KR20150143432A - 센서 시스템들 - Google Patents

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KR20150143432A
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카를로스 마스트란젤로
플로리안 솔츠바쳐
나시르 마로우체
줄스 마그다
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Abstract

카테터를 위한 센서 시스. 센서 시스는 기판과 연관되는 적어도 하나의 센서를 갖는 상기 기판; 및 적어도 하나의 센서와 통신하는 전자 유닛을 포함하며, 기판은 카테터에 부착하도록 구성된다.

Description

센서 시스템들{SENSOR SYSTEMS}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2013년 3월 11일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제61/851,603호, 및 2014년 1월 15일에 출원된 제61/927,683호에 대한 우선권을 주장하며, 그 각각은 본 명세서에 전체가 참고로서 통합된다.
본 출원은 분석물들을 검출하는 센서 시스템들 및 이런 센서 시스템들에 대한 응용들에 관한 것이다.
의료 및 산업 목적들을 위한 개선된 센서 시스템들에 대한 연속적인 요구가 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 카테터를 위한 센서 시스(sensor sheath)를 제공한다. 센서 시스는 기판으로서, 그것과 연관되는 적어도 하나의 센서를 갖는, 상기 기판; 및 적어도 하나의 센서와 통신하는 전자 유닛을 포함하며, 기판은 카테터에 부착하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 센서 시스템을 제공한다. 센서 시스템은 기판으로서, 그것과 연관되는 적어도 하나의 하이드로겔 센서를 갖는, 상기 기판; 적어도 하나의 하이드로겔 센서와 인접한 자력계; 및 적어도 하나의 하이드로겔 센서와 연관되는 복수의 자기 입자들을 포함한다.
본 발명의 다른 양태들은 상세한 설명 및 첨부 도면들의 고려에 의해 분명해질 것이다.
도 1은 자기 입자 하이드로겔 센서 시스템의 개요를 도시한다.
도 2는 자기 입자 하이드로겔 센서 시스템에서의 분석물의 농도의 변화로부터 자계의 변화에 이르는 단계들의 도면을 도시한다.
도 3은 카테터를 감싸는 시스를 사용하는 커테터와 연관되는 센서 시스템을 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 카테터 연관 센서 시스템에 사용을 위한 전자 시스템의 분해도를 도시한다.
도 5는 하나 이상의 센서들이 부착되고 카테터를 감싸도록 구성될 수 있는 카테터(좌측)의 원위 단부 및 시스(우측)의 원위 단부를 도시한다.
도 6은 평탄 구성에서, 전기 트레이스들과 함께 수개의 센서들을 도시하는, 카테터 시스의 원위 단부를 도시한다.
도 7은 예를 들어 바이오리액터에서의 사용을 위해, 프로브의 단부에 장착되는 센서 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 8은 측정을 위한 자력계가 피험자의 피부 아래(상단)에 또는 위(하단)에 배치된 상태에서, 피험자의 피부 아래에 장착될 수 있는 센서 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 9는 피험자의 피부에 인접한 사용을 위한 센서 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 10은 자기 입자들의 0.25%(좌측), 0.50%(중심), 또는 1.0%(우측)(w/w)의 농도들을 갖는 하이드로겔의 일련의 테스트 샘플들을 도시한다.
도 11은 도 10에 도시된 것들과 같은 샘플들의 자계 강도의 초기 테스팅을 위한 실험 셋업을 도시한다.
도 12는 도 11의 셋업 및 도 10의 샘플들을 사용하는 자계 강도 대 거리의 그래프이다.
도 13은 거리의 함수로서 자계 강도의 변화들을 도시한다.
도 14는 글루코스 민감 자기 입자 하이드로겔을 사용하여 측정되는 글루코스 농도의 변화들을 도시한다.
도 15는 이온 강도 민감 자기 입자 하이드로겔을 사용하여 측정되는 이온 강도의 변화들을 도시한다.
도 16은 할바흐 배열에서 하이드로겔 내의 자기 입자들의 정렬을 도시한다.
도 17은 균일한 어레이에서 하이드로겔 내의 자기 입자들의 정렬을 도시한다.
도 18은 하이드로겔의 위에 입자 함유 층을 도시하며 입자 함유 층은 분석물이 하이드로겔에 접근하는 것을 허용하기 위해 천공된다.
본 발명의 임의의 실시예들이 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 그것의 응용에서 이하의 설명에 진술되거나 이하의 도면들에 예시되는 구성의 상세들 및 구성요소들의 배열에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하고 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 본 출원은 의료 및 산업 사용들을 포함하는 다양한 응용들을 위한 센서 시스템들을 포함한다. 아래에 더 논의되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 센서 시스템은 적어도 하나의 하이드로겔 센서를 포함하고, 특정 실시예들에서 적어도 하나의 하이드로겔 센서는 스마트 하이드로겔 센서(smart hydrogel sensor)이다. 임의의 실시예들에서, 센서 시스템은 기판과 연관되며, 기판은 바이오리액터에서의 사용을 위해 카테터 또는 프로브에 부착하는 시스와 같은 특수 센서 시스템의 일부일 수 있다.
하이드로겔 센서들
하이드로겔 센서들은 특정 분석물(도 1-도 2)과 상호작용하면 하이드로겔들의 측정가능 성질들의 변화를 이용한다. 일반적으로, 분석물은 하이드로겔의 측정가능 성질의 변화를 유발하기 위해 하이드로겔 자체 또는 하이드로겔 내의 결합 부분과 상호작용할 수 있고, 분석물에 관한 정보는 측정가능 성질의 변화를 측정함으로써 추출될 수 있다. 따라서, 하이드로겔 기반 센서 시스템들은 측정가능 성질의 변화를 검출하기 위해 적절한 메커니즘들을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용을 위한 적절한 하이드로겔들은 하이드로겔의 적어도 하나의 성질의 일부 변화를 갖는 분석물의 존재에 반응하는 임의의 하이드로겔을 포함한다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 물리적 성질들, 전기적 성질들, 광학적 성질들, 기계적 성질들, 화학적 성질들 또는 그것의 조합의 변화를 갖는 분석물의 존재에 반응할 수 있다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 크기/체적, 밀도, 다공성, 굴절률, 탄성, 점도, 모듈러스(modulus) 또는 그것의 조합의 변화를 갖는 분석물의 존재에 반응할 수 있다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 그것의 초기 체적에 대한 팽윤 또는 수축에 의해 분석물의 존재에 반응할 수 있다.
