KR20020094896A - 생물학적 유체 성분의 경피적 샘플링 및 측정 장치, 및측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 생물학적 유체 성분을 샘플링하고 생물학적 유체 중의 하나 이상의 표적 성분을 측정하는 장치를 제공한다. 당해 장치는 고통과 출혈이 최소화되는 깊이까지 피부를 관통시키는 데 사용되는, 개방된 원위 말단(distal end)을 갖는 하나 이상의 현미침을 포함한다. 추가로, 당해 장치는 생물학적 유체 성분을 샘플링하기 위한 현미침 내의 하이드로겔 및 샘플링된 생물학적 유체 성분 중의 표적 성분의 농도를 측정하기 위한 전기화학적 전지를 포함한다. 특정 양태에서, 전기화학적 전지는 현미침 내에 일체화되어 샘플링 및 측정 단계가 완전히 동일반응계 내에서 수행된다. 다른 양태에서, 전기화학적 전지는 이의 인접 말단에서 현미침의 외부에 위치한다. 또한, 본 발명은 당해 성분을 샘플링하고 측정하기 위한 시스템, 방법 및 키트를 제공한다.

Description

생물학적 유체 성분의 경피적 샘플링 및 측정 장치, 및 측정방법{Percutaneous biological fluid constituent sampling and measurement devices and methods}

본 발명은 생물학적 유체 성분의 경피적 샘플링 및 분석물 측정, 보다 특히생물학적 유체의 샘플링을 용이하게 하기 위한 성분 전달 매질에 관한 것이다.

생물학적 유체 중의 분석물의 검출은 점차 그 중요성이 증가하고 있다. 분석물 검출 검정은 임상 실험실 시험, 가정내 시험 등을 포함하는 다양한 용도로 사용되며, 여기서 이러한 시험 결과는 각종 질병 상태의 진단 및 관리에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 통상적으로 중요한 분석물에는, 예를 들면, 당뇨병 관리를 위한 글루코스, 콜레스테롤 등이 포함된다.

분석물 측정용 혈액 샘플을 수집하는 통상적인 기술은 적어도 피하층 속으로 피부를 관통하여 하부의 혈관에 접근하여 신체 표면에서 국소적으로 출혈시키는 것이다. 이어서, 근접한 혈액을 소형 운반용 관에 수집하고, 종종 혈액 샘플을 위치시키는 시약 시험 스트립을 포함하는 손으로 잡는 기구 형태인 시험장치로 분석한다. 손가락 말단은 그 안에 위치하는 작은 혈관의 수가 많기 때문에 이러한 혈액 수집 방법에 가장 빈번하게 사용되는 부위이다. 이 방법은 손가락 말단의 경피 조직이 신경종말의 농도가 높기 때문에 매우 고통스럽다는 심각한 단점을 갖는다. 분석물의 빈번한 모니터링을 필요로 하는 환자가 채혈을 꺼리는 일은 통상적이다. 예를 들면, 당뇨병 환자의 경우, 소정량을 기준으로 하는 글루코스 수준을 빈번하게 측정하지 못하면, 글루코스 수준을 적합하게 조절하는 데 필요한 정보가 부족하게 된다. 조절되지 않는 글루코스 수준은 매우 위험하고 심지어 생명을 위협할 수 있다. 또한, 이러한 채혈 기술은 특히 매우 빈번하게 수행하는 경우, 감염의 위험이 있고 질병이 환자에게 전달될 수 있다. 이러한 기술에 대한 문제는 빈번한 채혈에 사용할 수 있는 피부 표면의 양이 한정된다는 사실로 인해 악화된다.

상기 기술 및 심한 고통과 관련된 다른 기술들의 단점을 극복하기 위해, 피부 내 간질액에 접근하기 위한 현미침(micro-needle) 또는 유사한 구조물을 사용하는 특정 분석물 검출 프로토콜 및 장치가 개발되었다. 현미침을 피부 속으로 피하층보다 덜 깊은 위치까지 관통시켜 환자가 느끼는 고통을 최소화한다. 이어서, 간질액을 샘플링하고 표적 성분의 농도를 측정하기 위해 시험한다. 간질액 중의 성분의 농도는 다른 체액, 예를 들면, 혈액 중의 당해 성분의 농도를 나타낸다.

통상적인 현미침 샘플링 시스템은 인체 내부의 간질액의 압력이 약 6mm/Hg의 음압(陰壓)이기 때문에, 특정 종류의 기계적 수단 또는 진공 수단을 종종 미세-관통 부재와 함께 사용한다는 단점을 갖는다.

예를 들면, 국제특허공보 WO 제99/27852호에는 진공압 및/또는 열을 사용하여, 진공 또는 열이 사용되는 피부 영역에서의 간질액의 이용도를 증가시키는 것이 기재되어 있다. 진공압은 진공 부근의 피부 부분을 신장시키고 간질액으로 충전시켜 피부 속으로의 도입시 액체의 추출을 용이하게 한다. 국소적 가열 부재를 피부 위에 위치시켜 간질액을 그 위치에서 보다 신속하게 유동시켜 단위 시간당 더 많은 양의 간질액을 수집할 수 있는 또 다른 방법이 기재되어 있다.

피부의 관통을 함께 방지하는 또 다른 검출장치가 개발되었다. 피부 최외층 대신에, 이른바 각질층을 보다 수동적인 수단으로 "붕괴"시켜 피부 내의 생물학적 유체에 접근하거나 당해 유체를 추출할 수 있다. 이러한 수단은 진동 에너지의 사용, 피부 표면에 대한 시약의 도포 등을 포함한다. 예를 들면, 국제특허공보 WO 제98/34541호에는 피부 표면으로부터 분리하여 위치시키고 전자 기계 변환기를 사용하여 진동시키는 진동 농축기, 예를 들면, 바늘 또는 와이어의 사용이 기재되어 있다. 바늘을 피부와 접촉된 상태로 위치하는 액체 매질을 함유하는 용기에 침지시킨다. 바늘의 기계적 진동을 액체에 전달시켜 각질층의 세포 구조를 붕괴시키기에 충분한 수력학적 응력을 피부 표면에 형성시킨다. 또한, 국제특허공보 WO 제97/42888호 및 WO 제98/00193호에 초음파 진동을 사용한 간질액 검출방법이 기재되어 있다.

따라서, 분석물 시험 분야에서 이미 수행된 업적에도 불구하고, 관련 시장의 요구를 보다 용이하게 충족시키는 신규한 분석물 검출방법의 확인은 지속적으로 중요한 일이다. 실용적이고 제조가능하며 정확하고 사용하기 용이할 뿐만 아니라 안전하고 효과적인 최소한도로 간섭받는 분석물 검출 시스템의 개발이 특히 중요하다.

관련 문헌

중요한 미국 특허에는 제5,582,184호, 제5,746,217호, 제5,820,570호, 제5,942,102호, 제6,091,975호 및 제6,162,611호가 포함된다. 중요한 다른 특허 문헌 및 특허공보에는 WO 제97/00441호, WO 제97/42888호, WO 제98/00193호, WO 제98/34541호, WO 제99/13336호, WO 제99/27852호, WO 제99/64580호, WO 제00/35530호, WO 제00/57177호 및 WO 제00/74765 A1호가 포함된다.

