JP2016524157A - モノマーを使用して調製した多孔質ポリマー配合物 - Google Patents

モノマーを使用して調製した多孔質ポリマー配合物 Download PDF

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Abstract

生理学的パラメータの連続式または半連続式モニタリングのためのアナライトセンサおよびアナライトセンサを作製するための方法が開示される。一態様では、アナライトセンサは、電極の表面と接する架橋した親水性コポリマー、および架橋した親水性コポリマー内に包埋されたアナライトセンシング成分を含む。架橋した親水性コポリマーは、第１のメタクリレート誘導単位、第２のメタクリレート誘導単位および第３のメタクリレート誘導単位のメタクリレート誘導主鎖を有する。第１のおよび第２のメタクリレート誘導単位は、同一であっても異なっていてもよい側鎖を有し、異なる主鎖中の第３のメタクリレート誘導単位は親水性架橋結合により連結されている。【選択図】なし

Description

関連出願への相互参照
[0001] 本出願は、参照によりその全体において本明細書に組み込む、２０１３年６月２８日出願の米国特許出願第１３／９３０，８５８号の優先権を主張する。
[0002] 本明細書において逆の指示がない限り、このセクションに記載した事項は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、このセクションに含めることにより先行技術であると認めるものではない。
[0003] 生理学的パラメータの連続式または半連続式モニタリングは、現代医学の多数の領域において適用されている。電気化学に基づいたセンサは、体液サンプル（例えば、血液、涙液層、尿または間質液サンプル）中のアナライト（例えば、グルコース）のモニタリングおよび定量化に特に適していると考えられている。電極（複数可）と併せてアナライトセンシング成分、（例えば、酵素）を採用した電気化学に基づいたセンサを使用することによって、アナライトセンシング成分とアナライトとの反応から生じた生成物（複数可）を検出することによって、液体サンプル中のアナライトの定量化が可能となる。
[0004] 一態様では、アナライトセンサが開示される。アナライトセンサは、電極の表面と接する架橋した親水性コポリマー、および架橋した親水性コポリマー内に包埋されたアナライトセンシング成分を含む。架橋した親水性コポリマーは、第１のメタクリレート誘導単位、第２のメタクリレート誘導単位および第３のメタクリレート誘導単位のメタクリレート誘導主鎖を有する。第１のおよび第２のメタクリレート誘導単位は、同一であっても異なっていてもよい側鎖を有し、異なる主鎖中の第３のメタクリレート誘導単位は、親水性架橋結合により連結されている。
[0005] 別の態様では、アナライトセンサを形成するための方法が開示される。この方法は、センサの前駆体成分を含む混合物を形成する工程、電極の表面に混合物を塗着する工程、および塗着した混合物を硬化させる工程を伴う。この混合物は、アナライトセンシング成分、第１の親水性側鎖を有する第１のメタクリレートモノマー、ジメタクリレートモノマー、開始剤、および第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレートモノマーを含む。
[0006] これらのならびにその他の態様、利点、および選択肢が、添付の図面を適宜参照しながら、以下の詳細な説明を読むことによって、当業者に明らかとなろう。
[0007]リン酸緩衝生理食塩水（PBS）中、グルコース濃度２０μＭ〜１，０００μＭにおいて、２種の例示的グルコースセンサによって生じた電流のグラフである。電流とグルコース濃度との間の線形関係が観察された（差し込みグラフ参照）。
[0008] 以下の詳細な説明は、添付の図面を参照しながら、本開示のシステムおよび方法の多様な特徴および機能を説明する。図面において、逆の記載がない限り、同様の符号は通常、同様の要素を特定する。本明細書において記載した例示的な方法およびシステムの実施形態は、限定的であることを意図しない。本開示の方法およびシステムのある特定の態様が、多種多様な異なる構成に調整および組み合わせることができ、その全てが本明細書において企図されることが容易に理解されよう。
[0009] 一態様では、アナライトセンサが開示される。アナライトセンサは、電極の表面と接する架橋した親水性コポリマー；および
架橋した親水性コポリマー内に包埋されたアナライトセンシング成分を含み、架橋した親水性コポリマーは、
各々が第１の親水性側鎖を有する第１のメタクリレート誘導単位；
各々が第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレート誘導単位；
第３のメタクリレート誘導単位
を有する主鎖であって、第１の側鎖と第２の側鎖は同一であるか異なる、主鎖；および
異なる主鎖中の第３のメタクリレート誘導単位間の親水性架橋結合を含む。
[0010] いくつかの実施形態では、本アナライトセンサは、酵素ベースのバイオセンサである。これらの装置は、アナライト濃度依存性の生化学反応シグナルを測定可能な物理的シグナル、例えば光学または電気シグナルなどに変換することが可能である。本バイオセンサは、臨床、環境、農業および生物工学的用途におけるアナライトの検出に使用することができる。ヒトの体液の臨床アッセイにおいて測定することができるアナライトには、例えば、グルコース、ラクテート、コレステロール、ビリルビン、タンパク質、脂質および電解質が含まれる。例えば、血液、涙液層、腸液などの生物学的流体中のアナライトの検出は、多くの疾患の診断およびモニタリングにおいて重要であり得る。
[0011] いくつかの実施形態では、本アナライトセンサは、身体に装着可能な装置、例えば、眼に装着可能な、歯に装着可能な、または皮膚に装着可能な装置などの構成要素であり得る。眼に装着可能な装置は、眼に装着可能な装置を着用している使用者の涙液層（「涙液層」という用語は、本明細書では、「涙」および「涙液」と互換的に使用される。）中で検出された１種または複数のアナライトに基づいた健康に関する情報をモニタするように構成することができる。例えば、眼に装着可能な装置は、１種または複数のアナライト（例えば、グルコース）を検出するように構成されたセンサを含むコンタクトレンズの形態とすることができる。眼に装着可能な装置は、多様なその他の種類の健康に関する情報をモニタするように構成することもできる。
