ES2208754T3 - Parche de hidrogel. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION ESTA RELACIONADA CON UN PARCHE DE HIDROGEL COMPUESTO DE UN MATERIAL POLIMERICO QUE FORMA UN GEL EN CONTACTO CON EL AGUA Y QUE ESTA PRESENTE EN UNA PROPORCION APROXIMADA DEL 0,5 % AL 40 % EN PESO, SOBRE EL PESO DEL PARCHE. LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DEL AGUA AUMENTA AÑADIENDO UN ELECTROLITO. EL PARCHE CONTIENE UN ENZIMA QUE ES CAPAZ DE CATALIZAR UNA REACCION CON UNA MOLECULA BIOMEDICAMENTE IMPORTANTE COMO LA GLUCOSA. LA GLUCOSA CAPTADA POR EL PARCHE SUFRE UNA REACCION CON LA AYUDA DEL ENZIMA, Y EL PEROXIDO DE HIDROGENO LIBERADO FLUYE A TRAVES DE LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DEL AGUA Y PUEDE REACCIONAR CON LA SUPERFICIE DE UN ELECTRODO PARA GENERAR UNA SEÑAL RELACIONADA CON LA CANTIDAD DE GLUCOSA QUE PENETRA EN EL PARCHE. EL PARCHE TAMBIEN CONTIENE, PREFERENTEMENTE, UN TAMPON QUE MANTIENE EL PH DEL MISMO DENTRO DE UN RANGO DE 3 A 9, Y PUEDE CONTENER ADEMAS UN AGENTE UNIDO POR CRUZAMIENTO, UN BIOCIDA, UN HUMECTANTE Y UN TENSIOACTIVO. LA FORMA MAS HABITUAL DEL PARCHE ES UN DISCO CIRCULAR PLANO (0,5 A 10 CM SUP,2} DE AREA) Y FINO (5 MI}M HUMANA Y QUE PUEDE TENER UN TEJIDO NO ENTRETEJIDO EN SU PARTE INTERNA Y UNOS PRECINTOS DE LIBERACION DESPRENDIBLES EN CADA SUPERFICIE.

Description

Parche de hidrogel.

Ámbito de la invención

Esta invención se refiere en general al campo de los hidrogeles que contienen componentes que mejoran el rendimiento del gel para un objeto particular incluyendo los parches de hidrogel utilizados en el ámbito médico.

Antecedentes de la invención

Existe un número de compuestos hidrófilos poliméricos que forman diferentes grupos celulares y/o redes que crean un gel en la presencia de agua. Por ejemplo, puede obtenerse gelatina mediante la hidrólisis de colágeno cociendo piel, ligamentos, tendones, etc. Una mezcla de solamente un 2% de gelatina en agua formará un gel espeso.

Pudo formarse un hidrogel añadiendo un soluto, tal como gelatina, a agua a una elevada temperatura para disolver la gelatina. Entonces se enfría la solución y el soluto(s) (por ejemplo los componentes sólidos de la gelatina) forma grupos de partículas cristalinas submicroscópicas que retienen una gran cantidad de solvente (generalmente agua) en los intersticios (denominados estructura de "brush-heap" (montón de maleza)). Los geles, y en particular los hidrogeles, son habitualmente transparentes pero pueden ser opalescentes.

Los geles pueden formarse a partir de materiales naturales o sintéticos y tienen una amplia gama de usos que incluyen películas fotográficas, aprestos, adhesivos textiles y para papel, cementos, cápsulas y parches para medicamentos, cerillas, filtros de luz, postres, medios de cultivo para bacterias y parches utilizados con los equipos electrónicos de monitorización médica.

Los geles contienen generalmente una alta concentración de agua, por ejemplo, entre un 60% y un 98% de agua, y se mantienen juntos mediante una variedad de grupos celulares. El agua puede estar combinada o sin combinar -formar diferentes hidratos con el soluto o estar atrapada en bolsas celulares formadas por los grupos de redes de polímeros. Aunque los geles tienen algunas características generales en común, poseen usos tan diferentes que es necesario modificar los componentes que se incluyen para obtener el resultado deseado. Por ejemplo, un saborizante podría añadirse a una gelatina de un postre pero no a una gelatina de un filtro de luz. No obstante, podrían añadirse agentes colorantes a ambos aunque el agente colorante de los postres debería ser muy diferente al de los filtros de luz.

Diferentes documentos de técnicas anteriores presentan hidrogeles que contienen enzimas, por ejemplo de H.R. Allcock y col., "Biomaterials", volumen 15, núm. 7, págs. 502-506, 1994; de J. Heller y col., "American Pharmaceutical Association", volumen 68, núm. 7, págs. 919-921, 1979; de J. Kost y col., "Journal of Biomedical Materials Research", volumen 19, págs. 1117-1133, 1985; y de E.M. D'Urso y col., "Artificial Cells, Blood Substitutes and Immobilization Biotechnology", volumen 23, núm, 5, págs. 587-595, 1995. No obstante, ninguno de los hidrogeles presentados en las técnicas anteriores tienen las características que presentan los hidrogeles de la invención. El parche de hidrogel de la invención se ha diseñado para incluir componentes muy específicos en cantidades específicas de manera que se obtengan los resultados finales deseados.

Resumen de la invención

Se presenta un parche que comprende un compuesto hidrófilo que forma un material que mantiene el agua en su sitio y permite el flujo de la corriente eléctrica. El compuesto puede ser un material absorbente, un material poroso o polímeros que pueden estar reticulados para formar una red porosa de celdas interconectadas o un soluto que forme un gel con el agua. El soluto o componente de material sólido del gel está generalmente presente en una cantidad de aprox. del 0,5% o superior y preferiblemente inferior al 40% del peso basándose en el peso del parche. El agua, y el parche en su totalidad, se vuelve eléctricamente conductora mediante la inclusión de un cloruro que contiene una sal tal como NaCl. El parche comprende una enzima, que cataliza una reacción tal como una reacción con la glucosa que permite la formación de peróxido de hidrógeno en el agua y que produce finalmente la liberación de dos electrones por molécula de glucosa. La glucosa obtenida dentro del parche se reduce a ácido glucónico y peróxido de hidrógeno con la ayuda de la enzima y durante su utilización origina la liberación de electrones que pueden detectarse y relacionarse con la cantidad de glucosa que penetra en el parche. Preferiblemente el parche comprende también un tampón que mantiene el pH del parche en el intervalo de entre 3 y 9 y puede comprender adicionalmente un agente reticulante, un biocida, un humectante y un tensoactivo. El parche tiene preferiblemente la forma de un disco plano y fino que se adaptará a los contornos de la piel humana y puede tener una tela no tejida o una membrana porosa (por ejemplo nitrocelulosa) embebida en su interior.

Un objetivo de la presente invención es suministrar un dispositivo desechable que convierta proporcionalmente una molécula biológicamente importante, tal como la glucosa que penetre en el dispositivo, en cantidades predeterminadas de una señal detectable tal como una corriente eléctrica que pueda ser cuantificada.

Otro objetivo es suministrar un parche de hidrogel que comprenda un compuesto formador de gel y agua junto con glucosa oxidasa y un cloruro que contenga sal que haga que el gel sea eléctricamente conductor.

Una ventaja de la invención es que hace posible medir de forma continua y exacta un flujo de una cantidad muy pequeña de glucosa, por ejemplo, concentraciones 10, 500 ó 1000 o más veces inferiores a la concentración de la glucosa en la sangre.

Otra ventaja es que la señal eléctrica de fondo ("ruido", señal en la ausencia del analito) es baja con relación a la señal en la presencia del analito. En una realización preferida de la invención, el ruido de fondo es inferior a 200 nanoamperios (nA), preferiblemente inferior a 50 nA.

Otra ventaja de una realización de la invención es la estabilidad del peróxido en el gel. Preferiblemente, la pérdida del peróxido, independientemente de la reacción de la glucosa oxidasa, es inferior a aprox. del 20% durante un período de 30 minutos.

Otra ventaja de la invención es que la pérdida del agua del gel es menor a aprox. del 70% a lo largo de un período de tiempo de 24 horas.

Otra ventaja de la invención es que la tasa de transporte del analito a través del gel es rápida con relación al intervalo de tiempo sobre el cual se efectúa la medición (t_{m}, tiempo de medición del analito). El transporte está relacionado con el tiempo característico del gel. El término "tiempo característico de un gel" se utilizará aquí, de ahora en adelante, para referirse a la función relacionada con la difusión del analito del gel que está, a su vez, relacionada con el grosor del gel (L, la distancia a la que se difunde el analito) y con la constante de difusión del analito (D). La relación entre los parámetros L y D es la siguiente:

L^{2}/D = tiempo característico en minutos

Preferiblemente, el tiempo característico de un gel de la invención es aproximadamente entre 6 segundos y 45 minutos.

Preferiblemente, la medición de un analito en el gel se integra a lo largo de un período de tiempo deseado en un intervalo de tiempo deseado (tal como a lo largo de un período de 5 minutos, medido cada 20 minutos). A partir de los parámetros anteriores, el transporte del analito en el gel se define por la relación del tiempo de medición con respecto al tiempo característico:

[D x t_{m}]/L^{2} > 1

en donde D, L y t_{m} se han definido anteriormente.

Otra ventaja es que el parche se produce de manera fácil y económica y es desechable.

Una característica del parche de hidrogel es que es plano y fino poseyendo un área superficial en el intervalo de entre 0,5 cm^{2} y 10 cm^{2} y un grosor en el intervalo de 0,025 mm (1 mil) y 1,27 mm (50 mil).

Otra característica de la invención es que el parche de hidrogel comprende además un soporte estructural tal como una tela no tejida o filamentos o una membrana de soporte estructural embebidos en el parche.

Otra característica adicional de la invención es que el material formador del gel puede reticularse mediante la aplicación de radiación ionizante tal como radiación de haz de electrones, luz ultravioleta, calor o mediante el uso de acoplamiento por asociación, dicha reticulación puede facilitarse por medio de la adición de un agente reticulante.

Estos y otros objetivos, ventajas y características de la presente invención serán evidentes para aquellas personas expertas en la técnica después de la lectura de los detalles de la composición, componentes y conformación de la invención, según se manifiesta más adelante se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la misma en los que números similares se refieren a componentes similares.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista esquemática de la sección de corte del parche de hidrogel de la invención;

La Fig. 2 es una vista esquemática superior del parche de hidrogel de la invención;

La Fig. 3 es una vista esquemática de la sección de corte de una realización alternativa de la invención;

La Fig. 4 es una representación esquemática de la reacción que cataliza la glucosa oxidada (GOX) para obtener ácido glucónico y peróxido de hidrógeno y que origina la generación de corriente; y

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La Fig. 5 es un gráfico que muestra la relación entre la concentración de la enzima dentro del parche y la señal eléctrica generada como resultado de la reacción catalizada por la enzima.

