JP6374860B2 - Improved spacer membrane for in vivo enzyme sensors - Google Patents

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    • C12Q1/005Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes
    • C12Q1/006Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes for glucose

Description

本発明は、酵素分子が固定化された電極と、電極システムの周りの体液から酵素分子への分析物の拡散を制御する改良された拡散バリアと、を備えるin vivo条件下で分析物の濃度を測定するための電極システムに関する。   The present invention relates to an analyte concentration under in vivo conditions comprising an electrode with an immobilized enzyme molecule and an improved diffusion barrier that controls the diffusion of the analyte from the body fluid around the electrode system to the enzyme molecule. It relates to an electrode system for measuring.

さらに、本発明は、酵素分子が固定化された電極と、任意には、電極システムの外側から酵素分子への分析物の拡散を制御する拡散バリアおよび電極システムの外層の少なくとも一部分を形成する改良されたスペーサーメンブレンと、を備えるin vivo条件下で分析物の濃度を測定するための電極システムに関する。   Furthermore, the present invention provides an improvement that forms an electrode with immobilized enzyme molecules and optionally a diffusion barrier that controls the diffusion of analytes from outside the electrode system into the enzyme molecule and at least a portion of the outer layer of the electrode system. And an electrode system for measuring an analyte concentration under in vivo conditions.

埋め込み可能なまたは挿入可能な電極システムを備えるセンサーは、生理学的に重要な分析物、例えば患者の身体内の乳酸またはグルコースなどの測定を容易にする。この種類のシステムの作用電極は、その中に酵素分子が結合されている導電性の酵素層であって分析物分子の触媒的変換によって電荷キャリアを遊離する酵素層を備える。その過程において、測定シグナルとして電流が生成され、その大きさは、分析物濃度と相関する。   Sensors with an implantable or insertable electrode system facilitate the measurement of physiologically important analytes such as lactate or glucose in the patient's body. The working electrode of this type of system comprises a conductive enzyme layer in which the enzyme molecules are bound, which releases the charge carriers by catalytic conversion of the analyte molecules. In the process, a current is generated as a measurement signal, the magnitude of which correlates with the analyte concentration.

このような電極システムとしては、例えば国際公開第2007/147475号および国際公開第2010/028708号などで公知であり、これらの内容は参照によって本明細書に組み込まれる。   Such electrode systems are known, for example, from WO 2007/147475 and WO 2010/028708, the contents of which are incorporated herein by reference.

電極システムの作用電極には、電極システムの周りの体液または組織から、酵素層中に固定化されている酵素分子への、測定される分析物の拡散を制御する拡散バリアが設けられる。国際公開第2010/028708号によれば、電極システムの拡散バリアは、少なくとも2つの異なるポリマー、好ましくはアクリレートの固溶体である。ポリマーは、コポリマー、例えば、メタクリル酸メチルとヒドロキシエチルメタクリレートとのコポリマーまたはブチルメタクリレートとヒドロキシエチルメタクリレートとのコポリマーなど、であってもよい。   The working electrode of the electrode system is provided with a diffusion barrier that controls the diffusion of the analyte to be measured from body fluids or tissues around the electrode system to enzyme molecules immobilized in the enzyme layer. According to WO 2010/028708, the diffusion barrier of the electrode system is a solid solution of at least two different polymers, preferably acrylates. The polymer may be a copolymer, such as a copolymer of methyl methacrylate and hydroxyethyl methacrylate or a copolymer of butyl methacrylate and hydroxyethyl methacrylate.

国際公開第2007/147475号は、双性イオン構造を有するポリマーから作製される拡散バリアを開示する。このようなポリマーの例としては、ポリ(2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン−コ−n−ブチルメタクリレート)が挙げられる。双性イオンポリマーは、別のポリマー、例えばポリウレタンなどと混合されてもよい。   WO 2007/147475 discloses a diffusion barrier made from a polymer having a zwitterionic structure. An example of such a polymer is poly (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine-co-n-butyl methacrylate). The zwitterionic polymer may be mixed with another polymer, such as polyurethane.

