JP2008541104A - Enzyme sensor having a hydrous spacer layer - Google Patents

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ケア,トーマス
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Abstract

本開示は、アンペロメトリック酵素センサーであって、電極と接触している含水スペーサー層、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートより選択される多孔質ポリマー性マトリックスのスペーサー層を含んだセンサーに関する。該センサーは、生物学的被検体、例えば、グルコース、ラクテート、クレアチン、クレアチニン等の存在または量を測定するのに有用である。
【選択図】図3
The present disclosure is an amperometric enzyme sensor comprising a hydrous spacer layer in contact with an electrode, eg, a porous polymeric matrix spacer layer selected from polyethylene terephthalate (PETP), polyvinyl chloride and polycarbonate. About the sensor. The sensor is useful for measuring the presence or amount of biological analytes such as glucose, lactate, creatine, creatinine and the like.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、電極と接触している含水スペーサー層を有するアンペロメトリック酵素センサーに関する。   The present invention relates to an amperometric enzyme sensor having a hydrous spacer layer in contact with an electrode.

酵素センサーは、測定される化学種(被検体)が、検出前にそのセンサー中において酵素で触媒される反応を起こすセンサーである。被検体と酵素(被検体が基質である場合)または酵素カスケードとの反応は、(理想的な条件下における)濃度が、被検体の濃度に比例するまたはそれと一致する第二種を生じる。次に、その第二種の濃度を、変換器によって、例えば、電極によって検出する。   An enzyme sensor is a sensor that causes a chemical species (analyte) to be measured to undergo an enzyme-catalyzed reaction in the sensor before detection. Reaction of the analyte with the enzyme (if the analyte is a substrate) or enzyme cascade results in a second species whose concentration (under ideal conditions) is proportional to or consistent with the concentration of the analyte. Next, the concentration of the second type is detected by a converter, for example, by an electrode.

酵素センサーの酵素は、典型的には、流体試料に接触するのに適するセンサー膜中に包含される。最も典型的には、酵素は、センサー膜の別々の酵素層中に包含されるが、それは、カバー膜によって流体試料から隔てられている。したがって、被検体は、センサーのカバー膜を介する拡散後に酵素と接触し、次に、酵素/被検体反応が起こり、そして次に、第二種がセンサーの検出器部分、例えば、電極へと拡散して、被検体濃度に関連した応答を生じる。   Enzyme of an enzyme sensor is typically included in a sensor membrane suitable for contacting a fluid sample. Most typically, the enzyme is contained in a separate enzyme layer of the sensor membrane, which is separated from the fluid sample by a cover membrane. Thus, the analyte contacts the enzyme after diffusion through the sensor cover membrane, then the enzyme / analyte reaction occurs, and then the second species diffuses into the detector portion of the sensor, eg, the electrode. This produces a response related to the analyte concentration.

その一方で、酵素層は、ほとんどの場合、第二種の拡散を可能にする妨害制限層によって電極から隔てられている。従来の、酵素を利用したH検出センサーは、通常は、酵素層のためのカバー膜(すなわち、拡散制限層)、酵素層、中間層(すなわち、妨害制限層)および金属アノードを含む。このようなシステムは、概して高濃度で存在する被検体(例えば、血液試料中のラクテートおよびグルコース)に対して用いられた場合に、申し分のなく作動する。しかしながら、そのシステムが、きわめて低濃度で存在する被検体(例えば、クレアチニン、クレアチン、または約1〜約20μMの範囲内の検出限界を有する他の被検体)を検出するために用いられる場合、被検体不含の流体試料は、電極上に顕著な疑似信号を生じることがあり得るということが認められた。それらの疑似信号は、約−25μM〜約25μM被検体の信号に該当する可能性があり、それらは、酵素センサーと接触状態にされるいろいろな液体、例えば、血液試料、洗浄液、湿潤液、検量液等の組成差(ゼロである被検体以外)に由来する。その動作状態は、おそらくは、二つの異なった原因の組み合わせである。 On the other hand, the enzyme layer is in most cases separated from the electrode by an interference limiting layer that allows a second type of diffusion. Conventional enzyme-based H 2 O 2 detection sensors typically include a cover membrane for the enzyme layer (ie, a diffusion limiting layer), an enzyme layer, an intermediate layer (ie, an interference limiting layer), and a metal anode. . Such a system works satisfactorily when used with analytes that are generally present at high concentrations (eg, lactate and glucose in a blood sample). However, if the system is used to detect analytes that are present at very low concentrations (eg, creatinine, creatine, or other analytes having a detection limit in the range of about 1 to about 20 μM), It has been observed that an analyte-free fluid sample can produce a significant spurious signal on the electrode. These pseudo-signals may correspond to signals of about −25 μM to about 25 μM analyte, which are various liquids brought into contact with the enzyme sensor, such as blood samples, washings, wettings, calibrations It originates in the compositional difference of the liquid etc. (other than the subject that is zero). Its operating state is probably a combination of two different causes.

第一に、非イオン種は、妨害制限層を越えて、イオン種よりも急速に拡散する。したがって、試料中に存在するが、すすぎ溶液中には存在しないビカーボネート/COは、妨害制限層より下のpHを降下させるであろう。同じ動作は、大部分のすすぎ溶液中に存在するが、試料中には存在しないイミダゾール/H−イミダゾールで認められる。pHの降下は、水の酸化に由来するゼロ電流の降下を引き起こすであろう。 First, non-ionic species diffuse more rapidly than ionic species across the interference limiting layer. Thus, bicarbonate / CO 2 present in the sample but not in the rinse solution will lower the pH below the interference limiting layer. The same behavior is seen with imidazole / H-imidazole present in most rinse solutions but not in the sample. The drop in pH will cause a zero current drop resulting from the oxidation of water.

第二に、アノード表面におけるイオン種の濃度は、異なった試料の関数として変化する。このような変化は、電極上のイオン組成の変化をもたらし、それによって、非ファラデー電流として知られる電流をもたらすであろう。非ファラデー電流として送られている電荷の全量は、イオン組成の差に依存するにすぎないであろうが、しかしながら、拡散の時定数は、変化することがありうる。   Second, the concentration of ionic species at the anode surface varies as a function of different samples. Such a change will result in a change in the ionic composition on the electrode, thereby resulting in a current known as a non-Faraday current. The total amount of charge delivered as a non-Faraday current will only depend on the difference in ionic composition, however, the diffusion time constant may vary.

疑似信号は、例えば、血液試料中のクレアチニンなどの被検体の濃度の測定時の示差測定に特に問題がある。
したがって、異なった組成の液体の使用によって生じる疑似信号を減少させるまたは排除さえもする酵素センサーが要求される。
The pseudo signal is particularly problematic for differential measurement when measuring the concentration of an analyte such as creatinine in a blood sample.
Therefore, there is a need for an enzyme sensor that reduces or even eliminates the spurious signal that results from the use of liquids of different compositions.

US2004/0011671A1号は、被検体レベルを測定するデバイスおよび方法であって、具体的には、体液中のグルコースレベルを監視する植込み可能デバイスを開示している。   US 2004/0011671 A1 discloses a device and method for measuring analyte levels, specifically an implantable device for monitoring glucose levels in body fluids.

WO90/05910A1号は、被検体減衰層を含む完全微小成形加工(wholly microfabricated)バイオセンサーを開示している。   WO 90/05910 A1 discloses a completely microfabricated biosensor that includes an analyte attenuation layer.

上の問題は、アノードと妨害制限層との間に含水スペーサー層を導入することによって軽減することができるということが判明した。より具体的には、本発明は、すなわち、流体試料中の被検体の濃度を測定する酵素センサーであって、電極;その電極と接触している含水スペーサー層;少なくとも一つの中間層であって、その少なくとも一つの中間層の最も内部が、そのスペーサー層と接触しているもの;および少なくとも一つの酵素層であって、その少なくとも一つの酵素層の最も内部が、その少なくとも一つの中間層の最も外部と接触しているものを含む酵素センサーを提供することにより、酵素センサーの一層高い精度および信頼性を達成できることが判明した。   It has been found that the above problem can be alleviated by introducing a hydrous spacer layer between the anode and the interference limiting layer. More specifically, the present invention relates to an enzyme sensor for measuring the concentration of an analyte in a fluid sample, comprising: an electrode; a hydrated spacer layer in contact with the electrode; at least one intermediate layer. The innermost part of the at least one intermediate layer is in contact with the spacer layer; and at least one enzyme layer, wherein the innermost part of the at least one enzyme layer is of the at least one intermediate layer It has been found that by providing an enzyme sensor that includes the most in contact with the outside, higher accuracy and reliability of the enzyme sensor can be achieved.

発明の詳細な説明
本明細書中に記載のように、本発明は、流体試料中の被検体の濃度を測定するアンペロメトリック酵素センサーに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As described herein, the present invention relates to an amperometric enzyme sensor that measures the concentration of an analyte in a fluid sample.

本明細書中に記載のように、「酵素センサー」という用語は、概して、問題の被検体を第二種へと変換することができる酵素(または酵素カスケード)を含む電気化学センサーを包含するものである。問題の被検体は、可能性のある流体試料成分である、すなわち、酵素センサーは、典型的には、流体試料中の被検体の濃度を測定するのに用いられる。「被検体」は、時々、「酵素基質」または簡単に「基質」とも称される。   As described herein, the term “enzyme sensor” generally encompasses an electrochemical sensor that includes an enzyme (or enzyme cascade) that can convert the analyte of interest into a second species. It is. The analyte in question is a potential fluid sample component, i.e. an enzyme sensor is typically used to measure the concentration of the analyte in the fluid sample. “Analyte” is sometimes also referred to as “enzyme substrate” or simply “substrate”.

本発明のセンサーは、典型的には、多使用(multi-use)センサーである。多使用センサーとは、二つ以上の測定に用いられるセンサーとして理解されるはずであり、したがって、2種類以上の試料容量に曝露され、そして検量液、洗浄液等と断続接触することもありうる。このようなセンサーは、通常、より長い時間用いられる。   The sensor of the present invention is typically a multi-use sensor. A multi-use sensor is to be understood as a sensor that is used for more than one measurement, and therefore may be exposed to more than one sample volume and in intermittent contact with a calibration solution, a washing solution, and the like. Such sensors are usually used for a longer time.

流体試料は、主に、センサーに、具体的には、カバー膜に適合性であるいずれかの液体(好ましくは、水性液)でありうる。流体試料には、尿、唾液、間質液、髄液および血液などの体液が含まれる。血液には、全血試料、希薄血液試料、血液画分、反応前血液試料等が含まれる。センサーは、具体的には、全血試料に十分に適している。   The fluid sample can be primarily any liquid (preferably an aqueous liquid) that is compatible with the sensor, specifically the cover membrane. Fluid samples include body fluids such as urine, saliva, interstitial fluid, spinal fluid and blood. The blood includes whole blood samples, diluted blood samples, blood fractions, pre-reaction blood samples, and the like. The sensor is particularly well suited for whole blood samples.

本発明のセンサーは、慣用のタイプのものであってよいし、または平面タイプのもの、例えば、厚手皮膜センサーまたは薄膜センサーであってよい。このようなセンサーの酵素膜は、しばしば、積層膜と称される。   The sensor of the present invention may be of a conventional type or of a flat type, for example a thick film sensor or a thin film sensor. The enzyme membrane of such a sensor is often referred to as a laminated membrane.

慣用のタイプの酵素センサーの場合、膜、例えば、多層膜であって、例えば、スペーサー層、中間層、酵素層およびカバー膜を含むものは、典型的には、離散物体として組み立てられた後、それを電極と接続して配置する(すなわち、概してその先端に取り付ける)。例えば、図1を参照されたい。このような多層膜の構築方法は、当該技術分野において周知である。例えば、WO98/21356号を参照されたい。慣用のタイプの酵素センサーは、トラックエッチング処理済み膜、更には溶液流延膜を包含することができる。   In the case of conventional types of enzyme sensors, membranes, such as multilayers, including, for example, spacer layers, intermediate layers, enzyme layers and cover membranes, are typically assembled after being assembled as discrete objects, It is placed in connection with the electrode (ie, generally attached to its tip). For example, see FIG. Such a method for constructing a multilayer film is well known in the art. See, for example, WO 98/21356. Conventional types of enzyme sensors can include track-etched membranes as well as solution cast membranes.

平面タイプの酵素センサー、例えば、厚手皮膜センサーおよび薄膜センサーの場合、含水スペーサー層を含む酵素膜と電極は、電極、スペーサー層、中間層、酵素層およびカバー層にそれぞれ該当する材料を(典型的には、逐次的に且つ個々に)、固体の誘電性支持体、例えば、セラミックまたはウェファー材料上に付着させることによって配置される。平面センサー構築の一例を、図3に示す。平面タイプセンサー、例えば、厚手皮膜センサーおよび薄膜センサーの構築方法は、当該技術分野において周知である。例えば、WO01/90733号、WO01/65247号およびWO90/05910号を参照されたい。このようなセンサー膜の層に該当する材料は、ほとんどの場合、溶液流延によって付着される。   In the case of flat type enzyme sensors, for example, thick film sensors and thin film sensors, the enzyme film and electrode including the water-containing spacer layer are made of materials corresponding to the electrode, spacer layer, intermediate layer, enzyme layer and cover layer, respectively (typically In a sequential and individual manner by depositing on a solid dielectric support, such as a ceramic or wafer material. An example of planar sensor construction is shown in FIG. Methods for constructing planar type sensors, such as thick film sensors and thin film sensors, are well known in the art. See, for example, WO 01/90733, WO 01/65247, and WO 90/05910. The material corresponding to such a sensor membrane layer is in most cases deposited by solution casting.

本発明の酵素センサーは、電極;その電極と接触している含水スペーサー層;少なくとも一つの中間層であって、その少なくとも一つの中間層の最も内部が、そのスペーサー層と接触しているもの;および少なくとも一つの酵素層であって、その少なくとも一つの酵素層の最も内部が、その少なくとも一つの中間層の最も外部と接触しているものを含む。   The enzyme sensor of the present invention comprises an electrode; a hydrous spacer layer in contact with the electrode; at least one intermediate layer, the innermost part of the at least one intermediate layer being in contact with the spacer layer; And at least one enzyme layer, wherein the innermost part of the at least one enzyme layer is in contact with the outermost part of the at least one intermediate layer.

酵素センサーのスペーサー層は、概して、直ぐ使用できる形、すなわち、含水スペーサー層が、相当量の水の含有する形であって、この場合に、酵素センサーは、流体試料中の被検体を測定することが可能であると記載されている。しかしながら、酵素センサーは、乾燥形で、すなわち、スペーサー層が実質的に乾燥している形で保管され且つ最終使用者に供給される。したがって、最終使用者は、相当量の水を吸収することが可能なスペーサー層が含水多孔質スペーサー層に変換されるように、酵素センサーの膜を水性液で湿潤させる必要があるであろう。他の層も、相当量の水を吸収することが可能であってよい。   The enzyme sensor spacer layer is generally ready for use, i.e. the hydrous spacer layer contains a substantial amount of water, in which case the enzyme sensor measures the analyte in the fluid sample. It is stated that it is possible. However, the enzyme sensor is stored in a dry form, i.e. with the spacer layer substantially dry and supplied to the end user. Thus, the end user will need to wet the membrane of the enzyme sensor with an aqueous liquid so that the spacer layer capable of absorbing a significant amount of water is converted to a hydrous porous spacer layer. Other layers may also be able to absorb a significant amount of water.

従来の酵素センサー構築においては、湿潤は、典型的には、酵素センサーの内部液によって行うことができる(例えば、図1を参照されたい)。平面センサーは、典型的には、例えば、特定の湿潤液、洗浄液または検量液等によって湿潤される。   In conventional enzyme sensor construction, wetting can typically be done with the internal fluid of the enzyme sensor (see, eg, FIG. 1). The flat sensor is typically wetted by, for example, a specific wetting liquid, a washing liquid or a calibration liquid.

酵素センサーの主要部材は、(i)電極、(ii)その電極と接触している含水スペーサー層、(iii)少なくとも一つの中間層であって、その少なくとも一つの中間層の最も内部が、そのスペーサー層と接触しているもの、および(iv)少なくとも一つの酵素層であって、その少なくとも一つの酵素層の最も内部が、その少なくとも一つの中間層の最も外部と接触しているものである。スペーサー層、少なくとも一つの中間層、少なくとも一つの酵素層および場合によりカバー層は、一緒に、酵素センサーの酵素膜を形成する。それら個々の部材は、以下に詳細に記載されるであろう。   The main members of the enzyme sensor are (i) an electrode, (ii) a hydrous spacer layer in contact with the electrode, (iii) at least one intermediate layer, and the innermost part of the at least one intermediate layer is Is in contact with the spacer layer, and (iv) at least one enzyme layer, the innermost part of the at least one enzyme layer being in contact with the outermost part of the at least one intermediate layer . The spacer layer, at least one intermediate layer, at least one enzyme layer and optionally the cover layer together form an enzyme membrane of the enzyme sensor. These individual members will be described in detail below.