도 1a는 본 발명의 현미침의 양태의 종단면도이고,

도 1b는 화살표 b-b에 따라 절단된 도 1a의 현미침의 횡단면도이고,

도 1c는 화살표 c-c에 따라 절단된 도 1a의 현미침의 횡단면도이고,

도 1d는 화살표 d-d에 따라 절단된 도 1a의 현미침의 상부도이고,

도 2a는 본 발명의 현미침의 또 다른 양태의 종단면도이고,

도 2b는 화살표 b-b에 따라 절단된 도 2a의 현미침의 횡단면도이고,

도 3은 본 발명의 겔 매트릭스의 1차 시스템을 그래프로 나타낸 것이고,

도 4는 본 발명의 샘플링 및 측정 장치의 도면이다.

본 발명은 생물학적 유체의 경피적 샘플링 및 분석물 측정을 위한 시스템 및 장치 뿐만 아니라, 이의 사용방법을 제공한다. 당해 장치의 특징은 피부 내의 근접한 생물학적 유체의 적어도 표적 성분(들)을, 유체 샘플 내의 표적 성분(들)을 측정하기 위한 전기화학적 전지로 샘플링하고 전달하는 성분 전달 매질이 존재한다는 것이다. 본 발명은 생물학적 유체, 예를 들면, 혈액 및 간질액의 접근 및 각종 분석물, 예를 들면, 근접한 생물학적 유체 중에 존재하는 글루코스, 콜레스테롤, 전해질, 약제 또는 불법 약물 등의 검출 및 측정시 사용된다. 본 발명은 간질액 성분, 예를 들면, 글루코스의 샘플링 및 측정에 특히 적합하다.

일반적으로, 당해 샘플링 및 측정 장치는 생물학적 유체에 접근하는 연장된 피부 관통 또는 피부 침투 수단, 성분 전달 매질 형태의 하나 이상의 샘플링 수단 및 성분 전달 매질 형태와 유체가 교류되는 전기화학적 측정 전지 형태의 측정 수단을 포함한다.

피부 침투 수단은 구조 내부의 적어도 일부를 통해 실질적으로 고리형인 구멍(bore) 또는 채널을 한정하고 하나 이상의 유체 성분이 장치 속으로 도입되는 원위 말단에 접근 개구부를 갖는 하나 이상의 현미침을 포함한다.

전기화학적 측정 전지는 현미침 구조 내에 위치하는 이격된 작동 전극 및 기준 전극을 포함하고/하거나 추가로 현미침 구조를 한정한다. 전극 사이의 영역은 분석물 농도가 실제로 측정되는 반응 영역으로서 정의된다. 특정 양태에서, 전극쌍은 동일 축 상에 위치하고 서로 동심원 형태로 이격되어 있고, 여기서 적어도 외부 전극은 중공성(hollow) 원통형 구조를 갖고, 적어도 부분적으로는 현미침의 구조를 한정한다. 내부 전극은 외부 전극의 원통형 벽 내에 위치하고, 또한 중심 코어 물질로 충전된 중공성 원통형 구조 또는 비중공성 원통형 구조일 수 있다. 다른 양태에서, 전기화학적 전지는 현미침의 세로 축에 실질적으로 가로 방향으로 위치하는 2개의 평행하게 이격된 평면 형태의 현미침 구조의 인접 말단을 한정한다.

작동시 전기화학적 전지의 전극 중 하나는 신호 발생 수단으로부터 감지기로 입력 기준 신호를 제공하는 기준 전극으로서 사용된다. 또 다른 전극은 감지기로부터 신호 수신 수단으로 출력 신호를 제공하는 작동 전극으로서 작동한다. 바람직하게는, 기준 전극은 저부에 위치하고 작동 전극은 장치의 상부에 위치한다. 당해 출력 신호는 접근된 생물학적 유체 중의 표적 분석물의 농도를 나타낸다.

산화환원제 시스템 또는 물질을 전기화학적 전지 내에 사용하여 관심있는 분석물(들)을 용이하게 표적화한다. 사용되는 특정 산화환원제 물질은 측정할 표적 분석물을 기준으로 하여 선택한다.

샘플링 수단의 성분 전달 매질은 반응 영역으로서 지칭되는 2개의 전극 사이의 영역 및 각각의 현미침 채널의 적어도 일부를 차지한다. 성분 전달 매질은 친수성이고 생물학적 유체 내의 이온 입자 및 음이온 입자에 친화성인 하이드로겔 또는 겔 물질 또는 매트릭스로 제조된다. 임의로, 겔 매트릭스는 분자량이 특정 중량 미만인 입자만을 전달하도록 구성될 수 있다. 겔은 적어도 현미침의 접근 개구부에 존재하는 표적화된 생물학적 유체 성분(들)을 반응 영역 속으로 전달하는 작용을 한다. 즉, 표적 성분(들)은 조직 내 성분(들)의 농도와 겔 매트릭스 중의 성분(들)의 농도가 평형에 도달할 때까지 겔 매트릭스를 통해 전이된다. 생물학적 유체를 전기화학적 전지로 전달하는 수단으로서 생물학적 유체 상에 제공되는 모세관 힘에만 의존하는 중공성 현미침에 비해, 당해 성분 전달 매질은 접근된 생물학적 유체 내에 함유된 물 및 다른 유체는 전달하지 않으면서, 단지 생물학적 유체의 성분만을 전달하도록(즉 완전히 포화된 상태로 제공) 구성될 수 있다. 잔류하는 시험 성분으로부터 표적 성분(들)을 선택하는 것은 전기화학적 전지의 구조이다.

본 발명의 겔 매트릭스는 1차 시스템에 따라 변하는 농도 기울기를 특징으로 한다. 이에 의해 1차 시스템의 지수 특성을 사용하여 이온성 및 비이온성 원소 농도의 계산이 가능하다.

당해 감지장치는 감지장치를 조절하는 수단을 포함하는 분석물 감지 시스템의 부품으로서 기능할 수 있다. 구체적으로, 조절 수단이 감지장치와 전기적으로 커플링되어 있고 입력 신호를 전기화학적 전지로 발생 및 송신하고 당해 전지로부터 출력 신호를 수신하는 기능을 하는 조절 유니트가 제공된다. 특히 이들 기능은 전기화학적 전지로부터 출력 신호를 수신할 때 생물학적 샘플 중의 표적 분석물의 농도를 자동으로 계산 및 측정하는 조절 유니트 내의 프로그래밍된 소프트웨어 알고리즘에 의해 수행된다.

본 발명의 방법의 한 예는 일체식으로 커플링된 전기화학적 전지로의 성분 전달 경로를 한정하는 개방된 원위 말단을 갖는 하나 이상이 중공성 현미침을 포함하는 하나 이상의 당해 감지장치를 사용함을 포함한다. 현미침 및 전기화학적 전지의 내부는 친수성 겔 물질로 충전된다. 현미침을 선택된 깊이, 바람직하게는 신경 말단 및 혈관과 접촉하지 않는 깊이까지 피부 속으로 삽입한다. 이어서, 현미침의 개방된 말단에 존재하는 적어도 생물학적 유체의 표적 성분(들)이 모세관 작용에 의해 겔 물질 속으로 이동되고 전기화학적 전지의 반응 영역 속으로 전달된다. 이어서, 작동 전극 및 기준 전극 사이에서 전기화학적 측정을 수행하여 샘플 내의 성분의 농도를 나타내는 전기 신호를 수득한다. 이어서, 수득한 전기 신호로부터 환자 혈액 중의 성분의 농도를 도출한다. 이어서, 이 농도를 나타내는 수치를 표시 유니트에 표시할 수 있다. 예를 들면, 당해 장치 내에 존재하는 조절 유니트 속에 프로그래밍된, 장치의 일부인 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 조절 유니트에 의해 전지로 송신된 신호 수준을 측정하고 표적 분석물의 농도 수준을 도출할 수 있다.

