JPH10509052A

JPH10509052A - ヒドロゲル・パッチ

Info

Publication number: JPH10509052A
Application number: JP9506016A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムエイブラハム; ブレッドバーナー; プリティエス．ジョシ; フィリップジェイ．プラント; プレマビジャヤクマー
Original assignee: シグナスインク．
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-09-08
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: ES2208754T3; EP0840597B1; CA2226176C; ATE250928T1; AU706662B2; WO1997002811A1; DE69630226T2; CA2226176A1; KR19990028884A; DK0840597T3; DE69630226D1; JP3201482B2; EP0840597A1; PT840597E; AU6492896A

Abstract

(57)【要約】水とともにゲルを形成する重合性材料を、パッチの重量に対して0.5％〜40％の重量で含むパッチについて開示する。水の電導性は、電解質の添加によって増加する。このパッチには、グルコースなどの生物医学的に重要な分子との反応を触媒する能力を有する酵素が含まれる。パッチに取り込まれたグルコースは、酵素の補助作用によって反応を生じ、放出された過酸化水素が水の電導性を介して移動し、電極表面で反応してパッチに進入するグルコースの量に関する信号を生成する。また、このパッチは好ましくは、パッチのpHを約3〜9の範囲に維持するための緩衝液も含み、さらに架橋剤、殺生物剤、湿潤剤および界面活性剤を含んでもよい。パッチは好ましくは、ヒトの皮膚の外形に適合するよう、薄く（5μm〜50ミル）、平坦な円板状（面積0.5〜10cm²）の形態であり、その内部に不織布が包埋され、各表面に除去可能なリリースライナーを有していてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】ヒドロゲル・パッチ発明の分野本発明は一般に、医療分野で使用されるヒドロゲル・パッチを含む、特定の目的のためのゲルの能力を高めるような構成成分を含有するヒドロゲルの分野に関する。発明の背景水の存在下においてゲルを生じる、さまざまな小区画集団（cellular group）および／またはネットワークを形成する親水性の重合性化合物は数多く知られている。例えば、ゼラチンは、皮膚、靭帯、腱などの煮沸によるコラーゲンの加水分解によって得ることができる。水中にわずか2％のゼラチンを含む混合物が存在すれば強固なゲルが形成される。ヒドロゲルは、ゼラチンなどの溶質を、それが溶解される高温の水に添加することによって形成することができる。続いてこの溶液を冷却することにより、溶質（例えば、固体ゼラチン成分）が間隙部に多量の溶媒（一般的には水）を含む超顕微鏡的な結晶粒子群（いわゆる「ブラッシュヒープ（brush-heap）」構造）を形成する。ゲル、特にハイドロゲルは通常は透明であるが、乳白色の場合もある。ゲルは天然材料から形成される場合もあれば合成材料から形成される場合もあり、写真用フィルム、糊付け、布地および紙用の接着剤、接合剤、医療用のカプセルおよびパッチ剤、マッチ、光フィルター、デザート類、細菌用の培地、ならびに医療監視用電子装置に用いるパッチ類を含む広範な用途がある。ゲルは一般に、極めて高濃度の水、例えば約60〜98％の水を含み、それらはさまざまな小区画集団によって保持されている。この水は結合している場合も結合していない場合もあり、すなわち溶質と種々の水和物を形成するか、重合体ネットワーク群によって形成される小区画内に取り囲まれて存在する。ゲルには共通したいくつかの一般的特徴があるが、広範な用途に用いられることから、所望の結果を得るためにはその成分に変更を加えることが必要となる。例えば、デザート用のゼラチンには香料が添加されるが、光フィルターには添加されない。しかし、デザートと光フィルターでは使用される種類は非常に異なるものの、着色剤が両方に添加されうると考えられる。本発明のヒドロゲル・パッチは、所望の最終的な結果を得るために、極めて特殊な成分を特定の量だけ含むように設計されている。発明の概要水を一定の位置に保持し、それを介して電流が流れるような材料を形作る親水性化合物を含むパッチについて開示する。この化合物は、吸収材、架橋を生じて互いに連結した小区画からなる多孔性ネットワークを形成する多孔性材料もしくは重合体、または水とゲルを形成する溶質でもよい。溶質またはゲルの固体性材料の構成成分は、一般にパッチの重量に対して約0.5％またはそれ以上、好ましくは40％未満の重量で存在する。水およびパッチの全体には、NaClなどの塩素含有性の塩を含めることによって電導性が付与される。パッチは、水中で過酸化水素を形成し、最終的にはグルコース1分子当たり電子2個の放出を引き起こす、グルコースとの反応などの反応を触媒する酵素を含む。パッチに取り込まれたグルコースは、酵素の補助作用によって還元されてグルコン酸および過酸化水素となり、使用時には検出可能でかつパッチに入り込んだグルコースの量と関連した電子の放出をもたらす。パッチは好ましくは、パッチのpHを約3〜9の範囲に維持するための緩衝液も含み、さらに架橋剤、殺生物剤、湿潤剤および界面活性剤を含んでもよい。パッチは好ましくは、ヒトの皮膚の外形に適合する薄い平坦な円板状の形態を有し、その内部に不織布または多孔性膜（例えばニトロセルロース）が包埋されたものでもよい。本発明の目的の1つは、その装置に入り込むグルコースなどの生物学的に重要な分子を、測定可能である電流などの既定量の検出可能な信号へと比例的に変換する使い捨て方式の装置を提供することである。もう1つの目的は、ゲル形成性化合物および水を、グルコース酸化酵素、およびゲルに電導性を付与する塩素含有性の塩とともに含むヒドロゲル・パッチを提供することである。本発明の利点は、これによって極めて微量のグルコース、例えば血液中のグルコース濃度の10、500もしくは1,000分の1、またはそれよりも低い濃度のグルコースの流入を連続的かつ正確に測定することが可能となる点である。もう1つの利点は、分析物の存在下における背景電気信号（「ノイズ」、分析物の非存在下における信号）が信号に比して弱いことである。本発明の好ましい態様において、この背景ノイズは約200ナノアンペア（nA）未満であり、好ましくは約50nA未満である。本発明の1つの態様のもう1つの利点は、ゲル中の過酸化物の安定性である。好ましくは、グルコース酸化酵素反応と無関係に生じる過酸化物の損失は、30分間で約20％未満である。本発明のもう1つの利点は、ゲルからの水分損失が24時間の期間で約70％未満であることである。本発明のもう1つの利点は、ゲルを介した分析物の輸送速度が、測定を行う時間の長さ（t_m、分析物の測定時間）と比較して速い点である。輸送はゲルの固有時間と関係している。「ゲルの固有時間」という用語は、本明細書では、分析物の拡散に関するゲルの機能を意味し、言い換えればゲルの厚さ（L、分析物の拡散距離）および分析物の拡散定数（D）と関連するものとして用いられる。パラメーターLとDとの関係は以下の通りである： L²/D＝固有時間（分）好ましくは、本発明のゲルの固有時間は約6秒〜45分である。好ましくは、ゲル中の分析物の測定は、所望の時間長にわたり、望ましい時間間隔で実施される（例えば、20分ごとに5分間測定する）。上記のパラメーターから、ゲル中の分析物の輸送は、測定時間と固有時間の比によって定義される。［D×t_m］/L²＞1 ここでD、Lおよびt_mの定義は上記の通りである。もう1つの利点は、このパッチは容易にかつ経済的に生産することができ、使い捨てである点である。ヒドロゲル・パッチの特徴の1つは、この表面面積が約0.5cm²〜10cm²の範囲にあり、厚みが約1ミル〜50ミルの範囲にあって平坦かつ薄い点である。本発明のもう1つの特徴は、このヒドロゲル・パッチが、不織布もしくは繊維などの構造支持体、またはパッチに包埋された構造支持用の膜をさらに含むことである。本発明のさらにもう1つの特徴は、電子ビーム照射、紫外光、熱などの電離放射線の適用、または架橋剤の添加によって架橋が促進される会合共役物の使用により、ゲル形成性材料を架橋させることができるという点である。本発明の上記ならびにその他の目的、利点および特徴は、その全体を通じて番号によって構成成分を示した本明細書の一部を構成する添付の図面を参照して以下に列挙する、本発明の組成物、成分およびサイズに関する詳細を読むことによって当業者には明らかになると思われる。図面の簡単な説明図1は、本発明のヒドロゲル・パッチの断面を示す模式図である。図2は、本発明のヒドロゲル・パッチを上からみた模式図である。図3は、本発明のもう1つの態様の断面を示す模式図である。図4は、グルコース酸化酵素（GOX）の触媒作用によってグルコン酸および過酸化水素が生じ、電流が発生する反応を示す模式図である。