JP2018042797A - Sensor element and measuring device - Google Patents

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藤田 徹司
Tetsuji Fujita
徹司 藤田
大樹 伊藤
Daiki Ito
大樹 伊藤
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor element which sufficiently fixes a mediator participating in electron transfer between an enzyme and a working electrode onto the working electrode and is hardly diffused in a sensor, and a measuring device comprising the sensor element.SOLUTION: A sensor element comprises: a base section (substrate); a working electrode provided on the base section; a detection layer provided on the working electrode; and a counter electrode where electrons move between the counter electrode and the working electrode. The detection layer includes: an enzyme acting on a target substance contained in liquid; a water-soluble mediator mediating electron transfer between the enzyme and the working electrode; and a hydrophilicity host material crosslinked to the mediator.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、センサー素子及び測定装置に関する。   The present invention relates to a sensor element and a measuring device.

糖尿病の治療は日々の血糖、つまり血液中のグルコース量のコントロールが基本であるため、医療機関だけではなく、自宅でも血糖値の動きを自分で把握するための、簡易なグルコースセンサーが使用されている。グルコースセンサーは、血液、もしくは血漿/間質液中のグルコース濃度を測定するものであり、血液中のグルコース濃度の定量を行う血糖自己測定(SMBG;Self Monitoring of Blood Glucose)装置や、皮下間質液中のグルコース濃度を連続測定して解析することにより、血糖値の変動をモニタリングする連続式グルコースモニター(CGM;Continuous
Glucose Monitoring)が知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。なお、皮下間質液と血液中ではグルコース濃度が少し異なるため、CGMでのモニターの場合には、SMBG等を用いて定期的に血糖値を測定し、その値による補正が必要となる。
Diabetes treatment is based on daily blood glucose control, that is, the amount of glucose in the blood, so simple glucose sensors are used not only at medical institutions but also at home to understand blood glucose levels. Yes. The glucose sensor measures the glucose concentration in blood or plasma / interstitial fluid, and is a blood glucose self-measurement of blood glucose (SMBG) device that quantifies the glucose concentration in blood, and a subcutaneous stroma. Continuous glucose monitor (CGM; Continuous) that monitors fluctuations in blood glucose level by continuously measuring and analyzing the glucose concentration in the liquid
Glucose Monitoring) is known (for example, refer to Patent Documents 1 and 2). It should be noted that since the glucose concentration is slightly different between the subcutaneous interstitial fluid and the blood, in the case of monitoring with CGM, it is necessary to periodically measure the blood glucose level using SMBG or the like, and to correct by that value.

SMBGは、測定原理の違いにより、さらに酵素電極法と酵素比色(比色定量)法とに分けることができるが、いずれにおいても、検体(血液/間質液等)を採取し、検体中のグルコース量を測定することにより、血液中のグルコース濃度を定量するものである。例えば、酵素電極法は、グルコースの定量に酵素が利用されているものであり、穿刺針を用いて採血し、出てきた血液(検体、試料)を試験ストリップと称する付属品で採取し、試験ストリップ上に保持された酵素等の薬剤と混合・作用させて、電圧の印加により流れた電気量(電流量)をグルコース濃度に換算することにより行う。   SMBG can be further divided into an enzyme electrode method and an enzyme colorimetric (colorimetric determination) method depending on the measurement principle. In either case, a sample (blood / interstitial fluid, etc.) is collected and collected in the sample. By measuring the amount of glucose in the blood, the glucose concentration in the blood is quantified. For example, in the enzyme electrode method, an enzyme is used for quantification of glucose. Blood is collected using a puncture needle, and the blood (specimen, sample) collected is collected with an accessory called a test strip. This is performed by mixing and acting with a drug such as an enzyme held on the strip, and converting the amount of electricity (current amount) caused by the application of voltage into a glucose concentration.

上記の酵素電極法のグルコースセンサーにおいて利用される酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ(GOD:グルコース酸化酵素)やグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH:グルコース脱水素酵素)が挙げられる。酵素としてGODを用いたGOD法は、グルコースを認識する能力が極めて高いため以前はよく用いられていたが、血液中の溶存酸素分圧の影響を受けて、実際の値よりも低く測定される傾向にあるため、現在では酵素としてGDHを用いたGDH法の方が好ましく用いられる。GDH法は、センサーに保持したGDHにより血液中のグルコースをグルコノラクトンに変換し、同時に発生した電子により、同じくセンサー中に保持されたメディエーターを還元型(水素化)メディエーターへと還元し、再び還元型メディエーターに電圧を印加して元の酸化型のメディエーターに酸化させる際に電極に起電力が発生し、これが血液中のグルコース濃度に比例することを利用したものである。ここで、メディエーターは、酸化型から還元型へと変化し、さらに酸化型に戻ることで、センサーのサイクルが一巡するため、再利用可能である。メディエーターとは、酵素と電極との間の電子移動に関与し、可逆的に酸化還元する化合物であり、測定の際の必要電圧を下げることができるために用いられることがある。   Examples of enzymes used in the glucose sensor of the above enzyme electrode method include glucose oxidase (GOD: glucose oxidase) and glucose dehydrogenase (GDH: glucose dehydrogenase). The GOD method using GOD as an enzyme has been used in the past because of its extremely high ability to recognize glucose, but it is measured lower than the actual value due to the influence of the dissolved oxygen partial pressure. Because of this tendency, the GDH method using GDH as an enzyme is more preferably used at present. In the GDH method, glucose in the blood is converted to gluconolactone by GDH held in the sensor, and simultaneously generated electrons reduce the mediator also held in the sensor to a reduced (hydrogenated) mediator. When a voltage is applied to the reduced mediator to oxidize it to the original oxidized mediator, an electromotive force is generated at the electrode, which is utilized in proportion to the glucose concentration in blood. Here, the mediator changes from the oxidized type to the reduced type, and further returns to the oxidized type, so that the cycle of the sensor is completed, so that the mediator can be reused. A mediator is a compound that is involved in electron transfer between an enzyme and an electrode and that is reversibly oxidized / reduced, and may be used because the voltage required for measurement can be lowered.

これに対し、CGMは、その名前の通り連続して血糖値を測定している機器であり、CGMを装着している間は、常時血糖値を測定している機器である。CGMは酵素を含んでいるセンサー針が常時体内に埋め込まれて、常に検体(試料)に晒らされた状態にあり、連続的に、もしくは定期的に電圧を印加することで流れる電流を測定することにより、皮下間質液中のグルコース量の変動をモニタリングする。CGMにおいても酵素電極法が利用されており、間質液中のグルコースがセンサーに浸透し、その浸透したグルコースと酵素(GDH等、酵素反応する際に補酵素を必要とする場合もある。)とメディエーターにより、還元型メディエーターが生成する。この還元型メディエーターの量を電気的に検知
することで、血液中のグルコース濃度を観測することができる。ここで使用される酵素とメディエーターは、センサーの電極表面において、高分子樹脂からなるホスト材料によって保持されている。このホスト材料は、CGMが人体埋め込み式であり、また、有機溶媒が存在すると酵素が失活しやすいことから、水を溶媒とする溶液により調製される材料であって、製膜前は水に溶解可能な水溶性の性質を有し、かつ、製膜後には水を十分に含有可能な親水性(吸水性、含水性)の性質を有しつつ、体内水分によって溶解されない、水に不溶性の材料であることが必要とされる。
On the other hand, the CGM is a device that continuously measures blood sugar levels as the name suggests, and is a device that constantly measures blood sugar levels while wearing the CGM. In CGM, a sensor needle containing an enzyme is always embedded in the body and is always exposed to the specimen (sample), and the current flowing is measured by applying voltage continuously or periodically. Therefore, the fluctuation | variation of the glucose level in subcutaneous interstitial fluid is monitored. The enzyme electrode method is also used in CGM, and glucose in the interstitial fluid permeates the sensor, and the permeated glucose and enzyme (such as GDH may require a coenzyme during an enzymatic reaction). And a mediator produces a reduced mediator. By electrically detecting the amount of this reduced mediator, the glucose concentration in the blood can be observed. The enzyme and mediator used here are held by a host material made of a polymer resin on the electrode surface of the sensor. This host material is a material that is prepared by a solution using water as a solvent because CGM is embedded in the human body and the enzyme is easily deactivated in the presence of an organic solvent. It has a water-soluble property that can be dissolved, and has a hydrophilic property (water absorption, water content) that can sufficiently contain water after film formation. It is required to be a material.

また、酵素電極法によるSMBGでは、1回の測定を正確に再現良く測定する必要があるため、精度よく測定するためには、採取試料の「量」が正確であることと、電圧を印加した際に測定した電流値が正確であること、の2点が重要である。そこで、試料(検体)と試験ストリップ上のメディエーターや他の薬剤との均一で素早い混合性が求められる。   In addition, in SMBG by the enzyme electrode method, it is necessary to measure one measurement accurately and with good reproducibility. Therefore, in order to measure accurately, the “amount” of the collected sample is accurate and a voltage is applied. Two important points are that the measured current value is accurate. Therefore, uniform and quick mixing of the sample (specimen) with the mediator and other drugs on the test strip is required.

これに対し、CGMは人体埋め込み式であり、また、時間微分で測定しており、検体液量の概念がない。このため、採取試料の「量」の正確性は求められないが、生成した還元型メディエーターの量、つまり測定電流を正確に測定することが必要となる。還元型メディエーターの量は血液中のグルコース濃度に比例するが、メディエーターは比較的低分子であるため、ホスト材料中で拡散されて十分に保持することは難しい。さらに、メディエーターが測定対象である標的物質を含む液体中まで拡散してセンサー電極近傍から離れ過ぎると、酵素との間で電子的な授受ができなくなったり、還元型メディエーターが電極から離れ過ぎるために酸化されなくなった場合には、測定で得られた電流のベースラインの変動(ドリフト)が起こり、血糖値が変動していない場合であっても、あたかも血糖変動したかのようなデータが明示される場合がある。このベースラインの変動は、CGMが連続測定を行う機器であるが故に発生する、CGMに特異的な問題点であり、CGMが連続的に血糖値をモニターすることにより、糖尿病患者の日内血糖値変化を把握して、医師が治療方針を決めるために用いられる一方で、インスリン投与時の判断装置として用いることができない理由の1つとなっている。   On the other hand, CGM is a human-embedded type and is measured by time differentiation, and there is no concept of the amount of sample liquid. For this reason, the accuracy of the “amount” of the collected sample is not required, but it is necessary to accurately measure the amount of reduced mediator produced, that is, the measurement current. The amount of reduced mediator is proportional to the glucose concentration in the blood, but since the mediator is a relatively small molecule, it is difficult to diffusely hold it in the host material. Furthermore, if the mediator diffuses into the liquid containing the target substance to be measured and is too far away from the vicinity of the sensor electrode, electronic transfer with the enzyme cannot be performed, or the reduced mediator is too far from the electrode. If it is no longer oxidized, a baseline fluctuation (drift) of the current obtained from the measurement will occur, and even if the blood glucose level has not changed, data will appear as if the blood glucose level has changed. There is a case. This variation in baseline is a problem specific to CGM that occurs because CGM is a device that performs continuous measurement, and CGM continuously monitors blood glucose levels, thereby allowing diabetic patients to monitor their daily blood glucose levels. This is one of the reasons why it cannot be used as a determination device at the time of insulin administration, while it is used for grasping the change and determining a treatment policy by a doctor.

このように、CGMによる測定は、現状では「インスリン投与量の計算指標としての血糖値測定」とはなっていない。なぜならば、CGMによる測定において、数回/日でSMBGによる値の補正が必要であれば、インスリン投与量の計算指標は、より正確で、信憑性が高いSMBGによる測定で事足りるからである(例えば、非特許文献1)。   Thus, the measurement by CGM is not currently “measurement of blood glucose level as an index for calculating insulin dose”. This is because, in the measurement by CGM, if correction of the value by SMBG is required several times / day, the calculation index of the insulin dose is sufficient for the measurement by SMBG which is more accurate and highly reliable (for example, Non-Patent Document 1).

したがって、今後のCGM開発の方向性は、「糖尿病患者の日内血糖値変化を把握し、医師が治療方針を決めるためのものであること。」、かつ、「インスリン投与量の計算指標としての血糖値測定であること。」の2つの目的を両立させることである。この2つの目的を達成するためには、まず、SMBGによる測定値の補正が必要とならないこと、つまり、測定においてベースラインのドリフトを抑制しなければならず、そのためには、メディエーターのセンサー内拡散を抑制することが必要である。そして、メディエーターのセンサー内拡散を抑制するためには、メディエーターをホスト材料に固定する必要がある。つまり、メディエーターが酵素との間で電子の授受が可能な電位を有している範囲内で、センサー中に拡散しないことが望まれる。   Therefore, the future direction of CGM development is “to understand changes in blood glucose levels in diabetic patients and determine the treatment policy by the doctor.” And “blood glucose as a calculation index for insulin dosage It is to achieve the two purposes of “to be value measurement”. In order to achieve these two objectives, first of all, it is not necessary to correct the measurement value by SMBG, that is, to suppress the drift of the baseline in the measurement. It is necessary to suppress this. In order to suppress the diffusion of the mediator in the sensor, it is necessary to fix the mediator to the host material. That is, it is desired that the mediator does not diffuse into the sensor within a range where the potential of the mediator can be transferred to and from the enzyme.

そこで、例えば、キノン系分子の誘導体からなるメディエーターを、架橋剤を用いてアノード電極に固定する技術がある(例えば、特許文献3)。   Thus, for example, there is a technique for fixing a mediator composed of a derivative of a quinone molecule to an anode electrode using a crosslinking agent (for example, Patent Document 3).