Descripción de las realizaciones

Antes de presentar y describir el parche de la invención debe entenderse que esta invención no se limita a los componentes o cantidades particulares descritas que pueden, por su puesto, variarse. También debe entenderse que la terminología utilizada de aquí en adelante tiene el propósito de describir solamente realizaciones particulares y no pretende ser limitativa ya que el ámbito de la presente invención estará solamente limitado por las reivindicaciones adjuntas.

Debe observarse que las formas singulares "un", "una", "él" y "la" utilizadas en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas incluyen las referencias a los plurales a menos que de otra forma lo indique claramente el contexto. Así, por ejemplo, la referencia a "una sal" incluye una serie de moléculas de sal y de tipos diferentes de sales, la referencia a "una enzima" se refiere a una serie de moléculas enzimáticas y así sucesivamente.

A menos que se defina de otra forma todos los términos técnicos y científicos utilizados de aquí en adelante tienen el mismo significado que el comúnmente entendido por cualquier experto en la técnica a la cual pertenece esta invención. Aunque pueden usarse algunos materiales o procedimientos similares o equivalentes a aquellos aquí descritos en la práctica o el análisis de la presente invención, en este momento se describen los procedimientos y materiales preferidos. Todas las publicaciones aquí mencionadas se incorporan por referencia para el propósito de describir y presentar la información particular para la cual se cita la publicación.

Definiciones

Los términos "hidrogel", "gel" y similares, se utilizan de forma intercambiable para referirse a un material que no es un líquido que fluya fácilmente y que no es un sólido sino un gel, dicho gel comprende un 0,5% o más y preferiblemente menos de un 40% de su peso de un material en solución formador de gel y entre un 95% o menos y preferiblemente más de un 55% de agua. Los geles de la invención se forman preferiblemente mediante el uso de un soluto que es preferiblemente un soluto sintético (pero que podría ser un soluto natural, por ejemplo, para formar gelatina) que forme celdas interconectadas que se unan para atrapar, absorber y/o mantener el agua y de esta forma crear un gel en combinación con agua en donde el agua incluye agua combinada y agua no combinada. El gel es la estructura básica del parche de hidrogel de la invención e incluirá componentes adicionales más allá del material soluto formador del gel y del agua tales como una enzima y una sal, dichos componentes se describen adicionalmente más adelante.

Los términos "material formador de gel", "soluto" y similares se utilizan aquí de forma intercambiable para referirse a un material sólido que, cuando se combina con agua, forma un gel, dicho gel, en general, se crea mediante la formación de cualquier estructura que mantenga el agua incluyendo celdas interconectadas y/o una estructura de red formada por el soluto. El soluto puede ser un material que se dé naturalmente tal como el soluto de la gelatina natural que incluye una mezcla de proteínas obtenidas mediante la hidrólisis de colágeno cociendo piel, ligamentos, tendones y similares. Sin embargo, el soluto o material formador del gel es preferiblemente un material polimérico (incluyendo, pero no estando limitado a, óxido de polietileno, alcohol de polivinilo, ácido poliacrílico, poliacrilamidometilpropansulfonato y copolímeros de los mismos, y polivinilpirrolidona) presentes en una cantidad en el intervalo de más del 0,5% y menos del 40% del peso, preferiblemente entre el 8% y el 12% del peso cuando también se añade un humectante y preferiblemente entre el 15% y el 20% del peso cuando no se añade humectante. El material sólido puede incluir componentes adicionales tales como ácido poliacrílico presentes en una cantidad en el intervalo de entre el 0,5% y el 5% del peso y más preferiblemente aprox. del 2% del peso, dicho ácido poliacrílico se vende bajo el nombre comercial de Carbopol. Preferiblemente, el material formador de gel o cualquier componente del gel no reacciona con el soluto o con su producto de reacción detectable de tal manera que la medición y cuantificación no sea adversamente afectada. Por ejemplo se observó que la polivinilpirrolidona reaccionó con el peróxido de hidrógeno y por lo tanto no es un material formador de gel adecuado para su uso en la detección de la glucosa por medio de la reacción de la glucosa oxidasa en donde el peróxido de hidrógeno es el compuesto a medir.

El material formador del gel puede incluir, por ejemplo, un material polimérico reticulado que forme un gel como el descrito anteriormente o una esponja natural o sintética que absorba agua. El material puede contener el agua encapsulando parcialmente el agua en unidades celulares o puede ser un material fibroso similar al papel que sujeta el agua por acción capilar. Los materiales preferidos pueden contener una cantidad de agua que sea igual o mayor a la cantidad de material sólido basándose en el peso del agua y del material. Más preferiblemente, el material contiene una cantidad de agua que es mayor que aproximadamente entre 2 y 5, más preferiblemente mayor que 15 veces el peso del material.

El término "perdida de agua" se usa aquí para referirse a la medición de la velocidad de la tasa de pérdida de agua a lo largo de un período de tiempo específico. Para una función óptima de gel, se prefiere que la pérdida de agua sea superior al 70% a lo largo de un período de 24 horas. La pérdida de agua se mide como sigue: el gel, aproximadamente 1,9 cm (0,75 pulgadas) de diámetro, se colocó entre discos circulares de manera que el vapor de agua pudiera escapar solamente desde los lados del gel. Se midió la pérdida de peso en puntos de tiempos seleccionados a lo largo de un período de 24 horas a temperatura y presión ambiente. La pérdida de agua se atribuyó a la pérdida de agua y se normalizó con el contenido inicial de agua del gel. Se prefirió una tasa de secado del gel inferior al 70% a lo largo de 24 horas. Pueden añadirse humectantes a la mezcla del gel para mejorar las propiedades de retención de agua en el gel.

El término "tampón" se utiliza aquí para referirse a los componentes añadidos al agua del parche o al gel para mantener el pH dentro de una banda definida. El tampón incluye un ácido débil y su base débil conjugada cuyo pH cambia solamente de forma leve con la adición de ácido o de álcali. El ácido débil se convierte en un tampón cuando se añade álcali y la base débil se convierte en un tampón cuando se añade ácido. Esta acción tampóna se explica mediante la reacción

A + H_{2}O \rightarrow B^{-} + nH_{3}O^{+}

En donde n es un entero positivo y B ^{-} es una base débil y A es un ácido débil. La base B se forma mediante la pérdida de un protón del ácido A correspondiente. El ácido puede contener cationes tales como NH^{4+}, una molécula neutra tal como CH_{3}COOH o un anión tal como H_{2}PO^{-}_{4}. Cuando se añade álcali, los iones de hidrógeno se eliminan del agua pero, tan pronto como el álcali añadido no excede al ácido neutralizador, muchos de los iones de hidrógenos son sustituidos por la ionización adicional de A para mantener el equilibrio. Cuando se añade ácido, esta reacción se invierte a medida que los iones de hidrógeno se combinan con la base B para formar el ácido A. Puede utilizarse una variedad de tampónes diferentes con respecto a la presente invención incluyendo, pero no de forma limitativa, tampón de fosfato y sal de bicarbonato presentes en cantidades suficientes para mantener el pH del hidrogel en el intervalo de entre 3 y 9, más preferiblemente entre 6 y 8.

Los términos "sal" y "sal de cloruro" se utilizan aquí de forma intercambiable para describir un cloruro que contiene un compuesto que se forma cuando el hidrógeno de un ácido es substituido por un metal o su equivalente. Por ejemplo:

HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_{2}O

Se añaden sales útiles con relación a la presente invención al componente acuoso en una cantidad suficiente para suministrar conductividad eléctrica al parche. La sal está preferiblemente presente en una cantidad en el intervalo de entre aprox. del 0,1% y aprox. del 5%, preferiblemente entre el 0,3% y el 2% del peso basándose en el peso del hidrogel. Las sales contienen preferiblemente un ión de cloruro. Las sales preferidas incluyen el cloruro de sodio, el cloruro de potasio y el cloruro de magnesio siendo la más adecuada el NaCl.

El término "humectante" se utiliza aquí para describir una sustancia que tiene afinidad para el agua y una acción estabilizante del contenido de agua del material del gel.

Los términos "reticulador" y "agente reticulante" se utilizan aquí para describir compuestos que se combinan con polímeros para facilitar la reticulación que debe iniciarse mediante irradiación (p.e., UV, haz de electrones, etc.), medios térmicos o químicos. La reticulación puede mejorarse mediante la adición de un agente reticulante cuando el polímero o polímeros se exponen a una radiación tal como radiación de haz de electrones, radiación ionizante, radiación gamma o luz ultravioleta que activa los grupos en la estructura principal del polímero o en una fracción colgante y que permite que los grupos activados se unan con otros grupos en otra cadena polimérica. La reticulación mejora la integridad estructural del parche.

El término "biocida" se utiliza aquí para describir cualquier sustancia que mate o inhiba el crecimiento de microorganismos tales como bacterias, mohos, mixomicetos, etc. Un biocida puede ser un material que sea también tóxico para los humanos pero preferiblemente es un material que, cuando se usa en concentraciones relativamente bajas en un parche o en el hidrogel, no provoca irritación de la piel ni ningún otro efecto adverso sobre un paciente humando. Los productos químicos biocidas incluyen compuestos tales como hidrocarburos, compuestos organometálicos, compuestos liberadores de hidrógeno, sales metálicas, compuestos sulfurosos orgánicos, compuestos de amonio cuaternario, compuestos fenólicos, metilparabenos y similares. Si se utiliza un compuesto biocida en relación con la presente invención la cantidad es inferior al 0,5% del peso o menor basándose en el peso del material del hidrogel.

El término "enzima" describe un compuesto o material que es generalmente una proteína que cataliza una reacción entre una molécula natural y otra molécula que puede ser una molécula natural para producir un producto de reacción. Una proteína enzimática de la invención puede aislarse a partir de una fuente natural o puede ser de origen recombinante.

El término "carga enzimática" se utiliza aquí para referirse a la cantidad de actividad enzimática añadida a la mezcla de gel por gramo de gel hidratado final. La cantidad de enzima (unidades de actividad, "unidades") añadida a la mezcla se ajusta de forma que esté presente suficiente enzima activa para reaccionar rápidamente con el analito de manera que la difusión del analito en el gel sea el factor limitativo de la tasa.

