KR19990028884A

KR19990028884A - 히드로겔 패치

Info

Publication number: KR19990028884A
Application number: KR1019980700186A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 아브라함; 브레트 버너; 프리티 에스. 조쉬; 필립 제이. 플란트; 프리마 비자야쿠마
Original assignee: 개리 더블유. 클리어리; 시그너스, 인크.
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1999-04-15
Also published as: EP0840597A1; CA2226176C; JP3201482B2; ES2208754T3; ATE250928T1; DE69630226D1; DE69630226T2; PT840597E; JPH10509052A; CA2226176A1; WO1997002811A1; AU706662B2; EP0840597B1; AU6492896A; DK0840597T3

Abstract

물과 함께 겔을 형성시키는, 패치의 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 40 중량%의 양으로 존재하는 중합체 물질로 이루어진 히드로겔 패치를 기술한다. 물의 전도성은 전해질을 첨가시킴으로써 증가된다. 패치는 글루코오스와 같은 생의학적으로 중요한 분자와의 반응을 촉매시킬 수 있는 효소를 포함한다. 패치로 도입된 글루코오스는 효소의 도움으로 반응되고, 방출된 과산화수소는 물의 전기적인 전도성을 통해 흘러서, 패치로 도입되는 글루코오스의 양에 비례하는 신호를 발생시키는 전극 표면에서 반응할 수 있다. 패치는 또한 바람직하기로는, 패치의 pH를 3 내지 9의 범위로 유지시키는 완충제로 이루어지고, 또한 가교 결합제, 살생제, 습윤제 및 계면활성제로 이루어질 수 있다. 패치는 사람 피부의 외형에 합치될 얇고 (5 μm - 1.27 mm (50 mils)), 평평한 원판 (0.5 내지 10 cm²의 면적)의 형태인 것이 바람직하고, 내부에 매립되는 부직포 및 각각의 표면 상의 제거 가능한 방출 라이너를 함유할 수 있다.

Description

히드로겔 패치

물의 존재하에서 겔을 생성시키는 다양한 세포군 및(또는) 세포망을 형성하는 다수의 친수성, 중합체 화합물들이 알려져 있다. 예를 들어, 젤라틴은 가죽, 인대, 힘줄 등을 끓여서 콜라겐을 가수분해시킴으로써 수득될 수 있다. 물 중 단지 2% 젤라틴의 혼합물은 뻣뻣한 겔을 형성시킬 것이다.

히드로겔은 상승된 온도의 물에 젤라틴과 같은 용질을 첨가하여 젤라틴을 용해시킴으로써 형성될 수 있다. 이어서, 용액을 냉각시키면, 용질(들) (예를 들어, 고체 젤라틴 성분)은 간극 (소위 "쇄모-더미" 구조)내에 상당량의 용매 (일반적으로 물)를 보유하는 초현미경적인 결정체 입자군을 형성한다. 겔, 및 특히 히드로겔들은 통상적으로 투명하지만 유광성일 수도 있다.

겔은 천연 또는 합성 물질로부터 형성될 수 있고, 사진 필름; 사이징제; 직물 및 종이 접착제; 시멘트; 의약용 캡슐 및 패치; 매치; 광 필터; 디저트; 세균 배양 배지; 및 전자 의료 모니터 장비와 함께 사용되는 패치를 포함한 광범위한 용도를 가진다.

겔은 일반적으로 예를 들어, 약 60% 내지 약 90%의 매우 높은 농도의 물을 포함하고, 갖가지의 세포군에 의해 함께 보유된다. 물은 용질과 결합 또는 비결합되어 다양한 수화물을 형성하거나, 또는 중합체 망 군에 의해 형성된 세포 포켓에 포획될 수 있다. 겔들이 공통으로 몇 가지의 일반적 특징을 가질지라도, 이들의 용도는 다양하여, 목적하는 결과를 수득하기 위해 포함될 성분들을 변형시키는 것이 필요하다. 예를 들어, 풍미제가 디저트 젤라틴에 첨가될 수 있지만, 광 필터 젤라틴에는 첨가되지 않는다. 그러나, 착색제는 디저트용과 필터용이 매우 다를 수 있을지라도, 어느 것에든 첨가될 수 있다. 본 발명의 히드로겔 패치는 목적하는 최종 결과를 수득하기 위해 특정량의 매우 특이한 성분을 포함하도록 설계되었다.

<발명의 요약>

적소에 물을 보유하는 물질을 형성하고, 그를 통한 전류의 흐름을 허용하는 친수성 화합물로 이루어진 패치가 기술되어 있다. 화합물은 서로 연결된 세포의 다공성 망을 형성하기 위해 가교 결합될 수 있는 흡수성 물질, 다공성 물질 또는 중합체, 또는 물과 함께 겔을 형성하는 용질일 수 있다. 겔의 용질 또는 고체 물질 성분은 일반적으로 패치의 중량을 기준으로, 약 0.5 중량% 이상, 바람직하기로는 40 중량% 이하의 양으로 존재한다. 전체적으로, 물 및 패치는 NaCl과 같은 염을 포함하는 염화물을 삽입시킴으로써 전기적으로 전도성이 되게 한다. 패치는 효소로 이루어지는데, 이것은 물 중에 과산화수소의 형성을 허용하여, 결국 글루코오스 분자 당 2 개 전자의 방출을 발생시키는, 글루코오스와의 반응과 같은 반응을 촉매한다. 패치로 도입된 글루코오스는 효소의 도움으로 글루콘산 및 과산화수소로 환원되고, 사용시에 패치로 도입되는 글루코오스의 양을 검출할 수 있고, 그것에 비례하는 전자의 방출을 일으킨다. 패치는 또한 바람직하기로는 패치의 pH를 약 3 내지 9의 범위로 유지시키는 완충제로 이루어지고, 또한 가교 결합제, 살생제, 습윤제 및 계면활성제로 이루어질 수 있다. 패치는 바람직하기로는 사람 피부의 외형에 합치될 얇고, 평평한 원판 형태이고, 그것에 부직포 또는 다공성 막 (예를 들어, 니트로셀룰로오스)이 매립되어 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 장치에 도입되는 글루코오스와 같은 생물학적으로 중요한 분자를, 측정 가능한 전류와 같은 검출 가능한 신호의 예정량으로 비례적으로 전환시키는 일회용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 글루코오스 옥시다아제 및 겔을 전기적으로 전도성이게 하는 염을 포함하는 염화물과 함께 겔 형성 화합물 및 물로 이루어진 히드로겔 패치를 제공하는 것이다.

본 발명의 장점은 예를 들어, 혈 중 글루코오스 농도 보다 10,500 배 또는 1,000 배 이상 낮은 농도와 같은 매우 소량의 글루코오스 유입량을 일정하고 정확하게 측정할 수 있도록 한다.

본 발명의 또다른 장점은 배경 전기 신호 (분석물이 없는 상태에서의 신호,"소음")가 분석물 존재시의 신호에 비하여 낮다는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서, 배경 소음은 약 200 나노암페어 (nA) 이하, 바람직하기로는 50 nA 이하이다.

본 발명의 하나의 실시태양의 또다른 장점은 겔에서의 과산화물의 안정성이다. 바람직하기로는, 글루코오스 옥시다아제 반응과는 관계없이, 과산화물의 손실은 30 분에 걸쳐 약 20% 이하이다.

본 발명의 또다른 장점은 겔로부터의 물 손실이 24 시간에 걸쳐 약 70% 이하라는 점이다.

본 발명의 또다른 장점은 겔을 통해 운반되는 분석물의 속도가 측정이 행해진 동안의 시간 간격 (t_m, 분석물에 대한 측정 시간)에 비하여 빠르다는 점이다. 운반은 겔의 특성 시간에 비례한다. 용어 "겔에 대한 특성 시간"은 본 명세서에서 또한 겔의 두께 (L, 분석물의 확산 거리) 및 분석물의 확산 상수 (D)에 관한 겔의 분석물 확산 관련 함수를 언급하기 위해 사용되었다. L 및 D 매개변수간의 관계는 다음과 같다:

L²/D = 특성 시간, 분

바람직하기로는, 본 발명의 겔의 특성 시간은 약 6 초 내지 45 분이다. 바람직하기로는, 겔의 분석물의 측정은 목적하는 시간 간격을 두고 목적하는 시간 동안 통합된다 (예를 들어, 매 20 분 마다, 5 분에 걸쳐 측정). 상기 매개변수로부터, 겔의 분석물의 운반은 측정 시간 대 특성 시간의 비율, 즉

[D x t_m]/L²> 1로 정의되고, 여기서 D, L 및 t_m은 상기 정의한 바와 같다.

또다른 장점은 패치가 쉽고, 경제적으로 생성되고, 1회용인 점이다.

히드로겔 패치의 특징은 약 0.5 cm²내지 10 cm²범위의 표면적 및 약 25.4 μm 내지 약 1.27 mm (약 1 내지 약 50 mils ) 범위의 두께를 갖는 평평하고, 얇은 것이라는 점이다.

본 발명의 또다른 특징은 히드로겔 패치가 또한 패치내에 매립되는 부직포 또는 필라멘트, 또는 구조 지지막과 같은 구조 지지재로 이루어진다는 점이다.

또한 본 발명의 또다른 특징은 겔 형성 물질은 전자 빔 방사선 (electron beam radiation), UV 광, 열과 같은 이온화 방사선을 적용하여, 또는 가교 결합제를 첨가하여 가교 결합을 촉진시키는 회합 커플링을 이용함으로써 가교 결합될 수 있다는 점이다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 장점 및 특징들은 동일 숫자는 명세서 전체를 통해 동일 성분을 지칭하는 부분을 형성하는 첨부 도면에 대해, 기재된 아래 참고와 같은 본 발명의 조성, 성분 및 크기를 자세히 검토할 때 당업자들에게 명백하게 될 것이다.

본 발명은 일반적으로 의료 분야에 사용되는 히드로겔 패치를 포함하여 특수 목적용 겔의 성능을 향상시키는 성분을 포함하는 히드로겔 분야에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 히드로겔 패치의 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 히드로겔 패치의 상부도이다.

도 3은 본 발명의 별도 실시태양의 횡단면도이다.

도 4는 글루콘산 및 과산화수소를 수득하여 전류의 발생을 일으키기 위한, 글루코오스 옥시다아제 (GOX)가 촉매시키는 반응의 약도이다.

도 5는 패치 내의 효소의 농도 및 효소에 의해 촉매된 반응의 결과로서 발생된 전기 신호간의 관계를 나타내는 도표이다.

<실시태양의 설명>

본 발명의 패치를 기재 및 기술하기 전에, 물론 이러한 것은 다양할 수 있으므로 본 발명은 기재된 특정 성분 또는 양으로 제한되지 않는다. 본 발명의 범위는 단지 첨부된 청구항에 의해서만 제한될 것이기 때문에 본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정의 실시태양을 기술하려는 것일 뿐, 제한하려는 것이 아니라는 것을 또한 이해해야만 한다.