含水スペーサー層
本発明の酵素センサーは、電極と少なくとも一つの中間層を隔離する含水スペーサー層を包含する。
Water-containing spacer layer The enzyme sensor of the present invention includes a water-containing spacer layer that separates the electrode from at least one intermediate layer.

「含水スペーサー層」という用語は、センサー使用時に、電極表面におけるpH不安定性を減少させるという点で緩衝作用を与える層をさす。
含水スペーサー層中の水は、アノードが経験するイオン組成の変化を緩衝するので、非ファラデー電流は、一層長い時間間隔にわたって延長し、そしてより小さい振幅を有する電流を生じると考えられる。拡散は、少ない距離でのきわめて速やかな過程(典型的には、約50μMにわたるOの拡散について約1s未満)である。したがって、スペーサー層は、孤立して機能するのではなく、拡散抵抗(例えば、妨害制限層)との組合せでのみ機能し、その結果、システムは、抵抗体を含む直列のコンデンサーのように機能する。それ自体で、妨害制限層は、イオンにむしろ不浸透性であるべきであるか、さもなければ、スペーサー層は、きわめて厚くあるべきである。
The term “hydrated spacer layer” refers to a layer that provides a buffering effect in reducing pH instability at the electrode surface when the sensor is used.
Since the water in the hydrous spacer layer buffers the change in ionic composition experienced by the anode, it is believed that the non-Faraday current extends over a longer time interval and results in a current having a smaller amplitude. Diffusion is a very rapid process over a small distance (typically less than about 1 s for diffusion of O 2 over about 50 μM). Thus, the spacer layer does not function in isolation, but only in combination with a diffused resistor (eg, an interference limiting layer) so that the system functions like a series capacitor that includes a resistor. . As such, the interference limiting layer should be rather impermeable to ions or else the spacer layer should be very thick.

スペーサー層の高含水率は、被検体(例えば、H)が、その層を越えて容易に且つ急速に拡散しうるということを保証する。含水スペーサー層を含むセンサー信号及び含まないセンサー信号のコンピューターモデリングは、これら知見を支持する。例えば、下記のセンサーシステムについて、5%未満の振幅減少および13.0s〜13.2sの時定数の増加が認められた。 The high moisture content of the spacer layer ensures that the analyte (eg, H 2 O 2 ) can diffuse easily and rapidly across that layer. Computer modeling of sensor signals with and without a water-containing spacer layer supports these findings. For example, for the sensor system described below, an amplitude decrease of less than 5% and a time constant increase of 13.0s to 13.2s were observed.

慣用のセンサーのための含水スペーサー層の多孔質ポリマー性マトリックスを形成する(トラックエッチング処理済みまたは溶液流延)材料の好適な例には、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート(PETG)およびグリコール修飾ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)などのポリエステル、ポリカーボネート、セルロース(例えば、再生、アセテート、トリアセテート、アセテートブチレート)、ポリオレフィンおよびそれらの誘導体、フッ素化炭化水素ポリマーおよびコポリマー(例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー)、ポリイミド(例えば、Kapton)、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ塩化ビニルおよびその誘導体(塩化ビニルコ(メタ)アクリレート型コポリマーなどのコポリマーを含めた)、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、シリコーン、およびオルガノシロキサンポリカーボネートのコポリマー(例えば、US3,189,662号に開示されたもの)、特に、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートが含まれるが、これに制限されるわけではない。一つの態様において、このようなセンサーのためのスペース層を構成する材料は、ポリエチレンテレフタレート(PETP)である。好ましくは、このようなスペーサー層は、トラックエッチング処理済みである。   Suitable examples of materials that form a porous polymeric matrix of a hydrous spacer layer for conventional sensors (track etched or solution cast) include polyethylene terephthalate (PETP), glycol modified polyethylene terephthalate (PETG) and Polyesters such as glycol modified polycyclohexylenedimethylene terephthalate (PCTG), polycarbonate, cellulose (eg, regenerated, acetate, triacetate, acetate butyrate), polyolefins and their derivatives, fluorinated hydrocarbon polymers and copolymers (eg, polychloro Trifluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene chlorotrifluoroethylene, polyethylene tetrafluoroethylene , Fluorinated ethylene propylene copolymer), polyimide (eg, Kapton), polystyrene, poly (meth) acrylate, polyvinyl chloride and its derivatives (including copolymers such as vinyl chloride co (meth) acrylate type copolymer), polyamide, polyurethane, Copolymers of polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, silicone, and organosiloxane polycarbonates (for example, those disclosed in US 3,189,662), particularly including polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride and polycarbonate. However, it is not limited to this. In one embodiment, the material comprising the space layer for such a sensor is polyethylene terephthalate (PETP). Preferably, such a spacer layer has been track etched.

平面センサー、例えば、厚手被膜センサーのための含水スペーサー層の多孔質ポリマー性マトリックスを形成する(溶液流延)材料の適する例には、親水性ポリウレタン、親水性ポリ(メタ)アクリレート、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリウレタン、NafionTMポリマー、電気重合ポリマー(例えば、ポリチオフェン、1,3−ジアミノベンゼン、フェノール)およびSPEES−PES(ポリアリールエーテルスルホン/ポリエーテルスルホンコポリマー)より選択されるポリマーが含まれるが、これに制限されるわけではない。或いは、多孔質ポリマー性マトリックスを形成する材料は、多孔性形成化合物(例えば、洗剤または水溶性親水性ポリマー)と混合された慣用のセンサーのスペーサー層について直ぐ上に記載されたのと同じ材料、具体的には、このような多孔度形成性化合物と混合されたポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートより選択することができる。 Suitable examples of (solution casting) materials that form a porous polymeric matrix of a hydrous spacer layer for planar sensors, such as thick film sensors, include hydrophilic polyurethanes, hydrophilic poly (meth) acrylates, poly (vinyl) Pyrrolidone), polyurethanes, Nafion polymers, electropolymerized polymers (eg, polythiophene, 1,3-diaminobenzene, phenol) and polymers selected from SPEES-PES (polyarylethersulfone / polyethersulfone copolymers). However, it is not limited to this. Alternatively, the material forming the porous polymeric matrix is the same material as described immediately above for the conventional sensor spacer layer mixed with a porous forming compound (eg, a detergent or a water soluble hydrophilic polymer), Specifically, it can be selected from polyvinyl chloride and polycarbonate mixed with such a porosity forming compound.

本文中の、スペーサー層に関して用いられる「含水」という用語は、多孔質ポリマー性マトリックスが、相当量の水、例えば、多孔質ポリマー性マトリックスの重量に基づいて少なくとも6%の量の水を含むということを意味するものとする。含水率は、なお一層高くてよく、例えば、少なくとも10%若しくは少なくとも20%、または少なくとも25%、または少なくとも40%若しくは少なくとも50%でさえも、またはそれより高い含有率のように、少なくとも8%であってよい。溶液流延平面センサーについて、全膨潤(すなわち、水吸収)度は、過度に高い水吸収が、酵素膜の構造保全性に有害であるかもしれないので、慎重に考慮されるべきである。したがって、平面センサーについて、含水率は、好ましくは、150%のように、200%を上回るべきではない。   As used herein, the term “hydrated” as used with respect to the spacer layer means that the porous polymeric matrix contains a substantial amount of water, eg, an amount of at least 6% water based on the weight of the porous polymeric matrix. It means that. The moisture content may be even higher, for example at least 8%, such as at least 10% or at least 20%, or at least 25%, or at least 40% or even at least 50%, or higher. It may be. For solution cast planar sensors, the degree of total swelling (ie, water absorption) should be carefully considered because excessively high water absorption may be detrimental to the structural integrity of the enzyme membrane. Thus, for planar sensors, the moisture content should preferably not exceed 200%, such as 150%.

流体試料および他の液体中のビカーボネート(HCO )の作用を更に減少させるために、緩衝液、陽イオン交換材料または電解質塩をスペーサー層中に包含することは、好都合であると考えられる。したがって、一つの態様において、含水スペーサー層は、緩衝剤、電解質塩(例えば、電解質ポリマー)および陽イオン交換材料より選択される一つまたはそれ以上の成分を更に含む。 In order to further reduce the effect of bicarbonate (HCO 3 ) in fluid samples and other liquids, it may be advantageous to include a buffer, cation exchange material or electrolyte salt in the spacer layer. . Thus, in one embodiment, the hydrous spacer layer further comprises one or more components selected from buffering agents, electrolyte salts (eg, electrolyte polymers) and cation exchange materials.

スペーサー層は、トラックエッチング処理済み材料について0.0005〜2%(vol/vol)の範囲内、および溶液流延材料について1〜90%の範囲内の多孔度を有することができる。   The spacer layer can have a porosity in the range of 0.0005-2% (vol / vol) for the track-etched material and in the range of 1-90% for the solution cast material.

トラックエッチング処理済みスペーサー層を含む慣用のクレアチニン/クレアチンセンサーおよび尿素センサーについて、多孔度は、好ましくは、0.2〜0.25%のように、0.05〜0.1%の範囲内であってよい。トラックエッチング処理済みスペーサー層を含む慣用のラクテートセンサーについて、多孔度は、好ましくは、0.003〜0.004%のように、0.0005〜0.015%の範囲内であってよい。トラックエッチング処理済みスペーサー層を含む慣用のグルコースセンサーについて、多孔度は、好ましくは、0.01〜0.02%のように、0.001〜0.05%の範囲内であってよい。トラックエッチング処理済み膜の多孔度は、多孔度(%)=π×(細孔直径/2)×(細孔密度)×100%として決定される。スペーサー層の平均細孔サイズは、1〜150nmまたは10〜110nmのように、0.05〜250nmの範囲内であってよく、そして細孔密度は、40,000〜40,000,000個細孔/cmの範囲内であってよい。 For conventional creatinine / creatine and urea sensors that include a track-etched spacer layer, the porosity is preferably in the range of 0.05-0.1%, such as 0.2-0.25%. It may be. For conventional lactate sensors that include a track-etched spacer layer, the porosity may preferably be in the range of 0.0005 to 0.015%, such as 0.003 to 0.004%. For conventional glucose sensors that include a track-etched spacer layer, the porosity may preferably be in the range of 0.001-0.05%, such as 0.01-0.02%. The porosity of the track-etched film is determined as porosity (%) = π × (pore diameter / 2) 2 × (pore density) × 100%. The average pore size of the spacer layer may be in the range of 0.05 to 250 nm, such as 1 to 150 nm or 10 to 110 nm, and the pore density is 40,000 to 40,000,000 fine. It may be in the range of holes / cm 2 .

溶液流延スペーサー層の多孔度は、膜が水で湿潤している時に水で占有される体積として最も簡単に決定することができる。溶液流延スペーサー層の多孔度は、3〜85%のように、1〜90%の範囲内であってよい。トラックエッチング処理済み膜の多孔度と溶液流延膜の多孔度との間の少なくとも1オーダーの差は、トラックエッチング処理済み膜の「有効な」細孔だけを考慮しているということによって説明することができるが、溶液流延膜の細孔度の決定には、全ての細孔およびキャビティが包含される。   The porosity of the solution cast spacer layer can be most easily determined as the volume occupied by water when the membrane is wet with water. The porosity of the solution cast spacer layer may be in the range of 1-90%, such as 3-85%. The at least one order of difference between the porosity of the track-etched membrane and that of the solution cast membrane is explained by considering only the “effective” pores of the track-etched membrane. Although determination of the porosity of a solution cast membrane can include all pores and cavities.

スペーサー層の水と固形物との間の重量比は、10:1〜1:10、例えば、8:1〜1:5または10:1〜1:2の範囲内であってよい。
含水スペーサー層は、典型的には、0.5〜15μmのように、0.2〜20μmの範囲内の厚みを有する。平面センサーについて、その厚みは、典型的には、0.5〜5μmのように、0.2〜10μmの範囲内である。慣用のセンサーについて、その厚みは、典型的には、2〜15μmのように、1〜20μmの範囲内である。
The weight ratio between the water and the solids in the spacer layer may be in the range of 10: 1 to 1:10, for example 8: 1 to 1: 5 or 10: 1 to 1: 2.
The hydrous spacer layer typically has a thickness in the range of 0.2-20 μm, such as 0.5-15 μm. For planar sensors, the thickness is typically in the range of 0.2-10 μm, such as 0.5-5 μm. For conventional sensors, the thickness is typically in the range of 1-20 μm, such as 2-15 μm.

含水スペーサー層は、溶液流延層の形かまたはトラックエッチング処理済み膜の形であってよい。適切な多孔度を得るためには、具体的には、平面センサー、例えば、厚手皮膜センサーのためのスペーサー層について、上述のポリマー性材料と、多孔度形成性化合物(例えば、洗剤、水溶性親水性ポリマー等)とを混合することがしばしば望まれる。   The hydrous spacer layer may be in the form of a solution cast layer or a track etched film. In order to obtain appropriate porosity, specifically for spacer layers for flat sensors, eg, thick film sensors, the polymeric materials described above and porosity forming compounds (eg, detergents, water soluble hydrophilics) It is often desirable to mix them with a functional polymer.

慣用のセンサーの場合、電極で検出される第二種が、電極表面へと一層正確に向けられるように、細孔は、電極表面に対して実質的に垂直に配向されていること(例えば、図1を参照されたい)が重要であると考えられるので、トラックエッチング処理済み膜を用いるのが好適である。これは、境界区域からの減少した拡散を引き起こし、したがって、より速いセンサー応答を与える。更に、この構築では、半径方向の電気的接触は最小限にされ、それによって、外部電気雑音は減少する。   In the case of conventional sensors, the pores are oriented substantially perpendicular to the electrode surface so that the second species detected at the electrode is more accurately directed to the electrode surface (eg, It is preferred to use a track-etched film since it is considered important (see FIG. 1). This causes reduced diffusion from the boundary area and thus gives a faster sensor response. Further, with this construction, radial electrical contact is minimized, thereby reducing external electrical noise.

一つの態様において、センサーは、慣用のタイプのものであり、そして含水スペーサー層は、トラックエッチング処理済みポリエチレンテレフタレート材料である。別の態様において、センサーは、平面タイプのものであり、そして含水スペーサー層は、好ましくは、例えば、洗剤、水溶性親水性ポリマー等より選択される多孔性形成化合物と混合された親水性ポリウレタンまたは親水性ポリ(メタ)アクリレートの溶液流延層である。   In one embodiment, the sensor is of a conventional type and the hydrous spacer layer is a track-etched polyethylene terephthalate material. In another embodiment, the sensor is of the planar type and the hydrous spacer layer is preferably a hydrophilic polyurethane or mixed with a porous forming compound selected from, for example, detergents, water soluble hydrophilic polymers, etc. It is a solution cast layer of hydrophilic poly (meth) acrylate.

上に定義のいろいろな態様について、少なくとも一つの酵素層から電極を隔離する少なくとも一つの中間層と含水スペーサー層の組合せは、パラセタモール、アスコルビン酸および尿酸などの化合物の拡散を、最初の15秒間に信号を少なくとも95%のような、少なくとも90%減少させるような方法で制限可能であることが好適である。   For the various embodiments defined above, the combination of at least one intermediate layer and a water-containing spacer layer that isolates the electrode from at least one enzyme layer allows diffusion of compounds such as paracetamol, ascorbic acid and uric acid in the first 15 seconds. It is preferred that the signal can be limited in such a way as to reduce the signal by at least 90%, such as at least 95%.

中間層
一つの態様において、酵素層は、スペーサー層と直接接触しておらず、そのため酵素センサーは、好ましくは、妨害制限層として機能する少なくとも一つの中間層を包含してよい。
Intermediate layer In one embodiment, the enzyme layer is not in direct contact with the spacer layer, so the enzyme sensor may preferably include at least one intermediate layer that functions as an interference limiting layer.

別の態様において、その少なくとも一つの中間層は、例えば、セルロースアセテート(CA)、NafionTM、硬質PVC、BaytronTM、電気重合ポリマー(例えば、ポリチオフェン、1,3−ジアミノベンゼン、フェノール)およびSPEES−PES(ポリアリールエーテルスルホン/ポリエーテルスルホンコポリマー)より選択される。一つの態様において、少なくとも一つの中間層は、妨害制限セルロースアセテート(CA)層である。 In another embodiment, the at least one intermediate layer comprises, for example, cellulose acetate (CA), Nafion , rigid PVC, Baytron , electropolymerized polymer (eg, polythiophene, 1,3-diaminobenzene, phenol) and SPEES- Selected from PES (polyarylethersulfone / polyethersulfone copolymer). In one embodiment, at least one intermediate layer is an interference limited cellulose acetate (CA) layer.

