JP5020832B2 - 電気化学的バイオセンサでの酵素活性の安定化 - Google Patents
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Description
[0001] 本発明は、一般的に、生体液の分析をするのに使用される医療機器の分野に関する。
[0002] より具体的には、本発明は体液中分析目的物の量の測定、特に全血サンプル中のグルコース測定に使用されるバイオセンサに関する。このような測定を行うためには光学的方法がしばしば使用されるが、本発明は電気化学的バイオセンサの改良に関する。
グルコース + Eoxid → Ered + 酸化グルコース(グルコノラクトン)
Ered + n Medoxid → n Medred + Eoxid
n Medred → Medoxid + n e-。
[0013] 本発明の一面は、電気化学的バイオセンサの電極に印可される試薬組成物である。この新しい組成物は、スクリーン印刷されることが出来、またグルコースバイオセンサ中のグルコースの酸化に使用される酵素−補助因子システム(GDH-PQQ)の活性の早発性損失を回避する。好ましい態様では、GDH-PQQは親水性ポリマー、好ましくは、ヒドロキシエチルセルロースと結合され、およびpHを4.5と6.5の間に維持する緩衝液中でのアモルファス親水性シリカ粉末、界面活性物質、ならびにメディエータ、好ましくはフェリシアン化物と結合される。
[0015] 他の側面として、本発明はスクリーン印刷された試薬組成物中のGDH-PQQの活性を維持するための方法である。
測定;血中グルコース含有量
[0022] 血中グルコースは様々な方法によって測定できる。特に関心が高いのは、糖尿病患者が自宅で使用する方法である。これらには、光学的方法および電気化学的方法が含まれ、それらの両方は、酵素によるグルコース酸化によって機能することができる。電位が一対の電極間に印加された場合、グルコース存在量は、インディケータによる発色またはレドックスメディエータの酸化によって生じた電流によって計測される。本発明は、全血中グルコース含有量測定の後者の方法に関し、より具体的にはグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ)を利用した電気化学的バイオセンサに関する。GDH-PQQは、メディエータ、ポリマー、界面活性物質、緩衝液および増粘剤を含む他の成分と結合され、電極対上に膜形成させる組成物を生成する。電位が電極間に印加される場合、GDH-PQQとグルコースの反応およびメディエータのレドックス反応は、反応組成物に接触する状態の血液サンプル中のグルコース量に比例する電流を生じる。
[0036] 電気化学的バイオセンサ中で血液サンプルと反応する組成物は、一つ一つのセンサが一定した応答性を供給しなければならない。一定の応答性が、食事あるいは薬物療法を調整するために結果に依存する使用者にとっては重要である。バイオセンサの有効期間にわたり試薬の活性の変化は可能な限り小さくあるべきであるが、しかし少なくとも予測可能であるため、結果の調整をすることが出来る。本発明は、酵素−補助因子GDH-PQQがその電極上に反応組成物がスクリーン印刷された電気化学的バイオセンサにおいて使用された場合に見いだされる問題を解決する。発明者は、一般的にスクリーン印刷に使用される成分中のGDH-PQQが、GDH-PQQの活性を失わせる原因であることを見いだした。
・約30から約200 mM、より具体的には、約50から約150 mMの緩衝液、好ましくは酢酸カルシウム緩衝液
・約5から約50 mMのCaCl2塩化カルシウム
・組成物の全重量に基づき、約0.5重量%までの界面活性物質
・組成物の全重量に基づき、約2から約10重量%のセルロース誘導体、好ましくはヒドロキシエチルセルロース
・組成物の全重量に基づき、約1から約6重量%のアモルファス無処理シリカ
・組成物の全重量に基づき、約10から約20重量%のメディエータとしてのフェリシアン化カリウム
・組成物の全重量1ミリグラムにつき、約1から約8ユニットのGDH-PQQ酵素−補助因子
・約60,000から約180,000 cps(mPa・s)の粘性。
[0044] pH 5.3の75 mM酢酸カルシウム緩衝液は、酢酸カルシウムおよび氷酢酸を加えることにより調製された。この緩衝液には、下記の化合物が加えられた:10 mMCaCl2、0.05重量%のTriton X-100界面活性物質、1-3重量%のCabosil M5アモルファス無処理フュームドシリカ粉末および4-8重量%のヒドロキシエチルセルロース。シリカおよびセルロースの水和反応を16時間行った後に、15-20重量%のフェリシアン化カリウム、3から8ユニットのGDH-PQQが試薬インク1ミリグラムあたりに対して加えられた。試薬インクは、約80,000から140,000 cpsの粘性を持つ試薬組成物を作製するため、ブレードミキサーで約10から20分間、600 rpmで混合された。
実施例2
[0046] グルコースセンサは実施例1の試薬組成物を用いて調製され、既知量のグルコースを含み、ヘマトクリット値が40 %の血液サンプルを用いて試験された。200から400ミリボルトの電位が電極に印可され、電位を印可した10秒後に計測された電流値を使用して、サンプル中のグルコース含量を決定した。これらの試験結果は図5に示され、試験時間を10秒間にプログラムされたBayer HealthCare社のAscensiaTM AUTODISC(登録商標)グルコースメーターの応答とが、業界基準のYSIグルコース機器によって測定されたグルコース量に対してプロットされる。調査された範囲内では酵素−補助因子濃度には比較的依存せず、直線的な応答が得られたことが明らかになった。
