JP2016532868A - 分析物の動態および濃度を評価するための動態学的サイクリックボルタンメトリーの使用 - Google Patents

分析物の動態および濃度を評価するための動態学的サイクリックボルタンメトリーの使用 Download PDF

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Abstract

動態学的サイクリックボルタンメトリーを使用して分析物レベルを測定しかつ分析物動態を評価するための材料および方法が提供される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年8月9日出願の米国特許仮出願第61/864,116号の優先権の恩典を主張する。
技術分野
本発明は、動態学的サイクリックボルタンメトリーを使用して分析物レベルを測定しかつ分析物動態を評価するための材料および方法に関する。
背景
電気化学的技術が、電圧依存酸化還元過程に基づいて様々な代謝産物の放出および／または吸収をインビトロおよびインビボでモニタするために役立つことができる。たとえば、サイクリックボルタンメトリーは、溶解状態の分析物の電気化学的性質を評価するために使用することができるタイプの動電位的電気化学的測定法である。サイクリックボルタンメトリー（CV）は、概して、線形掃引ボルタンメトリーと同じく、作用電極の電位を時間に対して線形に増減させる（ramp）ことを含む。設定電位に達したところで終了する線形掃引ボルタンメトリーとは違って、サイクリックボルタンメトリーにおける作用電極の電位ランプは、設定電位に達すると逆転する。逆転は一つの評価中に複数回起こることができる。作用電極の電流を印加電圧に対してプロットすると、サイクリックボルタモグラムトレースを得ることができる。
概要
分析物を評価するための電気化学[たとえば高速電位走査サイクリックボルタンメトリー（FSCV）]の使用は、複数の複雑な分析物を区別する難しさと、絶対的な分析物量を測定することができないこととを含み得る課題を呈する。本明細書は、一部には、1走査毎のマルチパルスサイクリックボルタンメトリーを様々な電圧において行うことができる電気化学的技術である動態学的サイクリックボルタンメトリー（KCV）の開発に基づく。KCVは、特定の分析物に固有の動態特性を示す動態マップ（Kマップ）を作成するために使用することができる。従来のサイクリックボルタンメトリーとは違って、KCVはまた、そのような分析物の濃度マップ（Aマップ）を作成するために使用することもできる。KマップおよびAマップは、バックグラウンド減算なしで得ることができる。したがって、KCVは分析物の絶対的定量化を可能にする。そのうえ、この技術は、信号分析をリアルタイムで行われることができるため、高性能神経調節システムに組み込むことができる。
一つの局面において、本明細書は、環境内に存在する分析物の濃度を評価するための方法を特徴とする。方法は、（a）波形の繰返しパルス列を用いて、マルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータを得る工程、（b）該データからボルタモグラムを測定する工程、（c）該ボルタモグラムに基づいて、該濃度に関する指標を提供する検出値を決定する工程、および（d）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供する工程を含むことができる。分析物は、電気化学によって測定可能な化学物質であり得る。環境はインビボの脳組織（たとえばヒト脳組織）であることができる。各パルス列は3〜20個のパルスを含むことができる。各パルス列は約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成されることができる。連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間は約10ミリ秒〜約10秒であることができる。連続するパルス列間の遅れ時間は約1ミリ秒〜約700ミリ秒であることができる。各パルスは約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続することができる。連続するパルス間の遅延時間は約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒であることができる。工程（d）は、前記情報をコンピュータに提供することを含むことができるか、またはユーザに表示するための該情報を提供することを含むことができる。
別の局面において、本明細書は、環境内に存在する分析対象物の濃度を評価するための方法を特徴とし、該方法は、（a）波形の繰返しパルス列を用いて、マルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータから測定されたボルタモグラムを得る工程、（b）該ボルタモグラムに基づいて、該濃度に関する指標を提供する検出値を決定する工程、および（c）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供する工程を含む。分析物は、電気化学によって測定可能な化学物質であり得る。環境はインビボの脳組織（たとえばヒト脳組織）であることができる。各パルス列は3〜20個のパルスを含むことができる。各パルス列は約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成されることができる。連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間は約10ミリ秒〜約10秒であることができる。連続するパルス列間の遅れ時間は約1ミリ秒〜約700ミリ秒であることができる。各パルスは約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続することができる。連続するパルス間の遅延時間は約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒であることができる。工程（c）は、前記情報をコンピュータに提供することを含むことができるか、またはユーザに表示するための該情報を提供することを含むことができる。