国際公開第2011/024487号International Publication No. 2011/024487 特表2013−500793号公報Special table 2013-500793 gazette 特開2005−79001号公報JP 2005-79001 A

日本メドトロニック株式会社製 グルコースモニタシステム「メドトロニック ミニメド CGMS−Gold」 使用説明書Nippon Medtronic Co., Ltd. Glucose Monitor System “Medtronic Mini Med CGMS-Gold” Instruction Manual

しかしながら、上記技術で用いられている架橋剤は、水に溶解しにくかったり、塩基性や高温環境下でなければ架橋反応が進行しない等、酵素活性を著しく低下させる条件でなければ架橋反応が進まない。また、それらの架橋剤は、CGMで用いられる親水性のホスト材料とは、架橋したとしても不十分であり、不均一な膜質となる。したがって、開示された架橋剤を用いてメディエーターを親水性のホスト材料と架橋させようとしても、ホスト材料に十分に固定させることができない。そこで、上記技術において、架橋反応の際に有機溶媒を使用することが考えられるが、酵素は水溶液中で触媒機能を発揮するものであり、有機溶媒存在下では容易に変性して失活するため、架橋反応に用いるのは好ましくない。   However, the crosslinking agent used in the above technique does not progress in the crosslinking reaction unless the enzyme activity is significantly reduced, such as it is difficult to dissolve in water or the crosslinking reaction does not proceed unless it is in a basic or high temperature environment. Absent. In addition, these crosslinking agents are insufficient even if they are crosslinked with the hydrophilic host material used in CGM, resulting in non-uniform film quality. Therefore, even if the mediator is to be crosslinked with the hydrophilic host material using the disclosed crosslinking agent, it cannot be sufficiently fixed to the host material. Therefore, in the above technique, it is conceivable to use an organic solvent in the crosslinking reaction. However, the enzyme exhibits a catalytic function in an aqueous solution, and is easily denatured and deactivated in the presence of the organic solvent. It is not preferable to use it for the crosslinking reaction.

そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、酵素と作用電極との間の電子移動に関与するメディエーターを作用電極上に十分に固定してセンサー内で拡散しにくいセンサー素子及びそのセンサー素子を備えた測定装置を提供することにある。   Accordingly, some aspects of the present invention provide a sensor in which a mediator involved in electron transfer between an enzyme and a working electrode is sufficiently fixed on the working electrode by solving at least a part of the problems described above. It is an object of the present invention to provide a sensor element that is difficult to diffuse inside and a measuring device including the sensor element.

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.

[適用例1]
本発明に係るセンサー素子の一態様は、
基部と、
前記基部に設けられた作用電極と、
前記作用電極に設けられた検知層と、
前記作用電極との間で電子が移動する対電極と、を備え、
前記検知層は、
液体に含まれる標的物質に作用する酵素と、
前記酵素と前記作用電極との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、
前記メディエーターに架橋結合した親水性のホスト材料と、を含む。
[Application Example 1]
One aspect of the sensor element according to the present invention is:
The base,
A working electrode provided at the base;
A sensing layer provided on the working electrode;
A counter electrode from which electrons move between the working electrode and
The sensing layer is
An enzyme that acts on the target substance contained in the liquid;
A water-soluble mediator that mediates electron transfer between the enzyme and the working electrode;
And a hydrophilic host material cross-linked to the mediator.

適用例1の態様によれば、水溶性のメディエーターが親水性のホスト材料に架橋結合されていることにより、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくいセンサー素子を提供することができる。   According to the aspect of Application Example 1, the water-soluble mediator is cross-linked to the hydrophilic host material, so that the mediator is sufficiently fixed on the working electrode. Therefore, it is possible to provide a sensor element in which the mediator is less likely to diffuse in the sensor and the baseline drift is less likely to occur.

[適用例2]
上記適用例において、
前記メディエーターと前記ホスト材料は、互いに架橋する架橋性官能基を有することができる。
[Application Example 2]
In the above application example,
The mediator and the host material may have crosslinkable functional groups that crosslink each other.

本発明に係るセンサー素子は、メディエーターとホスト材料のそれぞれが互いに架橋する架橋性官能基を有することにより、メディエーターとホスト材料とが架橋結合されて、
メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくくなる。
The sensor element according to the present invention has a crosslinkable functional group in which each of the mediator and the host material is cross-linked, whereby the mediator and the host material are cross-linked.
The mediator is fully immobilized on the working electrode. For this reason, it becomes difficult for the mediator to diffuse in the sensor, and the drift of the baseline does not easily occur.

[適用例3]
上記適用例において、
水溶性の架橋剤によって、前記メディエーターと前記ホスト材料とが架橋されていることができる。
[Application Example 3]
In the above application example,
The mediator and the host material can be crosslinked by a water-soluble crosslinking agent.

本発明に係るセンサー素子は、さらに、溶媒として用いる水に溶解する水溶性の架橋剤によってメディエーターとホスト材料が架橋結合されて、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくくなる。   In the sensor element according to the present invention, the mediator and the host material are cross-linked by a water-soluble cross-linking agent that dissolves in water used as a solvent, and the mediator is sufficiently fixed on the working electrode. For this reason, it becomes difficult for the mediator to diffuse in the sensor, and the drift of the baseline does not easily occur.

[適用例4]
上記適用例において、
前記架橋剤は、ビス(ビニルスルホニル)系化合物、ビスアクリルアミド系化合物およびビススチレン系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物であることができる。
[Application Example 4]
In the above application example,
The crosslinking agent may be one or more compounds selected from the group consisting of bis (vinylsulfonyl) compounds, bisacrylamide compounds, and bisstyrene compounds.

本発明に係るセンサー素子は、架橋剤として、ビス(ビニルスルホニル)系化合物、ビスアクリルアミド系化合物およびビススチレン系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物を使用することにより、酵素の活性を低下させることなく、メディエーターとホスト材料とを架橋結合して、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。   The sensor element according to the present invention uses one or more compounds selected from the group consisting of bis (vinylsulfonyl) -based compounds, bisacrylamide-based compounds, and bisstyrene-based compounds as a cross-linking agent. Without lowering, the mediator and the host material are cross-linked, and the mediator is sufficiently fixed on the working electrode.

[適用例5]
上記適用例において、
前記メディエーターは、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物およびアセナフテンキノン系化合物からなる群から選択される1種以上のキノン系化合物であることができる。
[Application Example 5]
In the above application example,
The mediator may be one or more quinone compounds selected from the group consisting of benzoquinone compounds, naphthoquinone compounds, phenanthrenequinone compounds, and acenaphthenequinone compounds.

本発明に係るセンサー素子は、メディエーターが、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物およびアセナフテンキノン系化合物からなる群から選択される1種以上のキノン系化合物であることにより、ホスト材料に固定されて、効率良く標的物質を検知するとともに、ベースラインのドリフトが起こりにくいセンサー素子を提供することができる。   The sensor element according to the present invention is such that the mediator is one or more quinone compounds selected from the group consisting of benzoquinone compounds, naphthoquinone compounds, phenanthrenequinone compounds, and acenaphthenequinone compounds. Thus, it is possible to provide a sensor element that detects a target substance efficiently and is less likely to cause a baseline drift.

[適用例6]
上記適用例において、
前記架橋性官能基は、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基およびアミノ基からなる群から選択される1種以上の官能基であることができる。
[Application Example 6]
In the above application example,
The crosslinkable functional group may be one or more functional groups selected from the group consisting of a double bond, a hydroxyl group, an imino group, a thiol group, and an amino group.

本発明に係るセンサー素子は、架橋性官能基が、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基およびアミノ基からなる群から選択される1種以上の官能基であることにより、メディエーターとホスト材料が架橋結合されて、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。   In the sensor element according to the present invention, the crosslinkable functional group is one or more functional groups selected from the group consisting of a double bond, a hydroxyl group, an imino group, a thiol group, and an amino group. Are cross-linked so that the mediator is fully immobilized on the working electrode.

[適用例7]
上記適用例において、
前記ホスト材料は、ポリビニルアルコール系化合物、グリコール系化合物およびセルロース系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物であることができる。
[Application Example 7]
In the above application example,
The host material may be one or more compounds selected from the group consisting of polyvinyl alcohol compounds, glycol compounds, and cellulose compounds.

本発明に係るセンサー素子は、ホスト材料が、ポリビニルアルコール系化合物、グリコール系化合物およびセルロース系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物であることにより、製膜前は水溶性の性質を有し、かつ、製膜後は十分に親水性(吸水性)の性質を有する。そして、これらの化合物により形成されたホスト材料を用いることにより、酵素を失活させることなくホスト材料中に保持する効果が高いだけでなく、メディエーターと架橋結合することにより、メディエーターを作用電極上に十分に固定することができる。   In the sensor element according to the present invention, the host material is one or more compounds selected from the group consisting of a polyvinyl alcohol compound, a glycol compound, and a cellulose compound. And has a sufficiently hydrophilic (water-absorbing) property after film formation. By using a host material formed of these compounds, not only is the effect of retaining the enzyme in the host material without deactivating the enzyme, but also the cross-linking with the mediator allows the mediator to be placed on the working electrode. It can be fixed sufficiently.

[適用例8]
上記適用例において、
前記メディエーターは、酸化還元電位が−0.25V以上0.2V以下の範囲にあることができる。
[Application Example 8]
In the above application example,
The mediator may have a redox potential in a range of −0.25V to 0.2V.

本発明に係るセンサー素子は、メディエーターの酸化還元電位が−0.25V以上0.2V以下の範囲にあることにより、測定の際の妨害成分による影響を受けにくくなる。   The sensor element according to the present invention is less susceptible to interference components during measurement when the redox potential of the mediator is in the range of −0.25 V to 0.2 V.

[適用例9]
上記適用例において、
前記標的物質はグルコースであることができる。
[Application Example 9]
In the above application example,
The target substance may be glucose.

本発明に係るセンサー素子は、標的物質がグルコースである場合に好適である。   The sensor element according to the present invention is suitable when the target substance is glucose.

[適用例10]
上記適用例において、
前記酵素は、グルコース脱水素酵素であることができる。
[Application Example 10]
In the above application example,
The enzyme can be glucose dehydrogenase.

本発明に係るセンサー素子は、酵素がグルコース脱水素酵素標的物質である場合にも好適である。
[適用例11]
上記適用例において、
参照電極をさらに含むことができる。
The sensor element according to the present invention is also suitable when the enzyme is a glucose dehydrogenase target substance.
[Application Example 11]
In the above application example,
A reference electrode can be further included.

本発明に係るセンサー素子は、参照電極をさらに含む場合にも好適である。   The sensor element according to the present invention is also suitable when it further includes a reference electrode.

[適用例12]
本発明に係る測定装置の一態様は、
上記適用例1乃至11のいずれか一例に記載のセンサー素子を備えることを特徴とする。
[Application Example 12]
One aspect of the measuring apparatus according to the present invention is:
The sensor element according to any one of the application examples 1 to 11 is provided.

適用例12の態様によれば、本発明に係るセンサー素子を備えることにより、酵素と作用電極との間の電子移動に関与する水溶性のメディエーターが親水性のホスト材料に架橋結合され、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくい測定装置を提供することができる。   According to the application example 12, by including the sensor element according to the present invention, the water-soluble mediator involved in the electron transfer between the enzyme and the working electrode is cross-linked to the hydrophilic host material, and the mediator is It is well fixed on the working electrode. Therefore, it is possible to provide a measurement device in which the mediator is less likely to diffuse in the sensor and the baseline drift is less likely to occur.

[適用例13]
上記適用例において、
前記測定装置は、持続血糖測定型であることができる。
[Application Example 13]
In the above application example,
The measurement device may be a continuous blood glucose measurement type.

本発明に係る測定装置は、本発明に係るセンサー素子を備えることにより、持続血糖測定型の測定装置として特に好適である。   The measurement apparatus according to the present invention is particularly suitable as a continuous blood glucose measurement type measurement apparatus by including the sensor element according to the present invention.

本発明の実施形態に係るセンサー素子と測定装置とを接続した状態を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the state which connected the sensor element and measuring device which concern on embodiment of this invention. センサー素子から針部を引き抜いた状態を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the state which pulled out the needle part from the sensor element. センサー素子を皮膚に装着した状態を示す側面図。The side view which shows the state which mounted | wore the skin with the sensor element. センサー素子が備えるカニューレを拡大して示す断面図。Sectional drawing which expands and shows the cannula with which a sensor element is provided. センサー素子が備える検出部を示す平面図。The top view which shows the detection part with which a sensor element is provided. センサー素子が備える検出部を示す断面図。Sectional drawing which shows the detection part with which a sensor element is provided. センサー素子が備える検出部の他の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other structural example of the detection part with which a sensor element is provided. センサー素子が備える検出部の他の構成例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the other structural example of the detection part with which a sensor element is provided. センサー素子が備える検出部を駆動させる回路の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the circuit which drives the detection part with which a sensor element is provided. センサー素子をインシュリンポンプに装着した状態を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the state which mounted | wore the insulin pump with the sensor element.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1.センサー素子および測定装置
まず、本実施形態に係るセンサー素子およびセンサー素子を備える測定装置について、装置構成、検出部の構成、グルコース値の測定の順に、図面を用いて説明する。なお、本実施形態において、センサー素子および測定装置として、標的物質が皮下間質液中のグルコースである、皮下間質液中のグルコース濃度を測定するために用いられる持続血糖測定型のグルコースセンサーの例を挙げて説明するが、本発明はこの態様に限られない。
1. Sensor Element and Measuring Device First, a measuring device including a sensor element and a sensor element according to the present embodiment will be described with reference to the drawings in the order of the device configuration, the detection unit configuration, and the glucose level measurement. In this embodiment, as a sensor element and a measurement device, a continuous blood glucose measurement type glucose sensor used for measuring the glucose concentration in subcutaneous interstitial fluid, in which the target substance is glucose in subcutaneous interstitial fluid. Although an example is given and demonstrated, this invention is not limited to this aspect.

1.1.装置構成
本発明の一実施形態に係る測定装置は、本発明の一実施形態に係るセンサー素子を備えることを特徴とする。
1.1. Apparatus Configuration A measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a sensor element according to an embodiment of the present invention.

図1は、本発明の実施形態に係るセンサー素子100と測定装置101とを接続した状態を模式的に示す斜視図であり、図2は、センサー素子100から針部121を引き抜いた状態を模式的に示す斜視図である。図3は、センサー素子100を皮膚に装着した状態を示す側面図であり、図4はセンサー素子100が備えるカニューレ111を拡大して示す断面図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a state in which the sensor element 100 and the measuring device 101 according to the embodiment of the present invention are connected, and FIG. 2 is a schematic view in which the needle part 121 is pulled out from the sensor element 100. FIG. FIG. 3 is a side view showing a state where the sensor element 100 is attached to the skin, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a cannula 111 provided in the sensor element 100.