임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 적어도 대략 1.001 배의 그것의 초기 체적을, 적어도 대략 1.01, 적어도 대략 1.1, 적어도 대략 1.2, 적어도 대략 1.3, 적어도 대략 1.4, 적어도 대략 1.5, 적어도 대략 1.6, 적어도 대략 1.7, 적어도 대략 1.8, 적어도 대략 1.9, 적어도 대략 2.0, 적어도 대략 2.5, 적어도 대략 3.0, 적어도 대략 3.5, 적어도 대략 4.0, 적어도 대략 4.5, 적어도 대략 5.0, 적어도 대략 6.0, 적어도 대략 7.0, 적어도 대략 8.0, 적어도 대략 9.0, 적어도 대략 10.0, 적어도 대략 11.0, 적어도 대략 12.0, 적어도 대략 13.0, 적어도 대략 14.0, 적어도 대략 15.0, 적어도 대략 20.0, 또는 적어도 대략 25.0 배의 그것의 초기 체적을 점유하도록 팽윤함으로써 분석물의 존재에 반응할 수 있다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 최대 대략 100 배의 그것의 초기 체적을, 최대 대략 90, 최대 대략 80, 최대 대략 75, 최대 대략 70, 최대 대략 65, 최대 대략 60, 최대 대략 55, 최대 대략 50.0, 최대 대략 45.0, 최대 대략 40.0, 최대 대략 35.0, 최대 대략 30.0, 최대 대략 29.0, 최대 대략 28.0, 최대 대략 27.0, 최대 대략 26.0, 최대 대략 25.0, 최대 대략 24.0, 최대 대략 23.0, 최대 대략 22.0, 최대 대략 21.0, 최대 대략 20.0, 최대 대략 19.0, 최대 대략 18.0, 최대 대략 17.0, 최대 대략 16.0, 최대 대략 15.0, 최대 대략 14.0, 최대 대략 13.0, 최대 대략 12.0, 최대 대략 11.0, 최대 대략 10.0, 최대 대략 9.0, 최대 대략 8.0, 최대 대략 7.0, 최대 대략 6.0, 또는 최대 대략 5.0 배의 그것의 초기 체적을 점유하도록 팽윤함으로써 분석물의 존재에 반응할 수 있다. 이것은 하이드로겔이 그것의 초기 체적에 대한 범위가 대략 1.01에서 대략 50 배에 이르는 체적들, 또는 그것의 초기 체적에 대한 범위가 대략 1.1에서 대략 25.0 배에 이르는 체적들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는, 그것의 초기 체적에 대한 범위가 대략 1.001에서 대략 100 배에 이르는 체적들을 점유하도록 팽윤함으로써 분석물의 존재에 반응하는 실시예들을 포함한다.
임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 스마트 하이드로겔을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "스마트(smart)"는 하나 이상의 다른 종들의 선택적 배제에서 하나 이상의 특정 분석물 종들을 선택적으로 결합하는 하이드로겔의 능력을 언급한다.
임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 합성 물질들, 생물학적 물질들, 바이오하이브리드 물질들, 및 그것의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 폴리(아크릴산) 및 그것의 유도체들, 폴리(2-글루코실옥시에틸 메타크릴레이트)(폴리(GEMA)) 및 그것의 유도체들, 폴리(히드록시에틸 메타크릴레이트)(PHEMA) 및 그것의 유도체들, 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG) 및 그것의 유도체들, 폴리(비닐 알코올)(PVA) 및 그것의 유도체들, 폴리아크릴아미드(PAAm) 및 그것의 유도체들, 폴리(메타크릴) 산 및 그것의 유도체들, 폴리(디에틸아미노에틸 메타크릴레이트) 및 그것의 유도체들, 폴리(디메틸아미노에틸 메타크릴레이트) 및 그것의 유도체들, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAAm) 및 그것의 유도체들, 고분자전해질 다층들(PEM), 폴리(2-옥사졸린)들 및 그것의 유도체들, 및 그것의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 단백질들, 다당류들, DNA, 및 그것의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 콜라겐, 히알루론산(HA), 피브린, 알지네이트, 아가로스, 키토산, 및 그것의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에서, 하이드로겔은 하나 이상의 특정 결합 부위들을 포함할 수 있다. 특정 결합 부위들은 하이드로겔의 "스마트" 성질을 부여하는데 책임이 있을 수 있다. 임의의 실시예들에서, 특정 결합 부위는 가역 또는 비가역 결합 부위들을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용을 위한 적절한 하이드로겔들의 예들은 미국 특허 제5,415,864호, 제5,447,727호, 제6,268,161호, 제6,333,109호, 제6,475,750호, 제6,514,689호, 제6,753,191호, 제6,835,553호, 제6,848,384호, 제7,150,975호, 제7,179,487호, 제7,556,934호, 제7,625,951호, 제7,988,685호, 제8,221,773호, 제8,283,384호, 및 제8,324,184호, 및 미국 특허 출원 공개 제2005/0169882호, 제2006/0239986호, 제2008/0206894호, 제2008/0044472호, 제2008/0275171호, 제2008/0311670호, 제2009/0170209호, 제2009/0215923호, 제2010/0285094호, 제2011/0044932호, 제2011/0280914호, 제2012/0170050호, 제2012/0029430호, 제2012/0234465호, 제2013/0129797호, 제2013/0143821호, 및 제2013/0172985호, 및 제2013/0267455호에 개시된 것들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않으며, 그 각각은 본 명세서에서 전체적으로 참고문헌에 의해 통합된다.
카테터 센서들
일부 실시예들에서, 센서 시스템은 카테터(도 3-도 6)와 연관되는 기판에 결합되는 하나 이상의 센서들을 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 하이드로겔들은 카테터의 외부 표면과 연관되는 시스의 일부인 기판 상에 위치될 수 있다.
위에 논의된 바와 같이, 하이드로겔들은 트롬빈을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 피브리노겐 및 다양한 응혈 인자들과 같은, 혈액 혈청에서 용해되는 분석물들을 가역적으로 그리고 선택적으로 결합하도록 화학적으로 설계되는 "스마트" 하이드로겔들일 수 있다. 적절한 하이드로겔에 분석물의 결합은 압전 저항 압력 변환기들, 자력계들(이하에서 설명될), 또는 하이드로겔 크기 또는 형상 변화를 전기 신호로 변환하는 다른 수단을 포함하는, 하이드로겔에 분석물의 결합에서 기인하는 크기 또는 압력의 변화의 검출을 일반적으로 수반하는, 다수의 방식들로 검출될 수 있다. 발생할 수 있는 다른 하이드로겔 변화들은 임피던스 또는 형광의 변화들을 포함한다. 이러한 전기 신호들을 연속적으로 감시함으로써, 피브리노겐과 같은 분석물들의 혈청 농도 또는 트롬빈과 같은 다양한 응혈 인자들은 시간의 함수로서 정확하게 그리고 신속하게 결정될 수 있다.
