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特表2022-506925ユーザの健康状態を分析するための携帯型電気化学センサシステムおよびその方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-17
(54)【発明の名称】ユーザの健康状態を分析するための携帯型電気化学センサシステムおよびその方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/28 20060101AFI20220107BHJP
G01N 27/26 20060101ALI20220107BHJP
G01N 27/327 20060101ALI20220107BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20220107BHJP
G01N 33/68 20060101ALI20220107BHJP
G01N 33/53 20060101ALI20220107BHJP
【ＦＩ】
G01N27/28 R
G01N27/26 371G
G01N27/327 357
G01N27/416 336G
G01N33/68
G01N33/53 M
G01N33/53 D
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2021525051
(86)(22)【出願日】2019-11-04
(85)【翻訳文提出日】2021-06-04
(86)【国際出願番号】 CA2019051567
(87)【国際公開番号】W WO2020087187
(87)【国際公開日】2020-05-07
(31)【優先権主張番号】62/755,148
(32)【優先日】2018-11-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/786,180
(32)【優先日】2018-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/875,131
(32)【優先日】2019-07-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＱＲコード
(71)【出願人】
【識別番号】521194242
【氏名又は名称】カルディエーアイ テクノロジーズ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】コウル，ラマン
(72)【発明者】
【氏名】サラハンディッシュ，ラジー
(72)【発明者】
【氏名】ワン，ギャング エー．ケー．エー． ジョセフ
(72)【発明者】
【氏名】バート，スムリタ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァスタリー，ニキール スレシュ
(72)【発明者】
【氏名】カプール，アンモル シング
【テーマコード（参考）】
2G045
【Ｆターム（参考）】
2G045DA12
2G045DA13
2G045DA14
2G045DA36
2G045FB01
2G045FB02
2G045FB03
2G045FB05
2G045JA07
(57)【要約】
【課題】ユーザの健康状態を分析する。
【解決手段】基板およびある体積のサンプル流体を受容するナノ構造感知面を有する電気化学センサ構造。サンプル流体体積を受容するための電気化学センサ構造のサンプル領域は、流体の体積が、ナノ構造感知面を含む電気化学センサ構造のサンプル領域の一部を動作可能に覆うのに十分であるようにサイズ設定されている。電気化学センサ構造は、携帯型ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスに接続可能である。ＰｏＣデバイスは、電気化学センサ構造のサンプル領域からサンプル流体のエネルギー特性を検出して、流体読み取り値を含む信号を生成することができ、流体読み取り値は、サンプル流体中のバイオマーカのエネルギー特性に関連し、それによって、サンプル流体中のバイオマーカの存在、不在、または量を示す。
【選択図】図２３
【解決手段】基板およびある体積のサンプル流体を受容するナノ構造感知面を有する電気化学センサ構造。サンプル流体体積を受容するための電気化学センサ構造のサンプル領域は、流体の体積が、ナノ構造感知面を含む電気化学センサ構造のサンプル領域の一部を動作可能に覆うのに十分であるようにサイズ設定されている。電気化学センサ構造は、携帯型ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスに接続可能である。ＰｏＣデバイスは、電気化学センサ構造のサンプル領域からサンプル流体のエネルギー特性を検出して、流体読み取り値を含む信号を生成することができ、流体読み取り値は、サンプル流体中のバイオマーカのエネルギー特性に関連し、それによって、サンプル流体中のバイオマーカの存在、不在、または量を示す。
【選択図】図２３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザの体液サンプルを分析するための装置であって、電気化学センサ構造を受容するための少なくとも１つの第１のポートを備えたハウジングであって、前記電気化学センサ構造が、前記体液サンプルに接触するための電極の第１のセットを有する第１の回路を備える、ハウジングと、
前記電気化学センサ構造を使用して分析可能な１つ以上のバイオマーカを識別するための識別回路と、
前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための前記電気化学センサ構造の前記電極の第１のセットに電気的に結合するための結合電極のセットを備える分析回路と、
前記識別された１つ以上のバイオマーカに基づいて、バイオ感知パラメータのセットを判定するための、かつ前記分析回路を制御して、前記バイオ感知パラメータのセットに基づいて、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための、前記識別および分析回路に結合された制御回路と、
前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカの前記分析の分析結果を出力するための出力部と、を備える、装置。
【請求項2】
前記識別回路が、前記電気化学センサ構造の第２の回路のインピーダンスを測定することによって、前記１つ以上のバイオマーカを識別するためのものであり、前記第２の回路の抵抗が、前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化している、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第２の回路が、電極の第２のセットを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記識別回路が、前記電気化学センサ構造の前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを読み取ることによって、前記１つ以上のバイオマーカを識別するためのものである、請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記ＲＦＩＤタグが前記電気化学センサ構造上、または前記電気化学センサ構造を収容する運搬バイアル上にある、請求項２に記載の装置。
【請求項6】
撮像構成要素をさらに備え、前記識別回路が、前記撮像構成要素を使用して、前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する画像をスキャンすることによって、前記１つ以上のバイオマーカを識別するためのものである、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記識別回路が、撮像構成要素を有し、かつ前記装置に機能的に結合されたデバイスに、前記撮像構成要素を使用して、前記１つ以上のバイオマーカを識別するために前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する画像をスキャンするように命令するためのものである、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
前記画像が一次元バーコードまたは二次元バーコードである、請求項６または７に記載の装置。
【請求項9】
前記画像が前記電気化学センサ構造上、または前記電気化学センサ構造を収容する運搬バイアル上にある、請求項６～８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
前記分析回路が、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するために、前記第１の回路の１つ以上のインピーダンス、１つ以上の電流、および／または１つ以上の電圧を測定するように構成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項11】
前記分析回路が、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するために、前記第１の回路に電気的に結合するための少なくとも１つのポテンシオスタット回路を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
前記少なくとも１つのポテンシオスタット回路が、直流（ＤＣ）ポテンシオスタット回路、交流（ＡＣ）ポテンシオスタット回路、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
前記結合電極のセットが、前記電気化学センサ構造の参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および作用電極（ＷＥ）に電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および結合ＷＥを少なくとも含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項14】
前記結合電極のセットが、前記電気化学センサ構造のＲＥ、ＣＥ、および複数のＷＥに電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および複数のＷＥを少なくとも含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項15】
前記結合電極のセットが、前記電気化学センサ構造のＲＥ、ＣＥ、および３つ以上のＷＥに電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および３つ以上の結合ＷＥを少なくとも含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項16】
前記結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第１のセットが、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和された前記電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットに電気的に結合するためのものであり、前記結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋された前記電気化学センサ構造のＷＥの第２のセットに電気的に結合するためのものであり、
前記分析回路が、前記電気化学センサ構造のＷＥの前記第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算することにより、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項17】
前記分析回路が、前記電気化学センサ構造のＷＥの前記第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算し、統計的方法を使用することにより、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである、請求項１６に記載の装置。
【請求項18】
前記出力部が、前記分析結果を表示するためのスクリーンを備える、請求項１～１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項19】
前記スクリーンが、前記分析結果を表示し、前記ユーザからの入力を受信するためのタッチスクリーンである、請求項１８に記載の装置。
【請求項20】
前記出力部が、前記分析結果を出力するためのスピーカを備える、請求項１～１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項21】
１つ以上のリモートデバイスと通信するためのネットワーキングモジュールをさらに備える、請求項１～２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項22】
前記ネットワーキングモジュールが、ＢＬＵＴＯＯＴＨモジュールである、請求項２１に記載の装置。
【請求項23】
前記出力部が、前記分析結果を前記１つ以上のリモートデバイスに出力するためのものである前記ネットワーキングモジュールを備える、請求項２１または２２に記載の装置。
【請求項24】
前記１つ以上のリモートデバイスが、前記分析結果に基づいて、前記ユーザの健康状態を判定するための人工知能（ＡＩ）システムを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項25】
前記ユーザからの入力を受信するための１つ以上のボタンをさらに備える、請求項１～２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項26】
前記１つ以上のボタンが、１つ以上の緊急サービスとの緊急通信を開始するためのＳＯＳボタンを備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項27】
前記ハウジングが、前壁、後壁、上壁、下壁、および２つの対向する側壁を備え、前記１つ以上のボタンが、前記側壁のうちの少なくとも１つの上に分散されている、請求項２６に記載の装置。
【請求項28】
前記少なくとも１つの第１のポートが、前記上壁または前記下壁上に位置する、請求項２７に記載の装置。
【請求項29】
前記装置に電気的に取り外し可能に結合するためのアダプタであって、複数の追加の電気化学センサ構造を受容するための複数の第２のポートを備える、アダプタをさらに備える、請求項１～２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項30】
前記複数の追加の電気化学センサ構造が、同じ機械的仕様および／または同じ電気的仕様を有する、請求項２９に記載の装置。
【請求項31】
前記複数の追加の電気化学センサ構造が、異なる機械的仕様および／または異なる電気的仕様を有する、請求項２９に記載の装置。
【請求項32】
前記装置が、複数の第１のポートを備える、請求項１～２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項33】
前記複数の第１のポートが、同じ機械的仕様および／または同じ電気的仕様を有する、請求項３２に記載の装置。
【請求項34】
前記複数の第１のポートが、異なる機械的仕様および／または異なる電気的仕様を有する、請求項３２に記載の装置。
【請求項35】
少なくとも前記識別回路、前記分析回路、および前記制御回路に電力を供給するためのバッテリと、前記バッテリを充電するための電源に電気的に結合するための第２のポートと、をさらに備える、請求項１～３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項36】
前記第２のポートが、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートである、請求項３５に記載の装置。
【請求項37】
スマートフォンに物理的および電気的に結合するための第３のポートをさらに備える、請求項１～３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項38】
前記分析回路および／または前記制御回路が、Ｎ末端プロＢ型ナトリウム利尿ペプチド（ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ）を検出し、かつ分析するための電気化学モジュールと、蛍光モジュールと、アプタマーベースのリガンドを検出し、かつ分析するためのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）モジュールと、代謝産物分析のための吸収モジュールと、を備える、請求項１～３７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項39】
前記分析回路および／または前記制御回路が、前記識別された１つ以上のバイオマーカの濃度を判定するための検量線をその中に記憶するメモリをさらに備える、請求項３８に記載の装置。
【請求項40】
前記装置の地理空間情報を取得するための１つ以上の全地球測位システム（ＧＮＳＳ）構成要素をさらに備え、前記出力が、前記分析結果および前記地理空間情報を出力するためのものである、請求項１～４０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項41】
前記１つ以上のリモートデバイスが、前記ユーザの健康状態の評価を取得するために前記分析結果を評価することと、
前記分析結果、前記地理空間情報、および前記ユーザの健康状態の前記評価を記憶することと、
前記ユーザの健康状態の前記評価が第１の閾値を上回っているが第２の閾値を下回っている場合に、さらなる行動について前記ユーザに通知することと、
前記ユーザの健康状態の前記評価が前記第２の閾値を超えている場合に、緊急プロトコルを開始することと、を行うためのものである、請求項２３を引用する請求項４０に記載の装置。
【請求項42】
ユーザの体液サンプルを分析するための装置であって、電気化学センサ構造を受容するための少なくとも１つの第１のポートを備えたハウジングであって、前記電気化学センサ構造が、前記体液サンプルに接触するための電極の第１のセットを有する第１の回路を備える、ハウジングと、
前記体液サンプル中の１つ以上のバイオマーカを分析するための前記電気化学センサ構造の前記電極の第１のセットに電気的に結合するための結合電極のセットを備える分析回路と、
前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカの前記分析の分析結果を出力するための出力部と、を備え、
前記結合電極のセットが、前記電気化学センサ構造の参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および複数の作用電極（ＷＥ）に電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および複数の結合ＷＥを少なくとも含む、装置。
【請求項43】
前記複数のＷＥが、前記電気化学センサ構造の３つ以上のＷＥに電気的に結合するための３つ以上の結合ＷＥを含む、請求項４２に記載の装置。
【請求項44】
前記結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第１のセットが、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和された前記電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットに電気的に結合するためのものであり、前記結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋された前記電気化学センサ構造のＷＥの第２のセットに電気的に結合するためのものであり、
前記分析回路が、前記電気化学センサ構造のＷＥの前記第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算することにより、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである、請求項４２または４３に記載の装置。
【請求項45】
前記分析回路が、前記電気化学センサ構造のＷＥの前記第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算し、統計的方法を使用することにより、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである、請求項４４に記載の装置。
【請求項46】
電気化学センサ構造であって、基板と、
前記基板上に分散され、体液サンプルと接触するために前記基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、
前記電気化学センサ構造を使用して分析可能な前記体液サンプルの１つ以上のバイオマーカを識別するための識別構造と、を備える、電気化学センサ構造。
【請求項47】
前記基板が、ポリマーを含む、請求項４６に記載の電気化学センサ構造。
【請求項48】
前記ポリマーが、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、またはポリアミドを含む、請求項４７に記載の電気化学センサ構造。
【請求項49】
前記基板が、多孔質基板である、請求項４６に記載の電気化学センサ構造。
【請求項50】
前記基板が、３０％以上の多孔度を有するトラックエッチングされた膜である、請求項４９に記載の電気化学センサ構造。
【請求項51】
前記基板が、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）膜を含む、請求項４６に記載の電気化学センサ構造。
【請求項52】
前記識別構造が、前記電気化学センサ構造の前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する所定のインピーダンスを有する第２の回路を備える、請求項４６～５１のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項53】
前記識別構造が、前記電気化学センサ構造の前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを備える、請求項４６～５１のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項54】
前記識別構造が、前記電気化学センサ構造の前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する画像を含む、請求項４６～５１のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項55】
前記画像が、前記電気化学センサ構造の前記１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する一次元バーコードまたは二次元バーコードを含む、請求項５４に記載の電気化学センサ構造。
