JP2013056209A - 健康状態をモニタリングするため、および経皮にて薬剤を送達するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】健康状態をモニタリングするため、および経皮にて薬剤を送達するためのシステムおよび方法の提供。
【解決手段】本発明は、被験者の皮膚より経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を回収し、送達するための、少なくとも１つの試料採取器、前記少なくとも１つの分析物を同定し定量するための、少なくとも１つの検出器システム、および（ｉ）前記少なくとも１つの検出器からの入力データを受領し、保存する、（ｉｉ）被験者から得た他のデータと前記入力データを関連づける、（ｉｉｉ）出力情報を表示する、（ｉｖ）出力情報を他のシステムに送信する、および（ｖ）前記少なくとも１つの試料採取器および少なくとも１つの検出器の操作を制御するための少なくとも１つの論理モジュールを含む経皮サンプリングのためのシステムおよび方法に関する。
【選択図】図１

Description

（関連特許の相互参照）
本明細書は、２０００年６月１日に申請した、仮出願番号第６０／２０８，３
２７号、表題「経皮健康モニタリングと薬物送達システム（ＴＲＡＮＳＤＥＲＭ
ＡＬ ＨＥＡＬＴＨ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＤＲＵＧ ＤＥＬＩＶＥ
ＲＹ ＳＹＳＴＥＭ）」の優先権を請求し、そのすべてを参考文献として組み込
む。

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、全般的に携帯式の生物医学的モニタリングに関する。さらに詳しく
は本発明は、非侵襲的および低侵襲的分子モニタリング、および任意に、遠隔測
定法を介した保護フィードバック測定および遠隔モニタリングの実施に関する。

（関連技術の説明）
体液の非侵襲的経皮サンプリングは、長い間医学研究における目標であった。
血流内の重要な分析物の濃度を含む価値のある診断情報を、皮膚の損傷なしに得
ることができるという見解が、多くの研究領域の進展を促進してきた。そのよう
な技術により、ニードルまたは外来患者介護を用いない、長期の便利な健康状態
モニタリングおよびスクリーニングが現実のものとなりつつある。糖尿病は、採
血することなく血液グルコースをモニタリングすることができ、細菌、真菌また
はウイルス感染のマーカーに関してモニタリング可能であり、毒素への環境的曝
露は非侵襲的に検査できる。

人の生命に対して有害であり、毒性であると考えられる環境化学物質に対する
曝露レベルを検出、測定および評価するために、生体マーカーが効果的に利用さ
れてきた。生体マーカーに感受性があるため、これらのマーカーは環境中の微妙
な変化に対する警告指標として使用可能である。これらマーカーの特異性は、化
学薬剤の特性を確立するため、曝露レベルを測定するため、および作用の好適な
経路を確定するために使用することができる。環境により誘発された疾患はある
程度まですべての人に影響を与えるが、個人の感受性により、１つの群に他を上
回る程度の毒性反応を引き起こす傾向を生ずる。１９９６年に８６，９１２件の
農薬曝露が、アメリカ毒物センター協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔ
ｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｉｓｏｎ Ｃｅｎｔｅｒｓ）に報告されており、うち２６件
は致死的なものであることは考慮する価値がある。特に重要な身体機能がそのよ
うな曝露に耐え、処理し、扱うことができるレベルにまで成熟していないので、
胎児時期から青年期までの発達段階における者が、そのような環境ストレスにと
りわけ感受性である。子供の環境上の健康を測定する生体マーカーの使用により
、毒素の早期検出および身体状態における障害の予防、ならびに毒性環境に曝露
された子供に対する治療方法の決定ができるようになるであろう。

小児科学分野でとりわけ重要なのは、低侵襲的な健康評価ツールを使用するこ
とである。

多くの経皮サンプリング技術が報告されているが、現在までそのすべてが複数
の重大な欠点を抱えている。従来の技術は、受動的で、汗に依存しない経皮分析
物の採取および検出技術を除いては、著しく侵襲的（および有害の可能性あり）
であり、汗または間質液に依存するという欠点がある。

経皮サンプリングに対する１つのアプローチでは、汗の採取を用いてきた。た
とえば、Ｍ．Ｐｈｉｌｉｐｓ ａｎｄ Ｍ．Ｈ．ＭｃＡｌｏｏｎ． Ａｌｃｏｈ
ｏｌ Ｃｌｉｎ．Ｅｘｐ．Ｒｅｓ．４３９１（１９８０）は、閉塞性接着カバー
で覆った塩浸漬のセルロースパッドである、吸着パッドを開示している。しかし
ながら、経皮サンプリングのそのような方法は、発汗率に依存し、遠心による汗
の抽出が必要であり、外部化学分析を必要とする。Ｓ．Ｂａｌａｂａｎｏｖａ
ａｎｄ Ｅ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ．Ｂｅｉｔｒ．Ｇｅｒｉｃｈｔｌ．Ｍｅｄ ４
８，４５（１９９０）は、ピロカルピン（Ｐｉｌｏｃａｒｐｉｎｅ）誘導による
汗分泌を開示しているが、このシステムはピロカルピンのイオントフォレーシス
誘導注入および分析物希釈を必要とする。Ｓｃｈｏｅｎｄｏｒｆｅｒ ｅｔ ａ
ｌ．に付与された米国特許第５，２０３，３２７号は、水蒸気浸透性の閉塞性接
着カバーで覆った吸着パッドを開示しているが、本システムは発汗率に依存し、
化学的抽出および外部化学分析を必要とする。Ｆ．Ｐ．Ｓｍｉｔｈ ａｎｄ Ｄ
．Ａ．Ｋｉｄｗｅｌｌ， Ｆｏｒｅｎｓｉｃ Ｓｃｉ． Ｉｎｔ．８３，１７９
（１９９６）は綿製の汗ワイプを開示しているが、本システムは発汗量に依存し
、抽出および外部化学分析を必要とする。Ｇ．Ｌ．Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ ａｎｄ
Ｂ．Ｋ．Ｗｉｌｓｏｎ．，Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．Ｃｈｅｍ．Ｐａｔｈｏｌ．
Ｐｈａｒｍａｃｏｌ．５，１（１９７３）は、運動後の液体汗の採取を開示して
いるが、このシステムは活発な運動を必要とし、発汗量依存であり、抽出と外部
化学分析を必要とする。

Ｃ．Ｃ．Ｐｅｃｋ，Ｄ．Ｐ．Ｃｏｎｎｅｒ，ｅｔ ａｌ．Ｓｋｉｎ Ｐｈａｒ
ｍａｃｏｌ １，１４（１９８８）は、閉塞性接着カバーで覆った分析物結合レ
ザーバを備えたゲルを開示している。しかしながら、この参考文献は、抽出と外
部化学分析を必要としている。

Ｐｅｃｋに付与された米国特許第４，９０９，２５６号は、閉塞性接着カバー
で覆った乾燥結合レザーバを開示している。しかしながら、本参考文献は抽出と
外部化学分析を必要としている。

Ｐｅｃｋに付与された米国特許第４，８２１，７３３号は、閉塞性接着カバー
で覆った採取および検出システムを開示している。しかしながら、本参考文献は
、高い感度の検出コンポーネントを必要としている。

Ｊａｃｑｕｅｓに付与された米国特許第４，７７５，３６１号は、皮膚表面に
対する分析物の遊走の増強を開示している。しかしながら、本参考文献は体内へ
の光エネルギーの導入を必要としている。

Ｇｕｙに付与された米国特許第５，３６２，３０７号は、皮膚からのイオント
フォレーシス増強分析物採取を開示している。しかしながら、本参考文献は体内
への電気エネルギーの導入を必要としている。

Ｅｐｐｓｔｅｉｎに付与された米国特許第５，７２２，３９７号は、皮膚から
の超音波増強分析物採取を開示している。しかしながら、本参考文献は体内への
音響エネルギーおよび化学物質の導入を必要としている。

Ｅｐｐｓｔｅｉｎに付与された米国特許第５，８８５，２１１号は、加熱水蒸
気、物理的ランセット、音響エネルギー、液体の高圧ジェット、または電気を用
いた、ミクロ細孔形成を開示している。しかしながら、本参考文献は、熱、音響
、または電気エネルギー、力学的または水力学的力を用いて皮膚に穴を開ける必
要がある。

ウェブサイト、ｗｗｗ．ｓｐｅｃｔｒｘ．ｃｏｍは、間質液の採取のための、
レーザー誘導皮膚細孔への吸引の適用を開示している。しかしながら、本参考文
献は間質液を採取するため体内への音響エネルギーおよび力学的エネルギーの導
入を必要とし、炎症反応を引き起こす可能性がある。

したがって、経皮サンプリング分野において、重要な生体医学マーカー類およ
び環境毒素曝露を、迅速で安価に、そして大掛かりでなく痛みなくモニタリング
するのに適した低侵襲的なサンプリング技術および器具が必要である。本発明の
これらの特性および利点が、以下の開示を読むことによって当業者に明らかにな
るであろう。

（発明の要約）
本発明は、被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を採取
し、送達するための少なくとも１つの試料採取器、前記少なくとも１つの分析物
を同定し、定量するための少なくとも１つの検出器システム、および（ｉ）前記
少なくとも１つの検出器からの入力データを受領し、保存する、（ｉｉ）被験者
から得た他のデータと前記入力データを関連づける、（ｉｉｉ）出力情報を表示
する、（ｉｖ）出力情報を他のシステムに送信する、（ｖ）前記少なくとも１つ
の試料採取器および少なくとも１つの検出器の操作を制御するための少なくとも
１つの論理モジュールを含む、経皮サンプリングシステムに関する。

本発明はまた、被験者の遠隔モニタリングを可能にするための微細加工器具で
あって、被験者の皮膚より経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を回収し、
送達するための少なくとも１つの試料採取器ユニット体、被験者から採取した少
なくとも１つの分析物を同定し、定量するための前記少なくとも１つの試料採取
器ユニット体に連結した、少なくとも１つの検出器システム、および前記検出シ
ステムによって検出された、少なくとも１つの分析物に関連したデータを論理モ
ジュールによって処理するために前記モジュールに送達し、論理モジュールによ
って微細加工器具の制御を可能にするための送信器／受信器を備える器具に関す
る。

本発明はまた、被験者の皮膚から採取した分析物を受領するための検出チャン
バー、および前記検出チャンバーと連結した前記微細加工器具に接続して位置す
る光子源および前記検出チャンバー内で受領された分析物を検出するための前記
検出チャンバーと連結した検出器、を備える光子検出システムを含む、被験者の
皮膚からの分析物をサンプリングするための微細加工器具に関する。

本発明はまた、被験者の皮膚から採取した分析物を受領するための検出チャン
バー、前記検出チャンバーと連結した前記微細加工器具に接続して位置する、規
定の分析物に接触した場合に変色するパッチ、規定の分析物の存在を示すパッチ
の変色を検出するための、前記検出チャンバーと連結した検出器を含む、被験者
の皮膚から分析物をサンプリングするための微細加工器具に関する。

本発明はまた、被験者の皮膚から分析物を回収し、検出器へ送達するための少
なくとも１つの管、および被験者の皮膚から前記少なくとも１つの分析物を採取
するため、被験者の皮膚の透過性を増強するための手段を備える、被験者の皮膚
から採取した分析物をサンプリングし、検出するための微細加工器具に関する。

本発明の目的は経皮サンプリングシステムを提供することである。

本発明の他の目的はパッチタイプの検出器を用いた統合検出システムを提供す
ることである。

本発明のさらに他の目的は統合光子を用いた統合検出システムを提供すること
である。

本発明のさらなる目的は生物学的分子の経皮送達を増強するための、マイクロ
流体潅流システムを提供することである。

本発明のまた他の目的は表皮角質の切除のための、抵抗加熱法による熱切除メ
カニズムを提供することである。

本発明のまた他の目的は表皮角質の切除のための、レーザー切除メカニズムを
提供することである。

本発明のまた他の目的はキャピラリーの働きを用いた流体のマイクロ流体送達
を提供することである。

本発明の他の目的は皮膚上で経皮サンプリングシステムを保持するための接着
剤を提供することである。

本発明の他の目的は競合結合によって表面から放出され、下流にて検出される
蛍光標識抗原を含む、抗体とのチャネル表面の化学的改変を提供することである
。

本発明およびその付随する利点は、以下に示す図面および詳細な記述を参照す
ることによって理解されるであろう。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１） 経皮サンプリングシステムであって、
被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を、採取および送
達するための少なくとも１つの試料採取器、
前記少なくとも１つの分析物を同定および定量するための少なくとも１つの検
出器システム、
（ｉ）前記少なくとも１つの検出器からの入力データを受信し、保存する、（
ｉｉ）被験者から得た他のデータと、前記入力データを関連づける、（ｉｉｉ）
出力情報を表示する、（ｉｖ）出力情報を他のシステムに送信する、（ｖ）前記
少なくとも１つの試料採取器、および少なくとも１つの検出器の操作を制御する
ための少なくとも１つの論理モジュール、を含むシステム。
（項目２） 前記少なくとも１つの試料採取器が、マイクロ流体アセンブ
リを含む微細加工器具である、項目１に記載のシステム。
（項目３） 前記マイクロ流体アセンブリが、少なくとも１つのレザーバ
、および少なくとも１つの管を通して前記少なくとも１つの分析物を採取し、送
達するために前記レザーバに連結した前記少なくとも１つの管を含み、前記少な
くとも１つの管を通して採取され、送達された前記少なくとも１つの分析物を検
出するために、前記少なくとも１つの検出器が前記少なくとも１つの管に連結し
ている、項目２に記載のシステム。
（項目４） 前記少なくとも１つの試料採取器がさらに、被験者の皮膚か
ら前記少なくとも１つの分析物を採取するために、被験者の皮膚の透過性を増強
するための手段を含む、項目１に記載のシステム。
（項目５） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の皮膚表面に近
接して配置され、被験者の基底生存表皮から間質液を採取することを可能にする
ように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定されたマイクロヒ
ーターを備える、項目４に記載のシステム。
（項目６） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の皮膚表面に近
接して配置され、被験者の基底生存表皮からの間質液へのアクセスを可能にする
ように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定されたマイクロヒ
ーターを備える、項目４に記載のシステム。
（項目７） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底生
存表皮からの間質液の採取を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部分
を切除するのに効果的なように放射線を生成し、被験者の皮膚表面に照射するた
めに配置した放射線源を備える、項目４に記載のシステム。
（項目８） 前記放射線源が光源である、項目７に記載のシステム。
（項目９） 前記光源がレーザーである、項目８に記載のシステム。
（項目１０） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底
生存表皮からの間質液の拡散を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部
分を切除するのに効果的なように放射線を生成し、被験者の皮膚表面に照射する
ために配置した放射線源を備える、項目４に記載のシステム。
（項目１１） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、（ｉ）皮膚の
表面を化学的に変化させるための手段、（ｉｉ）皮膚の表面に穴を開ける手段、
（ｉｉｉ）、皮膚の表面を可溶性にする手段、（ｉｖ）皮膚の切除を引き起こす
のに十分な光線を皮膚の表面に照射する手段、および（ｖ）皮膚の切除を引き起
こすのに十分な放射線を皮膚の表面に照射する手段のうち少なくとも１つである
、項目４に記載のシステム。
（項目１２） 前記少なくとも１つの試料採取器が複数の試料採取器から
成り、前記少なくとも１つの検出器システムが複数の検出器システムから成る、
項目１に記載のシステム。
（項目１３） 前記少なくとも１つの検出器システムが、蛍光団を励起す
るのに十分な光源からなる光学検出システム、および励起された蛍光団からの蛍
光を検出するための少なくとも１つの検出器を含む、項目１に記載のシステム
。
（項目１４） 前記光源が少なくとも１つのＬＥＤを含む、項目１３に
記載のシステム。
（項目１５） 前記光源が少なくとも１つのレーザーを含む、項目１３
に記載のシステム。
（項目１６） 前記少なくとも１つのレザーバが流体を含み、前記少なく
とも１つの管内への前記少なくとも１つの分析物の流れを促進するために、被験
者の皮膚に前記流体を送達するために配置する、項目３に記載のシステム。
（項目１７） 前記少なくとも１つのレザーバ内に含まれる前記流体が、
被験者の皮膚に浸透することが可能である、項目１６に記載のシステム。
（項目１８） 被験者からの分析物サンプリングの前に、前記レザーバ内
に前記流体を保持しておくための破壊可能シールをさらに備える、項目１６に
記載のシステム。
（項目１９） 被験者の皮膚へ試料採取器を接着させるために、前記試料
採取器上に接着剤をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目２０） 対象分析物に結合可能である、前記試料採取器内に位置す
る少なくとも１つの基質をさらに含み、前記基質が前記少なくとも１つの検出器
システムによって検出可能である、項目１に記載のシステム。
（項目２１） 被験者の皮膚との接触部分に前記流体を送り込むためのポ
ンプをさらに備える、項目１６に記載のシステム。
（項目２２） 前記流体が被験者の皮膚との接触部分に送り込まれたとこ
ろに近接した場所にて、被験者の皮膚表面に近接して配置され、被験者の皮膚の
表皮角質の一部分を切除するために設定される、マイクロヒーターをさらに備え
る、項目２１に記載のシステム。
（項目２３） 前記少なくとも１つの論理モジュールによって入力データ
と関連づけるために、前記他のデータとして規定の生理学的データをモニタリン
グするための方法をさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目２４） 前記少なくとも１つの論理モジュールによって入力データ
と関連づけるために、前記他のデータとして環境状態データをモニタリングする
ための方法をさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目２５） 前記少なくとも１つの検出器システムが、前記少なくとも
１つの分析物との接触に応答して変色するために、少なくとも１つの分析物に対
して感受性のパッチ、および前記パッチの変色を検出するための少なくとも１つ
の検出器を備える、項目１に記載のシステム。
（項目２６） 被験者の遠隔モニタリングを可能にするための微細加工器
具であって、被験者の皮膚より経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を、採
取し送達するための少なくとも１つの試料採取器ユニット体、被験者から回収し
た少なくとも１つの分析物を同定し定量するための前記少なくとも１つの試料採
取器ユニット体に連結した、少なくとも１つの検出器システム、および前記検出
システムによって検出された少なくとも１つの分析物に関連したデータを、論理
モジュールによって処理するために、および理論的モジュールによって微細加工
器具の制御を可能にするために、送達するための送信器／受信器を備える微小加
工器具。
（項目２７） 試料ユニット体がさらに、マイクロ流体アセンブリを備え
る、項目２６に記載の器具。
（項目２８） 前記マイクロ流体アセンブリが、少なくとも１つの管を介
して前記少なくとも１つの分析物を採取し送達するための、少なくとも１つのレ
ザーバ、および前記レザーバに連結した前記少なくとも１つの管、および前記少
なくとも１つの管を介して採取され送達された前記少なくとも１つの分析物を検
出するための、前記少なくとも１つの管に連結している前記少なくとも１つの検
出器を備える、項目２７に記載の器具。
（項目２９） 前記少なくとも１つの試料採取器ユニット体がさらに、被
験者の皮膚から少なくとも１つの分析物を採取するために、被験者の皮膚の透過
性を増強するための手段を備える、項目２６に記載の器具。
（項目３０） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の皮膚表面に
近接して配置され、被験者の基底生存表皮から間質液を採取することを可能にす
るように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定された、マイク
ロヒーターを備える、項目２９に記載の器具。
（項目３１） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底
生存表皮から間質液の拡散を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部分
を切除するのに効果的なように、放射線を生成し、被験者の皮膚表面に照射する
ために配置した放射線源を備える、項目２９に記載の器具。
（項目３２） 前記放射線源が光源である、項目３１に記載の器具。
（項目３３） 前記光源がレーザーである、項目３２に記載の器具。
（項目３４） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、（ｉ）皮膚の
表面を化学的に変化させるための手段、（ｉｉ）皮膚の表面に穴を開ける手段、
（ｉｉｉ）、皮膚の表面を可溶性にする手段、（ｉｖ）皮膚の切除を引き起こす
のに十分な光線を皮膚の表面に照射する手段、および（ｖ）皮膚の切除を引き起
こすのに十分な放射線を皮膚の表面に照射する手段のうち少なくとも１つである
、項目２９に記載の器具。
（項目３５） 前記少なくとも１つの試料採取器ユニット体が複数のサン
プリング管から成り、前記少なくとも１つの検出器システムが複数の検出器シス
テムから成る、項目２６に記載の器具。
（項目３６） 前記少なくとも１つの検出器システムが、蛍光団を励起す
るのに効果的である光源からなる光学検出システムを備え、励起された蛍光団か
らの蛍光を検出するための少なくとも１つの検出器を備える、請項目１に記載
の器具。
（項目３７） 前記光源が少なくとも１つのＬＥＤを備える、項目３６
に記載の器具。
（項目３８） 前記光源が少なくとも１つのレーザーを備える、項目３
６に記載の器具。
（項目３９） 前記少なくとも１つのレザーバが流体を含み、前記少なく
とも１つの管内へ前記少なくとも１つの分析物の流れを促進するために、被験者
の皮膚へ前記流体を送達するために配置する、項目２８に記載の器具。
（項目４０） 前記少なくとも１つのレザーバに含まれる前記流体が、被
験者の皮膚を透過することが可能である、項目３９に記載の器具。
（項目４１） 被験者から分析物をサンプリングする前に、前記レザーバ
内に前記流体を保持するための破壊可能シールをさらに備える、項目３９に記
載の器具。
（項目４２） 被験者の皮膚へ試料を接着させるため前記試料採取器上に
接着剤をさらに備える、項目２６に記載の器具。
（項目４３） 対象分析物に結合可能である前記試料採取器ユニット体内
に少なくとも１つの基質をさらに含み、前記基質が前記少なくとも１つの検出器
システムによって検出可能である、項目２６に記載の器具。
（項目４４） 前記少なくとも１つの検出器システムが、前記少なくとも
１つの分析物との接触に反応して変色させるために、少なくとも１つの分析物に
感受性があり、前記少なくとも１つの分析物との接触のために前記試料採取器ユ
ニット体内に位置するパッチ、およびパッチの変色を検出するために配置する、
前記試料採取器ユニット体内の少なくとも１つの検出器を備える、項目２６に
記載の器具。
（項目４５） 前記試料採取器ユニット体が、そこより伸びたキャピラリ
ー管のアレイを有するシリコン体であり、前記キャピラリー管を介して、被験者
の皮膚からの分析物をサンプリングすることを目的とし、少なくとも１つの検出
器チャンバーが、キャピラリーチャンバー内で受領した分析物を検出するために
、前記キャピラリー管に連結して、前記少なくとも１つの検出システムと関連す
る、項目２６に記載の器具。
（項目４６） 前記少なくとも１つの試料採取器が、被験者の皮膚から前
記少なくとも１つの分析物を採取するために、被験者の皮膚の透過性を増強する
ための手段をさらに備える、項目４５に記載の器具。
（項目４７） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の皮膚表面に
近接して配置され、被験者の基底生存表皮から間質液を採取することを可能にす
るように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定されたマイクロ
ヒーターを備える、項目４６に記載の器具。
（項目４８） 透過性を増強するための前記手段が被験者の皮膚表面に近
接して配置され、被験者の基底生存表皮から間質液を拡散させることを可能にす
るように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定されたマイクロ
ヒーターを備える、項目４６に記載の器具。
（項目４９） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底
生存表皮からの間質液の採取を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部
分を切除するのに効果的なように、放射線を生成し、被験者の皮膚表面に照射す
るために配置された放射線源を含む、項目４６に記載の器具。
（項目５０） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底
生存表皮からの間質液の拡散を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部
分を切除するのに効果的なように、放射線を生成し、被験者の皮膚表面に放射す
るために配置された放射線源を含む、項目４６に記載の器具。
（項目５１） 前記放射線源が光源である、項目５０に記載の器具。
（項目５２） 前記光源がレーザーである、項目５１に記載の器具。
（項目５３） 皮膚の透過性を増強するための前記手段が、（ｉ）皮膚の
表面を化学的に変化させるための手段、（ｉｉ）皮膚の表面に穴を開ける手段、
（ｉｉｉ）、皮膚の表面を可溶性にする手段、（ｉｖ）皮膚の切除を引き起こす
のに十分な光線を皮膚の表面に照射する手段、および（ｖ）皮膚の切除を引き起
こすのに十分な放射線を皮膚の表面に照射する手段のうち少なくとも１つである
、項目４６に記載の器具。
（項目５４） 前記少なくとも１つの検出器システムが、蛍光団を励起す
るのに効果的である光源からなる光学検出システムを備え、励起された蛍光団か
らの蛍光を検出するための少なくとも１つの検出器を備える、請項目４６に記
載の器具。
（項目５５） 前記光源が少なくとも１つのＬＥＤを備える、項目５４
に記載の器具。
（項目５６） 前記光源が少なくとも１つのレーザーを備える、項目５
４に記載の器具。
（項目５７） 前記シリコン体が、少なくとも１つの前記キャピラリー管
内に、前記少なくとも１つの分析物の流れを促進するために、被験者の皮膚に前
記流体を送達するために、流体の保持が可能で前記キャピラリー管と連結した少
なくとも１つのレザーバを含む、項目４６に記載の器具。
（項目５８） 前記シリコン体がさらに、前記流体が被験者の皮膚との接
触部分に送達されるところに近接した場所に、被験者の皮膚表面に近接して配置
され、被験者の皮膚の表皮角質の一部分を切除するために設定されるマイクロヒ
ーターをさらに備える、項目５７に記載の器具。
（項目５９） 被験者の皮膚から分析物をサンプリングするための微細加
工器具であって、
被験者の皮膚から採取した分析物を受領するための検出チャンバー、
前記検出チャンバーと連結した前記微細加工器具に密着して配置された光子源
、および前記検出チャンバー内で受領された分析物を検出するための前記検出チ
ャンバーと連結した検出器を含む光子検出システム、
を含む器具。
（項目６０） 前記光子源が少なくとも１つのＬＥＤである、項目５９
に記載の器具。
（項目６１） 前記光子源が少なくとも１つのレーザーである、項目５
９に記載の器具。
（項目６２） 選択された分析物に結合し、前記光子源が放射線をアプラ
イする場合に蛍光を発する基質を前記器具中にさらに含む、項目５９に記載の
器具。
（項目６３） 被験者の皮膚から分析物をサンプリングするための微細加
工器具であって、
被験者の皮膚から採取された分析物を受領するための検出チャンバー、
前記検出チャンバーと連結した前記微細加工器具に密着して配置され、規定の
分析物と接触した場合に変色するパッチ、
規定の分析物の存在を示唆しているパッチの変色を検出するための、前記検出
チャンバーに接続した検出器、
からなる器具。
（項目６４） 被験者の皮膚から採取した分析物をサンプリングし、検出
するための微細加工器具であって、
被験者の皮膚からの分析物を採取し、検出器に送達するための少なくとも１つ
の管、
被験者の皮膚から少なくとも１つの分析物を採取するために、被験者の皮膚の
透過性を増強するための手段、
を含む器具。
（項目６５） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の皮膚表面に
近接して配置され、被験者の基底生存表皮から間質液を採取することを可能にす
るように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定されたマイクロ
ヒーターを備える、項目６４に記載の器具。
（項目６６） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の皮膚表面に
近接して配置され、被験者の基底生存表皮から間質液を拡散させることを可能に
するように、被験者の皮膚の表皮角質の一部を切除するために設定されたマイク
ロヒーターを備える、項目６４に記載の器具。
（項目６７） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底生存表
皮からの間質液の採取を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部分を切
除するのに効果的なように、放射線を生成し被験者の皮膚表面に照射するために
配置された放射線源を含む、項目６４に記載の器具。
（項目６８） 透過性を増強するための前記手段が、被験者の基底生存表
皮からの間質液の拡散を可能にするため、被験者の皮膚の表皮角質の一部分を切
除するのに効果的なように、放射線を生成し被験者の皮膚表面に照射するために
配置された放射線源を含む、項目６４に記載の器具。
（項目６９） 前記放射線源が光源である、項目６７に記載のシステム
。
（項目７０） 前記光源がレーザーである、項目６９に記載のシステム
。
（項目７１） 皮膚の透過性を増強するための前記方法が、（ｉ）皮膚の
表面を化学的に変化させるための手段、（ｉｉ）皮膚の表面に穴を開ける手段、
（ｉｉｉ）、皮膚の表面を可溶性にする手段、（ｉｖ）皮膚の切除を引き起こす
のに十分な光線を皮膚の表面に照射する手段、および（ｖ）皮膚の切除を引き起
こすのに十分な放射線を皮膚の表面に放射する手段のうち少なくとも１つである
、項目６４に記載のシステム。
（項目７２） 経皮サンプリングシステムであって、
被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を採取し、送達す
るためのマイクロ流体アセンブリ、
前記少なくとも１つの分析物を同定し定量するための少なくとも１つの検出器
システム、
（ｉ）前記少なくとも１つの検出器からの入力データを受領し、保存する、（
ｉｉ）被験者から得た他のデータと前記入力データを関連づける、（ｉｉｉ）出
力情報を表示する、（ｉｖ）出力情報を他のシステムに送信する、（ｖ）前記少
なくとも１つの試料採取器および少なくとも１つの検出器の操作を制御するため
の少なくとも１つの論理モジュールを含むシステム。
（項目７３） マイクロ流体アセンブリが少なくとも１つの湾曲キャピラ
リーチャネルを備える、項目７２に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目７４） マイクロ流体アセンブリがさらに、
少なくとも１つのレザーバチャネル、
少なくとも１つの底部キャッピング部分、
少なくとも１つの上部キャッピング部分、
を備える、項目７２に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目７５） 少なくとも１つのレザーバチャネルが、少なくとも１つの
レザーバチャネル内に生理学的に適合性のある流体を保持するために、少なくと
も１つのシールをさらに備える、項目７２に記載の経皮サンプリングシステム
。
（項目７６） 少なくとも底部キャッピング部分がマイクロヒーティング
要素を備える、項目７４に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目７７） 前記マイクロヒーティング要素が表皮角質を切除するため
に使用される、項目７６に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目７８） 前記マイクロヒーティング要素が少なくとも１つのシール
を破裂させるために使用される、項目７６に記載の経皮サンプリングシステム
。
（項目７９） 前記マイクロヒーティング要素が表皮角質を切除し、少な
くとも１つのシールを破裂させるために使用される、項目７６に記載の経皮サ
ンプリングシステム。
（項目８０） 前記少なくとも１つの上部キャッピング部分が２つ以上の
電極を備える、項目７４に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目８１） 前記２つ以上の電極が少なくとも１つの湾曲キャピラリー
チャネルを介して、生理学的に適合性のある流体の流れをサポートする、項目
８０に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目８２） 前記マイクロ流体アセンブリが少なくとも１つの分析物を
検出するためのセンサーをさらに備える、項目７４に記載の経皮サンプリング
システム。
（項目８３） 前記センサーが蛍光団を励起するのに効果的な少なくとも
１つの光源を備える光学的検出システムを備え、励起された蛍光団からの蛍光を
検出するための少なくとも１つの検出器を備える、項目８２に記載の経皮サン
プリングシステム。
（項目８４） 前記少なくとも１つ光源が少なくとも１つのＬＥＤを備え
る、項目８３に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目８５） 前記少なくとも１つの光源が、少なくとも１つのレーザー
を備える、項目８３に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目８６） 前記少なくとも１つの分析物を検出するための前記センサ
ーが、少なくとも１つの分析物との接触に反応して変色するための、少なくとも
１つの分析物に感受性のパッチ、および前記パッチの変色を検出するための少な
くとも１つの検出器を備える、項目８２に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目８７） 経皮サンプリングシステムであって、
被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を採取し、送達す
るためのマイクロ流体アセンブリ、
前記少なくとも１つの分析物を同定し定量するための少なくとも１つの検出器
システム、
（ｉ）前記少なくとも１つの検出器からの入力データを受領し、保存する、（
ｉｉ）被験者から得た他のデータと前記入力データを関連づける、（ｉｉｉ）出
力情報を表示する、（ｉｖ）出力情報を他のシステムに送信する、（ｖ）前記少
なくとも１つの試料採取器および少なくとも１つの検出器の操作を制御するため
の少なくとも１つの論理モジュールを含み、
前記マイクロ流体アセンブリが、被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくと
も１つの分析物を採取し送達するための、生理学的に適合性のある流体を含み、
前記マイクロ流体アセンブリが被験者の皮膚に接着する、
経皮サンプリングシステム。
（項目８８） 前記被験者の皮膚へのマイクロ流体アセンブリの接着が接
着剤により達成される、項目８７に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目８９） 前記接着剤が、被験者の皮膚から経皮サンプリングシステ
ムが動くのを防止するために使用される、項目８８に記載の経皮サンプリング
システム。
（項目９０） 前記接着剤が、生理学的に適合性のある流体の欠失を防止
するために使用される、項目８７に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目９１） 接着剤が不透水性である、項目８９に記載の経皮サンプ
リングシステム。
（項目９２） 経皮サンプリングシステムであって、
被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物を採取し、送達す
るためのマイクロ流体アセンブリ、
前記少なくとも１つの分析物を同定し定量するための少なくとも１つの検出器
システム、
（ｉ）前記少なくとも１つの検出器からの入力データを受領し、保存する、（
ｉｉ）被験者から得た他のデータと前記入力データを関連づける、（ｉｉｉ）出
力情報を表示する、（ｉｖ）出力情報を他のシステムに送信する、（ｖ）前記少
なくとも１つの試料採取器および少なくとも１つの検出器の操作を制御するため
の少なくとも１つの論理モジュールを含み、
前記少なくとも１つのマイクロ流体アセンブリの表面が改変されている、経皮
サンプリングシステム。
（項目９３） 少なくとも１つのマイクロ流体アセンブリの表面の前記改
変が、マイクロ流体アセンブリの少なくとも１つの表面へのタンパク質の吸着を
防止する、項目９２に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目９４） 少なくとも１つのマイクロ流体アセンブリの表面の前記改
変が、少なくとも１つの分析物に特異的に結合する少なくとも１つの特異的結合
分子をマイクロ流体アセンブリの少なくとも１つの表面に接着させる、項目９
２に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目９５） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１つ
の蛍光標識分析物と結合し、
被験者の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物が、結合した少な
くとも１つの蛍光標識分析物に置き代わり、
少なくとも１つの特異的結合分子から置き代わった蛍光の量の測定が、被験者
の皮膚から経皮的に採取した少なくとも１つの分析物の量と相関する、
項目９４に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目９６） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１つ
の分析物に特異的に結合する抗体である、項目９４に記載の経皮サンプリング
システム。
（項目９７） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１つ
の分析物に特異的に結合する抗体フラグメントである、項目９４に記載の経皮
サンプリングシステム。
（項目９８） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１つ
の分析物に特異的に結合する人工抗体である、項目９４に記載の経皮サンプリ
ングシステム。
（項目９９） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１つ
の分析物に特異的に結合する人工抗体である、項目９４に記載の経皮サンプリ
ングシステム。
（項目１００） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１
つの分析物に特異的に結合するレクチンである、項目９４に記載の経皮サンプ
リングシステム。
（項目１０１） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１
つの分析物に特異的に結合するハイブリッド可能核酸である、項目９４に記載
の経皮サンプリングシステム。
（項目１０２） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１
つの分析物に特異的に結合する核酸結合タンパク質である、項目９４に記載の
経皮サンプリングシステム。
（項目１０３） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１
つの分析物に特異的に結合するタンパク質結合タンパク質である、項目９４に
記載の経皮サンプリングシステム。
（項目１０４） 前記少なくとも１つの特異的結合分子が、少なくとも１
つの分析物に特異的に結合するコファクター結合タンパク質である、項目９４
に記載の経皮サンプリングシステム。
（項目１０５） 被験者の状態を生物医学的にモニタリングする方法であ
って、
被験者の皮膚にて間質液を潅流するために被験者の皮膚を切除すること、
被験者の切除した皮膚から間質液を採取すること、
採取した間質液中に含まれる選択した分子の少なくとも１種を同定し、定量す
ることを含む方法。
（項目１０６） 前記分子の少なくとも１種がストレスの代謝マーカーで
ある、項目１０５に記載の方法。
（項目１０７） 前記分子の少なくとも１種が、有機リン殺虫剤、細菌毒
素、細菌毒素に対する炎症性続発症、胞子代謝物、プレアルブミン、Ｃ反応型タ
ンパク質、トロポニンＩ、エストロゲン、およびテストステロンのうち少なくと
もいずれか１つである、項目１０５に記載の方法。
（項目１０８） 被験者のバイタル生理学的統計値の少なくとも１つをモ
ニタリングすることをさらに含む、項目１０５に記載の方法。
（項目１０９） 前記少なくとも１つの被験者のバイタル生理学的統計値
が、体温、脈拍、血圧および心臓活性の少なくとも１つを含む、項目１０８に
記載の方法。
（項目１１０） 被験者が生活する環境状態をモニタリングし検出するこ
とをさらに含む、項目１０５に記載の方法。
（項目１１１） 前記同定および定量が、前記少なくとも１種の分子を前
記少なくとも１種の分子と接触した時に変色するパッチに送達すること、および
パッチの変色を検出することを含む、項目１０５に記載の方法。
（項目１１２） 前記同定および定量が、照射した時に蛍光を発する第二
の種類の分子と、前記少なくとも１種の分子を結合させること、前記第二の種類
の分子に結合した前記第一の種類の分子に照射すること、および得られた蛍光を
検出することを含む、項目１０５に記載の方法。
（項目１１３） 前記放射線源がレーザーである、項目１１２に記載の
方法。
（項目１１４） 前記放射線源がＬＥＤである、項目１１２に記載の方
法。

