DD259457A1 - ELECTROCHEMICAL SENSOR ARRANGEMENT, ESPECIALLY FOR GLUCOSE CONCENTRATION DETERMINATION - Google Patents
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Abstract
Die Hauptanwendung der Erfindung besteht im Einsatz als Glukosesensor fuer eine kuenstliche b-Zelle, die eine bedarfsgerechte Insulinzufuehrung zur Verhinderung bzw. Herauszoegerung der Entwicklung diabetischer Spaetschaeden gewaehrleistet. Die erfindungsgemaessen Merkmale bestehen darin, dass sich alle Elektroden eines elektrochemischen Elektrodensystems auf der Oberflaeche eines Grundkoerpers befinden und zwischen dem Elektrodensystem und dem Membransandwich, das eine Schutzschicht aus Siliconkautschuk beinhalten kann, eine gelfoermige oder feste Elektrolytschicht angeordnet ist.The main application of the invention is in use as a glucose sensor for an artificial b-cell that provides on-demand insulin delivery to prevent or delay the development of diabetic spa damage. The features according to the invention are that all electrodes of an electrochemical electrode system are located on the surface of a base body and a gel-like or solid electrolyte layer is arranged between the electrode system and the membrane sandwich, which may include a protective layer of silicone rubber.
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung bezieht sich auf elektrochemische Sensoren insbesondere zur Glukosekonzentrationsbestimmung in unverdünnten biologischen Flüssigkeiten in vivo und in vitro über längere Zeiträume.The invention relates to electrochemical sensors, in particular for the determination of glucose concentration in undiluted biological fluids in vivo and in vitro for prolonged periods.
Hauptanwendung ist der Einsatz als Glukosesensor für eine künstliche ß-Zelle, die eine bedarfsgerechte Insulinzufuhr zur Verhinderung bzw. Herauszögerung der Entwicklung diabetischer Spätschäden gewährleistet.The main application is the use as a glucose sensor for an artificial ß-cell, which ensures a need-based insulin delivery to prevent or delay the development of diabetic late damage.
Nach Shichiri, M. u. a. Biomed. Acta 43,1984,561-568 werden eine Reaktionsschicht: 1,08mmol · 1-1 GOD (17300IU.· mg"1) und 0,6mmol · 1~1 Heparin (170 IU · mg"1) in 2,5%iger Lösung von Zellulosediazetat in Azeton-Ethanol-Gemisch (1:1); eingebracht und in 1%ige Glutaraldehydlösung getaucht, und einer 12stündigen Lufttrocknung unterzogen und eine Koppelmembran aus 4%iger Lösung von Polyurethan in Dimethylformamid/Tetrahydrofuran (1:9) und 2. Rea, P.A.u.a.; Med. Biol. Eng. Comput. 23, 1985,108/115 eine Reaktionsschicht: 0,2 ml"1 GOD (18300IU mg"1) und 0,025g ml"1 Zelluloseazetat in Azeton/Ethanol (1:1); bei 45minütiger Trocknung bei Raumtemperatur und eine Koppelmembran aus 0,06mg ml"1 Polyurethan in Dimethylformamid/ Tetrahydrofuran (1:18); unter 12-18stündiger Lüfttrocknung und Hydration verwendet.According to Shichiri, M. et al. Biomed. Acta 43,1984,561-568 be a reaction layer: 1.08 mmol · 1 -1 GOD (17300IU · mg. "1) and 0.6 mmol · 1 ~ 1 heparin (170 IU mg ·" 1) in 2.5% iger solution of cellulose diacetate in acetone-ethanol mixture (1: 1); and immersed in 1% glutaraldehyde solution, and subjected to air drying for 12 hours and a coupling membrane of 4% solution of polyurethane in dimethylformamide / tetrahydrofuran (1: 9) and 2. Rea, PAua; Med. Biol. Eng. Comput. 23, 1985, 108/115 a reaction layer: 0.2 ml " 1 GOD (18300 μl mg" 1 ) and 0.025 g ml " 1 cellulose acetate in acetone / ethanol (1: 1), with 45 minutes drying at room temperature and a coupling membrane of 0 , 06mg ml " 1 Polyurethane in dimethylformamide / tetrahydrofuran (1:18); used for 12-18 hours air drying and hydration.
