特許 6983065 動物もしくは人、特に未熟児の血液または組織中の検体の濃度を自己較正の方法で測定するためのデバイス

(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】6983065

(24)【登録日】2021年11月25日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】動物もしくは人、特に未熟児の血液または組織中の検体の濃度を自己較正の方法で測定するためのデバイス

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/10 20060101AFI20211206BHJP

   G01N 33/48 20060101ALI20211206BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   G01N1/10 V

   G01N33/48 B

   G01N21/64 Z

【請求項の数】13

【全頁数】38

(21)【出願番号】特願2017-502255(P2017-502255)

(86)(22)【出願日】2015年7月14日

(65)【公表番号】特表2017-526908(P2017-526908A)

(43)【公表日】2017年9月14日

(86)【国際出願番号】EP2015066089

(87)【国際公開番号】WO2016008898

(87)【国際公開日】20160121

【審査請求日】2018年7月12日

(31)【優先権主張番号】14176976.0

(32)【優先日】2014年7月14日

(33)【優先権主張国】EP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】508290633

【氏名又は名称】ユニヴァーシテト チューリッヒ

(73)【特許権者】

【識別番号】500397558

【氏名又は名称】アイトゲネッシェ マテリアルプリューフングス ウント フォルシュングスアンシュタルト エーエムペーアー

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】バウマン ルーカス

(72)【発明者】

【氏名】シェラー カトリン

(72)【発明者】

【氏名】ロートマイヤー マルクス

(72)【発明者】

【氏名】シェラー ルーカス

(72)【発明者】

【氏名】ロッシ レネ

(72)【発明者】

【氏名】デ クルテン ダミアン ポール ジョセフ アンリ

(72)【発明者】

【氏名】ヴォルフ マルティン

【審査官】 北条 弥作子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５０４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１３９０２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０２５５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１５４２７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表平０４−５０６９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２４１９６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２５３２９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 伊藤 嘉浩，高分子ブラシのグラフト化による多孔性膜への刺激に応答した物質透過性の付与，高分子論文集，Vl.55,No.4，日本，公益社団法人 高分子学会，1998年，171-181

【文献】 LUKAS BAUMANN ET Al，"Development of light-responsive porous polycarbonate membranes for controlled caffeine delivery"，RSC ADVANCES, vol. 3, no. 45，英国，Royal Society of Chemisty，2013年，vol. 3, no. 45，23317-23326

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １／００

Ｇ０１Ｎ １／１０

Ｇ０１Ｎ ３３／４８

Ｇ０１Ｎ ３３／６６

Ｇ０１Ｎ ２１／６４

Ａ６１Ｂ ５／１５７

Ａ６１Ｂ ５／１４５５

Ａ６１Ｂ ５／１４７７

Ａ６１Ｂ ５／１４８２

Ｇ０３Ｃ １／７３，５０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

動物もしくは人の皮膚を通して検体が受動的に拡散した、前記動物または人の血液または組織中のその検体の濃度を測定するためのデバイスであって、前記濃度を測定するために、
前記デバイスは、前記動物または前記人の前記皮膚と接触するためのプローブヘッド（１０）を備え、前記プローブヘッド（１０）は、メンブレン（３０）を備え、前記メンブレン（３０）は、フォトクロミック化合物を含み、前記メンブレン（３０）が前記検体に対する第１の透過性を備える第１の状態と、前記メンブレン（３０）が前記検体に対する第２の透過性を備える第２の状態との間でスイッチング手段（４０）の光照射によってスイッチされるように設計されており、前記検体に対する前記第１の透過性は、前記検体に対する前記第２の透過性とは異なり、または、前記デバイスは、前記動物または前記人の前記皮膚と接触するためのプローブヘッドを備え、前記プローブヘッドは、メンブレンおよびさらなるメンブレンを備え、前記メンブレンは、前記検体に対する前記第１の透過性を永続的に備え、前記さらなるメンブレンは、前記検体に対する前記第２の透過性を永続的に備え、前記検体に対する前記第１の透過性は、前記検体に対する前記第２の透過性とは異なり、
前記デバイスは、さらに、前記動物または前記人の前記血液または組織中の前記検体の前記濃度を測定するための分析手段（２０）を備え、前記分析手段（２０）は、前記第１の状態にある前記メンブレン（３０）を通して拡散されるか、または前記第１の透過性を備える前記メンブレンを通して拡散される前記検体の第１の濃度を測定するように設計され、前記分析手段（２０）は、前記第２の状態にある前記メンブレン（３０）を通して拡散されるか、または前記第２の透過性を備える前記さらなるメンブレンを通して拡散される前記検体の第２の濃度を測定するように設計され、前記分析手段（２０）は、前記第１および第２の濃度を用いて前記血液または組織中の前記検体の前記濃度を測定するように設計されている、デバイス。

【請求項2】

前記スイッチング手段は、前記メンブレン（３０）に光を照射するように設計された光源（４０）を備え、前記光源（４０）は、前記メンブレン（３０）を前記第１の状態へスイッチするための第１の波長を備える光で前記メンブレンを照明するように設計され、かつ前記光源（４０）は、前記メンブレン（３０）を前記第２の状態へスイッチするための前記第１の波長とは異なる第２の波長を備える光で前記メンブレン（３０）を照明するように設計されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記スイッチング手段は、前記光源（４０）の前記光を前記メンブレン（３０）の方へ導くための光ガイド（４０１）を備えることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記プローブヘッド（１０）は、前記検体を受け取るために前記メンブレン（３０）に隣接した拡散チャンバ（１００）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項5】

前記拡散チャンバ（１００）は、灌流媒体（３）を前記拡散チャンバ（１００）中へ供給するための入口（１０１）と、前記メンブレン（３０）を通して拡散された前記検体を前記拡散チャンバ（１００）外へ輸送すべく、前記灌流媒体（３）を前記拡散チャンバ（１００）外へ排出するための出口（１０２）とを備えることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。

【請求項6】

前記プローブヘッドは、前記検体を受け取るための前記メンブレンに隣接した第１の拡散チャンバと、前記検体を受け取るための前記さらなるメンブレンに隣接した第２の拡散チャンバとを備え、前記第１の拡散チャンバは、灌流媒体を前記第１の拡散チャンバ中へ供給するための入口と、前記メンブレンを通して拡散する前記検体を前記第１の拡散チャンバ外へ輸送すべく、前記灌流媒体を前記第１の拡散チャンバ外へ排出するための出口とを備え、前記第２の拡散チャンバは、灌流媒体を前記第２の拡散チャンバ中へ供給するための入口と、前記さらなるメンブレンを通して拡散する前記検体を前記第２の拡散チャンバ外へ輸送すべく、前記灌流媒体を前記第２の拡散チャンバ外へ排出するための出口とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記分析手段（２０）は、前記灌流媒体（３）がそれぞれの検体とともに前記分析手段（２０）へ輸送されることができるように、前記出口（１０２）へ接続されることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。

【請求項8】

前記分析手段（２０）は、前記灌流媒体が前記それぞれの検体とともに前記分析手段へ輸送されることができるように、前記出口へ接続されることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。

【請求項9】

前記メンブレン（３０）および／または前記さらなるメンブレンは、スピロベンゾピラン部分またはスピロオキサジン部分を含み、前記メンブレン（３０）および／または前記さらなるメンブレンは、前記スピロベンゾピラン部分またはスピロオキサジン部分を含む化合物またはポリマーが被覆されるかまたはグラフトされたポリカーボネートから形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項10】

前記メンブレン（３０）および／または前記さらなるメンブレンは、スピロオキサジン部分またはスピロベンゾピラン部分を含む両親媒性ネットワークを備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項11】

前記分析手段（２０）は、蛍光測定を用いて前記濃度を測定するように構成されたマイクロ流体チップ（２０１）を備え、そのマイクロ流体チップ（２０１）は、前記プローブヘッド（１０）中に一体化されることを特徴とする、請求項１または４に記載のデバイス。

【請求項12】

前記マイクロ流体チップ（２０１）は、前記メンブレン（３０）から見て反対側の前記拡散チャンバ（１００）の頂部に配置されることを特徴とする、請求項４を引用する請求項１１に記載のデバイス。

【請求項13】

動物または人の血液または組織中の検体の濃度を測定するための方法であって、前記濃度を測定するために、前記方法は、
−フォトクロミック化合物を含み、検体に対する第１の透過性を備える第１の状態と前記検体に対する第２の透過性を備える第２の状態との間でスイッチング手段（４０）の光照射によってスイッチされるように設計されたメンブレン（３０）を準備し、前記前記検体に対する前記第１の透過性を備えたメンブレン（３０）を通して前記検体を拡散させ、かつ前記検体に対する前記第２の透過性を備えたメンブレン（３０）を通して前記検体を拡散させるステップであって、前記第１の透過性は、前記第２の透過性とは異なる、前記ステップ、または前記検体に対する前記第１の透過性を永続的に備えるメンブレンおよび前記検体に対する第２の透過性を永続的に備えるさらなるメンブレンを準備し、前記検体に対する前記第１の透過性を永続的に備えるメンブレンを通して前記検体を拡散させ、かつ前記検体に対する第２の透過性を永続的に備えるさらなるメンブレンを通して前記検体を拡散させるステップであって、前記第１の透過性は、前記第２の透過性とは異なる、前記ステップと、
−前記第１の透過性を備える前記メンブレン（３０）または前記メンブレンを通して拡散された前記検体の第１の濃度を測定し、前記第２の透過性を備える前記メンブレン（３０）または前記さらなるメンブレンを通して拡散された前記検体の第２の濃度を測定して、前記第１および第２の濃度を用いて前記血液または組織中の前記検体の前記濃度を決定するステップと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動物または人の血液または組織中の、特に未熟児の血液または組織中の検体の濃度を測定するためのデバイス、および対応する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

新生児（および成人）のために利用できる非侵襲性グルコース・モニタリング・デバイスは、現在、市販されていない。極めて早産（例えば、在胎期間（ＧＡ：ｇｅｓｔａｔｉｏｎａｌ ａｇｅ）が３４週未満）か、または在胎期間の割りにあまりに小さいすべての新生児は、頻繁な血中グルコース測定を必要とする。この測定は、現在、侵襲的に採血して血中グルコースを体外で測定することによってのみ達成できる。採血は、いくつかの望ましくない潜在的に危険な副作用を有する。例えば、早産の乳児の血液量が８０ｍｌ／ｋｇ体重ほどと少ないために、採血が貧血を引き起こす。採血は、さらに、早産の赤ん坊にとって痛ましい。繰り返される痛みは、臨床成績が悪く、低減されるべきである。採血は、職員および乳児の両方に対する感染のリスクも伴う。従って、本発明は、臨床的に適切である。加えて、これらの不利な点は、血中グルコースを臨床的に望ましいほど頻繁に測定することを妨げる。血中グルコースは、急速に変化しかねないので、連続的な測定が臨床的に適切であろう。