しかしながら、ポリマーまたはコポリマー混合物の使用は、混合物の調製およびセンサーへのその適用が、面倒であり、潜在的に問題があるという難点がある。通常、混合されるポリマーは、個々に溶解され、そして得られた溶液がその後所望の比率で混合される。しかしながら、これは、成分のうちの一つの沈殿をもたらし得、結果的に、例えば噴霧プロセスなどにおける加工性の問題点をもたらし得る。混合物がイオン性の特性をもつポリマーを含んでいる場合、すなわち、混合されるポリマーのうちの一つがアニオン性またはカチオン性基を有するモノマーを含んでいる場合に困難性は増大する。このような荷電基の存在は、しかしながら、溶解性に強く影響を及ぼし、荷電ポリマーおよび非荷電ポリマーの両方に適切な溶媒を見つけることを困難にさせる。   However, the use of a polymer or copolymer mixture has the disadvantage that the preparation of the mixture and its application to the sensor is cumbersome and potentially problematic. Usually, the polymers to be mixed are dissolved individually and the resulting solution is then mixed in the desired ratio. However, this can lead to precipitation of one of the components and can result in processability problems, for example in the spraying process. The difficulty is increased when the mixture contains a polymer with ionic properties, i.e. one of the polymers to be mixed contains a monomer having an anionic or cationic group. The presence of such charged groups, however, strongly affects solubility and makes it difficult to find a suitable solvent for both charged and uncharged polymers.

特許文献1は、少なくとも一つのポリマー材料を含む一体化された拡散層および酵素層を備える酵素系センサー、そして、粒子が酵素を担持しており、前記粒子がポリマー材料中に分散されていることを開示する。ポリマーは、親水性および疎水性ポリマー鎖配列を含んでいてもよく、例えば、ポリマーは、高いまたは低い水分取り込み性のポリエーテル−ポリウレタンコポリマーであってもよい。拡散層として、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有するブロックコポリマーの使用は開示されていない。   Patent Document 1 discloses that an enzyme-based sensor including an integrated diffusion layer and an enzyme layer containing at least one polymer material, and that the particles carry an enzyme, and the particles are dispersed in the polymer material. Is disclosed. The polymer may include hydrophilic and hydrophobic polymer chain sequences, for example, the polymer may be a high or low moisture uptake polyether-polyurethane copolymer. The use of a block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block as a diffusion layer is not disclosed.

特許文献2は、導電体を備えた対電極と、導電体を備えた作用電極であって、その上に固定された酵素分子を含む酵素層が局在している作用電極と、を備える分析物の濃度のin vivoでの測定のための電極システムを記載する。拡散バリアは、周囲の体液から酵素分子への分析物の拡散を制御する。拡散バリアは、4,4’−メチレン−ビス−(シクロヘキシルイソシアネート)およびジオール混合物(ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールであってもよい)の縮合重合によって得られ得る親水化されたポリウレタンを含んでいてもよい。親水性ポリウレタン層は、スペーサー、例えばブチルメタクリレートと2−メタクリロイルオキシエチル−ホスホリルクロリンとのコポリマーなどで覆われ得る。少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有するブロックコポリマーの拡散層としての使用は開示されていない。50モル−%より多い親水性モノマーを含む、(メタ)アクリル酸モノマーの親水性コポリマーの使用もまた開示されていない。   Patent Document 2 discloses an analysis comprising a counter electrode provided with a conductor, and a working electrode provided with a conductor, in which an enzyme layer containing enzyme molecules immobilized thereon is localized. An electrode system for the in vivo measurement of the concentration of an object is described. The diffusion barrier controls the diffusion of the analyte from surrounding body fluids to the enzyme molecules. The diffusion barrier may comprise a hydrophilicized polyurethane that may be obtained by condensation polymerization of 4,4′-methylene-bis- (cyclohexyl isocyanate) and a diol mixture (which may be polyethylene glycol and polypropylene glycol). . The hydrophilic polyurethane layer can be covered with a spacer, such as a copolymer of butyl methacrylate and 2-methacryloyloxyethyl-phosphoryl chlorin. The use of a block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block as a diffusion layer is not disclosed. The use of hydrophilic copolymers of (meth) acrylic acid monomers containing more than 50 mol-% hydrophilic monomer is also not disclosed.