Nachteilig ist bei diesem Schichtaufbau, daß er nur für Enzym-Substrat-Elektroden, bei denen das erzeugte Wasserstoffperoxid als Maß für die Glukosekonzentration bestimmt wird, eingesetzt werden kann. Durch die erfindungsgemäß zusätzlich direkt auf dem elektrochemischen Elektrodensystem aufgebrachte Elektrolytschicht und im Bedarfsfall einer hydrophoben Schicht kann die Tauchtechnologie auch für elektrokatalytische Sensoren (Stabilisierung des Potentials der Bezugselektrode) und Enzym-Substrat-Elektroden mit pO2-Grundsensor, Verwendung finden.A disadvantage of this layer structure is that it can only be used for enzyme-substrate electrodes in which the generated hydrogen peroxide is determined as a measure of the glucose concentration. By virtue of the electrolyte layer additionally applied directly to the electrochemical electrode system according to the invention and, if required, a hydrophobic layer, the immersion technology can also be used for electrocatalytic sensors (stabilization of the potential of the reference electrode) and enzyme-substrate electrodes with pO 2 base sensor.
Ziel der Erfindung ist die Miniaturisierung von elektrochemischen Sensoren zur kontinuierlichen Glukosekonzentrationsbestimmung, die Vereinfachung ihrer Herstellung mit unterschiedlichen Kenngrößen (Empfindlichkeit, linearer Meßbereich) und eine Verringerung bzw. Vermeidung von mechanischen Beanspruchungen sowie die Verbesserung der Biokompatibilitätseigenschaften dieser Sensoren.The aim of the invention is the miniaturization of electrochemical sensors for continuous glucose concentration determination, the simplification of their production with different characteristics (sensitivity, linear measurement range) and a reduction or avoidance of mechanical stresses and the improvement of the biocompatibility properties of these sensors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen langzeitstabilen elektrochemischen Sensor zur Glukosekonzentrationsbestimmung in unverdünnten biologischen Flüssigkeiten aufzubauen, wobei physiologische bis pathologische Glukosekonzentrationsbereiche kontinuierlich und mit geringer Zeitverzögerung erfaßt werden.The invention has for its object to build a long-term stable electrochemical sensor for glucose concentration determination in undiluted biological fluids, wherein physiological to pathological Glucose concentration ranges are detected continuously and with a short time delay.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß sich alle Elektroden eines elektrochemischen Elektrodensystems auf der Oberfläche eines aus Isolierstoff hergestellten Grundkörpers, der eine partielle Durchmessererweiterung zur Verhinderung des Abgleitens des Membransandwiches aufweist, befinden. Zwischen i'sm elektrochemischen Elektrodensystem und dem Membransandwich ist eine Elektroiytschicht als Gel oder in fester Foem angeordnet. Auf der mehrschichtigen Membrananordnung befindet sich eine Schutzschicht aus Siliconkautschuk. Es ist auch möglich, daß sich auf der mehrschichtigen Membrananordnung keine Schutzschicht befindet.This is achieved according to the invention in that all the electrodes of an electrochemical electrode system are located on the surface of a base body made of insulating material, which has a partial diameter enlargement for preventing the membrane sandwich from slipping off. Between the electrochemical electrode system and the membrane sandwich, an electrochemical layer is arranged as a gel or in a solid film. On the multilayer membrane assembly is a protective layer of silicone rubber. It is also possible that there is no protective layer on the multilayer membrane assembly.