図5は、パッチ中の酵素の濃度と、その酵素によって触媒される反応の結果として発生する電気信号との間の関係を示すグラフである。態様の説明本発明のパッチの説明および開示を行う前に、本発明が以下に説明する特定の成分または分量に制限されるものではなく、当然ながら変更がありうることが理解される必要がある。また、本明細書で用いる用語は、特定の態様のみを説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するためのものではなく、それは添付した請求の範囲によってのみ制限されることも理解される必要がある。本明細書および添付した請求の範囲において用いているように、単数形の「1 つの（a，an）」および「その（the）」は、文脈内で明らかに特記されない限り、複数のものに関する言辞も含む。したがって、例えば「1つの塩（a salt）」に関する言辞は複数の塩分子およびさまざまな種類の塩を含み、「1つの酵素（a n enzyme）」は複数の酵素分子を含み、それ以外についても同様である。別に特記しない限り、本明細書で用いる科学技術用語はすべて、本発明が属する技術分野の当業者が一般に理解しているものと同一の意味を有する。本発明の実践または試験においては、本明細書に記載したものと同様または同等の任意の材料または方法を使用することができるが、好ましい方法および材料は以下に記載する。本明細書に記載した刊行物はすべて、その文献に関連した特定の情報を説明または開示する目的で、参照として本明細書に組み入れられる。定義「ヒドロゲル」「ゲル」などの用語は、本明細書では互換可能に用いられ、高流動性を有する液体でも固体でもないゲルであり、重量にして0.5％またはそれ以上、好ましくは40％未満のゲル形成性溶質と、95％またはそれ未満、好ましくは55％を超える割合の水とを含むゲル材料を意味する。本発明のゲルは、互いに連結した小区画を形成し、水を捕獲、吸収および／またはそれ以外の方法で保持するよう結合し、それにより結合型および非結合型のいずれかの様式で水と組み合わせてゲルを形作る、好ましくは合成溶質（しかし、例えばゼラチンを形成する天然の溶質でもよい）である溶質を用いることによって好ましくは形成される。このゲルは本発明のヒドロゲル・パッチの基本的構造であり、ゲル形成性溶質材料および水のほかに、その構成成分を以下にさらに定義する酵素および塩などの付加的な構成成分を含んでもよい。「ゲル形成性材料」「溶質」などの用語は、本明細書では互換可能に用いられ、水と混合することによってゲルを形成し、一般にそのゲルが、溶質によって形成される互いに連結した小区画および／またはネットワーク構造を含む水を保持する何らかの構造を形成することによって形作られるような固体材料を意味する。溶質は、皮膚、靭帯、腱などの煮沸によるコラーゲンの加水分解によって得られる蛋白質の混合物を含む、天然ゼラチン溶質などの天然の材料でもよい。しかしより好ましくは、この溶質またはゲル形成性材料は、湿潤剤を添加する場合は、重量にして0.5％より多く40％未満の範囲、好ましくは8〜12％であり、湿潤剤を添加しない場合は、重量にして好ましくは約15〜20％であるような分量で含まれる、重合性材料（ポリエチレン酸化物、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミドメチルプロパンスルホネートおよびそれらの共重合体、ならびにポリビニルピロリドンを含むが、以上のものに限定されない）である。固体材料は、カルボポール（Carbopol）という商標名で販売されているポリアクリル酸の量が重量にして0.5〜5％の範囲、より好ましくは約2％存在するポリアクリル酸などの付加的な成分を含んでもよい。好ましくは、ゲル形成性材料またはゲルの任意の成分は、測定および定量化に悪影響を及ぼすような溶質または検出可能な反応産物とは反応しない。例えば、ポリビニルピロリドンは、過酸化水素と反応することが認められており、したがって、測定する化合物が過酸化水素であるようなグルコース酸化反応を介してグルコースの検出に用いるためのゲル形成性材料としては好ましくない。ゲル形成性材料には、例えば、上記のゲルまたは水を吸収する天然型もしくは合成型の海綿質を形成する架橋性の重合性材料が含まれる。この材料は、小区画ユニット中に水を部分的に包み込むことによって水を保持してもよく、毛細管作用によって水を保持する繊維紙様の材料でもよい。好ましい材料は、水および材料の重量にして、固体材料の量と等しいかそれよりも多い量の水を保持することができる。より好ましくは、この材料は、材料の重量の約2〜5倍、最も好ましくは約15倍を超える量の水を保持する。「水分損失」という用語は、本明細書では、特定の時間における水分の損失の速度の測定を意味する。ゲルの最適な機能を得るためには、24時間での水分損失が70％未満であることが好ましい。水分損失は以下のように測定する：まず直径約0.75インチのゲルを、蒸気の流出がゲルの両面からしか生じないように、2枚の円板の間にはさんで置いた。重量損失は、室温および大気圧下において、24時間中の選択された時点に関して測定した。重量損失は水分損失によるものであり、これをゲル中の最初の水分の含量によって標準化する。24時間でのゲルの乾燥率は70％未満であることが好ましい。ゲルの保水性を改善する目的で、ゲル混合物に湿潤剤を添加してもよい。「緩衝液」という用語は、本明細書では、パッチまたはゲルの水分に対して、そのpHを既定範囲内に維持するために添加される構成成分を意味する。緩衝液には、それに酸またはアルカリを添加してもpHの変化がわずかでしかないような弱酸およびそれと共役する弱塩基が含まれる。弱酸はアルカリが添加されると緩衝液となり、弱塩基は酸が添加されると緩衝液となる。この緩衝作用は、以下の反応によって説明される。 A＋H₂O → B^-＋nH₃O⁺ ここでnは正の整数であり、B^-は弱塩基、Aは弱酸である。塩基Bは対応する酸Aから陽子が奪われることによって形成される。酸は、NH₄ ⁺などの陽イオン、CH₃COO Hなどの中性分子、またはH₂PO₄ ^-などの陰イオンを含んでいてもよい。アルカリを添加することにより、水素イオンが除去されて水が形成されるが、添加したアルカリが緩衝液の酸の量を超えない限りにおいて、水素イオンの多くは、平衡を維持するよう、Aのさらなるイオン化によって置換される。酸が添加された場合には、この反応は逆となり、水素イオンは塩基Bと組み合わされて酸Aを形成する。本発明に関して、ヒドロゲルのpHを約3〜9の範囲、より好ましくは6〜8の範囲に維持するために十分な量で存在するリン酸緩衝液および重炭酸塩を含むさまざまな種類の緩衝液を用いることができるが、それらに限定されない。「塩」および「塩素塩」という用語は、本明細書では、酸の水素が金属またはその等価物と置換された場合に形成される塩素含有性の化合物を表現するために互換可能に用いられる。例えば、 HCl＋NaOH → NaCl＋H₂O 本発明に関して有用な塩は、パッチに電導性を付与するのに十分な量、水性の成分に添加される。好ましくは、塩の量はヒドロゲルの重量に対して約0.1％から約5％の範囲、好ましくは0.3％から2％の範囲で存在する。塩は好ましくは塩素イオンを含む。好ましい塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウムが含まれ、塩化マグネシウムとNaClとの併用が最も好ましい。「湿潤剤」という用語は、本明細書では、水に対する親和性、およびゲルの材料の水性内容物に対する安定化作用を有する物質を表現するのに用いられる。「架橋剤（cross-linker）」および「橋かけ剤（cross-linking agent）」という用語は、本明細書では、放射線照射（例えば紫外線、電子線など）、熱または化学的手段によって開始される架橋を促進するために重合体と組み合わされる化合物を表現するのに用いられる。架橋は、単一のまたは複数の重合体に、重合体の中軸または付属部分に位置する基を活性化させ、活性化された基が別の重合鎖上にある他の基と結合するようにさせる電子線照射、電離放射線、γ線照射または紫外光などの照射を行う部分に架橋剤を添加することによって増強できる。架橋により、パッチの構造的な統合性は改善される。「殺生物剤」という用語は、本明細書では、細菌、カビ、粘菌、真菌などの微生物を死滅させるか、その増殖を抑制する任意の物質を表現するのに用いられる。殺生物剤は、ヒトに有毒なものでもよいが、好ましくは、パッチまたはヒドロゲル中に比較的低濃度で用いた場合にヒト患者に対して皮膚の刺激症状または何らかの有害作用を引き起こさない材料である。殺生物剤の化学物質には、塩素化炭化水素、有機金属、水素放出性化合物、金属塩、有機硫黄化合物、第4アンモニウム化合物、フェノール類、メチルパラベンなどの化合物が含まれる。殺生物剤の化合物が本発明に関して使用される場合には、その重量がヒドロゲル材料の重量に対して0.5％またはそれ未満である。「酵素」という用語は、天然分子と、反応産物を生じる天然分子である可能性のあるもう1つの分子との間の反応を触媒する、一般的には蛋白質である化合物または材料を意味する。本発明の酵素蛋白質は、天然の供給源から単離されたものでも組換えによって得られたものでもよい。