国際公開第2006/058779号International Publication No. 2006/058779 欧州特許出願公開第2163190号明細書European Patent Application Publication No. 2163190

本発明の目的は、所望の物理化学的特性を提供し、および、容易に製造され得る、酵素的in vivoセンサーの電極システムにおける拡散バリアを提供することである。   It is an object of the present invention to provide a diffusion barrier in an electrode system of an enzymatic in vivo sensor that provides the desired physicochemical properties and can be easily manufactured.

この目的は、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有する単一のブロックコポリマーからなる拡散バリアを提供することによって達成される。親水性および疎水性ブロックは、互いに共有結合的に結合されている。好ましくは、ブロックは、(メタ)アクリル酸ポリマーブロックである。   This object is achieved by providing a diffusion barrier consisting of a single block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block. The hydrophilic and hydrophobic blocks are covalently bound to each other. Preferably, the block is a (meth) acrylic acid polymer block.

ブロックコポリマーベースの拡散バリアは、以下のような、非常に優れた物理化学的特性を提供する:
(i)拡散バリアの測定される分析物透過性
(ii)電極の短期的挙動(濡れ性)および長期的挙動(センサーのドリフト)に適切である拡散バリアの透過特性
(iii)延長された複数の電極を備えるin vivoセンサーの製造を可能にする、拡散バリアの機械的柔軟性
(iv)拡散層へのイオン性基の効率の良い組み込み、すなわち、ポリマー内のカチオン性またはアニオン性電荷密度が効率良く調整され得、これは、荷電性分析物の反発または親和性、および/または、例えば周りの体液または組織からの単球などの細胞の接着の制御に関連する。
Block copolymer based diffusion barriers provide very good physicochemical properties such as:
(I) The measured analyte permeability of the diffusion barrier (ii) The diffusion characteristics of the diffusion barrier that are suitable for the short-term behavior (wetting) and long-term behavior (sensor drift) of the electrode (iii) extended multiples The mechanical flexibility of the diffusion barrier, which enables the production of in vivo sensors with different electrodes (iv) the efficient incorporation of ionic groups into the diffusion layer, ie the cationic or anionic charge density in the polymer It can be efficiently tuned, which relates to the repulsion or affinity of the charged analyte and / or the control of the adhesion of cells such as monocytes from surrounding body fluids or tissues.

本発明の主題は、酵素分子が固定化された電極と、電極システムの外側から酵素分子への分析物の拡散を制御する拡散バリアと、を備えるin vivo条件下で分析物の濃度を測定するための電極システムであって、拡散バリアが、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有するブロックコポリマーを含むことを特徴とする電極システムである。   The subject of the present invention is to measure the concentration of an analyte under in vivo conditions comprising an electrode with an immobilized enzyme molecule and a diffusion barrier that controls the diffusion of the analyte from outside the electrode system into the enzyme molecule An electrode system for use in which a diffusion barrier comprises a block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block.

好ましくは、拡散バリアは、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有する、単一の、すなわちただ一つの、ブロックコポリマーを含み、すなわち、さらなるポリマーまたはコポリマーは存在しない。より好ましくは、拡散バリアは、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有する、単一のブロックコポリマーからなる。   Preferably, the diffusion barrier comprises a single, ie only one, block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block, ie no further polymer or copolymer is present. More preferably, the diffusion barrier consists of a single block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block.

本発明の電極システムは、身体内への、例えば、ヒトの身体内などの哺乳類の身体内への、挿入または埋め込みに適する。電極システムは、例えば、細胞外空間(間質)内、血管もしくはリンパ管内、または細胞間の間隙内などの体液および/または身体組織内の所望の分析物を測定するために適合される。   The electrode system of the present invention is suitable for insertion or implantation into the body, for example into a mammalian body such as a human body. The electrode system is adapted to measure desired analytes in body fluids and / or body tissues, such as, for example, in the extracellular space (stroma), blood vessels or lymph vessels, or in interstitial spaces between cells.