당해 장치, 시스템 및 방법은 다양한 분석물의 농도 측정시 사용되며, 간질액 중의 글루코스 농도 측정시 사용하기에 특히 적합하다.

본 발명은 생물학적 유체, 예를 들면, 간질액의 경피적 샘플링 및 분석물 측정 감지장치 및 시스템 뿐만 아니라, 이의 사용방법을 제공한다. 본 발명은 생물학적 유체, 예를 들면, 혈액 및 간질액 중에 존재하는 성분의 샘플링 및 각종 상이한 분석물, 예를 들면, 글루코스, 콜레스테롤, 전해질, 약물, 불법 약물 등의 검출 및 측정시 사용된다.

일반적으로, 당해 장치는 피부 관통 수단, 성분 전달 매질 형태의 생물학적 유체 성분의 샘플링 수단 및 성분 전달 매질과 유체가 교류되는 전기화학적 전지형태의, 성분의 농도 측정 수단을 포함한다. 바람직하게는 이들 부재는 단일 구조물로 일체화된다.

본 발명을 추가로 기재하기 전에, 아래에 기재된 본 발명의 특정 양태는 변경이 가능하므로 본 발명은 이러한 특정 양태로 제한되지 않으며 여전히 본원에 첨부된 특허청구범위의 범위에 포함됨을 알아야 한다. 또한, 사용된 용어는 특정 양태를 기재하기 위한 것이지 제한하기 위한 것이 아님을 알아야 한다. 그 대신,본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 확립된다.

수치 범위가 제공되는 경우, 당해 범위의 상한치와 하한치 사이의 각각의 값(문맥에서 달리 명확하게 언급하지 않으면 하한치 단위의 10분 1까지 포함) 및 당해 언급된 범위 내의 임의의 다른 언급된 값 또는 그 사이의 값은 본 발명에 포함된다. 이들 더 작은 범위의 상한치 및 하한치는 언급된 범위 내에서 구체적으로 제외된 한계치를 갖는 본 발명의 범위 내에 포함되는 더 작은 범위에 독립적으로 포함될 수 있다. 언급된 범위가 한계치의 하나 또는 둘 다의 한계치를 포함하는 경우, 당해 포함된 한계치 둘 다를 제외한 범위도 본 발명의 범위에 포함된다.

달리 정의하지 않으면, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 분야의 일반적인 숙련가들이 통상적으로 알고 있는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 물질을 또한 본 발명의 실시 또는 시험에서 사용할 수 있지만, 바람직한 방법 및 물질이 본원에 기재되어 있다. 본원에 언급된 모든 문헌은 당해 문헌과 함께 인용된 방법 및/또는 물질을 기재하기 위해 본원에 참고로 인용된다.

본원 및 특허청구범위에 사용된 단수 형태(영어로 "a", "an" 및 "the")는 본원에서 달리 명백하게 언급하지 않는 한 복수 형태를 포함한다는 사실을 주지해야 한다. 따라서, 예를 들면, "시험 스트립(a test strip)"의 의미는 다수의 시험 스트립을 포함하며, "프로세서(processor)"의 의미는 하나 이상의 프로세서 및 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 이의 동등물 등을 의미한다.

본원에서 논의한 문헌은 오로지 이의 기재를 위해 본원의 출원일 전에 제공되었다. 그 어떤 것도 본 발명이 선행 발명보다 당해 문헌을 선행하도록 허용하는 것으로 간주되어서는 안된다. 게다가, 제공된 문헌의 일자는 실제 문헌과는 상이할 수 있으며, 개별적으로 확인해 볼 필요가 있다.

피부 침투 수단

피부 침투 수단은 고통 및 출혈이 최소화되고, 바람직하게는 고통이 없고 출혈되지 않는 깊이까지 피부에 침투시키는 데 사용되는, 바람직하게는 현미침 형태인 하나 이상의 현미침 부재를 포함한다. 따라서, 현미침을 신경이 존재하는 곳 위쪽에 침투시키는 것이 바람직하다. 이로써, 당해 관통 부재가 연장될 수 있는 표적 피부층은 진피, 표피 및 각질층(즉, 표피의 최외층)을 포함한다.

현미침은 생물학적 유체 성분이 현미침 속으로 도입될 수 있는 원위 접근 개구부를 갖는 좁고 연장된 구조물의 내부를 통해 실질적으로 고리형인 구멍 또는 채널을 한정한다. 본 발명의 감지장치의 특정 양태에서, 피부 관통 수단은 당해 현미침의 배열을 포함한다.

당해 현미침은 각질층을 파괴 또는 굴곡시키지 않고서 침투시키기에 충분히 기계적으로 안정하고 강하도록 구성된다. 바람직하게는, 이들은 피부 염증 또는 바람직하지 않은 조직 반응을 유발하지 않도록 생체 적합성 물질로 제조된다. 감지장치는 1회용일 수 있지만, 재활용 양태의 경우, 현미침 및/또는 현미침 배열의 재료는 멸균 사이클에 견딜 수 있는 것이 바람직하다.

현미침 및/또는 현미침 배열은 단열재, 예를 들면, 세라믹, 유리, 실리카, 중합체, 플라스틱 등으로 제조하거나 피복할 수 있다. 중합체의 예는 폴리아크릴레이트, 에폭시, 폴리에스테르 폴리에테르에테르케톤, 액정 폴리에스테르 또는 이들의 복합체이다. 세라믹의 예는 산화알루미늄, 탄화규소 및 산화지르코늄이다. 적합한 금속 물질은 스테인레스 강, 티탄, 귀금속 또는 이들의 합금 등을 포함한다.

본 발명의 현미침의 예의 일반적인 구성은 도 1 및 도 2를 참조하여 본원에 기재되어 있다. 도 1a 및 도 2a에는 각각 세로 축을 따라 실질적으로 직선형이고 단면이 실질적으로 원형인 구조를 갖는 현미침(100) 및 (200)이 도시되어 있다. 그러나, 다른 고리형, 예를 들면, 타원형 또는 다각형 구조, 예를 들면, 정사각형 및 직사각형을 포함(이로 제한되는 것은 아님)하는 임의의 적합한 단면 구조를 사용할 수 있다. 현미침의 가장 두꺼운 지점에서의 외부 직경은 약 200 내지 300㎛이고, 전형적으로 약 350㎛ 이하이다. 특정 양태에서, 외부 직경은 전형적으로 약 250㎛이다.

본 발명의 중요한 양태는 샘플링 과정 동안 환자가 겪는 고통과 출혈을 없애거나 적어도 상당히 최소화하는 것이다. 따라서, 현미침의 침투 길이 및 직경은 당해 목적을 달성할 수 있는 특정 범위 내에 존재해야 한다. 물론, 이들 값은 샘플링할 생물학적 유체(예: 간질액, 혈액 또는 이들 둘 다)의 유형 및 시험할 특정 환자의 피부 층 두께에 따라 달라진다.

