KR100528306B1 - 침투성을 최소화한 검출 장치 - Google Patents

Abstract

환자의 피부를 꿰뚫기 위한 다수의 미세돌출부 (4) 를 가진 평판 (6) 을 구비하는 작용제 검출 장치가 개시된다. 미세돌출부 (4) 각각은 그 표면상에, 환자의 세포조직사이의 유체내의 작용제의 존재여부를 검출하기 위해, 전극 (14, 16 및 18) 을 가진다.

Description

침투성을 최소화한 검출 장치{MINIMALLY INVASIVE DETECTING DEVICE}

본 발명은 경피적 (percutaneous) 검출 장치에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 경피 센서 (transcutaneous sensor) 를 사용하여 체전해질 (body electrolyte), 글루코오스, 알코올, 약물, 및 금지 약품과 같은 작용제를 경피적으로 검출하는 것에 대한 것이다.

체검체 (body analyte) (즉, 유체 전해질), 유기질 (예를 들어, 글루코오스), 약물 및 금지 약품의 경피적 검출에 대한 관심이 최근 몇 년간 증가하였다. 최근, 환자의 혈액내 또는 세포조직사이의 유체내의 이러한 검체들 각각을 검출하기 위한 다수의 전기화학적 센서들이 개발되었다. 예컨대, 당뇨병 환자의 혈액 글루코오스 레벨을 표시하기 위한 글루코오스 센서들이 개발되었다. 기존의 전기화학적 센서들은 환자로부터 샘플을 채취하거나 센서 검침을 환자 내에 어느 정도 침투적으로 삽입하는 것을 필요로 한다.

환자의 혈액 또는 다른 세포외 유체와 직접적으로 접촉하도록 센서 탐침을 피하에 위치시키기 위한 박막 전기화학적 센서들이 개발되어 왔다. 그러한 박막 전기화학적 센서의 한 예는, 체니 (Cheney) 등에 허여된 미국 특허 번호 제 5,391,250 호에 개시되는데, 박막 마스크 기술을 사용하여 제조된다. 박막 마스크 기술을 사용하여, 3개의 박막 도전성 소자가 밀집 평행 대형으로 기판상에 형성되며, 폴리이미드 물질로 된 유연성 절연층들 사이에 가두어진다. 도전성 소자들은, 환자의 혈액과 직접 접촉하도록, 전기화학적 센서의 말단에서 노출된 상태로 된다. 혈액 글루코오스 센서로서 사용하기 위해, 적합한 전극 화학물을 노출된 도전성 소자들에 가한다. 노출된 도전성 소자들중 하나는, 작용전극을 규정하기 위해, 글루코오스 옥시다아제를 함유하는 코팅을 가진다. 다른 2개의 노출된 도전성 소자들은, 전기화학적 센서를 위한 기준 전극 및 상대 전극을 규정하기 위해, 다른 적절한 재료로 피복되거나 피복되지 않은 상태로 남겨진다. 적절한 모니터에의 접속을 위해, 도전성 소자들은 외부에 위치한 기단부에서 노출된 상태로 된다.

전기화학적 센서의 말단부의 노출된 도전성 소자들은 로드 (Lord) 등에 허여된 미국 특허 번호 제 5,390,671 호에 개시된 것과 같은 센서 삽입 세트를 사용하여 경피적으로 삽입된다. 센서 삽입 세트는 환자의 피부상에 부착되는 탑재 기재를 관통하며 홈이 파진 독립된 삽입 바늘을 구비한다. 박막 센서는 탑재 기재에 의해 지탱되는 기단부 및 말단부를 가지는데, 그 말단부상의 노출된 센서 전극들이 탑재 기재로부터 돌출한다. 센서의 기단부는, 기단부가 탑재 기재에 의해 지탱되는 동안 말단부가 홈이 파진 삽입 바늘 내로 끼워질 수 있도록, 말단부로부터 선형적으로 한쪽으로 떨어져 있다. 탑재 기재를 환자의 피부상으로 내리누를 때, 삽입 바늘이 환자의 피부를 꿰뚫음에 따라 말단부가 경피적으로 삽입된다. 그리고 나서, 말단부가 선택된 지점에 그리고 탑재 기재가 환자의 피부상에 위치한 상태에서, 삽입 바늘을 환자로부터 전극 위쪽으로 빼낸다.

