KR20230056716A

KR20230056716A - 인슐린 보존제의 유해 효과를 최소화하는 것에 의한 인슐린 전달 카테터 근처에서의 글루코스의 측정: 대안적인 리간드 및 산화환원 매개체 금속

Info

Publication number: KR20230056716A
Application number: KR1020237009480A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 케니쓰 워드; 로버트 에스 카길; 가브리엘 하인리히; 쉐일라 벤웨어; 마크 브릭; 조셉 디 코왈스키; 토마스 세이들
Original assignee: 퍼시픽 다이어비티즈 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2020-08-23
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2023-04-27
Also published as: CA3190574A1; US20230329593A1; AU2021335128A1; JP2023540905A; CN116322492A; EP4199819A1; WO2022046557A1

Abstract

인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 장치는 중공 튜브, 그리고 중공 튜브의 근위 단부 내지 원위 단부에 위치하는 전류측정 글루코스 센서를 포함할 수 있다. 상기 전류측정 글루코스 센서는 산화환원 매개체, 그리고 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데히드로제나제를 포함하는 효소를 포함할 수 있다. 인가된 바이어스 전위는 전류측정 글루코스 센서의 전극 층이 전류측정 글루코스 센서의 연속 작동 동안 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제 중 부형제의 전기중합을 실질적으로 겪지 않도록 할 수 있다. 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 존재 하에서의 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 감도는 유지될 수 있다.

Description

인슐린 보존제의 유해 효과를 최소화하는 것에 의한 인슐린 전달 카테터 근처에서의 글루코스의 측정: 대안적인 리간드 및 산화환원 매개체 금속

[상호-참조]

본 출원은 2020년 8월 23일자 U.S. 가출원 제63/069,088호의 우선권을 주장하는 바, 그 전체가 본원에 참조로서 개재된다.

당뇨병이 있는 대상체는 신장 질환, 눈 질환, 심혈관 질환 및 발/신경 질환과 같은 합병증을 발병할 위험성이 있을 수 있다. 인슐린 치료를 필요로 하는 그와 같은 대상체에서 글루코스 농도를 조절하는 것은 그렇지 않은 대상체와 비교하였을 때 더 어려울 수 있다. 제1형 당뇨병 (T1D)이 있는 대상체는 인슐린을 필요로 할 수 있으며, 많은 그와 같은 대상체가 하루 24시간 인슐린의 정밀하게 조절되는 전달을 가능하게 하는 연속 펌프를 사용하여 인슐린을 전달받고 있다.

T1D를 관리하는 데에 있어서 귀중한 기술이 피하-삽입된 센서가 수분마다 사용자에게 사이질 글루코스 데이터를 제공하는 연속 글루코스 모니터링(Continuous Glucose Monitoring) (GCM)이다. 예를 들어, JDRF-지원 시험은 (예컨대 헤모글로빈 A1C (A1C)에 의해 측정하였을 때) 정기적으로 CGM을 사용한 모든 연령의 대상체가 비-사용자에 비해 더 우수한 혈당 조절을 경험한다는 것을 보여주었다. 그러나, 많은 대상체가 CGM 사용이 까다롭다는 것을 발견할 수 있으며, 다수는 CGM을 산발적으로만 사용할 수 있다. 당연하게도, 산발적으로 또는 드물게 사용되는 경우, CGM 사용은 더 우수한 혈당 조절로 이어지지 않을 수 있다.

인슐린 펌프 및 CGM 양자를 규칙적으로 사용하는 사람에게는 일상 생활이 어려울 수 있다. 그와 같은 개체는 단일 장치에 비해 통증, 감염 및 기타 부작용의 위험성을 증가시킬 수 있는 2종의 피부-통과 장치를 내재시킬 필요가 있을 수 있다. T1D가 있는 사람은 신체 상에 다수의 장치들을 보유할 수 있는데, 예를 들면 펌프 및/또는 주사기, CGM 수신기(receiver), 인슐린 바이알, CGM을 보정하기 위한 혈당 모니터, 및 혈당 모니터링 스트립 및 란셋(lancet)이다. 다수의 장치들은 "장치 부하(device burden)"로 지칭되는 상황으로 이어질 수 있는데, 그것은 좌절, 분노로 이어질 수 있고, 그 또는 그녀의 건강을 향상시킬 수 있는 모든 장치를 이용하기보다는 환자가 장치들 중에서 선택하도록 할 수 있다.

장치 부하와 관련한 문제로 인하여 임상 돌봄 및 관리에서 직면하는 과제들을 인식한 바, 본 개시내용은 CGM과 인슐린 펌프 캐뉼러를 단일 장치에 통합하는 충족되지 않은 필요성을 해소한다.

제조자의 지침은 피하 글루코스 센서가 인슐린 펌프 캐뉼러 부위로부터 멀리 떨어져 위치해야 한다고 언급할 수 있다. 이와 같은 언급을 바탕으로, 돼지 연구에서, 본 발명자들은 현재의 인슐린 제제가 현재-가용한 수소 퍼옥시드-측정 센서를 현저하게 방해하고 있다는 것을 밝혀냈다. 더 구체적으로, 본 발명자들은 페놀 및 m-크레졸과 같은 제제 중 보존제가 전기활성이며 CGM을 방해한다는 것을 밝혀냈다.

본 개시내용은 글루코스 센서가 인슐린 캐뉼러와 성공적으로 통합될 수 있는 장치 및 그의 사용 방법을 제공한다. 그와 같은 글루코스 센서 및 인슐린 캐뉼러는 예를 들면 산화환원 매개체 원소로서의 오스뮴 및 오스뮴에 결합된 피리딘계 및 이미다졸계 배위 리간드에 대해 개시하고 있는 U.S. 특허 제10,780,222호에 의해 기술될 수 있다. 본 개시내용의 장치 및 방법은 각각 산화환원 매개체 및 대안적인 배위 리간드로 사용될 수 있는 대안적인 금속들을 사용할 수 있다.

일 측면에서, 본 개시내용은 하기를 포함하는, 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 장치를 제공한다: 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 중공 튜브로서, 여기서 근위 단부는 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 공급원과 유체 연통되고, 여기서 원위 단부는 피하로 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제를 전달하도록 구성되며, 여기서 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제는 페놀 또는 크레졸을 포함하는 부형제를 포함하는 것인 중공 튜브; 및 원위 단부로부터 미리 결정된 거리 이하로 떨어져 위치하는 전류측정 글루코스 센서로서, 여기서 전류측정 글루코스 센서는 적어도 하나의 표시 전극(indicating electrode)을 포함하는 전극 층을 포함하고, 여기서 전극 층은, (1) 리간드에 공유 결합된 금속 화합물을 포함하는 산화환원 매개체 및 (2) 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데히드로제나제를 포함하는 효소를 포함하는 산화환원-촉매 층의 아래에 있는 것인 전류측정 글루코스 센서.

일부 실시양태에서, 상기 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 15 밀리미터 (mm) 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 14 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 13 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 12 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 11 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 10 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 9 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 8 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 7 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 6 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 5 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 4 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 3 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 2 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 1 밀리미터 (mm) 이하로 떨어져 위치한다.

일부 실시양태에서, 상기 장치는 추가로 상부 접근가능 표면, 및 피부 표면에 부착되도록 구성된 저부 표면을 포함하는 하우징(housing)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 제2 원위 단부를 포함하는 제2 중공 튜브 상에 배치되며, 여기서 상기 제2 원위 단부는 피하로 삽입되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 표시 전극은 금, 탄소, 흑연, 백금 또는 이리듐을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 리간드는 피리딘계의 것이다. 일부 실시양태에서, 리간드는 4,4'-디메틸-2,2'-비피리딘이다. 일부 실시양태에서, 리간드는 이미다졸계의 것이다. 일부 실시양태에서, 상기 산화환원 매개체는 폴리(4-비닐 피리딘)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 상기 산화환원 매개체는 폴리(1-비닐 이미다졸)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 상기 부형제는 페놀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 부형제는 크레졸을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 센서는 추가로 기준 전극(reference electrode)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 기준 전극은 은/은 클로라이드 (Ag/AgCl) 기준 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 센서는 추가로 절연 층 및 금속 층을 포함하며, 여기서 절연 층은 금속 층에 커플링되고, 금속 층은 전극 층에 커플링된다. 일부 실시양태에서, 절연 층은 폴리이미드 또는 액정 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속 층은 적어도 약 1 마이크로미터 (μm), 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm 또는 10 μm의 두께를 가진다. 일부 실시양태에서, 금속 층은 적어도 약 2 μm의 두께를 가진다. 일부 실시양태에서, 금속 층은 티타늄, 금 또는 백금을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전극 층은 약 1000 나노미터 (nm), 900 nm, 800 nm, 700 nm, 600 nm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, 200 nm 또는 100 nm 이하의 두께를 갖는 필름을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전극 층은 약 500 nm 미만의 두께를 갖는 필름을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 금속 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함한다: 오스뮴, 루테늄, 이리듐, 철, 코발트 및 이들의 임의 조합.

일부 실시양태에서, 상기 산화환원 매개체 및 효소는 기준 전극에 대해 약 +250 밀리볼트 (mV), +200 mV, +150 mV, +100 mV 또는 +50 mV 이하의 인가된 바이어스 전위에서 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 반응을 일으키기에 충분한, 피하 글루코스로부터 적어도 하나의 표시 전극으로의 전자 전달을 가능하게 한다. 일부 실시양태에서, 기준 전극에 대해 약 +250 mV, +200 mV, +150 mV, +100 mV 또는 +50 mV 이하의 인가된 바이어스 전위는 전류측정 글루코스 센서의 적어도 1시간의 연속 작동 동안 전극 층이 부형제의 전기중합을 실질적으로 겪지 않도록 함으로써, 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 존재 하에서의 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 감도를 유지한다.

일부 실시양태에서, 금속 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함한다: 오스뮴, 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리. 일부 실시양태에서, 금속 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함한다: 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리.

일부 실시양태에서, 상기 리간드는 헤테로시클릭 질소 화합물, 이미다졸 고리와 조합된 피리딘 고리, 헤테로시클릭 고리에 치환된 비-질소 원소, 또는 헤테로시클릭 고리에 결합된 보조 "R" 기를 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 헤테로시클릭 질소 화합물은 1개의 고리, 2개의 고리, 3개의 고리 또는 4개의 고리의 피리딘 또는 이미다졸을 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 개시내용은 하기를 포함하는, 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 방법을 제공한다: (a) 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 장치를 수득하는 단계로서, 여기서 상기 장치는, (i) 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 중공 튜브로서, 여기서 근위 단부는 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 공급원과 유체 연통되고, 여기서 원위 단부는 피하로 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제를 전달하도록 구성되며, 여기서 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제는 페놀 또는 크레졸을 포함하는 부형제를 포함하는 것인 중공 튜브; 및 (ii) 원위 단부로부터 미리 결정된 거리 이하로 떨어져 위치하는 전류측정 글루코스 센서로서, 여기서 전류측정 글루코스 센서는 적어도 하나의 표시 전극을 포함하는 전극 층을 포함하고, 여기서 전극 층은, (1) 리간드에 공유 결합된 금속 화합물을 포함하는 산화환원 매개체 및 (2) 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데히드로제나제를 포함하는 효소를 포함하는 산화환원-촉매 층의 아래에 있는 것인 전류측정 글루코스 센서를 포함하는 것인 단계; (b) 중공 튜브의 근위 단부를 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 공급원에 연결하는 단계; (c) 중공 튜브의 원위 단부의 대상체 내로의 피하 삽입을 수행하는 단계; 및 (d) 동시에 (1) 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제를 대상체에게 피하로 전달하고, (2) 대상체의 피하 글루코스 농도를 측정하는 단계.

일부 실시양태에서, 상기 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 15 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 14 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 13 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 12 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 11 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 10 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 9 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 8 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 7 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 6 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 5 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 4 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 3 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 2 mm 이하로 떨어져 위치한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 원위 단부로부터 1 밀리미터 (mm) 이하로 떨어져 위치한다.

일부 실시양태에서, 상기 장치는 추가로 상부 접근가능 표면 및 저부 표면을 포함하는 하우징을 포함하며, 상기 방법은 추가로 상기 저부 표면을 대상체의 피부 표면에 부착시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 글루코스 센서는 제2 원위 단부를 포함하는 제2 중공 튜브 상에 배치되며, 여기서 상기 제2 원위 단부는 피하로 삽입되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 표시 전극은 금, 탄소, 흑연, 백금 또는 이리듐을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 리간드는 피리딘계의 것이다. 일부 실시양태에서, 리간드는 4,4'-디메틸-2,2'-비피리딘이다. 일부 실시양태에서, 리간드는 이미다졸계의 것이다. 일부 실시양태에서, 상기 산화환원 매개체는 폴리(4-비닐 피리딘)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 상기 산화환원 매개체는 폴리(1-비닐 이미다졸)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 상기 부형제는 페놀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 부형제는 크레졸을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 센서는 추가로 기준 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 기준 전극은 은/은 클로라이드 (Ag/AgCl) 기준 전극을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전류측정 센서는 추가로 절연 층 및 금속 층을 포함하며, 여기서 절연 층은 금속 층에 커플링되고, 금속 층은 전극 층에 커플링된다. 일부 실시양태에서, 절연 층은 폴리이미드 또는 액정 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속 층은 적어도 약 1 마이크로미터 (μm), 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm 또는 10 μm의 두께를 가진다. 일부 실시양태에서, 금속 층은 적어도 약 2 μm의 두께를 가진다. 일부 실시양태에서, 금속 층은 티타늄, 금 또는 백금을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전극 층은 약 1000 나노미터 (nm), 900 nm, 800 nm, 700 nm, 600 nm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, 200 nm 또는 100 nm 이하의 두께를 갖는 필름을 포함한다. 일부 실시양태에서, 전극 층은 약 500 nm 미만의 두께를 갖는 필름을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 금속 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함한다: 오스뮴, 루테늄, 이리듐, 철, 코발트 및 이들의 임의 조합.