카테터와 연관되는 센서 시스템의 하나의 특정 사용은 심장 수술 동안에 또는 중환자 치료 시설들에서의 체류들 동안에 환자들로 주입되는 헤파린 또는 다른 항응고제들의 항응고제 효과를 감시하기 위해 사용되는 혈액 응고의 테스트들과 관련된다. 심근 경색과 같은 심혈관 이벤트 후에 또는 심장 수술 동안에, 그것은 혈전들의 위험을 감소시키기 위해 헤파린과 같은 항응고제를 환자로 주입하는 통상의 실시이다. 주어진 환자에 대해, 항응고제 주입 속도는 활성 응고 시간(ACT)과 같은 혈액 상에 수행되는 응고 테스트들의 결과들을 사용하여 연속적으로 조정되어야 한다. ACT 테스트에서, 전체 혈액은 환자로부터 간헐적으로 제거되고, 신체 외부의 튜브에 배치되고, 응고 시간은 규조토와 같은 응고 활성제의 혈액에 대한 추가 후에 측정된다. ACT 테스트에 대한 현재 기술은 느린 반응 시간, 간헐적 측정들, 및 환자의 신체 외부의 분석을 위한 혈액 샘플을 제거하는 필요와 같은 제한들을 겪는다.
ACT 테스트보다 더 진단적인 다른 혈액 응고 테스트는 내생 트롬빈 생성 테스트이다. 트롬빈은 혈액 응고에서 발견되는 1차 효소이고, 내생 트롬빈 생성 테스트는 합성 트롬빈 기판의 변환 반응 속도를 측정한다. 내생 트롬빈 생성 테스트에 대한 현재 기술은 또한 느린 반응 시간, 간헐적 측정들, 및 환자의 신체로부터 혈액 샘플을 제거하는 필요와 같은 제한들을 겪는다. 방법들은 피브리노겐과 같은 트롬빈 인식 요소들, 트롬빈에 대한 앱타머들, 및 트롬빈에 대한 분자 각인 앱타머들을 사용하여, 혈액에서의 트롬빈 농도의 연속 측정을 위해 제안되었다. 그러나, 종래 기술은 다수의 응혈 인자들의 체내에서 진행되는 동시 및 연속 측정을 위한 방법을 교시하지 않는다. 방법들은 또한 수용액들에서의 가용성(soluble) 피브리노겐 농도의 측정을 위해 제안되었다. 그러나, 종래 기술은 ACT 테스트의 대체로서 자극 반응성 하이드로겔들을 사용하는 피브리노겐 농도의 체내에서 진행되는 연속 실시간 측정을 위한 방법을 교시하지 않는다.
센서 시스템의 현재 실시예는 혈액 내에서 피브리노겐의 농도, 트롬빈, 및/또는 다른 다양한 응혈 인자들을 연속적으로 측정하는 유치 카테터와 연관되는 센서 어레이를 제공한다. 센서 어레이는 관심 있는 분석물들의 선택 및 가역 결합을 위한 수개의 상이한 타입들의 자극 반응성(즉 "스마트") 하이드로겔들을 함유할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 자극 반응성 스마트 하이드로겔은 트롬빈과 같은 분석물의 농도의 변화를 포함하는, 주어진 환경 신호의 변화에 응답하여 그것의 성질들을 가역적으로 변화시키는 가교 중합체 네트워크이다.
자극 반응성 하이드로겔이 주어진 분석물에 반응하도록 제조될 수 있는 하나의 방식은 분자 각인(molecular imprinting)의 공정을 사용하는 것이다. 분자 각인에서, "기능성(functional)" 단량체의 중합은 포르겐 용매 및 타겟 분석물이 있을 때 수행되며, 후자는 '템플릿(template)'으로 칭해진다. 가교/중합 후에, 템플릿이 추출되어, 템플릿의 구조에 대응하는 작용기들의 입체 화학 배열을 포함하는 캐비티들 뒤에 놓아둔다. 그러므로, 캐비티들는 높은 선택도 및 감도를 갖는 분석물을 재결합할 것이다. 최상의 결과들에 대해, 템플릿 분자와 강한 더 가역적 물리 접착들을 형성하는 기능성 단량체가 선택될 필요가 있다. 분석물 결합의 가역성은 각인 하이드로겔을 합성하기 위해 사용되는 기능성 단량체들의 동일성 및 몰비를 변화시킴으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 리소자임, 피브리노겐, 및 종양 특이 당단백질들과 같은, 단백질들을 가역적으로 결합하는 각인 리드로겔들이 획득될 수 있다. 트롬빈의 가역 결합에 대해, 적절한 기능성 단량체들은 메타크릴산 및 3-아크릴아미도 페닐 보론산을 포함할 수 있다. 후자는 트롬빈의 글리코실화된 영역들에 가역적으로 결합할 수 있는 보론산 성분(moiety)을 함유한다.
적절한 하이드로겔에 정확한 분석물(들)의 결합은 팽윤 정도, 임피던스, 형광, 및/또는 자계와 같은 하이드로겔의 성질의 변화를 유도할 것이며, 그것의 각각은 전기 신호로 변환될 수 있다. 그 다음, 이러한 전기 신호들은 관심 있는 분석물들의 혈액 농도를 신속하게 그리고 연속적으로 감시하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, ACT 시간을 결정하기 위해 혈액은 규조토와 같은 응고 활성제의 다공성 베드를 통해 흐른 후에 피브리노겐 반응성 하이드로겔을 지나 카테터 내에서 또는 카테터와 인접하여 흐를 것이다. 응고 활성제는 응고 및 피브린 기반 혈전들로 가용성 피브리노겐의 후속 통합을 개시할 것이다. 그러므로, 시간 의존 응혈 및 ACT는 피브리노겐 농도의 측정된 감소로부터 결정될 수 있다. 대안적으로, 트롬빈 농도의 증가는 트롬빈 반응성 하이드로겔로부터 획득되고 내생 트롬빈 포텐셜에 상관되는 신호로부터 측정될 수 있다. 하이드로겔들에 분석물들의 결합이 신속하고 가역적일 것이기 때문에, ACT의 값 및 체내에서 연속적으로 진행되는 내생 트롬빈 포텐셜을 측정하는 것이 가능할 것이며, 이는 공지된 시스템들에 비해 별개 장점들이다.