【請求項56】
前記電極の第１のセットが、少なくとも参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および作用電極（ＷＥ）を含む、請求項４６～５５のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項57】
前記電極の第１のセットが、少なくともＲＥ、ＣＥ、および複数のＷＥを含む、請求項４６～５５のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項58】
前記電極の第１のセットが、少なくともＲＥ、ＣＥ、および３つ以上のＷＥを含む、請求項４６～５５のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項59】
前記ＷＥのうちの少なくとも１つの第１のセットが、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和され、前記ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋されている、請求項５７または５８に記載の電気化学センサ構造。
【請求項60】
前記１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットが、同じ捕捉リガンドを含む、請求項５９に記載の電気化学センサ構造。
【請求項61】
前記１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットが、異なる捕捉リガンドを含む、請求項５９に記載の電気化学センサ構造。
【請求項62】
前記１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットが、同じ捕捉リガンドを含む、請求項５９に記載の電気化学センサ構造。
【請求項63】
前記１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットが、異なる捕捉リガンドを含む、請求項５９に記載の電気化学センサ構造。
【請求項64】
前記１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットが、前記１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットと同じである、請求項５９～６３のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項65】
前記１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットが、前記１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットとは異なる、請求項５９～６３のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項66】
前記電極の第１のセットの各々が、クロム（Ｃｒ）の層および前記Ｃｒ層の上の金（Ａｕ）の層を含む、請求項５６～６５のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項67】
少なくとも１つのＷＥが、前記Ａｕ層の上に導電性ナノ材料の層をさらに含む、請求項６６に記載の電気化学センサ構造。
【請求項68】
前記少なくとも１つのＷＥが、導電性ナノ材料の層の上に検出素子の層をさらに含む、請求項６７に記載の電気化学センサ構造。
【請求項69】
前記ＣＥが、前記サンプリング領域の少なくとも２つの縁に沿って延在し、それによって、前記電極の第１のセットの残りを取り囲む、請求項５６～６８のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項70】
前記体液サンプルを前記サンプリング領域に受容するためのサンプリングポートを形成する遠位端開口部を有する疎水性中間層と、前記疎水性中間層の上にあり、前記サンプリング領域を覆う保護層と、をさらに含む、請求項４６～６９のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項71】
前記基板の前記サンプリング領域が、毛細管効果を使用して前記体液サンプルを導入するための、その縁の周りの１つ以上の導入チャネルと、
そこから前記体液サンプルを受容し、前記体液サンプルの干渉成分を濾過するための、前記１つ以上の導入チャネルに隣接する異好性血漿分離成分（ＨＦ－ＰＳＣ）ユニットと、
前記ＨＦ－ＰＳＣと前記電極の第１のセットとの中間である分析物ドロップチャンバであって、前記分析物ドロップチャンバが、前記濾過された体液サンプルが前記電極の第１のセットに接触することを可能にするために、前記ＨＦ－ＰＳＣから前記濾過された体液サンプルを受容する、分析物ドロップチャンバと、を備える、請求項４６～６９のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項72】
前記１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つが、漏斗形状のものであり、前記サンプリング領域の前記縁に隣接し、前記ＨＦ－ＰＳＣユニットに向かって先細になる開口部を備える、請求項７１に記載の電気化学センサ構造。
【請求項73】
前記１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つが、前記基板上に刻印されている、請求項７１または７２に記載の電気化学センサ構造。
【請求項74】
前記１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つが、前記基板上のコーティングのギャップによって形成されている、請求項７１または７２に記載の電気化学センサ構造。
【請求項75】
前記ＨＦ－ＰＳＣユニットが、様々な孔径の対称および／または非対称孔を含む、請求項７１～７４のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項76】
各々が前記分析物ドロップチャンバ内またはその周りの入口を含み、前記分析物ドロップチャンバから前記電極の第１のセットまで延在する１つ以上の毛細管チャネルをさらに含み、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つが、前記体液サンプルに対して親水性であり、その中の前記体液サンプルの体積を制御するために、前記入口までの距離での急激な拡張部を含み、
少なくとも１つのＷＥが、前記入口とその中の前記体液サンプルと相互作用するためのその前記拡張部との中間である場所で、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つまで延在する、請求項７１～７５のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項77】
各々が前記分析物ドロップチャンバ内またはその周りの入口を含み、前記分析物ドロップチャンバから前記電極の第１のセットまで延在する１つ以上の毛細管チャネルをさらに含み、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つが、前記体液サンプルに対して疎水性であり、その中の前記体液サンプルの体積を制御するために、前記入口までの距離での急激な先細り部分を含み、
少なくとも１つのＷＥが、前記入口とその中の前記体液サンプルと相互作用するためのその前記先細り部分との中間である場所で、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つまで延在する、請求項７１～７５のいずれか一項に記載の電気化学センサ構造。
【請求項78】
電気化学センサ構造であって、基板と、
前記基板上に分散され、体液サンプルと接触するために前記基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、を備え、
前記電極の第１のセットが、少なくとも参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および複数の作用電極（ＷＥ）を含む、電気化学センサ構造。
【請求項79】
前記複数のＷＥが、３つ以上のＷＥを含む、請求項７８に記載の電気化学センサ構造。
【請求項80】
前記ＷＥのうちの少なくとも１つの第１のセットが、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和され、前記ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋されている、請求項７８または７９に記載の電気化学センサ構造。
【請求項81】
電気化学センサ構造であって、基板と、
前記基板上に分散され、体液サンプルと接触するために前記基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、を備え、
前記基板の前記サンプリング領域が、
毛細管効果を使用して前記体液サンプルを導入するための、その縁の周りの１つ以上の導入チャネル、
そこから前記体液サンプルを受容し、前記体液サンプルの干渉成分を濾過するための、前記１つ以上の導入チャネルに隣接する異好性血漿分離成分（ＨＦ－ＰＳＣ）ユニット、および
前記ＨＦ－ＰＳＣと前記電極の第１のセットとの中間である分析物ドロップチャンバであって、前記分析物ドロップチャンバが、前記濾過された体液サンプルが前記電極の第１のセットに接触することを可能にするために、前記ＨＦ－ＰＳＣから前記濾過された体液サンプルを受容する、分析物ドロップチャンバ、を備える、電気化学センサ構造。
【請求項82】
前記１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つが、漏斗形状のものであり、前記サンプリング領域の前記縁に隣接し、前記ＨＦ－ＰＳＣユニットに向かって先細になる開口部を備える、請求項８１に記載の電気化学センサ構造。
【請求項83】
電気化学センサ構造であって、基板と、
前記基板上に分散され、体液サンプルと接触するために前記基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、
各々が前記サンプリング領域の入口から前記電極の第１のセットまで延在することを含む１つ以上の毛細管チャネルと、を備え、
前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つが、前記入口までの距離にあり、その中の前記体液サンプルの体積を制御するために、変化した断面積を有する面積変化部分を含み、
少なくとも１つのＷＥが、前記入口とその中の前記体液サンプルと相互作用するためのその前記面積変化部分との中間である場所で、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つまで延在する、電気化学センサ構造。
【請求項84】
前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つが、前記体液サンプルに対して親水性であり、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つの前記面積変化部分が、断面積が増加した前記少なくとも１つのＷＥの下流の部分である、請求項８３に記載の電気化学センサ構造。
【請求項85】
前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つが、前記体液サンプルに対して疎水性であり、前記１つ以上の毛細管チャネルのうちの前記少なくとも１つの前記面積変化部分が、断面積が減少した前記少なくとも１つのＷＥの下流の部分である、請求項８３に記載の電気化学センサ構造。
【請求項86】
ユーザの体液サンプルを分析するためのシステムであって、前記体液サンプルをその上に受容するための電気化学センサ構造と、
前記体液サンプルを分析するための電気化学センサ構造と連携する検査装置と、を備え、
前記電気化学センサ構造が、
基板、
前記基板上に分散され、体液サンプルと接触するために前記基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路、および
前記電気化学センサ構造を使用して分析可能な前記体液サンプルの１つ以上のバイオマーカを識別するための識別構造、を備え、
前記検査装置が、
前記電気化学センサ構造を受容するための少なくとも１つの第１のポートを備えたハウジングであって、前記電気化学センサ構造が、前記体液サンプルに接触するための電極の第１のセットを有する第１の回路を備える、ハウジング、
前記電気化学センサ構造を使用して分析可能な１つ以上のバイオマーカを識別するための識別回路、
前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための前記電気化学センサ構造の前記電極の第１のセットに電気的に結合するための結合電極のセットを備える分析回路、
前記識別された１つ以上のバイオマーカに基づいて、バイオ感知パラメータのセットを判定するための、かつ前記分析回路を制御して、前記バイオ感知パラメータのセットに基づいて、前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための、前記識別および分析回路に結合された制御回路、および
前記体液サンプル中の前記識別された１つ以上のバイオマーカの前記分析の分析結果を出力するための出力部、を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１１月２日に出願された米国仮特許出願第６２／７５５，１４８号、２０１８年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／７８６，１８０号、および２０１９年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／８７５，１３１号の利益を主張し、その各々の内容が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年１１月２日に出願された米国仮特許出願第６２／７５５，１４８号、２０１８年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／７８６，１８０号、および２０１９年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／８７５，１３１号の利益を主張し、その各々の内容が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、ユーザの健康状態を分析し、かつ監視するための携帯型電気化学センサシステムおよび方法に関し、具体的には、電気化学センサ構造に受容された患者の体液中の１つ以上のバイオマーカおよび／または疾患分析物を検出することによって、ユーザの健康状態を分析し、かつ監視するための、ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスおよび使い捨て電気化学センサを有する携帯型電気化学センサシステムに関する。ＰｏＣデバイスはまた、患者に地理空間医療を提供することに関連している。緊急の場合、ＰｏＣデバイスは地理空間情報を最寄りの緊急サービスに送信し、またはユーザの緊急連絡先および情報を共有してもよい。
【背景技術】
【0003】
診断医学の焦点は、病院ベースの検査から単純な在宅検査に移り、その結果、患者のライフスタイルに対する意識が高まっている。例えば、血圧モニタ、血糖計、心拍数モニタ付きのスマートウォッチなどの携帯型健康監視デバイスは、検査および診断のための診療所、医療研究所および／または病院に行くことなく患者の健康状態を監視するために広く使用されている。このような携帯型健康監視デバイスは、在宅検査を可能にし、医師および医療研究所を訪問する患者の時間を大幅に節約し、それによって彼らの生活の質を向上させる。このような携帯型健康監視デバイスはまた、診療所、医療研究所、および病院のリソースを大幅に節約する。
【0004】
携帯型健康監視デバイスは、ユーザの健康状態の便利な分析を可能にする手持ち式デバイスであってもよい。携帯型健康監視デバイスの例には、Ａｓｃｅｎｓｉａ（商標）ＢＲＥＥＺＥ（商標）糖尿病ケアシステム（ＡｓｃｅｎｓｉａおよびＢＲＥＥＺＥは、スイス、バーゼルのＡｓｃｅｎｓｉａ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｃａｒｅ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ ＡＧの商標である）およびＧＬＵＣＯＭＥＴＥＲ ＥＬＩＴＥ（登録商標）血糖計（ＧＬＵＣＯＭＥＴＥＲ ＥＬＩＴＥは、スイス、バーゼルのＡｓｃｅｎｓｉａ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｃａｒｅ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ ＡＧの商標である）が含まれる。
【0005】
血糖計などのいくつかのタイプの携帯型健康監視デバイスは、患者の体液のサンプル中のバイオマーカ（グルコースなど）または疾患分析物（タンパク質、核酸分子、イオン性代謝物など）の量を検出し、かつ測定することにより、患者の健康状態を診断し、かつ監視する。バイオマーカは、特定の健康状態を示す、患者の体液中の１つ以上の特定の化合物である。
【0006】
ヒトの体液には複数のバイオマーカが存在する。ただし、在宅検査環境では、通常、携帯型健康監視デバイスで処理することができる体液サンプルの量は限られている。さらに、液体サンプル中の特定のバイオマーカの量は非常に少ない場合がある。したがって、患者の健康状態を判定するのに十分な精度で体液中に見出されたバイオマーカを収集し、検出し、かつ測定することが、常に携帯型健康監視デバイスおよびサンプリング構造にとっての課題である。
【0007】
さらに、グルコース監視デバイスなどの既存の携帯型健康監視デバイスは、体液サンプルから単一のバイオマーカしか検出できないが、患者の便宜のために、かつ患者の医療費を削減するために、１つ以上のバイオマーカを検出できる携帯型健康監視デバイスの必要性が存在する。
【0008】
既存の医療システムへの負担を軽減し、患者の医療へのアクセスを改善するために、診断用バイオ感知デバイス（以下、ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスとも称する）もまた、必要である。さらに、疾病を効果的に診断し、または予測し、かつ疾病管理を強化するための生理学的流体の在宅検査のために、訓練を受けていない消費者が使用するＰｏＣデバイスの開発が求められている。より具体的には、疾病の診断と予後のための在宅検査のための、オンデマンドで、携帯型で、信頼性が高く、直感的で、かつ低コストのＰｏＣデバイスに対する高い需要がある。
【0009】
例えば、当技術分野における心不全の標準治療は、医療サービスの提供において積極的ではなく遡及的である。心不全と診断された後、患者は通常、研究所検査のために定期的に医療提供者（ＨＣＰ）を訪問する必要がある。これは、患者にとって時間のかかる負担であり、訪問の間に患者が危険にさらされる可能性があるため効果がない。
【0010】
切実に必要とされているが、携帯型の自宅での検査は完全なソリューションの一部にすぎない。特に緊急時に患者の健康に有意義な影響を与えるには、例えば心不全などの緊急の問題が進行性の衰弱状態および突然の声明を脅かす出来事につながる可能性があるため、患者は緊急医療サービスにアクセスする選択肢を有する必要がある。したがって、患者の場所、患者の履歴データ、および患者が応答しない場合の通信を含む緊急アクセスを改善するためのソリューションが必要である。しかしながら、現在の診断デバイスは、緊急の医療処置が必要な状況でも救急サービスとの通信が限定されており、緊急事態では患者を生命に脅かすリスクにさらす可能性がある。
【0011】
Ｈａｎらの米国特許第９，８６９，６６９号は、基板、基板上に設置された複数のナノチャネル、および複数の電極、基板上に設置された導波路、ならびに基板上に設置された分析チャンバおよび参照チャンバを含むセンサプラットフォームを教示している。各電極は、実質的に複数のナノチャネルの幅にわたって延在する。少なくとも１つの分析光共振器が分析チャンバ内に設置され、導波路の少なくとも一部分に光学的に結合されている。少なくとも１つの分析光共振器は、複数のナノチャネルのうちの少なくとも１つと流体連通している。少なくとも１つの参照光共振器が参照チャンバ内に設置され、導波路の少なくとも一部分に光学的に結合されている。少なくとも１つの参照光共振器は、複数のナノチャネルのうちの少なくとも１つの他のものと流体連通している。
【0012】
Ｓｈａｒｍａらの米国特許出願公開第２０１６／０２０２２５０Ａ１号は、ヒト心臓バイオマーカであるトロポニンＩ（ｃＴｎＩ）およびミオグロビン（Ｍｂ）の定量的検出のための、金属ナノ粒子／単層カーボンナノチューブ（ＭＮＰ／ＳＷＣＮＴ）ハイブリッドベースの化学抵抗バイオセンサを教示している。非常に特異的な心臓抗体である抗ｃＴｎＩ（Ａｂ－ｃＴｎＩ）または抗Ｍｂ（Ａｂ－Ｍｂ）は、ＳＷＣＮＴデバイス上に固定されたＭＮＰ上の部位特異的カルボキシル基に共有結合で固定化された。バイオセンサデバイスは、ソース／ドレイン電流電圧測定値によって特徴付けられた。デバイスの性能は、ヒト血清中のｃＴｎＩへの曝露時のＳＷＣＮＴチャネルのコンダクタンスの変化を用いて調査された。ＭＮＰは、ＳＷＣＮＴに電荷密度を誘導することにより、高タンパク質負荷および電気信号の改善のために大きな表面積を提供し、高感度のｃＴｎＩおよびＭｂの低レベル検出をもたらした。
【0013】
Ｌｅｅらの米国特許出願公開第２０１５／００８３６１３Ａ１号は、血糖を測定するための改善されたヘマトクリット測定精度を備えた電気化学バイオセンサを教示している。ＵＳ２０１５／００８３６１３によれば、測定されたヘマトクリット値を補正するための第１の電極部分およびグルコース濃度を測定するための第２の電極部分を含む電気化学バイオセンサは、測定されたヘマトクリット値の精度を改善し、測定されたヘマトクリット値を補正に使用した、測定された血糖濃度の精度をより改善するのに効果的である。これは、絶縁カバーが作用電極および補助電極よりも薄くなっているため、血液サンプルにさらされた第１の電極部分の第１の作用電極および第１の補助電極の面積が等しく、第１の作用電極と第２の作用電極との間の距離が一定になり、印刷中に位置決めエラーが発生した場合でも、電極面積が絶縁カバーによって常に維持されるためである。
【0014】
Ｂｕｃｋらの米国特許第７，０４５，０５４Ｂ１号は、センサおよび分析物を検出するための方法を教示している。センサは各々、生体液中の分析物の濃度に比例した量の分析物を保持する親水性媒体の体積、媒体と接触している電極および酸化還元酵素、ならびに電子伝達メディエータを有する。流体はセンサに接触し、最初に所定の間隔で、メディエータを酸化するのに十分な電位を電極に断続的に印加し、印加された電位の持続時間の関数として電極を通る電流を感知する。印加された電位を酸化する印加されたメディエータは、電極を通る電流の経時変化率を判定するのに十分な期間維持される。電流の流れは、媒体中の分析物の既知の濃度の電流の流れと相関している。
【0015】