「酵素負荷」という用語は、本明細書では、最終的な水和ゲルに換算して1g当たりのゲル混合物に添加される酵素活性の量を示すのに用いられる。混合物に添加される酵素の量（活性の単位、「単位」）は、ゲル中の分析物の拡散が律速因子となるように分析物と迅速に反応するよう、十分な活性酵素が存在するように調節される。さらに、ゲルの架橋、保存、および取り扱いにおけるゲルの操作によって、分析物の拡散が律速因子であるレベルより活性酵素の量が下回ることがないように十分な量の酵素が添加される。好ましくは、本発明のゲルの酵素負荷は、ゲル中の分析物の拡散について酵素反応が律速的であるよう十分な量である。このような条件は、ゲルの厚さL、分析物（グルコース酸化酵素によって触媒される反応におけるグルコースなど）の拡散定数D、酵素負荷E、酵素の触媒速度定数K_c、および酵素のミカエリス・メンテン（Michaelis-Menten）速度定数K_mの間の関係によって定義される。拡散が律速因子となる酵素反応条件が好ましいため、酵素負荷およびゲルパラメーターは以下の関係を満たすように選択される。 L（K_cE/K_mD）^1/2≧1 基本的構造図1は、本発明のヒドロゲル・パッチなどのパッチの断面を示す模式図である。ゲルパッチ構成成分2などの基本的構造に当たるパッチ構成成分は、対応する表面に位置するリリースライナー（release liner）構成成分3および4を有する。リリースライナー3および4は、パッチが湿潤性および粘着性を幾分有する場合のパッチの取り扱い易さを改善するために含まれる。図2に示す通り、リリースライナー4には、パッチの外縁同士を互いに折り曲げた場合にリリースライナーが容易に除去されるように、貫通性の「S字形の」切断部6を含めることもできる。図1に示す通り、リリースライナーの外縁部分7はパッチ2の上側の表面から外れ、続いて容易に剥がすことができる。上記のパッチ構成成分2の内部に存在する構成成分に加えて、パッチ成分2がゲルである場合、好ましくは、ヒドロゲル・パッチ2は内部に材料もしくは繊維の層または不織布5を埋め込まれた形で含む。不織性材料5は、この装置が多量の水を含み、特に薄いことが理由となって取り扱いが難しい場合に装置の構造的統合性を改善するために役立つ。材料層5は、ゲルを介した電流の走行に有害な影響を及ぼさずにパッチに高度の構造的統合性を提供するように設計することができる。図3は、本発明のもう1つの態様を示したものである。図3による主要な構造的構成成分は吸収材であり、これは天然物または合成物に由来する海綿質の形状をとることができる。この吸収材は最初は乾燥しているか、または実質的に水を含まない。吸収材8は、吸収材の任意の薄層を含んでよく、グルコース酸化酵素などの凍結乾燥した酵素などの他の構成成分をさらに含んでもよい。吸収材8は、リリースライナー9によって表面の1つと結合していてもよい。この吸収材の他方の表面は、吸収材8を、水または水溶液12を含む包装容器11の内容物から分離する破壊可能なシール10に覆われている。包装容器11に圧力が加えられると、シール10は壊れ、水性内容物12が吸収材5 に吸収される。包装容器11の内容物12は、水および／またはその溶解成分を過度に多量もしくは少量含まないように慎重に測定される。包装容器11の内容物12が吸収材8に完全に吸収された後に、破壊可能なシール10を含む包装容器11は除去される。リリースライナー9も同じく除去され、水および／または溶液12によって飽和された吸収材を患者の皮膚に接触させる。図3に示した態様には、グルコース酸化酵素などの酵素を吸収材の内部に乾燥状態で含めることが可能なことが利点である。この状態では、酵素の貯蔵寿命はより長くなる。しかし、本態様には不都合な点もいくつかある。例えば、包装容器11中の溶液および／または水のすべてが包装容器11から完全に放出されない、または吸収材8に完全に吸収されない可能性があり、これはこの装置を用いた際に得られる結果に関する変動をもたらすおそれがある。使用される態様にかかわらず、本発明のすべての装置には、その濃度を測定する必要があるグルコースなどの生物学的に重要な分子を分解し、分解された個々の分子に基づく、測定可能であって予測可能な量の電流などの信号を発生させる酵素が含まれると考えてよい。さらに、それぞれの装置には、グルコースなどの生物学的に重要な分子およびその結果生じる反応産物が透過することができるゲル2または吸収材8などの基本的構造となる構成成分が含まれる。また、本発明の任意の装置は、pHを比較的狭い範囲に維持するためのリン酸などの緩衝液および塩化ナトリウムなどの塩を含む上記の付加的な構成成分も含む。図4は、グルコース酸化酵素（GOX）が本発明のパッチに入り込んだグルコースと反応して過酸化水素が形成され、これが電極表面に電子2個を提供し、測定可能であってパッチに入り込むグルコースの量に関連した電流の形で信号を提供する様子を示す模式図である。図1〜4に関する上記の説明に基づき、本発明のパッチは、さまざまに異なる材料を用いてさまざまに異なる形状をとりうることが理解されると思われる。しかし、パッチは特定の規定された機械的、電気的、化学的および拡散的な特徴を有する。態様の説明本発明は、電気浸透として知られる技法を用いることによってヒト皮膚を介して移動するグルコースなどの生物学的に意義のある分子の検出に関して有用である。唾液、涙液、粘液、腸液および汗などの流体から測定可能な量のグルコースを抽出するための他の技法も報告されている。このような技法には、超音波導入（sonophoresis）、レーザーアブレーション、吸引ブリスター法（suction blis ter）、テープストリップ法（tape stripping）、および皮膚浸透剤を使用する、または使用しない受動的拡散が含まれる。ヒト皮膚を介してグルコースなどの分子を移動させる基本的な概念は、1994年 11月8日に発行された米国特許第5,362,307号および1994年1月18日に発行された米国特許第5,279,543号に開示されており、以上の特許は、電気浸透の手段によってヒト皮膚を介してグルコースなどの分子を移動させる基本的な概念を開示するために参照として本明細書に組み入れられる。皮膚を介して抽出することができるグルコースなどの極めてわずかな量の分子を、グルコース酸化酵素を使用することによって電流を発生させるために変換するという概念は、1994年6月24日に提出された米国特許出願第08/265,084号、および1995年1月10日に提出された米国特許出願第08/265,084号に開示されており、この両出願は参照として本明細書に完全に組み入れられ、両出願は、本発明における権利が義務の下で譲渡されるものと同一の実体に対して権利を譲渡する義務の下で発明された発明について開示している。本発明のヒドロゲル・パッチまたは他の装置は、電流を発生する電極と接触するように設置される。この電流は、患者の皮膚を介して本発明のヒドロゲル・パッチまたは他の装置への分子の移動を引き起こす。上記の説明および図4で示した通り、グルコースが分解されて過酸化水素が生じ、これが電極と接触して電子を放出し、測定可能であって装置に入り込むグルコースの量と関連した電流を発生させる。装置の組成、サイズおよび厚さはさまざまに可能であり、このような差異は装置の使用可能時間に影響を及ぼすことができる。図1または図3のヒドロゲル・パッチは、一般的には24時間にわたる有用性を提供するように設計される。その期間以降は特性に若干の劣化が生じると予想されるため、装置を交換する必要がある。本発明は、例えば6〜12時間などのより短い期間、または例えば1〜30日間などのより長い期間にわたって使用される装置も考慮している。より広範な意味合いにおいて、本発明のパッチは、ヒト患者の皮膚を介する任意の生物的に重要な分子の抽出、およびその物質と別の単一の物質または複数の物質との反応（この反応は酵素を使用することによって例えば10〜100倍またはそれ以上に著しく加速される）を含む方法を実施するために用いることができる。この反応により、パッチに吸収された生物学的に重要なまたは意義のある物質の量に基づいて比例的に発生する信号の発生によって電気化学的または他の手段による検出可能な産物が形成される。上記の部分で引用した特許に示されている通り、グルコースなどの生化学的に意義のある分子を、皮膚を介して回収することが可能であることは実証されている（第5,362,307号および第5,279,543号を参照のこと）。しかし、回収される化合物の量は極めてわずかであるため、回収された材料を正確に測定し、任意の規準と関連づけることができない場合には、このような方法を有意義に用いることが不可能である場合が少なくない。本発明は、グルコースなどの生物医学的に有意義な物質と酸素などの別の分子との間の反応を触媒する能力を有する酵素を含むパッチを提供する。本発明との関連において、酸素は必ずしもパッチに添加する必要はないが、自然にパッチに浸入すると考えられ、グルコース酸化酵素の存在下においてグルコースと反応してグルコン酸および過酸化水素を生じる。過酸化水素はパッチに吸収されたグルコースの量に比例した量が産生される。この過酸化水素は、過酸化水素の濃度に比例した電流を発生する電子2個の放出により、適切なセンサーで電気化学的に検出することができる。ヒドロゲルの各成分は、それらが過酸化水素を著しく分解せず、定量化に有害な影響をもたらさないように選択される。