DD211636A5 - MEMBRANE FOR REGULATING THE PERMEATION OF GLUCOSE - Google Patents
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Abstract
Die Membran zum Regulieren der Permeation von Glukose, welche Membran zum Einbauen in einen Glukose-Sensor vom Enzym-Elektroden-Typ vorgesehen ist, um erhoehte Glukosekonzentration zu messen, ist gekennzeichnet durch ein poroeses hydrophobes Material, dessen Poren einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 bis 100 Mikrometer aufweisen, und deren Dichte in der Oberflaeche der Membran 10 bis 10000 Poren/cm hoch 2 betraegt. Es ist von Vorteil, wenn das hydrophobe Material ein Film aus Polytetrafluoraethylen oder Polyaethylen oder Polypropylen oder Poly(vinylidenfluorid) mit einer Porositaet von 25 bis 60 % ist.The membrane for regulating the permeation of glucose, which membrane is designed to be incorporated into an enzyme-electrode-type glucose sensor to measure increased glucose concentration, is characterized by a porous hydrophobic material whose pores have a diameter in the range of 10 to 100 microns, and their density in the surface of the membrane 10 to 10,000 pores / cm high 2 is. It is advantageous if the hydrophobic material is a film of polytetrafluoroethylene or polyethylene or polypropylene or poly (vinylidene fluoride) having a porosity of 25 to 60%.
Description
Berlin, 30» 1, 1984 62 800 17Berlin, 30 »1, 1984 62 800 17
Membran zum Regulieren der Permeation von GlukoseMembrane for regulating the permeation of glucose
Anwendjjn^sf;ebietni der a ErfindungAnwendjjn ^ sf; ebiet ni of the invention a
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zinn Befestigen in einem Glukose-Sensor des Enzym-Elektroden-Typs vorgesehene Membran zum Regulieren der Permeation von Glukose*The present invention relates to a tin-fixing membrane provided in an enzyme-electrode-type glucose sensor for regulating the permeation of glucose *
Charakteristik der bekannt^Characteristic of known ^
Sin Glukose-Sensor zum Bestimmen der Glukose in einer Probe unter Verwendung einer Membran, in die Glukoseoxydase (im folgenden kurz GOD genannt) eingebracht ist, um die Glukose durch den in der Probe gelösten Sauerstoff au binden, ist allgemein bekannt. Das Prinzip der Messung von Glukose in diesem Glukose«Sensor beruht auf der folgenden Reaktion:A sin glucose sensor for determining the glucose in a sample by using a membrane into which glucose oxidase (hereinafter referred to as GOD) is introduced to bind the glucose by the oxygen dissolved in the sample is well known. The principle of measuring glucose in this glucose sensor is based on the following reaction:
GODGOD
Glukose + O2 + HpO "—"""~""™"*"* Glukonsäure + EUOpGlucose + O 2 + HpO " -""" ~ "" ™ "*" * gluconic acid + EUOp
Dementsprechend wird die Konzentration von Glukose in der Flüssigkeitsprobe (beispielsweise in einer Blutprobe) indirekt bestimmt, durch die Messung der Sauerstoffkonzentration in der Probe oder der Konzentration des Wasserstoffsuperoxyds, das bei der Oxydation der Glukose durch den in der Probe gelösten Sauerstoff in Gegenwart von GOD gebildet wird« Wie aus der oben angegebenen Formel klar ersichtlich ist, wird die obere Grenze der bestimmbaren Glukosekonzentration vom Betrag des in der Probe gelösten Sauerstoffs bestimmt, und es war bisher unmöglich, eine Glukosekonzentration zu messen, die größer war als die der höchsten Konzentration des gelösten Sauerstoffs entsprechende Konzentration, solange ein gebräuchlicher Glukose-Sensor, der eine Membran mit eingebrachtem GOD aufweist, die dicht an einerAccordingly, the concentration of glucose in the liquid sample (for example, in a blood sample) is indirectly determined by measuring the concentration of oxygen in the sample or the concentration of hydrogen peroxide formed in the oxidation of glucose by the oxygen dissolved in the sample in the presence of GOD As is clear from the formula given above, the upper limit of the determinable glucose concentration is determined by the amount of dissolved oxygen in the sample, and it has heretofore been impossible to measure a glucose concentration greater than that of the highest concentration of the dissolved one Oxygen corresponding concentration, as long as a common glucose sensor, which has a membrane with incorporated GOD, which is close to a
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Sensor-Membran für gelösten Sauerstoff angelegt ist, verwen det wurde· Eb war darum·bisher erforderlich, sum Messen von Glukose mit hoher Konzentration in einer Probe, beispiels» ?/eise der Blutprobe eines an Diabetes melitus oder anderen Krankheiten leidenden Patienten, von außen Sauerstoff zuzuleiten oder die Blutprobe zu verdünnen, was zu erheblichen lachteilen führte«For this reason it has been necessary hitherto to measure high-concentration glucose in a sample, for example the blood sample of a patient suffering from diabetes mellitus or other illnesses, from the outside Supplying oxygen or diluting the blood sample, resulting in significant
Ziel der Erfindung ist es, den hohen Aufwand und die Hach teile bezüglich der Genauigkeit zu vermeiden*The aim of the invention is to avoid the high cost and the Hach parts in terms of accuracy *
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Glukose-Sensor zn entwiekeln, der auf hohe Glukosekonzentration in flüssigen Proben, insbesondere in Blutproben, anspricht und Informationen darüber liefert«The invention is based on the object of developing a glucose sensor which responds to high glucose concentrations in liquid samples, in particular in blood samples, and provides information about them.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Membran, die zum Befestigen an einem Glukose-Sensor des Enzym-Elsk~ troden-Tjps vorgesehen und zum Regein der Permeation von Glukose geeignet ist und dazu aus einem porösen, hydrophoben Material besteht, das die Permeation von in der Probe gelöstem Sauerstoff ermöglicht und das mit Poren von 10 bis 100 Mikrometer Durchmesser perforiert ist, wobei die Anzahl der Poren auf der Oberfläche 10 bis 101OOO Poren/cm2 beträgt.This object is achieved according to the invention with a membrane which is provided for attachment to a glucose sensor of the enzyme electrode Tjps and suitable for the regulation of the permeation of glucose and in addition consists of a porous, hydrophobic material, the permeation of in the sample allows dissolved oxygen and is perforated with pores of 10 to 100 micrometers in diameter, the number of pores on the surface being 10 to 10 1 000 pores / cm 2 .