別の局面において、本明細書は、試料内の分析物の濃度を評価するためのコンピュータ実施方法を特徴とする。方法は、（a）コンピューティングシステムにより、ボルタモグラムに基づいて検出値を決定する工程であって、該検出値が、該濃度に関する指標を提供し、かつ、該ボルタモグラムが、波形の繰返しパルス列を用いてマルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータから測定された、工程、および（b）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供する工程を含むことができる。分析物は、電気化学によって測定可能な化学物質であり得る。環境はインビボの脳組織（たとえばヒト脳組織）であることができる。各パルス列は3〜20個のパルスを含むことができる。各パルス列は約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成されることができる。連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間は約10ミリ秒〜約10秒であることができる。連続するパルス列間の遅れ時間は約1ミリ秒〜約700ミリ秒であることができる。各パルスは約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続することができる。連続するパルス間の遅延時間は約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒であることができる。工程（b）は、前記情報をコンピュータに提供することを含むことができるか、またはユーザに表示するための該情報を提供することを含むことができる。
さらに別の局面において、本明細書は、（a）波形の繰返しパルス列を試料に印加したマルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータを受け取るように構成された通信ポート、（b）実行された場合に（i）該データからボルタモグラムを測定しかつ（ii）該試料内の分析物の濃度に関する指標を提供する検出値を該ボルタモグラムに基づいて決定する命令が記録されている、一つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、および（c）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供するように構成された通信ポートを備える、該分析物の濃度を評価するためのコンピュータ化システムを特徴とする。分析物は、電気化学によって測定可能な化学物質であり得る。環境はインビボの脳組織（たとえばヒト脳組織）であることができる。各パルス列は3〜20個のパルスを含むことができる。各パルス列は約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成されることができる。連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間は約10ミリ秒〜約10秒であることができる。連続するパルス列間の遅れ時間は約1ミリ秒〜約700ミリ秒であることができる。各パルスは約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続することができる。連続するパルス間の遅延時間は約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒であることができる。通信ポートは、前記情報をコンピュータに提供するように、またはユーザに表示するための該情報を提供するように構成されることができる。
別の局面において、本明細書は、実行された場合に（a）波形の繰返しパルス列を環境に印加したマルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータからボルタモグラムを測定しかつ（b）該環境内の分析物の濃度に関する指標を提供する検出値を該ボルタモグラムに基づいて決定する命令を備える、非一時的な有形コンピュータプログラム製品を特徴とする。分析物は、電気化学によって測定可能な化学物質であり得る。環境はインビボの脳組織（たとえばヒト脳組織）であることができる。各パルス列は3〜20個のパルスを含むことができる。各パルス列は約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成されることができる。連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間は約10ミリ秒〜約10秒であることができる。連続するパルス列間の遅れ時間は約1ミリ秒〜約700ミリ秒であることができる。各パルスは約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続することができる。連続するパルス間の遅延時間は約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒であることができる。
別段定義されない限り、本明細書中で使用されるすべての科学技術用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または等価である方法および材料を使用して本発明を実施することができるが、好適な方法および材料を以下に記す。本明細書中で挙げられるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参照文献は参照により全体として本明細書に組み入れられる。矛盾する場合、定義を含む本明細書が統括する。加えて、材料、方法、および例は実例にすぎず、限定的であることを意図しない。
本発明の一つまたは複数の態様の詳細が添付図面および以下の詳細な説明に述べられる。詳細な説明および図面ならびに特許請求の範囲から本発明の他の特徴、目的、および利点が明らかになるであろう。
例示的な動態学的サイクリックボルタンメトリー（KCV）波形の図である。 ドーパピン（DA）注入時のKCV波形（上段）およびDA注入前後のバックグラウンド電流波形（中段）ならびに結果として得られたバックグラウンド減算サイクリックボルタモグラムを示す図である。 DAおよびドーパミンキノン（DOQ）の吸着および脱着の動態モデルの図および方程式である。 例示的な動態学的高速電位走査サイクリックボルタンメトリー波形（上段および中段）と、第一のパルス（1）におけるDAおよびDOQの検出値を決定するための二つ一組の方程式（最下段）とを示す図である。 図4の中間部分に示す第二のパルス（2）および第三のパルス（3）におけるDAおよびDOQの検出値を決定するための一連の方程式を示す。 ある特定のパルス（m）におけるDAおよびDOQの検出値を決定するための二つ一組の方程式（上段）と、連続するパルス（m+1およびm）におけるDAおよびDOQの検出値の差を決定するための一連の方程式（中段および最下段）とを示す。 バックグラウンド減算サイクリックボルタンメトリー波形をプロットしているグラフである。 連続する二つのパルスの間の差をフィットさせる指数曲線をプロットしているグラフ（左）、ならびに、動態特性および濃度をそれぞれ示す擬似k値カラーマップおよび擬似A値カラーマップ（右）である。 図示するようにDA酸化還元を示すFSCV擬似カラーマップ（上段）、および、破線によって示される擬似カラーマップに沿った点に関するFSCV波形（下段）である。 DAに関するKマップおよび対応する擬似k値カラーマップ（左）、ならびに、DAに関するAマップおよび対応する擬似A値カラーマップ（右）を示す。 