[0012] いくつかの実施形態では、身体に装着可能な装置は、歯に装着可能な装置を含み得る。歯に装着可能な装置は、眼に装着可能な装置の形態をとってよく、または該装置と形態的に同様であってもよく、歯に装着可能な装置を着用している使用者の体液（例えば、唾液）中の少なくとも１種のアナライトを検出するように構成してもよい。
[0013] いくつかの実施形態では、身体に装着可能な装置は、皮膚に装着可能な装置を含み得る。皮膚に装着可能な装置は、眼に装着可能な装置の形態をとってよく、または該装置と形態的に同様であってもよく、皮膚に装着可能な装置を着用している使用者の体液（例えば、汗、血液等）中の少なくとも１種のアナライトを検出するように構成されてもよい。
[0014] 本明細書に記載のセンサは、それを通して電流が流れ得る１つまたは複数の導電性電極を含み得る。用途に応じて、様々な目的のために電極を構成することができる。例えば、センサは、作用電極、参照電極、および対電極を含み得る。二電極システムもまた可能であり、ここでは参照電極が対電極の役割を果たす。作用電極は、ポテンショスタットなどの回路を通して参照電極に接続され得る。
[0015] 電極は、任意の種類の導電性材料から形成することができ、例えば塗着やフォトリソグラフィなどの、そのような材料をパターニングするのに用いることができる任意のプロセスによってパターニングすることができる。導電性材料は、例えば、金、白金、パラジウム、チタン、炭素、銅、銀／塩化銀；貴重な材料、金属、またはこれらの材料の任意の組合せから形成される導体とすることができる。その他の材料も想定することができる。
[0016] アナライトセンサの架橋した親水性コポリマーは、メタクリレート誘導単位の主鎖、およびコポリマー内に包埋された、酵素などのアナライトセンシング成分を含む。骨格の第１のおよび第２のメタクリレート誘導単位の各々は、それぞれ、第１のおよび第２の親水性側鎖と独立して共有結合している。第３のメタクリレート誘導単位の各々は、異なる主鎖中の別の第３のメタクリレート誘導単位と、リンカーを通して共有結合している。架橋結合、またはそれを通して第３のメタクリレート誘導単位が連結されている基は以下でより詳細に論じる。第１のおよび第２のメタクリレート誘導単位の側鎖、ならびに第３のメタクリレート誘導単位の架橋結合の多様なコンフォーメーションおよび組成は、親水性、透過性およびアナライトセンシング成分を固定化する能力を含む、架橋した親水性コポリマーの特性を所望の通りに調整するのに用いることができる。
[0017] 第１のおよび第２のメタクリレート誘導単位の側鎖は親水性であり、水溶性であり得るか、アルコールなどの水混和性溶媒に溶解し得る。側鎖は、１個または複数のヘテロ原子、例えば、窒素、酸素または硫黄原子を有し得る。いくつかの実施形態では、側鎖は１個または複数のヒドロキシ基を有する。
[0018] いくつかの実施形態では、第１のおよび第２のメタクリレート誘導単位の側鎖は、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む。アルキレンオキシド単位は、ポリマー、例えば、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（ブチレンオキシド）またはこれらの混合物の形態とすることができ、２種または３種の異なるアルキレンオキシド単位の組合せを含むコポリマーとすることができる。いくつかの実施形態では、側鎖のポリ（アルキレンオキシド）は、２種または３種の異なるポリ（アルキレンオキシド）ポリマーのブロックを含むブロックコポリマーである。ある特定の実施形態では、ポリ（アルキレンオキシド）は、ポリ（エチレングリコール）とポリ（プロピレングリコール）のブロックコポリマーである。他の実施形態では、第２の側鎖と架橋結合の両方が、ポリ（エチレングリコール）を含む。
[0019] いくつかの実施形態では、第１のメタクリレート誘導単位は、式（Ｉ）：
（式中、Ｒは親水性基である。）の構造を有し得る。ある特定の実施形態では、親水性基は、アルコールなど、１個または複数のヒドロキシ基を含む。
[0020] いくつかの実施形態では、第１のメタクリレート誘導単位は、式（Ｉａ）：
（式中、Ｘは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり、ｙは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり、Ｒ１は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−ＯＨ、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルである。）
の構造を有し得る。
[0021] ある特定の実施形態では、第１のメタクリレート誘導単位は、以下の構造：
を有する。
[0022] いくつかの実施形態では、第２のメタクリレート誘導単位は、式（ＩＩ）：
の構造を有し得る
[0023] （式中、Ｙは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり、ｚは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０であり、Ｒ２は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、水素または−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルである。）。
[0024] ある特定の実施形態では、ｚは、約２〜約２５０の平均値である。
[0025] いくつかの実施形態では、第２のメタクリレート誘導単位は、式（ＩＩａ）：
（式中、ＹおよびＲ２は、上記の通りであり、ｘは、ポリ（エチレングリコール）が約１００〜約１０，０００の数平均分子量（Mn）を有するようなものである。）
の構造を有し得る。ある特定の実施形態では、ｘは、ポリ（エチレングリコール）のＭｎが、表１中の範囲内に該当するように選択される。