【0003】

血液または組織中の検体を決定するための既知の非侵襲的な方法は、経皮的にエクスビボ（ｅｘ−ｖｉｖｏ）体液をサンプリングする（本明細書では、エクスビボとは体液が体に由来することを意味する）。その場合には生体適合性を考慮に入れないでこれらの流体を分析できる。それらの分析は、組織構造または異質な埋め込み分析手段に対する組織炎症反応によって影響を受けない。さらに、エクスビボ流体は、（皮膚がフィルタとしての機能を果たして）大きい分子量をもつ物質が収集されないため、含まれる干渉分子がそれらのインビボ対応物よりずっと少ない。それゆえに、エクスビボ測定は、インビボよりはるかに正確であろう。しかし、皮膚特性が変動するため、それらを較正する必要がある。血液検体と皮膚を通して拡散されるその量との間の関係は、未知である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のことに基づいて、本発明の基礎をなす課題は、特に採血する必要なしに、特に簡単な方法で患者の血液中の検体の濃度を決定することを許容する改善された前述の種類のデバイスおよび方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この課題は、請求項１の特徴を有するデバイスによって解決される。好ましい実施形態は、対応する従属請求項に明記される。

【0006】

請求項１によれば、人（または動物）、特に未熟児の皮膚を通して検体が受動的に拡散した、前記動物または人の血液または組織中のその検体の濃度を測定するためのデバイスは、前記検体に対する（例えば、メンブレンの第１および第２の状態に例えば対応する）少なくとも第１および第２の透過性を備える手段を備え、前記検体に対する第１の透過性は、検体に対する第２の透過性とは異なる。

【0007】

これは、動物または人の血液または組織中の所望の検体の濃度を自己較正の方法で測定することを原理的に許容する。

【0008】

好ましい実施形態によれば、プローブヘッドは、メンブレンが第１の状態にあってプローブヘッドが皮膚と接触するときに、前記動物もしくは人の皮膚を通して例えば受動的に拡散した、検体が前記メンブレンを通して拡散することが可能であるように、かつメンブレンが第２の状態にあってプローブヘッドが本人の皮膚と接触するときに、検体が前記メンブレンを通して拡散することが可能であるように、前記メンブレンが前記検体に対する第１の透過性を備える、前記第１の状態と、前記メンブレンが前記検体に対する第２の透過性を備える、前記第２の状態との間で（可逆的に）スイッチされるように設計された前記メンブレンを備え、前記第１の透過性は、前記第２の透過性とは異なる。

【0009】

さらに、代わりに、プローブヘッド（またはプローブヘッド手段）は、（第１の）メンブレンおよびさらなる（第２の）メンブレンを備え、プローブヘッドが皮膚と接触するときに、前記動物もしくは人の皮膚を通して例えば受動的に拡散した、前記検体がメンブレンを通して拡散することが可能であるように、かつプローブヘッドが本人の皮膚と接触するときに、前記検体がさらなるメンブレンを通して拡散することが可能であるように、前記メンブレンは、前記検体に対する第１の透過性を備え、前記さらなるメンブレンは、前記検体に対する第２の透過性を備え、第１の透過性は、第２の透過性とは異なる。

【0010】

可能な検体は、最も好ましいグルコースだけでなく、カフェイン、尿素、コルチゾン、ヒドロコルチゾン、乳酸塩、オピオイド、コカイン、アンモニア、クレアチニン、ビリルビン、または未処理もしくは処理済の皮膚さえも通るすべての分子である。

【0011】

本発明によるこの解決法は、以下に示されるように有利な方法での患者の血液中の所望の検体（例えば、グルコース）の濃度の自己較正測定を許容する。

【0012】

本発明の好ましい実施形態によれば（前記２つの状態を有するメンブレンが採用されるケースでは）、デバイスは、好ましくは、前記２つの状態間で前記メンブレンをスイッチするためのスイッチング手段を備える。

【0013】

本発明のある実施形態では、かかるスイッチング手段は、メンブレンを１つの状態から他の状態へスイッチするために電磁放射、特に光をメンブレンに照射するように設計される。

【0014】

さらなる実施形態では、スイッチング手段は、メンブレンを１つの状態から他の状態へスイッチするために電界および／または（例えば、一定）磁界をメンブレンに印加するように設計されてもよい。

【0015】

さらなる実施形態では、スイッチング手段は、メンブレンを１つの状態から他の状態へスイッチするために前記メンブレンと接触する媒体のｐＨ値を変化させるように設計されてもよい。

【0016】

さらなる実施形態では、スイッチング手段は、メンブレンを１つの状態から他の状態へスイッチするためにメンブレンの温度を変化させるように設計されてもよい。

【0017】

さらに別の実施形態では、スイッチング手段は、メンブレンを１つの状態から他の状態へスイッチするために前記メンブレンに圧力および／または剪断応力をかけるように設計されてもよい。

【0018】

好ましい実施形態によれば、前記スイッチング手段は、前記メンブレンを照明するように設計される光源を備え、光源は、メンブレンを第１の状態へスイッチするための第１の波長を備える光でメンブレンを照明するように特に設計され、かつ光源は、メンブレンを第２の状態へスイッチするための第１の波長とは異なる第２の波長を備える光でメンブレンを照明するように特に設計される。

【0019】

好ましくは、スイッチング手段は、メンブレンを１つの状態から他の状態へスイッチするためのそれぞれの光をメンブレンに照射できるように、光源の前記光をメンブレンの方へ導くための光ガイドを備える。

【0020】

好ましくは、前記メンブレンを通して皮膚からまたは皮膚へ拡散する前記検体を受け取るために、プローブヘッドは、前記メンブレンに隣接して拡散チャンバを備える。

【0021】

さらに、好ましくは、拡散チャンバは、灌流媒体を拡散チャンバ中へ供給するための入口、および、特に前記メンブレンを通して拡散する前記検体を拡散チャンバ外へ輸送すべく、前記灌流媒体を拡散チャンバから排出するための出口を備える。

【0022】

患者の血液または組織中の検体の濃度を測定するために、システムは、好ましくは、本発明の実施形態による分析手段を備え、前記分析手段は、第１の状態にあるメンブレンを通して拡散された（例えば、流動性灌流媒体中の）検体の第１の濃度を測定するように設計され、前記分析手段は、第２の状態にあるメンブレンを通して拡散された（例えば、流動性灌流媒体中の）検体の第２の濃度を測定するように設計され、特に、分析手段は、（例えば、前記灌流媒体中の）検体の前記第１および第２の濃度Ｃ_ｍｌおよびＣ_ｍｈを用いて血液または組織中の検体の濃度を測定するように設計される。

【0023】

本発明の好ましい実施形態によれば、前記分析手段は、前記灌流媒体をそれぞれの透過液とともに分析手段へ輸送できるように、拡散チャンバの前記出口へ接続される。

【0024】

好ましくは、デバイスは、検体が第１の状態にあるメンブレンを通して拡散したときには灌流媒体が検体の第１の濃度を備えるように、かつ検体が第２の状態にあるメンブレンを通して拡散したときには灌流媒体が検体の第２の濃度を備えるように、拡散チャンバを通して灌流媒体を、メンブレンを通して拡散する検体を伴って導くように設計される。

【0025】

検体は、動物もしくは人の皮膚を通して拡散し、その後、メンブレンを通して灌流媒体中へ拡散しうることに注目すべきである。しかしながら、灌流媒体が十分高い濃度の検体を含むケースでは、検体がメンブレンを通して動物もしくは人の皮膚の方へ拡散する。このように、メンブレンの透過性に依存して灌流媒体中の検体の濃度も変化する。

【0026】

灌流媒体は、次に、検体の第１および第２の濃度を測定するように設計された分析手段の方へ検体を運ぶ。

【0027】

検体に対する透過性が異なる２つのメンブレンが採用されるケースでは、プローブヘッド手段は、前記検体を受け取るために前記メンブレンに隣接した第１の拡散チャンバ、および前記検体（異なる濃度）を受け取るために前記さらなるメンブレンに隣接した第２の拡散チャンバを備える。好ましくは、第１の拡散チャンバは、灌流媒体を第１の拡散チャンバ中へ供給するための入口、および、特に前記灌流媒体を検体とともに第１の拡散チャンバ外へ輸送すべく、前記灌流媒体を第１の拡散チャンバ外へ排出するための出口を備える。さらに、好ましくは、第２の拡散チャンバは、灌流媒体を第２の拡散チャンバ中へ供給するための入口、および、特に前記灌流媒体を検体とともに第２の拡散チャンバ外へ輸送すべく、前記灌流媒体を第２の拡散チャンバ外へ排出するための出口を備える。

【0028】

プローブヘッドに関して、考えられるのは、前記プローブヘッドが前記第１の拡散チャンバおよび前記メンブレンを備える第１のプローブヘッド、ならびに前記第２の拡散チャンバおよび前記さらなるメンブレンを備える第２のプローブヘッドへ分離されることである。しかしながら、プローブヘッドは、両方のメンブレンおよび拡散チャンバを含む単一のプローブヘッドによって形成されてもよい。

【0029】

検体に対する異なる透過性を有する２つのメンブレンが採用されるケースでは、分析手段は、メンブレンを通して拡散された（例えば、灌流媒体中の）検体の第１の濃度、およびさらなるメンブレンを通して拡散された（例えば、灌流媒体中の）検体の第２の濃度を測定するように設計される。この場合もやはり、分析手段は、好ましくは、前記第１および第２の濃度を用いて血液または組織中の検体の濃度を測定するように設計される。さらに、流動性灌流媒体に依存して（上記参照）、検体は、皮膚からそれぞれのメンブレンを通してそれぞれの拡散チャンバ中へ、またはそれぞれの拡散チャンバからそれぞれのメンブレンを通して本人の皮膚の方へ拡散しうる。