図1に示す測定装置101は、図1に示す測定装置101は、センサー素子100を接続して使用されるものであり、センサー素子100と、センサー素子100で得られた電流値を解析する処理回路200を備えた演算装置210と、演算装置210で演算することで得られた測定値を表示するモニター151を備える表示部155と、センサー素子100を表示部155に装着(接続)するコネクタ131と、処理回路200とコネクタ131とを接続する配線132とを有する。   The measuring apparatus 101 shown in FIG. 1 is used by connecting the sensor element 100 to the measuring apparatus 101 shown in FIG. 1, and processing for analyzing the sensor element 100 and the current value obtained by the sensor element 100. An arithmetic device 210 including the circuit 200, a display unit 155 including a monitor 151 that displays a measurement value obtained by the arithmetic device 210, and a connector 131 that attaches (connects) the sensor element 100 to the display unit 155. And a wiring 132 for connecting the processing circuit 200 and the connector 131.

センサー素子100は、図1−3に示すように、全体形状がドーム状をなした本体部110と、本体部110に対して着脱可能であり、先端側に針部121を備える着脱部120とを有する。   As shown in FIG. 1-3, the sensor element 100 has a main body part 110 having a dome shape as a whole, and a removable part 120 that is detachable from the main body part 110 and includes a needle part 121 on the distal end side. Have

図2に示すように、着脱部120は、基端側に位置する把持部122と、先端側に位置する針部121とを備える。針部121は、全体形状は半円筒状に形成され、先端側は鋭利に形成される。針部121は、着脱部120を本体部110に装着させた際に、貫通孔112を貫通して本体部110の下面から突出することで、カニューレ111の側面の一部を取り囲み、これにより、カニューレ111と嵌合するよう構成される(図4参照)。   As shown in FIG. 2, the detachable portion 120 includes a grip portion 122 located on the proximal end side and a needle portion 121 located on the distal end side. The needle part 121 is formed in a semi-cylindrical shape as a whole, and is sharply formed on the tip side. The needle part 121 surrounds a part of the side surface of the cannula 111 by penetrating the through-hole 112 and projecting from the lower surface of the main body part 110 when the detachable part 120 is attached to the main body part 110. It is configured to mate with the cannula 111 (see FIG. 4).

図3に示すように、本体部110は、下面110aに粘着層(図示せず)を備えると共に、表皮501より皮下組織502に挿入されて、皮下間質液を吸引することにより採取するカニューレ111が突出形成される。カニューレ111は、本体部110の上面110bから下面110aに向かって貫通形成された貫通孔112に接続される。   As shown in FIG. 3, the main body 110 has an adhesive layer (not shown) on the lower surface 110 a and is inserted into the subcutaneous tissue 502 from the epidermis 501 and collected by sucking subcutaneous interstitial fluid. Projectingly formed. The cannula 111 is connected to a through hole 112 formed through the main body 110 from the upper surface 110b toward the lower surface 110a.

このような構成のセンサー素子100において、着脱部120を本体部110に装着する場合には、把持部122を把持した状態で、針部121を本体部110の貫通孔112に挿通させることにより行う(図1参照。)。一方、着脱部120を本体部110から取り外す場合には、把持部122を把持した状態で針部121を引き抜くことにより行う(図2参照。)。このように、本実施形態に係るセンサー素子100の着脱部120は、本体部110に対して着脱可能に構成される。   In the sensor element 100 having such a configuration, when the detachable portion 120 is attached to the main body portion 110, the needle portion 121 is inserted into the through hole 112 of the main body portion 110 while the grip portion 122 is gripped. (See FIG. 1). On the other hand, when the detachable part 120 is removed from the main body part 110, it is performed by pulling out the needle part 121 while holding the grip part 122 (see FIG. 2). As described above, the detachable portion 120 of the sensor element 100 according to the present embodiment is configured to be detachable from the main body portion 110.

センサー素子100を表皮501に装着する際には、図3に示すように、本体部110の下面110aを表皮501に当接させて、カニューレ111を伴った針部121を表皮501に突き刺すことにより行い、これにより、針部121とカニューレ111は皮下組織502に挿入される。これにより、本体部110は表皮501に固定され、着脱部120の針部121の誘導により、カニューレ111が皮下組織502に配置される。   When attaching the sensor element 100 to the epidermis 501, as shown in FIG. 3, the lower surface 110a of the main body 110 is brought into contact with the epidermis 501 and the needle part 121 with the cannula 111 is pierced into the epidermis 501. This causes the needle 121 and cannula 111 to be inserted into the subcutaneous tissue 502. Thereby, the main body 110 is fixed to the epidermis 501, and the cannula 111 is placed in the subcutaneous tissue 502 by the guidance of the needle 121 of the detachable part 120.

次に、把持部122を把持して着脱部120を本体部110から離脱させることにより、カニューレ111を皮下組織502に挿入(残存)させた状態で、針部121を皮下組織502から引き抜くことにより取り除く。このようにして、センサー素子100の本体部110のみを表皮501に装着させることができ、着脱部120の針部121は、本体部110を表皮501に装着する際に、カニューレ111を、経皮的に、皮下組織502へと配置させるための誘導部材として用いられる。   Next, by grasping the grasping part 122 and detaching the attaching / detaching part 120 from the main body part 110, with the cannula 111 inserted (remaining) in the subcutaneous tissue 502, the needle part 121 is pulled out from the subcutaneous tissue 502. remove. In this way, only the main body part 110 of the sensor element 100 can be attached to the epidermis 501, and the needle part 121 of the detachable part 120 allows the cannula 111 to be percutaneously attached when the main body part 110 is attached to the epidermis 501. In particular, it is used as a guide member for placement into the subcutaneous tissue 502.

図4に示すように、カニューレ111は、全体が円筒状に形成され、本体部110の下面110aに接続される基端から先端に連通する連通孔(貫通孔)で構成される中空部114と、中空部114をカニューレ111の外側に開放する窓部113とを有する。   As shown in FIG. 4, the cannula 111 is formed in a cylindrical shape as a whole, and has a hollow portion 114 formed of a communication hole (through hole) communicating from the base end to the tip connected to the lower surface 110 a of the main body 110. , And a window portion 113 that opens the hollow portion 114 to the outside of the cannula 111.

中空部114には、本体部110が備える検出部300が設けられる。検出部300には、皮下組織502に血管503から移行することで含まれる間質液が、窓部113を介して接触し、検出部300により、間質液中におけるグルコースを検出することができる。そして、本体部110を表皮501に装着することで、カニューレ111を皮下組織502に長期に亘って配置させることができるため、間質液中におけるグルコースの検出を連続的に行うことができる。このように、本発明の実施形態に係るセンサー素子100は、間質液中におけるグルコース値を連続的に観察するCGMS(continuous glucose monitoring system)として用いられる。   The hollow portion 114 is provided with a detection unit 300 included in the main body 110. Interstitial fluid contained in the detection unit 300 by moving from the blood vessel 503 to the subcutaneous tissue 502 comes into contact with the detection unit 300 through the window 113, and the detection unit 300 can detect glucose in the interstitial fluid. . By attaching the main body 110 to the epidermis 501, the cannula 111 can be placed in the subcutaneous tissue 502 over a long period of time, so that glucose in the interstitial fluid can be detected continuously. As described above, the sensor element 100 according to the embodiment of the present invention is used as a CGMS (continuous glucose monitoring system) for continuously observing the glucose value in the interstitial fluid.

1.2.検出部の構成
次に、本体部110が備える検出部300について説明する。図5は、本実施形態に係るセンサー素子100の本体部110が備える検出部300を示す平面図であり、図6は検出部300を示す断面図である。
1.2. Configuration of Detection Unit Next, the detection unit 300 included in the main body 110 will be described. FIG. 5 is a plan view showing the detection unit 300 included in the main body 110 of the sensor element 100 according to the present embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing the detection unit 300.

図5および図6に示すように、検出部300は、基板(基部)301と、電極層315
と、検知層321とを有する。
As shown in FIGS. 5 and 6, the detection unit 300 includes a substrate (base) 301 and an electrode layer 315.
And a detection layer 321.

1.2.1.基板
基板301は、検出部300を構成する各部(本実施形態では、電極層315および検知層321)を支持するものである。
1.2.1. Substrate The substrate 301 supports each part (in this embodiment, the electrode layer 315 and the detection layer 321) constituting the detection unit 300.

基板301の構成材料としては、大気、水および体液、血液、間質液に対して化学反応することなく安定したものであれば、特に限定されることなく各種材料を用いることができる。具体的には、例えば、ガラス、SUS等の無機材料、非晶ポリアリレート(PAR:Polyarylate)、ポリスルホン(PSF:Polysulfone)、ポリエーテルスルホン(PES:Polyethersulfone)、ポリフェニレンスルファイド(PPS:Polyphenylene sulfide)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK:Polyether ether ketone/別称:芳香族ポリーエテルケトン)、ポリイミド(PI:Polyimide)、ポリエーテルイミド(PEI:Polyetherimide)、フッ素樹脂(Fluorocarbon polymer)、ナイロン、アミドを含むポリアミド(PA)、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル等の樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   As a constituent material of the substrate 301, various materials can be used without particular limitation as long as they are stable without chemically reacting with air, water, body fluid, blood, and interstitial fluid. Specifically, for example, inorganic materials such as glass and SUS, amorphous polyarylate (PAR), polysulfone (PSF: Polysulfone), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS: Polyphenylene sulfide). , Polyether ether ketone (PEEK: Polyether ether / Also known as: aromatic polyetherketone), Polyimide (PI: Polyimide), Polyetherimide (PEI: Polyetherimide), Fluorocarbon (Fluorocarbon polymer), Polyamide containing nylon and amide (PA), such as polyethylene terephthalate (PET) Resin material and the like, such as ether, it may be used singly or in combination of two or more of them.

1.2.2.電極層
電極層315は、検知層321で発生した電子を検出し、この検出された電子を電流量として測定するものであり、基板301上に形成され、作用電極311、対電極312、参照電極313および配線314を有している。
1.2.2. Electrode layer The electrode layer 315 detects electrons generated in the detection layer 321 and measures the detected electrons as a current amount. The electrode layer 315 is formed on the substrate 301 and has a working electrode 311, a counter electrode 312 and a reference electrode. 313 and wiring 314 are provided.

各電極311、312、313は、それぞれ独立して、配線314、132およびをコネクタ131介して、処理回路200と電気的に接続されている。これにより、各電極311、312(電極層315)で測定された電流値が、本体部110が備える回路400および配線314を介して、処理回路200に伝達され、処理回路200を備える演算装置210の解析により、間質液中におけるグルコース値が測定値として算出される。そして、この測定値(グルコース値)がモニター151に表示され、装着者にグルコース値が連続的に知らせられる。   Each of the electrodes 311, 312, and 313 is electrically connected to the processing circuit 200 through the wirings 314 and 132 and the connector 131 independently. As a result, the current value measured at each of the electrodes 311 and 312 (electrode layer 315) is transmitted to the processing circuit 200 via the circuit 400 and the wiring 314 included in the main body 110, and the arithmetic device 210 including the processing circuit 200 is transmitted. By the analysis, the glucose value in the interstitial fluid is calculated as the measured value. And this measured value (glucose value) is displayed on the monitor 151, and a glucose value is continuously notified to a wearer.

各電極311、312、313の構成材料は、酵素電極として用いることが可能であれば特に限定されず、それぞれ、例えば、金、銀、白金またはこれらを含む合金もしくはこれらを主材料とする合金、ITO等の金属酸化物系材料、カーボン(グラファイト)、導電性カーボンテープ等の炭素系材料等を電極として用いることができる。   The constituent material of each electrode 311, 312, 313 is not particularly limited as long as it can be used as an enzyme electrode, and for example, gold, silver, platinum, an alloy containing these or an alloy mainly containing these, Metal oxide-based materials such as ITO, carbon-based materials such as carbon (graphite), conductive carbon tape, and the like can be used as electrodes.

各電極311、312、313の成膜は、各電極311、312、313を白金、金またはこれらの合金で構成する場合、スパッタ法、メッキ法、真空加熱蒸着法により成膜可能である。また、各電極311、312、313をカーボングラファイトで構成する場合は、カーボングラファイトを適当な溶剤に溶かし込んだバインダーに混ぜ込んで塗布することで実現できる。導電性カーボンテープの場合には、基板301上に直接貼ることにより構成する。   The electrodes 311, 312, and 313 can be formed by sputtering, plating, or vacuum heating vapor deposition when the electrodes 311, 312, and 313 are made of platinum, gold, or an alloy thereof. Further, when each of the electrodes 311, 312, and 313 is made of carbon graphite, it can be realized by mixing carbon graphite in a binder dissolved in an appropriate solvent and applying it. In the case of a conductive carbon tape, it is configured by being directly pasted on the substrate 301.

なお、対電極312は、後述する作用電極311と同様に、水および体液、血液、間質液に対して化学反応することなく安定であるように、表面が作用電極311と同様の材質で製膜されていることが好ましい。また、測定の高精度かつ安定化を求めるのであれば、面積が広いことが好ましく、作用電極311の半分程度の面積でも動作上は問題ないが、作用電極311と同等の面積を有するか、1−2倍程度であることが好ましい。   The counter electrode 312 is made of the same material as that of the working electrode 311 so that the counter electrode 312 is stable without chemically reacting with water, body fluid, blood, and interstitial fluid, like the working electrode 311 described later. It is preferable to be a film. In addition, if high accuracy and stabilization of measurement are desired, it is preferable that the area is large. Even if the area is about half that of the working electrode 311, there is no problem in operation. It is preferably about −2 times.

また、参照電極313は、銀を用いて形成されていることが好ましく、さらに、銀表面をAgCl化してあると更に好ましい。また、白金を主成分とする白金線(ワイヤー)を用いてもよいし、水および体液、血液、間質液に対して化学反応することなく安定した材料であるように、後述する作用電極311と同様の材料で表面が製膜されていてもよい。   The reference electrode 313 is preferably formed using silver, and more preferably, the silver surface is converted to AgCl. Further, a platinum wire (wire) containing platinum as a main component may be used, and a working electrode 311 described later is used so as to be a stable material without chemically reacting with water, body fluid, blood, or interstitial fluid. The surface may be formed of the same material as in FIG.

