JP2014533829A - グルコースセンサーの較正 - Google Patents

Abstract

グルコースセンサーの較正方法であって、（ａ）水又は水溶液とα及びβ−グルコース、該α及びβ−グルコースは固体で提供される、を混合することにより第１のグルコース含有較正溶液を調製し、（ｂ）グルコースセンサーを前記第１のグルコース含有較正溶液に曝露し、センサーの出力を決定し、（ｃ）互いに異なる、及び該第１のグルコース含有較正溶液とは異なるグルコース濃度を有する一つ以上のさらなる較正溶液にグルコースセンサーを曝露し、その又は各々の較正溶液についてのセンサーの出力を決定し、及び、（ｄ）ステップ（ｂ）及び（ｃ）で収集されたセンサーの出力データから較正曲線を決定する、ここで、ステップ（ａ）の前記第１のグルコース含有較正溶液、及びステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有較正溶液、及び使用しているのであれば、ステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有構成溶液を、２５から５０％のα−グルコース及び５０から７５％β−グルコースを使用して調製し、及び、ステップ（ａ）の第１のグルコース含有較正溶液、及び使用しているのであれば、ステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有較正溶液を、水又は水溶液と凍結乾燥グルコースを混合することにより調製する、上記方法。

Description

本発明はグルコースセンサーの較正方法に関し、またその方法に用いるための較正キット、及びこの方法により較正することができるセンサーキットに関する。

医療分野におけるグルコースセンサーの利用はよく行きわたっている。一般家庭での糖尿病患者の血液グルコース濃度の定期的なモニタリング、及び集中治療室でのグルコースモニタリングの使用が、二つの主要な例である。グルコースセンサーの開発における一般的な目的は、グルコース濃度に比例するデジタルの電子信号を生成することである。センサーは普通、２つの主要な構成要素、即ち、グルコースと（理想的には、特異的に）反応し又は複合体形成して新しい化学的又は生物学的な生成物を形成するか、又は第二の構成要素、トランスデューサにより検出することができるエネルギーの変化を生じる化学的又は生物学的部分を含む。その化学的／生物学的部分は、グルコースの受容体／検出器として機能すると言うことができる。様々な変換方法が使用でき、それには、電気化学的（例えば、電位差測定的、電流滴定的、電導滴定的、インピーダンス測定的）、光学的及び熱量測定的方法が含まれている。変換後、信号は一般的に電子デジタル信号に変換される。

分析物と化学的／生物学的に反応することにより生じた信号は、一般的には、その分析物の濃度に依存するだけでなく、センサーそれ自体の特性にも依存する。そのようなセンサーは定量的に使用される前に通常は較正を要する。信号が分析物の濃度とともに変化する仕方によって、較正曲線（信号対分析物濃度）の形状が決まり、較正点の数を規定する。典型的な較正曲線は二次曲線状、直線状、指数関数状、Ｓ字形状などであることができ、較正の原理は、全ての化学的又は生物学的センサーのための変換のすべての方法論にあてはまる。

較正曲線に影響を及ぼし得るセンサー特性の中には、時間とともに変化するものがあるので（エイジング効果）、理想的には、センサーはその使用の直前に較正されるべきである。センサーの製造と使用の間には数ヶ月以上の時間がある可能性があるため、製造時点の較正は最終結果に不正確さを導くことがある。これは付き添いの臨床医又は看護師、又はホームユーザが較正それ自体を実行する必要があることを意味する。利用者遵守を最大化するために、較正プロセスは実行するのに単純であるべきであり、その較正をする人に見えず、素早く完結することが理想的である。

典型的な較正技術として現在使用されるものは、センサーを、異なる、しかし既知の、グルコース濃度（それらのうち１つはゼロである場合がある）を有する３つの溶液内に挿入し、それぞれの溶液について読み取り、較正曲線を生成することを必要とする。グルコースは無菌化するときに水溶液中で分解する傾向があるため、一般的にグルコース溶液は水又は生理食塩水のような溶液にグルコースの固体を添加することにより、較正の時に調製されなければならない。それゆえに全ての較正プロセスは複雑であり時間を要するものである。多くの現在利用可能なグルコースセンサーの較正は完了するために２５分以上かかることがある。したがって、グルコースセンサーのためのより速い較正技術が、利用者遵守の改善のためにも、必要である。

本発明者らは、グルコースセンサーの較正に必要とされる時間を、特定の方法で較正溶液を調製することにより短縮することができることを発見した。具体的には、その較正溶液はα及びβ−グルコースを水又は水溶液に添加することにより調製される。

よく知られているように、グルコース（特に、Ｄ−グルコース）は二つの主要な形状（異性体、より詳しくは、アノマー）で存在し、それらはα及びβ形状と呼ばれる。水溶液中では、それらの２つの形状はグルコース分子の変旋光により平衡である。それら二つの形状の比の結果は約６４：３６（β：α）である。固体状態では、しかしながら、グルコースは一般的にはα形状で提供される。これはα−グルコースが水又は水溶液に添加されるとき、二つの形状が平衡するのに一定の時間がかかる（完全平衡には数時間かかる）ことを意味する。