図１は、本発明のマイクロシステムの全体的構造の概略図である。 図２は、単一レザーバキャピラリーペアの断面図を例示している。 図３は、血中アルコールに関する手の甲の比色計検査に対して得られた試験結果を示している。 図４は、（ａ）底から、および（ｂ）断面図の視点でのシール構造を示している。 図５は、非侵襲的サンプリング手順を例示している、本発明の器具の断面図である。 図６は、バイオ流体統合経皮（Ｂｉｏ−Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ：Ｂ−ＦＩＴ）マイクロシステムの連続する操作を例示している断面図である。 図７は、断面図で示した、システムの３つの主要なコンポーネントに関する、基本的な加工段階を概要例示している。 図８は、蛍光標識タンパク質または代謝物を用いた検出スキームの概要例示である。 図９は、他の導波管および試料チャンバーの構造を、横断面より例示している。 図１０は、Ｂ−ＦＩＴマイクロシステムを例示している。 図１１は、検出スキームを例示しているＣ型の断面図を例示している。 図１２は、ＥＬＩＳＡマイクロシステム情報コンポーネントの全体像を例示している。 図１３は、外部チューブリングをシリコンキャピラリーに連結している、マイクロ流体内部連結を示しているＣＩ型の断面図を例示している。 図１４は、ウエハー通過孔として加工したシリコンキャピラリーと外部チューブリングを連結させ、外部チューブリンがシリコンキャピラリーと連結している、シリコンスリーブマイクロ流体内部連結を示している、ＤＲＩＥキャピラリー孔周辺でシリコンスリーブを用いた代替物の断面図を例示している。 図１５は、キャピラリーの働きによってＤＲＩＥキャピラリーウエハー通過孔を通って吸い上げられた、分析物に対する回収チャンバーを組み込んだ第三のベッド構造の断面図を例示している。 図１６は、回収チャンバーおよび流体内部連結を組み込んでいる、ＣＩＣ型と呼ばれる、第四のベッドの断面図を例示している。 図１７は、（ａ）シリコンスリーブのフォトレジスト（ＰＲ）パターン化、（ｂ）スリーブの酸化物パターン化、（ｃ）ＰＲの再適用、（ｄ）穴孔のＤＲＩＥのためのパターン、（ｅ）ＰＲおよびＤＲＩＥスリーブの切除、および（ｆ）酸化物の切除を示すＣＩ型アレイの一般的加工工程を例示している。 図１８は、ＣＣ型（およびＣＩＣ型）器具を加工するために必要な二重側面処理を示す断面図を例示している。 図１９は、シリコンキャピラリー中の連結スピロピランの拡大図を例示している。 図２０は、単一レザーバキャピラリーペアを例示している。 図２１は、単一レザーバキャピラリーペアを例示している。 図２２は、ウエハー＃２に関する加工段階を例示している。 図２３は、種々の濃度の［３Ｈ］−ＥＢでの、保持容量を例示している。 図２４は、種々のｐＨおよびイオン強度での、保持容量を示している。

（発明の詳細な記述）
本発明は、人の健康状態をモニタリングし、人に経皮的に薬物を送達するため
の機能強化システムおよび方法を提供する。とりわけ、本発明は総合的で、費用
効率がよく迅速で大掛かりでない被験者の医学的状態の評価を提供する。本発明
はさらに、被験者の医学的状態の上記評価に応じた、薬剤の経皮送達の手段を提
供する。実施様態には、たとえば農薬曝露に関する被験者のモニタリング、兵士
のストレス状態のモニタリング、感染または疾患状態を示すための、酵素Ｎ−ア
セチルトランスフェラーゼを用いた遺伝子型決定、有機リン系殺虫剤神経薬剤（
タブン、サリン、ソマン）または有機リン系農薬（パラチオンおよびその代謝物
）のいずれかの、人への外部曝露および内部汚染のモニタリング、微生物感染に
応答した炎症性続発症（インターロイキン−１、インターロイキン−６、腫瘍壊
死因子）のモニタリング、微生物毒素（アントラキシ、ボツリヌス毒素、エンド
トキシン）のモニタリング、リンパ経路または肝臓経路を介したヒト異化作用か
ら発生する胞子代謝物のモニタリング、カフェイン、アンチヒスタミン類（デキ
ソメトファン、カフェイン）のような刺激物のモニタリング、血中グルコース濃
度の変化、またはインスリン／グルコースの代謝物の変化を介したストレスのモ
ニタリングが含まれる。

本発明の好ましい実施様態の全体の構造は図１に示されている。対象分析物を
検出するために、使い捨てＢ−ＦＩＴ１００を採用し、Ｂ−ＦＩＴの温度ヒータ
ーへの電気接続を含む、機械サポートおよび電気接続を行うために、レセプタク
ル１０１内にマウントする。接続レセプタクル１０１はまた、切り替え可能光子
バックプレーンに関してＢ−ＦＩＴと正確に並べる。接続レセプタクルはまた、
好ましくは電源１０２、論理制御１０３、および電力管理のための電子回路、結
果の電子的保存、生化学的分析データを処理するための電子回路、事象のタイミ
ングをみるための電子回路、直接または遠隔測定のいずれかの通信結果のための
手段１０４を備える。光学的コンポーネントは、好ましくはＢ−ＦＩＴ１００ま
たはＭＥＭＳ物理チップ１０６内に局在して提供される。ひとつの実施様態にお
いて、蛍光測定は、Ｂ−ＦＩＴ内に含まれる複数の分析チャンバーそれぞれにお
いて連続的に実施される。薬物送達チップ１０５もまた任意に本発明により提供
され、経皮にて強力な薬剤を送達するのに使用される。たとえば、神経ガスを解
毒するのに使用される薬剤が送達される場合もある。さらに、物理チップ１０６
は任意に血圧および脈拍を含む連続的な基礎的バイタル情報を収集するために提
供される。

Ｂ−ＦＩＴおよび薬剤送達チップ内に位置する経皮サブシステムが、生理学的
に適合性のある溶液または薬剤を含む生理学的に適合性のある溶液と皮膚とを接
触させるように機能する。Ｂ−ＦＩＴは、独立した単一のレザーバキャピラリー
ペアの密なアレイ内に編成される。キャピラリーペアはそれぞれ、生理学的に適
合性のある溶液を保持するためのレザーバキャピラリー２１１、（破裂状態とし
て示した）破壊可能シール２１５を有するレザーバ、および生理学的に適合性の
ある溶液を運搬するための隣接運搬キャピラリー２１２を備え、皮膚を分析物測
定部位と接触させる。接着層２１６が、Ｂ−ＦＩＴの下方表面に備わっている。
使用に際し、前記接着層はＢ−ＦＩＴの下方表面と皮膚との間に挿入され、Ｂ−
ＦＩＴを皮膚に接着させる。

好ましい実施様態において、熱穿孔サブシステムが、間質が曝露されるように
、皮膚の最上層である表皮角質の微視的部分を切除するために機能する。本熱穿
孔サブシステムは、好ましくは皮膚表面に近接したマイクロヒーターおよびマイ
クロヒーターに対する電流を調節する電気的コンポーネントからなる。

キャピラリーアレイサブシステムは、好ましくはＢ−ＦＩＴを備えるシリコン
ウエハー内に微細加工されて提供される。本発明は、好ましくは複数のキャピラ
リー−アレイサブシステムを提供し、そのそれぞれが皮膚表面へ流体を送達する
ための流体送達チャンバーまたはレザーバチャンバー２０１、皮膚表面からの流
体を採取するためのキャピラリーチャネル２０２、およびそこで分析物または分
析物類が検出される、少なくとも１つの横断キャピラリーチャネルを備える。Ｂ
−ＦＩＴ２００は、好ましくはマイクロマシンシリコンウエハー、第一ウエハー
２０４、第二ウエハー２０６、および検出層２０３の多重層アセンブリからなる
。検出層は好ましくは、可視または蛍光測定のための光子システム、または分析
物の存在下で変色を発現させる比色試薬を含む層、あるいは分析物の検出のため
の他の手段のためのキャピラリーから成る。したがってキャピラリーサブシステ
ムは、好ましくは生理的流体の保存、通過および分析を含む。キャピラリーの直
径および表面コーティングは、好ましくは流体の流れを制御するために最適化さ
れ、キャピラリー壁上への流体コンポーネントの非特異的吸着を防止する。

１つ以上の分析物の存在を定量的または定性的のいずれかで測定するために、
光学的統合光子システムが本発明によって提供される。統合光子システムには、
電波管、レンズ、鏡、光源、および光検出器が含まれる。好ましくは、統合光子
システムは連結レセプタクル１０１内に内蔵され、これは皮膚から離れて面した
Ｂ−ＦＩＴ１００の表面に接着する。いくつかの実施様態において、統合光子サ
ブシステムは比色分析物の感受性領域によって置き換えられ、そこで観察者によ
って直接知覚された変色は分析物の存在を示す。

これらの各サブシステム、およびサブシステム間の相互作用を、より詳細に以
下で記述する。

Ｂ−ＦＩＴは、好ましくは「単一レザーバキャピラリーペア（ｓｉｎｇｌｅ
ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐａｉｒ）」と命名されるいくらか
の独立した分析物検出器具のアレイ２００を含む。本明細書で使用するところの
語句「生理学的流体（ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｕｉｄ）」は、生存組
織に対して生物学的に適合性がある、したがって、たとえば生存表皮細胞または
表皮角質の細胞と接触するのに、培地として等張圧的に、さもなければ生理学的
に（たとえばｐＨ）好適である流体を意味する。この意味内にある生理学的溶液
の例は、生理食塩水である。それぞれの単一レザーバキャピラリーペアは、好ま
しくは皮膚表面または表皮角質の小さな領域を湿らせ、分析物を採取するために
、生理学的流体を保存し、放出するレザーバキャピラリー２０１を備える。破壊
可能シール２０５が好ましくは、皮膚を湿らすために流体の放出のタイミングを
制御するために備わっている。流体は好ましくは、たとえば検出パッチ２０３の
ような、分析局所へ流体を運ぶキャピラリーチャネル２０２内に回収される。経
皮サブシステムは好ましくは対象の分析物が、もし存在するならば、前記流体に
アクセス可能であることを保証するために、単一の採取キャピラリーペアを使用
する。

本明細書で使用することころの語句「経皮線量測定（ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ
ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ）」は、皮膚の最外層である表皮角質下に存在する間質液
からの受動拡散によって、皮膚の表面に到達した微少量の分析物の採取および検
出を意味する。本発明の１つの実施様態において、間質液は、対象の分析物の存
在に関してサンプリングされることが理解されるであろう。さらに、本発明の他
の実施様態において、表皮角質の微視的部分の切除によりレザーバからの生理学
的溶液が、基底生存表皮の上部分と接触可能であり、間質液中の分析物が分析の
ための受動拡散を介して、生理学的溶液内に移動することが可能となる。

本明細書で使用するところの語句、「非侵襲的経皮検出（ｎｏｎ−ｉｎｖａｓ
ｉｖｅ ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」は、正常皮膚バリア
の物理的または化学的改変なしに実施される、皮膚下基質の検出を意味する。水
および脂溶性の両方を示している低分子量分析物を、非侵襲的技術によってサン
プリングすることができる。

たとえば、図３で例示したように汗を皮膚表面からサンプリングし、血中アル
コール濃度を示唆する比色試験によって、アルコール含量を分析することができ
る。非侵襲的検出のこの例において、アルコールは、試験の前に０〜４アルコー
ル飲料を摂取した７人の男性被験者の手の甲から摂取した汗中で検出される。汗
中に含まれるアルコールは、反応層内に含まれる薬剤と反応し、結果として、血
中のアルコール含量の定量的測定となる。

しかしながら、非侵襲的技術は、分析物が高分子量である場合(たとえばタン
パク質)、高極性である場合（たとえばグルコース）、または溶解性が乏しい場
合には実用的ではない。そのような分子の、皮膚を介した表面上への流出は、表
皮角質の切除によって大きく増強される。切除は、３０〜６０μｍの典型的な深
さで実施され、基底表皮が曝露され、これによって流体を採取し切除されていな
い表皮角質ではわずかしか浸透しない分析物を分析することができる。この技術
は、表皮角質のみが切除され、基底表皮は裂かれないことから本明細書では「低
侵襲的（ｍｉｎｉｍａｌｌｙ ｉｎｖａｓｉｖｅ）」と呼ばれる。本発明の１つ
の好ましい実施様態において、低侵襲的経皮検出が表皮角質層の微視的加熱切除
によって実施される。本発明の他の好ましい実施様態において、低侵襲的経皮検
出は、表皮角質層のレーザー切除によって実施される。

接着層は好ましくは、本発明の器具と皮膚との間の境界に備わっている。接着
層はＢ−ＦＩＴアセンブリの一番下の層に添加され、皮膚表面の好適な部分へＢ
−ＦＩＴアセンブリを接着させるように機能し、これによって、効果的なサンプ
リングのために、皮膚に関連したＢ−ＦＩＴアセンブリの動きが最小化される。
生理学的溶液を皮膚に接触させるために、接着層内の隙間が、それぞれのキャピ
ラリーペアに提供される。接着層は、流体の側面に沿った漏洩を防止し、好まし
くは、比較的水不透過性であるバンドエイドタイプの接着剤からなる。

表皮と接触するＢ−ＦＩＴの部分が、好ましくは、皮膚の外表面（表皮角質）
または生存表皮の最外層に直接接触したＢ−ＦＩＴシステムをしっかりと、閉塞
して配置するために機能することが理解されるであろう。閉塞接触は、好ましく
は、Ｂ−ＦＩＴの、その皮膚上の初期位置からの側面および垂直に移動するのを
防止し、Ｂ−ＦＩＴ物質の外部への放出を制限し、外部物質の進入を除外するよ
うなものである。移動防止特性には、好ましくは、Ｂ−ＦＩＴの最下表面上に局
在している、および／またはＢ−ＦＩＴすべてを覆っており、皮膚表面に接着し
ている、接着要素を含む。さらに、Ｂ−ＦＩＴの最下表面は、その初期位置から
Ｂ−ＦＩＴを移動させうる垂直力を防止するために、表皮に接着させることがで
きる。Ｂ−ＦＩＴを皮膚へ取り付ける閉塞性特性が、Ｂ−ＦＩＴ内での身体また
は皮膚からの水蒸気を含むすべての基質の移動を制限するために使用される。こ
の捕獲された水蒸気は、表皮角質に潤いを与え、広い範囲の分析物または治療的
薬剤に対してより浸透性を与えることで経皮浸潤を促進する。