[0026] ある特定の実施形態では、本アナライトセンサは、Ｙが−Ｏ−であり、Ｒ２がメチルであり、ｘが、ポリ（エチレングリコール）が約５００の数平均分子量（Mn）を有するようなものである、式（ＩＩａ）の構造を有する第２のメタクリレート誘導単位を有する。
[0027] いくつかの実施形態では、本アナライトセンサの架橋した親水性コポリマー中に第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレート誘導単位が存在することによって、多孔質ネットワークが形成され得る。多孔質ネットワークの構造は、ポリマーにより占められていないコポリマー内の領域を含み、これらの領域を本明細書において「細孔」と称する。架橋した親水性コポリマーの多孔質ネットワークは、サンプル溶液中のアナライト（例えば、グルコース）の濃度と、アナライトセンサ電極表面近傍におけるアナライト濃度との間の平衡の制御を促進し得る。アナライトセンサに到着するアナライトの全てが消費されたとき、測定された出力シグナルは、アナライトの流量と線形的に比例し、したがってアナライトの濃度に比例し得る。しかしながら、アナライトの消費が、アナライトセンサ中の化学的または電気化学的活動の速度論により制限される場合、測定される出力シグナルはもはや、アナライトの流量により制御され得ず、もはやアナライトの流量または濃度と線形的に比例しない。この場合、アナライトセンシング成分に到着するアナライトの一部分のみが、センサが飽和状態に達するまでに消費され、それからはアナライトの濃度が増加しても、測定されるシグナルは増加が止まるか、わずかしか増加しない。多孔質ネットワークは、アナライトセンシング成分へのアナライトの流量を減少させることができるので、センサは飽和状態とならず、したがって、より幅広い範囲のアナライト濃度の測定を効果的に可能にすることができる。
[0028] 第２のメタクリレート誘導単位の第２の側鎖の親水性特性は、多孔質ネットワークの所望の特性、例えばアナライトの透過性などをもたらすように変化させることができる。例えば、センサ内へのまたはセンサを横断するアナライトの流量は、モニタ対象の特定のアナライトに依存し得るので、特定のアナライトをモニタするための特性を得るために、多孔質ネットワークを変化させることができる。いくつかの適用例では、第２の側鎖中のアルキレンオキシド単位の数を変化させることによって、多孔質ネットワークの親水性を調整することができる。同様に、第２のメタクリレート誘導単位中のアルキレンオキシド単位に対する炭素原子（すなわち、−Ｃ−、−ＣＨ−、−ＣＨ２−または−ＣＨ３）の比を変えることによって、多孔質ネットワークの親水性を調整することができる。
[0029] アナライトセンシング成分は包埋されている、すなわち、架橋した親水性コポリマーのポリマーネットワークにより包囲されている。包埋されたアナライトセンシング成分は固定化されており、対象の対応するアナライトと相互作用し得る。いくつかの実施形態では、アナライトセンシング成分は酵素を含む。
[0030] アナライトセンサのアナライトセンシング成分は、特定のアナライトの生理学的レベルをモニタするように選択することができる。例えば、グルコース、ラクテート、コレステロールならびに多様なタンパク質および脂質を、例えば、涙液層を含む、体液中に見出すことができ、連続式または半連続式モニタリングにより利益を受け得る医学的条件の指標とし得る。
[0031] アナライトセンシング成分は、１種または複数のアナライトをモニタするように選択された酵素とすることができる。例えば、コレステロールオキシダーゼを用いて生理学的コレステロールレベルをモニタすることができ、ラクテートオキシダーゼでラクテートレベルをモニタすることができ、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼ（GDH）によってグルコースレベルをモニタすることができる。
[0032] いくつかの実施形態では、アナライトセンシング成分は、アナライトと化学反応を受けて検出可能な反応生成物を生じる酵素とすることができる。例えば、グルコースオキシダーゼ（「GOx」）を含むコポリマーを作用電極の周囲に位置させて、グルコースとの反応を触媒して、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を生じることができる。下に示される通り、次いで過酸化水素は作用電極で酸化されて、作用電極に電子を放出し得、これによって電流が生じる。
Ｈ２Ｏ２→２Ｈ＋＋Ｏ２＋２ｅ−
[0033] 還元または酸化反応により生じた電流は、反応速度に概して比例し得る。さらに、反応速度は、直接的または試薬によって触媒的に、電気化学的センサ電極に到達して還元または酸化反応を促進するアナライト分子の速度に依存し得る。さらなるアナライト分子が周囲領域からサンプル領域に拡散する速度とほぼ同じ速度で、アナライト分子がサンプル領域から電気化学的センサ電極に拡散する、定常状態では、反応速度はアナライト分子の濃度に概して比例し得る。したがって、電流はアナライト濃度の指標をもたらし得る。
[0034] 他の実施形態では、アナライトセンシング成分はグルコースデヒドロゲナーゼ（GDH）である。ある特定の例では、ＧＤＨの使用は、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD）、フラビンモノヌクレオチド、ピロロキノリンキノン（PQQ）または補酵素などの補因子の添加を必要とする場合がある。
[0035] 架橋した親水性コポリマーの架橋結合は、異なる主鎖中の第３のメタクリレート誘導単位を連結し、式（ＩＩＩ）中の「Ａ」により表される：
（式中、Ｘ’は独立して、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり、Ａは親水性基である。）。
[0036] いくつかの実施形態では、架橋結合は親水性である。架橋結合は、水または水混和性溶媒、例えばアルコールなどに可溶であり得る。架橋結合は、１個または複数のヘテロ原子、例えば、窒素、酸素または硫黄原子を有し得る。いくつかの実施形態では、架橋結合は１個または複数のヒドロキシ基を有する。