1.2.3.検知層
検知層321は、酵素およびメディエーターを含有する層であり、図6に示すように、電極層315上に積層して形成されている。つまり、検知層321は、作用電極311、対電極312および参照電極313を覆うように形成され、検知層321の上面に接触した間質液から浸透したグルコースと接触した酵素の作用により、例えば、グルコースを酸化してグルコノラクトンに変換する。そして、グルコースの酸化と同時に発生した電子により、メディエーターを還元型(水素化)メディエーターへと還元し、還元型メディエーターに電圧を印加して元の酸化型メディエーターに酸化させる際に発生した電子を、電極層315の作用電極311に供給する。
1.2.3. Detection Layer The detection layer 321 is a layer containing an enzyme and a mediator, and is formed by being laminated on the electrode layer 315 as shown in FIG. That is, the detection layer 321 is formed so as to cover the working electrode 311, the counter electrode 312, and the reference electrode 313, and by the action of the enzyme in contact with glucose that has permeated from the interstitial fluid in contact with the upper surface of the detection layer 321, for example, Glucose is oxidized and converted to gluconolactone. Then, the electrons generated at the same time as the oxidation of glucose reduce the mediator to a reduced (hydrogenated) mediator, and when the voltage is applied to the reduced mediator to oxidize it to the original oxidized mediator, Supply to the working electrode 311 of the electrode layer 315.

このような作用を有する検知層321は、標的物質に作用する酵素と、酵素と作用電極311との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、メディエーターと架橋結合した親水性のホスト材料と、必要に応じて各構成材料間を結合する結合剤もしくは硬化剤を有する。   The detection layer 321 having such an action includes an enzyme that acts on the target substance, a water-soluble mediator that mediates electron transfer between the enzyme and the working electrode 311, and a hydrophilic host material that is cross-linked to the mediator. If necessary, it has a binder or a curing agent that bonds the constituent materials.

<酵素>
検知層321に含まれる酵素としては、検体中のグルコース検知が目的の場合には、グルコースオキシダーゼ(GOD)を用いることもできるが、血液中の溶存酸素分圧の影響を受けないことと、マルトース等の他の糖に作用しない基質特異性を有することから、グルコースデヒドロゲナーゼ(グルコース脱水素酵素;GDH)を使用することが好ましい。この場合には、補酵素としてフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)や、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)を使用することが好ましい。なお、補酵素を用いる場合には、酵素に化学的に結合していても、結合していなくても、どちらでも使用可能であるが、酵素に化学的に結合している方が好ましい。
<Enzyme>
As the enzyme contained in the detection layer 321, glucose oxidase (GOD) can be used for the purpose of detecting glucose in the specimen, but it is not affected by the partial pressure of dissolved oxygen in the blood, and maltose. It is preferable to use glucose dehydrogenase (glucose dehydrogenase; GDH) because it has substrate specificity that does not act on other sugars such as. In this case, it is preferable to use flavin adenine dinucleotide (FAD) or nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) as a coenzyme. When a coenzyme is used, it can be used whether it is chemically bound to the enzyme or not, but it is preferably chemically bound to the enzyme.

<メディエーター>
検知層321に含まれるメディエーターとしては、酵素と作用電極311との間の電子移動を媒介する作用を有し、かつ、親水性のホスト材料と、直接、または、架橋剤を介して架橋可能な官能基を有する水溶性の化合物であり、特にキノン化合物であることが好ましい。ここで、本明細書において、「水溶性」とは、溶媒として用いる水に溶解する性質を指し、具体的には、60℃以下の温度において、反応溶液濃度20質量%以下、好ましくは10質量%以下の濃度で溶解できる性質のことを指す。このような水溶性の化合物をメディエーターとして使用することにより、検知層321の作製の際に酵素の活性を低下させることなく検知層321を作製することができる。また、作製された検知層321において、メディエーターとホスト材料とが架橋結合されることにより、メディエーターが作用電極311上に十分に固定される。
<Mediator>
The mediator included in the detection layer 321 has a function of mediating electron transfer between the enzyme and the working electrode 311 and can be cross-linked with a hydrophilic host material directly or via a cross-linking agent. It is a water-soluble compound having a functional group, and particularly preferably a quinone compound. Here, in this specification, “water-soluble” refers to the property of being dissolved in water used as a solvent. Specifically, at a temperature of 60 ° C. or lower, the reaction solution concentration is 20% by mass or less, preferably 10% by mass. It refers to the property that can be dissolved at a concentration of less than%. By using such a water-soluble compound as a mediator, the detection layer 321 can be produced without reducing the enzyme activity when the detection layer 321 is produced. Further, in the manufactured detection layer 321, the mediator and the host material are cross-linked, so that the mediator is sufficiently fixed on the working electrode 311.

そのようなキノン系のメディエーターとしては、具体的には、官能基として、二重結合、水酸基(−OH)、イミノ基(−NH−)、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH)を有する、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物、アセナフテンキノン系化合物が挙げられる。 As such a quinone-based mediator, specifically, as a functional group, a double bond, a hydroxyl group (—OH), an imino group (—NH—), a thiol group (—SH), an amino group (—NH 2 ). ), Benzoquinone compounds, naphthoquinone compounds, phenanthrenequinone compounds, and acenaphthenequinone compounds.

より具体的には、ナフトキノン系化合物である、ビタミン−MK3、ビタミン−MK4、ビタミン−K1、2−ヒドロキシ‐1,4‐ナフトキノン、5‐ヒドロキシ‐1,4‐ナフトキノン、トリヒドロキシナフトキノン、3‐ヒドロキシ‐1,4-ナフトキノン−2
−スルホン酸Na、7−ヒドロキシ−1,2−ナフトキノン−4−スルホン酸Na、1,2−ナフトキノン4−スルホン酸Na、フェナントレンキノン系化合物である、7−(4−スチリル)−9,10−フェナントレンキノン−2−スルホン酸Na、7−(プロパン−1−エン)‐9,10‐フェナントレンキノン、7−(1‐ヒドロキシプロパン)−9,10−フェナントレンキノン‐2‐スルホン酸Na、2−ヒドロキシ‐9,10‐フェナントレンキノン、1,4,8−トリヒドロキシ−2−メチル−3−(4‐メチルバレリル)−9,10−フェナントレンキノン、2‐(1‐アミノプロピル)−9,10−フェナントレンキノン、アセナフテンキノン系化合物である、3−(2,7−ジメチルオクタン−2,6−ジエン−8−イル)−7,8−アセナフテンキノン、3−(1‐ヒドロキシプロピル)−7,8−アセナフテンキノン、3−(1‐アミノプロピル)−7,8−アセナフテンキノン等が挙げられる。
More specifically, vitamin-MK3, vitamin-MK4, vitamin-K1,2-hydroxy-1,4-naphthoquinone, 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, trihydroxynaphthoquinone, 3- Hydroxy-1,4-naphthoquinone-2
-7- (4-styryl) -9,10 which is Na-sulfonic acid, 7-hydroxy-1,2-naphthoquinone-4-sulfonic acid Na, 1,2-naphthoquinone 4-sulfonic acid Na, phenanthrenequinone compound -Na phenanthrenequinone-2-sulfonic acid, 7- (propane-1-ene) -9,10-phenanthrenequinone, 7- (1-hydroxypropane) -9,10-phenanthrenequinone-2-sulfonic acid Na, 2 -Hydroxy-9,10-phenanthrenequinone, 1,4,8-trihydroxy-2-methyl-3- (4-methylvaleryl) -9,10-phenanthrenequinone, 2- (1-aminopropyl) -9,10 -Phenanthrenequinone, an acenaphthenequinone compound, 3- (2,7-dimethyloctane-2,6-dien-8-yl -7,8 acenaphthenequinone, 3- (1-hydroxypropyl) -7,8 acenaphthenequinone, 3- (1-aminopropyl) -7,8-acenaphthenequinone, and the like.

これらのメディエーターは、酸化還元電位が−0.25V以上0.2V以下の範囲にあることが好ましい。本実施形態において、メディエーターの酸化還元電位が−0.25V以上0.2V以下の範囲にあることにより、グルコース濃度の測定の際に、血中妨害成分による影響を受けにくくなる。   These mediators preferably have a redox potential in the range of −0.25 V or more and 0.2 V or less. In this embodiment, when the oxidation-reduction potential of the mediator is in the range of −0.25 V or more and 0.2 V or less, it is less likely to be affected by blood interference components when measuring the glucose concentration.

メディエーターとして使用が考えられるキノン系化合物は、サイクリックボルタンメトリーを用い、参照電極として銀塩化銀電極(Ag|Agcl)を用いた測定で得られた電圧−電流グラフにおいて、0Vを起点とし、負側へ−0.5Vで折り返し掃引測定した結果、化合物が還元されて還元体になるピーク電位と、還元体が酸化されて元に戻る際の戻り酸化ピーク電位とが観察される。そして、本実施形態に係るセンサー素子100では、メディエーターの還元は、酵素−補酵素がグルコースに作用して変化した酵素−補酵素還元体との反応により生成するので、重要な点は戻り酸化のピーク電位となる。   The quinone compound that is considered to be used as a mediator is a voltage-current graph obtained by measurement using cyclic voltammetry and a silver-silver chloride electrode (Ag | Agcl) as a reference electrode. As a result of the swept sweep measurement at −0.5 V, a peak potential where the compound is reduced to become a reductant and a return oxidation peak potential when the reductant is oxidized and returned to the original state are observed. In the sensor element 100 according to the present embodiment, the reduction of the mediator is generated by the reaction between the enzyme-coenzyme acting on glucose and the enzyme-coenzyme reductant that has been changed. Peak potential.

一方、血中妨害成分として、例えば、アスコルビン酸、尿酸、投薬により濃度が高くなるアセトアミノフェンが挙げられ、これらの酸化還元電位をサイクリックボルタンメトリーで測定した場合、メディエーターとして使用が考えられるキノン系化合物とは、電気化学的に反応する電位と重なる場合がある。したがって、サイクリックボルタンメトリーによる酸化還元電位の測定において、血中妨害成分とメディエーターの電位が重ならないように、使用するメディエーターを選択することが必要となる。   On the other hand, examples of disturbing components in blood include, for example, ascorbic acid, uric acid, and acetaminophen whose concentration is increased by medication. When these redox potentials are measured by cyclic voltammetry, they are considered to be used as mediators. A compound may overlap with an electrochemically reacting potential. Therefore, in the measurement of the oxidation-reduction potential by cyclic voltammetry, it is necessary to select the mediator to be used so that the potential of the blood interfering component and the mediator do not overlap.

つまり、メディエーターの酸化還元電位が−0.25V以上0.2V以下の範囲にある場合、上記の血中妨害成分の信号を拾うことが無くなるため、グルコース濃度の測定において、上記の血中妨害成分の影響を除くことが可能となる。   In other words, when the redox potential of the mediator is in the range of −0.25 V or more and 0.2 V or less, the blood interference component signal is not picked up. Can be removed.

<ホスト材料>
検知層321を構成し、検知層321中に酵素とメディエーターを保持する親水性のホスト材料としては、親水性を有し、メディエーターと直接、または、架橋剤を介して架橋可能な架橋性官能基を有する化合物により形成されている材料であれば、特に限定されず用いることができる。さらには、自己架橋または架橋剤による架橋反応や、紫外線照射等による硬化による製膜前は水溶性の性質を有し、かつ、製膜後も水との親和性を維持しつつ、血液や皮下間質液等の体内水分によって溶解されない水に不溶性の材料であれば、特に限定されず用いることができる。本実施形態では、このような親水性のホスト材料を用いることにより、検知層321の作製の際に酵素の活性を低下させることなく検知層321を作製することができる。また、作製された検知層321において、メディエーターとホスト材料とが架橋結合されて、メディエーターが作用電極311上に十分に固定される。
<Host material>
The hydrophilic host material that constitutes the detection layer 321 and retains the enzyme and mediator in the detection layer 321 has hydrophilicity and can be crosslinked directly with the mediator or via a crosslinking agent. Any material can be used as long as it is a material formed of a compound having the following. Furthermore, it has water-soluble properties before film formation by self-crosslinking or crosslinking reaction with a crosslinking agent or curing by ultraviolet irradiation, etc., and maintains affinity with water after film formation while maintaining blood and subcutaneous properties. Any material that is insoluble in water that is not dissolved by moisture in the body, such as interstitial fluid, can be used without particular limitation. In this embodiment, by using such a hydrophilic host material, the detection layer 321 can be manufactured without reducing the enzyme activity when the detection layer 321 is manufactured. In the manufactured detection layer 321, the mediator and the host material are cross-linked and the mediator is sufficiently fixed on the working electrode 311.

ここで、本明細書において、「親水性」とは、水との親和力が強い性質を持つことを意
味する。具体的には、自重に対して10質量%倍以上、好ましくは20質量%、さらに好ましくは50%質量以上の水を含有(保水、含水)可能な性質を意味する。したがって、ホスト材料の製膜後における「水との親和性」とは、製膜後のホスト材料が水を十分に含有可能な性質を有していることを意味する。
Here, in the present specification, “hydrophilic” means having a strong affinity for water. Specifically, it means a property capable of containing (holding water, containing water) 10% by mass or more, preferably 20% by mass, and more preferably 50% by mass or more with respect to its own weight. Therefore, “affinity with water” after the formation of the host material means that the host material after the film formation has a property of sufficiently containing water.

そのような架橋性官能基としては、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基、アミノ基が挙げられる。また、親水性のホスト材料としては、例えば、メチルセルロース(MC)、アセチルセルロース(酢酸セルロース)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)およびポリビニルアルコール−ポリ酢酸ビニル共重合体(PVA−PVAc)等が好ましく用いられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料を用いることにより、酵素をホスト材料に保持できるだけでなく、メディエーターと架橋結合することにより、ホスト材料である膜に固定することができる。また、製膜の際、また製膜後において、酵素の活性の低下を抑制することができる。   Examples of such a crosslinkable functional group include a double bond, a hydroxyl group, an imino group, a thiol group, and an amino group. Examples of the hydrophilic host material include methyl cellulose (MC), acetyl cellulose (cellulose acetate), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinyl alcohol-polyvinyl acetate copolymer (PVA-PVAc). Etc. are preferably used, and one or more of these can be used in combination. By using these materials, not only can the enzyme be held in the host material, but also it can be immobilized on the membrane that is the host material by crosslinking with the mediator. In addition, a decrease in enzyme activity can be suppressed during film formation and after film formation.