好ましくは、カタラーゼ、ポリビニルピロリドン（PVP）、BHTおよびBHAなどの抗酸化剤、ならびに他の過酸化物分解性成分などの成分は、グルコース酸化酵素の反応によって産生される過酸化水素の定量化に影響が及ばないようにその量を減らすか制限する。本発明は、血液中のグルコース濃度の1、2または3桁も低い量のグルコースの検出および測定が可能であるという点で極めて優れている。例えば、グルコースは血液中には約5mMの濃度で存在する。しかし、本発明のパッチでは皮膚を介して回収されるグルコースの濃度は2〜100μM程度の値である。μMの量はmMの量に比べて3桁少ない。このように低い濃度のグルコースを検出する能力は、酵素を含め、本明細書に記載する種類の機械的、電気的、化学的および拡散的な特徴を含む多くの特徴を装置に提供することによって実現される。このような特徴は、そのうち1つのものの意義が別のものの意義を損なわないように慎重にバランスをとる必要がある。例えば、架橋を施してパッチの構造的統合性を改善するために照射を用いることは、この装置が実際に世界で販売される用途を有するためには重要である。しかし、照射によって酵素の活性が損なわれることは少なくない。装置を生産する際には、照射の前に酵素を含める必要がある。したがって、酵素は照射に曝されることになる。しかし、本出願者らは、必要な程度の架橋を得るために十分な量の照射をグルコース酸化酵素に行うことにより、酵素の活性に顕著な低下は認められないことを見いだしている。また、パッチの厚みを増すことによって構造的統合性は改善されるが、パッチの厚みが大きいことは望ましい拡散的特徴の低減させ、望ましくない抵抗を増加させる。本発明の機能的構成要素の説明ヒト患者の皮膚から極めて少量のグルコースを浸透させ、グルコースを拡散させ、酵素の存在下においてそれを反応させて、測定可能であって装置に入り込むグルコースの量に関連した電流を発生させる電子などの検出可能な信号を発生させるという意図された目的のために有用であるためには、本発明はいくつかの基本的な特徴を提供する必要がある。装置内に望ましくない材料が組み込まれていたり、酵素が劣化したりといった因子に関連した理由から、この装置は患者によって好都合な様式で容易に置換可能である必要がある。したがって、この装置は一定の構造的統合性を有し、電流を通過させることができ、グルコース酸化酵素などの酵素を含む必要がある。ゲル形成性材料：本発明のゲルは、水と混ぜ合わせた際に水の保持および取り囲みに働くネットワーク構造を形成し、これによってゲルを形作る溶質を含む。しかし、水は、海綿質の薄層および水の多くの割合を吸収する他の材料などの吸収材に吸収される可能性がある。この材料は親水性であることができ、天然の状態ならびに／または界面活性剤および／もしくは湿潤剤の存在下において水を吸収する。酵素：本発明の必須の構成要素の1つは、グルコースなどの生物医学的に重要な分子がかかわる反応を、例えば、検出可能であって反応したグルコースなどの分子の量に比例した電流の発生によって電気化学的に検出することができるような、この反応の産物の検知が可能である程度に触媒する能力を有する酵素である。適した酵素の1つは、グルコースを酸化してグルコン酸および過酸化水素を生じさせるグルコース酸化酵素である。引き続いて適切な電極で過酸化水素を検出することによって過酸化水素1分子当たり電子2個が発生し、それが検出可能であって装置に入り込んだグルコースの量に関連した電流を発生させる（図４参照）。グルコース酸化酵素（GOX）は市販物を容易に入手することができ、公知の触媒特性を有する。しかし、グルコースなどの生物学的に意義のある分子がかかわる反応を触媒し、その反応によって反応したグルコースなどの分子の量に比例した検出可能な産物が産生されるものであれば、他の酵素を用いることもできる。グルコース酸化酵素は酵素であるため、比較的少量で存在する場合でも装置は動作可能である。これは酵素が反応自体に加わるのではなく、単に反応を触媒するのみであるためであり、このため、グルコース分子などの多数の分子を分解するために使用することができる。しかし、本発明の好ましい態様において、グルコース酸化酵素は、装置に入り込むあらゆるグルコースがほとんど即時的にグルコース酸化酵素と接触して、グルコースが分解されるために十分な量で存在する。別に特記しない限り、グルコース酸化酵素は、グルコースの分解が可能となるために多量のグルコースがグルコース酸化酵素が使用可能になるまで待機するような低濃度では存在しない。一般的に、本発明のヒドロゲル・パッチをヒト皮膚に接触させ、グルコースを抽出するために電流が加えられる場合、入り込むグルコースのすべてに利用可能な酵素が存在するためにパッチが含む必要のある十分なグルコース酸化酵素の量は、ヒドロゲル1g当たり約200単位またはそれ以上であることが明らかになっている。グルコース酸化酵素は、ヒドロゲル1g当たり約10単位〜500単位の量で存在することができる。グルコース酸化酵素が厚さ5ミルのゲル1g当たり100〜200単位またはそれ以上のレベルで存在する場合、酵素でのグルコースの反応速度は、ゲル中に拡散するすべてのグルコースが反応して過酸化水素およびグルコン酸となる、すなわち分析物であるグルコースの拡散が律速因子となるだけの十分な高さを有する。ゲル中に浸入するグルコースは、遊離した酵素の酸素との反応が可能となった場合には反応しないままで存在することはない。図5の曲線は、グルコース酸化酵素の濃度がヒドロゲル1g当たり約200単位である場合には実質的に水平となる。しかし、グルコースのすべてが確実に直ちに分解されてグルコン酸および過酸化水素を生じるようにするには過量の酵素を含めることが望ましい。このため、ヒドロゲル1g当たり2000単位といった多量を使用すべきである。これにより、装置を保存した際に酵素の一定の割合が分解されることも許容され（すなわち、貯蔵寿命の延長に役立つ）、12時間から1週間の範囲の期間、しかし好ましくは24時間にわたる装置の使用期間において酵素の一部が分解することも許容される。酵素の活性を維持するためには酵素の安定化剤を含めることが有用である。酵素の濃度とグルコースがかかわる反応によって発生する信号との関係を図5に示し、グルコースと酸素との反応を図4に示した。電解質：電解質は本発明に必須のもう1つの構成要素である。電解質は、水の内部におけるイオン流の走行を可能とするために存在する必要がある。電解質は、塩素イオンなどの塩であることが好ましい。したがって、塩化ナトリウムおよび塩化カリウムなどの塩を本発明と関連して使用することが可能であり、特に塩化ナトリウムが好ましい。本発明の緩衝液である構成要素は、塩化ナトリウムなどの付加的な電解質を加えなくても、緩衝液のほか電解質としても機能することができる。ゲル混合物への電解質の添加は、ゲルのイオン強度が好ましくは約10 mMと200mMとの間となるように行われる。緩衝液：緩衝液は必須の構成要素ではないが、好ましくは本発明と関連して用いられる。緩衝液は、装置のpHを望ましい範囲、好ましくは約3〜9の範囲に維持する目的で含められる。緩衝液は有用な特徴を提供する。まず第一に、緩衝液により、グルコース酸化酵素が比較的安定に保たれるような範囲にpHが維持される。第二に、本発明は皮膚と接触して保持されるため、皮膚への刺激性を避けるためにpHはほぼ中性に維持される。pHを安定化することにより、皮膚を介するパッチへのグルコースの流入は時間的に不安定でなくなる。本発明に関連して種々の有用な緩衝液を使用することができる。特に好ましい緩衝液にはリン酸緩衝液が含まれる。しかし、「緩衝液」の用語の定義に関してすでに定義したさまざまな種類の緩衝液も本発明と関連して首尾よく使用することができる。緩衝液は、リン酸、クエン酸、重炭酸、コハク酸、酢酸および乳酸のさまざまな塩でもよい。湿潤剤：本発明に必須ではないもう1つの構成要素は湿潤剤である。湿潤剤を含めることは、これにより、本発明を用いて得られる結果に一貫性が供給される点で重要である。さらに特殊な点では、湿潤剤は、装置の内部に存在する水の比率を極めて狭い範囲に維持するために使用される。ゲル中の水分の含量を維持することにより、装置は一貫してグルコースなどの任意の分子の同一量が安定的な速度で移動することを可能とし、グルコースなどの分子の分解によって発生するイオンの流れを同一速度にすることができる。湿潤剤は、ヒドロゲル・パッチの総重量に占める割合が0.5％〜50％の範囲という極めて少量で存在してもよい。使用可能な湿潤剤には、グリセリン、ヘキシレングリコール、およびソルビトールが含まれる。湿潤剤に起因する電気的ノイズは、特定のゲル、電極、および考慮している操作電圧条件に関して許容範囲内であることが決定される。このような範囲は、好ましくは約200nA未満、より好ましくは50nA未満である。架橋剤：上記の通り、本発明は好ましくは、両者の混合によってゲルが形成されるポリエチレン酸化物と水との混合によって形成されるヒドロゲルの形状で提供される。ゲルの構造的統合性は多量の水が存在する場合には特に弱い可能性があるが、装置を介したグルコースおよび電流の走行能を改善するためには多量の水を含めることが望ましい。しかし、水の量が増えるに従って装置の構造的統合性およびその取り扱い易さは低下する。