本発明の１つの好ましい実施様態において、表皮角質の低侵襲的切除が、特定
の分析物の流出が有意に増加するのを達成するために使用される。好ましい実施
様態において、熱切除が、抵抗過熱のメカニズムを介して、皮膚の微視的領域上
で表皮角質を切除するのに使用される。マイクロヒーターを含むマイクロ切除ユ
ニットが、それぞれのキャピラリーペアに近接したＢ−ＦＩＴの表面上で加工さ
れ、表皮角質に対する導電性熱経路を提供する。マイクロヒーターは、好ましく
は、抵抗物質の使用によって、または湾曲伝導性経路によってのいずれかで、表
皮角質の適切な部分が局所的に切除されるように、効果的な熱量が産出されるよ
うに、電流に対して十分な抵抗を提供するために、準備された伝導性経路によっ
て連結した電極の１対を含む。電気的接続がまた、マイクロヒーターユニットを
、電極に対する電源の適用を制御するためのコントローラーに連結するために、
２つの電極のそれぞれに提供される。好ましい実施様態において、マイクロヒー
ターがＢ−ＦＩＴのシリコン基質表面から突き出て、表皮角質への熱伝導を改善
し、マイクロヒーターの電力消費が減少することが利点である。１つの実施様態
において、バルクシリコン物質を介するよりも、皮膚バリアに向かって熱の流れ
を向けるために、放熱物質が、マイクロヒーターの上部に組み込まれる。他の実
施様態において、マイクロヒーターはＢ−ＦＩＴの主要シリコン基質から突き出
たシリコンメサ上に加工される。そのような実施様態は、好ましくは、シリコン
メサから接触しているバルクシリコン基質への経路を導くために、電気的接続の
非平面的組み立てが必要になる可能性がある。そのような非平面組み立て技術は
、本明細書にそのすべてが参考文献として組み込まれたＰａｒａｎｊａｐｅ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，１９９７ Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓ
ｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ， Ｃｈｉｃａｇｏ， Ｉｌｌｉｎｏｉｓ
， Ｖｏｌ． １， ｐｐ．３９７（１９９７）に例示されたように、当業者に
公知である。

熱切除マイクロヒーターは、局所切除を実施するために、好適な交流または直
流にてパルスされる。加熱パルスの間隔および強度の調節が、好ましくは、正確
な面積および深さの切除を達成するために、実施される。微小切除は、好ましく
は、およそ５０μｍ×５０μｍ×３０μｍの表皮角質の限定された量で実施され
る。

図４（ａ）および４（ｂ）は、（ａ）底からおよび（ｂ）断面から見た密封構
造を例示している。

１種またはそれ以上の薬剤を含みうるか、または含み得ない、生理学的に適合
性のある溶液を、使用の前に、破壊可能シール４０５によってレザーバキャピラ
リー４０１内に保持する。シールは、好ましくは、レザーバキャピラリーを開く
こと、および皮膚表面または曝露された表皮角質を生理学的溶液に接触させるこ
とのための、電気的にアドレス可能である方法を提供する。シールは、レザーバ
キャピラリーの底部末端での閉鎖手段を備え、またレザーバキャピラリーを開く
方法を備える。好ましい実施様態において、シールは、好ましくは、上昇した温
度にて破裂する誘電性二重層および、金属導電性経路である、細膜４００を含む
。好ましくは、意図された使用の前に裂かれることがないように十分丈夫であり
、電気的に帯電してはおらず、上昇した温度で破裂する、薄く毒性ではない任意
の膜性材料が、シール密閉としての使用に好適な物質である。好ましい物質は、
低ストレスニトリドである。この膜のフィルムストレスの制御が加工中必要であ
る。本明細書にそのすべてが参考文献として組み込まれている、Ｋｉｎａｒｄ
ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｉｎｓｔ． Ｍｅａｓ．，４６
（２）， ３４７（１９９８）。シールを加工するために、金属帯電パス４０２
は、低ストレスシリコン誘電体４００上に表面沈着される。マイクロヒーティン
グ要素に対する好ましい金属はエバノーム（ｅｖａｎｏｈｍ）が含まれる。シー
ルを破裂させるために使用される熱は、任意にまた、特定の実施様態において皮
膚を切除するために使用され、フィルムストレスの注意深いバランス、厚さおよ
び抵抗が、所望の過熱および破裂特性両方を提供するように、好ましく実施され
る。フィルム上の金属の沈着がまた、不規則な地形の上での金属の沈着を必要と
する。そのような技術は、当業者に公知である。そのすべてが本明細書にて参考
文献として組み込まれている、Ｇｅｉｓｔ ｅｔ ａｌ．，ＮＩＳＴ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ９５（６）、６３１（１９９０）。帯電パス
は、好ましくは、帯電経路４０２を介した静電気の通過を促進するために、２つ
の電気的接触パッド４０３、４０４にて終端となる。操作の好ましいモードにお
いて、薄い帯電経路を通過した電流は、帯電性経路４０２の金属を熱し、下に存
在する誘電性層の破裂を引き起こし、したがって、レザーバキャピラリーの開裂
を引き起こす。本発明のこの好ましい実施様態、およびこの好ましいシールの利
点は、とりわけ、機械的移動部分が存在せず、これによって信頼度が増加するこ
とに注意すべきである。

特定の好ましい実施様態において、シールは、レザーバキャピラリーおよびキ
ャピラリーチャネル両方のシールをし、これによって両方が同時に開く。

図５は、Ｂ−ＦＩＴ器具の断面図を例示しており、非侵襲的／低侵襲的サンプ
リングにおける詳細を順を追って示している。模範的な未使用キャピラリーペア
５０２が本来のシールを含んでおり、そこで、生理学的溶液がレザーバキャピラ
リー内で保持され、好適な電流の適用に際してシール５０１が開裂し、生理学的
に適合性のある溶液が、まず皮膚に接触し、ついで輸送キャピラリー内に採取さ
れる。最後は、開裂したシール５００を伴った使用済みキャピラリーが例示され
ている。この好ましい実施様態において、それぞれのキャピラリーペアは、シー
ルと生理学的溶液を利用できるように単一使用ユニットとして機能する。

同様に、図６は、血中グルコース濃度を測定するための、Ｂ−ＦＩＴシステム
の、低侵襲的実施例の操作を、順を追って例示している。マイクロヒーター６０
３は好ましくは、シール６０１破裂と同時、または直前に、接着層６０４中の隙
間の下に局在する表皮角質の一部分を切除するために動作する。そのような器具
は、「要求に応じた（オンデマンド；ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）」分析を提供する。
生理学的溶液は好ましくは、曝露された生存表皮上に放出され、輸送キャピラリ
ー内に回収される。輸送キャピラリーは、好ましくはグルコースが、青色反応が
産出される比色反応にて検出される検出パスへ溶液を導く。本好ましい実施様態
において、マイクロヒーターおよびシールに送達される電流パルスが同一である
かまたは異なってよく、したがって、ヒーターおよびシールが直列または並列の
いずれかで、電気的に連結されうることに注意すべきである。

Ｂ−ＦＩＴ器具のシリコン体内のキャピラリーが、たとえばマイクロマシン化
によって、または適切にディープ レジスティブ イオン エッチング（ＤＲＩ
Ｅ）技術を用いるエッチングによって好ましく加工されうる。ここで図７を参照
すると、Ｂ−ＦＩＴの好ましい実施様態の構造が例示されている。器具は、３つ
の主要部分、好ましくはシリコン７０２からなり、それぞれその固有のレザーバ
チャネル７０７を持つ、いくつかの湾曲キャピラリーチャネル７０６を含む本体
７００、湾曲構造の最下部分を形成しており、またマイクロヒーティング要素７
０３を含む底部キャッピング部分７０１、および湾曲チャネル７０６の上部を形
成しており、任意に湾曲チャネルの水平区画を通した電気性−浸透圧性ポンピン
グを用いて生理学的流体の流れを補助するための電極を含む上部キャッピング部
分７０４、からなっている。いくつかの実施様態において、上部キャッピング部
分７０４は本体に結合しており、そのような配置の利点は、それによって達成さ
れるキャピラリー内への光の良好な連結である。本体は、好ましくはシリコンか
らなる。本体７００および底部キャッピング部分７０１は、好ましくは互いに永
久に固定されており、センサー７０５を含み、特定の実施様態においてはこれが
、使用の後に上部キャッピング部分７０４よりはずれ、新しいアレイと置き換え
ることが可能である。

レザーバおよびキャピラリーチャネルは、好ましくは標準のシリコンウエハー
内で組み立てられる。キャピラリーの寸法は、重力下、レザーバの開放端からの
、そしてキャピラリーの動きを介したキャピラリーチャネル内への、汗、間質液
、または他の生理学的流体の輸送を促進するように選択される。好ましい実施様
態において、キャピラリーチャネルは、直径が２５μｍであり、長さがおよそ５
００μｍであり、レザーバチャネルは、直径が５０μｍであるが、しかし長さが
５００μｍよりわずかに短くエッチング処理され、後壁を形成する。湾曲キャピ
ラリーチャネル７０８の側面部分が提供され、分析物の光学的検出のために、器
具の本体の上部表面に平行で、接着した、流体の流れの領域を提供する。側面部
分の下内部表面は任意に、光学的検出を促進するように、反射金属コーティング
のような、反射表面を伴って提供される。湾曲キャピラリーの側面部分は、好ま
しい実施様態においては、上部キャッピング部分の表面によって形成される。使
用に際し、生理学的流体の輸送および分析物の採取は、レザーバチャネル内に先
に保持された流体で皮膚をすすぐこと、ついで相当するキャピラリーチャネルに
流体を回収することによって増強される。

キャピラリーアレイシステムの表面は、好ましくは、表面の特性を改善するた
めに、たとえば、タンパク質の吸着を防止するため、および／または表面へ抗体
のような生体分子を接着させるために機能化される。特定の分析物に結合する分
子を、続く検出および定量的分析のために、分析物を固定化するために使用する
。好適な生体分子には、抗体、抗体フラグメント、人工抗体、レクチン、ハイブ
リッド可能核酸、核酸結合タンパク質、核酸に結合するタンパク質、他のタンパ
ク質に結合するタンパク質、コファクターに結合するタンパク質、コファクター
（たとえば、フラビン類、プテリン類、チアミン、ピリドキサル類、キノン）、
および生物学的分析物に特異的に結合する他の薬剤が、限定はしないが含まれる
。

キャピラリーチューブは、好ましくは、化学的処理または血漿処理のいずれか
によって改変される。この工程は、有機汚染物の表面クリーニングを促進し、キ
ャピラリー表面上に表面ヒドロキシル基を導入し、この基は好ましくは、アミノ
プロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＳ）のようなシランと反応し、抗体のよう
なカップリング物に対するアンカーとして遊離アミノ基を提供する。好ましい実
施様態において、タンパク質の吸着を防止する表面コーティングを提供するため
に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）シラン誘導体が使用される。

１つの実施様態において、対象の分析物を指向する抗体を含む溶液を当業者に
公知の穏やかな酸化状態に曝露し、これにより、抗体の表面上にアルデヒド基が
提供される。ついでこのアルデヒド官能基はシッフ塩基反応を介してキャピラリ
ーチューブ表面上の遊離アミンにカップリングし、したがって、抗体が、キャピ
ラリーチューブ表面に固定化される。

好ましい実施様態において、対象分析物の検出は蛍光を用いた手段によって行
われる。分析物（たとえば抗体）８０２に特異的に結合可能な基質を、先に記述
したようにキャピラリーの表面に共有的に結合させる。固定化物質８０２の結合
部位を、本発明の使用前に蛍光標識分析物８０１で充填する。分析物８００が存
在する場合、これは特異的結合部位に競合し、標識分析物分子の一部分が溶液内
に置換される。標識分析物の置換の程度は、溶液中の分析物の濃度に依存する。
したがって、好適に較正されている場合、溶液中に置換された蛍光の量を測定す
ることにより分析物８００の濃度が定量的に測定される。

結合部位を別々に、異なる放射および励起スペクトルを持つ蛍光団にてタグ化
した各分析物で満たし、異なる結合特性の複数の抗体を好ましく固定化すること
によって、複数の分析物測定が好ましく単一キャピラリーペア内で行い得る。ス
ペクトルフィルターおよび／または他の光源を好ましい実施様態にて使用し、異
なる蛍光団からの蛍光を励起および検出し、それによって試料の総蛍光特性に対
するそれぞれの蛍光団の貢献度を決定する。

本発明に対する好ましい蛍光団には、ローダミン類、蛍光類、テキサスレッド
（Ｔｅｘａｓ ｒｅｄ）、オレゴングリーン（Ｏｒｅｇｏｎ ｇｒｅｅｎ）、バ
イジピ色素類、およびアミノナフタレン類が含まれる。

１つの実施様態において、Ｎ−アセチルトランスフェラーゼ、アイソザイム２
（ＮＡＴ−２）活性を、薬剤の副作用、毒性、および疾患に対する素因のマーカ
ーとして測定する。ＮＡＴ−２表現系は、たとえばＮＡＴ−２によって生成した
カフェインの２つの代謝物、５−アセチルアミノ−６−ホルミルアミノ−３−メ
チルウラシル（ＡＦＭＵ）および１−メチルキサンチン（１Ｘ）の比を検出する
ことによって検出可能である。ＡＦＭＵ対１Ｘの比を用いて、ＮＡＴ−２の活性
を測定することができる。ポリクローナル抗体をこれらの２つの代謝物に対して
作製し、次いで精製することが可能である。これらの抗体はまた、ＥＬＩＳＡに
よって尿試料中のＡＦＭＵおよび１Ｘを検出するために使用することができる。

本発明の好ましい実施様態において、レザーバキャピラリーには、シールに対
して反対のキャピラリー末端に位置するマイクロヒーティング要素が備えられて
いる。マイクロヒーターは、泡を産出するように生理学的流体の局所加熱を提供
するために活性化され、これによって一旦シールが破裂したならばキャピラリー
からの生理学的溶液が強制的に放出される。マイクロヒーターはポンプとして機
能すること、ポンプ動作は機械的移動部分なしで実施され、したがって信頼性の
向上が保証されることに注意すべきである。

マイクロヒーティング要素は、好ましくはシリコンの表面上での従来の沈着方
法によって沈着した抵抗導電性経路を備える。破壊可能シールとは異なり、加熱
要素は帯電経路の破壊なしに温度の上昇に抵抗するように設計される。導電性経
路は、１つの好ましい実施様態において湾曲経路であり、ここで小さな表面積内
に高密度で配置された薄い導電性経路からなる湾曲経路の使用により、高抵抗性
経路および熱生成の局在化が達成される。

本発明の他の好ましい側面は、統合光子分析サブシステムである。光子コンポ
ーネントのＢ−ＦＩＴシステム内への統合により、アッセイ密度の増加、サイズ
の減少、より少ない電力消費、およびコスト削減が可能になる。好ましい実施様
態において、光子コンポーネントは本器具の上部キャッピング部分を備える、プ
ラスチックハウジング内に収容される。他の検出方法が本発明において考えられ
、以下で考察されることに注意すべきである。

そのような統合光子分析サブシステムにおいて、光子源、たとえばＬＥＤまた
はレーザーを、検出器、導波管、カプラー、および鏡と連結し、本発明での分析
物を検出するための完全に統合された光学システムが提供される。光子コンポー
ネントは好ましくは、上部キャッピング部分中のＢ−ＦＩＴの本体の上部表面上
に接続して配置される。

供給源および検出器アレイのための、カプラーを伴ったポリマー導波管を、マ
ウントするために、統合「フレックス回路（ｆｌｅｘ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）」と
して組み立てる。完全に統合した導波管構造は、乾燥抵抗工程による導波管の一
体型加工のような、当業者に公知の方法によって構築される。−低η導波管物質
（η＜η_水＝１．３３）が好ましい。

図９は、導波管および試料チャンバーの好ましい実施様態を例示している。好
ましい実施様態において、キャピラリー蛍光を使用して、キャピラリー内の分析
物を検出する。緑色、青色、黄色または赤色光を放射するＬＥＤ源を、蛍光団を
励起するために使用可能である。励起されている波長の選択は、それぞれの蛍光
団の励起スペクトルによって第一に規定される。他の実施様態において、レーザ
ーのコスト、サイズおよび電力消費は、一般的にＬＥＤより高いけれど、レーザ
ー源が特定の励起波長を提供するために使用可能である。

好ましい実施様態において、湾曲キャピラリーの側面部分の上内部表面は上部
キャッピング部分９００の表面によって形成される。光学的検出は、好ましくは
、側面部分内で実施される。光は好ましくはプラスチックの上部キャッピング部
分内に組み立てられた一体型導波管によって、側面部分から、および側面部分へ
導かれる。導波管の方向は、シリコン表面に対して平行に走っている。

他の実施様態において、導波管によって導かれた光が横方向キャピラリー９０
０に含まれる溶液の一部分を直接介して通過するように、横方向キャピラリーが
導波管の経路９０３を遮る。本実施様態は、シンプルであるという利点があり、
レンズおよび鏡は、光線を切り替え、照合するのに必要ではない。蛍光または吸
光測定は、好ましくは導波管を遮る横方向導管の部分内で実施される。前述の導
管部分９０２は好ましくは、分析物が存在する場合に蛍光団の溶液内への置換を
おこす結合試薬を含む。続く導管９０１は好ましくは、溶液を光路の外に導く。

本発明の他の実施様態において、光の測定は、水よりも低い屈折指数を持つ材
料から構築されるキャピラリー内で実施される。本実施様態はまたレンズおよび
鏡の必要性をなくし、よりすぐれたシグナル対ノイズ特性を提供する。

図１０は、Ｂ−Ｆｉｔシステムプラットフォームの好ましい実施様態を例示し
ている。導波管１００８からの光の、側面部分内への、および側面部分から導波
管への連結を促進するために、マイクロ鏡１００５が好ましく提供される。鏡は
、上部カップリング部分内のプレス加工成分として統合されるか、または注入モ
ールディングによってプラスチックハウジング内に位置した分離コンポーネント
であるか、または任意の他の好ましい方法によって構築される。好ましくは、マ
イクロ鏡１００５は、キャピラリーの側面部分のシリコン表面に関しておよそ４
５°にて配置し、側面部分上に直接配置される。金属コーティングのような高反
射表面コーティングが、好ましくは水平方向導波管からの光を下方のキャピラリ
ーの側面部分内に反射するために鏡の表面上に沈着させる。レンズは好ましくは
、蛍光励起および放射光線を照合するために提供される。１つの実施様態におい
て、マイクロレンズ１０１２は、導波管から側面部分に入る光線の分岐を提供す
るために凸状であり、側面部分を出て、導波管１００８に入る光に関して収束す
る。蛍光検出を使用する実施様態において、蛍光団を励起することが可能である
スペクトル領域からの光が、導波管を通して導かれ、分岐鏡に当たり、側面道管
内に含まれる溶液に入る。側面道管内の蛍光団が好ましくは励起され、より長い
波長の光を放射する。放射された光は鏡に当たり、この鏡は光を収束し、再び導
波管に入る。

帯域通過またはノッチフィルターが、好ましくは光検出器実施様態のバンド幅
感度に依存して、検出された蛍光のシグナル対ノイズ比を最適化するために、光
の経路中に挿入されてもよい。

統合光子分析サブシステムのための光源にはＬＥＤが含まれ、これは青色から
緑色までの光放射色で最近入手可能になっており、したがって、ほとんどの一般
的に使用される蛍光プローブの励起スペクトルの少なくとも一部分を十分に対象
とする。たとえば、生物学的活性に対する蛍光プローブ＆発光プローブ：定量的
リアルタイム分析のための技術に関する実践的ガイド（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ
ａｎｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｂｅ ｆｏｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａ
ｌ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ａｎ
ａｌｙｓｉｓ），Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄ．Ｗ．Ｔ．Ｍａｓｏｎ，ｅｄ．Ａｃａｄｅ
ｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ（１９９９）を参照のこと。あるいは、ミクロ電子工学レー
ザーを、特定の波長が要求される場合に好ましく使用することができる。任意の
光検出手段を、放射された蛍光を検出するのに使用することができる。フォトダ
イオード、フォトトランジスタ、ダーリントン対フォトトランジスタ、またはフ
ォトレジスタを本体のシリコン表面上に組み立てることができ、または分離した
コンポーネントとして提供することができる。

標準の低出力ＣＭＯＳ加工が、マイクロシステムを動かすため、連続する論理
的制御を提供するため、およびメモリ中のデータの保存およびその操作を可能に
するために好ましく使用される。

分析物の蛍光検出に関する前述の開示に関わらず、本発明は蛍光測定に制限さ
れないことに注意すべきである。本発明で都合よく使用される他の検出方法には
、二次元技術を含む、Ｒａｍａｎ、ＵＶ−ＶＩＳ、およびＦＴＩＲ分光法、およ
び蛍光相関分光法が含まれるが、これに限定されない。さらに、放射線センサー
および電磁場センサーもまた、特定の実施様態における検出の基礎として有用で
ある。放射線労働者などをモニタリングするために、好ましいセンサー実施様態
は、光学ランダムアクセスメモリー（ＯＲＡＭ）物質である。これらの物質は、
ポリ(メチルメタクリレート)マトリックス内に埋め込まれたスピロベンゾピラン
のような光互変性物質分子からなる。測定アプローチは、光学メモリーメディア
中の放射誘導トラックの測定に基づく。

光学偏向磁場センサーが、磁場モニタリングが望まれる場合に好ましく使用さ
れる。マイクロセンサーは４つのアルミニウム保持アームを用いて、マイクロマ
シンシリコン基質上に浮遊するアルミニウムビームを含む。これらのアームは、
ビームをその中心点に保持し、この点はビームが基本共鳴周波数にて振動する場
合のゼロ置換点である。正弦波電流が１つの支持アームを介して、ビームの長さ
を通して、および他の支持アームを通して流れるように強制される。正弦波電流
の周波数は、ビームの機械的な共鳴周波数のそれと本質的に同一である。磁場が
ない場合には、ビームは影響を受けない。しかしながら、ビームに対して垂直に
延びる磁場が存在する場合、磁力がキャリアの偏向を引き起こし、言い換えれば
、ビームをその共鳴周波数で振動させる。振動の振幅は、磁場の力に直接比例し
、レーザーを使用して測定することができる。

図１０は、分析物検出に関するＢ−ＦＩＴシステムの実施様態の操作を例示し
ている。表皮角膜の一部分の切除し、シールを破裂させ、および生理学的溶液を
レザーバチャネル１００２から放出させるために、マイクロヒーター１００６の
操作に続いて、生理学的溶液が、曝露された生存表皮と好ましく接触する。生存
表皮にたまっている間質液から採取した分析物を含む溶液は、好ましくはキャピ
ラリーチャネル１００４に入る。キャピラリーチャネル内で、分析物はキャピラ
リー壁に結合している分析物結合分子より、蛍光標識分析物を置換する。置換さ
れた蛍光標識分析物は、好ましくは導波管１００８、マイクロ鏡１００５、およ
びマイクロレンズ１０１２によって導かれた光によって励起される場所である、
側面部分に運ばれる。蛍光団によって放射されるより長い波長の光は、１つの実
施様態において、逆光学経路によって導波管１００８内に導かれて戻り、検出器
に伝搬する。

本発明の総合的側面にはまた、被験者のリアルタイムモニタリングにより、得
られたデータに応じて、条件（たとえば加熱パルス特徴、サンプリング速度など
）、および薬物送達方法を最適化するために、適応制御アルゴリズムが使用可能
になるという側面を好ましく含む。本発明のこの好ましい実施様態において、デ
ータマシン学習技術が１人の被験者の健康に関する１測定を分析物測定に関連さ
せる関数を求め、または学習するために好ましく使用され、これによって続く分
析物測定からの健康測定を予測する能力が獲得される可能性がある。本発明で使
用される適応制御アルゴリズムは、学習、適応、フィードバック、および意思決
定の段階を統合する。身体は動的システムであるので、これらの段階は本発明の
器具の寿命期間中、同時にそして連続的に起こる。

図１２は、ＥＬＩＳＡマイクロシステム情報コンポーネントの概要を例示して
いる。本発明の好ましい側面は、延長された時間にて可能である多数の個体の測
定である。延長測定時間にてベースラインドリフトは、有意な偏差が正確に検出
されるように説明されるべきである。本発明は、好ましくはベースラインドリフ
トを説明するための、およびそれによって最新のベースラインからの偏差を検出
するためのコンピュータ化された手段を提供する。本手段は、被験者の健康のモ
ニタリングを指向する実施様態に関して例示される。モニタリング技術の改善に
よって、代謝の日々の変化が健康な個体にて好ましく確立され、感染、疾患進行
、および毒素への曝露の初期段階を検出するために限度値が設定される。

薬物のような外来化合物の代謝は、連続する酵素によって媒介される。各個体
でのこれらの酵素のタイプおよび量は個人の遺伝子型にて反映され、遺伝子情報
に基づき個体は高効率代謝者（ＦＡＳＴ）および低効率代謝者（ＳＬＯＷ）とし
て分類できる。健康な個体において、遺伝的性質(遺伝子型)とその発現(表現型)
との間の関連が保持されており、すなわちＦＡＳＴ遺伝子型はＦＡＳＴ表現型を
引き起こし、一方でＳＬＯＷ遺伝子型はＳＬＯＷ表現型を引き起こす。しかしな
がら、個体の疾患状態はこの関係を変更でき、とりわけ食事、喫煙、アルコール
、環境化学物質、および生物兵器または化学兵器が変化させうる。個人のＮＡＴ
−２遺伝子型の決定およびその個体のＮＡＴ−２表現型のモニタリングを、健康
および臨床的状態の直接的で、感度のよいプローブとして使用することができる
。