このようなホスト材料は、酵素を含む検知層321において、一番含有量が多い材料である。本実施形態に係るセンサー素子100は、体内留置し、間質液、血漿中に含まれるグルコース濃度を常時計測するセンサーであるため、求められる機能としてはグルコースを含んだ間質液、血漿をセンサー中に常時浸透させられることが必要である。このためには、間質液、血漿の主たる成分である水の親水性および浸透性が高いことが望ましい。また、本実施形態に係るセンサー素子100は、数日から数週間もの長い期間、体内留置するセンサーであり、その期間中センサーが機能するためには検知層321が存在し続ける必要がある。このためには、検知層321が体内で溶けてしまうような物性では使い物にならない。したがって、検知層321の主剤となるホスト材料は、水を含む体内成分により溶解しない材料であることが求められ、これを実現するためには、ホスト材料の材料を基板301に塗布した後、分子内に保有している官能基を利用した架橋もしくは別途架橋材等用いることにより、不溶化する方法が求められる。   Such a host material is a material having the largest content in the detection layer 321 containing an enzyme. The sensor element 100 according to the present embodiment is a sensor that is placed in the body and constantly measures the concentration of glucose contained in the interstitial fluid and plasma. Therefore, the required function is to detect interstitial fluid and plasma containing glucose. It is necessary to be able to penetrate constantly. For this purpose, it is desirable that water, which is the main component of interstitial fluid and plasma, has high hydrophilicity and permeability. In addition, the sensor element 100 according to the present embodiment is a sensor that is placed in the body for a period as long as several days to several weeks, and the detection layer 321 needs to be continuously present for the sensor to function during the period. For this purpose, the physical property that the detection layer 321 is melted in the body is not useful. Therefore, the host material that is the main component of the detection layer 321 is required to be a material that does not dissolve due to internal components including water, and in order to realize this, after applying the host material material to the substrate 301, There is a need for a method of insolubilization by using a functional group possessed therein or by separately using a crosslinking material or the like.

このように、本実施形態において、「架橋」は、センサー素子100が体内への挿入を前提としているため、ホスト材料を水に対して不溶性の性質とするためには必須の工程である。そして、本実施形態において、メディエーターとホスト材料との架橋結合には、架橋剤によって架橋される場合と、架橋剤によらずに架橋される場合の2通りが含まれるものである。また、本実施形態において、ホスト材料となる水溶性の化合物は、架橋剤を用いた架橋により、及び/または、架橋剤によらない自己架橋により、架橋結合が形成されて製膜され、水に不溶なホスト材料となる。   Thus, in the present embodiment, “crosslinking” is an essential step for making the host material insoluble in water since the sensor element 100 is premised on insertion into the body. In the present embodiment, the cross-linking between the mediator and the host material includes two cases, that is, a case where the mediator is cross-linked by a cross-linking agent and a case where it is cross-linked without using a cross-linking agent. In this embodiment, the water-soluble compound serving as the host material is formed into a film by forming a cross-linking bond by cross-linking using a cross-linking agent and / or self-cross-linking not using a cross-linking agent. It becomes an insoluble host material.

そして、この「架橋」において、ホスト材料となる水溶性の化合物が、自己架橋による架橋や、メディエーターと架橋可能な反応性官能基を有する場合には、架橋剤を使用することなく架橋が可能である。一方、ホスト材料となる水溶性の化合物がこのような反応性官能基を有しない場合には、架橋剤を使用することにより架橋反応し、製膜およびメディエーターと架橋結合する。   In this “crosslinking”, when the water-soluble compound as a host material has a reactive functional group capable of crosslinking by self-crosslinking or a mediator, crosslinking can be performed without using a crosslinking agent. is there. On the other hand, when the water-soluble compound serving as the host material does not have such a reactive functional group, it undergoes a crosslinking reaction by using a crosslinking agent and crosslinks with the film-forming and mediator.

このような、自己架橋可能な反応性官能基としては、例えば、二重結合やアジド基が挙げられる。ホスト材料となる化合物がこれらの反応性官能基を有する場合には、架橋剤を用いなくても反応性官能基が互いに反応して架橋することができる。これに対し、このような反応性官能基を有しない場合には、架橋剤の使用が必用となり、かつ、ホスト材料には、架橋剤と反応できる官能基が必用となる。そのような、架橋剤と反応できる官能基としては、例えば、水酸基、イミノ基、アミノ基、チオール基が挙げられる。なお、反応性官能基である二重結合やアジド基を有する化合物を架橋させて製膜する場合において、さらに、架橋剤を用いることもできる。   Examples of such reactive functional groups capable of self-crosslinking include a double bond and an azide group. When the compound serving as the host material has these reactive functional groups, the reactive functional groups can react with each other to be crosslinked without using a crosslinking agent. On the other hand, when such a reactive functional group is not present, the use of a crosslinking agent is necessary, and the host material requires a functional group capable of reacting with the crosslinking agent. Examples of such a functional group capable of reacting with a crosslinking agent include a hydroxyl group, an imino group, an amino group, and a thiol group. In addition, in the case of forming a film by crosslinking a compound having a reactive functional group, such as a double bond or an azide group, a crosslinking agent can also be used.

なお、メディエーターと架橋剤が架橋しても、メディエーターがホスト材料と架橋しない場合には、メディエーターがホスト材料に固定されず、検知層から溶出して、センサー内に拡散しやすくなる。したがって、本実施形態において、メディエーターとホスト材料とが架橋結合することは必須である。   Even if the mediator and the cross-linking agent are cross-linked, if the mediator does not cross-link with the host material, the mediator is not fixed to the host material and is easily eluted from the detection layer and diffuses into the sensor. Therefore, in this embodiment, it is essential that the mediator and the host material are cross-linked.

また、ホスト材料は、酵素を保持することが求められるため、共有結合による担体結合法もしくは格子型の包括法を利用することが望ましい。この場合、共有結合法を利用するのであれば、酵素活性度を落とすことなく結合する手段を選定する必要がある。架橋させるためには、ホスト材料に導入した官能基と、酵素が保有しているアミノ基等の官能基を使用するか、さらには2官能性以上の架橋剤を用いてホスト材料と酵素とを結合させてもよい。格子型を用いる場合には、ホスト材料を不溶化した際の架橋度でコントロールする手段が一般的である。   In addition, since the host material is required to hold an enzyme, it is desirable to use a carrier binding method by a covalent bond or a lattice-type inclusion method. In this case, if the covalent bond method is used, it is necessary to select a means for binding without reducing the enzyme activity. In order to crosslink, the functional group introduced into the host material and the functional group such as amino group possessed by the enzyme are used, or the host material and the enzyme are combined with a bifunctional or higher functional crosslinking agent. It may be combined. When the lattice type is used, a means for controlling the degree of crosslinking when the host material is insolubilized is generally used.

さらに、ホスト材料は、メディエーターを固定化することが求められるため、共有結合による担体結合法を利用することが望ましい。一般的に、酵素センサーで使われるメディエーター分子は、分子量が小さく、分子量が1000以下であるものが殆どである。一方で、酵素は数万を超える分子量であるために、格子型で酵素を固定化できても、メディエーターを固定することはほぼ無理である。そこで、酵素とメディエーターを検知層321中において、同一層で共存させて塗布および架橋を行うのであれば、メディエーター固定のために用いる官能基(反応基)で酵素の活性度を失活させることが無いよう、親水性の材料を用いると言った配慮が必要となる。   Further, since the host material is required to immobilize the mediator, it is desirable to use a carrier binding method using a covalent bond. In general, most mediator molecules used in enzyme sensors have a small molecular weight and a molecular weight of 1000 or less. On the other hand, since the enzyme has a molecular weight exceeding tens of thousands, even if the enzyme can be immobilized in a lattice form, it is almost impossible to immobilize the mediator. Therefore, if the enzyme and the mediator are coexisted in the same layer in the detection layer 321 and coating and crosslinking are performed, the activity of the enzyme can be deactivated by a functional group (reactive group) used for fixing the mediator. It is necessary to consider that hydrophilic materials should be used.

そして、後述するように、検知層321は、ホスト材料とメディエーターおよび酵素が同時に溶解している溶液を、基板301に塗布、乾燥、不溶化することで形成するため、それらが同一溶媒に溶けることが望ましい。酵素は有機溶剤によっても立体構造の変化によりその活性が落ちることが知られているため、使用する際の溶媒は、水を主成分とする水溶媒であることが好ましい。   As will be described later, since the detection layer 321 is formed by applying, drying, and insolubilizing a solution in which the host material, the mediator, and the enzyme are simultaneously dissolved to the substrate 301, they may be dissolved in the same solvent. desirable. Since it is known that the activity of an enzyme decreases due to a change in the three-dimensional structure even with an organic solvent, the solvent used is preferably an aqueous solvent containing water as a main component.

<結合剤、硬化剤>
検知層321において、各構成材料間を結合する結合剤、硬化剤としては、酵素活性を低下させることのない化合物であって、官能基としてアクリルアミド基、スチリル基もしくは二重結合、ビニルスルホン基等の官能基を1分子内に2つ以上有している化合物を用いることができる。
<Binder, curing agent>
In the detection layer 321, the binder and curing agent that binds between the constituent materials are compounds that do not reduce the enzyme activity, and the functional groups include acrylamide groups, styryl groups or double bonds, vinyl sulfone groups, and the like. A compound having two or more functional groups in one molecule can be used.

そのような化合物としては、酵素活性を著しく低下させるものであれば特に限定されないが、例えば、1,2−ビス(ビニルスルホニルアセトアミド)エタン(CAS登録番号
66710−66−7)、1,3−ビス(ビニルスルホニルアセトアミド)プロパン(CAS登録番号 93629−90−4)、1,3−ビス(ビニルスルホニル)プロパン−2−オール(CAS登録番号 67006−32−0)、N,N‘−メチレンビスアクリルアミド(CAS登録番号 110−26−9)、1,4-ビス(4−ビニルフェノキシ)−ブタン(CAS登録番号 112309−98−5)等が挙げられる。これらの化合物は、混合して用いても構わない。このような結合剤もしくは硬化剤を検知層321中に含む場合には、検知層321において酵素やメディエーターの保持力が向上する。
Such a compound is not particularly limited as long as it significantly reduces enzyme activity. For example, 1,2-bis (vinylsulfonylacetamido) ethane (CAS registration number 66710-66-7), 1,3- Bis (vinylsulfonylacetamido) propane (CAS registration number 93629-90-4), 1,3-bis (vinylsulfonyl) propan-2-ol (CAS registration number 67006-32-0), N, N′-methylenebis Acrylamide (CAS registration number 110-26-9), 1,4-bis (4-vinylphenoxy) -butane (CAS registration number 112309-98-5) and the like. These compounds may be used as a mixture. When such a binder or curing agent is included in the detection layer 321, the holding power of the enzyme and the mediator is improved in the detection layer 321.

<安定剤>
本実施形態において、検知層321は、検知層321に保持した酵素の保護や安定化を図るための安定剤をさらに含んでいてもよい。そのような安定剤としては、例えば、アルブミンが挙げられ、アルブミンの中でも、ヒト血清アルブミン等のヒト由来のアルブミンや、ウシ血清アルブミン等のウシ由来のアルブミン等が挙げられる。
<Stabilizer>
In the present embodiment, the detection layer 321 may further include a stabilizer for protecting and stabilizing the enzyme held in the detection layer 321. Examples of such a stabilizer include albumin. Among albumins, human-derived albumin such as human serum albumin, bovine-derived albumin such as bovine serum albumin, and the like can be given.

<緩衝剤>
さらに、本実施形態において、検知層321は、酵素によるpH変動を抑制するための緩衝剤(緩衝液)を含んでいてもよい。緩衝剤としては、使用する酵素の至適pHと同じ領域に緩衝領域を有し、かつ、水溶性(水溶液)であることが好ましく、例えば、リン酸緩衝液が挙げられる。
<Buffer agent>
Furthermore, in this embodiment, the detection layer 321 may include a buffering agent (buffer solution) for suppressing pH fluctuations caused by enzymes. The buffering agent preferably has a buffer region in the same region as the optimum pH of the enzyme used and is water-soluble (aqueous solution), and examples thereof include a phosphate buffer.

<検知層の層構成>
なお、検知層321は、上述のような1層で構成されるものの他、2層以上の複数層で構成されるものであってもよい。
<Layer structure of detection layer>
The detection layer 321 may be composed of two or more layers in addition to the one layer as described above.

例えば、検知層321を2層以上で構成する場合には、例えば、上述した検知層321をグルコース検知層として備え、このグルコース検知層の上側または下側に積層された、グルコース透過調節層、ノイズ除去層、酵素保護層のうちの少なくとも1種を備える構成が挙げられる。   For example, when the detection layer 321 is composed of two or more layers, for example, the above-described detection layer 321 is provided as a glucose detection layer, and the glucose permeation adjustment layer, noise, or the like laminated on the upper side or the lower side of the glucose detection layer. The structure provided with at least 1 sort (s) of a removal layer and an enzyme protective layer is mentioned.

グルコース透過調節層は、グルコース検知層の上側に積層され、グルコース透過調節層により、グルコース検知層が測定対象(間質液、血液)と接触することを抑制または防止しつつ、酸素とグルコースとを透過させる機能を発揮し、さらに酸素とグルコースとの透過率を制御する機能を有する層である。かかる機能を備えるグルコース透過調節層は、グルコースよりも酸素をより多く透過させ得ることが好ましい。これにより、酵素としてGODを用いた場合において、グルコースの検出において、酸素が不足することに起因する測定値の見かけ上の低下を抑制または防止することができ、グルコース測定値の検出精度の向上を図ることができる。   The glucose permeation control layer is laminated on the upper side of the glucose detection layer. The glucose permeation control layer suppresses or prevents the glucose detection layer from coming into contact with the measurement target (interstitial fluid, blood), while It is a layer that exhibits the function of permeation and has the function of controlling the transmittance of oxygen and glucose. It is preferable that the glucose permeation regulating layer having such a function can transmit more oxygen than glucose. As a result, when GOD is used as an enzyme, it is possible to suppress or prevent an apparent decrease in the measurement value due to lack of oxygen in the detection of glucose, and to improve the detection accuracy of the glucose measurement value. Can be planned.

