JP5207491B2 - 光学式検知装置 - Google Patents

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Description

発明の分野
本発明は、液体又はガス状媒質中の分析物質の存在又は濃度を検知する電子光学式検知装置に関する。より具体的には、本発明は、平滑で且つ丸味を付けた長円形、卵形、又は楕円形（例えば、豆形又は薬のカプセル形状）を有し、色々な分析物質をそのままの位置で検知すべく装置を人間の体内に埋め込むことを許容する極めてコンパクトな寸法を有する、完全に完備していることを特徴とする光学検知装置に関する（但し、全ての場合、必ずしもこれにのみ限定されるものではない）。
［関連出願］
本発明は、この開示内容の全体を参考として引用し、完全に本明細書に含めた、１９９９年５月５日付けで出願された米国特許出願第０９／３０４，８３１号及び１９９８年８月２６日付けで出願された米国特許出願第０９／１４０，７４７号の一部継続出願である。
その開示内容を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第５，５１７，３１３号には、インジケータ（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）分子と、例えば、光検知器のような、感光性要素とを備える蛍光式検知装置が記載されている。広義に説明すれば、本発明の分野において、インジケータ分子は、分析物質が局部的に存在することにより同インジケータ分子の１つ以上の光学特性が影響を受ける分子である。米国特許第５，５１７，３１３号による装置においては、例えば、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）のような光源が、蛍光インジケータ分子を含む材料層内に少なくとも部分的に配置されるか、又は、これと代替的に、光源により放出された放射線（光）がインジケータ分子に衝突し且つインジケータ分子が蛍光を発生するようにすべく、導波管層内に少なくとも部分的に配置されている。高域フィルタは、光源からの散乱光を濾波しつつ、インジケータ分子により放出された蛍光が感光性要素（光検知器）に到達するのを許容する。
米国特許第５，５１７，３１３号に記載された装置に採用したインジケータ分子の蛍光は、分析物質が局部的に存在することによって変調、すなわち、減衰され又は高められる。例えば、複合トリス（４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）ルテニウム（ＩＩ）パーコレートの橙−赤蛍光が、局部的に存在する酸素によって消光する。従って、この複合体は、酸素センサ内においてインジケータ分子として有利に使用することができる。蛍光特性が色々な他の分析物質によって影響されるインジケータ分子もまた公知である。
更に、光を吸収し、その吸収程度が分析物質の存在又は濃度によって影響を受けるインジケータ分子もまた公知である。その開示内容を参考として引用し本明細書に含めた、例えば、米国特許第５，５１２，２４６号を参照するとよい。この米国特許は、そのスペクトル応答が砂糖のようなポリヒドロキシル化合物の局部的な存在によって減衰される化合物を開示している。しかし、米国特許第５，５１７，３１３号に教示されているようなセンサ構造又は本明細書にて教示したようなセンサ構造においては、かかる光吸収性インジケータ分子は、従来、使用されていなかったと考えられる。
米国特許第５，５１７，３１３号に記載されたセンサにおいては、インジケータ分子を含む材料は分析物質を浸透することができる。このため、分析物質は、その周囲の試験媒質から材料内に拡散し、これにより、インジケータ分子の蛍光に影響を与える可能性がある。光源、インジケータ分子を含むマトリックス材料、高域フィルタ、及び光検知器は、インジケータ分子により放出された蛍光が光検知器に衝突してその周囲の媒質中の分析物質の濃度を示す電気信号が発生されるような形態とされている。
米国特許第５，５１７，３１３号に記載された感知装置は、米国特許第５，５１７，３１３号に関して従来技術を構成する装置より優れた顕著な改良点を表す。しかし、極めて重要な環境すなわち人体内にて色々な分析物質を検知することを許容するセンサは、依然として必要とされている。更に、当該分野にて、更なる改良が為されており、その改良の結果、より小型で且つより効果的な装置が得られている。
全体として、本発明の１つの特徴によるセンサは、完全装備型であり、放射線源（例えば、ＬＥＤ）及び感光性要素（例えば、光検知器）の双方が導波管として機能する光伝送センサ本体内に完全に埋め込まれている。インジケータ分子は、例えば、ポリマーマトリックス層の上に直接被覆され又はその層内に固定されたセンサ本体の外面に配置される。放射線源が放射線を放出するとき、その放射線の実質的な部分は、センサ本体とその周囲の媒質（分析物質が内部に存在するポリマーマトリックス又は媒質）との境界面からの内部反射によりセンサ本体内にて反射される。放射線がセンサ本体とその周囲の媒質との境界面に衝突すると、その放射線は、センサ本体の表面に固定されたインジケータ分子と相互作用する。インジケータ分子から放出された放射線（例えば、蛍光インジケータ分子の場合は蛍光）又は光源から放出され且つインジケータ分子により吸収されない放射線（例えば、光吸収性インジケータ分子の場合）は、内部反射によってセンサ本体の全体に亘って反射される。内部反射された放射線は、感光性要素に衝突し、分析物質の存在及び／又は濃度を表示する信号を発生させる。
本発明によるセンサは、放射線源が、例えば、電磁波、超音波、又は赤外線光のような外部手段によるか又は、例えば、放射線ルミネセンス、又はマイクロ電池、マイクロ発電機、圧電素子等のような構成要素を使用することによる完全な内部手段によって電力を供給されるのを許容する構成要素によって構成されている。また、該センサは、内部反射した光又はその他の放射線の強さを示す信号を伝送し、その内部反射した放射線の強さから分析物質の濃度が決定される構成要素も備えている。かかる構成要素は、電力を受け取る誘導子（インダクタ）から分離した誘導子とすることができ、又は、発電用の電磁エネルギを受け取るため及び情報を含む電磁信号波を伝送するための両方のために同一の誘導子を使用してもよい。
本発明の別の特徴によれば、センサは、生きている人間に対して経皮的に使用することを容易にする構造とされている。この目的のため、本発明のこの特徴に従い、センサは、豆又は風邪薬のカプセルとおおむね等しい寸法及び形状とされている。更に、センサには、瘢痕組織の形成を防止するか、又は分析物質を送る脈管の内部成長を促進することにより瘢痕組織の形成を克服する、センサ／組織の境界面層が設けられることが好ましい。本発明のこの特徴によるセンサの形状は、それ自体、好ましい光学的特性を提供することが判明しており、このため、かかるセンサは、人体内以外の用途にて使用し得る構造とすることができる、すなわち、境界面層が存在せず及び／又は電線がセンサ内に及びセンサ外に伸びる構造とすることができる。
本発明の別の特徴によるセンサは、光源によって発生された放射線を吸収する光吸収性（又はその他の放射線吸収性）インジケータ分子を有する構造とされている。この吸収量は、分析物質の濃度の関数として変化する。内部反射した放射線の量を測定することにより、分析物質の濃度を決定することができる。
本発明の別の特徴によるセンサは、媒質の密度とその相対的屈折率との間の関係を利用して、分析物質の濃度を測定する。分析物質の濃度が変化するに伴い、センサが露呈される媒質の密度は変化し、このため、その周囲の媒質の屈折率も同様に変化する。その周囲の媒質の屈折率が変化するに伴い、内部反射される（又は、これと逆に、センサ／媒質の境界面を横切って通過する）光の量もまた変化し、この照度の変化は、センサ内の感光性要素により測定し且つ局部的に取り巻く分析物質の濃度と相関させることができる。
本発明の更なる特徴によれば、（ａ）上述したように作動する少なくとも１つの分析物質の感知インジケータと、（ｂ）光学的基準チャネルとして作用する少なくとも１つの追加的なチャネルと、を備えるセンサが提供される。光学的基準チャネルは、（ａ）分析物質の存在又は濃度により影響を受けないか又はほぼ影響を受けないインジケータ分子（すなわち、分析物質感知インジケータチャネルのインジケータ分子）の一以上の光学的特性を測定し且つ／又は（ｂ）分析物質の存在又は濃度により影響を受けないか又はほぼ影響を受けない第二の対照標準インジケータ分子の光学的特性を測定することが好ましい。本発明の分野において、分析物質の存在又は濃度の影響を受けないか又はほぼ影響を受けないインジケータ分子は、広く、本明細書にて対照標準インジケータ分子と称する。
光学的基準チャネルは、例えば、センサの構造に固有の構成要素の動作の変化又はドリフト、センサの外部の状況、又はその組み合わせを補償し又は補正するために使用することができる。例えば、光学的基準チャネルは、例えば、センサの放射線源のエージング、感光性要素の性能又は感度に影響を与える変化、インジケータ分子の劣化、インジケータマトリックス層等のセンサ本体の放射線透過率の変化、その他のセンサ構成要素の変化等に起因する内部変数を補償し又は補正するために使用することができる。その他の例において、分析物質の存在又は濃度に関係なく、インジケータ分子の光学的特性又は見掛け上の光学的特性に影響を与えるであろう環境ファクタ（例えば、センサの外部ファクタ）を補償し又は補正するためにも光学的基準チャネルを使用することができる。この点に関して、例示的な外部ファクタとしては、特に、温度の高さ、ｐＨの高さ、存在する周囲光、センサが内部に取り付けられる媒質の反射率又は濁度等を含むことができる。
上記及びその他の特徴、特色及び有利な点は、添付図面と共に以下の説明に基づいて更に理解されよう。
本発明の上記及びその他の特徴は、単に一例として且つ非限定的に掲げた本発明の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。
本発明による蛍光センサの概略図的な断面図である。 センサの導波特性を示す、図１に図示した蛍光センサの概略図である。 センサの本体内の内部反射及びセンサ／組織の境界面層の好ましい構造を示す、図１に丸で囲った部分の詳細図である。 内部放射線源により発生された放射線及び外部インジケータ分子により放出された蛍光によるセンサ本体内の反射状態を示す、図２と同様の概略図である。 人間における本発明によるセンサの使用状態を示す概略図である。 放射線ルミネセンス光源の概略図的な断面図である。 ７Ａは、本発明の別の特徴に従い、光を吸収するインジケータ分子センサの作動を示す概略図である。 ７Ｂは、図７Ａと同様に光吸収性インジケータ分子センサの作動を示す概略図である。 マトリックス層の重合した巨大分子が、４つのモノマーの約１つ毎にアミノ側基を保持するマトリックス層の１つの実施の形態の分子構造図である。 本発明に従いマトリックス層の架橋結合し且つドープ被覆した部分の図である。 本発明に従いグルコース感知可能、吸収性調節インジケータ分子、２，３’−ジヒドロキシホウ素−４−ヒドロキシアゾベンゼン（ホウ素塩赤）を示す図である。 本発明によるグルコース感知可能、吸収性調節インジケータ分子の追加的な実施の形態の図である。 インジケータ分子及びドープ被覆したモノマーＡＥＭＡを結合する標準的なマンニッヒ反応を示す図である。 １３Ａは、本発明の別の特徴による屈折率系センサの作動原理を示す概略図である。 １３Ｂは、１３Ａと同様の屈折率系センサの作動原理を示す概略図である。 １４Ａは、基準チャネル及び通常のインジケータチャネルを備える本発明の別の実施の形態によるセンサの平面図である。 １４Ｂは、図１４Ａに図示したセンサの側面図である。 １４Ｃは、基準チャネル及びインジケータチャネルを含む、図１４Ａに図示したセンサと同様の改造センサの部分側面図である。 １４Ｄは、図１４Ｃに図示したものと同様の基準チャネル及びインジケータチャネルを内蔵する本発明の別の実施の形態の斜視図である。 １４Ｅは、外部の物体内にある装置を図示する、図１４Ｄの矢印Ａ−Ａの方向に見た断面図である。 １４Ｆは、外部の物体内にある装置を図示する、図１４Ｄの矢印Ｂ−Ｂの方向に見た断面図である。 １５Ａは、基準チャネル及びインジケータチャネルを内蔵する、本発明の更に別の実施の形態によるセンサの平面図である。 １５Ｂは、図１５Ａに図示したセンサの側面図である。 １５Ｃは、基準チャネル及びインジケータチャネルを含む、図１５Ａに図示したものと同様の改造センサの側面図である。 １６Ａは、基準チャネル及びインジケータチャネルを内蔵する、本発明の更に別の実施の形態によるセンサの平面図である。 １６Ｂは、図１６Ａに図示したセンサの側面図である。 １７Ａは、内側カプセル及び外側スリーブを有するセンサ構造内に基準チャネル及びインジケータチャネルを内蔵する、本発明の更に別の実施の形態によるセンサの側面図である。 １７Ｂは、図１７Ａに図示したセンサの平面図である。 １７Ｃは、内側カプセル及び外側スリーブを有するセンサ構造内に基準チャネル及びインジケータチャネルを内蔵する、本発明の更に別の実施の形態によるセンサの側面図である。 １７Ｄは、図１７Ｃに図示したセンサの平面図である。 １７Ｅは、内側カプセル及び外側スリーブを有するセンサ構造内に基準チャネル及びインジケータチャネルを内蔵する、本発明の更に別の実施の形態によるセンサの側面図である。 １７Ｆは、図１７Ｅに図示したセンサの平面図である。 １８Ａは、内側カプセル及び外側スリーブを有するが、基準チャネルは存在しない、本発明の１つの実施の形態によるセンサの側面図である。 １８Ｂは、図１８Ａに図示したセンサの平面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 １９Ａ乃至１９Ｊは、色々なポケットの配列及びスリーブの構造を示す多岐に亙る可能なスリーブ構造の側面図である。 ２０Ａは、感知膜を保持する除去可能なフィルムを含む、本発明の別の実施の形態の平面図である。 ２０Ｂは、図２０Ａの実施の形態の側面図である。 吸収率が分析物質の濃度に基づいて変化しない等吸収点（すなわち波長）を示す、ｙ軸線の光吸収性（例えば光学的密度）対ｘ軸線の励起波長（例えば、放射線源から放出された波長）のグラフである（参考として引用し本明細書に含めた米国特許第５，１３７，８３３号の図１０を便宜上、複製して、説明のためにのみ図示）。 ２２Ａは、遮蔽スリーブ（遮蔽スリーブの一部を除去）を有する本発明の別の実施の形態によるセンサの平面図である。 ２２Ｂは、図２２Ａに図示したセンサの側面断面図である。 ２２Ｃは、図２２Ｂに図示した図面の一部分の拡大図である。 ２２Ｄは、本発明の別の実施の形態によるセンサの側面断面図である。 ２３Ａは、放射線を２方向に放出するＬＥＤ放射線源を有する、本発明の別の実施の形態によるセンサの側面断面図である。 ２３Ｂは、図２３Ａに図示した本発明の一部分の拡大図である。 ２３Ｃは、図２３Ａの矢印２３Ｃ−２３Ｃに沿った側面断面図である。 ２３Ｄは、リフレクターカップ内に取り付けた一般的なＬＥＤチップを示す概略図的な側面図である。 ２４Ａは、図２３Ａに図示した実施の形態の一例による、ＬＥＤの２つの側部からの照射状態を示す一例としてのグラフである。 ２４Ｂは、平坦な表面に取り付けた既存のＬＥＤからの照射状態を示す一例としてのグラフである。 ２５Ａは、放射線源の頂側部及び底側部から放出された放射線を受けるセンサの別の実施の形態の側面断面図である（センサ膜は省略）。 ２５Ｂは、センサ膜をセンサ上に配置した、図２５Ａに図示した実施の形態の側面断面図である。 光学的に透明な回路基板を有するセンサの別の実施の形態の側面断面図である。 ２７Ａは、センサにおける凝縮を阻止し得るように内部の加熱要素を有するセンサの別の実施の形態を示す、図２７Ｂの線２７−２７に沿った側面断面図である。 ２７Ｂは、図２７Ａに図示したセンサの平面図である。 ２７Ｃは、図２７Ａのセンサの構成要素を示す、分解斜視図である。 ２８Ａは、図２７Ａ乃至図２７Ｃの実施の形態の一例としての構造におけるガスの部分圧力の変化ステップの実際の試験データを示す図である。 ２８Ｂは、図２８Ａと異なる変化ステップの実際の試験データを示す図である。
光学センサに対する第一の実施の形態
蛍光インジケータ分子の蛍光に基づいて作用する、本発明の１つの特徴による光学センサ（「センサ」）１０が図１に図示されている。センサ１０は、その主要な構成要素として、センサ本体１２と、該センサ本体１２の外面に被覆され、その層全体に亙って蛍光インジケータ分子１６が配分されたマトリックス層１４と、インジケータ分子と相互作用するある波長範囲、すなわち、蛍光センサの場合、インジケータ分子１６が蛍光を発するようにする波長の放射線を含む放射線（本明細書においては、単に、「インジケータ分子と相互作用する波長の放射線」として説明する）を放射する例えば、ＬＥＤのような放射線源１８と、蛍光センサの場合、インジケータ分子１６により放出された蛍光を感知可能であり、インジケータ分子の蛍光量を示す信号がこれに応答して発生される、例えば光検知器のような感光性要素２０と、を備えている。最も簡単な実施の形態において、インジケータ分子１６は、センサ本体の表面に単に被覆するだけとしてもよい。しかし、好ましい実施の形態において、インジケータ分子はマトリックス層１４内に保持される。このマトリックス層１４は、当該技術分野にて公知の方法に従って作製し且つ以下に説明するように、センサ本体の表面に被覆された生物適合性ポリマーマトリックスを含んでいる。分析物質に対して浸透可能でなければならない適当な生物適合性マトリックス材料としては、メタアクリレート及びヒドロゲルが含まれ、特に、分析物質を選択的に透過可能であるようにすること、すなわち、分子量カットオフ機能を果たすことが好ましい。
センサ１２は、ポリマーが光導波管として作用するように、センサが使用される媒質の屈折率と十分に相違する屈折率を有する、光学的に透過性の適当なポリマー材料にて製造することが好ましい。好ましい材料は、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシプロピルメタクリレート等のようなアクリル系ポリマー、及びレクサン（Ｌｅｘａｎ）（登録商標名）という商標名で販売されているようなポリカーボネートである。この材料は、装置が採用する放射線、すなわち放射線源１８により発生された放射線（例えば、放射線源がＬＥＤである実施の形態における適当な波長の光）、または、蛍光を利用する実施の形態の場合、インジケータ分子により放出された蛍光、が当該材料内を貫通して進むことを許容する。図２に図示するように、放射線源１８により放出された放射線（例えば光）及び（その少なくとも一部）は、例えば、位置２２にてセンサ本体１２の表面にて内部反射され、これにより、センサ本体１２の内部の全体に亘って前後に「撥ねる」。
センサ本体とその周囲の媒質との境界面から反射された光は、表面（直接被覆されているか又はマトリックス内に保持されているかどうかを問わない）に被覆されたインジケータ分子例えば表面に被覆された蛍光インジケータ分子内の励起蛍光と相互作用可能であることが分かった。更に、境界面に対する法線に対して測定して反射するのに小さ過ぎる角度にて境界面に当たる光もその境界面を通過し、また、蛍光インジケータ分子内の蛍光を励起させる。光（又はその他の放射線）と境界面及びインジケータ分子との間の相互作用の他のモードも、また、センサの構造及び用途に依存して有用であることが判明している。かかる他のモードは、一時的励起及び表面プラズモン共鳴型の励起を含む。
図３及び図４に図示するように、蛍光インジケータ分子１６から放出された光の少なくとも一部は、直接に又は図３０に図示するようにマトリックス層１４の（センサ本体１２に対する）最外面により反射された後に、センサ本体１２に入る。次に、かかる蛍光２８は、放射線源１８により放出された放射線と全く同様にセンサ本体１２の全体に亘って内部反射され、放射線源により放出された放射線と同様にその一部は反射し得ない程に過度に小さい角度にてセンサ本体とその周りの媒質との間の境界面に当たり、センサ本体外に戻る。放射線源１８により放出された放射線、及び、蛍光系センサの場合には図４に概略図的に図示した蛍光インジケータ分子１６、により放出された蛍光の内部反射は、その内部照射量を感知する感光性要素２０に当たる。
図１に更に図示するように、センサ１０はまた、放射線及び／又は蛍光インジケータ分子より放出された光の内部反射を最大にし又は増進させ得るように、センサ本体の外面とマトリックス層１４との間にてセンサ本体１２の両端に形成された反射被覆３２を含むこともできる。この反射被覆は、例えば、塗料又は金属溶射材料にて形成することができる（但し、その金属溶射材料は、以下に説明するように、センサへ及びセンサからの遠隔測定信号の伝送を妨害しないことを条件とする）。
図１に更に図示するように、感光性要素（光検出器）２０の感光性表面上に光学フィルタ３４が設けられることが好ましい。このフィルタは、従来技術から公知であるように、放射線源１８により発生された放射線の量が感光性要素２０の感光性表面に衝突するのを防止し又は実質的に少なくする。これと同時に、フィルタは蛍光インジケータ分子により放出された蛍光がこのフィルタを通過し検出器の感光性領域を照射することを許容する。このことは、放射線源１８からの入射放射線に起因する、光検出器の信号における「雑音」を著しく軽減することになる。
本発明の一つの特徴によるセンサ１０を特に開発した用途は、本発明の唯一の用途ではないが、例えば、グルコース、酸素、トキシン、医薬又はその他の薬、ホルモン又はその他の代謝性分析物質のような人体内の色々な生物学的分析物質の測定である。マトリックス層１４及びインジケータ分子１６の特定の組成は、検出のためセンサが使用される特定の分析物質及び／又は分析物質の検出のためにセンサが使用される場所（すなわち、血液内又は皮下組織内）に依存して変更可能である。しかし、常に要求される２つの条件は、マトリックス層１４が分析物質へのインジケータ分子の露呈を容易にすることと、インジケータ分子の光学的特性（例えば、蛍光インジケータ分子の蛍光量）がインジケータ分子が晒される特定の分析物質の濃度の関数であること、とである。