Preferiblemente, la carga enzimática de un gel de la invención es suficiente para que la reacción enzimática sea limitativa de la tasa de difusión del analito en el gel. Dicha condición se define mediante una relación entre el grosor del gel, L; la constante de difusión, D, del analito (tal como la glucosa para una reacción catalizada por la glucosa oxidasa); la carga enzimática, E; la constante de tasa catalítica de la enzima, K_{c}; y la constante de tasa de Michaelis-Menten, K_{m}. Ya que se prefieren las condiciones de reacción enzimática limitativas de la difusión, la carga enzimática y los parámetros del gel se seleccionan para que coincidan con la siguiente relación:

L(K_{c}E/K_{m}D)^{1/2}\geq1

Estructura básica

La figura 1 es una vista esquemática de la sección de corte de un parche tal como un parche de hidrogel de la invención. El componente estructural básico del parche, tal como el componente 2 del parche de gel, tiene los componentes 3 y 4 de revestimiento liberable situados sobre superficies opuestas. Los revestimientos liberables 3 y 4 se incluyen para mejorar la facilidad de manipulación del parche ya que el parche puede estar un tanto húmedo y pegajoso. Como se muestra en la figura 2 el revestimiento liberable 4 puede incluir un corte perforado en forma de "S" 6 que permite quitar fácilmente el revestimiento liberable cuando se comban los bordes externos del parche uno contra el otro. Como se muestra en la figura 1, una parte 7 del borde del revestimiento liberable se separará de la superficie superior del parche 2 y entonces puede arrancarse fácilmente.

Además de los componentes presentes dentro del componente 2 del parche que se han descrito anteriormente, cuando el componente 2 del parche es un gel, incluye preferiblemente una capa de material o de fibras o de tela no tejida 5 que están embebidos dentro del parche de hidrogel 2. El material no tejido 5 ayuda a mejorar la integridad estructural del dispositivo desde el momento que el dispositivo comprende una gran cantidad de agua y es particularmente fino y, por lo tanto, difícil de manejar. La capa de material 5 puede diseñarse de forma que suministre un alto grado de integridad estructural al parche sin afectar adversamente el flujo de corriente a través del gel.

La figura 3 muestra otra realización de la invención. De acuerdo con la figura 3, el componente estructural principal es un material absorbente 8 que puede tener la forma de una esponja que puede ser una esponja natural o sintética. El material absorbente está inicialmente seco o básicamente libre de agua. El material absorbente 8 puede comprender una capa fina de material absorbente y adicionalmente puede comprender otros compuestos tales como una enzima liofilizada tal como glucosa oxidasa. El material absorbente 8 puede estar unido en una superficie a un revestimiento liberable 9. En su otra superficie el material absorbente está cubierto por un precinto frangible 10 que separa el material absorbente 8 del contenido de un envase 11 que incluye una solución acuosa o agua 12.

Cuando se aplica presión al envase 11, el precinto 10 se rompe y el contenido acuoso 12 es absorbido por el material absorbente 8. El contenido 12 del envase 11 está cuidadosamente dosificado de forma no incluya demasiada o poca agua y/o sus componentes en disolución. Después de que el contenido 12 del envase 11 haya sido completamente absorbido por el material absorbente 8, se elimina el envase 11 incluyendo el precinto frangible 10. También se elimina el revestimiento liberable 9 y el material absorbente 8 que ha sido saturado con agua y/o solución 12 se pone en contacto con la piel del paciente.

La realización presentada en la figura 3 presenta las ventajas de que puede incluir una enzima, tal como la enzima glucosa oxidasa, dentro del material absorbente en un estado seco. En este estado la enzima tiene una vida más larga. Sin embargo, la realización puede tener ciertas desventajas. Por ejemplo, es posible que toda la solución y/o el agua 12 del envase 11 no se libere completamente o que no se absorba por el material absorbente 8 lo que daría como resultado una variación en términos de resultados obtenidos cuando se use el dispositivo.

Sin tener en cuenta la realización utilizada, todos los dispositivos de la invención incluirán una enzima que rompa una molécula biológicamente importante cuya concentración se quiere medir, tal como la glucosa, y que cree una cantidad detectable y predecible de una señal, tal como una corriente eléctrica, basándose en la ruptura molecular. Además, cada dispositivo incluirá un componente estructural básico tal como el gel 2 o el material absorbente 8 a través del cual pueda penetrar la molécula biológicamente importante, tal como la glucosa, y cualquier producto de la reacción resultante. Cualquiera de los dispositivos de la invención también puede incluir componentes adicionales como los indicados anteriormente incluyendo un tampón tal como el fosfato que mantiene el pH dentro de una banda relativamente estrecha y una sal tal como el cloruro de sodio.

La figura 4 es una vista esquemática de cómo la enzima glucosa oxidasa (GOX) reacciona con la glucosa que penetra en un parche de la invención dando como resultado que el peróxido de hidrógeno que se forma sobre una superficie del electrodo suministre dos electrones que proporcionan una señal en forma de corriente eléctrica que puede medirse y correlacionarse con la cantidad de glucosa que penetra en el parche.

Basándose en la anterior descripción de las figuras 1-4 se reconocerá que el parche de la invención puede configurarse en una variedad de diferentes formas a partir de una variedad de diferentes materiales. No obstante, el parche tendrá ciertas características mecánicas, eléctricas, químicas y de difusión definidas.

Descripción de las realizaciones

La presente invención es útil en relación con la detección de moléculas biológicamente significativas, tales como la glucosa que se mueve a través de la piel humana, usando técnicas conocidas como la electroósmosis. Otras técnicas han demostrado extraer cantidades detectables de glucosa de los fluidos corporales tales como saliva, lágrimas, mucosas, fluido intersticial y sudor. Tales técnicas incluyen, sin carácter limitativo, la sonoforesis, la ablación por láser, las ampollas de succión, arrancamiento de tira y difusión pasiva con o sin potenciadores de la penetración en la piel.

El concepto básico de mover una molécula, tal como glucosa, a través de la piel humana se da a conocer en la patente de EE.UU. 5.362.307, publicada el 8 de noviembre de 1.994 y en la patente de EE.UU. 5.279.543, publicada el 18 de enero de 1.994, dichas patentes se incorporan aquí por referencia para presentar el concepto básico del movimiento de moléculas tales como la glucosa a través de la piel humana por medio de la electroósmosis. El concepto de convertir cantidades muy pequeñas de moléculas tales como la glucosa que pueden extraerse a través de la piel para crear una corriente eléctrica mediante el uso de glucosa oxidasa, se recoge en la patente europea recientemente presentada EP-B-0 766 578 y su solicitud de patente europea asociada EP-A-1 016 433 que se incorporan aquí por referencia en su totalidad y que presentan invenciones que se inventaron bajo la obligación de asignación de derechos a la misma entidad a la cual los derechos de la presente invención se inventaron bajo obligación de ser asignados.

Un parche de hidrogel u otro dispositivo de la invención se coloca en contacto con un electrodo que genera una corriente eléctrica. La corriente origina el movimiento de moléculas, a través de la piel del paciente, al interior del parche de hidrogel o de otro dispositivo de la presente invención. La glucosa se descompone como se ha descrito anteriormente y como se muestra en la figura 4 creando peróxido de hidrógeno que se pondrá en contacto con el electrodo y liberará electrones que crean una corriente eléctrica que puede detectarse y relacionarse con la cantidad de glucosa que penetra en el dispositivo.

La composición, tamaño y grosor del dispositivo pueden variar y dicha variación puede afectar al tiempo a lo largo del cual puede usarse el dispositivo. El parche de hidrogel de la figura 1 o el dispositivo de la figura 3 están generalmente diseñados de forma que sean útiles durante un periodo de aprox. de 24 horas. Pasado ese tiempo puede esperarse algún deterioro de sus características y el dispositivo debe ser substituido. La invención contempla dispositivos que se utilizan un periodo de tiempo más corto, por ejemplo, de 6 a 12 horas o un periodo de tiempo más largo, por ejemplo, de 1 a 30 días.

En un sentido amplio, puede utilizarse un parche de la invención para llevar a cabo un procedimiento la extracción de cualquier substancia biológicamente significativa a través de la piel de una paciente humano y para hacer reaccionar esa substancia con otra substancia o substancias (dicha reacción se acelera enormemente mediante el uso de una enzima, por ejemplo, entre 10 y 100 veces mas rápido o incluso más). La reacción forma un producto que es detectable por medios electroquímicos u otros medios mediante la producción de una señal, dicha señal se genera proporcionalmente a la cantidad de substancia biológicamente importante o biomédicamente significativa introducida en el parche. Como se indica en las patentes antes mencionadas, se ha establecido la capacidad de extracción de substancias, tales como la glucosa, biológicamente significativas (consulte los documentos 5.362.307 y 5.279.543). No obstante, a menudo la cantidad de compuesto extraído es tan pequeña que no es posible hacer un uso significativo de dicha metodología ya que el material extraído no puede cuantificarse de forma exacta ni correlacionarse con ningún patrón.

La presente invención suministra un parche que incluye una enzima que es capaz de catalizar una reacción entre la substancia biomédicamente significativa tal como la glucosa y otra substancia tal como el oxígeno. En lo referente a la presente invención no se necesita añadir oxígeno al parche sino que se infundirá de forma natural al interior del parche y en la presencia de glucosa oxidasa reaccionará con la glucosa para formar ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. La cantidad producida de peróxido de hidrógeno es proporcional a la cantidad de glucosa introducida en el parche. El peróxido de hidrógeno puede detectarse electroquímicamente con un detector apropiado por medio de la liberación de dos electrones que producen una corriente proporcional a la concentración de peróxido de hidrógeno. Los componentes del hidrogel se seleccionan de forma que los componentes no degraden significativamente el peróxido de hidrógeno afectando negativamente a su cuantificación. Preferiblemente, se reducen o limitan componentes tales como catalasas, polivinilpirrolidona (PVP), antioxidantes tales como BHT y BHA y otros componentes degradantes del peróxido de manera que no se comprometa la cuantificación del peróxido de hidrógeno producido por la reacción de la glucosa oxidasa.

La invención es notable ya que permite la detección y medición de cantidades de glucosa que sean inferiores en magnitudes de orden 1º, 2º ó incluso 3º con respecto a la concentración de la glucosa en sangre. Por ejemplo, la glucosa podría estar presente en la sangre en una concentración milimolar de aprox. de 5. No obstante, la concentración micromolar de glucosa en un parche de la invención que extrae glucosa a través de la piel es del orden de entre 2 y 100. Las cantidades micromolar son inferiores en magnitudes de orden 3º a las cantidades milimolares. La capacidad de detectar glucosa en concentraciones tan pequeñas se logra incluyendo la enzima y proporcionando al dispositivo una serie de características mecánicas, eléctricas, químicas y de difusión del tipo que aquí se describen. Estas características deben estar cuidadosamente equilibradas de forma que la importancia de una no deteriore la importancia de la otra. Por ejemplo, el uso de la radiación para lograr la reticulación y mejorar la integridad estructural del parche es importante para que el dispositivo tenga una utilidad real en el comercio mundial. Sin embargo, la radiación a menudo deteriora la actividad enzimática. Cuando se produce el dispositivo es necesario incluir la enzima antes de la radiación. Por lo tanto, la enzima es irradiada. No obstante, los solicitantes han descubierto que incluyendo glucosa oxidasa la cantidad de radiación suficiente para obtener el grado necesario de reticulación no deteriora significativamente la actividad de la enzima. El parche podría incrementar su grosor para mejorar su integridad estructural, pero el grosor del parche reduce las características deseables de difusión e incrementa una resistencia indeseada.