このグルコース透過調節層としては、特に限定されないが、例えば、イソシアネート化合物等の架橋剤と、末端水酸基を備えるポリマーであるポリエチレングリコール(PEG)、アクリル酸4−ヒドロキシブチル等を単体もしくは混合させたものとを用いて、ウレタン結合を生成させて架橋構造を構築したものが挙げられる。   Although it does not specifically limit as this glucose permeation | regulation control layer, For example, what mixed the crosslinking agent, such as an isocyanate compound, and polyethyleneglycol (PEG) which is a polymer provided with a terminal hydroxyl group, 4-hydroxybutyl acrylate, etc. single or mixed And those in which a urethane bond is generated to form a crosslinked structure.

また、その他、イソシアネートとアミノ基とを用いることで尿素樹脂を形成させた、アミノプロピルポリシロキサン等で構成されるものが好ましく用いられ、シロキサン樹脂で構成されるものがより好ましく用いられ、ポリジメチルシロキサンで構成されるものが特に好ましく用いられる。   In addition, those composed of aminopropyl polysiloxane or the like in which a urea resin is formed by using an isocyanate and an amino group are preferably used, and those composed of a siloxane resin are more preferably used. Those composed of siloxane are particularly preferably used.

ノイズ除去層は、グルコース検知層の下側に積層され、電極とグルコース検知層との密着性向上を狙った層である。電極とグルコース検知層との間の密着性が向上することにより、電気的なノイズの低減することができる。また、測定値のドリフトを抑制することができる。   The noise removal layer is laminated on the lower side of the glucose detection layer, and is a layer aimed at improving the adhesion between the electrode and the glucose detection layer. The electrical noise can be reduced by improving the adhesion between the electrode and the glucose detection layer. Moreover, the drift of a measured value can be suppressed.

ノイズ除去層の構成材料としては、上記のような密着性機能を発揮し得るものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、メチルセルロース(MC)、アセチルセルロース(酢酸セルロース)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルアルコール−ポリ酢酸ビニル共重合体(PVA−PVAc)、ポリ(ビニルアルコール)−スチリルピリジニウム化合物(PVA−SbQ)、メタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリラート)(HEMA)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料うち、PVA−SbQはUV硬化性を利用した材料である。なお、これらのノイズ除去層を不溶化させるためには、イソシアネートを官
能基として用い得るように、イソシアネート系化合物をノイズ除去層に添加してもよい。
The constituent material of the noise removal layer is not particularly limited as long as it can exhibit the adhesive function as described above. For example, polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), methyl cellulose (MC), acetyl cellulose (Cellulose acetate), hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl alcohol-polyvinyl acetate copolymer (PVA-PVAc), poly (vinyl alcohol) -styrylpyridinium compound (PVA) -SbQ), hydroxyethyl methacrylate, poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA) and the like, and one or more of these can be used in combination. Among these materials, PVA-SbQ is a material utilizing UV curability. In order to insolubilize these noise removal layers, an isocyanate compound may be added to the noise removal layer so that isocyanate can be used as a functional group.

また、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等の表面改質剤をノイズ除去層として用いてもよいし、表面改質層として、上記のノイズ除去層とは別に設ける構成としても良い。また、グルコース検知層と境界面を保護する目的で、ノイズ除去層にアルブミンを含有させてもよい。   Further, a surface modifying agent such as a silane coupling agent or a titanium coupling agent may be used as the noise removing layer, or the surface modifying layer may be provided separately from the noise removing layer. Moreover, you may contain albumin in a noise removal layer in order to protect a glucose detection layer and a boundary surface.

酵素保護層は、グルコース検知層上に積層されて、グルコース検知層の界面を保護する機能を有する層である。なお、検知層321がグルコース透過調節層を備える場合、この保護層は、グルコース検知層とグルコース透過調節層との間に位置する。   The enzyme protective layer is a layer that is laminated on the glucose detection layer and has a function of protecting the interface of the glucose detection layer. When the detection layer 321 includes a glucose permeation control layer, the protective layer is located between the glucose detection layer and the glucose permeation control layer.

酵素保護層の構成材料としては、グルコース検知層の界面を保護する機能を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、メチルセルロース(MC)、アセチルセルロース(酢酸セルロース)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルアルコール−ポリ酢酸ビニル共重合体(PVA−PVAc)ポリ(ビニルアルコール)−スチリルピリジニウム化合物(PVA−SbQ)メタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリラート)(HEMA)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。   The material constituting the enzyme protective layer is not particularly limited as long as it can function to protect the interface of the glucose detection layer. For example, polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), methyl cellulose (MC) , Acetyl cellulose (cellulose acetate), hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl alcohol-polyvinyl acetate copolymer (PVA-PVAc) poly (vinyl alcohol) -styrylpyridinium compound (PVA-SbQ) hydroxyethyl methacrylate, poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA) and the like can be used, and one or more of these can be used in combination. Yes.

グルコース検知層を保護する目的で、酵素保護層に上記と同様のアルブミンを含有させてもよい。また、酵素保護層を作製する際に、不溶化させるために結合剤もしくは硬化剤はアルデヒド、イソシアネート等の官能基を分子内に2つ以上有している材料を用いた材料とそれらの官能基と結合できる官能基、具体的には水酸基、アミノ基、エポキシ基などを末端に有するポリマー材料と、酵素とを混合して用いてもよい。この場合、結合剤、硬化剤としては、例えば、グルタルアルデヒド、トルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等を用いることができる。   For the purpose of protecting the glucose detection layer, albumin similar to the above may be contained in the enzyme protection layer. Further, in order to make the enzyme protective layer insoluble, the binder or curing agent is a material using a material having two or more functional groups such as aldehyde and isocyanate in the molecule, and those functional groups. You may mix and use the polymer material which has the functional group which can couple | bond, specifically a hydroxyl group, an amino group, an epoxy group, etc. at the terminal, and an enzyme. In this case, as the binder and the curing agent, for example, glutaraldehyde, toluene diisocyanate, isophorone diisocyanate and the like can be used.

<検知層の製造方法>
本実施形態において、上記検知層321は、例えば、検知層321を構成する酵素、メディエーター、ホスト材料(必要に応じて、さらに、結合剤、硬化剤、安定剤、緩衝剤。)を水に溶解または分散させた後に、電極層315が形成された基板301に塗布して乾燥させて不溶化させることにより行う。この場合、ホスト材料として、PVA−SbQ等のUV硬化性を利用した材料を用いた場合には、適宜、紫外線を照射することにより行う。
<Method for producing detection layer>
In the present embodiment, the detection layer 321 includes, for example, an enzyme, a mediator, and a host material (a binder, a curing agent, a stabilizer, and a buffer as necessary) that dissolve the detection layer 321 in water. Alternatively, after being dispersed, it is applied to the substrate 301 on which the electrode layer 315 is formed, dried, and insolubilized. In this case, when a material using UV curable properties such as PVA-SbQ is used as the host material, it is performed by appropriately irradiating ultraviolet rays.

このように、水に溶解または分散させた各材料を反応させることにより製膜され、水に不溶な高分子の膜(ポリマー)であるホスト材料が形成される。そして、分子量が巨大なポリマーであるホスト材料に、メディエーターが架橋結合され、固定される。このため、このようにして形成された検知層を含むセンサー素子は、体内に埋めこまれた際に、分子の小さなメディエーターが検知層から溶出して拡散することが防止される。   Thus, a film is formed by reacting each material dissolved or dispersed in water to form a host material which is a polymer film (polymer) insoluble in water. Then, the mediator is cross-linked and fixed to the host material which is a polymer having a large molecular weight. For this reason, when the sensor element including the detection layer formed in this way is embedded in the body, small molecule mediators are prevented from eluting from the detection layer and diffusing.

1.2.4.検出部の他の構成
なお、検出部300は、図6に示すように、基板301と、電極層315と、検知層321とを有する3層構成であるものである場合について説明したが、かかる構成のものに限定されず、例えば、図7のように、さらに、隔壁層331を有する4層構成をなすもの、図8のように、さらに、隔壁層331および開口層341を有する5層構成をなすものであってもよい。以下、これらについて詳述する。
1.2.4. Other Configurations of Detection Unit In addition, the detection unit 300 has been described as having a three-layer configuration including a substrate 301, an electrode layer 315, and a detection layer 321 as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 7, a four-layer structure having a partition wall layer 331, and a five-layer structure having a partition wall layer 331 and an opening layer 341 as shown in FIG. It may be what constitutes. These will be described in detail below.

図7に示す4層構成をなす検出部300は、基板301、電極層315および検知層321の他に、さらに隔壁層331を有する。   7 includes a partition layer 331 in addition to the substrate 301, the electrode layer 315, and the detection layer 321. The detection unit 300 having a four-layer configuration illustrated in FIG.

この隔壁層331は、電極層315上に積層され、すなわち、電極層315と検知層321との間に介挿され、電極層315が備える作用電極311、対電極312、および参照電極313に対応する位置で開口部を備える隔壁を形成している。この隔壁層331により、検出部300の厚さ方向において、各電極311、312、313に対応する領域が区画される。すなわち、各電極311、312、313に対して、グルコースに酵素が作用することにより生成した電子が検知層321から供給される領域が、厳密に区画される。その結果、信号ノイズの低減、および、隣接する各電極311、312、313同士の間における影響の低減が図られる。   The partition layer 331 is stacked on the electrode layer 315, that is, is interposed between the electrode layer 315 and the detection layer 321, and corresponds to the working electrode 311, the counter electrode 312 and the reference electrode 313 included in the electrode layer 315. A partition wall having an opening is formed at the position. By the partition layer 331, regions corresponding to the electrodes 311, 312, and 313 are partitioned in the thickness direction of the detection unit 300. That is, for each of the electrodes 311, 312, and 313, a region where electrons generated by an enzyme acting on glucose are supplied from the detection layer 321 is strictly partitioned. As a result, signal noise can be reduced and influence between adjacent electrodes 311, 312, and 313 can be reduced.

また、隔壁層331には、隔壁としての機能の他に、エッジカバーおよび/またはバンクとしての機能をも発揮させることができる。   In addition to the function as a partition wall, the partition layer 331 can also function as an edge cover and / or a bank.

隔壁層331にエッジカバーとしての機能を発揮させることにより、各電極311、312、313の端部からの浸食を抑制または防止することができる。   By causing the partition layer 331 to function as an edge cover, erosion from the ends of the electrodes 311, 312, and 313 can be suppressed or prevented.

さらに、隔壁層331にバンクとしての機能を発揮させることにより、検知層321の成膜を液相成膜法を用いて行う場合、隔壁層331の開口部に検知層321を成膜するための液状材料を供給する際に、この液状材料の液だまりのサイズを容易に規定することができる。   Further, by causing the partition layer 331 to function as a bank, when the detection layer 321 is formed using a liquid phase film formation method, the detection layer 321 is formed in the opening of the partition layer 331. When supplying the liquid material, the size of the liquid pool of the liquid material can be easily defined.

このような隔壁層331は、その高さ、厚さおよび構成材料が、前記目的に応じて、適宜選択される。   The height, thickness and constituent materials of such a partition layer 331 are appropriately selected according to the purpose.

また、隔壁層331の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等を含むネガ型またはポジ型の感光性材料を用いたフォトリソグラフィー法、ドライレジストシートを用いたフォトレジスト法等が挙げられる。   In addition, a method for forming the partition layer 331 is not particularly limited. For example, a photolithography method using a negative or positive photosensitive material including a polyimide resin, an acrylic resin, or the like, or a photoresist using a dry resist sheet. Law.

図8に示す5層構成をなす検出部300は、基板301、電極層315および検知層321の他に、さらに隔壁層331および開口層341を有する。   8 includes a partition layer 331 and an opening layer 341 in addition to the substrate 301, the electrode layer 315, and the detection layer 321.

この隔壁層331は、図7に示す4層構成をなす検出部300で説明した隔壁層331と同一の構成をなし、同一の機能を発揮する。   This partition layer 331 has the same configuration as the partition layer 331 described in the detection unit 300 having the four-layer configuration shown in FIG. 7 and exhibits the same function.

また、開口層341は、検知層321上に積層され、電極層315が備える作用電極311、対電極312、および参照電極313に対応する位置で開口部を備える隔壁を形成している。この開口層341により、隔壁層331と同様に、検出部300の厚さ方向において、各電極311、312、313に対応する領域が厳密に区画される。これにより、間質液から検知層321内部へ浸透するグルコースを、開口層341の開口部に位置するもの、すなわち検知層321の厚さ方向(上方向)から供給されるもののみに限定することができ、斜め方向からグルコースが浸透してくることを、的確に抑制または防止することができる。そのため、グルコース量をより正確に検出できる。   Further, the opening layer 341 is stacked on the detection layer 321 and forms a partition including an opening at a position corresponding to the working electrode 311, the counter electrode 312, and the reference electrode 313 included in the electrode layer 315. Similar to the partition wall layer 331, regions corresponding to the electrodes 311, 312, and 313 are strictly partitioned by the opening layer 341 in the thickness direction of the detection unit 300. Thereby, glucose that permeates into the detection layer 321 from the interstitial fluid is limited to only the glucose that is located in the opening of the opening layer 341, that is, supplied from the thickness direction (upward direction) of the detection layer 321. It is possible to accurately suppress or prevent glucose from permeating from an oblique direction. Therefore, the amount of glucose can be detected more accurately.

このような開口層341の形成方法としては、特に限定されず、例えば、開口層341をチタンで構成する場合、マスクスパッタ法を用いてチタン成膜する方法が挙げられる。また、開口層341をナフトキノンアジトポリマー(ポリスルホン酸エステル)のような樹脂材料で構成する場合、かかる樹脂材料を含むネガ型の感光性材料を用いたフォトリソグラフィー法が挙げられる。   A method for forming such an opening layer 341 is not particularly limited. For example, when the opening layer 341 is made of titanium, a method of forming a titanium film using a mask sputtering method can be given. In the case where the opening layer 341 is formed of a resin material such as naphthoquinone azide polymer (polysulfonic acid ester), a photolithography method using a negative photosensitive material containing the resin material can be given.