グルコースセンサーはグルコースに対して親和性を有する受容体を含む。そのような受容体はまた、α又はβ形状のいずれかに対して、より高い親和性を有する可能性があり、一般的には有する。これは、水にα−グルコースを添加する通常の技術により較正が実施されるとき、得られた溶液中でのセンサーシグナルが安定する率は変旋光の率に依存することを意味する。

本発明者らは、水又は水溶液にα及びβ形状の両方を添加することにより、グルコースセンサーの較正溶液を調製することにより、センサーシグナルの安定率及びそれゆえに較正の率を減少させることが可能となることを示した。

さらに、本発明者らは、Ｄ−グルコースの平衡溶液を凍結乾燥することにより、結果として固体状態で維持されているα及びβ−グルコースの平衡比を得ることを見出した。標準的に、グルコースの水溶液を蒸発濃縮するとき、得られる個体はα形状が支配的である。それゆえ、凍結乾燥は正確なアノマー比でＤ−グルコースを保持し、溶解するときに簡単に平衡状態の溶液を提供することができる簡単な方法である。

本発明は、グルコースセンサーの較正の方法を提供し、その方法は、
（ａ）水又は水溶液とα及びβ−グルコース、ここで該α及びβ−グルコースは固体で提供される、を混合することにより第１のグルコース含有較正溶液を調製し、
（ｂ）グルコースセンサーを該第１のグルコース含有較正溶液に曝露し、センサーの出力を決定し、
（ｃ）互いに異なる及び該第１のグルコース含有較正溶液とは異なるグルコース濃度を有する一つ以上のさらなる較正溶液にグルコースセンサーを曝露し（該異なるグルコース濃度は任意にゼロである）、その又は各々の較正溶液についてのセンサーの出力を決定し、及び、
（ｄ）ステップ（ｂ）及び（ｃ）で収集されたセンサーの出力データから較正曲線を決定することを含み、
ここで、ステップ（ａ）の第１のグルコース含有較正溶液、及び、使用しているのであれば、ステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有較正溶液を、２５から５０％のα−グルコース及び５０から７５％のβ−グルコースを使用して調製し、及び、ステップ（ａ）の第１のグルコース含有較正溶液、及び、使用しているのであれば、ステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有較正溶液を、水又は水溶液と凍結乾燥グルコースを混合することにより調製する。

ステップ（ｃ）は、ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の前に又は後で実施してもよい。

また、
− 水又は水溶液を含む第１区画（１）、
− 凍結乾燥グルコース（即ち、固形）を含む第２区画（２）、及び、
− 固形のグルコースを含む任意の第３区画（３）、を含む較正キットであって、
第２及び第３の区画の少なくとも一つはα−グルコースを含み、及び、第２の及び第３の区画のうち少なくとも一つはβ−グルコースを含み、及び、第１の区画はグルコースを含む区画から水不浸透性の分画素材により分離されている、
上記較正キットも提供される。

グルコースセンサー及び本発明の較正キットを含むグルコースセンサーキットもまた提供される。

図１は、２点較正を実施するための本発明の較正キットを図示している。

図２は、３点較正を実施するための本発明の較正キットを図示している。

図３は、本発明に用いるグルコースセンサーを図示している。

図４は、本発明によるセンサーキットを図示している。

図５は、α−Ｄ−グルコース、β−Ｄ−グルコース、α−Ｄ−グルコースとβ−Ｄ−グルコースの３６：６４混合物、及び凍結乾燥グルコースの固形のサンプルに対する光学的なグルコースセンサーの応答を示している。

較正方法
較正は２点較正で実施することができ、２つのデータポイントを使用して較正曲線を生成するが、より一般的には３つ以上のデータポイントを使用して実施する。これらのデータポイントのうち、１つは一般的には被分析物濃度ゼロを用いて生成する。本発明では、主としてこれらのデータポイントのうちの１つとしてグルコース濃度ゼロのものを用いる標準的な３点較正を参照して記述する。しかしながら、本発明は２点較正若しくは４またはそれ以上の点構成を同等に用いることができ、及び、較正点の一つとしてグルコース濃度ゼロを用いることが必須ではないことは理解されるべきである。

本発明の方法は、２つ以上の、一般的には３つの、異なるグルコース濃度を有する較正溶液を提供することを含む。各較正溶液の必要な調製に従って、その較正溶液の存在下でセンサーシグナルは安定させられ、センサー出力の読み取りが行われる。適切な較正アルゴリズムは、その後、較正曲線を生成するために用いられる。当業者はこの方法で較正曲線を生成するアルゴリズムを用いることをよく知っているはずである。

それぞれの較正溶液は異なるグルコース濃度を有するべきである。当業者は各々の溶液についてグルコースの適切な濃度を決定することができるであろう。一般的な濃度は、ゼロ及びセンサー、特にグルコース濃度の上昇とともに線形の応答を示すセンサーにより計測しやすい濃度の上限値及び下限値の濃度を含むべきである。しかしながら、較正の目的を果たすために使用されるその他の濃度もまた使えるということは、当業者にとって速やかに理解されるであろう。較正濃度はそれゆえに一般的に較正定数の精度を最大化するように選択される。