挿入されたまたは埋め込まれた電極システムは、短期の適用、例えば3〜14日間など、また、長期の適用、例えば6〜12か月間などに適する。挿入または埋め込みの期間のあいだ、所望の分析物が、継続的または非継続的な測定によって測定され得る。   The inserted or implanted electrode system is suitable for short-term applications, such as 3-14 days, and long-term applications, such as 6-12 months. During the period of insertion or implantation, the desired analyte can be measured by continuous or non-continuous measurements.

本発明の電極システムは、好ましくは、酵素的、非流体的(enzymatic, non-fluidic)(ENF)センサーの一部であって、ここで分析物の酵素的変換が測定される。好ましくは、センサーは、分析物の変換のための酵素分子が固定化された作用電極であって、電気的信号の生成をもたらす作用電極を含む。酵素は、電極を被覆する層中に存在し得る。追加で、酸化還元メディエーターおよび/または電解触媒や導電性粒子およびポア形成剤が存在していてもよい。この種の電極は、例えば、国際公開第2007/147475号に記載されており、その開示は本明細書中に参照によって組み込まれる。   The electrode system of the present invention is preferably part of an enzymatic, non-fluidic (ENF) sensor, where the enzymatic conversion of the analyte is measured. Preferably, the sensor includes a working electrode on which an enzyme molecule for analyte conversion is immobilized, which results in the generation of an electrical signal. Enzymes can be present in the layer covering the electrode. In addition, redox mediators and / or electrocatalysts, conductive particles and pore formers may be present. Such electrodes are described, for example, in WO 2007/147475, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

作用電極の領域は、センサーの感度領域である。この感度領域には、外側、例えば電極システムのまわりの体液および/または組織など、からの酵素分子への分析物の拡散を制御する拡散バリアが設けられる。拡散バリアは、例えば、酵素層を覆うカバー層、すなわち酵素を含まない層であり得る。しかしながら、拡散制御粒子が拡散バリアとして機能するように酵素層中に組み込まれていることもまた可能である。例えば、酵素層のポアが、分析物分子の拡散を制御するポリマーで充填され得る。拡散バリアの厚みは、通常、約2〜20μm、例えば、約2〜15μm、または約5〜20μm、特には約5〜10μm、または約10〜15μmのあいだ(乾燥状態で)である。   The working electrode area is the sensitivity area of the sensor. This sensitive region is provided with a diffusion barrier that controls the diffusion of the analyte from the outside, eg, body fluids and / or tissues around the electrode system, to the enzyme molecules. The diffusion barrier can be, for example, a cover layer that covers the enzyme layer, ie, a layer that does not contain an enzyme. However, it is also possible that the diffusion control particles are incorporated in the enzyme layer so as to function as a diffusion barrier. For example, the pores of the enzyme layer can be filled with a polymer that controls the diffusion of analyte molecules. The thickness of the diffusion barrier is usually between about 2-20 μm, for example about 2-15 μm, or about 5-20 μm, in particular about 5-10 μm, or about 10-15 μm (in the dry state).

本発明の電極システムの拡散バリアは、ブロックコポリマー、好ましくは、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有する単一のブロックコポリマーを含む。ブロックコポリマーは、ブロックの交互配列、すなわち親水性ブロックが疎水性プロックへと結合されている配列を含んでいてもよい。親水性および疎水性ブロックは、ポリマー分子内で互いに共有結合的に結合する。ポリマーの(重量)平均分子量は、通常20〜70kD、特には25〜60kDおよびより特には30〜50kDである。ブロックコポリマー中の、親水性部分の疎水性部分に対するモル比は、通常約75%(親水性):25%(疎水性)〜約25%(親水性):75%(疎水性)の範囲、約65%(親水性):35%(疎水性)〜約35%(親水性):65%(疎水性)の範囲、または、約60%(親水性):40%(疎水性)〜約40%(親水性):60%(疎水性)の範囲である。   The diffusion barrier of the electrode system of the present invention comprises a block copolymer, preferably a single block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block. The block copolymer may comprise an alternating sequence of blocks, ie a sequence in which hydrophilic blocks are bound to a hydrophobic block. The hydrophilic and hydrophobic blocks are covalently bound to each other within the polymer molecule. The (weight) average molecular weight of the polymer is usually 20-70 kD, in particular 25-60 kD and more particularly 30-50 kD. The molar ratio of hydrophilic portion to hydrophobic portion in the block copolymer is usually in the range of about 75% (hydrophilic): 25% (hydrophobic) to about 25% (hydrophilic): 75% (hydrophobic); About 65% (hydrophilic): 35% (hydrophobic) to about 35% (hydrophilic): 65% (hydrophobic), or about 60% (hydrophilic): 40% (hydrophobic) to about 40% (hydrophilic): in the range of 60% (hydrophobic).