피부는 3개의 분리된 층, 즉 표피로서 지칭되는 상부층, 진피로서 지칭되는 중간층 및 피하층으로서 지칭되는 저부층을 포함한다. 표피는 두께가 약 60 내지 120㎛이고 4개의 분리된 층, 즉 각질층으로서 지칭되는 두께가 10 내지 20인 외부 층, 이어서 과립층, 말피기층 및 배아층을 포함한다. 각질층은 세포외 지질 매트릭스에 의해 에워싸인 가교결합된 케라틴 및 케라토히알린 다발로 채워진 세포를 함유한다. 내부의 3개 층은 총칭하여 생육가능 표피라 하고 전체 두께 범위는 약 50 내지 100㎛이다. 생육가능 표피는 대사물을 진피로 또는 진피로부터 확산시키는 역할을 한다. 표피는 혈액 세포와 신경종말을 함유하지 않는다. 진피는 표피보다 훨씬 더 두껍고, 두께 범위는 약 2,000 내지 3,000㎛이다. 진피층은 일반적으로 콜라겐 섬유를 포함하는 연결 조직의 고밀도 층으로 구성되며, 간질액이 이들 섬유를 통해 분산되어 있다. 피부 내에 모세혈관 및 대부분의 신경종말을 함유하는 피하 조직이 진피층 아래에 존재한다.

따라서, 본 발명의 현미침은 고통을 최소화하기 위해 피부 속으로 완전히 침투시키는 경우 침투 길이가 진피층보다 더 깊지는 않지만, 경우에 따라, 즉시 사용할 수 있는 특정 샘플링 용도의 경우 길이가 더 증가될 수 있다. 현미침의 직경에 대한 길이의 종횡비(aspect ratio)는 당해 현미침에 대한 최적 길이 결정시 고려하는 또 다른 인자이다. 피부에 효과적 및 비외상적으로 침투시키기 위해, 현미침의 길이는 일반적으로 현미침의 직경보다 약 5배 이상 길지만, 이보다 더 짧거나 더 길 수 있다. 현미침의 최소 직경은 전극 사이의 필요한 공간 및 전기화학적 전지의 다른 부재의 직경에 따라 달라진다.

따라서, 당해 현미침의 길이는 일반적으로 약 500 내지 4,000㎛이고, 전형적으로 약 600 내지 3,000㎛, 더욱 전형적으로 약 1,000 내지 2,000㎛이지만, 이 길이는 특정 피시험 환자의 피부층 두께에 따라 환자마다 달라진다. 현미침의 길이가 표적 피부층의 깊이보다 더 길 수 있는 반면, 현미침은 현미침 구조물의 길이보다 더 짧은 깊이(침투 길이로서 지칭함)로 피부 속으로 침투시킬 수 있다. 따라서, 환자의 고통을 최소화하기 위해 현미침의 침투 길이는 바람직하게는 약 50 내지 4,000㎛, 더욱 전형적으로 약 100 내지 3,000㎛이다. 예를 들면, 단지 표피층으로의 침투를 필요로 하는 샘플링 제품의 경우, 현미침의 침투 길이는 전형적으로 약 50 내지 120㎛이다. 진피층보다 더 깊지 않은 침투를 필요로 하는 샘플링 제품의 경우, 현미침의 침투 길이는 전형적으로 약 2,000 내지 3,000㎛이다.

현미침(100) 및 (200)은 각각 원근 말단(104) 및 (204)에서, 바람직하게는 도 1d에 나타낸 바와 같이, 각각 경사지게 절단되거나 슬라이싱된 구조를 갖는 예리한 팁(102) 및 (202)으로 끝나므로 보다 용이하게 피부에 침투시킬 수 있다. 그러나, 팁(102) 및 (202)는 테이퍼링되지 않고 현미침의 세로 축에 수직인 평면에 존재하는 에지를 한정하는 구조와 같은 다른 적합한 구조(도시되지 않음)를 가질 수 있다.

본 발명에서는 임의의 적합한 수의 현미침을 배열 형태로 사용할 수 있다. 사용된 현미침의 수는 검출 성분, 현미침이 삽입되는 체표면 위치, 샘플 부위, 유체 용적 등을 포함하는 각종 인자에 따라 달라진다. 현미침 배열은 다양한 형상, 길이, 폭 및 팁 구조를 갖는 현미침을 포함할 수 있다.

전기화학적 전지

본 발명의 전기화학적 전지는 샘플링된 생물학적 유체 성분(들)에 대한 입력 기준 신호 및 샘플링된 유체 중의 표적 성분(들) 또는 분석물(들)의 농도를 나타내는 출력 신호를 제공하는, 작동 전극 및 기준 전극으로 구성된 전극 배열을 포함한다. 당해 2개의 전극은 하나의 전극의 표면이 다른 전극의 표면에 접하도록 이격되어 있다. 2개의 전극 사이의 공간은 샘플링된 성분이 전달되고 표적 분석물의 농도를 시험하는 반응 영역을 한정한다.

본 발명에서는, 암페어 측정(즉 전류 측정) 시스템, 전량 측정(즉 전하 측정) 시스템 또는 전위 측정(즉 전압 측정) 시스템을 포함하는, 분석물 검출 및 측정 분야에서 통상적으로 공지되어 있는 각종 유형의 전기화학적 시스템 및 방법을 사용할 수 있다. 이러한 유형의 전기화학적 측정 시스템의 예는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제4,224,125호, 제4,545,382호 및 제5,266,179호 뿐만 아니라, 국제특허공보 WO 제97/18465호 및 WO 제99/49307호에 추가로 기재되어 있다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 전기화학적 전지의 두 가지 양태가 예시되어 있다. 특히, 도 1a 내지 1c는 동일한 축 위에 정렬되고 동심원 형태로 이격되어 있는 2개의 전극이 현미침 내에 완전히 수용되어 있는 전기화학적 전지 양태를 나타낸다. 도 2a 및 2b는 현미침의 인접 말단에서 평행하게 이격되어 있는 실질적으로 평면인 2개의 전극을 갖는 전기화학적 전지의 양태를 나타낸다.

다시 도 1a 내지 1c의 양태를 보면, 현미침(100)은 샘플링된 생물학적 유체 성분 중에서 측정되는 분석물의 농도를 나타내는 전기적 신호(들)을 제공하는 전기화학적 전지를 포함한다. 전기화학적 전지는 서로 동심원 형태로 배열된 각종 부재 또는 층을 포함한다. 더욱 구체적으로, 당해 동심원 형태의 배열은 원주 또는 공축으로서 기재할 수도 있다.

도 1a의 종단면도 및 도 1b의 횡단면도에서, 현미침(100)은 비중공성 와이어 코어(106) 및 외부 플레이팅(114)을 포함한다. 비중공성 와이어 코어(106)는 현미침 구조물에 강성을 제공하며, 인접한 전극의 일부일 수 있다. 외부 플레이팅(114)은 스테인레스 강 등으로 제조할 수 있다. 비중공성 와이어 코어(106)와 외부 플레이팅(114) 사이에 당해 전기화학적 전지가 위치하고, 이는 제1 전극 또는 내부 전극(108), 제2 전극 또는 외부 전극(112) 및 이들 사이의 반응 영역(110)을 포함한다. 제2 전극(112) 및 외부 플레이팅(114)은 연장되어 현미침(100)의 에지(116) 및 팁(102)을 한정한다.