【0030】

第１または第２の検体濃度を含む灌流媒体を受け取るために前記灌流媒体を検体とともに分析手段へ輸送できるよう、分析手段が前記出口へ接続される。

【0031】

有利なことに、前記測定される２つの濃度は、さらなる較正なしに本人の血液（または皮膚）中の検体濃度を推定することを許容する。このように、本発明によるデバイスは、前記検体濃度の自己較正による推定を許容する。

【0032】

これは、以下のように達成される。皮膚およびメンブレン（または前記第１および第２のメンブレン）を通しての前記検体の受動拡散は、フィックの法則：
Ｃ_{ｇ，ｂｏｄｙ}−Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}＝Ｆ_ｇ（Ｒ_ｇ＋Ｒ_ｍ） （１）
によってモデリングされ、ここでＣ_{ｇ，ｂｏｄｙ}は、所望の血中検体（例えば、グルコース）濃度、Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}は、拡散チャンバにおける（または第１および第２の拡散チャンバにおける）の検体濃度、Ｆ_ｇは、皮膚およびメンブレンを通しての検体流量、Ｒ_ｇは、検体拡散に対する皮膚抵抗、Ｒ_ｍは、検体拡散に対するメンブレン抵抗であり、状態ごとに１つ、または第１のメンブレンに対して１つおよび第２のメンブレンに対して他の１つ（上記参照）の２つの値を有する。未知数は、血中検体濃度Ｃ_ｇおよび検体拡散に対する皮膚抵抗Ｒ_ｇである。濃度および検体拡散流量を前記メンブレンの両方の状態（すなわち、両方の抵抗）に対して、または（ｏｆ）第１および第２のメンブレンに対して測定することで、皮膚抵抗および血中検体濃度の両方を決定できる。

【0033】

好ましくは、濃度勾配を高く、従って、検体拡散流量を高く保つために、微小透析セットアップにおいて拡散チャンバ（または２つの拡散チャンバ）が灌流媒体（灌流液とも表される）でフラッシュされる。かくして、それぞれの拡散（または微小透析）チャンバを通る流れの流線にわたって一旦積分されると、式（１）は、

【0034】

【数1】

【0035】

となり、項

【0036】

【数2】

【0037】

は、透析物抽出比とも称され、ここでＱ_ｄは、透析物流量であり、Ａ_ｍは、メンブレンと接触した微小透析または拡散チャンバの面積である。

【0038】

【数3】

【0039】

であれば、（３）における透析物抽出比を線形化できる。その時には、式（２）は、以下のようになる。

【0040】

【数4】

【0041】

次に、２つの対応するメンブレン状態／透過性に対する（または２つのメンブレンに対する）２つの濃度Ｃ_ｍｌおよびＣ_ｍｈ、ここでインデックスｍｌは、低抵抗（すなわち、高透過性）を表し、インデックスｍｈは、高抵抗（すなわち、低透過性）を表す、あるいは、２つのメンブレン抵抗値Ｒ_ｍｌおよびＲ_ｍｈを測定することで、（Ｃ_ｍｌ＝Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}（Ｒ_ｍ＝Ｒ_ｍｌ）およびＣ_ｍｈ＝Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}（Ｒ_ｍ＝Ｒ_ｍｈ）を用いて）（４）から血中グルコース濃度を得る：

【0042】

【数5】

【0043】

好ましくは、次の近似が用いられ、
Ｒ_ｍｌ＜＜Ｒ_ｍｈ，Ｒ_ｍｈ＝Ｒｇおよび
Ｒ_Ｇ＝１’２００’０００ｓｃｍ^−１
Ｑ_ｄ＝５μＬｍｉｎ^−１
Ａ_ｍ＝４ｃｍ^２
結果として
Ｃ_{ｇ，ｂｏｄｙ}＝Ｑ_ｄＲ_ｇＣ_ｍｌＣ_ｍｈ／（_Ｃｍｌ−Ｃ_ｍｈ） （５’）
が得られる。

【0044】

それに対応して、本発明のある実施形態では、本発明によるデバイスの前記分析手段は、好ましくは、関係（５）または（５’）を用いることによって、検体（ここでは例えば、グルコース）の血液の濃度を決定するように設計される。

【0045】

前記メンブレンに２つ以上の状態が実装されていれば、前記検体の血中濃度Ｃ_{ｇ，ｂｏｄｙ}を式（２）または（４）に従って決定するためには、従来の方法で検体拡散に対する皮膚抵抗Ｒ_ｇが一旦測定されると、メンブレンの１つの状態のみに対応する灌流法での検体濃度の１つの測定結果で十分である。

【0046】

必要に応じて、前記分析手段は、２つの対応する異なるメンブレンまたはメンブレン状態に対する２つの測定結果Ｃ_ｍｌ＝Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}（Ｒ_ｍ＝Ｒ_ｍｌ）およびＣ_ｍｈ＝Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}（Ｒ_ｍ＝Ｒ_ｍｈ）に関して式（２）も非線形較正アルゴリズムとともに採用するであろう。

【0047】

分析手段は、前記濃度Ｃ_ｍｌおよびＣ_ｍｈを［１］に記載されるような蛍光測定によって測定するためのマイクロ流体チップを備えてもよい。

【0048】

本発明のさらなる実施形態によれば、分析手段および／またはマイクロ流体チップは、プローブヘッド中に一体化される。特に、プレートまたは層の形態を備えるマイクロ流体チップ（または分析手段）は、前記メンブレンから見て反対側の（同じく、プレートまたは層の形態を備える）拡散チャンバの頂部に配置される。かかる一体化デバイスのさらなる特徴は、いくつかの図を参照して以下に記載される。

【0049】

さらなる実施形態によれば、メンブレンおよび／またはさらなるメンブレンは、フォトクロミック化合物またはその部分を含む。

【0050】

本発明の文脈におけるフォトクロミック化合物は、少なくとも２つの形態を呈示する化合物を指し、少なくとも２つの形態は、電磁放射の吸収によって誘起された１つの形態から他の形態への可逆的変換を経ることが可能であり、少なくとも２つの形態は、異なる吸収スペクトルを有する。変換は、共有結合形成、共有結合切断、シス・トランス異性化、異方性開環または閉環のような反応を含みうる。

【0051】

さらなる実施形態によれば、前記メンブレンおよび／またはさらなるメンブレンは、例えば、多孔質ポリカーボネートから形成され、前記メンブレンおよび／またはさらなるメンブレンは、スピロベンゾピラン部分またはスピロオキサジン部分をさらに含む。

【0052】

特に、メンブレンおよび／またはさらなるメンブレンは、スピロベンゾピラン部分またはスピロオキサジン部分を含む第１のポリマーを含むか、またはそれらからなる。より詳しくは、第１のポリマー、特に多孔質ポリカーボネートは、化合物または第２のポリマーがグラフトされ、化合物または第２のポリマーは、スピロベンゾピラン部分またはスピロオキサジン部分を含む。

【0053】

好ましくは、前記メンブレンおよび／またはさらなるメンブレンは、スピロオキサジン部分またはスピロベンゾピラン部分を含む両親媒性ネットワークを含む。

【0054】

本発明の文脈におけるスピロベンゾピラン部分は、分子式１

【0055】

【化1】

【0056】

を特徴とする化合物を特に指し、Ｌは、リンカー、特にメンブレンおよび／またはさらなるメンブレンあるいは第１のポリマー、化合物または第２のポリマーへのリンカーであり、特にリンカーＬは、少なくとも１つのメチレン基（−ＣＨ_２−）を含み、Ｒ_１は、ＨおよびＮＯ_２から選択される、

【0057】

本発明の文脈におけるスピロオキサジン部分は、分子式２ａ、２ｂ、２ｃまたは２ｄ：

【0058】

【化2】

【0059】

を特徴とする化合物を特に指し、Ｌは、上記の意味を有し、

【0060】

Ｌ_１およびＬ_２は、リンカーであり、特にＬ_１およびＬ_２のうちの一方は、メンブレンおよび／またはさらなるメンブレンあるいは第１のポリマー、化合物または第２のポリマーへのリンカーであり、Ｌ_１およびＬ_２のうちの他方は、追加の化合物またはポリマーへのリンカーであり、特に追加の化合物またはポリマーは、追加のスピロベンゾピラン部分または追加のスピロオキサジン部分を備えてもよく、

【0061】

Ｒ_２およびＲ_３は、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２−および−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＮＯ_２、水素またはアルキル、特にＣＨ_３から互いに独立して選択され、

【0062】

Ｒ_４は、水素またはアルキル、特にＣＨ_３である。

【0063】

いくつかの実施形態において、スピロベンゾピラン部分は、分子式３：

【0064】

【化3】

【0065】

を特徴とするスピロ化合物に由来し、

【0066】

Ｒ_１は、上記の意味を有し、

【0067】

Ｒ_５は、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２および−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２から選択される。

【0068】

いくつかの実施形態において、スピロオキサジン部分は、分子式４：

【0069】

【化4】

【0070】

を特徴とするスピロ化合物に由来し、

【0071】

Ｒ_２およびＲ_３は、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２−、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＮＯ_２、水素またはアルキル、特にＣＨ_３から互いに独立して選択され、

【0072】

Ｒ_６は、Ｒ_２およびＲ_３のうちの少なくとも１つが−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２−または−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２であることを条件として、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２、水素およびアルキル、特にＣＨ_３から選択されるか、あるいはＲ_６は、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２または−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２である。

【0073】

いくつかの実施形態において、Ｒ_６は、水素またはアルキル、特にＣＨ_３であり、Ｒ_２およびＲ_３のうちの少なくとも１つは、−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２−または−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２である。

【0074】

いくつかの実施形態において、Ｒ_２およびＲ_３のうちの少なくとも１つは、ＮＯ_２、水素またはアルキル、特にＣＨ_３であり、Ｒ_６は、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２、−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−ＣＨ＝ＣＨ_２または−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｃ（Ｏ）−Ｏ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２である。

【0075】

いくつかの実施形態において、スピロベンゾピラン部分は、ＳＰ５（２−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）エタノール）、（２−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）エチル２−メチルプロパ−２−エノアート）、（２−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）エチルプロパ−２−エノアート）、ＳＰ１２（３−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）プロパン酸）、ＳＰ１４（２−［３−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）プロパノイルオキシ］エチル２−メチルプロパ−２−エノアート）、およびＳＰ１６（２−プロパ−２−エノイルオキシエチル３−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）プロパノアートから選択されたスピロ化合物に由来する。