일부 실시양태에서, 상기 방법은 기준 전극에 대해 약 +250 mV, +200 mV, +150 mV, +100 mV, 또는 +50 mV 이하의 바이어스 전위를 인가하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 산화환원 매개체 및 효소가, 인가된 바이어스 전위에서 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 반응을 일으키기에 충분한, 피하 글루코스로부터의 적어도 하나의 표시 전극으로의 전자 전달을 가능하게 한다. 일부 실시양태에서, 상기 인가된 바이어스 전위는 전류측정 글루코스 센서의 적어도 1시간의 연속 작동 동안 전극 층이 부형제의 전기중합을 실질적으로 겪지 않도록 함으로써, 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 존재 하에서의 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 감도를 유지하는 것을 가능하게 한다.

일부 실시양태에서, 상기 대상체는 제1형 당뇨병을 가지고 있다.

본 개시내용의 추가적인 측면 및 장점들은 본 개시내용의 예시적인 실시양태들만을 나타내고 기술한 하기 상세한 설명에서 관련 기술분야 통상의 기술자에게 쉽게 드러나게 될 것이다. 알게 될 바와 같이, 본 개시내용은 다른 여러 실시양태의 것일 수 있으며, 그의 몇 가지 세부사항은 개시내용으로부터 완전히 벗어나지 않고도 다양한 자명한 관점에서 변형될 수 있다. 이에 따라, 도면 및 상세한 설명은 제한하는 것이 아니라, 특성상 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

[참조로 포함됨]

본 명세서에서 언급되는 모든 공표물, 특허 및 특허 출원들은 각 개별 공표물, 특허 또는 특허 출원이 구체적이고도 개별적으로 참조로서 개재되는 것으로 표시된 것과 동일한 정도로 본원에 참조로서 개재된다. 참조로서 개재되는 공표물 및 특허 또는 특허 출원이 본 명세서에 포함되어 있는 개시내용을 부정하는 경우, 본 명세서가 그와 같은 소정의 부정적인 자료에 비해 우선하고/거나 우위에 서는 것으로 하고자 한다.

본 발명의 신규한 특징들은 첨부된 청구범위에 구체적으로 제시되어 있다. 본 발명의 특징 및 장점들에 대한 더 충분한 이해는 본 발명의 원리가 이용되는 예시적인 실시양태들 및 첨부 도면 (본원에서는 "도면" 및 "도" 포함)을 제시하는 하기의 상세한 설명을 참조하여 달성될 것인 바, 그 중:
도 1의 그래프는 600 mV에서 분극되는 백금 전극으로부터 수득되는 전류를 나타낸다. 수소 퍼옥시드에 대한 최초 반응은 정상적이며 안정하다. 페놀계 보존제를 함유하는 점증량의 인슐린 제제에 대한 이후의 반응은 처음에는 양성 (산화성) 반응을 나타내며, 나중에는 전기중합에 의해 야기되는 전극 오염에서 전형적인 전류의 연속 감쇠를 나타낸다.
도 2의 막대 그래프는 많은 서로 다른 바이어스 전위에서 분극되는 노출형 전극에 대한 페놀 및 m-크레졸의 전기화학적 효과를 나타낸다. 구체적으로, 퍼옥시드 검출에서 사용되는 전형적인 것인 높은 양성 전위에서, 매우 높은 산화성 전류가 관찰된다. 페놀 및 크레졸 양자에 있어서, 산화성 전류는 바이어스 전위가 저하되면서 현저하게 감쇠된다. 백금 및 금 전극을 사용하여 수득되는 그와 같은 데이터의 외관은 매우 유사하다. 본원에서 나타낸 데이터는 금 전극에서의 것이다.
도 3은 2개의 4,4'-디메틸, 2,2'-비피리딘 잔기(2) 및 (3)을 갖는 산화환원 매개체 금속 군(Redox Mediator Metal Group)의 구성원 (하기에서 정의됨)(4)에 결합된 중합체 반복 단위 (폴리(1-비닐 이미다졸))(1)의 구조식을 나타낸다 (약어로 PVI-MRMMG-DiMeBPY).
도 4의 그래프는 고투여량 혼합 페놀계물질 (총 농도 180 μg/mL, 동일 중량부의 페놀 및 m-크레졸로 구성됨)에의 노출 후 5 mM 글루코스 존재 하에서 20분 동안의 두 가지 유형 글루코스 옥시다제-기반 센서의 전류 밀도에 있어서의 증분 변화를 비교한다. 이와 같은 기간 동안, 3개 백금 센서 각각에 있어서 현저한 전류 밀도의 감쇠(5)가 존재하였다. 이들 센서의 바이어스 전위는 600 mV이었다. 반면, 글루코스 옥시다제, 및 리간드 및 중합체에 결합된 산화환원 매개체를 사용하여 코팅되고 180 mV로 바이어싱된 3개 금 센서 각각에서는 매우 적은 변화가 존재하였다(6).
도 5의 그래프는 아르곤이 살포되는 포스페이트 완충제 용액 중에서의 글루코스 농도의 연속적인 증가에 대한 글루코스 옥시다제, 및 리간드 및 중합체에 결합된 산화환원 매개체를 사용하여 코팅된 금 센서의 일련의 전류측정 반응을 나타낸다. 이와 같은 농도 범위에 걸친 글루코스에 대한 반응을 거의 선형이다.
도 6의 그래프는 600 mV에서 바이어싱되는 글루코스 옥시다제-기반 수소 백금 센서로부터 돼지에서 수득되는 전류측정 신호(7) (작은 폐쇄형 기호) 및 글루코스 농도(8) (큰 개방형 기호)를 나타낸다. 105분에 리스-프로 인슐린이 제공되었을 때 (화살표로 표시), 이와 같은 제제 중 보존제는 즉각적인 매우 높은 산화성 반응 후 이어지는 전기중합에 의해 야기되는 전극 오염을 초래하였다. 상기 오염은 매우 높은 글루코스 농도에도 불구하고 전류측정 신호가 최소한이 되는 실험 종료시로 갈수록 분명하였다.
도 7의 그래프는 180 mV에서 바이어싱되는, 글루타르알데히드와 가교결합된 글루코스 옥시다제, 및 리간드 및 중합체에 결합된 산화환원 매개체를 사용하여 코팅된 금-기반 센서로부터 돼지에서 수득되는 전류측정 신호(9) 및 글루코스 농도(10)를 나타낸다. 리스-프로 인슐린은 105분에 제공되었는데 (화살표로 표시), 이와 같은 제제에서의 높은 보존제 농도에도 불구하고, 전류측정 신호(9)의 변화는 존재하지 않았다. 주목할 만한 것은 현저한 고혈당에 반응하는 최종 실험 시간 동안의 전류(9)의 활발한 상승으로써, 전극 오염의 부재를 입증하고 있다.
도 8은 인슐린 주입 라인으로부터 페놀계물질을 제거하는 인-라인 필터의 도면이다. 근접 공급 인슐린 라인(11)은 인슐린 펌프로부터 인슐린 제제를 도입하며, 필터(12)의 근위 단부와 연결된다. 보호 멤브레인(13)은 필터 재료가 필터의 원위 단부에 위치하는 인슐린 유출 라인(14)에 진입하는 것을 방지한다. 우측 패널의 줌-인 도면은 또한 인슐린의 통과를 차단하지 않으면서 보호 멤브레인(13) 및 유출 라인(14)를 필터(12)의 원위 단부 상에서 견고하게 유지하는 원통형 고정장치(retainer)(15)를 나타낸다.
도 9의 그래프는 페놀계물질을 제거하는 필터의 효과성을 나타낸다. 아스파르트 인슐린을 필터의 근위 단부에 배치하였다. 다음에, 포스페이트 완충제 (0.25 mL 장치 중)의 전달 동안 많은 샘플 (각각 부피 0.25 mL)을 수집하였다. 인슐린에 대한 검정 결과(16) (비신코닌산 [BCA] 검정을 사용한 총 단백질의 측정에 의해 평가)를 좌측 축 상에 정량하고, 페놀에 대한 검정 결과(17) (니트로프루씨드-기반 검정 사용)를 우측 축 상에 정량하였다. 필터 재료는 세파덱스 G10 (매체)이다. 인슐린은 전달 후 매우 일찍 필터를 통과하며, 페놀계물질은 매우 늦게 3 mL가 필터를 통과한 후에만 나온다.
도 10은 전극 및 상호연결 궤적을 위한 패턴을 생성시키는 데에 미세제작이 사용되는 단계들을 나타낸다. 티타늄 호일이 폴리이미드에 라미네이트화된 후, 티타늄 상에 은 층이 스퍼터링되고, 이어서 포토레지스트 층이 배치된다. 원치않는 은을 에천트에 의한 제거에 가용하게 만들기 위하여, 포토레지스트 중 일부는 선택적으로 제거된다(18). 나머지 포토레지스트가 제거된 후, 은 전극 패턴이 드러난다(19). 다음 포토레지스트 코팅이 적용된 후, 이어서 스퍼터링에 의해 백금이 침착된다(20). 포토레지스트가 제거되고 원치 않는 백금이 들어올려지면서, 백금 전극 패턴이 드러난다(21). 다음 포토레지스트 층이 적용되고, 선택적으로 제거된다(22). 포토레지스트가 없는 경우, 원치 않는 티타늄을 에칭 제거하는 것이 가능하다. 포토레지스트가 제거되면서(23), 올바른 티타늄 패턴이 드러난다(23).

본원에서 본 발명의 다양한 실시양태들을 나타내어 기술하기는 하지만, 그와 같은 실시양태들이 오로지 예로서 제공된다는 것이 관련 기술분야 통상의 기술자에게는 자명할 것이다. 본 발명에서 벗어나지 않고도, 수많은 변이, 변화 및 대체물들이 관련 기술분야 통상의 기술자에게 떠오를 수 있다. 본원에서 기술되는 본 발명의 실시양태들에 대한 다양한 대안들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

"적어도", "~ 초과" 또는 "~ 이상"이라는 용어들이 일련의 2개 이상 숫자 값들의 첫 번째 숫자 값에 선행하는 경우, 항상 "적어도", "~ 초과" 또는 "~ 이상"이라는 상기 용어는 그 일련 숫자 값들의 각 숫자 값에 적용되는 것이다. 예를 들어, 1, 2 또는 3 이상은 1 이상, 2 이상 또는 3 이상과 동등하다.

"~ 이하", "~ 미만" 또는 "~ 같거나 그보다 작은"라는 용어들이 일련의 2개 이상 숫자 값들의 첫 번째 숫자 값에 선행하는 경우, 항상 "~ 이하", "~ 미만" 또는 "~ 같거나 그보다 작은"이라는 상기 용어는 그 일련 숫자 값들의 각 숫자 값에 적용되는 것이다. 예를 들어, 3, 2 또는 1과 같거나 그보다 작은은 3과 같거나 그보다 작은, 2와 같거나 그보다 작은, 또는 1과 같거나 그보다 작은과 동등하다.

본원에서 사용될 때, "대상체"라는 용어는 일반적으로 사람, 개체 또는 환자를 지칭한다. 대상체는 예를 들면 포유동물과 같은 척추동물일 수 있다. 포유동물의 비-제한적인 예에는 인간, 유인원, 농장 동물, 스포츠 동물, 설치류 및 애완동물이 포함된다. 대상체는 당뇨병 환자 또는 당뇨병 의심 환자일 수 있다. 대상체는 당뇨병과 같은 대상체의 건강 또는 생리학적 상태 또는 이상을 표시하는 증상(들)을 나타낼 수 있다. 대안으로서, 대상체는 그와 같은 건강 또는 생리학적 상태 또는 이상과 관련하여 무증상일 수 있다.

T1D를 관리하는 데에 있어서 귀중한 기술이 피하-삽입된 센서가 수분마다 사용자에게 사이질 글루코스 데이터를 제공하는 연속 글루코스 모니터링 (GCM)이다. 예를 들어, JDRF-지원 시험은 (예컨대 헤모글로빈 A1C (A1C)에 의해 측정하였을 때) 정기적으로 CGM을 사용한 모든 연령의 대상체가 비-사용자에 비해 더 우수한 혈당 조절을 경험한다는 것을 보여줄 수 있다. 그러나, 많은 대상체가 CGM 사용이 까다롭다는 것을 발견할 수 있으며, 다수가 CGM을 산발적으로만 사용할 수 있다. 당연하게도, 산발적으로 또는 드물게 사용되는 경우, CGM 사용은 더 우수한 혈당 조절로 이어지지 않을 수 있다.