카테터 시스(Catheter Sheath)
일 실시예에서, 카테터 연관 센서 시스템은 하나 이상의 센서들이 그것에 부착되는 시스를 포함할 수 있으며 시스는 예를 들어 카테터(도 3-도 6)의 일측면에 부착하거나, 그것을 감쌈으로써 카테터에 부착될 수 있다. 임의의 실시예들에서, 시스는 시스가 카테터와 같은 다른 구조에 감싸여질 수 있도록 플렉스 회로들(예를 들어 파릴렌, 실리콘들, 폴리우레탄들, 또는 폴리이미드들과 같은 물질들로 제조됨)을 사용하여 제조된다. 카테터 장착을 위해 설계되는 시스는 그것이 카테터의 샤프트에 감싸여질 수 있도록 길게 될 수 있다.
시스는 카테터의 전체 길이를 감싸거나 단지 원위 단부(도 3, 도 5)에서 감쌀 수 있다. 카테터를 감싸는 것을 용이하게 하기 위해, 시스는 (예를 들어 경화 공정 동안에, 예를 들어 열을 사용하여; 도 3, 도 5 참조) 컬링된 형상으로 형성될 수 있거나 시스는 롤링된 형상을 유지하기 위해 에지를 따라 롤링되고 연결될 수 있고/있거나, 시스는 예를 들어 컬링된 형상을 유지하는 것을 돕기 위해, 접착제를 사용하여, 커메터에 부착될 수 있다.
시스는 그것과 연관되는, 예를 들어 원위 단부에 위치되거나 그것의 길이(도 3, 도 5, 도 6)을 따라 배치되는 하나 이상의 센서들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들은 하이드로겔 센서들을 포함할 수 있고, 하나의 특정 실시예에서, 센서들은 자기 하이드로겔 센서들일 수 있다.
도 3-도 6에 도시된 실시예에서, 시스는 원위 단부에서 넓은 부분을 갖는 좁은 본체를 포함한다. 하나 이상의 센서들은 넓은 부분에서 시스에 부착되며, 이는 카테터의 원위 단부를 감싼다(도 3, 도 5, 도 6). 복수의 전기적 연결들은 각각의 센서로부터 시스의 좁은 본체를 따라 근위 단부로 계속되며, 전기적 연결들은 전자 유닛과 연결되며, 이는 센서들로부터 데이터를 수집한다.
전자 유닛은 또한 전원(예를 들어 하나 이상의 배터리들) 및 무선 통신들(예를 들어 커맨드들을 수신하고 데이터를 송신함)를 위한 안테나를 포함하는 원격 측정 시스템을 포함할 수 있다(도 4). 무선 통신들은 블루투스 또는 지그비와 같은 임의의 수의 적절한 프로토콜들을 사용하여 수행될 수 있다. 전자 유닛은 유선 구성에서 무선 통신들을 사용하여 시스에서 가깝거나 먼 다른 컴퓨터들 또는 스마트폰들과 통신할 수 있다. 데이터 전송은 전자 유닛 상의 터치 민감 스위치의 활성화에 의한 것을 포함하는, 수개의 방식들로 개시될 수 있다. 전자 유닛은 예를 들어 센서들의 위치에서 윈위인, 카테터의 단부에 장착될 수 있는 작은 패키지에 수용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스의 좁은 본체는 카테터의 커플링을 통해 연장되고 커플링 내부의 전자 유닛에 연결될 수 있다(도 4).
특정 실시예들에서, 시스는 하나 이상의 가요성 및/또는 생체 적합 물질들(예를 들어 파릴렌, 실리콘들, PU, PI)로 제조될 수 있고 그 안에 전기 트레이스들을 내장했고 센서 어레이로부터 원형 프로세서 유닛으로 상호연결된다. 프로세서 유닛은 예컨대 카테터 구조의 상단 부분 상에 정확히 끼워맞추기 위해 치수화될 수 있어, 5 mm 미만만큼 길이를 연장한다.
다양한 타입들의 센서들이 시스에 사용될 수 있지만, 하나의 특정 실시예에서 센서들은 그것과 연관되는 자기 입자들을 갖는 스마트 하이드로겔들을 포함하며 자력계는 분석물과의 상호작용으로 인해 하이드로겔의 변화들을 검출하기 위해 사용된다(아래 참조). 다양한 실시예들에서, 시스에 사용될 수 있는 센서들은 전류 측정(전류), 전위차(전압), 광(예를 들어 형광), 기계(예를 들어 압력, 체적), 자기, 및 유도성(RF 주파수 편이) 센서들을 포함한다. 하이드로겔들에 더하여, 감지 메커니즘들은 항체들 및 다른 단백질 기반 센서들을 이용하는 것들을 포함하는 다양한 효소 및 비효소 메커니즘들을 포함할 수 있다.
개시된 카테터 시스 센서 시스템은 전해질들, 혈액 응고 상태, 및 손상 마커들(효소 등)의 변화들의 절차간(intraprocedural) 실시간 감시를 허용하고 그들이 실시간으로 발생함에 따라 임계 혈액 값들의 변화들을 검출함으로써 상당한 양의 출혈들, 추가 테스팅을 절약하고 더 높은 레벨의 안전을 보장할 것이다.
바이오리액터(Bioreactor)
바이오리액터의 일부로 사용될 때, 하나 이상의 센서들을 갖는 어레이는 바이오리액터에 삽입될 프로브의 단부에 위치된다(도 7). 일부 실시예들에서, 프로브는 하나 이상의 센서들(예를 들어 하이드로겔 센서들)을 포함하는 일회용 슬리브 및 슬리브에 삽입되는 자기 검출기 인서트를 포함하는 2개 이상의 개별 부분들을 가질 수 있다. 이러한 구성에서, 슬리브는 바이오리액터의 내용물들과 상호작용하는 반면 자기 검출기 인서트는 내용물들로부터 차폐되고 따라서 재사용될 수 있는 있다. 이러한 구성에서, 자기 검출기들이 직접 접촉 없이 하이드로겔 센서들과 연관되는 자기 입자들의 변화들을 감시할 수 있기 때문에, 본 명세서에 개시된 것들과 같은 자기 하이드로겔 센서들을 사용하는 것이 특히 유리하다. 자기 검출기 인서트가 슬리브에 삽입될 때, 슬리브 상의 센서들은 인서트 상에서 자기 검출기들의 어레이와 정렬하여, 자기 센서들이 자기 하이드로겔들에서 '정보를 얻는 것(interrogate)'을 허용한다. 다양한 실시예들에서의 슬리브는 분석물들이 센서들을 보호하는 동안 센서들과 상호작용할 수 있도록 분석물들의 통과를 허용하는 다공성 단부 부분(예를 들어 도시된 바와 같은 반구형 메쉬 커버)을 포함할 수 있다. 센서들을 제어하는 전자 장치들은 자기 검출기들에 인접한 프로브의 인서트 부분에 포함될 수 있거나 원격 위치에 있을 수 있다.