本アプローチにおいて、カフェイン代謝物ＡＦＭＵおよび１Ｘに対して、ポリ
クローナル抗体が好ましく発現し、本発明の実施様態においてＮＡＴ−２表現型
を決定するために使用される。血中グルコース濃度、サイトカイン濃度、および
デキストロメトロファン代謝物濃度もまたモニタリングすることができる。

マシン学習アルゴリズムが、代謝ベースラインを獲得するため、および個体の
身体がストレスまたは疾患の状態に入り始めた時点を示すために好ましく使用さ
れる。ＷｉｎｎｏｗおよびＷｅｉｇｈｔｅｄ−Ｍａｊｏｒｉｔｙ Ａｌｇｏｒｉ
ｔｈｍｓ（Ｌｉｔｔｌｅｓｔｏｎｅ ＆ Ｗａｒｍｕｔｈ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉ
ｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ １０８，２１２（１９９４）を好ま
しく使用することができる。よく知られている正規の特性を持つこれらのアルゴ
リズムは、（すなわちベースラインドリフトの存在下で）動的環境中で学習およ
び実施可能である。

２つのカフェイン代謝物、ＡＦＭＵと１Ｘの読み取り値が計算のための入力と
して好ましく提供され、本計算は２つの交互および強調モード、学習のモードお
よび実施モードにて好ましく実施される。学習モードにおいて、器具は適応アル
ゴリズムを用いて着用者身体の化学的性質に対して自らを好ましく連続的に較正
し、体重の設定を調整し、フィードバックを補助する。代謝物の濃度が正常な身
体機能を示唆していない（すなわち使用者が、偽陰性のためのみフィードバック
を提供する）ような方法で身体を刺激する場合にのみ、使用者のインターアクシ
ョンが必要である。実施モードにおいて、現在のコンセプト記述（すなわち体重
）を使用して器具がカフェイン代謝物の読み取り値を取り込み、健康な身体状態
に関して決定を行い、ついで使用者に伝達する。身体は動的システムであるので
、学習、適応、フィードバックおよび意思決定のこの工程は、好ましくは連続し
て、そして器具の寿命期間を通じておこる。

本器具はまた、着用者の健康状態のモデルを好ましく取得し、本モデルを将来
の健康の状態を予測するために使用する。形式上、マシン学習方法は、ｙ＝ｆ（
ｘ）のような、ｘ、ｙ対の１組からのいくつかの関数ｆｎを導き、使用する。一
般的にはｆ（）は、未知である実際の関数の近似である。

しかしながら、たとえばトロポニンＩの濃度が増加しはじめた場合（切迫心臓
発作を示している）、１回の測定から次への変化率が増加する可能性があるので
、本器具は好ましくは、より頻繁にサンプリングする必要がありうる。本状態に
おいて適応制御アルゴリズムが好ましく使用され、これはサンプリング率を好ま
しく制御するのに十分強力であるが、マイクロハードウェア内で稼動するのに十
分シンプルである。

したがって、好ましい実施様態においてその着用者から標的物質をサンプリン
グするように経皮コンポーネントを利用するために、適応制御アルゴリズムを使
用することが可能であり、変化しうる着用者の健康状態のモデルを獲得するため
にマシン学習アルゴリズムを使用できる。

振り返ってみると、図１０は、Ｂ−ＦＩＴマイクロシステムの好ましい実施様
態を例示している。この総モジュラーシステムは、好ましくは、（１）レザーバ
チャネル１００２およびキャピラリーチャネル１００４を含む、流体輸送システ
ム、（２）マイクロヒーター（類）１００６、（３）導波管１００８、マイクロ
鏡１００５、およびマイクロレンズ１０１２を含む光子システム、および（４）
選択した分析物の分析のための化学物質を含む。生体マーカーの分子指標を含む
間質液を、表皮角質の制御熱マイクロ切除を利用した低侵襲的技術を用いて得る
。このために使用するマイクロヒーター（類）１００６は、好ましくは、Ｂ−Ｆ
ＩＴマイクロシステムの一部分である、シリコンベースのサブシステム内に直接
組み込まれる。分析キャピラリーを介した間質液または分析物の光学的輸送に関
して、生理学的に適合性のある流体を含む第二のレザーバキャピラリーが、モジ
ュールの上表面にすべての流体を導くために使用される。誘導力は好ましくは、
流体をレザーバキャピラリーおよび皮膚の熱切除領域を超えて流出させる泡を産
出する、マイクロヒーター（類）１００６によって提供される。一旦、タグ化し
た分子およびタグ化していない分子を含む間質液および生理学的に適切な流体が
上部ホールディング洞に達したならば、分析をはじめることができる。この総経
皮検出プラットフォームの上部は、好ましくは、ホールディングチャンバー内で
好ましく指向させるために、マイクロ鏡（類）１００５およびマイクロレンズ１
０１２を備える光学導波管と統合できる。ホールディング洞の分析領域に当たる
光を、蛍光的にタグ化した分子を励起するために使用する。この蛍光の強度は、
好ましくは同一の光学導波管によってリターンパスを介して獲得される。

マイクロシステムの分子特性により、選択した分析物の検出のために新規の化
学物質を適用することによって、多くの画期的な適用に簡単に適応可能である、
優れたプラットフォームが提供される。たとえば、農薬に曝露された子供に対し
てとりわけ重要な一つの分析物または生体マーカーは、アセチルコリンである。
アセチルコリンは、身体全体を通して局在化しており、それが放出される場合、
末梢および中枢神経システムにおける神経伝導を伝搬するため、または筋肉収縮
を開始させるための、興奮性神経伝達物質として働く。有機リン系農薬への曝露
は、アセチルコリンエステラーゼ活性の阻害を引き起し、結果としてアセチルコ
リンの蓄積となる。このアセチルコリン濃度増加は生体マーカーとして働き、曝
露がなかった子供におけるベースラインをまず確立することで本器具を用いて測
定される。ＭＥＭＳに基づいたパッチは小さくて控えめであり、農薬汚染への曝
露に関して連続的にモニタリングし、初期の警告診断を提供する間、子供は彼ら
の日常の生活を送ることが可能である。

したがって、本発明の携帯式生物医学的モニタリング器具の一つの実施様態は
、農薬マイクロパッチシステム（ＰμＰ）としてである。そのようなＰμＰ器具
を提供することに際して、三つの作業が存在する。作業１は、Ｂ−ＦＩＴマイク
ロシステムに対して類似に機能するシリコンベッド構造の構築である。上記のよ
うに、本ベッドは、キャピラリーの内部および回収チャンバーへ流体を送達する
ために働く。加えて、ベッドは化学物質の統合に関してＢ−ＦＩＴマイクロシス
テムを映す。作業２は、アセチルコリンを検出するための化学反応である。本作
業は、シリコンの平面試料を化学的に改変することが含まれ、ベッドへの化学反
応の統合のための機能化方法が可能になる。作業３は、検査およびバリデーショ
ン相を含み、そこでは化学反応プロトコールがキャピラリーベッドに採用される
。アセチルコリンの検出限界が確立され、試料体間質液を検査する。

Ｂ−ＦＩＴシステムに関して、キャピラリーベッド構造の加工は、一つの実施
様態においてシリコンのバルクマイクロマシンに依存しており、ディープリアク
ティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）または湿化学反応エッチングのいずれかを
介して達成される。ＤＲＩＥ工程は、さまざまな直径の細いマイクロキャピラリ
ーを形成する、高アスペクト比ウエハー通過孔の加工を好ましく可能にする。５
００μｍの名目上の厚さをもつウエハーを使用するが、しかし好ましい厚さは、
表面改変試験を介して確立することが可能である。

図１０で示した例示的ベッド構造（Ｃ型）に関して、さまざまな直径を持つキ
ャピラリーのアレイは、石版術デザインおよびＤＲＩＥを用いて好ましく形成さ
れる。湿化学反応はキャピラリー壁表面改変において、およびアセチルコリンを
含む試験溶液を使用した蛍光バリデーション中の両方に関わるので、このタイプ
の構造により溶液のチャネル内での汲み上げを可能にするキャピラリーの働きに
必要である最適な直径に関する選択が可能である。一旦キャピラリーが化学的に
改変したならば、蛍光の試験をシリコンキャピラリーの上方入り口部に位置する
レーザー源、および底側上の出口部に位置する検出器を用いて好ましく実施する
。

この好ましい検出スキームを例示している図１１に戻ると、レーザー光経路１
１０２のスポットサイズは、好ましくはシリコン基質１１０６内でエッチングさ
れたシリコンキャピラリー孔１１０４の直径にマッチするように調整することが
でき、一方でその励起波長は好ましくは４３０ｒｕｎで保持され、蛍光１１０８
を放射させるように蛍光団を励起するのに必要な周波数にあわせる。検出器には
、好ましくは、光電子増倍管１１１０が含まれ、５６７ｎｍの蛍光波長に対して
検出器を調節するために、モノクロメーター１１１２が好ましく使用される。さ
らに光電子増倍管への到達による望まないレーザー光周波数を大きく減衰させる
ために、ノッチフィルター１１１４が好ましく使用される。

ＣＩ型と呼ばれる、第二の例示的なベッド構造は、マイクロ流体内部連結で固
定された、入り口部が改変された基礎的キャピラリーアレイと同一である。この
デザインは、好ましくはキャピラリー動作がおそらく適切に機能しない状況でＣ
型の代替として使用される。そのような環境において、ＣＩ型は表面改変および
試験の目的のために、外部チュービングまたはシリンジポートをシリコンキャピ
ラリーに直接連結可能にする、内部連結メカニズムを提供する。

図１３は、外部チュービングをシリコンキャプラリーと連結する、マイクロ流
体内部連結を示している、ＣＩ型ベッド構造の断面図を例示している。一般的に
はＤＲＩＥによって産出された孔は好ましくは、その内径および外径を開放口内
に挿入し、接着剤１３０２にて固定される、内部連結チュービングの直径と適合
させるように形成される。したがって、穴１３０４を介してウエハーとして組み
立てられたＤＲＩＥマイクロキャピラリーは、シリコン基質１３０６内に位置す
る。孔は好ましくは、その内径および外径が、シリコンキャピラリー１３０８に
連結した外部チューブリングの直径と適合するように産出され、そこでチューブ
リングは接着剤１３１０によって固定される。しかしながら、チューブリングの
保持のために使用する接着剤が、流れを妨げるキャピラリー内に漏れ出さないよ
うに注意すべきである。

図１４は、外部チューブリングをシリコンキャピラリーと連結する、シリコン
スリーブマイクロ流体内部連結を示す、ＤＲＩＥキャピラリー孔周辺のシリコン
スリーブを用いている、他の実施様態の断面図を例示している。スリーブは好ま
しくは、外部流体コンポーネントに関して増強された機械的統一性を提供するが
、しかし接着剤１４０２が漏れだしたりキャプラリー孔を塞ぐのを防いでいる。
一旦外部チューブリングがシリコン基質に連結されたならば、好ましくは化学物
質および分析物を圧力勾配またはシリンジのいずれかを用いて注入することがで
きる。次いで、狭いキャピラリーチャネル内に流体を導入する目的を満たした外
部チューブリングをはずし、Ｃ型器具の場合のように蛍光を検出するためのベリ
フィケーション手順を開始することができる。図１４はしたがって接着剤１４０
２、シリコン基質１４０４、ウエハー通過穴孔１４０６として組み立てられたＤ
ＲＩＥマイクロキャピラリー、およびシリコンキャピラリーに連結した外部チュ
ーブリング１４０８を示している。

図１５は、分析物に対する回収チャンバーを組み込んだ第三のベッド構造の断
面図を例示しており、キャピラリーの働きによってＤＲＩＥキャピラリー通過ウ
エハー孔１５０２を介して分析物が上昇する。ＣＣ型と呼ぶこの微小構造に関し
て、シリコンキャピラリーが好ましくはシリコン基質１５０４の表側上に回収チ
ャンバーを作製するために、ＤＲＩＥおよび異方性湿シリコンエッチを用いて組
み立てられる。このベッドによって、本チャンバーの表面のみを化学的に改変す
ることで十分である。分析物は、好ましくはキャピラリーチャネルを上流し、チ
ャンバー内で固定化された化学物質と反応し、蛍光光路１５０６を産出する。

図１５はまた、好ましい励起レーザー１５０８および蛍光光路１５１０検出装
置を例示している。励起および検出方法は、好ましくは以前のようにそれぞれ励
起レーザー１５０８、光電子増倍管１５１２、およびモノクロメーター１５１４
を用いて行われるが、しかし、ここでこのセットアップは、ベッド構造の表側上
のみで好ましい。光電子増倍管１５１２およびモノクロメーター１５１４は、蛍
光検出器として働くように、好ましくは採取レザーバの直上に設定される。この
状況において、衝突レーザー光は、好ましくは、その反射が光電子増倍管１５１
２検出に寄与しないような角度にて、回収チャンバーに向けさせることができる
。にもかかわらず、ノッチ−フィルター１５１６を好ましく、検出ユニットとチ
ャンバーとの間で使用し、励起レーザー１５０８からの散在光を切除することが
可能である。

図１６は、回収チャンバー１６０２および流体内部連結を組み込んだ、ＣＩＣ
型と呼ばれる、第四の好ましいベッドの断面図を例示している。ＣＣ型のシリコ
ンキャピラリーチャネルおよび回収チャンバーに加えて、このベッドはまた、好
ましくはウエハーの背側に流体内部連結メカニズムも含む。以前のように、この
デザインは好ましくはキャピラリーの働きが回収チャンバーまで流体を引き上げ
る十分なキャピラリー力を提供しない場合に、代替メカニズムとして使用されう
る。流体内部連結は好ましくは、ＣＩ型試験−ベッド構造にて示したように、シ
リコンスリーブ１６０４の使用を可能にする。ＤＲＩＥキャピラリーウエハー通
過孔１６０６およびシリコン基質１６０６もまた示されている。

ベッド構造のそれぞれの変化に関して、ウエハー通過キャピラリーアレイの加
工が、単一側研磨、＜１００＞−型４インチシリコンウエハー上で実施される。
キャピラリー孔のアレイは、好ましくは、名目上の長さ５００μｍの４つの直径
値（２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、および１００μｍ）からなり、ウエハーの
厚さに一致する。Ｃ型デザインに関して、孔のパターンは、好ましくはＤＲＩＥ
工程に対する理想的なマスキング層として働く、フォトレジスト層内で形成され
る。単一（標準）写真平版段階により、好ましくは研磨されたシリコン表面の表
側上にパターンが産出される。ＤＲＩＥ工程は、異方性にエッチされた空洞を提
供するが、マスクのいくつかの切り取りが実施される。したがって、マスクのパ
ターンはキャピラリーに関する望ましい直径を達成するために、この避けること
のできない側面エッチが考慮される。使用されるＤＲＩＥシステムの型に依存し
て、垂直対側面エッチングの比は５０対１よりよい。すなわち、エッチ深５０μ
ｍごとにマスキング層の下におよそ１μｍのエッチ下が存在する。したがって、
マスキング寸法はこのエッチパラメーターに依存し、前試験を通して測定するこ
とができる。ＤＲＩＥサービスは、たとえば、ナショナルナノファブリケーショ
ンファシリティーズ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｆ
ａｃｉｌｉｔｉｅｓ）の１つ、またはＭＥＭＳエクスチェンジ（ＭＥＭＳ Ｅｘ
ｃｈａｎｇｅ）プログラムによって得ることができる。

図１７（ａ）〜（ｆ）は、（ａ）シリコンスリーブに対するフォトレジスト（
ＰＲ）パターニング、（ｂ）スリーブの酸化物パターニング、（ｃ）ＰＲの再適
用、（ｄ）孔のＤＲＩＥに対するパターン、（ｅ）ＰＲおよびＤＲＩＥスリーブ
の除去、および（ｆ）酸化物除去を示している、ＣＩ型アレイに関する好ましい
、一般的な加工工程を例示している。リソグラフィーの前の初期段階により、シ
リコン表面全体にわたる熱シリコンニ酸化物の薄膜が作られる。フォトレジスト
を適用し、酸化物をパターン化し、エッチして、マイクロ流体内部連結を提供す
る各キャピラリー孔の周辺に局在する、シリコンスリーブの場所を線引きする。
この段階に続き、もう一度フォトレジストを適用し、キャピラリーの場所をフォ
トレジストおよび酸化物の両方の内にパターン化する。ウエハー通過孔を、Ｃ型
器具によるようにＤＲＩＥを用いて再び形成させる。フォトレジストを続いて除
去し、シリコン表面の表側上に熱酸化物の先にパターン化した層が残る。マスキ
ング層として働く酸化物層にてより短いＤＲＩＥ段階を実施し、シリコンスリー
ブを作製する。

ＣＣ型およびＣＩＣ型両方に関しては、組立工程において、好ましくは、背面
から表面の位置あわせが必要なので、ウエハーを両面研磨することが必要である
。ＣＣ型器具に関して、回収チャンバーは、好ましくは異方性湿化学エッチャン
トを用いてウエハーの表側内にバルクマイクロマシンされる。続いて、薄い熱酸
化物を表面安定化処理層として働くように表面にのみ処理を施し、背面はフォト
レジストにてコートする。キャピラリーに対するＤＲＩＥ手順を、キャピラリー
の孔が回収チャンバーの１つの側と合うように背面より実施する。

図１８は、ＣＣ型（およびＣＩＣ型）器具を組み立てるために必要な、二重側
面化処理の断面図を例示している。ここで、続く背面でのキャピラリーおよびシ
リコンスリーブ内部連結の処理が、ＣＩ型器具に関するのと同じ処理に従うよう
に、ウエハーが反転される。

本発明の好ましい表面改変側面に関して、生体マーカーである、アセチルコリ
ンに特異的な表面結合蛍光プローブを提供するための技術的アプローチは、好ま
しくは、Ｉｎｏｕｙｅ，Ｍ．ｅｔ ａｌ．，「プロトン性培地中でのアセチルコ
リンの非破壊性検出：人工シグナリングアセチルコリンレセプター（Ｎｏｎｄｅ
ｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｃｅｔｙｌ Ｃｈｏｌｉｎ
ｅ ｉｎ Ｐｒｏｔｉｃ Ｍｅｄｉａ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉ
ｎｇ Ａｃｅｔｙｌｃｈｏｌｉｎｅ Ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ）」，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈ
ｅｍ．Ｓｏｃ．，１１６，５５１７（１９９４）にて記述されている、溶液相検
出に関して開発した方法を改変することで実施される。好ましい実施様態におい
て本方法はスピロピラン類を使用し、これは販売業者より安価で簡単に入手可能
である。これらはそのスペクトル特性に関して公知であり、とりわけ標準的ＥＬ
ＩＳＡ検出法に関して使用される分子と比較して、非常に頑健度が高い。スピロ
ピラン類は、シラン化学反応および標準的カップリング化学反応を用いて、回収
チャンバー内またはキャピラリー内いずれかで、シリコンベッド上で合成的に表
面固定される。

図１９は、シリコンキャピラリー内の固定されたスピロピラン類の拡大図を例
示している。スピロピラン（たとえばＣ−メチルカリキシ［４］レゾルシナレン
）は、好ましくは遊離アミノシラン改変シリコン表面にカップリングさせること
が可能である、カルボン酸架橋基を組み込んで改変される。スピロピランへの塩
基の化学量論的添加により、ω−ブロモカルボン酸（たとえば５−ブロモペンタ
ノイル酸）の反応が可能になる。この分子の長さは、その水溶性および反応効率
に関連する。炭素鎖の長さが長ければ長いほど水溶性であるが、表面へのカップ
リングが難しく、一方で炭素鎖の長さが長ければ長いほど、水溶性は少なく、表
面へのカップリングがより起こりやすい。合成に続いて、反応産物を調査し特性
化することが必要な時には、ＮＭＲ分光法を実施できる。

スピロピラン、またはレゾルシノール／アセトアルデヒドテトラマーが好まし
くは皿型空洞内で準備し、アルキルアンモニウムカチオンを錯体化可能な、アル
カリ培地中でテトラフェノレートを形成する。ピレン改変Ｎ−アルキルピリジニ
ウムカチオン（ＰＰＣ）と錯体形成する場合、蛍光は観察されない。ＰＰＣは、
選択した方法により、購入するか、または合成してよい。一つの好ましいＰＰＣ
の取り込み方法は、スピロピランとの溶液錯体化によるものである。スピロピラ
ンを固定化した後、ＰＰＣを導入して、錯体を形成させる。アセチルコリンの競
合結合により、ＰＰＣが押し出され、蛍光錯体が産出される。この錯体は、微細
加工アプローチにて、上記したレーザー／検出器スキームを用いて検出する。Ｐ
ＰＣはまた、スピロピランとＰＰＣの混合単層を形成することで組み込むことが
できる。この方法においては、錯体は、溶液表面界面にて形成される。スピロピ
ランとのＰＰＣ錯体の作製の他の好ましい方法は、上述のＩｎｏｕｙｅ ｅｔ
ａｌ．によって記述されたような、スピロピランへのＰＰＣの合成的結合による
ものである。本方法により、先の二つの方法にて記述されたような分子内クエン
チとは対照的に、蛍光の分子間クエンチが可能になる。

合成の終了に際し、シリコン基質は好ましくは、３−アミノプロピルトリメト
キシシランのようなシラン類で誘導される。反応は、ＥＤＣのような、水溶性カ
ルボジイミドを用いて、改変スピロピランのカルボキシル酸へカップリング可能
である、シリコン表面上に、遊離アミノ基を提供する。Ｘ線光電子分光法（ＸＰ
Ｓ）および接触角測定を利用して、さまざまな表面接着反応の進展を分析するこ
とができる。好ましい実施様態において、最も高い表面範囲が達成された。表面
範囲に加えて、蛍光効率が蛍光顕微鏡を用いて試験される。このことは、連結し
たスピロピラン類の活性を限定するのを助ける。アセチルコリン添加前、および
アセチルコリンの添加後に、定性的蛍光強度をモニタリングするという簡単な実
験によりベースラインが得られる。この時点で、本方法は試験のためのベッド器
具内に移行される。

微細加工作業の間、適切なベッド構造を産出するためにＤＲＩＥおよび湿化学
エッチ率が、好ましくは試験試料を用いて測定される。さらに、好ましくは、試
料を切除し、走査性電子顕微鏡を介して観察して、ウエハー通過キャピラリーの
適切な切除形状が達成されているかどうかを測定する。化学反応作業に関して、
表面改変および化学物質合成が、好ましくは、シリコンの平坦試料上での固定化
プロトコールを確認するために使用される。この決定には、比較的大きな試料上
の励起の後の蛍光の検出が必要であり、したがって、蛍光顕微鏡をこの試験手順
の間使用する。

一旦化学合成および表面改変作業が、厳密な大規模試料試験を介して完了した
ならば、次いで化学物質を小規模キャピラリーベッド構造上で試験する。このフ
ェーズに関して、光子基礎試験セットアップが蛍光団の励起および放射に基づい
て好ましく使用される。励起は、外部供給源からの直接の吸収を介する。整調可
能連続波（ＣＷ）アルゴンイオン汲み上げ色素レーザー、空冷アルゴンイオンレ
ーザー、光学パラメーター発振器を汲み上げるＮｄ：ＹＡＧナノセカンドパルス
レーザー、赤色（６３２．８ｎｍ）および緑色（５４３ｎｍ）波長出力のさまざ
まな小さい目のＨｅＮｅレーザーを含む、いくつもの好ましい供給源が、種々の
試験戦略に関して入手可能である。Ａｒイオン汲み上げ色素レーザーは、波長４
８８ｎｍおよび５１４ｎｍでのポンプレーザーからの出力があり、最大電力は９
Ｗである。ＣＷ色素レーザーからの最大電力は３Ｗであり、５９０ｎｍ〜６００
ｎｍ、および６１０ｎｍ〜６３０ｎｍの範囲で整調可能であり、５７７ｎｍにて
追加出力を持つ。空冷Ａｒイオンレーザーは、５１４ｎｍでの単一出力であり、
およそ７０ｍＶの電力である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、１０６４ｎｍの基礎波
長を持ち、内部調波生成器（ＫＤＰ結晶）にて２倍（５３２ｎｍ）および３倍（
３．５５ｎｍ）出力が達成される。パルス幅は５〜７ナノセカンドであり、ピー
クパルス力は２００ｍＪ以上である。しかしながら、シリコン表面上に固定化さ
れた蛍光団は、４３０ｎｍで励起されることが必要であるので、三重出力Ｎｄ：
ＹＡＧレーザーからの力を、ベータホウ酸バリウム結晶（ＢＢＯ）を基にした、
光学パラメーター発振器（ＯＰＯ）を汲み上げるのに使用することができる。こ
れは、本質的には非線形ＢＢＯ結晶を含む光学共鳴空洞である。ポンプビームは
、シグナルビームおよびアイドルビームと呼ばれるものに変換され、ここで波長
は光子エネルギー変換要件より得られる以下の関係である。
１／λ_ｐｕｍｐ＝１／λ_アイドル＋１／λ_シグナル

２つの出力波長間の比は、付随ビームに関して、ＢＢＯ結晶の角度によって決定
される。これを使用し、出力波長を、結晶角を変化させることで整調可能である
。シグナルまたはアイドル出力は、ＯＰＯの出力部分での高域または低域光学フ
ィルターを用いて取り除くことができる。この出力は、４００ｎｍ〜２２００ｎ
ｍの異なる範囲で整調可能である。波は、共鳴空洞鏡特性および出力フィルター
によって設定される。これらの範囲のピークパルスエネルギーは１０ｍＪのオー
ダーである。