集中治療の又は糖尿病の患者に用いるグルコースセンサーの較正の例において、１つの較正溶液は一般的にはゼロ濃度を有し、一方で、第２及び第３の較正溶液は一般的には、例えば、それぞれ５ｍｍｏｌＬ^−１及び１０ｍｍｏｌＬ^−１の濃度を有する。代替的な濃度は、しかしながら、センサーの使用末端に依存して選択することができる。用いられる水又は水溶液の体積、及びグルコースの量は、較正溶液の望ましい最終濃度に従って選択されるべきである。

少なくとも１つの、好ましくは少なくとも２つ、より好ましくは全てのグルコース含有較正溶液は、水又は水溶液と固形グルコースを混合することにより、一般的には使用の際に調製される。水又は水溶液は純水、生理食塩水又は等張液であることができる。等張液が好ましい。グルコースはα及びβ−グルコースの両方を含む。グルコースの形状の両方とも商業的に入手可能である。例えば、β−グルコースはＴＣＩヨーロッパＢＶ（製品コードＧ００４７、ＣＡＳ番号２８９０５−１２−６）及び、ウィスラー及びブキャナンによって記載された方法（Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ １９３８、“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ β−ｇｌｕｃｏｓｅ”「β−グルコースの調製」）に従って生産することができる。

α及びβ−グルコースは水又は水溶液を加える前に混合することができ、又は別々に加えてもよい。別々に加えるのであれば、この添加は同時に又は異なる時点でされてもよい。好ましくは、α及びβ−グルコースは水又は水溶液に加えられる前に混合され、又は同時に若しくは実質的に同時に添加される。グルコースは粉末又はタブレット又は、所望であれば、徐放性カプセルの形状で提供されることができる。それぞれのタブレット又はカプセルは、α及びβ−グルコースの両方を含み、又はα及びβ−グルコースを含む別々のタブレット又はカプセルが提供されることができる。

α−グルコースとβ−グルコース割合は、好ましくは、３６％αと６７％βの平衡レベルであるか、又はおよそその平衡レベルであり、例えば、約３０−４０％α及び約６０−７０％βである。しかしながら、α及びβ−グルコースの相対量は異なることができ、例えば、１０−９０％、好ましくは２０−７０％、より好ましくは２５−５０％αであり、及び１０−９０％、好ましくは３０−８０％、より好ましくは５０−７５％βである。

グルコースは凍結乾燥固体として提供することができる。凍結乾燥固体はグルコースの水溶液を凍結乾燥させることにより調製することができる。適切な凍結乾燥技術であればいずれも使用することができる。利点は、グルコース水溶液が平衡レベルのグルコースを含むことである。これらのレベルは凍結乾燥固体中で維持されるため、その結果、凍結乾燥固体は約３０−４０％α−グルコースと約６０−７０％β−グルコース、例えば、３６％α及び６４％βを含む。較正キットの第２及び任意の第３の区画は凍結乾燥グルコースを含む。較正溶液は水又は水溶液と第２の及び／又は第３の区画に存在する凍結乾燥グルコースと混合することによって調製される。

グルコース溶液を乾燥すると、α−グルコースのレベルが上がる結果になることは知られている。本発明者らは、しかしながら、驚くべきことに凍結乾燥グルコースは水溶液中に存在する同じアノマー比率を維持することを発見した。従って、凍結乾燥グルコースの使用はα及びβ−グルコースの平衡レベル混合物を提供するシンプルな手段である。

本発明の一つの実施形態として、溶液は溶解の比率を増加するためにグルコースを添加した後に混合される。混合することは、較正プロセスのスピードアップを助けるだけでなく、較正溶液中に固体グルコースが完全に溶解することを確実にする。これは正確な較正を提供する点でも重要である。

多数の異なる混合装置が提供され、これには機械的手段、磁気的又は電磁的、及び超音波が含まれる。例えば、可動の磁気パドルは第１の較正区画内に備えることができ、電磁石をその区画の周りに備えることができる。電磁場の動きはパドルの動きを生じ、チャンバの内容物の混合を引き起こす。もう一つの方法として、機械的に操作されるパドルを用いることもできる。混合手段の特定の実施態様はさらに国際公開２００８／００１０９１号に記載されており、その内容はここに参照することにより取り込まれる。

較正溶液の調製の後に、センサーはその溶液に曝露され、そして出力の読み込みが行われる。一つの実施態様としては、センサーはグルコース添加に先立って水又は水溶液と接触する。代替の実施態様としては、グルコースは第１ステップで添加され、センサーはひき続いて、生じた溶液に曝露される。α及びβ−グルコースの混合物を使用することは、より急速なセンサーの出力読込みの安定性を確実にし、より速い読込みを可能にする。

本発明は、グルコースセンサーの較正を非常に速く実行することを可能にするものである。例えば、センサー出力読込みは、一般的には、水又は水溶液に固体グルコースを添加した後５分まで、好ましくは２分、９０秒又は６０秒までの時間でさえ行うことができる。全ての較正プロセスは、それゆえに、最大１０分まで、例えば５分又は２分までに完了することさえできる。これらの短時間は、α及びβ−グルコースの混合物の使用により、溶液中で平衡が極めて速く形成されることにつながるが故に、達成される。α及びβ−グルコースの平衡割合（３６：６４ α：β）を使用すると、水又は水溶液にそのグルコースが溶解するやいなや平衡に達する。センサーから安定的な読込みが達成されるかどうかは、センサーの応答時間のみに依存する。水溶液中の平衡の形成は、必ずしも較正プロセスにおける律速段階ではない。