본 명세서 및 첨부된 청구항에 사용된 바와 같이, 문맥이 명백하게 다른 것을 지시하지 않는 한, 단수 기재 형태는 복수의 지시 대상을 포함한다는 것을 주지해야만 한다. 따라서, 예를 들어, "염"이라고 언급하는 것은 복수의 염 분자들 및 염의 상이한 종류들을 포함하는 것이고, "효소"라고 언급하는 것은 복수의 효소 분자 등을 가리키는 것이다.

달리 정의하지 않는다면, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속해 있는 업계의 숙련자들에 의해 통상적으로 이해되는 것과 같은 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재되어 있는 것과 유사하거나 또는 동일한 모든 물질 또는 방법들을 본 발명의 실시 또는 시험에 사용할 수 있을지라도, 바람직한 방법 및 물질들을 이제 기재한다. 본 명세서에 언급되어 있는 모든 발간물들은 인용한 발간물에 관련된 특정 정보를 기재, 기술하기 위한 목적으로 포함하였다.

<정의>

"히드로겔", "겔" 등의 용어는 쉽게 흐르지 않는 액체이고, 고체가 아닌 겔인 물질을 가리키는 것으로, 겔은 겔 형성 용질의 0.5 중량% 이상, 바람직하기로는 40 중량% 이하이고, 95% 이하, 바람직하기로는 55% 이상의 수분으로 이루어진다. 본 발명의 겔은 용질, 바람직하기로는 수분을 결합, 포획, 흡수하고 (흡수하거나) 다르게는 수분을 보유하게 됨으로써 결합 및 비결합 수분과 합해진 겔을 생성시키게 되는 상호연결된 세포를 형성하는 합성 용질 (그러나, 예를 들어 젤라틴을 형성하는 천연 용질일 수도 있음)을 사용하여 형성된다. 겔은 겔 형성 용질 및 물 외에, 또한 아래에 정의된 효소 및 염과 같은 추가의 성분을 포함하게 될 본 발명의 히드로겔 패치의 기본 구조이다.

"겔 형성 물질", "용질" 등의 용어는, 일반적으로 상호연결된 세포 및(또는) 용질에 의해 형성되는 망 구조를 포함하여 물을 보유하는 임의의 구조를 형성시킴으로써 생성되는, 물과 합해질 때 겔을 형성하는 고체 물질을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 같은 의미로 사용하였다. 용질은 가죽, 인대, 힘줄 등을 끓임으로써 콜라겐을 가수분해시켜 수득된 단백질의 혼합물을 포함하는 천연 젤라틴의 용질과 같이, 천연 물질일 수도 있다. 그러나, 용질 또는 겔 형성 물질은 습윤제가 첨가될 때는 0.5 중량% 이상 및 40 중량% 이하, 바람직하기로는 8 내지 12 중량%이고, 습윤제가 첨가되지 않을 때는 바람직하기로는, 약 15 내지 20 중량% 범위의 양으로 존재하는 중합체 물질 (폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미도메틸프로판술포네이트 및 그것의 공중합체, 및 폴리비닐피롤리돈이 포함되나, 그에 한정되지 않음)이 더욱 바람직하다. 고체 물질은 0.5 내지 5 중량%의 범위, 바람직하기로는 약 2 중량%의 양으로 존재하는 폴리아크릴산과 같은 추가의 성분을 포함할 수 있고, 폴리아크릴산은 상표명 Carbopol (등록상표)로 시판되고 있다. 바람직하기로는, 겔 형성 물질 또는 겔의 임의의 성분은 측정 및 정량이 악영향을 받게 되는 용질 또는 그것의 검출 가능한 반응 생성물과는 반응하지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐 피롤리돈은 과산화수소와 반응하는 것으로 관찰되었으므로, 따라서 측정될 화합물이 과산화수소인 글루코오스 옥시다아제 반응을 통한 글루코오스 검출용 겔 혈성 물질로는 바람직하지 않다.

겔 형성 물질은 예를 들어, 상기 정의한 바와 같은 겔을 형성하는 가교 결합된 중합체 물질, 또는 물을 흡수하는 천연 또는 합성 스폰지를 포함할 수 있다. 물질은 물을 세포 단위에 부분적으로 포획하여 물을 보유할 수 있거나, 또는 모세관 작용으로 수분을 보유하는 섬유성 종이와 같은 물질일 수 있다. 바람직한 물질들은 수분 및 물질의 중량을 기준으로 하여, 고체 물질의 양과 동량이거나 또는 더 많은 양의 물을 보유할 수 있다. 더욱 바람직하기로는, 물질은 물질 중량의 약 2 내지 5 배, 가장 바람직하기로는 약 15 배 이상의 물을 보유한다.

용어 "수분 손실"은 특정 시간에 걸친 수분의 손실율의 측정값을 가리키는 것으로 본 명세서에 사용하였다. 겔의 최적의 기능을 위해, 수분 손실은 24 시간에 걸쳐 70% 이하인 것이 바람직하다. 수분 손실은 다음과 같이 측정하였다: 직경 약 1.905 cm (0.75 인치)의 겔을 원판 사이에 위치시켜서, 수증기가 단지 겔의 측면으로부터만 새나갈 수 있도록 하였다. 중량 손실은 주위 온도 및 압력 하에서, 24 시간에 걸쳐 선택된 시점에서 측정하였다. 중량 손실은 수분 손실로 인한 결과이었고, 겔의 초기 수분 함량으로 정상화 되었다. 24 시간에 걸친 70% 이하의 겔 건조율이 바람직하였다. 겔의 수분 체류 특성을 개선시키기 위해서, 습윤제를 겔 혼합물에 첨가할 수도 있다.

용어 "완충제"는 한정된 범위 내로 pH를 유지시키기 위해서 패치 또는 겔의 물에 첨가하는 성분을 가리키는 것으로 본 명세서에서 사용하였다. 완충제는 약산 및, 산 또는 알칼리를 첨가할 때 단지 약간의 pH를 변화시키는 그것의 짝 약염기를 포함한다. 약산은 알칼리를 첨가할 때 완충제가 되고, 약염기는 산을 첨가할 때 완충제가 된다. 이러한 완충 작용은 다음 반응에 의해 설명된다.

A + H₂O → B^-+ nH₃O⁺

식 중, n은 양의 정수이고,

B^-는 약염기이고,

A는 약산이다. 염기 B는 대응산 A로부터의 양자 손실에 의해 형성된다. 산은 NH⁴⁺와 같은 양이온, CH₃COOH와 같은 중성 분자, 또는 H₂PO^- ₄와 같은 음이온을 포함할 수 있다. 알칼리가 첨가될 때, 수소 이온은 물로부터 제거되지만, 첨가된 알칼리가 과량의 완충제산이 아닌 한, 많은 수소 이온들은 평형을 유지시키기 위한 A의 추가의 이온화에 의해 대체된다. 산이 첨가될 때, 수소 이온들이 염기 B와 합해져 산 A를 형성함에 따라 이 반응은 역전된다. 이에 한정되는 것은 아니지만,바람직하기로는 히드로겔의 pH를 약 3 - 9, 더욱 바람직하기로는 6 - 8의 범위로 유지시키기에 충분한 양으로 존재하는 인산염 완충제 및 중탄산염을 포함하여 갖가지의 상이한 완충제들이 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.

용어 "염" 및 "염화물 염"은 산의 수소가 금속 또는 그것의 균등물로 대체될 때 형성되는 화합물을 포함하는 염화물을 설명하는 것으로 본 명세서에서 같은 의미로 사용된다. 예를 들어, 다음과 같다.

HCl + NaOH → NaCl + H₂O.

본 발명과 관련하여 유용한 염들은 패치의 전기 전도성을 제공할 만큼 충분한 양의 물 성분에 첨가된다. 염은 히드로겔 중량을 기준으로 하여, 약 0.1 내지 약 5 중량%, 바람직하기로는 0.3 내지 2 중량%의 범위의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 염들은 바람직하기로는 염화물 이온을 포함한다. 바람직한 염들은 염화나트륨, 염화칼륨 및 염화마그네슘으로, NaCl이 가장 바람직하다.

용어 "습윤제"는 물에 대해 친화성을 갖고, 겔 물질의 수분 함량에 안정화 작용을 갖는 물질을 설명하는 것으로 본 명세서에 사용하였다.

용어 "교차 링커" 및 "가교 결합제"는 조사 (예를 들어, U.V., e-빔 등), 열 또는 화학적 수단에 의해 개시될 수 있는 가교 결합을 촉진시키는 중합체와 합해진 화합물을 설명하는 것으로 본 명세서에 사용하였다. 가교 결합은 중합체 또는 중합체들이 중합체 골격 또는 펜던트 잔기 상의 기들을 활성화시키고, 활성화된 기들이 또다른 중합체 사슬 상의 다른 기들과 결합하는 것을 허용하는 전자 빔 방사선, 이온화 방사선, 감마 방사선 또는 U.V. 광과 같은 방사선을 받게되는곳에 가교 결합제를 첨가시킴으로써 향상될 수 있다. 가교 결합은 패치의 구조적 보전성을 향상시킨다.

용어 "살생제"는 세균, 곰팡이, 점균, 진균 등과 같은 미생물의 성장을 사멸 또는 억제시키는 모든 물질을 설명하는 것으로 본 명세서에 사용하였다. 살생제는 또한 사람에도 독성이지만, 바람직하기로는 패치 또는 히드로겔에 비교적 저농도로 사용될 때는 사람 환자에 대해 피부 자극 또는 임의의 악영향 를 일으키지 않는물질일 수 있다. 살생 화학제들은 염소처리된 탄화수소, 유기 금속, 수소 방출 화합물, 금속염, 유기황 화합물, 4급 암모늄 화합물, 페놀류, 메틸 파라벤 등과 같은 화합물들을 포함한다. 살생 화합물이 본 발명과 관련하여 사용된다면, 양은 히드로겔 물질의 중량을 기준으로 하여 0.5 중량% 이하로 사용한다.

용어 "효소"는 일반적으로 천연 분자 및 천연 분자일 수 있는 또다른 분자간의 반응을 촉매시켜 반응 생성물(들)을 생성하는 단백질인 화합물 또는 물질을 설명한다. 본 발명의 효소 단백질은 천연 자원으로부터 분리한 것일 수 있거나 또는 재조합한 것일 수 있다.

용어 "효소 부하량"은 최종 수화된 겔의 그람 당 겔 혼합물에 첨가되는 효소 활성량을 설명하는 것으로 본 명세서에 사용하였다. 혼합물에 첨가되는 효소의 양 (활성 단위, "단위")은 분석물과 신속하게 반응할 만큼 충분한 활성 효소가 존재하여, 겔에서의 분석물의 확산이 속도 제한 요소가 될 정도로 조절된다. 또한, 겔의 가교 결합, 저장 및 취급시, 겔의 조정이 활성 효소의 양을 분석물 확산이 속도 제한 요소로 되는 농도 이하로 감소시키지 않도록 충분한 효소를 첨가한다.