ブロックコポリマーの親水性ブロックは、少なくとも90%の、少なくとも95%のおよび特には完全に、親水性モノマーユニットからなる。これは通常、50〜400の、例えば50〜200の、または150〜300の、特には100〜150の、または200〜250などの、モノマー分子長を有する。コポリマーの疎水性ブロックは、少なくとも90%の、少なくとも95%のおよび特には完全に、疎水性モノマーユニットからなる。これは通常、50〜300の、例えば50〜200の、または150〜250の、特には80〜150の、または170〜200などの、モノマーユニット長を有する。   The hydrophilic block of the block copolymer consists of at least 90%, at least 95% and in particular completely hydrophilic monomer units. This usually has a monomer molecular length of 50 to 400, such as 50 to 200, or 150 to 300, in particular 100 to 150, or 200 to 250. The hydrophobic block of the copolymer consists of at least 90%, at least 95% and in particular completely hydrophobic monomer units. This usually has a monomer unit length of 50 to 300, such as 50 to 200, or 150 to 250, in particular 80 to 150, or 170 to 200.

親水性ブロックおよび/または疎水性ブロックは好ましくは、(メタ)アクリル系のユニットからなる。より好ましくは、親水性ブロックおよび疎水性ブロックの両方が、(メタ)アクリル系のモノマーユニットからなる。   The hydrophilic block and / or the hydrophobic block are preferably composed of (meth) acrylic units. More preferably, both the hydrophilic block and the hydrophobic block are composed of (meth) acrylic monomer units.

親水性ブロックの親水性モノマーユニットは、好ましくは、親水性の(メタ)アクリル酸エステル、すなわち極性基をもつエステル、すなわちOH、OCH3またはOC25基をエステルのアルコール部分内にもつエステル、親水性の(メタ)アクリルアミドであって、アミド(NH2)またはN−アルキルまたはN,N−ジアルキルアミド基を有し、アルキル基が1〜3個の炭素原子および任意には例えばOH、OCH3またはOC25基などの親水性基を含む(メタ)アクリルアミド、ならびに、例えばアクリル酸(アクリレート)またはメタクリル酸(メタクリレート)などの荷電性の基、例えばアニオン性基またはカチオン性基などをもつ適切な(メタ)アクリル酸ユニットから選択される。さらに、モノマーユニットの組み合わせも使用され得る。 The hydrophilic monomer unit of the hydrophilic block is preferably a hydrophilic (meth) acrylic ester, ie an ester having a polar group, ie an ester having an OH, OCH 3 or OC 2 H 5 group in the alcohol part of the ester. , A hydrophilic (meth) acrylamide having an amide (NH 2 ) or N-alkyl or N, N-dialkylamide group, wherein the alkyl group is 1-3 carbon atoms and optionally eg OH, (Meth) acrylamide containing hydrophilic groups such as OCH 3 or OC 2 H 5 groups, and charged groups such as acrylic acid (acrylate) or methacrylic acid (methacrylate), such as anionic or cationic groups Is selected from suitable (meth) acrylic acid units having In addition, combinations of monomer units can be used.

