KR20070054601A

KR20070054601A - 홀로그래픽 센서를 이용한 분석물을 탐지하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20070054601A
Application number: KR1020067025709A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 로빈 로위; 사티아무르티 카빌란; 메이-칭 리
Original assignee: 캠브리지 엔터프라이즈 리미티드
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2007-05-29
Also published as: WO2005121753A1; JP2008501970A; EP1754043A1; EA200602186A1; AU2005252845B2; CA2569540A1; CN1997884B; JP4782126B2; BRPI0511859A; EA011267B1; CN1997884A; AU2005252845A1; US20080020478A1; GB0412654D0

Abstract

본 발명은 유체(fluid)로 된 분석물(analyte)을 탐지(detection)하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 매체(medium)와 매체의 체적을 통해서 배치된 홀로그램(hologram)을 포함하는 홀로그래픽 요소(holographic element)와 유체를 접촉(contacting)하는 것을 포함하는데, 여기서 요소의 광학적 특징(optical characteristic)은 매체의 체적을 통해서 발생하는 물리적 특성의 변화(variation)의 결과로서 변하는 것을 특징으로 하며, 변화(variation)는 매체와 분석물 사이의 상호작용(interaction)의 결과로서 일어나는 것을 특징으로 하며; 그리고 요소의 광학적 특징의 모든 변화를 탐지(detecting)하는 것을 포함하는데, 여기서 (a) 매체는 분석물과 반응할 수 있는 그룹(group)을 포함하는데, 분석물 또는 그룹은 다수의 형태로 존재할 수 있는 것을 특징으로 하며, 탐지(detecting)는 상대적으로 더욱 반응적인 형태(reactive form)로 덜 반응적인 형태의 분석물 또는 그룹의 변환(conversion)을 촉진시킬 수 있는 제 1 촉매(catalyst)의 존재 하에서 수행되거나, 또는 (b) 유체는 매체와 상호작용 할 수 있는, 분석물 이외의 구성성분(component)을 포함하고, 탐지(detecting)는 상기 구성성분의 제거(removal)를 촉진시킬 수 있는 제 2 촉매(catalyst)의 존재 하에서 수행되어지는 것을 특징으로 한다.

Description

홀로그래픽 센서를 이용한 분석물을 탐지하기 위한 방법{METHOD OF DETECTING AN ANALYTE USING A HOLOGRAPHIC SENSOR}

본 발명은 홀로그래픽 센서(holographic sensor)를 이용하여 분석물(analyte)을 탐지하기 위한 방법에 관한 것이다.

WO 제90 56499호는 분석물(analyte)을 탐지하기 위한 홀로그래픽 센서(holographic sensor)를 개시하고 있다. 이러한 센서는 지지매체(support medium)와 매체의 체적을 통하여 배치된 홀로그램(hologram)을 포함하는 홀로그래픽 요소(holographic element)를 포함한다. 요소의 광학적 특성(optical characteristic)은 매체의 체적을 통하여 발생하는 물리적 특성의 변화(variation)의 결과를 변경시키며, 이러한 변화는 매체와 분석물 사이의 반응의 결과로서 발생한다. 광학적 특성의 모든 변화를 모니터링 함으로써, 분석물의 존재를 탐지할 수 있다. WO 제03/087789호는 홀로그래픽 센서를 이용하여 분석물을 연속적으로 감지하기 위한 공정(process)을 개시하고 있다.

특히 관심이 있는 분석물은 포도당(glucose)이다. 최소한의 침습성(invasive)이며, 포도당 감지기(glucose sensor), 특히 안과용 포도당 감지(ophthalmic glucose sensor)를 용이하게 사용하기 위한 필요성이 존재한다. 혈액 내의 포도당의 농도(concentration)는 일반적으로 약 20 mM이며, 특히 눈에서는 약 0.1 mM 이다. 눈에서 포도당의 레벨은 혈액 내의 포도당의 레벨과 서로 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 포도당의 혈액 레벨은 눈물과 같은 안구액체(ocular fluid) 내의 레벨을 측정함으로써 간접적으로 모니터링 되어질 수 있다.

(D-포도당으로도 알려진) 포도당은 다섯 개의 다른 형태로 발생한다. 포도당의 네 개의 주기적 형태(cyclic form), 즉 α-D-글루코피라노즈(glucopyranose), β-D-글루코피라노즈, α-D-글루코푸라노즈(glucofuranose) 및 β-D-글루코푸라노즈는, 소위 “복잡 변광회전(complex mutarotation)”공정을 통해서, 비환식 형태(acyclic form), D-포도당 알데히드(aldehyde)와 평형되어 공동으로 존재한다. 일반적으로, α-D-글루코피라노즈, β-D-글루코피라노즈, α-D-글루코푸라노즈, β-D-글루코푸라노즈 그리고 D-포도당 알데히드의 비율은 각각 약 39.4, 60.2, 0.2, 0.2 그리고 0.001% 이다(쇼지 등, Am. Chem. Soc., 124(42), 12486-96).