본 발명의 겔의 효소 부하량은 효소 반응이 겔에서의 분석물의 확산에 대해 속도 제한적이도록 충분한 것이 바람직하다. 이러한 조건은 겔 두께, L; 분석물 (글루코오스 옥시다아제로 촉매된 반응에 있어서, 글루코오스와 같은)의 확산 상수, D; 효소 부하량, E; 효소의 촉매 속도 상수, K_c; 효소의 미카엘리스-멘텐 (Michaelis-Menten)속도 상수, K_m간의 관계로 정의된다. 확산-제한 효소 반응 조건이 바람직하기 때문에, 효소 부하량 및 겔 매개 변수는 다음의 관계식에 일치하도록 선택된다;

L(K_cE/K_mD)^1/2≥ 1

<기본 구조>

도 1은 본 발명의 히드로겔 패치와 같은 패치의 횡단면도이다. 겔 패치 성분 (2)와 같은 기본 구조 패치 성분은 반대쪽 표면 상에 방출 라이너 성분 (3 및 4)이 위치한다. 패치가 다소 습하고, 점착성일 수 있다는 점에서, 패치의 취급성을 향상시키기 위해, 방출 라이너 (3 및 4)가 포함된다. 도 2에 나타난 바와 같이, 방출 라이너 (4)는 패치의 외부 모서리가 서로를 향해 굽어질 때, 방출 라이너가 쉽게 제거되도록 하는 관통된 "S-형" 단편 (16)을 포함할 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 방출 라이너의 모서리 부분 (7)은 패치 (2)의 상부면으로부터 이동할 것이고, 이어서 쉽게 벗겨진다.

상기 기재된 바와 같은 패치 성분 (2) 내에 존재하는 성분외에, 패치 성분 2가 겔일 때, 히드로겔 패치 (2) 내에 매립되는 물질층 또는 섬유 또는 부직포 (5)를 포함하는 것이 바람직하다. 장치가 다량의 물로 이루어지고, 특히 얇아서 취급하기 어려울 수 있다는 점에서, 부직포 (5)는 장치의 구조적 보전성을 향상시키는데 도움을 준다. 물질층 (5)는 겔을 통한 전류의 흐름에 역작용을 미치지 않고 패치에 대해 높은 등급의 구조적 보전성을 제공하도록 설계될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또다른 실시태양을 나타낸다. 도 3에 따라서, 주요 구조 성분은 천연 또는 합성 스폰지일 수 있는 스폰지의 형태일 수 있는 흡수성 물질 (8)이다. 흡수성 물질은 처음에는 건조하거나 또는 실질적으로는 어떠한 수분도 없다. 흡수성 물질 (8)은 흡수성 물질의 임의의 얇은 층으로 이루어질 수 있고, 글루코오스 옥시다아제와 같은 동결건조된 효소 등의 다른 성분을 또한 포함할 수 있다. 흡수성 물질 (8)은 방출 라이너 (9)에 의해 하나의 표면에 결합할 수 있다. 다른 표면에서는 흡수성 물질이 수용액 또는 물 (12)를 포함하는 팩키지 (11)의 내용물로부터 흡수성 물질 (8)을 분리시키는 파열 가능한 봉합 (10)으로 덮여진다.

압력을 팩키지 (11)에 가할 때, 봉합 (10)은 파열되고, 수성 성분 (12)는 흡수성 물질 8로 흡수된다. 팩키지 (11)의 내용물 (12)는 너무 많거나 또는 너무 적은 양의 물 및(또는) 그것의 용해된 성분을 포함하지 않도록 하기 위해 조심스럽게 취급된다. 팩키지 (11)의 내용물 (12)가 흡수성 물질 (8)에 의해 완전히 흡수된 후, 파열 가능한 봉합 (10)을 제거하였다. 방출 라이너 (9)도 또한 제거시켰고, 수분 및(또는) 용액 (12)로 포화된 흡수성 물질 (8)을 환자의 피부와 접촉하도록 위치시킨다.

도 3에 나타난 실시태양은 건조 상태의 흡수성 물질 내에 글루코오스 옥시다아제와 같은 효소를 포함할 수 있다는 점에서 유리하다. 이 상태에서 효소는 보다 긴 저장 수명을 갖는다. 그러나, 실시태양은 특정의 단점을 가질 수 있다. 예를 들어, 팩키지 (11)의 모든 용액 및(또는) 물 (12)는 팩키지 (11)로부터 완전히 방출되지 않거나 또는 장치를 사용할 때 수득되는 결과 측면에 다양성을 일으킬 수 있는 흡수성 물질 (8)로 흡수되지 않을 가능성이 있다.

실시태양에 관계없이, 사용된 본 발명의 모든 장치들은 글루코오스와 같은, 그 농도가 측정될 수 있는 생물학적으로 중요한 분자로 분해시키고, 분해된 각각의 분자에 기초한 전류와 같은 신호의 측정 가능하고 예측 가능한 양을 생성시키는 효소를 포함할 것이다. 또한, 장치 각각은 글루코오스와 같은 생물학적으로 중요한 분자 및 임의의 반응 결과 생성물이 통과할 수 있는 겔 (2) 또는 흡수성 물질 (8)과 같은 기본 구조 성분을 포함할 것이다. 본 발명의 임의의 장치는 pH를 비교적 협소한 범위 내로 유지시키는 인산염과 같은 완충제 및 염화나트륨과 같은 염을 포함하여 상기 지시한 바와 같은 추가의 성분을 또한 포함할 수 있다.

도 4는 글루코오스 옥시다아제 (GOX) 효소가 본 발명의 패치로 도입되는 글루코오스와 반응하여 그 결과, 측정될 수 있고, 패치로 들어가는 글루코오스의 양에 비례할 수 있는 전류 형태의 신호를 제공하는 2 개의 전자를 제공하는 전극 표면 상에 형성되는 과산화수소를 발생시키는 과정의 약도이다.

도 1-4의 상기 설명을 기초로 하여, 본 발명의 패치는 갖가지의 상이한 물질로부터 갖가지의 상이한 형태로 배치될 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다. 그러나, 패치는 특정의 한정된 기계, 전기, 화학 및 확산 특성을 갖는다.

<실시태양의 설명>

본 발명은 전자삼투 (electroosmosis)로 공지된 기술을 이용하여, 사람 피부를 통해 이동하는 글루코오스와 같은 생물학적으로 중요한 분자들의 검출과 관련하여 유용하다. 타액, 눈물, 점액, 간질액 및 땀과 같은 체액으로부터 측정가능한 양의 글루코오스를 추출하기 위해, 다른 기술들이 설명되었다. 이러한 기술들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 음파영동, 레이저 절제, 흡입 발포제, 테이프 스트립핑 (tape stripping), 및 피부 침투 증진제가 있거나 또는 없는 수동 확산을 포함한다.

사람 피부를 통한 글루코오스와 같은 분자 이동의 기본 개념은 본 명세서에서 참고 문헌으로 채택된 1994년 11월 8일에 허여된 미국 특허 제5,362,307호 및 1994년 1월 18에 허여된 동 제5,279,543호에 기술되어 있는데, 이 특허들은 전자삼투 (eletroosmosis)를 이용하여 사람 피부를 통해 글루코오스와 같은 분자를 이동시키는 기본 개념을 개시하고 있다. 글루코오스 옥시다아제를 이용하여 전류를 생성시키기 위해서, 피부를 통해 추출될 수 있는 글루코오스와 같은 분자의 매우 소량을 전환시키는 개념은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 1994년 6월 24일자로 출원된 미국 출원 제08/265,084호 및 1995년 1월 10일자로 출원된 미국 출원 제08/373,931호에 기술되어 있고, 이들 출원 모두는 본 출원과 동일한 양수인에게 양도된 권리 하에서 발명된 발명을 기술한다.

본 발명의 히드로겔 패치 또는 다른 장치는 전류를 발생시키는 전극과 접촉시켜 위치시킨다. 전류는 환자 피부를 통해 본 발명의 히드로겔 패치 또는 다른 장치로의 분자 이동을 일으킨다. 글루코오스는 상기에 기재되고, 도 4에 나타난 바와 같이 분해되어 과산화수소를 생성하는데, 과산화수소는 전극과 접촉하여, 검출될 수 있고, 장치로 도입되는 글루코오스의 양에 비례할 수 있는 전류를 생성시키는 전자를 방출한다.

장치의 조성, 크기 및 두께는 다양할 수 있고, 이러한 변이는 장치가 사용될 수 있는 시간에 영향을 미친다. 도 1의 히드로겔 패치 또는 도 3의 장치는 일반적으로 약 24 시간에 걸쳐 유용성을 제공하도록 설계되었다. 그 시간이 지나 후, 특성에 있어서 다소의 저하가 예상될 수 있고, 장치는 교체되어야 한다. 본 발명은 예를 들어, 6 내지 12 시간의 보다 짧은 시간, 또는 예를 들어 1 내지 30 일의 보다 긴 시간에 걸쳐 사용되는 장치를 기대한다.

보다 넓은 의미에 있어서, 본 발명의 패치는 임의의 생의학적으로 중요한 물질을 사람 환자의 피부를 통해 추출하고, 그 물질을 또다른 물질 또는 물질들과 반응시키는 것으로 이루어지는 방법을 수행하는데 사용할 수 있다 (예를 들어, 10 내지 100 배 이상 더 빠른 것과 같이, 반응은 효소의 사용에 의해 크게 촉진된다). 반응은 전기 화학적으로, 또는 패치로 도입된 생물학적으로 중요하거나 또는 생의학적으로 중요한 물질의 양을 기준으로, 비례하여 생성되는 신호의 생성에 의한 다른 수단에 의해 검출할 수 있는 생성물을 형성한다. 상기 인용한 특허들에서 설명된 바와 같이, 피부를 통해 글루코오스와 같은 생화학적으로 중요한 물질을 끌어내는 능력은 확립되었다 [미국 특허 제5,362,307호 및 동 제5,279,543호 참조]. 그러나, 끌려 나온 화합물의 양은 흔히 매우 소량이어서, 추출된 물질을 정확히 측정할 수 없고, 임의의 표준과 부합될 수 없다는 점에서 이러한 방법론의 사용을 의미있게 한다는 것은 불가능하다.