자기 입자계 하이드로겔 센서들(Magnetic Particle-Based Hydrogel Sensors)
임의의 실시예들에서, 센서 시스템은 자기 하이드로겔 센서들을 포함한다. 자기 하이드로겔 센서들은 위에 설명된 바와 같이, 스마트 하이드로겔들을 포함하는, 하이드로겔들을 사용하며, 하이드로겔은 분석물과의 그것의 상호작용으로 인해 형상을 변화시키고, 측정가능한 성질의 변화의 검출은 하이드로겔과 연관되는, 나노입자들을 포함하는, 자기 입자들을 사용하여 검출된다.
따라서, 자극 반응성 하이드로겔들의 체적 반응은 내장된 자기 나노입자들에 의해 자계 세기(MFI)의 변화를 측정함으로써 감시될 수 있다. 결과들은 하이드로겔 자기 입자 조성물을 구성하고 자력계로부터 자기 입자들의 밀도 및 거리의 변화들과 MFI의 변화들을 측정하는 것이 가능는 것을 표시한다.
개시된 기술들은 자기 센서들의 특유의 조합에 분석물 반응성 하이드로겔들을 제공한다. 나노입자들은 제어된 약물 전달 응용들의 일부로로 하이드로겔들에 미리 내장되었지만, 본 명세서에 개시된 기술들은 다용도이고 광범위한 응용들에 사용될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 합성된 하이드로겔들의 특정 화학은 그것의 원래 체적을 자극의 농도 또는 세기에 비례하여 300%까지 팽윤하거나 팽윤해제(deswell)함으로써 그들이 고유 자극(예를 들어 분석물과의 상호작용)에 반응하게 한다.
일부 실시예들에서, 자기 입자들 또는 나노입자들은 하이드로겔 내에 또는 인접하여 특정 정렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 센서 시스템은 그 안에 내장된 나노입자들을 갖는 스마트 하이드로겔을 포함하며, 나노입자들의 자계는 수직으로 정렬된다. 스마트 하이드로겔들에 내장되는 수직 정렬 자기 나노입자들은 하이드로겔 작동을 하이드로겔 내 및 주위에서 자계 세기의 변화로 변환할 것이며, 이는 하이드로겔에 인접한 자력계에 의해 검출된다(도 1, 도 2). 이러한 접근법은 하이드로겔의 팽윤에 의해 야기되는 압력 변화들을 감시하는 것과 같은 하이드로겔들을 감시하는 다른 기술들, 화학 감지 기술들(예를 들어 전기 화학 방법들), 및 광 감지 기술들에 비해 수개의 장점들을 제공한다. 하이드로겔들은 다수의 방식들로 거의 임의의 분석물의 농도들에 반응하도록 적응될 수 있어, 제안된 기술의 잠재적인 영향을 대단히 확대시킨다.
개시된 자기 나노입자 하이드로겔 센서 시스템의 하나의 장점은 동일한 센서 플랫폼 내에서 상이한 하이드로겔들을 사용하여 다수의 분석물들에 응답하는 그것의 능력 및 바이오리액터 조성 감지, 현장 의료 치료에서와 같은, 또는 병들 또는 치료 상태들을 감시하는 생리적 바이오마커들의 완전 이식가능 만성(연속) 센서들과 같은 매우 다양한 감지 응용들에 대한 그것의 적응성이다. 예를 들어, 비활성 '자기-하이드로겔' 조성물들은 피험자의 피하 영역에 이식될 수 있고 활성 구성요소들은 바이오마커들의 장기 연속 감시를 위해 피부 표면 상에 배치될 수 있다(도 8). 일 실시예에서, 센서들의 어레이는 피험자의 피부의 표면 외부의 전자 유닛에 대한 유선 연결로 피험자의 피부 아래에 이식될 수 있다(도 8, 상단). 다른 실시예에서, 자기 입자 하이드로겔 센서들의 어레이는 피험자의 피부 아래에 이식되고 자력계 및 전자 유닛은 하이드로겔들의 분석물 의존 변화들에 의해 유도되는 자계들의 변화들을 검출하기 위해 하이드로겔 센서들 위에 배치된다(도 8, 하단). 하나의 특정 실시예에서, 한 쌍의 자기 입자 하이드로겔 센서들은 서로 근방에 이식될 수 있으며, 하나는 분석물(예를 들어 글루코스)에 민감하고 다른 것은 분석물에 비민감하다(도 9). 그 다음, 자력계 판독들은 센서들 둘 다로부터 수집되고 상이한 신호는 판독들의 쌍들에 기초하여 결정되여, 다른 인자들 중에서, 피험자의 수화 레벨 및 신호 온도와 같은, 분석물 레벨의 변화들과 다른 인자들로 인해 신호의 변화들을 상쇄한다. 센서들은 팔들, 다리들, 몸통, 또는 헤드(예를 들어, 귓불을 포함함)를 포함하는 피험자의 신체에 걸쳐 하나 이상의 위치들 내의 피험자의 피부에 위치될 수 있다.