인슐린 펌프 및 CGM 양자를 규칙적으로 사용하는 사람에게는 일상 생활이 어려울 수 있다. 그와 같은 개체는 단일 장치에 비해 통증, 감염 및 기타 부작용의 위험성을 증가시킬 수 있는 2종의 피부-통과 장치를 내재시킬 필요가 있을 수 있다. T1D가 있는 사람은 신체 상에 다수의 장치들을 보유할 수 있는데, 예를 들면 펌프 및/또는 주사기, CGM 수신기, 인슐린 바이알, CGM을 보정하기 위한 혈당 모니터, 및 혈당 모니터링 스트립 및 란셋이다. 다수의 장치들은 "장치 부하"로 지칭되는 상황으로 이어질 수 있는데, 그것은 좌절, 분노로 이어질 수 있고, 그 또는 그녀의 건강을 향상시킬 수 있는 모든 장치를 이용하기보다는 환자가 장치들 중에서 선택하도록 할 수 있다.

별도의 인슐린 주입 카테터 및 CGM 센서를 사용하기보다는 단일의 조합된 장치를 생성시키는 것이 바람직할 수 있다. 그와 같은 조합된 센싱 카테터용으로 고려될 수 있는 많은 서로 다른 글루코스 센싱 전략이 있을 수 있다. 예를 들면, 광학적 센싱 기술이 글루코스용으로 사용될 수 있다. 광학 글루코스 센서는 광학 도파관(waveguide) 상에 구축될 수 있다. 광학적 센싱법은 글루코스-결합 융합 단백질을 바탕으로 할 수 있다. 광섬유-기반 센서는 글루코스 결합 검정물이 충전된 중공 섬유를 포함할 수 있다. 다공성 중공 센서는 피분석물 농도의 광학적 측정을 위한 다공성 비드를 포함할 수 있다. 점도측정법과 같은 대안적인 센싱 전략이 사용될 수도 있다. 그러나, 이들 모두는 (예컨대 단일 장치로, 또는 피하 환경에서 매우 근접하게) CGM을 약물 주입과 조합하려는 시도시 과제에 직면할 수 있다.

일반적인 피분석물 센서 설계는 해당 피분석물과 관련된 전기화학적 신호의 생성에 의해 피분석물이 검출되는 전류측정법의 원리를 바탕으로 할 수 있다. 센싱 전극은 기재의 표면 상에 침착되는 스퍼터링되거나 증발된 박막의 사용을 통하여 제작될 수 있다. 일부 실시양태에서, 표시 전극 (작동 전극(working electrode)으로도 지칭됨)은 백금, 금 또는 탄소로 구성된다. 양성으로 바이어싱된 표시 전극이 은/은 클로라이드와 같은 기준 전극과 커플링되는 경우, 산화환원-활성 피분석물은 전류측정에 의해 검출될 수 있다. 글루코스 옥시다제와 같은 효소 층의 부가에 의해, 센서는 피분석물 글루코스용으로 특이적으로 구성될 수 있다. 글루코스 옥시다제는 전류측정에 의해 용이하게 검출될 수 없는 글루코스를 (예컨대 센서를 사용하여) 용이하게 검출될 수 있는 수소 퍼옥시드로 전환시킬 수 있을 수 있다. 금속 전극의 박막이 폴리이미드와 같은 적절한 중합체 필름 상에 침착되는 경우, 생성되는 센서는 유연성이라는 부가적인 장점을 가질 수 있다. 예를 들면, 사용자는 경질의 카테터 또는 바늘이 불편하거나 통증이 있다는 것을 발견할 수 있다.

금속제 박막으로 구성되는 전극의 문제점은 취약성일 수도 있는데; 충격, 굽힘, 전단 응력 및 인장 응력과 같은 물리적 외상에 노출될 경우, 층들이 탈라미네이트화될 수 있다. 예를 들면, 박막 전극의 내구성은 제한적일 수 있다.

더 구체적으로, 많은 수의 굽힘 주기는 주기 피로로 지칭되는 현상인 재료 손상으로 이어질 수 있다. 박막의 내구성이 단-기 적용분야용으로는 충분할 수도 있지만, 더 장기인 이동형 센싱 적용분야는 외상을 견디는 훨씬 더 큰 능력을 필요로 할 수 있다. 내재형(indwelling) 피하 센서의 경우, 센서는 3 내지 7일 또는 그 이상 지속하는 시간 기간 동안 반복되는 충격 및/또는 반복되는 굽힘을 견딜 필요가 있을 수 있다. 금속 박막은 균열을 겪을 수 있으며, 이는 포유동물 혈액 또는 피하 사이질액에 의해 제공되는 것과 같은 습윤한 고-염 환경에서의 침지에 의해 악화될 수 있다. 결론적으로, 시중에서 구입가능한 CGM 센서 (예컨대 덱스콤(Dexcom), Inc.사에 의해 제조되는 것)의 전극들은 박막보다는 내구성인 고체 와이어로부터 구성될 수 있다. 예로는 와이어-기반 가변 강성 경피 의료 장치, 실리콘계 멤브레인을 포함하는 와이어-기반 경피 이식가능 연속 피분석물 센서, 와이어-기반 센싱 전극용 바이오인터페이스(biointerface), 경피 피분석물 센서 조립체, 유연성 고체 와이어-기반 글루코스 센서, 다-전극 와이어-기반 센서, 및 고체 코어를 포함하는 다-층 센서가 포함될 수 있다. 그러나, 와이어 또는 로드(rod)는 고체 코어를 포함하며, 그에 따라 중공 강(lumen)을 필요로 할 수 있는 인슐린과 같은 약물의 전달과는 상용성이 아닐 수 있다. 이러한 장치는 그의 중공 강의 부재로 인하여 피분석물 센싱과 약물 전달의 조합에의 적용에서는 과제에 직면할 수 있다.

다른 장치는 중공 카테터와 커플링된 센서 (예컨대 중공 카테터 내에 배치되는 글루코스 센서)를 사용할 수 있다. 더 구체적으로, 센서는 혈관 내부에 내재되는 더 큰 직경의 카테터 내부에 배치될 수 있다. 그와 같은 장치가 카테터 내에 존재하는 액체 (혈액)를 측정하는 데에 적절할 수 있기는 하지만, 그와 같은 설계는 피하 지방 조직에서 글루코스를 측정하기 위한 센싱 카테터에는 적절하지 않을 수 있다. 피하 조직에서 사용하기 위해서는, 센싱 요소가 중공 카테터의 외부 벽상에 존재할 필요가 있을 수 있다. 일반적으로, "튜브 내 와이어 센서" 또는 "튜브 내 튜브" 설계는 피하 조직에서는 적정한 기능을 허용하지 않을 수 있다. 약물 전달을 위해서는, 내부 강이 중공성일 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, 중공 부분의 내부에 위치하며 내부 강의 피분석물을 측정하도록 설계되는 센싱 요소를 포함하는 장치를 생각해 보라. 효과적인 피하 센싱 카테터를 위해서는, 개방된 내부 (강)가 신체에의 약물 전달을 가능하게 할 필요가 있을 수 있다. 본 개시내용 장치의 일 실시양태에서, 상기 외부 벽은 약물과 접촉하고 있지 않으며, 센싱 요소의 적합한 위치인 글루코스-함유 피하 사이질액에 침지되어 있다.

다른 센서 구성은 센싱이 이루어지도록 하기 위하여 신체로부터의 유체 샘플의 회수를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 중공 섬유-기반 글루코스 센서는 시험 용액을 사용한 투석을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 중공 프로브가 사이질액의 회수에 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 내부 센싱 요소가 구비된 중공 전기화학 전지는 유체 샘플의 인출을 필요로 할 수 있다. 또 다른 예로서, 글루코스 데히드로제나제-기반 센서는 사이질액 샘플링 장치를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 글루코스 농도를 측정하기 위한 방법은 유체-샘플링 펌프와 커플링된 외부 센서를 갖는 장치의 사용을 필요로 할 수 있다. 또 다른 예로서, 센서는 사이질액의 샘플링을 위한 중공 부재 및 란셋을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 시스템은 미세투석-기반 센서를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 샘플링 장치는 피부 표면으로부터 혈액 샘플을 인출하기 위한 진공을 포함한다. 이러한 장치들은 사이질액에의 센서의 동시 노출을 사용한 약물의 계속적인 전달을 가능하게 하는 적용분야에서는 과제에 직면할 수 있다. 결론적으로, 이들 시스템은 연속 피하 약물 주입과는 상용성이 아닐 수 있다.

다른 센서 구성은 측정 기술의 침습성을 감소시키기 위하여 미세바늘을 이용할 수 있다. 그러나, 미세바늘 어레이(array)는 신체 움직임 동안 포유동물 조직에 내재된 모든 미세바늘들을 유지한다는 과제에 직면할 수 있다. 미세바늘은 길이가 짧기 때문에, 사람이 갑자기 또는 강하게 움직이는 경우, 많은 바늘들이 조직으로부터 빠져나오는 경향이 있을 수 있다. 이와 같은 의도치 않은 외이식(explantation) 문제는 그것을 외래환자 환경에서의 장기 사용에 적합하지 않게 할 수 있다.

예를 들면, 단일화된 중공 구조가 피분석물 센싱 및 약물 전달에 사용될 수도 있다. 인슐린이 사용될 수 있기는 하지만, 그와 같은 장치는 보존제로부터의 산화성 방해를 방지하고 중공 구조에 라미네이트화된 얇은 금속 전극의 취약성을 방지할 수 없을 수 있다. 유사하게, 장치는 인슐린 보존제 존재 하에서의 글루코스의 측정을 가능하게 하지 않을 수 있고/거나, 얇은 금속 전극의 취약성 문제를 방지하지 않을 수 있다.

조합된 센서/카테터를 제작하기 위해서는, 중공 바늘 또는 카테터의 벽에 바이오센싱 요소를 통합시킬 수 있다. 예를 들면, 제작은 폴리이미드 또는 폴리에스테르와 같은 아래의 중합체 층 상에 박막 표시 전극 및 박막 은 (Ag/AgCl) 기준 전극을 표시하는 금속 (예컨대 백금, 금)을 직접적으로 침착시키는 것을 포함할 수 있다. 한 가지 그와 같은 설계는 인쇄된 전극 필름을 포함할 수 있다. 그러나, 동물에서의 생체내 연구는 중합체 층 상에 침착된 박막 금속 전극으로 구성되는 센싱 카테터의 상당한 문제점을 나타내고 있다. 구체적으로, 그러한 센서는 빈번한 탈라미네이트화 및 일반적인 내구성의 부재를 나타내었다.

많은 바이어스 전위에서, 글루코스 센싱 표시 전극 근처의 인슐린 보존제 (페놀 및 m-크레졸)는 높은 전류 (전자의 유동)를 생성시키는데, 이는 높은 글루코스 농도와 용이하게 구별할 수 없을 수 있다. 더 구체적으로, 보존제 존재 하에서의 표시 전극이 높은 바이어스 전위에서 분극되는 경우, 글루코스의 부재 하에서도 높은 전류가 존재할 수 있다. 이와 같은 이유로, 글루코스-유사 전류를 감소시키거나 제거하는 방법은 훨씬 더 낮은 바이어스 전위를 사용해야 한다. 수소 퍼옥시드 센싱 시스템이 이용되는 경우, 퍼옥시드 산화로부터 충분한 글루코스 전류를 달성하는 것이 어려울 수 있기는 하지만, 그와 동시에 인슐린 보존제에 기인하는 방해는 최소화한다.

반면, 낮은 바이어스 전위에서 작동하는 산화환원 매개체 (예컨대 오스뮴, 루테늄, 이리듐, 철 및 코발트와 같은 금속을 기재로 하는 것)와 같은 특정 시스템을 이용하는 경우, 전자는 인슐린 보존제로부터의 방해 없이 글루코스로부터 표시 전극으로 전달될 수 있다. 본원에서는, 매개체로 사용될 수 있는 금속 선택의 예를 개시한다. 상기 매개체는 배위 리간드에 결합될 수 있는데, 본원에서는 배위 리간드의 몇 가지 선택이 개시된다. 매개체-리간드 복합체는 폴리비닐피리딘 또는 폴리비닐이미다졸과 같은 중합체에 결합될 수 있으며, 그것은 2관능성 가교결합제에 의해 추가로 가교결합되어, 센서 표면에 고정될 수 있다.

산화환원 매개체 화학을 사용하는 것에 대하여 대안적으로 또는 그와 연계하여, 대상체에게 전달되기 전에 페놀 및 m-크레졸을 포획함으로써 이러한 화합물들이 피하 공간에 도달하여 방해 전류를 야기하는 것을 방지하도록, 특수 필터가 사용될 수 있다. 이러한 필터는 페놀 및 m-크레졸이 피하 공간에 도달하는 것 및 전류측정 센서에 도달하는 것을 방지하므로, 그와 같은 필터는 산화환원 매개체 없이 통상적인 수소 퍼옥시드 검출을 사용하는 센서, 예컨대 백금-기반 센서와의 조합으로써 사용될 수 있다.

산화환원 매개체 또는 필터가 이용되는지 여부에 관계없이, 센싱 카테터의 층이 내구성이 없는 경우, 장치는 적정하게 기능하지 않을 수 있다. 예를 들어, 표시 전극을 구성하는 금속 박막이 중합체 기재 상에 직접적으로 침착되는 경우, 전극 필름은 강력하지 않고, 내구성이 아닐 수 있다. 대신, 그것은 사용 기간 동안 붕해되고/거나 중합체로부터 탈라미네이트화될 수 있다.