スペーサー層および中間層の組合せ
別の変形において、含水スペーサー層および少なくとも一つの中間層を組み合わせて、中間層について記載されたタイプの材料およびスペーサー層について記載されたタイプの材料の不均一層にする。その層は、スペーサー層タイプの材料が、少なくとも一つの中間層タイプの材料の連続相中に分散するような方法で形成される。材料および性質に関する選択肢は、スペーサー層および少なくとも一つの中間層について上に記載の通りである。
Combination of spacer layer and intermediate layer In another variant, the hydrous spacer layer and at least one intermediate layer are combined into a material of the type described for the intermediate layer and a heterogeneous layer of the type of material described for the spacer layer. . The layer is formed in such a way that the spacer layer type material is dispersed in a continuous phase of at least one intermediate layer type material. Options for materials and properties are as described above for the spacer layer and at least one intermediate layer.

電極
酵素センサーの電極は、被検体と、一つまたは複数の酵素(例えば、クレアチニンセンサーの場合のような酵素カスケード)との反応生成物に配慮して選択される。典型的には、電極は、貴金属、例えば、金、パラジウム、白金、ロジウム、インジウムまたはイリジウム、好ましくは、金または白金、またはそれらの混合物から製造される。他の好適な電子伝導性材料には、MnO、プルシアンブルー、黒鉛、鉄、ニッケルおよびステンレス鋼が含まれる。
Electrode The electrode of the enzyme sensor is selected in consideration of the reaction product of the analyte and one or more enzymes (for example, an enzyme cascade as in the case of the creatinine sensor). Typically, the electrodes are made from noble metals such as gold, palladium, platinum, rhodium, indium or iridium, preferably gold or platinum, or mixtures thereof. Other suitable electron-conductive material, MnO 2, Prussian blue, graphite, iron, include nickel and stainless steel.

いくつかの場合、必須の電極に隣接した追加の電極、例えば、内部参照電極および/または対向電極を更に包含するのが好適である。例えば、図3を参照されたい。
酵素層
酵素センサーの(一つまたは複数の)酵素層は、一つまたはそれを超える酵素が、電極表面で検出することができる二次種への被検体の変換を容易にするという点で、重要な役割を果たしている。いくつかの態様において、単一酵素が用いられるが(例えば、グルコースオキシダーゼまたはラクテートオキシダーゼ、ウレアーゼ)、複数の酵素(例えば、クレアチナーゼまたはサルコシンオキシダーゼ)を用いて、検出することができる種をもたらす反応カスケードを容易にすることができる。
In some cases it is preferred to further include additional electrodes adjacent to the required electrode, eg, an internal reference electrode and / or a counter electrode. For example, see FIG.
Enzyme layer The enzyme layer (s) of the enzyme sensor facilitates the conversion of the analyte into a secondary species that one or more enzymes can detect on the electrode surface, Plays an important role. In some embodiments, a single enzyme is used (eg, glucose oxidase or lactate oxidase, urease), but multiple enzymes (eg, creatinase or sarcosine oxidase) are used to provide a reaction cascade that results in a species that can be detected. Can be made easier.

一つまたは複数の酵素は、それ自体で付着しているかまたは、直接的にまたは間接的に固定した形、例えば、ポリマー中に埋封又は混合した形、または移動を減少させるまたは排除するように基底層またはカバー層に架橋したまたは固定した形であってよい。いくつかの態様において、複数の酵素は、別々の層に配置することができる。酵素層は、更に、過剰量の酵素の使用を免れるように且つ十分に測定された量の酵素を、センサー膜の十分に規定された領域に確実に入れるように、リングまたはガスケットによって定位置に保持することができる。   One or more enzymes may be attached by themselves or fixed directly or indirectly, such as embedded or mixed in a polymer, or to reduce or eliminate migration It may be in a cross-linked or fixed form to the base layer or cover layer. In some embodiments, multiple enzymes can be placed in separate layers. The enzyme layer is further in place by a ring or gasket to avoid the use of excess amounts of enzyme and to ensure that a well-measured amount of enzyme is placed in a well-defined area of the sensor membrane. Can be held.

少なくとも一つの酵素層は、炭水化物オキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、グリコレートオキシダーゼ、アルドースオキシダーゼ、ピラノースオキシダーゼ、ラクテートオキシダーゼ、α−ヒドロキシ酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、グリセロールオキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ウレアーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ、ペルオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、グルタメートデヒドロゲナーゼ、P−450、スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼおよび関連補酵素が含まれるがこれに制限されるわけではない少なくとも一つの酵素を含んでよい。   At least one enzyme layer is composed of carbohydrate oxidase, glucose oxidase, galactose oxidase, glycolate oxidase, aldose oxidase, pyranose oxidase, lactate oxidase, α-hydroxy acid oxidase, sarcosine oxidase, alcohol oxidase, glycerol oxidase, amine oxidase, amino acid oxidase, Includes, but is not limited to, cholesterol oxidase, urease, bilirubin oxidase, laccase, peroxidase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, P-450, superoxide dismutase, catalase, creatininase, creatinase and related coenzymes Not small Kutomo may include one enzyme.

クレアチンの検出には、酵素層は、好ましくは、クレアチナーゼおよびサルコシンオキシダーゼを含む。クレアチニンの検出には、酵素層は、好ましくは、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼおよびサルコシンオキシダーゼを含む。グルコースの検出には、酵素層は、好ましくは、グルコースオキシダーゼを含む。ラクテートの検出には、酵素層は、好ましくは、ラクテートオキシダーゼを含む。尿素の検出には、酵素層は、好ましくは、ウレアーゼを含む。   For detection of creatine, the enzyme layer preferably comprises creatinase and sarcosine oxidase. For detection of creatinine, the enzyme layer preferably comprises creatininase, creatinase and sarcosine oxidase. For the detection of glucose, the enzyme layer preferably comprises glucose oxidase. For detection of lactate, the enzyme layer preferably comprises lactate oxidase. For the detection of urea, the enzyme layer preferably contains urease.

カバー膜
酵素センサーは、更に、一定の十分に規定された典型的な量の被検体を、酵素層中に確実に拡散させるように、すなわち、制御条件下において、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料のカバー膜を包含してよい。このような被検体で制限される変換は、センサー応答と、妥当な範囲内の被検体濃度との間に実質的線形関係を得るための前提条件である。
Cover membrane The enzyme sensor further provides at least one porous polymeric material to ensure that a certain well-defined typical amount of analyte diffuses into the enzyme layer, ie under controlled conditions. Cover membranes may be included. Such analyte-limited conversion is a prerequisite for obtaining a substantially linear relationship between sensor response and analyte concentration within a reasonable range.

したがって、本発明の酵素センサーは、好ましくは、流体試料から酵素層を分離するのに適応しているカバー膜の形の拡散制限層を含む。そのカバー膜は、好ましくは、被検体の変換のための固定化酵素の能力を超えないように、および被検体の酵素変換に十分な酸素(O)が酵素層中に存在するように、酵素層中への被検体の拡散を制限する多孔質膜である。拡散制限層の原理は、例えば、デンマーク特許第170103号に記載されている。したがって、実際は、既知のカバー膜はいずれも、本発明の酵素センサーに関して有用でありうる。 Thus, the enzyme sensor of the present invention preferably includes a diffusion limiting layer in the form of a cover membrane adapted to separate the enzyme layer from the fluid sample. The cover membrane is preferably such that it does not exceed the capacity of the immobilized enzyme for analyte conversion and that there is sufficient oxygen (O 2 ) in the enzyme layer for enzyme conversion of the analyte. It is a porous membrane that limits the diffusion of the analyte into the enzyme layer. The principle of the diffusion limiting layer is described, for example, in Danish Patent No. 170103. Thus, in fact, any known cover membrane can be useful with the enzyme sensor of the present invention.

更に、カバー膜を介する被検体の拡散は、二つの別々の流体試料の同一被検体濃度が、十分に規定されたセンサー応答を生じるように、時間経過中におよび試料ごとに不変であるということが望まれる。更に望まれるのは、カバー膜が、その膜を越えて少量の被検体を急速拡散させることが可能であるという特徴であり、それによって、酵素層中の被検体の一様分散が容易になるので、酵素層の酵素は、被検体を第二種へと速やかに変換して、急速センサー応答を生じる。被検体のこのようなほぼ同時の変換は、改善された線形性をもたらす。更に、巨大分子、例えば、タンパク質および酵素は、カバー膜を越えて移動するのを実質的に妨げられることが望ましい。例えば、洗浄溶液または血液試料中に存在するプロテアーゼは、このようなプロテアーゼが、カバー膜中におよびそれを介して移動することが可能である場合、酵素層に有害な作用を有するであろうということが注目されてきた。   Furthermore, analyte diffusion through the cover membrane is invariant over time and from sample to sample so that the same analyte concentration in two separate fluid samples results in a well-defined sensor response. Is desired. What is further desired is that the cover membrane is capable of rapidly diffusing a small amount of analyte across the membrane, thereby facilitating uniform dispersion of the analyte in the enzyme layer. Thus, the enzyme in the enzyme layer quickly converts the analyte to the second species, producing a rapid sensor response. Such nearly simultaneous conversion of the analyte results in improved linearity. Furthermore, it is desirable that macromolecules such as proteins and enzymes are substantially prevented from moving across the cover membrane. For example, proteases present in a wash solution or blood sample will have a detrimental effect on the enzyme layer if such proteases are able to migrate into and through the cover membrane. It has been noticed.

もう一方において、カバー膜は、センサー内の第二種(例えば、HおよびO)の高い保持性を与えることが可能であるということも重要であり、その結果、その第二種に由来する応答には、カバー膜の細孔を介して拡散する相当量のそれらの種によってバイアスがかけられるということはなく、そして被検体で制限される変換を維持するための十分な量のOが、酵素層中に保持される。これら特徴は、具体的には、拡散制限作用を有する中間層が、酵素層と電極との間に配置されるかどうかを考慮するのに関係がある。 On the other hand, it is also important that the cover membrane can provide high retention of the second species (eg, H 2 O 2 and O 2 ) in the sensor, so that the second species The response derived from is not biased by a significant amount of those species diffusing through the pores of the cover membrane, and is sufficient to maintain a conversion limited by the analyte. O 2 is retained in the enzyme layer. These characteristics are particularly relevant in considering whether an intermediate layer having a diffusion limiting effect is arranged between the enzyme layer and the electrode.

その少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料は、かなり広範囲の材料から選択することができる。代表的な例には、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート(PETG)およびグリコール修飾ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)などのポリエステル、ポリカーボネート、セルロース(例えば、再生、アセテート、トリアセテート、アセテートブチレート)、ポリオレフィンおよびそれらの誘導体、フッ素化炭化水素ポリマーおよびコポリマー(例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー)、ポリイミド(例えば、Kapton)、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ塩化ビニルおよびその誘導体(塩化ビニルコ(メタ)アクリレート型コポリマーなどのコポリマーを含めた)、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、シリコーン、およびオルガノシロキサンポリカーボネートのコポリマー(例えば、US3,189,662号に開示されたもの)が含まれる。   The at least one porous polymeric material can be selected from a fairly wide range of materials. Representative examples include polyesters such as polyethylene terephthalate (PETP), glycol modified polyethylene terephthalate (PETG) and glycol modified polycyclohexylenedimethylene terephthalate (PCTG), polycarbonate, cellulose (eg, recycled, acetate, triacetate, acetate butyrate). Rate), polyolefins and their derivatives, fluorinated hydrocarbon polymers and copolymers (eg, polychlorotrifluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene chlorotrifluoroethylene, polyethylene tetrafluoroethylene, fluorinated ethylene propylene copolymers) ), Polyimide (eg, Kapton), polystyrene, poly (meth) acrylate, polyvinyl chloride And derivatives thereof (including copolymers such as vinyl chloride co (meth) acrylate type copolymers), copolymers of polyamide, polyurethane, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, silicone, and organosiloxane polycarbonate (eg, US Pat. No. 3,189,662). Are disclosed).

本発明のある側面において、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料は、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートより選択される。
一つの態様において、多孔質ポリマー性材料は、ポリエチレンテレフタレート(PETP)である。
In one aspect of the invention, the at least one porous polymeric material is selected from polyethylene terephthalate (PETP), polyvinyl chloride and polycarbonate.
In one embodiment, the porous polymeric material is polyethylene terephthalate (PETP).

別の態様において、多孔質ポリマー性材料は、ポリ塩化ビニル(PVC)である。
典型的には、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料は、親水性ポリウレタンを含まないが、それは、このような材料が、特に、拡散制限作用を有する中間層が包含される場合、過剰レベルのH拡散を与えるであろうと考えられるからである。
In another aspect, the porous polymeric material is polyvinyl chloride (PVC).
Typically, the at least one porous polymeric material does not comprise a hydrophilic polyurethane, which is an excess level of H, particularly if such a material includes an interlayer that has a diffusion limiting effect. This is because it is considered that 2 O 2 diffusion will be given.

一つの態様において、これら好都合な特性のいくつかを有するカバー膜は、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口が、好ましくは、親水性ポリウレタンおよび親水性ポリ(メタ)アクリレートより選択される親水性ポリマーで被覆されることで達成される。   In one embodiment, a cover membrane having some of these advantageous properties has an outer surface and pore openings on at least one face of at least one porous polymeric material, preferably hydrophilic polyurethane and hydrophilic poly This is achieved by coating with a hydrophilic polymer selected from (meth) acrylates.

カバー膜(そして更に、その少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料)は、二つの面、すなわち、酵素層に近接する一面および酵素層に遠位の一面を含むが、後者は、更に、酵素センサーが使用中の時に、流体試料に面している。上記のように、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面は、親水性ポリマーで被覆されている。   The cover membrane (and also the at least one porous polymeric material) includes two sides: one side proximate to the enzyme layer and one side distal to the enzyme layer, the latter further comprising an enzyme sensor When in use, it faces the fluid sample. As described above, at least one surface of at least one porous polymeric material is coated with a hydrophilic polymer.

本発明のある側面において、少なくとも、酵素層に遠位の面は、親水性ポリマーで被覆されている。この側面は、血液バイアスおよび血液ドリフトの減少又は排除に関する利点を与え且つセンサーの寿命を延長する。   In one aspect of the invention, at least the surface distal to the enzyme layer is coated with a hydrophilic polymer. This aspect provides benefits with respect to reducing or eliminating blood bias and blood drift and extends the life of the sensor.

別の側面において、少なくとも、酵素層に近接する面は、親水性ポリマーで被覆されている。変化する感度、線形性の欠如、酵素層中の被検体分布、および減少した寿命に関する問題は、この方法で減少させるまたは排除することができると考えられる。少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料が、例えば、適する血液適合性をそれ自体が有する多孔質ポリマー性材料を選択することによって適切に選択される場合、血液バイアスおよび血液ドリフトに関する問題は、酵素層に遠位の少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の面の外部表面および細孔口を被覆している親水性ポリマーの不存在下においてさえも、少なくとも一部分減少させることができる。   In another aspect, at least the surface proximate to the enzyme layer is coated with a hydrophilic polymer. It is believed that problems with changing sensitivity, lack of linearity, analyte distribution in the enzyme layer, and reduced lifetime can be reduced or eliminated in this manner. If at least one porous polymeric material is properly selected, e.g., by selecting a porous polymeric material that itself has the appropriate blood compatibility, problems with blood bias and blood drift can cause problems with the enzyme layer. Even in the absence of a hydrophilic polymer covering the outer surface and pore opening of the distal at least one porous polymeric material face, it can be reduced at least in part.

好ましい態様において、双方の面は、親水性ポリマーで被覆されている。この配置は、血液バイアスおよび血液ドリフトの減少または排除さえも、酵素層中の被検体分布、感度および線形性の改善に関する利点を与え、センサーの寿命を延長し、酵素の移動を制限し、そして線形性を改善する。   In a preferred embodiment, both surfaces are coated with a hydrophilic polymer. This arrangement provides the benefit of improving analyte distribution, sensitivity and linearity in the enzyme layer, even reducing or eliminating blood bias and blood drift, extending the life of the sensor, limiting enzyme migration, and Improve linearity.

「外部表面および細孔口」という表現は、細孔口(細孔開口部)で中断される表面である少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の各々二つの面をさす。
本文中の「で被覆される」という表現は、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の表面のみならず、細孔口も、親水性ポリマー(例えば、親水性ポリウレタンおよび親水性ポリ(メタ)アクリレートより選択される)で被覆されるということを意味する。
The expression “external surface and pore opening” refers to each of two faces of at least one porous polymeric material that is a surface interrupted by a pore opening (pore opening).
In the text, the expression “coated with” means that not only the surface of at least one porous polymeric material but also the pore opening is more hydrophilic than hydrophilic polymers (eg hydrophilic polyurethanes and hydrophilic poly (meth) acrylates). Selected).

本明細書中で用いられる「親水性ポリマー」という表現は、単一親水性ポリマー、更には、二つまたはそれを超える親水性ポリマーの混合物を意味するものである。上記の一つまたは複数の親水性ポリマーは、30%までの他の非親水性ポリマーと混合することができるということは理解されるはずである。しかしながら、一つの好ましい態様において、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料上のコーティングは、親水性ポリウレタンおよび親水性ポリ(メタ)アクリレートより選択される親水性ポリマーを含むにすぎない。   As used herein, the expression “hydrophilic polymer” is intended to mean a single hydrophilic polymer, as well as a mixture of two or more hydrophilic polymers. It should be understood that the one or more hydrophilic polymers described above can be mixed with up to 30% of other non-hydrophilic polymers. However, in one preferred embodiment, the coating on the at least one porous polymeric material only comprises a hydrophilic polymer selected from hydrophilic polyurethanes and hydrophilic poly (meth) acrylates.

