Claims (2)
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Erfindungsansprüche:Invention claims:
1. Enzymelektrode zur Glukosemessung, insbesondere bei hoher Glukosekonzentration, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erweiterung ihres linearen Meßbereiches zentrisch über den Elektrodenanschlüssen in die hydrophobe Membran (3) der Sandwich-Membran (2) mit eingebettetem Enzym (5) eine Perforation, deren Größe die Steilheit der Eichkurve der Enzymelektrode variabel gestaltet, angeordnet ist und die Perforation der hydrophoben Membran (3) durch eine zusätzliche hydrophile Membran (6) verschlossen ist.1. enzyme electrode for glucose measurement, in particular at high glucose concentration, characterized in that the extension of its linear measuring range centrally over the electrode terminals in the hydrophobic membrane (3) of the sandwich membrane (2) with embedded enzyme (5) has a perforation whose size Slope of the calibration curve of the enzyme electrode is variable, arranged and the perforation of the hydrophobic membrane (3) by an additional hydrophilic membrane (6) is closed.
2. Enzymelektrode nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Variation der Grenzen ihres linearen Meßbereiches die Perforation in der hydrophoben Membran der Sandwich-Membran exzentrisch über den Elektrodenanschlüssen anzuordnen ist.2. Enzyme electrode according to item 1, characterized in that to vary the limits of its linear measuring range, the perforation in the hydrophobic membrane of the sandwich membrane is eccentric to be arranged above the electrode terminals.
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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Enzymelektrode zur Glukosemessung, insbesondere bei hoher Glukosekonzentration, und ist besonders geeignet als Glukosesensor bei implantierbaren künstlichen Beta-Zellen, deren Aufgabe es ist, bei Diabetikern stetig die Glukosekonzentration im Blut zu kontrollieren und mittels eines elektronischen Regelungssystems automatisch die bedarfsgerechte Insulinmenge zur Verhütung von diabetischen Komplikationen, wie z. B. Hypo- und Hyperglykämien, zu injizieren. Weitere Anwendungsgebiete sind glukosekontrollierte Therapiemaßnahmen, alle Situationen der kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Blutglukoseüberwachung und Glukosebestimmungsmethoden in klinischen und klinisch-chemischen Laboratorien.The invention relates to an enzyme electrode for glucose measurement, in particular at high glucose concentration, and is particularly suitable as a glucose sensor implantable artificial beta cells, whose task is to constantly control the glucose concentration in the blood in diabetics and automatically by means of an electronic control system the need-insulin quantity Prevention of diabetic complications, such as: As hypo- and hyperglycaemic injections. Further indications are glucose-controlled therapeutic measures, all situations of continuous or quasi-continuous blood glucose monitoring and glucose determination methods in clinical and clinical-chemical laboratories.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Eine Enzymelektrode zur Bestimmung von Glukose mit einem elektrochemischen Sensor, der zusammen mit einer semipermeablen Membran einen Bereich begrenzt, in dem der Akzeptor in teilweise ungelöster Form und das Enzym vorliegt, ist in der Patentschrift DE-AS 2243962 beschrieben worden.An enzyme electrode for the determination of glucose with an electrochemical sensor which, together with a semipermeable membrane, delimits a region in which the acceptor is present in partially undissolved form and the enzyme has been described in the patent DE-AS 2243962.
Durch K. !to, K. Ohta et al., Comparative studies of glucose sensors between enzyme membrane and electrochemical aspects, in Artifical Organs, Vol. 2, 1978, S. 244-246 und K. ltoh, K. Ohta, T. Kondo et al.. Glucose sensors for the implantable artifical Beta-cell, in Proceedings of the International Conference in Cybernetic and Assiety, 1978, Vol. 1, S. 145-148 ist weiterhin der Aufbau von Enzymelektroden als Glukosesensoren bekannt geworden, die so gestaltet sind, daß der eigentlichen Clark-Elektrode eine sogenannte Sandwich-Membran, bestehend aus einer hydrophilen, glukosepermeablen und einer hydrophoben, gaspermeablen Membran oder einer weiteren hydrophilen, H2O2-permeablen Membran mit zwischengelagertem, an einen Träger fixierten Enzym GOD, vorgelagert ist. Durch die hydrophile Membran, die die Enzymschicht von der Blutprobe trennt, diffundieren Glukose und Sauerstoff und zwar in dem Maße, daß die in die Reaktionsschicht GOD gelangende Glukose nicht in jedem Fall vollständig umgesetzt werden kann.By K.! To, K. Ohta et al., Comparative studies of glucose sensors between enzyme membrane and electrochemical aspects, in Artifical Organs, Vol. 2, 1978, pp. 244-246 and K. ltoh, K. Ohta, T Kondo et al., Glucose sensors for the implantable artifical Beta-cell, in Proceedings of the International Conference Cybernetic and Assiety, 1978, Vol. 1, pp. 145-148, the construction of enzyme electrodes has also become known as glucose sensors are designed so that the actual Clark electrode a so-called sandwich membrane consisting of a hydrophilic, glucose-permeable and a hydrophobic, gas-permeable membrane or another hydrophilic, H 2 O 2 -permeable membrane with intermediately stored, fixed to a carrier enzyme GOD, is upstream. Due to the hydrophilic membrane separating the enzyme layer from the blood sample, glucose and oxygen diffuse to the extent that the glucose entering the reaction layer GOD can not be fully reacted in any case.