이와 같은 취약성을 방지하기 위하여, 그리고 그와 동시에 비용을 최소화하기 위하여, 티타늄과 같은 아래의 금속에 금속 전극 박막을 라미네이트화하는 것이 필요할 수 있다. 충분하게 강력하기 위해서는, 이와 같은 금속이 전극 필름에 비해 실질적으로 더 두꺼울 필요가 있을 수 있다.

장치 부하를 감소시키기 위해서는, 직접적인 인슐린 전달 부위, 특히 피하 사이질액에서 연속적으로 글루코스를 측정할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 인슐린 제제 존재 하에서의 전극 또는 센서의 반응을 더 잘 이해하기 위한 시도로서, 도 1에 나타낸 실험을 수행하였다. 이와 같은 도면은 포스페이트-완충 식염수 (PBS) 중에서 연구된 백금 전극의 반응 (600 mV vs Ag/AgCl에서 분극)을 나타낸다 (정의 목정상, 본 개시내용에서 기준 전극이라는 용어는 3 전극 시스템의 기준 전극, 또는 2 전극 시스템에서의 조합된 참조 더하기 상대 또는 참조 더하기 보조 전극을 지칭함). 전극들은 노출된 것, 즉 효소 또는 외부 멤브레인에 의해 코팅되지 않은 것이었다. 실험 초기에는, 수소 퍼옥시드 (H2O2)를 첨가하였는데, 전극은 활발하게 반응하였으며, 안정한 방식으로 전류를 유지하였다. 13분에는, 페놀 및 m-크레졸의 농도가 합쳐서 (페놀계물질) 45 μg/mL에 상당하도록, 표준의 시중에서 구입가능한 인슐린 제제 (아스파르트 인슐린, 노보 노르디스크(Novo Nordisk) 사)를 첨가하였다. 인슐린 제제가 제공된 직후 활발한 산화성 (상승) 전류가 존재한다는 것을 분명하게 볼 수 있다. 그러나, 전류의 상승은 일시적이었으며, 수분 후 계속적인 페놀계물질의 존재에도 불구하고, 그것이 감쇠되기 시작하였다. 23분 및 33분에는, 페놀계물질의 농도가 표시된 바와 같이 훨씬 더 높아지도록 더 많은 아스파르트 인슐린을 제공하였다. 이러한 후기의 첨가 후 전류의 상승은 보이지 않았으며; 대신 전류가 계속하여 감쇠됨으로써, 최종 전류는 H2O2 (용액 중에 남아있기도 함)에서 수득되는 원래의 전류에 비해 현저하게 더 낮았음에 유의하는 것이 중요하다. 이와 같은 점진적인 전류 손실은 전극의 오염에 기인한다. 더 구체적으로, 페놀 및 크레졸은 전극 표면 상에 절연 중합체의 얇은 층이 형성되는 전기중합의 과정을 겪는다. 이와 같은 층은 H2O2를 포함한 다수의 피분석물에 대하여 대단히 비투과성이며, 이와 같은 이유로, 페놀계물질에의 노출 후, 그와 같은 전극은 글루코스 또는 다른 피분석물 측정 목적으로 쓸모가 없어진다.

보존제를 함유하지 않는 인슐린 (이와 같은 조제물은 기브코(Gibco) 사의 상표를 가지고 있으며, 써모 피셔 라이프 테크놀로지스(Thermo Fisher Life Technologies) 사로부터 구매하였음)을 사용하여, 또 다른 실험 (미도시)을 수행하였다. 이와 같은 인슐린은 어떠한 전기화학적 반응도 야기하지 않았으며, 전극 오염도 야기하지 않았다. 이와 같은 실험은 도 1에 주지되어 있는 방해가 인슐린 자체가 아닌 보존제로 인한 것임을 입증하고 있다.

본 발명자들은 이후 도 2에 나타낸 바와 같이 페놀 및 크레졸에 대한 전기화학적 반응에 대한 바이어스 전위 크기의 효과를 조사하기로 결정하였다. 이와 같은 실험에서는, 노출된 금 전극을 서로 다른 전위에서 분극시키고, 순차적으로 페놀 (10 mM) 및 m-크레졸 (10 mM)에 노출시켰다. 전극을 매우 짧은 시간 기간 동안 페놀계물질에 노출시키고, 시험들 사이에는 임의의 전기중합된 중합체를 제거하기 위하여 세척하였다. 결과는 페놀계물질에 대한 반응이 바이어스 전위의 크기에 대하여 매우 의존성이라는 것을 나타내었다. 특히, 350 mV를 초과하는 것과 같이 높은 전위로 전위가 상승할 때에는, 매우 큰 산화성 반응이 존재하였다. 반면, 특히 250 mV 미만으로 바이어스가 저하될 때에는, 반응이 상당히 낮았다.

바이어스 전위를 감소시키는 것에 의해 방해를 최소화하기 위한 시도로서, 본 발명자들은 산화환원-매개 화학 반응식을 사용하여 실험을 수행하였다. 오스뮴 대신 또 다른 금속 (예컨대 루테늄, 이리듐, 철 또는 코발트)이 대체되어 유사한 결과를 산출할 수도 있다.

산화환원 매개체 복합체 (예컨대 오스뮴, 루테늄, 이리듐, 철 및 코발트와 같은 금속 기재의 것)는 글루코스 옥시다제, 더 구체적으로는 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드 (FAD)로 알려져 있는 글루코스 옥시다제의 보결 기(prosthetic group)로부터 전자를 수용하는 데에 적합한 화합물일 수 있다. 산화환원 매개체로 이용되는 금속은 하기 산화환원 매개체 금속 군의 임의 구성원일 수 있다: 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리. 산화환원 매개체 금속 군의 구성원은 MRMMG로 약어화될 수 있다. 오스뮴이 산화환원 매개체로 사용될 수 있기는 하지만, 상기 산화환원 매개체 금속 군의 장점은 그의 구성원들이 오스뮴에 비해 실질적으로 더 낮은 비용을 가진다는 것이다. 일 실시양태에서, 산화환원 매개체 금속 군의 구성원은 4,4'-디메틸 2,2'-비피리딘과 같은 리간드에 배위되며, 또한 PVI 중합체에 결합된다. 많은 다른 리간드들이 사용될 수 있으며, 그 중 일부가 본원에서 개시된다. PVI에의 결합은 산화환원 매개체 리간드가 중합체 백본으로부터 해리되는 것을 방지할 수 있다.

4,4'-디메틸 2,2'-비피리딘은 적합한 배위 리간드의 일 예일뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 배위 리간드 클래스의 구성원에는 하기가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다:

(1) 헤테로시클릭 질소 화합물, 예를 들면 1개의 고리, 2개의 고리, 3개의 고리 또는 4개의 고리의 피리딘 또는 이미다졸;

(2) 하나 이상의 피리딘 고리가 하나 이상의 이미다졸 고리화 조합된 리간드;

(3) 하나 이상의 비-질소 원소가 헤테로시클릭 고리에 치환된 리간드; 및

(4) 기타 화학 기가 헤테로시클릭 고리 원자에 결합되어 있는 리간드. 이러한 기는 종종 "R" 기 또는 보조 기로 지칭된다.

산화환원 매개체 금속 군의 구성원에 결합될 때, 메틸, 메톡시 또는 아미노와 같은 전자 공여 기는 산화환원 매개체 금속 군의 구성원이 더 낮은 분극 바이어스에서 전자를 전달하는 것을 가능하게 할 수 있다. 산화환원 매개체 금속 군의 구성원은 배위 리간드 클래스의 구성원과 함께 산화환원 매개체로 지칭될 수 있다. 개선된 기능을 위하여, 산화환원 매개체는 중합체에 결합될 수 있으며, 이와 같은 복합체는 산화환원 매개체 중합체 (RMP)로 지칭될 수 있다. RMP는 글루타르알데히드 또는 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르 (둘 다 아민 기들을 연결함)와 같은 작용제와 가교결합될 수 있다.

일부 실시양태에서, RMP는 금 표시 전극 상에 침착되지만, 유리양 탄소, 유리질 탄소, 흑연, 백금 또는 이리듐과 같은 다른 재료가 사용될 수도 있다. 예를 들면 산 애노드화, 레이저 천공(poration) 또는 플라스마 에칭을 사용하여 표시 전극을 다공성으로 구성하는 것 또한 가능하다.

일부 실시양태에서, RMP는 외부 멤브레인으로 지칭되는 중합체 층에 의해 코팅된다. 이와 같은 유형 센서의 기능에 있어서 산소 투과도는 필요하지 않지만, 글루코스 투과도는 필요하다. 상기 외부 멤브레인은 폴리우레탄, 나피온(Nafion), 폴리(비닐피리딘), 폴리(비닐피리딘)-co-스티렌, 분자량 컷오프 중합체성 멤브레인, 실리콘, 히드로겔, 및 글루코스 투과를 가능하게 하는 많은 다른 재료들로 구성될 수 있다.

본원에서 나타낸 예시적인 실험에서, 본 발명자들은 도 3에 나타낸 산화환원 매개체 금속 군 화합물의 구성원을 이용하였다. 중합체 백본(1)은 폴리(1-비닐 이미다졸) (PVI)로 구성된다. 2개의 배위 리간드 4,4'-디메틸 2,2'-비피리딘(2) 및 (3)이 산화환원 매개체 금속 군의 구성원(4)에 결합된다. 산화환원 매개체 금속 군의 구성원(4)은 PVI 상에서 매 5 내지 15개 이미다졸 기 중 대략 하나에 결합된다.

RMP-기반 센서 및 통상적인 백금 H2O2-센싱 센서를 사용하여, 본 발명자들은 이후 도 4에 나타낸 시험관내 실험을 수행하였다. 이와 같은 실험에서는, RMP, 글루코스 옥시다제 및 외부 멤브레인의 코팅을 포함하는 금 센서를 글루코스 옥시다제 및 외부 멤브레인에 의해 코팅된 백금 센서와 비교하였다. RMP-기반 센서는 180 mV에서 바이어싱하였으며, 백금 센서는 600 mV에서 바이어싱하였다. 먼저 5 mM 글루코스 용액에 노출시킨 후, 백금-기반 센서(5) 및 RMP-기반 센서(6)를 다음에 도 1에 나타낸 초기 실험에서 기술된 바와 같이 페놀계물질을 함유하는 점증량의 시중 아스파르트 인슐린 제제 (노보 노르디스크(Novo Nordisk) 사)에 노출시켰다. 도 4는 페놀계물질 최고 농도인 180 μg/ml에서 수득된 증분 반응만을 보여준다. 각 바(bar)는 단일 센서로부터의 결과를 나타낸다. 통상적인 백금-기반 센서(5)에서는 큰 음성 반응이, RMP-기반 금 센서에서는 작은 양성 반응만이 존재하였다는 것에 유의해야 한다. 초기에 논의된 바와 같이, 이와 같은 큰 음성 반응은 글루코스 (용액 중에 잔존하던 것)에 대한 원래 반응의 훨씬 아래 지점까지 센서의 반응을 낮춤으로써, 전극 오염도를 나타내었다. 이와 같은 실험에 대한 추적조사 (미도시)로서, 백금-기반 및 RMP-기반 금 센서 모두를 용액으로부터 제거하고, 세정한 후, 글루코스 5 mM에 재-노출시켰다. 백금-기반 센서는 글루코스에 대하여 매우 낮아서 거의 없는 반응을 나타내었으나 (영구적인 오염을 입증함), RMP-기반 센서의 반응은 활발해서 글루코스에 대한 원래의 반응과 거의 동일하였다. 오스뮴 대신 또 다른 금속 (예컨대 루테늄, 이리듐, 철 또는 코발트)이 대체되어 유사한 결과를 산출할 수도 있다.

도 5는 연속 아르곤 살포 동안의 포스페이트 완충제 중 글루코스 농도의 계단식 증가에 대한 금 표시 전극 및 Ag/AgCl 기준 전극을 포함하는 RMP-기반 센서의 반응을 나타낸다. 이와 같은 경우에서는, RMP 및 글루코스 옥시다제를 폴리에틸렌글리콜 글리시딜 에테르와 가교결합시켰으나, 글루타르알데히드 액체 또는 글루타르알데히드 증기를 사용하여 역시 유사한 결과를 수득하였다. 글루코스에 대한 반응이 적어도 25 mM까지 본질적으로 선형이라는 것에 유의하라.

전기한 일련의 실험들은 RMP 및 가교결합된 글루코스 옥시다제에 의해 코팅되고 180 mV vs Ag/AgCl에서 분극된 금 센서가 인슐린 제제에서 사용되는 보존제로부터의 방해가 적거나 없이 글루코스를 측정할 수 있다는 것을 입증하고 있다. 반면, 가교결합된 글루코스 옥시다제에 의해 코팅되고 600 mV에서 분극된 백금 센서의 사용은 페놀계물질에 노출될 경우 최초의 매우 큰 산화 전류를 겪는다. 또한, 그와 같은 노출이 수분을 초과하여 지속될 경우, 전극은 H2O2 및 다른 일반적인 피분석물이 표시 전극에 도달하여 측정되는 것을 막는 전기중합된 페놀계 화합물의 조밀한 층에 의해 일관되게 오염된다. 오스뮴 대신 또 다른 금속 (예컨대 루테늄, 이리듐, 철 또는 코발트)이 대체되어 유사한 결과를 산출할 수도 있다.