【0076】

いくつかの実施形態において、スピロオキサジン部分は、ＳＯ３７（１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−オール）、ＳＯ３９（１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−イル）２−メチルプロパ−２−エノアート、ＳＯ５０（（１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−イル）プロパ−２−エノアート、およびＳＯ４９（（５’−アセトキシ−１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−イル）プロパ−２−エノアートから選択されたスピロ化合物に由来する。

【0077】

さらに、本発明による課題は、動物または人、特に未熟児の血液または組織中の検体の濃度を測定するための請求項１８による方法によって解決され、前記濃度、および特に前記動物または前記人の皮膚抵抗を測定するために、検体は、前記検体に対する第１の透過性を備える手段を通して、また前記検体に対する第２の透過性を備える手段を通して拡散され、前記２つの透過性は異なる。前記手段は、メンブレンが第１の透過性を備える第１の状態を備える第１の状態、およびメンブレンが第２の透過性を備える第２の状態を備える単一のメンブレンを備えてもよい。代わりに、前記手段は、第１の透過性を（例えば、永続的に）備えるメンブレン、および第２の透過性を（例えば、永続的に）備える別のさらなるメンブレンによって形成されてもよい。

【0078】

好ましい実施形態において、方法は、
−（前記動物もしくは前記人の皮膚を通して例えば受動的に拡散された）検体を前記検体に対する第１の透過性を備えるメンブレンを通して拡散させるステップと、
−（前記動物もしくは前記人の皮膚を通して例えば受動的に拡散された）検体をさらなるメンブレンを通して、または前記検体に対する第２の透過性を備える前記メンブレンを通して拡散させるステップと、
−第１の透過性を備えるメンブレンを通して拡散する検体の第１の濃度、および第２の透過性を備えるメンブレンを通して、または第２の透過性を備えるさらなるメンブレンを通して拡散する検体の第２の濃度を測定するステップと、
−前記第１および第２の濃度を用いて血液もしくは組織中の前記検体の濃度を決定するステップと
を含む。

【0079】

好ましくは、本発明によるデバイスは、本発明による方法を実施するために用いられる。

【0080】

好ましくは、（検体に関してそれぞれが異なる透過性をもつ）２つの状態を有するメンブレンが用いられるときに、メンブレンは、第１の状態にされる。

【0081】

好ましくは、（患者の皮膚を通して例えば受動的に拡散された）検体は、第１の状態にあるメンブレンを通して拡散されて、次に、好ましくは、拡散チャンバにおいて好ましくは灌流媒体中に収集される。代わりに、検体が拡散チャンバから（例えば、灌流媒体外へ）第１の状態にあるメンブレンを通して皮膚の方へ拡散することもある（このケースでは灌流媒体が検体をまさに最初から含み、ここでも同様に検体の特定の第１の濃度が灌流媒体中で確立される、上記参照）。第１の透過性は、第２の透過性より高くてもよい（逆もまた同様）。

【0082】

好ましくは、第１の濃度の検体を伴う灌流媒体は、特に検体を分析手段へ運ぶ灌流媒体を、拡散チャンバを通してポンピングすることによって分析手段へ輸送される。

【0083】

好ましくは、流動性灌流媒体中の検体の第１の濃度が測定されて、特に分析手段によって記憶される。

【0084】

好ましくは、メンブレンは、次に、特にメンブレンを第１の状態に保つために第１の波長の光をメンブレン上に照射することによって、および次にメンブレンを第２の状態にスイッチしてその状態に保つためにメンブレンに第２の波長の光を照射することによって、第１の状態から第２の状態へスイッチされる。上記のその他の方法が用いられてもよい。

【0085】

次に、好ましくは、（患者の皮膚を通して例えば受動的に拡散された）検体が第２の状態にあるメンブレンを通して拡散されて、次に、好ましくは、拡散チャンバにおいて好ましくは灌流媒体中に収集される。代わりに、検体が拡散チャンバから（例えば、灌流媒体外へ）第２の状態にあるメンブレンを通して皮膚の方へ拡散することもある（このケースではやはり灌流媒体が検体をまさに最初から含み、ここでも同様に検体の特定の第２の濃度が灌流媒体中で確立される、上記参照）。

【0086】

好ましくは、（前の第１の濃度より低いかまたは高い）検体の第２の濃度を示す灌流媒体は、特に検体を分析手段へ運ぶ灌流媒体を、拡散チャンバを通してポンピングすることによって分析手段へ輸送される。

【0087】

好ましくは、流動性灌流媒体中の検体の第２の濃度が測定される。

【0088】

好ましくは、次に、２つの測定濃度を用いて分析手段によって、例えば、上記のように関係（５）または（５’）を用いることによって血液中（例えば、グルコース）または皮膚中の検体の濃度が決定される。

【0089】

分析手段は、２つの測定濃度、例えば、上記の前記関係（５）または（５’）を用いて当人の血液または組織中の検体の濃度を決定するようになっているプログラムコードを備える、適切なコンピュータープログラムが実行されるコンピュータを備えてもよい。

【0090】

（第１の）メンブレンおよびさらなる（第２の）メンブレンが用いられるケースでは、方法は、好ましくは以下のように実施される、すなわち、

【0091】

好ましくは、（患者の皮膚を通して例えば受動的に拡散された）検体は、前記検体が第１のメンブレンを通して拡散するように皮膚を第１のメンブレンと接触させることによって、第１のメンブレンを経由してプローブヘッドの第１の拡散チャンバにおいて（例えば、灌流媒体中に）収集される。代わりに、検体が第１の拡散チャンバから（例えば、灌流媒体外へ）（第１の）メンブレンを通して皮膚の方へ拡散することもある（このケースでは灌流媒体が検体をまさに最初から含み、ここでも同様に検体の特定の第１の濃度が灌流媒体中で確立される、上記参照）。第１の透過性は、第２の透過性より高くてもよい（逆もまた同様）。

【0092】

好ましくは、検体の第１の濃度を示す灌流媒体は、特に検体を分析手段へ運ぶ灌流媒体を第１の拡散チャンバを通してポンピングすることによって分析手段へ輸送される。

【0093】

好ましくは、灌流媒体中の検体の（第１の）濃度が測定されて、特に分析手段によって記憶される。

【0094】

次に、好ましくは、（患者の皮膚を通して例えば受動的に拡散された）検体は、検体が第２のメンブレンを通して拡散するように皮膚を第２のメンブレンと接触させることによって、第２のメンブレンを経由してプローブヘッドの第２の拡散チャンバにおいて（例えば、灌流媒体中に）収集される。

【0095】

第１および第２の拡散チャンバにおいて検体を収集するステップは、原理的に同時に、すなわち、並行して行うことができる。

【0096】

好ましくは、（第１の濃度より低いかまたは高い） 検体の第２の濃度を示す灌流媒体は、特に検体を分析手段へ運ぶ灌流媒体を第２の拡散チャンバを通してポンピングすることによって分析手段へ輸送される。

【0097】

好ましくは、流動的灌流媒体中の検体の第２の濃度が測定される。原理的に、検体の２つの濃度は、同時に、すなわち、並行して測定されてもよい。

【0098】

好ましくは、次に、２つの測定濃度を用いて分析手段によって、例えば、上記のように関係（５）または（５’）を用いることによって血液中（例えば、グルコース）または皮膚中の検体の濃度が決定される。

【0099】

かさねて、分析手段は、２つの測定濃度、例えば、上記の前記関係（５）または（５’）を用いて当人の血液または組織中の検体の濃度を決定するようになっているプログラムコードを備える、適切なコンピュータープログラムが実行されるコンピュータを備えてもよい。

【0100】

有利なことに、本発明による方法は、早産児の皮膚のように非常に透過性の高い皮膚にとって非侵襲的であり、あるいは皮膚の透過性が非常に高い検体（すなわち、未処理の皮膚を測定可能な量で通過するすべての分子、例えば、早産の新生児に対するグルコース）を非侵襲的に測定できる。このケースでは、血中検体濃度を測定するために侵襲的な方法（例えば、マイクロニードル）を全く必要としない。

【0101】

しかしながら、本発明による方法は、透過性がより低い皮膚に用いられてもよい。本明細書では、本発明による方法を実施する前に、所望の検体に対する皮膚の透過性を十分高めるために低侵襲の方法（例えば、皮膚を穿刺するマイクロニードル、皮膚剥削、レーザ・アレイを用いたマイクロドリル加工または他の化学的、電磁気的、熱的および機械的方法による角質層の薄層化）によって患者の皮膚が用意されてもよい。

【0102】

さらに、本発明に従って所望の検体を測定する前に、ソノフォレシス、電気泳動法によって、または表面皮膚層を機械的また化学的に除去することによってその透過性を増加させるように皮膚が用意されてもよい。

【0103】

独立請求項として明記されてもよい発明のさらなる態様によれば、デバイスが提供され、検体は、動物もしくは人の皮膚を通して拡散していないが、その濃度が未知のリザーバから、拡散に対するその抵抗が未知のバリアを通して受動的に拡散しており、その検体がこのデバイスによって測定されるであろう。

【0104】

本発明のさらなる特徴および利点が実施形態の詳細な記載により図面を参照して説明されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0105】

【図1】本発明によるデバイスの実施形態の概略図（縮尺通りではない）を示す。

【図2】本発明によるデバイスのプローブヘッドの概略断面図（縮尺通りではない）を示す。

【図3】乳児の上に置かれたプローブヘッドの概略図（縮尺通りではない）を示す。

【図4】本発明によるデバイスのプローブヘッドの斜視図を示す。

【図5】図４に示されるプローブヘッドの上面図を示す。

【図6】図５のラインＡ−Ａに沿ったプローブヘッドの断面図を示す。

【図7】図６の円Ｂによって囲まれたプローブヘッド細部の断面図を示す。

【図8】図６の円Ｃによって囲まれたさらなるプローブヘッド細部の断面図を示す。

【図9】拡散チャンバを含むプローブヘッドの一部の斜視図を示す。

【図10】図９に示される部分の側面図を示す。

【図11】図９による拡散チャンバ上の平面図を示す。

【図12】図１０の断面Ａ−Ａを示す。

【図13】図１１の断面Ｂ−Ｂを示す。

【図14】図１３の細部Ｃを示す。

【図15】図１３の細部Ｄを示す。

【図16】本発明によるデバイスの概観図を示す。

【図17】グルコース濃度を測定するための本発明によるデバイスのマイクロ流体チップを示す。

【図18】図１７に示される種類のマイクロ流体チップのためのモールドを示す。

【図19】図１７に示される種類のマイクロ流体のチップのためのモールドを示す。

【図20】本発明に用いることができる合成スピロ化合物ＳＰ５（２−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）エタノール）を示す。

