JP6275238B2 - 眼科用電気化学センサ内で対称配置されるセンサ電極 - Google Patents

眼科用電気化学センサ内で対称配置されるセンサ電極 Download PDF

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Description

[0001] 本章に記載される題材は、特段の記載がない限り、本出願の請求の範囲に対する従来技術ではなく、本章に含まれることにより従来技術と認められるものではない。
[0002] 電気化学的な電流測定センサは、センサの作用電極において、分析物の電気化学的な酸化反応または還元反応を通して生成される電流を測定することにより、この分析物の濃度を測定する。還元反応は、電子が電極から分析物に移動する時に発生する一方、酸化反応は、電子が分析物から電極に移動する時に発生する。電子移動の方向は、ポテンショスタットによって作用電極に印加される電位に応じて変化する。対電極および／または参照電極を使用して、作用電極を有する回路を完成させ、生成された電流が流れるようにする。作用電極に適切なバイアスがかけられている場合、出力電流は反応速度に比例するため、この電流が作用電極を囲む分析物の濃度の指標となる。
[0003] いくつかの例では、試薬を作用電極に近接するように局所化して、所望の分析物と選択的に反応させる。例えば、グルコースオキシダーゼは、作用電極の近くに固定されると、グルコースと反応し、過酸化水素を放出し、その後、作用電極によって電気化学的に検出されることで、グルコースの存在が示される。他の酵素および／または試薬を使用して、他の分析物を検出することもできる。
[0004] 眼科用デバイスは、この眼科用デバイスが曝された溶液内の分析物濃度に基づくセンサ読み取り値を生成するように構成された電気化学センサを備える。電気化学センサは、作用電極および参照電極を備え、これらの電極は、作用電極の部分が、その両側において、参照電極の部分により少なくとも部分的に囲まれるように配置される。センサ電極間に電圧を印加すると、作用電極の囲まれた部分は、両側間で実質的に対称的な電圧傾度を展開する。したがって、これらの両側において、同様の電圧になり、両側縁は、同様の有効性を有する電気化学反応を誘発することができる。作用電極の１つの側縁のみが参照電極に隣接する配置と比べて、この対称配置は、参照電極に面する作用電極の縁の長さを相対的に長くする。
[0005] 本開示のいくつかの実施形態では、高分子材料、基板、アンテナ、電気化学センサ、およびコントローラを備えた眼球装着デバイスが提供される。高分子材料は、凹面および凸面を有し得る。凹面は、角膜表面上に取り外し可能に装着されるように構成され得る。凸面は、そのように凹面が装着されている時に、眼瞼の動きと適合するように構成される。基板は、高分子材料内に少なくとも部分的に埋め込まれ得る。アンテナは、基板上に配置され得る。電気化学センサは、基板上に配置され、作用電極および参照電極を備え得る。作用電極は、第１側縁および第２側縁を有し得る。参照電極は、作用電極の第１側縁および第２側縁の少なくとも一部分が、参照電極のそれぞれの部位に隣接するように位置付けられ得る。コントローラは、電気化学センサおよびアンテナに電気的に接続され得る。コントローラは、（ｉ）眼球装着デバイスが曝された流体内の分析物の濃度に関連した電流測定用電流を生成するのに十分な電圧を作用電極と参照電極との間に印加し、（ｉｉ）電流測定用電流を測定し、かつ、（ｉｉｉ）アンテナを使用して、測定された電流測定用電流を示すように構成され得る。
[0006] 本開示のいくつかの実施形態では、眼球装着デバイスおよび読取装置を備えたシステムが提供される。眼球装着デバイスは、高分子材料、基板、アンテナ、電気化学センサ、およびコントローラを備え得る。高分子材料は、凹面および凸面を有し得る。凹面は、角膜表面上に取り外し可能に装着されるように構成され得る。凸面は、そのように凹面が装着されている時に、眼瞼の動きと適合するように構成される。基板は、高分子材料内に少なくとも部分的に埋め込まれ得る。アンテナは、基板上に配置され得る。電気化学センサは、基板上に配置され、作用電極および参照電極を備え得る。作用電極は、第１側縁および第２側縁を有し得る。参照電極は、作用電極の第１側縁および第２側縁の少なくとも一部分が、参照電極のそれぞれの部位に隣接するように位置付けられ得る。コントローラは、電気化学センサおよびアンテナに電気的に接続され得る。コントローラは、（ｉ）眼球装着デバイスが曝された流体内の分析物の濃度に関連した電流測定用電流を生成するのに十分な電圧を作用電極と参照電極との間に印加し、（ｉｉ）電流測定用電流を測定し、かつ、（ｉｉｉ）アンテナを使用して、測定された電流測定用電流を示すように構成され得る。読取装置は、１つ以上のアンテナと、計算システムとを備え得る。１つ以上のアンテナは、（ｉ）眼球装着デバイスに電力供給するための無線周波数放射を送り、かつ、（ｉｉ）１つ以上のアンテナで受けられた後方散乱放射を介して測定された電流測定用電流の指標を受けるように構成され得る。計算システムは、後方散乱放射に基づき、涙膜分析物濃度を決定するように構成され得る。
[0007] 本開示のいくつかの実施形態には、デバイスが含まれる。デバイスは、生体適合性高分子材料、基板、アンテナ、電気化学センサ、およびコントローラを備え得る。基板は、生体適合性高分子材料内に少なくとも部分的に埋め込まれ得る。アンテナは、基板上に配置され得る。電気化学センサは、基板上に配置され、作用電極および参照電極を備え得る。作用電極は、第１側縁および第２側縁を有し得る。参照電極は、作用電極の第１側縁および第２側縁の少なくとも一部分が、参照電極のそれぞれの部位に隣接するように位置付けられ得る。コントローラは、電気化学センサおよびアンテナに電気的に接続され得る。コントローラは、（ｉ）眼球装着デバイスが曝された流体内の分析物の濃度に関連した電流測定用電流を生成するのに十分な電圧を作用電極と参照電極との間に印加し、（ｉｉ）電流測定用電流を測定し、かつ、（ｉｉｉ）アンテナを使用して、測定された電流測定用電流を示すように構成され得る。
[0008] 本開示のいくつかの実施形態では、高分子材料を含む眼球装着デバイスが提供される。眼球装着デバイスは、分析物を含む溶液に曝されたセンサ電極から電流測定用電流を生成するための手段を有する電気化学センサを備え得る。センサ電極は、作用電極の２つ以上の側面に対し、略対称的な電圧傾度を提供するための手段を備え得る。
[0009] これらと、他の態様、利点、および代替物とは、以下の詳細な説明を読み、必要に応じて添付の図面を参照することにより、当業者により明らかになるであろう。
[0010] 図１は、外部の読取装置と無線通信する眼球装着デバイスを備えるシステムの一例を示すブロック図である。 [0011] 図２Ａは、眼球装着デバイスの一例を示す上面図である。 [0012] 図２Ｂは、図２Ａに示した眼球装着デバイスの例の側面図である。 [0013] 図２Ｃは、図２Ａおよび２Ｂに示した眼球装着デバイスの例が目の角膜表面に装着されている状態を示す側断面図である。 [0014] 図２Ｄは、眼球装着デバイスの例が図２Ｃに示したように装着されている時に、その表面を囲む涙膜層を強調して示す側断面図である。 [0015] 図３は、涙膜分析物濃度を電気化学的に測定するためのシステムの一例を示す機能ブロック図である。 [0016] 図４Ａは、眼球装着デバイス内の電気化学センサを動作させて涙膜分析物濃度を測定するプロセスの一例を示すフローチャートである。 [0017] 図４Ｂは、外部の読取装置を動作させて眼球装着デバイス内の電気化学センサに呼びかけを行い、涙膜分析物濃度を測定するプロセスの一例を示すフローチャートである。 [0018] 図５Ａは、電気化学センサが、涙膜から高分子材料を外部の読取装置する分析物を検出する構成の一例を示す。 [0019] 図５Ｂは、電気化学センサが、高分子材料内のチャネルを介してセンサに接触する涙膜内の分析物を検出する構成の一例を示す。 [0020] 図５Ｃは、電気化学センサが、高分子材料の薄い領域を介して涙膜から拡散する分析物を検出する構成の一例を示す。 [0021] 図６Ａは、電気化学センサにおける電極の対称配置の例を示す。 [0022] 図６Ｂは、電気化学センサにおける電極の対称配置の別の例を示す。 [0023] 図７Ａは、平坦なリング状基板の表面上に配置された電気化学センサ内の電極の同一平面配置の例を示す。 [0024] 図７Ｂは、電気化学センサ電極を曝すように位置決めされたチャネルを有する高分子材料内に埋め込まれた状態の図７Ａの配置を示す。
[0025] 以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照される。図面において、同様の符号は、文脈上特段の記載がない限り、通常、同様のコンポーネントを特定する。詳細な説明、図面および請求の範囲内に記載される例示的な実施形態は、限定を意図したものではない。他の実施形態も利用することができ、本明細書内に示す主題の範囲から逸脱することなく、他の変更を加えることもできる。本明細書内に概略的に記載され、かつ図面内に図示される本開示の態様は、多種多様な構成で配置、置換、組み合わせ、分離、および設計することができ、それらの全てが本明細書内で明確に意図されていることが容易に理解されよう。
Ｉ．概要
[0026] 眼科用感知プラットフォームは、電気化学センサ、制御電子機器、およびアンテナを備え、これら全てが目に接触して装着されるように形成される高分子材料内に埋め込まれた基板上に位置付けられる。制御電子機器は、センサを動作させて読み取りを実行し、アンテナを動作させて、このアンテナを介してセンサからの読み取り値を外部の読取装置に無線で伝達することができる。高分子材料は、目の角膜表面に装着するように構成された凹湾曲を有する円形レンズの形を取り得る。基板は、角膜の中心領域の近くで受けられる入射光との干渉を避けるために、高分子材料の周辺部付近に埋め込まれ得る。センサは、角膜表面からみて外向きに面するように基板上に配置され得る。高分子材料内のチャネルは、眼瞼の動きにより拡散される涙膜といった、高分子材料の外面を覆う涙膜にセンサ電極を曝すことができる。
[0027] 眼科用感知プラットフォームは、この感知プラットフォームで収集される放射エネルギによって、電力供給され得る。電力は、感知プラットフォーム上に含まれる光電池にエネルギを与える光によって提供され得る。それに加えて、またはその代わりに、電力は、アンテナから収集される無線周波数エネルギによって提供されてもよい。整流器および／または調整器は、制御電子機器と組み合わされ、収集されたエネルギから感知プラットフォームに電力供給するための安定した直流電圧を生成することができる。アンテナは、制御電子機器に接続されるリード線を有する導電材料のループとして構成され得る。いくつかの実施形態において、このようなループアンテナは、アンテナからの後方散乱放射を変調するようにループアンテナのインピーダンスを変調することにより、センサ読み取り値を外部の読取装置に無線で送ることもできる。