Ｗｕらの米国特許出願公開第２０１８／００６７０７１Ａ１号は、測定デバイスおよび少なくとも３つの独立してアドレス指定可能な電極を含み、電極のうちの少なくとも２つが実質的に化学的に分離されている検査センサを含むバイオセンサシステムを教示している。１つ以上の作用電極は、２つ以上の対向電極と組み合わせてもよい。２つ以上の対向電極は、異なる電位で動作して、複数分析物の電気化学分析を提供してもよい。複数分析物の電気化学分析を実行するための分析方法が提供され、二次分析領域間の化学的混合に対する耐性を有する検査センサが提供される。
【0016】
Ｍｉｌｌｅｒらの米国特許第７，７２３，０９９Ｂ２号は、干渉を低減した電気化学免疫センサシステムであって、固定化抗体と、標的分析物と、標識抗体との間のサンドイッチの形成に基づいて電気化学信号を生成する第１の免疫センサであって、信号の一部が、第１の免疫センサの領域における標識抗体の非特異的結合から生じる、第１の免疫センサと、免疫参照センサとして作用し、第１の免疫センサにおいて発生する非特異的結合の程度と同じまたは予測可能に関連する信号を生成し、固定化抗体と、サンプル内にあり、標的分析物ではない内因性または外因性タンパク質との間に免疫複合体を有する、第２の免疫センサと、を備える、電気化学免疫センサシステムを教示している。
【0017】
Ｌａｂｅｌｌｅらの米国特許出願公開第２０１３／０１８３２４３号は、生物学的サンプルの存在を監視するための診断アッセイのための診断デバイスおよびそれを使用する方法を教示しており、デバイスは、１つセンサ上での少なくとも２つのアッセイ成分の判定を可能にする。より具体的には、ＵＳ２０１３／０１８３２４３は、複数の分子認識素子を備えたマルチマーカ電気化学インピーダンス分光センサに関し、センサは、分子認識素子タイプの周波数を、同じセンサ上の他の分子認識素子タイプの周波数とは検出可能に異なる周波数にあるように変更するように調整された複数の異なる分子認識素子タイプを含む。
【0018】
Ｍｉｌｌｅｒらの米国特許第７，９１０，３５２Ｂ２号は、干渉を低減した電気化学免疫センサシステムを教示している。このシステムは、固定化抗体と、標的分析物と、標識抗体との間のサンドイッチの形成に基づいて電気化学信号を生成する第１の免疫センサであって、信号の一部が、第１の免疫センサの領域における標識抗体の非特異的結合から生じる、第１の免疫センサと、免疫参照センサとして作用し、第１の免疫センサにおいて発生する非特異的結合の程度と同じまたは予測可能に関連する信号を生成し、固定化抗体と、サンプル内にあり、標的分析物ではない内因性または外因性タンパク質との間に免疫複合体を有する、第２の免疫センサと、を備える。
【0019】
Ｙａｎｇらの米国特許出願公開第２０１９／００７６０６８Ａ１号は、１つ以上の感知電極のためのインピーダンス関連パラメータの値を測定するために適用される診断用電気化学インピーダンス分光法（ＥＩＳ）手順を教示している。パラメータは、実数インピーダンス、虚数インピーダンス、インピーダンスの大きさ、および／または位相角を含んでもよい。次に、インピーダンス関連パラメータの測定値は、センサ診断の実行、複数の冗長感知電極からの信号に基づく信頼性の高い融合センサ血糖値の計算、センサの較正、１つ以上の感知電極のすぐ近くにある干渉物の検出、および電気メッキ電極の表面積特性の検査に使用される。特定の周波数範囲で実質的にグルコースに依存しないインピーダンス関連パラメータが定義され得る。特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、ＥＩＳベースの診断、融合アルゴリズム、およびＥＩＳベースのパラメータの測定に基づく他のプロセスの実装を可能にする。
【0020】
Ｃｈｏｄａｖａｒａｐｕらの米国特許第８，６５３，８３３Ｂ２号は、システムであって、（ａ）信号生成器であって、少なくとも１つの所定の特性を有するプローブ信号を生成するための、かつ少なくともデジタルアナログ変換器を備えた、信号生成器と、（ｂ）信号変換器であって、複数のアナログ入力信号のうちの少なくとも１つのアナログ入力信号のデジタル表現を生成するための、かつアナログデジタル変換器およびマルチプレクサのうちの少なくとも１つを備えた、信号変換器と、（ｃ）センサであって、少なくとも第１の電気接点および第２の電気接点を含む、センサと、（ｄ）参照インピーダンスと、（ｅ）スイッチであって、信号生成器からプローブ信号を受信し、プローブ信号を、センサの第１の電気接点および参照インピーダンスのうちの少なくとも１つに連続的に、および選択的に、のうちの少なくとも１つで適用するための、スイッチと、（ｆ）インピーダンス接続回路であって、センサの第２の電気接点および参照インピーダンスのうちの少なくとも１つを信号変換器に選択的に接続するための少なくともスイッチを備えた、インピーダンス接続回路と、（ｇ）分析回路であって、生成されたプローブ信号の少なくともデジタル表現および少なくとも１つのアナログ入力信号のデジタル表現を受信することと、少なくともプローブ信号の特性を判定するために、生成されたプローブ信号のデジタル表現に対して第１のプロセスを実行して判定することと、少なくともプローブ信号の判定された特性に依存して、少なくとも１つのアナログ入力信号のデジタル表現の実数成分および虚数成分の少なくとも１つを生成するために、少なくとも１つのアナログ入力信号のデジタル表現に対して第２のプロセスを実行することと、少なくとも虚数成分に補正を適用することと、少なくとも参照インピーダンスならびに少なくとも１つのアナログ入力信号のデジタル表現の実数成分および虚数成分の少なくとも１つに依存して、センサのインピーダンスを判定することと、を行うためのものである、分析回路と、（ｈ）第１のメモリであって、その後の検索のために判定されたインピーダンスを記憶するための、第１のメモリと、を備える、システムを教示している。
【0021】
Ｂｕｒｋｅらの米国特許第８，６６３，４４２Ｂ２号は、ＤＣ成分およびＡＣ成分を有する励起信号を印加することを含む、生体液中の分析物を測定する方法を教示している。ＡＣおよびＤＣ応答が測定される。補正されたＤＣ応答は、ＡＣ応答を使用して判定される。分析物の濃度は、補正されたＤＣ応答に基づいて判定される。
【0022】
Ｒｏｙらの米国特許第８，１５８，４３０Ｂ１号は、様々な医療用途のためのポイントオブケア検査を提供するために、生体液からの分析物の検出を可能にする流体デバイスおよびシステムを教示している。
【0023】
ＪｏｈｎｓｏｎらのＥＰ２，９６７，４５１Ｂ１は、サンプルを受容し、かつ分析するための携帯型リーダおよび使い捨てカートリッジを含む２０１４／１４４６６０ポイントオブケアセンサシステムを教示している。カートリッジは、各々が１つ以上のセンサを含む１つ以上のセンサチャネルを備えていてもよい。カートリッジにサンプルを提供した後、カートリッジをリーダに挿入することができ、リーダは、カートリッジと相互作用してカートリッジ上の検出を実行し、サンプル内の１つ以上の標的の存在および／または量を示す信号を受信する。カートリッジの例には、心臓パネル、敗血症パネルなどが含まれ得る。いくつかの実施形態では、同じセンサハードウェアが、異なる時間枠で実施される異なる標的の複数の測定のために構成されてもよい。カートリッジ上の固体および液体試薬の貯蔵および送達メカニズムもまた、その中に開示されている。
【0024】
Ｇｏｌｄの米国特許出願公開第２０１６／００５７５６５Ａ１号は、ユーザが対象のオブジェクトに近接しているときなど、ユーザの生理学的パラメータの１つ以上を感知し、伝達し、かつ処理するシステムおよび方法を教示している。オブジェクトは、製品、場所、および他の人であってもよい。その一実施形態は、ユーザ、設計者、製造業者、マーケター、および売り手が、オブジェクトが（または多くのオブジェクトが）ユーザ（または多くのユーザ）によってどのように認識され、かつ使用されるかについての貴重な情報を確保することを可能にする。その様々な実施形態は、スマートオブジェクト（例えば、インターネット接続されたオブジェクト）およびダムオブジェクト（例えば、インターネットまたは他のネットワーク接続を持たないオブジェクト）と組み合わせて使用されてもよい。
【0025】
Ｚｅｂａｒｊａｄｉらの米国特許出願公開第２０１５／０３７１３５０Ａ１号は、患者が患者コンピューティングデバイスから医療サービスを要求できるシステムを教示している。医師は、医療を希望している、または必要としている患者とマッチしてもよい。患者は、コンピューティングデバイスを使用してシステムに登録する、または会員登録することができる。同じまたは異なるコンピューティングデバイスを使用して、患者は特定の場所で医療を要求してもよい。医師は、医療サービスの特許要求にマッチしてもよい。医師／患者のマッチングは、場所情報、患者の医療ニーズ、医師の医療行為、性別、言語スキル、または他の基準に基づいて行われてもよい。医師は、患者からの医療サービスの要求を受諾するか、または拒否することができる。医師が患者の医療ニーズを評価できるようにするために、双方向で、かつ少なくとも部分的に匿名化された通信が開始されてもよい。患者および／または医師に関連付けられたコンピューティングデバイスは、関連情報の収集、医療記録の記録、通信の管理、請求の処理、患者の場所へのナビゲート、および／または他の目的のために調整構成要素と組み合わせて使用されてもよい。
【0026】
Ｆｒｅｙの米国特許第９，０８０，８８３Ｂ２号は、位置判定システムによって判定されたデバイスの現在の位置データに基づいて、特に建物から人を避難させるための情報を、携帯型デバイスに動的に出力する方法を教示している。建物内に位置する避難経路の現在の使用可能性は、センサシステムによって判定される。避難情報は、避難経路の現在の使用可能性ならびにデバイスの現在の位置および携帯型デバイスへの出力に基づいて、制御ユニットによって判定される。したがって、緊急事態では、その人の所在およびそれぞれの危険な状況の関数として、その人の専用の避難情報が判定され、その人のモバイルデバイス（例えば、スマートフォン、ＰＤＡ）上に出力され得、これにより、とりわけ、建物または敷地の迅速かつ効率的な避難が可能になる。
【0027】
Ｍａｌａｖｉｙａの米国特許出願公開第２０１７／００２４５３１Ａ１号は、ほぼリアルタイムまたはリアルタイムの接触者追跡調査を提供するための医療情報システムを教示している。このシステムは、医療施設に関連付けられた１つ以上のエンティティに関連する位置データを受信するように構成された位置データ受信機ユニットと、受信された位置データを利用して、１つ以上のコンテキストプロファイルを生成する、維持する、または更新するように構成されたコンテキストプロファイル管理ユニットであって、１つ以上のコンテキストプロファイルの各々が、１つ以上のエンティティの各々に対応する、コンテキストプロファイル管理ユニットと、を備える。感染制御、感染経路の開発などのアプリケーションでのほぼリアルタイムまたはリアルタイムの接触者追跡調査の使用に関連するデバイス、システム、および方法が提供される。
【0028】
Ｆｅｌｌｎｅｒの米国特許第８，２４９，５４７Ｂ１号は、ウェアラブル部材およびウェアラブル部材に選択的に取り付け可能な別個にケースに入れられた携帯電話部材を含むウェアラブル緊急警報デバイスを教示している。ウェアラブル部材は、ウェアラブル部材をユーザの身体部位に取り付けるための取り付け部材、第１の信号を携帯電話部材に送信するための第１の送信機、第１の送信機用の電源、および携帯電話部材に信号を送信する第１の送信機を作動させるためのユーザが操作可能な第１のアクチュエータを含む。携帯電話部材は、携帯電話送受信機と第１の送信機との間に第１の通信リンク、ならびに携帯電話送受信機とリモート受信機との間のデータ、音声、およびメッセージのうちの少なくとも１つを送受信するための、携帯電話送受信機とリモート受信機との間の第２の通信リンクを確立するための携帯電話送受信機を含む。携帯電話部材をウェアラブル部材に選択的に取り外し可能に取り付け、携帯電話部材が第１のアクチュエータと係合して緊急信号を作動させることを可能にするための取り付け部材が提供されている。
【発明の概要】
【0029】
本明細書に開示される実施形態は、ユーザの健康状態を分析し、かつ監視するための携帯型電気化学センサシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態では、携帯型電気化学センサシステムは、体液からの１つ以上の分析物またはバイオマーカの存在を検出するためにバイオセンサを使用する。
【0030】
当業者が理解するように、分析物は、サンプルに対して実施される分析手順において関心のある化学成分、成分、または種である。「分析物（ａｎａｌｙｔｅ）」という用語は、分析プロセスにおいて検出可能な血清塩化物または肝臓酵素などの比較的単純な要素または分子を指すことがよくある。
【0031】
当業者はまた、バイオマーカが、正常もしくは異常なプロセスの、または状態もしくは疾患の徴候として使用され得る、血液、他の体液、または組織に典型的に見出される生体分子であることを理解するであろう。バイオマーカは、正常な生物学的プロセス、病原性プロセス、または治療的介入に対する薬理学的応答の指標として客観的に測定し、かつ評価されてもよい検出可能な特性を有する。「バイオマーカ（ｂｉｏｍａｒｋｅｒ）」という用語は、悪性病変または心血管疾患などの非悪性疾患である可能性がある特定の疾患または疾患のグループを検出する、または診断するためのマーカを指すことがよくある。
【0032】
上記の違いにもかかわらず、当業者は、本明細書に記載の電気化学センサシステムおよび方法が、様々な実施形態において好適な分析物および／またはバイオマーカを検出するように適合されてもよいことを理解するであろう。したがって、以下の説明では、「分析物（ａｎａｌｙｔｅ）」および「バイオマーカ（ｂｉｏｍａｒｋｅｒ）」という用語は交換可能に使用されてもよい。
【0033】
本開示の一態様によれば、携帯型電気化学センサシステムは、ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスと、ユーザまたは患者の健康状態を分析し、かつ監視するための使い捨て電気化学センサ構造と、を備える。
【0034】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイスは、哺乳動物の体液サンプルに見られるバイオマーカから情報を検出し、かつ収集するために、使い捨ての電気化学センサ構造と協調する。
【0035】
いくつかの実施形態では、電気化学センサ構造は、患者の体液サンプルを受容するためのサンプル領域を含む。電気化学センサ構造は、別様にＰｏＣデバイスに結合されたものに挿入されてもよい。次に、ＰｏＣデバイスは、サンプル流体のエネルギー特性を測定することによって、受容された体液サンプルの健康状態を示す１つ以上のバイオマーカおよび／または疾患分析物の量を検出し、かつ測定する。いくつかの実施形態では、分析物濃度は電気化学的に定量化され、望ましくないタンパク質からのノイズは、濾過ユニットの導入によって低減される。
【0036】
本明細書に開示される携帯型電気化学センサシステムを使用すると、医師と直接会うことなく特定の疾病を診断することが可能であり、ユーザは、指先採取血液検査などの単純な診断検査のために診療所または病院を訪問することを回避することができ、それにより、診療所でのユーザの待ち時間およびこのような単純な診断検査を実行するために医療専門家が費やす時間が短縮される。
【0037】
本明細書に開示される携帯型電気化学センサシステムは、疾患を効果的に診断し、または予測し、疾患管理を強化するための生理学的流体の在宅検査のための訓練を受けていないユーザによる使用に好適である。
【0038】
本明細書に開示される携帯型電気化学センサシステムは、電気化学センサ構造に受容された体液中の１つ以上の分析物を検出することによって、患者の健康状態を監視するのに効率的である。分析物を正確に検出するための携帯型電気化学センサシステムの関連する方法および構成要素もまた、開示されている。
【0039】
本開示の一態様によれば、携帯型電気化学センサシステムは、リーダおよびセンサストリップとして機能するＰｏＣデバイスを備える。
【0040】
様々な実施形態では、感知ストリップは、対応する対向電極および参照電極（それぞれ、ＣＥおよびＲＥ）とともに、単一または複数の作用電極（ＷＥ）を含んでもよい。体液から細胞成分を捕捉するのに熟練した分離ユニットＨＦ－ＰＳＣもここに開示されている。電気化学センサは、携帯型ＰｏＣデバイスに接続されている。ＰｏＣデバイスは、電気化学センサ構造のサンプル領域からサンプル流体のエネルギー特性を検出して、流体読み取り値を含む信号を生成することができ、流体読み取り値は、サンプル流体中のバイオマーカのエネルギー特性に関連し、それによって、サンプル流体中の分析物の存在、不在、または量を示す。
【0041】
本明細書に開示されるＰｏＣデバイスは、健康状態を示す体液中の特定のバイオマーカの量を測定する。ＰｏＣデバイスを使用することにより、ユーザは医師と直接会うことなく特定の疾病を診断してもよい。
【0042】
いくつかの実施形態では、電気化学センサ構造またはストリップは、１つ以上の電極、可撓性基板、上部カバー層、および疎水性絶縁層を備える。サンプル流体をストリップのサンプル領域に配置してもよく、次にストリップをＰｏＣデバイスに挿入する。ＰｏＣデバイスは、サンプル流体のエネルギー特性を測定することにより、サンプル流体中の特定の分析物の存在および／または量を判定する。
【0043】
本開示の一態様によれば、ユーザの体液サンプルを分析するための装置が開示されている。この装置は、電気化学センサ構造を受容するための少なくとも１つの第１のポートを備えたハウジングであって、電気化学センサ構造が、体液サンプルに接触するための電極の第１のセットを有する第１の回路を備える、ハウジングと、電気化学センサ構造を使用して分析可能な１つ以上のバイオマーカを識別するための識別回路と、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための電気化学センサ構造の電極の第１のセットに電気的に結合するための結合電極のセットを備える分析回路と、識別された１つ以上のバイオマーカに基づいて、バイオ感知パラメータのセットを判定するための、かつ分析回路を制御して、バイオ感知パラメータのセットに基づいて、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための、識別および分析回路に結合された制御回路と、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカの当該分析の分析結果を出力するための出力部と、を備える。
【0044】
いくつかの実施形態では、識別回路は、電気化学センサ構造の第２の回路のインピーダンスを測定することによって、１つ以上のバイオマーカを識別するためのものであり、第２の回路の抵抗が、１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化している。
【0045】
いくつかの実施形態では、第２の回路は、電極の第２のセットを備える。
【0046】
いくつかの実施形態では、識別回路は、電気化学センサ構造の１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを読み取ることによって、１つ以上のバイオマーカを識別するためのものである。
【0047】
いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤタグは、電気化学センサ構造上、または電気化学センサ構造を収容する運搬バイアル上にある。
【0048】
いくつかの実施形態では、装置は、撮像構成要素をさらに備え、識別回路は、撮像構成要素を使用して、１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する画像をスキャンすることによって、１つ以上のバイオマーカを識別するためのものである。
【0049】
いくつかの実施形態では、識別回路は、撮像構成要素を有し、かつ装置に機能的に結合されたデバイスに、撮像構成要素を使用して、１つ以上のバイオマーカを識別するために１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する画像をスキャンするように命令するためのものである。
【0050】
いくつかの実施形態では、画像は、一次元バーコードまたは二次元バーコードである。
【0051】
いくつかの実施形態では、画像は、電気化学センサ構造上、または電気化学センサ構造を収容する運搬バイアル上にある。
【0052】
いくつかの実施形態では、分析回路は、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するために、第１の回路の１つ以上のインピーダンス、１つ以上の電流、および／または１つ以上の電圧を測定するように構成されている。
【0053】
いくつかの実施形態では、分析回路は、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するために、第１の回路に電気的に結合するための少なくとも１つのポテンシオスタット回路を備える。
【0054】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのポテンシオスタット回路は、直流（ＤＣ）ポテンシオスタット回路、交流（ＡＣ）ポテンシオスタット回路、またはそれらの組み合わせを含む。
【0055】
いくつかの実施形態では、結合電極のセットは、電気化学センサ構造の参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および作用電極（ＷＥ）に電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および結合ＷＥを少なくとも含む。
【0056】
いくつかの実施形態では、結合電極のセットは、電気化学センサ構造のＲＥ、ＣＥ、および複数のＷＥに電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および複数のＷＥを少なくとも含む。
【0057】
いくつかの実施形態では、結合電極のセットは、電気化学センサ構造のＲＥ、ＣＥ、および３つ以上のＷＥを電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および３つ以上の結合ＷＥを少なくとも含む。
【0058】
いくつかの実施形態では、結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第１のセットが、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和された電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットに電気的に結合するためのものであり、結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋された電気化学センサ構造のＷＥの第２のセットに電気的に結合するためのものであり、分析回路が、電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算することにより、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである。
【0059】