装置の取り扱い易さを高め、その構造的統合性を高めるためには、架橋剤を含めることが望ましい。架橋剤は、異なる重合鎖の間の反応をもたらす化学物質成分として提供することができる。または、架橋は、電離放射線を照射することによって実施することもできる。このような照射は、好ましくは、重合鎖の連結を引き起こす電子ビーム照射の形式で提供される。照射と組み合わせて用いて架橋を促進するために使用される種々の架橋剤は、米国特許第4,684,558号および第4,989,607号に開示されており、この両方はゲルの形成に関連して用いる架橋剤および照射の方法を開示するための参照として本明細書に組み入れられる。紫外線照射と組み合わせて使用するために有用な架橋剤には、N,N'-メチレンビスアクリルアミド、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、ポリエチレングリコール（600）ジメタクリレート、トリアリルイソシアヌレート（TAIC）、ジアリルイソシアヌレート（DAIC）、ポリエチレングリコール（400）ジアクリレート、SR 415エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、およびSR 9035エトキシ化トリメトールプロパントリアクリレートが含まれる。紫外線照射を用いた架橋のためには、光反応開始因子（photoinitiator）を使用してもよい。このような光反応開始因子には、エサキュア（Esacure）（登録商標）KB1 ベンジルジメチルケタール、エサキュア（登録商標）TZT トリメチルベンゾフェノンブレンド、エサキュア（登録商標）ITX イソプロピルチオキサントン、エサキュア（登録商標）EDB エチル4-（ジメチルアミノ）ベンゾエート、およびBP ベンゾフェノンが含まれる。本発明において有用な電子ビーム照射およびγ線照射による架橋剤には、エチレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート（Sartomer（登録商標）350、Sartomer Company、Exton PA、USA）、およびN,N'-メチレンビスアクリルアミドが含まれるが、以上には限定されない。本発明において有用な熱的および化学的な架橋剤には、エチレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールメタクリレート、トリメチロールプロパン・トリメタクリレート（Sartomer（登録商標）350）、N,N'-メチレンビスアクリルアミド、およびグルタールアルデヒドが含まれるが、以上のものには限定されない。架橋の開始因子として有用なものには、アゾビスイソブチロニトリル（ AIBN）および過酸化ベンゾイルが含まれるが、以上には限定されない。架橋剤はゲル混合物に、ゲルが上記の望ましい物理的性質を得るような量で添加される。架橋後にゲル中に残る架橋剤の量は、好ましくは、ゲルが患者の皮膚とゲルパッチが使用される時間にわたって接触した際に患者に有毒でない量である。殺生物剤：上記の通り、本発明のヒドロゲル・パッチまたは他の装置は、ヒトの皮膚と接触させて使用することを意図している。さらに本装置は、包装され、使用の前に比較的長期間にわたって保存される。この点を考慮すれば、装置の内部に殺生物性化合物を組み入れることが望ましい。このような殺生物剤は、上記の「殺生物剤」の定義において記載した種類の微生物の死滅および／または増殖の抑制に十分な量で存在する。ゲルの物理的特徴：拡散：拡散に関する特徴の点で、このパッチは、グルコースなどの生物学的に意義のある分子の皮膚からの浸入、ならびに電流などの検出可能な信号の発生を最終的に引き起こすために必要な程度の、その分子およびその反応産物（例えば、グルコン酸および過酸化水素）のパッチを介した移動を可能とする必要がある。図5に示したようなヒドロゲル・パッチでは、過酸化水素の拡散は8×10^-6cm²/ 秒であり、グルコースの拡散は1×10^-6cm²/秒である。例えば、過酸化水素およびグルコースに関してそれぞれ約10^-6cm²/秒および10^-7cm²/秒を超える速度が好ましい。拡散に関する特徴は機械的特徴とある程度関連しており、装置に入り込むグルコースなどの分子を既定量の測定可能な電流などに比例的に変換する使い捨ての装置という望ましい最終的な結果を得ることを目的として、装置のすべての特徴は互いに関係していることが理解されるであろう。本発明の好ましい態様において、パッチの抵抗は約20キロオーム以下であり、好ましくは皮膚と24時間接触した後に約1キロオーム以下である。ゲルに関する固有時間は、上記の通り、ゲルの厚さ（L、分析物が拡散する距離）および分析物の拡散定数（D）の関数として算出される。パラメーターLとD との関係は以下の通りである。 L²/D＝固有時間（分）好ましくは、本発明のゲルの固有時間は約6秒から45分の範囲である。好ましくは、ゲル中における分析物の測定は連続的に行われる（例えば、測定は5分間続けて行い、1日にわたって20分間隔で実施される）。好ましくは、ゲル中の特定の分析物に関するDは、水のみの中での分析物の拡散速度の0.1倍以上である必要がある。より好ましくは、ゲル中の特定の分析物に関するDは、水中の拡散速度の0.25倍を上回る。ゲルの架橋に、分析物の拡散が検出時の律速因子となるように変更を加えてもよい。ゲルの粘着：本発明のヒドロゲル・パッチの剤形および他の剤形は、好ましくはわずかに粘着性であり、ヒト皮膚に付着してパッチが適用される部分の皮膚の形状に適合する。このため、パッチは、皮膚と付着し、重力によって落下しない程度の柔軟性および粘着性を有する。さらに、除去した場合に皮膚が剥がされるほどの粘着性は持たずに除去することができ、除去した後の皮膚に触知しうるヒドロゲルの残渣が残らないように除去される時には皮膚に付着しないようなものである必要がある。電導性：電気的には、パッチは十分な電導性をもたらす必要があり、その抵抗は、皮膚に24時間接触した後に約20キロオーム以下、好ましくは1キロオーム以下であるべきである。さらにパッチは、好ましくはパッチを使用した際に生じる背景ノイズができる限りゼロに近いような電気的環境を作り出す。好ましくは、背景ノイズの量は、架橋されたゲルで測定した場合に500nA未満であり、より好ましくは200nA未満、最も好ましくは50nA末満である。構造的支持体：ヒドロゲル・パッチは、ゲルに埋め込まれた形で構造的支持体をさらに含んでもよく、この支持体には、敷布、不織布、分散線維、または膜が含まれるが、以上に限定されることはない。さらに、ヒドロゲル・パッチに回収される望ましくない材料を濾過して取り除くために役立つ膜を含めることも可能である。この構造的支持体はゲル中に埋め込まれ、好ましくはヒドロゲル・パッチの大きさおよび形状に合致している。構造的支持体を提供するためにはさまざまに異なる材料を用いることができる。使用可能な不織布には、リーメイ（Reem ay）2200、2000および2400シリーズとして販売されているものが含まれる。この層はスパンボンディングによって製造された直線状または波形の線維からなるポリエステルでもよい。高吸収性の繊維または布地を用いることもできる。市販されている材料には、カメロットファイバードレ（Camelot Fiberdre）（登録商標）、バーレー（Verlee）（不織布）、デュポンソンタラ（Dupont Sontara）（登録商標）（ポリエステル混合布地）およびケンダール（Kendall）不織布が含まれる。開放性区画を有する材料および閉鎖性区画を有する材料のいずれも使用することができる。化学的特徴：パッチの化学的特徴は、測定される物質（過酸化水素など）の分解または劣化が30分間で20％を超えないような環境を提供するものである必要がある。さらに、酵素の著しい劣化および皮膚が著しい刺激を受けないような環境が提供される。好ましくは、ヒドロゲル中には、ゲルを介した分析物の拡散が分析物の測定における律速因子であるために十分な量の酵素が存在する。このため、パッチは好ましくは約3〜9の範囲のpHに維持される。グルコース酸化酵素がβ -グルコースをグルコン酸に変換する速度はα-グルコースに関する速度の150倍であるため、好ましくは、pHはα-グルコースのβ-グルコースへの変換速度が最適となるように調節される。最適という用語は、酵素の安定性、グルコースのイオン泳動流、皮膚への刺激性などを含むゲル中のいくつかのパラメーターの間の平衡を意味するが、以上には限定されない。β-グルコース：α-グルコースの比はほぼ2：1である。異性体相互変換（ムタロテーション）の速度を高めるためには、pHは7とほぼ等しいかそれ以上、または4と等しいかそれ未満であることが好ましい。グルコースのすべて（α-グルコース、β-グルコース）が過酸化物に変換される条件は、測定時間（t_m）未満であり、好ましくは測定時間の3分の1未満である。このような条件には、約10mMを超えるかこれと等しい濃度のリン酸緩衝液、約7よりも大きいかそれと等しい、もしくは約4未満であるかそれと等しいpH 、または酵素ムタロターゼの添加が含まれるが、以上には限定されない。しかし、化学的特徴および電気的特徴はある程度互いに関係している。