[0028] 人間の涙液は、多様な無機電解質（例えば、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−）、有機溶質（例えば、グルコース、乳酸等）、タンパク質、および脂質を含む。これらの成分の１つ以上を測定することができる１つ以上のセンサを有するコンタクトレンズは、健康上の問題を診断または監視するための便利な非侵襲性プラットフォームを提供する。一例として、糖尿病患者の血糖値を監視および制御するために潜在的に使用可能なグルコース感知コンタクトレンズが挙げられる。
[0029] ポテンショスタットを備え得るコントローラは、電極に接続され、参照電極を基準にして、作用電極にバイアスをかけつつ、両電極間の電流を監視し得る。作用電極は、特定の分析物の電気化学反応を生成するのに好適な電位までバイアスをかけられる。監視される電流は、分析物濃度を提供する。
[0030] ２つの電極を有する電気化学センサにおいて、電流を生成する電気化学反応は、作用電極に沿って、参照電極に最も近い点（例えば、両電極間で局所的な電圧傾度が最大になる場所）で、最も有効に発生する傾向がある。本明細書に開示されるいくつかの実施形態では、作用電極は、対向する側縁上に、参照電極の対応する部位に囲まれる部位を含む。参照電極に面する作用電極の側縁の長さを長くするほど（例えば、１つの側縁に対して、２つの側縁にすると）、電気化学反応の反応領域を大きくすることができる。これは、参照電極によって囲まれる作用電極部分の対向する両側縁に沿って対称的に反応が発生するためである。このような対称的な電極配置を採用したセンサは、所与の分析物濃度について、比較的大きな電流測定用電流を生成することができ、それにより、このセンサの感度を高めることができる。さらに、本明細書に開示される対称的な電極配置は、電極の全体的なサイズを実質的に大きくすることなく、センサ電極の反応領域（例えば、参照電極に隣接した、作用電極の側縁に直接的に隣接する領域）を効果的に大きくすることができる
[0031] 特定のセンサによって生成された電流測定用電流は、とりわけ、還元反応または酸化反応が生じる作用電極上の電気化学反応領域のサイズに応じて変化する。このような電流生成反応は、作用電極のうち、参照電極に最も近い（つまり、電圧傾度が最も大きい）作用電極の縁に沿って優先的に生じる。したがって、所与の電気化学センサの反応領域のサイズは、少なくとも部分的に、参照電極の部分に隣接した作用電極側縁の長さによって決定される。
[0032] いくつかの例において、２つの電極は、作用電極が両側を参照電極の部分によって囲まれるように配置され得る。このようにすることで、電流を生成する電気化学反応は、作用電極の両側縁において同等の有効性で発生し得る。例えば、略同一平面上の電極配置では、作用電極は、両側の参照電極の部分間に位置決めされた細い延長部を含み得る。場合によっては、２つの電極は、それぞれ、基部から延在するフィンガのパターンを有する櫛に似ていることがある（例えば、作用電極は約２５μｍの幅のフィンガを有し、参照電極は約１２５μｍの幅のフィンガを有し得る）。各電極の２組のフィンガは、作用電極の延長部／フィンガのうちの所与の１つが、参照電極のそれぞれの部分によって囲まれるように、接触せずに噛み合うように、位置決めされ得る。結果として得られる交互の（または、互いに入り込んだ）幾何形状は、作用電極の両側縁を含む反応領域が大きくなったことにより、所与の分析物濃度について、比較的大きなセンサ電流を所望通りに生成することができる。
[0033] したがって、本開示のいくつかの実施形態は、作用電極が、参照電極の部分によって両側を囲まれた少なくとも１つの延長部を含む電極配置を提供する。作用電極延長部（および、参照電極の対応部分）は、例えば、互いに入り込んだ実質的に平行なバーとして、または、同心リングとして配置され得る。どちらの場合でも、作用電極は、比較的幅広の参照電極部分によって両側を囲まれた細い延長部を含むことができる。結果として、そのような電気化学センサの動作中、作用電極は、２つの細い延長部の両側縁に沿って、実質的に同等の有効性で、電流生成反応で発生させる。したがって、結果として生じる電流測定用電流は、作用電極が１つの側縁のみに沿って参照電極に隣接するようなセンサによって生成される電流と比べて、より大きくなる。
ＩＩ．眼科用電子機器プラットフォームの例
[0034] 図１は、外部の読取装置１８０と無線で通信する眼球装着デバイス（ｅｙｅ−ｍｏｕｎｔａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）１１０を備えたシステム１００のブロック図である。眼球装着デバイス１１０の露出領域は、目の角膜表面に接触して装着されるように形成された高分子材料１２０から成る。基板１３０は、高分子材料１２０内に埋め込まれ、電源１４０、コントローラ１５０、バイオインタラクティブ電子機器１６０、および、通信アンテナ１７０の実装面を提供する。バイオインタラクティブ電子機器１６０は、コントローラ１５０によって動作させられる。電源１４０は、コントローラ１５０および／またはバイオインタラクティブ電子機器１６０に動作電圧を供給する。アンテナ１７０は、眼球装着デバイス１１０に対し、情報を送信および／または受信するように、コントローラ１５０によって動作させられる。アンテナ１７０、コントローラ１５０、電源１４０、およびバイオインタラクティブ電子機器１６０は、全て、埋め込まれた基板１３０上に位置付けられ得る。目に着可能なデバイス１１０は、電子機器を含み、かつ、目に接触して装着されるように構成されるため、本明細書においては、眼科用電子機器プラットフォームとも呼ばれる。
[0035] 接触装着を容易にするために、高分子材料１２０は、湿った角膜表面に（例えば、角膜表面を覆う涙膜との毛細管力によって）付着（「装着」）するように構成された凹面を有し得る。それに加えて、またはその代わりに、眼球装着デバイス１１０は、角膜表面と高分子材料との間の凹湾曲に起因する真空力によって、付着されてもよい。目に対して凹面側で装着される一方、高分子材料１２０の外向き表面は、眼球装着デバイス１１０が目に装着されている間、眼瞼の動きと干渉しないように形成される凸湾曲を有し得る。例えば、高分子材料１２０は、コンタクトレンズと同様に成形された実質的に透明で湾曲した高分子のディスクであり得る。
[0036] 高分子材料１２０は、コンタクトレンズまたは角膜表面への直接的な接触を伴う他の眼科用途における使用目的で採用されるような材料などの１つ以上の生体適合性材料を含み得る。高分子材料１２０は、任意で、部分的にそのような生体適合性材料から形成されてもよく、あるいは、そのような生体適合性材料を使用した外側コーティングを含んでもよい。高分子材料１２０は、ヒドロゲルなどの角膜表面を湿らせるように構成された材料を含むことができる。場合によって、高分子材料１２０は、着用者の快適性を高めるために、変形可能な（「非剛体の」）材料であってもよい。場合によっては、高分子材料１２０は、コンタクトレンズにより提供されるような、所定の視力矯正屈折力を提供するように成形されてもよい。
[0037] 基板１３０は、バイオインタラクティブ電子機器１６０、コントローラ１５０、電源１４０、およびアンテナ１７０を実装するのに適した１つ以上の表面を含む。基板１３０は、チップベースの回路（例えば、フリップチップ実装による回路）用の実装プラットフォーム、および／または、導電性材料（例えば、金、プラチナ、パラジウム、チタン、銅、アルミニウム、銀、金属、他の導電性材料、それらの組み合わせなど）をパターニングして電極、インタコネクト、アンテナなどを作るためのプラットフォームのいずれのプラットフォームとしても採用することができる。いくつかの実施態において、実質的に透明な導電性材料（例えば、インジウムスズ酸化物）を基板１３０上でパターニングし、回路、電極などを形成することができる。例えば、アンテナ１７０は、金または別の導電性材料のパターンを、基板１３０上に堆積させることによって形成され得る。同様に、コントローラ１５０とバイオインタラクティブ電子機器１６０との間のインタコネクト１５１、および、コントローラ１５０とアンテナ１７０との間のインタコネクト１５７は、それぞれ、基板１３０上に導電性材料の好適なパターンを堆積させることによって形成され得る。レジスト、マスク、および堆積技術を組み合わせて採用して、基板１３０上で材料にパターニングすることができる。基板１３０は、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）などの比較的剛性のある材料、あるいは、回路および／または電子機器を高分子材料１２０内で構造的に支持するのに十分な別の材料であり得る。あるいは、眼球装着デバイス１１０は、単一の基板ではなく、一組の接続されていない基板を用いて構成されてもよい。例えば、コントローラ１５０と、バイオセンサまたは他のバイオインタラクティブ電子コンポーネントとが１つの基板上に実装され、アンテナ１７０が別の基板に実装され、これら２つの基板がインタコネクト１５７を介して電気的に接続されるようにしてもよい。
[0038] いくつかの実施形態において、バイオインタラクティブ電子機器１６０（および基板１３０）は、眼球装着デバイス１１０の中心から離れて位置決めされ、それにより、眼球装着デバイス１１０の中心を通って目まで達する光の透過との干渉を回避する。例えば、眼球装着デバイス１１０が凹湾曲したディスク状に成形されている場合、基板１３０は、ディスクの周辺部（例えば、外周付近）に埋め込まれ得る。いくつかの実施形態では、バイオインタラクティブ電子機器１６０（および基板１３０）は、眼球装着デバイス１１０の中心領域に位置決めされてもよい。バイオインタラクティブ電子機器１６０および／または基板１３０は、入射する可視光に対し実質的に透明で、目への光透過に対する干渉を軽減するようにしてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、バイオインタラクティブ電子機器１６０は、表示命令に従って、目で知覚される光を放出および／または透過する画素アレイ１６４を備え得る。これにより、バイオインタラクティブ電子機器１６０は、任意で、眼球装着デバイス１１０の着用者に対し、例えば、画素アレイ１６４を介して情報を表示するなどして、知覚可能な視覚的刺激を生成するように、眼球装着デバイスの中心に位置決めされてもよい。
[0039] 基板１３０は、埋め込み電子コンポーネント用の実装プラットフォームを提供するのに十分な半径方向の幅寸法を有する平坦なリングとして成形され得る。基板１３０は、眼球装着デバイス１１０の輪郭に影響を与えずに高分子材料１２０内に埋め込められるのに十分な薄さを有し得る。基板１３０は、この基板上に実装される電子機器を支持するのに適した構造的安定性を提供するのに十分な厚さを有し得る。例えば、基板１３０は、直径が約１０ミリメートル、半径方向の幅が約１ミリメートル（例えば、外半径が内半径よりも１ミリメートルほど大きい）、厚さが約５０マイクロメートルのリングとして成形され得る。基板１３０は、任意で、眼球装着デバイス１１０の目への装着面（例えば、凸面）の曲率に合わせられてもよい。例えば、基板１３０は、内半径および外半径を画定する２つの弓形間の仮想円錐の表面に沿って成形され得る。そのような場合、仮想円錐の表面に沿った基板１３０の表面は、その半径で、目への装着面の曲率と略一致した傾斜面を画定する。