なお、検出部300は、図5−図8に示した構成のものの他、さらに、電極層315を、作用電極311、対電極312および参照電極313を含むものとし、これら各電極311、312、313に独立して電気的に接続された配線314を含む配線層を基板301と電極層315との間に個別に設けることもできる。   In addition to the configuration shown in FIGS. 5 to 8, the detection unit 300 further includes an electrode layer 315 including a working electrode 311, a counter electrode 312, and a reference electrode 313, and each of these electrodes 311, 312, 313. In addition, a wiring layer including a wiring 314 that is electrically connected independently can be provided between the substrate 301 and the electrode layer 315.

また、本実施形態では、検出部300において、電極層315が備える作用電極311、対電極312、参照電極313および配線314の全体を、検知層321で覆う場合について説明したが、かかる構成に限定されず、作用電極311および対電極312上に選択的に検知層321が形成されていてもよい。   Further, in the present embodiment, in the detection unit 300, the case where the working electrode 311, the counter electrode 312, the reference electrode 313, and the wiring 314 included in the electrode layer 315 are entirely covered with the detection layer 321 has been described. Alternatively, the detection layer 321 may be selectively formed on the working electrode 311 and the counter electrode 312.

1.2.5.回路の構成
本体部110は、その内部に配設された、検出部300を駆動させる回路を有している。図9は、センサー素子100が備える検出部300を駆動させる回路400の構成を模式的に示す図である。
1.2.5. Configuration of Circuit The main body 110 has a circuit that is disposed therein and drives the detection unit 300. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of a circuit 400 that drives the detection unit 300 included in the sensor element 100.

回路400は、参照電極313と作用電極311との間に増幅させた定電圧を印加するための増幅器401と、作用電極311と対電極312との間に流れた電流値を増幅させる増幅器402とを有しており、それぞれが配線314を介して、電気的に接続されている。増幅器401は、配線314を介して、参照電極313に電気的に接続されており、参照電極313との間に増幅された、例えば、0.1Vのような定電圧を印加する。増幅器402は、配線314を介して、作用電極311と対電極312との間に流れた電流値を増幅させ、配線132を介して、増幅された電流値を処理回路200に伝達する。   The circuit 400 includes an amplifier 401 for applying an amplified constant voltage between the reference electrode 313 and the working electrode 311, and an amplifier 402 for amplifying the current value flowing between the working electrode 311 and the counter electrode 312. Are electrically connected to each other through the wiring 314. The amplifier 401 is electrically connected to the reference electrode 313 via the wiring 314, and applies a constant voltage, for example, 0.1 V amplified between the reference electrode 313 and the amplifier 401. The amplifier 402 amplifies the current value that flows between the working electrode 311 and the counter electrode 312 via the wiring 314, and transmits the amplified current value to the processing circuit 200 via the wiring 132.

なお、参照電極313は、その形成を省略することができるが、この場合には、作用電極311と対電極312との間に定電圧を印加し得るように増幅器401を電気的に接続するようにすればよい。   The formation of the reference electrode 313 can be omitted. In this case, the amplifier 401 is electrically connected so that a constant voltage can be applied between the working electrode 311 and the counter electrode 312. You can do it.

1.3.グルコース値の測定
次に、本実施形態に係るセンサー素子100を備える測定装置101を用いた間質液中におけるグルコース値の測定方法の一例について説明する。
1.3. Measurement of Glucose Value Next, an example of a method for measuring the glucose value in the interstitial fluid using the measuring device 101 including the sensor element 100 according to the present embodiment will be described.

まず、カニューレ111を皮下組織502に挿入して、検出部300の検知層321を間質液に接触させて、安定化させる。   First, the cannula 111 is inserted into the subcutaneous tissue 502, and the detection layer 321 of the detection unit 300 is brought into contact with the interstitial fluid to be stabilized.

次に、作用電極311と参照電極313との間に定電圧を所定時間印加する。生じた電子を、作用電極311と対電極312との間に流れた電流値として測定することで、間質液中におけるグルコース値を求める。   Next, a constant voltage is applied between the working electrode 311 and the reference electrode 313 for a predetermined time. The generated electron is measured as a current value flowing between the working electrode 311 and the counter electrode 312 to obtain a glucose value in the interstitial fluid.

1.4.作用・効果
以上により、本実施形態に係るセンサー素子100および測定装置101では、水溶性のメディエーターが親水性のホスト材料に架橋結合されていることにより、メディエーターが作用電極311上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内に溶出して拡散しにくくなり、測定値のベースラインのドリフトが起こりにくいセンサー素子100および測定装置101を提供することが可能となる。また、上記のような、水溶性または親水性の材料により検知層321が形成されていることにより、酵素活性を著しく低下させることなく、十分にメディエーターをホスト材料で形成された膜に固定することができる。
1.4. As described above, in the sensor element 100 and the measuring apparatus 101 according to the present embodiment, the mediator is sufficiently fixed on the working electrode 311 because the water-soluble mediator is cross-linked to the hydrophilic host material. The For this reason, it becomes possible to provide the sensor element 100 and the measuring apparatus 101 in which the mediator is less likely to be eluted and diffused in the sensor, and the baseline of the measured value is less likely to drift. In addition, since the detection layer 321 is formed of a water-soluble or hydrophilic material as described above, the mediator is sufficiently fixed to the film formed of the host material without significantly reducing the enzyme activity. Can do.

これにより、本実施形態に係るセンサー素子100および測定装置101では、SMB
Gによる測定値の補正が必要とならず、本実施形態に係る測定装置101を用いたグルコース値の測定により、「糖尿病患者の日内血糖値変化を把握し、医師が治療方針を決めるためのものであること。」、かつ、「インスリン投与量の計算指標としての血糖値測定であること。」の2つの目的を両立させることか可能となる。
Thereby, in the sensor element 100 and the measuring apparatus 101 which concern on this embodiment, SMB
The measurement value is not corrected by G, and measurement of the glucose value using the measurement apparatus 101 according to the present embodiment makes it possible for the doctor to determine the diabetic patient's daily blood glucose level and determine the treatment policy. It is possible to satisfy both of the two objectives of “being blood glucose level measurement as a calculation index of insulin dose”.

1.5.その他
なお、本実施形態に係るセンサー素子100は、上記のように測定装置101に装着される他、例えば、インシュリンポンプに装着されてもよい。
1.5. Others The sensor element 100 according to the present embodiment may be attached to, for example, an insulin pump in addition to being attached to the measurement apparatus 101 as described above.

図10は、本実施形態に係るセンサー素子100をインシュリンポンプ171に装着した状態を模式的に示す斜視図である。   FIG. 10 is a perspective view schematically showing a state in which the sensor element 100 according to the present embodiment is attached to the insulin pump 171.

図10に示すインシュリンポンプ171は、センサー素子100を接続して使用されるものであり、センサー素子100と、センサー素子100で得られた電流値を解析する処理回路200を備えた演算装置210および演算装置210で演算することで得られた測定値に基づいて皮下組織502にインシュリンを供給(投与)する針部172を備える供給部175と、センサー素子100を供給部175に装着(接続)するコネクタ131と、処理回路200とコネクタ131とを接続する配線132とを有する。このようなインシュリンポンプ171では、作用電極311と対電極312との間に流れた電流値が、本体部110が備える回路400および配線132を介して、処理回路200に伝達され、処理回路200を備える演算装置210の解析により、間質液中におけるグルコース値(グルコース濃度)が測定値として算出される。そして、この測定値(グルコース値)に基づいて、すなわち測定値が設定された濃度よりも高い場合に、インシュリンポンプ171が作動し、針部172を介して、装着者にインシュリンが自動的に投与される。   An insulin pump 171 shown in FIG. 10 is used by connecting the sensor element 100, and includes an arithmetic unit 210 including the sensor element 100 and a processing circuit 200 that analyzes a current value obtained by the sensor element 100, and A supply unit 175 including a needle unit 172 that supplies (administers) insulin to the subcutaneous tissue 502 based on a measurement value obtained by calculation by the calculation device 210 and a sensor element 100 are attached (connected) to the supply unit 175. The connector 131 includes wiring 132 that connects the processing circuit 200 and the connector 131. In such an insulin pump 171, the current value flowing between the working electrode 311 and the counter electrode 312 is transmitted to the processing circuit 200 via the circuit 400 and the wiring 132 provided in the main body 110, and the processing circuit 200 is The glucose value (glucose concentration) in the interstitial fluid is calculated as a measured value by analysis of the arithmetic device 210 provided. Based on this measured value (glucose value), that is, when the measured value is higher than the set concentration, the insulin pump 171 is activated, and insulin is automatically administered to the wearer via the needle portion 172. Is done.

なお、測定装置101およびインシュリンポンプ171において、センサー素子100で測定された電流値は、配線を介することなく、処理回路に伝達するようにしてもよく、例えば、通信手段を介して無線で、電流値を処理回路に伝達するようにしてもよい。   In the measuring apparatus 101 and the insulin pump 171, the current value measured by the sensor element 100 may be transmitted to the processing circuit without passing through the wiring. For example, the current value is measured wirelessly through the communication means. The value may be transmitted to the processing circuit.

また、測定装置101において、センサー素子100と表示部155とは配線132を介して接続されているものに限らず、これらが一体的に形成されているものであってもよいし、インシュリンポンプ171において、センサー素子100と供給部175とは配線132を介して接続されているものに限らず、これらが一体的に形成されているものであってもよい。   In the measuring apparatus 101, the sensor element 100 and the display unit 155 are not limited to those connected via the wiring 132, but may be integrally formed, or the insulin pump 171. In this case, the sensor element 100 and the supply unit 175 are not limited to those connected via the wiring 132 but may be integrally formed.

2.実施例
以下、本発明を実験例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに何ら限定されるものではない。
2. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to experimental examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

2.1.センサー素子の調製
<実施例1>
まず、平均厚さ0.5mmの透明なガラス基板を基板として用意した。次に、この基板上に、マスクスパッタ法により平均厚さ100nmのパターニングされた導電性ITO膜を、配線層として形成した。
2.1. Preparation of sensor element <Example 1>
First, a transparent glass substrate having an average thickness of 0.5 mm was prepared as a substrate. Next, a patterned conductive ITO film having an average thickness of 100 nm was formed as a wiring layer on the substrate by mask sputtering.

次いで、得られたITO膜上に、マスクスパッタ法により平均厚さ200nmのパターニングされた白金膜を、作用電極、対電極および参照電極を備える電極層として形成した。   Next, a patterned platinum film having an average thickness of 200 nm was formed as an electrode layer including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode on the obtained ITO film by a mask sputtering method.

得られた白金膜上に、アクリル材料を用いたフォトレジストにより平均高さ8μmのバ
ンクを形成するとともに、測定対象液(血液、間質液)と接触する開口部を開けることにより、隔壁層を形成した。
On the obtained platinum film, a bank having an average height of 8 μm is formed by a photoresist using an acrylic material, and an opening that is in contact with a liquid to be measured (blood, interstitial liquid) is opened to thereby form a partition layer. Formed.

そして、導電性ITO膜、白金膜および隔壁層が積層された基板を、アセトン、2−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理およびアルゴンプラズマ処理を施した。これらのプラズマ処理は、それぞれ、基板を70−90℃に加温した状態で、プラズマパワー100W、ガス流量20sccm、処理時間5secで行った。   And the board | substrate with which the electroconductive ITO film | membrane, the platinum film | membrane, and the partition layer were laminated | stacked was immersed in order of acetone and 2-propanol, and after ultrasonically cleaning, the oxygen plasma process and the argon plasma process were performed. Each of these plasma treatments was performed at a plasma power of 100 W, a gas flow rate of 20 sccm, and a treatment time of 5 seconds with the substrate heated to 70-90 ° C.

参照電極の白金電極上に、銀−塩化銀粒子を含んだインクをインクジェット方式により乾燥後膜厚が3μmになる量を充填し、120℃のオーブンで乾燥させることで、銀−塩化銀膜を形成した。   An ink containing silver-silver chloride particles is filled on the platinum electrode of the reference electrode by an ink jet method so that the film thickness becomes 3 μm, and dried in an oven at 120 ° C., so that the silver-silver chloride film is formed. Formed.

次に、下記の組成となるように調製した液体組成物を、参照電極、作用電極および対電極の全面にスピンコート法を用いて塗布し、乾燥後膜厚2μmを得た。乾燥後、波長365nmの紫外線を1000mJ照射することにより不溶化膜を得て、グルコースを検知するための検知層とした。   Next, the liquid composition prepared to have the following composition was applied to the entire surface of the reference electrode, the working electrode, and the counter electrode using a spin coating method, and a film thickness of 2 μm was obtained after drying. After drying, an insolubilized film was obtained by irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm at 1000 mJ, and used as a detection layer for detecting glucose.

検知層形成用液体組成物
・FAD‐GDH(FADグルコース脱水素酵素) 1重量部
・PVA‐SbQ 600重量部
・ビタミン‐K1 2.8重量部
・水(溶媒) 29000重量部
Liquid composition for detecting layer formation-1 part by weight of FAD-GDH (FAD glucose dehydrogenase)-600 parts by weight of PVA-SbQ-2.8 parts by weight of vitamin-K1-29000 parts by weight of water (solvent)

<実施例2−4>
表4に記載のメディエーターを選択した以外は実施例1と同様の条件で組成物を調製した。
<Example 2-4>
A composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the mediators listed in Table 4 were selected.

<実施例5>
ホスト材料として、PVA‐SbQと表1に記載の5(ポリプロピレングリコール)を
使用し、メディエーターとしてビタミン‐K1の代わりに表2に記載のD(2−ヒドロキシ―1,4−ナフトキノン)を使用し、さらに、架橋剤として表3に記載のα(1,3−ビス(ビニルスルホニルアセトアミド)プロパン)を使用して検知層形成用液体組成物を調製した以外は、実施例1と同様の条件でセンサー素子を作製した。
<Example 5>
PVA-SbQ and 5 (polypropylene glycol) listed in Table 1 are used as host materials, and D (2-hydroxy-1,4-naphthoquinone) listed in Table 2 is used instead of vitamin-K1 as a mediator. Further, under the same conditions as in Example 1, except that a liquid composition for forming a detection layer was prepared using α (1,3-bis (vinylsulfonylacetamido) propane) described in Table 3 as a crosslinking agent. A sensor element was produced.