[0037] いくつかの実施形態では、架橋結合は、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む。アルキレンオキシド単位は、ポリマー、例えば、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（ブチレンオキシド）またはこれらの混合物などの形態とすることができ、２種または３種の異なるアルキレンオキシド単位の組合せを含むコポリマーとすることができる。いくつかの実施形態では、架橋結合のポリ（アルキレンオキシド）は、２種または３種の異なるポリ（アルキレンオキシド）ポリマーのブロックを含むブロックコポリマーである。ある特定の実施形態では、ポリ（アルキレンオキシド）は、ポリ（エチレングリコール）とポリ（プロピレングリコール）のブロックコポリマーである。他の実施形態では、架橋結合および第２のメタクリレート誘導単位は、ポリ（エチレングリコール）を含む。
[0038] いくつかの実施形態では、架橋結合は、１個または複数のエチレンオキシド単位を含む。例えば、架橋結合（例えば、上記式（ｉｉｉ）中のＡ）は、式（ＩＩＩａ）：
（式中、ｗは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。）
の構造を有し得る。
[0039] ある特定の実施形態では、ｗは、約２〜約２５０の平均値である。
[0040] 他の実施形態では、式（ＩＩＩａ）の架橋結合におけるｗは、架橋結合のＰＥＧ部分（式（ＩＩＩａ）中の角括弧内）の数平均分子量（Mn）が、約１００〜約１０，０００であるようなものである。例えば、ｗは、架橋結合のＰＥＧ部分のＭｎが、表２中の範囲内に該当するように選択することができる：
[0041] いくつかの実施形態では、架橋結合は、ｗが１である、ジ（エチレングリコール）ジメタクリレートから誘導される。
[0042] アナライトセンサの架橋した親水性コポリマーの厚さは、アナライトセンサの所望の特性に応じて変化させることができる。電極の上面からコポリマーの上面までを測定した、コポリマーの厚さは、アナライトセンシング成分へのアナライトの流量を調節するのに重要な役割を果たし得る。コポリマー中のメタクリレート誘導単位の特徴、使用されるアナライトセンシング成分の種類、およびモニタされるアナライトに応じて、コポリマーの厚さは、約１０μｍ未満から約３０μｍまでとすることができる。いくつかの例では、コポリマーの厚さは２０μｍ未満であり、他の適用例では、コポリマーの厚さは約２０μｍ〜約２５μｍである。ある特定の適用例では、コポリマーの厚さは約１０μｍ〜約１５μｍであり、他の適用例では、コポリマーの厚さは、約１５μｍ〜約２０μｍまたは約２５μｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態では、コポリマーの厚さは約２０μｍである。
[0043] 別の態様では、アナライトセンサを作製するための方法が開示される。この方法は、
ａ）アナライトセンシング成分、ジメタクリレートモノマー、開始剤、第１の親水性側鎖を有する第１のメタクリレートモノマー、および第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレートモノマーを含む混合物を形成する工程；
ｂ）電極の表面に混合物を塗着する工程；ならびに
ｃ）重合（すなわち、硬化）を開始させるのに十分な条件に、塗着した混合物を供する工程
を伴い得る。
[0044] この方法のいくつかの実施形態では、３種の個別の溶液を組み合わせることによって、混合物が形成される。本方法は：
ａ）アナライトセンシング成分を含む第１の溶液を形成する工程；
ｂ）ジメタクリレートモノマー、開始剤、および第１の親水性側鎖を有する第１のメタクリレートモノマーを含む第２の溶液を形成する工程；
ｃ）ジメタクリレートモノマー、開始剤、および第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレートモノマーを含む第３の溶液を形成する工程；
ｄ）３種の溶液を組み合わせて、混合物を提供する工程
を伴い得る。
[0045] いくつかの実施形態では、混合物は、電極の表面上で形成することができる。例えば、各成分、または１種または複数の成分の組合せを、個々に塗着して、混合物を形成することができる。同様に、３種の個別の溶液を組み合わせることによって混合物を形成する場合、電極の表面上で溶液を組み合わせて、混合物を形成することができる。
[0046] 混合物中のセンサ前駆体の比は、得られるアナライトセンサの所望の特性に応じて変化させることができる。例えば、第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレートモノマーの量を調整することで、架橋した親水性コポリマーの多孔質ネットワークを変化させ得る。多孔質ネットワークの特性を制御することで、アナライトセンサの透過性のチューニングが可能となり得る。電極上に塗着した混合物の量を調整すること、および／または第１のメタクリレートモノマーと組み合わせた第２のメタクリレートモノマーの量を調整することによっても、同様のチューニング性を達成することができる。
[0047] 混合物、または第１の、第２のおよび第３の溶液は、水性媒体、アルコール性媒体、またはこれらの混合物中で形成することができる。