[0040] 電源１４０は、周囲エネルギを収集し、コントローラ１５０およびバイオインタラクティブ電子機器１６０に電力供給するように構成される。例えば、無線周波数エネルギ収集アンテナ１４２は、入射する無線放射からエネルギを捕捉することができる。それに加えて、またはその代わりに、太陽電池１４４（光電池）により、入射する紫外線、可視光、および／または、赤外線からエネルギを得てもよい。さらに、慣性環境発電システム（inertial power scavenging system）を備えて、周囲の振動からエネルギを捕捉してもよい。エネルギ収集アンテナ１４２は、任意で、外部の読取装置１８０と情報を通信するためにも使用される二重用途アンテナであってもよい。つまり、通信アンテナ１７０の機能と、エネルギ収集アンテナ１４２の機能とは、同一の物理アンテナによって実現することができる。
[0041] 整流器／調整器１４６を使用して、捕捉されたエネルギを、コントローラ１５０に供給される安定したＤＣ供給電圧１４１に調整することができる。例えば、エネルギ収集アンテナ１４２は、入射した無線周波数放射を受け得る。アンテナ１４２の引込線上の多様な電気信号は、整流器／調整器１４６に出力される。整流器／調整器１４６は、多様な電気信号をＤＣ電圧に整流し、整流後のＤＣ電圧を、コントローラを動作させるのに適したレベルに調整する。それに加えて、またはその代わりに、太陽電池１４４からの出力電圧を、コントローラ１５０を動作させるのに適したレベルに調整してもよい。整流器／調整器１４６は、周囲エネルギ収集アンテナ１４２および／または太陽電池１４４内の高周波数変動を軽減するための１つ以上のエネルギ蓄積デバイスを備えてもよい。例えば、１つ以上のエネルギ蓄積デバイス（例えば、コンデンサ、インダクタ等）は、整流器１４６の出力に接続され、ローパスフィルタとして機能するように構成され得る。
[0042] コントローラ１５０は、ＤＣ供給電圧１４１がコントローラ１５０に供給されると作動し、コントローラ１５０内のロジックが、バイオインタラクティブ電子機器１６０およびアンテナ１７０を動作させる。コントローラ１５０は、バイオインタラクティブ電子機器１６０を、眼球装着デバイス１１０の生物環境と相互作用するように動作させるように構成された論理回路を含み得る。相互作用には、分析物バイオセンサ１６２などの、バイオインタラクティブ電子機器１６０の１つ以上のコンポーネントを使用し、生物環境からの入力を得ることが含まれ得る。それに加え、またはその代わりに、相互作用には、画素アレイ１６４などの１つ以上のコンポーネントを使用して、生物環境に出力を提供することが含まれ得る。
[0043] 一例において、コントローラ１５０は、分析物バイオセンサ１６２を動作させるように構成されたセンサインタフェースモジュール１５２を備える。分析物バイオセンサ１６２は、例えば、作用電極および参照電極を備えた電流測定電気化学センサであり得る。電圧は、作用電極と参照電極との間に印加され、作用電極において分析物に電気化学反応（例えば、還元反応および／または酸化反応）を起こさせることができる。電気化学反応は、作用電極を介して測定され得る電流測定用電流を生成し得る。電流測定用電流は、分析物濃度に依存し得る。したがって、作用電極を介して測定される電流測定用電流の量は、分析物濃度の指標を提供することができる。いくつかの実施形態において、センサインタフェースモジュール１５２は、作用電極と参照電極との間に電圧差を印加しつつ、作用電極を通る電流を測定するように構成されたポテンショスタットであり得る。
[0044] 場合により、１つ以上の所望の分析物に対し、電気化学センサの感度を高めるために、試薬が含まれてもよい。例えば、作用電極に近接したグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）の層は、グルコースの酸化に触媒作用を及ぼし、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を生成し得る。この過酸化水素は、その後、作用電極で電気酸化され、作用電極に向けて電子を放出し、作用電極を介して測定され得る電流測定用電流がもたらされ得る。
[0045] 還元反応または酸化反応のいずれかによって生成された電流は、反応速度に略比例する。さらに、反応速度は、分析物分子が電気化学センサ電極に到達し、直接的にまたは試薬による触媒作用を通じて、還元反応または酸化反応を促す速度に応じて変化する。分析物分子がサンプル領域から電気化学センサ電極へと拡散する速度が、追加の分析物分子が周囲領域からサンプル領域へと拡散する速度を略同一である安定した状態では、反応速度は、分析物分子の濃度に略比例する。したがって、作用電極を介して測定された電流は、分析物濃度の指標を提供する。
[0046] コントローラ１５０は、任意で、画素アレイ１６４を動作させるためのディスプレイドライバモジュール１５４を備え得る。画素アレイ１６４は、マトリックス状に配置された、別個にプログラム可能な光透過、光反射、および／または、光放出画素のアレイであり得る。個々の画素回路は、任意で、液晶技術、微小電子機械技術、放射ダイオード技術などを含み、ディスプレイドライバモジュール１５４からの情報に従って、選択的に光を透過、反射、および／または、放出することができる。このような画素アレイ１６４は、任意で、２つ以上の画素の色（例えば、赤、緑、および青色画素）を含み、視覚的コンテンツをカラー描画してもよい。ディスプレイドライバモジュール１５４は、例えば、画素アレイ１６４内の別個にプログラムされた画素にプログラミング情報を提供する１つ以上のデータラインと、このプログラミング情報を受信する画素グループを設定するための１つ以上のアドレス指定線を備え得る。目に載置されたこのような画素アレイ１６４は、画素アレイからの光を目で知覚可能な焦点面へと誘導するための１つ以上のレンズを備えてもよい。
[0047] コントローラ１５０は、アンテナ１７０を介して情報を送信および／または受信するための通信回路１５６も備え得る。通信回路１５６は、任意で、搬送周波数の情報を、アンテナ１７０によって送信および／または受信されるように変調および／または復調するための１つ以上の発振器、ミキサ、周波数注入器などを備え得る。場合により、眼球装着デバイス１１０は、アンテナ１７０のインピーダンスを、外部の読取装置１８０によって感知可能な態様で変調することにより、バイオセンサからの出力を示すように構成される。例えば、通信回路１５６は、アンテナ１７０からの後方散乱放射の振幅、位相、および／または、周波数の変動を引き起こし、この変動が読取装置１８０によって検出され得る。
[0048] コントローラ１５０は、インタコネクト１５１を介してバイオインタラクティブ電子機器１６０に接続される。例えば、コントローラ１５０が集積回路内に実装されてセンサインタフェースモジュール１５２および／またはディスプレイドライバモジュール１５４を形成する論理素子を含む場合、パターニングされた導電性材料（例えば、金、プラチナ、パラジウム、チタン、銅、アルミニウム、銀、金属、それらの組み合わせなど）は、チップ上の端子をバイオインタラクティブ電子機器１６０に接続させることができる。同様に、コントローラ１５０は、インタコネクト１５７を介してアンテナ１７０に接続される。
[0049] なお、図１に示すブロック図は、説明の便宜上、機能的なモジュールに関連して記載されている。しかし、眼球装着デバイス１１０の実施形態は、単一のチップ、集積回路、および／または物理的フィーチャ内に実現される１つ以上の機能的なモジュール（サブシステム）を含んで構成されてもよい。例えば、整流器／調整器１４６は電源供給ブロック１４０内に図示されているが、整流器／調整器１４６は、コントローラ１５０の論理素子および／または眼球装着デバイス１１０内の埋め込み電子機器の他のフィーチャも含むチップ内に実現されてもよい。したがって、電源１４０からコントローラ１５０に供給されるＤＣ供給電圧１４１は、チップ上で、同一チップ内の整流器／調整器コンポーネントによって供給される供給電圧であり得る。すなわち、電源供給ブロック１４０およびコントローラブロック１５０として示された図１の機能ブロックは、それぞれ別個のモジュールとして実現されなくてもよい。さらに、図１に示される１つ以上の機能モジュールは、別個にパッケージ化されたチップとして互いに電気接続されて実現されてもよい。
[0050] それに加え、またはその代わりに、エネルギ収集アンテナ１４２および通信アンテナ１７０は、同一の物理アンテナとして実現されてもよい。例えば、ループアンテナは、入射する放射と電力生成のために収集することも、後方散乱放射を介して情報を伝達することもできる。
[0051] 外部の読取装置１８０は、眼球装着デバイス１１０に対して無線信号１７１を送受信するためのアンテナ１８８（または２つ以上から成る一組のアンテナ）を備える。外部の読取装置１８０は、また、メモリ１８２と通信するプロセッサ１８６を有する計算システムも備える。メモリ１８２は、プロセッサ１８６によって読み取り可能な磁気ディスク、光ディスク、有機メモリおよび／または任意の他の揮発性（例えば、ＲＡＭ）もしくは不揮発性（例えば、ＲＯＭ）記憶システム（これらに限定されない）を含み得る非一時的なコンピュータ読取可能な媒体である。メモリ１８２は、（例えば、分析物バイオセンサ１６２からの）センサ読み取り値、（例えば、眼球装着デバイス１１０および／または外部の読取装置１８０の挙動を調節するための）プログラム設定などのデータの指標を記憶するデータ記憶部１８３含み得る。メモリ１８２は、プロセッサ１８６により実行されるプログラム命令１８４も含み、この命令１８４によって特定された処理を外部の読取装置１８０に実行させ得る。例えば、プログラム命令１８４は、外部の読取装置１８０に眼球装着デバイス１１０から伝達された情報（例えば、分析物バイオセンサ１６２からのセンサ出力）の検索を可能にするユーザインタフェースを提供させることができる。外部の読取装置１８０は、また、眼球装着デバイス１１０に対して無線信号１７１を送受信するようにアンテナ１８８を動作させるための１つ以上のハードウェアコンポーネントも備え得る。例えば、発振器、周波数注入器、エンコーダ、デコーダ、増幅器、フィルタなどは、プロセッサ１８６からの命令に従ってアンテナ１８８を駆動することができる。
[0052] 外部の読取装置１８０は、無線通信リンク１７１を提供するのに十分な無線接続性を有するスマートフォン、携帯情報端末（digital assistant）、または、他の携帯型計算デバイスであり得る。外部の読取装置１８０は、例えば、通信リンク１７１が、携帯型計算デバイスでは通常使用されない搬送波周波数で動作する場合などにおいて、携帯型通信デバイスに接続され得るアンテナモジュールとして実現することもできる。場合によっては、外部の読取装置１８０は、無線通信リンク１７１が低電力の割当で動作することが可能になるように着用者の目の比較的近くに着用されるように構成される特殊用途デバイスである。例えば、外部の読取装置１８０は、ネックレス、イヤリングなどのジュエリー内に一体化されたり、帽子、ヘッドバンドなど頭部付近に着用される服飾商品内に一体化されたりすることもできる。