図示するようにDA濃度が増加する場合の一連のAマップ（上段）およびKマップ（下段）である。 DAに関して濃度をA値に対してプロットしているグラフである。 図示するようにDA（左）、アスコルビン酸（中央）、および5-ヒドロキシトリプトファン（右）に関して様々なFSCV、Aマップ、およびkマップパターンを示す一連の画像である。 図示するようにアデノシンに関してFSCV、Aマップ、およびkマップパターンを示す一連の画像である。 DA+トリス緩衝液の場合にバックグラウンド減算なしで動態分析をCVに適用すると何が起こるかを示すKCV波形である。 図示するようにトリス緩衝液中でDA濃度が増加する場合のAマップおよびKマップを、オリジナルのCV（バックグラウンド減算なし）で推定された動態情報とともに示す一連の画像である。 本明細書に記載されるシステムおよび方法を実施するためにクライアントまたはサーバもしくは複数のサーバとして使用され得るコンピューティング装置のブロック図である。
詳細な説明
「ボルタンメトリー」とは、電位が変化した際の電流を測定することによって得られる、分析物に関する情報を与えるために、分析化学において使用することができる電気分析法をいう。たとえばFSCVにおいては、一つまたは複数の分析物（たとえばモノアミン類）を酸化させるのに十分な電圧が炭素繊維マイクロ電極に印加される。酸化過程が電極表面に電流を生じさせ、電流の量が、流れ注入システム中での校正により、電極チップの付近のモノアミンの濃度に変換される。電流を時間に対してプロットすると、様々なパラメータおよび作用物質が、電極表面近くで放出された分析物の動態をどのように変化させるかに関する情報を提供することができる。
本明細書は、一部には、1走査毎のマルチパルスサイクリックボルタンメトリー（たとえば1走査毎に10個の三角パルス）を様々な電圧において（たとえば、-0.4ボルトから+1.0ボルトに、そして-0.4ボルトに戻し、毎秒1000ボルトで）行うことができる技術であるKCVの開発に基づく。本明細書に記載されるように、KCV法は、無線即時神経伝達物質濃度測定システム（WINCS）のような装置またはシステムを使用して、電位繰返しサイクル時間を制御することによって試料内または試験環境内（たとえば、哺乳動物の脳内）の複数の分析物または代謝産物の吸着特性に関する示差的情報を得るために使用することができる。本明細書に記載されるようなKCVを使用すると、複雑な電気化学的環境中の特定の分析物および代謝産物濃度の評価の改善を可能にすることができる。
本明細書は、KCVを使用して検出される分析物の検出、区別、および定量化に関与する方法および材料を提供する。たとえば、本明細書は、KCVを使用して、電極（たとえば炭素繊維電極）への分析物の吸着特性に基づいて分析物を識別するための材料および方法を提供する。本明細書に記載されるように、KCVは、組織内に存在する分析物の濃度をインビボまたはインビトロで評価するために使用することができる。たとえば、本明細書に提供される方法および材料は、脳組織内の分析物（たとえば神経化学物質のような化学物質またはイオン）の濃度を評価するために使用することができる。いくつかの場合、本明細書に提供される方法および材料は、脳深部刺激療法中の分析物の濃度を評価するために使用することができる。本明細書に提供される方法および材料を使用して検出することができる分析物の例は、非限定的に、イオン、たとえばカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、プロトン（pH）、鉄、銅、クロム、鉛、水銀、コバルト、金、リチウム、セシウム、バリウム、亜鉛、塩化物、炭酸水素、リン酸、臭化物、ヨウ化物、硫化物、酸化物、硫化物およびフッ化物、化学物質、たとえばドーパミン、セロトニン、アデノシン、アデノシン一リン酸または三リン酸、ノルエピネフリン、GABA、ヒスタミン、アセチルコリン、グルタミン酸、アスパラギン酸、エピネフリン、一酸化窒素、グリシン、極微量アミン類（たとえばトリプタミン、フェニルエチルアミン、チラミン、およびオクトパミン）、ならびにアミノ酸系神経ペプチド（たとえばエンドルフィン、エンケファリン、およびバソプレシン）を含む。いくつかの態様において、たとえば、KCVは、一つまたは複数の化学物質（たとえばドーパミンまたはアデノシン）の濃度を評価するために使用することができる。
評価される組織に波形（たとえばバイナリ波形）を印加することによってKCVデータを得るためには、ボルタンメトリーの可変タイミングを行う能力を有する任意の適切な装置を使用することができる。たとえば、WINCS装置（たとえばPCT公開公報WO2011/028608号を参照）を使用して、評価される組織に関するボルタンメトリーデータを得ることができる。他の好適な装置は、たとえば、The Universal Electrochemistry Instrument（UEI; Department of Chemistry Electronic Shop, University of North Carolina）およびPinnacleの高速電位走査サイクリックボルタンメトリーシステム（Pinnacle Technology, Inc., Lawrence, KS）を備える。いくつかの場合、ボルタンメトリー装置は、一つまたは複数の分析物を検出するための一つまたは複数の電極またはセンサを備えることができる。いくつかの場合、一つの化学物質を検出するために一つの電極またはセンサを使用することができる。たとえば、ボルタンメトリー装置は、ドーパミンを検出するように設計された第一の電極と、グルタミン酸を検出するように設計された第二の電極とを備えることができる。別の設計は、単一の感知電極を使用して、様々な電圧ランプをわずかに異なるタイミングで印加することにより、様々な化学物質を検出する。
いくつかの場合、装置（たとえばWINCS装置）は患者内に埋め込まれる。たとえば、WINCS装置は、患者の頭蓋内に埋め込むことができる。いくつかの場合、装置は、熱分解炭素または炭素繊維のような活性電極の二つの独立した区域を含む、KCVのための一つの電極を備えることができる。さらに、KCV印加電圧を変化させることにより、様々な神経化学物質を表す信号を決定することができる。活性電極区域が互いに近すぎて、干渉を生じさせ得る場合には、一つの化学物質を測定した直後に別の化学物質を測定することによって信号が準同期的に検出されるように信号を多重化することができる。装置はまた、刺激の効果を判定するために使用することもできる。たとえば、脳の二つの異なる区域の刺激が異なる神経化学物質（たとえばヒスタミン、アデノシン、グルタミン酸、およびドーパミン）の放出を生じさせることができる。放出された神経化学物質の比率または絶対量変化が、関心対象の生理的効果を提供すること、たとえば、短期記憶喪失の患者において長期記憶をつくることができる。