【図21】本発明に用いることができる合成スピロ化合物Ｒ＝Ｍｅ（２−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）エチル２−メチルプロパ−２−エノアート）をもつＳＰ７、およびＲ＝H（２−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）エチルプロパ−２−エノアート）をもつＳＰ９を示す。

【図22】本発明に用いることができる合成スピロ化合物ＳＰ１２（３−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）プロパン酸を示す。

【図23】本発明に用いることができる合成スピロ化合物Ｒ＝Ｍｅ（２−［３−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）プロパノイルオキシ］エチル２−メチルプロパ−２−エノアート）をもつＳＰ１４、およびＲ＝Ｈ（２−プロパ−２−エノイルオキシエチル３−（３’，３’−ジメチル−６−ニトロ−スピロ［クロメン−２，２’−インドリン］−１’−イル）プロパノアート）をもつＳＰ１６を示す。

【図24】本発明に用いることができる合成スピロ化合物ＳＯ３７（１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−オール）を示す。

【図25】本発明に用いることができる合成スピロ化合物Ｒ＝Ｍｅ（（１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−イル）２−メチルプロパ−２−エノアート）をもつＳＯ３９、およびＲ＝ＨをもつＳＯ５０（（１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−イル）プロパ−２−エノアート）を示す。

【図26】本発明に用いることができる合成スピロ化合物ＳＯ４９（（５’−アセトキシ−１’，３’，３’−トリメチルスピロ［ベンゾ［ｆ］［１，４］ベンゾオキサジン−３，２’− インドリン］−９−イル）プロパ−２−エノアート）を示す。

【図27】上から見られる拡散チャンバ内の３Ｄ流の流線を示し、流れは層流である。

【図28】０（物質が何も抽出されない）と１（血液中と同じ濃度）との間の値を有する局所的透析物抽出比を示す拡散チャンバの断面を示す。示されるのは、低透過性のメンブレンを用いた３Ｄ有限要素法からの結果である。

【図29】図２８と同様。高透過性のメンブレンを用いてシミュレートされた。

【図30】理論からまたはＦＥＭシミュレーションから決定されるような拡散チャンバの出口における全透析物抽出比を示す。２つの結果は、線形比例し、Ｒ^２＝９．９９９９９である。

【図31】適用範囲内で透析物抽出比がメンブレン透過性に線形比例し、Ｒ^２＝９．９９９９７であることを示す。

【図32】標準的な蛍光光度計および速度論的酵素ＵＶ法を用いたグルコース濃度測定を示す。測定結果の９５％がその間に位置すべき上限および下限も示される（±２^＊ＲＭＳＥ）。

【図33】マイクロ流体工学マイクロ蛍光光度計を用いたグルコース濃度測定を示す。測定結果の９５％がその間に位置すべき上限および下限も示される（±２^＊ＲＭＳＥ）。

【図34】プラズマ誘起スピロベンゾピランおよびＰＨＥＭＡ被覆トラックエッチ（ｔｒａｃｋ−ｅｄｇｅｄ）・ポリカーボネート・メンブレン（細孔径：２００ｎｍ）の透過性の変化を示す。

【図35】耳からのテープ状ブタ皮膚を通してのグルコース拡散実験を示す。光の吸収は、グルコース濃度に比例する。

【図36】本発明によるデバイスの実施形態の（縮尺通りではない）概略図である。

【図37】乳児の上に置かれた図３６のプローブヘッドの（縮尺通りではない）概略図である。

【図38】図３６および３７のプローブヘッドの斜視図である。

【図39】図３６〜３８のプローブヘッドの分解組立図である。

【図40】メンブレンから見て反対側の図３９のプローブヘッドの表側の図である。

【図41】図４０のラインＡ−Ａに沿った断面図を示す。

【図42】図４１の細部Ｃを示す。

【図43】（メンブレンのない）図３８のプローブヘッドの拡散チャンバの図を示す。

【図44】プローブヘッドの拡散チャンバ上の平面図を示す。

【図45】図４４のラインＡ−Ａに沿った断面図を示す。

【図46】図４５の細部Ｂを示す。

【図47】マイクロ流体チップの形態の分析手段がプローブヘッド中に一体化された、本発明によるプローブヘッドの実施形態の分解組立図を示す。

【図48】図４７のプローブヘッドの上側の平面図を示す。

【図49】図４７および４８のプローブヘッドの平面図を示す。

【図50】図４７〜４９のプローブヘッドの拡散チャンバを示す。

【図51】端部に真空調節器が付いた追加の真空ポンプをもつ、本発明による図１６のデバイスの修正形態を示す。

【図52】図１７および４７に示される種類のマイクロ流体チップのためのモールドのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。

【図53】図１７および４７に示される種類のマイクロ流体チップのためのモールドのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。

【図54】図４７に示される種類の拡散（微小透析）チャンバのためのモールドのＳＥＭ顕微鏡写真を示す。

【図55】図３６〜４６に示されるプローブヘッドの拡散チャンバ内の３Ｄ流の流線を示し、流れは層流である。

【図56】０（物質が何も抽出されない）と１（血液中と同じ濃度）との間の値を有する局所的透析物抽出比を示す、図３８、４４における種類の拡散チャンバのモデルの断面図を示す。示されるのは、高透過性のメンブレンを用いた３Ｄ有限要素法からの結果である。

【図57】０（物質が何も抽出されない）と１（血液中と同じ濃度）との間の値を有する局所的透析物抽出比を示す、図３８、４４における種類の拡散チャンバのモデルの断面図を示す。示されるのは、低透過性のメンブレンを用いた３Ｄ有限要素法からの結果である。

【図58】理論からまたはＦＥＭシミュレーションから決定されるような、図３８および４４に示される種類の拡散チャンバの出口における全透析物抽出比を示す。２つの結果は、線形比例し、Ｒ^２＝１である。

【図59】適用範囲内で、図３８および４４に示される種類の拡散チャンバの出口における透析物抽出比が理論Ｒ^２＝０．９９９６およびシミュレーションＲ^２＝０．９９９８の両方に対してメンブレン透過性に線形比例することを示す。

【図60】理論から予測されるように、３Ｄ ＦＥＭシミュレーションにおける拡散チャンバであれば、図３８および４４に示される種類の拡散チャンバの出口における透析物抽出比が高さに依存しないことを示す。チャンバ高さと透析物抽出比との間に有意な相関関係はない。異なる点間の透析物抽出比における差は、計算誤差に由来する。

【図61】一旦白色光に曝露され、一旦ＵＶ光に露光された、２つの異なる状態を用いて測定された図３６〜４６の種類のプローブヘッドの透析物抽出比を示す。

【発明を実施するための形態】

【0106】

図１は、本発明によるデバイス１の実施形態の概略図を示す。デバイス１は、患者Ｐの皮膚２と接触するためのメンブレン３０によって区切られた（微小透析チャンバとも表される）拡散チャンバ１００を備えるプローブヘッド１０（図４も参照）を備え、拡散チャンバ１００は、灌流媒体３を拡散チャンバ１００中へ供給するため、またそれを拡散チャンバ１００外へ排出するための入口１０１および出口１０２を備え、出口１０２は、検体がメンブレンの第１の状態においてメンブレン３０を通して拡散した、灌流媒体３中のその検体（例えば、グルコース）の濃度、および検体がメンブレンの第２の状態においてメンブレン３０を通して拡散したときの、灌流媒体３中の検体の濃度を測定するために分析手段２０へ接続され、前記検体に対するメンブレン３０の透過性は、検体の２つの濃度が異なるように前記２つの状態において異なる。

【0107】

さらに、分析手段２０へ流れる灌流媒体３との前記混合物中の検体の濃度のエクスビボ測定のために試薬４が提供される。前記濃度を測定するために、分析手段２０は、好ましくは、グルコース濃度を決定するマイクロ流体チップ２０１を備える、（異なる濃度測定が選ばれるならば随意的な）マイクロ蛍光光度計２００、およびマイクロ蛍光光度計２００からのグルコース濃度を計算するため、それを表示するため、またメンブレン３０を第１の状態から第２の状態およびその逆にスイッチするための励起を制御するためのコンピュータ２０２または専用組込型コンピュータを備える。好ましくは、メンブレン３０は、光源４０を用いて光、好ましくは３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の、第１の波長を有する、特にＵＶ光をそれに照射することによって第１の状態へスイッチされ、光源２を用いて光、特に５００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内の、第２の波長を有する、特に可視光をそれに照射することによって第２の状態へスイッチされる。

【0108】

図２は、本発明によるデバイス１のプローブヘッド１０の概略断面図を示す。それによれば、光源４０は、プローブヘッド１０中に直接組み込むことができ、または遠くに位置してライトガイド４０１でプローブヘッド１０へ接続できる。プローブヘッド１０が患者Ｐの皮膚２と接触したときに、患者Ｐのエクスビボ体液の前記検体（例えば、グルコース）Ａ’は、拡散チャンバ１００を区切る、メンブレン３０を通してチャンバ１００中へ拡散できる。

【0109】

図３からわかるように、好ましくは、単にプローブヘッド１０が患者Ｐと接触する。

【0110】

図４〜１５は、本発明によるデバイス１のプローブヘッド１０の好ましい実施形態を示す。

【0111】

プローブヘッド１０は、好ましくはＵＶに透明なＰＭＭＡから形成された本体１１（図６参照）を備える。本体１１は、本体１１の後側にＵＶ／可視光を光源４０からメンブレン３０へ導くように設計された光ガイド４０１の自由端４０１ａを挿入するための第１のリセス１２を備え、自由端４０１ａを３つのねじ４０２によってクランプできるように合ったねじ山を有する関連づけられた開口部４０３（図１２参照）を通して前記第１のリセス１２中へ突き出た、３つのねじ４０２によってその光ガイド４０１を本体に対して配置して、固定することができる。本体１１は、前記後側から見て反対側の本体の表側に前記拡散チャンバ１００を形成するＵ字形の第２のリセス１００をさらに備え（図８、９，１３、および１４参照）、その第２のリセス１００は、前記光スイッチ可能なメンブレン３０によってカバーされ、メンブレン３０は、第２のリセス／膨張チャンバ１００をメンブレン３０でカバーするためにメンブレン３０を本体１１に固定するときに、前記本体１１の横側に形成された円周溝１４に配置された弾性Oリング１３によって本体１１に解除可能にクランプされる（図６、７、９、および１０参照）。スイッチ可能なメンブレン３０は、それ自体をプローブヘッド１０に解除可能に自己接着することもでき、延いては弾性Oリング１３および円周溝１４を必要としないであろう。