人体内のその場で使用し易くするため、センサ１０は、平滑で、長円形又は丸味を付けた形状にて形成される。好ましくは、該センサは、豆又は薬剤ゼラチンカプセルにおよそ等しい寸法及び形状を有するようにする、すなわち、このセンサは、長さが約５００ミクロン乃至約１．２７ｃｍ（０．５インチ）程度であり、直径Ｄが約３００ミクロン乃至約０．７６２ｃｍ（０．３インチ）程度であり、その全体に亙って全体として平滑で丸みを付けた面を有するようにする。この形態は、必須の身体作用を妨害したり、過度の痛み又は不快を生ずることなく、人体内、すなわち、皮膚下又は下部組織（器官又は血管内に挿入することを含む）内にセンサ１０を埋め込むことを許容する。
更に、人間（又はその他の任意の動物）の体内に埋め込んだ任意のインプラントは、インプラントが「生体適合性」材料で出来ている場合でさえ、ある程度、そのインプラントが挿入される器官内に、インプラントが刺激を与えることのみによる「異物の身体反応」を生じさせる。人体内に埋め込まれたセンサ１０の場合「異物の身体反応」は、繊維状封入、すなわち、瘢痕組織の形成であることが最も多い。検知のため、本発明によるセンサを使用可能であると考えられる主たる分析物質であるグルコースは、その拡散率又は輸送率がかかる繊維状封入により妨害される可能性がある。極めて小さい酸素分子（Ｏ２）でさえ、同様にその繊維状封入によりその拡散率又は輸送率が妨害される可能性がある。その理由は、繊維状封入（瘢痕組織）を形成する細胞は、性質上極めて高密度である、すなわち、正常な組織と相違する代謝性質を有するからである。
インジケータ分子を生物学的分析物質にさらすことの妨害又は遅延の可能性を解消するため、２つの主要な方策が考えられる。最も簡単な方策であろう１つの方策によれば、センサ／組織の境界面層（インジケータ分子をセンサ本体の表面の上で直接固定する場合、センサ本体１２の表面及び／又はインジケータ分子自体の上方に位置し、又はインジケータ分子が内部に保持されるとき、マトリックス層１４の表面の上に位置する）は、殆ど又は許容可能な程度しか繊維状封入が形成されないようにする材料にて形成する。この特徴を有するものとして文献に記載されたかかる材料の２つの例は、Ｗ．Ｌ．ゴア（Ｇｏｒｅ）から入手可能なプレクルード（Ｐｒｅｃｌｕｄｅ）（登録商標名）ペリオカーディアル膜（Ｐｅｒｉｏｃａｒｄｉａｌ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）及び１９９４年２月のケミテック（Ｃｈｅｍｔｅｃｈ）の２４ページ乃至３１ページにケネディ（Ｋｅｎｎｅｄｙ）が発表した「生物学的用途用のポリマーの調節（Ｔａｉｌｏｒｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｆｏｒ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｓｅｓ）」に記載されたような親水性物質と共有結合したポリイソブチレンである。
これと代替的に、特殊な生体適合性材料の幾つかの層から成るセンサ／組織の境界面層をセンサの上方に提供することができる。例えば、図３に図示するように、センサ／組織境界面層３６は、３つの下部層３６ａ、３６ｂ、３６ｃを含むことができる。組織の内部成長を促進する層である下部層３６ａは、繊維状細胞３９（瘢痕組織）がその上に堆積する場合でさえ、毛管３７がその内部に侵入することを許容する生体適合性材料で出来ていることが好ましい。永年に亙って使用されているゴアテックス（Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ）（登録商標名）血管移植材料（ｅＰＥＦＥ）、ダクロン（Ｄａｃｒｏｎ）（登録商標名）（ＰＥＴ）血管移植材料及び高密度ポリエチレン（ポレックス・サージカル・インコーポレーテッド（ＰＯＲＥＸ Ｓｕｒｆｉｃａｌ Ｉｎｃ．）から入手可能）で製造されたメドポア（ＭＥＤＰＯＲ）生物学的材料が、その基本的組成、ポアサイズ及びポアの構造が組織の内部成長層内の組織及び脈管の内部成長を促進する材料の例である。
他方、下部層３６ｂは、組織の内部成長を防止し得るように組織の内部成長を下部層３６ａのポアサイズよりも著しく小さいポアサイズ（５ミクロン以下）の生体適合性の層であることが好ましい。下部層３６ｂを形成する現在の好ましい材料は、膨張ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）から成る、Ｗ．Ｌ．ゴア・インコーポレーテッドから入手可能なプレクルードペリオカーディアル膜（以前、ゴアテックス外科用膜と称されていた）である。
第三の下部層３６ｃは、分子ふるいとして作用する、すなわち、該第三の下部層３６ｃは、対象とする１つ又は２つ以上の分析物質がインジケータ分子（センサ本体１２に直接、被覆され又はマトリックス層１４内で固定される何れかである）まで貫通して進むのを許容しつつ、免疫グロブリン、蛋白質及び糖蛋白質のような分子を除いて、分子量を減少させる作用を提供する。例えば、腎臓透析のろ過カートリッジにて使用されている型式のような、多くの周知のセルロース型膜は、分子量減少層３６ｃとして使用することができる。
センサ／組織境界面層３６は、第三の分子量減少層３６ｃを含むものとして説明し且つ図３に図示したが、例えば、メタクリレート又は水和された親水性アクリル樹脂のようなマトリックス層１４を形成するためのポリマーを選択し、別個の下部層３６ｃを必要とせずに、分子量減少作用を果し得るようにすることが理解されよう。しかし、２つの下部層３６ａ、３６ｂを使用し、外側層３６ａが組織の内部成長を促進し、内側層３６ｂが組織の内部成長を防止し得るようにすることが望ましい。それは、内側層３６ｂは、外側層３６ａと分子量減少層（別個に提供され又はマトリックス層１４自体により提供されるかどうかに関係なく）間の追加的な障壁（又は「プレフィルタ」）として機能するからである。このことは、分子量減少層は、免疫グロブリン、細胞外マトリックス蛋白質、脂質等のような巨大分子が詰まったり又はこれらにより汚染される可能性を軽減し、これにより、対象とする１つ又は２つ以上の分析物質がインジケータ分子と接触するときの速度及び効率を最大にする（生体内試験にセンサを使用可能であるようにするためには、分析物質の露呈遅れ時間、すなわち、インジケータ分子が安定状態となるように直接、さらされる分析物質の濃度に達するまでの時間は、比較的短く、すなわち、２乃至５分程度でなければならない）。センサ／組織の境界面層を形成するための生体適合材料の色々な組み合わせ及び順列は、医療インプラント分野の当業者に明らかであろう。
最後に、センサ／組織境界面層に関して、不利益な反応を防止することに加えて、この境界面層は(蛍光インジケータ分子又は放射線源１８の何れかからであるかどうかを問わずに)、光がマトリックス層１４の最外側面から反射してセンサ本体１２内に入るのを促進すると考えられる。
本発明によるセンサの更なる特徴は、完全な自己完備型とすることが可能な点である。換言すれば、特定の実施の形態において、センサは、センサに電力を供給し(例えば、供給源１８を駆動するため)、又はセンサから信号を伝送するため、センサ本体内に又はセンサ本体外に伸びる電気的導線が全く存在しないような構造とすることができる。本発明のこの特徴によるセンサは、センサ本体１２内に完全に埋め込まれ又は封入される電源４０（図１）と、同様にセンサ本体１２内に完全に埋め込まれ又は完全に封入されるトランスミッタ４２（図１）とを備えることができる。
（しかし、センサ１０の形状は、優れた光学的特性を有し且つそれ自体その性質を提供することが判明している。従って、電源及び／又はセンサ本体内に且つ／又はセンサ本体外に伸びる信号伝送導線を有するセンサの実施の形態も本発明の範囲に属するものである。）
一つの好ましい実施の形態において、電源４０は、トランスミッタ４２と同様に誘導子である。このように、例えば、図５に図示するように、皮膚５０と皮下組織５２との間にてセンサを体内に埋め込んだとき、センサは作動させることができる、すなわち、放射線源は放射線を放出するようにさせることができる。この放射線は、例えば、センサ付近に配置された適切な形態の計測器（図示せず）内に収容された誘導子コイル５６により形成された電磁放射線の電場５４にセンサをさらすことにより、インジケータ分子１６と相互作用する。同様に、トランスミッタ４２は、感光性要素を照射する光の量を表示する、従って、分析物質の存在又はその濃度を表示する電磁場５８を誘導子として発生させる。電磁場５８は、外部のレシーバ６０が検出可能である信号を構成する。この信号は、例えば、５０メガヘルツキャリアの振幅変調信号、周波数変調信号、デジタル信号又は当該技術分野の当業者に公知である任意のその他の型式の電磁波信号とすることができる。
これと代替的に、全ての遠隔測定用に単一のコイル及び単一の誘導子を使用することも可能である。かかる実施の形態において、コイル５６は、放射線源１８を作動させる電流を誘導子４０内にて発生させ得るように１つの周波数の電磁波５４を発生させる。感光性要素２０により感知された、内部反射した光の量は、コイル５６内に電流を発生させる変調した電磁波として同一の誘導子４０により伝送される。この変調した波は、検知した光の関数として感光性要素２０により誘導子４０内を流れる電流を変調することにより発生され且つコイル５６内で発生された誘導電流を測定することにより検知される。
これと代替的に、この装置は、発電モードと、信号伝送モードとの間にて切り替え（迅速な順序で）得る形態としてもよい。上記及びその他の遠隔測定方法は、これら技術は、例えば、無線周波数識別と称されることがある、建物に立ち入るように許可するためにセンサを経て波を発生させることができる、埋め込んだ集積回路チップを有する「スマートカード」と接続する、比較的一般的に使用されている技術であるから、当該技術分野の当業者に明らかであろう。
放射線源１８を駆動する考えられるその他の自己完備型電源は、マイクロ電池、圧電素子（超音波のような機械的エネルギにさらされたとき、電圧を発生する）、マイクロ発電機、音響的(例えば、超音波)駆動の発電機、皮膚５０を通る光（赤外線）によって作動させることができる光起電力セルを含む。
更に別の代替例として、ＬＥＤに代えて、放射線ルミネッセンス光源を使用することができる。図６に図示するように、かかる放射線ルミネッセンス光源は、例えば、トリチウムが内部に保持された放射線同位体８２のサンプルを有する密封した光学的な透過性容器８０(例えば、円筒状、球状又は立方体形)を備えている。放射線同位体は、ベータ粒子を放出し、このベータ粒子は、容器８０の内面に被覆された中間の発光団分子８４を照射し、これにより中間の発光団分子が光を放出するようにする。ベータ粒子は非常に弱いため、容器の壁を透過することができないが、中間の発光団分子により放出された光は透過し、これにより、インジケータ分子と相互作用する光（ＬＥＤに対するものと同様）にてセンサを照射する。かかる放射線ルミネセンス光の発生及び同様の光の発生は、当該技術分野で公知である。例えば、その開示内容を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第４，６７７，００８号、及びその開示内容を同様に参考として引用し本明細書に含めた、１９９７年５月１５日付けのチャン（Ｃｈｕａｎｇ）及びアーノルド（Ａｒｎｏｌｄ）による６９分析化学（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）Ｎｏ．１０、１８９９ページ乃至１９０３ページの「光学的酸素センサ用の放射線ルミネッセンス光源（Ｒａｄｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｔ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ ｓｅｎｏｒｓ）」を参照すべきである。ＬＥＤの別の代替例として、センサは米国特許第５，２８１，８２５号に記載されたようなエレクトロルミネセンスランプを採用してもよい。
図１に図示したその他の構成要素に関して、温度センサ６４及びオプション的な信号増幅器６６を設けることも好ましい。温度センサ６４は、周囲の組織及びインジケータ分子の環境の局部的な周囲温度を測定し、この情報を制御論理回路（図示せず）に提供する。制御論理回路は、蛍光の量を例えば、分析物質の濃度値と相関させ、これにより、温度の影響を受ける変数に対する出力信号を補正する。増幅器６６は、光検出器２０により発生された信号を増幅する比較的簡単な利得回路である。
本発明によるセンサを形成するためには、予めカットした、５．０８ｍｍ（０．２インチ）×１０．１６ｍｍ（０．４インチ）のセラミック（例えば、アルミナ）基板７０の上にセンサの色々な構成要素及び回路を組み立てる。基板の厚さは、０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）である。全ての回路要素は、例えば、デジキー（Ｄｉｇｉ−Ｋｅｙ）、ギャレット（Ｇａｒｒｅｔｔ）及びその他から入手可能な標準的な表面取付け構成要素である。これら構成要素は、エーブルボンド（Ａｂｌｅｂｏｎｄ）から入手可能なエーブルボンド（Ａｂｌｅｂｏｎｄ）８４のような標準的な銀導電性エポキシ樹脂を使用して基板に取り付ける。
次に、ＣＶＩレーザ（ＣＶＩ Ｌａｓｅｒ）及びその他から商業的に入手可能な２成分高域フィルタエポキシ樹脂を付与することにより、高域フィルタを感光性要素に取り付けることができる。フィルタの厚さは、ライニン・マイクロピペッタ（Ｒａｉｎｉｎ Ｍｉｃｒｏｐｉｐｅｔｔｏｒ）を使用して精密に分与することで制御される。この高域フィルタエポキシ樹脂は、製造メーカーの指図通り、１２５℃にて２時間、加熱炉内で硬化させる。同様に、所望であるならば、商業的に入手可能な低域エポキシ樹脂作製方法を使用して同一の方法により低域フィルタを放射線源（ＬＥＤ）の上方に被覆することができる。光フィルタの特別な作製方法は、所望の吸収スペクトルの染料をエポテック（Ｅｐｏｔｅｋ）樹脂内に添加することにより行うことができる。ドーパントの適正な濃度は、所望の分光特性が得られる迄、分光光度計により、ＵＶ−Ｖｉｓ走査して、波長対透過率を監視することで決定することができる。かかる特別な作製方法により形成したエポキシ樹脂を同様に硬化させることができる。また、予め製造したガラス、ポリマー又は被覆フィルタを使用し、一般的であるように、光学的に適合する接着剤を使用して感光性要素又は装置に簡単に接着することもできる。
光学フィルタを有する回路板（設置され且つ硬化されているならば）は、次に、例えば、リリー（Ｌｉｌｌｙ）Ｎｏ．４二成分ゼラチンカプセルを鋳型として使用して封入する。その他のゼラチンカプセルも同様に作用する。空のカプセルの長い「半体」を垂直にラック内に配置する。上述したように、カプセルの容積の約２分の１まで充填するように、適当なセンサ本体材料の光学的に透明な埋め込み材料を数滴加える。予め組み立てた回路を有する基板は端部を先にしてカプセル内に挿入し且つ光学的埋め込み材料内に挿入し、この光学的埋め込み材料は、回路板アセンブリの小さい空間の周り及びその小さい空間内に吸い上げられ、空気の押し出しを助け且つ仕上げたセンサ装置内にその後に泡が生じるのを防止する。カプセルが直立状態で、カプセルの頂部に達する高さとなる迄、マイクロピペッタを使用して更に光学的埋め込み材料を追加する。次に、カプセル（ラックにより支持されている）をベルジャー真空下に配置し且つカプセル内に観察される全ての泡が逃げる迄カプセルが負圧下にて直立したままとすることにより、部分的なアセンブリから更にガス抜きを行う。このアセンブリを負圧状態から除去し、追加の光学的埋め込み材料にて「満タンに近く」し、表面張力がその縁部の上方にてゼラチンカプセルの半分を充填し且つ他端と同様の丸みを付けた半球状のドーム形状を形成させる。
次に、カプセルを紫外線下に置き且つ数時間かけて硬化させる。その硬化時間は、利用可能な紫外線源の強度に依存する。埋め込み材料に依存して、熱硬化及び触媒硬化を代替的に使用してもよい。その後、６０℃で１２時間、又は製造メーカーの指示に従って、紫外線硬化後のアセンブリを保温することにより、完全な強度となるように硬化させることができる。
次に、封入したアセンブリを数時間水中に浸漬してゼラチンを溶解させることにより、センサ本体からゼラチンの型を除去する。時間工程に亙って数回水を交換し且つ洗浄することは、全てのゼラチンを表面から除去するのに役立つ。次に、被覆の準備段階としてカプセルを空気乾燥させる（又は６０℃にて加熱炉乾燥する）。
一度センサ本体が完全に乾燥したならば、そのセンサ本体をインジケータ分子により被覆する。このインジケータ分子は、当該技術分野で公知の技術を使用してセンサ本体の表面に直接固定するか、又は中央本体に被覆したマトリックス層溶液内に含めることができる。（当該技術分野で公知の方法に従って、蛍光インジケータ分子を含むマトリックス層の溶液を作製することができる。以下に説明するように、光吸収性インジケータ分子を含むマトリックス層溶液を作製することができる。）センサをマトリックス層にて被覆する従来の方法は、ハンガーを形成し得るように封入した回路の一端に細い線（例えば、３２ゲージ）を付着することである。この方法は、同一の紫外線硬化される光学的埋め込み材料を使用して行うことができる。ハンドルワイヤの一端に約１乃至２マイクロリットルの光学的埋め込み材料を載せる。紫外線ランプを消した状態で、封入した回路を紫外線ランプの前方に配置する。先端に光学的埋め込み材料を有するワイヤをカプセル端部に接触させ且つランプを点灯させる。少量の光学的埋め込み材料「接着剤」は、直ちに硬化し、これにより、ワイヤの先端をカプセルに取り付ける。カプセルはマトリックス層の溶液内（従って、適宜、別個のインジケータ分子溶液内）に便宜に浸漬させ且つワイヤにより吊り下げて硬化させることができる。センサを完全に組み立てた後、ワイヤを引張るだけでワイヤを簡単に除去することができる。
センサ本体の上に直接か又はマトリックス層内であるかどうか問わずに、一度インジケータ分子をセンサ本体の表面に強固に接着させたならば、センサ／組織の境界面層は、予め形成した管状の材料スリーブ内に挿入し且つ熱又はエポキシ樹脂を使用して各端部を密封し又は所望のセンサ／組織の境界面層の材料がシートの形態であるならばセンサ本体を材料内で長手方向に巻き且つ熱又はエポキシ樹脂を使用して長手方向つなぎ目及び端部つなぎ目を密封することにより形成される。
図示し且つ上述した本発明によるセンサ１０の実施の形態は、単一の放射線源１８（ＬＥＤ）と、感光性要素２０（光検出器）とを備え、これにより、単一の分析物質を検知することを許容するが、その他の形態及び構成要素も可能である。例えば、２つ以上の分析物質の存在又は濃度を感知するため２つ以上の相違する型式のインジケータ分子を提供し、各々がそれ自体のそれぞれのトランスミッタ４２を有するセラミック基板７０の上に２つ以上の感光性要素を設けることができる。感光性要素の各々は、それぞれのインジケータ分子からの光が貫通するのを許容し得る設計とされたそれ自体のフィルタ３４を備えることになる。同様に、２つの異なる感知方法により分析物質の濃度を測定するため「２チャネル」の実施の形態も開発可能である。例えば、かかる実施の形態の１つにおいて、インジケータ分子の幾つかを蛍光インジケータ分子とし、その残りのインジケータ分子は放射線吸収性インジケータ分子としてもよい（以下に説明するように）。各々がそれ自体の適正なフィルタを有する２つの別個の感光性要素を設けてもよい（一方の感光性要素が蛍光インジケータ分子により放出された蛍光を測定し、もう一方が放射線源により発生され且つセンサの全体を通じて反射される放射線を測定するものとし、放射線吸収性インジケータ分子が放射線を多少吸収するようにする）。更に、例えば、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、フォトダイオード、フォトダーリントン、光電セル、正極が絶縁された負フォトダイオード（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、大面積フォトダイオード、アバランシュフォトダイオード、電荷結合素子等のようなその他の型式の感光性要素を使用することができる。
更に、本発明によるセンサは、インジケータ分子の蛍光に基づいて機能するものとして主として説明したが、本発明はこれにのみ限定されるものではない。本発明の別の特徴によれば、本発明に従って製造されたセンサは光吸収性インジケータ分子の光吸収特性に基づいて作動可能である。本発明のこの特徴によるセンサは、上述した米国特許第５，５１７，３１３号に記載されたものと同様の構造のセンサを使用することができる。より好ましくは、該センサは、上述したように豆型又は薬のゼラチンカプセルの構造を使用する。
図７ａ及び図７ｂに図示するように、本発明のこの特徴によるセンサ１１０が何らかの分析物質にさらされないとき、光吸収性インジケータ分子１１６（好ましくはマトリックス層１１４内に固定されたもの）が、放射線源により発生され、特定の波長範囲に属し、センサ本体外に伸びるある量の放射線（光）１１９を吸収し、吸収されなかった放射線１２１は、センサ本体内に反射されて戻る。センサ１１０が分析物質にさらされるとき、光吸収性インジケータ分子１１６は、分析物質の分子１１７にさらされ、インジケータ分子の光吸収特性は影響を受ける。例えば、図７ｂに図示するように、インジケータ分子１１６の光吸収能力が低下し、センサ本体１２内に反射されて戻る光１２１の強さが増す。センサ本体内の光の強さは、上述したように、感光性要素（図示せず）によって測定する。
対象とする色々な分析物質の色々な既知の濃度に対して照射強さの値を決定することにより、光吸収性インジケータ分子センサを較正しなければならないことが理解されよう。更に、測定される放射線（光）は放射線源自体により放出された放射線であるため、放射線源が極めて広い射出特性を有し、光吸収性インジケータ分子が極めて狭小な範囲の吸収波長を有するならば、感光性要素によりこの範囲の放射線波長のみが感知され得るようにするため感光性要素の上に高域、低域又は帯域フィルタを設けることが可能であることが更に理解されよう。