예비 실험들은 개시된 기술의 다수의 장점들을 지원한다. 이러한 실험들에서, 공정들은 자기 나노입자들을 폴리디메틸실록산(PDMS)의 2 mm 두께 층 내에 배치하고 PDMS가 (일반적으로 열적 기술들을 사용하여) 완전히 경화되기 전에 입자들을 강한 외부 자계에 정렬하기 위해 개발되었다. 3개의 PDMS 조성물 샘플들은 자기 입자들(N=3x3)의 3개의 상이한 농도들(0.25%, 0.5%, 1% w/w)을 위해 만들어졌고 거리와 자계 세기의 변화들은 모든 샘플들에 대해 상업적 자계력을 사용하여 측정되었다(도 10, 도 11). 이러한 초기 실험들은 상용가능한 코어스 3축 자력계(하니웰로부터의 HMC5883L)를 사용하여 수행되었지만, 다른 타입들의 자기 감지 시스템들이 사용될 수 있다. 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서는 더 근접한 거리들에 0.5% 및 1% 복합들이 있을 때 과부하되거나 포화된다(도 12). 그러나, (1) 측정들에서 히스테리시스(현재 기술들이 갖는 주요한 문제)가 없으며, (2) 임의의 특정 거리에서 테스트되는 모든 농도들 사이의 필드 세기의 상당한(쉽게 해결가능한) 차이가 있다는 점이 주목되어야 한다. 이러한 초기 결과들은 리스트된 장점들을 설득력있게 지원한다.
다른 실험들은 자계 측정들의 높은 감도를 글루코스 민감 자기 입자 하이드로겔(도 14) 또는 삼투 강도 민감 자기 입자 하이드로겔(도 15)을 사용하는 시스템의 감도뿐만 아니라 자력계(도 13)로부터의 거리의 함수로 도시한다. 도 13은 표준 재고 자력계의 감도를 도시한다. 자계의 측정된 변화들은 자력계 위의 2mm에서 5 마이크로미터 증가들에 의한 자기 스트립의 이동으로 인한 것이다. 자기 스트립은 0-200 마이크로미터부터 20배인 자동(제어된 컴퓨터) 리니어 액추에이터를 사용하여 이동되었고 데이터는 우수한 반복도를 도시한다. 이러한 실험은 저비용 자력계에서 비교적 멀리 떨어진(3 자릿수) 미세 물리 이동을 자기적으로 측정하는 능력을 증명하기 위해 수행되었다. 도 14는 자기 하이드로겔을 사용하여 글루코스 농도의 변화들을 측정하는 능력을 증명한다. 이러한 경우에, 하이드로겔은 글루코스 반응이 되도록 합성되고 미리 제작된 자성 필름은 자기 하이드로겔을 형성하기 위해 하이드로겔 위에 위치되었다. 하이드로겔은 유리 비커의 내부 벽에 부착되는 반면 자력계는 비커의 외부 상에서 하이드로겔에 정렬되었다. 7.3의 일정한 pH에서 그리고 일정한 lx 인삼염 완충 용액에서, 글루코스 농도는 0 mM에서 5 mM까지 변화되었고 자계의 결과적인 변화는 자력계를 사용하여 측정되었다. 비커 내의 용액은 실험 도처에서 약간 교반되었다. 도 14에서 제 1 사이클 후에 보여지는 데이터 아티팩트(artifact)는 비커에서 용액들을 변화시키는 행동 동안에 야기된다. 도 15에서 야기되는 실험에 사용되는 셋업은 도 14에 대해 위에서 설명된 그것과 유사하다. 여기서, 사용된 하이드로겔은 이온 강도에 민감한 것이었다. 이온 강도는 자동 흐름 제어 시스템을 사용하여 비커에서 1x로부터 2x PBS로 변화되었고 자계의 변화는 자력계를 사용하여 측정되었다. 데이터 내의 드리프트는 하이드로겔의 조절로 인해 야기된다.
개시된 자기 나노입자 하이드로겔 센서 시스템의 응용들의 수 및 다양성은 하이드로겔 성질들 및 특이성들의 진행중인 연구 및 개발에 의해 증대되며, 이는 다른 것들 중에서, 의료 디바이스/진단 분야에서 본 발명의 응용에 도움이 될 것이다.
다양한 실시예들에서, 개시된 센서들은 다양한 분야들에서의 사용을 위해 적응될 수 있다. 신경학 및 정신 의학 분야들에서, 센서들은 중독, 우울증, 파킨슨 병, 뇌졸중, 및 혈압과 관련된 증상들을 진단하고 감시하기 위해 적응될 수 있다. 구강/위장 분야에서, 센서들은 흡연의 검출, 다양한 약들 및 다른 약물들의 섭취를 감시하는 것, 및 식도 및 위에서 산 레벨들의 변화들을 감시하는 것을 위해 적응될 수 있다. 호흡기 분야에서, 센서들는 천식 및 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)과 같은 폐들의 상태들에 관련된 증상들의 진단, 감시, 및 관리뿐만 아니라 흡입기들의 감시를 위해 적응될 수 있다.
심장 분야에서, 센서들은 pH, 전해질들, 글루코스, 트로포닌, C-반응성 단백질, 트로포닌, 콜레스테롤 성분들의 감시와 같은 중재 시술들, 인자들 Xa 및 트롬빈의 감시와 같은 항응고제들의 유도 및 감시 사용에 관련된 사용을 위해 적응될 수 있다. 또한 심장 분야에서, 센서들은 (예를 들어 심장 부전 및 심장 마비들의 감지를 위한) ICD 리드들, (예를 들어 심장 부전 및 심장 마비들의 감시를 위한) PM 리드들과 같은 디바이스들과의 사용, 및 트롬빈 생성(트롬빈-안티트롬빈[TAT] 컴플렉스), 내피 기능 이상(비대칭 다이메틸아르기닌[ADMA]), 및 혈소판 유래 염증(가용성 CD40 리간드[sCD40L])을 포함하는 응혈을 감시하기 위해 적응될 수 있다.
간장학 분야에서, 센서들은 간 효소들, 간염 C, 지방 간, 및 간 이식들을 감시하고/하거나 진단하기 위해 적응될 수 있으며; 게다가, 췌장 활동은 개인의 또는 사람들의 당뇨병 위험 레벨을 산정하기 위해 혈당 레벨들의 감시를 통해 평가될 수 있다. 신장 분야에서, 센서들은 크레아티닌 레벨들을 측정하고, 신장 이식들을 감시하고, 투석 환자들의 생리를 감시하기 위해 적응될 수 있다. 혈액학 분야에서, 센서들은 (예를 들어 특정 마커들을 검출하는) 혈액 암들의 치료를 진단하고 감시하는 것뿐만 아니라 철 및 헤모글로빈 레벨들을 감시하기 위해 적응될 수 있다. 비뇨기과학 분야에서, 센서들은 PSA 레벨들을 포함하는 전립선을 감시하기 위해 적응될 수 있다. 최종적으로, 센서들은 pH, 전해질들, 혈액 항응고 인자들, 헤모글로빈, 및 락테이트 레벨들의 피험자의 레벨들을 감시하기 위해 수술 전, 동안 및 후의 사용을 위해 적응될 수 있다.