본 발명은 글루코오스와 같은 생의학적으로 중요한 물질 및 산소와 같은 또다른 물질 사이의 반응을 촉매할 수 있는 효소를 포함하는 패치를 제공한다. 본 발명과 관련하여, 산소를 패치에 첨가할 필요는 없지만, 자연히 패치로 주입되어 글루코오스 옥시다아제 존재하에서 글루코오스와 반응하여 글루콘산 및 과산화수소를 형성하게 될 것이다. 과산화수소는 패치로 도입된 글루코오스의 양에 비례하여 생성된다. 과산화수소는 과산화수소 농도에 비례하여 전류를 생성시키는 2 개의 전자를 방출시켜서 적합한 센서 (sensor)로 전기화학적으로 검출할 수 있다. 히드로겔의 성분들은 그 성분이 과산화수소로 의미있게 분해되지 않고, 그것의 정량에 악영향을 미치지 않을 만큼 선택한다. 바람직하기로는, 카탈라제, 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), BHT 및 BHA와 같은 산화방지제 및 다른 과산화물 분해 성분과 같은 성분들은 글루코오스 옥시다아제 반응에 의해 생성되는 과산화수소의 정량이 손상되지 않는 정도로 감소되거나 또는 제한된다.

본 발명은 혈 중 글루코오스 농도의 1/10, 1/100 또는 심지어 1/1000 단위인 글루코오스의 양을 검출 및 측정하는 것을 허용한다는 점에서 주목할만하다. 예를 들어, 글루코오스는 혈액에 약 5 밀리몰의 농도로 존재할 수 있다. 그러나, 피부를 통해 글루쿠오스를 빼내는 본 발명의 패치에서의 글루코오스 농도는 2 내지 100 마이크로몰의 등급이다. 마이크로몰량은 밀리몰량의 1/000 단위이다. 이와 같이 작은농도의 글루코오스를 검출하는 능력은 효소를 포함시키고, 본 명세서에 기재된 유형의 기계, 전기, 화학 및 확산의 특성을 포함하여 다수의 특성을 제공함으로써 달성된다. 이러한 특성들은 하나의 중요성이 또다른 중요성을 저하시키지 않도록, 조심스럽게 균형을 이루어야 한다. 예를 들어, 가교 결합을 수득하고, 패치의 구조적 보전성을 향상시키기 위해서 방사선을 이용하는 것이 현실의 상업적 유용성을 갖는 장치에 있어서 중요하다. 그러나, 방사선은 종종 효소의 활성을 저하시킨다. 장치를 제조할 때, 방사선 조사 전에 효소를 포함시키는 것이 필요하다. 즉, 효소가 방사선 조사된다. 그러나, 본 출원인들은 글루코오스 옥시다아제를 포함시킴으로써, 가교 결합의 필요한 정도를 수득하기에 충분한 방사선의 양은 효소의 활성을 두드러지게 저하시키지 않는다는 것을 밝혀 내었다. 패치는 구조적 보전성을 향상시키기 위해 두께를 증가시킬 수 있지만, 패치의 두께는 바람직한 확산 특성을 감소시키고, 바람직하지 않은 저항을 증가시킨다.

<본 발명의 기능성 성분 설명>

본 발명은 사람 환자의 피부로부터 매우 소량의 글루코오스의 침윤을 허용하고, 글루코오스의 확산 및, 효소 존재하에서의 반응을 허용하여, 결과적으로 장치로 도입되는 글루코오스의 양을 측정하고, 그것에 비례할 수 있는 전류를 생성시키는 전자와 같은 검출 가능한 신호의 발생을 일으키도록 하는 의도된 목적에 유용하도록 하기 위해서, 몇 가지의 기본 특성을 제공해야 한다. 장치에서의 바람직하지 않은 물질 구성, 효소의 저하 등과 같은 요인들에 관련한 까닭에, 장치는 환자에 의해 용이한 방식으로 쉽게 대체될 수 있어야 한다. 따라서, 장치는 상당한 구조적 보전성을 가져야 하고, 전류의 흐름을 제공하고, 글루코오스 옥시다아제와 같은 효소를 포함해야 한다.

겔 형성 물질: 본 발명의 겔은 물을 보유하고 포획하는 망 구조를 형성하게 됨에 따라, 물과 합해질 때 겔을 생성시키는 용질 물질을 포함한다. 그러나, 스폰지의 얇은 층과 같은 흡수성 물질 또는 큰 비율의 물을 흡수하는 다른 물질로 흡수될 수 있다. 물질은 친수성일 수 있고, 자연적으로 및(또는) 계면활성제 및(또는) 습윤제 존재하에서 물을 흡수한다.

효소: 본 발명의 필수 성분은 글루코오스와 같은 생의학적으로 중요한 분자와의 반응을 촉매시켜서, 예를 들어 글루코오스와 같은 반응된 분자의 양을 검출할 수 있고, 그 양에 비례하는 전류의 발생으로부터 전기화학적으로 검출될 수 있는 것과 같이, 반응의 생성물이 검지될 수 있는 정도로 반응을 촉매시킬 수 있는 효소이다. 적합한 효소는 글루코오스를 글루콘산 및 과산화수소로 산화시키는 글루코오스 옥시다아제이다. 적합한 전극 상에서 과산화수소의 연속적인 검출은 장치로 도입되는 글루코오스의 양을 검출할 수 있고, 그것에 비례하는 전류를 생성시키는 과산화수소 분자 당 2 개의 전자를 발생시킨다 (도 4 참조). 글루코오스 옥시다아제 (GOX)는 상업상 입수 용이하고, 촉매적 특성이 잘 알려져 있다. 그러나, 다른 효소들도 또한 글루코오스와 같은 생물학적으로 중요한 분자와의 반응을 촉매시켜서, 글루코오스와 같은 반응된 분자의 양에 비례하여 검출 가능한 생성물의 발생을 일으킨다면, 이들도 또한 사용할 수 있다. 글루코오스 옥시다아제가 효소라는 점에 서, 비교적 소량으로 존재할 수 있고, 장지는 여전히 작동 가능할 수 있다. 효소가 반응으로 도입되는 것이 아니라, 다만 반응을 촉매시키게 됨에 따라, 글루코오스 분자와 같은 많은 수의 분자를 분해시키는데 사용할 수 있다는 것은 사실이다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서, 글루코오스 옥시다아제는 글루코오스의 분해를 허용하기 위해 장치로 도입되는 임의의 글루코오스와 글루코오스 옥시다아제 효소가 거의 즉시 접촉할 만큼 충분한 양으로 존재한다. 달리 말해서, 글루코오스 옥시다아제는 글루코오스양의 큰 비율이 글루코오스의 분해를 허용하기 위한 글루코오스 옥시다아제 효소의 유용성을 기대하며 존재할 만큼 작은 농도로 존재하지는 않는다. 일반적으로, 본 발명자들은 본 발명의 히드로겔 패치를 사람 피부와 접촉시키고, 글루코오스를 추출하기 위해 전류를 가할 때, 패치는 도입되는 모든 글루코오스가 히드로겔의 그람 당 약 200 단위 (unit) 이상의 글루코오스 옥시다아제인 이용 가능한 효소 분자를 갖도록 하기 위해 글루코오스 옥시다아제의 충분한 양을 포함해야 한다는 것을 밝혀내었다. 글루코오스 옥시다아제는 히드로겔의 그람 당 약 10 단위 내지 5,000 단위 이상의 양으로 존재할 수 있다. 글루코오스 옥시다아제가 12.7 x 10^-4(5 mil) 두께 겔의 그람 당 100 내지 200 단위의 농도로 존재할 때, 효소와 글루코오스의 반응 속도는 겔로 확산되는 모든 글루코오스를 과산화수소 및 글루콘산으로 반응시킬 만큼 충분히 높은데, 다시 말해서, 분석물, 포도당의 확산은 속도 제한 요소이다. 겔로 주입되는 글루코오스는 미반응된 상태로 남아 있지 않은 반면, 유리 효소는 산소와 반응하기에 유용하게 된다. 도 5의 커브는 히드로겔의 그람 당 약 200 단위의 글루코오스 옥시다아제 농도에서 실질적으로 수평이다. 그러나, 모든 글루코오스가 글루콘산 및 과산화수소로 쉽게 분해된다는 것을 보증하기 위해서 과량의 효소를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 히드로겔의 그람 당 2,000 단위와 같은 많은 양이 사용되어야 한다. 이것은 장치를 보관할 때 (즉, 저장 기간의 확대를 제공) 효소의 특정 비율의 분해를 허용하고, 또한 12 시간 내지 1 주일 그러나, 더욱 바람직하기로는 약 24 시간 일 수 있는 시간에 걸쳐 장치를 사용하는 동안 효소의 얼마간의 분해를 허용한다. 효소의 활성을 유지시키기 위해서, 효소 안정화제를 포함하는 것이 유용하다. 효소 농도 및 글루코오스와의 반응에 의해 발생하는 신호간의 관계는 도 5에 나타냈고, 글루코오스와 산소와의 반응은 도 4에 나타냈다.

전해질: 전해질은 본 발명의 또다른 필수 성분이다. 전해질은 물에서의 이온성 전류의 흐름을 허용하도록 존재하여야 한다. 전해질은 염화물 이온과 같은 염이 바람직하다. 따라서, 염화나트륨 및 염화칼륨과 같은 염들은 본 발명과 관련하여 사용할 수 있고, 염화나트륨이 특히 바람직하다. 본 발명의 완충제 성분은 염화나트륨과 같은 추가의 전해질의 첨가 없이, 완충제 뿐만 아니라 전해질로서 작용할 수 있다. 겔의 이온 강도가 바람직하기로는 약 10 mM 내지 200 mM 사이가 되도록 전해질을 겔 혼합물에 첨가한다.

완충제: 완충제는 비필수 성분이지만, 본 발명과 관련하여 사용되는 것이 바람직하다. 완충제는 장치의 pH를 목적하는 범위 내로, 바람직하기로는 약 3 - 9의 범위로 유지시키기 위해 포함된다. 완충제는 유용한 특성을 제공한다. 첫 째로, 완충제는 글루코오스 옥시다아제가 비교적 안정하게 존재하는 범위 내로 pH를 유지시킨다. 둘 째로, 본 발명이 피부와 첩촉한 상태로 유지된다는 점에서, 피부 자극을 피하기 위해서, pH 범위는 중성 근처로 유지시킨다. pH를 안정화시킴으로써, 피부를 통한 패치로의 글루코오스 유입은 시간 경과에 따라 불규칙하다. 갖가지의 유용한 완충제들이 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다. 특히 바람직한 완충제는 인산염 완충제를 포함한다. 그러나, 용어 "완충제"의 정의에 관하여 상기 정의한 종류의 갖가지의 상이한 완충제들은 본 발명과 관련하여 성공적으로 사용될 수 있다. 완충제는 인산염, 시트르산염, 중탄산염, 숙신산염, 아세트산염 및 락트산염의 다양한 염일 수 있다.