水性媒体には、緩衝水溶液、例えば、クエン酸、酢酸、ホウ酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、４−２−ヒドロキシエチル−１−ピペラジンエタンスルホン酸（HEPES）、３−｛［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アミノ｝プロパンスルホン酸（TAPS）、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）グリシン（ビシン）、トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミン（トリス）、Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチルグリシン（トリシン）、３−［Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチルアミノ］−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（TAPSO）、２−｛［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アミノ｝エタンスルホン酸（TES）、３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（MOPS）、ピペラジン−Ｎ，Ｎ’−ビス（２−エタンスルホン酸）（PIPES）、ジメチルアルシン酸（カコジレート）、クエン酸ナトリウム食塩水（SSC）、２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（MES）、２（Ｒ）−２−（メチルアミノ）コハク酸を含有する溶液、またはリン酸緩衝生理食塩水（PBS）などが含まれ得る。いくつかの実施形態では、混合物、または第１の、第２のおよび第３の溶液は、緩衝水溶液とエタノールとの混合物中で形成することができる。
[0048] 本方法のいくつかの実施形態では、本方法の第１の、第２のおよび第３の溶液はそれぞれ、ほぼ同じ濃度のアナライトセンシング成分、第１のメタクリレートモノマー、および第２のメタクリレートモノマーを用いて形成することができる。次いで、各成分の百分率は、混合物を形成するのに使用される各溶液の量を調整することによって、変化させることができる。いくつかの例では、混合物中のアナライトセンシング成分の百分率は、約２０重量％〜約５０重量％であり、第１のメタクリレートモノマーの百分率は、２０重量％〜約６０重量％であり、第２のメタクリレートモノマーの百分率は、約１０重量％〜約４０重量％である。全ての百分率は、アナライトセンシング成分、第１のメタクリレートモノマーおよび第２のメタクリレートモノマーの累積量の百分率として示している。ある特定の例では、アナライトセンシング成分の百分率は約４０％であり、第１のメタクリレートモノマーの量は約３５％〜約４０％であり、第２のメタクリレートモノマーの量は約２０％〜約２５％である。ある特定の実施形態では、混合物は、電極の表面上に塗着される前に、任意選択により撹拌器または振とう器を用いて、十分に混合される。
[0049] アナライトセンシング成分は、モニタ対象の所望のアナライトに基づいて選択することができる。例えば、生理学的コレステロールレベルをモニタするには、コレステロールオキシダーゼを使用することができ、ラクテートレベルをモニタするには、ラクテートオキシダーゼを使用することができる。グルコースレベルをモニタするには、アナライトセンシング成分は、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼ（GDH）を含むことができる。
[0050] アナライトセンシング成分は、塗着した混合物中のメタクリレートおよびジメタクリレートモノマーの重合中に存在することができ、その結果、メタクリレートおよびジメタクリレートモノマーの重合によって、アナライトセンシング成分が包埋された、架橋したコポリマーネットワークの形成がもたらされる。包埋されたアナライトセンシング成分は固定化され、対象の対応するアナライトをモニタするのに使用することができる。
[0051] 第１のおよび第２のメタクリレートモノマーは、１個または複数のヘテロ原子を有し得る親水性側鎖を含む。第１のおよび第２の側鎖は、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含み、本明細書に記載のアナライトセンサの架橋した親水性コポリマーを形成し得る。
[0052] 本方法のいくつかの実施形態では、第１のメタクリレートモノマーは、式（ＩＶ）：
（式中、Ｒは親水性基である。）
の構造を有する。本方法のある特定の実施形態では、親水性基は、アルコールなど、１個または複数のヒドロキシ基を含む。
[0053] 本方法のいくつかの実施形態では、第１のメタクリレートモノマーは、式（ＩＶａ）：
（式中、Ｘ、ｙ、Ｒ１、およびＲ’は、本明細書に記載の架橋した親水性コポリマーの第１のメタクリレート誘導モノマー単位をもたらすように選択される。）
の構造を有する。
[0054] 本方法の特定の実施形態では、第１のメタクリレートモノマーは、以下の構造：
を有する。
[0055] 本方法のいくつかの実施形態では、第２のメタクリレートモノマーは、式（Ｖ）：
の構造を有する
[0056] （式中、Ｙ、ｚ、Ｒ２およびＲ’は、本明細書に記載の架橋した親水性コポリマーの第２のメタクリレート誘導モノマー単位を得るように選択される。）。
[0057] 本方法のいくつかの実施形態では、第２のメタクリレートモノマーは、式（Ｖａ）：
の構造を有する
[0058] （式中、ｘは、ポリ（エチレングリコール）が約１００〜約１０，０００の数平均分子量（Mn）を有する本明細書に記載の架橋した親水性コポリマーの第２のメタクリレート誘導モノマー単位を得るように選択される。）。ある特定の実施形態では、ｘは、ポリ（エチレングリコール）のＭｎが表１中の範囲内に該当する第２のメタクリレート誘導モノマー単位を得るように選択される。
[0059] 本方法の特定の実施形態では、第２のメタクリレートモノマーは、Ｙが−Ｏ−であり、Ｒ２がメチルであり、ｘが、ポリ（エチレングリコール）が約５００の数平均分子量（Mn）を有するようなものである、式（Ｖａ）の構造を有する。
[0060] ジメタクリレートモノマーは、親水性リンカーにより繋ぎ止められた２個の末端メタクリレート基を有する分子である。親水性リンカーは、本明細書に記載の架橋した親水性コポリマーの異なる主鎖中の第３のメタクリレート誘導単位間の架橋結合を得るように選択される。混合物が、それぞれがジメタクリレートモノマーを有する２種以上の溶液の組合せから形成される実施形態では、ジメタクリレートモノマーは同一とすることもでき、いくつかの例では、異なっていてもよい。
[0061] アナライトセンサの架橋した親水性コポリマーにおける架橋の程度は、混合物中のジメタクリレートモノマーの量を調整することによって、制御することができる。いくつかの実施形態では、ジメタクリレートモノマーは、混合物の約１％〜約１５％である。他の例では、この量は、約１％〜約５％、または約５％〜約１０％、または約１０％〜約１５％である。いくつかの実施形態では、この量は約１％である。いくつかの例では、混合物の両方が、約１％のジメタクリレートモノマーを含む。