親水性ブロックのための好ましいモノマーユニットの具体的な例は以下から選択される:
2−ヒドロキシエチルアクリレート、
2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、
2−メトキシエチルアクリレート、
2−メトキシエチルメタクリレート、
2−エトキシエチルアクリレート、
2−エトキシエチルメタクリレート、
2−または3−ヒドロキシプロピルアクリレート、
2−または3−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−または3−HPMA)、
2−または3−メトキシプロピルアクリレート、
2−または3−メトキシプロピルメタクリレート
2−または3−エトキシプロピルアクリレート、
2−または3−エトキシプロピルメタクリレート、
1−または2−グリセロールアクリレート、
1−または2−グリセロールメタクリレート、
アクリルアミド、
メタクリルアミド、
N−アルキルまたはN,N−ジアルキルアクリルアミドおよび
N−アルキルまたはN,N−ジアルキルメチルアミドであって、アルキル基は例えばメチル、エチルまたはプロピルなどの1〜3個の炭素原子を含む、
アクリル酸(アクリレート)、
メタクリル酸(メタクリレート)
およびそれらの組み合わせ。
Specific examples of preferred monomer units for the hydrophilic block are selected from:
2-hydroxyethyl acrylate,
2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA),
2-methoxyethyl acrylate,
2-methoxyethyl methacrylate,
2-ethoxyethyl acrylate,
2-ethoxyethyl methacrylate,
2- or 3-hydroxypropyl acrylate,
2- or 3-hydroxypropyl methacrylate (2- or 3-HPMA),
2- or 3-methoxypropyl acrylate,
2- or 3-methoxypropyl methacrylate 2- or 3-ethoxypropyl acrylate,
2- or 3-ethoxypropyl methacrylate,
1- or 2-glycerol acrylate,
1- or 2-glycerol methacrylate,
Acrylamide,
Methacrylamide,
N-alkyl or N, N-dialkylacrylamide and N-alkyl or N, N-dialkylmethylamide, wherein the alkyl group contains 1 to 3 carbon atoms such as methyl, ethyl or propyl,
Acrylic acid (acrylate),
Methacrylic acid (methacrylate)
And combinations thereof.

好ましい親水性モノマーは、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)および/または2−または3−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−または3−HPMA)である。より好ましくは、親水性ブロックは、少なくとも2つの異なる親水性モノマーユニットからなる。例えば、HEMAおよび2−HPMAなどの少なくとも2つの異なる親水性モノマーユニットのランダムコポリマーであってもよい。   Preferred hydrophilic monomers are 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and / or 2- or 3-hydroxypropyl methacrylate (2- or 3-HPMA). More preferably, the hydrophilic block consists of at least two different hydrophilic monomer units. For example, it may be a random copolymer of at least two different hydrophilic monomer units such as HEMA and 2-HPMA.

イオン性基をモノマー中に導入するために、荷電性モノマーユニット、例えばアクリル酸(アクリレート)および/またはメタクリル酸(メタクリレート)が親水性ブロック中に組み込まれてもよい。したがって、本発明の特定の実施様態において、親水性ブロックは、少なくとも一つの非イオン性親水性モノマーユニット(例えば上述されているもの)および少なくとも一つのイオン性親水性モノマーユニットから作製され得、ここでイオン性モノマーユニットは、好ましくは1〜20モル−%のモル量で存在する。親水性ブロックが例えばアクリル酸またはメタクリル酸などのイオン性モノマーユニットを含む場合、特にはN,N−ジアルキルアクリルまたはメタクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミドの群より選択される親水性モノマーとの共重合化が好ましい。   In order to introduce ionic groups into the monomer, charged monomer units such as acrylic acid (acrylate) and / or methacrylic acid (methacrylate) may be incorporated into the hydrophilic block. Thus, in certain embodiments of the present invention, the hydrophilic block may be made from at least one nonionic hydrophilic monomer unit (eg, those described above) and at least one ionic hydrophilic monomer unit, wherein The ionic monomer units are preferably present in a molar amount of 1 to 20 mol-%. When the hydrophilic block comprises ionic monomer units such as, for example, acrylic acid or methacrylic acid, it is particularly copolymerized with a hydrophilic monomer selected from the group of (meth) acrylamides such as N, N-dialkylacrylic or methacrylamide Is preferable.