바늘의 삽입은 비교적 침투적이며, 고통을 수반하며 많은 환자들에 공포심을 준다. 따라서, 전기화학적 센서를 환자의 피부 내에, 고통 없이 침투적인 면을 최소화하여, 위치시키는 것에 대한 요구가 존재한다. 또한, 생산성을 향상시키기 위해, 전기화학적 센서들을 하나의 센서 탐침상에 밀집 평행 대형으로 형성하기보다는 개별적인 피부-관통 요소들에 가하는 것이 바람직하다.혈액 글루코스 모니터링 시스템이 디마조 (DeMarzo) 에 의한 미국 특허 번호 제 4,953,552 호에 설명된다. 이것은 패치를 포함하며 그 내부에 접지 전극 및 감지 전극이 탑재된다. 감지 전극은 단일 관통 소자를 함유한다. 관통 소자는 전극이 글루코스에 노출되면 나노암페어-레벨의 전류가 발생되도록 적절한 재료로 피복된다. 패치는 일반적으로 전박 (forearm) 에 가해지며, 두 전극은 저레벨 전류를 읽어 손목주위에 착용된 표시판상에 상당 혈액 글루코스 값을 표시하는 미터기에 전기적으로 접속된다.

도 1 은 센서 전극들이 표면상에 위치하는 미세돌출부들을 가진 부재의 평면도.

도 2 는 미세돌출부들을 정해진 위치로 구부린 후의 도 1 의 부재의 저부 사시도.

도 3 은 본 발명에 의한 검출 장치의 확대된 일부 단면도.

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 부재의 저부측의 확대 사시도.

도 5 는 본 발명에 의한 삼투 검출 장치의 도식적 단면도.

본 발명은 피부 관통 미세돌출부로 전기화학적 센서를, 환자의 세포조직 사이의 유체와 직접 접촉하도록, 최소한의 침투적 방식으로 삽입하기 위한 방법 및 검출 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는, 전기화학적 센서를 표피의 최외각층 바로 아래, 환자를 위해 통증 및 출혈을 제거하기 위해, 환자의 신경말단 및 혈관 위쪽에 위치시키기 위해, 신체표면의 각질층을 관통한다. 본 발명은 하나의 전기화학적 센서 및 하나 이상의 피부-관통 부재를 하나의 장치로 결합시켜 고통 없는 주입이 가능한 인시츄 (in situ) 검출을 달성한다.

일 실시 형태에 있어서, 본 발명은 최소한의 침투적 작동을 위해 필요한 작은 돌출부 크기를 유지하면서도 전극 면적을 극대화하기 위해, 각각이 전기화학적 센서의 개별적 전극을 형성하며 피부를 꿰뚫는 다수의 미세돌출부를 구비한다. 다른 실시 형태에 있어서는, 활성 전극 면적을 증가시키기 위해, 전극들이 미세돌출부의 양 면상에 피복된다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 본 장치는 유체 흡입 부재와 연결시켜주는 관통 개구를 가지는 부재, 상기 부재의 제 1 면으로부터 아래쪽으로 뻗어 나온 다수의 돌출부들, 및 전기화학적 센서를 형성하는 미세돌출부들상의 박막 전극을 이용한다. 박막 전극들이 환자의 피부에 삽입된 상태에서, 유체 흡입 부재 (예를 들어, 삼투 염류층) 로 개구를 통해 세포조직사이의 유체를 끌어들임으로써 전극들을 지나가는 유체의 흐름을 일정하게 유지할 수 있다.

도면을 상세히 참조하여, 도 1 및 2 에는 본 발명의 피부관통 부재 (2) 의 일 실시예가 도시된다. 부재 (2) 는 작용제의 경피적 검출에 사용된다. 여기서 "검출"이라는 용어는 넓게 작용제의 양 또는 존재를 모니터링 하는 것뿐만 아니라 작용제의 양 또는 존재를 검출 또는 감지하는 것을 포함한다. 여기서 "물질", "작용제" 및 "약품"은 상호 교환적으로 사용되며, 피부를 통해 채취될 수 있는 글루코오스, 체전해질, 알코올, 금지 약품, 약물 등의 물질을 넓게 포함한다. 작용제 검출에 대한 저항과 같은 피부의 주요한 장벽 특성 (barrier property) 은 최외각층 (즉, 각질층) 에 존재한다. 표피의 내부 분할은 과립층 (stratum granulosum), 말피기층 (stratum malpighii), 종자층 (stratum germinativum) 으로 일반적으로 식별되는 3개의 층을 구비한다. 작용제는 과립층, 말피기층, 및 종자층을 통해 별다른 또는 전혀 저항 없이 이동한다. 본 발명의 장치는 환자의 피부 최외각층 아래에 위치 (도 3 참조) 하는 센서로 작용제를 인시츄 검출하기 위해 각질층 (24) 을 관통하는데 사용된다.