[0062] 本方法のいくつかの実施形態では、ジメタクリレートモノマーは、本明細書に記載の架橋した親水性コポリマーの架橋結合を得るための１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む。いくつかの実施形態では、ジメタクリレートモノマーは、ポリ（エチレングリコール）（PEG）を含む。例えば、ジメタクリレートモノマーは、式（ＶＩ）：
（式中、ｗは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。）
の構造を有し得る。
[0063] ある特定の実施形態では、ｗは、約２〜約２５０の平均値である。
[0064] 本方法の他の実施形態では、ジメタクリレートモノマーは、ｗが、ジメタクリレートモノマーのＰＥＧ部分の数平均分子量（Mn）が、約１００〜約１０，０００であるようなものである、式（ＶＩ）の構造を有し得る。例えば、ｗは、ジメタクリレートモノマーのＰＥＧ部分のＭｎが、表２中の範囲内であるように選択することができる。いくつかの実施形態では、ジメタクリレートモノマーはジ（エチレングリコール）ジメタクリレートである。
[0065] 電極の表面上に混合物を塗着する工程は、いくつかの方法により達成することができる。例えば、塗着する工程は、マイクロシリンジを用いて手動で行うこともでき、ナノジェット分配装置を用いた自動化された作製プロセスにより行うこともできる。
[0066] 本方法のいくつかの実施形態では、電極の表面上に塗着される混合物の量は、アナライトセンサの架橋した親水性コポリマーの所望の厚さを得るように選択される。いくつかの実施形態では、電極上に沈着される量は、約５０ｎＬ／ｍｍ２〜約５００ｎＬ／ｍｍ２である。他の例では、この量は、約５０μｍ〜約１５０μｍ、または約１５０μｍ〜約３００μｍ、または約３００μｍ〜約５００μｍ厚である。いくつかの実施形態では、この量は、約１００ｎＬ／ｍｍ２である。いくつかの例では、混合物約１００ｎＬ／ｍｍ２を塗着することによって、約２０μｍ厚である架橋した親水性コポリマーが得られる。
[0067] 重合（すなわち、硬化）を開始させるのに適した条件は、アナライトセンシング成分を分解することがないように、開始剤の特徴および重合させるモノマーに基づいて選択することができる。アナライトセンシング成分が酵素である実施形態では、本方法の温度およびｐＨは、酵素の活性を保存するように選択することができる。特定の実施形態では、開始剤は、紫外（UV）線を用いて活性化される。例えば、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを開始剤として使用する場合、ＵＶ線を用いて硬化を行うことができる。混合物が、それぞれが開始剤を有する２種以上の溶液の組合せから形成される実施形態では、開始剤は同一とすることもでき、いくつかの例では、異なっていてもよい。
実施例１．架橋したメタクリレートコポリマー中のＧＯｘの固定化。
[0068] ３つの溶液（Ａ〜Ｃ）を調製した：
Ａ）ＰＢＳバッファー（pH=7.4）中、グルコースオキシダーゼ（GOx）２５ｍｇ／ｍｌ
Ｂ）ジ（エチレングリコール）ジメタクリレート１重量％および２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン１重量％を含有する２−ヒドロキシエチルメタクリレートモノマー溶液。
Ｃ）ジ（エチレングリコール）ジメタクリレート１重量％および２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン１重量％を含有するポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレート（平均Mn500、Aldrich製品#447943）モノマー溶液。
[0069] 以下の表中の比による容量の各溶液（Ａ〜Ｃ）を組み合わせることによって、２種の配合物（Ｆ２およびＦ４）を調製した：
[0070] 得られた配合物をボルテックス振とう器で十分に混合した。マイクロシリンジを使用して、各配合物１００ｎＬ／ｍｍ２をセンサ電極上に塗着して、塗着した溶液をＥＣ−５００光曝露チャンバ（Electro-Lite Corp）で、窒素下３６５ｎｍで５分間ＵＶ硬化させた。得られた硬化した架橋したコポリマーの厚さはそれぞれ、約２０μｍであった。配合物Ｆ４を用いて作製したセンサは、配合物Ｆ２よりも大きい、溶液Ｂに対する溶液Ｃの比を使用した。したがって、配合物Ｆ４を用いて作製したセンサは、配合物Ｆ２を用いて作製したセンサよりも大きな比の、２−ヒドロキシエチルメタクリレート誘導単位に対するポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレート誘導単位を有する。
実施例３．グルコース溶液中でのアナライトセンサ性能。
[0071] 実施例１で形成した配合物Ｆ２およびＦ４のアナライトセンサを、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）中のグルコースの濃度２０μＭ〜１０００μｍの範囲で試験した。両方のセンサをＰＢＳ中に沈め、グルコース濃度を１０〜１５分ごとに増加させた。ポテンショスタットを使用して、電極で生じた電流を測定した。電流とグルコース濃度との間に線形関係が両方の配合物について観察された（差し込み参照、図１）。配合物Ｆ４で作製したセンサは、配合物Ｆ２で作製したセンサよりも、２−ヒドロキシエチルメタクリレート誘導単位に対するポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレート誘導単位の比が大きかったが、配合物Ｆ２で作製したセンサよりも、同じグルコース濃度において電流応答がより高かった。図１参照。
[0072] 上記実施例における架橋した親水性コポリマーはメタクリレート基を含むものの、重合に供することが可能な当技術分野において公知のいくつかのエチレン性不飽和基が存在する。エチレン性不飽和モノマーおよびマクロマーは、アクリルまたはビニル含有性のいずれかであってもよい。ビニル含有モノマーは、ビニル基（ＣＨ２＝ＣＨ−）を含有し、一般に反応性が高い。アクリル含有モノマーは、式：