[0053] 眼球装着デバイス１１０が分析物バイオセンサ１６２を含む例では、システム１００は、目の表面上の涙膜内の分析物濃度を監視するように動作し得る。したがって、眼球装着デバイス１１０は、眼科用分析物バイオセンサ用のプラットフォームとして構成され得る。涙膜は、目を覆うために涙腺から分泌される水層である。涙膜は、目の構造内の毛細血管を通る供給血液と接触し、血液内に存在する、個人の健康状態を識別するために分析される多くのバイオマーカを含む。例えば、涙膜は、グルコース、カルシウム、ナトリウム、コレステロール、カリウム、他のバイオマーカ等を含む。涙膜内のバイオマーカ濃度は、血液内のバイオマーカの対応する濃度とは実質的に異なり得るが、２つの濃度レベル間の関係を確立して、涙膜バイオマーカ濃度値を血中濃度レベルにマッピングすることができる。例えば、涙膜中のグルコース濃度は、対応する血中グルコース濃度の約１０分の１であると確立（例えば、経験的に決定）することができる。それにより、涙膜内の分析物濃度レベルを測定することで、人体外で分析する一定量の血液を切開により採取する血液採取技術と比較して、バイオマーカレベルを監視するための非侵襲性技術が提供される。さらに、本明細書に開示される眼科用分析物バイオセンサプラットフォームは、分析物濃度のリアルタイムモニタリングを可能にするべく、実質的に連続して動作することができる。
[0054] 涙膜分析物モニタとして構成されたシステム１００を使用して読み取りを実行するために、外部の読取装置１８０は、電源１４０を介して眼球装着デバイス１１０に電力供給するために収集された無線周波数放射１７１を放出することができる。エネルギ収集アンテナ１４２（および／または通信アンテナ１７０）により捕捉された無線周波数電気信号は、整流器／調整器１４６内で整流および／または調整され、調整後のＤＣ供給電圧１４７がコントローラ１５０に供給される。これにより無線周波数放射１７１が眼球装着デバイス１１０内の電子コンポーネントを作動させる。作動すると、コントローラ１５０は、分析物バイオセンサ１６２を動作させて、分析物濃度レベルを測定する。例えば、センサインタフェースモジュール１５２は、分析物バイオセンサ１６２内の作用電極と参照電極と間に電圧を印加し得る。印加電圧は、作用電極において分析物に電気化学反応を起こさせ、それにより作用電極を介して測定され得る電流測定用電流を生成するのに十分な電圧であり得る。測定された電流測定用電流は、分析物濃度を示すセンサ読み取り値（結果）を提供し得る。コントローラ１５０は、アンテナ１７０を動作させて、センサ読み取り値を（例えば、通信回路１５６を介して）外部の読取装置１８０に送り返し得る。センサ読み取り値は、例えば、インピーダンスの変調が外部の読取装置により検出されるように、通信アンテナ１７０のインピーダンスを変調することにより伝達され得る。アンテナインピーダンスの変調は、例えば、アンテナ１７０からの後方散乱放射によって検出され得る。
[0055] いくつかの実施形態において、システム１００は、コントローラ１５０および電子機器１６０に電力供給するために、眼球装着デバイス１１０に非連続的（「断続的」）にエネルギを供給するように動作し得る。例えば、無線周波数放射１７１は、涙膜分析物濃度測定を実行し、かつその結果を伝達するのに十分な時間にわたり、眼球装着デバイス１１０に電力供給するべく供給されてもよい。例えば、供給された無線周波数放射は、作用電極で電気化学反応を誘発し、その結果生じる電流測定用電流を測定し、かつ、測定された電流測定用電流を示すように後方散乱放射を調節するようにアンテナインピーダンスを変調するのに足る電位を作用電極と参照電極との間に印加するのに十分な電力を供給することができる。そのような例では、供給された無線周波数放射１７１は、外部の読取装置１８０から眼球装着デバイス１１０に測定を要求するための呼びかけ信号とみなされ得る。眼球装着デバイス１１０に対し、（例えば、このデバイスを一時的に作動させるために無線周波数放射１７１を供給することにより）定期的に呼びかけを行い、センサ結果を（例えば、データ記憶部１８３を介して）格納することにより、外部の読取装置１８０は、眼球装着デバイス１１０に連続的な電力供給を行わずに、ある期間にわたる一組の分析物濃度測定値を蓄積することができる。
[0056] 図２Ａは、眼球装着デバイス２１０（または、眼科用電子機器プラットフォーム）の一例を示す上面図である。図２Ｂは、図２Ａに示した眼球装着デバイスの例の側面図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂの相対的寸法は、必ずしも縮尺通りではなく、例示した目に装着可能な電子デバイス２１０の構成の記載にあたって、単に説明を目的として描画されたものである。眼球装着デバイス２１０は、湾曲したディスクとして成形された高分子材料２２０から形成される。高分子材料２２０は、眼球装着デバイス２１０が目に装着されている間、入射光を目まで透過させることができるように実質的に透明であり得る。高分子材料２２０は、検眼における視力矯正用および／または化粧用コンタクトレンズを形成するのに採用されるものと同様の、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（ｐｏｌｙＨＥＭＡ）、シリコーンヒドロゲル、これらの組み合わせなどの生体適合性材料であり得る。高分子材料２２０は、一方の側に、目の角膜表面上に装着するのに適した凹面２２６を有するように形成され得る。ディスクの反対側には、眼球装着デバイス２１０が目に装着されている間、眼瞼の動きと干渉しない凸面２２４を有する。円形の外側縁２２８は、凹面２２４と凸面２２６とを接続する。
[0057] 眼球装着デバイス２１０は、およそ１センチメートルの直径および約０．１〜０．５ミリメートルの厚さなど、視力矯正用および／または化粧用コンタクトレンズと同様の寸法を有し得る。ただし、これらの直径および厚さの値は、単に説明を目的として提示するものである。いくつかの実施形態において、眼球装着デバイス２１０の寸法は、着用者の目の角膜表面のサイズおよび／または形状に応じて選択することができる。
[0058] 高分子材料２２０は、多様に湾曲した形状に形成され得る。例えば、視力矯正コンタクトレンズを形成するのに採用されるような技術と同様の、熱成形、射出成形、スピンコーティングなどの技術を採用して、高分子材料２２０を形成することができる。眼球装着デバイス２１０が目に装着されている時には、凸面２２４は、外向きに周囲環境に面し、凹面２２６は、内向きに角膜表面に面する。したがって、凸面２２４は、眼球装着デバイス２１０の外側の上面であるとみなされ、凹面２２６は、内側の下面であるとみなされ得る。図２Ａの「下面」図は、凹面２２６側に面している。図２Ａにおいて下から見ると、湾曲したディスクの外周付近の外側周辺部２２２は、頁外に延びるように湾曲され、一方、ディスクの中心付近の中心領域２２１は、頁内に延びるように湾曲される。
[0059] 基板２３０は、高分子材料２２０内に埋め込まれる。基板２３０は、高分子材料２２０の中心領域から離れた、外側周辺部２２２に沿って位置付けられるように埋め込まれ得る。基板２３０は、焦点に入るには目に近過ぎ、かつ、入射光を目の知覚部分へと透過させる中心領域２２１からは離れて位置決めされているために、視野に干渉しない。さらに、基板２３０は、視覚への影響をさらに軽減するために、透明材料から形成されてもよい。
[0060] 基板２３０は、平坦な環状リング（例えば、中心孔を有するディスク）として成形され得る。基板２３０の（例えば、半径方向の幅に沿った）平坦面は、（例えば、フリップチップ実装により）チップなどの電子機器を実装し、導電性材料に（例えば、フォトリソグラフィ、堆積、めっき法などの超微細加工技術により）パターニングして、電極、アンテナ、および／またはインタコネクトを形成するためのプラットフォームである。基板２３０および高分子材料２２０は、共通の中心軸を中心にて、略円筒対称であり得る。基板２３０は、例えば、約１０ミリメートルの直径、約１ミリメートルの半径方向幅（例えば、外半径が内半径よりも１ミリメートルほど大きい）、および約５０マイクロメートルの厚さを有し得る。ただし、これらの寸法は、例示のみを目的として提示され、本開示をいかようにも限定するものではない。基板２３０は、図１に関連して上述した基板１３０と同様に、様々なフォームファクタで実現され得る。
[0061] ループアンテナ２７０、コントローラ２５０、およびセンサ電子機器２６０は、埋め込まれた基板２３０上に配置される。コントローラ２５０は、センサ電子機器２６０およびループアンテナ２７０を動作させるように構成される論理素子を含むチップであり得る。コントローラ２５０は、同様に基板２３０に位置付けられるインタコネクト２５７によりループアンテナ２７０に電気的に接続される。同様に、コントローラ２５０は、インタコネクト２５１によりセンサ電子機器２６０に電気的に接続される。インタコネクト２５１、２５７、ループアンテナ２７０、および（例えば、電気化学分析物センサ用などの）導電性電極は、堆積、フォトリソグラフィなどの導電性材料を精密にパターニングするためのプロセスによって、基板２３０上にパターニングされた導電性材料から形成され得る。基板２３０上にパターニングされる導電性材料としては、例えば、金、プラチナ、パラジウム、チタン、炭素、アルミニウム、銅、銀、塩化銀、不活性材料から形成される導電体、金属、これらの組み合わせなどが挙げられる。
[0062] 眼球装着デバイス２１０の凸面２２４側に面する図２Ａに示されるように、バイオインタラクティブ電子機器モジュール２６０は、基板２３０の凸面２２４側の面に実装される。バイオインタラクティブ電子機器モジュール２６０が分析物バイオセンサを含む場合、例えば、そのようなバイオセンサを、基板２３０上の凸面２２４の近くに実装することで、バイオセンサが、高分子材料２２０の凸面２２４を覆う涙膜４２（例えば、眼瞼の動きにより拡散された涙膜層）内の分析物濃度を感知できるようになる。しかし、基板２３０上に位置付けられる電子機器、電極等は、「内向きに」面した側（例えば、凹面２２６の最も近くに位置付けられる）と、「外向きに」面した側（例えば、凸面２２４の最も近くに位置付けられる）とのいずれの側に実装されてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、一部の電子コンポーネントを基板２３０の一方側に実装し、他の電子コンポーネントを反対側に実装し、基板２３０を貫通する導電性材料によってそれら２つの間を接続するようにしてもよい。