도 1a의 화살표 c-c에 따라 절단된 도 1c의 인접 말단(proximal end)에서 나타난 바와 같이, 제1 전극 또는 내부 전극(108)은 비중공성 와이어 코어(106)의 인접 말단을 덮고 있는 것으로 나타나 있다. 그러나, 인접 말단은 노출될 수 있다. 제1 전극(108)과 비중공성 와이어 코어(106)는 지점(118)[원위 말단(104)에 인접함]까지 평행하게 연장되고, 여기서 이들 2개의 층은 동일 평면 상의 원위 에지를 갖는다. 이들 동일 평면 상의 에지는, 도 1a에 나타낸 바와 같이 원위 에지(116)의 원위 개구부까지 연장되는, 제2 전극(112)과 외부 플레이팅(114)에 의해 한정되는, 내강 벽을 갖는 내강 부분(120)의 폐쇄된 인접 말단을 한정한다.

내강(120)과 반응 영역(110)에 의해 한정되는 현미침(100) 내의 개방되거나 중공성인 공간은 성분 전달 매질(위에서 언급한 바와 같이, 여기서는 친수성 겔 물질)로 충전된다. 겔은 팁(102)에 존재하는 생물학적 유체의 성분을 내강(120) 및 이어서 반응 영역(110)으로 흡수 및 전달하는 작용을 한다.

도 1의 전기화학적 전지의 각종 성분에 대한 적합한 크기는 다음과 같다. 전형적으로, 외부 전극(112)의 길이는 현미침의 침투 깊이와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 목적하는 침투 길이에 따라 일반적으로 약 4,000㎛ 이하이다. 외부 전극의 길이는 더욱 전형적으로 약 1,000 내지 3,000㎛이고, 바람직하게는 약 2,000㎛이다. 내부 전극의 길이는 외부 전극의 길이와 동일할 수 있지만, 바람직하게는 더 짧다. 내부 전극의 길이는 일반적으로 외부 전극보다 약 20% 더 짧고, 일반적으로 약 3,200㎛ 이하이고, 전형적으로 약 800 내지 2,400㎛, 더욱 전형적으로 약 1,600㎛이다.

비중공성 와이어 코어(106)의 직경은 일반적으로 약 80 내지 100㎛이고, 전형적으로 약 120㎛ 이하이다. 특정 양태에서, 당해 직경은 전형적으로 약 90㎛이다. 제1 전극(108)은 (비록 다른 구조도 가질 수 있지만) 두께가 일반적으로 약 70 내지 200Å, 전형적으로 약 300Å 이하인 원통형 구조를 갖는다. 따라서, 제1전극이 코어(106) 주위에 형성되어 있기 때문에, 이의 외부 직경은 코어(106)의 직경보다 약간 더 크다. 또한, 제2 전극(112)도 (비록 다른 구조도 가질 수 있지만) 두께가 일반적으로 약 70 내지 200Å, 전형적으로 약 300Å 이하인 원통형 구조를 갖는다. 또한, 이들 2개의 전극 사이의 반응 영역 또는 간격은 (비록 다른 구조도 가질 수 있지만) 두께가 일반적으로 약 50 내지 80㎛, 전형적으로 약 200㎛ 이하인 원통형 구조를 갖는다. 제2 전극(112)이 표면에 전기도금되어 있는 얇은 외부관(114)의 두께는 일반적으로 약 12 내지 20㎛이고, 전형적으로 25㎛ 이하이다. 따라서, 현미침(100)의 전체 외부 직경은 일반적으로 약 200㎛ 이상이고, 전형적으로 약 250 내지 300㎛이고, 전형적으로 약 350㎛ 이하이다. 내강(120)의 용적은 일반적으로 약 20 내지 140nℓ이고, 전형적으로 약 250nℓ 이하이다.

도 2a 및 2b의 양태를 참조하면, 외부 플레이팅(214) 및 내강(220)에 의해 한정된 관상 구조를 갖는 현미침(200)이 도시되어 있다. 내강(200)의 용적은 일반적으로 약 25 내지 280nℓ, 더욱 전형적으로 약 25 내지 160nℓ이다. 도 1의 현미침(100)과는 달리, 이의 길이 전체는 중공성이다. 현미침(200)의 길이와 직경 크기는 위에서 논의한 바와 동일하거나 유사하지만, 그 대신 전기화학적 전지가 내강(220) 내부에 수용되는 것이 아니라 내강(220) 외부에 위치하기 때문에 더 작은 크기를 가질 수 있다.

평행한 평면 전극(208) 및 (212)에 의해 한정되는 전기화학적 전지는 현미침(200)의 인접 말단에 위치한다. 이로써, 전기화학적 전지는 환자 피부 속으로 현미침을 삽입할 때 피부 표면 외부에 유지된다. 전극(208)은 현미침(200)의인접 말단(205)으로부터 원주 형태로 연장된 표면을 한정한다. 여기서, 전극(208)은 도 2b에 나타낸 바와 같이, 고리 형태이지만, 임의의 적합한 형상, 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형일 수 있다. 전극(212)은 전극(208)으로부터 인접하게 이격되어 이들 사이의 간격을 한정하는데, 이 공간은 전기화학적 전지의 반응 영역(210)으로서 기능한다. 이 간격은 일반적으로 약 50 내지 80㎛이고, 전형적으로 150㎛ 이하이다. 전극(212)의 형상 및 크기는 바람직하게는 전극(208)의 형상 및 크기에 상응한다. 여기서, 바람직하게는 전극(212)는 원형의 원반 형상이고 직경이 전극(208)의 외부 직경과 동일하다. 당해 직경 크기는 일반적으로 약 600 내지 800㎛이고, 전형적으로 1mm 이하이다. 전극(108)의 내부 직경은 바람직하게는 외부 플레이팅(214)의 직경과 일치하므로, 위에서 언급한 값을 갖는다.

적어도, 각각 현미침(100) 및 (200) 내에서 반응 영역(110) 및 (210)과 접하는 도 1 및 도 2의 전극 표면은 각각 고전도성 금속, 예를 들면, 팔라듐, 금, 백금, 은, 이리듐, 탄소, 도핑된 산화인듐주석, 스테인레스 강 등 또는 이들 물질의 혼합물로 구성된다. 가장 전형적으로 금속은 금, 백금 또는 팔라듐이다. 비록 전체 전극이 금속으로 제조될 수 있지만, 각각의 전극은 표면이 전극의 금속 성분으로 이루어진 박층(예: 전기 도금된 금속 층)인 불활성 지지체 또는 배면 기판으로 구성될 수 있다.

친수성 겔 물질

본 발명의 샘플링 수단인 성분 전달 매질은 각각 반응 영역(110) 및 (210)의전체 용적 및 각각의 현미침 내강(120) 및 (220)의 적어도 일부를 차지할 수 있지만, 내강 전체에 충전될 수 있다. 성분 전달 매질은 바람직하게는 친수성이 높은, 즉 매우 흡수성인 수계 겔 물질 또는 매트릭스로 제조된다. 친수성 겔은 표적 분석물의 전기화학적 측정 준비시 전극을 예비 컨디셔닝하고 시약 물질을 재구성하는 데 도움이 된다.

유체, 특히 물을 흡수하는 전달 매질의 능력은 전달 매질이 유체에 노출되기 전 포화된 정도에 따라 달라진다. 현미침을 피부에 삽입하거나 사용하는 시간을 단축시키기 위해, 바람직하게는 성분 전달 매질은 현미침을 피부에 삽입하기 전에 완전히 포화된 상태로 제공된다. 이로써, 생물학적 유체 내에 함유된 하나 이상의 표적 성분을 포함하는 비-유체 성분만이 전달되어, 생물학적 유체의 예비전달 시간이 제거된다. 예를 들면, 간질액의 약 98%가 물이므로, 겔을 통한 확산 시간 단축은 특정 용도에서 중요할 수 있다.