부재 (2) 는 피부 (예컨대 인간 또는 다른 동물의 피부) 의 최외각 각질층을 관통하도록 치수와 모양이 정해진 다수의 미세돌출부 (4) 를 구비한다. 도 1 은 미세돌출부들이 형성 (이 이후에 더욱 자세히 설명될 포토리소그래피 공정 및 후속하는 화학적 에칭 공정에 의해) 되고, 미세돌출부상에 전극들 (14,16,18) 및 전기적 트레이스들 (20) 이 피복 (예컨대, 인쇄) 된 후의 미세돌출부 (4) 를 도시한다. 도 2 는 미세돌출부들이 평판 (6) 의 평면으로부터 아래쪽 (예컨대 수직) 으로 돌출하도록 구부려진 후의 미세돌출부 (4) 를 도시한다. 도 4 는 미세돌출부 (4) 들을 더 잘 도시하기 위해 뒤집은 상태의 부재 (2) 를 도시한다. 평판 (6) 의 일부만이 도 1, 2 및 4 에 도시된다. 부재 2 는 하나 이상의 전극을 가지는 유연성 센서 (22) 를 환자의 신체내의 선택된 지점에 경피적으로 배치하도록 해준다. 특히, 부재 (2) 는 환자의 상태를 나타내는 특정한 파라미터들을 검출하는데 사용되는 종류의 유연성 박막 전기화학적 센서의 배치를 용이하게 한다. 흡수 부재내로 세포조직사이의 유체를 끌어 모으는 것에 의존하기보다는 환자의 피부 내에 센서를 위치시킴으로써 인시츄 표시가 가능해진다. 측정이 행해지기 전에 세포조직사이의 유체를 추출해야 하는 진단 방법들에 비해 인시츄 검출은 표시에 있어서의 지연시간을 최소화한다. 한 바람직한 실시예에서는, 센서가 당뇨병 환자의 글루코오스 레벨을 모니터링 하도록 의도되었다.

도 1 및 2 에 도시된 실시예에서, 부재 (2) 는 샘플 전극 (14), 공통 전극 (16) 및 기준 전극 (18) 을 가지며 참조번호 22 로 전체적으로 도시한 3 전극 전기화학적 센서를 구비한다. 전자 제어 유닛 또는 검출기 (10) (도 3 에 도식적으로 도시) 와의 인터페이스를 위해, 전기적 트레이스 (20) 가 각 전극으로부터 장치 (2) 의 상부표면을 따라 형성된다. 도 1 의 평판 (6) 을 다이 (도시되지 않음) 상에 배치하고 개구 (8) 를 통해 밀어 넣어지는 펀치 (도시되지 않음) 를 사용하여, 인접한 미세돌출부 (4) 들상의 3개의 전극 (14, 16 및 18) 이 도 2 에 도시된 방향성을 갖도록 이동시킨다. 전기화학적 센서 (22) 의 미세돌출부 (4) 들은 각질층 (24) 을 관통하지만 환자의 신경 말단 (26) 을 접촉하지 않도록 (도 3 참조), 적절하게 크기가 정해진다. 예컨대, 도 1 및 2 에 도시된 각 미세돌출부 (4) 의 단부에 위치한 눈물방울 모양의 전극들 (14, 16 및 18) 은 약 100㎛ 의 지름을 가지며, 미세돌출부 (4) 들은 약 150㎛의 전체 길이를 가진다. 이러한 형성을 가짐으로써, 전기화학적 센서 (22) 는 고통이나 출혈을 일으키지 않고도 환자의 세포조직사이의 유체내의 작용제의 존재 또는 양의 변화에 응답할 수 있다. 펀칭 전에, 폴리이미드 필름과 같은 선택된 절연재료의 층들 사이에 매립 또는 감싸인 박막 도체 (20) 들을 이용하는 박막 마스크 기술을 사용하여 센서 (22) 를 제조한다. 센서가 경피적으로 삽입될 때 환자의 세포조직사이의 유체와 접촉하도록, 각 미세돌출부의 말단에 위치한 전극들 (14, 16 및 18) 이 환자의 피부에 삽입된다.