Durch die Anordnung dieser erfindungsgemäßen Membran zum Regulieren der Permeation von Glukose in einem gebräuchlichen Glukose-Sensor wird ermöglicht, eine hohe Glukosekonsentrs-The arrangement of this membrane according to the invention for regulating the permeation of glucose in a conventional glucose sensor makes it possible to obtain a high glucose content.
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tion in einer Probe zu bestimmen, ohne die Probe einer besonderen Behandlung, beispielsweise Verdünnung oder Zuführung von Sauerstoff, zu unterwerfen»tion in a sample without subjecting the sample to any particular treatment such as dilution or addition of oxygen. "
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Membran wird vorzugsweise ein Film aus Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen und PoIyCVinylidenfluorid) mit Mikroporen von weniger als 0,5 Mikrometer und einer Porosität von 25 bis 60 % verwendet·A film of polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene and polyvinylidene fluoride) having micropores of less than 0.5 micrometer and a porosity of 25 to 60 % is preferably used to produce the membrane according to the invention.
Die Größe der Poren kann entsprechend dem verwendeten Material und der Dicke der Membran und/oder dem Konzentx-ationsbereioh der Glukose in der Probe mit einem mittleren Durch«- measer im Bereich zv/ischen 10 und 100 Mikrometer gewählt wer~ den» Me Glukosemoleküle permeieran fast nicht durch eine Membran mit Poren, deren mittlerer Durchmesser weniger als 10 Mikrometer beträgt, während eine Membran, deren Poren einen Durehmesser von mehr als 100 Mikrometer aufweisen, die Permeation der Glukose nicht regulieren kann, Die Form des Porenquerschnitts ist vorzugsweise kreisförmig, obwohl sie die Regulierung der Permeation nicht merklich beeinflußt* Me Anzahl der Poren auf der Oberfläche der erfindungsgemäßen Membran beträgt 10 bis 10Ό00 Poren/cm*" und kann, entsprechend der Konzentration der Glukose in der Probe gewählt werden, wobei die Porenanzahl bei einer geringen Glukosekonsentration in der- Probe vorzugsweise größer und bei hoher Glukosekonzentration vorzugsweise kleiner ist.The size of the pores may be selected according to the material used and the thickness of the membrane and / or the concentration range of the glucose in the sample with a mean permeate in the range of 10 and 100 microns in the Me glucose molecules almost not through a membrane with pores whose average diameter is less than 10 microns, while a membrane whose pores have a diameter greater than 100 microns can not regulate the permeation of glucose. The shape of the pore cross-section is preferably circular, although the number of pores on the surface of the membrane according to the invention is 10 to 10Ό00 pores / cm.sup.-1 and can be chosen according to the concentration of glucose in the sample, the number of pores at a low glucose concentration in the sample - Sample preferably larger and at high glucose concentration preferably klei is ner.
Vom Gesichtspunkt der Meßgenauigkeit und der Ansprechzeit ist ein gleichmäßiger Abstand zwischen den Poren anzustreben*From the point of view of measuring accuracy and response time, a uniform distance between the pores is desirable *
Die erfindungsgemäße Membran ist von Hatur aus für SauerstoffThe membrane according to the invention is from Hatur for oxygen
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permeabel und wird bis zu einem gewissen Ausmaß durch die in der Oberfläche vorhandenen Poren auch für die Glukose permeabel·permeable and, to a certain extent, is also permeable to glucose by the pores present in the surface.