잘 기록된 반응(reaction)은 포도당과 붕소산 화합물(boronic acid compound)과의 반응이다. 포도당이 α-D-글루코푸라노즈(glucofuranose) 형태에 있을 때만, 붕소산(boronic acid)으로 포도당의 결합(binding)이 발생하는 것으로 제 시되어진다(쇼지 등). 그러나, 다른 연구(시오미 등, J.Chem. Soc. Perkin Trans. 1,2111-2117)는, NMR 결합상수(coupling constant)가 정확하게 할당되어진다면 α-D-피라노즈(pyranose) 형태로 결합할 수도 있다고 간주한다. 나아가, 붕소산(boronic acid)은 삼각형 형상과는 반대로, 사면체(즉,

)로 되어야만 하는 것으로 제시되어진다. 붕소산(boron acid)은 cis 형태(cis conformation)에 있는 디올(diol)에 선호적으로 결합한다(Liu 등, J. Organomet, Chem., 493(1-2), 91-94). 반응은 완전히 가역적(reversible)이며, 형태상 변화(conformational change)가 발생하는 pH는 R 구조체에 의해서 강하게 영향받는다. R 은 선호적으로 페닐기 그룹(phenyl group) 또는 그 유도체(derivative)이다. 일반적으로, α-D-글루코푸라노즈의 단지 작은 부분만이 존재하며, 따라서 거의 반응이 발생하지 않으며, 종종 낮은 속도로 발생한다.

포도당과 붕소산(boronic acid)사이의 반응(reaction)의 정도는 복잡 변광회전(complex mutarotation)의 정도를 변화시킴으로써 증가되어질 수 있다. 변성광 효소(enzyme mutarotase)는 (선형 형태(linear form)를 통해서) β-형태를 α-D-글루코푸라노즈로의 변환(conversion)을 촉진시킨다. 대안적으로, 반응의 정도는 포도당 이성화효소(glucose isomerase)와 같은 효조를 이용하여, 포도당을 과당(fructose) 또는 리보스(ribose)로 첫 번째 전환시킴으로써 증가되어질 수 있다. 과당과 리보스는 포도당과 유사한 방식으로 붕소산과 반응한다.

본 발명은 상호작용(interaction)을 강화시키는 작용제(agent), 더욱 상세하게는 촉매(catalyst)의 존재하에서 홀로그래픽 지지매체(holographic support medium)와 분석물(analyte) 사이의 모든 상호작용을 탐지(detecting)함으로써 홀로그래픽 센서의 반응이 증가할 수 있도록 구현하는 것에 근거를 두고 있다. 예를 들어, 펜던트 붕소산 그룹(pendant boronic acid group)을 포함하는 홀로그래픽 센서(holographic sensor)가 포도당의 탐지를 위하여 사용되어질 수도 있다. 그러나, α-D-글루코푸라노즈(glucofuranose) 형태의 레벨(level)은 일반적으로 매우 낮기 때문에, 이러한 센서의 반응 시간 및 레벨은 열악할 수도 있다. 반응(response)은 변성광 효소(mutarotase) 또는 포도당 이성화효소(glucose isomerase)의 존재 하에서 탐지를 실행함으로써 급격하게 강화되어질 수도 있다.

본 발명의 첫 번째 특징은 유체로 된 분석물(analyte)을 탐지하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 매체(medium)와 매체의 체적(volume)을 통해서 배치된 홀로그램(hologram)을 포함하는 홀로그래픽 요소(holographic element)와 유체(fluid)를 접촉(contacting)하는 것을 포함하는데, 여기서 요소의 광학적 특성(optical characteristic)은 매체의 체적을 통해서 발생하는 물리적 성질(physical property)의 변화(variation)의 결과로서 변하는 것을 특징으로 하고, 변화(variation)는 매체(medium)와 분석물(analyte) 사이의 상호작용의 결과로서 발생하는 것을 특징으로 하고; 그리고 요소의 광학적 특성의 모든 변화를 감지(detecting)하는 것을 포함하는데, 여기서

(a) 매체(medium)는 분석물(analyte)과 반응할 수 있는 그룹(group)을 포함하는데, 분석물 도는 그룹은 다수의 형태로 존재할 수 있고, 탐지(detecting)는 분석물 또는 그룹의 상대적으로 낮은 반응성 형태를 상대적으로 더 높은 반응성 형태로 변환을 촉진할 수 있는 첫 번째 촉매(catalyst)의 존재 하에서 수행되어지거나, 또는

(b) 유체(fluid)는 매체(medium)와 상호작용 할 수 있는 촉매 이외의 다른 구성성분(component)을 포함하며, 탐지(detecting)는 상기 구성성분의 제거를 촉진시킬 수 있는 두 번째 촉매의 존재 하에서 수행되어지는 것을 특징으로 한다.

포도당(glucose)의 경우에 있어서, 탐지(detection)는 α-D-글루코피라노즈(glucopyrnose), β-D-글루코푸라노즈(glucofuranose) 또는/및 D-포도당 알데히드를 α-D-글루코푸라노즈(glucofuranose)로 변환하는 것을 촉진시키는 촉매(catalyst)의 존재 하에서 발생하는 것이 선호된다. 더욱 상세하게는, 탐지는 변성광 효소(mutarotase) 또는/및 포도당 이성화효소(glucose isomerase)의 존재하에서 발생한다.