本発明の一つの実施態様では、別々の体積の水又は水溶液に適切な量のグルコースを添加することにより、様々な較正溶液が別々に調製されることができる。しかしながら、好ましい実施態様では、水又は水溶液の単一の体積が、２つ以上の、好ましくは、少なくとも３つの、最も好ましくは全ての、較正溶液を提供するために使用される。この実施態様では、一般的にはグルコースゼロの較正溶液は実質的にゼロのグルコース濃度を有する水又は水溶液を含むものが提供される。次いで、α及びβ−グルコースの両方を含む固体グルコースの或る量をこの溶液に添加して、第１のグルコース濃度を有する第１のグルコース含有較正溶液を提供する。さらなる量のグルコースを次いで添加し、第２のグルコース濃度を有する第２のグルコース含有較正溶液を提供する。この実施態様においては、その方法は少なくとも以下のステップを含む。
− センサーを水又は水溶液を含み、グルコースを含まないゼログルコース較正溶液に曝露し、センサーの出力を決定するステップと、
− 該ゼログルコース較正溶液とα及びβ−グルコース（該α及びβ−グルコースは固体状態で提供される）とを混合することにより第１のグルコース含有較正溶液を調製するステップと、
− グルコースセンサーを第１のグルコース含有較正溶液に曝露し、センサー出力を決定するステップと、
− さらなる量のα及びβ−グルコース（該α及びβ−グルコースは固体状態で提供される）を該第１のグルコース含有較正溶液に添加することにより第２のグルコース含有較正溶液を調製するステップと、
− 得られた第２のグルコース含有溶液のセンサー出力を決定するステップと、及び、
− 得られたセンサー出力データから較正曲線を決定するステップ。

この実施態様の一つの側面では、グルコースを溶液に添加するステップは、センサーがすでに溶液の中に位置している状態で実施される。この側面では、センサーは添加が起こるとすぐに結果として生じる較正溶液に直ちに曝露される。それゆえに、ユーザに代わって溶液にセンサーを曝露させる行動が必要でない。この側面は、シグナルが安定するとセンサー出力をすぐに読み取ることができるので、センサーの較正にかかる全ての時間を減少する助けとなる。

本発明の方法を実施する特定の方法のさらなる詳細は、以下の特定の実施態様例に関して議論される。

較正キット
本発明はまた、本発明の方法に用いるための較正キットを提供する。較正キットは少なくとも２つの区画を含み、その第１の区画は水又は水溶液を含み、第２の、及び任意のさらなる区画は固体グルコースを含む。キットは第１の区画にグルコースセンサーを挿入すること、及び、一般的には、センサー出力を決定することにより使用される。第１及び第２の区画を分画している素材は、次いで、壊されてグルコースと水又は水溶液を混合することができるようになり、したがって、選択されたグルコース濃度を有するグルコース含有較正溶液を提供する。一度混合が起こると、センサー出力が再び決定される。これは２つの較正点を提供し、それは較正曲線を生成するために使用することができる。

一般的な実施態様例では、α及びβ−グルコースは同一の区画に一緒に提供され、一般的にはα及びβ−グルコースは混合されている。しかしながら、α及びβ−グルコースが別々の区画で提供されることも想定される。この場合は、α−グルコース区画及びβ−グルコース区画の両方から第１区画を分画する、壊すことのできる素材が第２のセンサー出力読込みが起こる前に壊される。一般的には、結果として生じるグルコース溶液の平衡について時間的遅れを避けるため、両方の区画は実質的に同時に作業される。本明細書に記載されるさらなる実施態様例は、α−グルコース及びβ−グルコースが同一の分画に存在する場合に関する。

較正キットに存在する区画の数は、（ａ）α及びβ−グルコースを同一又は異なる区画で提供するか、及び（ｂ）使用される較正点の数に依存する。α及びβ−グルコースが同一の区画で提供される好ましい較正キットでは、３点較正が一般的には２つの別々のグルコース含有分画を含んでおり、それらの各々は第１の分画から水不浸透性の分画素材により分離されている。

改良された保存安定性を提供するために、較正キットに存在する固体グルコースは、一般的には、不活性ガス雰囲気下で保存される。これはグルコースの酸素により誘導される分解を避けるのに役立つ。

グルコース含有分画を水含有分画から分離する分画素材は、壊され、破裂され、又は除去されて第１の及び第２の区画の内容物を混合させることができる素材であれば何でもよい。一つの実施態様では、分画素材は、張力下で維持され、そのため素材を針で突き刺すことにより完全に破断するエラストマー素材である。天然、又は合成ゴムがそのような素材の例である。もう一つの実施態様では、その素材は堅く、しかし針による突き刺しにより容易に構成成分に破砕する破断線を刻み付けられる。プラスチック及びセラミックが適した堅い素材の例である。これらのタイプの分画素材の両方ともが、第１の及び第２の区画に大きな開口を提供し、それらの区画の内容物の素早い混合を可能にする。代替できる分画素材は、プラスチックで被覆されてもよい金属箔（例えば、アルミホイル）を含む。