その光吸収特性が色々な分析物質により影響を受けるインジケータ分子は当該技術分野にて公知である（しかし、上述したように、かかる光吸収性インジケータ分子は、本明細書に教示し又は米国特許第５，５１７，３１３号に教示されたようなセンサ構造体と共には使用されていないと考えられる）。例えば、米国特許第５，５１２，２４６号には、その光吸収能力がグルコースの局部的な濃度の関数として変化する光吸収性インジケータ分子が開示されている。特に、グルコースの局部的濃度が増すに伴い、５１５ナノメートルの波長の光を吸収するインジケータ分子の能力は低下する。このため、かかるインジケータ分子が本明細書に開示した豆形又はカプセル形状のセンサ構造体と共に使用されるならば、その波長の光による内部反射量は増すことになろう。次に、局部的グルコース濃度値は、その波長の照射量の値から決定することができる。
その他の分析物質に応答可能な光吸収性インジケータ分子は、例えば、ｐＨの変化に応答して色を変化させる、フェノールフタレインにて例示するように当該技術分野にて周知である。
蛍光インジケータ分子センサの場合のように、光吸収性インジケータ分子を利用するセンサはセンサ本体の表面の上に直接配置されたインジケータ分子を備えることが可能である。しかしながら、インジケータ分子は図７ａ及び図７ｂに図示するように、マトリックス層１１４内に固定することが好ましい。
マトリックス層１１４は、ヒドロキシメタクリレート（ＨＥＭＡ）を含む色々な有機モノマーの低密度重合により製造可能である。ＨＥＭＡは、ペンシルベニア州、ワーリングトンのポリサイエンシーズ（ＰｏｌｙＳｃｉｅｎｓｅｓ）、及びミズーリ州、セントルイスのシグマ（Ｓｉｇｍａ）のような供給先から広く入手可能であり、当該技術分野で広く公知で且つ理解されているように、モノマーを加熱し又はモノマーを紫外線にさらすことにより重合することができる。
一つの好ましい実施の形態において、例えば、アミノエチルメタクリレート（ＡＥＭＡ）のようなドープ被覆したモノマーにてＨＥＭＡを反応させることにより、光吸収性インジケータ分子１１６はマトリックス層１１４内に固定される。重合する間、ＡＥＭＡは、アミン側基をマトリックス層１１４内に導入する。また、アミノプロピルメタクリレート（ＡＰＭＡ）及び種々のアミノ基と残りのモノマーとの間に異なる側基及び種々の炭素鎖長さを有するその他の商業的に入手可能なモノマーを含むＡＥＭＡ以外のモノマーを、マトリックス層１１４の製造中に使用することもできる。第１アミン基（例えば、ＡＥＭＡ）を含むモノマーに加えて、第２アミン基を含むモノマーも、マトリックス層１１４を形成するために使用することもできる。これと代替的に、インジケータ分子１１６をマトリックス層１１４のポリマー材料に共有結合するために、アミン基以外の架橋側基を使用してもよい。代替的な架橋側基の例としては、メルカプト基（−ＳＨ）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（ＣＯＨ）、ヒドロキシル基（ＯＨ）、シアン基（ＣＮ）、エーテル基及びエポキシ基がある。
インジケータ分子１１６を固定するためには広範囲のドーピング比が使用可能であるが、ＡＥＭＡ対ＨＥＭＡの比が約１対４乃至約１対２０のドーピング比が好ましい。マトリックス層１１４の全体的に重合された巨大分子中の各３つのＨＥＭＡ残留物に対し化学量論的に１つのアミン側基を有するようにマトリックス層１１４が提供される。このことは、図８の化学構造式により示してある。
マトリックス層１１４のポリマー材料は、１つの好ましい実施の形態において、架橋基として二官能価のポリ（エチレングリコール）（ｎ）ジメタクリレートを使用することを含む、当該技術分野で公知の標準的な架橋結合方法により架橋結合することができる。この架橋結合基は、モノマーを最初に形成する間、標準的な方法により添加することができる。この架橋結合基及びその他の架橋結合基は、ポリサイエンシーズ（ペンシルベニア州、ワーリングトン）から商業的に入手可能である。変数（ｎ）は１乃至１０００以上の範囲に亙るが、本発明の１つの好ましい実施の形態において、ｎ＝１０００である。変数（ｎ）は、マトリックス層１１４の所望の密度、多孔度、及び親水性に依存して変更可能である。
図９には、本発明の１つの好ましい実施の形態によるマトリックス層１１４の一部が図示されており、この部分は、アミノ側基をドープしたモノマー（ＡＥＭＡ）、ＨＥＭＡ主鎖及び二官能価の架橋基を含む。
マトリックス層１１４は、分析物質（例えば、グルコース）が光吸収性インジケータ分子１１６にアクセスするのを許容すること、インジケータ分子１１６が浸出するのを防止し得るようにインジケータ分子を固定すること、本発明の光学安定状態を保つこと、所望の分析物質以外の多孔質分子マトリックスへの非特定的な結合量を最小にすること、所望の分析物質よりも大きい分子のアクセスを制限すること、多孔質マトリックス材料が１つ以上の追加的な生体適合性の境界面層を支持することを可能にすることを含んで、本発明に対し幾つかの利点をもたらす。また、マトリックス層１１４は、光学的に、センサ本体１２と適合可能であり、また、インジケータ分子１１６の、励起、放出、吸収又は屈折率波長を伝えることができる。
インジケータ分子１１６をマトリックス層１１４内に固定する色々な方法が文献に記載されており、機械的な捕獲から共有結合による固定までに亘る。例えば、１９８７年オックスフォード・サイエンス・パブリケーション（Ｏｘｆｏｒｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ）のバイオセンサ（Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ）の８５乃至９９ページにおけるエー・ピー・ターナー（Ａ．Ｐ．Ｔｕｒｎｅｒ）の論文を参照するとよい。
１つの好ましい実施の形態において、インジケータ分子１１６は、マトリックス層１１４内に共有結合により固定することのできる、グルコース感応性の吸収調節インジケータ分子である。重合する間、インジケータ分子１１６は、第１アミン側基を通じてポリマー主鎖に共有結合的に取り付けられ、これらは共に、マトリックス層１１４を形成する。この形態の固定は、異なる型式のインジケータ分子及び異なる側基をポリマーの主鎖の上で使用する色々な方法に適用可能である。グルコース感応性の吸収調節インジケータ分子の例は、図１０に図示するように、２、３’−ジヒドロキシボロン−４−ヒドロオキシ−アゾベンゼン（「ボロネイトレッド（Ｂｏｒｏｎａｔｅ Ｒｅｄ）」として知られてもいる）を含む。グルコースは、米国特許第５，５１２，２４６号に記載されたように、インジケータ分子１１６と相互作用可能である。本発明に使用される同様に形成した好ましいインジケータ分子１１６が図１１に図示されている。
図１０及び図１１に図示したインジケータ分子１１６をマトリックス層１１４内で固定する１つの好ましい方法において、フェノール基の水素のオルト位置（図１０及び図１１に図示したインジケータ分子にて「＊」で表示）は、ケトン、エステル、フェノール及びその他の有機化合物の特定の水素をホルムアルデヒド及びアミンの存在下にて凝縮させることのできる反応として有機化学で公知である、マンニッヒ反応を使用してアミノアルキル化する。マンニッヒ反応を行うための試薬は、ピアス・ケミカルズ（Ｐｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）を含む、多くの化学販売会社から商業的に入手可能である。インジケータ分子１１６をＡＥＭＡに結合させる標準的なマンニッヒ反応は、図１２に図示されている。ＡＥＭＡ及びＨＥＭＡをマトリックス層１１４のポリマー主鎖内に共重合することにより、インジケータ分子１１６をマトリックス層１１４のポリマー材料に結合し且つ例えばグルコースのような分析物質にアクセス可能にすることができる。
インジケータ分子１１６は、最初に、ＨＥＭＡと共重合する前に、インジケータ分子１１６をＡＥＭＥに結合することを含む、色々な方法にてマトリックス層１１４のポリマー材料に結合することができる。これと代替的に、最初に、インジケータ分子１１６をポリリシンのアミン側基に固定することにより、インジケータ分子１１６の非共有結合的な機械的捕獲を利用することができる。次に、重合する前に、予め固定したポリリシン／インジケータ分子の先駆物質をＨＥＭＡと混合させることができる。メタクリレートを重合したとき、ポリリシン／インジケータ分子の複合体は、メタクリレートマトリックス内に捕獲される一方、これと同時に、インジケータ分子１１６は、ポリリシンに共有結合によって固定されたままである。
センサ１１０の構造は、その他の点にて上述した通りである。
本発明の第三の特徴によるセンサは、センサが配置される媒質の屈折率（又は使用されるならば、センサを封入するマトリックスの屈折率）の変化に基づいて分析物質の存在又は濃度の感知を容易にし得るように上述した豆形又はカプセル形状の構造体の利点を活用する（但し、かかる構造にのみ何ら限定されるものではない）。全体として、屈折率ｎ１を有する第一の媒質を通って進む光は境界面を照射する光の入射角度（境界面に対する法線に対して測定）が臨界角度θｃ以下であるならば、第一の媒質と屈折率ｎ２を有する第二の媒質との間の境界面を横切って進む。他方、臨界角度以上の入射角度にて境界面を照射する光は、第一の媒質内で内部反射される。臨界角度は、θｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）である。このように、（ｎ２／ｎ１）が０に接近し、臨界角度が０°に接近するようにｎ１＞＞ｎ２の限定的な場合、光は、実質的に、第一の媒質内で完全に内部反射される。これと逆に、臨界角度＝９０°のようなｎ１＝ｎ２の限定的な状態の場合、第一の媒質内で全く内部反射は存在せず、全ての光は境界面を亙って第二の媒質内に進む。
この原理は、本明細書に教示したセンサ構造の形態にて図１３ａ及び図１３ｂに概略図的に図示されている。図１３ａにおいて、センサ本体１２の屈折率ｎ１はその周囲の媒質の屈折率ｎ２よりも実質的に大きい。このため、放射線源１８から発生された内部光の全て（その光は、センサ本体の導波性により、０°乃至９０°の全ての可能な入射角度を有する）は、完全に垂直でない角度にて境界面を照射し、センサ本体内で内部反射され且つ感光性要素２０によって感知される。一方、屈折率ｎ２がセンサ本体１２の屈折率に等しい図１３ｂに図示するように、臨界角度は９０°（すなわち、センサ本体と周囲の媒質との間の境界面に対して正接）となり、このため、放射線源１８により発生された全ての光は、センサ本体１２から出て進み、感光性要素２０により感知されるものは全く（又は殆ど）存在しない。
全体として、媒質の屈折率は媒質の密度に伴って増大するため、センサがさらされる分析物質の濃度を決定するため、臨界角度と相対的屈折率との間の関係を設定することが可能である。例えば、対象とする分析物質を選択的に透過可能である（寸法の特定、電荷の特定又は透過率の選択により）膜（図示せず）内にセンサ本体が封入されるならば、分析物質は、内部に拡散されるため、膜の密度は増大する。このことは、より多くの光がセンサ本体から外に進むのを許容し且つ感光性要素を照射する光が少ないようにする。換言すれば、分析物質の濃度の増加に伴い、内部反射量は減少し、この減少を測定して分析物質の局部的な濃度と相関させることができる。
蛋白質、ホルモン等のような一部の生物学的物質は水に溶融せず、従って、膜を透過しないことを認識すべきである。しかし、グルコース、塩及びその他の分子量の小さい化合物は、膜内に拡散する主要な代謝可能な分析物質であり、このため、最も効果的に測定し得るよう屈折率センサを使用することのできる分析物質である。
屈折率センサの最も基本的な実施の形態において、周囲の膜は使用する必要はない。かかる基本的な実施の形態は、濃度の変化が対象とする分析物質の唯一の測定事項である場合に使用することができる。例えば、シャンペン又はワインの年齢に伴い流体の密度、従って、屈折率と同様に、砂糖の含有量が減少する。このため、本発明のこの特徴によるセンサは、加工され且つシャンペン又はワインの形成に伴い砂糖の含有量を測定するために使用されるようなシャンペン瓶又はワインの容器内に配置する。その他の可能な用途は、容器内の液位を決定し又は燃料油中の水分量を測定することである。
最後に、本発明の色々な特徴の特定の実施の形態を上記に説明したが、当業者にはこれら実施の形態の多数の改変例及び変更例が案出可能であることが理解されよう。かかる改変例及び変更例は、特許請求の範囲に属するとみなされる。
発明の更なる実施の形態
本発明の別の実施の形態において、（ａ）上述したように作用する少なくとも１つの分析物質感知インジケータチャネルと、（ｂ）光学的基準チャネルとして作用する少なくとも１つの追加的なチャネルとを備えるセンサが提供される。この光学的基準チャネルは、（ａ）分析物質の存在又は濃度の影響を受けず又は概ね影響を受けないインジケータ分子（すなわち、分析物質感知インジケータチャネルのインジケータ分子）の１つ以上の光学特性を測定し且つ／又は（ｂ）分析物質の存在又は濃度の影響を受けない又は概ね影響を受けない第二の対照インジケータ分子の１つ以上の光学特性を測定することが好ましい。光学的基準チャネルは、例えば、全体として、インジケータチャネルと同様に作用可能である。現在の用途において、分析物質の存在又は濃度の影響を受けない又は概ね影響を受けないインジケータ分子は、本明細書において、広く、対照標準インジケータ分子と称する。
光学的基準チャネルは、（１）センサの構成に固有の構成要素の作用の変化又は偏差及び／又は（２）センサの外部の環境条件を補償し又は補正するために使用することができる。例えば、光学的基準チャネルは、特に、センサの放射線源の老齢、その感光性要素の性能すなわち感度に影響する変化、インジケータ分の劣化すなわち変化、センサ本体又はインジケータマトリックス層の放射線透過率の変化等、その他のセンサの構成要素の変化等に起因する内部的変数を補償し又は補正するために使用することができる。その他の実施例において、光学的基準チャネルは、また、分析物質の存在又は濃度に関係なく、インジケータ分子の光学特性又は見掛けの光学特性に影響を与えるであろう環境ファクタ（例えば、センサの外部のファクタ）を補償し又は補正するために使用することができる。この点に関して、一例としての外部ファクタは、特に、温度、ｐＨ、存在する周囲光、センサが取り付けられる媒質の反射率又は混濁度を含むことができる。
以下の説明において、上述した実施の形態の部品と同様の部品は同様の参照番号で表示し、また、かかる同様の部品に関して上述した全ての変更及び改変例は、妥当な場合以下の実施の形態の任意なものに採用することもできる。
別個のインジケータチャネル及び基準チャネル測定値を得る多岐に亙る方法が採用可能ではあるが、以下に、多数の一例としての方法を説明する。これら及びその他の方法は、この開示に基づいて明らかであるように、以下に説明するセンサの実施の形態の任意のものに採用することができる。
第一に、インジケータ膜（例えば、以下に説明する膜１４’のような）は、例えば、酸素を感知可能な蛍光インジケータ分子のような特定の分析物質を感知可能であり、また、その分析物質が透過可能である材料内に保持されたインジケータ分子を含むことができる一方、基準膜（例えば、以下に説明する膜１４”のような）は、分析物質が透過し得ない材料内の同一のインジケータ分子を含むことができる。例えば、酸素の場合、インジケータ膜は、酸素が自由に透過し、インジケータ分子（一例において、酸素が極めて透過可能であるシリコンゴムをインジケータ膜用に採用することができる）に接触するような仕方にて、インジケータ分子を含む酸素透過性マトリックスを備えることができる。その結果、基準チャネル内で得られた値の変動は分析物質（例えば、酸素）の存在又は濃度に実質的に寄与せず、上述したように、例えば、（１）センサ自体に固有の可変値又は（２）外部環境ファクタに寄与する。
分析物質が実質的に透過不能である材料（例えば、基準チャネルに対する）は、例えば、ａ）要素の侵入を実質的に防止する材料（一例として、基準チャネルがワニスで被覆された、以下に説明する米国特許第３，６１２，８６６号を参照）と、ｂ）特定の分析物質のようなその他の特定の要素を遮断しつつ、特定の要素が透過するのを許容し得るように選択的に透過可能であるマトリックス内に配置される、選択的に透過可能な膜とを含むことができる（一例として、マトリックスは、正に帯電した分子を妨害しつつ、負に帯電した分子の透過を許容することができる）。
第二に、インジケータ膜は、例えば、グルコースを感知可能であり、また、分析物質が透過可能な材料内に保持された蛍光インジケータ分子のような１つの特定の分析物質が感知可能なインジケータ分子を含むことができる一方、基準膜はまた、その分析物質が透過可能であるが、同一のインジケータ分子を含まず、基本的に、その分析物質を実質的に感知不能である対照インジケータ分子を含む材料を有することができる。例えば、分析物質がグルコースであり、そのグルコースが液体（例えば、血液、血清、組織間流体等のような体液又はその他の流体）内にあるとき、かかるグルコースが透過できない材料内に対照インジケータ分子を配置することは、ｐＨの変化等のようなファクタ以外の追加的な阻害効果をもたらし、このため、上述した第一の実施例は望ましくなくなる。従って、この第二の基本的な方法において、分析物質は透過することが許容されるが、基準チャネル内で選択された対照インジケータ分子は、その分析物質を実質的に感知不能であるように選ばれる。その結果、基準チャネルにより測定された変動は、その分析物質の存在又は濃度の変化に実質的に影響を与えない。
１つの分析物質を実質的に感知不能である対照インジケータ分子の幾つかの非限定的な例は、次のように掲げることができる。第一に、本発明の譲受人が所有し、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、１９９９年３月１１日付けで出願された、「置換したリガンドを含む蛍光ランタン系金属キレート複合体による分析物質の検知（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎａｌｙｔｅｓ ｂｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ Ｍｅｔａｌ Ｃｈｅｌａｔｅ Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ Ｌｉｇａｎｄｓ）」という名称の米国特許出願第０９／２６５，９７９号を参照する（これは、その開示内容の全体を同様に参考として引用し本明細書に含めた、１９９８年３月１１日付けで出願された特許出願第０９／０３７，９６０号の一部継続出願である）。この米国特許出願には、グルコースへの結合を促進するために使用される、例えば、ホウ素酸、ＨＯ−Ｂ−ＯＨのような認識要素が記載されている。幾つかの実施例と同様に、例えば、グルコースを実質的に「感知不能である」対照インジケータ分子はその認識要素を省略し又は変更することにより、形成可能であると考えられる。
特に、米国特許出願第０９／０３７，９６０号には、次の化学式を有する蛍光ランタン系金属キレート複合体を有するインジケータ分子が記載されている。
Ｍ（−−Ｃｈ（−ＲＸ））Ｙ
ここで、Ｍはランタン系金属イオンを表わす。Ｃｈは有機リガンドであることが好ましい１つのリガンドを含むキレート化剤を表わし、この有機リガンドは、１つ以上のβ−ジケトン又はその窒素類似体、ジヒドロキシ、カルボキシル配位複素環、エノル、マクロ二環式クリプタンド（ｃｒｙｐｔａｎｄ）（すなわち、ケージ型リガンド）、フェニルスルホン酸又はポリアミノ−ポリカルボキシル酸を含むことができる。Ｃｈの有機リガンドはまた、窒素、硫黄及び結合カルボキシルの１つ以上の複素環を含むことができる。Ｃｈの有機リガンドは、好ましくは１乃至１０の炭素原子を含む１つ以上のアルカン又はアルケン基、ベンジル、ナフチル、アントリル、フェナントリル又はテトラシル基を含む芳香族の、炭素環式の又は複素環式の分子を更に含むことができる。更に、Ｍと複合させた１つ以上のキレート化剤は、同一とし又は異なるキレート化剤の混合体、いわゆる「混合リガンド又は第三キレート」）とすることができる。Ｒは、１つの分析物質に特有の認識要素を表わし、その１つ以上は、キレート複合体の１つ以上のリガンドに結合されるが、キレート複合体の各リガンドに結合する必要はない。一つの好ましい実施の形態において、Ｒは、ホウ素酸基とし又はグルコース又はその他のシス−ジオール化合物を検知するため、ホウ素酸基を含む化合物とすることができる。Ｘは、１つ以上のキレート化剤の各々に結合した認識要素Ｒの数を表わす。Ｘは、０乃至８の整数であり、本発明の特定の好ましい実施の形態において、Ｘ＝０乃至４又はＸ＝０乃至２である。更に、１つ以上のキレート化剤の各々に結合した認識要素のＲの数は、１つ以上のキレート化剤に対し、Ｘ＞０であることを条件として、同一とし又は異なるものとすることができる。Ｙは、Ｍと錯体としたキレート化剤の数を表わし、１乃至４の整数とすることができる。本発明の好ましい実施の形態において、Ｙ＝１、Ｙ＝３又はＹ＝４である。従って、これらの一例の場合、分析物質が実質的に感知不能である対照インジケータ分子を形成するためには、認識要素Ｒを省略し又は当業者が上述したように変更することができる。