본 발명의 다른 특징은 상기에서 기술된 촉매와 홀로그래픽 요소를 포함하는 안과용 장치(ophthalmic device)에 관한 것이다. 인서트(insert)가 콘택트렌즈 또는 임플란트 가능한 장치의 형태로 될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실례 1에 따른 결과를 도시하는 모습

도 2은 본 발명의 실례 2에 따른 결과를 도시하는 모습

도 3은 본 발명의 실례 3에 따른 결과를 도시하는 모습

도 4은 본 발명의 실례 4에 따른 결과를 도시하는 모습

본 명세서에서 사용되는 용어 “포도당(glucose)”는 공지된 주기적(cyclic) 및 선형 형태의 포도당에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용되는 “안과용 장치(ophthalmic device)”는 (하드 및 소프트 양자 모두의) 콘택트 렌즈, 각막 온레이(corneal onlay), 임플란트 가능 안과용 장치 등에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용되는 “콘택트 렌즈(contact lens)”는 시력교정, 진단(diagnosis), 샘플 콜렉션(sample collection), 약물 배달(drug delivery), 상처치료(wound healing), 화장(cosmetic appearance) 또는 다른 안과용 응용을 위하여 눈 위에서 또는 눈 근처에서 사용되는 모든 하드렌즈 또는 소프트렌즈에 관한 것이다. 렌즈는 매일 교체가능하거나, 매일-착용렌즈 또는 장기간 착용렌즈가 될 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “임플란트 가능한 안과용 장치(implantable ophthalmic device)는 눈 위에서 또는 안구 근처에서 사용되어지는 안과용 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 눈의 쿨데삭(cul de sac) 내에 놓일 수 있는, 인공수정체(intraocular lenses), 결막하렌즈(subconjunctival lenses), 각막렌즈(intracorneal lenses) 그리고 션트(shunt)/임플란트(implant)(예, 스텐트(stent) 또는 글라우코마 션트(glaucoma shunt)를 포함한다.

매체(medium)와 분석물(analyte) 사이의 상호작용은 물리적 또는/및 화학적이 될 수도 있다. 센서는 분석물의 연속적인 탐지를 허용할 수도 있다.

분석물(analyte)은 여러 가지 형태로 존재할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 분석물은 더욱 반응성 형태(reactive form)로 분석물의 변환(conversion)을 촉진하도록 사용되어질 수도 있다. 이러한 분석물의 실례는, 변광회전(mutarotation)을 통해서 다섯 개의 다른 형태로 존재할 수 있는 포도당(glucose)이다. 따라서, 포도당의 경우에 있어서, 촉매(catalyst)는 α-D-글루코푸라노즈(glucofuranose)로의 변환 속도를 증가시키도록 하면서, 변성광 효소(mutarotase) 또는 포도당 이성화효소(glucose isomerase)와 같은 효소(enzyme)가 될 수도 있다. 페닐보린산(phenylboronic acid) 또는 이와 유사한 그룹을 포함하는 매체가 사용되어질 때, 포도당과 매체 사이의 반응의 정도는 강화되어질 수 있다.

락테이트(lactate)(젖산, lactic acid)는 포도당의 감지(sensing)를 방해하는 것으로 알려져 있다. 이러한 것은 특히 락테이트가 상당히 높은 농도로 존재하는 눈에서 문제가 된다. 따라서 촉매(catalyst)는 락테이트의 제거를 촉진시킬 수도 있다. 예를 들어, 락테이트 산화효소(lactate oxidase)가 사용되어질 수도 있다. 이러한 효소(enzyme)는 (피루베이트 중간물(pyruvate intermediate)을 통해서)락테이트(lactate)를 과산화수소(hydrogen peroxide)로 분해(breakdown)하는 것을 촉진한다. 과산화수소는 은(silver)과 반응할 수도 있고, 따라서 만일 센서가 은-기반(silver-based)이라면, 카탈라아제(catalase)와 같은 효소는 원치않는 생성된 모든 과산화수소를 제거하도록 제공되는 것이 선호된다. 락테이트 산화효소(lactate oxidase)에 대한 대안은, 과산화수소의 생성없이 피루베이트(pyruvate)로 젖산을 전환시키는 락테이트 탈수소효소(lactate dehydrogenase)이다.

반대로, 만일 락테이트(lactate)가 관심이 되는 분석물(analyte)이 된다면, 시스템으로부터 포도당을 제거하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 포도당 산화효소(glucose oxidase)와 같은 효소가 사용되어질 수도 있다.

매체(medium)와 분석물(analyte) 사이의 상호작용은, 비전리 방사(non-ionising radiation)를 이용하여 원격적으로 탐지되어질 수 있다. 상호작용의 정도 는 물리적 특성의 변화정도로 반사되어지며, 광학적 특성에서의 변화, 선호적으로는 비전리 방사의 파장의 이동(shift)로서 탐지되어진다.

변하는 홀로그래픽 요소의 특성들은 전하밀도(charge density), 체적(volume), 형상(shape), 밀도(density), 점도(viscosity), 강도(strength), 경도(hardness), 전하(charge), 소수성(hydrophobicity), 팽윤성(swellability), 완전성(integrity), 교차결합 밀도(cross-link density) 또는 모든 다른 물리적 특성이 될 수도 있다. 각각의 물리적 특성들의 변화(variation)는, 홀로그래픽 요소의 분극률(polarisability), 반사율(reflectance), 굴절도(refractance) 또는 흡수율과 같은 광학적 특성(optical characteristic)의 변화를 야기한다.