Wenn die erfindungsgemäße Membran von einer Membran, in die GOD eingebaut ist (und die im folgenden als GOD-enthaltende Membran bezeichnet wird) eines der gebräuchlichen Glukose-Sensoren des Enzym-Elektrode-Typs (der eine Sauerstoffelektrode des Clark-Typs oder modifizierten Clark-Typs enthält) angeordnet wird, vermag der solcherart modifizierte Sensor hohe Glukosekonzentrationen in einer Probe zu messen, ohne daß die Probe verdünnt oder zusätzlicher Sauerstoff eingeleitet wird.When the membrane according to the invention of a membrane, in which GOD is incorporated (and which is referred to as GOD-containing membrane hereinafter) one of the conventional glucose sensors of the enzyme-electrode type (the one Clark-type oxygen electrode or modified Clark) Type), the thus modified sensor is capable of measuring high glucose concentrations in a sample without diluting the sample or introducing additional oxygen.
Es ist auch möglich, zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Membranen, nachdem diese laminiert oder zusammengeklebt wurden, in den Glukose-Sensor einzubauen·It is also possible to incorporate two or more of the membranes according to the invention, after they have been laminated or glued together, into the glucose sensor.
Ausführungsbeispiel Execution example
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Hilfe der Pigur an einem Beispiel näher erläutert«In the following, the present invention will be explained in more detail by means of the Pigur by way of an example.
Die Pigur zeigt auf der Abszisse die bekannte Glukosekonaentration einer physiologischen Salzlösung und längs der Ordinate das Ausgangssignal des Glukose-Sensors. Die Kurven I und II entsprechen Messungen mit erfindungsgemäßen Membranen, die Kurve III entspricht einer Messung ohne die erfindungsgemäße Membran·The Pigur shows on the abscissa the known glucose concentration of a physiological saline solution and along the ordinate the output signal of the glucose sensor. The curves I and II correspond to measurements with membranes according to the invention, the curve III corresponds to a measurement without the membrane according to the invention
Zwei erfindungsgeiaäße Membranen A und B wurden hergestellt durch Durchlöchern je eines Polypropylenfilms mit Poren vonTwo membranes A and B according to the invention were prepared by perforating each of a polypropylene film having pores of
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50 bis 100 Mikrometer Durchmesser und einem Mittelpunktabstand von 0,5 mm (Membran A) bzw* 1,0 mm (Membran B). Die beiden Membranen wurden in einem gebräuchlichen Glukose-Sensor, der eine Sauerstoffelektrode des Clark-Q}yps enthielt, eingebaut« Bei der nachfolgenden Verwendung des solcherart modifizierten Sensors wurde dessen Ausgangssignal für eine Serie wässeriger, physiologischer Salzlösungen, in denen eine bekannte Menge Glukose gelöst war, bestimmt·50 to 100 micrometers in diameter and a center distance of 0.5 mm (membrane A) or * 1.0 mm (membrane B). The two membranes were incorporated into a common glucose sensor containing an oxygen electrode of Clark-Q} yps. In the subsequent use of the sensor modified in this way, its output became a series of aqueous physiological saline solutions in which a known amount of glucose was dissolved was, definitely ·
Die Ergebnisse sind als Kurven I bzw« II in der Figur gezeigt.The results are shown as curves I and II in the figure, respectively.
Ve rffil e i c.h sbe i spi e 1Recovering the car 1
Ea wurde das Ausgangssignal des gleichen Sensors wie im vorstehenden Beispiel, aber ohne die Verwendung einer der erfindungsgemäßen Membranen A oder B bestimmt· Dasu wurden die gleichen wässerigen, physiologischen Salzlösungen, in denen bekannte Mengen Glukose gelöst waren, verwendet* Die Ergebnisse sind als Kurve III in der Figur gezeigt.Ea the output of the same sensor was determined as in the previous example, but without the use of any of the membranes A or B according to the invention. The same aqueous physiological saline solutions in which known amounts of glucose were dissolved were used. The results are shown as curve III shown in the figure.
Wie aus der Figur zu erkennen ist, zeigen die Ausgangssignale des Sensors bei der zusätzlichen Verwendung der erfindungsgemäßen Membranen A und B eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit der Glukosekonzentration in den wässerigen, physiologischen Salzlösungen, und zwar in einem, Konzentrationsbereich zwischen 0 bis 700 mg/dl, während die Ausgangssignale des gebräuchlichen Glukose-Sensors ohne die erfindungsgemäßen Membranen im Bereich über 300 mg/dl der Glukosekonzentration nicht mehr entsprechen.As can be seen from the figure, the output signals of the sensor with the additional use of the membranes A and B according to the invention show an excellent agreement with the glucose concentration in the aqueous, physiological saline solutions, in a, concentration range from 0 to 700 mg / dl, while the output signals of the conventional glucose sensor without the membranes according to the invention in the range above 300 mg / dl no longer correspond to the glucose concentration.
Wie oben aufgezeigt werden konnte, ermöglicht die VerwendungAs pointed out above, the use allows
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der erfindungsgemäßen Membran in einem gebräuchlichen Glukose-Sensor, der eine Sauerstoffelektrode des Clark-Typs enthält, hohe Konzentrationen der Glukose in wässerigen, physiologischen Salzlösungen zu bestimmen.In a conventional glucose sensor containing a Clark-type oxygen electrode, the membrane of the present invention can be used to determine high levels of glucose in aqueous physiological saline solutions.
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