとおりである：１％減衰、ｅｘ ｓｌｉｔ ８ｎｍ、ｅｍ ｓｌｉｔ １２ｎｍ、４８６ｎｍ ｅｘ λ、５３７ｎｍ ｅｍ λ。
【0110】
ｐＨ７．４のＰＢＳ中のグルコースのストック溶液（３１２５０ｍｇ／ｄＬ）を用いて、ＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡ（１×１０−５Ｍ）および３，３’−ｏＢＢＶ（３×１０−３Ｍ）を滴定し、グルコースを加える毎に蛍光発光を測定した。グルコースの加えたときの相対変化を図１６に示す。
【0111】
＜ヒドロゲルの実施例＞ＨＰＴＳ−ＣｙｓＭＡ（２ｍｇ）、３，３’−ｏＢＢＶ（１５ｍｇ）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアクリルアミド（４００ｍｇ）、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（８ｍｇ）、ＨＣｌ（１Ｍ溶液を１０μＬ）およびＶＡ−０４４（１ｍｇ）を水に溶解し、体積測定フラスコ中で１ｍＬに希釈した。この溶液を、凍結脱気（３回）し、０．００５”のポリイミドスペーサを含む型に注入し、５５℃で、１６時間、重合させた。得られたフィルムをｐＨ７．４のリン酸緩衝液に入れ、このフィルムを、フローセル構成中で、グルコースの量を段階的に増やして（０、５０、１００、２００、４００ｍｇ／ｄＬ）試験した。グルコースを加えたときの蛍光の相対変化を図１７に示す。蛍光計の設定は以下のとおりである：ｅｘ ｓｌｉｔ ８ｎｍ、ｅｍ ｓｌｉｔ ３．５ｎｍ、５１５ｎｍ カットオフフィルタ、４８６ｎｍ ｅｘ λ、５３２ｎｍ ｅｍ λ。
【0112】
以上に、本発明を、ある実施形態および実施例に関して説明したが、当業者には、本明細書の開示から、他の実施形態は明白であろう。さらに、記載した実施形態は単に例示のために示したものであり、それらの実施形態が本発明の範囲を限定することは意図されていない。実際に、本明細書に記載した新規の方法およびシステムは、本発明の趣旨を逸脱しない他のさまざまな形態で実施することができる。したがって、本発明の開示を検討すれば、当業者には、他の組合せ、省略、置換えおよび変更が明白であろう。したがって、これらの例示的な実施形態または好ましい実施形態が本発明を限定することは意図されていない。添付の特許請求の範囲は例示的な請求項を提供し、それらの均等なものは、本発明の範囲および趣旨に含まれるであろう形態または変更を網羅することが意図されている。