예를 들면 신체의 움직임 및 일상 생활에서 통상적인 충격들로 인하여, 피하 장치는 많은 유형의 외상에 노출된다. 따라서, 전극 상의 화학물질 층이 페놀 및 크레졸로부터의 방해 없이 성공적으로 글루코스를 측정할 수 있다 할지라도, 해당 카테터가 내구성이 있는 강력한 구성을 가지고 있지 않은 한, 이중 사용 센싱 카테터는 그의 전체 사용 기간 동안 정확하게 기능하지 않을 수 있다.

인슐린 주입 캐뉼러의 벽에 연속 센서 구성체를 생성시키는 한 가지 방법은 중공 튜브형 구조의 외부 벽 상에 유연성 금속 박막을 라미네이트화하는 것이다. 그러나, 재료 및 공정의 선택이 올바르게 수행되지 않는 경우, 생성되는 전극 층은 매우 취약성이 될 수 있다. 더 구체적으로, 박막 금속 전극 재료 (두께 100 nm 미만)가 (Ti, Au 또는 Ni와 같은 아래의 얇은 접착 층이 있거나 없이) 직접적으로 중합체성 표면 상에 배치되는 경우, 장치는 취약성이 된다. 전극 필름은 종종 충격 동안 탈라미네이트화되거나 붕해되며, 그에 따라 그와 같은 장치는 수일 동안 피하 공간에 내재되는 카테터로서 사용하기에는 적정하지 않다. 실제로, 그와 같은 설계에서, 실질적인 전극 탈라미네이트화는 겨우 수시간의 생체내 사용 후에 관찰될 수 있다. 본 발명자들의 경험상, 전극의 아래에 25-200 nm 결합 (접착) 층이 침착되는지 여부에 관계없이, 그와 같은 설계는 폴리이미드로부터의 결합 층의 빈번한 분리, 결합 층으로부터의 표시 또는 기준 전극 필름의 빈번한 분리, 및 금속 층의 빈번한 단편화로 이어진다.

반면, 박막 금속 전극의 아래에 금속제 호일이 배치되는 경우, 내구성 및 피로 내성이 현저하게 향상되며, 동시에 바이오센서로서의 제작 및 사용을 위한 충분한 유연성을 유지한다. "호일"이라는 용어의 사용은 두께가 적어도 2 마이크로미터 (μm)인, 다시 말하자면 스퍼터링, 증발, 인쇄 또는 전기도금에 의해 통상적으로 침착되는 박막 층에 비해 훨씬 더 두꺼운 금속 층을 표시한다. 호일은 유익한 기계적 특성들을 가지고 있을 수 있다. 이러한 이유로, (전극 박막 아래의) 금속 호일은 내구성 목적으로 매우 적합하다.

센싱 카테터의 모든 층은 인접 층에 견고하게 부착되어야 한다. 우수한 접착성 및 우수한 내구성을 갖는 경계면을 생성시키는 한 가지 방법은 고온 및 고압으로 라미네이트화 프레스를 사용하는 것이다. B-단계 아크릴레이트와 같은 고점착 접착제가 호일과 아래 중합체의 경계면에 위치하여 2종 재료를 서로 부착시킨다. 라미네이트화 후에는, 박막 전극 재료가 내구성 금속 호일 상에 침착될 수 있다. 금속 호일의 두께는 통상적으로 2-15 μm이다.

호일이 구성되는 금속은 신중하게 선택되어야 한다. 전류측정 글루코스 센서의 경우에서, 표시 전극은 통상적으로 백금, 금 또는 탄소이다. 구리 (유연성 전자 회로에 호일로서 통상적으로 사용됨)는 바이오센서에서 사용하기에는 적합하지 않다. 구체적으로, 사이질액, 구리 및 백금 사이에 동시적인 물리적 접촉이 존재하는 경우, 서로 다른 금속들의 접합의 결과로서 큰 갈바닉 전류가 발생할 수 있다. 적합한 호일 후보는 티타늄이며, 저렴하고, 백금과 조합되었을 때 갈바닉 전류를 적게 야기하거나 야기하지 않는다는 것이 발견되었다. 은 및 구리는 이와 같은 호일 재료로서 적합하지 않다. 금은 중간정도의 값을 가진다.

상기에서 논의된 내구성 센싱 카테터 설계를 사용하여, 본 발명자들은 체중 33-60 kg의 비-당뇨병 유카탄 미니-돼지에서 일련의 연구들을 수행하였다. 이와 같은 연구의 준비로서, 센싱 카테터를 제작하였다. 두께 12.5 μm의 폴리이미드 스트립을 두께 5 μm의 티타늄 호일 시트와 라미네이트화하였다. 3개의 박막 1 제곱 mm 백금 표시 전극 및 Ag/AgCl 기준 전극을 티타늄 호일 표면 상에 스퍼터링하였다. 이와 같은 전극 스트립을 고염 습윤 환경에서 사용하도록 설계된 에폭시 접착제의 도움으로 둔단인(blunt) 중공 21 게이지 스테인리스강 튜브의 외부 표면에 둘러쌈으로써, 거기에 라미네이트화하였다. 상기 표시 전극을 글루코스 옥시다제 및 소 혈청 알부민 (BSA) (3:2의 비)로 코팅하고, 글루타르알데히드 증기를 사용하여 가교결합시킨 다음, 실리콘-폴리우레탄 공중합체 외부 멤브레인 (루브리졸(Lubrizol), Inc 사)으로 코팅하였다. 그와 같은 이중 사용 장치에 사용된 용어는 "글루코스 센싱 카테터" 또는 "센싱 카테터"이다. 일련의 상호연결 궤적들이 3개의 표시 전극 및 단일 기준 전극으로부터 나와 센싱 카테터와 전기적으로 연속되는 신체-착용 전자 센서 모듈에서 종료되었다. 센서 모듈은 배터리, 그리고 전기화학적 신호를 개인 컴퓨터 또는 이동 전화로 전송하는 블루투스-가능 송수신기를 포함한다.

원격계측 센서 모듈에 결합된 다수의 센싱 카테터들을 이소플루란 마취하에 돼지 복부의 피하 조직에 삽입하였다. 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 센서 모듈을 피부에 부착시킨 다음, 각 돼지를 마취로부터 회복되도록 하였다. 다음날 아침, 이소플루란을 사용하여 동물을 다시 마취하였다. 안정화 기간 후, 5시간 동안 정상혈당 고정(euglycemic clamp)을 수행하였다. 더 구체적으로, 저혈당을 방지하기 위하여, 컴퓨터계산 알고리즘에 따라 정맥내로 20 % 덱스트로스의 주입을 제공하였다. 고정 동안의 105분에, 도 6에 화살표로 표시되어 있는 바와 같이, 일부 센싱 카테터를 통하여 리스-프로(lis-pro) 인슐린 (총 투여량 kg 당 0.22 단위, 2개 카테터 사이에 분할됨, 이에 따라 각 카테터를 통하여 kg 당 0.11 단위가 전달되었음)을 제공하였다. 다른 센싱 카테터를 통하여 인슐린이 전달되지는 않았다.

도 6은 리스-프로 인슐린이 전달된 수개의 센싱 카테터로부터 수득된 예시적인 평균 데이터를 나타낸다. 전기화학적 센서 전류(7) 및 혈당 값(8) (바이엘 컨투어 넥스트 미터(Bayer Contour Next meter)에 의해 2반복으로 측정)을 화살표로 나타내었다. 인슐린을 제공한 직후, 빠른 지수적 감쇠를 동반하는 매우 큰 전류 스파이크가 존재하였음에 유의하라. 실험 후기의 300분에, 20 % 덱스트로스의 빠른 주입을 정맥내로 제공하였는데, 거의 300 mg/dl 수준까지의 혈당의 현저한 상승으로 이어졌다. 센서는 글루코스 농도에 있어서의 이와 같은 현저한 상승에 대해서는 크게 반응할 수 없었다는 것을 볼 수 있다. 전극 오염을 겪은 통상적인 센서에서는, 고혈당 동안 매우 적은 전류의 상승만이 존재하였다. 많은 그와 같은 실험들을 돼지에서 수행하였다. 요약하면, 리스-프로 인슐린이 제공된 실험들 중 약 40 %에서 글루코스가 안정되게 유지되었다는 사실에도 불구하고, 105분 내지 165분 사이에 전류의 현저한 산화성 상승이 존재하였다. 이러한 경우, 인슐린 제제가 카테터를 떠난 후 다시 센서 요소로 유동하여 산화성 신호를 야기하였을 가능성이 있다. 다른 경우에서는, 인슐린 제제가 센싱 요소와 접촉하지 않고 카테터로부터 유출됨으로써, 방해 신호를 야기하는 데에 실패하였을 가능성이 있다. 오스뮴 대신 또 다른 금속 (예컨대 루테늄, 이리듐, 철 또는 코발트)이 대체되어 유사한 결과를 산출할 수도 있다.

금 표시 전극, 및 글루타르알데히드에 의한 글루코스 옥시다제에의 RMP 결합이 있는 센싱 카테터를 사용하여, 다른 돼지 실험들을 수행하였다. 도 7은 리스-프로 인슐린이 전달된 수개의 RMP-기반 금 센서로부터의 평균 데이터를 나타낸다. 상기에서 논의된 시험관내 데이터와 마찬가지로, 인슐린 제제를 제공한 후 인슐린 보존제로부터의 방해에 대한 증거는 적게 존재하거나 존재하지 않았다. 리스-프로 인슐린이 제공되었을 때, 105분에서 센서 전류(9)는 상승하지 않았다. 또한, 연구 후기 시간 동안, RMP-기반 센서는 현저한 고혈당에 대하여 강력하게 반응하였다. 연구 후기 시간 동안 혈당이 활발하게 상승하였음에 유의하라. 이와 같은 상승 동안, 전류(9)의 활발한 상승은 전극 오염의 부재를 입증하고 있다. 오스뮴 대신 또 다른 금속 (예컨대 루테늄, 이리듐, 철 또는 코발트)이 대체되어 유사한 결과를 산출할 수도 있다.

본 발명자들은 보존제-유도 산화성 전류를 방지하는 하기의 또 다른 접근법도 밝혀냈다: 인슐린 주입 라인에 배치되는 필터의 사용. 예를 들면, 소수성 제올라이트 여과가 주사 전에 인슐린 제제 바이알로부터 인슐린 보존제를 제거하는 데에 사용될 수 있다. 일 실시양태에서, 본 발명자들은 피하로 인슐린을 전달하는 휴대용 인슐린 펌프를 사용하는 당뇨병이 있는 사람이 사용하도록 설계되는 인-라인 필터의 사용을 교시한다. 그와 같은 필터는 도 8에 도시되어 있다. 인슐린 펌프(11)로부터 나오는 플라스틱 배관이 필터 재료로 충전되어 있는 필터 카트리지(12)에 결합된다. 필터 카트리지의 원위 단부에는 필터 비드 또는 입자가 인슐린 배관으로 (그리고 그에 따라 환자의 신체로) 방출되는 것을 방지하는 보호 멤브레인(13)이 존재한다. 이와 같은 보호 멤브레인의 한 가지 그와 같은 실시양태는 세공 크기가 필터 비드 재료에 비해 더 작은 다공성 셀룰로스 아세테이트이다. 많은 다른 멤브레인 조성물 및 많은 세공 크기가 보호 멤브레인의 제작에 적합하다. 배관(14)는 여과된 인슐린을 필터 카트리지로부터 센싱 카테터로 전달한다. 도 8의 우측 패널에는 추가적인 세부사항을 포함하는 필터의 줌-인 도면을 나타내었다. 통상적으로, 필터 카트리지(12), 보호 멤브레인(13) 및 유출 배관(14)을 제자리에 견고하게 유지하는 고정 장치(retainer unit)(15)를 이용할 필요가 있다. 일부 실시양태에서는, 고정 장치를 필터의 근위 단부에 배치하는 것도 바람직하다.

인슐린 제제로부터 페놀계물질을 여과하는 데에 사용될 수 있는 많은 그와 같은 비드 또는 입자 재료들이 존재한다. 일부 이러한 재료로는 젤 여과 크로마토그래피 및 분자 체 크로마토그래피로도 알려져 있는 크기 배제 크로마토그래피에 통상적으로 사용되는 것들이 포함된다. 본원에서 사용될 때, 크기 배제 매체는 더 작은 분자는 포획하며 더 큰 분자는 용이하게 통과하도록 하는 세공을 포함하는 입자일 수 있다. 일 실시양태의 경우, m-크레졸 및 페놀을 포함한 인슐린 제제에 함유되어 있는 보존제가 소형 세공 내에 포획된다. 포획되지 않는 더 큰 인슐린 분자는 필터를 용이하게 통과한다.

한 가지 적합한 필터 재료는 가교결합된 덱스트란이며, 그의 한 가지 상표명은 세파덱스(Sephadex)®이다. 세파덱스 G10이 적합한데, 그것이 700 달톤을 초과하는 것들로부터 700 달톤 미만의 화합물을 분리하고자 하는 것이기 때문이다. 이와 같은 등급의 가교결합 덱스트란이 적합한 것은 크레졸 및 페놀의 중량이 약 100 달톤인 반면, 인슐린 및 인슐린 유사체들의 중량이 약 5800 달톤이기 때문이다. 다른 등급의 가교결합 덱스트란이 사용될 수도 있다. 덱스트란 이외에, 다른 필터 재료 선택으로는 탄소 (숯 및 활성 탄소 포함), 알루미나, 실리케이트, 실리카, 제올라이트로 알려져 있는 알루미나와 실리카의 혼합물, 및 분자 크기를 바탕으로 화합물들을 분리하는 데에 사용되는 기타 화합물들이 포함된다. 역상 고성능 액체 크로마토그래피에서 통상적으로 사용되는 재료를 사용하여 소수성/친수성을 바탕으로 분자들을 분리하는 것 역시 가능하다. 페놀 및 크레졸은 인슐린에 비해 더 소수성이다.