疎水性ブロックの疎水性モノマーユニットは、好ましくは、疎水性のアクリル酸および/またはメタクリル酸ユニット、スチレン系のモノマーユニット、またはそれらの組み合わせより選択される。好ましくは、疎水性モノマーユニットは、例えば、親水性基を有さない1〜3個の炭素原子をもつアルコール部位を有するエステルなどの、疎水性の(メタ)アクリル酸エステルより選択される。疎水性ブロックのためのモノマーユニットの具体的な例は以下から選択される:
メチルアクリレート、
メチルメタクリレート(MMA)、
エチルアクリレート、
エチルメタクリレート(EMA)、
n−またはi−プロピルアクリレート、
n−またはi−プロピルメタクリレート、
n−ブチルアクリレート、
n−ブチルメタクリレート(BUMA)、
ネオペンチルアクリレート、
ネオペンチルメタクリレート
およびそれらの組み合わせ。
The hydrophobic monomer units of the hydrophobic block are preferably selected from hydrophobic acrylic and / or methacrylic acid units, styrenic monomer units, or combinations thereof. Preferably, the hydrophobic monomer unit is selected from hydrophobic (meth) acrylic acid esters, such as, for example, esters having an alcohol moiety with 1 to 3 carbon atoms that do not have a hydrophilic group. Specific examples of monomer units for the hydrophobic block are selected from:
Methyl acrylate,
Methyl methacrylate (MMA),
Ethyl acrylate,
Ethyl methacrylate (EMA),
n- or i-propyl acrylate,
n- or i-propyl methacrylate,
n-butyl acrylate,
n-butyl methacrylate (BUMA),
Neopentyl acrylate,
Neopentyl methacrylate and combinations thereof.

疎水性ブロックは、例えばランダムなコポリマーとして存在する、少なくとも2つの異なる疎水性モノマーユニットを含む。好ましい実施態様において、疎水性ブロックは、メチルメタクリレート(MMA)およびn−ブチルメタクリレート(BUMA)を含む。特に好ましい実施態様において、疎水性ブロックは、MMAおよびBUMAのランダムコポリマーである。MMAおよびBUMAのあいだのモル比は、好ましくは、約60%(MMA):40%(BUMA)〜約40%(MMA):60%(BUMA)、例えば、約50%(MMA):50%(BUMA)などである。疎水性ブロックのガラス転位温度は、好ましくは100℃以下、90℃以下、または80℃以下、例えば約40〜80℃である。代替的な実施態様において、疎水性ブロックは、スチレンユニット、例えば約95℃のガラス転位温度を有するポリスチレンなどからなっていてもよい。   The hydrophobic block comprises at least two different hydrophobic monomer units, eg present as a random copolymer. In a preferred embodiment, the hydrophobic block comprises methyl methacrylate (MMA) and n-butyl methacrylate (BUMA). In a particularly preferred embodiment, the hydrophobic block is a random copolymer of MMA and BUMA. The molar ratio between MMA and BUMA is preferably about 60% (MMA): 40% (BUMA) to about 40% (MMA): 60% (BUMA), for example about 50% (MMA): 50%. (BUMA). The glass transition temperature of the hydrophobic block is preferably 100 ° C. or lower, 90 ° C. or lower, or 80 ° C. or lower, for example, about 40-80 ° C. In an alternative embodiment, the hydrophobic block may consist of styrene units, such as polystyrene having a glass transition temperature of about 95 ° C.

本発明において使用されるブロックコポリマーは、公知の方法にしたがって製造され得る(Boeker et al., Macromolecules 34 (2001), 7477-7488)。   The block copolymer used in the present invention can be produced according to a known method (Boeker et al., Macromolecules 34 (2001), 7477-7488).

ブロックコポリマーは、通常の手法によって、例えば、エーテルなどの有機溶媒などの適切な溶媒または溶媒混合物中のブロックコポリマーの溶液を提供し、それが、既成の電極システムに適用され、そしてその上で乾燥されることなどによって、電極システムに適用され得る。   The block copolymer provides a solution of the block copolymer in a suitable solvent or solvent mixture, for example an organic solvent such as ether, which is applied to the ready-made electrode system and dried on it by conventional techniques. Can be applied to the electrode system.