分画素材は、較正チャンバの２つの区画の間の漏れを避けるため、水及びグルコースに対して不浸透性であるべきである。一つの実施態様では、分画素材の一つの表面は水の拡散を防ぐことを助けるために金属蒸着されている。金属蒸着された表面は、一般的には、好ましくは不活性ガス雰囲気下の第２の区画に接している。

本発明の較正キットは多数の異なる実施態様例を参照して以下に記載されるが、本発明はこれらの特定の実施態様に限定されることを意図するものではない。

実施態様１
本発明による較正キットの第１の実施態様を図１に示す。この較正キットは２点較正を提供するものである。較正キット１０は２つの区画１０１及び１０２を含み、それらは水不浸透性分画素材１１（例えば、破壊できる分画素材）により分離されている。第１の区画１０１は水または水溶液を含む。一般的には、この区画は等張液を含み、グルコースを含まない。したがって、この区画でのグルコース濃度の感知は、一般的にはゼロ読込みを提供する。

第２の区画は固体形状でのグルコース１２の源を含む。この実施態様では、第２の区画はα及びβ形状のグルコースの混合物を含む。第２の区画は較正キットが放射線照射により滅菌される場合、酸素により誘導される放射線照射分解を防ぐために、不活性ガス（例えば、乾燥窒素）雰囲気下にすることができる。

グルコースセンサーの較正は、水又は水溶液を含む第１の区画１０１にセンサーを曝露することにより実施することができる。図１に示す実施態様では、センサーは区画１０１の中に示されている。しかしながら、もう一つの実施態様では、センサーは別々に提供することができる。この場合は、センサーを挿入することができるように、第１の区画の外壁１３は、一般的には少なくとも部分的に突き刺すことができる。例えば、外壁１３は針により突き刺すことができる隔壁にすることができる。センサーは針を介して又は針の内部で第１の区画に挿入することができる。一度感知領域が第１の区画の中に位置すると、センサー出力の第１の読込みが起こる。

この実施態様のもう一つの側面では、密封はセンサーと第１の区画の間に備えられる。例えば、センサー又は第１の区画の外壁１３の一部分を動かすことにより密封を壊すことは、第１の区画の内容物にセンサーの周りの流れを生じさせ、したがって、センサーは水又は水溶液に曝露される。

第１及び第２の区画を隔てる分画素材は、その後、壊され又は取り除かれ、これらの区画の内容物を混合することができる。無菌状態を維持するために、一般的に分画素材は封印された較正キットを開けることなく壊され又は取り除かれる。したがって、その素材は、例えば分画素材を通過する矢印の方向に向かう針３１の動きにより破壊される。これは、例えば、手動で又は自動化プロセスよるどちらでも、針３１に取り付けられたプランジャの押下により、達成することができる。針は、ここでは第２の区画の周囲と実質的に同じ周辺部を有し、分析対象物は第１の区画に分画素材を介して押し出され、混合することを補助する。

この実施態様例のもう一つの側面では、センサーは針の内部で第１の区画中に挿入され、次いで針（センサーを含む）は分画素材を破断するために前に押し出すことができる。

いったん二つの区画の内容物が混合されると、第１の較正溶液よりも高いグルコース濃度を有するさらなる較正溶液が提供される。この溶液の読込みによるセンサー出力はセンサーシグナルが安定するとすぐに取り込むことができ、それにより第２の較正点が提供される。α及びβ−グルコースの両方を用いることで、むしろα−グルコース単独よりも速い安定性を提供し、したがって、センサー出力の読込みをより速く行うことができる。

自動化されたプロセスでは、第１の区画にセンサーを曝露するステップ及び分画素材１１を取り除き又は破壊するステップの一つ以上を機械的に実行することができる。ステッパー電動機又は親ねじで取り付けられたステッパー電動機はこの点について使用することができる。

侵襲的なセンサーは一般的には３５−３９℃の温度範囲で操作する。しかしながら、較正は通常室温で実行される。多くのセンサーが温度変化に敏感であり、この場合の室温で生じた較正曲線は、例えば３７℃で、異なるセットの値にシフトすることがある。一つの実施態様では、したがって、加熱要素（図１の１４）が較正の前に較正チャンバの中の温度を３７℃に上昇するために備えられてもよい。

本発明の多数の代替の実施態様を以下に記載する。実施態様の各々は、特に記載しない限り、第１の実施例と同一である。

実施態様２
好ましい較正は、較正曲線により良く適合させるために、３つの較正点を含む。３つの較正点を与えるためには、異なるグルコース濃度を有する３つの別々の較正溶液が必要とされる。