도 9는 아스파르트 인슐린을 그의 보존제로부터 분리하기 위하여 수행된 실험의 결과를 나타낸다. 세파덱스 매체 G10 비드 40-120 μm (GE 헬스케어(Healthcare), Inc 사)를 사용하여 도 8에 나타낸 것과 유사한 필터를 제작하였다. 직경 3 mm 및 길이 64 mm인 컬럼에 아스파르트 인슐린 10 단위를 배치하였다. 이어서, 인슐린 펌프에 의해 5분마다 0.25 mL의 PBS를 전달하고, 5분마다 동일 부피의 용리액을 수집하였다. BCA 총 단백질 검정을 사용하여, 인슐린에 대해 용리액을 반복적으로 검정하였다 (도면의 궤적(16)). 페놀은 분광광도측정 종말점을 갖는 니트로프루씨드-기반 검정을 사용하여 반복적으로 검정하였다 (궤적(17)). 결과는 인슐린이 제2 수집 후 나오는 추가적인 인슐린이 적거나 없이 실험의 매우 초기에 용리된다는 것을 보여준다. 반면, 페놀은 실험 후기의 3 mL가 수집된 후까지 용리되지 않는다. 이러한 결과는 이와 같은 실시양태가 인슐린 펌프를 사용하는 당뇨병이 있는 사람에서 우수하게 작동한다는 것을 입증하고 있다. 현재-가용한 펌프용의 인슐린 저장소는 3 mL 이하의 인슐린 제제를 포함한다. 따라서, 그와 같은 필터를 사용하는 펌프 사용자의 경우, 3 mL 이하의 인슐린 제제가 투여될 수 있는 3일의 사용 기간 동안은 페놀계물질이 출현하지 않을 수 있다.

필터 재료 사용상의 변화는 필터 재료와 전기적으로 연결되어 전기화학적으로 방해 물질을 제거할 수 있다. 예로서, 식염수 용액에 충진 및 침지된 활성 탄소 여과 입자는 전도성이며; 그에 따라 탄소가 전원에 의해 400-800 mV (vs Ag/AgCl 전극과 같은 적합한 기준 전극)에서 분극되는 표시 전극으로 사용될 수 있다. 그와 같은 경우, 단락(short circuit)을 방지하기 위하여, 기준 전극은 탄소에 접촉하고 있을 수 없으며, 그에 따라 외피(sheath)가 기준 전극을 둘러싸고 있을 수 있다. 외피는 탄소와의 접촉을 방지하며, 식염수는 애노드-캐소드 회로를 완성하는 전자 유동을 가능하게 한다. 적합하게 바이어싱될 경우, 탄소는 페놀 및 m-크레졸을 그들이 필터를 통과하도록 하기보다는 산화시켜 전기중합시킨다. 그와 같은 필터에서, 페놀계물질 중 일부는 정상적으로 탄소 상에 흡착될 수 있으며, 반면 그와 동시에 다른 페놀계물질은 휴대용 필터의 탄소 상에 머무르는 얇은 플라스틱 층으로 전기중합된다. 전기중합 및 흡착의 사용은 흡착 단독에 비해 더 효율적이다.

도 8에 나타낸 단일의 긴 튜브형 구조가 아닌 다른 필터가 취할 수 있는 많은 물리적 형태가 존재한다는 것을 아는 것이 중요하다. 예를 들면, 필터는 뱀과 같은 형식으로 여러번 자체 고리화되는 것이 가능하다. 그와 같은 설계는 긴 세로방향 거리를 차지하지 않게 된다.

당뇨병이 있는 사람에서의 사용을 위하여, 필터는 인슐린 저장소 (보통 펌프 몸체와 함께 배치됨), 인슐린 배관, 또는 센싱 카테터로의 유체의 유입구에 매우 근접한 피부 착용 센서 모듈 내의 인슐린 유체 통로와 같은 인슐린 전달 라인 중 어느 곳에나 배치될 수 있다.

필터가 사용되는 경우, 센싱 시스템이 수소 퍼옥시드의 표준 센싱을 이용할 수 있도록 하기 위하여 더 높은 분극 전위 바이어스를 사용하는 것이 가능하다. 그와 같은 경우에서, 산화환원 매개체에 대한 필요성은 존재하지 않는다. 수소 퍼옥시드 산화로부터의 신호를 최적화하기 위해서는, 예컨대 500 mV를 초과하는 높은 바이어스가 통상적으로 사용된다. 대안적으로는, 더 낮은 바이어스를 갖는 산화환원 매개 시스템과의 조합으로서 필터를 사용할 수 있다. 그와 같은 조합은 CGM 동안의 페놀 및 크레졸의 유해 효과를 현저하게 감소시키기 위하여 두 가지 효과적인 방법을 사용한다는 장점을 가진다.

상기 상세한 설명은 인슐린 제제가 펌프 저장소에 배치된 후, 그러나 인슐린이 이중 사용 센싱 카테터로 펌핑되기 전에 인슐린 전달 라인으로부터 페놀계물질을 제거하기 위하여 사용되는 필터의 용도를 교시하고 있다. 그러나, 그와 같은 필터가 (글루코스 센서가 없는) 표준 인슐린 주입 세트에서도 사용될 수 있다는 것 역시 알아야 한다. 페놀 및 m-크레졸의 많은 독성 효과들이 존재한다는 것을 아는 것이 중요하다. 이들 화합물은 암, 특히 방광암과 연관되어 있다. US 환경 보호국은 페놀계물질 투여와 체중 감소 및 신경독성 사이의 연관성을 언급하고 있으며, m-크레졸을 범주 C (있을 수 있는 인간 발암물질)로 분류하고 있다. 또한, 이들 화합물은 인슐린 부위에서의 염증을 포함한 많은 다른 유해 효과와 연관되어 있다. 더 최근에, 페놀계물질은 분명하게 포유동물 세포에 대하여 세포독성인 것으로 나타난 바 있다.

이러한 이유로, 인슐린을 투여받는 많은 사람들이 인간 용도로 미리 결정되는 모든 인슐린 제제에 존재하는 고농도의 페놀계물질에 노출되기를 그들이 원치 않는다는 결정을 할 수 있다. 따라서, 센싱 카테터의 부재 하에서도, 페놀계물질 필터를 포함하는 인슐린 주입 세트는 주입 펌프를 사용하는 사람들에게 적용가능한 유용한 장치가 된다. 인슐린 펌프를 사용하지 않는 사람들의 경우, 주사에 의해 약물을 투여하기 전에 시중의 인슐린 제제로부터 페놀계물질을 제거하는 동일한 여과 재료를 사용하는 것이 가능하다.

[ 실시예 ]

실시예 1: 산화환원 매개체-기반 센싱 카테터

중합체 기재에의 금속 호일 라미네이트

목적: 본 단계는 티타늄과 폴리이미드의 라미네이트 (Ti/Pi)를 생성시킨다. 본 실시예에서, Ti 두께는 5 μm이며, 폴리이미드 두께는 12.5 μm이지만, 이들 치수가 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 실시예는 치수가 60 mm x 85 mm인 라미네이트 직사각형을 생성시킨다.

재료에는 탈이온수; 폴리이미드 시트 w/ B-단계 아크릴레이트 접착제; 티타늄 호일; 프레스 패드; 테플론 시트, 및 흑연 프레스 플레이트, 400 ℉를 달성할 수 있는 가열 수압 프레스가 포함된다.

플레이트 설정 과정: 수압 프레스의 카울(caul) (압력-적용) 플레이트들 사이에, 저부로부터 상부로 하기 순서로 재료들을 적층해야 한다: 흑연 프레스 플레이트; 프레스 패드; 티타늄 호일; 폴리이미드, B-단계 접착제가 티타늄 호일에 면함; 프레스 패드; 흑연 프레스 플레이트.

폴리이미드 및 티타늄을 취급하기 전에, 흑연 플레이트, 흑연 호일 및 테플론 시트를 준비한다. 모든 시트는 카울 플레이트의 크기로 절단하고, 이소프로필 알콜 (IPA)로 세척한 후, 이어서 린트(lint) 또는 오염물에 대하여 신중하게 조사해야 한다.

프레스의 작동을 위하여: 플레이트 적층물을 수압 프레스에 배치하고, 5000 lb의 힘을 카울 플레이트에 적용한다. 상부 및 저부 플레이트 모두에서 온도 환경을 375 ℉로 설정한다. 일단 양 카울 플레이트가 375 ℉에 도달하고 나면, 프레스를 15000 lb로 설정하고, 1시간 동안 제자리에서 방치한다. 카울 플레이트를 100 ℉ 미만으로 냉각시킨 다음, 플레이트 적층물을 프레스로부터 제거한다.

일반 장비 및 공급물 (모든 하기 단계): 양-면 폴리이미드 테이프; 플라스틱 카드; 면도날 블레이드; 50 x 75 mm 유리 슬라이드; 이소프로필 알콜 (IPA); 탈이온 (DI)수; Pt (백금) 표적; Ag (은) 표적; 알루미늄 호일; Ar (아르곤) 플라스마 에칭장치; 석영 결정 미세저울 (QCM); 스퍼터링 도구; 고온 플레이트; 마스크 정렬장치 - 예컨대 OAI 200 탁상용 마스크 정렬장치; 300 RPM이 가능한 회전 코팅기; 아르곤 공급원.

금 및 AG 전극의 적용을 위한 TI /PI 라미네이트의 제조

1분 동안 비누 및 수돗물, IPA 세척, DI 세정, Ar 플라스마 세척을 사용하여 유리 슬라이드를 세척하고; 건조한다. 양면 폴리이미드 테이프를 고온 플레이트 상에 배치한다. 폴리이미드 테이프를 적용하고, 기포를 제거한다. 고온 플레이트 상에 알루미늄 호일을 배치하고; 슬라이드 상에 양면 폴리이미드를 적용한 후, 접착제 측을 위로하여 경질 배커(backer)를 배치한다. 경질 배커에 Ti 호일을 적용한다. 폴리이미드 테이프에 Ti/폴리이미드 더하기 경질 배커를 적용한다. 적층 순서는 (저부로부터 상부로) 하기이어야 한다: 유리 슬라이드, 양면 폴리이미드 테이프, 경질 배커, Ti 측을 위로 한 Ti/폴리이미드 라미네이트.

은 필름의 침착

목적: 기준 전극을 생성시키기 위하여 Ag (나중에 Ag/AgCl로 염소화됨)의 층을 침착시키는 것. 공칭 두께는 염소화 후의 Ag/AgCl의 합리적인 두께를 가능하게 하기 위하여 (염소화는 Ag의 두께를 감소시킴) 400 nm이다. 이와 같은 과정에서는, 은 스퍼터링이 사용되나, 열적 증발, 인쇄 또는 전기도금과 같은 다른 방법이 사용될 수도 있다. 필요한 재료에는 하기가 포함된다: 유리 슬라이드 상의 처리된 50 x 75 mm Ti/PI 시트, CRC-100과 같은 스퍼터링 장치, Ag 표적 및 Ar 압축 기체.

Ag 층을 스퍼터링하기 위해서는, 기재를 스퍼터링 장치에 배치하고, 진공 펌프로 임의의 노출된 접착제를 배기한다. 스퍼터링 챔버에 Ar을 충전하고, 작업자가 시스템을 7 mTorr로 평형화시킨다. 퀄츠 크리스탈 마이크로밸런스(Quartz Crystal Microbalance) (QCM) 판독치가 Ag 5.00 kA (500 nm)가 될 때까지 스퍼터링한다 (이득 = 75, 밀도 = 10.5, Z-비 = 0.529, 도구화 계수(Tooling Factor) = 256). 스퍼터링 장치로부터 장치를 제거한다. 우수한 접착을 확인하기 위하여, 3M 매직 스카치(Magic Scotch) 테이프를 사용하여 모서리에서 테이프 시험을 한다. 무-분진의 뚜껑이 있는 용기에서 저장한다.

AG 패턴화 및 에칭 (원치않는 AG 제거)

주요 미세제작 (전극 패턴화) 단계들의 도면은 도 10을 참조하라. 목적 -- Ti/PI 기재 상에 Ag 패드용 포토레지스트(photoresist)를 패턴화하는 것. 재료: 유리 슬라이드상 50 x 75 mm의 은 스퍼터링된 Ti/PI 기재; NaOH 펠렛; 300 mL 비커; 250 mL 비커; 광학 마스크, S1813 (포토레지스트); 80/20 프라이머 (80 % 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 및 20 % 헥사메틸디실라잔 (HMDS) 프라이머). 세척 룸 용도의 재료에는 마스크 정렬장치, 회전장치, 고온 플레이트; DI수; 자; S1800 시리즈 포토레지스트; NaOH (펠렛 또는 용액)이 포함된다.