少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の外部表面および細孔口を被覆するための、例えば、親水性ポリウレタンおよび親水性ポリ(メタ)アクリレートより選択される親水性ポリマーの使用は、更に、コーティングする前の多孔質ポリマー性材料の異なった多孔度に依存し且つ異なった試料被検体濃度範囲に適する酵素膜を製造するための所望の拡散制限を得るように拡散性を調節することを可能にする。   The use of a hydrophilic polymer, for example selected from hydrophilic polyurethanes and hydrophilic poly (meth) acrylates, to coat the outer surface and pore opening of at least one porous polymeric material is further prior to coating. The diffusivity can be adjusted to obtain the desired diffusion limit to produce enzyme membranes that depend on the different porosity of different porous polymeric materials and are suitable for different sample analyte concentration ranges.

平面センサーについて、親水性ポリマー(例えば、親水性ポリウレタンおよび親水性ポリ(メタ)アクリレートより選択される)のコーティングは、典型的には、親水性ポリマーの溶液を、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の表面(および細孔口)上に分配する、噴霧する、スクリーン印刷すること等によって得られる。本発明のある側面において、酵素層に最も遠位の少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口は、親水性ポリマーで被覆される。別の態様、すなわち、酵素層を親水性ポリマーでコーティングした後に、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料を与える(そして場合により、その多孔質ポリマー材料を同じまたは別の親水性ポリマーでコーティングする)態様も、まさに、両面がコーティングされている態様の通りであると考えられる。   For planar sensors, a coating of a hydrophilic polymer (eg, selected from hydrophilic polyurethanes and hydrophilic poly (meth) acrylates) typically comprises a solution of the hydrophilic polymer with at least one porous polymeric material. It is obtained by distributing, spraying, screen printing, etc. on the surface (and pore opening). In one aspect of the invention, the outer surface and pore opening of at least one surface of at least one porous polymeric material distal to the enzyme layer is coated with a hydrophilic polymer. Another embodiment, ie, after the enzyme layer is coated with a hydrophilic polymer, at least one porous polymeric material is provided (and optionally the porous polymer material is coated with the same or another hydrophilic polymer). However, it is thought that it is exactly as the aspect by which both surfaces were coated.

慣用のセンサーについては、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料上のコーティングは、親水性ポリマーの溶液を、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の(両面かまたはその一つの面だけの)表面(および細孔口)上に分配する、噴霧する、スクリーン印刷すること等によって得ることができるし、または少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料を、親水性ポリマー等の溶液中に浸漬することができる。   For conventional sensors, the coating on the at least one porous polymeric material allows a solution of the hydrophilic polymer to a surface (and only one or both sides) of the at least one porous polymeric material. It can be obtained by dispensing, spraying, screen printing, etc. on the pore openings) or at least one porous polymeric material can be immersed in a solution such as a hydrophilic polymer.

したがって、具体的には、トラックエッチング処理済み多孔質材料を含む慣用のセンサーについて、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の両面は、親水性ポリマーで被覆されていてよい。酵素層に近接する少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の面も、親水性ポリマーで被覆されていてよいということは、一つ一つの細孔間の比較的大きい距離が、親水性ポリマーコーティングの不存在下において非線形応答を生じるという理由で、具体的には、トラックエッチング処理済み多孔質ポリマー性材料について特別な利点を与えると考えられる。この状況において、被検体(酵素基質)は、酵素層内の非占有酵素分子へと拡散すべきであろうが、一層長い拡散距離は、非同時変換を引き起こす。対照的に、酵素層に近接する少なくとも一つの多孔質ポリマー材料の面上の親水性ポリマーコーティングは、その層内の被検体の拡散を容易にし且つ被検体を一層一様に酵素層に与えるであろうが、それによって、より高いまたはより線形の応答が得られる。したがって、酵素層に近接する少なくとも一つの多孔質ポリマー材料の面上の親水性ポリマーコーティングでは、被検体は、利用可能な酵素分子に到達するまで、より稠密な酵素層において短距離を移動すべきであるにすぎないであろう。   Thus, specifically, for a conventional sensor comprising a track-etched porous material, both sides of at least one porous polymeric material may be coated with a hydrophilic polymer. The surface of the at least one porous polymeric material proximate to the enzyme layer may also be coated with a hydrophilic polymer, which means that a relatively large distance between every single pore means that there is no hydrophilic polymer coating. In particular, it is believed to provide special advantages for track-etched porous polymeric materials because they produce a non-linear response in the presence. In this situation, the analyte (enzyme substrate) should diffuse into unoccupied enzyme molecules in the enzyme layer, but a longer diffusion distance causes non-simultaneous conversion. In contrast, a hydrophilic polymer coating on the surface of at least one porous polymeric material proximate to the enzyme layer facilitates diffusion of the analyte within that layer and provides the analyte to the enzyme layer more uniformly. There will be a higher or more linear response. Thus, with a hydrophilic polymer coating on the surface of at least one porous polymer material proximate the enzyme layer, the analyte should travel a short distance in the denser enzyme layer until it reaches the available enzyme molecules. It will only be.

本発明のいくつかの側面において、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の外部表面および細孔口だけが、親水性ポリマーで被覆されているのではなく、その親水性ポリマーもまた、その少なくとも一つの面から多孔質ポリマー性材料の細孔に少なくとも一部分浸透している。   In some aspects of the invention, not only the outer surface and pore openings of at least one porous polymeric material are coated with a hydrophilic polymer, but the hydrophilic polymer also has its at least one At least partially penetrates the pores of the porous polymeric material from the surface.

これら具体的な態様では、カバー膜層の少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料は、親水性ポリマーで少なくとも一部分含浸されていると言われている。
本文中の「含浸されている」という用語は、親水性ポリマーが、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の両面の外部表面および細孔口を被覆し、そして更に、多孔質ポリマー性材料の細孔に浸透しているということを意味するものである。
In these specific embodiments, at least one porous polymeric material of the cover membrane layer is said to be at least partially impregnated with a hydrophilic polymer.
As used herein, the term “impregnated” means that the hydrophilic polymer coats the outer surface and pore openings on both sides of at least one porous polymeric material, and further the pores of the porous polymeric material. It means that it is penetrating.

「少なくとも一部分含浸されている」という用語は、親水性ポリマーが、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口を被覆し、そして更に、その少なくとも一つの面に由来する多孔質ポリマー性材料の細孔に少なくとも一部分浸透しているということを意味するものである。   The term “at least partially impregnated” means that the hydrophilic polymer covers the outer surface and the pore opening of at least one surface of at least one porous polymeric material, and further on at least one surface thereof. It means that at least a part of the pores of the resulting porous polymeric material has penetrated.

本発明の別の側面において、親水性ポリマーは、センサー使用時に、実質的に水に不溶性である。しかしながら、親水性ポリマーは、カバー膜に適用されてそれを被覆する場合に、好ましくは、架橋しておらず、そして好ましくは、引き続き架橋は起こらない。代わりに、親水性ポリマーの親水性および水への不溶性は、親水性ポリマーの親水性セグメントおよび疎水性セグメント/部分の好適な組合せによって得られる。この配置は、架橋工程を完全に省略することができるという理由で、はるかに単純化された製造手順を提供する。   In another aspect of the invention, the hydrophilic polymer is substantially insoluble in water when the sensor is used. However, the hydrophilic polymer is preferably not cross-linked when applied to and covers the cover membrane, and preferably no subsequent cross-linking occurs. Instead, the hydrophilicity and water insolubility of the hydrophilic polymer is obtained by a suitable combination of hydrophilic segment and hydrophobic segment / portion of the hydrophilic polymer. This arrangement provides a much simplified manufacturing procedure because the cross-linking step can be omitted entirely.

「水に不溶性」という用語は、親水性ポリマーで被覆されたカバー膜を水溶液中において25℃で24時間貯蔵時に、実質的に水中に溶解しないポリマーを意味する。
本発明のある態様において、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料は、0.002〜30%(vol/vol)の範囲内の多孔度を有する。
The term “insoluble in water” means a polymer that does not substantially dissolve in water when a cover membrane coated with a hydrophilic polymer is stored in an aqueous solution at 25 ° C. for 24 hours.
In certain embodiments of the invention, the at least one porous polymeric material has a porosity in the range of 0.002-30% (vol / vol).

ポリマー性材料の望ましい多孔度は、ある程度は、検出範囲の望ましい上限に依存する。検出範囲のきわめて高い上限は、カバー膜が、被検体にかなり高い拡散抵抗を与えるはずであるような広い線形範囲を得るために、かなり低い多孔度を必要とするであろう。多孔度(%(vol/vol))および線形検出範囲の上限(被検体のmM)の数積として表される場合、その値は、好ましくは、0.05〜10[%(vol/vol)・mM]または好ましくは、0.1〜2[%(vol/vol)・mM]のような、0.01〜50[%(vol/vol)・mM]の範囲内である。   The desired porosity of the polymeric material depends in part on the desired upper limit of the detection range. The very high upper limit of the detection range will require a fairly low porosity in order to obtain a wide linear range where the cover membrane should give the analyte a rather high diffusion resistance. When expressed as the number product of porosity (% (vol / vol)) and upper limit of linear detection range (mM of analyte), the value is preferably 0.05 to 10 [% (vol / vol) .MM] or preferably within a range of 0.01 to 50 [% (vol / vol) .mM], such as 0.1 to 2 [% (vol / vol) .mM].

多孔質ポリマー性材料の平均細孔サイズは、1〜150nmまたは10〜110nmのように、0.05〜250nmの範囲内であってよい。
一つの態様において、具体的には、センサーが慣用のタイプのものである場合、多孔質ポリマー性材料は、40,000〜40,000,000個細孔/cmの範囲内の細孔密度を有するトラックエッチング処理済み材料である。
The average pore size of the porous polymeric material may be in the range of 0.05 to 250 nm, such as 1 to 150 nm or 10 to 110 nm.
In one embodiment, specifically when the sensor is of a conventional type, the porous polymeric material has a pore density in the range of 40,000 to 40,000,000 pores / cm 2. A track-etched material having

トラックエッチング処理済みカバー膜を含むクレアチニン/クレアチンセンサーおよび尿素センサーについて、多孔度は、好ましくは、0.2〜0.25%のように、0.05〜0.1%の範囲内である。トラックエッチング処理済みカバー膜を含むラクテートセンサーについて、多孔度は、好ましくは、0.003〜0.004%のように、0.0005〜0.015%の範囲内である。トラックエッチング処理済みカバー膜を含むグルコースセンサーについて、多孔度は、好ましくは、0.01〜0.02%のように、0.001〜0.05%の範囲内である。トラックエッチング処理済み膜の多孔度は、多孔度(%)=π×(細孔直径/2)×(細孔密度)×100%として決定される。 For creatinine / creatine sensors and urea sensors that include track-etched cover membranes, the porosity is preferably in the range of 0.05-0.1%, such as 0.2-0.25%. For lactate sensors that include a track-etched cover film, the porosity is preferably in the range of 0.0005 to 0.015%, such as 0.003 to 0.004%. For a glucose sensor that includes a track-etched cover membrane, the porosity is preferably in the range of 0.001-0.05%, such as 0.01-0.02%. The porosity of the track-etched film is determined as porosity (%) = π × (pore diameter / 2) 2 × (pore density) × 100%.

溶液流延膜の多孔度は、膜が水で湿潤している時に水で占有される体積として一層容易に決定することができる。溶液流延膜の多孔度は、典型的には、3〜30%のように、1〜40%の範囲内である。トラックエッチング処理済み膜の多孔度と溶液流延膜の多孔度との間の少なくとも1オーダーの差は、トラックエッチング処理済み膜の「有効な」細孔(すなわち、貫通している細孔)だけを考慮しているということによって説明することができるが、溶液流延膜の細孔度の決定には、全ての細孔およびキャビティが含められる。   The porosity of a solution cast membrane can be more easily determined as the volume occupied by water when the membrane is wet with water. The porosity of the solution cast membrane is typically in the range of 1-40%, such as 3-30%. At least one order of difference between the porosity of the track-etched membrane and the porosity of the solution cast membrane is only the “effective” pores (ie, the through-holes) of the track-etched membrane. However, all pores and cavities are included in the determination of the porosity of a solution cast membrane.

一つの態様において、親水性ポリマーは、親水性ポリウレタンである。
ポリウレタンは、血液接触表面に、例えば、インプラントおよび医療用具に最も広く用いられている生物医学的ポリマーである。ポリウレタンエラストマーは、硬質および軟質のセグメントの交互ブロックから成る多相ブロックコポリマーである。疎水性硬質セグメントは、脂肪族、環状脂肪族または芳香族のジイソシアネートと、ジオール、ジアミンまたは水との反応で形成される。軟質の親水性または相対的に親水性のセグメントは、低分子量のヒドロキシ末端付きポリエーテル、ポリエステルまたは脂肪族ポリオレフィンから構成される。親水性ポリオールは、連鎖延長剤として用いられるし、または或いは、プレポリマー中に包含することができる。硬質と軟質のセグメント間の、および疎水性と親水性のセグメント間の化学的不適合性は、ポリウレタン中の相凝離をもたらす。硬質セグメントドメインは、第二結合で相互連結していて且つ軟質セグメントマトリックス中に分散しているが、システム全体を強化する物理的架橋として働く。軟質マトリックスは、異なった親水性を有するポリエーテルまたはポリエステルの混合物を用いることにより、親水性に関して調節することができる。きわめて親水性のポリウレタンには、ポリエチレングリコールがしばしば用いられるが、それらの親水性の調節は、高級ポリアルキルエーテル、例えば、ポリプロピレングリコールおよびポリブチレングリコールで達成することができる。この方法で、ポリウレタンは、親水性、疎水性、親水性/疎水性、硬質且つ剛性または軟質且つ弾性、加水分解安定性、または意図的に分解性となるように製造することができる。それらの硬質および軟質セグメント構造のゆえに、それらポリウレタンは、機械的に強く、引裂抵抗性であり、そして良好な屈曲寿命を示す。これら性質は、それらポリウレタンを、センサー膜用の親水性コーティングとして適切なものにする。それらコーティングは、親水性セグメントの含有率による高吸水および良好な使用安定性を有する。それらの疑似架橋セグメント構造のゆえに、それらコーティングは、水に不溶性でもある。
In one embodiment, the hydrophilic polymer is a hydrophilic polyurethane.
Polyurethane is the most widely used biomedical polymer for blood contact surfaces, for example, implants and medical devices. Polyurethane elastomers are multiphase block copolymers consisting of alternating blocks of hard and soft segments. The hydrophobic hard segment is formed by the reaction of an aliphatic, cycloaliphatic or aromatic diisocyanate with a diol, diamine or water. The soft hydrophilic or relatively hydrophilic segment is composed of low molecular weight hydroxy terminated polyethers, polyesters or aliphatic polyolefins. Hydrophilic polyols can be used as chain extenders or alternatively can be included in the prepolymer. Chemical incompatibility between the hard and soft segments and between the hydrophobic and hydrophilic segments leads to phase segregation in the polyurethane. The hard segment domains are interconnected by secondary bonds and dispersed in the soft segment matrix, but serve as physical bridges that reinforce the overall system. The soft matrix can be adjusted for hydrophilicity by using a mixture of polyethers or polyesters having different hydrophilicities. For very hydrophilic polyurethanes, polyethylene glycols are often used, but their hydrophilicity control can be achieved with higher polyalkyl ethers such as polypropylene glycol and polybutylene glycol. In this way, polyurethanes can be made to be hydrophilic, hydrophobic, hydrophilic / hydrophobic, hard and rigid or soft and elastic, hydrolytically stable, or deliberately degradable. Because of their hard and soft segment structure, these polyurethanes are mechanically strong, tear resistant and exhibit good flex life. These properties make them suitable as hydrophilic coatings for sensor membranes. These coatings have high water absorption due to the content of hydrophilic segments and good use stability. Because of their pseudo-crosslinked segment structure, they are also insoluble in water.

親水性ポリウレタンは、その中に包含される親水性セグメント、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレンオキシド等のセグメントを有するポリウレタンより選択することができる。このような親水性ポリウレタンは、末端ヒドロキシ基またはアミノ基を有することによって、ジイソシアネートとの反応により線状ポリマー鎖を形成するポリアルキレングリコール(ポリアルキレンオキシド)から製造することができる。このような親水性ポリウレタンの例は、US4,789,720号;US4,798,876号;およびUS5,563,233号に開示されたものである。他の好適な例には、親水性基、例えば、脂肪族ポリエーテルで修飾されたポリウレタンが含まれる。例えば、US6,200,772B1号を参照されたい。   The hydrophilic polyurethane can be selected from polyurethanes having hydrophilic segments included therein, for example, segments such as polyethylene glycol and polypropylene oxide. Such hydrophilic polyurethanes can be produced from polyalkylene glycols (polyalkylene oxides) that have terminal hydroxy groups or amino groups to form linear polymer chains by reaction with diisocyanates. Examples of such hydrophilic polyurethanes are those disclosed in US 4,789,720; US 4,798,876; and US 5,563,233. Other suitable examples include polyurethanes modified with hydrophilic groups such as aliphatic polyethers. See for example US 6,200,772 B1.