Descripción de los componentes funcionales de la invención

La invención debe proporcionar algunas características básicas para ser útil para el propósito deseado que es permitir la infiltración de cantidades muy pequeñas de glucosa proveniente de la piel de un paciente humano, permitir que la glucosa se difunda y reaccione en la presencia de una enzima dando como resultado la generación de una señal detectable tal como electrones que formen una corriente eléctrica que pueda medirse y relacionarse con la cantidad de glucosa que penetra en el dispositivo. Por razones que pueden relacionarse con factores tales como la acumulación en el dispositivo de materiales indeseados, el deterioro de la enzima, etc., el dispositivo debe ser fácilmente reemplazable de una manera adecuada por parte del paciente. Consecuentemente, el dispositivo debe tener alguna integridad estructural, permitir el paso de una corriente eléctrica e incluir una enzima tal como la glucosa oxidasa.

Material formador del gel

El gel de la invención incluye un material soluto que forma estructuras de red que atrapan y mantienen el agua creando así el gel cuando se combina con agua. Sin embargo, el agua debe ser absorbida por un material absorbente tal como una capa fina de esponja u otro material que absorba un gran porcentaje de agua. El material podría ser hidrófilo y absorber agua de forma natural y/o en la presencia de un agente tensoactivo o humectante.

Enzima

Componente esencial de la invención es una enzima que sea capaz de catalizar una reacción con una molécula biomédicamente importante tal como la glucosa hasta el punto que pueda detectarse un producto de esta reacción, por ejemplo, que pueda detectarse electroquímicamente a partir de la generación de una corriente que sea detectable y proporcional a la cantidad de la molécula, tal como la glucosa, con la que reacciona. Una enzima adecuada es la glucosa oxidasa que oxida la glucosa produciendo ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. La posterior detección del peróxido de hidrógeno en un electrodo apropiado genera dos electrones por cada molécula de peróxido de hidrógeno que crean una corriente que puede ser detectada y que se relaciona con la cantidad de glucosa que penetra en el dispositivo (consulte la figura 4). La glucosa oxídasa (GOX) se encuentra fácilmente de forma comercial y tiene características catalíticas bien conocidas. No obstante, también podrían usarse otras enzimas siempre que catalicen una reacción con una molécula biológicamente significativa tal como la glucosa cuya reacción dé como resultado la generación de una cantidad de un producto detectable proporcional a la cantidad de la molécula tal como la glucosa. Ya que la glucosa oxidasa es una enzima, puede estar presente en cantidades relativamente pequeñas y a pesar de todo el dispositivo puede seguir funcionando. Esto puede afirmarse porque la enzima no entra en reacción sino que solamente cataliza la reacción y, por lo tanto, puede usarse para descomponer un gran número de moléculas, por ejemplo, moléculas de glucosa. Sin embargo, en una realización preferida de la invención la glucosa oxidasa está presente en una cantidad suficiente como para que cualquier cantidad de glucosa que penetre en el dispositivo se ponga en contacto casi de inmediato con la enzima glucosa oxidasa para permitir la descomposición de la glucosa. Dicho de otra forma, la glucosa oxidasa no está presente en concentraciones tan pequeñas que una gran cantidad de glucosa esté presente esperando la disponibilidad de una enzima glucosa oxidasa para permitir la descomposición de la glucosa. En general, se ha descubierto que cuando el parche de hidrogel de la presente invención se pone en contacto con la piel humana y se aplica corriente para extraer glucosa, el parche debería contener una cantidad suficiente de glucosa oxidasa como para permitir que toda la glucosa que penetra tenga disponible una molécula de enzima, esto es 200 unidades de glucosa oxidasa o más por gramo de hidrogel. La glucosa oxidasa está presente en una cantidad de entre 10 unidades y 5000 unidades por gramo de hidrogel. Cuando la glucosa oxidasa está presente en un nivel de entre 100 y 200 unidades o superior por gramo de gel de 0,127 mm de grosor, la tasa de reacción de la glucosa en la enzima es suficientemente alta como para que reaccione toda la glucosa que se difunde al interior del gel convirtiéndose en peróxido de hidrógeno y ácido glucónico, es decir, la difusión del analito, la glucosa, es el factor limitativo de la tasa. La glucosa que se infunde al interior del gel no se queda sin reaccionar mientras quede disponible enzima libre para reaccionar con el oxígeno. La curva de la figura 5 se vuelve básicamente horizontal con una concentración de glucosa oxidasa de aprox. de 200 unidades por gramo de hidrogel. Sin embargo, es deseable incluir una cantidad excedente de enzima para asegurar que realmente toda la glucosa se descomponga en ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. De esta forma, deberían utilizarse cantidades tales como 2.000 unidades por gramo de hidrogel. Esto permite la degradación de un cierto porcentaje de enzima cuando se almacena el dispositivo (es decir, la incorporación de una vida de utilización más amplia) y permite también cierta degradación de la enzima durante el uso del dispositivo durante un periodo de tiempo que puede ser de entre 12 horas y una semana pero que será preferiblemente de aprox. de 24 horas. Para mantener la actividad de la enzima es útil incluir agentes estabilizantes de la enzima. La relación entre la concentración enzimática y la señal generada por una reacción con la glucosa se muestra en la figura 5 y la reacción de la glucosa con el oxígeno se muestra en la figura 4.

Electrólito

El electrólito es otro componente esencial de la presente invención. El electrólito debe estar presente para permitir que la corriente iónica fluya dentro del agua. Es preferible que el electrólito sea una sal, tal como un ion de cloruro. En consecuencia, con la presente invención pueden utilizarse sales tales como el cloruro de sodio y el cloruro de potasio, siendo el cloruro de sodio particularmente adecuado. Un componente tampón de la presente invención puede funcionar como tampón así como electrólito, sin la adición de electrólito adicional, tal como cloruro de sodio. Se añade un electrólito a la mezcla del gel de manera que la intensidad iónica del gel esté preferiblemente entre aproximadamente 10 mM y 200 mM.

Tampón

Aunque no es un componente esencial, preferiblemente se utiliza un tampón con relación a la presente invención. Se incluye un tampón para mantener el pH del dispositivo dentro de la banda deseada, preferiblemente entre 3 y 9. El tampón suministra característica útiles. Primeramente, el tampón mantiene el pH dentro de unos valores determinados de manera que la glucosa oxidasa permanezca relativamente estable. En segundo lugar, la banda de pH se mantiene cerca del punto neutro de manera que se evite la irritación de la piel ya que la presente invención se mantiene en contacto con la piel. Estabilizando el pH, el flujo de glucosa a través de la piel hacia el interior del parche no será errático a lo largo del tiempo. Puede usarse una variedad de tampónes útiles con relación a la presente invención. Los tampónes particularmente preferidos incluyen un tampón de fosfato. Sin embargo, puede utilizarse satisfactoriamente una gran variedad de tampónes diferentes del tipo definido anteriormente con respecto a la definición del término "tampón" en lo referente a la presente invención. El tampón puede estar constituido por diferentes sales de fosfato, citratos, bicarbonatos, succianatos, acetatos y lactatos.

Humectante

Otro componente no esencial de la invención es un humectante. La inclusión del humectante es importante ya que suministra consistencia a los resultados obtenidos utilizando la presente invención. Más específicamente, el humectante se utiliza para mantener la cantidad porcentual de agua presente en el dispositivo dentro de una banda muy estrecha. Manteniendo el contenido de agua del gel, el dispositivo permite de forma consistente la migración de la misma cantidad de una molécula dada, tal como la glucosa, a una velocidad que no es errática y permite el flujo de iones generados por la descomposición de la molécula tal como la glucosa, a la misma velocidad. El humectante puede estar presente en cantidades muy pequeñas en el intervalo de entre 0,5% y 50% basándose en el peso total del parche de hidrogel. Humectantes útiles incluyen el glicerol, el hexilenglicol y el sorbitol. Se determina el ruido eléctrico aportado por el humectante para que esté dentro de una banda aceptable para el gel y el electrodo en particular y las condiciones de tensión operativa contempladas. Dicha banda es preferiblemente inferior a aprox. de 200 nA, más preferiblemente inferior a aprox. de 50 nA.

Reticulador

Como se indicó anteriormente, la presente invención se suministra preferiblemente en forma de hidrogel, dicho hidrogel se obtiene combinando óxido de polietileno con agua, dicha combinación forma un gel. La integridad estructural del gel puede ser particularmente débil cuando están presentes grandes cantidades de agua y es deseable incluir mayores cantidades de agua para mejorar la capacidad del flujo de glucosa y de corriente a través del dispositivo. Sin embargo, a medida que se incrementa la cantidad de agua disminuye la integridad estructural del dispositivo y su capacidad de manejo. Para incrementar la capacidad de manejo del dispositivo e incrementar su integridad estructural es deseable incluir un agente reticulante. El agente reticulante puede ser suministrado como un componente químico que facilite una reacción entre diferentes cadenas poliméricas. Alternativamente, la reticulación puede llevarse a cabo proporcionando radiación ionizante. Dicha radiación se suministra preferiblemente en forma de radiación de haz de electrones que da como resultado la unión de las cadenas poliméricas entre sí. Diferentes agentes reticulantes que se utilizan para facilitar la reticulación cuando se utilizan en combinación con la radiación se presentan en las patentes de EE.UU. 4.684.558 y 4.989.607 incorporándose ambas aquí por referencia para la presentación de agentes reticulantes y procedimientos de radiación utilizados en relación con la formación de geles. Agentes reticulantes para su uso con radiación U.V. incluyen N,N'-metilenobisacrilamida, monometacrilato de polipropilenglicol, monoacrilato de polipropilenglicol, dimetacrilato de polietilenglicol (600), trialilisocianurato (TAIC), dialilisocianurato (DAIC), diacrilato de polietilenglicol (400), triacrilato de trimetolpropano etoxilado SR 415, triacrilato de trimetolpropano etoxilado SR 9035. Para la reticulación usando radiación U.V. puede utilizarse un fotoiniciador. Ejemplos de dichos fotoiniciadores incluyen: Esacure KB1 benzildimetilquetal, Esacure TZT mezcla de trimetilbenzofenona, Esacure ITX isopropiltioxantona, Esacure EDB etil 4-(dimetilamino) benzoato, BP benzofenona.

Agentes reticulantes de radiación de haz de electrones y de radiación gamma útiles en la invención incluyen, pero no de forma limitativa, metacrilato de etilenglicol, metacrilato de trietilenglicol, trimetacrilato de trimetilolpropano (Sartomer® 350, Sartomer Company, Exton PA, USA), y N,N'-metilenobisacrilamida.