一つの実施態様では、３点較正は、一定の時間が経過した後にのみ水又は水溶液にグルコースを解放するように設計した徐放性カプセル（図示しない）を第２の区画１０２中に含むことにより提供される。本実施態様における徐放性カプセルはグルコース源１２に加えることで提供される。分画素材１１の破断／破壊／除去と同時に、グルコース源１２は、水又は水溶液に溶解して、第１のグルコース含有溶液についてセンサーの読込みが行われる。徐放性カプセルは、第１のグルコース含有水溶液に対応して、この読込みが実行された後にのみ、その内容物が水溶液中に放出されるように設計されている。それゆえ、センサー出力を検出するモニターは第１のグルコース源の溶解にしたがってグルコース濃度の第１の上昇を観測し、続いて徐放性カプセルの崩壊の後にグルコース濃度の第２の別個の上昇を観測する。

長い較正時間を避けるために、約１〜５分の範囲で溶解するカプセルが好ましい。ポリエチレンオキシドカプセルは適切な素材の例である。カプセルのちょうどよい放出時間は当該技術分野で周知の方法によりカプセルの厚みを変えることにより制御することができる。

実施態様３
較正チャンバのもう一つの実施態様を図２に示す。この実施態様では、３つの区画、１０１、１０２及び１０３が存在する。分画素材１１、１１ａはそれぞれの区画を隔てている。この実施態様は異なる方法による３点較正を与える。区画１０１中の水又は水溶液の第１の読込みが行われた後で、第２の区画１０２の分画素材１１は針３１により突き刺される。区画１０１及び１０２の内容物の混合は、第１のグルコース含有較正溶液を与える。センサー出力の読込みが、いったんセンサーシグナルが安定すれば行われる。第３の区画１０３の分画素材１１ａは次いで針３１ａにより突き刺される。これはグルコース１２ａを第１のグルコース含有較正水溶液と混合させ、より高いグルコース濃度の第２のグルコース含有較正溶液を与える。いったんセンサーシグナルが安定すれば、センサー出力の第３の読込みを行うことができる。

センサーキット
本発明はセンサーキットを提供し、これはグルコースセンサーと上述の本発明の較正キットとを組み込んでいる。センサーキットはセンサーと較正キットを無菌的な形で、及び非常に使い易い様式で使用者に提供することができる。さらに、このセンサーキットは使用者に較正キット及び較正中のセンサーの感知領域の無菌状態を容易に維持できるようにする。

センサーは一般的には感知領域を有しており、それは分析の間中サンプルと接触しているセンサーの一部分である。一つの実施態様では、センサーの感知領域は較正キットの第１の区画の中に位置する。これは感知領域がその区画の中で与えられる水又は水溶液に接触していることを意味する。これはセンサーの保存の観点から有益である。なぜなら、いくつかのセンサーは乾燥状態よりむしろ水溶液中で有益に保存されているからである。さらに、センサーキットを受け取れば、使用者はただちに第１の区画中の溶液のセンサー出力の読み取りを行うことができ、センサーを様々な溶液に曝露する使用者に代わって、それ以上の動作は必要でなくなる。

本発明とともに使用されるセンサーの性質は、特に限定されない。センサーは侵襲的又は移植可能なセンサーであってもよく、又は、グルコース含量のインビトロ測定で用いることができる。センサーは、血液又は間質液のような生理学的な液体のグルコース含量の測定、又はその他の試料タイプのグルコースの測定用に設計してもよい。

一つの実施態様では、センサーはグルコース受容体、グルコース受容体に結合する蛍光色素分子（ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅ）、発光体及び検出器を含む光学センサーである。導波路は、一般的には、例えば光ファイバーのように、光を、及び放出源又は検出器から伝送するように備えられる。蛍光色素分子の蛍光は、グルコースが受容体に結合したときに変化する。したがって、グルコースの受容体への結合は、グルコースの濃度に対応した検出可能な信号を生じる。検出された信号は、例えば、発せられた蛍光の強度であり、又は、蛍光の存続期間である。

本発明で用いるための光ファイバーグルコースセンサーの例は、図３に示される。センサー１は患者への挿入（例えばカニューレを通じた血管内挿入）に適合することができるチップ４を含む。チップはグルコース受容体又は任意に温度センサーが位置する感作領域３を含む。グルコース受容体は光ファイバー上に又は光ファイバー中に固定化され、受容体により放出された信号が光ファイバーを介して伝達されるようにする。光ファイバーはケーブル７を通してコネクター８まで延長し、適切なモニター（図示しない）とともに対になるように適合される。モニターは、一般的には、さらなる光学ケーブルを含みこれは一端でコネクターと対になり、他の二股分岐で（ａ）光学的センサーのための適切な光源、及び（ｂ）放出された信号に対する検出器に連結している。いずれの温度センサーの電気的な結合もまた、コネクター８を介して提供され、適切な検出装置はモニターによって提供される。

センサーの感作領域は、一般的には、周囲の液体由来のグルコース受容体への拡散を許容する膜で覆われており、また、インビボ使用では血液適合性があるべきである。

そのような蛍光センサーに対するグルコース受容体は、グルコースに対する親和性を有するいかなる基又は化合物であってもよい。ボロン酸種はグルコース受容体として用いることが特に意図されている。当該技術分野の当業者はグルコースの光学的検出のためのボロン酸種及び蛍光色素分子の使用について精通しているであろう。適当なグルコース受容体／蛍光色素分子の結合体の例は、しかしながら、米国特許６，３８７，６７２号に見出され、その内容は参照することによりここに取り込まれる。