親水性セグメントは、典型的には、ポリエチレングリコール、アミノ基末端付きポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アミノ基末端付きポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドおよびポリエチレンイミン、特にポリエチレングリコールから誘導される。   The hydrophilic segment is typically derived from polyethylene glycol, amino-terminated polyethylene glycol, polypropylene glycol, amino-terminated polypropylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene oxide and polyethyleneimine, especially polyethylene glycol.

いくつかの態様において、親水性ポリウレタンは、脂肪族ポリエーテルウレタン、脂肪族ポリエーテルウレタン尿素、環状脂肪族ポリエーテルウレタン、環状脂肪族ポリエーテルウレタン尿素、芳香族ポリエーテルウレタン、芳香族ポリエーテルウレタン尿素、脂肪族ポリエステルウレタン、脂肪族ポリエステルウレタン尿素、環状脂肪族ポリエステルウレタン、環状脂肪族ポリエステルウレタン尿素、芳香族ポリエステルウレタンおよび芳香族ポリエステルウレタン尿素より選択される。脂肪族ポリエーテルウレタンまたは環状脂肪族ポリエーテルウレタン(例えば、シクロヘキシルポリエーテルウレタン)は、線状または環状の脂肪族ジイソシアネートが用いられている場合の膜コーティングとして好適である。天然起原のイソシアネート(例えば、リシンジイソシアネート)も適している。シクロヘキシルポリエーテルウレタンは、良好な生体適合性を膜に与え且つ膜の汚染を抑制するか又は排除さえもすると考えられる。   In some embodiments, the hydrophilic polyurethane is an aliphatic polyether urethane, an aliphatic polyether urethane urea, a cycloaliphatic polyether urethane, a cycloaliphatic polyether urethane urea, an aromatic polyether urethane, an aromatic polyether urethane. It is selected from urea, aliphatic polyester urethane, aliphatic polyester urethane urea, cycloaliphatic polyester urethane, cycloaliphatic polyester urethane urea, aromatic polyester urethane and aromatic polyester urethane urea. Aliphatic polyether urethanes or cycloaliphatic polyether urethanes (eg, cyclohexyl polyether urethane) are suitable as film coatings when linear or cyclic aliphatic diisocyanates are used. Naturally occurring isocyanates (eg, lysine diisocyanate) are also suitable. Cyclohexyl polyether urethane is believed to provide good biocompatibility to the membrane and to reduce or even eliminate membrane contamination.

本発明のある側面において、親水性ポリウレタンは、ポリエチレングリコールの主鎖セグメント−(CH−CH−O−)−を、具体的には、少なくとも7%(w/w)または少なくとも10%(w/w)のように、少なくとも5%(w/w)のポリエチレングリコールセグメントの重量比で含む。相当量のポリエチレングリコールセグメントが含有されると、適当な親水性を付与され且つ血液適合性が改善されると考えられる。 In an aspect of the invention, the hydrophilic polyurethane backbone segments of polyethylene glycol - (CH 2 -CH 2 -O-) n - and, specifically, at least 7% (w / w) or at least 10% (W / w) as a weight ratio of at least 5% (w / w) polyethylene glycol segments. It is believed that the inclusion of a substantial amount of polyethylene glycol segments imparts appropriate hydrophilicity and improves blood compatibility.

好ましい親水性ポリウレタンの好適な例は、本明細書中にそのまま援用されるUS5,322,063号に開示されたものである。
本発明のある側面において、親水性ポリウレタンは、多糖(例えば、アルギネート、カラゲナン、ペクチンおよびデキストラン)、ポリ(HEMA)、部分加水分解ポリビニルアセテート(PVA)またはセルロース誘導体(例えば、ヒドロキシエチルメチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロース)の主鎖セグメントを、少なくとも7%(w/w)または少なくとも10%(w/w)のように、少なくとも5%(w/w)の多糖、ポリビニルアセテートまたはセルロース誘導体セグメントそれぞれの典型的な重量比で含む。
Suitable examples of preferred hydrophilic polyurethanes are those disclosed in US Pat. No. 5,322,063, incorporated herein in its entirety.
In one aspect of the invention, the hydrophilic polyurethane is a polysaccharide (eg, alginate, carrageenan, pectin and dextran), poly (HEMA), partially hydrolyzed polyvinyl acetate (PVA) or a cellulose derivative (eg, hydroxyethylmethylcellulose and carboxymethylcellulose). ) Main chain segments are typically at least 5% (w / w) polysaccharide, polyvinyl acetate or cellulose derivative segments, such as at least 7% (w / w) or at least 10% (w / w) Includes by weight.

商業的に入手できる好適な親水性ポリウレタンの例には、Hydromed D4(湿潤時の含水率:50%(w/w))および Hydromed D640(湿潤時の含水率:93%(w/w))が含まれる。いずれのポリウレタンも、Cardiotech International Inc., Wilminton, MA, USA の商品名である。   Examples of suitable commercially available hydrophilic polyurethanes include Hydromed D4 (water content when wet: 50% (w / w)) and Hydromed D640 (water content when wet: 93% (w / w)) Is included. Both polyurethanes are trade names of Cardiotech International Inc., Wilminton, MA, USA.

Hydromed D4およびD640製品は、中心ポリブチレンオキシドセグメントと、ポリアルキレンオキシド末端基を含む。ポリアルキレンオキシド基は、ポリエチレンオキシドかまたはポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシドであってよい。どちらの場合も、ポリエチレンオキシドセグメントは、好ましくは、ポリブチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドのセグメント長さより長い。これは、十分な親水性および吸水、更には、適切な血液適合性を与えると考えられる。   Hydromed D4 and D640 products contain a central polybutylene oxide segment and polyalkylene oxide end groups. The polyalkylene oxide group may be polyethylene oxide or polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide. In either case, the polyethylene oxide segment is preferably longer than the segment length of polybutylene oxide and polypropylene oxide. This is believed to provide sufficient hydrophilicity and water absorption as well as adequate blood compatibility.

別の態様において、親水性ポリマーは、親水性ポリ(メタ)アクリレートである。
親水性ポリ(メタ)アクリレートの例には、エステルのアルコール部分の一部分としてポリ(エチレンオキシド)置換基を有するアクリル酸エステルから成る第一モノマー単位と、メタクリレートおよびアクリレートより選択される一つまたはそれ以上の第二モノマー単位を含むアクリルコポリマーが含まれる。第一モノマー単位のポリ(エチレンオキシド)置換基は、典型的には、200〜2000、例えば、500〜1500の平均分子量を有する。このような第一モノマーの例は、メトキシポリ(エチレンオキシド)メタクリレート、メトキシポリ(エチレンオキシド)アクリレート等である。第二モノマー単位の例には、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルメタクリレート等が含まれる。
In another embodiment, the hydrophilic polymer is a hydrophilic poly (meth) acrylate.
Examples of hydrophilic poly (meth) acrylates include a first monomer unit comprising an acrylate ester having a poly (ethylene oxide) substituent as part of the alcohol portion of the ester, and one or more selected from methacrylates and acrylates Acrylic copolymers containing a second monomer unit of The poly (ethylene oxide) substituent of the first monomer unit typically has an average molecular weight of 200 to 2000, such as 500 to 1500. Examples of such first monomers are methoxy poly (ethylene oxide) methacrylate, methoxy poly (ethylene oxide) acrylate, and the like. Examples of the second monomer unit include methyl methacrylate, ethyl acrylate, butyl methacrylate and the like.

好ましい親水性ポリ(メタ)アクリレートには、本明細書中にそのまま援用されるWO93/15651A1号に開示されたアクリルコポリマーが含まれる。
モノマーの好ましい組合せは、メトキシポリ(エチレンオキシド)メタクリレート、エチルアクリレートおよびメチルメタクリレートである。
Preferred hydrophilic poly (meth) acrylates include the acrylic copolymers disclosed in WO 93/15651 A1, which are incorporated herein in their entirety.
A preferred combination of monomers is methoxy poly (ethylene oxide) methacrylate, ethyl acrylate and methyl methacrylate.

他の好ましい親水性ポリ(メタ)アクリレートには、ポリ(ビニルピロリドン)(PVP)のセグメントまたは側鎖を有するものが含まれる。
本発明のある側面において、親水性ポリマーの親水性は、湿潤時の含水率が、25〜95%(w/w)または45〜95%(w/w)のように、5〜100%(w/w)または10〜95%(w/w)の範囲内になるようなものである。その含水率は、典型的には、より高い親水性セグメント含有率が(湿潤時の)より高い含水率を生じるという意味で、親水性ポリマーのタイプおよび含有率の関数である。多孔度も、含水率の好ましい範囲に関して、ある種の役割を果たすことがありうる、すなわち、小さい細孔を有する膜について、含水率の好ましい範囲は、10〜30%(w/w)のように、5〜80%(w/w)または8〜40%(w/w)であってよい。
Other preferred hydrophilic poly (meth) acrylates include those having poly (vinyl pyrrolidone) (PVP) segments or side chains.
In one aspect of the invention, the hydrophilicity of the hydrophilic polymer is such that the moisture content when wet is 5-100% (such as 25-95% (w / w) or 45-95% (w / w)). w / w) or 10-95% (w / w). Its water content is typically a function of the type and content of the hydrophilic polymer in the sense that higher hydrophilic segment content results in higher water content (when wet). Porosity can also play a role with respect to the preferred range of moisture content, ie, for membranes with small pores, the preferred range of moisture content is such as 10-30% (w / w). 5 to 80% (w / w) or 8 to 40% (w / w).

拡散、拡散速度、および特に大形の分子を排除する能力に関するカバー膜の性質は、センサーの機能性にとって重要である。
更に考慮されるべきことは、グルコースの拡散を可能にするが、もう一方では、Hの拡散を制限するカバー膜の能力である。したがって、一つの態様において、カバー膜を介するグルコースの拡散速度に対する、カバー膜を介したHの拡散速度は、3〜15または3〜10のように、3〜20の範囲内である。拡散速度は、「実験」部分に記載のように決定される。カバー膜の相対拡散速度は、典型的な既知のポリウレタンカバー膜の速度より優れている。
The nature of the cover membrane with respect to diffusion, diffusion rate, and in particular the ability to exclude large molecules is important for sensor functionality.
Also to be considered is the ability of the cover membrane to allow diffusion of glucose while limiting the diffusion of H 2 O 2 on the other hand. Thus, in one embodiment, the diffusion rate of H 2 O 2 through the cover membrane relative to the diffusion rate of glucose through the cover membrane is in the range of 3-20, such as 3-15 or 3-10. . The diffusion rate is determined as described in the “Experiment” section. The relative diffusion rate of the cover membrane is superior to that of typical known polyurethane cover membranes.

カバー膜を介したグルコースの見掛け拡散係数は、グルコースセンサーについて、好ましくは、0.3〜1.5×10−9または0.5〜1.1×10−9のように、0.1〜5.0×10−9の範囲内であるべきである。該当するラクテートセンサーについて、カバー膜を介したラクテートの見掛け拡散係数は、好ましくは、1.2〜3.2×10−10のように、0.5〜5×10−10の範囲内であるべきである。見掛け拡散係数は、「実験」部分に記載のように測定される。 The apparent diffusion coefficient of glucose through the cover membrane is preferably 0.1 to 1.5 × 10 −9 or 0.5 to 1.1 × 10 −9 , such as 0.3 to 1.5 × 10 −9 for the glucose sensor. Should be in the range of 5.0 × 10 −9 . For the corresponding lactate sensor, the apparent diffusion coefficient of lactate through the cover membrane is preferably in the range of 0.5-5 × 10 −10 , such as 1.2-3.2 × 10 −10. Should. The apparent diffusion coefficient is measured as described in the “Experiment” section.

更に関係があるのは、「大形」分子(例えば、ペプチド、タンパク質、および酵素層の酵素などの酵素(例えば、グルコースオキシダーゼおよびラクテートオキシダーゼ))を排除するが、同時に、関係のある被検体、例えば、ラクテート、グルコース、クレアチン、クレアチニン等の拡散を可能にするカバー膜の能力である。このような被検体は、典型的には、約200までの分子量を有するが、ペプチド、タンパク質および酵素は、小形ペプチドの場合の約300〜タンパク質の場合の数千またはそれを上回る分子量、例えば、グルコースオキシダーゼの場合の約30,000の分子量を有することがありうる。カバー膜層は(湿潤形の場合)、慣用のセンサーについて、典型的には、6〜30μmまたは10〜17μmのように、5〜40μmの範囲内の厚みを有する。厚手皮膜センサーについて、(湿潤形の)カバー膜層は、典型的には、2〜10μmまたは3〜5μmのように、1〜20μmの範囲内の厚みを有する。   Further relevant is the exclusion of “large” molecules (eg peptides, proteins, and enzymes such as enzymes in the enzyme layer (eg glucose oxidase and lactate oxidase)), but at the same time the relevant analyte, For example, the ability of the cover membrane to allow diffusion of lactate, glucose, creatine, creatinine and the like. Such analytes typically have a molecular weight of up to about 200, while peptides, proteins and enzymes have molecular weights of about 300 for small peptides to thousands or more for proteins, for example, It can have a molecular weight of about 30,000 in the case of glucose oxidase. The cover membrane layer (when in wet form) typically has a thickness in the range of 5-40 μm, such as 6-30 μm or 10-17 μm, for conventional sensors. For thick film sensors, the (wet) cover film layer typically has a thickness in the range of 1-20 μm, such as 2-10 μm or 3-5 μm.

乾燥形のカバー膜の親水性ポリマー層は、特に厚手皮膜センサーについては、0.25〜3μmまたは0.5〜1μmのような、0.1〜5μmの範囲内の厚みを有する。
すなわち、乾燥形のカバー膜の親水性ポリマー層は、典型的には、ポリマー性材料の平均細孔サイズの100〜1000%または200〜500%のような、100〜2000%の範囲内の厚みを有する。
The hydrophilic polymer layer of the dry cover membrane has a thickness in the range of 0.1-5 μm, such as 0.25-3 μm or 0.5-1 μm, especially for thick film sensors.
That is, the hydrophilic polymer layer of the dry cover membrane typically has a thickness in the range of 100-2000%, such as 100-1000% or 200-500% of the average pore size of the polymeric material. Have

好ましい吸水性を考えると、湿潤形のカバー膜の厚みと、乾燥形のカバー膜の厚みとの間の比率は、好ましくは、2:1〜1:1の範囲内である。
湿潤形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みと、乾燥形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みとの間の比率は、100:1〜1:1または80:1〜2:1の範囲内である。
In view of the preferred water absorption, the ratio between the thickness of the wet cover membrane and the thickness of the dry cover membrane is preferably in the range of 2: 1 to 1: 1.
The ratio between the thickness of the hydrophilic polymer layer of the wet cover membrane and the thickness of the hydrophilic polymer layer of the dry cover membrane is in the range of 100: 1 to 1: 1 or 80: 1 to 2: 1. Is within.

いくつかの態様において、特に、慣用のセンサーについては、湿潤形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みと、乾燥形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みとの間の比率は、10:1〜2:1の範囲内のように、20:1〜1.5:1の範囲内であってよい。いくつかの他の態様において、特に、例えば、トラックエッチング処理済み膜を含む慣用のセンサーについては、湿潤形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みと、乾燥形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みとの間の比率は、好ましくは、50:1〜30:1の範囲内のように、80:1〜10:1の範囲内である。   In some embodiments, particularly for conventional sensors, the ratio between the hydrophilic polymer layer thickness of the wet cover membrane and the hydrophilic polymer layer thickness of the dry cover membrane is 10: 1. It may be in the range of 20: 1 to 1.5: 1, such as in the range of ˜2: 1. In some other embodiments, particularly for conventional sensors including, for example, track-etched membranes, the thickness of the hydrophilic polymer layer of the wet cover membrane and the hydrophilic polymer layer of the dry cover membrane The ratio between thickness is preferably in the range of 80: 1 to 10: 1, such as in the range of 50: 1 to 30: 1.

例えば、溶液流延膜を含む平面センサーについて、湿潤形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みと、乾燥形のカバー膜の親水性ポリマー層の厚みとの間の比率は、好ましくは、6:1〜3:1の範囲内のように、10:1〜2:1の範囲内である。   For example, for a flat sensor including a solution cast membrane, the ratio between the thickness of the hydrophilic polymer layer of the wet cover membrane and the thickness of the hydrophilic polymer layer of the dry cover membrane is preferably 6: Within the range of 10: 1 to 2: 1, such as within the range of 1-3: 1.