습윤제: 본 발명의 또다른 비필수 성분은 습윤제이다. 습윤제는 본 발명을 사용하여 수득한 결과들에 일관성을 제공한다는 점에서, 이를 포함하는 것이 중요하다. 더욱 구체적으로, 습윤제는 장치 내에 존재하는 물의 백분율 양을 매우 협소한 범위로 유지시키기 위해 사용한다. 겔의 수분 함량을 유지시킴으로써, 장치는 일정하게, 글루코오스와 같은 주어진 분자의 동일량의 이동을 불규칙하지 않은 속도로 허용하고, 글루코오스와 같은 분자의 분해에 의해 생성된 이온의 흐름을 동일한 속도로 허용할 수 있다. 습윤제는 히드로겔 패치의 총중량을 기준으로 하여, 0.5% 내지 50%의 범위의 매우 소량으로 존재할 수 있다. 유용한 습윤제에는 글리세롤, 헥실렌 글리콜, 및 소르비톨이 있다. 습윤제가 원인이 되는 전기적 소음은 특정 겔, 전극, 및 예상되는 작동 전압 조건의 허용되는 범위 내에서 측정된다. 이러한 범위는 바람직하기로는 약 200 nA 이하, 더욱 바람직하기로는 약 50 nA 이하이다.

가교-링커: 상기에 지시한 바와 같이, 본 발명은 바람직하기로는, 겔을 형성하는 배합인 폴리에틸렌 옥사이드와 물을 배합함으로써 형성시킨 히드로겔의 형태로 제공된다. 겔의 구조적 보전성은 많은 양의 물이 존재할 때 특히 약하고, 장치를 통한 글루코오스 및 전류 흐름의 능력을 향상시키기 위해서는 더 많은 양의 물을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 수분의 양이 증가함에 따라 장치의 구조적 보전성 및 취급성은 감소한다. 장치의 조작성을 증가시키고, 구조적 보전성을 증가시키기 위해서, 가교 결합제를 포함하는 것이 바람직하다. 가교 결합제는 상이한 중합체 사슬간의 반응을 제공하는 화학 성분으로서 제공될 수 있다. 이와는 달리, 가교 결합은 이온화 방사선을 제공하여 수행할 수 있다. 이러한 방사선은 바람직하기로는,중합체 사슬을 함께 결합시키는 전자 빔 방사선의 형태로 제공된다. 방사선과 함께 합해져 사용될 때 가교 결합을 촉진시키는데 사용하는 다양한 가교 결합제들은 미국 특허 제4,684,558호 및 제4,989,607호에 기술되어 있고, 두 특허 모두는 겔의 형성과 관련하여 사용된 가교 결합제 및 방사선 조사 방법을 기술하기 위해 본 명세서에 참고로 포함하였다. U.V. 조사와 함께 사용하기에 유용한 가교 결합제로는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 폴리프로필렌 글리콜 모노메타크릴레이트; 폴리프로필렌 글리콜 모노아크릴레이트; 폴리에틸렌 글리콜 (600) 디메타크릴레이트; 트리알릴이소시아누레이트 (TAIC); 디알릴이소시아누레이트 (DAIC); 폴리에틸렌 글리콜 (400) 디아크릴레이트; SR 415 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트; SR 9035 에톡시화 트리메톨프로판 트리아크릴레이트가 있다. U.V. 조사를 이용한 가교 결합에 있어서, 광개시제를 사용할 수 있다. 이러한 광개시제의 예로는 Esacure (등록상표) KB1 벤질디메틸 케탈; Esacure (등록상표) TZT 트리메틸벤조페논 블랜드; Esacure (등록상표) ITX 이소프로필티오크산톤; Esacure (등록상표) EDB 에틸 4-(디메틸아미노) 벤조에이트; BP 벤조페논이 있다.

본 발명에 있어서 유용한 E-빔 방사선 및 감마 방사선 가교 결합제로는 이에 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 (Sartomer (등록상표) 350, 미국 펜실바니아주 엑스톤 소재 Sartomer Company) 및 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드가 있다.

본 발명에 있어서 유용한 열 및 화학 가교 결합제로는 이에 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 (Sartomer (등록상표) 350), N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 및 글루타알데히드가 있다. 유용한 가교 결합 개시제로는 이에 한정되는 것은 아니지만, 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN), 및 벤조일 퍼옥사이드가 있다.

가교 결합제들은 상기 기술된 바와 같은 겔의 목적하는 물리적 특성을 허용하는 양으로 겔 혼합물에 첨가된다. 가교 결합 후, 겔에 존재하는 잔류 가교 결합제의 양은 바람직하기로는, 겔 패치를 사용하는 시간 동안 겔이 환자의 피부와 접촉할 때 환자에 무독한 양이다.

살생제: 상기 지시한 바와 같이, 본 발명의 히드로겔 패치 또는 다른 장치는 사람 피부와 접촉하여 사용하고자 한다. 또한 장치는 팩키지화될 수 있고, 사용하기 전에 비교적 장시간 동안 보관될 수 있다. 이러한 관점에서, 살생제 화합물을 장치 내로 혼입하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 살생제는 상기 "살생제"의 정의에 기재된 종류의 미생물의 성장을 사멸시키고 (사멸시키거나), 억제시키기에 충분한 양으로 존재한다.

<겔의 물리적 특성>

확산: 확산 특성에 관하여, 패치는 피부로부터 글루코오스와 같은 생물학적으로 중요한 분자의 주입, 및 궁극적으로는 전류와 같은 검출 가능한 신호의 발생을 일으키는데 필요한 양으로, 패치를 통한 분자 및 반응 생성물 (예를 들어, 글루콘산 및 과산화수소)의 이동을 허용할 수 있어야 한다. 실시예 5에 따라, 히드로겔 패치는 8 x 10^-6cm²/초의 과산화수소 확산 및 1 x 10^-6cm²/초의 글루코오스 확산을 허용한다. 예를 들어, 과산화수소 및 글루코오스에 대해서 각각, 약 10^-6cm²/초 및 10^-7cm²/초 이상의 속도가 바람직하다. 확산 특성은 어느 정도 기계적 특성과 관련되어 있고, 장치로 도입되는 글루코오스와 같은 분자를 측정될 수 있는 전류와 같은 신호의 예정량으로 비례하여 전환시키는 1회용 장치인 목적하는 최종 결과를 수득하기 위하여 장치의 모든 특성들은 서로 연관되어 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서, 24 시간 동안 피부와 접촉한 후, 패치는 약 20 ㏀ 이하, 바람직하기로는 약 1 ㏀ 이하의 저항을 갖는다.

겔의 특성 시간은 겔의 두께 (L, 분석물의 확산 거리) 및 분석물의 확산 상수 (D)의 함수로서 상기 기재된 바와 같이 측정된다. L 및 D 매개 변수간의 관계식은 다음과 같다:

L²/D = 특성 시간, 분.

바람직하기로는, 본 발명의 겔의 특성 시간은 약 6 초 내지 45 분이다. 바람직하기로는, 겔에서의 분석물의 측정은 일정하게 행한다 (예를 들어, 측정은 5 분 동안에 걸쳐 통합될 수 있고, 1 일 동안에 걸쳐 20 분 마다 행한다). 바람직하기로는, 겔에서의 특정 분석물에 대한 D는 물 단독에서의 분석물의 확산 속도의 0.1 배 보다 더 느리지 않아야 한다. 더욱 바람직하기로는, 겔에서의 특정 분석물에 대한 D는 물에서의 확산 속도의 0.25 배 이상이다. 겔의 가교 결합은 분석물의 확산이 검출시의 속도 제한 요소가 되도록 변할 수 있다.

겔 응집: 본 발명의 히드로겔 패치 형태 및 다른 형태들은 바람직하기로는, 약간 점착성이고, 사람 피부에 부착되어 패치가 배치되는 피부의 외형에 부합하게 될 것이다. 따라서, 패치는 유연성이고, 피부에 부착되어 중력에 의해 떨어지지 않게 될 정도로 접착성일 것이다. 또한, 패치를 제거시키 때, 패치는 피부로부터 벗겨져 제거될 정도로 충분히 접착성이지 않고, 제거시킨 후 , 피부에 잔류하는 촉각성 히드로겔이 남겨질 정도로는, 피부에 부착되지 않을 것이다.

전도성: 전기적으로, 패치는 충분한 전도성을 제공해야 하고, 24 시간 동안 피부와 접촉된 후, 약 20 ㏀ 이하, 바람직하기로는 1 ㏀ 이하의 저항을 가져야 한다. 또한, 패치는 바람직하기로는 패치를 사용할 때 생성되는 배경 소음이 가능한 한, 0 에 근접하도록 전기 환경을 만들어야 한다. 가교 결합된 겔 상에서 측정할 때, 바람직하기로는 배경 소음의 양은 500 nA 이하, 특히 바람직하기로는 200 nA 이하, 가장 바람직하기로는 50 nA 이하이다.

구조 지지재: 히드로겔 패치는 겔 내에 매립되는 구조 지지재를 포함할 수 있는데, 지지재로는 직포, 부직포, 분산 섬유 또는 막이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 히드로겔 패치로 도입된 바람직하지 않은 물질을 여과 제거시키는데 도움을 주는 막을 포함하는 것이 가능하다. 이러한 구조 지지재는 겔에 매립되고, 바람직하기로는 히드로겔 패치와 부합하는 크기 및 외형을 갖는다. 갖가지의 상이한 물질들이 구조 지지재를 제공하는데 사용될 수 있다. 유용한 부직포로는 Reemay 2200, 2000 및 2400 시리즈로 시판되고 있는 것들이 있다. 층은 곧거나 또는 주름진 섬유일 수 있는 스펀본디드 폴리에스테르일 수 있다. 초 흡수성 섬유 또는 천을 사용하는 것이 가능하다. 상업상 입수 가능한 물질로는 Camelot Fiberdre(등록상표), Verlee (부직포), Dupon Sontara (등록상표) (폴리에르테르 혼방천) 및 Kendall 부직포를 포함한다. 개방 셀 및 폐쇄 셀 물질들이 사용될 수 있다.

화학적 특성: 패치의 화학적 특성들은 측정할 물질 (예를 들어, 과산화수소)의 분해 또는 열화가 약 30 분에 걸쳐 20% 이하인 환경을 제공해야 한다. 또한, 환경은 효소가 심각하게 열화되거나, 피부가 심각하게 자극을 받지 않게 되도록 제공된다. 겔을 통한 분석물의 확산이 분석물 측정의 속도 제한 요소로 될 만큼 충분한 양의 효소가 히드로겔에 존재하는 것이 바람직하다. 따라서, 패치는 약 3 내지 9의 pH 범위로 유지시키는 것이 바람직하다. 바람직하기로는, 글루코오스 옥시다아제가 α-글루코오스 보다 150 배 더 빠른 속도로 β-글루코오스를 글루콘산으로 전환시키기 때문에, α-글루코오스의 β-글루코오스로의 최적의 전환 속도를 허용하도록 pH를 조절한다. 최적이라는 용어는 이에 한정되는 것은 아니지만 효소 안정성, 글루코오스의 이온영동적 유입, 피부 자극 등을 포함하는, 겔에서의 여러 매개변수들의 균형을 가리킨다. β-글루코오스 : α-글루코오스의 비율은 약 2 :1이다. 변광 회전 속도를 향상시키기 위해서는 약 7 이상 또는 약 4 이하의 pH가 바람직하다. 전체 글루코오스 (α-글루코오스 및 β-글루코오스)가 과산화물로 전환되는 조건은 측정 시간 (t_m) 이하, 바람직하기로는 측정 시간의 3 분의 1 이하이다. 이러한 조건들에는 약 10 mM 이상의 인산염 완충제 농도, 약 7 이상 또는 약 4 이하의 pH, 또는 효소, 뮤타로타아제의 첨가가 포함되나, 그에 제한되지는 않는다. 그러나, 어느 정도의 화학 및 전기적 특성은 상호 관련되어 있다. 따라서, 겔의 pH를 효소의 안정성 및 α-글루코오스에서 β-글루코오스로의 변광 회전 현상을 촉진시키는 농도로 유지시키는 것에 덧붙여서, 전기 영동적 유입을 증진시키는 pH를 선택한다. 이러한 매개 변수들은 또한 사용자의 피부 자극을 최소화 하기 위해 균형을 이룬다.