Agentes reticulantes térmicos y químicos útiles en la invención incluyen, pero no de forma limitativa, metacrilato de etilenglicol, metacrilato de trietilenglicol, trimetacrilato de trimetilolpropano (Sartomer® 350), N,N'-metilenobisacrilamida y glutaraldehído. Iniciadores útiles de la invención incluyen, pero no de forma limitativa, azobisisobutironitrilo (AIBN) y peróxido de benzoilo.

Los agentes reticulantes se añaden a la mezcla del gel en una cantidad que permita introducir las propiedades físicas deseadas del gel según se ha descrito anteriormente. La cantidad de agente reticulante residual presente en el gel después de la reticulación es preferiblemente una cantidad que no sea tóxica para el paciente cuando el gel se ponga en contacto con la piel del paciente durante el tiempo en el que se use el parche de gel.

Biocida

Según se indicó anteriormente, el parche de hidrogel u otro dispositivo de la invención está diseñado para usarse en contacto con la piel humana. Además, el dispositivo puede ser envasado y almacenado durante períodos de tiempo relativamente largos antes de su utilización, en vista de lo cual puede ser deseable incorporar un compuesto biocida en el dispositivo. Dicho biocida está presente en una cantidad suficiente para matar y/o inhibir el crecimiento de microorganismos del tipo descrito anteriormente en la definición de "biocida".

Características físicas del gel Difusión

Con respecto a las características de difusión, el parche debe ser capaz de permitir la infusión de una molécula biológicamente significativa tal como la glucosa desde la piel y el movimiento de la molécula y de sus productos de reacción (por ejemplo ácido glucónico y peróxido de hidrógeno) a través del parche en una extensión necesaria para dar como resultado final la generación de una señal detectable tal como una corriente eléctrica. El parche de hidrogel, como el del Ejemplo 5, permite la difusión del peróxido de hidrógeno a 8 x 10^{-6} cm^{2}/segundo y de la glucosa a 1 x 10^{-6} cm^{2}/segundo. Se prefieren tasas superiores a aprox. de 10^{-6}cm^{2}/segundo y 10^{-7} cm^{2}/segundo para el peróxido de hidrógeno y la glucosa, respectivamente. Se entenderá que las características de difusión están relacionadas, en alguna medida, con las características mecánicas y que todas las características del dispositivo están interrelacionadas entre sí para obtener un resultado final deseado que es un dispositivo desechable que convierte proporcionalmente una molécula, tal como la glucosa que penetra en el dispositivo, en una cantidad predeterminada de señal tal como una corriente eléctrica que puede ser medida. En realizaciones preferidas de la invención, el parche tenía una resistencia no superior a aproximadamente 20 Kohm y preferiblemente no superior a aproximadamente 1 Kohm después del contacto con la piel durante un período de 24 h.

El tiempo característico del gel se mide según se ha descrito anteriormente como función del grosor del gel (L distancia a la que difunde en analito) y de la constante de difusión del analito (D). La relación entre los parámetros L y D es la siguiente:

L^{2}/D = \text{tiempo característico en minutos}

Preferiblemente, el tiempo característico de un gel de la invención es aproximadamente entre 6 segundos y 45 minutos. Preferiblemente, la medición del analito en el gel se produce de forma continua (por ejemplo, las mediciones pueden integrarse a lo largo de 5 minutos y pueden producirse cada 20 minutos a lo largo de un día). Preferiblemente D para un analito particular en el gel debería no ser inferior a 0,1 veces la velocidad de difusión del analito en agua sola. Más preferiblemente, D para un analito en particular presente en el gel es superior a 0,25 veces la velocidad de difusión en agua. Puede variarse la reticulación del gel para hacer que la difusión del analito sea el factor limitativo de la velocidad en la detección.

Cohesión del gel

La forma del parche de hidrogel de la invención, así como otras formas, son preferiblemente ligeramente pegajosas y se adherirán a la piel humana y se adaptarán a la configuración de la piel sobre la cual se aplica el parche. De esta forma, el parche será flexible y pegajoso hasta un punto que le permita adherirse a la piel y no caer debido a la acción de la gravedad. Además, cuando se quite el parche no será lo suficientemente adhesivo como para arrancar la piel y poder separarse y no se adherirá a la piel una vez separado ya que deja un residuo táctil de hidrogel en la piel después de su separación.

Conductividad eléctrica

Eléctricamente el parche debe suministrar suficiente conductividad eléctrica y debe tener una resistencia no superior a aproximadamente 20 Kohm, y preferiblemente no superior a aproximadamente 1 Kohm después de estar en contacto con la piel durante un período de 24 h. Además, el parche crea preferiblemente un entorno eléctrico de manera que el ruido de fondo creado cuando se utiliza el parche esté tan cerca de 0 como sea posible. Preferiblemente, la cantidad de ruido de fondo es inferior a 500 nA, más preferiblemente inferior a 200 nA y más preferiblemente inferior a 50 nA cuando se efectúa la medición en un gel reticulado.

Soporte estructural

El parche de hidrogel puede incluir además un soporte estructural que esté embebido en el gel, dicho soporte incluye, pero no de forma limitativa, una tela tejida, una tela no tejida, fibras dispersas o una membrana. Además es posible incluir una membrana que ayude al filtrado de materiales indeseables que estén incorporados dentro del parche de hidrogel. Este soporte estructural está embebido en el gel y preferiblemente tiene un tamaño y una configuración que concuerda con el parche de hidrogel. Puede usarse una variedad de materiales diferentes para suministrar el soporte estructural. Telas no tejidas útiles incluyen aquellas vendidas como Reemay series 2200, 2000 y 2400. La capa puede ser de poliéster no tejido hilado que puede ser de fibras rectas o rizadas. Es posible utilizar fibras o telas super-absorbentes. Materiales comercialmente disponibles incluyen Camelot Fiberdre®, Verlée (no tejido), Dupont Sontara® (telas de mezclas de poliéster) y telas no tejidas Kendall. Pueden utilizarse materiales de celda abierta y de celda cerrada.

Características químicas

Las características químicas del parche deben proporcionar un entorno tal que la degradación al deterioro de la substancia a medir (tal como el peróxido de hidrógeno) no sea superior al 20% durante un período de aprox. de 30 min. Además, debe proporcionarse un entorno tal que la enzima no se deteriore significativamente y que la piel no se irrite significativamente. Preferiblemente, en el hidrogel está presente una cantidad suficiente de enzima que la difusión del analito a través del gel sea el factor limitativo de la tasa en la medición del analito. Así, el parche se mantiene preferiblemente dentro de un intervalo de pH de entre 3 y 9. Preferiblemente el pH se ajusta para permitir una tasa óptima de conversión de \alpha-glucosa en \beta-glucosa ya que la glucosa oxidasa convierte la \beta-glucosa en ácido glucónico en una tasa 150 veces mayor que la tasa de la \alpha-glucosa. El término óptimo se refiere a un equilibrio de los diferentes parámetros dentro del gel, incluyendo, pero no de forma limitativa, la estabilidad de la enzima, el flujo iontoforético de la glucosa, la irritación de la piel y similares. La proporción de \beta-glucosa:\alpha-glucosa es de aproximadamente 2:1. Un pH aproximadamente igual o superior a 7 o igual o inferior a 4 es más adecuado para mejorar la tasa de mutarrotación. Las condiciones bajo la cuales la glucosa total (\alpha-glucosa y \beta-glucosa) se convierte en peróxido son menores que el tiempo de medición (t_{m}), preferiblemente menores que un tercio del tiempo de medición. Dichas condiciones incluyen, pero no de forma limitativa, una concentración de tampón de fosfato superior o igual a aprox. de 10 mM, un pH superior o igual a aprox. de 7 o inferior o igual a aprox. de 4 o la adición de la enzima, mutarrotasa. Sin embargo, algunas características químicas y eléctricas extendidas están interrelacionadas. Así, además de mantener el pH del gel a un nivel adecuado para promover la estabilidad de la enzima y la mutarrotación de la \alpha-glucosa en \beta-glucosa, se selecciona el pH para mejorar el flujo iontoforético. Estos parámetros están adicionalmente equilibrados para minimizar la irritación de la piel del usuario.

El hidrogel de la invención se suministra en dos formas principales: un parche de gel que es prehidratado antes de ser manipulado por el paciente y un parche de gel que está seco y que es hidratado por el paciente justo antes de su uso. Las características del gel hidratado final son como se han descrito anteriormente para cualquier aspecto de la invención. Las características generales del gel prehidratado y del gel seco se proporcionan a continuación.

Gel hidratado

Para conseguir los objetivos de la invención, el dispositivo puede construirse en un número de configuraciones diferentes. El concepto básico es suministrar un componente que permita estar presente un gran porcentaje de agua y mantenerla en su sitio y a través de la cual puedan fácilmente difundirse diferentes moléculas (por ejemplo, iones) y en cuyo interior pueda infundirse la glucosa. La configuración actualmente preferida es utilizar el parche de hidrogel que comprende un material formador de gel que forma una o más estructurales tales como una red que sujeta el agua y forma un gel en la presencia de agua. El material formador de gel está presente como un componente individual o como múltiples componentes formadores de gel, cuya suma está presente en una cantidad de entre aprox. de un 0,5% y aprox. de un 40% del peso basándose en el peso total del parche de hidrogel. En una realización particularmente preferida de la invención, está presente óxido de polietileno en una cantidad de entre un 2% y un 20%, preferiblemente aprox. de un 10%. Si está presente el ácido poliacrílico, se añade en una cantidad en el intervalo de entre 0,5% y 5%, más preferiblemente 2%. El agua está presente en una cantidad de 45%-95% o preferiblemente aprox. de 65%-85%, dicha agua incluye otros componentes en solucion.

Aparte del material formador de gel, el resto del parche comprende una solución acuosa en la que el agua incluye necesariamente una enzima. Cuando la medición deseada es la detección de glucosa, la enzima es preferiblemente glucosa oxidasa. Se añade una cantidad de enzima tal que la enzima en el gel final utilizando por el paciente esté suficientemente activa como para que la difusión del analito a través del gel permanezca como factor limitativo de la tasa para la medición. La cantidad de enzima (carga enzimática) variará dependiendo de la enzima y de los procesos de manipulación del gel. Los procesos que potencialmente pueden degradar la enzima incluyen, pero no de forma limitativa, el pH del gel, las condiciones de reticulación, la temperatura de almacenamiento, la luz, el cambio del pH y el uso por parte del paciente. De esta manera la carga enzimática compensará la pérdida potencial de la actividad enzimática debido a estos procedimientos. Por ejemplo, cuando la enzima es glucosa oxidasa, se usan aproximadamente al menos 1.000 unidades, preferiblemente 2.000 unidades, por gramo de gel. Esto está dentro del ámbito de la invención ya que la carga enzimática puede variarse (incrementarse o disminuirse) según se varíen los procesos de manipulación del gel. Finalmente, la enzima añadida al gel puede ser de fuentes naturales, tales como su aislamiento a partir de un organismo, o la enzima puede producirse mediante medios químicos o recombinantes.