他の態様において、多孔質ポリマー性材料と親水性ポリマー(非湿潤状態)との間の重量比は、100:1〜1:1、例えば、80:1〜10:1または50:1〜30:1の範囲内である。   In other embodiments, the weight ratio between the porous polymeric material and the hydrophilic polymer (non-wet state) is 100: 1 to 1: 1, such as 80: 1 to 10: 1 or 50: 1 to 30. : 1.

本発明の一つの態様において、カバー膜は、酵素センサーの最も外部層である。
いくつかの利点は、例えば、親水性ポリウレタンを用いて、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面(および細孔口)を被覆することによって確認された。一つには、ポリウレタンは本来、酵素/タンパク質の浸透/移動について、多孔質ポリマー性材料の細孔を有効にブロックする小さい細孔を有するが、親水性がより少なく且つ疎水性の分子の拡散を依然として可能にする。更に、親水性ポリウレタンは、通常は水に不溶性であるが、そのポリウレタンは、膨潤性であり且つ相当な量の水を保持することが可能である。それ自体で、ポリウレタンコーティングの浸出および変性は、センサーの寿命期間中に実質的に存在しないであろう。同じことが、例えば、親水性ポリ(メタ)アクリレートにも当てはまる。
In one embodiment of the invention, the cover membrane is the outermost layer of the enzyme sensor.
Some advantages have been identified by coating the outer surface (and pore opening) of at least one face of at least one porous polymeric material, for example with hydrophilic polyurethane. For one thing, polyurethane inherently has small pores that effectively block the pores of porous polymeric materials for enzyme / protein penetration / migration, but less hydrophilic and diffusion of hydrophobic molecules Still possible. In addition, hydrophilic polyurethanes are usually insoluble in water, but the polyurethanes are swellable and can retain a significant amount of water. As such, leaching and modification of the polyurethane coating will be substantially absent during the lifetime of the sensor. The same applies for example to hydrophilic poly (meth) acrylates.

好ましい態様
一つの態様は、流体試料中のクレアチンの濃度を測定するアンペロメトリック酵素センサーであって、金属電極(例えば、白金電極);その金属電極と接触している、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PETP)の、特に、トラックエッチング処理済みPETP材料の含水スペーサー層;そのスペーサー層と接触している妨害制御層(例えばセルロースアセテート(CA)の妨害制限層);そのセルロースアセテート層と接触している酵素層(例えば、サルコシンオキシダーゼおよびクレアチナーゼを含む酵素層);およびその酵素層のためのカバー膜層を含み、ここにおいて、このカバー膜層は、多孔質ポリエチレンテレフタレート材料を含み、そしてここにおいて、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口が、ポリエチレングリコールの主鎖セグメントを少なくとも5%(w/w)のポリエチレングリコールセグメントの重量比で含む親水性ポリウレタンで被覆されている、および/または、少なくとも25%(w/w)の湿潤時含水率を有するセンサーに関する。
Preferred Embodiments One embodiment is an amperometric enzyme sensor that measures the concentration of creatine in a fluid sample comprising a metal electrode (eg, a platinum electrode); in contact with the metal electrode, such as polyethylene terephthalate (PETP). ), In particular a water-containing spacer layer of a track-etched PETP material; an interference control layer in contact with the spacer layer (eg an interference limiting layer of cellulose acetate (CA)); an enzyme in contact with the cellulose acetate layer A layer (eg, an enzyme layer comprising sarcosine oxidase and creatinase); and a cover membrane layer for the enzyme layer, wherein the cover membrane layer comprises a porous polyethylene terephthalate material and wherein at least one At least of two porous polymeric materials The outer surface and the pore opening of the other surface are coated with a hydrophilic polyurethane comprising a polyethylene glycol main chain segment in a weight ratio of at least 5% (w / w) polyethylene glycol segments, and / or It relates to a sensor having a wet moisture content of at least 25% (w / w).

別の態様は、流体試料中のクレアチニンの濃度を測定するアンペロメトリック酵素センサーであって、金属電極(例えば、白金電極);その金属電極と接触している含水スペーサー層(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PETP)の、特に、トラックエッチング処理済みPETP材料の含水スペーサー層);そのスペーサー層と接触している妨害制御層(例えば、セルロースアセテート(CA)の妨害制限層);そのセルロースアセテート層と接触している酵素層(例えば、サルコシンオキシダーゼ、クレアチニナーゼおよびクレアチナーゼを含む酵素層);およびその酵素層のためのカバー膜層を含み、ここにおいて、このカバー膜層は、多孔質ポリエチレンテレフタレート材料を含み、そしてここにおいて、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口が、ポリエチレングリコールの主鎖セグメントを少なくとも5%(w/w)のポリエチレングリコールセグメントの重量比で含む親水性ポリウレタンで被覆されている、および/または、少なくとも25%(w/w)の湿潤時含水率を有するセンサーに関する。   Another aspect is an amperometric enzyme sensor that measures the concentration of creatinine in a fluid sample, comprising a metal electrode (eg, a platinum electrode); a hydrous spacer layer in contact with the metal electrode (eg, polyethylene terephthalate ( PETP), in particular a water-containing spacer layer of a track-etched PETP material); an interference control layer in contact with the spacer layer (eg an interference limiting layer of cellulose acetate (CA)); in contact with the cellulose acetate layer An enzyme layer (eg, an enzyme layer comprising sarcosine oxidase, creatininase and creatinase); and a cover membrane layer for the enzyme layer, wherein the cover membrane layer comprises a porous polyethylene terephthalate material And here, at least one porous The outer surface and pore opening of at least one side of the polymeric material is coated with a hydrophilic polyurethane comprising a polyethylene glycol main chain segment in a weight ratio of at least 5% (w / w) polyethylene glycol segments; And / or relates to a sensor having a wet moisture content of at least 25% (w / w).

酵素センサーの使用
本発明の酵素センサーは、その最初の使用前に、通常は、信号が安定するまで、湿潤液または検量液に曝露されてよい。
Use of Enzyme Sensor The enzyme sensor of the present invention may be exposed to a wetting or calibration solution, usually until its signal is stable, before its first use.

体液試料中の、例えば、クレアチニン、クレアチン、グルコース、ラクテート等の測定は、いろいろな自動または半自動分析器で行うことができるが、その多くは、マルチプルセンサーを用いて、多数のパラメーターを測定する。一つの例は、臨床分析器、特に血液分析器である。流体試料は、分析器のフローシステム中にまたは分析器中への導入用カセットのフローシステム中に手動でまたは自動的に導入される。したがって、一つまたはそれを超える生理学的試料パラメーターのセンサーは、フローシステム中に導入された流体試料に曝露することができる。   Measurement of, for example, creatinine, creatine, glucose, lactate, etc. in a body fluid sample can be performed with various automatic or semi-automated analyzers, many of which measure multiple parameters using multiple sensors. One example is a clinical analyzer, in particular a blood analyzer. The fluid sample is introduced manually or automatically into the flow system of the analyzer or into the flow system of the cassette for introduction into the analyzer. Accordingly, a sensor of one or more physiological sample parameters can be exposed to a fluid sample introduced into the flow system.

したがって、本発明は、更に、流体試料中の被検体の濃度を測定する装置であって、本明細書中に記載の一つまたはそれ以上の酵素センサーを含む装置を提供する。
更に、本発明は、流体試料中の被検体の濃度を測定する方法であって、流体試料と、本明細書中に記載の酵素センサーとを接触させ、そして酵素センサーの電極を必要とする少なくとも一つの測定を行う工程を含む方法を更に提供する。
Accordingly, the present invention further provides an apparatus for measuring the concentration of an analyte in a fluid sample, the apparatus comprising one or more enzyme sensors as described herein.
Furthermore, the present invention is a method for measuring the concentration of an analyte in a fluid sample, comprising contacting the fluid sample with an enzyme sensor as described herein and requiring at least an electrode of the enzyme sensor. Further provided is a method comprising the step of taking a single measurement.

それらのセンサーは、通常、そのセンサーへと導かれた試料及びセンサーから導き出された試料並びに他の流体、例えば、湿潤液、洗浄液、検量液等に曝露される。
上の説明は、いずれにせよ、請求の範囲に記載の発明を制限することを意図したものではない。更に、論じられた特徴の組合せは、本発明の解釈に絶対に必要というわけではない。更に、本明細書中に引用された全ての特許または公開出願の開示は、本明細書中にそのまま援用される。
These sensors are typically exposed to samples directed to the sensor and samples derived from the sensor and other fluids such as wetting liquids, washing liquids, calibration liquids, and the like.
The above description is not intended in any way to limit the claimed invention. Furthermore, the combination of features discussed is not absolutely necessary for the interpretation of the present invention. Further, the disclosures of all patents or published applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

本発明を、次の実施例に更に詳しく説明する。しかしながら、これら実施例は、単に例示するためのものであり、いずれにせよ、本発明の範囲を制限するのに用いられるべきではないということは理解されるはずである。   The invention is illustrated in more detail in the following examples. However, it should be understood that these examples are for illustrative purposes only and should not be used in any way to limit the scope of the present invention.

実験
材料
シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)からのクレアチニナーゼは、Roche Diagnostics, Mannheim, Germany より入手した。Hydromed D4、Hydromed D640および Hydromed TPは、Cardiotech International Inc., Wilminton, MA, USA より入手した。
Experimental Materials Creatininase from Pseudomonas putida was obtained from Roche Diagnostics, Mannheim, Germany. Hydromed D4, Hydromed D640 and Hydromed TP were obtained from Cardiotech International Inc., Wilminton, MA, USA.

一般的な手順
見掛け拡散係数の測定
拡散性は、拡散セル中で決定することができるが、その場合、基質の見掛け拡散係数の値は、全細孔度および水中の基質の拡散係数の結果として得られる。「見掛け拡散係数」とは、膜の細孔度を考慮していない膜全体の面積の「有効な」拡散係数を意味する。
General procedure
The measured diffusivity of the apparent diffusion coefficient can be determined in the diffusion cell, in which case the value of the apparent diffusion coefficient of the substrate is obtained as a result of the total porosity and the diffusion coefficient of the substrate in water. “Apparent diffusion coefficient” means an “effective” diffusion coefficient of the entire membrane area that does not take into account the porosity of the membrane.

拡散セル(直径15mm、Oリングを有する)は、使用前に完全に清浄であるべきである。汚染を減少させるために、Oリングが配置されているセルの半分(cell half)には、高基質濃度の溶液を有することが望ましい。分析用の流体試料を、Oリング不含のセルの半分に充填する。それらセルの半分同士の間の開口部より約1/2cm大きい膜試料を切断し、Oリングの上に配置する。次に、そのセルを閉じ、密閉する。膜およびマグネチックバー(10mm)を含む拡散セルを、マグネチックスターラー上に置く(320±30r.p.m.)。30mLの洗浄液(S4970)中の基質溶液と、30mLの純洗浄液(S4970)とを、拡散セルの二つのハーフセル中に同時に充填する。48時間後および72時間後それぞれに、1mLの試料をシリンジで取り出し、そして1mLの純洗浄液を充満させることにより、純洗浄液中の基質濃度を測定する。試料中の基質濃度は、ABLTM735 Blood Gas Analyzer(Radiometer Medical ApS, Copenhagen, Denmark)で測定する。 The diffusion cell (15 mm diameter, with O-ring) should be completely clean before use. In order to reduce contamination, it is desirable to have a high substrate concentration solution in the cell half where the O-ring is located. A fluid sample for analysis is filled in half of the cell without the O-ring. A film sample approximately ½ cm larger than the opening between the halves of the cells is cut and placed on the O-ring. The cell is then closed and sealed. A diffusion cell containing a membrane and a magnetic bar (10 mm) is placed on a magnetic stirrer (320 ± 30 rpm). The substrate solution in 30 mL of cleaning solution (S4970) and 30 mL of pure cleaning solution (S4970) are simultaneously filled in two half cells of the diffusion cell. After 48 hours and 72 hours, respectively, 1 mL of the sample is taken out with a syringe, and the substrate concentration in the pure cleaning solution is measured by filling with 1 mL of the pure cleaning solution. The substrate concentration in the sample is measured with an ABL 735 Blood Gas Analyzer (Radiometer Medical ApS, Copenhagen, Denmark).

見掛け拡散係数は、次のように決定する。流束:全てのシステムにおいて、化合物の受動輸送過程は、システム中の化合物の分布が、化合物の熱力学的平衡分布に該当しない場合に生じるであろう。流束は、1秒につき、面積単位(輸送方向に垂直な面積)を通過する化合物の量として定義し、J=量・cm−2・s−1の単位を有する。 The apparent diffusion coefficient is determined as follows. Flux: In all systems, the passive transport process of a compound will occur when the distribution of the compound in the system does not correspond to the thermodynamic equilibrium distribution of the compound. The flux is defined as the amount of compound that passes through area units (area perpendicular to the transport direction) per second and has units of J = quantity · cm −2 · s −1 .

Fick の第一法則は、定常拡散にあてはまる。すなわち、線形濃度勾配が確定された。   Fick's first law applies to stationary diffusion. That is, a linear concentration gradient was established.

Figure 2008541104
Figure 2008541104

ここにおいて、Dは、化合物の拡散係数、すなわち、与えられた条件下における拡散性分子タイプに特有の値であり(それは、サイズおよび形のような、輸送速度を決定する因子を包含するのみならず、例えば、粘性のような周囲媒体の性質も包含する);dC/dxは、x地点における濃度プロフィールの勾配である(dC/dx値は、x方向の濃度勾配とも称され、その場合の符号文字は、濃度が増加する方向を示す、すなわち、dC/dxの正値は、濃度がx軸の正方向に増加することを示す)。 Where D is the diffusion coefficient of the compound, ie, a value specific to the diffusible molecular type under the given conditions (if it only includes factors that determine the transport rate, such as size and shape) DC / dx is the gradient of the concentration profile at point x (dC / dx value is also called the concentration gradient in the x direction, in which case The sign letter indicates the direction in which the density increases, ie a positive value of dC / dx indicates that the density increases in the positive direction of the x-axis).

一般的なセンサー構築(慣用のセンサータイプ)
図1に関して、センサー1は、電極2を含み、その上に、膜リング3が取り付けられている。電極2は、ミクロプラグ6を介して銀アノード接触体7と接続している白金線5と接続した白金アノード4を含む。その白金アノード4と、白金線の下方部分は、ガラス体8中に密封されている。ガラス体8とミクロプラグ6との間で、白金線5は、熱収縮チューブで保護されている。チューブ状銀参照電極10は、ガラス体8の上方部分を取り囲み、そして固定体11およびエポキシ12によって参照電極内部に固定されているアノード接触体7へと、電極2の長さで延びている。ガラス体8の下方部分は、電極基材13によって取り囲まれ、それに、膜リング3が取り付けられている。
General sensor construction (conventional sensor type)
With reference to FIG. 1, the sensor 1 includes an electrode 2 on which a membrane ring 3 is attached. The electrode 2 includes a platinum anode 4 connected to a platinum wire 5 connected to a silver anode contact 7 via a microplug 6. The platinum anode 4 and the lower part of the platinum wire are sealed in a glass body 8. Between the glass body 8 and the micro plug 6, the platinum wire 5 is protected by a heat shrinkable tube. The tubular silver reference electrode 10 extends the length of the electrode 2 to the anode contact 7 which surrounds the upper part of the glass body 8 and is fixed inside the reference electrode by a fixing body 11 and an epoxy 12. The lower part of the glass body 8 is surrounded by the electrode base material 13, and the membrane ring 3 is attached to it.

図1および図2に関して、参照電極10の上方部分は、プラグ部材14によって、分析装置(示されていない)の該当するプラグ中に電極2を取り付けるために、且つ、マントル15を固定するために取り囲まれている。ガスケット16および17は、電極2の測定用表面にあるいずれかの電解質が蒸発しないことを確実にするために、電極2とマントル15との間に置かれている。膜リング3は、マントル15の一端に取り付けられていて、リング20を含む。膜21は、リング20の下方開口部の上に張られている。この膜21は、図2に詳細に示されるが、実施例1に詳細に記載の通りである。   With reference to FIGS. 1 and 2, the upper part of the reference electrode 10 is used by the plug member 14 to mount the electrode 2 in the corresponding plug of the analyzer (not shown) and to fix the mantle 15 Surrounded. Gaskets 16 and 17 are placed between electrode 2 and mantle 15 to ensure that any electrolyte on the measuring surface of electrode 2 does not evaporate. The membrane ring 3 is attached to one end of the mantle 15 and includes a ring 20. The membrane 21 is stretched over the lower opening of the ring 20. This membrane 21 is shown in detail in FIG. 2, but as described in detail in Example 1.