いくつかの実施形態では、分析回路は、電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算し、統計的方法を使用することにより、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである。
【0060】
いくつかの実施形態では、出力部は、分析結果を表示するためのスクリーンを備える。
【0061】
いくつかの実施形態では、スクリーンは、分析結果を表示し、ユーザからの入力を受信するためのタッチスクリーンである。
【0062】
いくつかの実施形態では、出力部は、分析結果を出力するためのスピーカを備える。
【0063】
いくつかの実施形態では、装置は、１つ以上のリモートデバイスと通信するためのネットワーキングモジュールをさらに備える。
【0064】
いくつかの実施形態では、ネットワーキングモジュールは、ＢＬＵＴＯＯＴＨモジュールである。
【0065】
いくつかの実施形態では、出力部は、分析結果を１つ以上のリモートデバイスに出力するためのネットワーキングモジュールを備える。
【0066】
いくつかの実施形態では、１つ以上のリモートデバイスは、分析結果に基づいて、ユーザの健康状態を判定するための人工知能（ＡＩ）システムを備える。
【0067】
いくつかの実施形態では、装置は、ユーザからの入力を受信するための１つ以上のボタンをさらに備える。
【0068】
いくつかの実施形態では、１つ以上のボタンは、１つ以上の緊急サービスとの緊急通信を開始するためのＳＯＳボタンを備える。
【0069】
いくつかの実施形態では、ハウジングは、前壁、後壁、上壁、下壁、および２つの対向する側壁を備え、１つ以上のボタンが、側壁のうちの少なくとも１つ上に分散されている。
【0070】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１のポートは、上壁または下壁上に位置する。
【0071】
いくつかの実施形態では、装置は、装置に電気的に取り外し可能に結合するためのアダプタであって、複数の追加の電気化学センサ構造を受容するための複数の第２のポートを備える、アダプタをさらに備える。
【0072】
いくつかの実施形態では、複数の追加の電気化学センサ構造は、同じ機械的仕様および／または同じ電気的仕様を有する。
【0073】
いくつかの実施形態では、複数の追加の電気化学センサ構造は、異なる機械的仕様および／または異なる電気的仕様を有する。
【0074】
いくつかの実施形態では、装置は、複数の第１のポートを備える。
【0075】
いくつかの実施形態では、複数の第１のポートは、同じ機械的仕様および／または同じ電気的仕様を有する。
【0076】
いくつかの実施形態では、複数の第１のポートは、異なる機械的仕様および／または異なる電気的仕様を有する。
【0077】
いくつかの実施形態では、装置は、少なくとも識別回路、分析回路、および制御回路に電力を供給するためのバッテリと、バッテリを充電するための電源に電気的に結合するための第２のポートと、をさらに備える。
【0078】
いくつかの実施形態では、第２のポートは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートである。
【0079】
いくつかの実施形態では、装置は、スマートフォンに物理的および電気的に結合するための第３のポートをさらに備える。
【0080】
いくつかの実施形態では、分析回路および／または制御回路は、Ｎ末端プロＢ型ナトリウム利尿ペプチド（ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ）を検出し、かつ分析するための電気化学モジュールと、蛍光モジュールと、アプタマーベースのリガンドを検出し、かつ分析するためのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）モジュールと、代謝産物分析のための吸収モジュールと、を備える。
【0081】
いくつかの実施形態では、分析回路および／または制御回路は、識別された１つ以上のバイオマーカの濃度を判定するための検量線をその中に記憶するメモリをさらに備える。
【0082】
いくつかの実施形態では、装置は、装置の地理空間情報を取得するための１つ以上の全地球測位システム（ＧＮＳＳ）構成要素をさらに備え、出力部は、分析結果および地理空間情報を出力するためのものである。
【0083】
いくつかの実施形態では、１つ以上のリモートデバイスは、ユーザの健康状態の評価を取得するために分析結果を評価することと、分析結果、地理空間情報、およびユーザの健康状態の評価を記憶することと、ユーザの健康状態の評価が第１の閾値を上回っているが第２の閾値を下回っている場合に、さらなる行動についてユーザに通知することと、ユーザの健康状態の評価が第２の閾値を超えている場合に、緊急プロトコルを開始することと、を行うためのものである。
【0084】
本開示の一態様によれば、ユーザの体液サンプルを分析するための装置が開示されている。この装置は、電気化学センサ構造を受容するための少なくとも１つの第１のポートを備えたハウジングであって、電気化学センサ構造が、体液サンプルに接触するための電極の第１のセットを有する第１の回路を備えるハウジングと、体液サンプル中の１つ以上のバイオマーカを分析するための電気化学センサ構造の電極の第１のセットに電気的に結合するための結合電極のセットを備える分析回路と、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカの当該分析の分析結果を出力するための出力部と、を備える。結合電極のセットは、電気化学センサ構造の参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および複数の作用電極（ＷＥ）に電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および複数の結合ＷＥを少なくとも含む。
【0085】
いくつかの実施形態では、結合電極のセットは、電気化学センサ構造のＲＥ、ＣＥ、および３つ以上のＷＥを電気的に結合するための結合ＲＥ、結合ＣＥ、および３つ以上の結合ＷＥを少なくとも含む。
【0086】
いくつかの実施形態では、結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第１のセットが、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和された電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットに電気的に結合するためのものであり、結合ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋された電気化学センサ構造のＷＥの第２のセットに電気的に結合するためのものであり、分析回路が、電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算することにより、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである。
【0087】
いくつかの実施形態では、分析回路は、電気化学センサ構造のＷＥの第１のセットと第２のセットとの間の電荷移動抵抗（ＲＣＴ）の差に基づいて、分析物濃度を計算し、統計的方法を使用することにより、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するためのものである。
【0088】
本開示の一態様によれば、基板と、基板上に分散され、体液サンプルと接触するために基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、電気化学センサ構造を使用して分析可能な体液サンプルの１つ以上のバイオマーカを識別するための識別構造と、を備える、電気化学センサ構造が開示されている。
【0089】
いくつかの実施形態では、基板はポリマーを含む。
【0090】
いくつかの実施形態では、ポリマーは、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、またはポリアミドを含む。
【0091】
いくつかの実施形態では、基板は多孔質基板である。
【0092】
いくつかの実施形態では、基板は、３０％以上の多孔度を有するトラックエッチングされた膜である。
【0093】
いくつかの実施形態では、基板は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）膜を含む。
【0094】
いくつかの実施形態では、識別構造は、電気化学センサ構造の１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する所定のインピーダンスを有する第２の回路を備える。
【0095】
いくつかの実施形態では、識別構造は、電気化学センサ構造の１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを備える。
【0096】
いくつかの実施形態では、識別構造は、電気化学センサ構造の１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する画像を含む。
【0097】
いくつかの実施形態では、画像は、電気化学センサ構造の１つ以上のバイオマーカの識別情報を符号化する一次元バーコードまたは二次元バーコードを含む。
【0098】
いくつかの実施形態では、電極の第１のセットは、少なくとも参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および作用電極（ＷＥ）を含む。
【0099】
いくつかの実施形態では、電極の第１のセットは、少なくともＲＥ、ＣＥ、および複数のＷＥを含む。
【0100】
いくつかの実施形態では、電極の第１のセットは、少なくともＲＥ、ＣＥ、および３つ以上のＷＥを含む。
【0101】
いくつかの実施形態では、ＷＥの少なくとも１つの第１のセットは、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和され、ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋されている。
【0102】
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットは、同じ捕捉リガンドを含む。
【0103】
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットは、異なる捕捉リガンドを含む。
【0104】
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットは、同じ捕捉リガンドを含む。
【0105】
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットは、異なる捕捉リガンドを含む。
【0106】
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットは、１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットと同じである。
【0107】
いくつかの実施形態では、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットは、１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットとは異なる。
【0108】
いくつかの実施形態では、電極の第１のセットの各々は、クロム（Ｃｒ）の層およびＣｒ層の上の金（Ａｕ）の層を含む。
【0109】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのＷＥは、Ａｕ層の上に導電性ナノ材料の層をさらに含む。
【0110】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのＷＥは、導電性ナノ材料の層の上に検出素子の層をさらに含む。
【0111】
いくつかの実施形態では、ＣＥは、サンプリング領域の少なくとも２つの縁に沿って延在し、それによって、電極の第１のセットの残りを取り囲む。
【0112】
いくつかの実施形態では、電気化学センサ構造は、体液サンプルをサンプリング領域に受容するためのサンプリングポートを形成する遠位端開口部を有する疎水性中間層と、疎水性中間層の上にあり、サンプリング領域を覆う保護層と、をさらに含む。
【0113】
いくつかの実施形態では、基板のサンプリング領域は、毛細管効果を使用して体液サンプルを導入するための、その縁の周りの１つ以上の導入チャネルと、そこから体液サンプルを受容し、体液サンプルの干渉成分を濾過するための、１つ以上の導入チャネルに隣接する異好性血漿分離成分（ＨＦ－ＰＳＣ）ユニットと、ＨＦ－ＰＳＣと第１の電極セットとの中間である分析物ドロップチャンバであって、分析物ドロップチャンバが、濾過された体液サンプルが第１の電極セットに接触することを可能にするために、ＨＦ－ＰＳＣから濾過された体液サンプルを受容する、分析物ドロップチャンバと、を備える。
【0114】
いくつかの実施形態では、１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つは漏斗形状のものであり、サンプリング領域の縁に隣接し、ＨＦ－ＰＳＣユニットに向かって先細になる開口部を備える。
【0115】
いくつかの実施形態では、１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つが基板上に刻印されている。
【0116】
いくつかの実施形態では、１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つは、基板上のコーティングのギャップによって形成されている。
【0117】
いくつかの実施形態では、ＨＦ－ＰＳＣユニットは、様々な孔径の対称および／または非対称孔を含む。
【0118】
いくつかの実施形態では、電気化学センサ構造は、各々が分析物ドロップチャンバ内またはその周りの入口を含み、分析物ドロップチャンバから電極の第１のセットまで延在する１つ以上の毛細管チャネルをさらに含み、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つが、体液サンプルに対して親水性であり、その中の体液サンプルの体積を制御するために、入口までの距離での急激な拡張部を含み、少なくとも１つのＷＥが、入口とその中の体液サンプルと相互作用するためのその拡張部との中間である場所で、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つまで延在する。
【0119】
各々が分析物ドロップチャンバ内またはその周りの入口を含み、分析物ドロップチャンバから電極の第１のセットまで延在する１つ以上の毛細管チャネルをさらに含み、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つが、体液サンプルに対して疎水性であり、その中の体液の体積を制御するために、入口までの距離での急激な先細り部分を含み、少なくとも１つのＷＥが、入口とその中の体液サンプルと相互作用するためのその先細り部分との中間である場所で、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つまで延在する。
【0120】
本開示の一態様によれば、基板と、基板上に分散され、体液サンプルと接触するために基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、を備える、電気化学センサ構造が開示されている。電極の第１のセットは、少なくとも参照電極（ＲＥ）、制御電極（ＣＥ）、および複数の作用電極（ＷＥ）を含む。
【0121】
いくつかの実施形態では、当該複数のＷＥは、３つ以上のＷＥを含む。
【0122】
いくつかの実施形態では、ＷＥの少なくとも１つの第１のセットは、１つ以上の捕捉リガンドの第１のセットで過飽和され、ＷＥのうちの少なくとも１つの第２のセットが、所定の濃度の１つ以上の捕捉リガンドの第２のセットで架橋されている。
【0123】
本開示の一態様によれば、基板と、基板上に分散され、体液サンプルと接触するために基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、を備える、電気化学センサ構造が開示されている。基板のサンプリング領域は、毛細管効果を使用して体液サンプルを導入するための、その縁の周りの１つ以上の導入チャネルと、そこから体液サンプルを受容し、体液サンプルの干渉成分を濾過するための、１つ以上の導入チャネルに隣接する異好性血漿分離成分（ＨＦ－ＰＳＣ）ユニットと、ＨＦ－ＰＳＣと第１の電極セットとの中間である分析物ドロップチャンバであって、分析物ドロップチャンバが、濾過された体液サンプルが第１の電極セットに接触することを可能にするために、ＨＦ－ＰＳＣから濾過された体液サンプルを受容する、分析物ドロップチャンバと、を備える。
【0124】
いくつかの実施形態では、１つ以上の導入チャネルのうちの少なくとも１つは漏斗形状であり、サンプリング領域の縁に隣接し、ＨＦ－ＰＳＣユニットに向かって先細になる開口部を備える。
【0125】
本開示の一態様によれば、基板と、基板上に分散され、体液サンプルと接触するために基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、各々がサンプリング領域の入口から電極の第１のセットまで延在することを含む１つ以上の毛細管チャネルと、を備える、電気化学センサ構造が開示されている。１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つが、入口までの距離にあり、その中の体液サンプルの体積を制御するために、変化した断面積を有する面積変化部分を含み、少なくとも１つのＷＥが、入口とその中の体液サンプルと相互作用するためのその面積変化部分との中間である場所で、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つまで延在する。
【0126】
いくつかの実施形態では、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つは、体液サンプルに対して親水性であり、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つの面積変化部分は、断面積が増加した少なくとも１つのＷＥの下流の部分である。
【0127】
いくつかの実施形態では、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つは、体液サンプルに対して疎水性であり、１つ以上の毛細管チャネルのうちの少なくとも１つの面積変化部分は、断面積が減少した少なくとも１つのＷＥの下流の部分である。
【0128】
本開示の一態様によれば、ユーザの体液サンプルを分析するためのシステムが開示されている。このシステムは、体液サンプルをその上に受容するための電気化学センサ構造と、体液サンプルを分析するための電気化学センサ構造と連携する検査装置と、を備える。電気化学センサ構造は、基板と、基板上に分散され、体液サンプルと接触するために基板のサンプリング領域内に延在する電極の第１のセットを備える第１の回路と、電気化学センサ構造を使用して分析可能な体液サンプルの１つ以上のバイオマーカを識別するための識別構造と、を備える。この検査装置は、電気化学センサ構造を受容するための少なくとも１つの第１のポートを備えたハウジングであって、電気化学センサ構造が、体液サンプルに接触するための電極の第１のセットを有する第１の回路を備えるハウジングと、電気化学センサ構造を使用して分析可能な１つ以上のバイオマーカを識別するための識別回路と、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための電気化学センサ構造の電極の第１のセットに電気的に結合するための結合電極のセットを備える分析回路と、識別された１つ以上のバイオマーカに基づいて、バイオ感知パラメータのセットを判定するための、かつ、分析回路を制御して、バイオ感知パラメータのセットに基づいて、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカを分析するための、識別および分析回路に結合された制御回路と、体液サンプル中の識別された１つ以上のバイオマーカの当該分析の分析結果を出力するための出力部と、を備える。
【0129】
本発明は、以下の図面および説明を参照することにより、よりよく理解することができる。図中の構成要素は必ずしも一定の縮尺である必要はなく、代わりに本発明の原理を説明することに重点が置かれている。さらに、図では、参照されているように、様々な図全体で対応する部品を示している。
【図面の簡単な説明】
【0130】
【図1A】それぞれ、本開示のいくつかの実施形態による、健康監視システムならびに携帯型ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスおよび電気化学センサ構造を備えた携帯型健康監視システムの概略斜視図および平面図である。
【図1B】それぞれ、本開示のいくつかの実施形態による、健康監視システムならびに携帯型ポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスおよび電気化学センサ構造を備えた携帯型健康監視システムの概略斜視図および平面図である。
【図6A】ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造の製造のためのプロセスを示す。
【図6B】ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造の製造のためのプロセスを示す。
【図6C】ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造の製造のためのプロセスを示す。
【図6D】ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造の製造のためのプロセスを示す。
【図6E】ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造の製造のためのプロセスを示す。
【図6F】ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造の製造のためのプロセスを示す。
【図9A】本開示のいくつかの実施形態による、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダを有するＰｏＣデバイスおよびＲＦＩＤタグを有する運搬バイアルを示し、ＰｏＣデバイスは、運搬バイアルのＲＦＩＤタグの情報を読み取ることによって、運搬バイアル内の電気化学センサ構造に関連付けられたバイオマーカのタイプを判定する。
【図9B】本開示のいくつかの実施形態による、一次元バーコードスキャナを有するＰｏＣデバイスおよび一次元バーコードを有する運搬バイアルを示し、ＰｏＣデバイスは、運搬バイアルの一次元バーコードの情報を読み取ることによって、運搬バイアル内の電気化学センサ構造に関連付けられたバイオマーカのタイプを判定する。