第三に、別個のインジケータチャネル及び基準チャネルの測定値を求める別の方法は、特定の波長又は周波数（例えば、図２１に説明の目的で掲げた非限定的な実施例において、約４４０ｎｍ）の等吸収点を有するインジケータ分子を利用することを含む。この「等吸収点」は、例えば、吸収率が分析物質の存在又は濃度に関係なく同一である１つの点（すなわち、実質的に１つの特定の波長）を含む。すなわち、放射線源がある範囲の周波数に亙って例えば光のような放射線を放出する場合、特定の周波数における光の吸収性は、分析物質の存在又は濃度に基づいて変化するが、等吸収点における光の吸収性は、その分析物質の存在又は濃度に関係なく実質的に一定のままである。従って、この第三の実施例において、インジケータチャネル及び基準チャネルは１つの特定の等吸収点を有するインジケータ分子を含むことになろう（例えば、各チャネル内で同一のインジケータ分子を使用することができる）。インジケータチャネルは、以下に説明する感光性要素（例えば、光検知器）２０−１の上方にフィルタ（例えば、以下に説明するフィルタ３４を参照）を含み、等吸収点外の光を感光性要素により検知することを許容する（例えば、図２１にて約５００ｎｍの距離にて）、他方、基準チャネルは、以下に説明する感光性要素（例えば、光検知器）２０−２の上方にフィルタ（例えば、以下のフィルタ３４）を含み、実質的に等吸収性波長の光が感光性要素２０−２を透過し且つ該感光性要素２０−２により検知されることを許容する。その結果、基準チャネル内で検知された全ての変化は、殆んど分析物質の存在又は濃度に関係なく、上述したように１つの基準として使用することができる。現在の特定の用途に基づいて、かかる等吸収点を有するその他のインジケータ分子を使用することができる。多くの実施例の単に幾つかの例として、次のものがある。（ａ）その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、エム・ウッタミアル（Ｍ．Ｕｔｔａｍｉａｌ）及びその他の者による、バイオテクノロジー（ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）、Ｖｏｌ．１９、５９７−６０１ページ（１９９５年６月）の「発酵作用監視用の光ファイバ二酸化炭素センサ（Ａ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｉｏｘｉｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）（ヒドロオキシピレントリスルホン酸（ＨＰＴＳ）を議論（又はＣＯ２感知のためのセミナフタトーダフルオー（ｓｅｍｉｎａｐｈｔｈｏｄａｆｌｕｏｒ）（ＳＮＡＲＦ））。（ｂ）その開示内容の全体を参考として引用し、本明細書に含めた、エイ・ミルズ（Ａ．Ｍｉｌｌｓ）及びその他の者による、アナリスト（ＡＮＡＬＹＳＴ）、Ｖｏｌ．１１８、８３９−８４２ページ（１９９３年７月）、英国、スワンシー、シングルトンパークのスワンシー大学の化学部）による「二酸化炭素用の蛍光プラスチック薄膜センサ（Ｆｏｌｕｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｐｌａｔｉｃ Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ）」（ＣＯ２監視のためのＨＰＴＳインジケータについて議論）。（ｃ）その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第５，１３７，８３３号（約４４０ｎｍに等吸収点を有するグルコースインジケータを示す。本出願の図２１に複製した米国特許第５，１３７，８３３号における、例えば、図１０を参照）。
等吸収点を有するインジケータ分子を使用する場合、放射線源（例えば、ＬＥＤ）の数は、環境に依存して変更可能であるが、特定の場合複数の放射線源（例えば、ＬＥＤ）を利用することが好ましい。例えば、場合より、放射線源（例えば、ＬＥＤ）は、等吸収点付近の波長にて十分な照射量を提供せず、その波長にて十分な照射を提供するためには追加的なＬＥＤを含むことが望ましいであろう。
本発明の基準チャネル及びインジケータチャネルは、本明細書に記載し且つ現在の特定の用途に依存して当該技術分野で公知である材料を利用することができる。
分析物質の検知の間、基準又は対照を使用する幾つかの実施例は、当該技術分野にて公知である、例えば、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に記載した、米国特許第３，６１２，８６６号には、基準チャネルが酸素を透過し得ないようにすべくワニスにて被覆される点を除いて、測定チャネルと同一のインジケータの化学組成を保持する基準チャネルを有する蛍光酸素センサが記載されている。また、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第４，８６１，７２７号及び米国特許第５，１９０，７２９号には、２つの異なる波長にて放出する２つの異なるランタン系インジケータの化学作用を採用する酸素センサが記載されており、テレビウム系インジケータが酸素により抑制され、ユウロピウム系インジケータは殆んど酸素の影響を受けない。その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第５，０９４，９５９号には、単一のインジケータ分子が特定の波長にて照射され、その分子により放出された蛍光が酸素に対する異なる２つの感度を有する２つの異なる放出スペクトルに亙って測定される、酸素センサが記載されている。具体的には、酸素に対する感度の低い放出スペクトルが２つの放出線の強さの比の基準として使用される。同様に、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第５，４６２，８８０号及び米国特許第５，７２８，４２２号には、酸素により実質的に影響を受けず、インジケータ分子と同様の光分解率を有する基準分子を採用する放射線類似の蛍光酸素の感知方法が記載されている。更に、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、ミュラー（Ｍｕｌｌｅｒ）及びその他の者によるアナリスト（ＡＮＡＬＹＳＴ）、Ｖｏｌ．１２１、３３９−３４３ページ（１９９６年３月）には、青ＬＥＤ光源が光ファイバカプラーを通じてインジケータチャネルに向けられ且つＬＥＤの光の強さの変化を検知する別個の基準光検出器に向けられる、溶融したＣＯ２に対する蛍光センサが記載されている。
更に、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第４，５８０，０５９号には、励起光源の強さの変化を測定すべく、基準光測定セル３３を保持する蛍光系センサが記載されている。例えば、コラム１０、１行を参照。更に、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第４，６１７，２７７号には、測定要素１０が不可逆的な色の変化のため交換を必要とするときを決定すべく基準要素１２が放射線源１４からの光を基準フォトセルに反射する一酸化炭素用の吸収量系のセンサが記載されている。
蛍光インジケータ分子の利用に関して、多数の実施例について本明細書で説明したが、この開示に基づいて、これら記載した実施の形態は、現在の特定の環境に依存して、インジケータ分子又はその組み合わせの任意の型式を利用し得るように改変可能であることが容易に理解されよう。例えば、膜１４’、１４”（以下に説明）は、上述したように、光吸収性インジケータ分子の双方を含むことができる。別の例として幾つかの状況において、インジケータ又は基準膜１４’、１４”の一方に蛍光インジケータ分子を利用する一方、インジケータ又は基準膜１４’、１４”の他方に光吸収性インジケータ分子を使用することも可能である。しかし、殆どの場合、インジケータ膜１４’、及び基準膜１４”は、双方とも、本明細書に記載したような同様のインジケータ分子を利用することになろう。
上記に加えて、多岐に亙るその他の対照方法を採用することができる。例えば、色々なその他の実施の形態において、対照チャネルは、インジケータチャネル内のインジケータ分子に完全に無関係の材料又は物質を使用することができる。例えば、この点に関して、基準膜の物質は単に、例えば、幾つかの例として反射率、温度、ｐＨ及び／又は色々なその他のファクタの１つ以上に関して所望の特徴を有するものとすることができる。特に、特定の実施の形態において、基準膜は、相応する「化学的作用」を何ら含まないが、例えば、屈折率のみを監視するために、この基準膜を使用することができる（例えば、ＬＥＤが減光したか、又は、例えば、膜の表面が何らかの方法で影響を受けたかどうかを評価するために使用することができる）。
この出願に開示された任意の実施の形態に１つ以上の基準チャネルを含めることができると考えられる。基準インジケータを含むセンサの多岐に亙る好ましい実施の形態を以下に説明する。幾つかの代替例及び変更例が以下の実施の形態に記載されているが、同様の参照番号は上述した実施の形態の同様の部品を示し、その同様の部品に関して本明細書に記載した全ての代替例及び変更例は、また、妥当な場合、次の実施の形態の任意のものに採用することもできる。
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）には、光学的基準チャネルを内蔵するセンサ１０の第一の実施の形態が図示されている。図示するように、センサ１０は、センサ本体１２と、膜の全体に亙って分配された蛍光インジケータ分子を有するインジケータ膜１４’と、膜の全体に亙って分配された蛍光対照インジケータ分子を有する基準膜１４”と、例えば、上述したものと同様の単一のＬＥＤのような放射線源１８と、例えば、上述した感光性要素２０と同様に形成されたインジケータチャネルの感光性要素２０−１と、同様の基準チャネル感光性要素２０−２と、回路基板７０（一例としての回路要素７０ｉが取り付けられて図示）と、例えば、図示した誘導性コイルのような電源４０と、例えば、図示したトランスミッタコイルのようなトランスミッタ４２とを備えることが好ましい。本明細書に記載した任意の実施の形態において、膜１４’、１４”は、例えば、上述したマトリックス層１４の任意の実施の形態と同様の材料で形成することができ、又はインジケータ分子を保持し又はその上にインジケータ分子を被覆することもできるその他の任意のその他の適当な材料から成るようにすることができる。また、膜１４’、１４”（及び／又はセンサ本体）は、所望であるならば、上述した層３６の任意の実施の形態と同様のセンサ／組織境界面層を含むことができる。この図示した実施の形態は、例えば、図示するように多数の追加の要素を含むことができ、例えば、フィルタ３４（例えば、青のようなＬＥＤにより放出された波長又は波長スペクトルを排除し且つ赤のような蛍光材料により放出された光の波長又は波長スペクトルが透過するのを許容する）と、バッフル（整流装置）１３０（例えば、インジケータチャネル及び基準チャネルから放射された光の「クロストーク」を防止する）と、感光性要素の各々に対する開口を取り巻くマスク３５と、及び／又は温度センサ６４（例えば、上記に説明したもの）とを含むことができる。
作動時、センサ１２は、図１乃至図１３の実施の形態に関して上述したのと同様に作用可能である。しかし、次のものを提供し得る２つの別個の知覚値が得られる、すなわち、ａ）インジケータ値（インジケータ膜１４’及び感光性要素２０−１を含むチャネルを介して）と、ｂ）基準値（基準膜１４”及び感光性要素２０−２を含むチャネルを介して）とを提供する。次に、例えば、より正確なセンサの値を提供し得るようにこの基準値を使用することができる。
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示した装置の一例としての作用は、次の通りである。第一に、電源４０により、例えば、ＬＥＤのような放射線源１８は放射線を放出する。放射線は、センサ内を進み且つインジケータ膜１４’及び基準膜１４”の双方に達する（全体として、矢印で示すように）。次に、これらのそれぞれの膜内の分子は、例えば、感光を励起し、光を放射され（同様に、矢印で示すように）、それぞれの感光性要素２０−１及び２０−２により受け取られる。この作用は、上述した実施の形態に関して説明したものと実質的に同様であり、従って再度説明しない。膜１４’、１４”から放出された光の間の「クロストーク」を解消し又は軽減するため、バッフル１３０を含むことができる。このバッフルは、例えば、塗装した黒等のような、感光性要素に影響を与えるであろう放射線の影響を受けないものであることが好ましい。このようにして、例えば、「チャネル」の双方に対し、例えば、ＬＥＤのような単一の光源を使用することができる。
この装置は、この開示内容に基づいて当業者が多岐に亙る方法にて製造することができるが、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示した装置を製造する一例としての方法は、次のようにすることができる。最初に、多数の販売業者が容易に製造可能であるアルミナセラミック基板を回路基板７０に対し提供することができる。更に、例えば、誘導子を電源４０及びトランスミッタ４２として提供することができる。誘導子及び別個の構成要素は、例えば、商業的に利用可能なはんだペースト又は導電性エポキシ樹脂を使用して、基板に電気的に接続することができる。更に、例えば、一つの好ましい実施例におけるように、アブレスチック・エレクトロニクス・マテアリルズ（Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）からのアブレボンド（ＡＢＬＥＢＯＮＤ）８４のような導電性エポキシ樹脂を使用してその他の電子構成要素を取り付けることができる。次に、構成要素は線で接続して回路の接続部を完成させることができる。例えば、アドバンスド・フォトニックス・インク（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．）からの部品番号１５０−２０−００２のようなシリコンフォトダイオードを感光性要素２０−１、２０−２として提供することが好ましく、また、ボールボンド接着及び導電性エポキシ樹脂を使用してフリップチップを取り付けることが好ましい。更に、基板の感光性要素の開口の端縁は、例えば、エポキシ・テクノロジー・インク（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．）からのＥ３２０のような、不透明で且つ非導電性の黒い材料でマスキングすることが好ましい。例えば、シーブイアイ・レーザ・コープ（ＣＶＩ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｒｐ．）からのＬＰ−５９５のような光学的フィルタ材料は、フォトダイオードの開口（例えば、基板７０に形成した開口）に配置し、放射線源からの光を減衰し且つ／又は周囲光を減衰し得るようにすることが好ましい。採用される放射線源は、例えば、青又は紫外線帯域の光を放出するＬＥＤとすることができる。次に、この回路のアセンブリの構造体は、光学的に透明な封入材内に成形することが好ましい。この封入材は、導波管として作用する助けとなり、また、回路に対し環境からの保護を提供することになる。次に、インジケータ及び基準感知膜をカプセルのポケット内（例えば、カプセルの周縁の凹所部分内）に取り付けることができる。この取り付けは、例えば、カプセル内にポケットを成形し、次に、感知膜を内部に配置し又は封入する前にインジケータ膜を鋳型内に配置し、封入する間ポケットが膜の周りに形成されるようにすることで行うことができる。上述したように、これは単に１つの好ましい製造方法にしか過ぎず、この装置は、多岐に亙る方法で製造することができる。更に、図示した実施の形態は、２つのチャネル（すなわち、インジケータチャネル及び基準チャネル）のみを有するが、その他の実施の形態は、多数のインジケータ及び／又は多数の基準チャネルを含むことも可能である。
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示した構造体は、多岐に亙る方法にて改変が可能であると考えられる。例えば、図１４（Ｃ）に図示するように、該装置は、図示するように、導電線又は接点７１等を介して回路板７０をフリレキシブル回路（例えば、ケーブル）に固定し得るように改変することができる。このことは、例えば、回路がカプセルの本体等（その一部分のみを図１４（Ｃ）に図示）から伸びて、例えば、（ａ）外部の電源からセンサ内に電力を伝送すること、（ｂ）信号をセンサから外部のレシーバに伝送すること、及び／又は（ｃ）その他の目的とすることができる。別の例として、図１４（Ｃ）にも図示するように、回路は必ずしも、豆形の形状部分内に完全に封入する必要はない。例えば、この点に関して、センサ１０は、図示するように、外側カバー３’と、例えば、感光性要素とインジケータと、基準膜との間の領域内で斜線の断面で図示した部分に形成した封入導波管部分１２’とを含むことができる。次善の好ましい形態ではあるが、センサ１０の内部はまた、例えば、空気又は液体或いは別の媒質のようなガスを保持する、回路のためのキャビティを有し、この別の媒質を通じて、例えば、所望の波長の光子のような光が進むことができる。好ましくは、光が膜から感光性要素まで確実に進むようにインジケータ及び基準膜の材料の屈折率に等しく又はそれに近い屈折率を有する導波管材料が提供されるようにする。非限定的な一例としての構造においては、導波管部分１２’はＰＭＭＡ材料（すなわち、ポリ（メチルメタクリレート））にて製造し、回路板７０はセラミック材料で製造し、基準被覆１４”が、エポキシ樹脂内にＲｕ（ルテニウム）を保持し、インジケータ被覆１４’がシリコン内にＲｕを保持し、バッフル１３０を黒エポキシ樹脂材料で作り、放射線源１８をＬＥＤとし、外側カバー３’をガラス材料で作ることができる。
図１４（Ｄ）は、同様の部品を同様の参照番号で表示する、図１４（Ｃ）に図示したものと同様のセンサ１０の斜視図である。図１４（Ｅ）及び図１４（Ｆ）には、装置を媒質Ｂ（例えば、液体、ガス等）内に挿入した図１４（Ｄ）に図示した実施の形態の幅方向及び長さ方向断面図が図示されている。図１４（Ｆ）に図示するように、可撓性回路又はケーブル７０’は、上述したように、媒質Ｂの外面から遠方の電源、レシーバ又はその他の装置（図示せず）まで伸びるようにすることができる。図１４（Ｅ）及び図１４（Ｆ）に図示するように、センサ本体１２は、上述したように封入導波管材料を含むことができ又は図１４（Ｃ）に図示したものと同様に、封入導波管材料を領域１２’内に設けることができ又は事前の策ではあるが、上述したように、別の物質を使用することもできる。
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）には、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示したものと同様の本発明の追加的な実施の形態が図示されており、この場合、放射線源１８は、取付け部１８ｍの上に支持された、例えば、ＬＥＤ１８−１、１８−２のような２つの別個の放射線源として設けられている。図示するように、ＬＥＤ１８−１は、インジケータ膜１４’に向けて方向決めされている一方、ＬＥＤ１８−２は、基準膜１４”に向けて方向決めされている。図示するように、バッフル１３０は、この場合にも同様に、ＬＥＤの間に設けられることが好ましい。例えば、ＬＥＤのような多数の放射線源がこの実施の形態にて使用されているが、例えば、ＬＥＤ１８−１、１８−２のような放射線源は、同一とし、例えば、同一の光を放出し又は環境に依存して相違するものとすることができる。
例えば、ＬＥＤのような複数の放射線源が使用される実施の形態においては、特定の事項に配慮することが好ましい。例えば、ＬＥＤのような１つの放射線源が使用されるとき、エージング又はその他のファクタが双方のチャネルに等しく影響与える可能性がより大きい。しかし、複数（例えば、かかるチャネルの各々に対して１つずつ）の放射線源が使用されるとき、放射線源の相違は、チャネル間に多少の不一致を生じさせる可能性がある。従って、かかる場合、ａ）各チャネルに対し同様の放射線源（例えば、ＬＥＤ）を提供するステップ及び／又はｂ）放射線源（例えば、ＬＥＤ）を互いに対して較正するステップをとることが望ましい。例えば、ＬＥＤチップ（例えば、小さいＬＥＤチップアレーに切り込んだ直径約７．６２ｃｍ（３インチ）乃至２０．３２ｃｍ（８インチ）の平坦で矩形のウェハからカットした）のシリコンウエーハによってＬＥＤを製造する場合、ＬＥＤは、矩形ウエーハ内にて隣接するＬＥＤから又はアレー内で互いに短い距離（例えば、約１２．７ｍｍ（約０．５インチ）以内、より好ましくは約６．３５ｍｍ（約４分の１インチ）以内、又はより好ましくは約３．１７５ｍｍ（約８分の１インチ）又はより好ましくは約１．５８８ｍｍ（約１６分の１インチ）以内）にあるものから選択することが好ましい。このようにして、選択したＬＥＤチップの質は互いにより一層類似したものとなる。更に、その間にて相違する複数のチップを使用するとき、ＬＥＤチップ間にて正規化較正を既知の試験状態にて最初に行い、全ての不一致を確認することが好ましい。本明細書にて説明したように、幾つかの場合、複数の放射線源（例えば、ＬＥＤ）を提供することは、一定の利点を有することを理解すべきである。その幾つかの例として、ａ）複数の放射線源は所望の位置にて照射することを容易にすることができる、及び／又はｂ）複数の放射線源は、幾つかの場合、前後に動かして以下に説明するように、チャネル間のクロストークを減少させることができる。
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に図示した装置は、例えば、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示した装置と同一の方法で使用することができる。膜１４’、１４”から放出された光の間の「クロストーク」を更に減少させるため、バッフル１３０に代えて、又はバッフル１３０に加えて、例えば、ＬＥＤ１８−１、１８−２のような２つの放射線源を作動させ、それぞれのＬＥＤの間にて交互に前後に放出するようにすることもできる。例えば、ＬＥＤ１８−１は、数分の１秒作動させ、次に、ＬＥＤ１８−２を数分の１秒作動させること等が可能であり、他方が作動している短い時間の間、一方のＬＥＤが不作動のままであるようにする。このようにして、クロストークを実質的に減少させることができる。別の代替例において、装置は、インジケータチャネルの測定と基準チャネルの測定との間に時間的遅れを提供し得るようにすることができる（例えば、インジケータ膜はピコ秒の減衰を有する一方、基準膜はナノ秒の減衰を有し又はその逆とし、放射線の放出の時間的相違に起因して別個のチャネルの測定を行い得るようにすることができる）。
図１５（Ｂ）には、基板７０の全体として水平方向上面から約２５°の角度θに対する中心軸線を各々が有するＬＥＤが図示されている一方、これら角度は所望に応じて選択し、幾つかの例として、状況に依存して約０°乃至９０°の範囲で変更可能である。例えば、幾つかの好ましい実施の形態において、角度θを約６０°以下とし、又は代替的に、約４５°以下とすることができる。