홀로그램(hologram)은 지지매체(support medium)의 체적의 대부분을 통해서 또는 일부분 내에 또는 그 위에 배치되어질 수도 있다. 예를 들어 가시광(visible light)과 같은 비전리 방사의 조명원(illuminating source)은 홀로그래픽 요소의 각각의 광학적 특징 내의 변화(variation)들을 관찰하는데 사용되어질 수도 있다.

홀로그래픽 효과는 (예를 들어, 백색광, UV 또는 적외선 복사 아래의) 조명(illumination), 특정 온도, 자기(magnetic) 또는 압력 조건, 또는 특정 화학제품, 생화학적 또는 생물학적 자극에 의해서 표현되어질 수도 있다. 홀로그램은 목적물의 영상(image) 또는 2차원 또는 3차원 효과로 될 수도 있고, 확 대(magnification)로서만 볼 수 있는 패턴의 형태로 될 수도 있다.

홀로그램은 빛(light)의 회절(diffraction)에 의해서 생성되어질 수 있다. 홀로그래픽 요소는 레이저 광으로써 조명되어질 때 간섭효과(interference effect)를 생성하기 위한 수단(mean)을 추가로 포함할 수도 있으며, 상기 수단은 탈분극 층(depolarising layer)을 포함할 수 있다.

하나이상의 홀로그램은 홀로그래픽 요소 내에 또는 그 위에서 지지되어질 수도 있다. 각각의 광학적 특성에서의 변화의 결과로서 일어나는, 각각의 홀로그램으로부터 발산되는 방사(radiation)의 각각의 변화를 감지하도록 수단(means)들이 제공되어질 수도 있다. 홀로그래픽 요소들은 두 개 또는 그 이상의 독립적인 이벤트(event)/종류(species)를 감지하고, 두 개 또는 그 이상의 다른 방식으로 또는 동시에 방사(radiation)에 영향을 주도록 크기로 되어지고 배열되어질 수도 있다. 홀로그래픽 요소들은 어레이(array)의 형태로 제공되어질 수도 있다.

홀로그래픽 지지매체(holographic support medium)는, (메타)아클릴아미드((meth)acrylamide) 또는/및 (메타)아크릴산-유도 공단위체((meth)acrylate-derived comonomers)와 같은 단위체의 중합(polymerisation)에 의해서 얻어질 수도 있다. 특히, 단위체 HEMA(히드록시에틸 메타크릴레이트, hydroxyethyl methacrylate)는 용이하게 중합가능하고(polymerisable) 교차결합(cross-linkable) 가능하다. 폴리HEMA(polyHEMA)는 팽윤가능하고(swellable), 친수적이며(hydrophilic) 광범위한 친생물학적(biocompatible)이기 때문에, 다용도의 지지재료이다.

붕소산 그룹을 포함하도록 수정되어질 수도 있는 홀로그래픽 지지매체의 다른 실례는, 젤라틴(gelatin), K-카라키난(K-carageenan), 아가(agar), 아가로스(agarose), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol, PVA), (넓게 규정된)졸-겔(sol-gel), (넓게 규정된) 하이드로-겔(hydro-gel) 그리고 아크릴산(acrylate)이다.

홀로그래픽 요소의 반응(response)을 결정하는 매개변수(parameter)는 교차결합(cross-linking)의 정도이다. 폴리머 필름(polymer film)은 매우 강성(rigid)이 될 수도 있기 때문에, 단위체의 중합으로 인한 교차결합 포인트(point)의 개수는 크지 않아서 중합체(polymer)와 분석물-결합 그룹 사이의 복잡한 형태가 상대적으로 낮게 되도록 해야만 한다. 이러한 것은 지지매체의 팽윤(swelling)을 억제할 수도 있다.

선호적인 실시예에서, 본 발명의 인서트(insert)는 콘택트렌즈의 형태이다. 렌즈는 당해 기술분야에서 공지된 모든 적절한 재료를 이용하여 제작되어질 수도 있다. 렌즈 재료는 하나 또는 그 이상의 단위체(monomer)와 선택적으로는 하나 또는 그 이상의 예비중합체(prepolymer)에 의해서 형성되어질 수도 있다. 재료는 광 개시제(photoinitiator), 가시성 틴팅제(visibility tinting agent), UV-차단제(UV-blocking agent) 또는/및 광민감제(photosensitiser)를 포함할 수도 있다.