このため、酵素の安定性およびα-グルコースからβ-グルコースへの相互変換が促進されるレベルにゲルのpHを維持することに加えて、pHはイオン泳動流を増強するように選択される。以上のパラメーターは、使用者の皮膚への刺激性を最小化するためにさらに調節される。本発明のヒドロゲルは、2つの主要な面において提供される。1つは患者が操作する前にあらかじめ水和されたゲルパッチであり、もう1つは乾燥状態にあって使用する少し前に患者が水和させるゲルパッチである。本発明のいずれの面についても最終的に水和されたゲルの特徴は上記のものと同じである。あらかじめ水和されたゲル、および乾燥型のゲルの一般的な特徴は以下の通りである。水和ゲル：本発明の目的を実現するために、本装置は多数の異なる形状に構築することができる。基本的な概念は、水が多くの比率を占めて存在し、それを介して種々の分子（例えばイオン）が容易に拡散し、グルコースがそこに進入しうるような位置に保持させるような構成成分を提供することである。現在の好ましい形状は、水を保持するネットワークなどの1種またはそれ以上の構造を形成し、水の存在下においてゲルを形成するゲル形成性材料を含むヒドロゲル・パッチを用いることである。ゲル形成性材料は、単一の成分または複数のゲル形成性成分として存在し、その合計量がヒドロゲル・パッチの総重量に占める割合は約0.5％から約40％の範囲である。本発明の特に好ましい態様においては、ポリエチレン酸化物が約2〜2 0％の量、より好ましくは約10％の量で存在する。ポリアクリル酸がある場合には、それは約0.5〜5％の範囲、より好ましくは2％となるような量で添加される。水は45〜95％、または好ましくは溶液中に他の成分を含んで約65〜80％の範囲の量で存在する。ゲル形成性材料を除いたパッチの残りの部分は、その内部に酵素が必ず含まれる水からなる水溶液を含む。望む測定内容がグルコースの検出である場合には、酵素は好ましくはグルコース酸化酵素である。患者が使用する最終的なゲル中の酵素が、ゲルを介した分析物の拡散が測定に関する律速因子であり続けるだけの十分な活性を有するような量の酵素を添加する。酵素の量（酵素負荷）は酵素およびゲル操作過程によって異なると考えられる。酵素を劣化させる可能性のある過程には、ゲルのpH、架橋条件、保存温度、光、pHの変化、および患者による使用が含まれるが、以上には限定されない。このため、酵素負荷により、このような手順による酵素活性の損失を補うことができると考えられる。例えば、酵素がグルコース酸化酵素である場合には、ゲル1g当たり少なくとも約1000単位、好ましくは2000単位が使用される。ゲル操作過程によって酵素負荷が変更される（増加または減少する）場合があることは本発明の請求の範囲内にある。なお、ゲルに添加される酵素は、生物体からの単離物などの天然供給源に由来するものでも、組換えまたは化学的手段によって産生されたものでもよい。ゲルのもう1つの構成成分は、水に電導性を付与する塩である。このような塩は好ましくは塩化ナトリウムである。この溶液は、ヒドロゲル・パッチのpHを約 3〜9の範囲に維持するための緩衝液などの他の構成成分を含んでもよい。ゲル中に緩衝液の塩が含まれ、最適なpHが維持されると同時に十分な電気伝導度が得られる場合には塩素性の塩をゲルに加えなくともよい。ゲルの構成成分に、殺生物剤（メチルパラベンなど）、湿潤剤（ソルビトール、ヘキシレングリコール、またはグリセリンなど）、およびイオン性もしくは非イオン性の界面活性剤（ポロキサマーなど）をさらに含めてもよいが、以上には限定されない。ゲルにはさらに、放射線照射、熱活性化または化学的活性化の併用によって架橋を増強し、それによってより大きな構造的統合性を提供する架橋剤を含めてもよい。装置により多くの量の水が保持されているほどグルコースの浸入およびその内部の電導性が容易に得られるため、できるだけ多量の水分を含む基本的な材料を提供することが望ましい。しかし、水の量が増えるに従って、装置の取り扱い易さ、およびその構成成分および構造的統合性を装置が維持する能力は低下する。この理由から、ポリビニルピロリドンまたはポリエチレン酸化物（Polyox（登録商標）WSR-NFグレードなど）をポリアクリル酸（Carbopol（登録商標）など）と混ぜ合わせ、化学的架橋剤の使用または電子ビーム照射もしくは紫外線照射によって提供しうるような照射の適用によって重合体が架橋された合成重合性材料を含むゲルを用いることが望ましい場合が少なくない。当業者にはさまざまに異なる種類のゲル形成性材料が公知である。例えば、ヒドロゲルを形成するための材料は米国特許第4,684,558号に開示されており、高い電気伝導度を有する接着性ヒドロゲルは米国特許第4,989,607号に開示されており、これらはいずれもヒドロゲルの形成に用いられる材料、このようなヒドロゲルを形成させる方法、およびこのようなヒドロゲルの形成と関連して用いることができる種々の材料および装置の開示および記載のための参照として本明細書に組み入れられる。上記の特許のそれぞれには、ゲルの形成に用いられるその他の材料が開示されている多数の他の米国特許および文献が引用されており、これらの文献も参照として本明細書に組み入れられる。なお、薬学的に活性のある薬剤を患者に長時間適用するためのパッチの形成に用いることができるゲルを開示している、1993年5月27日に発行されたPCT（特許協力条約）国際公開公報第93/1 0163号に開示されたものなどのゲルを用いることも可能であることが指摘されており、このようなゲルを開示するための参照として本公報も本明細書に組み入れられる。乾燥ゲル：本発明のさらにもう1つの面では、天然物もしくは合成物であり、繊維性紙、ポリエチレン酸化物、カルボポール（Carbopol）（登録商標）、ラプラソルブ（Laprasorb）（登録商標）、ポリエステル、ポリエステルメッシュ、および親水性のその他の同様な材料である海綿質の形状を有する吸収材などの溶質材料が提供される。この吸収材の薄層は、乾燥状態においてその内部に必須の構成成分を埋め込まれた状態で含んでもよい。例えば、この材料は凍結乾燥されたグルコース酸化酵素、および塩化ナトリウムのほかにリン酸または重炭酸などのpH 緩衝液を含んでもよい。1つの態様において、この溶質材料はその内部に埋め込まれた乾燥した構成成分とともに、破壊可能な包装容器中に既定量の水または溶液と同時に入れられて提供される。患者が包装容器に圧力を加えると、水が放出されて吸収材に到達し、これが水を吸収して、酵素、塩および緩衝液が吸収材内部の溶液中に存在するようになる。水は、殺生物剤または湿潤剤などのその他の構成成分を含んでもよい。またもう1つの態様では、溶液は塩、酵素および酵素を含む。しかし、酵素は溶液中に含まれているよりも乾燥状態にある方がより安定であるため、少なくとも酵素は凍結乾燥された状態で吸収材内部に含まれることがより好ましい。本発明のもう1つの態様では、材料を水和してゲルを形成させるために患者が単に水または生理的食塩水を添加するだけでよいように、乾燥した構成成分が内部に埋め込まれた吸収材が提供される。 1つの好ましい水和ゲルは、約0.2〜約5.0Mradの高エネルギー照射に曝露される分子量約0.02〜6×10⁶ダルトンの架橋ポリエチレン酸化物を、重量にして4％以上、好ましくは35％未満である量として含む。特定の物理的特徴、およびそのような特徴の測定に用いられる検査は、米国特許第4,684,558号に開示されている。ポリエチレン酸化物を用いることに加え、ポリエチレン酸化物単独または別の重合体形成性材料との種々の混合物を用いることも可能である。好ましい態様において、この重合体形成性材料は、分析物の定量化に有害な影響を及ぼすことはない。ポリエチレン酸化物は、それ自体で用いることも、米国特許第4,989,60 7号に開示されている粘度を高める親水性重合体と併用することも可能である。実施例以下の実施例は、本発明のパッチの作成の仕方に関する完全な開示および説明を当業者に提供するために記載されており、本発明者らが発明とみなしている内容の範囲を制限するものではない。使用する数字（例えば、量、特別な構成成分など）に関して正確であるように努力は払っているが、実験的誤差および偏差が含まれていると考慮されるべきである。別に特記しない限り、各部分はヒドロゲルの総重量に占める部分重量であり、水中に溶解された構成成分は溶液のパーセンテージとして計測され、分子量は加重平均された分子量であり、温度は℃で示し、圧力は大気圧またはその近傍圧である。実施例1 本実施例では、本発明のゲルの物理的性質の一部を特徴を明らかにするための非制限的な方法を説明する。以下の表1に記載したゲルを本明細書に記載した通りに調製し、以下の手順による検査を行った。配合番号は316シリーズに関するものである。構成成分の重量は水和されたゲルの重量に占める割合として示した。それぞれの製剤は、ゲル1g当たりグルコース酸化酵素を100単位含んでいた。ビスアクリルアミドは、N,N'-メチレンビスアクリルアミドを指す。ゲル混合物の上記の構成成分は、最終的なゲルの物理的特徴が、患者の皮膚を介して回収され、反応し、その反応産物が検出および定量化される、グルコースなどの分析物の定量化のために最適化されるように調整されている。装置に入り込むグルコースの量は比較的少量であるため、装置は特に薄い必要があり、例えば5μm〜50ミル（1ミルは1インチの1000分の1である）、好ましくは1〜10ミルの範囲である。