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に図示した構造体は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示した実施の形態と同様に、多岐に亙る方法にて改変することができる。例えば、図１５（Ｃ）には、（ａ）電気導線又は接点７１を介する等により図示するように可撓性の回路（例えば、ケーブル）を含めることと、（ｂ）センサ１０に対し、完全に封入した内側を提供するか又は封入した導波管部分１２’が形成された部分的に封入した内側を提供することと、（ｃ）その他により図１４（Ｃ）に図示したものと同様の改変が具体化可能であることとが図示されている。非限定的な一例の構造において、導波管部分１２’は、ＰＭＭＡ封入材料で形成し、回路板７０はセラミックＦＲ４の回路カードを有するように形成し、放射線源１８は２つのＬＥＤを含むことができる。取付け部１８ｍは、Ｃｕ（銅）のＬＥＤ取付け部とし、外側カバー３’は、ガラス材料にて形成することができる。図示した１つの好ましい実施の形態において、低屈折率層１２”を感光性要素２０−１、２０−２の上方にてフィルタ３４の上にも設ける。この場合にも、この装置は、この開示に基づいて多岐に亙る方法にて製造することができ、上述したものは、多くの一例としての構造の１つにしか過ぎない。
図１５（Ｂ）に図示するように、インジケータ膜１４’及び基準膜１４”は、本体１２の表面にてポケット等内に形成することができる。これと代替的に、膜１４’、１４”は、ポケット等内ではなくて、本体１２の表面に形成してもよい。しかし、ポケット等を使用することは、使用中、膜１４’、１４”を保護し且つ／又は膜が本体の側部から外方に膨張するのを防止することができる（例えば、膨張を解消することは、例えば、センサをトロカール管等を介して患者の体内に挿入するような場合、取り扱いを容易にすることができる）。上述したように、センサ１０は、また、その上方に又は上方の一部に（且つ／又は膜１４’、１４”の上方に）センサ／組織境界面層３６を含み、この境界面層３６は、例えば、本明細書に記載した任意の材料のような生体適合性材料にて形成することができる。
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）には、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に図示したものと同様の本発明の更なる実施の形態が図示されており、この場合、放射線源１８は、回路板７０の両側部にてそれぞれの取付け部１８ｍ１及び１８ｍ２の上に支持された、例えば、ＬＥＤ１８−１、１８−２のような２つの別個の放射線源として設けられている。図示するように、ＬＥＤ１８−１は、インジケータ膜１４’に向けて方向決めされる一方、ＬＥＤ１８−２は、基準膜１４”に向けて方向決めされている。このようにして、例えば、回路板７０は、クロストークを減少させ又は解消するバッフルとして実際に作用可能である。図１５（Ａ）乃至図１５（Ｃ）に図示した実施の形態と同様に、角度θは所望に応じて選択することができ、約０°乃至９０°の範囲にあることが好ましく、幾つかの好ましい実施の形態において、約４５°以下である。
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に図示した装置は、例えば、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に図示した装置と同一の方法にて使用することができる。更に、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に図示した実施の形態は、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に図示した実施の形態に関して上述したのと同一の方法にて改変することもできる。図示するように、基板７０の上面及び下面は、また、図示するように、マスキング領域３５を含むことも好ましい。放射線源１８−１、１８−２は、これらのマスキング領域３５内に配置されることが好ましい。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に図示した実施の形態において、感光性要素２０−１、２０−２は、それぞれの膜１４’、１４”と同一の回路板７０の側部に取り付けられる一方、それ以前の実施例において、回路板７０は、例えば、光のような放射線が感光性要素に達するときに通る切欠き領域を備えている。更に、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に図示した実施の形態において、フィルタ材料３４は、かかる切欠き部分内ではなくて、これらの感光性要素の頂部に設けることが好ましい。本明細書の色々な実施例は、この開示に基づき当業者が状況に依存して改変可能であることを理解すべきである。１つの例として、それ以前の実施の形態における感光性要素は、図１６（Ｂ）に図示したものと同様の方法で（例えば、回路板の一側部にて）回路板７０の頂部に取り付けることができる。
図１７（Ａ）乃至図１７（Ｆ）には、（ａ）感光性要素等を保持する内側カプセルと、（ｂ）感知膜を有する外側スリーブとを備えて形成された多数チャネルセンサの更なる実施の形態が図示されている。
図１７（Ａ）を参照すると、カプセル３”内にエレクトロニクス構成要素を有するセンサ１０が図示されている。カプセルはガラス製であることが好ましいが、以下に説明するように、任意の適当な材料で製造することができる。カプセルはまた、所望であるならば、生体適合性材料で製造することもできる。別の例として、ミネソタ州、セントポールのデトロン・フィアリング・カンパニー（Ｄｅｔｒｏｎ−Ｆｅａｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）のエレクトロニック動物識別カプセルと同様のソーダ石灰ガラスカプセル材料を使用することができる。好ましくは、このカプセルは密閉的に密封する。図示するように、スリーブＳは、ガラスカプセルの外面の周りに配置されることが好ましい。スリーブＳは、インジケータ膜１４’と、基準膜１４”（例えば、グルコース等を感知する蛍光膜）とを保持することが好ましい。電子回路は、上述した実施の形態の任意のものに使用されるものと同様のものとすることができる。１つの好ましい構造において、該電子回路は、装置内の電力の誘導を容易にする構成要素と、蛍光色素の励起光源と、光感知手段と、無線周波数（ＲＦ）又は受動型誘導遠隔測定法を介して外部の読取装置に信号を移転する手段と、を含んでいる。上述した好ましい実施の形態と同様に、一例の構造において、センサ１０の全体は、患者の皮膚の下に皮下的に埋め込み得る形態とされている。装置内への電力の誘導を容易にする構成要素は、外部の磁場発生器から回路を作動させるのに必要な電圧及び電流を発生させる誘導コイル４０を含むことが好ましい。誘導コイル４０は、例えば、セラミック回路板７０に又は回路板の端部（図示するように）に取り付けることができる。これと代替的に、誘導コイルは、外部の磁場発生器と最もよく接続し得るように色々な方向に向けて多数の位置にて利用してもよい。
例えば、ＬＥＤ１８−１、１８−２のような放射線源は、（矢印Ａ１によって図示するように）インジケータ膜１４’、１４”（例えば、蛍光色素領域）を光子にて適正に励起させ得るように基板７０の上に取り付けられることが好ましい。本明細書にて説明したように、光子は、蛍光を放出し得るように膜１４’、１４”を励起させることが好ましく（矢印Ａ２を介して図示するように）、この蛍光は感光性要素２０−１、２０−２によりそれぞれ検知される。更に、その他の構成要素は、感光性要素の強さを遠隔測定コイルに移転させるために、増幅及び変調回路を提供すべく増幅器ＩＣ７０Ａ及び色々な受動型構成要素７０Ｂを含むことができる。
装置の１つの好ましい製造方法は、単に一例として次の通りである。第一に、左端部Ｅにて最初に開放したガラス管３”内に電子回路を配置する。好ましくは、このガラスは、１つの実施の形態において、キンブル・ガラス（Ｋｉｍｂｌｅ Ｇｌａｓｓ）が製造したタイプ１ホウケイ酸ガラスＮ５１Ａのようなホウケイ酸ガラスである。（その他の実施の形態において、多岐に亙るガラス及びその他の材料が使用可能である。）電子回路は、ガラス管３”内に配置した後、内部を封入導波管材料１２’にて破線１２Ｌにて示した程度まで部分的に充填する。本明細書にて上述したように、封入導波管材料は、例えば、光Ａ−１を膜表面１４’、１４”に光学的に接続し、蛍光信号Ａ−２を感光性要素２０−１、２０−２に光学的に接続するのを助けることができる。本明細書にて上述し又は当該技術分野にて公知の任意の光学的に適当な導波管材料を使用することができる。上述したように、封入導波管材料をガラス管３”内に内部の全体に亙って付与し又は次善の実施の形態において、ガラス管は、導波管として空気又は別の物質にて完全に充填することができる。幾つかの好ましい実施の形態において、導波管材料は、次の材料、すなわち、シリコン、ＧＥ ＲＴＶ６１５、ＰＭＭＡ又はノーランド（ＮＯＲＬＡＮＤ）６３のような光学的接着剤のうちの１つ以上を含むことができる。
次に、カプセル３”は、該カプセルを包み込み得るように端部Ｅにて密封することが好ましい。好ましくは、該カプセルは、平滑な丸味を付けた端部を提供し且つ密閉的シールを提供し得るように端部Ｅにてフレーム密封したガラスカプセルであるようにする。好ましくは、カプセルを密封する前、水分を除去し得るようにエレクトロニクス装置を加工する。例えば、装置を加熱し（例えば、約７５℃以上で約１２時間）、また、装置及びその構成要素から全ての残留水分を追い出し得るように窒素雰囲気中に配置することができる。次に、組み立てた装置を作動させ且つ所望であるならば、例えば、感知膜を取り付けるステップといった次の組立てステップに進む前に、その作用可能性を評価すべく試験を行うことができる。一例としての構造において、特に、生体内で使用するため、図１７（Ａ）に図示した長さｌは約１０乃至１５ｍｍ、より好ましくは、約１２．５ｍｍとする一方、幅ｈは、約２乃至３ｍｍ、より好ましくは、約２．５ｍｍとすることができる。その他の好ましい実施の形態において、センサは、実質的により小型にすることができる。例えば、本明細書にて上述した好ましい寸法範囲を参照のこと（例えば、長さ約５００ミクロン乃至約１２．７ｍｍ（０．５インチ）等）。しかし、本発明は状況に依存して、任意の寸法及び形状にて製造することが可能であることが明らかである。
この実施の形態の１つの利点は、感知膜１４’、１４”を別個の部品として製造し、その部品を上述した組立て工程の後、例えば、滑らせてセンサーカプセル３”の上に配置することができる。このように、膜の製造ステップは、エレクトロニクス及び封入製造ステップから有利に分離させることができる。
１つの好ましい実施の形態において、スリーブＳは、プラスチック材料（例えば、好ましくは、ポリエチレン、より好ましくは、医療等級ポリエチレン（例えば、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン））にて製造されることが好ましい。このスリーブは、状況及びセンサの特定の用途に依存して任意の適当な材料にて製造することができる。例えば、センサを生体内で使用する場合、スリーブを生体適合性材料で製造することができる。更なる好ましい非限定的な生体適合性材料の例の幾つかは、ポリプロピレン、ＰＭＭＡ、ポリオレフィン、ポリスルフォン、セラミック、ヒドロゲル、シリコンゴム及びガラスを含む。スリーブＳは、スリーブの内径がカプセルの上に正確に嵌まる寸法とした射出成形プラスチックスリーブであることが好ましい。カプセルの上に組み付けたとき、スリーブＳは、カプセル３”から容易に滑り落ちないように緊密な機械的嵌めを許容するのに十分な弾性を有することが好ましい。スリーブＳは、インジケータ膜１４’、１４”を受け入れ（例えば、膜を機械的に捕捉するため）、穴、ポケット又はキャビティＨを有するように形成することが好ましい。例えば、蛍光色素ポケットＨは、スリーブ内に容易にインサート成形することができる。図１９（Ａ）乃至図１９（Ｉ）には、色々な実施の形態にて利用することのできる色々なスリーブＳにおける穴等Ｈの多岐に亙る配置が図示されている。スリーブＳは、カプセル３”の上に取り付けたとき、穴等をそれぞれの感光性要素２０−１、２０−２に十分に整合させることができることは注目に値する。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に図示した装置は、図１９（Ｅ）に図示するような構造のスリーブを備えることが好ましい。例えば、穴Ｈは、感光性要素の表面の上に実質的に配置された楕円形の形状を有する。これと代替的に、上述したように、次善の策ではあるが、インジケータ膜は、かかるポケットを備えずに、（例えば、外方に膨張し得るように）スリーブの外周面の上に形成してもよい。
外側スリーブＳを使用するもう１つの有利な点は、使用することのできる材料（例えば、上述した材料）は、皮下組織に接着するための優れた医療等級表面を備えることができ、このことは、装置が動くのを防止し且つセンサが人間（又は別の動物の体内）に埋め込まれる型式のものであるとき、生体内の患者の体内で移動するのを有利に防止するのに役立つことができる。更に、かかる成形したスリーブの端縁の自然な分離線及び粗さはまた、かかる動き及び移動を防止するのに役立つ。埋め込んだ後の動き又は移動を防止することは、幾つかの実施の形態にて極めて重要であり、例えば、誘導電力及び遠隔測定コイルが、埋め込んだ装置と外部の読取り装置との間に最適に整合した状態に維持できる。
その他の代替的な構造においては、スリーブＳは、管の形状にて押出し成形し（例えば、図１９（Ｉ）に図示したものと同様の円筒体に）且つ圧縮嵌めによりカプセルの上に取り付けることができる。更に、スリーブＳは、カプセル３”の上に熱収縮させた管となるように形成してもよい。また、膜ポケットＨは、成形、切断、レーザ機械加工又はレーザ穿孔により形成してもよい。更に、幾つかの設計において、何千という小さいレーザ機械加工穴ＨをスリーブＳの側壁に形成することができる。
膜スリーブＳを使用する別の有利な点は、製造、取り扱い、格納の間、インジケータ及び基準膜を保護し、最も重要なことは、幾つかの好ましい実施の形態にて行なわれるようにトロカールを通じて皮下組織に注射する間保護する能力である。金属トロカールを通じてセンサを埋め込む間の機械的な力及び動きは、表面が十分に保護されていないならば、装置の外側を損傷させる可能性がある。
多岐に亙る一例としての膜スリーブＳに関して説明したが、上記に鑑みて、当業者は、色々なその他の膜材料、寸法、位置、幾何学的設計及びその製造方法等を採用可能である。
この場合にも同様に、センサ内の部品の配置は、当業者が変更可能である。例えば、図１７（Ｃ）及び図１７（Ｄ）には、回路板７０の同一側部にインジケータ膜１４’及び基準膜１４”を有し、図１４（Ａ）乃至図１４（Ｃ）に図示した実施の形態と同様の、例えば、ＬＥＤ１８のような単一の放射線源を有する、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に図示した実施の形態と同様の第二の実施の形態が図示されている。図１４（Ａ）乃至図１４（Ｃ）及び図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に関して上述した適用可能な全ての変更は、図１７（Ｃ）及び図１７（Ｄ）に示した実施の形態に適用可能である。
別の例として、図１７（Ｅ）及び図１７（Ｆ）には、回路板７０の同一側部にインジケータ膜１４’及び基準膜１４”を備え、図１５（Ａ）乃至図１５（Ｃ）に図示した実施の形態と同様に、例えば、ＬＥＤ１８−１、１８−２のような２つの放射線源を備え、ＬＥＤが図示した実施例にて更に隔てられた図１７（Ａ）乃至図１７（Ｃ）に図示した実施の形態と同様の別の実施の形態が図示されている。図１５（Ａ）乃至図１５（Ｃ）及び図１７（Ａ）乃至図１７（Ｃ）に関して上述した適用可能な全ての変更は、図１７（Ｃ）及び図１７（Ｄ）に図示した実施の形態に適用可能である。
上述した実施の形態は、上述したように１つのインジケータチャネルと、１つの基準チャネルとを含むが、本明細書に説明した色々な実施の形態は、複数のインジケータ膜（例えば、同一又は異なる分析物質を測定するもの）と、及び／又は複数の基準膜（例えば、同一又は異なる光学特性を測定するもの）とを含み得るように改変可能である。更に、図１７（Ａ）乃至図１７（Ｆ）に図示するように２つの部分から成る構造を有するセンサ１０を提供することに関する原理は、かかる基準チャネルを利用しない上述した基本的センサ内に採用することも可能であることが認識される。例えば、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）には、基準チャネルの測定値無くして、図１乃至図１３に関して上述したセンサの測定値を得るために使用することのできる単一の感光性要素２０及び単一の放射線源１８を備える１つの実施の形態が図示されている。
図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、基準表示がないものとして説明したが、幾つかの実施の形態にて別個のインジケータ及び基準測定値を提供し得るように単一の放射線源及び／又は単一の感光性要素を備える装置が使用可能であることが分かる。例えば、ａ）単一のＬＥＤは、別個のインジケータ測定値及び基準チャネル測定値が得られるように周波数の異なる別個の放出を行うことができる。ｂ）インジケータ膜及び基準膜が放射線放出の相違する周波数特性を有する場合、感光性要素におけるフィルタはかかる別個の周波数が感光性要素を交互に通り得るようにすることができる。ｃ）インジケータ膜及び基準膜の放射線放出の時間的性質が相違する場合、装置は、インジケータチャネル及び基準チャネルに対し時間的遅れの測定値を提供し得るようにすることができる（例えば、インジケータチャネルは、ピコ秒の減衰を有する一方、基準チャネルはナノ秒の減衰を有し又はその逆とすることができる。ｄ）その他が可能である。
上述したように、図１９（Ａ）乃至図１９（Ｉ）には、代替的なスリーブＳ及びポケットＨの設計の幾つかの例が図示されている。図１７（Ｃ）乃至図１７（Ｆ）に図示した装置は、ポケットＨをそれぞれの感光性要素の上にて容易に整合可能であるような形態とした図１９（Ｅ）に図示したものと同様のスリーブＳを備えることが好ましいことが分かる。更に、このスリーブの設計は図１９（Ｉ）に図示したものと同様としてもよく、この場合、スリーブＳは両端が開放し且つカプセルの上を滑らすことのできる管となるように形成される。更に、図１９（Ａ）に図示するように、（例えば、各々がそれぞれの膜を含むように）複数のスリーブＳを採用してもよい、この場合、２つのスリーブＳはカプセルの両端に嵌まるようにすることができる。図１９（Ｄ）、図１９（Ｇ）及び図１９（Ｈ）に図示したものと同様の実施の形態においては、ポケットがスリーブＳの外周の周りに設けられ、感光性要素の回路板７０の一側部にあるとき、スリーブ及びカプセルを特定の実施の形態にて方向決めすることを必要とせずに、スリーブをカプセルの上に取り付けることができる（例えば、２つのチャネルを使用するとき、スリーブの左側部に向けたポケットは基準膜を保持することができる一方、右側のポケットは、インジケータ膜を保持することができる）。この場合にも、これらは、一例としての設計の単に一例にしか過ぎず、当業者は多岐に亙るその他のスリーブ及び／又はポケットの設計が採用可能であろう。
図１９（Ｊ）は、スリーブＳが外側の環状フランジＦを備えて形成される本発明の更に別の実施の形態が図示されている。この環状フランジＦは、図示するようにセンサの側部から横方向外方に自然に（例えば、非偏倚状態にて）伸び得るように形成されることが好ましい。好ましくは、フランジＦは、吸収性又は生物分解性材料で出来ている。図１９（Ｊ）に図示した実施の形態は、例えば、移動の防止が望まれる用途にて使用することができる。例えば、接続組織がセンサを時間に亙って所定の位置に保持すると考えられる場合さえ、この実施の形態は、接続組織の内部成長の前にさえ適正な位置決め状態を保持することを容易にすることができる。すなわち、環状フランジは、（例えば、患者の体内のような）センサが取り付けられ又は挿入される媒質内でセンサが動くのを防止するのに役立つことができる。最も好ましい実施の形態においては、フランジは可撓性であり且つ（例えば、トロカール管ＴＴ内に矢印Ａの方向に挿入したとき、図１９（Ｊ）に破線で示した位置まで）曲げることが可能であり、このため、センサは患者の体内に挿入可能である。次に、センサ１０をトロカール管を通じて患者の体内に挿入し、次に、トロカール管ＴＴを引抜いた後、フランジＦはその最初の形状を取り戻し（又はその形状を実質的に取り戻し）且つセンサをその適正な挿入位置に保つのを容易にする。理解し得るように、フランジＦは、吸収性又は生物分解性材料で出来ており、一定の時間の後、フランジＦが劣化し、例えば、センサは、ａ）容易に除去可能、ｂ）（例えば、上述したように毛管の内部成長を介するような）その他の手段を介して所定の位置に保ち且つ／又はｃ）その他の理由とすることができる。代替的な実施の形態において、複数のフランジＦを設けることができる。別の代替的な実施の形態において、フランジＦは、（センサーの周りを完全に環状に伸長するのではなく）センサーの外周の周りの一部のみに伸長することができる。図１９（Ｊ）に図示したスリーブＳは、上述したように、（例えば、ポケットＨの膜内に）それぞれのインジケータ分子及び対照インジケータ分子を含むことが好ましい。しかしながら、かかるスリーブＳが設けられない場合でさえ、本明細書に開示した任意の実施の形態のセンサの周りに環状フランジＦを設けることも可能であると考えられる。この点に関して、（例えば、生物分解性であることが好ましい）１つ以上のフランジＦを、同様の作用及び目的のため、本明細書に記載した任意のセンサの外側に添着してもよい。環状フランジＦは、全体として、（例えば、全体として矩形の断面を有して）平坦であるとして図示したが、フランジＦはまた、その他の断面形状であるようにしてもよく、例えば、縫合材料の帯（生物分解性であることが好ましい）をセンサの周りに巻くこともできる。フランジＦは、図示するように内方に且つ外方に撓み可能であるが、特定の実施の形態において、フランジ又は帯はまた、かかる機能を備えないように形成してもよい。