受容体及び蛍光色素分子は一般的には、水及びグルコースの受容体化合物への拡散を可能にするヒドロゲル中で光ファイバーに固定される。架橋されたポリアクリルアミド又はポリヒドロキシエチルメタクリレート（ｐ−ＨＥＭＡ）は使用することのできるヒドロゲルの例である。

本発明で用いるために適切なセンサーのさらなる例は、例えば、米国特許公表番号２００９／００１８４１８に記載されている。

本発明のセンサーキットの実施態様を図４に示す。キットはコンテナ２０（センサー１及び較正キット１０を収容する）を含む。較正キット１０は一般的にはコンテナ内部のロック位置に固定される。センサーはセンサーハウジング２１の中に収容され、また、ここに較正キットの第１の区画１０１中のセンサーの感作領域３とともに表される。区画１０２及び１０３から区画１０１を分画する分画素材を破壊する手段が備えられる（例えば、図２に示すように、針３１及び３１ａ）。そのような手段は一般的にはハウジング２０の外に延びており、コンテナの封止を破壊することなく、したがって、無菌状態を損なうことがなく、これらの手段を使用者が操作することができるようになっている。

センサーを含むセンサーハウジングは、一つの観点では、コンテナ中の側面に、例えば、図４に示すように左／右方向に、動かすことができる。ガイドチャネルは、センサーハウジングの動きがこの側面方向に制限され、ハウジングの自由な動きを制限することを確実にするために備えることができる。このようにして、センサーはセンサーキットの中で動かすことができ、例えば、較正キット１０の外側に備えられたセンサーは、較正キット中にあるように側面に動かすことができる。装置の無菌状態を保つために、コンテナの封印を破壊することなくセンサーとセンサーハウジングを動かすことができるということは有利である。図４に示す態様では、これは圧縮性アーム２６を圧縮することで達成することができる。これはセンサーを含むセンサーハウジングをコンテナ内で側面に動かす。圧縮性アームは圧縮性のじゃばら形状に構成することができる。

コンテナ２０は一般的にガス浸透性リッド（図示しない）で封止される。

本発明の方法により使用することができる較正キット及びセンサーキットの特定の特徴及び実施態様のさらなる例は、国際特許出願２００８／００１０９１号公報及び米国特許公表番号２００９／０１８４２６に記載されており、それらの内容は全体として本明細書に組み込まれる。

α−グルコース、β−グルコース又はα及びβ−グルコースの混合物のいずれに対する光学グルコースセンサーの応答をモニターする実験を実施した。凍結乾燥グルコースに対するセンサーの応答もまたモニターし、特に、凍結乾燥グルコースに対する応答が、約４０：６０（α：β）の比でのα／β混合物に対する応答と同じかどうかを決定した。

この実施例では、光学グルコースセンサーは、その遠位端にグルコース受容体及び蛍光色素分子を結合させた光ファイバーを含むものを用いた。グルコース受容体はジボラン酸であり、この受容体は蛍光色素分子に結合し、受容体へのグルコースの結合が蛍光色素分子の発光パターンを変化させた。この実験では、蛍光強度をモニターし、グルコース濃度の表示を提供した。

センサーを３７℃でＰＢＳの攪拌溶液中に位置づけた。センサーの蛍光強度が一定であるときに固体グルコースの試料を添加した。用いた固体グルコース試料は以下の通りであった。
１．平衡状態のＤ−グルコース水溶液を凍結乾燥することにより調製した凍結乾燥グルコース
２．α−Ｄ−グルコース
３．β−Ｄ−グルコース
４．３６：６４の比のα−Ｄ−グルコースとβ−Ｄ−グルコースの混合物

グルコースセンサーの応答を図５に示す。ジボラン酸受容体は優先的にα−Ｄ−グルコースに結合する。それゆえ、図５の結果は固体のα−Ｄ−グルコースを溶液に添加したとき、アノマー比が平衡になるまで行き過ぎ量（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）が検出されることを示す。その逆はβ−Ｄ−グルコースで観察される。凍結乾燥グルコースに対するセンサーの応答は、３６：６４の比のα−Ｄ−グルコース及びβ−Ｄ−グルコースの混合物に対する応答と実質的に同一であり、これは、すなわち凍結乾燥グルコースは凍結乾燥に際して平衡アノマー比を保持していることを示している。両方の場合で、センサーの応答は、α−Ｄ−グルコース又はβ−Ｄ−グルコース単独でのそれよりも素早く安定状態に達する。この実験は、したがって、その較正時間が凍結乾燥グルコース又はα−Ｄ−グルコース及びβ−Ｄ−グルコースの混合物を用いることにより何分か削減することができることを示す。

本発明は、様々な具体的な実施態様及び実施例を参照して記載してきた。しかしながら、本発明は、それら具体的な実施態様及び実施例に限定されるものではないことは理解されるべきである。

Claims (15)