出力蛍光は、好ましくは、前方方向、または微小構造幾何学に依存した任意の
角度のいずれかで検出される。いずれの場合においても、付随レーザー光は好ま
しくは、ホログラフィーノッチフィルターおよびモノクロメーター両方を用いて
遮断される。Ｒａｍａｎ分光計にて一般的に使用される、ノッチフィルターは、
レーザーからの直接のもの、またはＲａｙｌｅｉｇｈスッカッタリングからのも
のいずれも、放射光の波長でのすべての光を遮断する。モノクロメーターにより
、周囲環境およびレーザーから両方の望まない光がさらに排除される。モノクロ
メーターによりまた、シグナル対ノイズ比の最適化のために、放射スペクトルの
最大値を整調可能である。最終的に、検出は、好ましくは、レーザーエレクトロ
ニクスよりゲートで制御して、光電子増倍管およびボックスカー統合器検出スキ
ームを用いて実施される。あるいは、シグナルは、シリコンの電子なだれ感光性
半導体素子にて検出し、より高い検出効率が提供される。

Ｃ型ベッドにて、第一にキャピラリー孔の内部シリコン表面壁を改変するため
に、ついで第二に、固定化された側壁化学物質と反応する、分析物を引き出すた
めに、キャピラリーの働きが、好ましく試験される。キャピラリー力が、試験し
ているキャピラリー寸法に対して有意な量の流体を引き上げるのに十分ではない
場合、ここでＣＩ型試験ベッドを好ましく使用する。このことによって、圧力勾
配またはマイクロ流体内部連結に結合したシリンジポンプを用いて、キャピラリ
ー内で流体の直接的な力学的挿入が可能になる。いずれの場合においても、キャ
ピラリー内蛍光測定を実施する可能性を試験するのに、光電子検出システムが、
好ましく使用される。一方、ＣＣ型試験ベッドは、回収チャンバーのシリコン表
面内でのみ化学改変が必要である。したがって、この器具はまた、キャピラリー
の働き、ならびにウエハーの表側上に位置する光電子検出システムを試験するの
に使用することができる。さらに、本器具は、好ましくは、ＣＩＣ型ベッドを用
いて、分析物をキャピラリーアレイ内に挿入することで、力学的に試験すること
ができる。

一旦特定のベッドを選択したならば、さらなる試験は、好ましくは、キャピラ
リーアレイ内で固定化された化学物質に対する、生体マーカーの選択性および感
度を決定することに関する。この型の試験は、好ましくは、たとえば、種々の濃
度レベルでのアセチルコリンを含む溶液を導入することによって構築される。光
電子増倍管からの出力を用いて、アセチルコリン濃度レベルの相当する変化をと
もなう、蛍光の変化の量を検出することによって、アセチルコリン検出のより低
い制限の定量的指標、およびしたがって器具感度が得られる。選択性を決定する
ために、他の連続する試験が好ましく実施され、分析物溶液内で種々の濃度の他
の神経伝達物質が導入され、アセチルコリンに対して得られたものと関連して、
その相対蛍光を測定する。アセチルコリン以外で、本試験相にて使用可能である
より一般的な神経伝達物質には、アドレナリン、ドーパミン、セロトニン、トリ
プタミン、ヒスタミンおよびグリシンが含まれる。選択性の総合的な試験のため
に、器具は好ましくは、望まない交差選択性蛍光反応を誘導することが可能であ
る、ノルアドレナリン、チラミン、グルタミン酸、アスパラギン酸、タウリン、
およびプロリンのような他の神経伝達物質に対して試験される。最終的に、好ま
しくはヒトドナーからの従来の抽出間質液を用いての、器具のｉｎ ｖｉｔｒｏ
試験が実施される。高濃度の農薬に曝露された個体から試料を得、毒性環境に曝
露されていない個体より対照セットを得る。

本加工の試料結果および試験工程は、好ましくは、有機リン系農薬曝露に対す
る生体マーカーである、アセチルコリンの検出に関する化学物質固定化プロトコ
ールをともなう、シリコンに基づくキャピラリーアレイベッド（ＰμＰ）である
。さらに、感度プロフィールが確立される。ＰμＰ微小構造デザインにより、Ｂ
−ＦＩＴ経皮サンプリングプラットフォームに対するモジュールとして簡単にイ
ンターフェイスで連結し、統合することが可能になる。経皮サンプリング工程は
、好ましくは低侵襲的マイクロ−熱切除ヒーターを用いて、表皮角質／生内皮表
面まで達するように開始され、これによって、間質液の抽出が可能になる。Ｂ−
ＦＩＴマイクロシステムは、シリコン加工キャピラリーアレイの使用により、ア
レイの上端に位置するグルコース感受パッチへの間質液の送達を可能にする。Ｐ
μＰ微小器具の基本的なキャピラリーアレイ構造を、Ｂ−ＦＩＴ内に組み込むこ
とができる。生体マーカー、アセチルコリンのＰμＰ内での検出メカニズムは、
好ましくは、表面固定化された蛍光スピロピランの合成からなる。同定された化
学物質により、ベッドの表面改変が実施され、これによって、廉価な、低侵襲的
チップスケール検出の製造が簡単になる。

Ｂ−ＦＩＴマイクロシステム器具の他の好ましい実施様態に際し、グルコース
パッチのかわりに、光子成分を組み込んだ化学反応が発展している。本システム
は、好ましくは、アレイの上端において、導波技術によって適応され、それぞれ
励起および蛍光を送達し、検出するのに使用できる。さらに、ＰμＰ微小器具は
、アセチルコリンの蛍光検出の観点から、Ｂ−ＦＩＴへのモジュールとして理想
的に適合する。刺激された体液およびヒト血清の試験は、好ましくは、試験ベッ
ド上で実施され、化学反応の感度および特異性が測定される。

本発明は、任意の数の、生体マーカーの加工および化学的固定を可能にし、そ
れによって、モジュールの組をＢ−ＦＩＴプラットフォーム内に「つなぐ（ｐｌ
ｕｇｇｅｄ ｉｎｔｏ）」。酵素および代謝物を介した健康モニタリングに対す
る複数の分子生体マーカーから、ホルモンまでの範囲で、数多くの例、可能性お
よび適用が存在する。農薬検出に関して、いくつかの他の重要な生体マーカーは
アセチルコリンエステラーゼ、酢酸およびコリンである。ＰμＰ微小器具の使用
により可能となる、有機リン系以外の、他の分析物を検出することも重要である
。これらには、抗コリンエステラーゼ殺虫剤（ホスホロチオネート）、オルガノ
クロリン殺虫剤（ＤＤＴ、ディエルドリン、リンダン）、ピエチロイド殺虫剤（
パーメスリン、フェンバレラート）、除草剤（ＴＣＤＤ、パラクオート）、およ
び殺鼠薬（ワーファリン、ジファシノン、フルオロ酢酸ナトリウム、ストリキニ
ン）が含まれる。追跡する他の重要な生体マーカーは、アトロピンおよびプラリ
ドキシムのような解毒剤であり得る。

ＰμＰの加工における処理段階およびそれぞれの装備には、好ましくは、以下
の、（１）リソグラフィー：ＵＶおよび深ＵＶフォトリソグラフィーでの、１μ
ｍライン分解可能な表側マスク半導体微細パターン転写装置、二方アライメント
可能な固定具、フォトレジストスピナー、プレおよびポスト−ベイクオーブン、
および関連する処理化学反応、（２）沈着：金属（Ａｌ、Ｗ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ
など）を沈着可能なマグネトロンスパッタリングシステム、および加工において
提供されうる酸化物のマグネトロン反応性スパッタリング、金属の低エネルギー
沈着に対する、３つの炉を伴うｅ−ビームエバポレーター、およびストレスおよ
び接着に適合させるために表面をコートするための、ＰＥＣＶＤ酸化物および窒
化物に対する沈着装置、（３）フィルム処理、急速熱アニーリング能力を用いた
、フィルムおよび膜のストレスおよび強度を調整するためのもの、（４）光子マ
スクデザインおよび加工、（５）エッチング：ディープ リアクティブ イオン
エッチャー（ＤＲＩＥ）、ＲＩＥ装備および湿ＴＭＡＨエッチング、（６）拡
散および熱処理：湿性および乾燥酸素の増加が可能な高温加熱炉、およびめかし
たシリコンからなるヒーターに関して必要になりうる加熱炉ソークアニーリング
、および（７）測定：フィルムの厚さを測定するための、薄フィルターストレス
試験器およびＬｅｉｔｚ薄フィルター分析器、またはナノメーター自動化フィル
ム厚（Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｉｌｍ Ｔｈｉｃｋｎ
ｅｓｓ）測定装置、が含まれる。高精度のＬｅｉｔｚ顕微鏡およびＥＤＳ装備Ｚ
ｅｉｓｓ ＳＥＭにて、顕微鏡試験も可能である。

経皮送達システム（ＴＴＳ）は好ましくは、種々の標準処理および加工技術を
用いて製造される。ＴＴＳ微小器具加工または、単純バルクマイクロマシンから
、ディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）手順まで、多くのマイク
ロマシン段階で実施される。

ＴＴＳ微小器具の加工処理段階は、好ましくは、図２０で示しているような、
２つのウエハーのシリコン処理を含む。ウエハー＃１は、好ましくはレザーバチ
ャネル、キャピラリーチャネル、微小切除ユニット、および破壊可能シールから
なる。微小切除ユニットは、ヒート−シンクと共にマイクロヒーターを含み、表
皮角質に対して、高帯電熱パスが提供される。マイクロヒーター上にヒート−シ
ンクを組み込むことによって、熱送達が、より好ましく表皮角質に向かう。ウエ
ハー＃２は好ましくは、レザーバマイクロヒーターを含み、これは好ましくは、
レザーバチャネルの上部と適合するように並べられる。

図２１（ａ−ｅ）は、ウエハー＃１のためのウエハー処理段階の切除加工概略
図を提供している。処理が表および裏側両方で実施される可能性があることから
、本処理工程では、二方研磨した３００μｍの厚さのシリコンウエハーが好まし
く使用される。１つの実施様態において、最初に、微小切除ヒーターを、パター
ン化したシリコン誘電性層上で金属層を沈着させ、パターン化することによって
形成させ、電流が通過する湾曲加熱要素を形成させる。帯電は好ましくは、加熱
要素が存在する正方形領域としてパターン化される。好ましいヒーター物質は、
熱シミュレーションを介して選択することができる。加熱要素に加えて、加熱コ
イルを介した電流によって生成される局所温度をモニタリングするために、温度
センサーを、好ましくは、それにそって統合することができる。これは図２１ａ
にて示されており、そこでは、処理がウエハーの上部側で実施されているが、最
終的に底となるように逆にする。この型のデザインにおいて、すべての結合パッ
ドおよびトレースは、加熱要素の平面に位置する。好ましくは、低ストレスシリ
コン窒化物層を、ウエハーを通して沈着させることによって、金属トレースおよ
び加熱要素を絶縁し、保護する。本表面安定処理化目的のためには、ストレスの
ない窒化物は要求されないけれども、続く段階での適用で利用可能である。

図４（ａ−ｂ）を振り返ってみると、第二段階は、好ましくは、破壊可能シー
ルを加工することである。シールは好ましくは、先の段階にて沈着した、低スト
レスシリコン窒化物層によって形成された二重層、および温度が上昇すると弱く
なりうる金属からなる。金属が沈着した領域は、レザーバキャピラリーの位置を
決定する。キャピラリー寸法は好ましくは、７５μｍのオーダーであるので、レ
ザーバキャピラリーを開くために、破壊可能シールはこの７５μｍ領域内に配置
しなければならない。図４は、破壊可能シールのデザインの、底から見た図を示
している。これは、シール金属によって架橋された、２つの低ストレスシリコン
窒化物フラップからなる。この金属ストリップを介して十分に大きな電流が通過
することによって、金属シールを弱めるのに十分な熱が発生し、それによって窒
化物フラップが放出される。窒化物層は、ストレスにおいては低いが、好ましく
は、任意の制御可能な伸張および圧縮緊張が存在する。シリコン窒化物の沈着状
態を調整することによって、シールが破裂したときに、窒化物フラップが、一方
向のバルブとしてそのまま働くように、わずかな圧縮で作製することができる。

好ましい第三の主要な処理段階は、微小切除加熱要素の上部で、ヒート−シン
クを形成することである。以上で議論したように、ヒート−シンクは、好ましく
は、バルクシリコン物質内での代わりに、角質表皮に向かって熱を向ける。その
温度帯電性は空気よりも高いので、ヒート−シンクなしでは、大部分の熱はシリ
コンを介して移動する。ヒーター上にアルミニウムヒート−シンクを沈着させる
ことで、得られる熱の流れは、シリコンおよびアルミニウム間にほぼ均質に分離
される。これは、シリコンとアルミニウムの熱帯電性が類似であるからであるが
、しかしシリコンおよびアルミニウムのものよりも高い熱帯電性を持つ金属を選
択することで、より効率のよい熱送達が実施可能である。好ましい実施様態にお
いて、アルミニウムがヒート−シンク物質として使用されるが、しかしながらさ
らなる物質が適用可能である。角質表皮へ向かう温度の流れの増加に加えて、ヒ
ート−シンクの配置が、好ましくは、熱供給源と皮膚バリアの間の総距離を減少
させ、それによって、電力消費を減少させる。アルミニウムは、好ましくはリフ
ト−オフ手順を用いてパターン化する。しかしながら、厚い金属層が必要である
可能性があり、好ましくは、厚いフォトレジストを使用するか、またはアルミニ
ウムを総ウエハー上で沈着させるかのいずれかである。このことにより、金属シ
ールの問題が引き起こされる可能性があり、したがって薄い保護単離層がアルミ
ニウムの前に好ましく沈着される。次いでアルミニウムを第四段階の後にリソグ
ラフィーでパターン化し、マイクロ切除ヒーター上にのみ残す。続く処理段階の
ために表面を平らに維持するために、パターン化は後のステージで実施する。

第四の好ましい処理段階には、二方研磨ウエハーを逆にし、未処理の側を表に
することが含まれる。レザーバおよび薄キャピラリー両方が同時に形成される開
口部をパターン化するために、フォトレジストマスキング層を好ましくは沈着さ
せる。これらのキャピラリーは両方とも、狭く、高外観比ウエハー通過孔を得る
ために、ディープリアクティブイオンエッチングを用いて加工する。薄キャピラ
リーは、好ましくは、直径２５μｍであるように設計され、一方でレザーバキャ
ピラリーは直径およそ７５μｍであり、両方とも名目長さは３００μｍであるよ
うに設計される。ＤＲＩＥ処理の間、シリコンを孔がウエハーを通して作製され
るまで、異方性にエッチする。しかしながら、レザーバキャピラリーに関しては
、エッチング処理は、すでにウエハー後部上に存在するシリコン−窒化物上で終
了する。これは、窒化物は、ＤＲＩＥエッチ工程に対するエッチ終了として働く
ためである。以上でウエハー＃１のすべての処理が完了したので、アルミニウム
ヒート−シンクを明確にでき、単離層を切除することができる。

ウエハー＃２に対する好ましい処理段階はまた、図２２で示したような、切除
加工概略図によって概説されうる。連続する段階は、困難ではないが、いくつか
の整合問題が存在する。この好ましい処理における第一段階は、シリコンウエハ
ーの表側上にレザーバ加熱要素を加工することである。以前のように、これは、
シリコン誘電表面上にヒーター物質を沈着させることによって実施する。物質は
好ましくは加熱コイルの形態でパターン化し、続いて、保護シリコン窒化物表面
保護層によって覆う。好ましい次の段階は、表面上にエッチ終了誘電層を沈着さ
せることである。次に、ウエハーを反転させ、ＤＲＩＥを用いてパターン化し、
連結キャピラリー開口部を形成する。一旦完了したならば、第三の段階には好ま
しくは、レザーバヒーターを含む側上に、シリコン酸化物の層を沈着させること
が含まれる。このことにより最終段階で、ウエハー＃１のウエハー＃２への陽極
結合が可能になる。レザーバヒーターがレザーバキャピラリー開口部にあうこと
を確かにし、ウエハー＃１からのキャピラリーを、ウエハー＃２で形成されたキ
ャピラリーと好ましく連結することを確実にするように、正確に注意をはらう。

それぞれのキャピラリーおよびレザーバペアを好ましく、単一流体分析を実施
するために、そのような対の１つのみが、皮膚表面に曝露されるように、個々に
配置する。一旦利用したならば、キャピラリーの開口末端を、皮膚に曝露したま
まにするが、任意のさらなる使用のためには配置しない。

好ましい実施様態には、シールを開き、熱を制御するための、シグナルに対す
るタイミングに関するさらなる考慮が含まれる。表皮角質の切除に影響を与える
、ヒーターに与えられるエネルギーの総量、およびそのエネルギーが与えられる
時間もまた考慮される。システムを、最小の切除エネルギーに対して設計し、試
験する。すなわち、最小期間での最小エネルギーが、操作のための重要なパラメ
ーターであり、結果として、基底生存表皮のダメージが最小になり、したがって
、本工程の侵襲的特性が最小化される。

キャピラリーシールの開放に関連した、切除処理（ヒーター）のタイミングを
含む、他のタイミングの問題もまた、考慮される。当該キャピラリーに対するシ
ールが破裂している時間、表皮角質の連続する層を温度的に切除するために、微
小切除ヒーターが、好ましくは適切な交流電流でパルスされる。

他のタイミングの考慮は、レザーバエリプティング工程に関連したヒーターパ
ルスである。ヒーターパルス処理のタイミングは、レザーバへの流れを維持し、
表皮角質からの流体を吸い上げないようにするための考慮である。流体レザーバ
の上部のヒーターは、好ましくは流体内容物を強制的に外に出す。このヒーター
の制御によって、レザーバ／キャピラリー分析の寿命中、流体の流れの制御が可
能になる。

種々のサブシステムの好ましい試験を、皮膚毒性学的、および臨床薬理学的利
点を確立するために実施する。試験順序は好ましくは連続して行い、種々の物質
における単純な試験で開始し、ヒト屍体皮膚または動物皮膚において、ｉｎ ｖ
ｉｔｒｏ試験へ進み、次いで動物試験およびヒト被験者での最終的な薬理学試験
を完了する。キャピラリーおよびレザーバをカバーする一回注入値を、好ましく
は首尾よい配置に関して試験し、光学的に試す。流体レザーバを、流体成分を空
にすることが可能であることを証明するために、好ましく最初に検査する。初期
試験は、好ましくはまた、吸着表面上で実施する。さらなる試験を、キャピラリ
ーからの溶液上昇の流れを証明するために、好ましく非吸着表面上で実施する。
レザーバおよびキャピラリーの組合せに対する最適流速の測定は、好ましくは、
パッチ検出器でのグルコース濃度に基づいて測定する。

グルコース検出器パッチ物質を、好ましくは、標準のｉｎ ｖｉｔｒｏ湿化学
反応法を用いて感度に関して試験し、そのセルロースプラットホーム−グルコー
ス検出器物質が、μｍ^２あたり少なくも１０ｆｇグルコースの反射率デンシトメ
トリー検出可能であるかを確かめる。

３Ｍ Ｉｎｃおよびアドヘッジブリサーチ社（Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａ
ｒｃｈ，Ｉｎｃ．）から得た、ＦＤＡ承認の生体適合性接着剤および接着膜の（
屍体の皮膚を用いた）ｉｎ ｖｉｔｒｏおよびｉｎ ｖｉｖｏ動物およびヒト生
体機械的試験を、好ましくは、Ｂ−ＦＩＴ器具の閉塞性、流体厳重接着要件に関
する、最適接着成分および皮膚浸透条件を決定するために実施する。Ｂ−ＦＩＴ
システムの初期試験の完了の後、前臨床皮膚毒性試験を開始する。これらの試験
は、好ましくは器具の生物物理学の証明からなり、ヒト屍体皮膚または動物皮膚
を用いてｉｎ ｖｉｔｒｏで実施し局所の皮膚効果の評価を行い、ついで生存動
物にて実施する。

皮膚毒性試験を、好ましくはＢ−ＦＩＴ器具の生物物理学的特性を示すために
実施する。生物物理学的試験は、好ましくは、動物またはヒト屍体皮膚上で実施
する。完全な厚さのヒト腹部皮膚標本を、ビトロン社（Ｖｉｔｒｏｎ，Ｉｎｃ；
Ｐｈｅｎｉｘ，ＡＺ）または他の供給メーカーより入手することができる。動物
組織試料を、好ましくはベースラインおよび低減コストを確立するために使用で
きる。皮膚試料は、好ましくは熱切除メカニズムを調査し、最適化するためのプ
ラットフォームとして使用される。Ｂ−ＦＩＴシステムは、皮膚を切除するいく
つかの異なる方法を持つ。熱／切除段階の目標は、損傷なしで表皮角質を生存表
皮まで取り去ることである。実験の第一セットで、好ましくはたとえば温度ピー
ク、パルス期間、パルスの数などの最適切除状態を決定する。

最適切除条件を決定する試験は、生存表皮を貫通することなしに、表皮角質の
十分な切除を行うように、（ａ）切除孔の深さおよび容量、および（ｂ）表皮細
胞構造の完全性を見て測定するために、好ましくは光学顕微鏡および電子顕微鏡
を用いて実施し、また原子力顕微鏡を用いて表面プロファイルメトリーする。

安全性の前臨床評価を得るために、たとえば、毛なしラット、モルモット、ま
たはファジーラット種を用いて、Ｂ−ＦＩＴシステムのｉｎ ｖｉｖｏ動物試験
を好ましくは実施する。皮膚炎症、潰瘍形成、および炎症反応の肉眼的な証拠に
関する臨床観察が好ましく実施される。光学顕微鏡および電子顕微鏡を用いて試
験した皮膚生検により、器具生物物理学的効果により近い試験が行われる。器具
の除去に続いて、連続的な臨床的および顕微鏡を用いた観察を行い、熱切除部位
に関する回復時間の評価が可能になる。

先にバリデート済みの血漿アッセイに比べ、経皮サンプリングを介してグルコ
ース濃度を測定する方法の分析精度および確度を測定するために、臨床薬理学試
験を好ましくは実施する。好ましいアッセイ技術は、マイクロマシンキャピラリ
ー内のグルコースオキシダーゼ固定化に基づく。許容可能な検出限界および定量
限界、およびバラツキの許容可能な日内および日間係数をもつグルコースのバリ
デート済み血漿アッセイを使用し、以下で詳細に概略する２つの試験で記述した
、臨床設定においてこれらのアッセイと比較した。開示した試験は同一のデザイ
ンであり、第一に健常人ボランティアで行い、第二にＩＩ型（成人発症）糖尿病
患者で行う。

グルコースを測定するための経皮サンプリングの分析感度をバリデートするた
めに、インフォームドコンセントに署名し、一晩絶食し、本試験の組入れおよび
除外基準を満たすことを確認した１０人の健康な男性および妊娠していない女性
をグルコース耐性試験の前および間に、血漿または間質液中のグルコース濃度を
測定するための臨床試験に登録した。Ｂ−ＦＩＴシステムを、接着テープを用い
て右手の甲表面に取り付ける。１８ゲージの動脈内カテーテルを、左前腕静脈に
挿入した。静脈血試料（およそ５ｃｃ、４ｃｃ以上）を、血漿グルコース濃度を
測定するために、適切な間隔で採取した。血漿グルコース濃度を、臨床現場にて
通常使用するバリデート済みアッセイにて測定する。これらの濃度を、Ｂ−ＦＩ
Ｔシステムを用いた間質液中の濃度と比較する。血漿濃度を２時間にわたり１５
分間隔で８回測定し、一方間質液中濃度は７５ｇのグルコースを経口投与する前
に、同じく２時間にわたって０．５、１、２、５、１０および１５分の時間にて
測定した。これらのデータを使用して、Ｂ−ＦＩＴシステムに対するサンプリン
グ時間を最適化する。グルコースの投与後、血漿中濃度およびＢ−ＦＩＴシステ
ム推定濃度を、さらに２時間、３０分間隔で測定する。健康なボランティアにお
いて、血漿グルコース濃度は、これらの条件下で８０〜１４０ｍｇ／ｄｌの範囲
であるべきである（Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａ
ｌ Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ，２８ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ．，１９９５）。

臨床試験のための組入れ基準は以下である。群１：２１歳以上７５歳以下の男
性および女性、群２：２１歳以上７５歳以下で、委員会認定の内分泌学者によっ
て成人発症糖尿病の診断がなされた男性および女性ボランティア。群１：市販薬
または天然製品を摂取していない。群１：完全血液計測、血清化学検査（Ｎａ、
Ｋ、Ｃｌ、ＨＣＯ_３、ＢＵＮ、グルコースおよびクレアチニン）に関して臨床的
に正常な検査値および臨床的に正常な肝臓酵素プロファイル、ＳＧＯＴ、ＳＧＰ
Ｔ、アルカリホスファターゼおよびビリルビンを示している。本プロトコールで
記述した署名済みインフォームドコンセントを理解し、実施する能力のある人。

以下の被験者を試験より除外した。治験責任医師の意見により、プロトコール
の要件に不適合である被験者および妊娠している女性。

一旦被験者が本試験に参加することに同意したならば、以下の手順を実施する
。スクリーニング手順を試験開始の２１日以内に実施し、それには既往歴の聴取
および身体検査、組入れおよび除外基準の再確認、および血液および尿試料の採
取が含まれる。試験への組入れに続き、被験者に以下の手順を実施する。（１）
一晩の絶食の後朝約９時に、臨床試験の実施機関に到着させる。バイタルサイン
（心拍数、呼吸率、血圧および体温）を記録する。