スクリーン印刷電気化学的バイオセンサに使用されるための:
(a) 生物学的サンプル中のグルコース酸化のためのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ);
(b) セルロース誘導体、天然ガム、天然ゲルおよび水溶性合成ポリマーからなる群から選択される親水性ポリマー;
(c) アモルファス無処理シリカ粉末、タルク、マイカ、珪藻土、天然クレイおよび修飾クレイからなる群から選択される増粘剤;
(d) pHの範囲を約4.5から約6.5または6.0に維持するのに十分な緩衝液;
(e) 界面活性物質;および
(f) メディエータ
を含む試薬組成物。
前記緩衝液が酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液またはコハク酸緩衝液である、代替態様Aの試薬組成物。
前記界面活性物質がアルキルアリールポリエーテルアルコールである、代替態様Aの試薬組成物。
前記メディエータがフェリシアン化カリウムである、代替態様Aの試薬組成物。
[0052] 代替態様E
前記緩衝液のpHが5.0から6.0である、代替態様Aの試薬組成物。
前記組成物が約60,000から約180,000 cps(mPa*s)の粘性を持つ、代替態様Eの試薬組成物。
前記親水性ポリマーが、カルボキシメチルセルロースナトリウム、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およびヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群から選択されるセルロース誘導体である、代替態様Aの試薬組成物。
前記親水性ポリマーがヒドロキシエチルセルロースである、代替態様Gの試薬組成物。
[0056] 代替態様I
前記増粘剤がアモルファス無処理シリカ粉末である、代替態様Aの試薬組成物。
前記アモルファス無処理シリカ粉末が親水性である、代替態様Iの試薬組成物。
[0058] 代替態様K
前記GDH-PQQが、組成物の全重量のそれぞれ1ミリグラムあたり1-8ユニット存在する、代替態様Aの試薬組成物。
前記緩衝液が約30から約200 mMで存在する、代替態様Bの試薬組成物。
[0060] 代替態様M
組成物の全重量に基づき、約0.5重量%までの前記ポリエーテルアルコールが存在する、代替態様Cの試薬組成物。
組成物の全重量に基づき、約10から約20重量%までの前記フェリシアン化カリウムが存在する、代替態様Dの試薬組成物。
組成物の全重量に基づき、約2から約10重量%までの前記セルロース誘導体が存在する、代替態様Gの試薬組成物。
組成物の全重量に基づき、約1から約6重量%までの前記アモルファス無処理シリカ粉末が存在する、代替態様Iの試薬組成物。
前記フェリシアン化カリウムが、組成物の全重量に基づき、約5から約50 mMまでの塩化カルシウムをさらに含む、代替態様Aの試薬組成物。
(a) 非多孔性基板;
(b) 前記基板上に配置された作用電極および対電極;
(c) 前記電極上にスクリーン印刷される、前記試薬組成物は:
(1) 前記組成物の全重量のそれぞれ1ミリグラムにつき、生物サンプル中のグルコース酸化のための約1-8ユニットのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ);
(2) 天然ガム、天然ゲルおよび水溶性合成ポリマーからなる群から選択される親水性ポリマー;
(3) アモルファス無処理シリカ粉末、タルク、マイカ、珪藻土、天然クレイおよび修飾クレイからなる群から選択される増粘剤;
(4) pHの範囲を約4.5から約6.5に維持するのに十分な緩衝液;
(5) 界面活性物質および
(6) メディエータ;および
を含む、前記組成物の試薬組成物;
(d) 前記電極および前記試薬組成物のための保護カバー
を含む電気化学バイオセンサ。
前記緩衝液が約30から約200 mMの、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、またはコハク酸緩衝液である、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
前記界面活性物質が、前記組成物の全重量に基づき、約0.5 %までのアルキルアリールポリエーテルアルコールである、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
前記メディエータが、前記組成物の全重量に基づき、約10から約20 %までのフェリシアン化カリウムである、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
スクリーン印刷への使用に適した組成物を供給するために十分な量の成分(c)(2)および(c)(3)を含む、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
前記組成物が約60,000から約180,000 cps(mPa・s)の粘性を持つ、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
前記親水性ポリマーが、カルボキシメチルセルロースナトリウム、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およびヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群から選択される、前記組成物の全重量に基づき、約2 %から約10重量%のセルロース誘導体である、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
前記親水性ポリマーがヒドロキシエチルセルロースである、代替態様Xの電気化学的バイオセンサ。