【0112】

図４，５、および６に示されるように、プローブヘッド１０は、前記入口１０１へ流れが接続している第１の導管１１０、および前記出口１０２へ流れが接続している第２の導管１１１をさらに備え、前記入口１０１および出口１０２は、前記第１のリセスの底部に形成され、前記入口１０１および前記出口１０２は、図１２、１３、１４および１５に示されるようにそれぞれが前記Ｕ字形拡散チャンバ１００の端部へ開く貫通開口部として形成される。

【0113】

患者Ｐの血液中の検体の実際の濃度を決定するために、皮膚およびメンブレン３０を通して受動的に拡散するエクスビボ検体が分析される。このために、これら検体は、灌流媒体３によってプローブヘッド１０から分析手段２０へ運び去られる。然るべき分析は、灌流媒体３中の検体濃度の測定を許容する。それゆえに、メンブレンの拡散抵抗を変化させるための外部刺激として光が当てられ、すなわち、メンブレン３０が第１の状態からその第２の状態にされる。検体分析の第２の実行後に、異なるメンブレン状態を用いた２つの連続した濃度測定から血中検体レベルを計算できる。

【0114】

グルコース分析のために、分析手段２０によって、グルコースを含む灌流媒体／流体をグルコースの化学量論的変換用酵素溶液と混合できる。この最終的な溶液が次に分析手段２０の蛍光光度計によって分光学的に分析されることになる。この溶液は、図１および１６に示されるようにプローブヘッド１０の出口１０２へ接続されたマイクロ流体チップ２０１中へ移される。

【0115】

図１６は、本発明によるデバイス１のブロック図を示す。灌流媒体３は、粒子フィルタ１１４および液体流量計１１５を経由して入口１０１からプローブヘッド１０の拡散チャンバ１００中へポンピングされ、検体を分析手段２０へ、すなわちそれぞれの灌流媒体３中のグルコース濃度を測定するように設計されたマイクロ蛍光光度計２００のマイクロ流体チップ２０１へ輸送する。既知の流量の灌流媒体３が用いられるので、それぞれの流体３中のグルコース濃度を分析手段２０によって決定できる。

【0116】

そのうえ、マイクロ蛍光光度計２００へ流れる濃度のエクスビボ測定のための試薬または試薬流体４（好ましくは、ヘキソキナーゼ／グルコース−６−リン酸デヒドロゲナーゼ／ＡＴＰ／緩衝液／Ｍｇ２＋水溶液）（異なる濃度測定が選ばれるならば、いずれも随意的；分析手段は、所要範囲内の濃度を好ましくは連続的に（またはほとんど連続的に）十分な精度でモニタすることをまさに許容すべきである）が計量計１１６および粒子フィルタ１１７を経由して分析手段２０のマイクロ蛍光光度計２００へポンピングされる。

【0117】

それぞれのグルコース濃度を決定するマイクロ流体チップ２０１は、マイクロ蛍光光度計２００によって測定される２つの異なるメンブレン状態に対する２つの濃度からグルコース濃度を計算するためのコンピュータまたは専用組込型コンピュータに接続される。コンピュータ２０２は、さらに、患者Pの血液中の検体の計算された濃度を表示するように、かつ２つの状態間でメンブレン３０をスイッチするスイッチング手段（光源４０）を制御するように設計される。分析された透析物は、廃物容器２０３中へ排出される。

【0118】

さらに、空気圧縮機１２０または圧縮空気ライン、高精度空気圧調節器１１８（例えば、フィードバックおよびベント付き）、および空気圧測定デバイス１１９は、灌流媒体３のプローブヘッド１０／拡散チャンバ１００を通してマイクロ蛍光光度計２００中への、また試薬流体４の前記マイクロ蛍光光度計２００中への非常に小さい圧力変動での圧力駆動流を許容し、非常に低い流量変動、従って、以下の式（９）における非常に小さい誤差をもたらす。空気圧縮機／圧縮空気ライン１２０からの圧力は、試薬流体および灌流媒体（または灌流液）のための２つのリザーバ３、４が加圧されるように、２つの高精度圧力調節器１１８へ加えられる。次に、各リザーバ３、４の圧力差を（大気圧にある）分析手段の出口の圧力と比較して制御すると、圧力差がプローブヘッド１０、配管およびマイクロ流体チップ中へ層流をもたらすことになる。

【0119】

既に先に導入されたように、フィックの法則は、患者の皮膚およびメンブレン３０を介しての受動拡散をモデリングする：
Ｃ_{ｇ，ｂｏｄｙ}−Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}＝Ｆ_ｇ（Ｒ_ｇ＋Ｒ_ｍ） （１），
ここでＣ_{ｇ，ｂｏｄｙ}は、血中グルコース濃度、Ｃ_{ｇ，ｓｅｎｓｏｒ}は、拡散チャンバ１００におけるグルコース濃度、Ｆ_ｇは、皮膚およびメンブレン３０を通してのグルコース流量、Ｒ_ｇは、グルコース拡散に対する皮膚抵抗、Ｒ_ｍは、グルコース拡散に対するメンブレン抵抗であり、状態ごとに１つの、２つの値を有する。未知数は、血中グルコース濃度Ｃ_ｇおよびグルコース拡散に対する皮膚抵抗Ｒ_ｇである。濃度およびグルコース拡散流量を２つのメンブレン抵抗に対して測定することで、皮膚抵抗および血中グルコース濃度の両方を決定できる。

【0120】

そこで、濃度勾配を高く、従って、グルコース拡散流量を高く保つために、上記の微小透析セットアップにおいてセンサが前記灌流媒体でフラッシュされる。かくして、拡散チャンバ１００を通る流れの流線にわたって一旦積分されると、式（１）は、

【0121】

【数6】

【0122】

となり、項

【0123】

【数7】

【0124】

は、透析物抽出比とも称され、ここでＱ_ｄは（Ｑ_ｄ ｉｓｔ ｈｅ）、透析物流量であり、Ａ_ｍは、メンブレンと接触している微小透析チャンバ面積である。

【0125】

【数8】

【0126】

であれば、（３）における透析物抽出比を線形化できる。その時には、式（２）は、以下のようになる。

【0127】

【数9】

【0128】

次に、２つの対応するメンブレン状態に対する２つの検体濃度ＣｍｌおよびＣｍｈ、または２つのメンブレン抵抗値ＲｍｌおよびＲｍｈを測定することで、（４）から血中グルコース濃度を得る。

【0129】

【数10】

【0130】

理論的な測定誤差は、以下のように計算される。

【0131】

【数11】

【0132】

従って、次の値（Ｒ_ｇは近似である）を用いると、無視できるＲ_ｍｌ＜＜Ｒ_ｍｈ，Ｒ_ｍｈ＝Ｒ_ｇ：
Ｒ_Ｇ＝１’２００’０００ｓｃｍ^−１
Ｑ_ｄ＝５μＬｍｉｎ^−１
Ａｍ＝４ｃｍ^２

【0133】

式６〜１０は、以下を与える。

【0134】

【数12】

【0135】

蛍光測定を用いた濃度測定のためのマイクロ流体チップ２０１の原理は、図１７に示される。チップ２０１は、好ましくは、［１］に詳細に記載される非標準的フォトリソグラフィ・プロセスによって作製されたシリコン・モールド上のＳＵ−８上へモールドされたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）から作られる。チップ２０１は、例えば、射出成形によってポリカーボネート（ＰＣ：ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）から作られてもよい。チップ２０１は、連続的な流速を用いる。チップ２０１は、最初に、（例えば、灌流媒体とのそれぞれの混合物において）透析物中に希釈された検体を標準的なヘキソキナーゼ・グルコース・アッセイのための液体試薬４と受動的に混合する。受動拡散を用いた混合時間は、反応遅れ時間と比較して無視できる。従って、酵素反応は、拡散律速ではなく、擬一次反応速度に従う。共役酸素反応の遅れ時間のための遅延チャンネル（６０ｓ）２４がある。作製されたチャンネルの高さは、チャンネル中の遅延が変化しないように制御されて一定である。厚い構造上で±２．５％のチャンネル均一性を有する、このプロセスは、シリコンウェーハの中心部分のみをモールドのために用いた、多層ＵＶパターン形成ＳＵ−８フォトレジストによる非標準的な作製プロセスである。チャンネル内の流れは、横方向の混合がほとんど生じないように、すなわち、流れがチャンネル長にわたって均一であるように層流に保たれる。

【0136】

詳しくは、図１７に示されるように、透析物中のグルコース濃度をモニタするためのマイクロ流体チップ２０１は、試薬流体４のための試薬入口２１、前記透析物のために用いられる透析物入口２２、透析物および試薬流体４を混合するためのマイクロミキサー２３、前記遅延チャンネル２４、第１の蛍光チャンバ２５、第２の遅延チャンネル２６、第２の蛍光チャンバ２７、および測定された透析物を排出するための廃物出口２８を備える。

【0137】

図１８は、プローブ体積２５１、可視光（ＶＩＳ：ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ）蛍光放射収集ファイバ２５２、および紫外ＵＶ蛍光励起光２５３をもつ製造されたモールドの蛍光チャンバ２５を示す。

【0138】

図１９は、プローブ体積２５１、可視光（ＶＩＳ）蛍光放射収集ファイバ２５２、および紫外ＵＶ蛍光励起光２５３をもつ製造されたモールドの蛍光チャンバ２５のバリエーションを示す。

【0139】

第１の遅延チャンネル２４後に、７ｓの第２の遅延チャンネル２６によって分離された２つの蛍光チャンバ２５、２７を用いて擬一次反応が定点法によってモニタされる。酵素反応生成物の２つの蛍光信号間の差異は、グルコース濃度に比例する。蛍光チャンバ２５は、３つの埋め込み光ファイバを有し、１つは３４０ｎｍにおける蛍光励起用、および２つは４５０ｎｍにおける放射用である。励起は、フィルタされたＵＶランプ、レーザ、またはＬＥＤに由来し、放射は、冷却されたシリコン光電増倍管（ＳｉＰＭ：Ｓｉ ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）上で測定される。