센서 전극으로부터 온 신호에 응답하여 환자의 상태 (예컨대, 혈액 글루코오스 농도) 를 검출하기 위해, 도 3 에 도식적으로 도시되고 본 기술분야에서 공지된 바와 같이, 다이아몬드형태의 전극들 (14, 16 및 18) 이 도전성 트레이스 (20) 를 통해 적절한 제어 유닛 (10) 에 전기적으로 연결된다. 1995년 2월 21일 체니 (Cheney) 등에 허여된 미국 특허 번호 제 5,391,250 호 및 1992년 4월 28일 헬러 (Heller) 등에 허여된 미국 특허 번호 제 5,108,819 호에 개시된 바를 포함하는 임의의 적절한 박막 마스크 기술이 본 발명에서 사용될 수 있다. 센서는 당뇨병 환자내의 글루코오스와 같은 체전해질을 주기적으로 또는 연속적으로 검출하기 위해 장기간에 걸쳐 사용될 수 있다. 이러한 검출은 환자의 혈액 글루코오스 농도 (즉, 세포조직사이의 유체내의 글루코오스 농도와 혈액내의 글루코오스 농도를 연관시키는 적절한 소프트웨어를 통해) 를 모니터링 하는데 유용하며, 환자에의 인슐린 투여 및/또는 식단의 적절한 수정 및/또는 운동을 일반적으로 포함하는 치료법을 조절하는데에도 또한 사용될 수 있다.

피하 글루코오스 센서로서 사용되도록 의도된 도 1 및 2 에 도시된 예시적 센서 구조체에서, 각 센서는 3개의 개별적 전극들 (14, 16 및 18) 에 대응하는 3개의 평행 도체 또는 트레이스 (20) 를 포함하는 것으로 도시된다. 미세돌출부 (4) 의 말단부에서 눈물방울 모양의 전극 표면을 규정하는 적절한 전극 화학물이 적절하게 가해질 수 있다. 글루코오스 센서로서 사용되기 위한 본 예시적 센서 실시예에서, 전극 (14) 은 작용 또는 샘플 전극을 정의하기 위해 글루코오스 옥시다아제를 포함한다. 다른 2 전극, 상대 전극 (16) 및 기준 전극 (18) 은, 전기화학적 센서 (22) 를 위한 상대 전극 및 기준 전극을 규정하기 위해, 다른 적합한 화학물을 함유할 수 있다. 전기화학적 검체 (예컨대, 글루코오스) 샘플링 분야의 당업자에 공지된 바와 같이, 세포조직사이의 유체내의 외생 물질 (extraneous species) 의 산화 또는 환원으로 인한 전기적 간섭을 제한하기 위해, 적어도 작용 전극 (14) 은 배제 멤브레인 (excluding membrane) 으로 피복되어야 한다. 배제 멤브레인은 2개의 층으로 구성되는데, 반흔 조직 (scar tissue) 또는 대식세포가 전극을 덮어 활성 전극 면적을 감소시키지 않도록 하기 위한 제 1 층 및 작은 분자량을 가진 산화 또는 환원 가능한 물질을 배제하기 위한 제 2 층을 포함한다. 글루코오스를 감지함에 있어, 제 2 층은 일반적으로 셀룰로스 아세테이트로 이루어지며 과산화수소에는 투과성이지만 다른 내생 (endogenous) 산화/환원 가능한 물질에는 훨씬 투과성이 작다.

기준 전극은 일반적으로 은/염화은 으로 이루어지며, 전기화학적 센싱 분야의 당업자에 공지된 바와 같은 통제된 조성을 가지는 전해질을 함유하는 것이 바람직하다.

모든 전극들 (14, 16 및 18) 을 하나의 미세돌출부 (4) 상에 배치하는 것보다 각 전극들 (14, 16 및 18) 을 개별적인 미세돌출부 (4) 상에 배치함으로써, 최소한의 침투적인 장치에 필요한 비교적 작은 돌출부 크기를 유지하면서도 전극 면적을 극대화할 수 있다.