前記増粘剤が、前記組成物の全重量に基づき、約1から約6重量%のアモルファス無処理シリカ粉末である、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
前記アモルファス無処理シリカ粉末が親水性である、代替態様Zの電気化学的バイオセンサ。
前記試薬組成物が約5から50 mMの塩化カルシウムを含む、代替態様Rの電気化学的バイオセンサ。
試薬組成物をスクリーン印刷することを含む、電気化学的バイオセンサに用いられるスクリーン印刷された試薬組成物中のグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)と補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ)の活性を維持するための方法であって:
(a) 生物サンプル中のグルコース酸化のためのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ);
(b) セルロース誘導体天然ガム、天然ゲルおよび水溶性合成ポリマーからなる群から選択される親水性ポリマー;
(c) アモルファス無処理シリカ粉末、タルク、マイカ、珪藻土、天然クレイおよび修飾クレイからなる群から選択される増粘剤;
(d) pHを約4.5から約6.5の範囲に維持するのに十分な緩衝液;
(e) 界面活性物質;および
(f) メディエータ;
の作用を含む、前記方法。
前記親水性ポリマーが、カルボキシメチルセルロースナトリウム、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およびヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群から選択されるセルロース誘導体である、代替方法CCの方法。
前記増粘剤がアモルファス無処理シリカ粉末である、代替方法CCの方法。
[0079] 代替方法FF
前記pHが5.0から6.0の範囲で維持される、代替方法CCの方法。
Claims (8)
- スクリーン印刷によって電気化学的バイオセンサ上に配置される電極に対して適用するための:
(a) 生物学的サンプル中のグルコース酸化のためのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ);
(b) セルロース誘導体から選択される、組成物の全重量に基づいて2〜10重量%の親水性ポリマー;
(c) 組成物の全重量に基づいて1〜6重量%のアモルファス無処理シリカ;
(d) pHの範囲を4.5から6.5に維持するのに十分な緩衝液;
(e) 界面活性物質;および
(f) メディエータ
を含む試薬組成物。 - 前記緩衝液が酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液またはコハク酸緩衝液である、請求項1の試薬組成物。
- 前記緩衝液のpHが5.0から6.0の範囲である、請求項1の試薬組成物。
- 前記親水性ポリマーが、カルボキシメチルセルロースナトリウム、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およびヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群から選択されるセルロース誘導体である、請求項1の試薬組成物。
- (a) 非多孔性基板;
(b) 前記基板上に配置された作用電極および対電極;
(c) スクリーン印刷によって前記電極に対して適用される試薬組成物であって、:
(1) 生物サンプル中のグルコース酸化のためのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ);
(2) 組成物の全重量に基づいて2〜10重量%の親水性ポリマー;
(3) 組成物の全重量に基づいて1〜6重量%のアモルファス無処理シリカ;
(4) pHの範囲を4.5から6.5に維持するのに十分な緩衝液;
(5) 界面活性物質;および
(6) メディエータ;
を含む、前記試薬組成物;
(d) 前記電極および前記試薬組成物のための保護カバー
を含む電気化学バイオセンサ。 - 前記緩衝液が30から200 mMの、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、またはコハク酸緩衝液である、請求項5の電気化学的バイオセンサ。
- 前記界面活性物質が、前記組成物の全重量に基づき、0.5 %までのアルキルアリールポリエーテルアルコールである、請求項5の電気化学的バイオセンサ。
- スクリーン印刷によって電気化学的バイオセンサ上に配置される電極に対して試薬組成物を適用する工程を含む、電気化学的バイオセンサに用いられる試薬組成物中のグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)と補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ)の活性を維持する方法であって、この方法は、試薬組成物を形成する工程を含み、試薬組成物が:
(a) 生物サンプル中のグルコース酸化のためのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)および補助因子ピロロキノリンキノン(PQQ);
(b) セルロース誘導体から選択される親水性ポリマー;
(c) 組成物の全重量に基づいて1〜6重量%のアモルファス無処理シリカ;
(d) pHを4.5から6.5の範囲に維持するのに十分な緩衝液;
(e) 界面活性物質;および
(f) メディエータ;
を含む、前記方法。
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