一般的なセンサー構築(厚手皮膜センサータイプ)
図3は、作用電極(120)および参照電極(130;140)が形成されている誘電性支持体(110)上に形成された代表的な平面厚手皮膜センサー構築を示している。それら電極は、二層誘電性封入材(150;160および151;161)によって境界形成されている。作用電極は、本明細書中に開示の含水スペーサー層(121)、中間層(170)、酵素層(180)およびカバー膜(190)で被覆されている。
General sensor construction (thick film sensor type)
FIG. 3 shows an exemplary planar thick film sensor construction formed on a dielectric support (110) on which a working electrode (120) and a reference electrode (130; 140) are formed. The electrodes are bounded by a two-layer dielectric encapsulant (150; 160 and 151; 161). The working electrode is covered with a water-containing spacer layer (121), an intermediate layer (170), an enzyme layer (180) and a cover membrane (190) disclosed herein.

図3は、作用電極(120)および参照電極(130;140)が形成されている誘電性支持体(110)上に形成された代表的な平面厚手皮膜センサー構築を示している。それら電極は、二層誘電性封入材(150;160および151;161)によって境界形成されている。作用電極は、本明細書中に開示のように、含水多孔質スペーサー層(121)、中間層(170)、酵素層(180)およびカバー膜(190)で被覆されている。   FIG. 3 shows an exemplary planar thick film sensor construction formed on a dielectric support (110) on which a working electrode (120) and a reference electrode (130; 140) are formed. The electrodes are bounded by a two-layer dielectric encapsulant (150; 160 and 151; 161). The working electrode is coated with a hydrated porous spacer layer (121), an intermediate layer (170), an enzyme layer (180) and a cover membrane (190) as disclosed herein.

図3に関して、200μmの厚みのアルミナ支持体110の一つの表面には、直径1000μmおよび10μmの厚みの円形白金作用電極120;その作用電極の外周の30〜330°の角度範囲を被覆している、外径3000μm、内径2000μmおよび10μmの厚みの環状白金対向電極130;およびその作用電極の外周の0°に位置している、直径50μmの円形銀/塩化銀参照電極140が設けられている。これら3種類の電極構造は全て、アルミナ支持体110を越えて、センサーエレクトロニクス(示されていない)へと、支持体を横断する白金仕上げ(filed)スルーホール(示されていない)を通じて接続されている。操作時に、作用電極120は、参照電極140に対して、+675mVへと分極する。   Referring to FIG. 3, one surface of a 200 μm thick alumina support 110 is coated with a circular platinum working electrode 120 having a diameter of 1000 μm and a thickness of 10 μm; an angular range of 30 to 330 ° of the outer periphery of the working electrode. A circular platinum counter electrode 130 with an outer diameter of 3000 μm, an inner diameter of 2000 μm and a thickness of 10 μm; and a circular silver / silver chloride reference electrode 140 with a diameter of 50 μm, located at 0 ° of the outer periphery of the working electrode. All three of these electrode structures are connected across the alumina support 110 to the sensor electronics (not shown) through a platinum-finished (filed) through hole (not shown) across the support. Yes. In operation, the working electrode 120 is polarized to +675 mV with respect to the reference electrode 140.

更に、アルミナ支持体110上には、ガラスおよびポリマー封入材の二層構造がある。これら二層構造は、作用電極120を取り囲んでいる、外径1800μm、内径1200μmおよび50μmの厚みの環状構造160、161;および完全な電極システムを取り囲んでいる、50μmの厚みの構造150、151を包含する。これら二層構造は両方とも、ESL Europe of United Kingdom 製のESLガラス4904のアルミナ支持体110に面している、20μmの厚みの内層150、160;および SenDx Medical Inc. of California, USA の国際特許出願WO97/43634号に開示されたような、28.1重量%のポリエチルメタクリレート(Elvacite,製品番号2041,DuPont 製)、36.4重量%のカルビトールアセテート、34.3重量%のシラン化カオリン(Engelhard 製の製品番号HF900)、0.2重量%のヒュームドシリカおよび1.0重量%のトリメトキシシランを含む、SenDx Medical Inc. of California, USA 製のポリマー封入材の外層151、161から成る。   Furthermore, on the alumina support 110, there is a two-layer structure of glass and polymer encapsulant. These two-layer structures comprise an outer diameter 1800 μm, an inner diameter 1200 μm and a 50 μm thick annular structure 160, 161 surrounding the working electrode 120; and a 50 μm thick structure 150, 151 surrounding the complete electrode system. Include. Both of these two-layer structures face the alumina support 110 of ESL glass 4904 from ESL Europe of United Kingdom, 20 μm thick inner layers 150, 160; and an international patent of SenDx Medical Inc. of California, USA 28.1 wt% polyethyl methacrylate (Elvacite, product number 2041, manufactured by DuPont), 36.4 wt% carbitol acetate, 34.3 wt% silanization as disclosed in application WO 97/43634 Outer layers 151, 161 of polymer encapsulant from SenDx Medical Inc. of California, USA containing kaolin (product number HF900 from Engelhard), 0.2 wt% fumed silica and 1.0 wt% trimethoxysilane. Consists of.

含水多孔質スペーサー層121は、300nLの96%エタノール中の7%D4 PUR(Hydromed inc.)溶液を、微量分配によってPt作用電極上に分配することにより形成した。   The hydrous porous spacer layer 121 was formed by dispensing 300 nL of a 7% D4 PUR (Hydromed inc.) Solution in 96% ethanol onto the Pt working electrode by microdispensing.

直径1200μmおよび1μmの厚みの、セルロースアセテートおよびセルロースアセテートブチレートの円形内膜170は、スペーサー層121の上部に製造されている作用電極120を被覆している。膜170は、スペーサー層を全て被覆することが重要であり、それ以外の場合、妨害物の排除は不完全であろう。   A circular inner membrane 170 of cellulose acetate and cellulose acetate butyrate having a diameter of 1200 μm and a thickness of 1 μm covers the working electrode 120 manufactured on top of the spacer layer 121. It is important that the membrane 170 covers all of the spacer layer, otherwise the interference removal will be incomplete.

直径1200μmおよび2μmの厚みの、グルタルアルデヒドで架橋したグルコースオキシダーゼの円形酵素層180は、その内膜170を被覆している。
酵素層180は、グルタルアルデヒドで架橋したグルコースオキシダーゼの緩衝化した溶液0.4μlを、セルロースアセテート膜170上に分配することによって製造した。酵素層は、37℃で30分間乾燥させた。
A circular enzyme layer 180 of glucose oxidase crosslinked with glutaraldehyde having a thickness of 1200 μm and 2 μm in diameter covers the inner membrane 170.
The enzyme layer 180 was produced by dispensing 0.4 μl of a buffered solution of glucose oxidase crosslinked with glutaraldehyde onto the cellulose acetate membrane 170. The enzyme layer was dried at 37 ° C. for 30 minutes.

直径4000μmおよび10μmの厚みの、PVC/トリメチルノニルトリエチレングリコール/ジエチレングリコールの円形カバー膜層190は、作用電極120上に中心を置く完全な電極システムを被覆している。   A circular cover membrane layer 190 of PVC / trimethylnonyltriethylene glycol / diethylene glycol, having a diameter of 4000 μm and a thickness of 10 μm, covers the complete electrode system centered on the working electrode 120.

カバー膜は、1.35グラムのポリ塩化ビニル(Aldrich 34, 676-4)、0.0149グラムのトリメチルノニルトリエチレングリコール(Th. Goldschmidt 製の Tergitol TMN3)および0.134グラムのジエチレングリコールから、それらに、21.3グラムのテトラヒドロフランおよび7.58グラムのシクロヘキサノンに加えて製造した。その混合物を、PVCが溶解するまで撹拌し、そして均一溶液を得た。28.5グラムのテトラヒドロフランを加えて、90/1/9のPVC/界面活性剤/親水性化合物組成の2%溶液を得た。その溶液を、3種類の電極全てを被覆するように且つポリマー封入材151での約0.5mmオーバーラップを有するように、センサー面積上に分配した。それらのカバー膜を、23±2℃で30分間および40℃で1.5時間乾燥させた。   The cover membranes consisted of 1.35 grams of polyvinyl chloride (Aldrich 34, 676-4), 0.0149 grams of trimethylnonyltriethylene glycol (Tergitol TMN3 from Th. Goldschmidt) and 0.134 grams of diethylene glycol. In addition to 21.3 grams of tetrahydrofuran and 7.58 grams of cyclohexanone. The mixture was stirred until the PVC dissolved and a homogeneous solution was obtained. 28.5 grams of tetrahydrofuran was added to give a 2% solution of 90/1/9 PVC / surfactant / hydrophilic compound composition. The solution was dispensed over the sensor area to cover all three types of electrodes and to have an approximately 0.5 mm overlap with the polymer encapsulant 151. The cover membranes were dried at 23 ± 2 ° C. for 30 minutes and 40 ° C. for 1.5 hours.

0.3μLの96%EtOH中の5%親水性ポリウレタン(80%の含水率を有するHydromed D640/Hydromed D4混合物)溶液(実施例1を参照されたい)を、乾燥した外膜上に分配した。   0.3 μL of 5% hydrophilic polyurethane (Hydromed D640 / Hydromed D4 mixture with 80% moisture content) solution in 96% EtOH (see Example 1) was dispensed onto the dried outer membrane.

全3種類の層170、180、190を、自動分配装置(IVEKポンプ)を取り付けられたx、y、z平面上に分配した。
実施例1−代表的なクレアチンおよびクレアチニンセンサー構築
クレアチンセンサーおよびクレアチニンセンサーは各々、既知のアンペロメトリックセンサーを含む。図1は、このようなセンサー1(上記)を示しており、これは生体試料中の被検体の濃度を測定するための装置、例えばABLTM735 Blood Gas Analyzer(Radiometer Medical ApS, Copenhagen, Denmark)に取り付けるのに適している。
All three types of layers 170, 180, 190 were dispensed on x, y, z planes fitted with an automatic dispenser (IVEK pump).
Example 1-Representative creatine and creatinine sensor construction Each creatine sensor and creatinine sensor includes a known amperometric sensor. FIG. 1 shows such a sensor 1 (above), which is a device for measuring the concentration of an analyte in a biological sample, such as ABL 735 Blood Gas Analyzer (Radiometer Medical ApS, Copenhagen, Denmark). Suitable for mounting on.

図2は、四つの層、すなわち、電極2の白金アノード4に面している雑音減少性含水スペーサー層22;妨害制限膜層23;酵素層25を取り囲むガスケット24;および約80%の含水率を有する親水性ポリウレタンを含浸した拡散制限多孔質ポリマー性材料26を含む膜21の詳細を示している。コーティングされた膜層26は、分析される試料に面している。   FIG. 2 shows four layers: a noise reducing hydrous spacer layer 22 facing the platinum anode 4 of the electrode 2; an interference limiting membrane layer 23; a gasket 24 surrounding the enzyme layer 25; and a moisture content of about 80%. 3 shows details of a membrane 21 comprising a diffusion-limited porous polymeric material 26 impregnated with a hydrophilic polyurethane having The coated membrane layer 26 faces the sample to be analyzed.

スペーサー層22は、ポリエチレンテレフタレート(PETP)の21±2μmのトラックエッチング処理済み膜(細孔直径約1.3〜1.5μm;細孔密度:2.2・10個細孔/cm)であってよい。妨害制限膜層23は、セルロースアセテート(CA)の6±2μm多孔質膜であってよい。 The spacer layer 22 is a 21 ± 2 μm track-etched film of polyethylene terephthalate (PETP) (pore diameter: about 1.3 to 1.5 μm; pore density: 2.2 · 10 7 pores / cm 2 ). It may be. The interference limiting membrane layer 23 may be a 6 ± 2 μm porous membrane of cellulose acetate (CA).

ガスケット24は、1500μmの直径のセンター穴を有する30±5μmの両面接着ディスクであってよい。ガスケット24の接着剤は、妨害制限層23および拡散制限層26に、それら層間から酵素を漏出させない程度に接着する。   The gasket 24 may be a 30 ± 5 μm double-sided adhesive disk with a 1500 μm diameter center hole. The adhesive of the gasket 24 adheres to the interference restriction layer 23 and the diffusion restriction layer 26 to such an extent that the enzyme is not leaked from these layers.

クレアチンセンサーの酵素層25は、典型的には、緩衝剤などの好適な添加剤と混合されたグルタルアルデヒドに架橋したクレアチナーゼおよびサルコシンオキシダーゼの約20μm層である。クレアチニンセンサーの酵素層25は、典型的には、緩衝剤などの好適な添加剤と混合されたグルタルアルデヒドに架橋したクレアチニナーゼ、クレアチナーゼおよびサルコシンオキシダーゼの約20μm層である。   The enzyme layer 25 of the creatine sensor is typically an approximately 20 μm layer of creatinase and sarcosine oxidase cross-linked to glutaraldehyde mixed with a suitable additive such as a buffer. The enzyme layer 25 of the creatinine sensor is typically an approximately 20 μm layer of creatininase, creatinase and sarcosine oxidase crosslinked to glutaraldehyde mixed with a suitable additive such as a buffer.

拡散制限多孔質ポリマー性材料26は、親水性ポリウレタン(約80%の含水率を有するHydromed D640/Hydromed D4混合物)を含浸したポリエチレンテレフタレート(PETP)の約12μm層(細孔直径約0.1μm;細孔密度:3・10個細孔/cm)であってよい(実施例1を参照されたい)。 The diffusion-limited porous polymeric material 26 is an about 12 μm layer (pore diameter about 0.1 μm) of polyethylene terephthalate (PETP) impregnated with hydrophilic polyurethane (Hydromed D640 / Hydromed D4 mixture having a water content of about 80%); Pore density: 3 · 10 7 pores / cm 2 ) (see Example 1).

クレアチニンセンサーの場合、クレアチンおよびクレアチニンを両方とも、過酸化水素に変換する。クレアチンセンサーの場合、クレアチンのみを過酸化水素に変換する。
アンペロメトリック電極では、過酸化水素を、Ag/AgClに対して+675mVでアノード酸化する。得られた電流の流れは、試料中のクレアチニン/クレアチン濃度に比例する。
In the case of a creatinine sensor, both creatine and creatinine are converted to hydrogen peroxide. In the case of a creatine sensor, only creatine is converted into hydrogen peroxide.
At the amperometric electrode, hydrogen peroxide is anodized at +675 mV against Ag / AgCl. The resulting current flow is proportional to the creatinine / creatine concentration in the sample.

クレアチニンの濃度は、クレアチニンセンサー信号(クレアチン+クレアチニンを示している)と、クレアチンセンサー信号(クレアチンを示している)との間の差から決定する。   The concentration of creatinine is determined from the difference between the creatinine sensor signal (indicating creatine + creatinine) and the creatine sensor signal (indicating creatine).

実施例2−セルロースアセテート膜を介するイミダゾール/H−イミダゾールの相対拡散係数
CA膜を介したイミダゾール/H−イミダゾールの相対拡散係数は、CA膜を介したイミダゾールによって緩衝化された溶液と接触して得られた未緩衝溶液中のpHを分析することによって測定した。試料は双方とも30mLであり、双方の溶液に接触するCA膜は、直径10mmであった(上の「見掛け拡散係数の測定」を参照されたい)。その溶液は、140mM NaCl、4mM KCl、1mM CaClおよび110mMイミダゾールであり、pHは、25℃で7.40に調整した。20時間後、未緩衝溶液のpHは、25℃で8.86に上昇したが、他方の溶液のpHは未変化であった。したがって、イミダゾールの中性種(イミダゾール対の塩基性部分)は、荷電種よりも少なくとも30倍速く拡散可能であり、有意のpH変化を反映しているが、それは、検量溶液および試料それぞれへの曝露期間中に電極表面で認めることができる。
Example 2-Relative diffusion coefficient of imidazole / H-imidazole + through a cellulose acetate membrane The relative diffusion coefficient of imidazole / H-imidazole + through a CA membrane is in contact with a solution buffered by imidazole through a CA membrane. It was measured by analyzing the pH in the unbuffered solution obtained. Both samples were 30 mL and the CA membrane in contact with both solutions was 10 mm in diameter (see “Measurement of Apparent Diffusion Coefficient” above). The solution was 140 mM NaCl, 4 mM KCl, 1 mM CaCl 2 and 110 mM imidazole, and the pH was adjusted to 7.40 at 25 ° C. After 20 hours, the pH of the unbuffered solution rose to 8.86 at 25 ° C., while the pH of the other solution was unchanged. Thus, the neutral species of imidazole (the basic part of the imidazole pair) is able to diffuse at least 30 times faster than the charged species, reflecting a significant pH change, but it can be applied to the calibration solution and the sample respectively. It can be observed on the electrode surface during the exposure period.

実施例3−クレアチニンセンサー測定値への含水スペーサー層の影響
Radiometer Medical ApS, Denmark 製ABLTM735型の二つの類似した血液分析器を、実施例1に記載の二重センサーシステムに適応するように変更した。一つの血液分析器では、実施例1によるスペーサー層をいずれも装備した5個のクレアチニンセンサー(三酵素センサー)および5個のクレアチンセンサー(二酵素センサー)を配置した。同様に、もう一つの血液分析器では、5個のクレアチニンセンサー(三酵素センサー)および5個のクレアチンセンサー(二酵素センサー)を、実施例1に従うが、スペーサー層不含で配置した。
Example 3-Influence of a hydrous spacer layer on creatinine sensor measurements
Two similar hematology analyzers of type ABL 735 from Radiometer Medical ApS, Denmark were modified to accommodate the dual sensor system described in Example 1. In one blood analyzer, five creatinine sensors (three enzyme sensors) and five creatine sensors (two enzyme sensors) each equipped with a spacer layer according to Example 1 were arranged. Similarly, in another hematology analyzer, five creatinine sensors (three enzyme sensors) and five creatine sensors (two enzyme sensors) were arranged according to Example 1, but without a spacer layer.