[0063] ループアンテナ２７０は、基板の平面に沿って平坦な導電性リングを形成するようにパターニングされた導電性材料の層である、いくつかの例において、高分子材料の曲率に沿ってさらなる可撓性を与えるために、ループアンテナ２７０は、互いに電気的に接合された複数の実質的に同心の部位を含み得る。それにより、各部位は、眼球装着デバイス２１０の凹湾曲／凸湾曲に沿って独立して撓むことができる。いくつかの例において、ループアンテナ２７０は、完全なループを成さずに形成されてもよい。例えば、アンテナ２７０は、図２Ａに例示するように、コントローラ２５０およびセンサ電子機器２６０用の空間を設けるための切欠きを有し得る。ただし、ループアンテナ２７０は、基板２３０の平面の周りを一周以上完全に囲む導電性材料の連続的なストリップとして構成することもできる。例えば、複数の巻き数を有する導電性材料のストリップを、基板２３０の、コントローラ２５０およびセンサ電子機器２６０とは反対側にパターニングすることができる。その場合、巻回されたアンテナの端部（例えばアンテナ引込線）間のインタコネクトは、コントローラ２５０まで基板２３０を貫通し得る。
[0064] 図２Ｃは、目１０の角膜表面２２に装着されている時の目に装着可能な電子デバイス２１０の例を示す側断面図である。図２Ｄは、図２Ｃに示されるように装着された一例の眼球装着デバイス２１０上にあるセンサ電子機器２６０を強調して示す拡大側断面図である。図２Ｄに示されるように、角膜表面２２に装着されている間、涙膜層４０、４２が凹面２２６および凸面２２４を覆う。なお、図２Ｃおよび２Ｄの相対寸法は、必ずしも縮尺通りではなく、例示した目に装着可能な電子デバイス２１０の構成の記載にあたって、単に説明を目的として描画されたものである。例えば、眼球装着デバイスの全体的な厚さは、約２００マイクロメートルであり得る一方、涙膜層４０、４２はそれぞれ約１０マイクロメートルであり得るが、この比率は図面中に反映されないこともある。例示を可能にし、かつ説明を容易にするために、一部の側面が誇張されている。
[0065] 目１０は、上眼瞼３０と下眼瞼３２とを目１０の上で合わせるように動かすことにより覆われる角膜２０を含む。入射光は、角膜２０を通して目１０で受けられ、目１０の光知覚要素（例えば、杆体および錐体）へと光学的に誘導されて、視覚を刺激する。眼瞼３０、３２の動きにより、涙膜は、目１０の露出した角膜表面２２全体にわたって拡散される。涙膜は、目１０を潤滑して保護するために涙腺から分泌される水溶液である。眼球装着デバイス２１０が目１０に装着されると、涙膜は、（凹面２２６に沿った）内層４０と（凸面２２４に沿った）外層４２とで、凹面２２６および凸面２２４の両方を覆う。涙膜層４０、４２は、約１０マイクロメートルの厚さであり、合わせて約１０マイクロリットルを占め得る。
[0066] 涙膜層４０、４２は、眼瞼３０、３２の動きによって、角膜表面２２および／または凸面２２４の全体にわたって拡散される。例えば、眼瞼３０、３２がそれぞれ上下に動くと、少量の涙膜が角膜表面２２および／または眼球装着デバイス２１０の凸面２２４の全体にわたって広がる。また、角膜表面２２上の涙膜層４０は、凹面２２６と角膜表面２２との間の毛細管力によって、眼球装着デバイス２１０の装着を容易にもする。いくつかの実施形態において、眼球装着デバイス２１０は、部分的には目に面した凹面２２６の凹湾曲による角膜表面２２に対する真空力によっても、目を覆って保持され得る。
[0067] 図２Ｃおよび図２Ｄの側断面図に示されるように、基板２３０は、基板２３０の平坦な装着面が凸面２２４の隣接部分に略平行になるように傾斜され得る。上述したように、基板２３０は、（高分子材料２２０の凹面２２６により近い）内向き面２３２と、（凸面２２４により近い）外向き面２３４とを有する平坦なリングである。基板２３０は、実装面２３２、２３４のいずれかもしくは両方に実装された電子コンポーネントおよび／またはパターニングされた導電性材料を有し得る。図２Ｄに示すように、センサ電子機器２６０、コントローラ２５０、および導電性のインタコネクト２５１は、内向き面２３２上に実装された場合よりも、センサ付電子機器２６０が凸面２２４比較的近接するように、外向き面２３４上に実装される。
ＩＩＩ．眼科用電気化学分析物センサ
[0068] 図３は、涙膜分析物濃度を電気化学的に測定するためのシステム３００の機能ブロック図である。システム３００は、外部の読取装置３４０によって電力供給される電子コンポーネントが埋め込まれた眼球装着デバイス３１０を備える。眼球装着デバイス３１０は、外部の読取装置３４０から無線周波数放射を捕捉するためのアンテナ３１２を備える。眼球装着デバイス３１０は、埋め込まれた電子機器を動作させるための電力供給電圧３３０、３３２を生成するための整流器３１４、エネルギ蓄積部３１６、および調整器３１８を備える。眼球装着デバイス３１０は、センサインタフェース３２１によって駆動される作用電極３２２および参照電極３２３を有する電気化学センサ３２０を備える。眼球装着デバイス３１０は、アンテナ３１２のインピーダンスを変調する（３２５）ことにより、センサ３２０から外部の読取装置３４０に結果を伝達するためのハードウェア論理３２４を含む。図１および２に関連して上述した眼球装着デバイス１１０、２１０と同様に、眼球装着デバイス３１０は、目に装着されるように構成された高分子材料内に埋め込まれた実装基板を備え得る。電気化学センサ３２０は、目の表面に近接した基板の実装面上（例えば、基板２３０の内向き面側２３２のバイオインタラクティブ電子機器２６０に対応して）に位置決めされ、眼球装着デバイス３１０と目（例えば、眼球装着デバイス２１０と角膜表面２２との間の内側涙膜層４０）との間に介在する涙膜層内の分析物濃度を測定することができる。
[0069] 図３を参照すると、電気化学センサ３２０は、試薬により触媒作用を与えられた分析物の生成物が作用電極３２２において電気化学反応（例えば、還元反応および／または酸化反応）を起こすのに十分な電圧を、電極３２２、３２３間に印加することによって、分析物濃度を測定する。作用電極３２２における電気化学反応は、この作用電極で測定され得る電流測定用電流を生成する。センサインタフェース３２１は、例えば、作用電極３２２と参照電極３２３との間に還元電圧を印加して、試薬により触媒作用を受けた分析物からの生成物を、作用電極３２２において還元させ得る。それに加えて、またはその代わりに、センサインタフェース３２１は、作用電極３２２と参照電極３２３との間に酸化電圧を印加して、試薬により触媒作用を受けた分析物からの生成物を、作用電極３２２において酸化させ得る。センサインタフェース３２１は、電流測定用電流を測定し、ハードウェア論理３２４に出力を提供する。センサインタフェース３２１は、例えば、両電極３２２、３２３に接続されたポテンショスタットを備え、作用電極３２２と参照電極３２３との間に電圧を印加することと、結果として生じた電流測定用電流を、作用電極３２２を介して測定することとを同時に行うことができる。
[0070] 整流器３１４、エネルギ蓄積部３１６、および電圧調整器３１８は、受けた無線周波数放射３４１からエネルギを収集するように動作する。無線周波数放射３４１は、アンテナ３１２の引込線上に無線周波数電気信号を生じさせる。整流器３１４は、アンテナ引込線に接続され、無線周波数電気信号をＤＣ電圧に変換する。エネルギ蓄積部３１６（例えば、コンデンサ）は、整流器３１４の出力に接続され、ＤＣ電圧上の高周波数ノイズをフィルタ除去する。調整器３１８は、フィルタ処理されたＤＣ電圧を受け、ハードウェア論理３２４を動作させるためのデジタル供給電圧３３０と、電気化学センサ３２０を動作させるためのアナログ供給電圧３３２との両方を出力する。例えば、アナログ供給電圧は、センサインタフェース３２１により、センサ電極３２２，３２３間に電圧を印加して電流測定用付電流を生成させるために使用される電圧であり得る。デジタル供給電圧３３０は、およそ１．２Ｖ、およそ３Ｖといったデジタル論理回路を駆動するのに適した電圧であり得る。外部の読取装置３４０（または、周囲放射などの別のソース）から無線周波数放射３４１を受けることにより、供給電圧３３０、３３２がセンサ３２０およびハードウェア論理３２４に供給される。電力供給を受けている間、センサ３２０およびハードウェア論理３２４は電流測定用電流を生成および測定し、その結果を伝達するように構成される。
[0071] センサの結果は、アンテナ３１２からの後方散乱放射３４３を介して、外部の読取装置３４０に返され得る。ハードウェア論理３２４は、電気化学センサ３２０から出力電流を受け、センサ３２０によって測定された電流測定用電流に応じて、アンテナ３１２のインピーダンスを変調する（３２５）。アンテナインピーダンスおよび／またはアンテナインピーダンスの変化は、後方散乱信号３４３を介して外部の読取装置３４０によって検出される。外部の読取装置３４０は、後方散乱信号３４３によって示された情報を復号化し、計算システム３４６にデジタル入力を供給するアンテナフロントエンド３４２および論理コンポーネント３４４を備え得る。外部の読取装置３４０は（例えば、アンテナ３１２のインピーダンスをセンサ３２０からの出力に関連付ける予めプログラムされた関係に従って、計算システム３４６により）後方散乱信号３４３をセンサ結果に関連付ける。計算システム３４６は、その後、示されたセンサ結果（例えば、涙膜分析物濃度値）を、ローカルメモリおよび／またはネットワーク接続されたメモリ内に格納し得る。
[0072] いくつかの実施形態において、別個の機能ブロックに示された１つ以上の特徴は、単一チップ上で実現（「パッケージ化」）されてもよい。例えば、眼球装着デバイス３１０は、整流器３１４、エネルギ蓄積部３１６、電圧調整器３１８、センサインタフェース３２１、およびハードウェア論理３２４が、単一のチップまたはコントローラモジュール内にパッケージ化された状態で実現されてもよい。そのようなコントローラは、ループアンテナ３１２およびセンサ電極３２２、３２３に接続されたインタコネクト（「リード」）を有し得る。そのようなコントローラは、ループアンテナ３１２で受けられたエネルギを収集し、電流測定用電流を発生させるのに十分な電圧を電極３２２、３２３間に印加し、電流測定用電流を測定し、測定された電流を（例えば、後方散乱放射３４３によって）アンテナ３１２を介して示すように動作する。
[0073] 図４Ａは、眼球装着デバイス内の電流測定センサを動作させて涙膜分析物濃度を測定するプロセス４００を示すフローチャートである。無線周波数放射は、埋め込まれた電気化学センサを含む眼球装着デバイス内のアンテナで受けられる（４０２）。受けられた放射に起因する電気信号は、整流および調整されて、電気化学センサおよび関連するコントローラに電力供給する（４０４）。例えば、整流器および／または調整器は、アンテナ引込線に接続されて、電気化学センサおよび／またはコントローラに電力供給するためのＤＣ供給電圧を出力する。作用電極において電気化学反応を引き起こすのに十分な電圧が、電気化学センサの作用電極と参照電極との間に印加される（４０６）。電流測定用電流は、作用電極を介して測定される（４０８）。例えば、ポテンショスタットは、作用電極と参照電極との間に電圧を印加しつつ、結果として生じる電流測定用電流を、作用電極を介して測定することができる。測定された電流測定用電流は、アンテナにより無線で示される（４１０）。例えば、後方散乱放射は、アンテナインピーダンスを変調することにより、センサ結果を示すように操作され得る。