먼저, 하기에 포함되어 있는 일반적인 포토레지스트 공정을 수행한다. 다음에, Ag 에칭 용액을 혼합한다. 75 mL의 3 % USP 등급 H202, 다음에는 8 mL 실험실 등급 30 % 암모늄 히드록시드를 결정화 접시에 첨가한다. 약하게 교반하면서, 패턴화 기재를 30초 동안 용액에 침지한다. 반응이 완료될 때, 기포는 형성되지 않을 수 있다. DI수를 사용하여 세정하고, 질소 기체 또는 아르곤을 사용하여 송풍 건조한다. 0.3 M NaOH 용액을 사용하여 포토레지스트를 제거한다.

AU 패턴화, 스퍼터링 및 리프트오프

목적: Ti/PI/Ag 기재 상에 Au 패드를 패턴화하는 것. 재료에는 하기가 포함된다: 유리 슬라이드상 50 x 75 mm의 은 스퍼터링된 Ti/PI 기재; NaOH 펠렛; 300 mL 비커; 250 mL 비커; 광학 마스크; S1813 프라이머; 표면 상에 Ag가 침착된 Ti/PI/유리; 상기에서 상술한 바와 같은 80/20 프라이머; Ag 에칭 필름 마스크; 3 mL 피펫; 아세톤; 이소프로필 알콜 (IPA); 결정화 접시; 눈금 실린더; 타이머.

하기에 포함되어 있는 일반적인 포토레지스트 공정을 수행한다. Ar 하에 1분 동안 세척한다. 진공 시스템을 활성화한다. 90 nm (0.900 KA) Pt를 스퍼터링한다. 50-90 nm의 Au (밀도 = 19.3, Z-비 = 0.381)를 스퍼터링한다. 스카치 테이프를 사용하여 기재를 전체적으로 덮는다. Au층을 제거하기 위하여, 기재 전역을 견고하게 하향 가압한 다음, 천천히 제거한다. Au 부착에 있어서의 임의의 실패에 대하여 시트를 검사 테이프 시험한다. 추가적인 테이프 조각을 사용하여 Au 패드들 사이의 임의의 가교(bridge)를 제거한다. 테이프법 (전체 어레이에 걸친 3 m 매직 테이프)에 의해 포토레지스트/나머지 Pt/Au를 제거한 다음, 0.5 M NaOH 중에서 초음파처리한다. 임의의 가교가 남아있을 경우, 용액 중에 있는 동안 킴와이프(Kimwipe)를 사용하여 약하게 문지른다.

티타늄 에칭 (전기적 연결을 생성시키기 위하여 원치 않는 TI를 제거)

목적: 센서 상의 티타늄 궤적을 한정하고 분리하는 것. 표시 전극 또는 표시 전극 상호연결 궤적 아래에 있는 티타늄이 다른 표시 전극/궤적 아래에 있는 티타늄에 접촉하는 것 또는 기준 전극/궤적 아래에 있는 티타늄에 접촉하는 것을 방지하는 것이 중요하다. 재료에는 Ti/Pi 탑재 슬라이드; 티타늄 에천트; 400 mL 비커; 결정화 접시; DI수; NaOH; 울트라소닉 세척장치가 포함된다.

하기에 포함되어 있는 일반적인 포토레지스트 공정을 수행한다. 에천트 조를 준비한다. 에천트 용액 내에 기재를 배치하고, 면밀하게 관찰하면서, 에칭이 완료되면 DI수로 세정한다.

DI수로 세정하고, 질소 기체 또는 아르곤을 사용하여 송풍 건조한다.

인간 용도의 센서 준비: 개별화, 둘러싸기, 염소화, 기준 전극에의 보호 코팅의 적용, 및 표시 전극 세척

기계식 또는 광자 기술 예컨대 UV 레이저 (파장: 405 nm)를 사용하여, 각 3-전극 스트립을 개별화한다.

상기 전극 스트립을 21-25 게이지 스테인리스강 바늘 (단부에 날카로운 사면) 또는 둔단 튜브에 둘러싼다. 전극 스트립을 바늘/튜브에 축방향으로 둘러싸고, 에폭시 또는 다른 생체적합성 접착제를 사용하여 부착시킨다. 둔단 튜브가 사용되는 경우, 삽입시 피부를 뚫기 위하여 튜브 내의 날카로운 탐침이 이용된다 (상기 탐침은 나중에 제거됨으로써, 튜브의 강을 통한 약물 전달을 가능하게 함).

50 mM FeCl3를 사용하여 5-10분 동안 철 염소화한다. 대안: 전원 구성을 사용하여 0.6 V x 10분으로 전기염소화함으로써, Ag는 애노드 (+)가 되고, Pt는 캐소드 (-)가 된다. 전기염소화용 조는 모두 0.5 M인 KCl 및 HCl이다.

1x PBS 중에서, -1.5 볼트 x 5분, 1.5 볼트 x 5분, -1.5 볼트 x 5분으로 표시 전극을 전압 순환시킨다 (세척). 전극 부위에서 기포 발생을 검증한다.

산화환원 매개체 중합체 및 글루코스 옥시다제를 금 표시 전극의 표면에 적용한다. 이와 같은 실시예에서, 열거되는 산화환원 매개체 중합체는 폴리-(1-비닐)-이미다졸-MRMMG-4,4'-디메틸-2,2'-비피리딘이다. 그러나, 피리딘 또는 이미다졸계 MRMMG 리간드 중 어느 하나가 있으며 백본으로서 폴리 비닐피리딘, 폴리 비닐이미다졸 또는 다른 중합체가 있는, 사용될 수 있는 해당 화합물들이 존재한다. 오스뮴 대신 또 다른 금속 (예컨대 루테늄, 이리듐, 철 또는 코발트)이 대체되어 유사한 결과를 산출할 수도 있다.

이와 같은 단계를 개시하기 전에, 금 3-전극을 둘러싸고, 세척하고, 염소화하였다.

용매로서 DIW를 사용하여, 하기 용액 양자 1 mL를 제조한다: 산화환원 매개체 중합체 (10 mg/ml) 및 mg 당 100 단위 (10 mg/ml)의 글루코스 옥시다제. 40 uL의 산화환원 매개체 용액과 10 uL의 글루코스 옥시다제 용액을 조합한다. 수동으로 분배하는 경우, 이와 같은 혼합물을 30 게이지 바늘이 구비된 1 mL 플라스틱 주사기에 취출하고, 3개 전극 각각의 중심에 바늘의 단부를 조심스럽게 위치시킨 다음, 기준 전극을 코팅하지 않고 각 전극 상에 소형 액적 (1 ul)을 분배할 수 있다. 부분적인 건조 후, 혼합물의 제2 층을 적용할 수 있다. 대안적으로, 50 ℃를 초과하도록 효소를 가열하지 않도록 조심하면서, 잉크젯 프린터와 같은 미세분배 장치를 사용할 수 있다.

글루타르알데히드 증기 챔버 (25 % 글루타르알데히드) 내에 30분 동안 홀더를 세워 배치한 다음, 실온에서 30분 동안 경화시킨다.

표시 전극 및 기준 전극을 포함한 전체 축 상에 침착되는 외부 멤브레인은 폴리우레탄, 실리콘, 조합된 실리콘-폴리우레탄, 또는 다른 중합체를 포함한 많은 글루코스 투과성 중합체들 중 1종일 수 있다. 한 가지 효과적인 외부 멤브레인은 무수 에탄올 중 폴리-(4-비닐 또는 2-비닐) 피리딘 co-스티렌 (10-30 % 스티렌, PVP-S) 64 mg/ml이다. 자동화된 딥(dip)-코팅기를 사용하는 것, 잉크젯 프린터를 사용하는 것, 미세-접촉 인쇄를 사용하는 것, 또는 다른 정밀 분배 방법을 사용하는 것에 의해, 이와 같은 중합체를 수동으로 침착시킬 수 있다. 전체 센서 축 상에 외부 멤브레인 재료를 코팅한다. 실온에서 15분 동안 건조한다.

건조 후, 글루코스, 방해 화합물 등의 용액 중에서 센서를 시험하는 것이 가능하다.

원격측정 목적으로 사용되는 전자 모듈로의 조립 및 분극 바이어스의 적용

배터리 구동 원격측정 모듈 (예컨대 노르딕(Nordic), Inc 사에 의해 시판되는 것과 같은 저에너지 블루투스 모듈)에 센싱 카테터를 삽입한다.

상기에서 논의된 산화환원 매개체 중합체 접근법에는, 180 mV의 전위 바이어스가 적합하다. 이와 같은 낮은 바이어스는 더 높은 바이어스가 사용된 경우 나타났던 인슐린 보존제 (페놀, m-크레졸)의 산화에 기인하는 신호 부산물을 거의 방지한다. 낮은 바이어스는 또한 더 높은 바이어스 전위의 사용시 일상적으로 나타나는 전기중합 문제를 방지한다. 더 큰 바이어스 전위가 사용되는 경우, 크레졸 및/또는 페놀은 전극 상에 절연 플라스틱의 점착성 박층을 침착시키는 전기중합 과정을 겪는다. 이와 같은 플라스틱 층은 전극 재료와 소통하는 산화환원 매개체 금속 군 구성원의 능력을 감소시키거나 제거하며, 또한 표시 전극 표면으로의 수소 퍼옥시드와 같은 분자의 수송을 감소시킨다.

멸균

e-빔, 감마 조사, 에틸렌 옥시드 또는 활성화된 글루타르알데히드 멸균 용액에 노출시킨다.

인슐린 펌프 및 작동 장치에의 결합

인슐린을 사용한 프라이밍(priming) 후, 인슐린 펌프 (예컨대 메드트로닉 미니메드(Medtronic Minimed), 아니마스 핑(Animas Ping), 탠덤(Tandem) t-슬림(slim), 로체 스피릿(Roche Spirit) 등)로부터의 주입 라인을 센싱 카테터 (피하 조직에 위치하는 것)에 결합시키고, 인슐린을 전달한다. 유체 주입 라인으로부터의 일정 압력 헤드가 유체가 신체로부터 다시 나오는 것을 방지한다. 사용자에게 보여주기 위하여, 글루코스 농도 또는 전기 전류 또는 글루코스 농도를 나타내는 전압 데이터를 센서로부터 수득한다. 이러한 데이터를 블루투스 또는 다른 무선 프로토콜에 의해 인슐린 펌프, 컴퓨터, 전용 의료 장치 또는 휴대 전화의 디스플레이로 전송한다. 데이터의 저장은 이들 장치 중 어느 것, 또는 피하 센싱 카테터와 직접 결합된 신체 착용 전자 장치에서 수행될 수 있다. 신체-착용 장치에 글루코스 데이터를 저장하는 것의 장점은 수신 장치를 분실하거나 그것이 범위 밖에 있다 할지라도 데이터를 상실하지 않는다는 것이다.

일반적인 포토레지스트 공정 (다수 단계에 공통)

재료: 유리 슬라이드상 50 x 75 mm Ti/PI 기재; NaOH 펠렛 또는 용액; 300 mL 비커; 250 mL 비커; 광학 마스크; 포토레지스트; 상기에서 정의된 바와 같은 80/20 프라이머.

방법: 유리 접시에서 200 ml의 0.1 M NaOH (8 g/L w/ 펠렛 또는 15mL/L w/ 10 M 용액) 일차 현상제를 혼합한다. 특히 NaOH 펠렛을 사용하는 경우, 용액이 잘 혼합되는지를 확인한다. 유리 접시에서 0.075 M NaOH 이차 세정액을 혼합한다. 용액이 잘 혼합되는지를 확인한다. 표준 방법 -- 1000 RM에서 10초 후 이어지는 3000 RPM에서의 30초 --을 사용하여 3 mL 80/20 프라이머를 회전코팅한다. 85 C에서 3분 동안 베이킹한다. 표준 방법을 사용하여 3개의 포토레지스트 층을 회전 코팅한다. 각 회전 단계 사이에, 85 C에서 1분 동안 기재를 베이킹한다. 600 W에서 180초 동안 노출시킨다. 추가 60초 동안 베이킹한다. 약하게 교반하면서, 0.1 M NaOH 현상제 중에서 현상한다. 이차 조에서 10초 동안 세정한다. 질소 기체를 사용하여 건조하고, 남아 있는 레지스트가 있는 현상된 영역에 대하여 검사한다 (노출된 영역은 기재 전체에 걸쳐 균일하게 보여야 함. 적정하게 세척된 영역은 표면 상에 포토레지스트가 남아 있지 않는 경우 그것이 습윤으로부터 건조로 진행하면서 희미하게 백색인 외관을 수득할 수 있음). 10분 동안 베이킹하고, 냉각시킨다. 영역이 남아 있는 경우, 추가 5초 동안 일차 및 이차 조에 침지하고, 다시 점검한다. 실질적인 영역이 남아 있는 경우, 공기 건조하고, 0.3 M NaOH를 사용하여 세척한 후, 단계 4로 복귀한다. 공정 파라미터들을 점검한다.

실시예 2: 높은 바이어스 전위를 사용하는 백금 표시 전극을 사용한 여과

본 실시예의 많은 측면들이 실시예 1에서와 동일하다. 그러나, Au가 침착되는 대신, 하기 스퍼터링 환경을 사용한 스퍼터링에 의해 Pt가 침착된다: 밀도 = 10.5, 및 Z-비 = 0.529.