【0140】

この特定の例では、メンブレン３０の透過性の第１の状態から第２の状態へ変化させるために２つの異なる波長が用いられた。

【0141】

フォトクロミック化合物としては、図２０〜２６に示されるようなスピロベンゾピラン化合物およびスピロオキサジン化合物が用いられた。

【0142】

スピロ化合物は、スピロ化合物のアクリレート誘導体と、ＭＭＡ（メチルメタクリレート：ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＡＥＭＡ（アミノエチルメタクリレート：ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート：ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）もしくはＨＥＡ（ヒドロキシエチルアクリレート：ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）、ＨＥＡ−ＴＭＳ（［ トリメチルシリルオキシ］ヒドロキシエチル：［ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌｏｘｙ］ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ））またはＰＤＭＳ（（α，オーム）−メタクリルオキシプロピルポリ（ジメチルシロキサン）：（α，オーム）−ｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｘｙｐｒｏｐｙｌ ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ））との共重合によって、あるいは、スピロ化合物のカルボン酸誘導体がグラフトされたＰＡＥＭＡ（ポリ（Ｎ−アミノ）エチルメタクリレート：ｐｏｌｙ（Ｎ−ａｍｉｎｏ）ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＨＥＭＡ（ポリヒドロキシエチルメタクリレート：ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）もしくはＰＨＥＡ（ポリヒドロキシエチルアクリレート：ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）層またはポリマーネットワークの後変性によってグラフト・ポリマー中に一体化された。

【0143】

図２０は、第１の例に従って合成されたスピロ化合物ＳＰ５を示す。

【0144】

図２１は、第２および第３の例に従って合成されたスピロ化合物、Ｒ＝ＭｅをもつＳＰ７およびＲ＝ＨをもつＳＰ９を示す。

【0145】

図２２は、第４の例に従って合成されたスピロ化合物ＳＰ１２を示す。

【0146】

図２３は、第５および第６の例に従って合成されたスピロ化合物、Ｒ＝ＭｅをもつＳＰ１４およびＲ＝ＨをもつＳＰ１６を示す。

【0147】

図２３は、第７の例に従って合成されたスピロ化合物ＳＯ３７を示す。

【0148】

図２４は、第８および第９の例に従って合成されたスピロ化合物、Ｒ＝ＭｅをもつＳＯ３９およびＲ＝ＨをもつＳＯ５０を示す。

【0149】

最後的に図２５は、第１０の例に従って合成されたスピロ化合物ＳＯ４９を示す。

【0150】

光応答性メンブレン３０は、異なる方法で調製された、すなわち、

【0151】

１５ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍ、１０００ｎｍの細孔径をもつ市販のトラックエッチされたポリカーボネート・メンブレンが、スピロベンゾピランアクリレートおよびＰＭＭＡのコポリマーを含むポリマー溶液を用いてディップコートされた。

【0152】

スピロベンゾピランアクリレート・モノマー自体を重合することもできる。コモノマーは、主としてスピロベンゾピラン・スイッチの効果およびスピロピランの光安定性を高めるために役立つ。コポリマーは、図２１（ＣＡＳ番号がＲ＝Ｈでは８９９０８−２３−６、Ｒ＝ＣＨ_３では２５９５２−５０−５である）または図２３によるスピロベンゾピランを１〜１０％の間で含んだ。最良のスイッチングは、４％のスピロベンゾピランで観測された。被覆された他の膜は、トラックエッチされたポリエステル・メンブレンおよびＰＶＤＦメンブレンであり、より低い透過性の変化を示した。透過性の変化は、カフェインおよびグルコースの水溶液を用いて実証された。

【0153】

【化5】

【0154】

さらに、１５ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍ、１０００ｎｍの細孔径をもつトラックエッチされたポリカーボネート・メンブレンのプラズマ誘起グラフト表面重合が製造された。スピロベンゾピランアクリレートおよびコモノマー（２−ヒドロキシアクリレート、２−ヒドロキシメタクリレート、２−アミノメタクリラート、メチルメタクリレート）からなるコポリマーがプラズマ処理メンブレンからグラフトされた。グラフトされたポリマー中のスピロベンゾピランの量は、１〜１００％の間であった。スピロベンゾピランアクリレートは、いくつかの実験ではスピロオキサジンアクリレートで置き換えられた。透過性の変化は、カフェインおよびグルコースの水溶液を用いて実証された。

【0155】

さらに、２００ｎｍの細孔径をもつトラックエッチされたポリエステル・メンブレンから表面誘起原子移動ラジカル重合（ＳＩ−ＡＴＲＰ：ｓｕｒｆａｃｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ ａｔｏｍ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒａｄｉｃａｌ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）が行われた。スピロベンゾピランアクリレートおよびコモノマー（２−ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）、２−ヒドロキシメタクリレート（ＨＥＭＡ）、２−アミノメタクリレート（ＡＥＭＡ）、メチルメタクリレート（ＭＭＡ））からなるコポリマーがプラズマ処理されたメンブレンからグラフトされた。グラフトされたポリマー中のスピロベンゾピランの量は、０．４〜１３％の間であった。透過性の変化は、カフェインの水溶液を用いて実証された。

【0156】

さらに、親水性ドメインとしてポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレートル）および疎水性ドメインとして（α，オーム）−メタクリルオキシプロピルポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）からなるメンブレンが両親媒性共ネットワークとして用いられた［２，フォトクロミック・ユニットのない両親媒性共ネットワークのレシピー］。異なる重量比（ｗｔ％）のＨＥＡ：ＰＤＭＳ（７０：３０，６０：４０，５０：５０，４０：６０）およびスピロベンゾピランアクリレート（０．０５〜２ｗｔ％）をもつメンブレンが製造された。いくつかの実験ではスピロベンゾピランがスピロオキサジンアクリレートで置き換えられた。透過性の変化は、カフェインの水溶液を用いて実証された。メンブレン３０がプローブヘッド１０のみに付着するが患者の皮膚には付着しないケースでは（例えば、両親媒性共ネットワークのケースでは）、Ｏリング１３が省略されてもよい。一般に、入口および出口１０１、１０２（例として図２参照）は、位置を切り替えてもよく、出口は、依然として分析手段２０に接続される。

【0157】

プローブヘッド１０の寸法は、もちろん変更できる。特にメンブレン透過性のスイッチング刺激が例えば電気刺激に変えられるケースでは材料を変更できる。結果として、紫外光への透明性は、もはや必要ないであろう。

【0158】

チップ２０１上のマイクロ蛍光光度計の代わりに標準的な蛍光光度計を用いてもよい。標準的な蛍光光度計もキャピラリでプローブヘッド１０へ接続されるであろう。マイクロ流体チップ２０１の材料も変更されてよい。蛍光の代わりに、吸収分光法を用いてもよい。ＳｉＰＭの代わりに、光電子増倍管または他の高感度光検出器を用いてもよい。一般に、酵素反応の代わりに十分に正確なオンライン・グルコース濃度を用いてもよい。さらに、他の代謝物を測定する必要があれば、酵素反応も変更しなければならない。

【0159】

灌流媒体３中に薬剤を含めることによって、デバイス１を制御されたドラッグデリバリーに用いることができるであろう。

【0160】

センサの作動原理は、刺激を与えることによって透過性を変化させるインテリジェントなメンブレンを用いる代わりに、異なる透過性をもつ２つのメンブレンを並べて用いることによっても機能できるであろう。透過性におけるかかる変化は、光、温度、ｐＨまたは電気の変化のいずれかによってトリガできる。

【0161】

光応答性メンブレン中に一体化できるであろう他のフォトクロミック分子は、
−アゾベンゼン
−クマリン、および
−ジチエニルエテン
である。

【0162】

さらに、プローブヘッド１０の広範な有限要素法シミュレーションが実施された。実際の３Ｄ幾何構造がシミュレーションに用いられた。流れに対する境界条件は、次のように選ばれた、すなわち、圧力駆動流によるチャンバ壁に対して滑りのない流れ、および入口への層流パターンならびに出口１０２における大気圧。微小透析チャンバ１００内の流れの３Ｄパターンは、図２７に示されるように層流である。

【0163】

さらに、図２８は、低透過性のメンブレン３０を用いた３Ｄ有限要素法から生じるような０（物質が何も抽出されない）と１（血液中と同じ濃度）との間の無次元値をもつ局所的透析抽出比を示す拡散チャンバ１００の断面図を示す。

【0164】

さらに、図２９は、図２８と同様であるが、より高い透過性のメンブレン３０を用いたシミュレーションを示す。

【0165】

皮膚および本発明によるスマート・メンブレン３０を通しての５ミリモル／Ｌのグルコース濃度の拡散が異なる透過性状態を用いてシミュレートされた。図３０は、グルコースが低透過性状態をもつメンブレン３０を通して拡散された拡散チャンバ１００内の透析物抽出比（血液中の同じ物質の濃度で除した透析物中の物質の濃度）の断面図を示す。図３１は、高透過性状態について同じことを示す。図３０は、シミュレートされた出口における透析物抽出比を理論と比較してプロットする。２つは、高度に相関し、Ｒ^２＝０．９９９９９であるが、関係が厳密に１対１ではない。壁に近づくと流速が減少する曲がった層流パターンがこの差異を説明する。この差異は、微小透析ヘッド１０後により高い濃度が連続的に測定されることおよびより良好な精度を意味するため、都合がよい。

【0166】

図３１は、グルコースの適用予想範囲内で透析物抽出比がメンブレン透過性に対して高度に線形比例し、Ｒ^２＝０．９９９９７であることを示す。これが意味するのは、血中グルコースを測定するために２つのメンブレン状態のみを用いうるということである。

【0167】

蛍光光度計を用いて然るべき精度でグルコース濃度を決定できるであろうということが示された。図３２は、酵素反応を用いた非常に低いグルコース濃度の蛍光測定結果を示す。図３３に示されるように、マイクロ蛍光光度計を用いて同じ原理でグルコース濃度を測定できるであろう。

【0168】

グルコースへのメンブレン透過性を日光ではなく、３６６ｎｍのＵＶ光への曝露によってスイッチできることも実証された。結果は、プラズマ誘起スピロベンゾピランおよびＰＨＥＭＡ被覆トラックエッチ・ポリカーボネート・メンブレン（細孔径：２００ｎｍ）を用いて図３４に示される。