いくつかの場合、様々な走査波形を一つまたは複数の電極またはセンサに印加してKCVを使用することにより、一つまたは複数の化学物質（たとえばドーパミン、アデノシン、セロトニン、およびノルエピネフリン）を検出することができる。走査波形は、波形の物理的局面、たとえばピーク電圧、電圧ランプ、および繰返し時間を操作することによって変化させることができる。
KCVを使用して一つまたは複数の特定の分析物の濃度を評価する場合、パルス列が急速に生成され、その列が適切な回数だけ繰り返される。たとえば図1を参照すると、パルス列100が2〜20回（たとえば2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20回）生成されることができ、各列が、3〜20個のパルス（たとえば3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20個のパルス。図1の各個のパルス105を参照）を含む。任意の適切な列時間110、繰返し時間120、および遅れ時間130を使用することができる。たとえば、約1ミリ秒〜約300ミリ秒（たとえば約1ミリ秒〜約250ミリ秒、約1ミリ秒〜約200ミリ秒、約1ミリ秒〜約150ミリ秒、約1ミリ秒〜約100ミリ秒、約3ミリ秒〜約200ミリ秒、約3ミリ秒〜約100ミリ秒、約3ミリ秒〜約50ミリ秒、約20ミリ秒〜約200ミリ秒、約20ミリ秒〜約100ミリ秒、約20ミリ秒〜約50ミリ秒、約30ミリ秒〜約300ミリ秒、約30ミリ秒〜約200ミリ秒、約30ミリ秒〜約100ミリ秒、または約30ミリ秒〜約50ミリ秒）の範囲の列時間を使用することができる。いくつかの態様においては、約10ミリ秒〜約10秒（たとえば約10ミリ秒〜約5秒、約10ミリ秒〜約2秒、約10ミリ秒〜約1秒、約10ミリ秒〜約750ミリ秒、約10ミリ秒〜約500ミリ秒、約10ミリ秒〜約250ミリ秒、約10ミリ秒〜約100ミリ秒、約50ミリ秒〜約150ミリ秒、約40ミリ秒〜約1秒、約50ミリ秒〜約1秒、または約75ミリ秒〜約1秒）の範囲の繰返し時間を使用することができる。いくつかの態様においては、約1ミリ秒〜約700ミリ秒（たとえば約1ミリ秒〜約500ミリ秒、約1ミリ秒〜約300ミリ秒、約1ミリ秒〜約200ミリ秒、約1ミリ秒〜約100ミリ秒、約7ミリ秒〜約500ミリ秒、約7ミリ秒〜約200ミリ秒、約7ミリ秒〜約100ミリ秒、約10ミリ秒〜約700ミリ秒、約30ミリ秒〜約700ミリ秒、約50ミリ秒〜約700ミリ秒、約50ミリ秒〜約300ミリ秒、約50ミリ秒〜約150ミリ秒、または約10ミリ秒〜約100ミリ秒）の範囲の遅れ時間を使用することができる。
いくつかの場合、上述したものよりも長い繰返し時間および遅れ時間を使用することができる。たとえば、分単位または時単位の繰返し時間および遅れ時間（たとえば約1分、約5分、約10分、約15分、約20分、約30分、約40分、約45分、約60分、約90分、約2時間、約2.5時間、約3時間、または3時間超）を使用することができる。
さらに、任意の適切なパルス時間140および遅延時間150（図1）を使用することができる。たとえば、0.15ミリ秒〜約20ミリ秒（たとえば約0.15ミリ秒〜約15ミリ秒、約0.15ミリ秒〜約10ミリ秒、約0.15ミリ秒〜約5ミリ秒、約0.15ミリ秒〜約2ミリ秒、約1ミリ秒〜約20ミリ秒、約1ミリ秒〜約10ミリ秒、約1ミリ秒〜約5ミリ秒、約1ミリ秒〜約3ミリ秒、約0.5ミリ秒〜約20ミリ秒、または約1.5ミリ秒〜約20ミリ秒）の範囲のパルス時間および約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒（たとえば約0.2ミリ秒〜約15ミリ秒、約0.2ミリ秒〜約10ミリ秒、約0.2ミリ秒〜約5ミリ秒、約0.2ミリ秒〜約3ミリ秒、約1ミリ秒〜約20ミリ秒、約1ミリ秒〜約10ミリ秒、約1ミリ秒〜約5ミリ秒、約1ミリ秒〜約3ミリ秒、約0.5ミリ秒〜約20ミリ秒、または約1.5ミリ秒〜約20ミリ秒）の範囲の遅延時間を使用することができる。
図2〜16は、ドーパミン（DA）およびドーパミンキノン（DOQ）を検出および定量化するためのKCVの使用を具体的に説明している。たとえば、図2の上段パネルはDAについてのKCV波形を示す。中段のパネルはDA注入の前（左）および後（右）のバックグラウンド電流波形を示し、結果として得られたバックグラウンド減算サイクリックボルタモグラムが最下段に示されている。
変化するパターンの説明は、DAおよびDOQの吸着および脱着に関する動態モデル:
Figure 2016532868
を示す図3において図示されている。
例示的なKCV波形が図4の上部に示され、パルス列100が中央パネルに拡大形態で示されている。この例において、繰返し時間120は100msであり、遅れ時間（τl）は79msであり、パルス時間（tS）は1.8msであり、かつ遅延時間（τS）は2msである。図4の下パネルは、第一のパルスにおけるDAの検出値（Γ1 DA）およびDOQの検出値（Γ1 DOQ）を決定するための方程式を示す。第二、第三、およびそれ以降のパルスにおけるDA検出値およびDOQ検出値を決定するための方程式が図5および6に示されている。図6はまた、連続するパルス（mおよびm+1）におけるDAおよびDOQの検出値における差を決定するための一連の方程式を提供する。
バックグラウンド減算CV波形が図7に示されている。二つの連続する点の間の差を、図8（左パネル）に示すような指数曲線にフィットさせることができる。
図8の右パネルは、分析物の動態特性を示す擬似k値カラーマップおよび濃度を示す擬似A値カラーマップを示す。
DAの酸化および還元が、図9の上部に示されたFSCV擬似カラーマップに示され、対応するFSCV波形がその下に示されている。DAに関するKマップおよび対応する擬似k値カラーマップが図10の左側部分に示され、DAに関するAマップおよび対応する擬似A値カラーマップが右側部分に示されている。図11に示すように、DAの濃度増加はAマップ中およびKマップ中の強度増大を招く。DA濃度に対する0.6VでのA値の直線性が、図12に示されたグラフに示されている（R2＝0.998）。
Aマップ、kマップ、およびFSCVパターンは、検査対象の代謝産物に基づいて変化する。一連の画像は、DA（左）、アスコルビン酸（中央）、および5-ヒドロキシトリプトファン（右）の場合の様々なFSCV、Aマップ、およびkマップパターンを示す。アデノシンの画像が図14に示されている。
KマップおよびAマップは、分析物の絶対的定量化が可能であるよう、KCVからバックグラウンド減算なしで得ることができる。DA+トリス緩衝液の場合の、バックグラウンド減算なしの例示的なKCV波形が図15に示されている。図16は、トリス緩衝液中でDA濃度が増加する場合のAマップおよびKマップを、オリジナルのCV（バックグラウンド減算なし）から推定された動態情報とともに示す一連の画像を提示する。