선호적인 렌즈 재료그룹은 수용성(water-soluble)이거나 또는/및 용해가능한(meltable)인 프리폴리머(prepolymer)이다. 재료는 (예를 들어, 고여과(ultrafiltration)에 의해서 정제된) 실질적으로 순수한 형태(pure form)로 된 하나 또는 그 이상의 프리폴리머를 포함한다. 선호적인 프리폴리머는 수용성 교차결합가능 폴리(비닐 알코올) 프리폴리머와; 이소시아네이트-캐핑된 폴리우레탄(isocyanate-capped polyurethane)과 에틸렌계 불포화된 아민(ethylenically unsaturated amine)(1차 아민 또는 2차 아민) 또는 에틸렌계 불포화된 모노하이드록시 혼합물(ethylencially unsaturated monohydroxy compound)과의 반응에 의해서 얻어질 수 있는 수용성 비닐기-종결 폴리우레탄(vinyl group-terminated polyurethane)과, 여기서 이소시아네이트-캐핑된 폴리우레탄은 하나이상의 폴리알킬렌 글리콜(polyalkylene glycol)과, 2개 이상의 히드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 혼합물(compound)과, 두 개 또는 그 이상의 이소시아네이트기(isocyanate group)를 가진 하나이상의 혼합물의 공중합 생성물(copolymerisation product)이 될 수 있으며; 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 또는 폴리비닐아민(polyvinylamine)의 유도체(derivative)(예: 미국특허 US5849841호 참조), 미국특허 US6479587호에 기술된 바와 같은 수용성 교차-결합가능 폴리요소 예비중합체(polyurea prepolymer)와; 교차 결합가능한 폴리아크릴아미드(polyacrylamide); 유럽특허 EP0655470호 및 미국특허 US5712356호에서 기술된 바와 같은 비닐 락탐(vinyl lactam), MMA 및 공단위체(comonomer)의 교차결합가능한 통계적 공중합체(statistical copolymer)와; 유럽특허 EP0712867호 및 미국특허 US5665840호에 기술된 바와 같은 비닐 락탐, 비닐 아세테이트 및 비닐 알코올의 교차결합 가능한 공중합체(copolymer)와; 유럽특허 EP0932635호에 개시된 바와 같은 교차결합 가능한 사이드 체인(side chain)을 가진 폴리에테르-폴리에스테르 공중합체와; 유럽특허 EP0958315 및 미국특허 6165408호에 개시된 바와 같은 분기된(branched) 폴리알킬렌 글리콜-우레탄 예비중합체와, 유럽특허 EP0961941호 및 미국특허 US6221303호에서 개시된 바와 같은 폴리알킬렌 글리콜-테트라(메타)아크릴레이트 예비중합체와; 그리고 국제공보 WO00/31150호에서 개시된 바와 같은 교차결합 가능한 폴리아릴라민 글루코노락톤(gluconolactone) 예비중합체를 포함하는 것이 선호된다.

렌즈는 수화겔(hydrogel) 재료를 포함할 수도 있다. 일반적으로 수화겔 재료들은 완전히 수화되어질 때 물의 중량의 적어도 10% 이상 흡수할 수 있는 중합물질이다. 수화겔 재료는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 변형된 PVA(예, 넬필콘 A(nelfilcon A)), 폴리(하이드록시에틸 메타아크릴레이트), 폴리(비닐 피로리돈(vinyl pyrrolidone), 폴리(카르복실 산)(예, 카보폴(carbopol)), 폴리(에틸렌 글리콜),　폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리메타아크릴아미드(polymethacrylamide), 실리콘-포함 수화겔, 폴리우레탄(polyurethane), 폴리요 소(polyurea) 등을 가진 PVA를 포함한다.

대안적으로 안과용 장치(ophthalmic device)는 임플란트 가능한 안과용 장치가 될 수도 있다. 눈물 내의 포도당 레벨은 혈액 포도당 레벨보다 현저히 낮을 수도 있다. 임플란트 가능한 안과용 장치로써, 포도당 레벨이 눈물 내의 포도당 레벨보다 현저히 높을 수 있는 수양액(aqueous humor) 또는 간질액(interstitial fluid) 내의 포도당 레벨을 모니터할 수 있다. 선호적으로, 장치는 결막하 임플란트(subconjuctive implant), 각막렌즈(intracorneal lens), 스텐트(stent) 또는 녹내장 션트(glaucoma shunt)의 형태이다.

특히 분석물이 포도당(glucose) 또는 락테이트(lactate)일 때, 렌즈 외부는 본 발명의 촉매를 포함하는 것이 선호되어진다. 이러한 방식으로, 분석물 이외의 구성성분의 간섭(interference)을 차단하는 것이 가능할 수 있고, 매체와 상호작용한다.

본 발명의 방법은 물품(article)을 인증하는데 사용되어질 수도 있다. 홀로그래픽 요소가 센서인 경우, 센서는 예를 들어 핫 스탬핑 테이프(hot stamping tape) 상에서 제공되어지는 전달가능한 홀로그래픽 필름을 이용하여 물품(article)에 적용되어질 수도 있다. 물품은 거래카드(transaction card), 은행권(banknote), 여권(passport), 신분카드(identification card), 스마트 카드(smart card), 운전 면허증(driving license), 주권(share certificate), 채권(bond), 수표(cheque), 수표보증카드(cheque card), 세금 밴드롤(tax banderole), 상품권(gift voucher), 우표(postage stamp), 열차표 또는 항공표, 전화카드, 복권카드(lottery card), 이벤트 티켓, 신용카드 또는 직불카드, 명함 또는 소비자가 사용하는 물품, 위조품으로부터 진품을 구별하고 도난품을 입증하기 위한 브랜드(brand) 및 제품 보호물(protection)이 될 수도 있다. 센서(sensor)들은 지능형 포장(intelligent packaging)에의 적용을 위한 제품 및 포장 정보를 제공하도록 사용되어질 수도 있다. “지능형 포장(intelligent packaging)”은 시간-온도, 신선도, 습도, 알콜, 기체, 물리적 손상 등을 보여주는 인디케이터(indicator)와 같이, 제품의 품질, 사용수명(shelf life) 또는 안전도 및 전형적인 적용에 영향을 주는 환경조건 또는 제품의 정보 또는 품질을 모니터하거나, 표시하거나 테스트 하도록 용기(container), 포장지(wrapper) 또는 덮개(enclosure)의 일부분이거나 또는 부착물로 구성되는 시스템에 관한 것이다.