Ｂ−ＦＩＴシステムを右手の甲表面上に置き、テープでしっかりと接着させる
。記録を、モニターの下側の目立たない小さな針での皮膚に５０ミクロンカテー
テル挿入領域を介して実施する。モニターを記録がされているかを確かめるため
に確認する。一旦器具をつけたならば、もう一度バイタルサイン（心拍数、呼吸
率、血圧および体温）を記録する。被験者を仰向けに寝かせて、上記スケジュー
ルにしたがってグルコースの測定のために動脈血試料（５ｃｃまたは１ティース
プーン）を左前腕動脈内に挿入したカテーテルより採取する。さらなる血液試料
を最初から４時間後および８時間後に採取する。Ｂ−ＦＩＴシステムモニターテ
ープおよび器具を取り外す。患者を退院させ、家に帰す。

血液サンプリングスケジュールに関して、５ｍＬ動脈血試料を以上で記述した
様式でバキュテイナー中で採取する。スクリーニング試料を含む、本試験中に採
血総数は１４である（１２試験採血およびそれぞれ血液検査、化学検査および肝
臓酵素のための２回のスクリーニング採血）。採血総量は１００ｍＬを超えない
べきである。バイタルサイン（心拍数、呼吸率、血圧および体温）を、器具、カ
テーテルの取り付け前後および最後の採血の後に測定し、また器具、カテーテル
を取り外す。患者には、器具を取り付けた腕における顕著な炎症を報告するよう
に促す。医者は、本試験に参加している被験者の、静脈内カテーテルまたは複数
回の採血による皮膚の挫傷または感染に関連した懸念に絶えず応じられるように
する。さらに多尿症および多渇症の症状に注意し、試験の間、糖尿病患者に注意
をはらい、インスリンは必要に応じて医者および看護婦によってすぐに注入可能
にする。統計分析には、Ｂ−ＦＩＴシステムを用いて採取した値との比較として
、臨床血漿アッセイを用いて測定した血漿グルコース濃度を含む。相関係数が、
有意性ｐ＜０．０５で＞０．８である場合、測定は有効であると判断する。

糖尿病患者での第二の臨床試験を、同一の試験デザインを用いて実施する。患
者に試験の前日に経口血糖降下薬の摂取を許可し、ただし試験の朝は許可せず、
試験期間中インスリンを注入しないように指示する。一旦試験期間が終わったな
らば、患者に食事およびその従来の糖尿病レジメを再開することを許可する。上
記安全性考慮に加えて、これらの被験者の試験中には、注意深い臨床モニタリン
グおよびインスリン利用可能性に対して大きな注意を払う。

Ｂ−ＦＩＴシステムは、好ましくは、単一バルクマイクロマシンから、より複
雑なディープリアクティブイオンエッチング（ＤＲＩＥ）までの範囲の、多くの
異なる微細加工技術および戦略を使用する。図５に戻ると、好ましい１つのチャ
ネルシステム微小器具の断面図が示されており、好ましくは、（１）生理学的に
適合性のある流体をサンプリングし、分析するための、それぞれ固有のレザーバ
チャネルを持つ、いくつかの湾曲キャピラリーチャネルを含む本体、（２）湾曲
構造の最も下の部分を形成し、実質的な生理学的に適合性のある流体抽出のため
に、表皮層に熱で穴を開けるためのマイクロ加熱要素を含むための、底部キャッ
ピング部分、および（３）湾曲チャネルの上部を形成し、必要ならば、湾曲チャ
ネルの水平部分を通して、電気−浸透くみ出しを用いた、生理学的に適合性のあ
る流体の流れを補助するための電極を含む、上部キャッピング部分、の３つの主
要コンポーネントからなる。第一および第二コンポーネントは一緒に、本システ
ムの使い捨てモジュールを形成する。これらの取り替え可能Ｂ−ＦＩＴ要素を、
すべての分析キャピラリーが使用された後に、主要連結容器内に挿入する。

狭い、高観点比ウエハー通過孔を得るために、レザーバおよびキャピラリーチ
ャネルを、好ましく、ディープリアクティブイオンエッチングを用いて、標準の
シリコンウエハー内で加工する。キャピラリーチャネルは、好ましくは、直径が
２５μｍ、名目長さが５００μｍであるように設計し、一方レザーバチャネルは
、直径５０μｍであるが、５００μｍよりわずかに短くエッチする。湾曲キャピ
ラリーチャネルの側面部分は、好ましくは、２５μｍまでのシリコン表面をリセ
ッシングすることで形成させる。この領域はまた、好ましくは、本メカニズムに
よって、分析物の光学検出を容易にするために、表面上に高反射性金属を含む。
シリコンの上部キャッピング部分への結合の後に、湾曲構造が完成する。これら
の寸法によって、汗または間質液のような、生理学的に適合性のある流体を、キ
ャピラリーの働きを介して、チャネルの開放末端内に抜くことができる。さらに
、レザーバ内の流体を、好ましくは、キャピラリーの働きに関連して使用し、試
験している表皮領域を洗浄し、これによって、より小さなチャネルを介した、生
理学的に適合性のある流体の送達を助ける。特異的抗体固定を保持するために、
内部キャピラリーチャネル表面を活性化することによって、流体を好ましく、抗
体−抗原鎖形成によって分析することができる。それぞれその固有のレザーバチ
ャネルを持つ、そのような一連のキャピラリーを、単一器具要素内に含める。そ
れぞれの分析キャピラリーおよびレザーバペアは、好ましく、単一流体分析を実
施するために、皮膚表面に対してそのような１つのペアのみを個々に曝露するよ
うに配置する。一旦使用したならば、キャピラリーの開放末端を、皮膚に曝露し
続ける。

湾曲チャネルの下方構造を形成する役割は別として、底部キャッピングユニッ
トはまた、好ましくは、シリコンを用いて作製され他の主要な機能として役立つ
。この区画内に組み込まれたマイクロマシン加熱要素は、好ましくは皮膚表面に
熱的に穴を開けるために使用され、これによって、チャネル内で間質性および生
理学的に適合性のある流体がより入手しやすくなる。表皮角質開穴（ｐｏｒａｔ
ｉｏｎ）手順の間同時に、マイクロシステムを好ましくは、キャピラリー−レザ
ーバペアをそれぞれ個々に配置するために使用する。まず、皮膚に接触している
チャネルのすべての開放末端を、単一分析キャピラリーをあらわにするために、
「粉砕（ｂｌｏｗｎ）」することができるシールによって覆う。この加熱分解手
順は、シリコンマイクロ−抵抗によって提供されるような、シールに最近接した
大きな温度勾配を用いて効果的に制御できる。マイクロヒーターを、好ましくは
それぞれのキャピラリー−レザーバチャネルを囲うシリコン領域に統合する。こ
の区画内の連結マイクロ−キャピラリーは、好ましくはＤＲＩＥを用いて形成し
、それぞれは、本体からの垂直マイクロ−キャピラリーと並んでいる。

２つの先のコンポーネントとはちがい、上部キャッピング層は、好ましくは、
プラスチックで作られ、いくつかの課題を達成するために使用する。まず、湾曲
チャネルの上部構造、または側面部分をなす。この領域は、好ましくは、本発明
者らのマイクロシステムの検出領域である。第二に、プラスチックを使うことで
、内蔵された導波管が、物質内で好ましく加工でき、その方向性は、シリコン表
面に対して併行に走り、統合光電子分析システムの基礎をなす。さらに、導波管
からの光を検出領域に連結するために、マイクロ鏡が好ましくプラスチック内に
統合される。さらに、より効果的な光カップリングおよびより高い効率のために
、マイクロレンズを、好ましく、検出領域の直上に配置させたプラスチック内に
統合する。マイクロ鏡を、好ましくは、プラスチックを湾入するために三角形態
を用いることによって、この上部分内にプレス成分として統合する。得られた湾
入は、表面に対して４５°の角度である。高反射物質の沈着を行い、導波管下方
向からの水平方向光を反射するマイクロ鏡を与える、斜角が得られる。統合マイ
クロレンズはまた、プラスチック内に直接押し込むことができ、または注入モー
ルティングを用いることによって、プラスチック内に位置する分離ユニットとし
て組み込むことができる。どちらの場合でも、レンズは、高精度である必要はな
いが、しかし、単純に、導波管起源の光を発散させるべきである。導波管からの
光によって産出される照射は、蛍光に対するタグ化分析物を生み出す可能性があ
る。次いで、産出された光が、検出領域の底表面より、集光レンズを通してもと
に反射される。

図６に戻ると、個々のマイクロキャピラリーシステムの３つの可能性のある（
制御可能な）状態が示されている。一番左のマイクロ−キャピラリーシステム（
＃１）は、分析手順に関してすでに使用した、使い果たしたキャピラリーを示し
ている。この第一のペアは、完全な熱切除、微小な流体の流れ、曝露された間質
液からのグルコースの捕獲、グルコース検出パッチとの遭遇、およびチップの上
部表面での青みを帯びた色反応事象を示している。中央のマイクロ−キャピラリ
ーシステム（＃２）は、オンデマンド分析を実施しているところである。最も右
のキャピラリーシステムは、オンデマンド分析を実施する準備段階である。

微小器具の目的は、表皮角質の内表面の直下に位置する、生存表皮中の間質液
からのグルコースまたは他の浸潤性が低い分析物（群）の分子の、微小器具の上
部に位置する検出パッチまでの送達を促進することである。微小器具は、表皮角
質の熱微小切除による、マイクロ流体サンプリング流体の、間質液との直接的な
接触を可能にする。間質液との直接の界面により、微小器具は、通常近づきにく
い極性分子のみではなく、タンパク質のような、不浸透性のより大きな分子のサ
ンプリングをも可能にする。

好ましいプログラムされた連続事象の第一は、生理学的に適合性のある流体を
含む、密封したレザーバ内に存在する微小水圧を作り出すためのレザーバ加熱要
素を通した電流の流れである。第二および第三の段階は、ほとんど一緒に起こり
、破壊可能シールおよび微小切除ヒーターを介した、２つの別々の電流からなる
。シールは、好ましくは温度が上昇すると破裂する、金属耐電性二重層である。
金属シールは、好ましくは、その操作の前に、シールの完全性を折衷する機会を
減少させるために、低ストレスシリコン帯電性要素上に表面沈着させる。一旦分
析手順の間にシールが壊れたならば、生理学的に適合性のある流体が、好ましく
はレザーバからマイクロヒーターによって熱的に切除された領域を通って流れ落
ちる。シールが破裂している間、微小切除ヒーターは好ましくは交流でパルスさ
れており、厚さにして一般的に約３０〜６０μｍである表皮角質の連続層を熱的
に切除する。微小切除は、好ましくは表皮角質の非常に制限された容量、およそ
５０μｍ×５０μｍ×３０μｍで起こる。レザーバヒーターおよびキャピラリー
力の二重活性により、新規空のレザーバからの生理学的に適合性のある流体が間
質液と接し、混合液は、検出パッチへと送達される。生理学的サンプリング流体
のバルクは、好ましくはレザーバの外に強制的に出され、皮膚表面領域を空にし
吸着検出パッチ内に出される。さらに、強力なバンドエイド様接着フィルムが、
好ましくは微小器具を皮膚との流体の強力な接触で保持し、分析領域からの間質
性および生理学的に適合性の流体の逸脱を防止する。流体は、好ましくは微小器
具上のキャピラリーの直上の分析キャピラリーより検出パッチへ強制的に出され
、たとえば１つの実施様態において、グルコースの存在を示すために変色を産出
する。

本発明のマイクロシステムコンポーネントは、好ましくは、間質液からの代謝
物の経皮送達の増強、および酵素固定化学反応での結果としての検出を用いる分
子スケール操作に基づいている。試料は好ましくは、低侵襲的経皮微小器具を用
いて採取し、検出されうる皮膚の最外層（表皮角質）下に存在する間質液からの
受動拡散によって、皮膚の表面に達する分析物の量をトレースする。これらの分
析物は体の他の部分から来て、血液循環を介して間質液へ送達されるので、これ
らは環境化学物質または農薬への体曝露、並びに内部代謝を含む種々の生理学的
工程を反映している。表皮角質の微小層を、表皮角質の直下に存在する生存表皮
からの間質液の汲み上げを可能にするように穏やかに切除する。

健康および他の重要な生物学的マーカーの測定のための好ましい検出スキーム
は、各アッセイに関して同一の表面および生化学物質を使用する。図８に戻ると
、検出スキームに関する好ましい手順が示されている。好ましい手順は、タンパ
ク質または被験者の代謝物の抗体を、蛍光タグ化抗原を組み込んでいるキャピラ
リー壁へ共有接着させることである。タグ化した抗原は、サンプリングされた間
質液からの、被験者のタンパク質または代謝物に競合的に結合することによって
置換される。蛍光抗原は溶液中に押し出され、光電子コンポーネントによって回
収チャンバー内で、下流にて検出される。蛍光団励起および放出特性を光子に適
合させ、光子モジュール中で正しく励起し放射を検出するために正しい波長供給
源、検出器およびフィルターを統合する。

例として、さまざまな分子量の以下の３つのタンパク質、トロポニンＩ、Ｃ−
応答性タンパク質およびプレアルブミンを、健康特性をモニタリングするために
使用することができる。アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＳ）のシラ
ン表面処理に続いて、キャピラリー壁に抗トロポニンＩを共有結合させる。トロ
ポニンＩを、蛍光またはローダミンのいずれかを用いて蛍光タグ化し、キャピラ
リー中に連結した抗体に結合させる。サンプリングからのトロポニンＩの競合結
合を用いて、蛍光タグ化トロポニンＩを溶液中で置換し、下流で検出する。上記
手順はまた、これらのタンパク質間の違いを考慮して改変するけれども、Ｃ−反
応性タンパク質およびプレアルブミン両方に関して使用することができる。

十分な表面コーティングを保証するために、表面化学物質を段階的に特性化す
る。結合した抗体および競合結合試験の量を、ＸＰＳ、蛍光プレートリーダー、
蛍光顕微鏡、または分離技術のような異なる器具を用いて、試験する。

他の実施例において、カフェイン代謝物、５−アセチルアミノ−６−ホルミル
−３−メチル（ＡＦＭＵ）および１−メチルキサンチン（１Ｘ）に対して作製し
たポリクローナル抗体を、マイクロマシンキャピラリー上で固定化する。キャピ
ラリー表面上にヒドロキシル部分を導入するために、キャピラリーチューブを、
化学処理によって改変する。次いで表面ヒドロキシル基をＡＰＴＳと反応させ、
３炭素鎖の末端の遊離アミノ部位と、分子連結を産出する。

ＡＦＭＵおよび１Ｘに対して作製した抗体のＦｃ領域中の糖残基を、過ヨウ素
酸塩を用いて酸かし、アルデヒドを産出する。抗体を、抗体上のアルデヒドと、
分子連結上のアミン間のシフ塩基形成を介して、マイクロマシンキャピラリーの
表面に連結させる。この様式において、抗体結合領域は、マイクロマシンチャネ
ルの表面からはなれて方向付けられる。

微小チャネルの表面上での抗体固定化の量を、好ましくは、微小チャネルへの
曝露の前後に、結合溶液のタンパク質含量の分析によって決定する。固定化抗体
の結合活性は、蛍光標識化ＡＦＭＵおよび１Ｘプローブの置換を用いて測定し、
観察された活性を、非固定化抗体の当量濃度の活性と比較し、固定化抗体ｍｇあ
たりの結合親和性指数（ＢＡＩ）を算出する。

カフェイン代謝物に関して、ＡＦＭＵおよび１Ｘ抗体の特異性を評価するため
に、ｉｎ ｖｉｖｏおよびｉｎ ｖｉｔｒｏ試験を実施する。本発明の器具を用
いた、これらの代謝物の比を測定するための能力は、携帯式生体医学的モニタリ
ングシステムを用いて得た比を、従来のＨＰＬＣ方法を使用して得た比と比較す
ることで評価する。本アッセイにて改変した器具を、ｉｎ ｖｉｖｏおよびｉｎ
ｖｉｔｒｏ両方にて、前臨床評価を実施するために試験する。これらのデータ
は、ベースラインおよびアルゴリズムを試験するための予備データとして使用す
る。

プレアルブミン、ＣＲＰ、トロポニンＩに対する抗体は現在のところ市販され
ており、そのタンパク質に対するこれらの抗体の特異性を評価するのに使用する
。いくつかの市販されている抗体は活性ではないか、または特異的ではないので
、このプレスクリーニング試験は、それぞれの被験者タンパク質に対する活性お
よび特異性を決定するために好ましい。特異性を、好ましくは交差反応する可能
性がない、構造が同一の他の基質を加えることにより、それぞれの抗体に関して
試験する。たとえば、プレアルブミンの評価においてとりわけアルブミンおよび
グロブリンのようなタンパク質を加える。カフェイン代謝物の評価においては、
キサンチン類およびキサンチン代謝物を加える。抗体、リガンドおよび蛍光標識
リガンドを用いたアッセイは、フローインジェクション分析（ＦＩＡ）のような
技術を用いて好ましく開発する。

それぞれの完成したアッセイを精度、再現性、線形性に関して評価し、結果を
、臨床検査にて現在使用されている既存の手順と比較する。ｉｎ ｖｉｖｏおよ
びｉｎ ｖｉｔｒｏ試験に関する前臨床評価を実施し、データを開発されたアル
ゴリズム中で使用する。

本発明の携帯式生物医学的モニタリングシステムは、好ましくは、マイクロチ
ャネル内での経皮線量測定固定化抗体、流体移動度に対するキャピラリーの働き
、および検出のための統合光電子を用いた、代謝物および他の体分析物の増強経
皮送達を用いた、分子スケール操作に基づいている。したがって、本発明のマイ
クロ流体チップインターフェイス技術は、宿主流体からの制御された試料採取（
循環および非循環）、および流体（薬物、化学物質）および標的プローブ（抗体
、タンパク質、シグナル分子）の制御送達を提供する。さらに、本発明の試料採
取プラットフォームは、気体または溶液狭量環境対象分析物をサンプリングする
ための「外部向き（ｏｕｔｗａｒｄ ｆａｃｉｎｇ）」器具コンポーネント、お
よび皮膚表面または接近可能体液から発散される標的分析物の検出のための、「
内向き（ｉｎｗａｒｄ ｆａｃｉｎｇ）」構成物を同時に利用することができる
。

本明細書で開示している携帯式生物医学的モニタリングの器具および工程は、
広範囲の化学物質に適用可能である。たとえば、本携帯式生物医学的モニタリン
グ器具には、健康（チップ「Ａ」）および疾患または感染（チップ「Ｂ」）をモ
ニタリングするチップを含みうる。チップＡは、グルコースのような分子を測定
し、正常および高ストレス状態での被験者の健康状態のベースラインを確立可能
である。これらのベースライン値からの変化は、チップＢに対する必要性を示す
可能性がある。チップＢは、疾患の正確な原因を決定するために設計される。た
とえば、チップＢは、化学兵器を真似るパラチオンおよびその代謝物にカップリ
ングする抗体を含みうる。マイクロシステムの構造は、薬物代謝および／または
「プローブ薬物（ｐｒｏｂｅ ｄｒｕｇｓ）」に基づく多くの他の型の化学物質
に適合可能である。

薬物代謝は、酵素触媒反応によって、薬物が尿中および胆汁中に簡単に排泌さ
れる産物または代謝物に変換される工程である。薬物代謝物の１つの経路は、第
Ｉ相反応であり、基質分子中の官能基の作製または改変が含まれる。シトクロー
ムＰ４５０依存（ＣＹＰ）ミクロソーム混合機能オキシダーゼ系が、これらの反
応に対してとても重要な酵素系である。第二の主要な経路には、第ＩＩ相反応が
含まれ、そこで、薬物または第Ｉ相代謝物は、水溶性内因性基質とカップリング
する。第ＩＩ相反応は、トランスフェラーゼとしてまとめて公知である種々の酵
素群を含む。この群には、ＵＤＰ−グルクロニルトランスフェラーゼ、ＵＤＰグ
ルコシルトランスフェラーゼ、グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ、スルホ
トランスフェラーゼ、メチルトランスフェラーゼ、およびＮ−アセチルトランス
フェラーゼが含まれる。

薬物代謝は、食事および環境因子によって影響を受ける。たとえば、アルコー
ル、特定の食物成分およびタバコの煙内の化合物が、工業汚染物および農薬のよ
うに、多くの薬物の生体内変換に影響を与えることが観察されてきた。遺伝的因
子もまた、薬物代謝の制御において重要な部分を果たしており、個体間での薬物
効果の大きな違いが存在する。いくつかの酵素に関して、別々の遺伝的亜群がヒ
ト集団に存在する。これらの遺伝的多型は、酵素発現または活性の減少、増加、
または欠失を引き起こす、これらの酵素をコードしている遺伝子内の変異によっ
て産出される。さまざまなＣＹＰ類の遺伝的多型が同定されており、その活性は
、２つに明確に定義された、そして質的に異なる集団、代謝の速度および量が少
ない個体（弱代謝者、ＰＭ）、および代謝が早いかまたはより多量である個体（
過代謝者、ＥＭ）に分けられる。いくつかの第ＩＩ相酵素の遺伝的多型もまた存
在する。たとえば、Ｎ−アセチルトランスフェラーゼ−２（ＮＡＴ−２）は、こ
の方法にて影響を受け、このアセチル化多型は、種々の薬物および発がん物質の
代謝に関与する。多くの対立遺伝子が、本酵素の機能の減少に関わっており、二
方性分散が観察されている。個体の５０〜６０％が遺伝的に遅延アセチル化性質
であり、残りは早いアセチル化性質である。

健康な個体において、代謝遺伝子型は通常、代謝表現型を予測する。すなわち
、特定の酵素に関して、遺伝子型的に過代謝者は、この酵素に対する基質である
薬物を効率的に代謝することが観察されており、遺伝子型的に弱代謝者は本処理
において、欠失している。しかしながら、薬物相互作用、感染、疾患進行および
栄養不良は、代謝酵素の相対濃度および活性の変化を起こす可能性がある。した
がって、健康な個体において、遺伝子型とその発現（表現型）との間の関係が保
たれており、すなわちＦＡＳＴ遺伝子型はＦＡＳＴ表現型を起こし、一方でＳＬ
ＯＷ遺伝子型はＳＬＯＷ表現型を産出する。しかしながら、個体の疾患状態は、
食事、喫煙、アルコール、環境化学物質、および生物兵器または化学兵器がそう
であるように、この関係を変えることができる。この理由のために、代謝表現型
（実際の酵素活性の測定）の決定は、非常に重要であり、健康および臨床的状態
の、直接のそして感度のよいプローブとして使用することができる。好ましい実
施様態において、無害の試験化合物またはプローブ薬物によって産出される特定
の代謝物パターンの同定および定量を、被験者の代謝表現型を決定するのに使用
することができる。たとえば、カフェインはＮＡＴ−２を伴うものを含むさまざ
まな経路によって代謝される。したがって、２つの代謝物の尿中比、５−アセチ
ルアミノー６−ホルミルアミノ−３−メチルウラシル（ＡＦＭＵ）対１−メチル
キサンチン（ＩＸ）はＮＡＴ−２活性の指標である。

多くの実施様態の例を以下に示す。それぞれの実施様態は、単独、または本発
明の他の実施様態と組み合わせて実施することができる。

たとえば、以上で記述したように、グルコース、カフェイン、エタノール、お
よびデキストロメトロファンのような、ヒトの健康の異なる化学的プローブの検
出のための化学物質を含むが限定せず、「ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）」の性質ま
たは代謝マーカーをモニタリングすることができる。「ストレス」は、インスリ
ン−グルコースパターンの変化、または安全な、一般的に使用されている刺激物
(カフェイン)または抗ヒスタミン剤（デキストロメトロファン）の異常肝臓異化
作用のような、多くの内部代謝経路の検出可能な変化を介してそれ自身明らかに
なりうる。

酵素Ｎ−アセチルトランスフェラーゼ（ＮＡＴ−２）は、カフェインを代謝す
る。本酵素は、高度に多型性である。ＮＡＴ−２の活性は、薬物副作用、種々の
毒素および疾患に対する傾向に関連することが知られている。高速および遅延Ｎ
−アセチル化型の２つの主要な代謝表現型が同定されている。ＮＡＴ−２(表現
型)の発現活性は、急性および慢性疾患状態によって影響を受けることが示され
ている。たとえばＨＩＶ＋およびＡＩＤＳ患者において、急性疾患の存在によっ
て、ＮＡＴ−２の発現活性が減少し、急速ＮＡＴ−２表現型の患者が、遅延ＮＡ
Ｔ−２表現型に変化する。疾患が解決し、患者が初期臨床状態に戻った時に、患
者は再び急速ＮＡＴ−２表現型を発現する。したがって、個体のＮＡＴ−２表現
型の決定および本表現型の変化のモニタリングは、個体の健康および臨床状態の
直接の、そして感度のよいプローブでありうる。この決定により、薬物治療を開
始する前に、患者がＦＡＳＴか、またはＳＬＯＷ代謝者であるかどうかの予測が
可能である。このアプローチは、処置の開始の時点で好ましい投与量で治療を行
い、薬物の過剰投与または過少投与を避けるように薬物治療を開始する前にすべ
ての患者をスクリーニングすることを可能にする。

ＮＡＴ−２表現型は、多くのプローブにより決定できる。好ましい実施様態に
おいて、その広範囲分布と比較的安全であることから、カフェインを使用する。
プローブとしてカフェインを使用する試験において、酵素の表現型は、２つのカ
フェイン代謝物の比、ＡＦＭＵ対１Ｘによって決定する。これらの代謝物の比に
基づいて、酵素の活性を決定できる。ポリクローナル抗体を代謝物ＡＦＭＵおよ
び１Ｘに対して生成し、ついで精製する。これらの抗体は、ＮＡＴ−２表現型を
決定するために、首尾よく使用される。

好ましい検出スキームは、特定の代謝物または化学抗原の抗体の、キャピラリ
ーの表面への連結からなる。抗体は、ローダミンのような蛍光タグに連結した特
異的抗体に結合する。抗原がチャネル内に流れる時に、下流で検出される蛍光タ
グを放出する。