[0074] 図４Ｂは、外部の読取装置を動作させて眼球装着デバイス内の電気化学センサに呼びかけを行い、涙膜分析物濃度を測定するプロセス４２０を示すフローチャートである。無線周波数放射は、外部の読取装置から目の中に装着された電気化学センサに送られる（４２２）。送られた放射は、測定を実行し、その結果を伝達するのに十分な期間、この放射からのエネルギにより電気化学センサに電力供給するのに十分な放射である（４２２）。例えば、電気化学センサに電力供給するために使用される無線周波数放射は、図３に関連して上述したような、外部の読取装置３４０から眼球装着デバイス３１０に送られる放射３４１と同様であってよい。その後、外部の読取装置は、電気化学分析物センサによる測定値を示す後方散乱放射を受ける（４２４）。例えば、後方散乱放射は、図３に関連して上述したような、眼球装着デバイス３１０から外部の読取装置３４０に送られる後方散乱信号３４３と同様であってよい。外部の読取装置によって受けられた後方散乱放射は、その後、涙膜分析物濃度と関連付けられる（４２６）。場合によって、分析物濃度値は、外部の（例えば、計算システム３４６内の）読取装置メモリおよび／またはネットワーク接続されたデータ記憶装置に格納され得る。
[0075] 例えば、センサ結果（例えば、測定された電流測定用電流）は、後方散乱アンテナのインピーダンスを変調することにより、後方散乱放射内で暗号化され得る。外部の読取装置は、後方散乱放射の周波数、振幅、および／または位相ずれに基づいて、アンテナインピーダンスおよび／またはアンテナインピーダンスの変化を検出することができる。センサ結果は、その後、眼球装着デバイス内で採用された暗号化ルーチンを逆転することによってインピーダンス値をセンサ結果と関連付けることにより、抽出され得る。したがって、読み取り装置は、検出されたアンテナインピーダンス値を電流測定用電流値に対してマッピングすることができる。電流測定用電流値は、電流測定用電流と関連する涙膜分析物濃度とを関連付ける感度（例えば、換算係数）で、涙膜分析物濃度に略比例している。感度値は、例えば、経験的に導き出された較正係数に部分的に応じて決定され得る。
ＩＶ．電気化学センサへの分析物の伝播
[0076] 図５Ａは、電気化学センサが、高分子材料２２０を覆う外側涙膜層４２から分析物を検出する構成の一例を示す。電気化学センサは、図３に関連して上述した電気化学センサ３２０と同様であり、作用電極５２０および参照電極５２２を備える。作用電極５２０および参照電極５２２は、それぞれ、基板２３０の外向き面２２４上に実装される。基板２３０は、電気化学センサの電極５２０、５２２が高分子材料２２０の重なり部分５１２によって完全に覆われるように、眼球装着デバイス２１０の高分子材料２２０内に埋め込まれる。このため、電気化学センサ内の電極５２０、５２２は、重なり部分５１２の厚さ分だけ、外側涙膜層４２から離隔されている。例えば、重なり領域５１２の厚さは、約１０マイクロメートルであり得る。
[0077] 涙膜４２内の分析物は、重なり部分５１２を通って作用電極５１０まで拡散する。外側涙膜層４２から作用電極５２０への分析物の拡散は、方向を示す矢印５１０によって図示されている。作用電極５２０を介して測定された電流は、作用電極５２０における電気化学反応速度に基づき、この電気化学反応速度は、作用電極５２０へと拡散する分析物の量に基づく。この作用電極５２０に拡散する分析物の量は、外側涙膜層４２内の分析物の濃度と、分析物に対する高分子材料２２０の透過性と、重なり領域５１２の厚さ（つまり、分析物が外側涙膜層４２から作用電極５２０へと拡散する際に通過する高分子材料の厚さ）とに影響される。安定した状態での概算では、分析物は、作用電極５２０においてこの分析物が消費される速度と同一の速度で、涙膜４２の周囲領域から外側涙膜層４２に再供給される。分析物が外側涙膜層４２のプローブされた領域に再供給される速度は、分析物の涙膜濃度に略比例するため、電流（つまり、電気化学反応速度）は、外側涙膜層４２内の分析物の濃度の指標である。
[0078] 図５Ｂは、電気化学センサが、高分子材料２２０内のチャネル５３０を介してセンサに接触する涙膜から分析物を検出する構成の一例を示す。チャネル５３０は、高分子材料２２０の凸面２２４と基板２３０および／または電極５２０、５２２とを接続する側壁５３２を有する。チャネル５３０は、例えば、高分子材料２２０の加圧成形または鋳込みを行うことによって形成され得る。チャネル５３０は、封入成形（encapsulation）後、センサ電極５２０、５２２を覆う高分子材料を選択的に除去することによって形成されてもよい。例えば、酸素プラズマ処理を使用して、センサ電極５２０、５２２を露出させるように、これらセンサ電極を覆う高分子材料をエッチング除去することができる。場合によっては、センサ電極５２０、５２２は、酸素プラズマ処理によって容易にエッチングされない、例えば、金属材料などの材料から形成されている場合もある。したがって、センサ電極は、チャネル５３０を形成する際のエッチング止めとして機能し得る。チャネル５３０の高さ（例えば、側壁５３２の長さ）は、基板２３０の内向き面と凸面２２４との間の離隔距離に対応する。したがって、基板２３０が凸面２２４から約１０マイクロメートル離れて位置決めされている場合、チャネル５３０は、およそ１０マイクロメートルの高さを有する。チャネル５３０は、外側涙膜層４２とセンサ電極５２０、５２２とを流体接続させる。したがって、作用電極５２０は、外側涙膜層４２に対して直接曝される。その結果、作用電極５２０への分析物の伝播は、対象の分析物に対する高分子材料２２０の透過性に影響されない。結果として生じる凸面２２４の窪みは、センサ電極５２０、５２２付近の涙膜４２の量を局所的に増加させる。これにより、作用電極５２０における電気化学反応に分析物を（例えば、拡散により）与える分析物涙膜の量は増加する。したがって、図５Ｂに示されるセンサは、比較的大きい局所量の涙膜がサンプル領域を囲んで、を電気化学反応に分析物を与えるため、拡散が制限される電気化学反応の影響を受けにくい。
[0079] 図５Ｃは、電気化学センサが、高分子材料２２０の薄い領５４２域を通って拡散する涙膜４２から分析物を検出する一例の構成を示す。薄い領域５４２は、（例えば、成形、鋳込み、エッチング等により）凸面２２４の窪み５４０として形成され得る。高分子材料２２０の薄い領域５４２は、センサ電極５２０、５２２と、凸面２２４に接触するもの（例えば、眼瞼など）との間に生体適合性のコーティングを維持するように、電極５２０、５２２を実質的に封入する。凸面２２４の窪み５４２は、センサ電極５２０、５２２付近の涙膜４２の量を局所的に増加させる。方向を示す矢印５４４は、外側涙膜層４２から作用電極５２０への分析物の拡散を図示する。
[0080] 具体的に図示はされていないが、センサ電極５２０、５２２は、基板２３０の逆側、高分子材料２２０の凹面２２６および内側涙膜層４０に近い方に位置決めされてもよい。チャネルおよび／または薄い領域は、凹面２２６に設けられて、センサ電極を涙膜に曝す、かつ／または、分析物のセンサ電極への拡散を容易にすることもできる。
Ｖ．対称的な電極配置の例
[0081] いくつかの例において、電気化学センサは、作用電極の部分が、その両側において、参照電極の部分によって少なくとも部分的に囲まれるように配置される。このようにすることで、センサ電極間に電圧を印加すると、作用電極の囲まれた部分において、両側間で実質的に対称的な電圧傾度が展開される。したがって、両側において同様の電圧になるため、両側縁は、同様の有効性で電気化学反応を誘発することができる。したがって、作用電極を、参照電極の部分によって対称的に囲まれるように配置することにより、作用電極が両側ではなく片側のみで参照電極に面するようなセンサと比較して、参照電極に近接する（例えば、参照電極に面する）作用電極の全長を長くすることができる。電気化学反応は、参照電極に最も近い作用電極上の点（例えば、両電極間において、局所的な電圧傾度が最も大きい場所）に沿って最大の有効性で発生する傾向がある。これにより、参照電極に面する作用電極の長さ長くすること（例えば、１つの側縁に対して、２つの側縁にすること）で、参照電極により囲まれる作用電極の部分の両側縁に沿って対称的に電気化学反応が起こるため、電気化学反応の反応領域を大きくすることができる。このような対称的な電極配置を組み込んだセンサは、所与の分析物濃度について、相対的に大きな電流測定用電流を生成することができるため、当該センサの感度を高めることができる。さらに、本明細書に開示される対称的な電極配置は、全体的な電極のサイズを実質的に大きくすることなく、効果的にセンサ電極の反応領域を大きくすることができる。
[0082] 図６Ａは、電気化学センサ６０１における電極の対称配置の例を示す。図６Ａに図示された配置は、縮尺通りに描かれておらず、一例の構成を記載するための説明を目的として提示されるものである。電気化学センサ６０１は、涙膜における分析物濃度を検出するための眼球装着デバイス（例えば、図１〜３に関連して上述された眼球装着デバイス）内に含まれ得る。電気化学センサは、基板上に配置された作用電極６２０および参照電極６３０を備える。
[0083] 電極６２０、６３０は、それぞれ、作用電極６２０と参照電極６３０との間に電圧差ΔＶを印加することにより、センサ６０１を動作させるコントローラ６１０に電気的に接続される。電圧差ΔＶは、作用電極６２０から電子を放出させ、それにより作用電極６２０を介して測定され得る電流測定用電流を生成させる還元反応を作用電極６２０に発生させるのに十分な還元電圧であり得る。それに加えて、またはその代わりに、電圧差ΔＶは、電子を作用電極６２０に与え、それにより作用電極６２０を介して測定され得る電流測定用電流を生成させる酸化反応を作用電極６２０に発生させるのに十分な酸化電圧であってもよい。コントローラ６１０は、供給電圧Ｖｓｕｐｐｌｙによって電力供給され、電流測定用電流の指標を出力する。いくつかの実施形態において、コントローラ６１０は、ポテンショスタットを備え得る。
[0084] 図面における明確性のみを目的として、作用電極６２０は網掛けパターンで図示されているが、参照電極６３０は網掛けパターンで図示されていない。作用電極６２０は、基部６２２およびフィンガ延長部６２４ａ〜ｃを含む。同様に、参照電極６３０は、基部６３２および複数のフィンガ延長部６３４ａ〜ｄを含む。作用電極６２０および参照電極６３０は、これら２つの電極６２０、６３０のフィンガ延長部６２４ａ〜ｃおよび６３４ａ〜ｄが互いに噛み合わされるように配置され得る。いくつかの例において、センサ電極６２０、６３０は、少なくとも略同一面上であり得る（例えば、共通の基板上に配置される）。いくつかの例において、延長部６２４ａ〜ｃ、６３４ａ〜ｄは、それぞれ、センサ電極のそれぞれの基部６２２、６３２から少なくとも略垂直に延在し得る。いくつかの例では、延長部６２４ａ〜ｃおよび６３４ａ〜ｄは、互いに対し、少なくとも略平行に延在し得る。いくつかの例において、作用電極６２０の延長部６２４ａ〜ｃは、各延長部６２４ａ〜ｃの側縁に沿って、参照電極延長部６３４ａ〜ｄのうち最も近いものから少なくとも略等距離であり得る。