Otro componente del gel es una sal que hace que el agua sea eléctricamente conductora. Dicha sal es preferiblemente cloruro de sodio. La solución puede incluir otros componentes tales como un tampón que mantenga el pH del parche de hidrogel en el intervalo de entre 3 y 9. La sal de cloruro puede excluirse del gel cuando se incluya en el gel una sal tampóna que suministre suficiente conductividad eléctrica mientras que mantenga también un pH óptimo.

Los componentes del gel pueden incluir, pero no de forma limitativa, un biocida (tal como metilparabenos), un humectante (tal como sorbitol, hexilenglicol, o glicerol) y un tensoactivo iónico o no iónico (tal como Poloxamer). El gel puede incluir además un agente reticulante que, con radiación, elevación térmica o activación química, mejore la reticulación suministrando de esta forma una mejor integridad estructural.

Es deseable suministrar un material básico que incluya tanta cantidad de agua como sea posible ya que una mayor cantidad de agua suministra un dispositivo que permite más fácilmente la infusión de la glucosa y la conducción de la corriente. Sin embargo, a medida que se incrementa la cantidad de agua disminuye la capacidad de manejar fácilmente el dispositivo así como la capacidad del dispositivo para mantener sus componentes y su integridad estructural. Por esta razón a menudo es deseable utilizar un gel que comprenda materiales poliméricos sintéticos tales como polivinilpirrolidona u óxido de polietileno (tal como Poliox® de grado WSR-NF) en combinación con ácido poliacrílico (tal como Carbopol®), dichos polímeros pueden reticularse utilizando un agente reticulante químico o mediante la aplicación de radiación tal como la suministrada por la radiación de haz de electrones o la radiación U.V.

Los expertos en la técnica conocen una gran variedad de diferentes tipos de materiales para la formación de geles. Por ejemplo, en la patente de EE.UU. 4.684.558 se presentan materiales para la formación de geles y en la patente de EE.UU. 4.989.607 se presentan hidrogeles adhesivos altamente conductores, ambas patentes se incorporan aquí por referencia para presentar y describir materiales usados en la formación de hidrogeles, procedimientos para formar dichos hidrogeles y diferentes materiales y dispositivos que pueden utilizarse en relación con la formación de dichos hidrogeles. Cada una de estas patentes citan muchas otras patentes de EE.UU. y otras publicaciones que presentan otros materiales que se utilizan en la formación de geles y esas publicaciones también se incorporan aquí por referencia. Por último, se señala que es posible utilizar un gel tal como el presentado en el documento PCT WO93/10163, publicado el 27 de mayo de 1993 que presenta geles que pueden utilizarse en la formación de parches para la aplicación de agentes farmacológicamente activos a un paciente durante largos períodos de tiempo, dicha publicación se incorpora aquí por referencia para presentar dichos geles.

Gel seco

En otro aspecto adicional de la invención se suministra un material soluto, tal como un material absorbente, dicho material puede tomar la forma de una esponja que puede ser natural o sintética o de un papel fibroso, óxido de polietileno, Carbopol®, Loprasorb®, poliéster, malla de poliéster u otros materiales similares que sean hidrófilos. Esta fina capa de material absorbente puede tener los componentes esenciales en estado seco embebidos en su interior. Por ejemplo, el material puede incluir glucosa oxidasa liofilizada y cloruro de sodio así como un tampón del pH tal como fosfato o bicarbonato. En una realización, este material soluto con los componentes secos embebidos se suministra junto con una cantidad predeterminada de agua o solución en un envase frangible. Cuando el paciente aplica presión al envase el agua se libera en el material absorbente que absorbe el agua y llevando la sal enzimática y el tampón en solución al interior del material absorbente. El agua puede contener otros componentes tales como un biocida o un humectante. En realizaciones alternativas la solución puede incluir la sal, la enzima y un tampón. No obstante se prefiere incluir, al menos, la enzima dentro del material absorbente en estado seco liofilizado ya que la enzima es más estable en estado seco que cuando está contenida dentro de una solución.

En otra realización de la invención, se suministra el material absorbente con los componentes secos embebidos en su interior de manera que el paciente simplemente añada agua o solución salina para hidratar el material y formar el gel.

Un gel hidratado preferido incluye una cantidad superior al 4% y preferiblemente inferior al 35% de su peso de óxido de polietileno reticulado que tiene un peso molecular medio de aprox. de 0,02 - 6 x 10^{6} daltons, dicho material se expone a una radiación de alta energía de entre aprox. de 0,2 y aprox. de 5,0 Mrad. En la patente de EE.UU. 4.684.558 se presentan características físicas específicas y las pruebas utilizadas en la medición de esas características. Además de utilizar óxido de polietileno es posible la utilización de diferentes mezclas de óxido de polietileno sólo o en combinación con otros materiales formadores de polímeros. En realizaciones preferidas, los materiales formadores de polímeros no afectan adversamente a la cuantificación del analito. Puede utilizarse óxido de polietileno por sí sólo o en combinación con polímeros hidrófilos reforzantes de la viscosidad como los presentados en la Patente de EE.UU. 4.989.607.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se ponen aquí de manifiesto para proporcionar a aquellos expertos en la técnica una presentación y descripción completas de cómo hacer los parches de la presente invención. Se han efectuado esfuerzos para asegurar la exactitud con respecto a los números usados (por ejemplo, cantidades, componentes particulares, etc) pero deben tenerse en cuenta algunos errores y desviaciones experimentales. A menos que se indique de otra forma, partes son partes por peso basándose en el peso total del hidrogel, los componentes disueltos en agua se miden como porcentaje de la solución, el peso molecular es el peso molecular medio, la temperatura está en grados centígrados y la presión es la presión atmosférica o prácticamente la presión atmosférica.

Ejemplo 1

Este ejemplo describe procedimientos no limitativos para la caracterización de algunas propiedades físicas de los geles de la invención. Los geles descritos en la tabla 1, a continuación, fueron preparados según se describe aquí y se comprobaron mediante los procedimientos aportados más adelante.

TABLA 1

Componente	Índices de formulación
	60	63	70	101	103
Polyox® WSR 205, %	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5
Carbopol® 910 PNF,					2
Carbopol® 974 PNF,			0,1	2
KC1, %	5
NaC1, %		0,45	0,45	0,45	0,45
NaHCO_{3}, %		0,5	0,5	0,5	0,5
Glycerol, %	10	10	10		10
Hexilenglicol, %				10
Bisacrilamida, %	2	2	2	0,5	0,5
Agua, nanopura, %	75,5	79,55	78,55	79,05	78,05

Los índices de formulación se refieren a la serie 316. Los pesos de los componentes son porcentajes basados en el peso del gel hidratado. Cada formulación contenía 100 unidades de glucosa oxidasa por gramo de gel. Bisacrilamida se refiere a N,N'- metilenobisacrilamida.

Los componentes de la mezcla de gel descritos anteriormente se ajustaron de manera que las características físicas del gel final se optimizaran para la cuantificación de un analito, tal como glucosa, extraído a través de la piel de un paciente, hecho reaccionar y detectado y cuantificado su producto de reacción. Ya que las cantidades de glucosa que penetran en el dispositivo son relativamente pequeñas, es necesario que el dispositivo sea particularmente fino, por ejemplo, en el intervalo de 5 \mum y 1,27 mm (50 mil) (1 mil igual a una milésima de pulgada), preferiblemente entre 0,025 y 0,25 mm (de 1 a 10 mil). Su área superficial total en una superficie simple debe estar en el intervalo de entre aprox. de 0,5 cm^{2} y aprox. de 10 cm^{2} y más preferiblemente está en el intervalo de entre aprox. de 1 cm^{2} y 5 cm^{2}.

La cohesividad del gel es otra característica que puede optimizarse. El gel de la invención, una vez hidratado, tiene suficiente integridad estructural como para que mantenga su forma dentro del dispositivo, se adapte a los contornos de la piel del paciente cuando se aplique y no se adhiera a la piel del paciente hasta un grado tal que partes del material de gel se rompan y queden pegadas sobre la piel del paciente cuando se separe el gel.

La cohesividad del gel se controló midiendo la viscosidad utilizando una prueba de viscosidad de bola rodante como sigue. Una bola de acero de aproximadamente 16,5 mm de diámetro fue hecha rodar a lo largo de un plano inclinado libre de gel. Luego se hizo rodar la bola de acero sobre un plano similarmente inclinado sobre el cual se adhirió una tira de hidrogel de 2,5 cm x 30, 5 cm (1 pulgada x 12 pulgadas). La distancia a la que se movió la bola de acero sobre cada una de las superficies fue medida y comparada. El incremento de cohesividad (viscosidad) del gel se observó como un acortamiento de la distancia recorrida. En realizaciones preferidas del gel, la cohesividad, medida como viscosidad, es inferior a aproximadamente 30 mm. Por ejemplo, las formulaciones 316-101 y 316-103 de la tabla 1 tuvieron valores de viscosidad de 28,4 mm \pm 8,0 mm y 19,2 mm \pm 6,9 mm, respectivamente.

La regularidad eléctrica es otra característica del gel de la invención que se refiere al bajo nivel de ruido eléctrico de fondo que se consigue de acuerdo con la invención, dicho nivel de ruido mejora la capacidad de la invención para detectar pequeñas cantidades de analito. Preferiblemente, el parche crea un entorno eléctrico tal que el ruido de fondo observado cuando se utiliza el parche está tan próximo a 0 como sea posible.

Preferiblemente, la cantidad de ruido de fondo es inferior a 500 nA, más preferiblemente inferior a 200 nA, y más preferiblemente inferior a 50 nA cuando se mide en un hidrogel reticulado.

La corriente de fondo (ruido) se midió mediante el siguiente procedimiento. Se utilizó un montaje de electrodos rectangulares que constaba de un electrodo de trabajo y contador Pt y un electrodo de referencia de Ag/AgCl. Se cortó un disco de hidrogel de un diámetro de 1,59 cm (5/8 pulgadas), se separó el revestimiento liberable y el disco se colocó sobre un electrodo rectangular con el lado del adhesivo hacia el electrodo. Se midió la corriente de fondo para una tensión de 0,6 V. El electrodo fue preacondicionado a una tensión de polarización de 0,75 V durante 10 minutos antes de iniciar la medición de la corriente de fondo. La medición de la corriente de fondo decae asintóticamente hasta una corriente de fondo regular entre aproximadamente 15 y 30 minutos. La medición fue efectuada a aproximadamente 60 minutos. Preferiblemente, la corriente de fondo es inferior a aproximadamente 500 nA, más preferible inferior a aproximadamente 200 nA y más preferiblemente inferior a aproximadamente 50 nA.