図17は、本明細書に記載されるシステムおよび方法を実施するためにクライアントまたはサーバもしくは複数のサーバとして使用され得るコンピューティング装置1000、1050のブロック図である。コンピューティング装置1000は、たとえばラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、パーソナルデジタルアシスタント、サーバ、ブレードサーバ、メインフレーム、および他の適切なコンピュータなどの様々な形態のデジタルコンピュータを表すことを意図している。コンピューティング装置1050は、様々な形態のモバイル装置、たとえばパーソナルデジタルアシスタント、携帯電話、スマートホンおよび他の類似したコンピューティング装置を表すことを意図している。ここに示された構成部品、それらの接続および関係、ならびにそれらの機能は、単なる実例であることを意図しており、かつ本明細書に記載および／または特許請求される実施形態を限定することを意図してはいない。
コンピューティング装置1000は、プロセッサ1002、メモリ1004、記憶装置1006、メモリ1004および高速拡張ポート1010に接続する高速インターフェース1008、ならびに低速バス1014および記憶装置1006に接続する低速インターフェース1012を備える。各構成部品1002、1004、1006、1008、1010、および1012は、様々なバスを使用して相互接続され、共通のマザーボードに実装され得るか、または適切な他のやり方で実装され得る。プロセッサ1002は、外部入出力装置上に、たとえば高速インターフェース1008に結合されたディスプレイ1016上にグラフィカルユーザインタフェースのためのグラフィカル情報を表示するための、メモリ1004または記憶装置1006に記憶された命令を含む、コンピューティング装置1000内で実行するための命令を処理することができる。他の実施形態においては、複数のプロセッサおよび／または複数のバスが、適宜、複数のメモリおよびメモリのタイプとともに使用されてもよい。また、複数のコンピューティング装置1000が接続されて、各装置は必要な演算の一部を提供してもよい（たとえば、サーババンク、ブレードサーバの群、またはマルチプロセッサシステムとして）。
メモリ1004は情報をコンピューティング装置1000内に記憶する。一つの実施形態において、メモリ1004は揮発性メモリユニットである。別の実施形態において、メモリ1004は不揮発性メモリユニットである。メモリ1004はまた、別の形態のコンピュータ読み取り可能な媒体、たとえば磁気または光ディスクであってもよい。
記憶装置1006は、コンピューティング装置1000のための大容量記憶を提供することができる。一つの実施形態において、記憶装置1006は、コンピュータ読み取り可能な媒体、たとえば、フロッピーディスク装置、ハードディスク装置、光ディスク装置、もしくはテープ装置、フラッシュメモリもしくは他の類似したソリッドステートメモリ装置、または、記憶エリアネットワークもしくは他の形態の装置を備える装置のアレイであってもよいかまたはそれらを備えてもよい。コンピュータプログラム製品が情報キャリヤ中に有形に具現化されることができる。コンピュータプログラム製品はまた、実行された場合に、本明細書に記載されるものなどの一つまたは複数のメソッドを実施する命令を備えてもよい。情報キャリヤは、コンピュータまたは機械読み取り可能な媒体、たとえばメモリ1004、記憶装置1006、またはプロセッサ1002上のメモリである。
高速制御装置1008はコンピューティング装置1000のための帯域幅集中的動作を管理し、一方で、低速制御装置1012は低めの帯域幅集中的動作を管理する。このような機能の割当ては単なる実例である。一つの実施形態において、高速制御装置1008は、メモリ1004、ディスプレイ1016（たとえばグラフィックスプロセッサまたはアクセレレータを介して）に、および様々な拡張カード（図示せず）を受容し得る高速拡張ポート1010に結合される。実施形態において、低速制御装置1012は記憶装置1006および低速拡張ポート1014に結合される。様々な通信ポート（たとえばUSB、Bluetooth、Ethernet、無線Ethernet）を含み得る低速拡張ポートは、たとえばネットワークアダプタを介して、一つまたは複数の入出力装置に、たとえば、キーボード、ポインティング装置、スキャナ、または、スイッチもしくはルータなどのネットワーキング装置に結合され得る。
コンピューティング装置1000は、図に示すようないくつかの異なる形態で実施され得る。たとえば、標準サーバ1020として実施されてもよいか、またはそのようなサーバの群において複数回実施されてもよい。また、ラックサーバシステム1024の一部として実施されてもよい。加えて、ラップトップコンピュータ1022のようなパーソナルコンピュータにおいて実施されてもよい。または、コンピューティング装置1000の構成部品がモバイル装置（図示せず）、たとえば装置1050中の他の構成部品と組み合わされてもよい。そのような装置のそれぞれが、一つまたは複数のコピュータ装置1000、1050を備えてもよく、かつ、システム全体が、互いに通信する複数のコンピューティング装置1000、1050で構成されてもよい。
コンピューティング装置1050は、数ある他の構成部品の中でも特に、プロセッサ1052、メモリ1064、ディスプレイ1054などの入出力装置、通信インターフェース1066、およびトランシーバ1068を備える。装置1050はまた、さらなる記憶を提供するための記憶装置、たとえばマイクロドライブまたは他の装置を備えてもよい。各構成部品1050、1052、1064、1054、1066、および1068は、様々なバスを使用して相互接続され、構成部品のいくつかは、共通のマザーボードに実装され得るか、または適切な他のやり方で実装され得る。
プロセッサ1052は、コンピューティング装置1050内で命令を実行し、メモリ1064に記憶された命令を含むことができる。プロセッサは、別々かつ複数のアナログおよびデジタルプロセッサを含むチップのチップセットとして実施され得る。加えて、プロセッサは、いくつかのアーキテクチャのいずれかを使用して実施され得る。たとえば、プロセッサ410は、CISC（Complex Instruction Set Computers）プロセッサ、RISC（Reduced Instruction Set Computer）プロセッサ、またはMISC（Minimal Instruction Set Computer）プロセッサであり得る。プロセッサは、たとえば、装置1050の他の部品の協調、たとえばユーザインタフェースの制御、装置1050によって動かされるアプリケーションおよび装置1050による無線通信を提供し得る。