다른 실시예에서는, 전극들이 미세돌출부들의 양면에 모두 피복되어 활성 전극 면적을 2배로 만든다. 개별적인 미세돌출부들상에 전극들을 분리 배치함으로써 기준, 샘플 및 공통 전극을 좁은 형상 내에 서로 밀집되게 배치하는 것과 연관된 문제점들을 제거할 수 있다. 전극들 사이의 식각된 공간은 전극 피복 재료의 안전한 분리를 보장하여 제조시에 한 피복재가 다른 전극으로 번질 가능성이 거의 없어진다. 그러나, 모든 전극들 (14, 16 및 18) 을 하나의 미세돌출부상에 형성한 하나의 미세돌출부 (4) 만을 이용하는 것도 본 발명의 범위내이다. 마찬가지로, 글루코오스 센서에 대해 설명되었지만, 임의의 검출 시스템에 본 장치 (2) 가 사용될 수 있다. 특정 검출 시스템이 단지 하나 또는 2개의 전극을 가지거나 3개 이상의 전극을 가질 수 있는 것도 본 발명의 범위내이다. 추가적인 전극들이 검출 시스템에 필요할 경우, 더 많은 미세돌출부들이 사용될 수 있으며 최상의 형상으로 배열될 수 있다. 도 4 에 도시된 구성에서는 다수의 개구 (8) 주위에 필요한 것 보다 많게 형성된 다수의 미세돌출부 (4) 들을 사용하는데, 모두 6 개의 미세돌출부들이 전극들로 피복된다. 이렇게 함으로써, 전극들중 일부가 제조시 손상되거나, 결함이 있거나 피부를 관통하지 않은 경우에, 제어 유닛 (10) 이 초기에 어떤 전극들이 작동하는지를 테스트하여 동작하는 전극들만 작용제를 검출하기 위해 이용할 수 있다. 마찬가지로, 도시된 바와 같이, 미세돌출부 및 개구의 1 이상의 세트가 부재 (2) 상에 배치될 수 있다. 또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 3 전극 센서의 2개 세트가 여분 및 정밀도의 목적상 각 개구 (8) 주위에 형성된다.

미세돌출부 (4) 의 말단부는 피부 또는 신체 표면을 꿰뚫기 위한 임의의 다양한 모양 및 형상을 가질 수 있으며, 이에는 도 1 및 2 에 도시된 바와 같은 화살모양 또는 다이아몬드 모양의 단부, 도 4 에 도시된 바와 같은 삼각형 모양의 단부 및 핀 (도시되지 않음) 모양이 포함된다. 신체 표면을 통해 작용제를 검출하는 것을 용이하게 하기 위해 압력이 장치에 가해질 때, 미세돌출부 (4) 들은 표피의 각질층을 관통한다. "신체 표면"이라는 용어는 여기서 동물 또는 인간의 피부의 최외층, 점막 및 손발톱 및 식물의 외부표면을 일반적으로 지칭한다.

예시된 실시예에서, 평판 (6) 에는 미세돌출부 (4) 들 사이에 개구 (8) 가 형성된다. 개구 (8) 는, 미세돌출부들이 평판 (6) 의 평면에 실질적으로 수직인 위치로 구부러지기 전의 각각의 미세돌출부 (4) 가 차지하는 평판 (6) 의 부분에 대응한다. 장치당 개구 (8) 들의 수 및 장치당 미세돌출부 (4) 의 수는 독립적이다. 장치는 개구 주위에 다수의 미세돌출부 (4) 가 형성된 하나의 큰 개구 (8) 만을 가질 수도 있다. 하기하는 바와 같이, 개구 (8) 는, 샘플링되는 작용제가 전극들을 지나 유체-흡입 저장소내로 이동하는 것을 돕기 위해 유체 -흡입 부재로 덮일 수도 있다. 다른 실시예에서, 장치는 평판 (6) 을 관통하는 개구를 가지지 않는다. 이 다른 실시예에서, 미세돌출부 (4) 들은 몰딩 또는 캐스팅에 의해 제조된 후, 전극들로 피복된다.