特定のセンサの構造（特に、センサ内のインジケータ膜１４’及び基準膜１４”の特定の位置）は、センサが使用される特定の環境に一部基づいて選択可能であると考えられる。特筆すべきことは、インジケータ分子（すなわち、インジケータ膜内）及び対照インジケータ分子（すなわち、基準膜内）は、実質的に同一の環境（すなわち、感知する標本を保持する環境）にさらされる。従って、センサにおける膜の位置は、ある程度、使用方法に依存する。幾つかの例として、ａ）試験される性質が溶液（例えば、ワインボトル等）内の深さに基づいて変化する溶液内にその長手方向軸線が垂直となる状態でセンサが配置されるならば、例えば、図１６及び図１７に図示したセンサの構造の１つを使用することが望ましく、この場合、感光性要素は、センサの同様の軸方向位置であるが、センサの両側部にあり、このため、膜１４’、１４”は同様の垂直な位置に配置することができる。一方、ｂ）例えば、その軸線が患者の皮膚に対して全体として平行となるようにセンサが皮下的に使用されるならば、例えば、図１４（Ａ）又は図１５（Ａ）に図示したセンサの１つを使用することが望ましい。その他のファクタのうち、膜１４’、１４”（その膜を保持するポケットＨ）の寸法及び位置は、例えば、選択したＬＥＤのような放射線源の視野に一部依存することを理解すべきである。
図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）には、スリーブＳに代えて、除去可能なフィルムＦが使用される点を除いて、図１７（Ｃ）及び図１７（Ｄ）に図示した実施の形態と同様の別の実施の形態が図示されている。図示するように、フィルムＦは、その上にインジケータ膜１４’と、基準膜１４”とを有している。スリーブＳの場合と同様に、インジケータ膜１４’、基準膜１４”は、ポケット内に形成されることが好ましいが、次善の策として、これらの膜は、フィルムの表面に形成してもよい。フィルムＦは、上述したスリーブＳと同一型式の材料にて製造することができる。フィルムＦは、フィルム自体の材料の粘着性又は接着性を介して、又は、インジケータ膜への且つインジケータ膜からの放射線（例えば、光）の伝送に感知可能な程に影響を与えない接着剤を介して、カプセルに除去可能に取り付けられることが好ましい（一例として、スリーエム（３Ｍ）コーポレーションが製造するポストイット（ＰＯＳＴ−ＩＴ）（登録商標名）ノート用として使用されるものと同様の接着剤をフィルムＦとカプセル３”との間に付与することができる）。フィルムＦは、図示するように、インジケータ膜１４’及び基準膜１４”をカプセル３”上のその適正な位置に支持するのに十分な大きさであるような寸法とされることが好ましい。図示するように、例えば、フィルムＦを除去するためには、フィルムＦは、隅部Ｃを引っ張り、人間の皮膚からバンドエイド（ＢＡＮＤ−ＡＩＤ）（登録商標名）接着性包帯を除去するときと同様の方法にて除去することができる。
上記に掲げた色々なその他の実施の形態はまた、スリーブＳではなくて、フィルムＦを含むように改変することもできる。更に、矩形のフィルム部材Ｆが図示されているが、このフィルムは、現下の状況に応じて、その他の形状及び形態にて製造することができる。更に、例えば、基準膜及びインジケータ膜に対して別のフィルムを含むといったように、複数のフィルムＦを使用してもよい。
このように、図２０（Ａ）乃至図２０（Ｂ）に図示した実施の形態、及びその色々な代替例は、上述したように、除去可能なスリーブＳを利用する実施の形態について実現可能なものと同様の多岐に亙る利点を得ることができる。
図２２（Ａ）乃至図２２（Ｃ）には、遮蔽スリーブＳ’が本体１２の周りに形成される、本発明の別の実施の形態が図示されている。この実施の形態において、スリーブＳ’は、外部の光からの遮蔽効果を提供する構造とされている。蛍光グルコースセンサのような、センサに伴う２つの問題点は、放射線源１８により放出される光以外の光を含む点である。１つの光源は、太陽光及び人口照明のような周囲光源からのものである。十分な強さの光は、センサを飽和させ、該センサが蛍光の感知に使用不能であるようにする可能性を有する。更に、最も人工的な光源は、顕著な交流（時間と共に変化する）成分を有する。この雑音源を減衰させるために、濾波技術が採用可能であるが、これでも依然として、得られる信号を顕著に劣化させる可能性がある。迷光の別の発生源は、センサ外部の材料からの蛍光放出である。この後者の問題点は、形成される信号は、全体として、インジケータ蛍光から電子的に濾波し得ない点にて特に難点がある。図２２（Ａ）乃至図２２（Ｃ）に図示した実施の形態は、外部の光の干渉によるこれらの効果を実質的に解消するために使用することができる。
一つの好ましい構造においては、スリーブＳ’は、その外面から膜１４’、１４”まで貫通して伸びる複数の小さい穴Ｈを保持する実質的に光学的に不透明で、実質的に非反射性の材料層にて形成されている。一例としての実施の形態においては、スリーブＳ’は、例えば、本体１２に熱収縮させた黒テフロンチューブにて形成することができる。しかし、スリーブＳ’は、任意の適当な材料にて形成することができる。穴Ｈは、放射線源から膜１４’、１４”への光のそれぞれの伝播方向ＲＬに対して横切る角度、好ましくは、実質的に直交する角度にて形成されることが好ましい（例えば、角度θ１及びθ２を参照）。穴Ｈの各々の直径は、光が放射線源１８からセンサを経て直接進むのを実質的に防止するのに十分に小さいが、分析物質が膜１４’、１４”まで拡散し又は侵入するのを許容するのに十分な大きさを有することが好ましい。穴Ｈの数は、分析物質が比較的制限されずに、膜中に拡散するのを許容し得るように選ぶことが好ましい。このように、幾分かの周囲光ＡＬ（図２２（Ｃ）参照）は、穴Ｈを通ってセンサに入ることができる一方、周囲光の侵入は、著しく減少する。
図２２（Ｄ）には、別の代替的な実施の形態が図示されており、この場合、内側ガラスカプセル３”が外側ガラスカプセル３”’内に採用されており（その他の実施の形態は外側ガラススリーブを使用してもよい）、インジケータ膜１４’及び基準膜１４”が２つのカプセルの間にあり、レーザ機械穴ｈが外側カプセルに形成され、分析物質（例えば、グルコース）がインジケータ膜１４’内に移動するのを許容する。この開示内容に基づいて、その他の内部構成要素（例えば、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に図示したものと同様のもの）を含むことができ、従って、かかる構成要素に関して更に説明せず又は図２２（Ｄ）に図示しない。
図２３（Ａ）乃至図２３（Ｃ）には、本発明の更に別の実施の形態が図示されており、この場合、単一のＬＥＤ１８を使用して、インジケータ膜１４’内のインジケータ分子及び基準膜１４”内の対照インジケータ膜の双方を励起させる。
典型的に、ＬＥＤ（例えば、ＬＥＤチップ）が、基板材料１８−Ｓの上で半導体材料１８−Ｃの結晶層（例えば、エピタキシー）を成長させることにより製造される。ＬＥＤチップを極めて小さく製造することができ、例えば、半導体層の厚さの全体は、約１０ミクロン以下又は約５ミクロン以下とし、更により薄くすることも可能である。通常、半導体層がその上に形成される基板は実質的により厚く、例えば、約５０ミクロン以上又は１００ミクロン以上、或いは更により厚い。
ＬＥＤは、従来、ＬＥＤチップが取り付けられる面（例えば、リフレクタカップ面）の反対側のＬＥＤの上側部１８−Ａから光を放出させるために使用される。図２３（Ｄ）に概略図的に図示するように、ＬＥＤチップ１８は、通常、リフレクタカップ１８−ＲＣ内に配置され、このことは、光が上方向ＵＤに透過することを保証する。図２３（Ｄ）に図示するように、１つ又は２つの細い線１８−Ｗが、通常、（例えば、金接点を介する等して）チップ１８の上面１８−Ａに接続されている。更に、基板１８−Ｓは、通常、実質的に透明であり、このため、半導体材料が伝送した光は基板内で内部反射され且つ１８−ＲＣから反射し、ＬＥＤ１８−Ｂの底部を透過するのを防止する。実際上、当該技術分野では一般にＬＥＤチップは、ＬＥＤチップの上面１８−Ａから外方に向けて光を放出するためだけであると考えられている。
しかし、当該発明者は、ＬＥＤチップ１８は、ＬＥＤチップの上側部１８−Ａ及び底側部１８−Ｂの双方から光を効果的に放出し得るようにすることができることが分かった。一つの好ましい実施の形態において、図２３（Ａ）乃至図２３（Ｃ）に図示するように、ＬＥＤチップ１８は、回路基板７０の上面に対し横切るように取り付けられた（例えば、図示するように取付け部１８−ｍの上に取り付けられた）実質的に透明な基板（適正な透明な基板材料は、例えば、サファイア、炭化ケイ素又はその他の適当な材料を含むことができる）上に形成され（好ましくは、ＬＥＤの上面１８−Ａ及び底面１８−Ｂは、全体としてインジケータチャネル及び基準チャネルの照射量を最大にし且つ／又はセンサ本体の内部の照射量を最大にし得るように配置されている）。好ましくは、インジケータチャネルと基準チャネルとの間のクロストークを阻止し得るようにマスク３４も含められるようにする。
このようにして、インジケータ膜１４’及び基準膜１４”の双方を照射するため、単一のＬＥＤを効果的に使用することができる。図２４（Ｂ）は、不透明な平坦な面の上に従来通り取り付けたとき、既知のＬＥＤからの照射界の一例である。角度０°乃至１８０°は、平坦なＬＥＤチップの上面に対して平行である一方、９０°はこの上面に対して垂直である。図示するように、照射は、実質的にＬＥＤチップの一側部のみから、すなわち、上側部１８−Ａのみからなされる。これに反して、図２４（Ａ）には、ＬＥＤチップ１８の上側部１８−Ａ及び下側部１８−Ｂの双方を通じて実現可能である照射の一例が図示されている。図２４（Ａ）において、０°乃至９０°の図面の右側部は、ＬＥＤの底部１８−Ｂを通じて伝送された光を表わす一方、０°乃至９０°の図面の左側部は、ＬＥＤの上側部１８−Ａを通じて伝送された光を表わす。このように、この例にて図示するように、多量の光を実際にＬＥＤの底側部１８−Ｂから放出させることができる。この一例としての場合、より多量の光が実際にＬＥＤの底側部１８−Ｂから放出され、このことは、例えば、線、電気接点（例えば、通常、ＬＥＤチップ１８の頂部に１つ以上の金接点が取り付けられる）又はＬＥＤチップの上側部の頂部にその他の材料が存在することに起因する。図２４（Ａ）に図示した測定値は、ニューハンプシャー州のノースシャトンのラブスフィア（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ）が製造した、モデルＬＥＤ１１００（登録商標名）ゴノメトリック（Ｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃ）分析器を利用して得たものである。図２４（Ａ）で使用したＬＥＤは、日本の東京の日亜化学産業（Ｎｉｃｈｉａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）によるＮｏ．ＮＳＨＵ５５０Ｅ（登録商標名）ＬＥＤとした。図２４（Ｂ）にて使用したＬＥＤは、ノースカロライナ州のダーハンのクリー・リサーチ・インク（Ｃｒｅｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．）からのＣ４７０−９（登録商標名）ＬＥＤとした。
通常、ＬＥＤチップの上側部１８−Ａ及び底側部１８−Ｂとして考えられる方向の双方に光が放射され、単一のＬＥＤにてインジケータ分子及び対照分子の双方を励起させる、これらの実施の形態においては、その２つのチャネルを十分に照射し得るように十分な量の光がＬＥＤの上方及び下方の双方に伝送されることが好ましい。好ましくは、１つの側部から伝送される光の量が反対側から伝送される光の量の約６倍又はそれ以下、又は好ましくは４倍又はそれ以下、又はより好ましくは２倍又はそれ以下とし、より好ましい実施の形態にて略等しいようにする。しかし、ＬＥＤの上方及び下方に放射する光の量は、状況に依存して顕著に相違させることができる。
図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）には、別の実施の形態によるセンサ１０が図示されており、このセンサは、ａ）インジケータ膜１４を保持するセンサ本体の外周の周りに機械加工した周縁凹部１２Ｃを有するセンサ本体と、ｂ）放射線源（例えば、ＬＥＤ）１８の下方に穴又は窓部７０Ｈを有する基板７０と、ｃ）センサ本体の外周の周りを伸びる全体として三角形断面の光学的ディフレクタＤとを備えている。この実施の形態は、その他の点では図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に図示したものと同様である。電気的及びその他の構成要素（図示せず）は、上述したものと同様であり、従って、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）に関して更に説明する必要はない。
図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）に図示した実施の形態においては、放射線源１８は、上述した実施の形態と同様に、その上側部１８−Ａ及び底側部１８−Ｂを通じて放射線を放出する。矢印で示した放射線Ｌは、上述した実施の形態と同様にセンサ本体内で反射される。図示するように、窓部又は穴７０Ｈを通じて放出された放射線は、放射線源の上側部及び底側部からの放射線が検知のために使用されるような方法でセンサ本体内で反射する。図示するように、センサ本体１２は、放射線源から全体として垂直に（すなわち、上側部の上方又は底側部の下方）に放出された放射線がより良く分散し且つ内部反射し且つ／又は放射線がインジケータ膜の外側領域に向けられることを確実にし得るように横方向に配置された放射線ディフレクタＤを備えることが好ましい。図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）に図示した実施の形態は、インジケータチャネル及び対照チャネルの双方を含む一方、当業者は、この開示に基づいて対照チャネルがその他の実施の形態にて省略し且つ／又はその他の実施の形態に関して上述した任意のその他の改変例が妥当な場合、図２５（Ａ）乃至図２５（Ｃ）に図示した実施の形態にも適用可能であることを理解すべきである。
図２６には、実質的に光学的に透明な回路基板７０を有するセンサ１０の別の実施の形態が図示されている。実質的に光学的に透明な回路基板７０は、放射線が基板７０を透過するのを許容する。このことは、励起光線と、非限定的な例としての蛍光インジケータの場合の放出放射線と、の双方がセンサ本体１２を透過するのを容易にし、より多くの放射線が感光性部材に受け取られることを可能にする。その結果、信号の検知面積が増大し（例えば、感光性要素の上側部及び底側部にて信号を捕捉することにより）信号の検出を実質的に向上させる。
好ましくは、放射線が放射線源の底側部からも放出されるような方法で放射線源１８は基板７０に取り付けられるようにする。このように、図２６に図示した実施の形態は、放射線源１８の上側部及び底側部から放出される放射線に関して、図２３（Ａ）乃至図２３（Ｃ）に図示したものと全体として同様のものとすることができる。これと代替的に、放射線は、上側部又は底側部の何れか一方のみから伝送されるようにしてもよい。放射線源は、励起光を基板内に案内し得るように光学的基板７０に（例えば、光学的エポキシ樹脂を使用して）光学的に接続されたＬＥＤを含むことが好ましい。
光学的に透明な基板７０は、例えば、金属溶射によりパターン化することのできるサファイア、石英、炭化ケイ素、ＧａＮ又はその他の無機基板材料にて製造することができる。また、その他の有機ポリマー材料を基板を製造するために使用することもできる。プリント又はエッチング電子回路の製造を支えることのできる任意の実質的に透明な材料をこの用途に使用することができる。この開示内容に基づいて当業者に明らかなその他の適宜な材料が使用可能である。非限定的な一例において、基板７０が石英にて製造される。かかる基板は、高周波数用途のような電気通信業界のその他の無関係な用途にて有利であるため、色々なメーカーが石英基板を販売している。例えば、エムアイシー・テクノロジース（ＭＩＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）（登録商標名）（マサチューセッツ州０１８４５、ノースアンドーバ、７９７ターンパイク街のエアロフレックス・カンパニー（Ａｅｒｏｆｌｅｘ Ｃｏｍｐａｎｙ）は、回路基板の１つのオプションとして石英基板の製造を申し出ている。次に、当該技術分野にて周知の方法により実質的に光学的に透明な基板を使用し、標準的なハイブリッド回路取付け方法（例えば、導電性エポキシ樹脂、はんだ、線接続、非導電性エポキシ樹脂等）を使用して部品を取り付けることができる。全ての部品を取り付けたならば、回路全体は、例えば、モノマー溶液中に浸漬させ、次に、例えば、熱又は放射線を使用してポリマー反応を開始させ、導波管ポリマー（例えば、ＰＭＭＡ）内に埋め込み、包み込まれ且つ密封された（すなわち、本明細書に記載したような）回路を形成することができる。
上述したように、図２６に図示した実施の形態は、その上側部及び底側部に向けた放射線を検知することのできる感光性要素を備えることが好ましい。通常、感光性要素は、その上側部に向けられた放射線のみを検知することができる。一つの好ましい構造において、感光性要素はフォトレジスタを含む。
フォトレジスタは、感光性化学物質を回路内に配置する簡単な化学的蒸着方法により日常的に製造される。光子が蒸着した材料の表面に接触すると、抵抗が変化し、従って、回路は、該回路に入射した光の強さの関数としてその抵抗値が変化する。通常、フォトレジスト材料はセラミックのような不透明な基板の上に蒸着する。これにより、形成されるフォトレジスタデバイスは一方向にのみ感知可能となり、それは、光が底側部（すなわち、基板に隣接する側部）から不透明な基板を透過することができないからである。
フォトレジスト検知器の一般的な用途においては、この「単方向」構造で十分である。しかし、本発明の好ましい実施の形態において、励起光及び放出光の双方は、装置の全体を通じて分散される。本発明の好ましい実施の形態における２つの顕著な目的は、インジケータ膜に入射する、励起源からの光の量を最大にし且つ感光性要素により捕獲される蛍光信号の光の量を最大にすることである。これらの目的に反して、不透明の回路基板（セラミック、ポリイミド、ファイバガラス等で出来ているようなもの）は、相当な量の光が装置の全体を伝播するのを防止し、従って、センサの全体的な感度を弱くする可能性がある。他方、図２６に図示した実施の形態は、これら双方の目的を大幅に促進することができる。検知器材料を実質的に透明な基板の上に付着させることにより、基板は、大面積の捕捉導波管として機能し、これにより、例えば、追加の蛍光信号光を感光性要素まで伝送することができる。更に、例えば、ＬＥＤのような放射線源を実質的に透明な基板上に取り付けることにより、励起源から放射された例えば光のような実質的に全ての放射線を、装置の全体に亙ってより均一に伝播し、このため、より均一に且つより大きいパワー効率にて、インジケータ膜に向けることができる。
図２６に図示した実施の形態は、勿論、フォトレジスト検知器にのみ限定されるものではなく、妥当な場合、例えば、フォトダイオード、トランジスタ、ダーリントン等のような、他の感光性要素を使用することができる。
感光性要素の両側部にて放射線を受け取ったとき、例えば、励起放射線を蛍光放出放射線から分離するため、感光性要素２０−１及び２０−２の上方及び下方に高域フィルタ３４Ａ及び３４Ｂが設けられることが好ましい。高域フィルタは、所望であるならば、感光性要素に対するスペクトル選択可能性を調節すべく使用することができる。例えば、ＣＶＩレーザ（ＣＶＩ Ｌａｓｅｒ）から入手可能であるフィルタエポキシ樹脂、また、図１に関して上述したその他のものを塗布することにより、感光性要素の両側部に高域フィルタを設けることができる。
フィルタ３４Ａ、３４Ｂに代えて、又はこれらのフィルタに加えて、例えば、調節によって特定の波長に対し感知可能とすることのできる材料にて感光性要素を形成することができる。このように、感光性要素は、例えば、放射線源からの励起放射線ではなくて、蛍光放出放射線を実質的に感知し得るように調節可能である。この点に関して、感光性検知器は、１つの特定の波長にて実質的に感知可能であるように化学的に調節し、これにより、別個のフィルタ要素の必要性を軽減し又は解消することができる。適当な材料は、商業的に容易に入手可能である。公知の装置は、例えば、シロネックス（Ｓｉｌｏｎｅｘ）インク（登録商標名）（カナダ、Ｈ４Ｍ１Ｔ７、ケベック、モントリオール、２１５０ワードアベニュー）が製造し且つ販売するものであり、この場合、硫化カドミウムの基部（及びその他）内のドーパントの比及び混合比の変化に基づいて最高波長感度の調節及び最適化が為される。
図２６の実施の形態に関して説明したが、本明細書に記載した「調節可能」な感光性要素は、本発明のその他の実施の形態において説明した任意の実施の形態に有利に組み込むこともできる。
図２６に図示した実施の形態は、上述した実施の形態と同様に作用することが好ましい。不必要な繰り返しを避けるため、例えば、エレクトロニクス構成要素等のような、図２６に図示したセンサの要素は、この実施の形態に関して図示し且つ／又は説明していない。図２６に図示した実施の形態は、適当な場合、本明細書に記載したその他の実施の形態の任意のものと同一の方法にて、当業者が改変することができる。