【図10】本開示のいくつかの実施形態による、スマートフォンに物理的および電気的に結合するための接続ポートを有するＰｏＣデバイスを示す。
【図11】本開示のいくつかの実施形態による、スマートフォンに結合された図１０に示すＰｏＣデバイスを示し、運搬バイアルの二次元バーコードの情報を読み取るためにスマートフォンのカメラを使用して、運搬バイアル内の電気化学センサ構造のバイオマーカのタイプを判定する。
【図12】本開示のいくつかの実施形態による、スマートフォンに結合された図１０に示すＰｏＣデバイスを示し、運搬バイアルの二次元バーコードの情報を読み取るためにスマートフォンのカメラを使用して、運搬バイアル内の電気化学センサ構造のバイオマーカのタイプを判定する。
【図13】本開示のいくつかの実施形態による、異なる仕様に従って製造された異なるタイプの電気化学センサ構造に適応するためのストリップアダプタを示す。
【図18F】堆積または固定化バイオセンサ、有機化学物質、バイオリンカーおよびナノロッドの品質を含むストリップの品質の測定値を示すグラフである。
【図19】本開示のさらにいくつかの実施形態による、図１Ａに示される健康監視システムの電気化学センサ構造の上面図であり、電気化学センサ構造は、導入チャネルを備え、電極に隣接する異好性血漿分離成分（ＨＦ－ＰＳＣ）ユニットがそれに続く。
【図21】２～６個の作用電極システムの電極アセンブリのために、体液から分析物を定量化するための作業スキーマを示す。
【図24A】本開示のいくつかの実施形態による、そのサンプリング領域内で受容される流体サンプルの流れの安定性および体積の制御を伴う、図１Ａに示される健康監視システムの電気化学センサ構造のハイブリッド設計を示す。
【図24B】本開示のいくつかの実施形態による、そのサンプリング領域内で受容される流体サンプルの流れの安定性および体積の制御を伴う、図１Ａに示される健康監視システムの電気化学センサ構造のハイブリッド設計を示す。
【図28】本開示のさらにいくつかの実施形態による、体液分析のプロセスを示すフローチャートである。
【図29A】それぞれ、本開示のいくつかの実施形態による、健康監視システムの概略図および平面図である。
【図29B】それぞれ、本開示のいくつかの実施形態による、健康監視システムの概略図および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0131】
概要
本明細書に開示される実施形態は、一般に、ユーザの健康状態を監視するための携帯型電気化学センサシステムに関する。より具体的には、本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、疾患の診断および予後のための在宅検査のためのポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスなどのオンデマンド、携帯型、信頼性の高い、直感的、かつ低コストのバイオ感知デバイスに関する。いくつかの実施形態では、携帯型電気化学センサシステムは、診断用バイオ感知デバイスと、電気化学センサ構造に受容された患者の体液のサンプル中のタンパク質および他の分子などの様々な分析物を検出することによって患者の健康状態を監視するための使い捨て電気化学センサ構造などのサンプリング構造と、を備える。体液中の特定の分析物の存在、不在、または量の変動は、疾患の指標または予測因子として使用されてもよい。
本明細書に開示される実施形態は、一般に、ユーザの健康状態を監視するための携帯型電気化学センサシステムに関する。より具体的には、本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、疾患の診断および予後のための在宅検査のためのポイントオブケア（ＰｏＣ）デバイスなどのオンデマンド、携帯型、信頼性の高い、直感的、かつ低コストのバイオ感知デバイスに関する。いくつかの実施形態では、携帯型電気化学センサシステムは、診断用バイオ感知デバイスと、電気化学センサ構造に受容された患者の体液のサンプル中のタンパク質および他の分子などの様々な分析物を検出することによって患者の健康状態を監視するための使い捨て電気化学センサ構造などのサンプリング構造と、を備える。体液中の特定の分析物の存在、不在、または量の変動は、疾患の指標または予測因子として使用されてもよい。
【0132】
いくつかの実施形態では、電気化学センサ構造は、患者の体液のサンプルを受容するためのサンプル受容領域を含む。電気化学センサ構造のサンプル受容領域は、複数の電極を備え、１つ以上の分析物を検出するのに好適な１つ以上の検出素子をその上に有する基板を備えてもよい。
【0133】
いくつかの実施形態では、基板は、１つ以上の分析物を検出するための１つ以上の検出素子をその上に備えた可撓性変更／未変更（処理または未処理）アクリルまたはポリマー膜ストリップなどの可撓性ポリマー材料でできていてもよい。
【0134】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイスは、体液サンプル中の分析物と検出素子との間の電気化学反応を監視するための１つ以上のポテンシオスタット回路を備えてもよい。
【0135】
ポテンシオスタット回路は、ＤＣポテンシオスタット回路を備えていてもよく、その用途はクロノアンペロメトリーおよびボルタンメトリーに限定でき、周波数応答アナライザと組み合わせて使用すると、インピーダンス分析システムとして使用されてもよい。
【0136】
特に、本明細書に開示されるシステムの構成要素は、ＡＣ、ＤＣ、またはそれらの組み合わせでサンプルを刺激するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、信号は、ＤＣ信号で特定の周波数オフセットを有するＡＣ振幅を構成してもよい。検査信号はまた、異なる組み合わせで生成されてもよい。例えば、一実施形態は、サンプル検査のためにＤＣ信号を単に使用して、いずれかの方向に電流を流し、それによって、基板の特性評価、認識、または分析を可能にしてもよい。より具体的には、システムは、基板の品質、電極のコンダクタンス、電極に固定化されたバイオセンサの品質、および分析物のバイオセンサへの結合効率に関連するがこれらに限定されない基準を測定するために周波数の範囲を使用する。
【0137】
いくつかの実施形態では、電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）によるシステムの診断は、結果として生じるナイキストプロット分析によって支援されるドメイン認識を通じて行われてもよい。例えば、ストリップ上の捕捉リガンドのナイキストプロット事前特性評価に依存することにより、新たにスキャンされたデータを比較して使用して、一定期間の保存後または使用前に固定化層の品質を測定してもよい。
【0138】
これらの実施形態では、ＰｏＣデバイスは、周波数応答アナライザに結合されたＤＣポテンシオスタット回路によって使用される３つの電極を備えてもよい。例えば、システムは、マルチプレクサによる電流から電圧への変換、システム内の追加の電極を収容する増幅器、ゲインステージ、および最終的な周波数応答アナライザ集積回路（ＩＣ）の４つのステージを含んでもよい。設計の変形例では、マルチプレクサを使用して、システムを較正モードと１つ以上の複数電極モード（例えば、３電極モード、４電極モード、…、および８電極モード）との間で切り替えてもよい。
【0139】
体液サンプルが電気化学センサ構造のサンプル領域に配置されると、体液サンプル中の分析物と検出素子との間の電気化学的相互作用が発生し、エネルギー変化を引き起こす。電気化学センサ構造は、サンプル流体にエネルギーを与え、サンプル流体中の特定の化合物の濃度を示すサンプル流体の読み取り値を生成するためにサンプルのエネルギー特性を測定するエクスビボＰｏＣデバイスと連動している。サンプルの体積は、約１０マイクロリットル（μＬ）から約２０μＬまで小さくてもよい。与えられるエネルギーは電気エネルギーであってもよく、測定されたエネルギー特性は電位差、電流、またはインピーダンスであってもよい。
【0140】
分析物は特定の検出素子に対して親和性および特異性を持っていることが多いため、電気化学センサ構造は一般に、特定のタイプの分析物を検出するために特別に製造する必要がある。
【0141】
抗体、核酸アプタマー、および酵素は、それぞれのバイオマーカに対する高い特異性および親和性のために、バイオ感知デバイスの検出素子としてよく使用される。特定の分析物に対する検出素子の高い特異性を考えると、デバイスのサンプリング領域は、１つのタイプの検出素子のみを含んでもよく、単一の分析物を検出するために使用されてもよい。さらに、異なる分析物は異なるエネルギー特性を持っている。したがって、ＰｏＣデバイスは、そのエネルギー特性を測定するために、特定の分析物に関して較正される必要がある。したがって、いくつかの実施形態では、複数の分析物を測定するためのＰｏＣデバイスは、複数の分析物の各々に適応するためにその設定を調整するための較正機能を含んでもよい。
【0142】
いくつかの実施形態では、１つ以上のポテンシオスタット回路は、医療研究所などの好適な情報源から匿名で入手された、既知の濃度の標的疾患分析物（Ｎ末端プロＢ型ナトリウム利尿ペプチド（ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ）、トロポニン、ｃｋ－ｍｂ、Ｄ－ダイマー、クレアチニン、電解質などであるがこれに限定されない）を有する希釈されたヒト血漿／血清／血液／流体サンプルを使用することによって較正されてもよい。次に、ＰｏＣデバイスのポテンシオスタット回路は、様々な分析物濃度のサンプルを使用して較正されてもよい。
【0143】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイスは、分析されるバイオマーカを判定するために、電気化学センサ構造またはその運搬バイアル上の識別要素を使用する。識別要素は、検出電極、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ、一次元バーコード、クイックレスポンス（ＱＲ）コードなどの二次元バーコードなどを含んでもよい。
【0144】
いくつかの実施形態では、携帯型電気化学センサシステムは、ＮＴ－プロＢＮＰ、心臓トロポニン（ｃＴｎ）などのＨＦ関連分析物を、指先からの採取などの単純なサンプリングプロセスで取得された血液サンプルなどの小さな体積の体液サンプルから検出し、かつ定量化することによって心不全（ＨＦ）を監視するように構成されてもよい。
【0145】
ｃＴｎは、心筋傷害の高感度で特異的なバイオマーカである。ｃＴｎは、急性冠症候群を示唆する症状を呈する患者のトリアージおよび管理をガイドする。一方、Ｂ型ナトリウム利尿ペプチド（ＢＮＰ）レベルはまた、急性心筋梗塞でも上昇し、梗塞および左心室収縮機能障害の程度に関連する定量的な生化学的マーカである。したがって、ＢＮＰには予後的価値がある。ＢＮＰ遺伝子転写の最も強力な誘導因子は、圧力または体積の増加による左心室（ＬＶ）壁の伸展である。ホルモン前駆体（ｐｒｏＢＮＰ）はＢＮＰとＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰに切断され、ＢＮＰ、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ、およびｐｒｏＢＮＰの血清学的証拠が得られる。ＢＮＰの従来のアッセイは、ｐｒｏＢＮＰおよびＢＮＰ、ならびにＢＮＰの様々な分解フラグメントを検出するが、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰアッセイはＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰおよびｐｒｏＢＮＰを検出する。ＢＮＰとＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰは腎臓を含む多くの臓器によって受動的に除去されるが、ＢＮＰの半減期はＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰよりも大幅に短くなる（例えば、約２０分対６０～１２０分）。したがって、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰは、自宅または歩行環境での心不全の予後診断のアプリケーションにおいて、非常に有望な候補バイオマーカと見なされている。
【0146】
分析物結合信号の検出は、電気化学的信号、光信号（化学発光、反射率など）、または磁気変換信号に基づき得る。このような電気化学的検出方法は、電圧または電流のいずれかに依存して分析物の結合を検出し、小型化された電気バイオセンサデバイスでの実装に適している。これらの方法は、分析物が捕捉リガンドに結合するときに発生する電気インピーダンスの変化を監視し、それが次に標的分析物の濃度と相関する。
【0147】
ＨＦバイオマーカ（例えば、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ、ｃＴｎなど）の電気化学的検出および定量化の主な課題は、血中濃度が低いこと、したがって生体分子結合イベントの増幅（カットオフ値：０．１２５ナノグラム／ミリリットル（ｎｇ／ｍＬ）未満＝非急性心不全の除外）である。
【0148】
生体分子結合信号を増幅するために、ナノ構造感知面を利用する方法を使用して、改善された感度（例えば、１ｎｇ／ｍＬ未満）を達成してもよい。感知面は、対応する捕捉リガンドと結合する分析物のための選択的官能化部位を提供するために、増加した表面積対体積比および構造形態を有する標的トロポニン分子とサイズが一致するナノスケール寸法を有する。
【0149】
様々な実施形態の説明
ここで図１Ａおよび図１Ｂに目を向けると、ユーザの健康状態を監視するための電気化学センサシステムが示され、一般に、参照番号１００を使用して識別される。携帯型電気化学センサシステム１００は、診断装置１０２と、使い捨て電気化学センサ構造などのサンプリング構造１０４と、を備える。
ここで図１Ａおよび図１Ｂに目を向けると、ユーザの健康状態を監視するための電気化学センサシステムが示され、一般に、参照番号１００を使用して識別される。携帯型電気化学センサシステム１００は、診断装置１０２と、使い捨て電気化学センサ構造などのサンプリング構造１０４と、を備える。
【0150】
これらの実施形態では、診断装置１０２は、Ｐｈｉｌｏｓ（商標）ＰｏＣデバイス（Ｐｈｉｌｏｓは、カナダ、アルバータ州、カルガリーのＣａｒｄｉＡＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．の商標である）などの携帯型ＰｏＣデバイスであってもよく、個人使用に好適なサイズ（例えば、一実施形態では５センチメートル（ｃｍ）×７．５ｃｍ×２ｃｍのサイズ）を有してもよい。これらの実施形態におけるＰｏＣデバイス１０２は、スクリーン１０６と、ユーザ入力を受信するためのユーザ入力構造と、電気化学センサ構造１０４を受容するためのストリップ受信ポート１１０と、米国カリフォルニア州ハモサビーチのＲＦｄｕｉｎｏ Ｉｎｃ．によって提供されるＲＦｄｕｉｎｏマイクロコントローラなどの制御構造（図示せず）と、関連する回路と、を備える。ＰｏＣデバイス１０２はまた、様々な構成要素に電力を供給するためのバッテリなどの電源を備える。
【0151】
ユーザ入力構造は、ユーザ命令（例えば、ＰｏＣデバイス１０２のオン、またはオフ、診断プロセスの開始、診断プロセスで取得された読み取り値の表示、以前の診断読み取り値の表示など）および／またはユーザデータ（例えば、ユーザの年齢、性別、体重、身長など）などのユーザ入力を受信するための１つ以上のボタン１０８および／またはタッチセンシティブスクリーン（いくつかの実施形態ではタッチセンシティブスクリーン１０６など）を備えてもよい。
【0152】
回路は、バイオ感知のためのポテンシオスタット回路（後でより詳細に説明される）などの分析回路、ならびに、ユーザ命令操作の実行、電気化学センサ構造１０４の挿入の検出、バイオマーカの測定レベルの読み取りおよび表示、測定データの保存、傾向追跡のためのリモートデバイスへの測定データの送信などの他のタスクのための監視回路を備えてもよい。ポテンシオスタット回路は、電気化学センサ構造１０４の回路に対応して設計されてもよい。
【0153】
図２に示されるように、電気化学センサ構造１０４は、流体がその上を流れることを可能にする生体適合性基板１２２上に分散された複数の電極１２４～１３２を備えてもよい。基板の実効コンダクタンスおよび／またはインピーダンスに関連するパラメータを使用して、単一のエンティティ、または２つ以上のエンティティ間の相互作用に関する特性情報を明らかにするか、または導出することができる。エンティティは、単層、単層のスタック、タンパク質、オリゴヌクレオチド、酵素、またはそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【0154】
特に、この実施形態の電気化学センサ構造１０４は、参照電極（ＲＥ）１２４、制御電極（ＣＥ）１２６、および作用電極（ＷＥ）１２８を備え、これらはすべて、その中に受容された体液サンプル（図示せず）のエネルギー特性を測定するためにそのサンプリング領域１３４内に延在する。電極の表面は、電極から体液への電子伝達を媒介するために、変更されるか、または別様にメディエータで処理されてもよい。
【0155】
電気化学センサ構造１０４はまた、電気化学センサ構造１０４が検出するのに好適なバイオマーカのタイプを示すために、所定の抵抗または所定のインピーダンスを有するトレースによって結合された一対の識別電極１３０および１３２を備える。電極１２４～１３２は、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン、白金、銀などの導電性または半導電性金属でできているか、またはそれらを含んでもよい。
【0156】
このような電気化学的センサ構造１０４を用いて、分析回路は、対応して、電気化学的センサ構造１０４の電極１２４～１３２と電気的に係合するためのストリップ受容ポート１１０内の結合電極のセットを備える。
【0157】
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ＰｏＣデバイス１０２は、電気化学センサ構造１０４がストリップ受容ポート１１０に挿入されるときに電極１２４～１３２と電気的に係合するための複数の回路１４２および１４４を備える。
【0158】
図３Ａに示されるように、分圧器の形態の第１の回路１４２は、バイオマーカのタイプを判定するために使用される。上記のように、識別電極１３０および１３２は、抵抗器Ｒ１によって表される、それらの間に所定の抵抗を有する。Ｒ１の抵抗は事前定義されており、電気化学センサ構造１０４が検出するのに好適なバイオマーカのタイプを示している。第２の回路１４４は、識別電極１３０および１３２と電気的に係合し、既知の抵抗を有する抵抗器Ｒ２を介してそれに電圧ＶＲＥＧ（例えば、３．３Ｖ）を印加する。電圧信号ＶＤｅｔｅｃｔは、Ｒ１とＲ２との間から出力される。したがって、ＶＤｅｔｅｃｔ＝ＶＲＥＧＲ１／（Ｒ１＋Ｒ２）であり、Ｒ１の抵抗と、次に、バイオマーカのタイプが、ＶＤｅｔｅｃｔをＶＲＥＧと比較することによって得られてもよい。
【0159】
図３Ｂに示されるように、直流（ＤＣ）ポテンシオスタット回路の形態の第２の回路１４４は、ＷＥ１２８とＲＥ１２４との間の電圧を制御するために使用される。本明細書では、電気化学センサ構造１０４上の体液サンプルは、ＷＥ１２８（カソードとして機能する）と、ＲＥ１２４（アノードとして機能する）と、ＣＥ１２６との間の電解質として機能する。演算増幅器１４８の性質のために、ＲＥ１２４およびＵｄの電圧が同じになるまで、ＣＥ１２６を通して電流が供給される。したがって、Ｕｄは、電解質の電圧を判定し、その結果、あまりにも低いＵｄが十分な測定分解能を生成することができない可能性があり、あまりにも低いＵｄが推論反応または表面特性変化をトリガする可能性があるため、バイオマーカ測定値の精度を判定する。
【0160】
したがって、回路１４４において、３電極構成は、一定のＤＣ電圧が調整され、電気化学センサ構造１０４のＷＥ１２８およびＲＥ１２４上に印加されるＤＣポテンシオスタット回路に接続される。回路１４４は、インピーダンス測定値を検出し、かつ判定することによって、サンプル流体の分析のためのサンプル流体のエネルギー特性を判定するために使用されてもよい。当業者は、回路１４４が、グルコース検出で一般的に使用されるアンペロメトリータイプの測定にも使用できることを理解するであろう。さらに、電位差測定タイプの測定はまた、３電極構成を使用して実装されてもよい。この構成では、順方向（例えば、電圧を上げるなど）および逆方向（例えば、電圧を上げるなど）電流を測定して差動電流（順方向逆方向）を生成しながら、体液サンプルを刺激するために、所定の周波数の交流（ＡＣ）波が適用される。
【0161】
図３Ｂに示すように、制御構造１５２（例えば、マイクロコントローラ）は、ＶＤｅｔｅｃｔをＶＲＥＧと比較し、バイオマーカのタイプを判定する。次に、マイクロコントローラ１５２は、バイオ感知パラメータ（Ｕｄなど）を調整して、判定されたタイプのバイオマーカに適合させ、ＷＥ１２８の電圧を測定する。この実施形態では、増幅器１５６、抵抗器Ｒ３およびコンデンサＣを含む増幅回路１５４は、ＷＥ１２８の信号を増幅するために使用される。このようにして、電気化学センサ構造１０４上の体液サンプル中のバイオマーカのエネルギー特性が測定され、患者の健康状態を判定するために使用される。
【0162】
Ｕｄおよび電解質の電圧がバイオマーカ測定値の精度を判定する一方で、電気化学センサ構造１０４の物理的および電気化学的構造もまた、バイオマーカ測定値の精度を判定する。さらに、電気化学センサ構造１０４の物理的および電気化学的構造はまた、防塵、電極の堅牢性、使いやすさ、製造コストなどの他の必要な特徴を判定する。
【0163】
図４Ａ～図４Ｄは、いくつかの実施形態における電気化学センサ構造１０４の物理的および電気化学的構造を示す。示されるように、電気化学センサ構造１０４は、電極１２４～１３２がその同じ側に堆積され、印刷され、または別様にそれに結合された基板１２２を備える。当業者が理解するように、電気化学センサ構造１０４の同じ側にすべての電極１２４～１３２を設けることは、電気化学センサ構造１０４の小型化を容易にし、それにより、エレガントなコネクタ設計、ユーザ取り扱いの容易さ、および体液のサンプリングのしやすさを提供する。
【0164】
識別電極１３０および１３２は、電気化学センサ構造１０４の近位端１７２（ＰｏＣデバイス１０２のストリップ受容ポート１１０に挿入するためのその端である）の周りに位置し、所定の抵抗Ｒ１で電気的に接続されている。電極ＲＥ１２４、ＣＥ１２６、およびＷＥ１２８は、電気化学センサ構造１０４の近位端１７２からその遠位端１７４まで延在する。図４Ｂに示されるように、遠位側電極ＲＥ１２４’、ＣＥ１２６’、およびＷＥ１２８’（それぞれ、ＲＥ１２４、ＣＥ１２６、およびＷＥ１２８に対応し、接続される）は、同じ距離で横方向に離間する。電極ＲＥ１２４’は、電極ＣＥ１２６’またはＷＥ１２８’の表面よりもはるかに大きな表面を有する。例えば、いくつかの実施形態では、ＷＥ１２８’、ＣＥ１２６’、およびＲＥ１２４’の表面積比は、約１：１：４であってもよい。
【0165】