により表される。
[0073] 適切な重合性基の例としては、アクリル、エタクリル、イタコン酸、スチリル、アクリルアミド、メタクリルアミドおよびビニル含有基、例えばアリル基などを挙げることができる。
[0074] エチレン性不飽和モノマーおよびマクロモノマーの重合によって架橋した親水性コポリマーを形成する上記に開示した方法に加えて、そのようなコポリマーを形成するためのさらなる化学が、当業者に公知であろう。一例として、多官能性アミンと多官能性エポキシ化合物を混ぜ合わせて硬化させる、エポキシ化学を、架橋した親水性コポリマーを形成するのに用いることができる。さらに、多官能性イソシアネートを多官能性アルコールと混ぜ合わせて硬化させ、架橋した親水性コポリマーを得る、ウレタン化学を使用してもよい。架橋した親水性コポリマーを形成するためのその他の化学が存在し、当業者に周知であろう。
[0075] 本明細書において記載した構成は、単に例示が目的であることが理解されるべきである。したがって、当業者は、他の構成および他の要素（例えば、機械、インターフェース、機能、命令、および機能群等）を代わりに使用することができ、いくつかの要素を所望の結果によって全く省略することができることを理解されよう。さらに、記載した要素の多くは、個別もしくは分散コンポーネントとしてまたは任意の適切な組合せおよび位置において他のコンポーネントと併せて実装することができる機能エンティティである。
[0076] 多様な態様および実施形態を本明細書において開示したものの、他の態様および実施形態が当業者に明らかとなろう。本明細書において開示した多様な態様および実施形態は、例示が目的であり、限定的であることを意図するものではなく、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されており、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲も共に示されている。本明細書において使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するのが目的であり、限定的であることを意図しないこともまた理解されるべきである。
[0077] さらに、システムのいくつかの実施形態は、自動的に実行され得るか、装置の着用者により制御され得るプライバシーコントロールを含み得る。例えば、着用者の収集された生理学的パラメータデータおよび健康状態データが、臨床医による傾向分析のために、クラウドコンピューティングネットワークにアップロードされる場合、データを格納または使用する前に、個人識別可能な情報を除去するように、データを１つまたは複数の方法で処理してもよい。例えば、個人識別可能な情報を使用者について決定できないように、使用者の識別情報を処理してもよく、または位置情報が得られる（例えば、市、郵便番号、または州レベルまで）場合は、使用者の地理的な位置を、使用者の詳細な位置を決定することができないように、一般化してもよい。
[0078] 追加的にまたは代替的に、装置が着用者に関する情報（例えば、使用者の病歴、社会的行動または活動、職業、使用者の嗜好、または使用者の現在位置に関する情報）を収集する可否や方法を管理する機会、またはどのようにそのような情報を使用してもよいかを管理する機会を装置の着用者に提供してもよい。このように、着用者が、着用者に関する情報を収集する方法、および臨床医または医師または他のデータ使用者によって情報を使用する方法を管理してもよい。例えば、着用者は、着用者の装置から収集された健康状態や生理学的パラメータなどのデータを、個人のベースラインならびに自身のデータの収集および比較に応じた推奨を生成するためにのみ使用することができ、集団ベースラインの生成または集団相関研究における使用のために使用できないことを決定してもよい。

Claims (27)

  1. 電極の表面と接する架橋した親水性コポリマー；および
    架橋した親水性コポリマー内に包埋されたアナライトセンシング成分を含むアナライトセンサであって、架橋した親水性コポリマーが：
    各々が第１の親水性側鎖を有する第１のメタクリレート誘導単位；
    各々が第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレート誘導単位；
    第３のメタクリレート誘導単位
    を含む主鎖であって、第１の側鎖と第２の側鎖が同一であるか異なる、主鎖；および
    異なる主鎖中の第３のメタクリレート誘導単位間の親水性架橋結合
    を含む、アナライトセンサ。
  2. 第１のメタクリレート誘導単位の側鎖が、１個または複数のヒドロキシ基を含む、請求項１に記載のセンサ。
  3. 第１のメタクリレート誘導単位が、式（Ｉａ）：
    （式中、
    Ｘは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり；
    ｙは、０〜１０であり；
    Ｒ１は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−ＯＨ、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルである。）
    の構造を有する、請求項１に記載のセンサ。
  4. 第１のメタクリレート誘導単位が、以下の構造：
    を有する、請求項１に記載のセンサ。
  5. 第２のメタクリレート誘導単位が、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む、請求項１に記載のセンサ。
  6. 第２のメタクリレート誘導単位が、式（ＩＩ）：
    （式中、
    Ｙは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり；
    Ｒ２は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、水素または−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルであり；