대안적으로 센서(sensor)들은 제한되는 것은 아니지만 보석류, 의류(신발류 포함), 직물, 가구, 장난감, 선물, 생활용품(도자기류 및 유리제품 포함), 건축재(유리, 타일, 페인트, 금속, 벽돌, 세라믹, 나무, 플라스틱 및 다른 내,외장재 포함), 예술품(그림, 조각, 도자기, 조명설치품(light installation) 포함), 문구류(연하장, 편지지, 홍보자료 포함), 및 스포츠용품을 포함하는 모든 산업용 또는 수공예품과 같은 장식적 요소 또는 적용을 가진 제품에 적용되어질 수 있다.

본 발명은 특히 테스트 스트립(test strip), 칩(chip), 카트리지(cartridge), 스와브(swab), 튜브(tube), 피펫(pipette) 또는 다fms 형태의 액체 샘플링 또는 테스팅 장치 및 사람 또는 동물의 예후(prognostic)에 관한 프로세스 또는 제품과 같은 진단장치(diagnostic device)에 관한 것이다. 센서들은 콘택트 렌즈, 결막하 임플란트(sub-conjuctival implant), 피하 임플란트(sub-dermal implant), 테스트 스트립, 칩(chip), 카트리지(cartridge), 스와브(swab), 튜브, 음주측정기(breathalyser), 카테터(catheter), 모든 형태의 혈액, 소변, 혈액 샘플링 또는 분석장치에서 사용되어질 수도 있다. 센서들은 예를 들어 테스트 스트립, 칩, 카트리지, 스와브, 튜브, 피펫 또는 모든 형태의 액체 샘플링 또는 분석 장치와 같은 테스트 장치에서, 석유화학적 및 화학적 분석 및 테스트에 관한 프로세스 또는 제품에서 사용되어질 수도 있다.

본 발명은 제품이 홀로그래픽 요소(holographic element)로부터 데이터를 발생할 수 있는 홀로그래픽 요소를 포함하는 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 제품에 관한 것이며, 그리고 데이터 저장, 제어(control), 전송(transmission), 리포팅(reporting) 또는/및 모델링(modeling)을 위한 데이터를 사용하는 시스템에 관한 것이다.

다음의 실례들은 본 발명을 도시하며, 도 1은 본 발명의 특징들을 보여준다.

실례에서, 홀로그래픽 센서는 12 몰% 3-아크릴아미드페닐보론산(acrylamidophenylboronic acid)(합성물은 국제공개 WO2004/081624호에서 기술되어진다)을 담고있는 중합체 지지매체(polymeric support medium)를 포함한다. 포도당의 α- 및 β-D-글루코피라노즈(glucopyranose) 형태는 고체(solid) 형태로 시그마(Sigma)로부터 얻어진다. 변성광 효소(mutarotase)는 바이오자임(Biozyme)으로부터 얻어지고 돼지신장(porcine kidney)로부터 기인한다. 포도당 이성질화효소(isomerase)는 햄톤 리서치(Hampton Reasearch)로부터 얻어지며, 스트렙토미케스 루비기노수스(Streptomyces rubiginosus)로부터 기인한다. 락테이트 산화효소(lactate oxidase)는 시그마(Sigma)로부터 얻어지고, 페디오코크스(Pediococcus sp.)로부터 기인한다. 탐지(detection)는 PBS, 30℃ pH 7.4에서 발생한다.

실례 1

새로이 용해된 α-글루코피라노즈(glucopyranose)는 홀로그래픽 센서를 이용하여 탐지되어지고, 결합(binding) 속도는 기록되어진다. 또한, α-글루코피라노즈의 용액(solution)은 평형이 되도록 오버나이트(overnight)로 남아지고, 이때 결합(binding) 속도는 결정되어진다. β-글루코피라노즈를 이용하여 실험(experiment)은 반복되어진다. 반응의 속도는 2mM의 용액을 이용하여 최종 평형 피크 회절 파장(final equilibrium peak diffraction wavelength)의 50%(즉, 절반(half)/수명(life))에 도달하도록 홀로그래픽 센서를 위하여 취해진 시간을 결정 함으로서 계산되어진다.

결과는 도 1에서 도시되어진다. 새로이 용해된 α-글루코피라노즈(glucopyranose) 형태는 새로이 용해된 β-글루코피라노즈 보다 더 빠른 속도로 펜던트 페닐보린산 그룹(pendant phenylboronic acid group)에 결합된다. 두 개의 요액이 오버나이트(overnight)되도록 남는 경우에 있어서, 속도는 거의 동일하다. 이러한 결과들은 센서가 β-글루코피라노즈(glucopyranose) 보다 더욱 용이하게 α-글루코피라노를 결합하는 것을 제시한다. 오버나이트(overnight) 되도록 남아있는 용액들을 위하여 관찰되어지는 유사한 속도는 평형효과(equilibrium effect)를 제시하는데, 즉 β-형태는 α-형태로 전환된다. 두 개의 형태 사이의 상호전환(interconversion)은 매우 느리고, 느린 결합운동이 관찰되어지는 것을 설명한다.