1. グルコースセンサーの較正方法であって、
   （ａ）水又は水溶液とα及びβ−グルコース、ここで該α及びβ−グルコースは固体で提供される、を混合することにより第１のグルコース含有較正溶液を調製し、
   （ｂ）グルコースセンサーを該第１のグルコース含有較正溶液に曝露し、センサーの出力を決定し、
   （ｃ）互いに異なる及び該第１のグルコース含有較正溶液とは異なるグルコース濃度を有する一つ以上のさらなる較正溶液にグルコースセンサーを曝露し、その又は各々の較正溶液についてのセンサーの出力を決定し、及び、
   （ｄ）ステップ（ｂ）及び（ｃ）で収集されたセンサーの出力データから較正曲線を決定することを含み、
   ここで、ステップ（ａ）の第１のグルコース含有較正溶液、及び使用しているのであれば、ステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有較正溶液を、２５から５０％のα−グルコース及び５０から７５％のβ−グルコースを使用して調製し、及び、ステップ（ａ）の第１のグルコース含有較正溶液、及び使用しているのであれば、ステップ（ｃ）のその又は各々のグルコース含有較正溶液を、水又は水溶液と凍結乾燥グルコースを混合することにより調製する、上記方法。
2. （ｉ）前記凍結乾燥グルコースは３０−４０％α−グルコース及び６０−７０％β−グルコースを含むか、又は、（ｉｉ）前記凍結乾燥グルコースは３６％α−グルコース及び６４％β−グルコースを含む、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｃ）はグルコースセンサーを２つ以上の較正溶液に曝露することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. さらに、ステップ（ｃ）で用いる１つ以上のさらなる較正溶液の少なくとも１つを水又は水溶液にα及びβ−グルコース（該α及びβ−グルコースは固体状態で提供される）を混合することにより調製することをさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. ステップ（ｂ）のセンサー出力の検出が、固体グルコースと水又は水溶液の混合の２分間で実施される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の方法であって、少なくとも以下のステップ：
   − センサーを水又は水溶液を含み、グルコースを含まないゼログルコース較正溶液に曝露し、センサーの出力を決定するステップ；
   − 該ゼログルコース較正溶液とα及びβ−グルコース（該α及びβ−グルコースは固体状態で提供される）とを混合することにより第１のグルコース含有較正溶液を調製するステップ；
   − グルコースセンサーを第１のグルコース含有較正溶液に曝露し、センサー出力を決定するステップ；
   − さらなる量のα及びβ−グルコース（該α及びβ−グルコースは固体状態で提供される）を該第１のグルコース含有較正溶液に添加することにより第２のグルコース含有較正溶液を調製するステップ；
   − 得られた第２のグルコース含有較正溶液に関するセンサー出力を決定するステップ；及び
   − 得られたセンサー出力データから較正曲線を決定するステップ
   を含み、第１のグルコース含有溶液をゼログルコース較正溶液を凍結乾燥グルコースと混合することにより調製し、第２のグルコース含有溶液をさらなる量の凍結乾燥グルコースを第１のグルコース含有溶液に添加することにより調製する、上記方法。
7. （ｉ）前記凍結乾燥グルコースは３０−４０％α−グルコース及び６０−７０％β−グルコースを含むか、又は、（ｉｉ）前記凍結乾燥グルコースは３６％α−グルコース及び６４％β−グルコースを含む、請求項６に記載の方法。
8. − 水又は水溶液を含む第１区画（１）、
   − 凍結乾燥グルコースを含む第２区画（２）、及び
   − 固形のグルコースを含む任意の第３区画（３）を含み、
   第２及び第３の区画のうちの少なくとも一つはα−グルコースを含み、第２及び第３の区画のうちの少なくとも一つはβ−グルコースを含み、前記第１の区画は前記グルコースを含む区画から水不浸透性の分画素材により分離されている較正キット。
9. 第２及び第３の区画の両方を有する請求項８に記載の較正キットであって、第２及び第３の区画の両方がα及びβ−グルコースの混合物を含む上記較正キット。
10. 前記、又は各々のグルコース含有区画中のα−グルコース：β−グルコースの比が同じ又は異なっており、かつ、その範囲が２５：７５から５０：５０である、請求項８又は９に記載の較正キット。
11. 第２の区画及び第３の区画が凍結乾燥グルコースを含む、請求項９に記載の較正キット。
12. （ｉ）前記凍結乾燥グルコースは３０−４０％α−グルコース及び６０−７０％β−グルコースを含むか、又は、（ｉｉ）前記凍結乾燥グルコースは３６％α−グルコース及び６４％β−グルコースを含む、請求項８から１１のいずれか１項に記載の較正キット。
13. グルコースセンサー及び請求項８に記載の較正キットを含むグルコースセンサーキット。
14. 前記グルコースセンサーはグルコースに対する受容体を含む感作部分を含み、該感作部分は前記較正キットの前記第１の区画の中に位置づけられる、請求項１３に記載のグルコースセンサーキット。
15. 前記グルコースセンサーが、
    − グルコースに対する親和性を有するグルコース受容体、
    − グルコースの存在下で前記蛍光色素分子の蛍光を変える前記グルコース受容体に結合した蛍光色素分子、
    − 発光体、及び、
    − 検出器、を含む請求項１３又は１４に記載のグルコースセンサーキット。