これらの実施形態における電気化学センサ構造１０４はまた、遠位側電極ＲＥ１２４’、ＣＥ１２６’、およびＷＥ１２８’の周りのサンプリング領域１３４を除いて、電気化学センサ構造１０４の遠位部分（また、参照番号１７４を使用して識別される）を覆う疎水性中間層１７６を含む。疎水性中間層１７６は、体液サンプルをサンプリング領域１３４に受容し、遠位側電極ＲＥ１２４’、ＣＥ１２６’、およびＷＥ１２８’と接触するための、後ろ向きのサンプリングポート（また、参照番号１７８を使用して識別される）を形成する遠位端開口部１７８を有する。電気化学センサ構造１０４は、疎水性中間層１７６の上に保護層１８０をさらに含み、遠位部分１７４（サンプリング領域１３４を含む）を覆う。これらの実施形態では、保護層１８０は、ガラスまたはプラスチックなどの好適な材料でできている。
【0166】
いくつかの実施形態では、基板１２２は、１つ以上のバイオマーカを検出するための１つ以上の検出素子をその上に備えた可撓性ポリイミド膜ストリップなどの可撓性ポリマー材料でできていてもよい。いくつかの実施形態では、可撓性基板１２２は、トラックエッチングされた膜、処理済みまたは未処理のアクリル基板などを含むがこれらに限定されない、変更または未変更ポリマー基板でできていてもよい。いくつかの実施形態では、トラックエッチングされた膜１２２は、多孔質ポリイミド膜であってもよい。
【0167】
いくつかの実施形態では、トラックエッチングされた膜１２２は、３０％以上の多孔度を有してもよい。本明細書において、材料の多孔性は、材料の総体積に対する空隙または空の空間の体積の比率として定義される。いくつかの実施形態では、トラックエッチングされた膜１２２は、５０％以上の多孔度を有してもよい。
【0168】
いくつかの実施形態では、トラックエッチングされた膜の細孔サイズ、形状、および密度を制御可能な方法で変化させることができ、その結果、選択された輸送および保持特性を有する膜を製造することができる。トラックエッチングされた膜の正確に判定された構造のために、基板１２２としてトラックエッチングされた膜を使用することは、従来の膜に対して明確な利点を生じさせる可能性がある。例えば、いくつかの実施形態では、トラックエッチングされた膜１２２の細孔サイズ、形状、および密度を制御可能な方法で変化させてもよく、その結果、選択された輸送および保持特性を有する膜を製造してもよい。より高い細孔密度を有する膜１２２は、金属層をより粗い表面とそれに結合することを可能にし、これにより、次に膜表面で成長する３次元（３Ｄ）ナノロッド（後述）のより大量の金属層を収容する能力の増加が可能になる。より多くのナノロッドは、抗体分子に利用可能なより多くの結合部位に関連し、それは次に、電気化学センサ構造１０４の全体的な感度を増加させる。さらに、より高い細孔密度を有する膜１２２はまた、その上の体液サンプルの流れを容易にする。
【0169】
図５Ａは、基板１２２ならびに電極ＲＥ１２４’、ＣＥ１２６’、およびＷＥ１２８’を示す電気化学センサ構造１０４の概略図である。図５Ｂは、基板１２２および電極ＷＥ１２８’を示す電気化学センサ構造１０４の概略図である。示されるように、電気化学センサ構造１０４は、改善された感度を達成するために、電気化学センサ構造１０４に結合するバイオマーカの量を増幅するために、そのサンプリング領域１３４において、ナノ構造感知面を備える。
【0170】
より具体的には、遠位側電極ＷＥ１２８’は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノロッドなどの複数のナノロッド１８４を有するナノ構造感知面１８２を備える。いくつかの実施形態では、ＺｎＯナノロッドは、（シードとして作用する）基板上の遠位側電極ＷＥ１２８’にＺｎＯを堆積させ、次いで、水の沸点より低い温度で、好ましくは、ＺｎＯナノロッドを「成長させる」ために約８０℃で、コーティングされた電極を含む基板を硝酸亜鉛六水和物およびヘキサメチレンテトラミンからなる化学浴に浸漬することによって合成することができる。
【0171】
ナノロッド１８４は、検出素子１８８が高い特異性および親和性を有する特定のバイオマーカ１９０を検出するために、抗体、酵素、核酸アプタマーなどのような１つ以上の固定化捕捉リガンドなどの特定のタイプの検出素子１８８でコーティングされている。ナノロッド１８４はまた、対応するバイオマーカ１９０を捕捉して反応させるために、検出素子分子１８８をナノロッド１８４上に固定化する架橋分子１８６でコーティングされている。
【0172】
【0173】
図６Ａに示すように、約２５μｍの厚さのトラックエッチングされた多孔質ポリイミド膜が基板１２２として準備される。
【0174】
図６Ｂに示されるように、５０ミリメートル（ｍｍ）の直径の露出を有するパターン化されたステンシルマスクが、電極ＲＥ１２４、ＣＥ１２６、およびＷＥ１２８の場所で基板１２２に適用される。次に、スパッタコーティングまたは電子ビームコーティングを使用して、電極場所に２５ナノメートル（ｎｍ）のＣｒおよび１２５ｎｍのＡｕを堆積させ、電極ＲＥ１２４、ＣＥ１２６、およびＷＥ１２８を形成する。
【0175】
図６Ｃに示されるように、電極ＷＥ１２８の場所で直径５０ｍｍの露出を有する二次ステンシルマスクが基板１２２に適用され、ＺｎＯシード層１９２が従来のＲＦマグネトロンスパッタにおいて、酸素を使用せず、５０ワット（Ｗ）の電力で、１２標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）のアルゴン（Ａｒ）プラズマで、純度９９．９９％のＺｎＯを使用して、電極ＷＥ１２８上に選択的に堆積される。次に、堆積は、１５ミリトール（ｍＴｏｒｒ）のベース圧力で約３０分間行われる。
【0176】
堆積されたＺｎＯシード層の厚さは約３０±５ｎｍであり、これは、米国ニューヨーク州プレインビューのＶｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．によって提供されるＤｅｋｔａｋ ８プロフィロメータなどの好適なプロフィロメータを使用して検証されてもよい。
【0177】
次に、図６Ｄに示されるように、ＺｎＯナノロッドは、好適な水熱法を使用して、例えば、ＺｎＯナノロッド１８４を「成長」させるための約８０℃の温度および３００回転／分（ｒｐｍ）での３０分間核形成のために、電極形成された基板１１２を５０ミリモル（ｍＭ）の等モル濃度の硝酸亜鉛六水和物（Ｚｎ（ＮＯ３）２）およびチャンバ（ＨＭＴＡ）からなる化学浴に浸漬することによって、電極ＷＥ１２８上で合成される。次に、処理された基板１１２は、脱イオン水ですすがれ、空気乾燥される。
【0178】
図６Ｅおよび図６Ｆに示されるように、電極ＷＥ１２８へのタンパク質の固定化は、最初にジメチルスルホキシド（すなわち、ＤＭＳＯ）中の１０ｍＭのジチオビス（スクシンイミジルプロピオネート）（すなわち、ＤＳＰ）１９６を２時間使用し、次いで、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）中の１ミリリットルあたり１マイクログラム（μｇ／ｍＬ）の抗ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ抗体１９８を１５分間使用することによって実施される。非結合ＤＳＰは、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＳｕｐｅｒＢｌｏｃｋ（商標）Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ（ＳｕｐｅｒＢｌｏｃｋは米国マサチューセッツ州ウォルサムのＴｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｃ．の商標である）などの好適なタンパク質ブロッキングバッファによってブロックされる。
【0179】
次に、ＺｎＯナノロッドを有する電気化学センサ構造１０４が作製される。
【0180】
いくつかの実施形態では、金属酸化物ナノ構造は、電気化学的プロセスを介して１つ以上のＷＥ電極上に金属酸化物を堆積させることによって合成されてもよい。
【0181】
図７Ａ～図７Ｅは、本開示のいくつかの代替の実施形態による、電気化学センサ構造１０４を製造するためのプロセスを示す。これらの実施形態では、ＺｎＯナノロッドは使用されない。代わりに、表面積が増加し、したがって感度が改善されたバイオセンサを形成するために、カーボンナノチューブ、ナノサイズの金粒子などの高導電性ナノ材料２０６が、遠位側電極ＷＥ１２８’に適用される。
【0182】
図７Ａに示されるように、基板１２２が最初に準備される。この例では、基板は、ポリ（メチルメタクリレート）（すなわち、ＰＭＭＡ）ならびにトラックエッチングされたポリアミド、ポリエステル、および／またはポリカーボネートでできているか、またはそれらを含む。
【0183】
ＰＭＭＡは透明な熱可塑性プラスチックである。ポリカーボネートなどの他の材料と比較して、ＰＭＭＡは透過率が高く、紫外線（ＵＶ）耐性が高く（したがって、時間の経過とともに黄変しない）、剛性が高くなる（したがって、引っかき抵抗が高くなる）。ＰＭＭＡは、レーザ切断中に黄変したり焼けたりすることなく滑らかなレーザ切断に好適であり、劣化することなく再成形し、かつリサイクルできる。比較として、ポリカーボネートはレーザ切断中に簡単に黄変し、焼ける可能性がある。ＰＭＭＡは、研磨も簡単である（例えば、怪我を防ぐために滑らかな縁を作成するため）。さらに、ＰＭＭＡは、ポリカーボネートなどの他の材料と比較して費用効果が高い。
【0184】
図７Ｂに示されるように、第１のマスクを基板１２２に適用して、電極の場所の露出のみを行う、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、スパッタコーティング、電子ビームなどの好適な蒸着方法を使用して、電極ＷＥ１２８／１２８’、ＣＥ１２６／１２６’、およびＲＥ１２４／１２４’は、Ｃｒ２０２の層を基板１２２上に堆積させ、Ａｕ２０４の層をＣｒ層２０２上に堆積させることによって、基板１２２上に形成される。
【0185】
図示されていないが、識別電極１３０および１３２などの他の電極もまた、このステップで形成されてもよい。
【0186】
電極の堆積後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および／または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して、堆積された電極の特性検査を行うことができる。
【0187】
図７Ｃに示されるように、ＷＥ１２８／１２８’は、表面積が増加し、したがって感度が改善されたバイオセンサを形成するために、導電性ナノ材料２０６の層をＡｕ層２０４上に適用することによって機能化される。このステップでは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタコーティング、電子ビームなどの好適な堆積方法が、遠位側電極ＷＥ１２８’のみを露出する電極堆積基板１２２に適用された第２のマスクとともに使用されてもよい。
【0188】
ナノ材料層２０６の特性検査は、ＳＥＭ、エネルギー分散型Ｘ線分析器（ＥＤＸ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、ＡＦＭなどを使用することによって実施されてもよい。
【0189】
図７Ｄに示すように、免疫グロブリンまたは抗体２０８は、検出素子の層を形成するＷＥ１２８’のナノ材料層２０６に固定化され、抗体濃度および抗体と抗原との間の相互作用時間の最適化が実施される。次に、特性検査は、ＳＥＭおよび／またはＡＦＭを使用して実施されてもよい。
【0190】
図７Ｅに示されるように、好適な生体材料または遮断剤２１２が抗体２０８にコーティングされている。
【0191】
次に、疎水性中間層１７６が電極１２４’、１２６’、および１２８’の周りに適用され、サンプリング領域１３４を形成する。電気化学センサ構造１０４の製造は、保護層１８０が疎水性中間層１７６に結合された後に完了する。
【0192】
これらの実施形態では、基板１１２は、非多孔性ＰＭＭＡ膜でできている。しかし、その上に堆積された高導電性ナノコンポジットは、トラックエッチングされた多孔質膜と比較して、抗体分子に利用可能な十分な結合部位を提供する。
【0193】
当業者は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの他の好適な材料が、他の実施形態において基板１１２を作製するために使用され得ることを理解するであろう。
【0194】
上記の実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、それに関連付けられたバイオマーカのタイプを示すための識別電極１３０および１３２を備える。電気化学センサ構造１０４が挿入されるか、または別様にＰｏＣデバイス１０２に結合されると、ＰｏＣデバイス１０２は、挿入された電気化学センサ構造１０４に関連付けられたバイオマーカのタイプをチェックする。ＰｏＣデバイス１０２が、電気化学センサ構造１０４がそれと互換性がないと判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、警報または警告（例えば、スクリーン１０６上のビープ音および／または警告）を提示してもよい。
【0195】
図８に示されるいくつかの代替の実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、識別電極を備えない。図８に示される例では、電気化学センサ構造１０４は、３つの電極ＲＥ１２４、ＣＥ１２６、およびＷＥ１２８のみを備える。これらの実施形態では、携帯型電気化学センサシステム１００は、以下に説明するように、電気化学センサ構造１０４が検出するのに好適なバイオマーカのタイプを判定するための他の好適な方法を使用してもよい。
【0196】
例えば、図９Ａに示される一実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、デバイスの背面に組み込まれたＲＦＩＤタグアンテナ２２２およびＲＦＩＤリーダ２２４を備える。同様に、電気化学センサ構造１０４を収容する運搬バイアル２２６（ストリップバイアルとも称される）は、ＲＦＩＤタグアンテナ２２８と、ストリップバイアル２２６内に電気化学センサ構造１０４に関連付けられたバイオマーカのタイプの情報を記憶するＲＦＩＤチップ２３０と、を備える。ＰｏＣデバイス１０２は、ＲＦＩＤリーダ２２４を使用して、ストリップバイアル２２６のＲＦＩＤチップ２３０内の情報を読み取り、電気化学センサ構造１０４が検出できるバイオマーカのタイプを判定してもよい。
【0197】
患者が新しい検査を開始する前に毎回、ＰｏＣデバイス１０２は、電気化学センサ構造１０４の識別情報を取得するために、運搬バイアル２２６をＰｏＣデバイス１０２の近くに配置するように患者に求めてもよい。ＰｏＣデバイス１０２においてＲＦＩＤリーダによって受信された情報に基づいて、ＰｏＣデバイス１０２は、電気化学センサ構造１０４がそれと互換性があるかどうか（すなわち、同じバイオマーカを検出するために、ＰｏＣデバイス１０２および電気化学センサ構造１０４が互換性があるかどうか）を判定する。ＰｏＣデバイス１０２が、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４が互換性がないと判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、警報または警告（例えば、スクリーン１０６上のビープ音および／または警告）を提示してもよい。
【0198】
いくつかの実施形態では、警報または警告を提示する代わりに、ＰｏＣデバイス１０２は、ストリップバイアル２２６から検出された情報に基づいて、ポテンシオスタット回路の電気パラメータを調整して、正確なバイオマーカ検出のために、ストリップバイアル２２６に含まれる電気化学センサ構造１０４のタイプに適合させてもよい。
【0199】
別の実施形態では、各電気化学センサ構造１０４は、それに関連付けられたバイオマーカのタイプの情報を記憶するＲＦＩＤチップを備えてもよい。ＰｏＣデバイス１０２が、電気化学センサ構造１０４が互換性がないと判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、警報または警告（例えば、スクリーン１０６上のビープ音および／または警告）を提示してもよい。代替的に、ＰｏＣデバイス１０２は、電気化学センサ構造１０４から検出された情報に基づいて、そのポテンシオスタット回路の電気的パラメータを調整して、正確なバイオマーカ検出のために、それに適合させてもよい。
【0200】
図９Ｂに示される一実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、一次元バーコードをスキャンするための一次元バーコードスキャナなどの撮像構成要素２３２を備える。同様に、ストリップバイアル２２６は、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４に関連付けられ、かつそれを使用することによって分析可能なバイオマーカの識別情報またはタイプを記憶する、符号化する、または別様に示す一次元バーコード２３４を含む。
【0201】
ＰｏＣデバイス１０２は、バーコードスキャナ２３２を使用して、ストリップバイアル２２６上の一次元バーコード２３４を読み取り、電気化学センサ構造１０４を使用することによって分析可能なバイオマーカのタイプを判定してもよい。ＰｏＣデバイス１０２が、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４が互換性がないと判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、警報または警告（例えば、スクリーン１０６上のビープ音および／または警告）を提示する、または、上記のポテンシオスタット回路の電気的パラメータを調整してもよい。
【0202】
別の実施形態では、各電気化学センサ構造１０４は、それに関連付けられたバイオマーカのタイプを示す一次元バーコード（例えば、サンプリング領域１３４の反対側のその「下（ｂｏｔｔｏｍ）」側）を含んででもよい。
【0203】
一実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、マトリックスバーコードまたはＱＲコードなどの二次元バーコードをスキャンするためのスキャナまたは撮像構成要素を備える。同様に、ストリップバイアル２２６は、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４に関連付けられたバイオマーカのタイプを示すＱＲコードを含む。ＰｏＣデバイス１０２は、ＱＲコードスキャナを使用して、ストリップバイアル２２６上のＱＲコードを読み取り、電気化学センサ構造１０４が検出できるバイオマーカのタイプを判定してもよい。ＰｏＣデバイス１０２が、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４が互換性がないと判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、警報または警告（例えば、スクリーン１０６上のビープ音および／または警告）を提示する、または、上記のポテンシオスタット回路の電気的パラメータを調整してもよい。
【0204】
別の実施形態では、各電気化学センサ構造１０４は、それに関連付けられたバイオマーカのタイプを示すＱＲコードを（例えば、その背面に）含んでもよい。
【0205】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイスは、赤外線スキャナを有してもよく、赤外線スキャナを使用してそのストリップ受信ポート１１０に挿入された電気化学センサ構造１０４のタイプを認識して、電気化学センサ構造１０４が記憶される運搬バイアル上に位置する一次元バーコードまたはＱＲコードを読み取ってもよい。
【0206】
図１０に示される一実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるものと同様である。しかしながら、この実施形態におけるＰｏＣデバイス１０２は、スクリーンを備えない。代わりに、ＰｏＣデバイス１０２は、スマートフォン、タブレット、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータなどのホストコンピューティングデバイスに物理的および電気的に結合するためのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート（例えば、マイクロＵＳＢポートまたはＵＳＢタイプＣポート）などの接続ポート２４２を備える。ホストコンピューティングデバイスは、タスクを実行するためにＰｏＣデバイス１０２を制御し、かつそれと協調するための対応するアプリケーションプログラムを実行してもよい。
【0207】
例えば、図１１に示されるように、ストリップバイアル２２６は、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４に関連付けられたバイオマーカのタイプを示すＱＲコード２４４を含む。ＰｏＣデバイス１０２は、スマートフォン２４６に結合され、スマートフォン２４６のカメラ２４８を使用して、ストリップバイアル２２６上のＱＲコード２４４を読み取り、電気化学センサ構造１０４が検出できるバイオマーカのタイプを判定する。
【0208】
図１２に示されるような実施形態では、ストリップバイアル２２６は、ストリップバイアル２２６内の電気化学センサ構造１０４に関連付けられたバイオマーカのタイプを示す一次元バーコード２３４を含む。ＰｏＣデバイス１０２は、スマートフォン２４６に結合され、スマートフォン２４６のカメラ２４８を使用して、ストリップバイアル２２６上の一次元バーコード２３４を読み取り、電気化学センサ構造１０４が検出できるバイオマーカのタイプを判定する。
【0209】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、ポテンシオスタット回路および／または検出回路のみを含んでもよく、スマートフォンなどのコンピューティングデバイスに機能的に結合されてもよい。これらの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、ユーザに情報を表示するために必要な計算能力のために、また、必要であれば、ＱＲコードや一次元バーコードなどの外部入力をスキャンするために、スマートフォンのプロセッサ、スクリーン、入力部（例えば、タッチスクリーン、物理ボタン、仮想ボタンなど）およびカメラを活用してもよい。
【0210】
いくつかの実施形態では、携帯型電気化学センサシステム１００は、図１３に示されるようなストリップアダプタ２５２を備える。ストリップアダプタ２５２は、ＰｏＣデバイス１０２のストリップ受容ポート１１０に挿入するのに好適な物理的および電気的仕様を備えたストリップインサート２５４を備える。ストリップインサート２５４は、電気配線２５８を介して、図１３に示されるストリップ受信機２５６Ａおよび２５６Ｂなどの複数のストリップ受信機２５６に電気的に接続されている。各ストリップ受信機２５６Ａ、２５６Ｂは、対応するタイプの電気化学センサ構造１０４Ａ、１０４Ｂを受信するように構成されている。これらの実施形態では、異なるタイプの電気化学センサ構造１０４Ａおよび１０４Ｂは、異なる寸法を有してもよく、異なる電極構成を含んでもよい。
【0211】