検知層形成用液体組成物
・FAD‐GDH(FADグルコース脱水素酵素) 1重量部
・PVA‐SbQ 500重量部
・PPG‐300(ポリプロピレングリコール) 100重量部
・2‐ヒドロキシ‐1,4‐ナフトキノン 1.2重量部
・1,3−ビス(ビニルスルホニルアセトアミド)プロパン 50重量部
・水(溶媒) 29000重量部
Liquid composition for detecting layer formation-FAD-GDH (FAD glucose dehydrogenase) 1 part by weight-PVA-SbQ 500 parts by weight-PPG-300 (polypropylene glycol) 100 parts by weight-2-hydroxy-1,4-naphthoquinone 1 .2 parts by weight-1,3-bis (vinylsulfonylacetamido) propane 50 parts by weight-Water (solvent) 29000 parts by weight

<実施例6−20>
表4に記載のホスト材料とメディエーターを選択した以外は実施例5と同様の条件で組成物を調製した。
<Example 6-20>
A composition was prepared under the same conditions as in Example 5 except that the host material and mediator listed in Table 4 were selected.

<実施例21−28>
表4に記載のホスト材料とメディエーターを選択し、さらに、架橋剤として表3に記載のβ(1,3−ビス(ビニルスルホニル)プロパン−2−オール)を使用した以外は実施例5と同様の条件で組成物を調製した。
<Examples 21-28>
Same as Example 5 except that the host materials and mediators listed in Table 4 were selected, and β (1,3-bis (vinylsulfonyl) propan-2-ol) listed in Table 3 was used as a crosslinking agent. A composition was prepared under the following conditions.

<実施例29−33>
表4に記載のホスト材料とメディエーターを選択し、さらに、架橋剤として表3に記載のγ(N,N‘−メチレンビスアクリルアミド)を使用した以外は実施例5と同様の条件で組成物を調製した。
<Examples 29-33>
The composition was prepared under the same conditions as in Example 5 except that the host material and mediator listed in Table 4 were selected and that γ (N, N′-methylenebisacrylamide) listed in Table 3 was used as the crosslinking agent. Prepared.

<実施例34−38>
表4に記載のホスト材料とメディエーターを選択し、さらに、架橋剤として表3に記載のδ(1,4−ビス(4−ビニルフェノキシ)-ブタン)を使用した以外は実施例5と同様の条件で組成物を調製した。
<Examples 34-38>
The host material and mediator described in Table 4 were selected, and δ (1,4-bis (4-vinylphenoxy) -butane) described in Table 3 was used as a crosslinking agent. A composition was prepared under conditions.

<実施例39−41>
表4に記載の3種のホスト材料を使用し、表4に記載のメディエーターを選択した以外は実施例21と同様の条件で組成物を調製した。
<Examples 39-41>
A composition was prepared under the same conditions as in Example 21 except that the three types of host materials described in Table 4 were used and the mediators described in Table 4 were selected.

<比較例1、2>
表4に記載のメディエーターを選択した以外は実施例1と同様の条件で組成物を調製した。
<Comparative Examples 1 and 2>
A composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the mediators listed in Table 4 were selected.

<比較例3、4>
表4に記載のメディエーターを選択し、さらに、架橋剤としてγを使用した以外は実施例1と同様の条件で組成物を調製した。
<Comparative Examples 3 and 4>
A mediator described in Table 4 was selected, and a composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that γ was used as a crosslinking agent.

<比較例5−7>
表4に記載のホスト材料、メディエーターおよび架橋剤を選択した以外は実施例1と同様の条件で組成物を調製した。
<Comparative Example 5-7>
A composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the host material, mediator and crosslinking agent shown in Table 4 were selected.

<比較例8>
表4に記載のように、メディエーターおよび架橋剤は使用せず、ホスト材料のみを用い
た以外は実施例1と同様の条件で組成物を調製した。
<Comparative Example 8>
As shown in Table 4, a composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that no mediator and crosslinking agent were used and only the host material was used.

2.2.評価試験
<検知電流密度の測定(初期特性)>
リン酸生理食塩水にグルコース濃度が100mg/dLになるように調製して標準液として準備し、この調製液を35℃で一定になるように加温した。この溶液に上記で得られたセンサー素子を浸漬し、参照電極部、対電極部、作用電極部を完全に溶液中に浸漬した。次に、参照電極と作用電極の間が100mVとなるように電圧を印加し、この状態で5分間保持して状態を安定化させ、得られた電流値を検知電流密度とした。なお、装置として、ビー・エー・エス株式会社製 電気化学アナライザーALS608Bを用いた。
2.2. Evaluation test <Measurement of detected current density (initial characteristics)>
The glucose concentration was adjusted to 100 mg / dL in phosphate physiological saline and prepared as a standard solution, and this preparation solution was heated at 35 ° C. so as to be constant. The sensor element obtained above was immersed in this solution, and the reference electrode part, the counter electrode part, and the working electrode part were completely immersed in the solution. Next, a voltage was applied so that the gap between the reference electrode and the working electrode was 100 mV, and this state was maintained for 5 minutes to stabilize the state. The obtained current value was taken as the detected current density. As an apparatus, an electrochemical analyzer ALS608B manufactured by BAS Co., Ltd. was used.

<24時間後の電流密度変化の測定(ドリフト検査)>
上記の評価試験において、電流値を0.5時間毎に測定し、電圧の印加から24時間の電流地を測定し、上記評価試験で得られた値からの変化量を調べた。
<Measurement of change in current density after 24 hours (drift test)>
In the above evaluation test, the current value was measured every 0.5 hours, the current ground for 24 hours from the voltage application was measured, and the amount of change from the value obtained in the evaluation test was examined.

2.3.評価結果
実施例では、いずれも観測された初期の検知電流密度が3μA/mm程度であり、24時間後の電流密度変化も3%以下と変化量が小さく、ほとんどドリフトが発生していなかった。これに対し、比較例では、いずれも初期の検知電流密度は、いずれも0.020μA/mm以下とノイズレベルの値しか観測されず、24時間後の変化量は論議できない状態であった。これは、比較例1、2では、ホスト材料として使用した化合物1はメディエーターの水酸基と反応しないため、メディエーターを固定することができず、酵素として用いたFAD‐GDHとの間で電子的な授受ができなくなったためと考えられる。このように、ホスト材料として使用した化合物1は、実施例1−4のように、水酸基以外の官能基を有するメディエーターを使用した場合には、メディエーターがホスト材料で形成された膜に固定されるが、官能基を有している場合であってもホスト材料と架橋結合しない官能基の場合には、メディエーターが固定されなかった。比較例1、2で使用したメディエーター(M、R)を用いた場合であっても、実施例14、19、25、27のように、架橋剤によってホスト材料と架橋可能な場合には、ホスト材料で形成された膜に固定されるが、比較例3−5のように、架橋剤を用いてもホスト材料と架橋されない場合には、メディエーターをホスト材料で形成された膜に固定することができなかった。さらに、比較例6、7で使用したメディエーターも、架橋剤を用いてもホスト材料と架橋されないため、メディエーターをホスト材料で形成された膜に固定することができなかった。このように、メディエーターと架橋剤は反応して架橋結合を形成しても、この反応にホスト材料が関与しない場合には、メディエーターの分子量がそれほど大きくならないため固定されず、センサーから溶出して、センサーの挙動が不安定になった。なお、比較例8は、メディエーターも架橋剤も用いずに膜を形成した例であり、他の例と同量の酵素を使用しても、ノイズ程度の検知電流密度しか観測されなかった。
2.3. Evaluation Results In all of the examples, the initial detected current density observed was about 3 μA / mm 2 , and the change in current density after 24 hours was 3% or less, and the amount of change was small, and almost no drift occurred. . On the other hand, in all of the comparative examples, the initial detected current density was 0.020 μA / mm 2 or less, and only the noise level value was observed, and the change after 24 hours could not be discussed. In Comparative Examples 1 and 2, since Compound 1 used as the host material does not react with the hydroxyl group of the mediator, the mediator cannot be immobilized, and electronically exchanged with FAD-GDH used as the enzyme. This is thought to be due to the fact that it was not possible. Thus, the compound 1 used as the host material is fixed to the film formed of the host material when a mediator having a functional group other than a hydroxyl group is used as in Example 1-4. However, in the case of a functional group that does not crosslink with the host material even if it has a functional group, the mediator was not fixed. Even when the mediators (M, R) used in Comparative Examples 1 and 2 are used, as in Examples 14, 19, 25, and 27, the host material can be crosslinked with a crosslinking agent. Although it is fixed to the film formed of the material, as in Comparative Example 3-5, when the crosslinking agent is not used to crosslink the host material, the mediator may be fixed to the film formed of the host material. could not. Furthermore, since the mediators used in Comparative Examples 6 and 7 were not cross-linked with the host material even when a cross-linking agent was used, the mediator could not be fixed to the film formed of the host material. In this way, even if the mediator and the cross-linking agent react to form a cross-linking bond, if the host material is not involved in this reaction, the molecular weight of the mediator does not increase so much, it is not fixed and is eluted from the sensor, The sensor behavior became unstable. Comparative Example 8 is an example in which a film was formed without using a mediator or a cross-linking agent. Even when the same amount of enzyme was used as in the other examples, only a detection current density of noise level was observed.

以上の例より、メディエーターがホスト材料に架橋結合した場合には、酵素と作用電極との間の電子移動に関与するメディエーターがホスト材料に固定されることにより、作用電極上に十分に固定されて拡散せず、ドリフトが起こりにくいセンサー素子が得られた。   From the above examples, when the mediator is cross-linked to the host material, the mediator involved in electron transfer between the enzyme and the working electrode is fixed to the host material, so that it is sufficiently fixed on the working electrode. A sensor element that did not diffuse and hardly drifted was obtained.

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiment. In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

100…センサー素子、101…測定装置、110…本体部、111…カニューレ、112…貫通孔、113…窓部、114…中空部、120…着脱部、121…針部、122…把持部、131…コネクタ、132…配線、151…モニター、155…表示部、171…インシュリンポンプ、172…針部、175…供給部、200…処理回路、210…演算装置、300…検出部、301…基板(基部)、311…作用電極、312…対電極、313…参照電極、314…配線、315…電極層、321…検知層、331…隔壁層、341…開口層、400…回路、401、402…増幅器、501…表皮、502…皮下組織、503…血管   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Sensor element 101 ... Measuring apparatus 110 ... Main body part 111 ... Cannula 112 ... Through-hole 113 ... Window part 114 ... Hollow part 120 ... Detachable part 121 ... Needle part 122 ... Gripping part 131 ... Connector, 132 ... Wiring, 151 ... Monitor, 155 ... Display part, 171 ... Insulin pump, 172 ... Needle part, 175 ... Supply part, 200 ... Processing circuit, 210 ... Calculation device, 300 ... Detection part, 301 ... Board ( (Base), 311 ... working electrode, 312 ... counter electrode, 313 ... reference electrode, 314 ... wiring, 315 ... electrode layer, 321 ... sensing layer, 331 ... partition layer, 341 ... opening layer, 400 ... circuit, 401, 402 ... Amplifier, 501 ... epidermis, 502 ... subcutaneous tissue, 503 ... blood vessel

Claims (13)

基部と、
前記基部に設けられた作用電極と、
前記作用電極に設けられた検知層と、
前記作用電極との間で電子が移動する対電極と、を備え、
前記検知層は、
液体に含まれる標的物質に作用する酵素と、
前記酵素と前記作用電極との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、
前記メディエーターに架橋結合した親水性のホスト材料と、を含む、センサー素子。
The base,
A working electrode provided at the base;
A sensing layer provided on the working electrode;
A counter electrode from which electrons move between the working electrode and
The sensing layer is
An enzyme that acts on the target substance contained in the liquid;
A water-soluble mediator that mediates electron transfer between the enzyme and the working electrode;
And a hydrophilic host material cross-linked to the mediator.
前記メディエーターと前記ホスト材料は、互いに架橋する架橋性官能基を有する、請求項1に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 1, wherein the mediator and the host material have crosslinkable functional groups that crosslink each other. 水溶性の架橋剤によって、前記メディエーターと前記ホスト材料とが架橋されている、請求項1または2に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 1 or 2, wherein the mediator and the host material are crosslinked by a water-soluble crosslinking agent. 前記架橋剤は、ビス(ビニルスルホニル)系化合物、ビスアクリルアミド系化合物およびビススチレン系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物である、請求項3に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 3, wherein the cross-linking agent is at least one compound selected from the group consisting of bis (vinylsulfonyl) -based compounds, bisacrylamide-based compounds, and bisstyrene-based compounds. 前記メディエーターは、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物およびアセナフテンキノン系化合物からなる群から選択される1種以上のキノン系化合物である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のセンサー素子。   5. The mediator according to claim 1, wherein the mediator is one or more quinone compounds selected from the group consisting of benzoquinone compounds, naphthoquinone compounds, phenanthrenequinone compounds, and acenaphthenequinone compounds. The described sensor element. 前記架橋性官能基は、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基およびアミノ基からなる群から選択される1種以上の官能基である、請求項2乃至5のいずれか一項に記載のセンサー素子。   The said crosslinkable functional group is 1 or more types of functional groups selected from the group which consists of a double bond, a hydroxyl group, an imino group, a thiol group, and an amino group as described in any one of Claims 2 thru | or 5. Sensor element. 前記ホスト材料は、ポリビニルアルコール系化合物、グリコール系化合物およびセルロース系化合物からなる群から選択される1種以上の化合物である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 6, wherein the host material is at least one compound selected from the group consisting of a polyvinyl alcohol compound, a glycol compound, and a cellulose compound. 前記メディエーターは、酸化還元電位が−0.25V以上0.2V以下の範囲にある、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 1, wherein the mediator has an oxidation-reduction potential in a range of −0.25 V or more and 0.2 V or less. 前記標的物質はグルコースである、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 8, wherein the target substance is glucose. 前記酵素は、グルコース脱水素酵素である、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 9, wherein the enzyme is glucose dehydrogenase. 参照電極をさらに含む、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 1, further comprising a reference electrode. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載のセンサー素子を備える、測定装置。   A measuring device comprising the sensor element according to any one of claims 1 to 11. 前記測定装置は、持続血糖測定型である、請求項12に記載の測定装置。   The measurement device according to claim 12, wherein the measurement device is a continuous blood glucose measurement type.
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