図２７（Ａ）乃至図２７（Ｃ）には、内部ヒータを有するセンサ１０００の別の実施の形態が図示されている。この図示した実施例において、センサ１０００は、完全に導管、カプセル等の内部に埋め込まれた回路基板を必ずしも備える必要はない。しかし、この実施の形態のヒータは、上述した任意の実施の形態にて又はその他の任意の適当なセンサハウジング内で採用可能であると考えられる。図示した実施例において、センサ１０００は、導線１１１０が伸びる全体として矩形の形態をしたチップ状構造である。該導線は、センサに対し且つ／又はセンサから電力、信号等を提供するために使用することができる。
図２７（Ａ）乃至図２７（Ｃ）に図示した実施の形態は、例えば、水分を含んだガス状の分析物質の検知及び測定にて特に有利である幾つかの独創的な設計上の特徴を備えている。一つの好ましい非限定的な実施例において、図示した装置は、酸素センサとして使用される。一例としての用途は、人間又は動物が呼吸する間の酸素の呼気毎の測定を含むが、これにのみ限定されるものではない。例えば、センサは、吸入の間、低温／乾燥空気にさらされ、また、吐出しの間、暖かい／湿り息にさらされる。この図示した設計は、例えば、温度及び水蒸気（水分）が相違する全ての段階中、酸素の含有量を正確に測定することができる。図示した実施例は、酸素の測定に使用されることが好ましいが、その他の分析物質の測定のためその他の実施例も使用可能であり、例えば、二酸化炭素、別のガス又は幾つかのガスを測定する感知型膜を採用してもよい。
要するに、図示した実施例において、センサ１０００は、開口部１２２０と、４つの垂下する側壁１２３０とを有する頂部壁１２１０を備えるカバー１２００を含む。カバーの底部は、基板７００の頂部に嵌まり箱状の包囲体を形成し得る形態とされている。図示するように、基板７００は、感光性要素２０−１、２０−２と、放射線源１８と、その他のエレクトロニクス構成要素（図示せず）と、取り付けられた加熱要素１４００と、を備えている。図示した実施の形態において、加熱要素１４００は、感光性要素２０−１、２０−２の上方を伸びる。加熱要素は、加熱要素の上方に配置されることが好ましい膜１４−１、１４−２まで放射線が放射線源１８から進むのを許容し得るように切欠き開口部１４１０を有している。図示するように、膜は、カバー１２００の穴１２２０を介して露出させることが好ましい。加熱要素と、センサ膜と、基板と、の間の領域Ｒの全体は、上述した実施の形態と同様に導波管材料を保持することが好ましい。
加熱要素１４００は、例えば、銅合金、その他の熱伝導性金属等のような任意の適当な材料（例えば、熱伝導性材料）にて形成することができる。加熱要素１４００は、適当な熱的性質を有する任意の材料で形成することができる。加熱要素１４００を加熱するため、基板７００は、熱を加熱要素に伝導する複数の熱発生器７１０（例えば、ヒーターレジスタ又は半導体レジスタ）を含むことが好ましい。図示した非限定的な実施の形態において、４つのヒータレジスタ７１０が利用される。熱発生器７１０は、熱を伝導し得るように加熱要素１４００の側部に隣接して（例えば、その側部に接触し又は十分に近接して）配置されることが好ましい。
加熱要素１４００は、例えば、次の２つの目的を果たす、すなわち、１）信号膜及び基準膜１４−１、１４−２を実質的に等しい熱平衡状態に保つこと、及び／又は２）測定すべき湿ったガスの露点以上の温度まで膜１４−１、１４−２を加熱することという目的を果たす。人間の呼吸を監視する例において、この温度値は、例えば、約３７℃よりも僅かに高くすることができる。一例としての構造においては、本発明は、熱レジスタ７１０及びフィードバックサーミスタ７１１を使用することにより約４０℃の熱設定点を採用する。一例としての構造において、熱レジスタ７１０は、平行な４つの３９０オーム１／２Ｗ表面取付けレジスタを含む。代替的な実施の形態において、熱発生器７１０のその他の数及び／又は熱発生器７１０のその他の型式（スクリーン付きレジスタ、厚膜レジスタ、ヒータテープ等）を採用することが可能である。更に、代替的な実施の形態は、その他の形態の温度制御を利用することができる。顕著な温度制御方法は、温度制御のため１つ以上のサーミスタ、熱電対、ＲＴＤ及び／又はその他のソリッドステート温度測定装置を使用する。しかし、好ましい実施の形態は、コストの削減を目的としてサーミスタ７１１を利用する。
膜表面を加熱することの顕著な利点は、センサ面における水分の凝縮を防止することである。凝縮層が形成されたとき、この凝縮層によりセンサ面にて光学的散乱及び収差が生じる可能性があり、このことは、例えば、蛍光の強さモードを利用する測定方法を利用するとき、測定精度を大幅に低下させることになる。また、この凝縮層は、センサ表面における質量拡散性質も変化するため、センサのガスに対する応答時間も短くする可能性がある。蛍光色素の時間的減衰又は位相特性を測定することにより、測定は強さの変化により実質的に影響を受けないため、センサの精度を向上させることが可能であることを認識すべきである。しかし、測定の時間的減衰又は位相モードは、これらセンサ表面の拡散に基づくものであるため、何ら応答時間の劣化を緩和することにはならない。
この実施の形態は、例えば、酸素センサとして、また、その他の用途のような、好ましいが、非限定的な実施の形態において使用するのに特に有利である他の顕著な利点も有する。特に、この実施の形態（及び、同様に、本明細書に記載したその他の実施の形態）の重要な利点は、酸素及びＣＯ２のような臨界的な呼吸ガスの段階的な変化に対しセンサが極めて迅速に応答可能な点である。この実施の形態の場合、１００ミリ秒又はそれ以上（３０乃至４０ミリ秒のような速さ）の応答速度を実現し、呼吸ガス含有量を略リアルタイムにて測定することを可能にする（この場合、応答時間は、当該ガスの部分圧力の段階的な変化を適用したときに、センサの出力が安定状態のレベルの１０％乃至９０％の範囲にて変化するのに必要な時間として定義する）。
例えば、吸い込み且つ吐き出した呼吸ガスからの波形及び酸素量を実質的にリアルタイムにて観察し且つ測定する、この実施の形態の能力は、重要な医療上の利用可能性を有する。この迅速な応答性の特徴を有する呼吸ガスセンサは、例えば、流れ又は容積測定装置と組み合わせて利用し、呼吸ガスの摂取量及び解放量を決定し、代謝速度（カロリー消費）、フィックの原理（１８７０年に、アドルフ・フィックにより最初に発表された理論）に基づく間接的な心臓出力、肺機能及びショックの開始のような、臨界的な医療パラメータを測定することを可能にする。これらの医療診断測定法の多くは、吐出しのごく最終時における呼吸ガスの部分圧力（換気終了時ｐＯ２又は換気終了時ｐＣＯ２量として公知）を測定することを必要とする。正常な吐出しの終了時と次の息の吸入時との間の時間は極めて短いため、次の息から新気を呼入することにより未だ影響を受けていない換気終了時の量を決定するために、極めて迅速な応答のセンサが重要である。ガス濃度の変化に対して十分に迅速な応答時間を有するセンサを備えることに加えて、このセンサは、呼入ガス及び排気ガスの温度及び水分量の変化を等しく迅速に補償し得る能力を備える必要がある。好ましい実施の形態において、このことは、図示するように、基準チャネルを採用することにより実現されている。また、本発明は、医療診断方法を非侵入的に行うことを可能にし、また、現在、現在の技術にて同様の測定を行うために使用されている高価な分析計測器を必要としない点にても有利である。
図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）には、図２７（Ａ）乃至図２７（Ｃ）の実施の形態の一例としての構造体においてガスの部分圧力の段階的変化の実際の試験データが図示されている。特に、図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）には、酸素センサのような非限定的な例にて使用するため本発明の構造体を採用する実際の応答時間測定法が図示されている。図２８（Ａ）は、周囲空気（酸素量約２１％）から認定済みの圧縮ガスシリンダから供給された１００％酸素への段階的な変化に対するセンサの応答時間の測定値の図である（低から高への分析物質の濃度に対するセンサの応答時間は、通常、「回復時間」と称される）。図２８（Ｂ）は、認証済みの圧縮ガスシリンダから供給された１００％窒素から周囲空気への段階的な変化に対する同一センサの応答時間の測定値が図示されている。回復時間及び応答時間は、これらの非限定的な例において、テクトロニクス（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）モデルＴＤＳ（登録商標名）２チャネルオシロスコープにて測定したとき、それぞれ約４１．２及び３２．１ミリ秒であった（図示するように）。好ましくは、回復時間及び応答時間は、約１００ミリ秒以下、より好ましくは、約８０ミリ秒以下、更により好ましくは、約６０ミリ秒以下であるようにする。好ましい実施の形態は、約４０乃至８０ミリ秒の範囲を有する。
作動時、センサ１００は、本明細書に記載した２チャネルの実施の形態と同様に作用する。しかし、この実施の形態において熱発生器７１０は、加熱要素１４００に熱を付与し、一方、この加熱要素１００は、センサ及び膜１４−１、１４−２内にてその熱を分配するスプレッダとして作用する。
カバー１２００は、例えば、プラスチック等のようなエラストマーの如き、絶縁性材料で出来ていることが好ましい。このようにして、カバー１２００は、熱を保持し且つ膜の温度を保つのに役立つことができる。その結果、ヒータは強力に作用すること、すなわち、作動のため多量の電力を消費する必要がない。図示した実施の形態において、膜１４−１、１４−２は、また、図２７（Ａ）に図示するように組み立てたとき、穴１２２０の上面よりも下方に引込んで、膜に対し外的作用が加わったり又は膜が損傷する可能性が少ないようにすることが好ましい。このカバー１２００は、例えば、射出成形法又は別の適当な手段により製造することができる。
カバー１２００は、オプション的であり、幾つかの場合には、省略してもよい。しかし、特に、迅速な熱変化の状態時及び／又は分析物質が保持される媒質における速い流動速度の状態のとき、加熱要素１４００に対して絶縁性を有利に提供し、より小型の加熱要素を使用し且つ感知膜及び基準膜への熱の分配をより均一にすることを可能にする点にてカバー１２００は好ましい。このように、カバーは、加熱要素１４００の性能を助け且つガスを膜の表面に向けることの双方又はその何れか一方のためセンサの上方に配置されることが好ましい。
図示するように、センサ１０００は、２つの感光性要素２０−１、２０−２を利用することが好ましい。好ましくは、感光性要素２０−１は、インジケータチャネル膜１４−１から酸素信号蛍光を検知し、感光性要素２０−２は、基準チャネル膜１４−２から１つの信号を検知するようにする。好ましくは、基準チャネル膜１４−２は、酸素を実質的に感知不能であるが、信号チャネル膜１４−１と実質的に同程度だけ温度を感知可能であるようにする。このことは、温度及び水蒸気の変化のため、人間又はその他の動物の周期的な呼吸（呼入／吐出し）を検知すべく装置が使用される場合の顕著な特徴である。この実施の形態において、インジケータチャネル及び基準チャネルの温度平衡状態は、加熱要素１４００を介して保つことができる。
図示した実施例において、膜１４−１、１４−２の各々は、実質的に等しい厚さのホウケイ酸塩ガラス基板にて製造されることが好ましい。このように、好ましくは、膜１４−１、１４−２は同様の熱的性質を有する。ガス状又は溶融した酸素又はその他のガスを感知する１つの好ましいマトリックスは、ゾルゲル又はオルモルと称される無機ポリマー支持マトリックスであり、この支持マトリックス内には、インジケータ分子が固定され又は捕捉される。これら材料及び技術は、周知である（例えば、１９９８年１月１日の分析化学（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．１の４５−５０ページにおけるマクドナー（ＭｃＤｏｎａｇｈ）及びその他の者による「ガス及び水相の酸素を光学的に感知するソルゲル膜の調整（Ｔａｉｌｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ ｉｎ Ｇａｓ ａｎｄ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｐｈａｓｅ）」、１９９５年１月１日の分析化学Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．１におけるレブ・オー（Ｌｅｖ．Ｏ）による「有機的に改質したソルゲルセンサ（Ｏｒｇａｎｉｃａｌｌｙ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ）」、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２２９３、１１０−１２０ページ（’９４）におけるマククレイス（ＭａｃＣｒａｉｔｈ）及びその他の者による「ソルゲルから得られた被覆を使用するＬＥＤ光ファイバ酸素センサの開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ＬＥＤ−ｂａｓｅｄ Ｆｉｂｒｅ Ｏｐｔｉｃ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ−Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｃｏａｔｉｎｇ）」、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３１０５、５０−５１ページ（’９７）におけるシャリアリ（Ｓｈａｈｒｉａｒｉ）及びその他の者による「化学的感知プラットフォーム用のオルモル薄膜（Ｏｒｍｏｓｉｌ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ）」、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２８３６、１０５−１１５ページ（’９６）におけるクリエーク（Ｋｒｉｈａｋ）及びその他の者による「ソルゲル被覆技術を利用する光ファイバ酸素センサ（Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）」を参照のこと。これら文献の開示内容の全体は各々、引用して本明細書に含めてある）。これら型式の膜は、浸漬、スワッビング、圧搾、シルクスクリーン印刷、パッド印刷、蒸気蒸着、インクジェット印刷等のような、当該技術分野で周知の多数の技術により適正な基板に付与することができる。これら型式の膜は、適当な場合、本明細書に記載した本発明の任意のその他の実施の形態に有利に具体化することもできる。
好ましくは、このように、各膜内に同一の基礎的な化学的作用を利用する薄膜ソルゲルマトリックス被覆にて被覆されたガラス（例えば、ホウケイ酸塩ガラス）基板を有するように膜の各々が形成されるようにする。好ましくは、基準膜１４−２は、酸素の拡散を妨害し得るように更に加工される。Ｏ２を感知するこの実施の形態の例において、一つの好ましいインジケータ分子は、一例として、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国特許第５，５１７，３１３号の明細書のコラム１、１７行に説明してある３（４、７−ジフェニル−１、１０−フェナンサロライン）ルテニウム（ＩＩ）過塩素酸塩分子を含む。この膜は、本発明のその他の実施の形態に記載された多岐に亙るその他の材料を含むことが可能であると考えられる。
放射線源は、その光出力が領域Ｒ内で導波管材料を通じてインジケータ膜チャネル膜１４−１及び基準チャネル膜１４−２に導波されるように取り付けられたＬＥＤ（例えば、青）を含むことが好ましい。一例としての実施の形態において、導波管材料は、その他の適当な材料も使用可能ではあるが、優れた光学的特性を有するエポキシテクノロジーの３０１（登録商標名）である。好ましくは、膜からの蛍光放出は、基板７００に取り付けられた感光性要素２０−１、２０−２に同様に導波される。好ましくは、感光性要素の各々に対し光学フィルタ３４が設けられるようにする。上述したように、一例としての実施の形態において、光学フィルタ３４の各々が、例えば、感光性要素を取り巻く６００ｎｍの遮断部分を有する、ＣＶＩレーザから入手可能なフィルタ樹脂のようなフィルタエポキシ樹脂を含むことができる。その他の適当なフィルタを本明細書に説明するように採用可能である。光学フィルタ３４は、膜からの蛍光放出を放射線源１８（例えば、青ＬＥＤ）の励起エネルギから分離することが好ましい。上記の説明から理解し得るように、最も好ましくは、最小の内部反射損失にて最大の光の捕捉が可能であるように完全な光路（例えば、領域Ｒ内の導波管材料と膜１４−１、１４−２等の間）の屈折率を釣合わせることが好ましい。
図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）には、感光性要素２０−１、２０−２とインジケータ膜１４−１及び基準膜１４−２との中央に配置された励起源が図示されている一方、インジケータ膜１４−１及び基準膜１４−２に対し十分な励起が提供される限り、励起源１８はその他の位置に配置してもよい。
本明細書に記載したその他の実施の形態の場合と同様に、図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）に図示した実施の形態は、多岐に亙る方法にて改変することができると考えられる。例えば、対照標準チャネルが全く使用されない実施の形態にて加熱要素を設けることができる。更に、理解し得るように、特に、感知膜等の上にてセンサの外周における凝縮を少なくするため、多岐に亙るセンサ構造内に内部ヒータを設けることができる。更に、その他の実施の形態は、その他の公知の加熱方法を含むことができる。例えば、好ましくは、インジケータ膜の位置に少なくとも部分的に近接して、加熱コイル、線等をセンサ内に分配することができる。
上述したように、本発明の色々な特徴の特定の実施の形態について説明したが、当業者は、これら実施の形態の多数の改変及び変更が具体化可能である。例えば、上述した色々な実施の形態の特徴は、この開示に基づいて当業者に明らかであろう上述した他の実施の形態に適用し又はそれらと相互に交換することが可能である。例えば、色々な実施の形態は、上述した（又はその他の公知の）インジケータ分子の任意の一つ以上を備えるようにすることができ、また、本明細書に開示した（又はその他の公知の）対照基準方法の任意のものを使用し得るようにすることができる。別の一例として、例えば、エレクトロニクス等の色々な改変は、この開示に基づいて当業者が具体化可能であり、例えば、色々な構成要素は、ＩＣチップに組み込むことができ、又は本発明の一つ以上の特徴を保ちつつ、その他の公知の改変例又は技術を採用することができる。
更に、センサが外部の装置により作動され且つ／又は外部の装置と通信するとき、その外部の装置は、状況に依存して多岐に亙る形態にて形成することができる。例えば、外部の装置は、患者の腰に近接して埋め込んだセンサと共に、使用することのできる手首取付け型包囲体（例えば、時計と同様のもの）と、患者の下腰部又は腰に近接して埋め込んだセンサと共に使用することのできるベルト取付け式又はパンツ取付け式の包囲体（例えば、一般的な「ポケットベル」と同様のもの）と、例えば、患者が眠っている間に、読書が容易であるように、毛布に近接して埋め込まれた装置を有する状態にて人がその上で横になることができる内部のエレクトロニクスを備える毛布（例えば、電気毛布と同様のもの）と、センサを近付け又は近接するように動かすことのできる任意の構造体及び／又はセンサに近接するように動かすことのできる任意の構造体と、又は多岐に亙るその他の構造体及び設計と、を含むことができる。
更に、上述したように、色々な実施の形態のセンサは、例えば、検知可能である一つ以上の分析物質を有する任意の環境のような、多岐に亙る用途及び環境にて使用することができる。例えば、ガス（例えば、空気及び／又は任意のその他のガス）、液体、固体、その組み合わせ等を含む色々な媒質内にて色々な実施の形態を採用することができる。更に、本明細書に記載した色々な実施の形態は、色々な用途及び色々な業界にて容易に採用可能である。その例は、医療分野（例えば、センサは患者又は動物の体内に挿入することができる）、食品業界（例えば、センサは液体（例えば、ワイン、ビール等のようなアルコール飲料及び非アルコール飲料のような飲料及び色々なその他の液体）、クリーム、固形物等内に挿入することができる）、消費者向け製品業界（例えば、かかる感知能力が求められる業界）及び上述し且つこの開示に基づいて明らかとなるような色々なその他の業界である。
従って、当業者が特許請求の範囲内で多岐に亙る適用、改変及び変更を具体化可能であることを理解すべきである。

Claims (29)

  1. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有する光学的に透過性のセンサ本体と、
    該センサ本体の前記面上に設けられている蛍光インジケータ分子であって、放射線に応答して蛍光を発生し、該発生された蛍光の強さが前記蛍光インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である前記蛍光インジケータ分子と、
    該蛍光インジケータ分子に蛍光を発生させる放射線を射出する放射線源であって、射出された放射線が前記蛍光インジケータ分子に当たるように配置されている前記放射線源と、
    前記蛍光インジケータ分子によって射出された蛍光を検知するように設けられている感光性要素であって、検知された蛍光の量を示す応答信号、すなわち、前記分析物質の存在及び濃度を示す応答信号を提供する構造とされている前記感光性要素と、を備えており、
    前記センサ本体が、前記感光性要素によって受け取られた放射線の幾らかが前記感光性要素に当たる前に前記センサ本体内で内部反射されるようになされている、光学式センサ。
  2. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    該センサ本体の前記面上に設けられた放射線吸収性インジケータ分子であって、その吸収の強さが該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である、前記放射線吸収性インジケータ分子と、