プロセッサ1052は、ディスプレイ1054に結合された制御インターフェース1058およびディスプレイインタフェース1056を介してユーザと通信し得る。ディスプレイ1054は、たとえば、TFT（Thin-Film-Transistor Liquid Crystal Display）ディスプレイまたはOLED（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイまたは他の適切なディスプレイ技術であり得る。ディスプレイインタフェース1056は、グラフィカル情報および他の情報をユーザに提示するためにディスプレイ1054を駆動するための適切な回路を含み得る。制御インターフェース1058は、ユーザからコマンドを受け取り、コマンドを、プロセッサ1052にサブミットするために変換し得る。加えて、装置1050と他の装置との近接区域通信を可能にするために、プロセッサ1052と通信する外部インターフェース1062が提供されてもよい。外部インターフェース1062は、たとえば、いくつかの実施形態においては有線通信を提供してもよいか、または他の実施形態においては無線通信を提供してもよく、また、複数のインターフェースが使用されてもよい。
メモリ1064は情報をコンピューティング装置1050内に記憶する。メモリ1064は、コンピュータ読み取り可能な媒体、揮発性メモリユニット、または不揮発性メモリユニットのうちの一つまたは複数として実施することができる。また、増設メモリ1074が提供され、たとえばSIMM（Single In Line Memory Module）カードインターフェースを含み得る拡張インターフェース1072を介して装置1050に接続されてもよい。そのような増設メモリ1074は、装置1050のための余分の記憶空間を提供してもよいか、または装置1050のためのアプリケーションまたは他の情報を記憶してもよい。具体的には、増設メモリ1074は、上記プロセスを実行または補うための命令を含んでもよいか、またはセキュリティ情報を含んでもよい。したがって、たとえば、増設メモリ1074は、装置1050のためのセキュリティモジュールとして提供され得、装置1050の安全な使用を可能にする命令によりプログラムされ得る。加えて、安全なアプリケーションは、さらなる情報とともにSIMMカードを介して、たとえば識別情報をSIMMカード上にハッキング不可能に配置することによって、提供されてもよい。
メモリは、たとえば、以下に詳述するようなフラッシュメモリおよび／またはNVRAMメモリを含み得る。一つの実施形態において、コンピュータプログラム製品が情報キャリヤ中に有形に具現化される。コンピュータプログラム製品は、実行された場合に、本明細書に記載されるものなどの一つまたは複数のメソッドを実施する命令を備える。情報キャリヤは、たとえばトランシーバ1068または外部インターフェース1062を介して受け入れられ得るコンピュータ読み取り可能または機械読み取り可能な媒体、たとえば、メモリ1064、増設メモリ1074、または、プロセッサ1052上のメモリである。
装置1050は、必要ならばデジタル信号処理回路を含み得る通信インターフェース1066を介して無線通信し得る。通信インターフェース1066は、様々なモードまたはプロトコル、たとえば、とりわけGSMボイスコール、SMS、EMSもしくはMMSメッセージング、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000、またはGPRSの下で通信を提供し得る。そのような通信は、たとえば、無線周波数トランシーバ1068を介して実施され得る。加えて、近距離通信が、たとえばBluetooth、WiFiまたは他のそのようなトランシーバ（図示せず）を使用して実施され得る。
装置1050はまた、ユーザから音声情報を受け取ってそれを使用可能なデジタル情報に変換し得るオーディオコーデック1060を使用して、聴覚的に通信してもよい。オーディオコーデック1060は、同様に、たとえば装置1050のハンドセット内のスピーカを通してなどのユーザのための可聴音を生成し得る。そのような音は、電話通話からの音を含んでもよく、録音（たとえばボイスメッセージ）を含んでもよく、また装置1050上で作動するアプリケーションによって生成された音を含んでもよい。
コンピューティング装置1050は、図面に示すように、いくつかの異なる形態で実施され得る。たとえば、携帯電話1080として実施され得る。それはまた、スマートホン1082、パーソナルデジタルアシスタント、または他の類似のモバイル装置の一部として実施されてもよい。
加えて、コンピューティング装置1000または1050は、ユニバーサルシリアルバス（Universal Serial Bus）（USB）フラッシュドライブを備えることができる。USBフラッシュドライブは、オペレーティングシステムおよび他のアプリケーションを記憶し得る。USBフラッシュドライブは、入出力構成部品、たとえば、別のコンピューティング装置のUSBポートに差し込まれ得る無線トランスミッタまたはUSBコネクタを含むことができる。
本明細書に記載されるシステムおよび技術の様々な実施形態は、デジタル電子回路、集積回路設計、特別に設計されたASIC（特定用途向け集積回路）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組み合わせとして実現され得る。これらの様々な実施形態は、記憶システム、少なくとも一つの入力装置、および少なくとも一つの出力装置からデータおよび命令を受け取るために、かつ、記憶システム、少なくとも一つの入力装置、および少なくとも一つの出力装置にデータおよび命令を送るために結合されている、専用または汎用であり得る少なくとも一つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能および／または解釈可能である一つまたは複数のコンピュータプログラムでの実施形態を含むことができる。
これらのコンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られる）は、プログラマブルプロセッサのための機械命令を含み、高レベル手続きおよび／またはオブジェクト指向プログラミング言語および／またはアセンブリ／機械語において実施され得る。本明細書中で使用される「機械読み取り可能な媒体」および「コンピュータ読み取り可能な媒体」という用語とは、機械命令を機械読み取り可能な信号として受け取る機械読み取り可能な媒体を含む、機械命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意のコンピュータプログラム製品、装置、および／またはデバイス（たとえば磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラマブル論理デバイス（PLD））をいう。「機械読み取り可能な信号」とは、機械命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号をいう。