산화환원 매개체는 사용되지 않는다. 단백질 연장제인 소 혈청 알부민과 함께 글루코스 옥시다제가 적용된다. 글루타르알데히드 가교결합제를 사용하여 글루코스 옥시다제의 아민 기와 알부민을 연결하는데, 글루코스 옥시다제:알부민:액체 글루타르알데히드의 중량비는 6:4:5 내지 6:4:1 범위 사이이다. Pt 전극에 적용된 혼합물을 40 ℃에서 적어도 10분 동안 건조한다. 글루코스에 대한 감도를 증가시키기 위하여 추가적인 층이 침착될 수 있다. 그와 같은 경우, 적어도 20분 동안 최종 코팅을 건조한다. 다음에, 교반 DIW 중에서 10-15분 동안 세정함으로써, 비결합 효소를 제거한다. 표시 전극(들) 및 기준 전극(들) 상에 침착되는 1.5-2.5 % w/v 폴리우레탄 (PU) 또는 실리콘과 폴리우레탄의 공중합체로 구성되는 외부 멤브레인의 2개 코팅을 침착시킨다. 어드밴소스 바이오머티어리얼스(AdvanSource Biomaterials) 사, 루브리졸(Lubrizol) 사 또는 DSM 폴리머스(Polymers) 사와 같은 판매자들이 그와 같은 중합체를 제조하고 있다. 산소 투과를 조절하는 데에는 실리콘의 비율이 사용되며; 글루코스 투과를 조절하는 데에는 폴리에틸렌 옥시드 또는 폴리 에틸렌 글리콜 잔기 또는 다른 극성 잔기가 사용된다. 적합한 용매는 THF와 DMAC의 혼합물 (25:75, V/V)이다. 40 ℃에서 각 PU 코팅 x 20분으로 건조한다. 용매를 유지하면서 분자 체 3A 또는 4A를 사용하여 중합체/용매 건조한다.

적합한 필터용 재료는 700 Da 미만의 것으로부터 700 Da를 초과하는 분자량을 갖는 화합물을 분리하는 것으로 되어 있는 세파덱스 G10이다. 내부 직경 대략 3 mm 및 적어도 64 mm 내부 길이의 적합한 튜브형 구조에 세파덱스 매체 G10 비드, 크기 40-120 μm를 충전한다. 상기 필터를 인슐린 제제의 유동 통로에 배치한다. 세파덱스 젤이 유체 통로에 진입하여 환자에게 전달되는 것을 방지할 목적으로, 필터의 원위 단부를 다공성 셀룰로스 아세테이트 멤브레인으로 둘러싼다. 상기 셀룰로스 아세테이트의 세공 직경은 0.22 μm이다. 인슐린 제제를 필터에 첨가하기 전에, 이상적으로는 비드를 팽창시키기 위하여 필터 비드를 포스페이트 완충제와 같은 수성 완충제에 노출시킨다.

본원에서 본 발명의 바람직한 실시양태들을 나타내어 기술하기는 하였지만, 관련 기술분야 통상의 기술자라면 그와 같은 실시양태들이 오로지 예로서 제공되는 것임을 잘 알고 있을 것이다. 명세서 내에서 제공되는 구체적인 실시예로서 본 발명들 제한하고자 하는 것은 아니다. 상기 언급된 명세서를 참조하여 본 발명을 기술하기는 하였지만, 본원 실시양태들의 설명 및 예시가 제한하는 취지에서 해석되는 것을 의미하지는 않는다. 본 발명에서 벗어나지 않고도 수많은 변이, 변화 및 대체물들이 이제는 관련 기술분야 통상의 기술자에게 떠오르게 될 것이다. 또한, 본 발명의 모든 측면들이 다양한 조건 및 변수에 따라 달라지는 본원에서 제시된 구체적인 서술, 구성 또는 상대적 비율로 제한되는 것은 아님이 이해되어야 한다. 본원에서 기술되는 본 발명 실시양태의 다양한 대안들이 본 발명의 실시시에 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 임의의 그와 같은 대안, 변형, 변이 및 등가물들도 포괄하게 될 것으로 생각된다. 하기의 청구범위는 본 발명의 영역을 한정하고, 이들 청구범위 영역 내의 방법 및 구조, 그리고 그의 등가물들이 그에 의해 포괄되는 것으로 의도된다.

Claims

인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 장치이며,
근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 중공 튜브로서, 여기서 근위 단부는 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 공급원과 유체 연통되고, 여기서 원위 단부는 피하로 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제를 전달하도록 구성되며, 여기서 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제는 페놀 또는 크레졸을 포함하는 부형제를 포함하는 것인 중공 튜브; 및
원위 단부로부터 미리 결정된 거리 이하로 떨어져 위치하는 전류측정 글루코스 센서로서, 여기서 전류측정 글루코스 센서는 적어도 하나의 표시 전극을 포함하는 전극 층을 포함하고, 여기서 전극 층은, (1) 리간드에 공유 결합된 금속 화합물을 포함하는 산화환원 매개체 및 (2) 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데히드로제나제를 포함하는 효소를 포함하는 산화환원-촉매 층의 아래에 있는 것인 전류측정 글루코스 센서
를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상부 접근가능 표면, 및 피부 표면에 부착되도록 구성된 저부 표면을 포함하는 하우징을 추가로 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 전류측정 글루코스 센서가 제2 원위 단부를 포함하는 제2 중공 튜브 상에 배치되며, 여기서 제2 원위 단부는 피하로 삽입되도록 구성된 것인 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 표시 전극이 금, 탄소, 흑연, 백금 또는 이리듐을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 리간드가 피리딘계인 장치.
제5항에 있어서, 리간드가 4,4'-디메틸-2,2'-비피리딘인 장치.
제1항에 있어서, 리간드가 이미다졸계인 장치.
제1항에 있어서, 산화환원 매개체가 폴리(4-비닐 피리딘)에 결합된 것인 장치.
제1항에 있어서, 산화환원 매개체가 폴리(1-비닐 이미다졸)에 결합된 것인 장치.
제1항에 있어서, 부형제가 페놀을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 부형제가 크레졸을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 미리 결정된 거리가 약 15 밀리미터 (mm), 14 mm, 13 mm, 12 mm, 10 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm 또는 1 mm인 장치.
제1항에 있어서, 전류측정 센서가 기준 전극을 추가로 포함하는 것인 장치.
제13항에 있어서, 기준 전극이 은/은 클로라이드 (Ag/AgCl) 기준 전극을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 전류측정 센서가 절연 층 및 금속 층을 추가로 포함하며, 여기서 절연 층은 금속 층에 커플링되고, 금속 층은 전극 층에 커플링된 것인 장치.
제15항에 있어서, 절연 층이 폴리이미드 또는 액정 중합체를 포함하는 것인 장치.
제15항에 있어서, 금속 층이 적어도 약 1 마이크로미터 (μm), 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm 또는 10 μm의 두께를 갖는 것인 장치.
제17항에 있어서, 금속 층이 티타늄, 금 또는 백금을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 전극 층이 약 1000 나노미터 (nm), 900 nm, 800 nm, 700 nm, 600 nm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, 200 nm 또는 100 nm 이하의 두께를 갖는 필름을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 산화환원 매개체 및 효소가, 기준 전극에 대해 약 +250 밀리볼트 (mV), +200 mV, +150 mV, +100 mV 또는 +50 mV 이하의 인가된 바이어스 전위에서 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 반응을 일으키기에 충분한, 피하 글루코스로부터의 적어도 하나의 표시 전극으로의 전자 전달을 가능하게 하는 것인 장치.
제20항에 있어서, 기준 전극에 대해 약 +250 mV, +200 mV, +150 mV, +100 mV 또는 +50 mV 이하의 인가된 바이어스 전위가, 전류측정 글루코스 센서의 적어도 1시간의 연속 작동 동안 전극 층이 부형제의 전기중합을 실질적으로 겪지 않도록 함으로써, 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 존재 하에서의 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 감도를 유지하는 것인 장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 화합물이 오스뮴, 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인 장치.
제22항에 있어서, 금속 화합물이 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 리간드가 헤테로시클릭 질소 화합물, 이미다졸 고리와 조합된 피리딘 고리, 헤테로시클릭 고리에 치환된 비-질소 원소, 또는 헤테로시클릭 고리에 결합된 보조 "R" 기를 포함하는 것인 장치.
제24항에 있어서, 헤테로시클릭 질소 화합물이 1개의 고리, 2개의 고리, 3개의 고리 또는 4개의 고리의 피리딘 또는 이미다졸을 포함하는 것인 장치.
인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 방법이며,
(a) 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 전달 및 피하 글루코스 농도의 측정을 위한 장치를 수득하는 단계로서, 여기서 장치는,
(i) 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 중공 튜브로서, 여기서 근위 단부는 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 공급원과 유체 연통되고, 여기서 원위 단부는 피하로 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제를 전달하도록 구성되며, 여기서 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제는 페놀 또는 크레졸을 포함하는 부형제를 포함하는 것인 중공 튜브; 및
(ii) 원위 단부로부터 미리 결정된 거리 이하로 떨어져 위치하는 전류측정 글루코스 센서로서, 여기서 전류측정 글루코스 센서는 적어도 하나의 표시 전극을 포함하는 전극 층을 포함하고, 여기서 전극 층은, (1) 리간드에 공유 결합된 금속 화합물을 포함하는 산화환원 매개체 및 (2) 글루코스 옥시다제 또는 글루코스 데히드로제나제를 포함하는 효소를 포함하는 산화환원-촉매 층의 아래에 있는 것인 전류측정 글루코스 센서
를 포함하는 것인 단계;
(b) 중공 튜브의 근위 단부를 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 공급원에 연결하는 단계;
(c) 중공 튜브의 원위 단부의 대상체 내로의 피하 삽입을 수행하는 단계; 및
(d) 동시에 (1) 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제를 대상체에게 피하로 전달하고 (2) 대상체의 피하 글루코스 농도를 측정하는 단계
를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 장치가, 상부 접근가능 표면 및 저부 표면을 포함하는 하우징을 추가로 포함하며, 방법이 상기 저부 표면을 대상체의 피부 표면에 부착시키는 것을 추가로 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 전류측정 글루코스 센서가 제2 원위 단부를 포함하는 제2 중공 튜브 상에 배치되며, 여기서 제2 원위 단부는 피하로 삽입되도록 구성된 것인 방법.
제26항에 있어서, 적어도 하나의 표시 전극이 금, 탄소, 흑연, 백금 또는 이리듐을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 리간드가 피리딘계인 방법.
제30항에 있어서, 리간드가 4,4'-디메틸-2,2'-비피리딘인 방법.
제26항에 있어서, 리간드가 이미다졸계인 방법.
제26항에 있어서, 산화환원 매개체가 폴리(4-비닐 피리딘)에 결합된 것인 방법.
제26항에 있어서, 산화환원 매개체가 폴리(1-비닐 이미다졸)에 결합된 것인 방법.
제26항에 있어서, 부형제가 페놀을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 부형제가 크레졸을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 미리 결정된 거리가 약 15 밀리미터 (mm), 14 mm, 13 mm, 12 mm, 10 mm, 10 mm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm 또는 1 mm인 방법.
제26항에 있어서, 전류측정 센서가 기준 전극을 추가로 포함하는 것인 방법.
제38항에 있어서, 기준 전극이 은/은 클로라이드 (Ag/AgCl) 기준 전극을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 전류측정 센서가 절연 층 및 금속 층을 추가로 포함하며, 여기서 절연 층은 금속 층에 커플링되고, 금속 층은 전극 층에 커플링된 것인 방법.
제40항에 있어서, 절연 층이 폴리이미드 또는 액정 중합체를 포함하는 것인 방법.
제40항에 있어서, 금속 층이 적어도 약 1 마이크로미터 (μm), 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm 또는 10 μm의 두께를 갖는 것인 방법.
제42항에 있어서, 금속 층이 티타늄, 금 또는 백금을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 전극 층이 약 1000 나노미터 (nm), 900 nm, 800 nm, 700 nm, 600 nm, 500 nm, 400 nm, 300 nm, 200 nm 또는 100 nm 이하의 두께를 갖는 필름을 포함하는 것인 방법.
제26항에 있어서, 기준 전극에 대해 약 +250 밀리볼트 (mV), +200 mV, +150 mV, +100 mV, 또는 +50 mV 이하의 바이어스 전위를 인가하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 산화환원 매개체 및 효소가, 인가된 바이어스 전위에서 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 반응을 일으키기에 충분한, 피하 글루코스로부터의 적어도 하나의 표시 전극으로의 전자 전달을 가능하게 하는 것인 방법.
제45항에 있어서, 인가된 바이어스 전위가 전류측정 글루코스 센서의 적어도 1시간의 연속 작동 동안 전극 층이 부형제의 전기중합을 실질적으로 겪지 않도록 함으로써, 인슐린 또는 인슐린 유사체 제제의 존재 하에서의 피하 글루코스 농도에 대한 전류측정 글루코스 센서의 감도를 유지하는 것인 방법.
제26항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 화합물이 오스뮴, 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인 방법.
제47항에 있어서, 금속 화합물이 루테늄, 팔라듐, 백금, 로듐, 이리듐, 코발트, 철 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인 방법.
제26항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 리간드가 헤테로시클릭 질소 화합물, 이미다졸 고리와 조합된 피리딘 고리, 헤테로시클릭 고리에 치환된 비-질소 원소, 또는 헤테로시클릭 고리에 결합된 보조 "R" 기를 포함하는 것인 방법.
제49항에 있어서, 헤테로시클릭 질소 화합물이 1개의 고리, 2개의 고리, 3개의 고리 또는 4개의 고리의 피리딘 또는 이미다졸을 포함하는 것인 방법.
제26항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 대상체가 제1형 당뇨병을 갖는 것인 방법.