미세돌출부 (4) 들은 일반적으로 일편의 재료로부터 형성되며 (그러나 꼭 그럴 필요가 있는 것은 아님), 신체 표면의 적어도 각질층을 꿰뚫기에 충분할 만큼 길며 날카롭다. 한 실시예에서, 미세돌출부 (4) 및 평판 (6) 은 작용제에 대해 거의 불투과성 또는 완전히 불투과성이다. 각 미세돌출부의 폭은 임의의 범위를 가질 수 있다. 일반적으로, 미세돌출부의 폭은 약 25㎛ 내지 500㎛ 의 범위를 가진다. 미세돌출부의 길이는 관통되는 신체 표면의 변화에 종속되며 각질층의 자연적 두께에 상당하는데, 이는 본 발명의 특징중 하나가 센서 전극이 표피의 최외층 아래의 작용제를 검출하는 것이기 때문이다. 일반적으로, 미세돌출부들은 약 20㎛ 내지 약 400㎛의 길이를 가진다. 미세돌출부를 신체 표면내로 밀어 넣는데 필요한 삽입력을 더 감소시키기 위해, 미세돌출부 (4) 는 경사진 (즉, 각진) 최단부 (64) (도 4 참조) 를 가질 수 있다. 각 미세돌출부의 최단부들은 신체 표면을 꿰뚫기에 적합한 모두 동일한 각도 또는 다른 각도일 수 있다. 또는, 각 미세돌출부의 최단부는, 예컨대 볼록 또는 오목한 모양을 갖는 활 (즉, 휘어진) 모양을 가질 수 있다.

신체 표면이 움직이는 동안에도 신체 표면을 통한 작용제의 연속적 검출을 유지하도록, 부재 (2) 는 장치가 신체 표면에 부착되는 정도를 향상시킬 수 있다. 도 4 에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 미세돌출부 (4) 상에 갈고리 (50) 모양으로 형성된 돌출부들은 부재 (2) 및 그것과 조합하여 사용되는 임의의 대응하는 장치 또는 구조체를 신체 표면에 고정시키는데 도움을 준다. 갈고리 (50) 들은 하나 내지 모든 미세돌출부의 범위중 임의의 수의 돌출부상에 형성될 수 있다. 갈고리 (50) 들은 선택적이며 부재를 신체 표면에 접촉하도록 고정시키기 위한 다른 수단이 사용될 수 있다. 본 발명은 매우 다양한 미세돌출부 형상들과 함께 사용될 수 있는데, 예컨대 1996년 6월 18일 출원되어 이후에 PCT 출원 WO97/48440으로 공개된 미국 임시 출원 번호 60/019,990 를 참조하여 그 개시된 임의의 형상들이 본 발명에 사용될 수 있다.

본 발명의 임의의 미세돌출부 어레이 부재 (2) 를 위한 패턴은 포토-에칭 공정으로 형성될 수 있다. 예컨대, 1996년 6월 18일 출원된 미국 임시 출원 번호 60/019,990 를 참조하여 그 개시된 임의의 방법을 사용하여 본 발명의 부재 (2) 를 제조할 수 있다. 스테인리스강 또는 티타늄과 같은 금속의 박판 (6) 을 포토-리소그래피기술을 사용하여 식각하여 피부 관통 구조체를 함유하는 패턴을 형성한다. 일반적으로, 얇은 적층 건식 레지스트 또는 습식 레지스트가 평판 (6) 상에 가해지는데, 이는 일반적으로 약 7㎛ 내지 약 100㎛의 두께를 가지며, 약 25㎛ 내지 약 50㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 레지스트는 원하는 패턴을 가진 마스크를 사용하여 접촉 노광되며 이어서 현상된다. 이러한 작업들은 인쇄회로 기판을 제조하는데 사용되는 방식과 거의 동일한 방식으로 이루어진다. 평판 (6) 은 산성 용액을 사용하여 식각된다. 패턴이 평판을 관통하도록 식각된 후, 평판 (6) 은 평판의 개구 (8) 들에 대응하는 다수의 개구를 가진 다이상에 배치된다. 평판 (6) 내의 개구 (8) 들 및 다이의 개구들에 대응하는 다수의 돌출부들을 가진 펀치가 판 및 다이의 위쪽에 위치한다. 초기단계에서, 미세돌출부 (4) 들은 평판 (6) 의 나머지 부분들과 동일한 평면내에 위치한다. 이 후에, 펀치 다이가 개구 (8) 들 내로 밀어 넣어져 미세돌출부들을 아래쪽으로 구부려 평판 (6) 의 평면과 실질적으로 수직이 되도록 한다. 최종 구조체는 인접한 개구 (8) 를 가진 미세돌출부 (4) 들을 제공한다. 일 실시예에서, 개구 (8) 는, 부재 (2) 가 신체 표면에 가해질 때, 세포조직사이의 유체를 통과시킨다. 직사각형 개구 (8) 들이 도면에 도시되었지만 본 발명은 임의의 모양의 개구의 사용을 포함하며, 정사각형, 삼각형, 원형 및 타원형을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.