En una realización preferida de la invención, se trataron los componentes del gel para eliminar los compuestos que provocaban una señal eléctrica de fondo relativamente alta. Por ejemplo, aditivos en los componentes del gel tales como los antioxidantes presentes en los polímeros comerciales son electroactivos. Dichos compuestos electroactivos pueden eliminarse mediante un procedimiento de limpieza tal como, pero no de forma limitativa, el diafiltrado de los materiales que forman el polímero. Por ejemplo, el gel preparado en el ejemplo 2 tenía a continuación una corriente de fondo de 175 nA antes de la purificación del polímero mediante diafiltrado y una corriente de fondo de 40 nA después del diafiltrado. Las corrientes de fondo se midieron a los 60 minutos después de la aplicación de una tensión de 0,6 V.

La resistividad eléctrica se midió mediante el siguiente procedimiento. Se utilizaron dos electrodos en forma de gancho de Ag/AgCl impresos sobre una placa cerámica. Se cortó un disco de hidrogel de un diámetro de 1,59 cm (5/8 pulgadas) y se eliminaron ambos revestimientos liberables. El disco de hidrogel se colocó entre las placas cerámicas de manera que los electrodos estuvieran completamente cubiertos por el hidrogel. Se aplicó una corriente constante de 0,9 mA a través del gel usando un protocolo en el cual se fue alternando la polaridad a lo largo de períodos cíclicos de 15 minutos y se midió la caída de tensión a través del gel. Entonces se calculó la resistencia. En realizaciones preferidas de la invención, la resistencia no fue superior a aproximadamente 20 Kohm. Antes de ponerse en contacto con la piel, se analizaron los geles 316-60, 316-63, y 316-70 de la tabla 1 para comprobar la resistencia y se halló que exhibían resistencias de 2,7, 3,9 y 2,2 Khoms. Preferiblemente la resistencia no es superior a aproximadamente 20 Khoms después del contacto con la piel durante un período de 24 h.

Ejemplo 2

Se combinó óxido de polietileno (PEO, Polyox® WSR-205) (aproximadamente un 8,5% del peso) con ácido poliacrílico PAA (Carbopol® 971 P NF) (2% del peso), hexileno glicol (10% del peso), N,N'-metilenobisacrilamida (0,02% del peso), poloxímero 188 (Pluronic® F68) (0,5% del peso) y aproximadamente un 75,5% de una solución acuosa en la que el agua contenía 200 unidades de glucosa oxidasa por gramo de gel, 0,45% de NaCl y tampón de fosfato suficiente para mantener el pH en el intervalo de 6-8. Los pesos de PEO, PAA y de la solución acuosa están basados en el peso total del hidrogel producido y las cantidades porcentuales de NaCl y de tampón son cantidades porcentuales de estos componentes en el gel.

Los componentes se mezclaron a temperatura ambiente y se midieron las características eléctricas del gel.

La reticulación se realizó como sigue: la mezcla de gel fue reticulada primero revistiendo un substrato de soporte con la mezcla de gel sobre y exponiéndolo a una irradiación de entre 0,35 y 0,45 Mrad a temperatura ambiente.

La pérdida de agua del gel se midió como sigue: el gel, con un grosor de 1 mm (40 mil) y un diámetro de aproximadamente 1,9 cm (0,75 pulgadas), se colocó entre discos circulares de revestimientos liberables de manera que el vapor de agua pudiera escapar solamente desde los lados del gel. Se midió la pérdida de peso en momentos seleccionados a lo largo de un período de 24 horas a temperatura y presión ambiente. La pérdida de peso se atribuyó a la pérdida de agua y se normalizó con respecto al contenido inicial de agua del gel. Se observó una pérdida de agua del gel inferior al 70% a lo largo de 24 horas.

En la tabla 2 se proporciona una lista de componentes de un hidrogel del ejemplo de la invención.

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 2 Formulación del hidrogel

Polyox® WSR-NF	8,5%
Carbopol® 971 P NF	2%
Hexilenglicol	10%
NaCl	0,45%
Tampón de fosfato	0,5%
Pluronic F68	0,5%
N.N'-metilenobisacrilamida	0,02%
Glucosa oxidasa	0,16% (200 U/g gel)
Agua	75,5%

Ejemplo 3

Se preparó un gel con alto contenido polimérico combinando los siguientes componentes: óxido de polietileno (PEO, Polyox® WSR-750) (aproximadamente un 20% del peso), N,N'-metilenobisacrilamida (0,02% del peso) y aproximadamente un 78,05% de una solución acuosa en la que el agua contenía 1.000 unidades de glucosa oxidasa por gramo de gel, 0,45% de NaCl y 0,5% de bicarbonato de sodio. Los pesos del PEO y de la solución acuosa están basados en el peso total del hidrogel producido y las cantidades porcentuales de NaCl y del tampón son cantidades porcentuales de estos componentes en el gel. Los componentes se mezclaron suavemente a temperatura ambiente.

La reticulación se realizó como sigue: la mezcla de gel fue reticulada recubriendo un soporte con la mezcla de gel un substrato de y exponiéndolo a una irradiación de entre 0,35 y 0,45 Mrad a temperatura ambiente.

Ejemplo 4

Se suministró un material de esponja sintética que tiene un grosor de 0,64 mm (25 mil) y un diámetro de 1 cm. Se incorporó enzima glucosa oxidasa liofilizada al material esponjoso en una cantidad de 1.000 unidades por gramo basándose en el peso en gramos del material esponjoso presente en un envase adjunto, dicho envase incorpora aproximadamente 3 ml de agua separados de la esponja mediante un precinto frangible, dicho precinto se rompe después de la aplicación de presión al envase, dicha presión rompe el precinto pero no el resto del envase. El agua del envase tenía disuelto 0,5% de cloruro de sodio y tampón de fosfato suficiente para suministrar un pH de aprox. de 6-8.

Ejemplo 5

Se combinó un 5,5% de su peso de óxido de polietileno (PEO 750) que tenía un peso molecular de aprox. de 300.000, un 1% de su peso de ácido poliacrílico PAA (Carbopol® 974 P NF) y aproximadamente un 91,75% de solución acuosa en donde la solución acuosa contiene 1000 unidades de glucosa oxidasa por gramo de gel, 0,45% de NaCl y tampón de fosfato suficiente para mantener el pH en el intervalo de 6-8. Los pesos de PEO, PAA y de la solución acuosa están basados en el peso total del hidrogel producido y las cantidades porcentuales de NaCl y del tampón de fosfato son cantidades porcentuales de estos componentes en la solución acuosa. El gel incorpora un material no tejido de poliéster que se vende bajo la denominación Reemay 2250. Para producir el parche las mezclas de componentes se vierten en forma de gel sobre el material no tejido que se encuentra sobre una capa de revestimiento liberable. El gel se reparte con una cuchilla Gardner y se lamina hasta una segunda capa de revestimiento liberable. El material se expone a radiación de haz de electrones en una cantidad de aprox. de 0,4 Mrad para conseguir la reticulación. El material se troquela en forma de círculo que tiene un diámetro en el intervalo de entre 1 y 3 cm y que tiene un grosor en el intervalo de entre 0,25 y 1 mm (de 10 a 40 mil). El disco circular se coloca en una bolsa sellada para evitar la evaporación o la contaminación.

Ejemplo 6

Se preparó un gel de óxido de polietileno/alcohol de polivinilo como sigue: se combinaron los siguientes componentes por 100 g de gel: 8,5 g de óxido de polietileno (PEO, Polyox® WSR 205), 10 g de alcohol de polivinilo (Airvol® 203S), 2 g de ácido poliacrílico PAA (Carbopol® 971 P NF), 2 g de N,N'-metilenobisacrilamida y aproximadamente 74,6 g de solución acuosa en la que el agua contenía aproximadamente 100 unidades por gramo de gel de glucosa oxidasa, 0,45 g de NaCl y 0,26 g de Na_{2}H_{2}PO_{4}.H_{2}O y 2,17 g de Na_{2}HPO_{4}.7H_{2}O tampón de fosfato y el pH se mantuvo a 7,4. Se llevó a cabo una irradiación en forma de radiación de haz de electrones para inducir la reticulación. Los pesos de todos los componentes están basados en 100 g del peso total del hidrogel producido. El peso de la glucosa oxidasa es por g de gel. Los componentes del gel tomaron la forma de un parche que tenía un parámetro circular con un área de aprox. de 1 cm^{2} y un grosor de aprox. 0,13 mm (5 mil). Se aplicó un revestimiento liberable a cada superficie del parche de gel, dicho revestimiento liberable tiene la misma área y la misma configuración de los parámetros externos que el parche de gel.

Ejemplo 7

Se combinaron los siguientes componentes del hidrogel: 8,5% del peso de óxido de polietileno (PEO, Polyox® WSR-205) (con un peso molecular de aprox. de 600.000), 2% del peso de ácido poliacrílico PAA (Carbopol® 971 P NF) y aproximadamente un 89,5% de solución acuosa en la que el agua contenía 1.000 unidades de glucosa oxidasa por g de gel, 0,45% de NaCl y tampón de fosfato suficiente para mantener el pH en el intervalo de 6-8. Los pesos de PEO, PAA y la solución acuosa están basados en el peso total del hidrogel producido y las cantidades porcentuales de NaCl y del tampón son cantidades porcentuales de estos componentes en la solución acuosa. El gel incorpora un material de poliéster no tejido tal como Reemay 2250. Para producir el parche, se combinó la mezcla de componentes con un fotosensibilizador de U.V. (por ejemplo, 0,5% de Irgacure® 184) y un reticulador (por ejemplo, 0,02% de N, N'-metilenobisacrilamida) y se vertió el gel sobre el material no tejido que se encontraba sobre una capa de revestimiento liberable. El gel se repartió con una cuchilla Gardner y se laminó hasta una segunda capa de revestimiento liberable. El material se expuso a radiación U.V. para conseguir la reticulación. El material se troqueló en forma de un círculo que tenía un diámetro en el intervalo de entre 1 y 3 cm y un grosor en el intervalo de 0,25 y 1 mm (de 10 a 40 mil). El disco circular se colocó en una bolsa cerrada para evitar la evaporación o la contaminación.

Ejemplo 8

Se preparó un gel seco de la invención preparando primero un gel hidratado sobre un soporte sólido y después secando el gel sobre ese soporte. El gel es rehidratado por el paciente mediante la adición de agua o solución salina.