単一の表面の全表面領域は、約0.5cm²から約10cm²の範囲である必要があり、より好ましくは約1〜約5cm²の範囲である。ゲルの粘着性は、最適化の対象となるもう1つの特徴である。いったん水和された本発明のゲルは、装置内でその形態を維持し、患者の皮膚に適用された場合にその外形に適合し、ゲルを除去する際にはゲルの材料の一部が引き裂かれて患者の皮膚に残る程度には患者の皮膚に付着しないような十分な構造的統合性を有する。以下のローリングボール粘着試験を用いて粘性を測定することにより、ゲルの粘着性をモニターした。ゲルを置いていない傾斜平面に直径約16.5mmの鋼鉄の球を置いて転がす。次に鋼鉄の球を1インチ×12インチのヒドロゲルの細片を付着させた同様の傾斜平面に置いて転がす。鋼鉄の球がそれぞれの表面上を移動した距離を測定して比較する。ケルの粘着性の増加（粘性）は、移動した距離の短縮として観測される。ゲルの好ましい態様において、粘性として計測される粘着性は約30mm未満である。例えば、表1の配合316-101および316-103の粘性値は、それぞれ28.4mm±8.0mmおよび19.2mm±6.9mmである。電気的に安静（quietness）であること、すなわち本発明によって実現される背景電気ノイズが低いレベルにあり、その低レベルのノイズによって少量の分析物を検出する本発明の能力が改善されることも、本発明のゲルのもう1つの特徴である。好ましくは、このパッチは、それが使用された時に発生する背景ノイズができるだけゼロに近いような電気的環境を作り出す。好ましくは、背景ノイズの量は、架橋されたヒドロゲルで測定して500nA未満であり、より好ましくは200 nA末満であり、最も好ましくは50nA未満である。背景電流（ノイズ）は以下の手順によって計測される。作用電極および対電極となるPt電極ならびに参照用のAg/AgCl電極からなる角形電極アセンブリを用いた。直径5/8インチのディスク状のヒドロゲルを切り取り、リリースライナーの1 つを取り除いた後、接着面が電極側を向くようにしてディスクを角形電極上に配置した。0.6Vの電圧を加えた場合の背景電流を測定した。背景電流の測定の前に、電極には0.75Vのバイアス電圧を10分間加えて前調整を施した。背景電流の測定値は漸近的に減衰し、約15〜30分以内に定常的な背景電流に達した。測定は約60 分の時点で行った。背景電流は好ましくは約500nA未満であり、より好ましくは2 00nA未満であり、最も好ましくは約50nA未満である。本発明の好ましい態様において、ゲルの構成成分は、相対的に高い背景電気信号の原因となる化合物を除去するために処理を施される。例えば、市販されている重合体中に存在する抗酸化剤などのゲルの構成成分中の添加物は電気的活性を有する。このような電気的活性を有する化合物は、重合体形成性材料に対するダイアフィルトレーションなどを含むがそれには限定されない浄化手順によって除去することができる。例えば、以下の実施例2において調製されるゲルの背景電流は、ダイアフィルトレーションによる重合体の浄化を行う前は175nAであったが、ダイアフィルトレーションによる浄化後には40nAとなった。背景電流は、0. 6Vの電圧を加えてから60分後に測定した。電気的抵抗は以下の手順によって測定した。セラミック板上にプリントされた 2つの鉤型Ag/AgCl電極を用いた。直径5/8インチのディスク状のヒドロゲルを切り取り、両方のリリースライナーを取り除く。電極がヒドロゲルによって完全に覆われるように、2つのセラミック板の間にヒドロゲルのディスクを配置する。1 5分の周期的時間ごとに極性を反転させるプロトコールを用いて0.9mAの一定の電流をゲルの両端を通じて流し、ゲルの両端間の電圧降下を測定した。続いて抵抗を算出した。本発明の好ましい態様において、抵抗は約20キロオーム以下である。皮膚に接触させる前に表1のゲル316-60、316-63および316-70の抵抗を計測した結果、抵抗はそれぞれ2.7、3.9、および2.2キロオームであった。好ましくは、24時間にわたって皮膚と接触させた後の抵抗は約20キロオーム以下である。実施例2 ポリエチレン酸化物（PEO、Polyox（登録商標）WSR-205）（重量にして約8.5 ％）を、ポリアクリル酸PAA（Carbopol（登録商標）971 P NF）（重量にして2％）、ヘキシレングリコール（重量にして10％）、N,N'-メチレンビスアクリルアミド（重量にして0.02％）、ポロキシマー188（Pluronic（登録商標）F68）（重量にして0.5％）、ならびにゲル1g当たり200単位のグルコース酸化酵素、0.45％ Na ClおよびpHを6〜8の範囲に維持するために十分なリン酸緩衝液を水中に含む水溶液75％の割合で混ぜ合わせた。PEO、PAAおよび水の重量は産生されるヒドロゲルの総重量に占める割合として示し、NaClおよび緩衝液の量の比率はゲル中に占めるそれらの化合物の量の比率として示した。各構成要素を室温で混合し、ゲルの電気的特徴を測定した。架橋は以下の通りに実施した。ゲル混合物の架橋は、まず支持基質を覆うようにゲル混合物を置き、室温で約0.35〜0.45Mradの放射線照射に曝露させた。ゲルの水分損失は以下のようにして測定した。厚さ40ミル、直径約0.75インチのゲルを、水の蒸気の流出がゲルの両面からのみ生じるように、ゲルのリリースライナーの円形ディスクの間に配置した。室温および大気圧下において、24時間にわたる選択された時点に重量損失を測定した。重量の損失は水分損失によるものであり、これをゲル中の最初の水分含量に対して標準化した。24時間の期間でのゲルからの水分損失は70％末満であることが観測された。本発明のヒドロゲルの1つの実施例の構成成分の一覧を表2に示した。実施例3 以下の構成要素を混合することにより、重合体の含量が多いゲルを調製した。ポリエチレン酸化物（PEO、Polyox（登録商標）WSR-750）（重量にして約20％）、N,N'-メチレンビスアクリルアミド（重量にして0.02％）、ならびにゲル1g当たり1000単位のグルコース酸化酵素、0.45％NaClおよび0.5％重炭酸ナトリウムが水中に含まれる水溶液75％を混ぜ合わせた。PEOおよび水の重量は産生されるヒドロゲルの総重量に占める割合として示し、NaClおよび緩衝液の量の比率はゲル中に占めるそれらの化合物の量の比率として示した。各構成要素を室温でゆっくりと混合した。架橋は以下の通りに実施した。ゲル混合物の架橋は、まず支持基質を覆うようにゲル混合物を置き、室温で約0.35〜0.45Mradの放射線照射に曝露させた。実施例4 厚さ25ミルおよび直径1cmの合成海綿質材料を提供する。この海綿質材料は、シールは破壊されるが包装容器の残りの部分は破壊しない圧力を加えることによって破壊されるシールによって海綿質から分離された水を約3ml含む付属した包装容器中に海綿質材料1g当たり1000単位の量の凍結乾燥したグルコース酸化酵素とともに組み込まれる。包装容器中の水には0.5％塩化ナトリウム、および約6〜 8のpHをもたらすために十分なリン酸緩衝液が含まれる。実施例5 重量にして5.5％のポリエチレン酸化物（約300,000の分子量を有するPEO 750 ）、重量にして1％のポリアクリル酸PAA（Carbopol（登録商標）974 P NF）、ならびにゲル1g当たり1000単位のグルコース酸化酵素、0.45％NaClおよびpHを6〜8 の範囲に維持するために十分なリン酸緩衝液を水中に含む水溶液約91.75％を混ぜ合わせる。PEO、PAAおよび水の重量は産生されるヒドロゲルの総重量に占める割合として示し、NaClおよび緩衝液の量の比率はゲル中に占めるそれらの化合物の量の比率として示した。このゲルは、Reemay 2250として販売されているポリエステル製の不織材料が組み込まれている。パッチを作成するために、各構成成分の混合物をリリースライナ一層の上に乗せた不織材料の上に乗せてゲル型を使用した。このゲルをガードナーナイフを用いて型から外し、第2のリリースライナーを張り合わせた。架橋を施すために、この材料を約0.4Mradの線量の電子ビーム照射に曝露させた。直径1〜3cmの範囲、および厚さ10〜40ミルの範囲の円形となるようにこの材料を型抜きした。蒸発または汚染を防止するため、この円形のディスクを密封された袋に収めた。実施例6 ポリエチレン酸化物／ポリビニルアルコールを含むゲルを以下のようにして調製した。ゲル100g当たりにつき、以下の構成成分を混ぜ合わせた：ポリエチレン酸化物（PEO、Polyox（登録商標）WSR-205）8.5g、ポリビニルアルコール（Airv ol（登録商標）203S）10g、ポリアクリル酸PAA（Carbopol（登録商標）971 P NF ）2g、N,N'-メチレンビスアクリルアミド2g、ならびにゲル1g当たり100単位のグルコース酸化酵素、NaCl 0.45gおよびNa₂H₂PO₄・H₂O 0.26gとNa₂HPO₄・7H₂O 2.1 7gとからなるリン酸緩衝液を水中に含み、pH7.4に維持された水溶液74.6g。架橋を行わせるために電子ビーム照射の形式による放射線照射を実施した。すべての構成成分の重量は、産生されるヒドロゲルの総重量100g中に占める割合として示した。