일반적으로, 미세돌출부 (4) 들은, 펀칭된 후에, 평판 (6) 의 표면 (48) (도 3 참조) 에 대해 약 90°의 각도를 이루지만, 이들은 신체 표면의 관통 및 접착을 용이하게 하는 수직 배치로부터 전방 또는 후방으로 임의의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 장치의 고정을 더욱 향상시키기 위해, 갈고리, 개구 등과 같은 다른 고정 요소가 경사진 미세돌출부들과 함께 사용될 수 있다.

평판 (6) 및 미세돌출부 (4) 는 유리, 세라믹, 경질 폴리머, 금속 및 합금과 같은 충분한 강도 및 미세돌출부를 제조할 수 있는 성형성을 가진 임의의 재료로부터 만들어질 수 있다. 금속 및 합금의 예에는 스테인리스강, 철, 강철, 주석, 아연, 구리, 은, 백금, 알루미늄, 게르마늄, 니켈, 지르코늄, 티타늄 및 니켈, 몰리브덴 또는 크롬을 함유한 티타늄 합금이 포함되지만 이에 한정되지는 않는다. 평판 및 미세돌출부들 각각은 은, 금, 백금, 이리듐, 티타늄, 로듐 도금 또는 증착되거나 스퍼터링된 생체친화성 금속의 얇은 층을 가지는데, 이들은 비활성, 생체친화성을 제공하며 저장시의 에지의 날카로움을 유지시킨다. 유리의 예에는 뉴욕주 코닝시의 코닝사로부터 입수 가능한 "포토크림 (PHOTOCREAM)" 과 같은 탈비정질화된 유리가 포함된다. 폴리머의 예로는 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필렌, "베이크라이트 (BAKELITE)", 셀룰로스 아세테이트, 에틸 셀루로스, 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌/부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 (ABS) 공중합체, 염화폴리비닐 및 폴리아크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트를 포함하는 아크릴산 폴리머가 포함되나 이에 한정되지는 않는다.

임의의 실시예의 부재 (2) 의 미세돌출부 (4) 들 및 전극들의 수는 시스템에서 요하는 여분의 정도, 검출해야 하는 작용제, 사용되는 센서의 종류 및 본 기술분야의 당업자에 자명한 다른 인자들에 따라 달라진다.

부재 (2) 는 여러 가지 수단에 의해 환자의 신체 표면에 선택적으로 접착될 수 있는데, 이러한 수단에는 평판 (6) 의 신체 접촉면에 가해진 접착제 또는 여기에서 설명된 임의의 실시예의 부재 (2) 상의 다른 고정 요소들이 포함된다. 또한, 시계줄 또는 탄력붕대를 사용하여 장치가 피부와 접촉되도록 유지할 수 있다. 접착제는 부재 (2) 가 착용자의 통상적인 활동시에 신체 표면상의 위치에 유지될 수 있도록 확보하기에 충분한 접착성을 가져야 하지만, 소정의 착용 기간 (예를 들어, 24 시간) 후에 적절하게 제거될 수 있도록 해주어야 한다. 사용 전에 접착제의 보전성을 유지하기 위해 적절한 릴리이스 라이너 (release line) (도시되지 않음) 가 형성될 수 있다. 사용시에, 장치를 피부에 가하기 전에 릴리이스 라이너가 접착제로부터 떼내어 진다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 부재 (2) 는 역 전기운반 (reverse electrotransport) (즉, 이온영동 및/또는 전기삼투), 삼투, 및 수동적 확산을 포함하나 이에 한정되지는 않는 유체-흡입법과 함께 사용될 수 있다. 도 5 는 상기한 임의의 실시예의 부재 (2) 와 조합된 삼투 장치 (104) 를 도시한다. 삼투 장치가, 검출되야 할 작용제를 지니는 신체로부터 유체 (즉, 세포조직사이의 유체 또는 땀) 를 끌어내는데 사용될 수 있으며, 예컨대 미국 특허 번호 제 4,756,314 호를 참조하여 그 개시된 삼투 구성체가 본 발명에 사용될 수 있다. 삼투 장치 (104) 는 유연성 접착제 오버레이 (flexible adhesive overlay) (100) 를 사용하여 신체 표면에 부착된다. 장치 (104) 는 반투과성 멤브레인 (95) 에 의해 제어 유닛 또는 검출기 (10) 및 부재 (2) 로부터 분리된 염류층 (salt layer) (106) 을 구비한다. 염류층 (106) 은 삼투에 의해 환자의 신체로부터 유체를 끌어낸다. 신체로부터 인출된 유체는 검출되어야 할 작용제를 함유한다. 이렇게 하여, 전극들이 미세돌출부의 말단부에 위치한 상태에서, 전극들을 지나며 개구 (8) 들을 통과하는 세포조직사이의 유체들의 흐름이 일정하게 유지될 수 있다. 염류층 (106) 은 자유롭게 팽창하거나 유체가 내부에 함유될 수 있도록 반투성 멤브레인 (95) 로 감싸이는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 통해, 작용제는 세포조직사이의 유체가 전극들을 지나 흐름에 따라 신체 표면 아래에서 인시츄로 검출된다. 또는, 염류층 (106) 및 반투과성 멤브레인 (95) 이 작용제뿐만 아니라 흡수된 유체를 저장하는 흡수성 히드로겔 (absorbent hydrogel) 의 하나의 층으로 결합될 수 있다.