したがって、他の実施様態において、ＮＡＴ−２を用いた表現型決定を、感染
または疾患状態を示すために構築する。酵素ＮＡＴ−２は高多型性である。ＮＡ
Ｔ−２の活性は、薬物副作用、種々の毒性および疾患の素因に関連する。この表
現型の変化のモニタリングは、兵士の健康および感染状態の直接の、そして感度
の高いプローブである。

さらなる実施様態において、有機リン系化学（神経）物質を、殺虫剤代理モデ
ル化合物パラチオンを用いてモニタリングする。タブン、サリンおよびソマンの
ような、「神経ガス（ｎｅｒｖｅ ｇａｓ）」タイプの化学兵器は、アセチルコ
リンエステラーゼを阻害することで作用し、有機リン系殺虫剤、パラチオン（ま
たはその代謝物）は、曝露を検出するための優れた「代理（ｓｕｒｒｏｇａｔｅ
）」分析物を提供する。したがって、パラチオンモニタは、重要な工業的および
社会的適用性を有する。

さらなる実施様態において、たとえば、インターロイキン−１（ＩＬ Ｉ）、
インターロイキン−６（ＩＬ ６）、および腫瘍壊死因子（ＴＮＦ）などの、微
生物毒素に対する炎症続発症をモニタリングする。循環ＩＬ １、ＩＬ ６およ
びＴＮＦは、本発明にしたがった、浸透増強経皮技術および高等検出システムデ
ザインを用いて採取し、検出可能である候補分析物を与える。

たとえば、さらなる実施様態において、アントラキシ、ボツリヌス毒素、エン
ドトキシンなどの、微生物毒素をモニタリングする。微生物毒素は典型的には大
きな分子であるが、微視的力学的バリア改変技術（たとえば熱微小切除）を用い
た表面上移動の増加に関連した、これらの非常に高い生物学的力により、毒素応
答性成分を組み込んだ検出システムを用いる経皮線量測定が可能になりうる。さ
らに、抗体タグを、感染剤の同定、および微生物およびウイルス負荷の決定のた
めに使用することができる。さらに、（微生物供給源からの）Ｄ−アミノ酸の決
定は、抗体治療に対する応答のモニタリングを可能にしうる。

さらなる実施様態において、胞子代謝物をモニタリングできる。微生物胞子の
リンパ系および肝臓系経路を介した、ヒト異化作用から得られる循環生物化学的
代謝物は、本発明の技術および最適化検出システムデザインを用いて採取し、検
出する。

さらなる実施様態において、以下の表で示したような特定のタンパク質をモニ
タリングする。

プレアルブミン（ＭＷ ５４，０００）は、栄養状態の重要なマーカーとして
知られている。０〜１ヶ月齢に対する参照範囲は７０〜３９０ｍｇ／Ｌである。
本実施例の使用には、栄養状態に関する内部都市小児集団のスクリーニング、な
らびにとりわけ手術前の、栄養状態に関するすべての患者のスクリーニングが含
まれるがこれに限定されない。

Ｃ−反応型タンパク質（ＭＷ １１５，０００〜１４０，０００）は、急性相
反応物質であり、多くの疾患工程で上昇する。成人での参照範囲は、６８〜８２
００μｇ／Ｌである。本タンパク質の測定によって、健康対疾患のよい指標が提
供される。Ｃ−応答型タンパク質はまた、心臓疾患および切迫心筋梗塞の重要な
予測物質でもある。したがって、本アッセイは、心血管の健康に対してスクリー
ンするためにも使用することができる。

トロポニンＩは、急性心筋梗塞に対する有用で、特異的なマーカーとして認識
されている。成人での参照範囲は、＜０．１μｇ／Ｌである。心筋梗塞患者は、
＞０．８μｇ／Ｌである。本アッセイは、病院の救急室中での、トロポニンＩの
リアルタイム評価を提供し、患者が集中治療室に対し許容されることが必要であ
るという、早期認識を提供する。

モニタリングに加えて、本発明の生物医学的モニタリングシステムは一日を通
して特定のレベルで体内の特定の薬剤の濃度を維持するために、ｉｎ ｂｕｒｓ
ｔｓフィードバック制御を伴う薬物送達を提供し、そのレベルは1日ごとに、お
よび１日の間で変化可能である。そのような物質の例には、ホルモンエストロゲ
ンおよびテストステロンが含まれる。年齢にともなうエストロゲン減少は、女性
おける骨粗鬆症および心臓血管疾患のリスクの増加に密接に関連している。さら
に、薬理学的エストロゲンによる置換が、心臓血管疾患による死亡率を改善し、
骨粗鬆症骨折のリスクを減少させ、アルツハイマー病から女性を保護する重要な
役割を果たす可能がある。これらの疾患は、非常に大きな社会的インパクトおよ
び費用を要するが、しかしエストロゲン置換による処置は乳がんおよび子宮ガン
の進行を含む副作用の発現のみではなく、皮膚変化、体重変化、鬱を含む他の効
果の発現にも関わる。エストロゲンそれ自身のように効果的であると示されてい
る治療薬は存在しないが、骨、乳または他の組織上で選択的に作用する改変エス
トロゲンを発展させるために、大きな努力が払われてきた（特異的エストロゲン
レセプターモジュレーターまたはＳＥＲＭ類）。生理学的に、制御され、モニタ
された様式で、効果的なエストロゲンを投与するアプローチが魅力的であり、も
っとも効果的な薬物治療であり、それを用いた画期的な治療方法は、大きな利益
を保証する。

制御され、モニタリングされた様式でのテストステロンの送達もまた有用であ
りうる。ＨＩＶを含む、多くの病理学的状態でそうであるように、テストステロ
ンの血清濃度もまた年齢によって減少する。ＨＩＶおよびがんによる消耗、男性
骨粗鬆症および慢性閉塞性肺疾患の処置のためのテストステロン置換方法が浮上
しており、首尾よい回復率および可能性を増強するために、主要な手術の後に、
短期間の制御された投与のために有用でもある。これらの実施様態の実現可能性
は、Ｒｈｅｓｕｓ雌サルおよびヒト女性でのエストラジオール（Ｅ２）の経皮検
出を介して調査する。原型固相Ｅ２検出システム（ＴＥＤ）を、ＴＥＤ中のＥ２
に対する抗体を固定化する経皮パッチ内に組み込むことができ、放射免疫アッセ
イ手順を用いて、ｅｘ−ｓｉｔｕで分析できる。Ｅ２検出システムは、０．１２
５ピコグラム以下で検出可能である。ＴＥＤを、部分的または完全に去勢したメ
スのＲｈｅｓｕｓ雌サル（ｎ＝３）の胸上に、２４時間備え付けることでまず試
験し、プラセボまたは２０ｕｇ／ｋｇエストラジオールベンゾエートで処理する
。ＴＥＤ測定は、高循環Ｅ２濃度を持つサルと、循環Ｅ２を持たないサルを区別
する。ＴＥＤはまた、広範囲の循環Ｅ２濃度（４８〜３８２ｐｇ／ｍｌ）を示し
ている４人の生殖年齢ヒト女性の前腕に塗布することが可能である。ＴＥＤにて
採取されたＥ２は０．０６〜０．５ｐｇにわたり、循環Ｅ２濃度に大まかに比例
する。これらのデータは、ｉｎ ｖｉｖｏ浸透係数４．３＋／−０．５×１０’
５ｃｍ／ｈｒと一致する。

さらなる実施様態において、本発明の携帯式生物医学的モニタリング器具は、
痛みの管理のために使用可能であり、痛みの制御を実施する一方で、細胞毒性を
最小化するために、コデインおよびモルヒネなどの送達の最良の方法を決定する
。

本発明のさらなる実施様態において、ＭＥＭＳに基づく物理療法チップを、正
常および異常環境状態下でのヒトの機能に関連する基礎的生理学的観点を非侵襲
的にモニタリングするために使用できる。体温、パルス率、血圧、および心臓活
性（心電図）のような関連する生理学的データの慎重なモニタリングによって、
極小変化、または異常な振る舞いが、ヒト系に対するストレスの早期指標を提供
可能である。

さらなる実施様態において、受動的、または非侵襲的熱線量測定は、正常の皮
膚バリアの物理または化学的改変なしに使用される。本実施様態は、溶液および
水溶性両方を示している低分子量分析物に関して実用的である。

実験および臨床試験の以下の記述は、本発明の種々の実施様態が、どのように
実施されるかを示すために提供される。本発明のこれらの実施様態の操作を示す
ための好適な分析物が以下で提供される。しかしながら、本発明のシステムおよ
び方法は、本発明の種々の実施様態内でのとても広範囲の分析物の組の分析を考
慮することを認識すべきである。

固定化ニコチン性アセチルコリン受容体（ｎＡＣｈＲ）を基本とするＨＰＬＣ
静止相の開発およびこれらの相の、薬物−受容体相互作用のオンライン測定への
適用
ｎＡＣｈＲ−界面活性剤溶液の調製 ラット総前脳またはトランスフェクト細
胞を、５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ７．４（緩衝液Ａ）中に懸濁し、ブリ
ンクマン ポリトロン（Ｂｒｉｎｋｍａｎｎ Ｐｏｌｙｔｒｏｎ）にて３０秒間
均質化し、４０，０００×ｇにて１０分間、４℃で遠心する。ペレットを、緩衝
液Ａ中の６ｍｌの２％デオキシコール酸、または２％コール酸中に再懸濁し、２
時間攪拌する。混合液を３５，０００×ｇにて３０分間遠心し、ｎＡＣｈＲ−デ
オキシコール酸溶液を含む上清を採取する。

ＭＭ粒子またはスーパーデックス（Ｓｕｐｅｒｄｅｘ）２００ゲルビーズ上で
のｎＡＧｈＲの固定化 乾燥ＩＡＭ粒子を４ｍｌの、ｎＡＣｈＲサブユニットま
たはサブタイプを含む、得られた界面活性剤溶液中に懸濁する。１つのｎＡＣｈ
Ｒサブタイプの固定化のために、ＩＡＭ−界面活性剤−レセプターの混合液を、
室温にて１時間攪拌する。この懸濁液を、２×１Ｌの緩衝液Ａに対して、４℃に
て２４時間透析する。次いで、固定化ｎＡＣｈＲを含むＩＡＭ ＬＣ支持体を緩
衝液Ａにて洗浄し、遠心し、固体を採取する。

６０ｍｇのＬ−α−レシチン（２０％ ホスファチジルコリン）、１０ｍｇ
Ｌ−α−ホスファチジルセリン、および２０ｍｇ コレステロールの乾燥脂質混
合物を、４ｍｌの得られたｎＡＣｈＲ−界面活性剤溶液で可溶化する。ｎＡＣｈ
Ｒ−脂質−コール酸塩溶液を、５０ｍｇの乾燥スーパーデックス２００ビーズと
混合する。懸濁液を、緩衝液Ａに対して、４℃にて２４時間透析する。固定化さ
れなかったリポソームを２，０００×ｇにて緩衝液Ａでの遠心洗浄によって除去
する。

ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ粒子およびｎＡＣｈＲ−スーパーデックス２００ビーズの
懸濁液に対する（［^３Ｈ］−エピバチジン（［^３Ｈ］−ＥＢ）結合をアッセイ：
３０ｍｇ乾燥物質に相当する、ｃＡＣｈＲ−ＩＡＭ粒子、ＩＡＭ粒子、ｎＡＣ
ｈＲ−スーパーデックス２００ゲルビーズおよびスーパーデックス２００ゲルビ
ーズをそれぞれ、緩衝液Ａ １．２５ｍｌに懸濁する。それぞれの懸濁液２５０
ｇｌの分液を、２５０ｇｌの［^３Ｈ］−ＥＢ［１．５ｎＭ］と共に、最終容量２
．５ｍｌで、２４℃、４時間インキュベートする。

実験を、１００μｌの３００μＭ （−）−ニコチンあり、およびなしで実施
する。結合または遊離リガンドを、０．５％ポリエチレンイミンで処理したウィ
ットマン（Ｗｈｉｔｍａｎ）ＧＦ／Ｃフィルターを介して吸引濾過し、分離する
。フィルターに残った放射活性を、溶液シンチレーション計数管にて測定する。
特異的結合を、総結合および非特異的結合間の差として定義する。タンパク質の
量を、ＢＣＡ薬剤（ピアス（Ｐｉｅｒｃｅ，Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ，ＵＳＡ）
）を用いて、５７０ｎｍにて測定して、決定する。

ｎＡＣｈＲ−ＬＡＭカラムまたはｎＡＣｈＲ−リポソーム−スーパーデックス
２００カラムに基づくクロマトグラフィー：ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ粒子またはｎＡ
ＣｈＲ−スーパーデックスゲルビーズを、ＨＲ５／２ガラスカラムに詰め、ＨＰ
ＬＣポンプに連結する。［^３Ｈ］−ＥＢを、マーカーとして使用し、オンライン
流動シンチレーション検出器（５２５ＴＲ）で溶出プロフィールをモニタリング
する。すべてのクロマトグラフィー実験は、室温にて０．４ｍｌ／分の流速で実
施する。

ゾーナルクロマトグラフィー実験において、１００μｌループを使用して試料
をアプライする。クロマトグラフィーデータを、０．５分間隔で合計し、マイク
ロソフト エクセル（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ）プログラムを用いて、
５点移動平均にてなめらかにする。

フロンタルクロマトグラムにおいて、５０ｍｌの試料スーパーループを用いて
、ｎＡＣｈＲカラムを介して［^３Ｈ］−ＥＢ濃度シリーズをアプライし、前部お
よびプラトー領域を示している溶出プロファイルを得る。クロマトグラムデータ
ーを、１分間隔で合計し、１０点移動平均にて、マイクロソフト エクセルプロ
グラムを用いてなめらかにする。

結果：ｎＡＣｈＲサブユニットまたはサブタイプの固定化 トランスフェクト
した細胞の膜から単離した約６３ｍｇのタンパク質、および脳組織から調製した
１４ｍｇのタンパク質を、それぞれ、ＩＡＭ粒子またはスーパーデックス２００
ゲルビーズ、１グラムあたりに固定化する。［^３Ｈ］−ＥＢを用いる受容体結合
アッセイにより、ｎＡＣｈＲ結合活性が、以下の表中で示したような固定化手順
の後に保持されることを示している。併行実験において、［^３Ｈ］−ＥＢの非特
異的結合を、ＩＡＭ粒子およびスーパーデックス２００ゲルビーズ上で検出する
。

α３／β４ ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ静止相でのフロンタルクロマトグラフィー：
［^３Ｈ］−ＥＢの保持容量は、６０ｐＭの濃度にて２３ｍｌである。この遅延
は主に、［^３Ｈ］−ＥＢの濃度が４５０ｐＭまで上昇するときに（図Ｘ、プロフ
ァイルＢ）、８ｍｌまで保持容量が減少したことによって示されるように、受容
体の飽和可能部位への特異的結合のためである。［^３Ｈ］−ＥＢのα３／β４
ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ静止相の結合は、移動相中で公知のα３／β４ ｎＡＣｈＲ
リガンドを用いた競合置換実験にて減少可能である。たとえば、６０ｐＭ ［^３
Ｈ］−ＥＢの保持容量は、６０ｎＭ濃度のｎＡＣｈＲ−リガンド（−）−ニコチ
ンを移動相に加えた時に、２３ｍｌから１８ｍｌまで減少し、（−）−ニコチン
濃度が１０００ｎＭまで増加したときに、０．９ｍｌまで減少する。ディスプレ
ーサーの移動相濃度に対する、［^３Ｈ］−ＥＢの保持容量の減少は、受容体に対
するディスプレーサーの結合親和性を反映する。本技術を用いて、ニコチン薬物
の、α３／β４ ｎＡＣｈＲの相対親和性を、規定のレベルまでの［^３Ｈ］−Ｅ
Ｂの保持容量を減少するのに必要な濃度を測定することにより簡単に分類する。

α３／β４ ｎＡＣｈＲカラム（０．５×１．２５ｃｍ）上において６０ｐＭ
［^３Ｈ］−ＥＢの保持容量を９．５ｍｌから６ｍｌに減少させるために、それ
ぞれ０．１２ｎＭの（±）−ＥＢ、１．７ｎＭのＡ８５３８０、４５ｎＭの（−
）−ニコチン、１，２００ｎＭのカルバコール、または２１，０００ｎＭのアト
ロピンの濃度の移動相を必要とする。本方法によって決定された、これらの薬物
のａ３／（３４ ｎＡＣｈＲに対する相対親和性は、したがって、（±）−ＥＢ
＞Ａ８５３８０＞（−）−ニコチン＞カルバコール＞アトロピンであり、このこ
とは膜ホモジネートを用いたリガンド結合アッセイの結果と一致している。相対
親和性は、以下の表中の得られたデータより計算された関連定数によって分類可
能である。

これらの解離定数（Ｋ_ｄ）値は、膜ホモジネートを用いた結合アッセイにて測
定された値と同一のランクオーダーを示している。アトロピンの低親和性（Ｋ_ｄ
：１７，２００ａＭ）もまた文献値と一致する。

固定化ｎＡＣｈＲサブタイプの異なる特異的結合活性の決定に関するゾーナル
クロマトグラフィー：［^３Ｈ］−ＥＢの結合をまた、α３サブユニットのみ、β
４サブユニットのみ、２つの細胞型の混合物、またはα３／β４ ｎＡＣｈＲを
含むカラム上で、ゾーナル形式にて測定する。α３ ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ（ピー
ク１、図２３ａ）、β４ ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ（ピーク２、図２３Ａ）、および
α３／β４ ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭ（ピーク３、図２３Ａ）上での［^３Ｈ］−ＥＢ
保持は低く、ディスプレーサー、（−）−ニコチンが移動相に含まれる時には保
持容量の有意な変化は認められず、［^３Ｈ］−ＥＢは固定化α３／β４ ｎＡＣ
ｈＲ−ＩＡＭを含むＩＡＭカラム上で保持される（ピーク４、図２３Ａ）。保持
容量は、［^３Ｈ］−ＥＢの濃度が上昇したとき、または（−）−ニコチンが移動
相（ピーク４図２３Ｂの破線）に含まれる時に、減少する。

固定化ｎＡＣｈＲサブタイプの特異的結合活性。 固定化受容体に対する結合
の結果は、［^３Ｈ］−ＥＢおよび（−）−ニコチンが、ｎＡＣｈＲ α４／β２
サブタイプにおいて、α３／β４サブタイプよりも高い結合親和性を持つことを
示しており、これらの結果は、以下の表で示したような、膜ホモジネートを用い
たリガンド結合アッセイより測定された結果と一致している。α４／β２ ｎＡ
ＣｈＲ−リポソーム−スーパーデックス２００カラムから得たＫ_ｄ値は、α４／
β２ ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭカラムを用いて測定したものと同様である。

［^３Ｈ］−ＥＢの結合における移動相のイオン強度およびｐＨの影響： ［^３
Ｈ］−ＥＢの結合親和性における移動相イオン強度およびｐＨの影響を、α３／
β４ ｎＡＣｈＲ−カラムで測定する。移動相のｐＨをｐＨ４．０からｐＨ７．
０に増加させた時、およびｐＨ７．０〜９．５で一定に維持した場合に、保持容
量が増加する。［^３Ｈ］−ＥＢの保持容量は、低イオン強度（５ｍＭ 酢酸アン
モニウム）にてより大きく、移動相のイオン強度が増加する場合に減少する。

ｎＡＣｈＲカラムの安定性および再現性： １つのα３／β４ ｎＡＣｈＲ−
ＩＡＭカラムを、１０日間にわたって連続的に使用し、４℃にて４０日間保存す
る。６０ｐＭ ［^３Ｈ］−ＥＢに対する保持容量は、９．５±０．０５ｍｌ（１
日目より１０日目まで）、および９．７±０．０８ｍｌ（５０日目）である。同
一の濃度でのＥＢの保持容量は、カラム間で異なるが、異なる細胞株バッチより
調製した３つのα３／β４ ｎＡＣｈＲ−ＩＡＭカラムにおいて得られたＥＢお
よび（−）−ニコチンの相対親和力は、以下の表で示したように、再現可能であ
る。
カラムサイズ ＥＢのＫ_ｄ （−）−ニコチンのＫ_ｄ 結合部位
(cm) (nM) (nM) (pmol／mlヘ゛ット゛)
0.5×1.8 0.34±0.04 52±10 7.5±0.2
0.5×1.3 0.27±0.05 88±33 13.5±0.3
0.5×1.7 0.21±0.06 130±45 15.0±0.4

ラット全脳からの、ＩＡＭ支持体上での、固定化ＧＡＢＡＡおよびニコチン性
アセチルコリン受容体の調製： ラット全脳（４脳）を、５ｍＭ ＥＤＴＡ、３
ｍＭベンザミジン、および０．２ｍＭ ＰＭＳＦ（フェニルメチルスルホニルク
ロライド）を含む、３０ｍｌのＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝液［５０ｍＭ、ｐＨ７．４
］中で、ブリンクマンポリトロン（ＢｒｉｎｋｍａｎＰｏｌｙｔｒｏｎ）を用い
て、設定６にて、３×２０秒間均質化させる。混合液を、各均質化段階間で２０
秒間氷浴中に置き、組織の過剰な加熱を防ぐ。均質化された脳組織を、２１，０
００ｒｐｍにて１０分間、４℃で遠心する。上清を、パスツールピペットを用い
て取り除き、廃棄する。ペレットは、ＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝液［５０ｍＭ、ｐＨ
７．４］中の１００ｍＭ ＮａＣｌ、２ｍＭ ＭｇＣｌ_２、３ｍＭ ＣａＣｌ_２
、５ｍＭ ＫＣｌ、２％ Ｎａ−コール酸塩および１０μｇ／ｍｌ ロイペプチ
ンを含む可溶化緩衝液１０ｍｌ中に懸濁させる。得られた混合液を、１２時間、
４℃にて攪拌し、２１，０００ｒｐｍにて遠心する。

上清（受容体−コール酸懸濁液）を、２００ｍｇの乾燥ＩＡＭ−ＰＣパッキン
グ物質と混合し、１時間、２５℃にて穏やかに攪拌し、透析チューブ内に移し、
ＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝液［５０ｍＭ、ｐＨ７．４］中の５ｍＭ ＥＤＴＡ、１０
０ｍＭ ＮａＣｌ、０．１ｍＭ ＣａＣｌ_２および０．１ｍＭ ＰＭＳＦを含む
、３×６００ｍｌの透析緩衝液に対して、４℃にて４８時間透析する。

受容体−ＩＡＭ−ＰＣを、２，０００ｒｐｍにて、４℃で、３分間遠心する。
上清を捨てる。ペレットをＴＲＩＳ−ＨＣｌ緩衝液［５０ｍＭ、ｐＨ７．４］に
て洗浄し、上清が透明になるまで遠心する。得られたペレットを使用してカラム
に充填する。

フロンタルクロマトグラフィーを用いた、固定化ＧＡＢＡＡ受容体（ＧＲ）に
対する結合親和力の測定： ＧＲ−ＩＡＭ粒子を、ＨＲ５／２ガラスカラムに充
填し、ＨＰＬＣポンプに連結する。ＧＡＢＡＡ受容体リガンドである、［^３Ｈ］
−フルニトラゼパム（［^３Ｈ］−ＦＴＺ）をマーカーとして使用し、オンライン
フローシンチレーション検出器（５２５ＴＲ）にて溶出プロファイルをモニタリ
ングする。すべてのクロマトグラフィー実験は、室温にて、０．４ｍｌ／分の流
速で実施する。フロンタルクロマトグラフィーにおいて、５０ｍｌの試料のスー
パーループを使用して、ＧＲカラムを通して、［^３Ｈ］−ＦＴＺ濃度シリーズに
アプライし、前方およびプラトー領域を示している溶出プロフィールを得る。ク
ロマトグラフィーデータを１分間隔で合計し、マイクロソフトエクセルを用いて
、１０点移動平均でなめらかにする。

ＧＡＢＡＡ受容体リガンドジアゼパム（ＤＡＺ）を移動相に加えた場合、［^３
Ｈ］−ＦＴＺの保持容量が、移動相中のＤＡＺの濃度に比例して減少する。これ
らの結果は、ＧＲ−ＩＡＭ上でのＦＴＺの保持が、固定化ＧＡＢＡＡ受容体との
特異的相互作用によるものであることを示している。ＦＴＺおよびＤＡＺの解離
定数（Ｋ_ｄ）をＧＲ−ＩＡＭ上で測定する。フロンタルクロマトグラフィーによ
って得られたＦＴＺおよびＤＡＺの計算されたＫ_ｄは、以下の表で示すように、
古典的な結合アッセイによって測定されたものと一致する。
リガンド フロンタルクロマトグラフィー 結合アッセイ
フルニトラゼパム １．３ １．７
ジアゼパム １．０ １．３

ＥＲ−ＬＢＤの産出および精製 エストロゲン受容体（ＥＲ）は、細胞核受容
体スーパーファミリーの一部分である。これらは５つの異なる領域、Ａ、Ｂ、Ｃ
、Ｄ、およびＥからなる。リガンド結合ドメイン（ＬＢＤ）として知られている
Ｅ領域は、アゴニストおよびアンタゴニストが結合する場所である。ＥＲ−ＬＢ
Ｄは、タンパク質ＡとＬＢＤとの間の融合産物を介して、酵母または微生物にて
発現される。組換えエストロゲン受容体タンパク質の産出を記述する。ヒトエス
トロゲン受容体タンパク質のリガンド結合領域をコードしているＤＮＡ配列（ア
ミノ酸３０２〜５９５）を、テンプレートとして全長ｃＤＮＡを用いてＰＣＲに
よって得る。ＰＣＲ反応の産物をタンパク質のＮ−末端上の６ヒスチジンタグと
インフレームで、ｐＲＳＥＴプラスミド内にサブクローン化する。Ｈｉｓタグが
、微生物タンパク質からのタンパク質の精製のために使用される。プラスミドを
ＢＬ２１コドン＋微生物内に形質導入する。微生物を、標準のＬＢ培地内で、Ｘ
＝６００での光学密度が〜１．５になるまで増殖させる。