ユーザとの対話を提供するために、本明細書に記載されるシステムおよび技術は、ユーザに情報を表示するためのディスプレイ装置（たとえばCRT（陰極線管）またはLCD（液晶ディスプレイ）モニタ）ならびにユーザがコンピュータに入力を提供することができるキーボードおよびポインティングデバイス（たとえばマウスまたはトラックボール）を有するコンピュータ上で実施することができる。ユーザとの対話を提供するために、他の種類の装置を使用することもできる。たとえば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック（たとえば視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバック）であることができ、ユーザからの入力は、音響、音声、または触覚入力を含む任意の形態で受け取られることができる。
本明細書に記載されるシステムおよび技術は、バックエンド構成部品（たとえばデータサーバとして）を備えるか、またはミドルウェア構成部品（たとえばアプリケーションサーバ）を備えるか、またはフロントエンド構成部品（たとえば、ユーザが本明細書に記載されるシステムおよび技術の実施形態と対話することができるグラフィカルユーザインタフェースまたはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータ）を備えるか、またはそのようなバックエンド、ミドルウェア、もしくはフロントエンド構成部品の任意の組み合わせを備える、コンピューティングシステムとして実施することができる。システムの構成部品は、任意の形態または媒体のデジタルデータ通信（たとえば通信ネットワーク）によって相互接続されることができる。通信ネットワークの例は、ローカルエリアネットワーク（「LAN」）、ワイドエリアネットワーク（「WAN」）、ピアツーピアネットワーク（アドホックまたはスタチック部材を有する）、グリッドコンピューティングインフラストラクチャ、およびインタネットを含む。
コンピューティングシステムはクライアントおよびサーバを備えることができる。クライアントおよびサーバは、概して互いにリモートであり、一般的には通信ネットワークを介して対話する。クライアントとサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上で作動しかつ互いにクライアント・サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって、生じる。
特許請求の範囲に記載される発明の範囲を限定するものではない以下の例において、本発明はさらに説明される。
他の態様
本発明はその詳細な説明に関連して説明したが、前記の詳細な説明は、実例を示すことを意図しており、特許請求の範囲によって決定される発明の範囲を限定することを意図してはいないことが理解されよう。他の局面、利点、および変形は添付の特許請求の範囲内である。

Claims (50)

  1. （a）波形の繰返しパルス列を用いて、マルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータを得る工程、
    （b）該データからボルタモグラムを測定する工程、
    （c）該ボルタモグラムに基づいて、環境内に存在する分析物の濃度に関する指標を提供する検出値を決定する工程、および
    （d）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供する工程
    を含む、該分析物の濃度を評価するための方法。
  2. 前記分析物が、電気化学によって測定可能な化学物質である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記環境が、インビボの脳組織である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記環境が、インビボのヒト脳組織である、請求項1に記載の方法。
  5. 前記パルス列のそれぞれが、3〜20個のパルスを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記パルス列のそれぞれが約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成される、請求項1に記載の方法。
  7. 連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間が約10ミリ秒〜約10秒である、請求項1に記載の方法。
  8. 連続するパルス列間の遅れ時間が約1ミリ秒〜約700ミリ秒である、請求項1に記載の方法。
  9. 各パルスが、約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続する、請求項1に記載の方法。
  10. 連続するパルス間の遅延時間が約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒である、請求項1に記載の方法。
  11. （a）波形の繰返しパルス列を用いて、マルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータから測定されたボルタモグラムを得る工程、
    （b）該ボルタモグラムに基づいて、環境内に存在する分析物の濃度に関する指標を提供する検出値を決定する工程、および
    （c）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供する工程
    を含む、該分析物の濃度を評価するための方法。
  12. 前記分析物が、電気化学によって測定可能な化学物質である、請求項11に記載の方法。
  13. 前記環境が、インビボの脳組織である、請求項11に記載の方法。
  14. 前記環境が、インビボのヒト脳組織である、請求項11に記載の方法。
  15. 前記パルス列のそれぞれが、3〜20個のパルスを含む、請求項11に記載の方法。
  16. 前記パルス列のそれぞれが約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成される、請求項11に記載の方法。
  17. 連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間が約10ミリ秒〜約10秒である、請求項11に記載の方法。
  18. 連続するパルス列間の遅れ時間が約1ミリ秒〜約700ミリ秒である、請求項11に記載の方法。
  19. 各パルスが、約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続する、請求項11に記載の方法。
  20. 連続するパルス間の遅延時間が約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒である、請求項11に記載の方法。