Weiterhin ist es möglich, daß die unterste Schicht des Membrandsandwiches aus sauerstoffdurchlässigem Material besteht, die Bezugs- und die Arbeitselektrode des elektrochemischen Elektrodensystems als galvanisch verstärkte Spiegel ausgeführt sind und in das Membransandwich eine Enzym-Gel-Schicht eingebracht ist.Furthermore, it is possible that the lowermost layer of the membrane sandwich consists of oxygen-permeable material, the reference and the working electrode of the electrochemical electrode system are designed as galvanically amplified mirror and in the membrane sandwich an enzyme gel layer is introduced.
Der verwendete Grundkörper besitzt 2 in Glas eingeschmolzene Platindrähte, wobei der Platindraht 1 als Kathode und der Platindraht 2 zur Kontaktierung für die Bezugselektrode dient.The base body used has 2 melted in glass platinum wires, the platinum wire 1 serves as a cathode and the platinum wire 2 for contacting the reference electrode.
Die einzelnen Membranschichten werden vorteilhafterweise mittels Tauchtechnologie übereinander aufgebracht und damit läßt sich durch entsprechende Variation der Herstellungsparameter eine Anpassung der Transporteigenschaften des Membransandwich an die Meßaufgaben erreichen.The individual membrane layers are advantageously applied one above the other by means of immersion technology and thus an adaptation of the transport properties of the membrane sandwich to the measurement tasks can be achieved by appropriate variation of the production parameters.
Voraussetzung dafür ist der erfindungsgemäße Grundkörperaufbau und die Gestaltung der Elektrolytschicht.Prerequisite for this is the basic body structure according to the invention and the design of the electrolyte layer.
Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. In the accompanying drawing show:
Figur 1: Grundkörper-AufbauFigure 1: body structure
Figur 2: GOD-Glukose-ElektrodeFIG. 2: GOD-glucose electrode
Figur 3: katalytischer Sensor zur GlukosekonzentrationsbestimmiingFIG. 3: catalytic sensor for determination of glucose concentration
Wie in Figur 1 dargestellt, besitzt der verwendete Grundkörper Gr2 ein Glas eingeschmolzene Platindrähte Pd 1, Pd2. Der Platindraht 1 Pd 1 besitzt einen Durchmesser von 0,5-0,8 mm und dient als Kathode, der Platindraht 2 Pd 2 dient zur Kontaktierung für die Bezugselektrode Be aus Ag/AgCI. Die Bezugselektrode Be, die Kathode, in Form des Platindrahtes 1 Pd 1 und die Arbeitselektrode stellen das Elektrodensystem Es dar.As shown in Figure 1, the base body Gr2 used has a glass melted platinum wires Pd 1, Pd2. The platinum wire 1 Pd 1 has a diameter of 0.5-0.8 mm and serves as a cathode, the platinum wire 2 Pd 2 is used for contacting the reference electrode Be made of Ag / AgCl. The reference electrode Be, the cathode, in the form of the platinum wire 1 Pd 1 and the working electrode represent the electrode system Es.
In Figur 2 ist eine GOD-Glukose-Elektrode in ihrem grundsätzlichen Aufbau dargestellt. Als Grundkörperfindetderin Fig.1 dargestellte Verwendung. Auf den Grundkörper Gr ist die Elektrolytschicht El in fester oder gelartiger Form angeordnet. Darüber befindet sich die mehrschichtige Membrananordnung Ma. Dabei besteht die über der Elektrolytschicht El liegende Schicht vorteilhafterweise aus einem hydrophoben Material. Über der mehrschichtigen Membrananordnung Ma befindet sich die Schutzschicht Schu.FIG. 2 shows a basic structure of a GOD-glucose electrode. As Grundkörperfindetder in Figure 1 illustrated use. On the main body Gr, the electrolyte layer El is arranged in a solid or gel form. Above is the multilayer membrane assembly Ma. In this case, the layer lying above the electrolyte layer El advantageously consists of a hydrophobic material. Above the multilayer membrane assembly Ma is the protective layer Schu.