微生物を遠心により採取し、さらなる精製まで−８０℃にて冷凍する。微生物
ペレットを、音波処理によって尿素／ＨＥＰＥＳ溶解緩衝液で溶解し、遠心およ
び濾過により精製する。溶解物を、尿素／ＨＥＰＥＳ溶解緩衝液にて先に平衡化
した、５ｍｌのＮｉ−ＮＴＡニッケル親和カラム上にのせる。Ｎｉ−ＮＴＡカラ
ムは６−Ｈｉｓタグにて、タンパク質に選択的に結合する。タグ化していないタ
ンパク質を、尿素／ＨＥＰＥＳ緩衝液にてカラムより洗浄して切除する。エスト
ロゲンレセプターを、緩衝液をＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）緩衝液に徐々に変
更することで、カラム上でリホールドさせる。最後に、エストロゲン受容体タン
パク質を、Ｎｉ−ＮＴＡカラムに結合することに関して、Ｈｉｓタグと競合する
、イミダゾールを含むＰＢＳ緩衝液にて溶出する。エストロゲン受容体タンパク
質を含む画分を、ゲル電気泳動およびゲルコードブルー（Ｇｅｌｃｏｄｅ Ｂｌ
ｕｅ）での染色によって、およびヒトエストロゲン受容体に対する抗体を用いた
ウエスタンブロット解析によって、測定する。精製されたタンパク質の濃度を、
ビシンコニニック酸（ＢＡＣ）タンパク質アッセイを介して測定する。

ＥＲ−ＬＢＤの結合活性 融合タンパク質の活性を測定するために、結合アッ
セイを実施する。デキストランコートチャコールを用いた、古典的方法をまず使
用し、タンパク質の活性を与える。しかしながら、本方法を、融合タンパク質を
単離するために、ニッケル−ＮＴＡアガロースビーズを用いて改良する。およそ
２００ｐモルのタンパク質をチューブ毎に入れる。総結合に関して、種々な濃度
の［^３Ｈ］−エストラジオールを加え、非特異的結合に関しては、放射標識エス
トラジオールの添加の前に、２００倍過剰の冷エストラジオールを加える。溶液
を室温にて２時間インキュベートする。インキュベートの後、ニッケル−ＮＴＡ
を加える。１回洗浄したのち、タンパク質をイミダゾールで置換する。Ｋ_ｄはお
よそ３．４ｎＭ（数回の実験の平均Ｋ_ｄ）であると測定する。エストラジオール
は、天然のＥＲ（０．２ｎＭ）に対して、わずかに強い親和性を持ち、これで十
分である。

ＥＲ−ＬＢＤの固定化 単離した融合タンパク質の初期固定化を、シリカを基
にした固定化人工膜、ＩＡＭ．ＰＣを用いて実施する。本膜は、シリカコアを含
み、これは極性頭基で、疎水性スペーサーに連結する。これらの膜上へのタンパ
ク質の固定化に関する手順は、本技術分野で公知である。種々の濃度のＩＡＭを
使用し、固定化に関する最適条件を決定する。２５ｍｇのＩＡＭが３５％取り込
みで、最適であることが決定される。

しかしながら、活性の試験において、［^３Ｈ］−エストラジオールは、タンパ
ク質に結合するのみではなく、膜の疎水性層にも結合することが明らかになって
いる。溶液中のエタノール濃度を増加させることでは、膜への結合を有意に減少
させることはできない。より親水性である改変ＩＡＭ静止相、ＩＡＭ−ＭＧを用
いることでのみ、非特異的結合を減少させることができる。

ついで、ＥＲ−ＬＢＤを、シリカ骨格および疎水性スペーサーを含む新規カラ
ムフォーマットにて固定化する（Ｃ１０）。ＥＲ−ＬＢＤを固定化し、その結合
活性を維持し、一方で［^３Ｈ］−エストラジオールの非特異的結合は、カラムの
効果な使用のため未だに高い。Ｃ１０スペーサーを、親和性スペーサーに置換し
、［^３Ｈ］−エストラジオールの非特異的結合を切除し、ＥＲ−ＬＢＤ−ＳＰカ
ラムを合成する。

次いで、エストラジオールマーカーリガンドのＫ_ｄを、ＥＲ−ＬＢＤ−ＳＰカ
ラムを用いて、オンラインで測定する。ＥＲ−ＬＢＤ−ＳＰカラムを、オンライ
ンフローシンチレーションモニタリング（ｋａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ ＦＬＯ−Ｏ
ＮＥ Ｂｅｔａ５００ ＴＲ器具、パッカードインストルメント社（Ｐａｃｋａ
ｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏ．，）、Ｍｅｒｉｄｉｅｎ、ＣＴ）に連結し
、室温にて９７．５分間、０．２ｍＬ／分の流速で行う。システムのセットアッ
プは、Ｚｈａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，「薬物−受容体親和性のオンライン溶液クロ
マトグラフィー測定のための固定化ニコチン性受容体静止相（Ｉｍｍｏｂｉｌｉ
ｚｅｄ Ｎｉｃｏｔｉｎｉｃ Ｒｅｃｅｐｔｏｒ Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｐｈ
ａｓｅ Ｆｏｒ Ｏｎ−Ｌｉｎｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ
ｉｃ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｒｕｇ−Ｒｅｃｅｐｔｏｒ Ａｆ
ｆｉｎｉｔｉｅｓ）」、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．２６４，２２（１９９８）
にて記述されたようなものである。冷エストラジオール（０〜７ｎＭ）の濃度範
囲を含む、０．５ｎＭ ［^３Ｈ］−エストラジオール（［^３Ｈ］−Ｅ２）の１８
ｍＬ試料を、フロンタルクロマトグラフィーにかける。溶出容量データを使用し
て、リガンドの解離定数を計算する。エストラジオールのＫ_ｄ値を、一部位結合
式：Ｙ＝Ｂｍａｘ［Ｅ２］ｔｏｔａｌ／（Ｋ_ｄ＋［Ｅ２］ｔｏｔａｌ）を用いて
、プリズム（Ｐｒｉｓｍ）（グラフパッドソフトウェア（ＧｒａｐｈＰａｄ Ｓ
ｏｆｔｗａｒｅ））での非線形回帰によって計算する。エストラジオールのＫ_ｄ
値を、先に（０．１８９±０．０６）ｎＭであると記述されたように計算する。
放射活性シグナルを、オンラインフローシンチレーション検出器によって６秒間
ごとに記録する。

ＥＲ−ＬＢＤの調製： 組換えＥＲ−ＬＢＤを上述したようにして得て、精製
する。

ＥＲ−ＬＢＤの固定化：次いでＥＲ−ＬＢＤをマイクロマシンキャピラリー内
に固定化する。固定化は、ジシクロへキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）を用いた
、シリカチップ上のシラノール基の活性化、ついで活性化した表面への、遊離カ
ルボキシル基でのＣ２スペーサーのカップリングによって行う。ついでＥＲ−Ｌ
ＢＤを、シリカゲルビーズからなる溶液クロマトグラフィー静止相での先行試験
において開発した手順を用いて、誘導した表面に結合させる。微小チャネルの表
面上に固定化されたタンパク質の量を、微小チャネルへの曝露前および後に結合
溶液のタンパク質含量の分析によって測定する。

ＥＲ−ＬＢＤの固定化に対する初期実験アプローチが首尾よくいかない場合、
以下の手順を調査する。１）シリカ表面でのシラノール基の活性化の間に問題が
ある場合、ＤＣＣを、ジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）に置換する、２）問
題がＣ２スペーサーより発生する場合、Ｃ３〜Ｃ４スペーサーを試験する、３）
問題が、新規表面への固定化にて存在する場合、エポキシド活性化アプローチを
、Ｊ．Ｂ．Ｗｈｅａｔｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，「エポキシド活性化支持体上への
アフィニティリガンドの塩誘導固定化（Ｓａｌｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｉｍｍｏｂ
ｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｆｆｉｎｉｔｙ ｌｉｇａｎｄｓ ｏｎｔｏ ｅ
ｐｏｘｉｄｅ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔｓ．）」、Ｊ．Ｃｈｒｏｍ
ａｔｏｇｒ．Ａ，８４９，１（１９９９）、Ｄ．Ｚｈｏｕ，ｅｔ ａｌ．，「バ
イオポリマーの分析および精製に関する膜アフィニティクロマトグラフィー（Ｍ
ｅｍｂｒａｎｅ ａｆｆｉｎｉｔｙ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ
ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｐｏｌｙ
ｍｅｒｓ）」、Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉａ，５０，２７（１９９９）にて
記述されたような方法、またはＬ．Ａ．Ｐａｉｇｅ，ｅｔ ａｌ．，「エストロ
ゲン受容体（ＥＲ）モジュレーターは、それぞれ、ＥＲαおよびＥＲβにおける
異なる立体配座変化を誘導する（Ｅｓｔｒｏｇｅｎ ｒｅｃｅｐｔｏｒ （ＥＲ
） ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ｅａｃｈ ｉｎｄｕｃｅ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｃｏ
ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ＥＲα ａｎｄ ＥＲβ）
」、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，９６，３９９９（１９９９）にて
記述されたようなストレプトアビジン−ビオチン化を用いるアプローチによって
調査する。

固定化ＥＲ−ＬＢＤの結合活性： 固定化ＥＲ−ＬＢＤの結合活性を、［^３Ｈ
］−エストラジオール（リン酸緩衝液［０．１Ｍ、ｐＨ７．４］中で０．００５
ｎＭ）（リン酸緩衝液［０．１Ｍ、ｐＨ７．４］中で０．００１〜０．００５０
ｎＭの範囲を産出する濃度範囲の冷エストラジオールを含む、［^３Ｈ］−Ｅ２）
を用いて測定する。［^３Ｈ］Ｅ２を含む溶液を、固定化ＥＲ−ＬＢＤ、固定化支
持体（ＥＲ−ＬＢＤなし、陽性対照）および露出マイクロチャネル（陰性対照）
を含むマイクロチャネルにアプライする。マイクロチャネルを含む溶液を、室温
にて３０分間インキュベートする。次いでこのチャネルを、リン酸緩衝液［０．
１Ｍ、ｐＨ７．４］にて３回洗浄し、洗浄液を採取し、シンチレーション検出器
を用いて［^３Ｈ］−Ｅ２含量に関してアッセイする。Ｅ２のＫ_ｄ値を、一部位結
合式：Ｙ＝Ｂｍａｘ［Ｅ２］ｔｏｔａｌ／（Ｋ_ｄ＋［Ｅ２］ｔｏｔａｌ）を用い
て、Ｐｒｉｓｍ（グラフパッドソフトウェア）にて、非線形回帰によって計算す
る。観察された結合親和性および結合の含量を、非固定ＥＲ−ＬＢＤの当量濃度
を用いて実施した併行結合試験からのデータと比較する。これらの試験により、
固定化受容体を特性化するのに使用する、結合親和性／ｍｇ固定化ＥＲ−ＬＢＤ
指数（ＢＡＩ）が産出される可能性がある。

固定化の最適化および再現性： ＥＲＬＢＤの固定化を、ＥＲ−ＬＢＤ濃度、
反応時間、温度および固定化で使用した化学物質の効果を調査することで最適化
する。変数のそれぞれを、段階的最適化アプローチにて独立して調べる。それぞ
れの反復結果を、ＢＡＩを用いて評価する。一旦最適固定化手順が決定されたな
らば、本手順の日内および日間再現性を測定する。１０％以下のバラツキが許容
可能であると判断される。もし初めに決定された「最適」条件下でこのバラツキ
が満たされない場合、他の規定の状態を、変数を選択する時にＢＩＡを用いて調
べる。

固定化ＥＲ−ＬＢＤチップの定量および検出の限界の決定： エストラジオー
ルリガンドを、フルオレセイン−５−マレイミドにて誘導化し、臨床パッチにて
使用するフルオレセント−リガンド｛Ｅ２−ＦＭ｝を産出する。このフルオレセ
ント−タグが十分な感度を産出しない場合、他の薬剤を使用する。固定化ＥＲ−
ＬＢＤチップを懸濁させ、次いでＥ２を含む溶液との表面接触に使用する。Ｅ２
溶液の濃度を、初期濃度０．０５０ｎＭから、Ｅ２−ＦＭの置換が観察されなく
なるまで段階希釈する。λｅｘ＝４８８ｎｍおよびλｅｍ＝５２０ｎｍにて測定
された光学密度を、試験溶液のＥ２濃度に対してプロットして、標準曲線を構築
する。標準日内および日間バリデーション試験を行い、測定の再現性、定量の下
限および検出の下限を確立する。一旦これが確立されたならば、本チップは臨床
試験に対して準備ができる。

ＡＲ−ＬＢＤの調製： アンドロゲン受容体リガンド結合ドメイン｛ＡＲ−Ｌ
ＢＤ｝融合タンパク質を、公知の手順にしたがって産出し、精製する。一旦タン
パク質が発現し、精製したならばＡＲ−ＬＢＤの結合親和性を、ＥＲ−ＬＢＤに
関して記述した手順にしたがって従来の方法によって測定する。

固定化ＡＲ−ＬＢＤチップの調製およびその活性のバリデーション： ＡＲ−
ＬＢＤの固定化、固定化ＥＲＬＢＤの結合活性の測定、定量限界および検出限界
の決定および初期の臨床的バリデーションをＥＲ−ＬＢＤで得られた結果に基づ
いて行う。

タンパク質をＥＲ−ＬＢＤと同様の方法で固定化し、Ｋ_ｄ値をフロンタルクロ
マトグラフィーにより測定する。カラムの安定性の測定も行う。

これらのレセプターの固定化により、エストロゲンおよび／またはアンドロゲ
ンレセプター上における、生物学的に活性／非活性な化合物の存在を速やかにス
クリーニングし、決定することが可能になる。

組換えＥＲ−ＬＢＤを上記のように得て、精製する。

ＥＲ−ＬＢＤの固定化：ＥＲ−ＬＢＤについて上記した手順にしたがってＡＲ
−ＬＢＤを固定化する。

本明細書に記載の臨床試験により、バリデート済みの血漿アッセイと比較した
、経皮的なサンプリングによるエストロゲンおよびテストステロンの測定法の分
析精度および確度を測定する。許容可能な検出限界および定量限界、ならびに許
容可能なバラツキの日内および日間係数を持つ、エストロゲンおよびテストステ
ロンのバリデート済みの血漿ＥＬＩＳＡアッセイを、以下に詳述した４つの試験
において述べた臨床状況におけるアッセイと比較するために用いた。

臨床試験１：閉経前および閉経後の女性における、血漿中および間質液中エス
トロゲン濃度相関のパイロット試験
エストロゲン測定のための経皮サンプリングの分析感度をバリデートするため
に、エストロゲン含有する薬剤を服用していない月経のある健常女性８人および
閉経後の健常女性８人について、血漿中または間質液中エストロゲン濃度を２ヶ
月間測定する。血漿中エストロゲン濃度を、臨床現場でルーチンに用いられてい
るバリデート済みの臨床ＥＬＩＳＡアッセイにより測定する。これらの濃度をＨ
Ｗモニタリング装置を用いてエストロゲンレセプターベースのアッセイにより測
定した間質液中濃度と比較する。血漿中および間質液中濃度を、月経のある女性
については月経の終わりから１０日後までの期間、閉経後女性については任意の
１０日以上の期間、毎日測定する。

２つの群の女性を採用する：閉経前で、月経歴からみて月経周期が正常である
女性８人からなる群、および閉経期を過ぎた女性８人からなる群。

組入れ基準 群１：２１歳以上４０歳未満の女性。群２：５５歳以上７５歳未
満の女性。全ての女性が以下の要件を満たすこととする。（１）エストロゲン様
作用を引き起こすような処方薬剤または天然製品（例えばチョウセンニンジン、
ｂｌａｃｋ ｋｏｈｏｓｈ）を服用していないこと、（２）完全血球計測、血清
化学検査（Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ、ＨＣＯ_３、ＢＵＮ、グルコース、およびクレアチニ
ン）に関して臨床的に正常な検査値を持つこと、および臨床的に正常な肝臓酵素
プロファイル、ＳＧＯＴ、ＳＧＰＴ、アルカリホスファターゼおよびビリルビン
を示すこと、（３）本プロトコールに記載のインフォームドコンセントを理解し
、署名する能力があること。

除外基準 以下の者は本試験から除外する。（１）喫煙者、（２）血清ＳＧＯ
Ｔ、ＳＧＰＴまたはビリルビンが正常な臨床検査値範囲を超えること、または血
清クレアチニンが１．５ｍｇ／ｄＬを超えることで示される肝機能障害または腎
機能障害をもつ者、（３）尿薬物スクリーニング検査で陽性を示す者、（４）ヒ
ト免疫不全ウイルスまたは肝炎に対し陽性である被験者、（５）試験開始３０日
以内に治験薬を摂取した被験者、（６）投薬前３０日以内に、メディケーション
を誘発または阻害するような任意の酵素（例、ラファンピン、フェニトイン）を
摂取している被験者、および（７）治験責任医師の意見において、プロトコール
の要件に不遵守の被験者。

制限としては、被験者に以下のことを禁止する（１）投与前２週間、任意の処
方薬剤を服用すること、（２）少なくとも試験第１日目の４８時間前から最終の
採血後まで、カフェインおよび／またはキサンチン含有製剤およびアルコールを
摂取すること、（３）喫煙、（４）測定装置のズレを防ぐために、試験実施中の
激しい運動。

被験者が一旦試験に参加することに同意すれば、以下の手順を実施する。スク
リーニング手順は試験開始から２１日以内に実施し、それには病歴の聴取および
身体検査、組入基準および除外基準の確認、血液および尿試料採取、血液検査、
血清化学検査、肝臓酵素、ＨＩＶおよびＢ型肝炎およびＣ型肝炎に関する血液分
析、および薬物濫用スクリーニングのための尿試料分析が含まれる。

本試験への組入れに続いて、被験者に以下の処置を行う。被験者は朝約９時に
試験実施機関に集合する。閉経後の女性に関しては正確な日付は重要でないが、
月経がある女性に関しては各自の規則的周期の最終日についての報告を求める。
この時点ではエストロゲン値は低く、分析の検出限界をおおまかに検査できる。
バイタルサイン（心拍数、呼吸数、血圧および体温）を記録する。携帯式の生物
医学モニタリング装置を前腕に取り付け、テープでしっかりと接着する。モニタ
の下側の、目立たない小さな針で皮膚に５０ミクロンのカテーテルを挿入し、そ
こから記録する。記録している間モニタを確認する。バイタルサイン（心拍数、
呼吸数、血圧および体温）を記録する。

エストロゲン測定のために、被験者が仰臥位にて、静脈血の一試料（５ｃｃま
たはティースプーン１杯）を前腕から採血する。最適時間を試験するために、０
．２５、０．５、１、１．５、２、３、６、および８時間でエストロゲンを測定
するように装置を設定する。最初の採取から４時間後、および８時間後に、さら
に血液試料を採取する。テープと装置を外す。そこで患者は退院し、次の日の朝
９時に再集合するまで家に帰ってよい。この手順を続く９日間繰り返し、被験者
それぞれに対し計１０日行う。

血液サンプリング日程 １日目〜１０日目に、上記の方法でＥＤＴＡを含むバ
キュテーナー中に５ｍＬの静脈血を採取する。スクリーニングおよびエグジット
試料を含む本試験過程中に採取した血液の総数は、３５（３０は試験のための採
血、５は血液検査、清化学検査、肝臓酵素、ＨＩＶおよび肝炎それぞれのスクリ
ーニングのための採血）であり、採血の総量は２００ｍＬ以下である。

バイタルサイン（心拍数、呼吸数、血圧および体温）は、装置の装着前後、お
よび１日目〜１０日目の採血の前後に測定する。

患者には、装置を装着している腕に顕著な刺激があるときは報告することを奨
励する。担当医は、本試験に参加している被験者の、複数回の採血による皮膚の
挫傷または感染に関した懸念に絶えず応じられるようにする。

血漿ＥＬＩＳＡを用いて測定したエストロゲン濃度を、携帯式生物医学的モニ
タを用いて得られた値と比較する。有意性ｐ＜０．０５で相関係数が＞０．８で
あれば、測定値を有効とする。

男性の血漿中および間質液中テストステロン濃度相関のパイロット試験
２１歳〜７０歳の、薬剤を何も摂取していない健常男性１０人について、バリ
デート済みの血漿アッセイと携帯式生物医学的モニタリング装置を用いた経皮的
サンプリングの両方の方法で、５日間続けて血漿中および間質液中テストステロ
ン濃度を測定する。

組入基準 ２１歳以上７５歳未満の男性。全ての男性は以下の要件に従ってい
なければならない。（１）テストステロン様作用を引き起こす任意の処方薬剤ま
たは天然製剤（例えば、アンドロステンジオンまたはＤＨＥＡ）を服用していな
いこと、（２）完全血球計測、血清化学検査（Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ、ＨＣＯ_３、ＢＵ
Ｎ、グルコース、およびクレアチニン）に関して臨床的に正常な検査値を持つこ
と、および臨床的に正常な肝臓酵素プロファイル、ＳＧＯＴ、ＳＧＰＴ、アルカ
リホスファターゼおよびビリルビンを示すこと、および（３）本プロトコールに
記載のインフォームドコンセントを理解し、署名する能力があること。

除外基準 以下の者は本試験から除外する。（１）喫煙者、（２）血清ＳＧＯ
Ｔ、ＳＧＰＴまたはビリルビンが正常な臨床検査値範囲を超えること、または血
清クレアチニンが１．５ｍｇ／ｄＬを超えることで示される肝機能障害または腎
機能障害をもつ者、（３）尿薬物スクリーニング検査で陽性を示す者、（４）ヒ
ト免役不全ウイルスまたは肝炎に対し陽性である被験者。

制限として、被験者に以下のことを禁止する。（１）喫煙、および（２）測定
装置のズレを防ぐために、試験期間中の激しい運動。

被験者が一旦試験に参加することに同意すれば、以下の手順を実施する。スク
リーニング手順は試験開始から２１日以内に実施し、それには病歴の聴取および
身体検査、組入れ基準および除外基準の確認、血液および尿試料採取、血液検査
、血清化学検査、肝臓酵素、ＨＩＶおよびＢ型肝炎およびＣ型肝炎に関する血液
分析、および薬物濫用スクリーニングのための尿試料分析が含まれる。

本試験への組入れに続いて、被験者に以下の処置を行う。被験者は朝約９時に
試験実施機関に集合する。バイタルサイン（心拍数、呼吸数、血圧および体温）
を記録する。携帯式生物医学モニタリング装置を前腕に取り付け、テープでしっ
かりと接着する。モニタの下側の、目立たない小さな針で皮膚に５０ミクロンの
カテーテルを挿入し、そこから記録する。記録している間モニタを確認する。バ
イタルサイン（心拍数、呼吸数、血圧および体温）を記録する。

テストステロン測定のために、被験者が仰臥位にて、静脈血の一試料（５ｃｃ
またはティースプーン１杯）を前腕から採血する。最適時間を試験するために、
０．２５、０．５、１、１．５、２、３、６、および８時間でエストロゲンを測
定するように装置を設定する。最初の採血から４時間後および８時間後に、さら
に採血する。テープと装置を外す。そこで患者は退院し、次の日の朝９時に再集
合するまで家に帰ってよい。この手順を続く４日間繰り返し、被験者それぞれに
対し計５日行う。

１日目〜５日目に、上記の方法でＥＤＴＡを含むバキュテーナー中に５ｍＬの
静脈血を採取する。スクリーニングおよびエグジット試料を含む本試験過程中に
採取した血液の総数は、２０（１５は試験のための採取、５は血液検査、清化学
検査、肝臓酵素、ＨＩＶおよび肝炎それぞれのスクリーニングのための採血）で
あり、採血の総量は２００ｍＬ以下である。

バイタルサイン（心拍数、呼吸数、血圧および体温）は、装置の装着前後、お
よび１日目〜５日目の採血前後に測定する。

患者には、装置を装着している腕に顕著な刺激があるときは報告することを奨
励する。医者は、本試験に参加している被験者の、複数回の採血による皮膚の挫
傷または感染に関した懸念に絶えず応じられるようにする。

血漿ＥＬＩＳＡを用いて測定したテストステロン濃度を、携帯式生物医学的モ
ニターを用いて得られた値と比較する。有意差ｐ＜０．０５で相関係数が＞０．
８であれば、測定値を有効とする。

第３臨床試験の目的は、健常ボランティアの閉経後女性に対して適切な濃度の
エストロゲンを投与し、その結果としての濃度を測定することである。エストロ
ゲンは、以上で定義したようなモニタの最適なマシン設定を用いたベースライン
値測定のために３日作動させた後、３日間にわたってマイクログラムパルスで投
与する。

第４臨床試験の目的は、５５歳〜７５歳の、健常ボランティアの男性に適切な
濃度のテストステロンを投与し、その結果としての濃度を測定することである。
テストステロンは、投与前に男性のベースライン時テストステロン濃度を測定す
るのに３日作動させた後、５日間にわたりマイクログラムパルスで投与する。得
られる濃度は以上で定義した分析規格を用いて測定する。

上記で引用した患者、公表論文、および参考文献は、本明細書でそのそれぞれ
の全体が、参考文献にて組み込まれている。

本明細書の教義を考慮して他の実施様態をすぐに企図してよいことは、当業者
にとって明白であろう。そのような他の実施様態は、特別に記載しなくとも、本
発明の範囲および精神内に含まれる。このように、本発明は上記の特別な実施様
態に限定されると解釈されるべきではなく、単に以下の請求項により定義される。

Claims (1)

1. 本願明細書に記載された発明。

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