Der Nachteil dieser bekannten Enzymelektroden besteht in der nicht eindeutigen Zuordnung der Glukosekonzentration zum Sensorsignal bei Überschreitung der Grenzen des linearen Meßbereiches aufgrund des relativen Sauerstoffmangels. Da diese Enzymelektroden ausschließlich im verdünnten Vollblut arbeiten können, ist ihr Einsatz auf bettseitige Blutglukosemeßplätze bzw. Laboranordnungen beschränkt und somit nur teilweise in extrakorporalen Beta-Zellen verwendbar. Der enge begrenzte lineare Meßbereich beinhaltet zwangsläufig, daß zur Gewinnung des verdünnten Vollblutes dem Probanden kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich Blut entnommen, für die Glukosemessung aufbereitet und nach der Messung verworfen werden muß. Weiterhin ist die Verdünnung der Blutprobe mit einem beträchtlichen apparativen Aufwand verbunden.The disadvantage of these known enzyme electrodes consists in the ambiguous allocation of the glucose concentration to the sensor signal when exceeding the limits of the linear measuring range due to the relative lack of oxygen. Since these enzyme electrodes can work exclusively in the diluted whole blood, their use is limited to bedside blood glucose meters or laboratory arrangements and thus only partially usable in extracorporeal beta cells. The narrow limited linear range inevitably includes that for the production of the diluted whole blood the subject continuously or quasi-continuously blood taken, processed for the glucose measurement and discarded after the measurement. Furthermore, the dilution of the blood sample is associated with a considerable expenditure on equipment.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist eine Enzymelektrode für Glukosemessungen, die geeignet ist, auch bei hoher Glukosekonzentration und in miniaturisierter Ausführung mit optimaler Zuverlässigkeit zu arbeiten und somit den Anforderungen an eine implantierbare Glukosemeßeinrichtung zu genügen.The object of the invention is an enzyme electrode for glucose measurements, which is suitable for working with optimal reliability, even at high glucose concentration and in miniaturized form, and thus satisfies the requirements of an implantable glucose measuring device.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den linearen Meßbereich der Enzymelektrode hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Sensorstrom und Glukosekonzentration in dem Maße zu erweitern, daß beliebige im Individuum auftretende Blutglukosekonzentrationen ohne vorherige Verdünnung des Blutes kontinuierlich gemessen werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Enzymelektrode anstelle der bekannten hydrophilen Trennmembran zwischen Reaktionsschicht der Sandwich-Membran und Blutprobe des Individuums eine gasdurchlässige, hydrophobe Membran angeordnet wird, die in definiertem Maße perforiert ist. Die Perforation der Membran wird zur Verhinderung des Abspülens des unter der hydrophoben Membran befindlichen trägerfixierten Enzyms mit einer zusätzlichen hydrophilen Membran verschlossen. Mit der Größe der Perforation kann die Steilheit der Eichkurve der Enzymelektrode geändert werden. Zur Variation der Grenzen des linearen Meßbereiches des Sensorstroms in Abhängigkeit von der Blutglukosekonzentration wird erfindungsgemäß die Perforation in der hydrophoben Membran der Sandwich-Membran exzentrisch über dem Elektrodensystem des Enzymsensors angeordnet.The invention is thus based on the object to extend the linear measuring range of the enzyme electrode with respect to the ratio between the sensor current and glucose concentration to the extent that any occurring in the individual blood glucose concentrations can be continuously measured without prior dilution of the blood. According to the invention the object is achieved in that the enzyme electrode instead of the known hydrophilic separation membrane between the reaction layer of the sandwich membrane and blood sample of the individual, a gas-permeable, hydrophobic membrane is arranged, which is perforated to a defined extent. The membrane perforation is sealed with an additional hydrophilic membrane to prevent rinsing of the enzyme immobilized under the hydrophobic membrane. With the size of the perforation, the steepness of the calibration curve of the enzyme electrode can be changed. In order to vary the limits of the linear measuring range of the sensor current as a function of the blood glucose concentration, according to the invention, the perforation in the hydrophobic membrane of the sandwich membrane is arranged eccentrically over the electrode system of the enzyme sensor.