개시된 자기 나노입자 하이드로겔 센서 시스템의 장점들 중에서:
(1) 부산물들 없음: 전기화학 감지와 달리, 개시된 방법들은 감지 메커니즘으로부터 부산물들을 생성하지 않고;
(2) 긴 수명: 감지 동안 원료들을 소비하는 다른 일반 감지 기술들과 달리, 개시된 하이드로겔 기반 감지 기술은 화학 반응들에 의존하지 않고;
(3) 다수의 분석물들에 대한 응답: 제안된 접근법의 특정 장점은 동일한 센서 플랫폼 내에서 상이한 하이드로겔들을 사용하여 다수의 분석물들에 대해 응답하는 그것의 능력 및 바이오리액터 조성 감지, 현장 의료 치료에서와 같은, 또는 병들 또는 치료 상태들을 감시하는 생리적 바이오마커들의 완전 이식가능, 만성 센서들과 같은 매우 다양한 감지 응용들에 대한 그것의 적응성이고;
(4) 외인성 물질들에 대한 최소 노출: 의료 디바이스 응용들에서, 개시된 센서들은 이식된 부분이 비활성 하이드로겔 부분만큼 작게 될 수 있기 때문에 센서와 연관된 외부 객체들에 반응하는 피험자의 신체로 인한 더 적은 문제들을 갖도록 기대되는 반면, 나머지 검출 구성요소들(예를 들어 자력계 및 관련 전자장치)은 피험자의 신체/피부의 표면 상에 배치될 수 있다.
개시된 자기 나노입자 하이드로겔 센서 시스템에 대한 다수의 가능한 응용들 중에서:
(1) 특히 일회용 리액터들을 위한, 바이오리액터 조성물 감지;
(2) 현장 의료 치료;
(3) 병 상태들 또는 치료들의 처리를 감시하는 생리적 바이오마커들의 완전 이식가능, 만성/연속 센서들; 및
(4) 동물 연구에서의 연속 대사 감지.
개시된 자기 나노입자 하이드로겔 센서 시스템의 하나의 가능한 제한은 MRI 시스템들 내에서 또는 그것의 근방에서와 같은, 높은 자계 환경들에서 사용될 때 가능한 간섭이다. 일부 실시예들에서의 제안된 센서의 감지 MFI 범위는 범위가 대략 300μΤ에서 대략 4000μΤ에 이를 수 있다. 이러한 범위는 지구의 자계 범위(25-65μΤ)보다 훨씬 더 높지만, 그것은 자기 공명 영상 장치(MRI)에서 보여지는 것보다 더 낮다. 센서 판독들은 강한 외부 자계들에 의해 영향을 받을 수 있지만, 이러한 제한을 극복하는 하나의 방법은 예를 들어 핸드헬드 감시 디바이스에서, 센서로부터 거리를 두고 보조 참조 자력계를 가질 수 있어, 미분 자기 판독들이 취해질 수 있다.
도 16 및 도 17은 하이드로겔 내의 또는 그것에 인접한 자기 입자들의 정렬을 도시한다. 도 16 및 도 17 각각은 하이드로겔 위에 자기 입자들을 함유하는 층을 갖는 기판 상에 장착되는 하이드로겔을 도시한다. 하이드로겔은 사용 동안 기판에 연속적으로 부착될 수 있거나, 기판은 하이드로겔의 형성 동안만 존재하고 사용 전에 하이드로겔로부터 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, (개별 상단 층을 갖거나 갖지 않은) 하이드로겔의 더 큰 부분이 이루어지고 그 다음에 사용을 위해 더 작은 부분들로 분할될 수 있다. 사용 시에, 자력계는 하이드로겔과 연관된 입자들로부터 자계를 검출하기 위해, 하이드로겔 근방에, 예를 들어 존재할 때 기판 아래에, 또는 하이드로겔 근방에 배치된다.
자기 입자들이 하이드로겔 위의 층에 함유되지만, 일부 실시예들에서, 하이드로겔 그 자체(또는 그것의 일부)는 입자들을 함유할 수 있다. 입자 함유 층은 존재할 때, 고체일 수 있거나 그것은 분석물들에 의한 접근을 하이드로겔에 허용하기 위해 다공성이거나 천공들을 포함할 수 있다(도 18). 입자 함유 층은 여러가지 가능한 물질들 중에서, 하이드로겔(기본 하이드로겔과 동일하거나 상이함), 다른 중합체, 또는 실리콘으로 제조될 수 있다.
임의의 실시예들에서, 하이드로겔 및/또는 상단 층은 이하의 절차들에 따라 형성될 수 있다:
(1) 균질 용액을 형성하기 위해 프리-겔(하이드로겔, 실리콘, 에폭시 등)을 준비하고 자기 입자들을 혼합하며;
(2) 기판 상에 용액의 얇은 층을 형성하고 자기 입자들이 균일하게 분산되는 것을 보장하고;
(3) 중합 층 내의 입자들이 정렬되는 것을 보장하기 위해 필름을 중합 공정 동안에 원하는 분야 패턴으로 외부 자계에 종속시키고;
(4) 개별 층으로 형성되면, 이러한 층은 이때 분석물 감응 하이드로겔 위에 배치될 수 있다.
입자들이 정렬되는 평면의 깊이는 경화 공정 동안에 외부 인가 자계들의 크기를 제어함으로써 변경될 수 있다.
도 16에서의 자기 입자들은 할바흐 배열(도 16, 인셋(inset))로 정렬된다. 입자들의 특정 배열(예를 들어 인접한 수직 정렬 및 수평 정렬 입자들이 대향 방향들로 그들의 자계들을 가짐)은 자계가 하이드로겔 또는 입자 층의 평면에서 떨어져서 일방향으로 주로 연장되게 한다. 도 17은 입자들이 균일하게 정렬된, 예를 들어 도시된 바와 같이(도 17, 인셋) 수평으로 또는 수직으로 정렬된 다른 배열을 도시한다. 균일한 입자 배열의 경우, 자계들은 하이드로겔 또는 입자 층의 평면에서 떨어져 양 방향들로 상대적으로 동일하게 연장된다. 다양한 실시예들에서, 자계들이 검출가능한 동작 거리는 범위가 입자들로부터 수십 마이크로미터에서 수 밀리미터에 이른다.