検量溶液は、Radiometer Calibration Solution 1 S1720中の200μMクレアチニンおよび Radiometer Calibration Solution 2 S1730中の200μMクレアチンを溶解させることによって調製した。これら溶液を、他のおよびセンサーの応答が得られた後に、一つの装置中に繰り返し導入した。   A calibration solution was prepared by dissolving 200 μM creatinine in Radiometer Calibration Solution 1 S1720 and 200 μM creatine in Radiometer Calibration Solution 2 S1730. These solutions were repeatedly introduced into one apparatus after other and sensor responses were obtained.

このような検量後、それらセンサーを、次の7種類のクレアチニン不含液およびクレアチン不含液に供して、それらの「疑似」クレアチン応答を測定した(表Aを参照されたい)。   After such calibration, the sensors were subjected to the following seven creatinine-free and creatine-free solutions to measure their “pseudo” creatine responses (see Table A).

Figure 2008541104
Figure 2008541104

センサー信号は、センサーを試料に供する直前の信号と、試料接触後28秒の信号との差として計算する。同様に、センサー感度は、検量溶液から計算する。次に、7種類の液体についてのセンサー信号を、該当する「疑似」クレアチン濃度へと変換して、2酵素および3酵素双方のセンサーを、センサー感度を用いて比較する(表Bおよび表Cおよび図4を参照されたい)。期待値は「0」(ゼロ)であるということが注目される。   The sensor signal is calculated as the difference between the signal immediately before subjecting the sensor to the sample and the signal 28 seconds after contact with the sample. Similarly, sensor sensitivity is calculated from a calibration solution. The sensor signals for the seven liquids are then converted to the appropriate “pseudo” creatine concentrations, and both 2-enzyme and 3-enzyme sensors are compared using sensor sensitivity (Tables B and C and (See FIG. 4). It is noted that the expected value is “0” (zero).

Figure 2008541104
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Figure 2008541104
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表Bおよび表Cから理解されうるように、スペーサー層を装備したセンサーは、含水スペーサー層不含のセンサーと比較して、よりわずかな差(2酵素センサーおよび3酵素センサーそれぞれによる「疑似」クレアチン信号間の差)、及び、よりわずかな標準偏差しか示さない。   As can be seen from Tables B and C, the sensor equipped with the spacer layer has a slightly different difference ("pseudo" creatine with 2 enzyme sensors and 3 enzyme sensors respectively) compared to the sensor without the water-containing spacer layer. Difference between signals) and a smaller standard deviation.

一連の類似した実験を、含水スペーサー層を含む3酵素センサーおよび含まない3酵素センサーで行った。それら結果を、この場合は、「疑似」クレアチニン信号へと変換する。それら結果は、図4に示されている(黒菱形は、スペーサー層を含むセンサーであり、そして空白四角は、スペーサー層不含センサーである)。センサーごとの変動は、スペーサー層の導入で減少する。   A series of similar experiments were performed with a 3-enzyme sensor with and without a hydrous spacer layer. These results are in this case converted into “pseudo” creatinine signals. The results are shown in FIG. 4 (the black diamond is a sensor with a spacer layer and the blank square is a sensor without a spacer layer). Sensor-to-sensor variation is reduced with the introduction of a spacer layer.

実施例4−全血のクレアチン/クレアチニンセンサー測定値への含水スペーサー層の影響
健康な個体からの全血試料を、実施例1による上記センサーで測定した。患者血液試料のクレアチニン濃度は、実施例3による上の二系統(スペーサー層を含むおよび含まない)の各々からの5個のクレアチンセンサーおよび4個のクレアチニンセンサーの全組合せを用いて計算した(表Dおよび表Eを参照されたい)。
Example 4-Effect of Water-containing Spacer Layer on Whole Blood Creatine / Creatinine Sensor Measurements Whole blood samples from healthy individuals were measured with the above sensor according to Example 1. The creatinine concentration of the patient blood sample was calculated using all combinations of 5 creatine sensors and 4 creatinine sensors from each of the top two lines (with and without spacer layer) according to Example 3 (Table See D and Table E).

Figure 2008541104
Figure 2008541104

Figure 2008541104
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表Dおよび表Eから分かるように、スパンおよび標準偏差は、スペーサー層を含むセンサーの場合に低下する。
実施例5−Hへの感度
白金電極、含水スペーサー層および妨害低減層を含むだけの三つの簡単な平面センサーを、本質的には、上の「一般的なセンサー構築(厚手皮膜センサータイプ)」に記載のように構築した。
As can be seen from Tables D and E, the span and standard deviation are reduced for sensors that include a spacer layer.
Sensitivity platinum electrode to Example 5-H 2 O 2, the three simple planar sensors only include water spacer layer and interference reduction layer, in essence, "General sensor constructed above (thick film sensor Type) ”.

含水多孔質スペーサー層を、300nLの96%エタノール中の7%D4 PUR(Hydromed inc.)溶液を、微量分配によってPt作用電極上に分配することにより形成し、そして1μmの厚みのセルロースアセテートおよびセルロースアセテートブチレートの内膜を、そのスペーサー層の上部に製造した。   A hydrous porous spacer layer is formed by dispensing 300 nL of a 7% D4 PUR (Hydromed inc.) Solution in 96% ethanol on a Pt working electrode by micro-dispensing and 1 μm thick cellulose acetate and cellulose An acetate butyrate inner membrane was fabricated on top of the spacer layer.

二つの参照平面センサーは、上記のようにであるが、スペーサー層不含で且つ2μmの内膜厚みで製造した。
一連の測定は、5個のセンサーを用い且つ1mM H溶液を試験試料として用いて行った。そのH溶液は、グルコースに曝露されたグルコースオキシダーゼ層を模擬するのに用いた。それらの結果は、図5に示されている。
Two reference flat sensors were manufactured as described above, but without the spacer layer and with an inner membrane thickness of 2 μm.
A series of measurements was performed using 5 sensors and 1 mM H 2 O 2 solution as the test sample. The H 2 O 2 solution was used to simulate a glucose oxidase layer exposed to glucose. The results are shown in FIG.

より高い感度は、スペーサー層を持たないセンサーの場合(約35nA)よりも、スペーサー層を有するセンサーについて(約55nA)認められる。これは、白金電極への改善されたH拡散の結果であると考えられるが、その理由は、スペーサーが、高拡散速度を可能にするからであり、そしてセルロースアセテート内膜が、スペーサー層が存在する場合に、きわめて薄い層で分配されることが可能だからである。 Higher sensitivity is observed for the sensor with the spacer layer (about 55 nA) than for the sensor without the spacer layer (about 35 nA). This is believed to be the result of improved H 2 O 2 diffusion to the platinum electrode because the spacer allows for a high diffusion rate and the cellulose acetate inner membrane is the spacer This is because, if a layer is present, it can be distributed in a very thin layer.

図1は、電極および膜を含む慣用の酵素センサーを示す。FIG. 1 shows a conventional enzyme sensor comprising an electrode and a membrane. 図2は、図1のセンサーの膜を示す。FIG. 2 shows the membrane of the sensor of FIG. 図3は、代表的な平面厚手皮膜センサー構築を示す。FIG. 3 shows a typical planar thick film sensor construction. 図4は、いろいろな液体と接触時の二重センサーシステムについて、疑似信号への含水スペーサー層導入の作用を示す。FIG. 4 shows the effect of introducing a hydrous spacer layer on the pseudo signal for a dual sensor system in contact with various liquids. 図5は、含水スペーサー層および妨害排除層で被覆されたセンサーのHへの感度を示す。FIG. 5 shows the sensitivity to H 2 O 2 of a sensor coated with a hydrous spacer layer and an interference exclusion layer.

Claims (20)

流体試料中の被検体の濃度を測定するアンペロメトリック酵素センサーであって、
電極、
前記電極と接触している含水スペーサー層、
少なくとも一つの中間層であって、前記中間層の最も内部が、前記スペーサー層と接触しているもの、および
少なくとも一つの酵素層であって、前記酵素層の最も内部が、前記中間層の最も外部と接触しているもの
を含むアンペロメトリック酵素センサー。
An amperometric enzyme sensor for measuring the concentration of an analyte in a fluid sample,
electrode,
A hydrous spacer layer in contact with the electrode;
At least one intermediate layer, the innermost part of the intermediate layer being in contact with the spacer layer, and at least one enzyme layer, wherein the innermost part of the enzyme layer is the innermost part of the intermediate layer Amperometric enzyme sensors, including those in contact with the outside.
スペーサー層が、トラックエッチング処理済み材料について0.0005〜2%(vol/vol)の範囲内の多孔度、および溶液流延材料について1〜90%の範囲内の多孔度を有する、請求項1に記載の酵素センサー。   The spacer layer has a porosity in the range of 0.0005-2% (vol / vol) for the track-etched material and a porosity in the range of 1-90% for the solution cast material. The enzyme sensor described in 1. スペーサー層が、水および固形物を含み、そして水と固形物との間の重量比が、10:1〜1:10の範囲内である、請求項1又は2に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to claim 1 or 2, wherein the spacer layer comprises water and solids, and the weight ratio between water and solids is in the range of 10: 1 to 1:10. スペーサー層が、0.2〜20μmの範囲内の厚みを有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer layer has a thickness in the range of 0.2 to 20 µm. 含水スペーサー層が、緩衝剤、電解質塩および陽イオン交換材料より選択される一つまたはそれ以上の成分を更に含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-containing spacer layer further comprises one or more components selected from a buffer, an electrolyte salt, and a cation exchange material. センサーが、慣用のセンサーであり、そしてスペーサー層が、固形物であって、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートより選択される多孔質ポリマー母材から本質的に成る固形物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The sensor is a conventional sensor, and the spacer layer comprises a solid material consisting essentially of a porous polymer matrix selected from polyethylene terephthalate (PETP), polyvinyl chloride and polycarbonate; The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 5. 多孔質ポリマー母材が、ポリエチレンテレフタレート(PETP)材料である、請求項6に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to claim 6, wherein the porous polymer matrix is a polyethylene terephthalate (PETP) material. スペーサー層の多孔質ポリマー母材が、トラックエッチング処理済み膜である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the porous polymer base material of the spacer layer is a track-etched film. センサーが、平面センサータイプであり、そしてスペーサー層が、固形物であって、親水性ポリウレタン、親水性ポリ(メタ)アクリレート、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリウレタン、NafionTMポリマー、電気重合ポリマーおよびSPEES−PESより選択される多孔質ポリマー母材から本質的に成る固形物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の酵素センサー。 The sensor is a flat sensor type and the spacer layer is solid and is hydrophilic polyurethane, hydrophilic poly (meth) acrylate, poly (vinyl pyrrolidone), polyurethane, Nafion polymer, electropolymerized polymer and SPEES- The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 5, comprising a solid consisting essentially of a porous polymer matrix selected from PES. スペーサー層の多孔質ポリマー母材が、溶液流延層である、請求項1〜7および請求項9のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 7 and 9, wherein the porous polymer base material of the spacer layer is a solution casting layer. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の酵素センサーであって、
電極、
前記電極と接触している含水スペーサー層、
前記スペーサー層と接触している中間層、および
前記中間層と接触している酵素層
を含む酵素センサー。
The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 10,
electrode,
A hydrous spacer layer in contact with the electrode;
An enzyme sensor comprising: an intermediate layer in contact with the spacer layer; and an enzyme layer in contact with the intermediate layer.
酵素層が、クレアチナーゼおよび/またはクレアチニナーゼを含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein the enzyme layer contains creatinase and / or creatininase. 前記酵素層のためのカバー膜を更に含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to claim 1, further comprising a cover film for the enzyme layer. カバー膜が、少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料を含み、ここにおいて、該少なくとも一つの多孔質ポリマー性材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口が、親水性ポリウレタンおよび親水性ポリ(メタ)アクリレートより選択される親水性ポリマーで被覆されている、請求項13に記載の酵素センサー。   The cover membrane includes at least one porous polymeric material, wherein the outer surface and pore opening of at least one side of the at least one porous polymeric material are hydrophilic polyurethane and hydrophilic poly (meta 14. The enzyme sensor according to claim 13, which is coated with a hydrophilic polymer selected from acrylates. 流体試料中のクレアチンの濃度を測定するアンペロメトリック酵素センサーであって、
金属電極、
前記金属電極と接触している含水スペーサー層、
前記スペーサー層と接触している妨害制限層、
前記妨害制限層と接触している、サルコシンオキシダーゼおよびクレアチナーゼを含む酵素層、および
前記酵素層のためのカバー膜層
を含み、ここにおいて、前記カバー膜層は、多孔質ポリエチレンテレフタレート材料を含み、そしてここにおいて、該多孔質ポリエチレンテレフタレート材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口が、ポリエチレングリコールの主鎖セグメントを少なくとも5%(w/w)のポリエチレングリコールセグメントの重量比で含む親水性ポリウレタンで被覆され、および/または、少なくとも25%(w/w)の湿潤時含水率を有するアンペロメトリック酵素センサー。
An amperometric enzyme sensor for measuring the concentration of creatine in a fluid sample,
Metal electrodes,
A hydrous spacer layer in contact with the metal electrode;
An interference limiting layer in contact with the spacer layer;
An enzyme layer comprising sarcosine oxidase and creatinase in contact with the interference limiting layer, and a cover membrane layer for the enzyme layer, wherein the cover membrane layer comprises a porous polyethylene terephthalate material; and Wherein the outer surface of the porous polyethylene terephthalate material and the pore opening of the porous polyethylene terephthalate material comprise a polyethylene glycol main chain segment in a weight ratio of at least 5% (w / w) polyethylene glycol segment. An amperometric enzyme sensor coated with and / or having a wet moisture content of at least 25% (w / w).
多孔質ポリエチレンテレフタレート材料が、トラックエッチング処理済み材料である、請求項15に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to claim 15, wherein the porous polyethylene terephthalate material is a track-etched material. 流体試料中のクレアチニンの濃度を測定するアンペロメトリック酵素センサーであって、
金属電極、
前記金属電極と接触している含水スペーサー層、
前記スペーサー層と接触している妨害制限層、
前記妨害制限層と接触している、サルコシンオキシダーゼ、クレアチニナーゼおよびクレアチナーゼを含む酵素層、および
前記酵素層のためのカバー膜層
を含み、ここにおいて、前記カバー膜層は、多孔質ポリエチレンテレフタレート材料を含み、そしてここにおいて、該多孔質ポリエチレンテレフタレート材料の少なくとも一つの面の外部表面および細孔口が、ポリエチレングリコールの主鎖セグメントを少なくとも5%(w/w)のポリエチレングリコールセグメントの重量比で含む親水性ポリウレタンで被覆され、および/または、少なくとも25%(w/w)の湿潤時含水率を有するアンペロメトリック酵素センサー。
An amperometric enzyme sensor that measures the concentration of creatinine in a fluid sample,
Metal electrodes,
A hydrous spacer layer in contact with the metal electrode;
An interference limiting layer in contact with the spacer layer;
An enzyme layer comprising sarcosine oxidase, creatininase and creatinase in contact with the interference limiting layer, and a cover membrane layer for the enzyme layer, wherein the cover membrane layer comprises a porous polyethylene terephthalate material And wherein the outer surface of the at least one face of the porous polyethylene terephthalate material and the pore opening comprise at least 5% (w / w) weight ratio of polyethylene glycol segments to polyethylene glycol main chain segments. An amperometric enzyme sensor coated with a hydrophilic polyurethane and / or having a wet moisture content of at least 25% (w / w).
多孔質ポリエチレンテレフタレート材料が、トラックエッチング処理済み材料である、請求項17に記載の酵素センサー。   The enzyme sensor according to claim 17, wherein the porous polyethylene terephthalate material is a track-etched material. 流体試料中の被検体の濃度を測定する装置であって、請求項1〜18のいずれか1項に記載の一つまたはそれ以上の酵素センサーを含む装置。   A device for measuring the concentration of an analyte in a fluid sample, comprising one or more enzyme sensors according to any one of claims 1-18. 流体試料中の被検体の濃度を測定する方法であって、
該流体試料と、請求項1〜18のいずれか1項に記載の酵素センサーとを接触させる工程、及び
該酵素センサーの電極を必要とする少なくとも一つの測定を行う工程を含む方法。
A method for measuring the concentration of an analyte in a fluid sample,
A method comprising contacting the fluid sample with the enzyme sensor according to any one of claims 1 to 18, and performing at least one measurement requiring an electrode of the enzyme sensor.
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