실례 2

2 mM 포도당 용액(glucose solution)이 만들어지고 평형이 되도록 오버나이트(overnight)되게 남아진다. 이때 홀로그래픽 센서는 변화하는 변성광 효소(mutarotase)의 양의 존재 하에서 포도당을 탐지하도록 사용되어진다. 반응의 초기속도, 즉 포도당 용액의 추가시에 피크 회절 파장의 초기 증가는 결정되어진다.

결과는 도 2에서 도시되어지고, 상대적으로 낮은 변성광 효소(mutarotase)의 농도에서, 결합(binding)의 초기속도는 변성광 효소가 존재하지 않을 때보다 더 빠르다는 것을 나타낸다. 변성광 효소의 최적의 양은 0.25 mg/ml로 판명되어지며, 제어(control)에 대해서 54% 반응의 속도가 증가되어진다.

실례 3

포도당을 홀로그래픽 센서로 결합에 대한 포도당 이성화효소(glucose isomerase) 효과는 결정되어진다. 포도당 이성화효소의 투석(dialysis)은 서스펜디드(suspended)된 버퍼(buffer)를 제거하도록 수행되어진다. 홀로그래픽 센서는 포도당 이성화효소를 위한 공동-계수(co-factor)로 되어지는 1mM

로써 평형되어지도록 된다. 다음으로 0.5mM 포도당 용액은 가변적인 양의 포도당 이성화효소의 존재 하에서 센서에 더해진다.

결과는 도 3에서 도시되어진다. 포도당 이성화효소의 추가는 센서의 민감도(sensitivity)를 증가시키는 것을 볼 수 있다. 또한, 추가된 포도당 이성화효소의 양이 더 많아 질수록, 시스템은 더 오랫동안 평형하게 되는 것이 주목할 만하다. 반응의 초기속도는 제어(control)의 초기속도보다 더욱 빠르다.

실례 4

홀로그래픽 센서(holographic sensor)는 PBS와 큐벳(cuvette)되게 위치되어지고, 12.5 유닛의 락테이트 산화효소(lactate oxidase)가 추가되어진다. 시스템이 평형되어지면, 2 mM 락테이트 용액이 추가되어지고, 피크 회절 파장에서의 이동(shift)이 장시간에 걸쳐서 탐지되어진다.

결과는 도 4에서 도시되어진다. 먼저, 센서의 지지매체(support medium)는 락테이트를 구속하면 팽창되나, 다음으로 락테이트 산화효소(lactate oxidase)에 의해서 락테이트가 소비되어지면 수축되어진다. 피크 파장(peak wavelength)은 결국 그 초기 값으로 복귀되어지며, 모든 락테이트는 피루베이트(pyruvate)로 전환되어지는 것을 나타낸다.

Claims

유체(fluid)로 된 분석물(analyte)을 탐지(detection)하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

매체(medium)와 매체의 체적을 통해서 배치된 홀로그램(hologram)을 포함하는 홀로그래픽 요소(holographic element)와 유체를 접촉(contacting)하는 것을 포함하는데, 여기서 요소의 광학적 특징(optical characteristic)은 매체의 체적을 통해서 발생하는 물리적 특성의 변화(variation)의 결과로서 변하는 것을 특징으로 하며, 변화(variation)는 매체와 분석물 사이의 상호작용(interaction)의 결과로서 일어나는 것을 특징으로 하며, 그리고

요소의 광학적 특징의 모든 변화를 탐지(detecting)하는 것을 포함하는데, 여기서

(a) 매체는 분석물과 반응할 수 있는 그룹(group)을 포함하는데, 분석물 또는 그룹은 다수의 형태로 존재할 수 있는 것을 특징으로 하며, 탐지(detecting)는 상대적으로 더욱 반응적인 형태(reactive form)로 덜 반응적인 형태의 분석물 또는 그룹의 변환(conversion)을 촉진시킬 수 있는 제 1 촉매(catalyst)의 존재 하에서 수행되거나, 또는

