JP5711141B2 - 基質濃度の連続測定方法 - Google Patents
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Description
30に接触しているとともに、その他の大部分が皮膚6に挿入されている。
により行なわれる。これにより、グルコース連続測定装置1からの測定データに基づいて、人体に投与すべきインスリン量をコントロールすることができる。
をグルコースセンサ4に印加したときの応答電流は、グルコースに起因する応答量が極めて少なく、主としてセンサに固有のバックグランド(感度)、共存物質に起因するバックグランドおよび電磁ノイズなどの外部環境に起因するバックグランドによるものである。
分した応答電流値(I2(n)−I1(n))から演算される。
質、あるいは体液以外の基質含有液を用いる場合にも適用することができる。
本実施例では、酵素固定化電極にパルス電圧を繰り返し印加したときの応答特性について検討した。
酵素固定化電極は、カーボン電極の表面に、リン脂質ポリマーを介してGDHを固定化することにより作製した。カーボン電極の作製に当たっては、まず120mgのケッチェンブラック(ライオン(株)製)を十分に混合した粉末に流動パラフィンを100μL添加してよく混合して材料ペーストを形成した。材料ペーストは、面積3φのペースト電極作製用ベース電極(ビー・エー・エス社製)に詰め込み、ジュランコンロッドにて圧縮することでカーボン電極とした。リン脂質ポリマーとしては、シランカップリング剤としてのテトラエトキシシランを導入したMPC重合体(商品名「リピジュア」;日油社製)を使用した。酵素は、リン脂質修飾カーボン電極を1250U/mLのGDH溶液に浸漬することにより固定化した。
印加電圧は、先に作製した酵素固定化電極を用いて、グルコース応答の電圧依存性をボルタンメトリーにより測定した結果に基づいて決定した。
非応答電圧E1および応答電圧E2の印加時間T1,T2については10秒に設定した。
応答特性は、水とともに攪拌子を収容した容器に、酵素固定化電極(作用極)、白金電極(対極)、および銀/塩化銀電極(参照極)を浸漬した状態において、スターラによって攪拌子を回転させつつ、特定のタイミングでグルコースを添加することにより行なった。
0mg/dL→100mg/dL→600mg/dLと順次変化させた。
本実施例では、酵素固定化電極にパルス電圧を繰り返し印加したときの酵素固定化電極の安定性について評価した。
酵素固定化電極は、カーボン電極の表面に、リン脂質ポリマーを介してGDHを固定化することにより作製した。カーボン電極は、ポリイミド基材の表面に形成した。電極材料としては、ケッチェンブラック(ライオン(株)製)40wt%、バインダーとしてのポリエステル樹脂40%wt、および溶剤としてのイソホロン20wt%を混合した印刷用インクを用いた。印刷用インクは、ポリイミド基材の表面へ、厚みが10μmになるように印刷し、150℃の環境下で30分間乾燥させて電極とした。リン脂質ポリマーとしては、シランカップリング剤としてのテトラエトキシシランを導入したMPC重合体(商品名「リピジュア」;日油社製)を使用した。酵素は、リン脂質修飾カーボン電極を1250U/mLのGDH溶液に浸漬することにより固定化した。
安定性は、600mg/dLのグルコース溶液を用いて応答電流を連続して測定した後の酵素固定化電極の感度として評価した。
よび応答電圧E2はそれぞれ100mVおよび700mVとした。
実施例3では、段階状のパルス電圧の性能評価について検討した。酵素固定化電極の作製及び電極系は、実施例1と同様である。図14は、図7(a)に示す階段状のパルス電圧を、酵素固定化電極に繰り返し印加した場合についての電流密度の変化を示すグラフである。応答電流値を酵素固定化電極の面積で割って算出した値を、電流密度としている。図14では、階段状のパルス電圧を点線で示しており、電流密度を実線で示している。非応答電圧E1を印加する状態と、応答電圧E2を印加する状態と、中間電圧を印加する状態との組み合わせを1パルスとしている。印加電圧については、非応答電圧E1を300mVの定電圧に設定し、応答電圧E2を600mVの定電圧に設定し、中間電圧を450mVの定電圧に設定している。
実施例4では、グルコース酸化還元酵素としてGODを用いた場合において、酵素固定化電極にパルス電圧を繰り返し印加したときの応答特性について検討した。
ポリイミド基材の表面に、スパッタリング法で膜厚30nmの白金を堆積することによ
り、ポリイミド基板の表面に導電性層を形成する。そして、導電性層をGOD溶液(1mg/mLのGOD水溶液)に浸漬して、導電性層上にGOD層を形成することにより、酵素固定化電極を作製した。GOD溶液におけるGODの濃度は、活性基準において1100U/mLである。
グルコースの応答特性の測定は、リン酸緩衝液(100mM、pH=7.0)及び攪拌子を収容した容器に、酵素固定化電極(作用極)、白金電極(対極)、及び銀/塩化銀電極(参照極)を浸漬した状態において、スターラによって攪拌子を回転させつつ、グルコースを添加することにより行なった。グルコースの添加を1回行うことにより、グルコース濃度を0mg/dLから600mg/dLに変化させた。