따라서, 현재 개시된 실시예들은 예시적이며 어떤 면에서도 한정적이 아닌 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명보다는 첨부한 청구범위에 의해 표시되며, 본 발명의 사상내 및 그 균등물의 범위내에 속하는 모든 변형은 본 발명에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (23)

1. 하나 이상의 전기화학적 센서 (22) 와,

   다수의 피부 관통 미세돌출부 (4) 를 가지는 평판 (6) 을 구비하며,

   상기 다수의 피부 관통 미세돌출부 (4) 는 상기 평판으로부터 연장되며,

   상기 다수의 미세돌출부 (4) 중 하나 이상이 그 표면 상에 상기 전기화학적 센서 (22) 의 전극 (14, 16 또는 18) 을 가지는 것을 특징으로 하는, 환자의 표피의 최외각층 (24) 아래의 작용제를 검출하기 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피부 관통 미세돌출부 (4) 들이 상기 센서 (22) 를 표피의 상기 최외각층 (24) 바로 아래, 환자의 신경말단 (26) 및 혈관의 위쪽에 위치시키는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 미세돌출부 (4) 가 그 표면 상에 전기화학적 센서 (22) 의 전극을 가지며, 상기 다수의 미세돌출부 (4) 중 하나 이상이 샘플 전극 (14) 을 가지고, 상기 다수의 미세돌출부 (4) 중 하나 이상이 공통 전극 (16) 을 가지며, 상기 다수의 미세돌출부 (4) 중 하나 이상이 기준 전극 (18) 을 가지는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   검출기 (10) 와의 인터페이스를 형성하기 위해 각각의 상기 전극들 (14, 16 및 18) 로부터 연장된 전기적 트레이스 (20) 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 미세돌출부 (4) 가 그 말단부에 확대된 전극 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 미세돌출부 (4) 가 그 말단부에 다이아몬드 형상의 전극 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   유체-흡입 부재 (106) 와 연결시켜주는 관통 개구 (8) 를 가지는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 유체 흡입 부재 (106) 가 삼투 염류층인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 미세돌출부 (4) 가 상기 미세돌출부 (4) 의 양면 상에 위치한 전극 (14, 16 또는 18) 을 가지는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 전기화학적 센서 (22) 가 글루코오스 센서인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    검출기 (10) 를 더 구비하며, 상기 센서 (22) 가 상기 검출기 (10) 에 부착된 기단부 및 표면 상에 하나 이상의 전극 (14, 16 또는 18) 을 가진 말단부를 가지는 전기화학적 센서인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 하나 이상의 미세돌출부 (4) 가 상기 센서 (22) 를 표피의 최외각층의 바로 아래, 환자의 신경 말단 (26) 및 혈관의 위쪽에 위치시키는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 센서 (22) 가 박막 센서인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 다수의 미세돌출부 (4) 가 상기 장치 (2) 를 신체 표면에 고정하기 위한 수단 (50) 을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
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