In Figur 3 ist ein katalytischer Sensor zur Glukosekonzentrationsbestimmung, der den in Figur 1 dargestellten Grundkörperaufbau verwendet, dargestellt.FIG. 3 shows a catalytic sensor for determining the glucose concentration, which uses the basic body structure shown in FIG.
Das Elektrodensystem Es dient der Wandlung des chemischen Signals — Glukosekonzentration in ein elektrisches Äquivalent.The electrode system It is used to convert the chemical signal - glucose concentration into an electrical equivalent.
Dabei entscheidet das Membransandwich über die Kenngrößen des Sensors wie Meßbereich, Ansprechzeit und Biokompatibilität durch die Gestaltung des Permeabilitätsweges und die Materialoberflächeneigenschaften.The membrane sandwich decides on the parameters of the sensor such as measuring range, response time and biocompatibility through the design of the permeability path and the material surface properties.
Aus diesem Grunde wird nach dem jeweiligen Anwendungszweck das Membran-Sandwich aus verschiedenen Schichten aufgebaut. Für die GOD-Glukose-Elektrode sind dies erfindungsgemäß eine feste und gelförmige Elektrolytschicht El, eine hydrophobe, wasserdurchlässige Membran und darüber eine oder mehrere CA-Schichten, wobei diese erfindungsgemäß entweder eine gesonderte Enzymschicht enthalten oder das Enzym als Bestandteil einer solchen Schicht enthält.For this reason, the membrane sandwich is made up of different layers according to the particular application. According to the invention, for the GOD-glucose electrode, these are a solid and gel electrolyte layer El, a hydrophobic, water-permeable membrane and one or more CA layers, which according to the invention either contain a separate enzyme layer or contain the enzyme as a constituent of such a layer.
Als Materialien für die hydrophobe Membranschicht werden vorteilhafterweise PR, PUR bzw. Silikongummi verwendet.As materials for the hydrophobic membrane layer advantageously PR, PUR or silicone rubber are used.
Die Elektrolytschicht El wird erfindungsgemäß durch einen Festelektrolyten oder mittels Aggarose oder anderer Substanzen als Gelschicht ausgeführt, womit eine unabdingbare Voraussetzung für die Gestaltung der nachfolgenden MembranschichtenThe electrolyte layer El is carried out according to the invention by a solid electrolyte or by Aggarose or other substances as a gel layer, whereby an indispensable prerequisite for the design of the subsequent membrane layers
geschaffen wird und die Handhabung wesentlich erleichtert wird. 'is created and the handling is much easier. '
Die Schutzschicht Schu erfindungsgemäß aus Silikongummi bestehend oder als eine heparinisierte CA-Schicht ausgeführt, verbessert die Biokompatibilität der Sensoranordnung und ermöglicht eine verlängerte Meßdauer in biologischen Flüssigkeiten.The protective layer Schu according to the invention consisting of silicone rubber or designed as a heparinized CA layer, improves the biocompatibility of the sensor assembly and allows a longer measurement time in biological fluids.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD30124387A DD259457A1 (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | ELECTROCHEMICAL SENSOR ARRANGEMENT, ESPECIALLY FOR GLUCOSE CONCENTRATION DETERMINATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD30124387A DD259457A1 (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | ELECTROCHEMICAL SENSOR ARRANGEMENT, ESPECIALLY FOR GLUCOSE CONCENTRATION DETERMINATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD259457A1 true DD259457A1 (en) | 1988-08-24 |
Family
ID=5587827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD30124387A DD259457A1 (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | ELECTROCHEMICAL SENSOR ARRANGEMENT, ESPECIALLY FOR GLUCOSE CONCENTRATION DETERMINATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD259457A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19533059C2 (en) * | 1995-09-07 | 1999-10-14 | Juchheim Gmbh & Co M K | Reference electrode for electrochemical measurements and process for their production |
-
1987
- 1987-03-30 DD DD30124387A patent/DD259457A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19533059C2 (en) * | 1995-09-07 | 1999-10-14 | Juchheim Gmbh & Co M K | Reference electrode for electrochemical measurements and process for their production |
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