    ｚは、０〜１０である。）
    の構造を有する、請求項１に記載のセンサ。
  7. 第２のメタクリレート誘導単位が、式：（ＩＩ）：
    （式中、
    Ｙは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり；
    Ｒ２は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、水素または−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルであり；
    ｚは、２〜約２５０の平均値である。）
    の構造を有する、請求項１に記載のセンサ。
  8. 親水性架橋結合が、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む、請求項１に記載のセンサ。
  9. 親水性架橋結合が、式（ＩＩＩａ）：
    （式中、ｗは、０〜１０である。）
    の構造を有する、請求項１に記載のセンサ。
  10. 親水性架橋結合が、式（ＩＩＩａ）：
    （式中、ｗは、約２〜約２５０の平均値である。）
    の構造を有する、請求項１に記載のセンサ。
  11. アナライトセンシング成分がグルコースオキシダーゼを含む、請求項１に記載のセンサ。
  12. 架橋した親水性コポリマーが、約２０μｍの厚さを有する、請求項１に記載のセンサ。
  13. 第１のメタクリレート誘導単位が２−ヒドロキシエチルメタクリレートから誘導され；
    第２のメタクリレート誘導単位が、式（ＩＩ）：
    （式中、ｚは、約１０〜約１５の平均値である。）
    の構造を有し；
    親水性架橋結合が、式（ＩＩＩａ）：
    （式中、ｗは、２である。）
    の構造を有し；
    アナライトセンシング成分がグルコースオキシダーゼを含む、
    請求項１に記載のセンサ。
  14. アナライトセンサを作製する方法であって、
    アナライトセンシング成分、開始剤、第１の親水性側鎖を有する第１のメタクリレートモノマー、ジメタクリレートモノマー、および第２の親水性側鎖を有する第２のメタクリレートモノマーを含む混合物を形成する工程；
    電極の表面に混合物を塗着する工程；ならびに
    塗着した混合物を硬化させる工程
    を含む、方法。
  15. 第１のメタクリレートモノマーの第１の親水性側鎖が、１個または複数のヒドロキシ基を含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 第２のメタクリレートモノマーの第２の親水性側鎖が、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む、請求項１４に記載の方法。
  17. 第１のメタクリレートモノマーが、式（ＩＶａ）：
    （式中、
    Ｘは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり；
    ｙは、０〜１０であり；
    Ｒ１は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−ＯＨ、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルである。）
    の構造を有する、請求項１４に記載の方法。
  18. 第１のメタクリレートモノマーが、以下の構造
    を有する、請求項１４に記載の方法。
  19. 第２のメタクリレートモノマーが、式（Ｖ）：
    （式中、
    Ｙは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり；
    Ｒ２は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、水素または−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルであり；
    ｚは、０〜１０である。）
    の構造を有する、請求項１４に記載の方法。
  20. 第２のメタクリレートモノマーが、式（Ｖ）：
    （式中、
    Ｙは、−Ｏ−、−ＮＲ’−または−Ｓ−であり；
    Ｒ２は、水素、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−ＳｉＲ’３、−Ｃ（Ｏ）−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル、−Ｃ１〜Ｃ１２アルキル−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、Ｒ’は、水素または−Ｃ１〜Ｃ１２アルキルであり；
    ｚは、約２〜約２５０の平均値である。）
    の構造を有する、請求項１４に記載の方法。
  21. ジメタクリレートモノマーの親水性リンカーが、１個または複数のアルキレンオキシド単位を含む、請求項１４に記載の方法。
  22. ジメタクリレートモノマーが、式（ＶＩ）：
    （式中、ｗは、０〜１０である。）
    の構造を有する、請求項１４に記載の方法。
  23. ジメタクリレートモノマーが、式（ＶＩ）：
    （式中、ｗは、約２〜約２５０の平均値である。）
    の構造を有する、請求項１４に記載の方法。
  24. 第１のメタクリレートモノマーまたは第２のメタクリレートモノマーが、ジ（エチレングリコール）ジメタクリレートである、請求項１４に記載の方法。
  25. アナライトセンシング成分がグルコースオキシダーゼである、請求項１４に記載の方法。
  26. 塗着した混合物を硬化させる工程が、塗着した混合物を紫外線に曝露する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
  27. 開始剤が２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンである、請求項１４に記載の方法。
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