  21. （a）コンピューティングシステムにより、ボルタモグラムに基づいて検出値を決定する工程であって、該検出値が、試料内の分析物の濃度に関する指標を提供し、かつ、該ボルタモグラムが、波形の繰返しパルス列を用いてマルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータから測定された、工程、および
    （b）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供する工程
    を含む、該分析物の濃度を評価するためのコンピュータ実施方法。
  22. 前記分析物が、電気化学によって測定可能な化学物質である、請求項21に記載の方法。
  23. 前記環境が、インビボの脳組織である、請求項21に記載の方法。
  24. 前記環境が、インビボのヒト脳組織である、請求項21に記載の方法。
  25. 前記パルス列のそれぞれが、3〜20個のパルスを含む、請求項21に記載の方法。
  26. 前記パルス列のそれぞれが約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成される、請求項21に記載の方法。
  27. 連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間が約10ミリ秒〜約10秒である、請求項21に記載の方法。
  28. 連続するパルス列間の遅れ時間が約1ミリ秒〜約700ミリ秒である、請求項21に記載の方法。
  29. 各パルスが、約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続する、請求項21に記載の方法。
  30. 連続するパルス間の遅延時間が約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒である、請求項21に記載の方法。
  31. （a）波形の繰返しパルス列を試料に印加したマルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータを受け取るように構成された通信ポート、
    （b）実行された場合に
    （i）該データからボルタモグラムを測定し、かつ
    （ii）該ボルタモグラムに基づいて、該試料内の分析物の濃度に関する指標を提供する検出値を決定する
    命令が記録されている一つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、および
    （c）該検出値に関するかまたは該濃度に関する情報を提供するように構成された通信ポート
    を備える、該分析物の濃度を評価するためのコンピュータ化システム。
  32. 前記分析物が、電気化学によって測定可能な化学物質である、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  33. 前記環境が、インビボの脳組織である、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  34. 前記環境が、インビボのヒト脳組織である、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  35. 前記パルス列のそれぞれが、3〜20個のパルスを含む、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  36. 前記パルス列のそれぞれが約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成される、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  37. 連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間が約10ミリ秒〜約10秒である、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  38. 連続するパルス列間の遅れ時間が約1ミリ秒〜約700ミリ秒である、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  39. 各パルスが、約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続する、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  40. 連続するパルス間の遅延時間が約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒である、請求項31に記載のコンピュータ化システム。
  41. 実行された場合に
    （a）波形の繰返しパルス列を環境に印加したマルチパルスサイクリックボルタンメトリーのボルタンメトリーデータからボルタモグラムを測定し、かつ
    （b）該ボルタモグラムに基づいて、該環境内の分析物の濃度に関する指標を提供する検出値を決定する
    命令を備える非一時的な有形コンピュータプログラム製品。
  42. 前記分析物が、電気化学によって測定可能な化学物質である、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  43. 前記環境が、インビボの脳組織である、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  44. 前記環境が、インビボのヒト脳組織である、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  45. 前記パルス列のそれぞれが、3〜20個のパルスを含む、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  46. 前記パルス列のそれぞれが約1ミリ秒間〜約300ミリ秒間にわたって生成される、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  47. 連続するパルス列の始まりと始まりの間の繰返し時間が約10ミリ秒〜約10秒である、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  48. 連続するパルス列間の遅れ時間が約1ミリ秒〜約700ミリ秒である、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  49. 各パルスが、約0.15ミリ秒〜約20ミリ秒の間継続する、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
  50. 連続するパルス間の遅延時間が約0.2ミリ秒〜約20ミリ秒である、請求項41に記載のコンピュータプログラム製品。
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