할바흐 배열(Halbach array) 또는 균일한 자계는 층 또는 하이드로겔을 경화 동안에 적절한 자계에 종속시킴으로써 층 또는 하이드로겔에서 생성될 수 있다. 특히, 할바흐 배열 입자 배치는 수개의 가능한 방법들 중 하나로 실현될 수 있다: (1) 이러한 어레이를 생성하는 하나의 방법은 위에서 논의된 바와 같이, 페로자기 입자들을 균일하게 중합체에 분배하고 자기 복합 시트를 형성하고, 그 다음에 미리 구성된 패턴을 갖는 자화기를 사용하여 시트를 자화한다. 사용될 수 있는 중합체들은 예를 들어 실리콘들, 폴리우레탄들, 폴리에틸렌들, 하이드로겔들, 및 다른 중합체들이지만 이들에 제한되지 않는다; (2) 다른 방법은 그것의 자기 배열을 하이드로겔로 '미러링'하기 위해 미리 제작된 상용가능 할바흐 배열 시트 물질을 선택하고 그것을 사용한다. 이것은 영구적 자화 입자들을 선택된 할바흐 배열 상에 균일하게 분산시킴으로써 달성될 수 있어, 입자들이 시트 상에 어레이 패턴을 형성하는 것을 확인한다. 그 다음, 하이드로겔 프리-겔 용액은 자기 하이드로겔 조성물을 형성하기 위해 프리-겔 용액의 중합 전에, 정렬된 자기 입자들을 함유하는 시트 상에 분배될 수 있다. 자기 입자들은 프리-겔 용액으로 중합하고/하거나 생체 적합성을 촉진시키기 위해 수정된 표면일 수 있다.
여러가지 다른 실시예들에서, 자계 기울기를 최대화하는 자기 입자들의 다른 배열들이 또한 가능하며, 이는 (1) 잡음을 차폐하고 (2) 자계 기울기를 개선하기 위해 자기 입자들/소스의 내부 및 외부(하이드로겔에 대해) 배열을 갖는 셋업을 포함한다.
가능한 자기 나노입자 물질들은 페로- 또는 페리-자기 입자들, 희토류 합금들(사마륨-코발트, 네오듐-철-붕소), 세라믹 페라이트들(바륨 또는 스트론튬 페라이트), 및 다른 자기 물질들과 같은 영구적 자기 입자들을 포함한다. 자기 입자/나노입자 크기들은 범위가 20 nm에서 수십 마이크로미터에 이를 수 있으며, 전형적인 크기는 대략 1 마이크로미터이다. 다양한 실시예들에서, 자기 입자/나노입자 농도 범위는 하이드로겔에서 및/또는 개별 필름 층에서, 10 중량%까지이다. 하이드로겔이 상호작용할 수 있는 분석물들의 비제한 리스트는 글루코스, 프럭토스, 이온 강도/삼투압몰농도, 산화 스트레스, 수화, pH, CO2, O2, 락테이트, 트롬빈 및 다른 단백질들, 및 특정 세트 타입들을 포함한다. 본 명세서에 개시된 하이드로겔 기반 센서 시스템들은 다양한 분석물들의 존재 및 레벨들을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 특징들 및 장점들은 이하의 청구항들에 진술된다.

Claims (21)

  1. 카테터를 위한 센서 시스(sensor sheath)로서,
    기판으로서, 그것과 연관된 적어도 하나의 센서를 갖는, 상기 기판; 및
    상기 적어도 하나의 센서와 통신하는 전자 유닛을 포함하며,
    상기 기판은 카테터에 부착하도록 구성되는 센서 시스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 하이드로겔 센서를 포함하는 센서 시스.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 하이드로겔 센서와 연관되는 복수의 자기 입자들을 더 포함하는 센서 시스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 자기 입자들은 자기 나노입자들을 포함하는 센서 시스.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 복수의 자기 입자들 각각은 자계를 갖고, 상기 복수의 자기 입자들의 자계들은 동일한 방향으로 정렬되는 센서 시스.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 복수의 자기 입자들 각각은 자계를 갖고, 상기 복수의 자기 입자들의 자계들은 할바흐 배열(Halbach array)로 정렬되는 센서 시스.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 자기 입자들은 상기 하이드로겔 센서 내에 내장되는 센서 시스.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 하이드로겔 센서는 분석물에 민감한 센서 시스.
  9. 청구항 3에 있어서, 상기 자기 입자들은 상기 하이드로겔 센서 상단 위의 층에 있는 센서 시스.
  10. 청구항 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 하이드로겔 센서에 인접한 자력계(magnetometer)를 더 포함하는 센서 시스.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 가요성, 생체 적합 물질을 포함하며, 그것의 적어도 일부는 카테터 주위를 감싸기 위해 만곡되는 센서 시스.
  12. 센서 시스템으로서,
    기판으로서, 그것과 연관되는 적어도 하나의 하이드로겔 센서를 갖는, 상기 기판;
    상기 적어도 하나의 하이드로겔 센서와 인접한 자력계; 및
    상기 적어도 하나의 하이드로겔 센서와 연관되는 복수의 자기 입자들을 포함하는 센서 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 복수의 자기 입자들 각각은 자계를 갖고, 상기 복수의 자기 입자들 각각은 동일한 방향으로 정렬되는 센서 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 복수의 자기 입자들 각각은 자계를 갖고, 상기 복수의 자기 입자들의 자계들은 할바흐 배열로 정렬되는 센서 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 복수의 자기 입자들은 자기 나노입자들을 포함하는 센서 시스템.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 기판은 카테터에 부착하도록 구성되는 시스(sheath)를 포함하는 센서 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 시스는 가요성, 생체 적합 물질을 포함하며, 그것의 적어도 일부는 카테터 주위를 감싸기 위해 만곡되는 센서 시스템.
  18. 청구항 12에 있어서, 상기 적어도 하나의 하이드로겔 센서와 통신하는 전자 유닛을 더 포함하는 센서 시스템.
  19. 청구항 12에 있어서, 상기 자기 입자들은 상기 적어도 하나의 하이드로겔 센서 내에 내장되는 센서 시스템.
  20. 청구항 12에 있어서, 상기 자기 입자들은 상기 적어도 하나의 하이드로겔 센서 상단 위의 층에 있는 센서 시스템.
  21. 청구항 12에 있어서, 상기 적어도 하나의 하이드로겔 센서는 분석물에 민감한 센서 시스템.
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