[0085] いくつかの例において、参照電極６２０の延長部６２４ａ〜ｃは、その両側において、参照電極６３０の延長部６３４ａ〜ｄによって少なくとも部分的に囲まれている。例えば、作用電極の延長部６２４ｃは、基部６２２に近い点から遠位端６２７まで基部６２２から延在している。延長部６２４ｃは、第１側縁６２５と、第１側縁に対向する第２側縁６２６とを含む。第１および第２側縁６２５、６２６は、延長部６２４ｃの幅（例えば、図６Ａにおいてｗｗｅと表示される作用電極延長部６２４ａの幅と同等の幅）を画定する。作用電極延長部６２４ｃの第１側縁６２５は、参照電極の１つの延長部６３４ｄに隣接し、第２側縁６２６は、参照電極の別の延長部６３４ｃに隣接する。延長部６２４ｃと２つの参照電極延長部６３４ｃ〜ｄとの間の電極間間隔（例えば、第１側端６２５と延長部６３４ｄとの間の間隙、および、第２側縁６２６と延長部６３４ｃとの間の間隙）は、両側縁６２５、６２６に沿って同等であってよい。例えば、両側に、ほぼ均一の間隙距離（例えば、図６Ａでｄｇａｐと示される間隙距離）を有し得る。別の例では、両側には、基部６２２と遠位端６２７との間で、対称的に変化する先細りの（あるいは、別の態様で変化する）間隙距離を有し得る。間隙距離ｄｇａｐは、作用電極の幅ｗｗｅと略等しくてもよく、あるいは、作用電極ｗｗｅよりも大きくても小さくてもよい。対称配置の結果、センサ電極６２０、６３０間に電圧が印加されている間、電位差は、作用電極延長部６２４ｃの両側縁６２５、６２６にそって同等である。作用電極の残りの延長部６２４ａ〜ｂも、同様に、対向する側縁が参照電極６３０のそれぞれの部分に隣接するように位置付けられる。つまり、作用電極延長部６２４ｂは、参照電極延長部６３４ｃおよび６３４ｂによって対称的に囲まれ、作用電極延長部６２４ａは、参照電極延長部６３４ｂおよび６３４ａにより対称的に囲まれる。
[0086] いくつかの実施形態において、作用電極６２０の寸法のうち少なくとも１つ（例えば、幅）は、１００マイクロメートル未満であり得る。いくつかの実施形態では、作用電極６２０は、少なくとも１つの寸法が約２５マイクロメートルである微小電極である。場合によっては、作用電極６２０は、幅が約１０マイクロメートルであるか、または幅（もしくは他の寸法）が１０〜１００マイクロメートルである場合もあってもよい。例えば、延長部６２４ａ〜ｃのそれぞれの幅ｗｗｅは、約２５マイクロメートルであり得る。参照電極６３０は、作用電極６２０の露出領域よりも約５倍大きい露出領域を有し得る。いくつかの例において、参照電極延長部６３４ａ〜ｄの幅ｗＲＥは、作用電極延長部６２４ａ〜ｃの幅ｗｗｅよりもおよそ５倍大きくてもよい。すなわち、参照電極延長部６３４ａ〜ｄは、約１２５マイクロメートルの幅ｗＲｅを有し、作用電極延長部６２４ａ〜ｃは約２５マイクロメートルの幅をｗｗｅ有し得る。
[0087] 作用電極延長部６２４ａ〜ｃの長さ（例えば、基部６２２と遠位端６２７との間の距離）は、全ての作用電極延長部６２４ａ〜ｃの全累積長さ（つまり、第１延長部６２４ａの長さ＋第２延長部６２４ｂの長さ＋第３延長部６２４ｃの長さ）が所望の長さになるように選択され得る。上述したように、電気化学センサ６０１の感度は、少なくとも部分的に、分析物をセンサ電極６２０、６３０に曝した時に分析物に生じる電気化学反応が誘発される回数によって決定される。電気化学反応は、参照電極６３０のそれぞれの部位に隣接し、局所的な電圧傾度が最も大きくなる作用電極６２０の側縁（例えば、延長部６２４ｃの側縁６２５、６２６および他の延長部６２４ａ〜ｂの側縁）に沿って優先的に誘発されるため、電気化学センサ６０１の感度は、少なくとも部分的には、そのような側縁の全長に応じて変化する。いくつかの実施形態において、所望のセンサ感度は、作用電極延長部の全累積長さが約１０００マイクロメートルである構成によって実現される。そのような対称的な構成において、参照電極のそれぞれの部分に隣接して位置付けられる作用電極の側縁の全長は、全累積長さのおよそ２倍（例えば、約２０００マイクロメートル）である。したがって、いくつかの実施形態には、それぞれが、所望の全累積長さの約半分の長さである２つの延長部を含む作用電極を有する構成が含まれ、他の実施形態には、（図６Ａに示されるように）それぞれが、所望の全累積長さの約３分の１の長さであり得る３つの延長部を含む作用電極を有する構成が含まれる。他の作用電極６２０の累積長さとして、参照電極のそれぞれの部位に隣接する作用電極側縁の所望の全長を提供するように、他の累積長さを選択して、所望のセンサ感度を実現することもできる。
[0088] センサ電極６２０、６３０の厚さ（例えば、基板上の高さ）は、１マイクロメートル未満であり得る。厚さ寸法は、例えば、約１マイクロメートル〜約５０ナノメートルであり、例えば、およそ５００ナノメートル、およそ２５０ナノメートル、およそ１００ナノメートル、およそ５０ナノメートルなどであってよい、場合によって、作用電極６２０は、約２５マイクロメートルの幅、約１０００マイクロメートルの長さ、および約０．５マイクロメートルの厚を有するように基板上にパターニングされた導電性材料であり得る。いくつかの実施形態において、参照電極６２２は、同様の厚さを有し、全面積が作用電極６２０よりも大きくてよい。例えば、参照電極６３０は、作用電極６２０よりも５倍大きい面積を有し得る。
[0089] 電極６２０、６３０は、それぞれ、（例えば、堆積技術、リソグラフィ技術などによって）基板上で導電性材料をパターニングすることにより形成され得る。導電性材料は、金、プラチナ、パラジウム、チタン、銀、塩化銀、アルミニウム、炭素、金属、不活性材料から形成される導電体、これらの組み合わせなどであり得る。いくつかの実施形態において、作用電極６２０は、実質的にプラチナ（Ｐｔ）から形成され得る。いくつかの実施形態では、参照電極６３０は、実質的に銀−塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）から形成され得る。
[0090] 図６Ｂは、電気化学センサ６０２における電極の対称配置の別の例を示す。図６Ｂに図示される配置は、縮尺通りに描かれておらず、一例の構成を記載するための説明を目的として提示されるものである。電気化学センサ６０２は、涙膜酸素濃度および／または他の分析物を検出するための眼球装着デバイス（例えば、図１〜３に関連して上述された眼球装着デバイス）内に含まれ得る。電気化学センサは、平坦なリングとして基板上に位置付けられた作用電極６４０および参照電極６５０を備える。図６Ａに示したセンサ６０１と同様に、電極６４０、６５０は、それぞれ、作用電極６４０と参照電極６５０との間に電圧差ΔＶを印加することによりセンサ６０２を動作させるコントローラ６１０に電気的に接続される。電圧差ΔＶは、作用電極６４０に、センサ電極６４０、６５０に曝された分析物との間で電気化学反応を誘発させる。この電気化学反応により、作用電極６４０を介して測定され得る電流測定用電流が生成される。
[0091] 図面における明確性を目的として、作用電極６４０は網掛けパターンで図示され、参照電極６５０は網掛けパターンで図示されていない。参照電極６５０は、外側リング部位６５２および内側リング部位６５４を含み、参照電極６５０のこれら２つの部位６５２、６５４間に作用電極６４０を介在させている。作用電極６４０の介在部分は、参照電極６５０の２つの部位６５２、６５４間のインタコネクトを可能にする切欠きを有するリング状領域である。作用電極６４０のリング状領域は、第１部分６４２ａおよび第２部分６４２ｂを含み、これらの部分は、それぞれ略半円弧状であり、参照電極６５０の外側リング部位６５２の切欠きを通る基部に接合されている。作用電極６４０の２つの部分６４２ａ〜ｂは、対向する側縁が、それぞれ、参照電極６５０のそれぞれの部位６５２、６５４と隣接するように配置される。例えば、作用電極６４０の第１部分６４２ａは、外側側縁６４３および内側側縁６４４を含み、それらの側縁は、それぞれ、略同心の半円弧状に成形され得る。外側側縁６４３は、外側リング状部位６５２に隣接し、内側側縁６４４は、内側リング状部位６５４に隣接する。図６Ａに関連して上位述したセンサ６０１の対称配置と同様に、作用電極６４０は、対向する側縁（例えば、側縁６４３、６４４）において、参照電極６５０のそれぞれの部位によって囲まれる。したがって、センサ６０２は、作用電極６４０の両側に沿って、少なくとも略同等の有効性で電気化学反応を誘発する。
[0092] 平坦なリングは、電極６４０、６５０間の離隔距離が、これら電極６４０、６５０の周縁に沿って実質的に均一になるように、同心状に（例えば、共通の中心点を有するように）配置され得る。他の例では、作用電極６４０の対向する側縁と参照電極６５０との間の離隔距離は、離隔距離が、対向する側縁（例えば、対向する側縁６４３、６４４）間で対称的になるように、延長部６２４ａ〜ｂの長さに沿って対称的に変化する先細りの（または他の態様で変化する）間隙距離を有してもよい。
[0093] 作用電極６４０の延長部６４２ａ〜ｂは、約２５マイクロメートルの幅、約５００ナノメートルの厚さ、約１０００マイクロメートルの全累積長さを有し得る。参照電極６５０は、作用電極６４０の面積よりも約５倍大きい全面積を有し得る（例えば、第１部位および第２部位６５２、６５４の半径方向の幅は、およそ１２５マイクロメートルであり得るが、作用電極延長部６４２ａ〜ｂの幅は約２５マイクロメートルであり得る）。しかし、同心のリング配置は、他の寸法で実現されてもよい。
[0094] いくつかの実施形態において、作用電極は、おおむね同心状のリングの少なくとも一部分（つまり、円弧）を形成する複数の延長部を有するように構成され得る。そのような延長部のそれぞれは、対向する側縁に沿って同様の電圧傾度を有し、同様の有効性で電気化学反応を誘発するために使用され得るように参照電極のそれぞれの部位によって対称的に囲まれ得る。
[0095]図７Ａは、平坦なリング状基板の表面上に配置された電気化学センサ内の電極の同一平面配置の例を示す。図７Ａは、電気化学センサが実装された基板７０５の部分を図示する。基板７０５は、眼球装着デバイス内に埋め込まれるように構成され、図１〜５に関連して上述した基板２３０と同様のものであり得る。基板７０５は、内縁７０２および外縁７０４を有する平坦なリングとして成形され得る。図７Ａには、２つの縁７０２、７０４のそれぞれ一部のみを示しているが、両縁とも、少なくとも略円形であり得る。