겔 매트릭스 속으로 및 겔 매트릭스를 통해 확산될 수 있는 성분들 사이에 이들이 반응 영역에 도달하는 속도는 성분의 분자 크기에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 분자가 작을수록 겔을 통한 확산 속도는 더 빨라진다. 통상적으로 표적화된 다수의 분석물, 예를 들면, 글루코스, 전해질, 아스코르브산, 요산 등은 분자 크기가 작기 때문에, 이들 분석물들은 더 큰 분자들로 구성된 간질액의 다른 성분보다 더 신속하게 겔 매트릭스를 통해 확산된다.

선택된 하이드로겔의 농도 동력학은 1차 시스템이다. 이로써, 생물학적 유체의 성분 전달 속도 및 분석물 농도 수준은 더욱 예측가능하다. 당해 1차 시스템을 다음의 수학식 1 및 도 3의 그래프로 나타내었다.

위의 수학식 1에서,

C는 겔 물질 중의 분석물의 농도이고,

C₀은 간질액 중의 분석물의 농도이고,

t는 측정 시간이고,

T는 당해 시스템의 시간 상수이다.

시간 상수 값은 몇가지 요인에 따라 달라진다: (1) 하이드로겔과 간질액 사이의 계면 면적[즉 각각 현미침(100) 및 (200)의 에지 (116) 및 (216)에 의해 한정되는 개구부의 표면적], (2) 하이드로겔의 용적 및 (3) 사용된 특정 하이드로겔 물질을 통한 표적 분석물의 수송 특성.

도 3은 수학식 1로 나타낸 1차 시스템을 도시한 것이다. 종속 축은 시간(t)을 나타내고, 여기서 t₀은 현미침이 피부 속으로 삽입되는 시점이다. 본 발명에서 사용하기 적합한 하이드로겔 물질의 경우, 하이드로겔 중의 성분의 농도가 현미침의 원위 개구부에 존재하는 생물학적 유체의 농도와 평형에 도달하는 데 걸리는 시간은 일반적으로 당해 시스템의 시간 상수의 약 5배 이하이다. 평형에 도달하는 시간이 당해 용도에 비실용적인 경우, 평형에 도달하기 전에 현미침을 피부로부터 제거한 후, 당해 시스템의 1차 특성을 기준으로 하여 환자의 분석물 농도 수준(C₀)을 계산할 수 있다. 또한, 현미침과 간질액 간의 접촉 시간을 조절(즉 고정)할 수 있고, 상기 1차 수학식 1을 기준으로 하여 C₀을 유도할 수 있다.

본 발명의 성분 전달 매질로서 사용하기 적합한 겔 물질은 천연 중합체, 예를 들면, 아가로스, 젤라틴, 뮤코다당류, 전분 등으로 구성된 천연 겔 및 적어도 부분적으로 합성 중합체, 예를 들면, 중성 수용성 중합체 또는 다가 전해질(즉 물에 용해시키는 경우 이온 전하를 형성시키는 합성 또는 천연 중합체), 예를 들면, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴아미드 및 이의 공중합체로 구성된 합성 겔을 포함한다.

시약

샘플링한 생물학적 유체 중의 표적 분석물 또는 다른 성분들의 분석을 위해 선택된 성분을 선별 및 감지하기 위해, 전형적으로 산화환원제를 전기화학적 전지 내의 반응 영역에서 사용한다. 전형적으로 산화환원제 물질은 2개의 전극의 접면 중 하나 이상에 침착되어 반응 영역에 존재하는 생물학적 유체는 당해 산화환원제 물질과 화학적으로 반응한다. 이와 같이, 바람직하게는 산화환원제를 침지 피복으로 표면(들) 위에 피복 또는 침지시킨다. 사용되는 산화환원제는 검출할 표적 분석물을 기준으로 하여 선택한다. 시약 시스템의 상호작용 및 이에 상응하는 성분 또는 분석물을 전기화학적 측정 프로토콜에서 사용하여 전지 중의 표적 분석물 또는 성분의 농도를 측정한다.

반응 영역에 존재하는 시약 시스템은 전형적으로 하나 이상의 효소(들) 및 매개제를 포함한다. 다수의 양태에서, 시약 시스템의 효소 구성원(들)은 중요한 분석물을 산화시키기 위해 함께 작용하는 효소 또는 다수의 효소이다. 즉 시약 시스템의 효소 성분은 단일의 분석물 산화 효소 또는 중요한 분석물을 산화시키기 위해 함께 작용하는 둘 이상의 효소의 수집물로 구성된다. 중요한 효소는 옥시다제, 데하이드로게나제, 리파제, 키나제, 디아포라제, 퀴노프로테인 등을 포함한다. 반응 영역에 존재하는 특정 효소는 전기화학적 시험 스트립으로 검출하도록 지정된 특정 분석물에 따라 달라지며, 여기서 대표적인 효소는 글루코스 옥시다제, 글루코스 데하이드로게나제, 콜레스테롤 에스테라제, 콜레스테롤 옥시다제, 인지질 리파제, 글리세롤 키나제, 글리세롤-3-포스페이트 옥시다제, 락테이트 옥시다제, 락테이트 데하이드로게나제, 피루베이트 옥시다제, 알콜 옥시다제, 빌리루빈 옥시다제, 우리카제 등을 포함한다. 관련 분석물이 글루코스인 다수의 바람직한 양태에서, 시약 시스템의 효소 성분은 글루코스-산화 효소(예: 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데하이드로게나제)이다.

시약 시스템의 제2 성분은 하나 이상의 매개제 제제로 구성된 매개제 성분이다. 각종 상이한 매개제는 당해 분야에 공지되어 있으며, 페리시아나이드, 페나진 에토설페이트, 페나진 메토설페이트, 페닐렌디아민, 1-메톡시-페나진 메토설페이트, 2,6-디메틸-1,4-벤조퀴논, 2,5-디클로로-1,4-벤조퀴논, 페로센 유도체, 오스뮴 비피리딜 착물, 루테늄 착물 등을 포함한다. 글루코스가 중요한 분석물이고 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데하이드로게나제 중 하나가 효소 성분인 양태에서,특히 중요한 매개제는 페리시아나이드이다. 반응 영역에 존재할 수 있는 다른 시약은 완충제(예: 시트라콘산염, 시트르산염 및 인산염), "양호한(good)" 완충제 등을 포함한다.

시약은 일반적으로 무수 형태로 존재한다. 효소 성분의 양이 전형적으로 약 0.1 내지 10중량%인 경우, 각종 성분의 양을 변경할 수 있다.

감지기 시스템

본 발명의 감지기 시스템에서, 전기화학적 전지의 기준 전극 및 작동 전극은, 전기화학적 전지로 송신되는 입력 기준 신호를 설정하고 전기화학적 전지로부터 출력 신호를 수신한 후, 출력 신호로부터 샘플 내의 분석물의 농도 수준을 도출하는 조절 수단과 전기적으로 통한다. 즉 조절 수단은 2개의 전극 사이에 전류를 인가하고 시간에 대한 전류 변화를 측정하며 관찰된 전류 변화를 전기화학적 전지 중에 존재하는 분석물 수준에 연관시키는 수단을 제공한다. 이어서, 환자 혈액 중의 분석물의 농도를 도출하고 이의 수치 값을 바람직하게는 표시 수단에 출력 신호로서 제공한다.