    前記インジケータ分子によって吸収される放射線を射出する放射線源であって、射出される放射線が前記インジケータ分子によって吸収されるように設けられている前記放射線源と、
    該放射線源によって射出された放射線を検知する感光性要素であって、前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されなかった放射線を検知するように設けられ且つ吸収されなかった放射線の量を示す応答信号、すなわち、前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている前記感光性要素と、を備えており、
    前記センサが、前記センサ本体内に埋め込まれている電源を更に備えており、該電源は、前記放射線源に電力を供給して該放射線源が放射線を射出するようにさせている、光学式センサ。
  3. 前記センサ本体内に埋め込まれたトランスミッタを更に備えており、該トランスミッタは、前記感光性要素によって検知された蛍光の強さを示す信号を伝えるようになされている、請求項１又は２に記載のセンサ。
  4. 前記埋め込まれた電源が、前記放射線源と前記トランスミッタとの両方に電力を供給するようになされている、請求項３に記載のセンサ。
  5. 前記電源が誘導子を備えており、該誘導子により、前記放射線源が、当該センサを前記センサ本体の外部に発生された電磁場に曝されることによって放射線を発生するようにされている、請求項２に記載のセンサ。
  6. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    該センサ本体の前記面上に設けられた放射線吸収性インジケータ分子であって、その吸収の強さが、該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である、前記放射線吸収性インジケータ分子と、
    前記放射線吸収性インジケータ分子によって吸収される放射線を射出する放射線源であって、射出される放射線が前記インジケータ分子によって吸収されるように設けられている前記放射線源と、
    該放射線源によって射出された放射線を検知する感光性要素であって、前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されなかった放射線を検知するように設けられた前記感光性要素と、を備えており、
    該センサは、前記センサ本体内に埋め込まれているトランスミッタを更に備えており、該トランスミッタは、前記感光性要素によって検知された放射線の強さを示す信号すなわち前記分析物質の存在又は濃度を示す信号を伝達するようになされている、光学式センサ。
  7. 前記トランスミッタが、前記センサ本体の外部に配置されている信号ピックアップ器具によって検知可能である電磁放射線の場を発生するインジケータを備えている、請求項６に記載の光学式センサ。
  8. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    該センサ本体の前記面上に設けられているマトリックス層であって、前記分析物質に対して透過性であり且つ放射線を吸収するインジケータ分子を備えており、前記吸収の強さが該インジケータ分子が曝される前記分析物質の濃度の関数であり、該マトリックス層は、前記インジケータ分子が吸収する放射線がその中へ入るのを許容するようになされた前記マトリックス層と、
    前記インジケータ分子によって吸収される放射線を射出する放射線源であって、射出される放射線が前記マトリックス層に入り且つ前記インジケータ分子によって吸収されるように配置されている前記放射線源と、
    該放射線源によって射出された放射線を検知する感光性要素であって、前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されなかった放射線を検知するように設けられ且つこのようにして検知された吸収されなかった放射線の量を示す信号、すなわち、前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている前記感光性要素と、を備えている、光学式センサ。
  9. 請求項８のセンサにおいて、前記センサが、約５００ミクロン乃至約１２．７ｍｍ（０．５インチ）の全長と、約３００ミクロン乃至約７．６２ｍｍ（０．３インチ）の直径とを有しており、これによって、該センサは、過度の又は耐え難い不快を生ずることなく人間の体内に埋め込むことができるようになされた、センサ。
  10. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    放射線源と、
    少なくとも１つの分析物質検知インジケータチャネルであって、
    前記センサー本体の面上に設けられたインジケータ分子であって、（ｉ）前記放射線
    源から射出された放射線に応答して蛍光を発する蛍光インジケータ分子であり、前記蛍光の強さが前記インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である前記蛍光インジケータ分子、又は（ｉｉ）前記放射線源から射出された放射線を吸収する放射線吸収性インジケータ分子であり、吸収の強さが該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である放射線吸収性インジケータ分子である、前記インジケータ分子と、
    前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている感光性要素であり、（ｉ）前記インジケータ分子によって射出された蛍光を検知し、（ｉｉ）前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されない放射線を検知する、ように配置されている感光性要素と、を備えており、
    当該センサは更に、分析物質の存在又は濃度によって影響を受けないインジケータ分子の１以上の光学的特性を測定し且つ／又は前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受けない第二のインジケータ分子の１以上の光学特性を測定する光学基準チャネルとして機能する少なくとも１つの付加的なチャネルを更に備えている、センサ。
  11. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    放射線源と、
    前記センサ本体の面上に設けられたインジケータ分子であって、
    （ｉ）前記放射線源から射出された放射線に応答して蛍光を発する蛍光インジケータ
    分子であり、前記蛍光の強さが前記インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である前記蛍光インジケータ分子、又は（ｉｉ）前記放射線源から射出された放射線を吸収する放射線吸収性インジケータ分子であり、吸収の強さが該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である放射線吸収性インジケータ分子である、前記インジケータ分子と、
    前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている感光性要素であり、（ｉ）前記インジケータ分子によって射出された蛍光を検知し、（ｉｉ）前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されない放射線を検知する、ように配置されている感光性要素と、を備えており、
    当該センサは更に、前記センサ本体の外側面を覆っている生体適合性材料からなる１以上の層を更に備えている、センサ。
  12. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    該センサ本体の外側表面を覆って配置されている取り外し可能なスリーブ又は膜と、
    前記センサ本体内に配置された放射線源と、
    該スリーブ又は膜の表面上に設けられたインジケータ分子であって、（ｉ）前記放射線
    源から射出された放射線に応答して蛍光を発し、該蛍光の強さが前記インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である前記蛍光インジケータ分子、又は（ｉｉ）前記放射線源から射出された放射線を吸収する放射線吸収性インジケータ分子であり、吸収の強さが該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である放射線吸収性インジケータ分子である、前記インジケータ分子と、
    前記センサ本体内に配置され且つ前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている感光性要素であり、（ｉ）前記インジケータ分子によって射出された
    蛍光を検知し、（ｉｉ）前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されない放射線を検知する、ように配置されている感光性要素と、を備えている、センサ。
  13. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    面を有するセンサ本体と、
    頂面及び底面を有する放射線源であり、前記頂面と底面との両方から放射線を射出するように配置された前記放射線源と、
    前記センサ本体の面上に設けられたインジケータ分子であって、（ｉ）前記放射線源か
    ら射出された放射線に応答して蛍光を発し、該蛍光の強さが前記インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である前記蛍光インジケータ分子、又は（ｉｉ）前記放射線源から射出された放射線を吸収する放射線吸収性インジケータ分子であり、吸収の強さが該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である放射線吸収性インジケータ分子である、前記インジケータ分子と、
    前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている感光性要素であり、（ｉ）前記インジケータ分子によって射出された蛍光を検知し、（ｉｉ）前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されない放射線を検知する、ように配置されている感光性要素と、を備えている、センサ。
  14. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定する光学式センサであり、
    センサハウジングと、
    放射線源と、
    膜上にインジケータ分子であって、（ｉ）前記放射線源から射出された放射線に応答し
    て蛍光を発し、該蛍光の強さが前記インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である前記蛍光インジケータ分子、又は（ｉｉ）前記放射線源から射出された放射線を吸収する放射線吸収性インジケータ分子であり、吸収の強さが該インジケータ分子が曝される分析物質の濃度の関数である放射線吸収性インジケータ分子である、前記インジケータ分子と、
    前記分析物質の存在又は濃度を示す応答信号を提供する構造とされている感光性要素であり、（ｉ）前記インジケータ分子によって射出された蛍光を検知し、（ｉｉ）前記放射線源によって射出され且つ前記インジケータ分子によって吸収されない放射線を検知する、ように配置されている感光性要素と、を備えており、
    前記センサハウジング内に配置されたヒータを更に備えている、センサ。
  15. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定するための光学式センサであり、前記媒体は、前記媒体内の前記分析物質の濃度の関数として変化する第一の屈折率を有し、
    該光学式センサは、
    光学的導波管として機能する光学的に透過性のセンサ本体であって、第二の屈折率と面とを有しているセンサ本体と、
    放射線を射出する放射線源であって、前記放射線源によって射出された放射線が前記センサ本体内を進むように前記センサ本体内に埋め込まれている前記放射線源と、
    前記放射線源によって射出された放射線に応答する感光要素であって前記センサ本体内に埋め込まれている感光要素と、を備えており、
    前記放射線源によって射出されたある量の放射線が前記センサ本体から外部へ通過し、該センサ本体から通過する放射線の量は前記第一及び第二の屈折率の比の関数すなわち前記センサ本体から外部へ通過する前に前記センサ本体内で内部反射される濃度の関数として変化し、
    前記センサ本体から外部へ通過しない放射線が、前記感光性要素によって検知され、該感光性要素によって検知された外部へ出て行かない放射線の少なくとも幾らかが、前記感光性要素にぶつかる前に前記センサ本体内で内部反射されるようになされた、センサ。
  16. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定するための光学的センサであり、
    包囲されたセンサ本体であって、該センサ本体を包囲している外面を有している前記センサ本体と、
    前記センサ本体内に設けられ且つ該センサ本体内に放射線を射出する放射線源と、
    前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受ける光学的特性を有しているインジケータ要素であって、前記放射線源から出てくる放射線を受け取るために前記センサ本体上に配置されており、放射線を前記センサ本体内へ伝達させる前記インジケータ要素と、
    前記センサ本体内に配置され且つ前記センサ本体内で放射線を受け取るように位置決めされている感光性要素であって、前記インジケータ要素から受け取った放射線に応答する信号を発生する感光性要素と、を備えており、
    前記センサ本体は、前記感光性要素によって受け取られた放射線の幾らかが、前記感光性要素にぶつかる前に前記センサ本体内で内部反射される構造とされており、
    前記インジケータ素子が、前記センサ本体の面に近接して分布せしめられたインジケータ分子を含んでおり、該インジケータ分子は、特定の波長に等吸収点を有しており、基準チャネルが前記等吸収波長において光を検知する、ようになされたセンサ。
  17. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定するための光学的センサであり、
    包囲されたセンサ本体であって、該センサ本体を包囲している外面を有している前記センサ本体と、
    前記センサ本体内に設けられ且つ該センサ本体内に放射線を射出する放射線源であって、前記センサ本体が、前記センサ本体の少なくとも一部分の周りにセンサ／組織境界層を有している、前記放射線源と、
    前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受ける光学的特性を有しているインジケータ要素であって、前記放射線源から出てくる放射線を受け取るために前記センサ本体上に配置されており、放射線を前記センサ本体内へ伝達させる前記インジケータ要素と、
    前記センサ本体内に配置され且つ前記センサ本体内で放射線を受け取るように位置決めされている感光性要素であって、前記インジケータ要素から受け取った放射線に応答する信号を発生する感光性要素と、を備えており、
    前記センサ本体は、前記感光性要素によって受け取られた放射線の幾らかが、前記感光性要素にぶつかる前に前記センサ本体内で内部反射される構造とされている、センサ。
  18. 請求項１７に記載のセンサであり、前記組織／センサ境界層が繊維性封入又は瘢痕組織の形成を遅らせるようになされているセンサ。
  19. 請求項１８に記載のセンサであり、前記組織／センサ境界層が内部に組織成長を促進する副層を有している、センサ。
  20. 請求項１７に記載のセンサであり、前記組織／センサ境界層が分子量カットオフ機能を果たす分子ふるい副層を含んでいる、センサ。
  21. 請求項１７に記載のセンサであり、前記組織／センサ境界層が生体適合性である、センサ。
  22. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定するための光学的センサであり、
    包囲されたセンサ本体であって、該センサ本体を包囲している外面を有している前記センサ本体と、
    前記センサ本体内に設けられ且つ該センサ本体内に放射線を射出する放射線源と、
    前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受ける光学的特性を有しているインジケータ要素であって、前記放射線源から出てくる放射線を受け取るために前記センサ本体上に配置されており、放射線を前記センサ本体内へ伝達させる前記インジケータ要素と、
    前記センサ本体内に配置され且つ前記センサ本体内で放射線を受け取るように位置決めされている感光性要素であって、前記インジケータ要素から受け取った放射線に応答する信号を発生する感光性要素と、を備えており、
    前記センサ本体は、前記感光性要素によって受け取られた放射線の幾らかが、前記感光性要素にぶつかる前に前記センサ本体内で内部反射される構造とされており、
    前記センサ本体は、前記放射線源によって射出された放射線及び／又は前記インジケータ要素によって射出され且つ前記センサ本体内へと通過する光の前記センサ本体内での反射を高めるために前記センサ本体の一部分を覆うように設けられた反射増進層を有している、センサ。
  23. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定するための光学的センサであり、
    包囲されたセンサ本体であって、該センサ本体を包囲している外面を有している前記センサ本体と、
    前記センサ本体内に設けられ且つ該センサ本体内に放射線を射出する放射線源と、
    前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受ける光学的特性を有しているインジケータ要素であって、前記放射線源から出てくる放射線を受け取るために前記センサ本体上に配置されており、放射線を前記センサ本体内へ伝達させ、前記センサ本体の表面の近くに分布せしめられたインジケータ分子を含んでいる、前記インジケータ要素と、
    前記センサ本体内に配置され且つ前記センサ本体内で放射線を受け取るように位置決めされている感光性要素であって、前記インジケータ要素から受け取った放射線に応答する信号を発生する感光性要素と、を備えており、
    前記センサ本体は、前記感光性要素によって受け取られた放射線の幾らかが、前記感光性要素にぶつかる前に前記センサ本体内で内部反射される構造とされており、
    前記インジケータ分子は、前記センサ本体の表面上に設けられた互いに異なっている第一及び第二のインジケータ分子を含んでいる、センサ。
  24. 請求項２３に記載のセンサであり、前記第一及び第二のインジケータ分子が、各々、前記媒体内の同じ分析物質の濃度の変化に応答するようになされた、センサ。
  25. 請求項２３に記載のセンサであり、前記第一及び第二のインジケータ分子が前記分析物質の存在及び濃度によって影響を受ける同じ光学特性を有している、センサ。
  26. 請求項２３に記載のセンサであり、前記第一及び第二のインジケータ分子が前記分析物質の存在及び濃度によって影響を受ける互いに異っている光学特性を有している、センサ。
  27. 請求項２３に記載のセンサであり、前記第一のインジケータ分子が前記媒体内の第一の分析物質の濃度の変化に応答し、前記第二のインジケータ分子が前記媒体内の異なる第二の分析物質の濃度の変化に応答する、センサ。
  28. 媒体内の分析物質の存在又は濃度を測定するための光学的センサであり、
    包囲されたセンサ本体であって、該センサ本体を包囲している外面を有している前記センサ本体と、
    前記センサ本体内に設けられ且つ該センサ本体内に放射線を射出する放射線源と、
    前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受ける光学的特性を有しているインジケータ要素であって、前記放射線源から出てくる放射線を受け取るために前記センサ本体上に配置されており、放射線を前記センサ本体内へ伝達させる前記インジケータ要素と、
    前記センサ本体内に配置され且つ前記センサ本体内で放射線を受け取るように位置決めされている感光性要素であって、前記インジケータ要素から受け取った放射線に応答する信号を発生する感光性要素と、を備えており、
    前記センサ本体は、前記感光性要素によって受け取られた放射線の幾らかが、前記感光性要素にぶつかる前に前記センサ本体内で内部反射される構造とされており、
    前記インジケータ要素が、前記センサ本体の外周近くに設けられたインジケータ膜内に設けられたインジケータ分子を含んでおり、前記インジケータ膜は、前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受けるインジケータ分子と、前記センサ本体の外周近くに設けられており且つ前記放射線源からの放射線を受け取るように配置されている基準膜とを有しており、前記基準膜は前記分析物質の存在又は濃度によって影響を受けないものであり、
    前記放射線源がＬＥＤを含んでおり、該ＬＥＤは、その頂面が前記インジケータと前記基準膜とのうちの一方に面しており、底面が前記インジケータ及び前記基準膜のうちの他方に面しており、前記頂面と底面との両方を介して光を射出して前記インジケータと前記基準膜との両方を十分に照射するように取り付けられている、センサ。
  29. 請求項２８に記載のセンサであり、前記放射線源と前記感光性要素とが実質的に透明な基板上に取り付けられている、センサ。
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