본 발명의 히드로겔은 2 가지의 주요한 측면, 즉 환자에 의해 조작되기 전, 예비 수화된 겔 패치, 및 무수 상태이고, 사용하기 직전 환자에 의해 수화되는 겔 패치를 제공한다. 최종 수화 겔의 특징은 본 발명의 각각의 측면에 대해 상기 기재한 바와 같다. 예비 수화 겔 및 무수 겔의 일반적 특징은 하기와 같이 제공된다.

수화 겔: 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 장치는 다수의 상이한 외형으로 구성될 수 있다. 기본 개념은 큰 비율의 물이 존재하도록 허용하고, 다양한 분자들 (예를 들어, 이온)이 쉽게 확산되고, 글루코오스가 주입될 수 있는 적소에 보유되는 성분을 제공하는 것이다. 현재, 바람직한 외형은 물을 보유하고, 물의 존재하에 겔을 형성시키는 망과 같은 하나 이상의 구조를 형성시키는 겔 형성 물질로 이루어진 히드로겔 패치를 사용하는 것이다.

겔 형성 물질은 단일 성분 또는 복합 겔 형성 성분으로, 이들의 합계가 히드로겔 패치의 총 중량을 기준으로 하여, 약 0.5 중량% 내지 40 중량%의 양이 되도록존재한다. 본 발명의 특히 바람직한 실시태양에 있어서, 폴리에틸렌 옥사이드는 약 2% 내지 20%, 다욱 바람직하기로는 10%의 양으로 존재한다. 폴리아크릴산이 존재한다면, 약 0.5% 내지 5%의 범위, 더욱 바람직하기로는 2%의 양으로 첨가된다. 용액 중에 다른 성분을 포함하는 물은 45 - 95% 또는 바람직하기로는, 약 65 - 80%의 양으로 존재한다.

겔 형성 물질 이외의, 패치의 잔류물은 필수적으로 효소를 포함하는 수용액으로 이루어진다. 목적하는 측정이 글루코오스를 검출하는 경우에는, 효소가 글루코오스 옥시다아제인 것이 바람직하다. 겔을 통한 분석물 확산이 측정에 대한 속도 제한 요소로 남을 만큼 환자에 의해 사용된 최종 겔에서의 효소가 충분히 활성적이도록 효소의 양을 첨가시킨다. 효소의 양 (효소 부하량)은 효소 및 겔 조작 방법에 따라 다양하다. 잠재적으로 효소를 분해시킬 수 있는 공정에는 겔의 pH, 가교 결합 조건, 보관 온도, 광선, pH 변화, 및 환자에 의한 용법이 포함하나, 그에 제한되지는 않는다. 따라서, 효소 부하량은 이들 공정에 기인한 효소 활성의 잠재적 손실을 보충하게 될 것이다. 예를 들어, 글루코오스 옥시다아제가 효소인 경우, 겔 당 약 1000 단위, 바람직하기로는 2000 단위가 사용된다. 겔 조작 공정이 변화됨에 따라서, 효소 부하량을 변화시킬수 있는 (증가 또는 감소), 본 발명의 범위 내에 있다. 마지막으로, 겔에 첨가된 효소는 미생물로부터의 분리와 같은, 천연 자원으로부터 온 것일 수 있거나 또는 재조합 또는 화학적 수단에 의해 제조될 수 있다.

겔의 또다른 성분은 물을 전기적으로 전도성이게 하는 염이다. 이러한 염은 바람직하기로는, 염화나트륨이다. 용액은 히드로겔 패치의 pH를 약 3 - 9의 범위로 유지시키는 완충제와 같은 다른 성분을 포함할 수 있다. 염화물 염은 완충염이 겔에 포함되고 충분한 전도성을 제공하면서, 또한 최적의 pH를 유지시키는 경우에서는 제외될 수 있다.

겔 성분에는 살생제 (예를 들어, 메틸파라벤), 습윤제 (예를 들어, 소르비톨, 헥실렌 글리콜, 또는 글리콜), 및 이온성 또는 비이온성 계면활성제 (예를 들어, 폴록사머)가 또한 포함될 수 있으나, 그에 제한되지는 않는다. 겔은 방사선 조사, 열 활성화 또는 화학 활성화로 가교 결합을 증진시킴으로써, 보다 큰 구조적 보전성을 제공하는 가교 결합제를 포함한다.

많은 양의 물은 글루코오스의 주입 및 그 내부에서의 전류의 전도를 보다 쉽게 허용하는 장치를 제공한다는 점에서, 가능한 한 많은 양의 물을 포함하는 기본 물질을 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 물의 양이 증가함에 따라 장치의 취급 용이성과, 장치 성분의 유지성 및 구조적 보전성은 감소된다. 이런 이유로 인해, 종종 폴리아크릴산 (예를 들어, Carbopol (등록상표))과 합해진 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리에틸렌 옥사이드와 같은 합성 중합체 물질 (예를 들어, WSR-NF 등급 Polyox (등록상표))로 이루어진 겔을 사용하는 것이 바람직하고, 중합체는 화학 가교 결합제를 이용하거나 또는 전자 빔 방사 또는 U.V. 조사에 의해 제공될 수 있는 것과 같은 방사선을 적용시킴으로써 가교 결합될 수 있다.

겔 형성 물질의 갖가지의 상이한 종류들은 당업자들에게 공지되어 있다. 예를 들어, 히드로겔을 형성하는 물질들은 미국 특허 제4,684,558호에, 고 전도성 접착 히드로겔은 미국 특허 제4,989,607호에 기술되어 있고, 이들 모두는 히드로겔의 형성에 사용되는 물질들, 이러한 히드로겔의 형성 방법, 및 이러한 히드로겔의 형성과 관련하여 사용할 수 있는 물질 및 장치들을 기술하고 기재하는데 본 명세서에 참고 문헌으로 채택되었다. 이들 특허 각각은 본 명세서에 참고로 인용한, 겔 형성에 사용되는 다른 물질들을 기술하는 다수의 다른 미국 특허 및 다른 발간물을 인용한다. 최근, 환자에 제약상 활성제를 장기간 적용용 패치의 형성에 사용할 수 있는 겔이 기술된, 1993년 5월 27일자로 공개된 국제 공개 제93/10163호에 기술된 바와 같은 겔을 사용하는 것이 가능하다는 것이 지적되었는데, 이 발간물은 이러한 겔을 기술하는 참고문헌으로 본 명세서에서 포함하였다.

무수 겔: 본 발명의 또다른 측면에 있어서, 천연 또는 합성 또는 섬유성 종이, 폴리에틸렌 옥사이드, Carbopol (등록상표), Loprasorb (등록상표), 폴리에스테르, 폴리에스테르 망사, 및 친수성인 다른 유사물질일 수 있는 스폰지 형태일 수 있는 흡수성 물질과 같은 용질 물질이 제공된다. 흡수성 물질의 이러한 얇은 층은 그것에 매립되는, 무수 상태의 필수 성분을 가질 수 있다. 예를 들어, 물질은 동결 건조 글루코오스 옥시다아제 및 염화나트륨 뿐만 아니라, 인산염 또는 중탄산염과 같은 pH 완충제를 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에 있어서, 그것에 매립되는 건조된 성분을 갖는 용질 물질이 파열성 팩키지 내의 물 또는 용액의 예정된 양과 함께 제공된다. 환자가 팩키지에 압력을 가할 때, 물이 흡수성 물질 내에 방출되어 흡수성 물질은 물을 흡수하고, 흡수성 물질 내 용액의 효소 염 및 완충제를 끌어오게 된다. 물은 살생제 또는 습윤제와 같은 다른 성분들을 포함할 수 있다. 별도의 실시태양에 있어서, 용액은 염, 효소, 및 완충제를 포함할 수 있다. 그러나, 효소는 용액 내에 포함될 때 보다는 무수 상태에서 더욱 안정하다는 점에서, 적어도 흡수성 물질 내에 동결건조 상태의 효소를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 또다른 실시태양에 있어서, 내부에 무수 성분이 매립된 흡수성 물질은 환자가 물질을 수화시키고 겔을 형성시키기 위해 단지 물 또는 식염만을 첨가하도록 제공된다.

하나의 바람직한 수화겔은 약 0.02 - 6 x 10⁶달톤의 중량 평균 분자량을 갖는 가교 결합 폴리에틸렌 옥사이드의 4 중량% 이상, 바람직하기로는 35 중량% 이하의 양을 포함하고, 이 물질은 약 0.2 내지 약 5 메가라드 (Mrad)의 고 에너지 조사를 받는다. 특정 물리 특성 및 이들 특성을 측정하는데 사용하는 시험들은 미국 특허 제4,684,558호에 기술되어 있다. 폴리에틸렌 옥사이드를 사용하는 것 외에, 폴리에틸렌 옥사이드 단독 또는 다른 중합체 형성 물질과 합해진 것의 다양한 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 바람직한 실시태양에 있어서, 중합체 형성 물질들은 분석물의 정량에 악영향을 미치지 않는다. 폴리에틸렌 옥사이드는 미국 특허 제4,989,607호에 기술된 바와 같이, 그 자체로서 또는 점도-증진 친수성 중합체와 합해져 사용할 수 있다.

다음 실시예들은 당업자들에게 본 발명의 패치 제조 방법의 완벽한 개시 및 설명을 제공하기 위해 주어진 것으로, 본 발명자들이 그들의 발명으로 간주하는 것의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 사용된 숫자 (예를 들어, 양, 특정 성분 등)에 대한 정확도를 보증하기 위한 노력이 행해졌으나, 약간의 실험적 오차 및 편차는 고려되어야 한다. 달리 지시하지 않는 한, 부는 히드로겔의 총중량을 기준으로 한 중량부이고, 물 중에 용해된 성분들은 용액의 백분율로서 측정되었고, 분자량은 중량 평균 분자량이고, 온도는 섭씨도이고, 압력은 대략 대기압이다.