바람직하게는, 조절 수단 및 표시 수단은 도 4에 도시한 바와 같이, 손으로 잡는 조절 수단 내에 일체식으로 수용되어 있다. 또한, 바람직하게는 조절 유니트는 가까이에 특정 샘플링 및 측정 제품에 적합한 위치 및 정렬로 하나 이상의 현미침 또는 현미침 배열을 고정하거나 유지하는 수단을 제공한다.

이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 감지기 시스템(50)이 도시되어 있다. 감지기 시스템(50)은 손으로 잡는 조절 유니트(52) 및 조절 유니트(52)의 원위 말단(54)에 작업상 설치된 감지장치(10)를 포함한다. 감지장치(10)는 본 발명의 현미침 배열, 예를 들면, 도 1 및 도 2의 현미침(100)을 포함한다. 조절 유니트(52)는 바람직하게는 의약용 플라스틱 물질로 제조되고, 감지장치(10)의 측정 수단을 조절, 즉 현미침(100)의 전기화학적 전지로 입력 기준 신호를 발생 및 송신하고 당해 전지로부터 출력 측정 신호를 수신하기 위한 수단(도시되지 않음)을 수용하는 저-프로파일 구조를 갖는 하우징(56)을 갖는다. 조절 유니트(52) 내에 프로그래밍된 소프트웨어 알고리즘은 출력 신호 수신시 생물학적 샘플 중의 표적 분석물의 농도를 자동으로 계산 및 측정한다. 이어서, (다른 목적하는 정보 중) 농도 수준을 사용자에게 정보를 표시하는 외부 표시 수단, 즉 스크린(58)에 전송한다. 콘트롤 인터페이스 버튼(60)이 제공되어 사용자가 정보, 예를 들면, 측정할 표적 분석물의 유형을 조절 수단에 입력시킬 수 있다.

감지장치(10)는 조절 유니트(52)에 전기적 및 물리적으로 커플링되어 있다. 둘 사이의 전기적 교류는 감지장치(10) 상에서의 전도적 접촉(도시되지 않음) 및 조절 유니트(52) 내의 상응하는 전기적 흔적(도시되지 않음)에 의해 확립된다. 바람직하게는, 감지장치(10) 및 조절 유니트(52)는 신속한 잠금-방출 메카니즘(lock-and-release mechanism)(이들 중 다수는 통상적으로 공지되어 있다)에 의해 물리적으로 커플링되어 사용한 감지장치를 용이하게 제거 및 대체할 수 있다. 조절 유니트(52)는 바람직하게는 재사용할 수 있고 임의의 갯수의 본 발명의 감지장치와 함께 사용할 수 있다. 이들 특징으로 인해 효율적이고 신속하게 다중 샘플의 샘플링및 측정을 용이하게 할 수 있다.

사용방법

또한, 본 발명은 생리학적 샘플 중의 분석물의 농도를 측정하기 위한 당해 장치 및 감지기 시스템의 사용방법을 제공한다. 당해 감지기 시스템을 사용하여 각종 상이한 분석물을 측정할 수 있으며, 여기서 대표적인 분석물은 글루코스, 콜레스테롤, 락테이트, 알콜 등을 포함한다.

당해 방법을 실시하는 경우(도면 참조), 제1 단계는 본 발명의 하나 이상의 현미침(100)을 갖는 감지장치(10)를 제공하는 것이다. 바람직하게는, 감지장치(10)는 중요한 분석물(들)을 표적화하도록 특별히 구성된다(즉 적합한 시약을 함유함). 감지장치(10)는 사용자가 손으로 잡을 수 있고 조절할 수 있는 조절 유니트(52)와 기능상 맞물리고 인터페이스로 연결되어 있다. 조절 유니트(52)는 표적 분석물(들)을 시험하도록 프로그래밍되어 있다. 사용자는 환자 피부 중 선택된 영역 위에 감지장치(10)를 위치시키고, 약간 압력을 가하여 감지장치(10)의 현미침(100) 배열을 피부 속으로 침투시킨다. 현미침(100)이 삽입되는 깊이는 각각의 현미침의 길이에 따라 달라지거나 삽입 깊이를 한정하기 위한 감지 유니트(10)와 연결된 특정한 다른 수단에 따라 달라진다.

환자 피부 속으로 삽입시, 현미침(100)의 개방된 팁(102)에 존재하는 특정량의 생물학적 유체 중의 성분(즉 샘플)은 삼투압에 의해, 겔을 기본으로 하는 성분 전달 매질에 의해 각각의 현미침의 내강(120) 속으로 흡수된다. 일단 반응 영역에서, 표적 분석물(들)이 선택된 시약(들)과 화학적으로 반응하여 전기활성 생성물을 형성한다. 이어서, 전기활성 생성물을 임의의 매개제를 사용하거나 직접 작동 전극(108)을 사용하여 산화 또는 환원시킨다. 이어서, 수득된 출력 신호 수준을 전극(108)에 의해 조절 유니트로 송신한다. 이어서, 조절 유니트(52) 내에 프로그래밍된 소프트웨어 알고리즘으로 출력 신호 및 기준 신호 사이의 차이를 자동 측정하고 이 차이 값으로부터 샘플 중의 분석물의 농도를 도출한 후, 환자 혈액 중의 선택된 분석물(들)의 상응하는 농도 수준을 도출한다. 이들 모든 값 또는 이들 값 중 임의의 값을 표시 장치, 즉 스크린(58)으로 표시할 수 있다.

생물학적 샘플 및/또는 환자 시스템 중의 선택된 분석물의 농도가 자동으로 계산 및 측정되어, 사용자는 단지 본 발명의 현미침을 환자 피부에 삽입한 후 당해 장치의 디스플레이로부터 최종 분석물 농도 결과를 판독하기만 하면 되는 조절 유니트(52)와 같은 장치는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제6,193,873호[제목: "Sample detection to initiate timing of an electrochemicl assay"]에 추가로 기재되어 있다.

키트

또한, 본 발명은 당해 방법을 실시하는 데 사용되는 키트를 제공한다. 본 발명의 키트는 하나 이상의 현미침을 갖는 하나 이상의 당해 감지장치를 포함한다. 또한, 키트는 당해 키트 또는 본 발명의 다른 키트의 재사용 가능하거나 1회용인 감지장치와 함께 사용할 수 있는, 재사용 가능하거나 1회용인 조절 유니트를 포함할 수 있다. 이들 키트는 길이가 동일하거나 상이한 현미침 배열을 갖는 감지기를 포함할 수 있다. 특정 키트는 각각 동일하거나 상이한 시약을 함유하는 각종 감지기를 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 현미침에 제1 표적 분석물을 시험하기 위한 제1 시약이 제공되고 하나 이상의 다른 현미침에 다른 표적 분석물을 시험하기 위한 다른 시약이 제공되어, 단일의 현미침 배열 내에 하나 이상의 시약이 제공될 수 있다. 마지막으로, 키트는 생리학적 샘플 중의 분석물 농도 측정시 당해 감지기를 사용하기 위한 안내서를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 안내서는 하나 이상의 포장, 라벨 삽입물 또는 키트 내에 존재하는 용기 등에 존재할 수 있다.

위의 기재사항으로부터, 본 발명은 사용하기 용이하며, 피부를 절개하거나 찌를 필요없고 고통과 출혈을 최소화거나 전혀 유발하지 않고서 분석물 시험을 가능하게 한다. 이로써, 본 발명은 당해 분야에 상당히 기여한다.