例えば、図１４に示されるように、電気化学センサ構造１０４Ａは、その第１の側面２６２から第２の側面２６４まで、そのすべて「上（ｔｏｐ）」側に３つの電極ＲＥ１２４、ＣＥ１２６、およびＷＥ１２８を備える。しかしながら、電気化学センサ構造１０４Ｂは、その第１の側面２６２から第２の側面２６４まで、３つの電極ＷＥ１２８、ＲＥ１２４、およびＣＥ１２６を含み、電極ＷＥ１２８およびＣＥ１２６は「上（ｔｏｐ）」側にあり、電極ＲＥ１２４は、その「上（ｔｏｐ）」側とは反対の「下（ｂｏｔｔｏｍ）」側にある（破線を使用して表されている）。
【0212】
したがって、図１４に示されるように、ストリップ受信機２５６Ａは、対応する「上（ｔｏｐ）」側に、その電極ＷＥ１２８、ＲＥ１２４、およびＣＥ１２６を正しく係合させるための電気化学センサ構造１０４Ａの電極１２４、１２６、および１２８と同じ順序で配設された３つの電気端子１２４”、１２６”、および１２８”を有する。
【0213】
ストリップ受信機２５６Ａは、電気化学センサ構造１０４Ｂの電極１２４、１２６、および１２８と同じ順序で配設された３つの電気端子１２４”、１２６”、および１２８”を有し、電気端子１２６”および１２８”が、対応する「上（ｔｏｐ）」側にあり、電気端子１２４’’がその電極ＷＥ１２８、ＲＥ１２４、およびＣＥ１２６に正しく係合させるために、対応する「下（ｂｏｔｔｏｍ）」側にある。
【0214】
したがって、ストリップアダプタ２５２は、ＰｏＣデバイス１０２が、異なる製造業者によって製造された電気化学センサ構造１０４などの異なる仕様に従って製造された異なるタイプの電気化学センサ構造１０４に適応することを可能にする。
【0215】
いくつかの実施形態では、ストリップアダプタ２５２は、ストリップインサート２５４を備えない。むしろ、ストリップアダプタ２５２は、検査データをＰｏＣデバイス１０２に転送するためにＰｏＣデバイス１０２に無線で結合するための無線通信モジュールを備える。
【0216】
上記の実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、１つのストリップ受容ポート１１０のみを備えるが、いくつかの代替の実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、複数のストリップ受容ポート１１０を備えてもよい。複数のストリップ受容ポート１１０は、同じ物理的および電気的仕様を有してもよい。代替的に、複数のストリップ受容ポート１１０のうちの少なくともいくつかは、上記と同様の方法で、異なる電気化学センサ構造１０４を受容するための異なる物理的および電気的仕様を有してもよい。
【0217】
上記の実施形態では、ＷＥ１２８’、ＣＥ１２６’、およびＲＥ１２４’の表面積比は、約１：１：４であってもよいが、いくつかの代替の実施形態では、ＷＥ１２８’、ＣＥ１２６’およびＲＥ１２４’の表面積比は、電気化学センサ構造１０４上で使用されるバイオマーカまたは抗体のタイプに基づいて、または標的とされる分析物によって判定されてもよい。
【0218】
いくつかの代替の実施形態では、ＷＥ１２８’、ＣＥ１２６’、およびＲＥ１２４’の表面積比は、電気化学センサ構造のナノ構造感知面に適用される検出素子の量に基づいて判定されてもよい。
【0219】
いくつかの代替の実施形態では、電極ＷＥ１２８’、ＣＥ１２６’、およびＲＥ１２４’の表面積とサンプル領域１３４の表面積との間の比は、電気化学センサ構造１０４が特異的である検出素子またはバイオマーカの電気化学的特性に基づいて判定されてもよい。
【0220】
いくつかの実施形態では、サンプリングポート１７８の断面積とその高さとの間の比は、電気化学センサ構造１０４が特異的である検出素子またはバイオマーカの電気化学的特性に基づいて判定されてもよい。
【0221】
いくつかの実施形態では、電気化学的感知構造の検出素子および幾何学的パラメータは、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰを検出するために判定される。
【0222】
いくつかの実施形態では、ナノ構造感知面は、分析物の結合に対して高い親和性および特異性を有する検出素子でコーティングされてもよい。
【0223】
いくつかの実施形態では、ナノ構造感知面は、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰに結合するための高い親和性および特異性を有する検出素子でコーティングされてもよい。
【0224】
いくつかの実施形態では、電気化学センサシステム１００は、検出可能なバイオマーカを有する任意の流体であり得るサンプル流体を分析するために使用されてもよい。
【0225】
いくつかの実施形態では、１つ以上の携帯型ＰｏＣデバイス１０２は、患者の健康データを評価し、軽微な健康問題を除外し、アクセス可能な個別の健康管理アドバイスを患者に提供し、深刻な患者固有の健康上の懸念を医療提供者に伝達するために、コンピュータまたはモバイルデバイス上で実行されるソフトウェアまたはファームウェアアプリケーションを介してアクセス可能な人工知能（ＡＩ）ベースのプラットフォームを有するコンピュータネットワークシステムなどの健康監視コンピュータネットワークシステムで使用されてもよい。ＡＩベースのプラットフォームは、ニューラルネットワークを利用して、選択された様々なソースから入力された健康データを処理し、かつ分析し、個々の患者の健康状態の個別評価を生成することができる。このような健康監視システムは、医師と患者の両方が通信および監視ツールとして使用でき、医療へのアクセスを合理化し、医療リソースへの負担を軽減できる。
【0226】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイスは、電気化学センサ構造のサンプル領域上の体液サンプルの分析から収集されたデータを送信するための、イーサネット、ＷＩ－ＦＩ（登録商標）（ＷＩ－ＦＩは、米国、テキサス州、オースティンのＷｉ－Ｆｉ Ａｌｌｉａｎｃｅの登録商標である）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）（ＢＬＵＥＴＯＯＴＨは、米国、ワイオミング州、カークランドのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ Ｉｎｃ．登録商標である）、ＺＩＧＢＥＥ（登録商標）（ＺＩＧＢＥＥは、米国、カリフォルニア州、サン・ラモンのＺｉｇＢｅｅ Ａｌｌｉａｎｃｅ Ｃｏｒｐ．の登録商標である）、３Ｇ、４Ｇ、および／または５Ｇ無線移動通信技術などの好適な有線または無線通信技術を使用して、ＡＩプラットフォームに接続するための通信モジュールを備えてもよい。
【0227】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、電気化学センサ構造のサンプル領域に適用された流体サンプルからデータの有効な読み取り値を取得する場合にのみ、ＡＩプラットフォームにデータを送信することができる。
【0228】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、１つ以上の測位モジュールなどの他の好適な周辺構成要素をさらに備えてもよい。
【0229】
いくつかの実施形態では、１つ以上の測位モジュールは、１つ以上の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）構成要素（例えば、米国の全地球測位システム（ＧＰＳ）で動作するための１つ以上の構成要素、グローバル’ｎａｙａ Ｎａｖｉｇａｔｓｉｏｎｎａｙａ Ｓｐｕｔｎｉｋｏｖａｙａ Ｓｉｓｔｅｍａ（ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ）、欧州連合のガリレオ測位システム、および／または中国の北斗システム）であってもよい。
【0230】
ユーザの同意後、ＰｏＣデバイス１０２は、１つ以上の測位モジュールを使用して、ユーザの地理空間情報として使用することができる場所、都市、国などの地理空間情報を判定することができる。当業者が理解するように、地理空間データは、ユーザの様々なバイオマーカ情報に状況的文脈を提供し、したがって、患者の健康状態の全体的な評価を提供する。
【0231】
得られた地理空間情報は、Ｗｉ－Ｆｉ、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇセルラー通信技術などの好適な通信技術を介して、ＰｏＣデバイス１０２からサーバに送信することができる。
【0232】
サーバは、ＰｏＣデバイス１０２から収集された地理空間情報を、心不全の有病率および発生率、医療資源利用の理解、再入院の頻繁な領域、心臓の健康に対する低い社会経済的状態の影響などの関連分野の研究のため、また、医療システムと政策立案者を支援するためのクリニカルパスの開発を支援するために使用することができる。
【0233】
いくつかの実施形態では、ユーザの同意に基づいて、地理空間またはジオフェンシング追跡を（サーバの協調により）ＰｏＣデバイス１０２に実装して、患者の履歴、現在の患者の状態、および現在の患者の場所を第１の応答者に委任することができる。
【0234】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、他の健康監視デバイスと協調することができ、かつ／またはより包括的な健康監視ソリューションを提供するための追加の健康監視機能を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ＧＮＳＳ統合ＰｏＣデバイス１０２を使用して、心臓イベントを患っている、または有するリスクが高い患者を追跡することができる。断続的ではないにしても一定のバイオマーカレベルの監視を必要とするＨＦのような慢性状態の場合、代償不全の場合（定常状態から慢性的な健康状態に至るまで）、「患者の治療への扉」時間が非常に重要になる。このデバイスは、都市、地方、遠隔地で患者の正確な場所を提供することにより、「イベントから治療まで」の時間を短縮する。
【0235】
これらの実施形態では、地理空間技術は、ＰｏＣデバイス１０２にとってミッションクリティカルであり得る。地理情報学が提供する主な価値提案は、突然の心臓イベントが発生した場合のジオロケーションとの緊急通信である。例えば、患者が応答しているが電話をかけることができない場合、患者は、ＰｏＣデバイス１０２のＳＯＳボタンを押すことができる。次に、自動テキストレポートなどの緊急通信が１つ以上の緊急サービスに送信される。
【0236】
当業者は、他の実施形態も容易に利用可能であることを理解するであろう。
【0237】
例えば、図１５Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、電気化学センサ構造１０４を示している。これらの実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、これらの実施形態の電気化学センサ構造１０４が２つのＷＥ１２８－１および１２８－２を備え、間にＲＥ１２４が中間にあり、ＣＥ１２６がＷＥ１２８－１および１２８－２の周りに延在することを除いて、上記のものと同様である。
【0238】
図１５Ｂは、本開示のさらにいくつかの実施形態による電気化学センサ構造１０４を示している。これらの実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、サンプリング領域１３４内のＣＥ１２６が滑らかに通過するトレースを含み、２つのＷＥ１２８－１および１２８－２が楕円形の電極端子を含むことを除いて、図１５Ａに示されるものと同様である。
【0239】
図１５Ｂは、本開示のさらにいくつかの実施形態による電気化学センサ構造１０４を示している。これらの実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、これらの実施形態の電気化学センサ構造１０４が、ＲＥ１２４および６つのＷＥ１２８がＣＥ１２６の円に封入された楕円形のＣＥ１２６を含むことを除いて、図１５Ａに示されるものと同様である。楕円形のＣＥ１２６は、カウンター配線ＣＷ３０２（両方に重なるドットによって示される）にのみ電気的に接続され、電気化学センサ構造１０４は、他の電極（例えば、ＲＥ１２４およびＷＥ１２８）からのＣＥ１２６を電気的に絶縁するための電極構成要素の間に挟まれた分離層または絶縁層（図示せず）を備える。代替的に、カウンター配線ＣＷ３０２は、ＲＥ１２４およびＷＥ１２８を有する側とは反対側の基板の側にあってもよい。
【0240】
上記の電気化学センサ構造１０４の電極は、導電性インクおよび導電性または半導体金属をそれぞれ使用するスクリーン印刷またはスパッタ堆積プロセスを介して製造することができる。
【0241】
図１７Ａは、スクリーン印刷された電極の例示的な製造プロセス３１０の概略図を示している。図１７Ｂは、スパッタ電極の例示的な製造プロセス３４０の概略図を示している。これらの例では、３つ以上の電極（ベース電極と表示される）が、処理された（すなわち、変更された）または未処理の（すなわち、変更されていない）ポリマー基板３３２上に製造され、続いてスクリーン印刷される。
【0242】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、基板３３２が最初に準備される（図１７Ａ、ステップ３１２；図１７Ｂ、図３４２）。次に、ベース電極（例えば、ＣＥ、ＷＥ１、ＷＥ２、およびＲＥ）は、チタン、白金、金、クロム、銀などの導電性または半導電性材料を使用して、厚さが変化する他の素子を有する他の要素単一の素子または層として製造される（図１７Ａ、ステップ３１４；図１７Ｂ、図３４４）。
【0243】
ベース電極アセンブリは、１００ｎｍまでの金属酸化物（例えば、ＺｎＯ）層でスパッタコーティングされ得る（図１７Ａ、ステップ３１６；図１７Ｂ、図３４６）。高度に組織化された金属酸化物ナノ構造は、電気化学的または熱水的にシード層の上に製造することができる（図１７Ａ、ステップ３１８；図１７Ｂ、図３４８）。次に、捕捉リガンドは、特定の分析物に対して親和性を有して、新たに合成されたナノ構造の表面上に架橋され得る（図１７Ａ、ステップ３２０；図１７Ｂ、図３５０）。干渉成分の非特異的結合を回避するために、一般的なブロッカーまたは新規のブロッカーを感知面に統合することができる（図１７Ａ、ステップ３２２；図１７Ｂ、図３５２）。
【0244】
製造された電極およびナノ構造構成要素の表面形態および粗さを特徴づけるために、ＳＥＭ、プロフィロメトリー、ＴＥＭおよびＡＦＭ技術を使用することができる。サイクリックボルタンメトリー、アンペロメトリー、およびＥＩＳを含むがこれらに限定されない様々な電気化学的手法を利用して、電気化学的データを取得し、標準を設定することができる。さらに、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）およびＸ線回折（ＸＲＤ）を使用して、当該アセンブリの元素組成を分析することができる。
【0245】
図１８Ａ～図１８Ｆは、堆積プロセスの進行を示し、図１８Ａは、裸の電極３６２を備えた検査ストリップを示し、図１８Ｂは、電極３６２上のナノロッド堆積３６４を示し、図１８Ｃは、ナノロッド堆積３６４上に堆積された架橋剤３６６を示し、図１８Ｄは、架橋剤３６６上に堆積された遮断剤３６８を示し、図１８Ｅは、電極３６２上に堆積された抗体３７０を示している。
【0246】
図１８Ｆは、堆積または固定化されたバイオセンサ、有機化学物質、バイオリンカーおよびナノロッドの品質を含む電極支持検査ストリップの品質の測定を示すグラフであり、横軸は実数インピーダンス測定を表し、垂直軸は虚数インピーダンスの測定値を表す。曲線３７２～３７８の各々は、異なる表面条件下でのストリップ１０４のＥＩＳ測定値から得られる。曲線３７２は、抗体３７０、遮断剤３６８、架橋剤３６６、および電極３６２に固定化されたナノロッド層３６４を含む、図１８Ｅに示される理想的な固定化条件を表す。
【0247】
図１９は、本開示のいくつかの実施形態による、複数の電極（例えば、ＣＥ、ＲＥ、および２～６個のＷＥ）のアセンブリ３８２を有する電気化学センサ構造１０４の概略平面図である。電気化学センサ構造１０４は、毛細管効果を使用して流体サンプルをそれに隣接する異好性血漿分離成分（ＨＦ－ＰＳＣ）ユニット３８６に導入するための１つ以上の導入チャネル３８４を備える。ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６は、電極アセンブリ３８２に近接しており、電極アセンブリ３８２から離間しており、それらの間にギャップがあり、分析物ドロップチャンバ３８８を形成している。
【0248】
１つ以上の導入チャネル３８４は、基板１１２上に刻印され得るか、または代替的に導入チャネル３８４を形成するその中にギャップを備えた基板１１２上にコーティングされた好適な材料によって形成され得る。１つ以上の導入チャネル３８４は、任意の好適な幾何学的形状または寸法を有し得る。図１９に示される例では、電気化学センサ構造１０４は、サンプリング領域１３４の縁に隣接し、ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６に向かって先細になる開口部を有する１つの漏斗形状の導入チャネル３８４を備える。
【0249】
図２０に示されるように、体液４０２が導入チャネル３８４に滴下されるとき、これは、効率的な流れ力学のために滴下された体液４０２の表面張力特性を利用し、したがって、定量化アッセイに必要な体積を低減する。
【0250】
導入チャネル３８４は、滴下された体液４０２を注ぎ、分析物は、他の流体成分と共に、ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６を通って移動する。ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６は、流体４０２の不要な干渉成分を濾過して除去し、別様にアッセイにおいて偽陽性または偽陰性の結果を誘発し得る干渉流体成分を捕捉するか、または保持するための特定のブロッカー構成要素が埋め込まれた分離器構成要素である。ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６は、感度および選択を向上させるために干渉流体成分を捕捉するように変更し、かつ／または処理することができる。様々な実施形態では、ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６は、様々な細孔サイズを有する対称および／または非対称の細孔を含み得る。いくつかの実施形態では、ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６は、代替的に、アッセイの適用に応じて、未処理であり得る。
【0251】
次に、ＨＦ－ＰＳＣユニット３８６で得られた濾過された流体サンプルは、層状ナノ構造および特定の分析物（ＷＥ、ＣＥおよびＲＥ）のための架橋捕捉リガンドを有するまたは伴わないベース電極を備える電極アセンブリ３８２に接触するために、分析物ドロップチャンバ３８８に入る。様々な実施形態では、ＷＥ電極の数は、アッセイのタイプおよびアッセイの多重化に応じて変化し得る。
【0252】
図２１は、２～６個の作用電極システムの電極アセンブリのための体液からの分析物の定量化のための作用スキーマ４２０を示し、所望の捕捉リガンドで埋め込まれ、過飽和された作用電極の１つ、体液成分の埋め込まれた過飽和リガンドとの相互作用、および分析物の定量化を示す簡略化された概念的なＥＩＳグラフを示す。
【0253】
示されるように、ＷＥ１２８－２などのＷＥ１２８の１つは、捕捉リガンドで過飽和であり、他方のＷＥ１２８－１は、類似または異なる捕捉リガンドの所定の濃度で架橋される（ステップ４２２）。定量化値は、必要なエンティティと干渉するエンティティの両方の標準曲線を定義する、以前に実行された実験から導出される。次に、ＰｏＣデバイス１０２は、ＥＩＳ値（ステップ４２２および４２４で得られる）に関して最終出力値を計算するための数学的モデルを使用して、当該分析物の実際のアッセイ値を以下のように判定する。
分析物の濃度＝ＲｃｔＷＥ２－ＲｃｔＷＥ１
ここで、ＲｃｔＷＥ１およびＲｃｔＷＥ２がそれぞれ電極ＷＥ１とＷＥ２との電荷電子移動に抵抗がある（ＲＣＴはまた、「電荷移動抵抗（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）」と表される）。
分析物の濃度＝ＲｃｔＷＥ２－ＲｃｔＷＥ１
ここで、ＲｃｔＷＥ１およびＲｃｔＷＥ２がそれぞれ電極ＷＥ１とＷＥ２との電荷電子移動に抵抗がある（ＲＣＴはまた、「電荷移動抵抗（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）」と表される）。
【0254】
図１９～図２１に示される実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、２つのＷＥ１２８を含み、一方のＷＥは、捕捉リガンド（過飽和ＷＥとして表される）で過飽和され、他方のＷＥは、類似または異なる捕捉リガンド（実験ＷＥと表される）の所定の濃度で架橋される。分析物の濃度は、過飽和ＷＥと実験ＷＥのＲＣＴの差に基づいて計算される。
【0255】
電気化学センサ構造１０４が３つ以上のＷＥ１２８を含むいくつかの実施形態では（例えば、図１６に示されるように）、１つ以上のＷＥは過飽和ＷＥであるように構成され得、他のＷＥは実験ＷＥであるように構成され得る。分析物の濃度は、最尤推定量、最小二乗推定量、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）推定量などの好適な統計的方法を使用して、過飽和ＷＥと実験ＷＥのＲＣＴの差に基づいて計算される。
【0256】
図２２は、体液分析のための電気化学センサシステム１００のモジュール構造４４０を示すブロック図である。示されるように、分析物は、分析物入口４４２（例えば、上記のような血液サンプルのための毛細管流入）を介して電気化学センサ構造１０４に入り、その分析物処理モジュール４４４によって処理され、これは、血液と複合体との混合をもたらす基板を通して与えられ得る。このような処理は、効率的な下流処理を可能にする複合体を含む最終的な血漿分離をもたらす。
【0257】
分析物処理モジュール４４４の出力は、電気化学モジュール４４８と、蛍光モジュール４５０と、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）モジュール４５２と、吸光度モジュール４５４と、を含む、ＰｏＣデバイス１０２のマルチモジュールセットアップ４４６に送られ、いくつかの実施形態では、単一の小型化されたモジュールに組み合わせるか、または別様に統合することができる。ここで、マルチモジュールセットアップ４４６は、ユーザが、血液分析のためにモジュール４４８～４５４のうちの好適な１つに切り替えることを可能にする。例えば、ＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ検出は、電気化学モジュール４４８を必要とし、蛍光モジュール４５０およびＰＣＲモジュール４５２は、アプタマーベースのリガンド認識を可能にするために一緒に作動し得、代謝産物パネルは、吸光度モジュール４５４を必要とし得る。
【0258】
検量線モジュール４５６は、ＰｏＣデバイス１０２のメモリ、または検量線（すなわち、較正されたデータセット）を記憶する安全な中央サーバ上のメモリであり得る。いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、中央サーバと通信して、ストリップ１０４のロット／バッチに関連する検量線を取得することができる。