<실시예 1>

이 실시예는 본 발명의 겔의 물리적 성질 중 몇몇을 특성화하기 위한 무제한적 방법을 기재한다. 하기 표 1에 기재된 겔은 본 명세서에 기재된 바와 같이 제조하였으며, 하기에 주어진 순서로 시험하였다.

성분	제제 번호
성분	60	63	70	101	103
Polyox (등록상표) WSR 205, %	7.5	7.5	7.5	7.5	8.5
Carbopol (등록상표) 910 P NF, %					2
Carbopol (등록상표) 974 P NF, %			1	2
KCl, %	5
NaCl, %		0.45	0.45	0.45	0.45
NaHCO₃, %		0.5	0.5	0.5	0.5
글리세롤, %	10	10	10		10
헥실렌 글리콜, %				10
비스아크릴아미드, %	2	2	2	0.5	0.5
물, 나노 순도 (nanopure), %	75.5	79.55	78.55	79.05	78.05

제제 번호는 316 시리즈를 가리키며, 성분의 중량은 수화된 겔의 중량을 기준으로한 백분율이다. 각각의 제제에는 겔 1 g당 글루코오스 옥시다제 100 단위가 함유되어 있다. 비스아크릴아미드는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드를 가리킨다.

상기에 기재된 겔 혼합물의 성분은 최종적인 겔의 물리적 성질이, 환자의 피부를 통해 흡수되어 반응되고 그 반응 생성물이 검출 및 정량되는 글루코오스와 같은 분석물의 양에 대해 최적화되도록 조절되었다. 상대적으로 소량의 글루코오스가 장치에 들어간 경우에는 장치는 예를 들어 5 ㎛ 내지 1.27mm (50 mils), 바람직하기로는 2.54 μm 내지 0.254 mm (1 내지 10 mils)의 범위로 특히 얇아야 할 필요가 있다. 단일 표면에 대한 이것의 총 표면적은 약 0.5 cm²내지 약 10 cm²의 범위이어야 하며, 바람직하기로는 약 1 cm²내지 약 5 cm²이었다.

겔의 응집성은 최적화될 수 있는 또다른 특성이다. 본 발명의 겔은 일단 수화되면 장치내에서 그것의 모양을 유지할만한 충분한 구조적 보전성을 갖으며, 도포되는 환자의 피부의 외형에 부합되며, 겔 물질의 일부가 벗겨지고 겔이 제거될 때 일부가 환자의 피부 상에 남을 정도로 환자의 피부에 부착되지 않았다.

다음과 같이 롤링 볼 점착도 시험을 사용하여 점착도를 측정함으로써 겔의 응집도를 관찰했다. 약 16.5 mm 직경의 강철 볼을 겔이 없는 비스듬한 평면으로 굴렸다. 다음에는 강철 볼을 2.54 cm x 30.48 cm (1 인치 x 12 인치) 조각의 히드로겔이 부착된 유사하게 비스듬한 평면으로 굴렸다. 강철 볼이 각각의 표면을 굴러간 거리를 측정하여 비교하였다. 겔의 증가된 응집도 (점착도)는 굴러간 거리의 단축으로 관찰하였다. 겔의 바람직한 실시태양에서, 점착도로 측정된 응집도는 약 30 mm 이하이다. 예를 들면, 표 1에서 제제 316-101 및 316-103의 점착도 값은 각각 28.4 mm ± 8.0 mm와 19.2 mm ±6.9 mm였다.

본 발명에 따라 성취할 수 있는, 배경 전기적 소음의 저수준을 의미하는 전기적 안정도는 본 발명의 겔의 또다른 특성으로서, 소음의 낮은 수준은 소량의 분석물을 검출하는 본 발명의 성능을 향상시켰다. 바람직하기로는, 패치는 패치를 사용할 때 발생된 배경 소음이 가능하다면 0에 근접하도록 전기적 환경을 발생시킨다. 바람직하게는, 가교결합된 히드로겔에서 측정시 배경 소음의 양은 500 nA이하, 더욱 바람직하게는 200 nA 이하, 가장 바람직하게는 50 nA 이하이다.

배경 전류 (소음)는 다음의 순서로 측정하였다. 작업 전극 및 상대 Pt 전극과 기준 Ag/AgCl 전극으로 구성된 직사각형 전극 어셈블리를 사용했다. 직경이 1.59 cm (5/8 인치)인 히드로겔 원판을 자르고, 방출 라이너 하나를 제거하고 접착면이 전극을 향하도록 원판을 직사각형 전극에 놓았다. 0.6 V의 전압을 걸어 배경 전류를 측정했다. 전극을 바이어스 전압 0.75 V를 10 분 동안 미리 걸어둔 후, 배경 전류 측정을 시작했다. 배경 전류 측정은 약 15 내지 30 분 내에 일정한 배경 전류에 대해 점진적으로 소멸되었다. 측정안 약 60 분이 걸렸다. 바람직하게는 배경 전류는 약 500 nA 이하, 더욱 바람직하게는 약 200 nA 이하, 가장 바람직하게는 50 nA 이하이다.

본 발명의 바람직한 실시태양에서는, 상대적으로 높은 배경 전기적 신호를 유발하는 화합물이 제거되도록 겔 성분을 처리했다. 예를 들어, 겔 성분에서 시판되는 중합체인 산화방지제와 같은 첨가제는 전기적으로 활성이다. 그러한 전기적 활성 화합물은 중합체 형성 재료 상에서 침투여과 (diafiltration)로 제한되는 것은 아니지만 이와 같은 세정 공정으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 하기 실시예 2에서 제조된 겔은 침투여과에 의한 중합체 세정 이전에는 175 nA의 배경 전류를 보유했지만 침투여과 후에는 40 nA의 배경 전류를 나타냈다. 배경 전류는 0.6 V 전압을 가한지 60 분 후에 측정했다.

전기 저항을 다음의 순서로 측정했다. 세라믹 판 상에 인쇄된 두 개의 Ag/AgCl 훅크형 전극을 사용하였다. 1.59 cm (5/8 인치) 직경의 히드로겔 원판을 절단하고 두 방출 라이너를 제거했다. 히드로겔 원판을 전극이 완전히 히드로겔로 덮히도록 세라믹 판 사이에 놓았다. 극성이 15 분을 주기로 바뀌는 프로토콜을 사용하여 일정한 0.9 mA의 전류를 겔에 걸고 겔을 가로질러 발생하는 전압 강하를 측정했다. 그 다음 저항을 계산했다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 저항은 약 20 ㏀ 이하였다. 피부에 접촉시키기 전에, 표 1의 겔 316-60, 316-63 및 316-70의 저항을 시험한 결과 각각 2.7, 3.9 및 2.2 ㏀을 나타내는 것을 밝혀졌다. 바람직하게는, 24 시간 동안 피부와 접촉시킨 후 저항은 약 20 ㏀ 이하이다.

<실시예 2>

폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyox (등록상표) WSR-205) (약 8.5 중량%)를 폴리아크릴산 PAA (카르보폴 (등록상표) 971 P NF) (2 중량%), 헥실렌 글리콜 (10 중량%), N,N'-메틸렌비스아크릴아미드 (0.02 중량%), poloxymer 188 (Pluronic (등록상표) F68) 0.5 중량%, 및 겔 1 g당 글루코오스 옥시다아제 200 단위, 0.45 % NaCl 및 pH 6 내지 8을 유지하기 위한 충분한 인산염 완충액이 함유된 약 75.5 % 과 배합했다. PEO, PAA 및 수용액의 중량은 생성되는 히드로겔의 총 중량을 기준으로 한 것이며, NaCl 및 완충액의 백분율량은 겔에서 이들 성분의 백분율량이다.

성분들을 주변 온도에서 혼합하고 겔의 전기적 성질을 측정하였다.

겔 혼합물을 먼저 지지체 기판으로 피복시키고 주변 온도에서 약 0.35 내지 0.45 Mrad로 조사하여 가교 결합시킴으로써 가교 결합을 수행했다.

겔의 물 손실량은, 두께가 1.016 mm(40 mils)이고 직경이 약 1.905 cm (0.75 인치)인 겔을 수증기가 겔의 측면으로만 빠져나갈 수 있도록 방출 라이너의 원형 판 사이에 두었다. 중량 손실을 주변 온도 및 압력에서 24 시간에 걸쳐 선택된 시점에서 측정했다. 중량 손실은 물 손실로 인한 것이었으며, 겔의 초기 물 함량으로 표준화하였다. 겔로부터의 물 손실은 24 시간에 걸쳐 70 % 미만인 것으로 관찰되었다.

본 발명의 예시 히드로겔의 성분 목록을 표 2에 나타냈다.

히드로겔 제제

Polyox (등록상표) WSR-NF	8.5 %
Carbopol (등록상표) 971 P NF	2 %
헥실렌 글리콜	10 %
NaCl	0.45 %
인산염 완충액	0.5 %
플루로닉 (등록상표) F68	0.5 %
N,N'-메틸렌비스아크릴아미드	0.02 %
글루코오스 옥시다제	0.16 % (200 U/g 겔)
물	75.5

<실시예 3>

중합체 함량이 높은 겔을 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyox (등록상표) WSR-750) (약 20 중량%), N,N'-메틸렌비스아크릴아미드 (0.02 중량%) 및 물에 겔 1 g 당 1000 단위의 글루코오스 옥시다아제 및 0.45 % NaCl 및 중탄산나트륨 0.5 %가 함유된 약 78.5 % 수용액을 합하여 제조했다. PEO 및 수용액의 중량은 제조되는 히드로겔의 총 중량을 기준으로 한 것이며, NaCl 및 완충제의 백분율량은 겔에서 이들 성분의 백분율량이다. 성분을 주변 온도에서 부드럽게 혼합했다.

겔 혼합물을 먼저 지지체 기판위에 도포하고 주변 온도에서 약 0.35 내지 0.45 Mrad로 조사하여 가교 결합시킴으로써 가교 결합을 수행했다.

<실시예 4>

두께가 0.635 mm (25 mils)이고 직경이 1 cm인 합성 스폰지 물질을 제공한다. 팩키지의 나머지가 아니라 봉합부를 파괴하는 압력을 팩키지에 걸어주면 봉합부가 파열되는 파열 가능한 봉합부에 의해 스폰지로부터 분리된 약 물 3 ml를 흡수하는 부착된 팩키지에 존재하는 스폰지 물질 1 g 당 1000 U의 양의 동결건조된 글루코오스 옥시다제 효소를 스폰지 물질에 혼입시킨다. 팩키지 내의 물에 0.5 %의 염화나트륨과 대략 pH 6 내지 8을 유지하기에 충분한 인산염 완충액이 용해되었다.