(b) 유체는 매체와 상호작용 할 수 있는, 분석물 이외의 구성성분(component)을 포함하고, 탐지(detecting)는 상기 구성성분의 제거(removal)를 촉진시킬 수 있는 제 2 촉매(catalyst)의 존재 하에서 수행되어지는 것을 특징으로 하는 방법
제 1 항에 있어서, 분석물(analyte)은 포도당(glucose)인 것을 특징으로 하는 방법
제 2 항에 있어서, 조건(a)가 적용되며, 첫 번째 촉매(catalyst)는 변성광 효소(mutarotase) 또는 포도당 이성화효소(glucose isomerase)이며, 그룹(group)은 페닐보린산 그룹(phenylboronic acid group) 또는 그 유도체(derivative)인 것을 특징으로 하는 방법
제 2 항에 있어서, 조건(b)가 적용되며, 상기 구성성분(component)은 락테이트(lactate)이며, 두 번째 촉매(catalyst)는 락테이트 산화효소(lactate oxidase) 또는 락테이트 탈수소효소(lactate dehydrogenase)인 것을 특징으로 하는 방법
제 4 항에 있어서, 두 번째 촉매(catalyst)는 락테이트 산화효소이며, 탐지(detection)는 카탈라아제(catalase)의 존재 하에서 발생하는 것을 특징으로 하는 방법
제 1 항에 있어서, 분석물(analyte)은 락테이트(lactate)인 것을 특징으로 하는 방법
제 6 항에 있어서, 조건 (b)가 적용되며, 상기 구성성분(component)은 포도당이며, 두 번째 촉매는 포도당 산화효소(glucose oxidase)인 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 접촉(contacting)은 요소(element)에 걸쳐서 유체(fluid)가 연속적으로 통과하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 홀로그램(hologram)은 빛(light)의 회절(diffraction)에 의해서 발생되어지는 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 홀로그램(hologram)은 단지 확대(magnification) 하에서만 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 홀로그래픽 영상(holographic image)는 목적물(object) 또는 2차원 또는 3차원 효과인 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 홀로그래픽 요소(holographic element)는 레이저 광(laser light)로써 조명되어질 때 간섭효과(interference effect)를 생성하기 위한 수단(means)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
제 12 항에 있어서, 수단(means)은 탈분극 층(depolarising layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 홀로그램(hologram)은 백색광(white light), UV 광 또는 적외선 복사(infra-red radiation) 하에서 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 방법
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 홀로그램(hologram)은 특정한 온도, 자기(magnetism) 도는 압력 조건 하에서 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 방법
상기 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에서 사용하는데 적합한 안과용 장치(ophthalmic device)에 있어서, 상기 장치는 홀로그래픽 요소(holographic element)와 그리고 상기 항 중 어느 하나의 항에서 규정된 첫 번째 또는 두 번째 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 장치
제 9 항에 있어서, 상기 장치는 콘택트 렌즈(contact lens)인 것을 특징으로 하는 안과용 장치
제 10 항에 있어서, 렌즈 외부는 촉매(catalyst)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 장치
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에서 사용하는데 적합한 물품(article)에 있어서, 상기 물품은 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 규정된 홀로그래픽 요소(holographic element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품
제 19 항에 있어서, 상기 물품은 거래카드(transaction card), 은행권(banknote), 여권(passport), 신분카드(identification card), 스마트 카드(smart card), 운전면허증(driving license), 주권(share certificate), 채권(bond), 수표(cheque), 수표보증카드(cheque card), 세금 밴드롤(tax banderole), 상품권(gift voucher), 우표(postage stamp), 열차표 또는 항공표, 전화카드, 복권카드(lottery card), 이벤트 티켓, 신용카드 또는 직불카드, 명함 또는 소비자가 사용하는 물품, 위조품으로부터 진품을 구별하고 도난품을 입증하기 위한 브랜드(brand) 또는 제품 보호물(protection)인 것을 특징으로 하는 물품
제 19 항에 있어서, 상기 물품은 여기서 규정된 지능형 포장(intelligent packaging)의 물품인 것을 특징으로 하는 물품
제 19 항에 있어서, 상기 물품은 보석류, 의류(신발류 포함), 직물, 가구, 장난감, 선물, 생활용품(도자기류 및 유리제품 포함), 건축재(유리, 타일, 페인트, 금속, 벽돌, 세라믹, 나무, 플라스틱 및 다른 내, 외장재 포함), 예술품(그림, 조각, 도자기, 조명설치품(light installation) 포함), 문구류(연하장, 편지지, 홍보자료 포함) 그리고 스포츠용품으로부터 선택된, 장식적 요소(decorative element)를 포함하는 산업용 또는 수공예품인 것을 특징으로 하는 물품
제 19 항에 있어서, 상기 물품은 농산물 연구(agricultural study), 환경연구(environmental study), 사람 또는 동물의 예후(prognostic), 치료법(theranostics), 진단법(diagnostic), 치료(therapy) 또는 화학 분석에서 사용하기 위한 제품(product) 또는 장치(device)인 것을 특징으로 하는 물품
제 23 항에 있어서, 상기 물품은 테스트 스트립(test strip), 칩(chip), 카트리지(cartridge), 스와브(swab), 튜브(tube), 피펫(pipette), 콘택트 렌즈, 결막하렌즈(sub-conjunctival lenses), 피하 임플란트(sub-dermal implant), 음주측정기(breathalyser), 카테터(catheter) 또는 유체 샘플링 또는 분석 장치인 것을 특징으로 하는 물품
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에서 사용하기 위한 전달가능한 홀로그래픽 필름(transferable holographic film)에 있어서, 상기 홀로그래픽 필름은 제 1 항 내지 제 15 항에 따른 첫 번째 또는 두 번째 촉매 및 홀로그래픽 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달가능한 홀로그래픽 필름
제 25 항에 있어서, 핫 스탬핑 테이프(hot stamping tape) 상에서 존재하는 것을 특징으로 하는 전달가능한 홀로그래픽 필름
제 25 항 또는 제 26 항에 따른 필름(film)으로부터 필름(film)으로부터 홀로그래픽 요소를 물품 상으로 전달하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품의 안전성(security)을 강화하는 방법
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에서 사용하는데 적합한 제품(product)에 있어서, 상기 제품은 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 따른 홀로그래픽 요소를 포함하며, 상기 요소로부터 데이터를 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 제품
제 28 항에 따른 제품에 의해서 생성된 데이터를 사용하는 시스템에 있어서, 상기 데이터는 저장(storage), 제어(control), 전송(transmission), 리포팅(reporting) 또는/및 모델링(modeling)에 대한 데이터인 것을 특징으로 하는 시 스템