【0259】
いくつかの実施形態では、スクリーン印刷技術を使用して、電極の配設を作成し、ストリップのロット／バッチのインピーダンス符号化された認識をもたらすことができる。このコードを使用して、ＰｏＣデバイス１０２は、分析物分析の前に正確な検量線を確立するために中央サーバと通信することができる。
【0260】
マルチモジュールセットアップ４４６からの生データは、メモリ４５６に安全に送信され、そこに記憶された検量線と比較されて、適切な単位で生物学的に関連する測定値（例えば、ＥＩＳを通じて得られたバイオマーカ濃度）が得られる。次に、得られた測定値は、ＰｏＣデバイス１０２のディスプレイ４５８に表示され、かつ／またはＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）などの好適な有線または無線通信技術を介して関連するモバイルデバイス４６０（例えば、ユーザのモバイルデバイスおよび／または医師のモバイルデバイス）に送信され、その上に表示される。
【0261】
いくつかの実施形態では、ＥＩＳを介して得られた値はまた、固定化されたバイオセンサの有効性を診断するために使用され得る。例えば、一実施形態では、ＥＩＳスイープを実行して、流体サンプルをそこに適用する前に、基板の「健康（ｈｅａｌｔｈ）」を予測することができる。
【0262】
図２３は、本開示のいくつかの実施形態による、血液分析のためのＰｏＣデバイス１０２のモジュール構造４８０を示すブロック図である。示されるように、ＰｏＣデバイス１０２は、ヒト血液サンプル中のＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰバイオマーカを検出するためのＮＴ－ｐｒｏ－ＢＮＰ検査ストリップ４８２、グルコース検査ストリップ４８４、クレアチニン検査ストリップ４８６、および他の好適なストリップ（例えば、電解質、トロポニンなどを検査するためのストリップ）などの、血液分析のための複数の電気化学センサ構造または使い捨てストリップ１０４と共に使用され得る。ストリップ１０４（例えば、ストリップ４８２～４８６）は、ＰｏＣデバイス１０２とインターフェースするためのユニバーサルストリップアダプタを有する。
【0263】
ＰｏＣデバイス１０２は、プログラム可能なＡＣポテンシオスタット回路４８８およびプログラム可能なＤＣポテンシオスタット回路４９０を含み、これらは、電圧制御ならびにデータの記憶および分析を含み、メモリ４９４および通信モジュール４９６（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール）などの必要な構成要素を有する制御回路４９２（例えば、Ａｒｄｕｉｎｏマイクロコントローラ）によって制御される。ＰｏＣデバイス１０２はまた、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ４９８（または他の好適なディスプレイ）および様々な構成要素に電力を供給するためのバッテリ５００を備える。
【0264】
検査のタイプに基づいて、ＰｏＣデバイス１０２は、プログラム可能なＡＣポテンシオスタット回路４８８またはプログラム可能なＤＣポテンシオスタット回路４９０を検査のために自動的に使用することができる。検査結果は、分析のために制御回路４９２に送信され、そのメモリ４９４に記憶される。分析結果は、ＬＥＤディスプレイ４９８に表示され、かつ／または安全に、かつ無線でモバイルデバイス４６０に送信され、その上に表示される。
【0265】
いくつかの実施形態では、流体流れチャネルは、電極システムと一致して機能し得る。従来技術のシステムは、複数の電極を使用して、流れチャネル内に存在する流体の量を評価してきた。ストリップ設計を小型化するために、チャネル形状と電極設計の組み合わせが使用される。後でより詳細に説明されるように、いくつかの実施形態では、チャネルまたはマイクロチャネルは、入口ポートを介してアクセスされ得る。入口ポートの反対側では、チャネルの断面全体にくびれがある場合がある。関連する実施形態では、基板は、流体の流れを妨げる疎水性であるように処理することができる。電極からの電流の変化を測定することにより、流体の流れの安定性を評価することができる。
【0266】
いくつかの実施形態では、マイクロチャネルの寸法は、流体の完全な充填を可能にするように所定の体積を得るために事前に判定されている。
【0267】
【0268】
図２４Ａに示されるように、電気化学センサ構造１０４は、分析物ドロップチャンバ３８８の中または周囲に入口または入口開口部５１２を有し、分析物ドロップチャンバ３８８から電極領域に延在する１つ以上の毛細管チャネル５１０（マイクロチャネルまたはマイクロ流体チャネルとも称される）を備える。
【0269】
１つ以上の毛細管チャネル５１０は、基板１２２上に刻印され、または別様に形成することができ、流体サンプルに対して親水性であり得る。各マイクロチャネル５１０は、流体体積要件に基づいて事前的議された入口５１２と拡張部５１４との間の距離を伴う、実質的に急激な拡張部５１４（すなわち、幅および／またはその断面積の実質的に急激な増加）を備える。
【0270】
ＷＥなどの電極５１８は、入口５１２と拡張部５１４との中間である場所でマイクロチャネル５１０まで延在し（すなわち、電極５１８は、入口５１２の下流であり、拡張部５１４の上流である）、その中の流体サンプルと直接相互作用することができる。したがって、電極５１８は、ＤＣポテンシオスタット回路、ＡＣポテンシオスタット回路、またはそれらの組み合わせを介してサンプルを検査するために使用され得る。
【0271】
体液のサンプリング中、流体の流れは、入口５１２からマイクロチャネル５１０に入り、そこに流れる。図２４Ａは、電極５１８に接近するフローフロント５１６を示している。図２４Ｂは、電極５１８を通過するフローフロント５１６を示している。
【0272】
急激な拡張部５１４およびそれに関連付けられた表面張力効果は、マイクロチャネル５１０内の流体のフローフロントを妨げ、したがって、流体の体積を制御する。フローフロント５１６が電極５１８に接近していないとき、電極５１８によってスキャンされるインピーダンスは低い。フローフロント５１６が電極５１８を通過するとき、電極５１８によってスキャンされるインピーダンスは着実に増加し得、それによってフローフロント５１６の通過を示す。
【0273】
いくつかの実施形態では、急激な拡張部５１４およびそれに関連付けられた表面張力効果もまた、流体速度を制御するために使用され得る。
【0274】
電極５１８は、ＤＣ電圧を電極５１８に印加し、電流変化の速度を監視するＤＣポテンシオスタット回路４９０（図２３を参照）に電気的に結合することができる。高インピーダンス測定（例えば、所定のインピーダンス閾値よりも大きい）で電流の速度がゼロになる場合、それは、マイクロチャネル５１０がその中に血液を受容するが、流れがないことを意味する。電流の速度が、所定の期間を超えて高インピーダンス測定（例えば、所定のインピーダンス閾値よりも大きい）でゼロ以外である場合、それは、マイクロチャネル５１０内の血液の量がストリップ検査に対して十分に許容可能であることを意味する。
【0275】
【0276】
これらの実施形態における電気化学センサ構造１０４は、図２４Ａおよび２４Ｂに示されるものと同様であり、分析物ドロップチャンバ３８８内またはその周囲に入口または入口開口５１２を有し、分析物ドロップチャンバ３８８から電極領域に延在する１つ以上のマイクロチャネル５１０を備える。１つ以上の毛細管チャネル５１０は、基板１２２上に刻印され、または別様に形成することができ、流体サンプルに対して疎水性であり得る。
【0277】
示されるように、各マイクロチャネル５１０は、流体体積を制御するための実質的に急激な先細り部分５１４’（すなわち、幅および／またはその断面積の実質的に急激な減少）を備える。入口５１２と先細り部分５１４’との間の距離は、流体量要件に基づいて事前に判定されている。
【0278】
ＷＥなどの電極５１８は、入口５１２と先細り部分５１４’との中間である場所でマイクロチャネル５１０まで延在し（すなわち、電極５１８は、入口５１２の下流であり、先細り部分５１４’上流である）、その中の流体サンプルと直接相互作用することができる。電極５１８は、ＤＣポテンシオスタット回路、ＡＣポテンシオスタット回路、またはそれらの組み合わせを介してサンプルを検査するために使用され得る。
【0279】
図２６は、本開示のいくつかの実施形態による、体液分析のためにＰｏＣデバイス１０２によって実行されるプロセス６００を示すフローチャートである。示されるように、ＰｏＣデバイス１０２の信号生成器６０２は、マルチプレクサ／デマルチプレクサ（マルチプレクサ／デマルチプレクサ）６０４を介して、信号（例えば、ＡＣ信号）をＷＥ６０６～６１２に出力する。ＷＥ６０６～６１２の信号は、マルチチャネル電流電圧変換器６１４に供給され、電圧信号を、マルチプレクサ／デマックス６１６を介してＤＣポテンシオスタット回路６１８またはＡＣポテンシオスタット回路６２０のいずれかに出力する。ＤＣポテンシオスタット回路６１８および／またはＡＣポテンシオスタット回路６２０の出力は、データ分析モジュール６２２によって分析される。データ分析モジュール６２２の分析結果は、出力モジュール６２４で読み取られ、表示され、および／または記憶される。
【0280】
図２７は、本開示のいくつかの実施形態による、体液分析のためにＰｏＣデバイス１０２によって実行されるプロセス７００を示すフローチャートである。プロセス７００は、ユーザが使用する検査のタイプおよびストリップ１０４を選択したときに開始する（ステップ７０２）。ストリップ１０４がＰｏＣデバイス１０２に挿入されると、ＰｏＣデバイス１０２は、基板の品質およびバイオセンサ構成要素の完全性についてストリップ１０４を診断する（ステップ７０４）。検査がインピーダンスベースである場合、ＰｏＣデバイス１０２は、検査中のバイオマーカに適したインピーダンス範囲にそれ自体を自動的に較正する（ステップ７０６）。ＰｏＣデバイス１０２はまた、ストリップ１０４のタイプをチェックし、ストリップ１０４に適合させるためにそのパラメータを調整する（ステップ７０８）。
【0281】
ＰｏＣデバイス１０２は、インピーダンス、電圧、および電流の組み合わせを使用して、ストリップ１０４を検査することができる。ＰｏＣデバイス１０２が，トリップ１０４が使用可能でないと判定した場合（ステップ７１０の「いいえ」分岐）、プロセス７００はステップ７０２に進み、ＰｏＣデバイス１０２はユーザにストリップ１０４を交換するように要求する。ＰｏＣデバイス１０２が、ストリップ１０４が実行可能であると判定すると（ステップ７１０の「はい」分岐）、次に、ＰｏＣデバイス１０２は、血液サンプルを提供するようにユーザに要求する（ステップ７１２）。
【0282】
血液サンプルを受容するとき、ＰｏＣデバイス１０２は、流れの安定性を評価し（ステップ７１４）、上記のように電極からの電流の変化を監視する（ステップ７１６）（図２４Ａおよび２４Ｂも参照）。電流が変化している場合（ステップ７１８の「はい」分岐）、プロセス７００は、電流変化をさらに監視するためにステップ７１６に戻る。
【0283】
電流変化が停止すると（ステップ７１８の「いいえ」分岐）、タイマーが開始されて相互作用期間を記録し（ステップ７２０）、ＰｏＣデバイス１０２は、所定の相互作用期間が満了した後にインピーダンスの測定を開始する（ステップ７２２）。次に、ＰｏＣデバイス１０２は、生の測定値を検量線と比較し（ステップ７２４）、濃度に関して結果を表示する（ステップ７２６）。定量的または定性的データもサーバにアップロードされる（ステップ７３０）。その後、検査セッションは終了する（ステップ７３２）。
【0284】
図２８は、本開示のいくつかの実施形態による、体液分析のためのプロセス８００を示すフローチャートである。プロセス８００は、患者がＰｏＣデバイス１０２を使用して検査を開始すると開始される（ステップ８０２）。ＰｏＣデバイス１０２は、健康監視ネットワークシステムに機能的に結合され、上記のようにサーバと通信している。
【0285】
プロセス７００と同様に、ユーザは、検査用のバイオマーカのタイプを選択し（ステップ８０４）、適切なバイオマーカストリップ１０４をＰｏＣデバイス１０２に挿入し（ステップ８０６）、指先から採取した血液サンプルをストリップ１０４に与える（ステップ８０８）。次に、ＰｏＣデバイス１０２は、バイオマーカレベルを定量化し、そのＧＮＳＳ構成要素（例えば、そのＧＰＳ構成要素）を使用してそのジオロケーションを登録する（ステップ８１０）。ステップ８１２で、ユーザの健康状態の評価を得るために、検査およびジオロケーションデータが集約され、かつ評価される。
【0286】
これらの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、検査データと比較するための複数の閾値を含み、例えば、それを超えると異常な健康状態を示す第１の閾値およびそれを超えると重大な健康状態を示す第２の閾値を含む。
【0287】
ステップ８１４で、ＰｏＣデバイス１０２が、ユーザの健康状態の評価が第１の閾値より上であるが第２の閾値よりも低い（すなわち、異常であるが重大ではない健康状態）と判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、次に健康監視ネットワークシステムと通信し、健康監視ネットワークシステムがさらなる行動のために患者に連絡することを可能にする（ステップ８１６）。次に、プロセス８００はステップ８２２に進む。
【0288】
ステップ８１４で、ＰｏＣデバイス１０２が、ユーザの健康状態の評価が第１の閾値（すなわち、正常な健康状態）を下回っていると判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、次に、ユーザの健康状態の評価を表示し、検査データおよびユーザの健康状態の評価を記録する（ステップ８１８）。次に、プロセス８００はステップ８２２に進む。
【0289】
ステップ８１４で、ＰｏＣデバイス１０２が、ユーザの健康状態の評価が第２の閾値（すなわち、重大な健康状態）を超えていると判定した場合、ＰｏＣデバイス１０２は、次に、健康監視ネットワークシステムと通信して、緊急プロトコルを開始する（ステップ８２０）。患者はまた、ＰｏＣデバイス１０２を介して緊急事態を開始することができる（ステップ８２８）。次に、患者のレポートファイル（例えば、ユーザの履歴、バイオマーカデータ、地理的位置、健康状態評価などを有する）が、緊急連絡先（患者の医師など）および／またはサービスに送信される（ステップ８２４）。次に、プロセス８００はステップ８２２に進む。
【0290】
ステップ８２２で、患者のレポートファイルは、健康監視ネットワークシステムのサーバに保存される。プロセス８００は終了する（ステップ８２６）。
【0291】
当業者が理解するように、本明細書に開示されるＰｏＣデバイス１０２は、手持ち式デバイスまたはデスクトップデバイスであるなどの様々なフォームファクタを有し得る。ＰｏＣデバイス１０２は、全血、血漿、血清、尿、および同様の生物学的標本などの体液に由来する好適なバイオマーカまたは分析物を監視し、生理学的に関連する情報を提供するために使用することができる。生理学的に関連する情報は、公的および／または私的医療システムを含むがこれらに限定されない医療従事者、医師、臨床および／または病院管理ネットワークに安全に転送され得る。
【0292】
ＰｏＣデバイス１０２は、モジュール方式で設計され、かつ実装され得、異なる分析物を検出するための複数の検出モジュールを備え得る。各検出モジュールは、分析物の濃度を確認するために特定の技術を採用する場合がある。ＰｏＣデバイス１０２はまた、外部デバイス（例えば、携帯電話、ハードドライブ、データセンター、コンピュータクラウドなど）との通信を開始するためのモジュールなどの追加のモジュールを備え得る。
【0293】
上記の実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、ユーザ入力を受信するためのスクリーン１０６の横にある１つ以上のボタン１０８を備える。図２９Ａおよび２９Ｂに示されるいくつかの代替の実施形態では、これらの実施形態におけるＰｏＣデバイス１０２は、図１Ａに示されるものと同様である。しかしながら、これらの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、その前壁９０２上のタッチスクリーン１０６、ストリップ１０４を受容するためのその上壁９０４上のストリップ受容ポート１１０、およびその２つの反対側の側壁９０６上の１つ以上のボタン１０８を備え得る。ボタン１０８は、ユーザ入力を受信し、様々な機能を実行するために使用することができる。例えば、ボタン１０８のうちの第１の１つは、ＰｏＣデバイス１０２をアクティブ化するか、またはスリープモードからウェイクアップするために使用され得、ボタン１０８のうちの第２の１つは、検査を開始するために使用され得、ボタン１０８のうちの第３の１つは、ユーザがスピーカを介して検査結果を再生することを選択したとき（例えば、ＰｏＣデバイスが検査結果を「読み取っている（ｒｅａｄｉｎｇ）」とき）ＰｏＣデバイス１０２に統合されたスピーカの音量を調整するために使用され得る。当業者が理解するように、１つ以上のボタン１０８をＰｏＣデバイス１０２の１つまたは２つの側壁９０６に配設することにより、ユーザが片手でＰｏＣデバイス１０２を便利に操作することが容易になり得る。
【0294】
ストリップ受容ポート１１０は、好ましくは、ユーザの片手操作を妨害しないであろうＰｏＣデバイス１０２の任意の好適な場所に位置し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ストリップ受容ポート１１０は、ＰｏＣデバイス１０２の下壁９０８上にあり得る。いくつかの他の実施形態では、ストリップ受容ポート１１０は、ＰｏＣデバイス１０２の側壁９０６のうちの１つであり得る。
【0295】
ＰｏＣデバイス１０２が複数のストリップ受信ポート１１０を含むいくつかの実施形態では、複数のストリップ受信ポート１１０は、好ましくは、ユーザの片手操作を妨害しないであろうその任意の場所でＰｏＣデバイス１０２上に配設され得る。
【0296】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、ＰｏＣデバイス１０２のバッテリを充電するための電源に接続するためのＵＳＢポート（例えば、マイクロＵＳＢポートまたはＵＳＢタイプＣポート）または任意の好適なポートを備え得る。
【0297】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、図１３に示されるものと同様であるが、接続ポートに挿入するのに適した物理的および電気的仕様を備えたストリップインサート２５４を有するストリップアダプタ２５２を受容するためのＵＳＢポートなどの接続ポートを備え得る。これらの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、実装に応じて、ストリップ受信ポート１１０を備える場合と備えない場合がある。
【0298】
図２に示される実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、そこに挿入された電気化学センサ構造１０４を使用して分析可能な１つ以上のバイオマーカを識別するための一対の識別電極１３０および１３２の抵抗を測定する。いくつかの代替の実施形態では、電気化学センサ構造１０４は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを示す所定の電気的特性を備えた識別回路を備える。
【0299】
同様に、ＰｏＣデバイス１０２は、そこに挿入された電気化学センサ構造１０４が挿入されたときに電気化学センサ構造１０４の識別回路に結合するための回路を備え、１つ以上の分析可能なバイオマーカを識別するための所定の電気的特性を判定する。
【0300】
例えば、いくつかの実施形態では、識別回路は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを示す所定の静電容量を有する回路であり得、ＰｏＣデバイス１０２は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを識別するための所定の静電容量を判定するための回路を備える。
【0301】
いくつかの他の実施形態では、識別回路は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを示す所定のインダクタンスを有する回路であり得、ＰｏＣデバイス１０２は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを識別するための所定のインダクタンスを判定するための回路を備える。
【0302】
さらにいくつかの他の実施形態では、識別回路は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを示すコードを記憶する回路（例えば、１つ以上の分析可能なバイオマーカを示すコードを記憶するＩＣチップ）であり得、ＰｏＣデバイス１０２は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを識別するための所定のインダクタンスを判定するためのＩＣチップからコードを読み取るためのリーダ回路を備える。
【0303】
上記の実施形態のいくつかでは、ＰｏＣデバイス１０２は、１つ以上の分析可能なバイオマーカを識別するための電気化学センサ構造１０４を収容する電気化学的センサ構造１０４上または運搬バイアル上の画像（一次元バーコードまたは二次元バーコードなど）をスキャンするために画像構成要素（カメラなど）を使用する。当業者は、いくつかの実施形態において、１つ以上の分析可能なバイオマーカの同一性を符号化する他の好適な画像もまた、上記のように１つ以上の分析可能なバイオマーカを識別するために使用され得ることを理解するであろう。
【0304】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、ストリップ１０４上の流体サンプルの流れの安定性および体積を評価することができる。
【0305】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、ストリップ１０４に読み取られるかまたは送信される電圧および電流信号を支援するための１つ以上の構成要素を備え得る。
【0306】
いくつかの実施形態では、ＰｏＣデバイス１０２は、情報の安全な双方向通信を可能にする中央サーバに接続することができる。情報は、検量線、検査結果、ストリップ情報、ロット情報、バッチ情報、地理空間情報、ソフトウェア情報などであり得る。
【0307】
添付の図面を参照して実施形態を上述してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲によって定義されるようなその範囲から逸脱することなく、変形および修正がなされ得ることが理解されよう。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図18D】
【図18E】
【図18F】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【国際調査報告】