<실시예 5>

폴리에틸렌 옥사이드 (PEO 750, 분자량 약 300,000) 5.5 중량%, 폴리아크릴산 PAA (Carbopol (등록상표) 974 P NF) 1 중량%, 및 물에 겔 1 g 당 1,000 단위의 글루코오스 옥시다아제 및 0.45 % NaCl 및 pH 6 내지 8을 유지할만큼의 인산염 완충액이 함유된 약 91.75 % 수용액을 합했다. PEO, PAA 및 수용액의 중량은 제조되는 히드로겔의 총 중량을 기준으로 한 것이며, NaCl 및 인산염 완충액의 백분율량은 수용액에서 이들 성분의 백분율량이다. 겔에는 Reemay 2250으로 시판되는 폴리에스테르 부직물이 혼입되어 있다. 패치를 제조하기 위해 성분의 혼합물을 방출 라이너 층 위에 있는 부직물 상의 겔 주형이다. 겔은 가드너 나이프 (Gardner Knife)로 캐스팅하여, 제2 방출 라이너 층으로 적층되었다. 재료를 약 0.4 Mrad의 양으로 E-빔 조사하여 가교 결합시킨다. 물질들을 직경이 1 내지 3 cm 범위이고, 두께가 0.254 내지 1.016 mm (10 내지 40 mils) 범위인 원으로 다이 커팅한다. 증발 또는 오염을 방지시키기 위해 원판을 봉합 주머니에 넣었다.

<실시예 6>

폴리에틸렌 옥사이드/폴리비닐 알코올 겔을 다음과 같이 제조하였다. 다음의 성분들, 즉 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyox (등록상표) WSR 205) 8.5 g, 폴리비닐 알코올 (Airvol (등록상표) 203S), 폴리아크릴산 PAA (Carbopol (등록상표) 971 P NF) 2 g, 물에 겔의 1 그람 당 글루코오스 옥시다아제 약 100 단위, NaCl 0.45 g 및 pH를 7.4로 유지시키기에 충분한 Na₂HPO₄·7H₂O 인산염 완충제 2.17 g이 포함된 수용액 약 74.6 g을 겔 100 그람에 대해 함했다. E-빔 방사선 형태의 조사는 가교 결합을 유도하기 위해 수행하였다. 모든 성분의 중량은 제조된 히드로겔의 100 그람 총중량을 기준으로 하였다. 글루코오스 옥시다아제의 중량은 겔의 1 그람에 대한 것이다. 패치로 형성될 수 있는 겔로부터 형성된 성분들은 약 1 cm²의 면적 및 약 127 μm (5 mils)의 두께의 원형 매개변수를 갖는다. 방출 라이너를 겔 패치의 표면 각각에 가하였고, 이 방출 라이너는 겔 패치와 동일한 면적 및 외부 매개변수 구성을 가진다.

<실시예 7>

다음의 히드로겔 성분들, 분자량 600,000의 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyox (등록상표) WSR 205) 8.5 중량%, 폴리아크릴산 PAA (Carbopol (등록상표) 971 P NF) 2 중량%, 물에 겔의 1 그람 당 글루코오스 옥시다아제 약 1,000 단위, 0.45% NaCl 및 6 - 8의 범위로 pH를 유지시키기에 충분한 인산염 완충제가 포함된약 89.5% 수용액을 합했다. PEO, PAA 및 수용액의 중량은 제조된 히드로겔의 총중량을 기준으로 하였고, NaCl 및 완충제의 백분율량은 수용액 중의 이들 성분들의 백분율량이다. 겔에는 Reemay 2250과 같은 폴리에스테르 부직포 물질이 혼입되어 있다. 패치를 제조하기 위해서, 성분의 혼합물을 U.V. 광감광제 (예를 들어, 0.5% Irgacure (등록상표) 184) 및 가교 결합제 (예를 들어, 0.02% N,N'-메틸렌비스아크릴아미드)와 합했고, 겔을 방출 라이너층 위에 있는 부직포 상에서 캐스팅하였다. 겔을 가드너 칼로 캐스팅하고, 제2 방출 라이너 층에 적층시켰다. 가교 결합을 수득하기 위해 물질에 U.V. 방사선을 조사했다. 물질은 직경1 내지 3 cm 범위, 두께가0.254 내지 1.016 mm (10 내지 40 mils) 범위의 두께를 갖는 원판으로 다이커팅하었다. 증발 또는 오염을 방지하기 위해 원판을 봉합 주머니에 넣었다.

<실시예 8>

본 발명의 무수 겔은 먼저, 고체 지지재 상에서 수화 겔을 제조시킨 후, 그 지지재 상에서 겔을 건조시켜 제조하였다. 겔은 환자가 물 또는 염수를 첨가하면 재수화된다. 분자량 약 300,000의 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyox (등록상표) WSR-205)의 10 중량%, 폴리아크릴산 PAA (Carbopol (등록상표) 974 P NF) 1 중량%, 물에 겔의 1 그람 당 글루코오스 옥시다아제 2,000 단위, 0.45% NaCl 및 pH를 6 - 8의 범위로 유지시키기에 충분한 0.5% 인산염 완충제를 포함하는 약 89% 수용액을 합했다. PEO, PAA 및 수용액의 중량은 제조된 히드로겔의 총중량을 기준으로 하였고, NaCl 및 완충제의 백분율량은 수용액 중의 이들 성분들의 백분율량이다. 겔에는 Reemay 2250과 같은 폴리에스테르 부직물이 혼입되었다. 패치를 제조하기 위해서, 성분의 혼합물을 방출 라이너 위 의 부직포 상에서 겔 캐스팅시켰다. 겔을 가드너 칼로 캐스팅하고, 제2 방출 라이너 층에 적층시켰다. 물질에 약 0.4 Mrad 양의 E-빔 방사선을 조사시켜, 가교 결합시켰다. 물질은 1 내지 3 cm 범위의 직경, 0.254 내지 1.016 mm (10 내지 40 mils) 범위의 두께를 갖는 원으로 다이 커팅한다.

무수 겔을 제조하기 위해, 원판을 고체 지지재위에 두었고, 동결건조기 또는 다른 건조 기계에서 건조시켜, 실질적으로 모든 비결합수를 제거하였다. 또한 재수화시에, 겔에서의 효소가 저장 및 사용에 견딜수 있을 정도로 충분한 활성을 갖고, 분석물 확산이 분석물의 측정시 속도 제한 요소로 되는 조건을 선택하였다.

본 발명은 가장 실용적이고, 바람직한 실시태양으로 고려되는 것을 본 명세서에 나타내고, 기재하였다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 이탈될 수 있고, 이 명세서를 읽을 때 당업자에게서 변형이 발생할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims

(a) 히드로겔의 중량을 기준으로 하여 약 4 중량% 이상의 양으로 존재하는, 물의 존재하에서 겔을 형성시키는 친수성 화합물,

(b) 히드로겔의 중량을 기준으로 하여 약 95 중량% 이하의 양인 물,

(c) 반응을 촉매시킬 수 있는 효소, 및

(d) 전해질로 이루어진 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 겔에서의 배경 소음이 약 200 nA 이하인 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, (c)단의 반응 생성물이 30 분 동안 20% 이상 분해되지 않는 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, (c)단의 반응에서 반응하는 분석물의 확산이 속도 제한적이고, 분석물의 확산이 측정 시간 보다 더 빠른 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 히드로겔이 또한 선택된 히드로겔 환경을 유지시키는 성분을 포함하고, 그 환경이 (c)단의 반응 생성물로의 분석물의 전환을 향상시키는 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 효소가 전자의 발생을 일으키는 글루코오스 및 산소 사이의 반응을 촉매시키는 것인 히드로겔 패치.
제6항에 있어서, (e) 약 3 내지 약 9의 범위로 히드로겔의 pH를 유지시키기에 충분한 양으로 존재하는 완충제를 더 포함하는 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 친수성 화합물이 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴산, 폴리비닐 알코올, Carbopol (등록상표), 폴리아크릴아미도메틸프로판술포네이트 및 그의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되고,

전해질이 NaCl 및 KCl로 이루어진 군으로부터 선택되고,

효소가 글루코오스 옥시다아제이고, 글루코오스 옥시다아제는 (a)단의 흡수성 물질 및 (b)단의 수용액의 총 그람 당 10 단위 내지 5,000 단위의 범위의 양으로 존재하고,

수용액이 흡수성 패치의 pH를 약 3 내지 약 9의 범위로 유지시키기에 충분한 양으로 존재하는 물에 용해된 완충제를 더 포함하는 것인 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 친수성 화합물이 히드로겔의 중량을 기준으로 하여 약 40 중량% 이하의 양으로 존재하고, 물은 60 중량% 이상의 양으로 존재하는 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 두께가 약 5 μm 내지 약 1.524 mm (60 mils)의 범위인 평평한 외형을 특징으로 하는 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 각각 약 0.5 cm²내지 약 10 cm²의 범위의 제1 및 제2 표면적을 특징으로 하는, 두께가 약 5 μm 내지 약 1.524 mm (60 mils)의 범위인 히드로겔 패치.
제1항에 있어서, 히드로겔에 매립된 구조 지지 재료를 더 포함하고, 구조 지지 재료가 실질적으로 히드로겔 패치의 것과 동일한 외부 매개변수 외형 및 크기를 갖는 부직포인 히드로겔 패치.
(a) 무수 효소가 매립된 흡수성 물질,

(b) 흡수성 물질의 제1 표면에 부착되고, 전해질이 용해된 수용액을 포함하고, 힘을 가할 때 파열될 수 있는 봉합에 의해 흡수성 물질로부터 분리되고, 또한 봉합이 파열된 후, 흡수성 물질로부터 쉽게 떼어질 수 있는 팩키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 물질 패치.
제13항에 있어서, 흡수성 물질이 각각 약 0.5 cm²내지 약 10 cm²의 범위의 제1 및 제2 표면적을 갖고, 두께가 약 5 μm 내지 약 1.27 mm (50 mils)의 범위인 패치.
제14항에 있어서, 제1 표면 및 제2 표면 위의 방출 라이너 및 적소에 물을 보유하는 물질에 매립된 부직포 물질을 더 포함하는 패치.
제14항에 있어서, 사람 피부에 합치될 만큼의 충분한 유연성, 겔을 제거시켰을 때 피부 상에 점착성 겔 잔류물을 남기지 않는 사람 피부에 대한 접착성을 특징으로 하는 패치.
(a) 무수 겔 성분 및 특정 양의 물을 혼합하여 겔 혼합물을 형성시키는 단계,

(b) 겔 혼합물을 가교 결합시켜서 히드로겔을 형성시키는 단계,

(c) 수화 겔을 고체 지지재에 부착시키는 단계,

(d) 고체 지지재 위의 겔을 건조시키는 단계로 이루어진 방법으로 제조되는 것으로, 상기 무수 겔 성분이 물의 존재하에서 겔을 형성시키는 (여기서, 물의 중량은 수화 겔의 중량을 기준으로 약 95% 이하임), 수화 겔의 중량을 기준으로 약 4 중량% 이상 존재하는 친수성 화합물, 반응을 촉매시킬 수 있는 효소 및 전해질로 이루어진 것인, 고체 지지재 상의 무수 겔 패치.