[0096] 基板７０５は、チップ７１０を実装し、かつセンサ電極、アンテナ、チップ７１０上のパッド間もしくは端子間の導電性のインタコネクト、および他のコンポーネントをパターニングするための実装面を提供する。電気化学センサは、噛み合わせ配置でパターニングされた作用電極７２０および参照電極７３０を含む。作用電極７２０は、それぞれ比較的細い幅（例えば、約２５マイクロメートル）を有し得る４つのフィンガ７２４を含む。作用電極７２０は、一対の重なり合ったインタコネクト７４４、７４６によりチップ７１０の接続パッドに電気的に接続される。参照電極７３０は、基部７３２から延在するフィンガ７３４を含む。図７Ａに示すように、２つの電極７２０、７３０のフィンガ７２４、７３４は、互いに対して少なくとも略平行であり得る。さらに、電極７２０、７３０は、作用電極７２０のそれぞれのフィンガ７２４が、少なくとも略対称的な態様で、参照電極７３０の２つのフィンガ７３４の間に介在するように、噛みあわせ配置で配置され得る。このようにすることで、作用電極フィンガ７２４のそれぞれは、対向する両側縁に沿って同様の電圧傾度を有する。参照電極７３０は、複数の重なり合った点７４２でこの参照電極７３０に接続するインタコネクト７４０によってチップ７１０上の（不可視の）別のパッドに電気的に接続され得る。
[0097] チップ７１０は、また、追加の接続パッドを介して、他のコンポーネントに接続されてもよい。例えば、図７Ａに示すように、チップ７１０は、例えば、ループアンテナを成すように基板７０５の周りを実質的に円形に囲む電気めっきされた金など、パターニングされた導電性材料から形成され得るアンテナ引込線に接続されてもよい。
[0098] 図７Ｂは、電気化学センサ電極７２０、７３０を曝すように位置決めされたチャネル７５０を有する高分子材料内に埋め込まれた状態の図７Ａの配置を示す。図７Ｂにおいて、高分子材料は、図７Ａに示す基板７０５の一部分に重畳したハッチングパターンによって図示されている。チャネル７５０は、封入成形された高分子材料の一部分を（例えば、エッチングや、フォトレジストにより画定された層を除去することなどによって）除去することにより形成され得る。チャネル７５０は、高分子材料を覆う涙膜が、センサ電極７２０、７３０に直接接触して、涙膜内の分析物が電極で電気化学反応を起こすことができるように、センサ電極７２０、７３０を含む領域を露出させる。チャネル７５０によって形成された露出領域は、所望の累積長さ（例えば、およそ１０００マイクロメートルの累積長さ）の作用電極７２０を含んでもよい。
[0099] 基板７０５上に電極が実装される図７Ａ〜７Ｂのセンサ電極配置では、２つの電極７２０、７３０の延長フィンガ７２４、７３４は、それぞれ、基板の側縁７０２、７０４に対して少なくとも略接線方向に向けられている。換言すると、噛み合わされたフィンガ７２４、７３４は、側縁７０２、７０４に対して局所的に平行な長さを有する。このようにすることで、電極７２０、７３０は、基板７０５の湾曲に、より適合することができる。電極のフィンガ７２４、７３４を側縁に対して局所的に平行に配置することで、基板７０５が眼球装着デバイスの凸湾曲に一致している（または、目に接触装着する際の応力または歪を調節する）場合でも電極フィンガ７２４、７３４のそれぞれが、単一の曲率半径に沿って位置付けられる。例えば、基板７０５は、この基板７０５が埋め込まれた眼球装着デバイスの凹湾曲に適合するように湾曲されている場合、個々のフィンガ延長部７２４、７３４は、実質的に電極間間隔に影響を与えることなく、各位置での局所的な曲率半径と一致することができる。対象的に、複数の曲率半径を横断するフィンガ延長部を有する構成は、その電極間間隔を、フィンガ延長部の長さに沿って、非均一な態様で調節しなくてはならい場合がある。
[0100] 図７Ａおよび７Ｂには具体的に図示されていないが、電気化学センサは、所望の分析物に対する電気化学センサの感度を高めるように、好適な試薬を作用電極７２０の近くに固定する試薬層を含み得る。
[0101] さらに、電気化学センサプラットフォームは、眼球装着デバイスまたは眼科用デバイスの例として本明細書に記載されている点に特に留意されたい。したがって、開示される電気化学センサおよび電極配置は、他の文脈においても同様に適用可能である。例えば、本明細書に開示される電気化学分析物センサは、着用可能な（例えば、身体に装着可能な）および／または植込み可能な電流測定分析物センサ内に含まれ得る。いくつかの文脈においては、電気化学分析物センサは、体液に接触すること、および／または、植え込まれることに適した生体適合性高分子材料によって実質的に封入されるように位置付けられる。一例において、口に装着可能なデバイスは、バイオセンサを備え、歯に隣接させる、または口の内面に付着させるなどして、口腔環境内に取り付けられるように構成される。別の例では、バイオセンサを備えた植込み型の医療デバイスは、生体適合性材料内に封入され、宿主生体内に植え込まれ得る。このような身体に装着されたおよび／または植え込まれたバイオセンサは、センサ電極間に電圧を印加し、結果として生じる電流を測定することにより電流測定センサを動作させるように構成される回路を備え得る。バイオセンサは、エネルギ収集システムと、センサ結果（つまり、測定された電流）を無線で示す通信システムも備え得る。センサ電極は、実質的に同一面内にあってもよく、作用電極は、参照電極の部分に対して噛み合わされた比較的細い延長部を含み得る。センサ電極は、作用電極の対向する側縁に沿った電圧傾度が実質的に対称になるように、作用電極が参照電極の部分によって実質的に囲まれた状態で対称的に配置され得る。そのような電流測定バイオセンサ内のセンサ電極は、図６Ａ〜７Ｂに関連して説明した眼球装着デバイスの例に関連して上述した対称配置された電極のいずれかと同様に配置されてもよい。
[00102] 本明細書において、多様な態様および実施形態を開示したが、他の態様および実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書で開示された多様な態様および実施形態は、例示を目的としており、限定を意図したものではない。本発明の真の範囲は、以下の請求の範囲により示されるものである。

Claims (15)

  1. 眼球装着デバイスであって、
    眼球に対向する面および外向きの面を有する高分子材料であって、前記眼球に対向する面は、目の表面の前で取り外し可能に装着されるように構成される、高分子材料と、
    前記高分子材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた基板と、
    前記基板上に配置されたアンテナと、
    前記基板上に配置され、かつ、（ｉ）第１側縁および第２側縁を有する作用電極と、（ｉｉ）参照電極であって、前記作用電極の前記第１側縁および前記第２側縁の少なくとも一部分が、前記参照電極のそれぞれの部位に隣接するように位置付けられる参照電極と、を備える、電気化学センサと、
    前記電気化学センサおよび前記アンテナに電気的に接続されたコントローラであって、（ｉ）前記眼球装着デバイスが曝された流体内の分析物の濃度に関連した電流測定用電流を生成するのに十分な電圧を前記作用電極と前記参照電極との間に印加し、（ｉｉ）前記電流測定用電流を測定し、かつ、（ｉｉｉ）前記アンテナを使用して、前記測定された電流測定用電流を示すように構成される、コントローラと、を備えた
    眼球装着デバイス。
  2. 前記作用電極は、基部から延在する複数の延長部を含み、前記複数の延長部のそれぞれは、前記参照電極のそれぞれの部位に少なくとも部分的に隣接する第１側縁および第２側縁を含む、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  3. 前記作用電極の前記複数の延長部と、前記参照電極の前記それぞれの部位とは、互いに噛み合わされている、請求項２に記載の眼球装着デバイス。
  4. 前記作用電極に隣接した前記参照電極の前記それぞれの部位は、前記電圧の印加中、結果的に生じる電圧傾度が、前記作用電極の前記第１側縁および前記第２側縁に沿って実質的に対称的になるように、前記作用電極の前記第１側縁および前記第２側縁に沿って対称的に配置される、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  5. 前記作用電極および前記参照電極は、実質的に同一平面上にある、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  6. 前記作用電極および前記参照電極は、実質的に平行な噛み合い延長部として配置され、
    前記作用電極は延長部を含み、当該延長部は、前記電圧の印加中、当該延長部の対向する側縁に沿って生じる電圧傾度が前記対向する側縁間で実質的に対称的になるように、前記参照電極のそれぞれの延長部から略等距離である、
    請求項５に記載の眼球装着デバイス。
  7. 前記作用電極および前記参照電極は、実質的に同心の部分リングとして配置され、
    前記作用電極は部分リングを含み、前記電圧の印加中、当該作用電極部分リングの対向する円形側縁に沿って生じる電圧傾度が、前記対向する円形側縁間で実質的に対称的になるように、前記同心配置の半径方向に沿って、前記参照電極のそれぞれの部分リングから略等距離である、
    請求項５に記載の眼球装着デバイス。
  8. 前記基板は、前記高分子材料の前記外向きの面および前記眼球に対向する面の対称軸を中心に芯合わせされた実質的に同心リングである内縁と外縁との間に延在する実装面を有するリング状構造であり、
    前記作用電極および前記参照電極は、それぞれ、複数の実質的に平行な噛み合い延長部を含み、当該複数の実質的に平行な噛み合い延長部は、前記作用電極延長部のうち第１の延長部が前記外縁よりも前記内縁に近く、前記作用電極延長部のうち第２の延長部が前記内縁よりも前記外縁に近くなるように、前記内縁および前記外縁に対して略局所的に平行である、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  9. 前記高分子材料は、前記作用電極および前記参照電極を、前記高分子材料を覆う涙膜に曝すように構成されるチャネルを含む、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  10. 前記チャネルは、前記作用電極のうち、合算した長さが約１ミリメートルである１つ以上の延長部によって占められる領域を曝す、請求項９に記載の眼球装着デバイス。
  11. 前記作用電極は、少なくとも１つの寸法が約２５マイクロメートル以下である、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  12. 前記作用電極の前記少なくとも１つの寸法は、前記第１側縁と前記第２側縁との間の幅である、請求項１１に記載の眼球装着デバイス。
  13. 前記参照電極のうち前記作用電極に隣接して位置付けられる前記それぞれの部位は、前記作用電極の面積よりも少なくとも約５倍大きい面積を有する、請求項１１に記載の眼球装着デバイス。
  14. 前記分析物と選択的に反応する試薬をさらに含み、前記試薬は、前記作用電極に近接して局所化される、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
  15. 前記高分子材料は、実質的に透明な視力矯正レンズであり、所定の視力矯正屈折力を提供するように成形される、請求項１に記載の眼球装着デバイス。
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