圧を連続的に印加する場合、電極表面上に、GODと未反応のグルコースが経時的に蓄積される。この状態において引き続き定電圧を連続的に印加した場合、電極表面上に蓄積されたグルコースが遅れてGODと反応するために、応答電流が時間の経過とともに上昇すると考えられる。これに対して、パルス電圧を繰り返し印加する方法では、時間が経過しても応答電流の上昇は認められず、酵素固定化電極の安定性が良好であることが分かった。パルス法においては、個々のパルスの応答電圧は、それぞれ独立して所定の印加時間のみが印加されている。従って、所定の印加時間内でのGODとグルコースとが反応した分の応答電流しか現れない。電極表面上に蓄積されたグルコースがGODと遅れて反応する時間まで、応答電圧を印加していないため、応答電流は、ほぼ一定の値となると考えられる。
実施例5では、酵素固定化電極に定電圧を連続して印加した場合におけるグルコース濃度の依存性と、酵素固定化電極にパルス電圧を繰り返し印加した場合におけるグルコース濃度の依存性と、について検討した。すなわち、酵素固定化電極に定電圧を連続して印加した場合において、グルコース濃度を変化させたときの応答電流を測定した。また、酵素固定化電極にパルス電圧を繰り返し印加した場合において、グルコース濃度を変化させたときの応答電流を測定した。応答電流の測定は、リン酸緩衝液(100mM、pH=7.0)とともに攪拌子を収容した容器に、酵素固定化電極(作用極)、白金電極(対極)、および銀/塩化銀電極(参照極)を浸漬した状態において、スターラによって攪拌子を回転させつつ、特定のタイミングでグルコースを添加することにより行なった。
ポリイミド基材の表面に、スパッタリング法で膜厚30nmの白金を堆積することにより、ポリイミド基板の表面に導電性層を形成する。そして、導電性層をGOD溶液(1mg/mLのGOD水溶液)に浸漬して、導電性層上にGOD層を形成することにより、酵素固定化電極を作製した。GOD溶液におけるGODの濃度は、活性基準において1100U/mLとした。
答電流は、酵素固定化電極に600mVの定電圧を連続して印加して測定した。
非応答電圧E1を300mVの定電圧に設定し、応答電圧E2を600mVの定電圧に設定して測定した。また、非応答電圧E1の印加時間T1を30秒に設定し、応答電圧E2の印加時間を30秒に設定している。
4 グルコースセンサ
E1 非反応電圧(非応答電圧)
E2 反応電圧(応答電圧)
E3 待機電圧
Claims (8)
- 第1電極及び酵素が固定化された第2電極を有するセンサを用いて、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加したときの応答電流に基づいて基質濃度を連続測定する方法であって、
基質に起因する応答電流が得られる応答電圧を印加する応答電圧印加ステップと、
基質に起因する応答電流が全くあるいは実質的に得られない非応答電圧を印加する非応答電圧印加ステップと、
を含み、
前記応答電圧印加ステップにおいて得られる応答電流と、前記非応答電圧印加ステップにおいて得られる応答電流と、の差分に基づいて基質濃度の演算を行なうことを特徴とする、基質濃度の連続測定方法。 - 前記応答電圧印加ステップと前記非応答電圧印加ステップとを交互に繰り返し行なう、請求項1に記載の基質濃度の連続測定方法。
- 前記非応答電圧は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加する電圧を大きくしていったときに、前記基質に起因する応答電流が得られ始める印加電圧に対して、±0.5Vの範囲において設定される、請求項1または2に記載の基質濃度の連続測定方法。
- 前記応答電圧印加ステップと前記非応答電圧印加ステップとを交互に所定数行った後に、前記非応答電圧よりも絶対値において小さい電圧を印加する待機ステップを含んでいる、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の基質濃度の連続測定方法。
- 前記応答電圧印加ステップと前記非応答電圧印加ステップとを交互に所定数行った後に、前記センサを含む回路を開回路とする待機ステップを含んでいる、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の基質濃度の連続測定方法。
- 前記センサは、体内に植え込んで使用するものである、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の基質濃度の連続測定方法。
- 前記基質はグルコースであり、
前記センサはグルコースセンサである、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の基質濃度の連続測定方法。 - 前記第2電極は、グルコース酸化還元酵素が固定化された電極である、請求項7に記載の基質濃度の連続測定方法。
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