Se combina un 10% del peso de óxido de polietileno (Polyox® WSR-750) que tiene un peso molecular de aprox. de 300.000, un 1% del peso de ácido poliacrílico PAA (Carbopol® 974 P NF) y aproximadamente un 89% de solución acuosa en la que el agua contenía 2.000 unidades de glucosa oxidasa por gramo de gel, 0,45% de NaCl y 0,5% de tampón de fosfato para mantener el pH en el intervalo de 6-8. Los pesos de PEO, PAA y de la solución acuosa están basados sobre el peso total del hidrogel producido y las cantidades porcentuales de NaCl y del tampón son cantidades porcentuales de estos componentes en la solución acuosa. El gel incorpora un material de poliéster no tejido tal como Reemay 2250. Para producir el parche, se vertió la mezcla de los componentes en forma de gel sobre el material no tejido que estaba sobre una capa de revestimiento liberable. El gel se repartió con una cuchilla Gardner y se laminó hasta una segunda capa de revestimiento liberable. El material se expuso a radiación de haz de electrones en una cantidad de aprox. de 0,4 Mrad para conseguir la reticulación. El material se troqueló en la forma de un círculo que tenía un diámetro en el intervalo de entre 1 y 3 cm y que tendrá un grosor en el intervalo de 0,25 y 1 mm (de 10 a 40 mil).

Para preparar el gel seco, el disco circular se coloca sobre un soporte sólido y se seca en un liofilizador u otro aparato de secado de manera que se elimine básicamente toda el agua no combinada. Además, se eligen las condiciones de forma que después de la rehidratación, la enzima que se encuentra en el gel tenga una actividad suficiente para aguantar el almacenamiento y el uso y de forma que la difusión del analito sea el factor limitativo de la tasa en la medición del analito.

Claims (42)

1. Un parche de hidrogel que comprende:

a) un compuesto hidrófilo que forma un hidrogel en la presencia de agua, dicho compuesto está presente en una cantidad del 4% del peso o superior en base al peso del hidrogel;

b) agua en una cantidad del 95% o inferior basándose en el peso del hidrogel;

c) un electrólito, en el que la señal eléctrica de fondo del gel es inferior a aproximadamente 200 nA; y

d) glucosa oxidasa presente en una cantidad de entre 10 y 5.000 unidades por gramo de peso de hidrogel, en el que i) la glucosa oxidasa puede catalizar una reacción entre la glucosa y el oxígeno que da como resultado la generación de peróxido de hidrógeno y ii) los componentes degradativos del peróxido de hidrógeno de la composición enzimática se reducen de manera que no se comprometa la cuantificación del peróxido de hidrógeno producido por la reacción de la glucosa oxidasa;

en el que le hidrogel se mantiene dentro de un intervalo de pH de entre 3 y 9.

2. El parche de hidrogel de la reivindicación 1, en el que dicha señal eléctrica de fondo del gel es inferior a aproximadamente 50 nA.

3. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el producto de la reacción en el paso d) no se degrada más del 20% en 30 min.

4. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la difusión de un analito que reacciona en la reacción del paso d) es limitativa de la tasa y en el que la difusión del analito es más rápida que el tiempo de medición.

5. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el hidrogel tiene la propiedad definida por la fórmula:

L(K_{c}E/K_{m}D) ^{1/2}\geq1

en la que L es el grosor del hidrogel, D es la constante de difusión del analito extraído al interior del hidrogel, E es la carga enzimática del hidrogel, K_{c} es la constante de tasa catalítica de la enzima y K_{m} es la constante de tasa Michaelis-Menten de la enzima.

6. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el hidrogel además comprende componentes para mantener el entorno seleccionado del hidrogel y en el que el entorno mejora la conversión del analito en el producto de la reacción del paso d).

7. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la enzima cataliza una reacción entre la glucosa y el oxígeno dando como resultado la generación de electrones.

8. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la enzima es una glucosa oxidasa recombinante o sintética.

9. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la enzima está presente en una cantidad de 200 unidades de enzima o superior por gramo de hidrogel.

10. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una enzima mutarrotasa.

11. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

e) un agente tampón presente en una cantidad suficiente para mantener el pH del hidrogel en el intervalo de entre 3 y 9.

12. El parche de hidrogel de la reivindicación 11 en el que el agente tampón está presente en una cantidad suficiente para mantener el pH del hidrogel en el intervalo de entre 6 y 8.

13. El parche de hidrogel de las reivindicaciones 11 ó 12, en el que el agente tampón está presente en una cantidad suficiente para mantener el pH del hidrogel en 7, 4.

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14. El parche de hidrogel de las reivindicaciones 11, 12 ó 13, en el que el agente tampón comprende un tampón de fosfato.

15. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto hidrófilo se selecciona entre uno o más de los siguientes compuestos: óxido de polietileno, alcohol de polivinilo, ácido poliacrílico y poliacrilamidometilpropano sulfonato y sus copolímeros.

16. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto hidrófilo comprende además bisacrilamida.

17. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el electrólito es una sal de cloruro.

18. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende un biocida.

19. El parche de hidrogel de la reivindicación 18, en el que el biocida es un agente antibacteriano.

20. El parche de hidrogel de la reivindicación 18, en el que el biocida es un agente antifúngico.

21. El parche de hidrogel de la reivindicación 18, en el que el biocida se selecciona entre hidrocarburos clorados, organometálicos, compuestos liberadores de hidrógeno, sales metálicas, compuestos orgánicos de azufre, compuestos cuaternarios de amonio, fenólicos y metilparabenos.

22. El parche de hidrogel de la reivindicación 21, en el que el agente biocida es un metilparabeno.

23. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un humectante.

24. El parche de hidrogel de la reivindicación 23, en el que el compuesto hidrófilo está presente en una cantidad de entre el 8% y el 12% en base al peso del hidrogel que contiene el humectante.

25. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto hidrófilo se selecciona entre uno o más de los siguientes compuestos: óxido de polietileno, alcohol de polivinilo, ácido poliacrílico y poliacrilamidometilpropano sulfonato y sus copolímeros,

en el que el electrólito es NaCl o KCl,

en el que la enzima es glucosa oxidasa y la glucosa oxidasa está presente en una cantidad en el intervalo de entre 10 y 5000 unidades por g de la suma del componente a) y del componente b), y

que comprende además un agente tampón disuelto en el agua, dicho agente tampón está presente en una cantidad suficiente para mantener el pH del hidrogel entre 3 y 9.

26. Un parche de hidrogel constituido básicamente por:

a) un compuesto hidrófilo, que forma un gel, presente en una cantidad en el intervalo de entre el 0,5% y el 40% basándose en el peso del hidrogel cuando también se añade un humectante o presente en una cantidad de entre el 15% y el 20% basándose en el peso del hidrogel cuando no se añade humectante;

b) agua en una cantidad del 95% o menor en base al peso del hidrogel;

c) un electrólito, en el que la señal eléctrica del fondo del gel es inferior a aproximadamente 200 nA; y

d) glucosa oxidasa presente en una cantidad de entre 10 y 5.000 unidades por gramo de peso de hidrogel, en el que i) la glucosa oxidasa puede catalizar una reacción entre la glucosa y el oxígeno que da como resultado la generación de peróxido de hidrógeno y ii) los componentes degradativos del peróxido de hidrógeno de la composición enzimática se reducen de manera que no se comprometa la cuantificación del peróxido de hidrógeno producido por la reacción de la glucosa oxidasa.

27. El parche de hidrogel de la reivindicación 1, en el que a) el compuesto hidrófilo comprende óxido de polietileno, b) el agua comprende un agente tampón y el agente tampón es un tampón de fosfato y c) el electrólito comprende cloruro de sodio.

28. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compuesto hidrófilo está presente en una cantidad inferior al 40% del peso y el agua está presente en una cantidad superior al 60% del peso en base al peso del hidrogel.

29. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza por tener una configuración plana que posee un grosor en el intervalo de entre 5 \mum y 1,52 mm (60 mils).

30. El parche de hidrogel de la reivindicación 29, que se caracteriza por poseer una primera y una segunda área superficial, en el que cada área superficial está en el intervalo de entre 0,5 y 10 cm^{2} y en el que el parche de hidrogel tiene un grosor de entre 5 \mum y 0,25 mm (10 mil).

31. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28, en el que dicho parche de hidrogel tiene un grosor de aprox. de 0,13 mm (5 mil) y un área superficial de aprox. de 1 cm^{2}.

32. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28, en el que dicho parche de hidrogel es un disco circular que tiene un grosor de entre 0,25 mm (10 mil) y 1 mm (40 mil) y un diámetro de entre 1 y 3 cm.

33. El parche de hidrogel de la reivindicación 32, en el que dicho parche de hidrogel tiene un grosor de 1 mm (40 mil) y un diámetro de 1,9 cm (0,75 pulgadas).

34. El parche de hidrogel de la reivindicación 32, en el que dicho parche de hidrogel tiene un grosor de 0,64 mm (25 mil) y un diámetro de 1 cm.

35. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un material de soporte estructural embebido en el parche de hidrogel.

36. El parche de hidrogel de la reivindicación 35, en el que el material de soporte estructural es una tela no tejida que tiene una configuración de sus parámetros externos y un tamaño básicamente igual al del parche de hidrogel.

37. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el parche de hidrogel tiene una primera y una segunda superficie, dicho parche de hidrogel comprende además un primer y un segundo revestimiento liberable respectivamente dispuesto sobre la primera superficie y la segunda superficie y un material no tejido embebido en el material que mantiene el agua en su sitio.

38. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho parche de hidrogel tiene la forma de un disco fino y plano que se adapta al contorno de la piel humana y que puede tener opcionalmente una tela no tejida o una membrana porosa embebida en su interior.

39. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que uno o más componentes del gel han sido tratados para eliminar los compuestos que pudieran provocar una señal eléctrica de fondo.

40. El parche de hidrogel de la reivindicación 39, en el que uno o más de dichos componentes del gel han sido tratados usando un procedimiento de diafiltrado para eliminar los compuestos electroactivos.

41. El parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 40, para la fabricación de un dispositivo para su uso en un procedimiento de diagnóstico para extraer electroosmóticamente glucosa a través de a piel de un humano y llevarla al interior de dicho parche de hidrogel en el que dicho procedimiento de diagnóstico comprende los pasos de:

i) aplicar el dispositivo que comprende el parche de hidrogel a la piel de un humano, dicho parche de hidrogel está en contacto con un electrodo y

ii) generar una corriente eléctrica que mueva la glucosa a través de la piel al interior del parche de hidrogel.

42. El uso del parche de hidrogel de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 40 para la fabricación de un dispositivo para su uso en un procedimiento de diagnóstico para detectar una cantidad de glucosa en un humano, en el que dicho procedimiento de diagnóstico comprende los pasos de:

i) extraer glucosa a través de la piel del humano utilizando el dispositivo que comprende el parche de hidrogel en contacto con un electrodo,

ii) generar una corriente eléctrica que mueva la glucosa a través de la piel al interior del parche de hidrogel, y

iii) detectar la cantidad de glucosa presente en el parche de hidrogel.