【0169】

最後に、耳からのテープ状ブタ皮膚を用いたインビトロ・テスティングは、図３５に示されるようにフランツセル実験を用いたグルコースの受動拡散プロセスを呈示した。

【0170】

グルコース測定は、多大な臨床的価値を有するため、本発明によるデバイス１の１つの可能な用途として上記ではグルコース測定が記載された。しかしながら、皮膚を通して拡散する任意の検体に同じ原理を適用でき、デバイス１は、非侵襲的診断法の広範な新しいアプローチを可能にする。

【0171】

可能な検体の例：乳酸塩、グルコース、クレアチニン、ビリルビン、尿素、アンモニア、オピオイド、コカイン、コルチゾン、ヒドロコルチゾン、カフェイン、（医薬の服用を制御するための）薬剤。

【0172】

図３６〜４６は、本発明によるデバイス１／プローブヘッド１０のさらなる実施形態を示す。

【0173】

この場合もやはり、プローブヘッド１０は、患者Ｐの皮膚２と接触するためのメンブレン３０によって区切られた拡散チャンバ（微小透析チャンバとも表される）１００を備え、拡散チャンバ１００は、灌流媒体３を拡散チャンバ１００中へ供給するため、また灌流媒体を拡散チャンバ１００外へ排出するための入口１０１および出口１０２を備える。プローブヘッド１０は、入口１０１に流れが接続している第１の導管１１０（例えば、キャピラリ）、および出口１０２に流れが接続している第２の導管１１１（例えば、キャピラリ） をさらに備える。前記第２の導管１１１を経由して、出口１０２は、検体がメンブレンの第１の状態においてメンブレン３０を通して拡散した、灌流媒体３中のその検体（例えば、グルコース）の濃度、および検体がメンブレンの第２の状態においてメンブレン３０を通して拡散したときの灌流媒体３中の検体の濃度を測定するための分析手段２０へ接続され、前記検体に対するメンブレン３０の透過性は、検体の２つの濃度が異なるように前記２つの状態で異なる。

【0174】

プローブヘッド１０は、図１６に関連して記載されるデバイスとともに用いられてもよい。さらに、本明細書に記載されるすべてのプローブヘッド１０は、図５１に示されるデバイスとともに用いられてもよい。図５１に示されるデバイス１は、図１６のデバイスに対応し、違いは、図５１によるデバイス１が圧力調整器１１８を経由して、分析された透析物を受け取るための廃物容器２０３へ接続された追加の真空ポンプ２０４を備えることである。ポンプによって発生した圧力は、圧力測定デバイス２０５によって測定できる。試薬流体容器も、空気圧縮機／圧縮空気ライン１２０の代わりに圧力調整器１１８を経由して、この追加の真空ポンプ２０４へ接続できるであろう。

【0175】

さらに、図３６〜４６のプローブヘッド１０は、好ましくはモールドＰＤＭＳから形成された本体１１を備える。本体１１は、前記導管１１０、１１１が配置された本体１１の後側から見て反対側の本体１１の表側に前記拡散チャンバ１００を形成する好ましくは円形のリセス１００を備える。リセス１００は、本明細書に記載されるように光スイッチング可能なメンブレン３０、特に上述の両親媒性共ネットワークによってカバーされる。

【0176】

メンブレン３０の親水性ドメインは例えばＰＤＭＳから作られるので、酸素プラズマを用いた表面処理によってメンブレン３０をプローブヘッド１０の本体１１上へ接着させることもできる。メンブレン３０をＵＶ硬化性レジストで接着させることもできるであろう。

【0177】

そのうえ、拡散チャンバ１００は、メンブレン３０を支持するための複数のポスト１１３を備える。前記ポスト１１３は、（例えば、図５４に顕微鏡写真として示されるタイプの）グリッド構造１１３によって形成されてもよい。

【0178】

図４７〜５０は、上記のように設計されるとよい、マイクロ流体チップ２０１（分析手段２０）がプローブヘッド１０中に一体化された本発明によるプローブヘッド１０のさらなる実施形態を示す。

【0179】

この場合もやはり、プローブヘッド１０は、（上から下へ）患者Ｐの皮膚２と接触するための、例えば、矩形層の形態の（本明細書に記載される適切なメンブレンとするとよい）メンブレン３０（メンブレン３０の接触表面が図４７ではメンブレンの上側に示される）、メンブレン３０を支持するための複数のポスト（例えば、グリッド構造）１１３を備える拡散チャンバ１００を形成する、好ましくはモールドＰＤＭＳから形成された層（本体）１１、本明細書に記載されるようなメンブレン３０をスイッチするために必要な光を導くためのファイバ２６０から来る、メンブレン励起光を均一にするための好ましくはモールドＰＤＭＳから形成された散乱層３００、好ましくはモールドＰＤＭＳから形成され、ファイバ２６０から放射された光の強度の減少を補正するためにファイバ２６０への距離の２乗の密度により光を９０°で反射するための好ましくは球面鏡からなるか、または球面鏡を備える光ガイド・プレート３０１、ファイバ２６０から光ガイド・プレート３０１中へ放射されたすべての光を（例えば、グリッド構造３０３の形態の）複数のポスト３０３によって支持された空洞でできたメンブレン３０上へ反射するための好ましくはモールドＰＤＭＳから形成されたミラー層３０２、光を吸収して本明細書に記載されるようなマイクロ流体チップ（または分析手段）２０１へ光が到達するのを妨げるために好ましくは黒色光吸収色素と混合されたモールドＰＤＭＳから形成された光シールド３０４、可視光（ＶＩＳ）を蛍光チャンバ２５および２７から導くためのファイバ２５２ａならびにＵＶ光を蛍光チャンバ２５および２７（上記参照）に導くためのファイバ２５３ａ、およびマイクロ流体チップ（または分析手段）２０１に光が到達するのをこの場合もやはり妨げて組み込まれたプローブヘッド１０を包囲するために好ましくは黒色光吸収色素と混合されたモールドＰＤＭＳから形成された別の光シールド３０５を備える。

【0180】

プローブヘッド１０は、試薬流体４をチップ２０１の試薬入口２１へ導くための導管（例えば、キャピラリ）２４０（透析物入口２２は、拡散チャンバ１００へ接続される）、灌流媒体３を拡散チャンバ１００中へ導くための導管（例えば、キャピラリ）１１０、および測定された検体をチップ１００から引き抜くための導管（例えば、キャピラリ）２８０をさらに備える。

【0181】

プローブヘッド１０の上記の構成要素は、特に、図４７において分かるように、互いに重なり合って積層された層の形態で設計される。

【0182】

さらに、図５２および５３は、図１７および４７に示される種類のマイクロ流体チップのためのモールドを示し、プローブされる体積２５１のための領域、可視光（ＶＩＳ）蛍光放射収集ファイバ２５２、および紫外ＵＶ蛍光励起光のためのファイバ２５３をもつ。

【0183】

そのうえ、図５４は、図４７に示される種類の拡散（微小透析）チャンバ１００のＳＥＭ顕微鏡写真を示し、隣接するメンブレン３０を支持するためのグリッド構造１１３をもつ。

【0184】

さらに、図５５は、図３６〜４６に示されたプローブヘッドの拡散チャンバ内の３Ｄ流の流線を示し、流れは層流である。

【0185】

図５６は、０（物質が何も抽出されない）と１（血液中と同じ濃度）との間の値を有する局所的透析物抽出比を示す図３８、４４における種類の拡散チャンバ１００のモデルの断面図を示す。示されるのは、高透過性のメンブレン３０を用いた３Ｄ有限要素法からの結果である。

【0186】

図５７は、図５６と同様であるが、より低い透過性のメンブレン３０を用いたシミュレーションを示す。

【0187】

図５８は、理論からまたはＦＥＭシミュレーションから決定されるような、図３８および４４に示される種類の拡散チャンバの出口における全透析物抽出比を示す。２つの結果は、線形比例し、Ｒ^２＝１である。このことが意味するのは、より複雑な層流パターンを用いたとしてもシミュレートされるプローブヘッド１０を理論によってよく説明できることである。

【0188】

図５９は、適用範囲内で図３８および４４に示される種類の拡散チャンバの出口における透析物抽出比が理論Ｒ^２＝０．９９９６およびシミュレーションＲ２＝０．９９９８の両方についてメンブレン透過性に線形比例することを示す。

【0189】

図６０は、理論から予測されるように、３Ｄ ＦＥＭシミュレーションにおける拡散チャンバであれば、図３８および４４に示される種類の拡散チャンバの出口における透析物抽出比が高さに依存しないことを示す。チャンバ高さと透析物抽出比との間に有意な相関関係はない。異なる点間の透析物抽出比における差は、計算誤差に由来する。このことが意味するのは、拡散チャンバ１００の高さが変化してもそれが透析物抽出比にも測定結果にも影響しないことであり、

【0190】

図６１は、白色光に一旦曝露され、ＵＶ光に一旦曝露されたときに、２つの異なる状態を用いて測定された図３６〜４６の種類のプローブヘッドの透析物抽出比を示す。これは、メンブレン３０をＵＶ光または白色光に曝露することが透析物抽出比を制御することを示す。

【0191】

参考文献
［１］ｄｅ Ｃｏｕｒｔｅｎ，Ｄ．，Ｂａｕｍａｎｎ，Ｌ．，Ｓｃｈｅｒｅｒ，Ｌ．Ｊ．，＆ Ｗｏｌｆ，Ｍ．（２０１２）．「Ｏｐｔｏ−Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈｉｐ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｉｎｌｉｎｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｇｌｕｃｏｓｅ ｗｉｔｈ Ｋｉｎｅｔｉｃ Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」Ｐｒｏｃｅｄｉａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，４７，１２０３−１２０６．
［２］ Ｎ．Ｂｒｕｎｓ），Ｊ．Ｓｃｈｅｒｂｌｅ， Ｌ．Ｈａｒｔｍａｎｎ，Ｒ．Ｔｈｏｍａｎｎ，Ｂ．Ｉｖａｎ，Ｒ．Ｍｕｅｈａｕｐｔ），Ｊ．Ｃ．Ｔｉｌｌｅｒ，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００５，３８，２４３１−２４３８．

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】

【図61】