グルコース酸化酵素の重量はゲル1g当たりの量として示した。パッチとして形成されるゲルからの成分は、面積約1cm²厚さ約5ミルの円形の形状を有する。ゲルパッチの両面には、ゲルパッチと同一の面積および外形を有するリリースライナーが装着される。実施例7 以下のヒドロゲルの構成成分を混ぜ合わせた：重量にして8.5％のポリエチレン酸化物（PEO、約600,000の分子量を有するPolyox（登録商標）WSR-205）、重量にして2％のポリアクリル酸PAA（Carbopol（登録商標）971 P NF）、ならびにゲル1g当たり1000単位のグルコース酸化酵素、0.45％NaClおよびpHを6〜8の範囲に維持するために十分なリン酸緩衝液が水中に含まれる約89.5％の水溶液。PEO 、PAAおよび水の重量は産生されるヒドロゲルの総重量に占める割合として示し、NaClおよび緩衝液の量の比率はゲル中に占めるそれらの化合物の量の比率として示した。このゲルには、Reemay 2250として販売されているポリエステル製の不織材料が組み込まれている。パッチを作成するために、各構成成分の混合物を紫外光増感剤（例えば0.5％Irgacure（登録商標）184など）および架橋剤（例えば0.02％N,N'-メチレンビスアクリルアミドなど）と混ぜ合わせ、リリースライナー層の上に乗せた不織材料の上に乗せてゲル型を使用した。このゲルをガードナーナイフを用いて型から外し、第2のリリースライナーを張り合わせた。架橋を施すために、この材料を約0.4Mradの線量の電子ビーム照射に曝露させた。直径1〜3c mの範囲、および厚さ10〜40ミルの範囲の円形となるようにこの材料を型抜きした。蒸発または汚染を防止するため、この円形のディスクを密封された袋に入れた。実施例8 まず固体支持体上に水和ゲルを調製し、続いてその支持体の上でゲルを乾燥させることによって本発明の乾燥ゲルを調製する。このゲルは、患者が水または生理的食塩水を添加することによって再水和される。重量にして10％の約300,000の分子量を有するポリエチレン酸化物（Polyox（登録商標）WSR-750）、重量にして1％のポリアクリル酸PAA（Carbopol（登録商標）971 P NF）、ならびにゲル1g当たり2000単位のグルコース酸化酵素、0.45％ NaClおよびpHを6〜8の範囲に維持するための0.5％リン酸緩衝液が水中に含まれる約89％の水溶液を混ぜ合わせる。PEO、PAAおよび水の重量は産生されるヒドロゲルの総重量に占める割合として示し、NaClおよび緩衝液の量の比率はゲル中に占めるそれらの化合物の量の比率として示した。このゲルには、リーメイ（Reem ay）2250として販売されているポリエステル製の不織材料が組み込まれている。パッチを作成するために、各構成成分の混合物をリリースライナー層の上に乗せた不織材料の上に乗せてゲル型を使用した。このゲルをガードナーナイフを用いて型から外し、第2のリリースライナーを張り合わせた。架橋を施すために、この材料を約0.4Mradの線量の電子ビーム照射に曝露させた。直径1〜3cmの範囲、および厚さ10〜40ミルの範囲の円形となるようにこの材料を型抜きした。乾燥ゲルを調製するために、この円形のディスクを固体支持体上に置き、凍結乾燥器、または実質的にすべての非結合状態の水が除去されるようなその他の乾燥装置の内部で乾燥させた。さらに、ゲル中の酵素が再水和後に直ちに保存および使用に耐えるために十分な活性を有し、分析物の測定において分析物の拡散が律速因子であるような条件を選択する。本明細書では、本発明に関して最も実践的であって好ましい態様と考えられるものを示し、説明している。しかし、この内容からの逸脱も本発明の範囲内にあり、本開示を読むことにより当業者には改変が想起されることが理解される必要がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ジョシプリティエス. アメリカ合衆国カリフォルニア州サンホセローヤルアンドライブ 5919 (72)発明者プラントフィリップジェイ. アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベイルエム−116 サウスフェアオークスアベニュー 655 (72)発明者ビジャヤクマープレマアメリカ合衆国カリフォルニア州フレモントサウザーランドウェイ 43493

Claims

【特許請求の範囲】 1．(a)水の存在下においてゲルを形成する親水性化合物であって、ヒドロゲルの重量に対して、約4％またはそれ以上の重量で存在する化合物、 (b)ヒドロゲルの重量に対して約95％またはそれ未満の量で存在する水、 (c)反応を触媒する能力を有する酵素、および (d)電解質、を含むヒドロゲル・パッチ。 2．ゲル中の背景信号が約200nA未満である、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 3．段階(c)における反応の産物が、30分以内に20％より多く分解されることのない、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 4．段階(c)の反応において反応する分析物の拡散が律速的であって、分析物の拡散が測定時間よりも迅速である、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 5．ヒドロゲルが選択されたヒドロゲル環境を維持するための成分をさらに含み、該環境が、分析物の段階(c)における反応産物への変換を増強させるような、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 6．酵素がグルコースと酸素との反応を触媒し、その結果として電子が生成される、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 7．(e)ヒドロゲル中のpHを約3〜9の範囲に維持するために十分な量の緩衝剤をさらに含む、請求項6記載のヒドロゲル・パッチ。 8．親水性化合物が、ポリエチレン酸化物、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、カルボポール（Carbopol）（登録商標）およびポリアクリルアミドメチルプロパンスルホネートならびにその共重合体からなる群より選択され、電解質がNaClおよびKClからなる群より選択され、酵素がグルコースオキシダーゼであり、グルコースオキシダーゼの量が段階(a )における吸収材および段階(b)における水溶液の合計重量1g当たり10単位〜5000 単位の範囲で存在し、該水溶液が、吸収材パッチのpHを約3〜9の範囲に維持するために十分な量の緩衝剤を水中に溶解された形でさらに含む、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 9．親水性化合物が、ヒドロゲルの重量に対して、約40％未満の重量で存在し、水が約60％より多い重量で存在する、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 10．厚さが約5μmから約60ミルの範囲である平坦な形状を特徴とする、請求項1 記載のヒドロゲル・パッチ。 11．第1および第2の表面領域を特徴とし、それぞれの表面領域が約0.5cm²から約 10cm²の範囲であり、パッチの厚さが約5μmから10ミルの範囲である、請求項10 記載のヒドロゲル・パッチ。 12．ヒドロゲル中に埋め込まれた構造支持性材料をさらに含み、該構造支持性材料がヒドロゲル・パッチと実質的に同じ外部パラメーター外形およびサイズを有する不織布である、請求項1記載のヒドロゲル・パッチ。 13．(a)乾燥酵素がその中に埋め込まれた吸収材、および (b)その中に電解質が溶解されている水溶液を含み、力を加えることによって破壊されるシールによって吸収材から分離されており、さらにシールが破壊された後に吸収材から直ちに脱着することができる、吸収材の第1の表面に接着した包装容器、を有することを特徴とする吸収材パッチ。 14．吸収材が第1および第2の表面領域を有し、各表面領域が約0.5cm²から約10cm² の範囲であり、厚さが約5μmから約50ミルの範囲である、請求項13記載の吸収材パッチ。 15．第1の表面および第2の表面上に存在するリリースライナーと、水の位置を保持させる材料が埋め込まれた不織材料とをさらに含む、請求項14記載のパッチ。 16．ヒトの皮膚に適合するよう十分な柔軟性を有することを特徴とし、ヒトの皮膚に接着するがゲルを除去した際に触知しうるゲルの残渣を皮膚上に残さないような、請求項14記載のパッチ。 17．(a)乾燥したゲル成分とゲル混合物を形成する量の水とを混合する段階と、 (b)水和されたゲルを形成するためゲル混合物を架橋する段階と、 (c)水和されたケルを固体支持体へ接着させる段階と、 (d)固体支持体上のゲルを乾燥させる段階であって、該乾燥したゲル成分が、親水性化合物が水和されたゲルの重量に対して約4％またはそれ以上の重量で存在する、水の存在下でゲルを形成する親水性化合物、反応を触媒する能力を有する酵素および電解質を含み、水和されたゲルの重量に対して水の量が約95％またはそれ未満である段階、とを含む方法によって調製される、固体支持体上の乾燥ゲルパッチ。