본 발명은 가장 실용적이고 바람직한 것으로 생각되는 양태로 제시 및 기재되어 있다. 그러나, 당해 분야의 숙련가들은 본원을 읽으면 본 발명의 범위로부터 출발하여 명백한 변경이 가능함을 인지한다.

비록 본 발명은 다수의 용도, 각종 생물학적 유체의 샘플링 및 다수 유형의 성분의 검출에 유용하지만, 본 발명은 주로 간질액 중의 분석물의 검출 면에서 기재되어 있고, 특히 간질액 중의 글루코스의 검출에 유용한 것으로서 기재되어 있다. 따라서, 기재된 특정 장치 및 방법과 본원에서 논의된 용도, 생물학적 유체 및 성분은 설명하기 위한 것이지 이를 제한하기 위한 것이 아닌 것으로 간주된다. 기재된 개념의 의미 및 동등물의 범위에 포함되는 변경사항, 예를 들면, 관련 분야의 숙련가들이 용이하게 수행할 수 있는 변경사항은 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 포함시키고자 한다.

본 발명은 고통과 출혈이 최소화되고 실용적이며 사용하기 용이한 생물학적 유체 성분의 경피적 샘플링 및 측정 장치, 및 측정방법을 제공한다.

Claims (10)

1. 피부 표면을 관통하여 생물학적 유체에 접근하도록 구성된 개방된 원위 말단(distal end)을 갖는 연장된 부재(a),

   생물학적 유체 중의 표적 분석물의 농도를 측정하기 위한 전기화학적 전지를 한정하는, 연장된 부재 내에 위치하는 동심원 형태로 이격된 전극(b) 및

   연장된 부재의 개방된 원위 말단에 존재하는 하나 이상의 생물학적 유체 성분을 전기화학적 전지 속으로 전달하는, 연장된 부재 및 전기화학적 전지와 유체가 교류되는 친수성 물질을 포함하는 성분 전달 매질(c)을 포함하는,

   생물학적 유체 성분을 샘플링하고 분석물의 농도를 측정하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 연장된 부재가 내강을 포함하고, 개방된 원위 말단이 내강으로의 통로를 제공하는 장치.
3. 제1 길이를 갖는 제1 전극,

   제1 길이보다 더 긴 제2 길이를 갖고 제1 전극 주위에 동심원 형태로 제1 전극으로부터 이격되어 있는, 피부를 관통하도록 구성된 제2 전극 및

   제1 전극과 제2 전극 사이의 공간 내에 존재하는 하이드로겔 물질을 포함하는,

   생물학적 유체 성분을 샘플링하고 생물학적 유체 중의 하나 이상의 표적 성분의 농도를 측정하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 침투 길이가 진피 깊이 이하인 장치.
5. 제3항에 있어서, 제2 전극이 개방된 원위 말단을 갖고 하이드로겔 물질로 실질적으로 충전되어 있는 내부 공간을 한정하는 장치.
6. 특정 길이를 갖는 코어,

   코어 길이 방향을 따라 동일 축 위에 존재하는 제1 전극,

   제1 전극으로부터 동일 축 위에 이격되어 있고, 코어 길이보다 길게 연장되고 개방된 팁(tip)에서 끝나는 길이를 갖는 제2 전극,

   제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 하이드로겔 물질 및

   표적 성분을 기준으로 하여 선택된, 현미침 내에 함유된 시약을 포함하는,

   생물학적 유체 성분을 샘플링하고 생물학적 유체 중의 표적 성분을 측정하기 위한 현미침.
7. 피부 표면을 관통하여 생물학적 유체에 접근하도록 구성된 개방된 원위 말단 및 인접 말단을 갖는 연장된 중공성 부재(a),

   생물학적 유체 중의 분석물의 농도를 측정하기 위한 전기화학적 전지를 한정하는, 연장된 중공성 샘플링 수단의 인접 말단에 위치하는 2개의 평행하게 이격된전극(b) 및

   연장된 중공성 부재 및 전기화학적 전지와 유체가 교류되는 흡수성 물질을 포함하고, 하나 이상의 관통 부재의 개방된 원위 말단에 존재하는 생물학적 유체를 전기화학적 전지 속으로 전달하는 성분 전달 매질(c)을 포함하는,

   생물학적 유체 성분을 샘플링하고 분석물의 농도를 측정하는 장치.
8. 적어도 일부가 중공성이고 생물학적 유체에 접근하기 위한 개방된 원위 말단을 갖는 하나 이상의 현미침(a),

   서로 이격되어 있는 기준 전극 및 작동 전극을 포함하는, 현미침과 연결되어 있는 전기화학적 전지(b),

   현미침의 중공성 부분 및 전극들 사이의 공간 내에 적어도 부분적으로 함유되어 있는 흡수성 겔 매트릭스(c) 및

   전기적 기준 신호를 기준 전극으로 송신하고 작동 전극으로부터 전기적 출력 신호를 수신하는 수단(1)과 전기적 출력 신호의 수신시 생물학적 유체 중의 표적 성분의 농도를 자동으로 계산 및 측정하는 소프트웨어 알고리즘(2)을 포함하는 전기화학적 전지와 전기적으로 교류하는 조절 유니트(d)를 포함하는,

   환자 피부로부터 생물학적 유체 성분을 샘플링하고 생물학적 유체 중의 표적 성분을 측정하기 위한 시스템.
9. 개방된 원위 말단 및 내강을 포함하는 하나 이상의 현미침을 제공하는 단계,

   동심원 형태로 적층된 전극 구조를 포함하는 전기화학적 전지를 내강 내에 제공하는 단계,

   현미침의 개방된 원위 말단을 피부 속으로 선택된 깊이까지 삽입하는 단계,

   개방된 원위 말단에 존재하는 생물학적 유체 중의 하나 이상의 표적 성분의 샘플을 내강을 통해 전기화학적 전지 속으로 전달하는 단계,

   제1 전기적 신호를 전기화학적 전지로 송신하는 단계 및

   전기화학적 전지에 의해 발생된, 생물학적 유체 중의 성분의 농도를 나타내는 제2 전기적 신호를 수신하는 단계를 포함하여,

   생물학적 유체 중에 함유된 하나 이상의 표적 성분의 농도를 측정하는 방법.
10. 개방된 원위 말단, 개방된 인접 말단 및 이들 사이에 연장되어 있는 내강을 포함하는 하나 이상의 중공성 현미침을 제공하는 단계,

    중공성 현미침과 유체가 교류되는 전기화학적 전지(여기서, 전기화학적 전지는 현미침에 실질적으로 가로 방향인 중공성 현미침의 개방된 인접 말단에 위치하는, 평행하게 이격된 전극 구조를 포함한다)를 제공하는 단계,

    중공성 현미침의 개방된 원위 말단을 피부 속으로 선택된 깊이까지 삽입하는 단계,

    중공성 현미침의 개방된 원위 말단에 존재하는 하나 이상의 표적화된 생물학적 유체 성분의 샘플을 전기화학적 전지 속으로 전달하는 단계,

    제1 전기적 신호를 전기화학적 전지로 송신하는 단계 및

    전기화학적 전지에 의해 발생된, 생물학적 유체 중의 성분의 농도를 나타내는 제2 전기적 신호를 수신하는 단계를 포함하여,

    생물학적 유체 중에 함유된 하나 이상의 표적 성분의 농도를 측정하는 방법.