ブロックコポリマーが水と接触される場合、37℃の温度およびpH7.4(10mM KH2PO4、10mM NaH2PO4、および147mM NaClの水性リン酸緩衝液)で、好ましくは約15〜30重量%(ポリマーの乾燥重量に基づいて)の水分取り込みを示す。 When the block copolymer is contacted with water, preferably at a temperature of 37 ° C. and pH 7.4 (10 mM KH 2 PO 4 , 10 mM NaH 2 PO 4 , and 147 mM NaCl aqueous phosphate buffer), preferably about 15-30 wt. % Shows moisture uptake (based on dry weight of polymer).

ブロックコポリマーに加えて、拡散バリアはまた、さらなる成分、特には非ポリマー性成分を含んでいてもよく、これらはポリマー中に分散および/または溶解されていてもよい。これらさらなる成分としては、例えば、可塑剤、特には生体適合性の可塑剤、例えばトリ−(2−エチルヘキシル)トリメリテートおよび/またはグリセロールなどが挙げられる。   In addition to the block copolymer, the diffusion barrier may also include additional components, particularly non-polymeric components, which may be dispersed and / or dissolved in the polymer. These further components include, for example, plasticizers, in particular biocompatible plasticizers such as tri- (2-ethylhexyl) trimellitate and / or glycerol.

本発明の拡散バリアは、37℃の温度およびpH7.4で、好ましくは≧10-10cm2/sである、より好ましくは≧5×10-10cm2/sである、およびさらにより好ましくは≧10-9cm2/sである、および例えば10-7または10-8cm2/sまでである、グルコースに対する高い実効拡散係数Deffを有する。実効拡散係数は、好ましくは、実施例4に記載されるように以下の式:

Figure 0006374860
(ここで、SEmは作用電極の感度であり、Fは作用電極の面積であり、および、Lmは拡散バリアの層厚である)
によって決定される。SEmおよびLmは実施例に記載されるように決定され得る。 The diffusion barrier of the present invention preferably has a temperature of 37 ° C. and pH 7.4, preferably ≧ 10 −10 cm 2 / s, more preferably ≧ 5 × 10 −10 cm 2 / s, and even more preferably Has a high effective diffusion coefficient D eff for glucose which is ≧ 10 −9 cm 2 / s and for example up to 10 −7 or 10 −8 cm 2 / s. The effective diffusion coefficient is preferably the following formula as described in Example 4:
Figure 0006374860
(Where SE m is the sensitivity of the working electrode, F is the area of the working electrode, and L m is the layer thickness of the diffusion barrier)
Determined by. SE m and L m can be determined as described in the examples.

本発明の電極システムは、in vivo条件下での分析物の濃度の測定に、すなわち、身体内に挿入されるまたは埋め込まれる場合に適する。分析物は、組織または体液内に存在する任意の分子またはイオン、例えば、酸素、二酸化炭素、塩(カチオンおよび/またはアニオン)、脂肪もしくは脂肪成分、炭水化物もしくは炭水化物成分、タンパク質もしくはタンパク質成分、または他の種類の生体分子などであり得る。特に好ましくは、例えば血液などの体液および組織のあいだで効率よく移動され得る、例えば酸素、二酸化炭素、ナトリウムカチオン、塩素アニオン、グルコース、尿素、グリセロール、乳酸およびピルビン酸などの分析物が測定される。   The electrode system of the present invention is suitable for measuring the concentration of an analyte under in vivo conditions, i.e. when inserted or implanted in the body. An analyte can be any molecule or ion present in a tissue or body fluid, such as oxygen, carbon dioxide, salt (cation and / or anion), fat or fat component, carbohydrate or carbohydrate component, protein or protein component, or other Types of biomolecules and the like. Particularly preferably, analytes such as oxygen, carbon dioxide, sodium cation, chlorine anion, glucose, urea, glycerol, lactic acid and pyruvic acid are measured, which can be efficiently transferred between body fluids and tissues such as blood. .

電極システムは、電極上に固定された酵素を含む。酵素は所望の分析物の測定に適切である。好ましくは、酵素は、分析物を触媒的に変換することができ、およびこれによって、作用電極の導電体によって検出可能な電気信号を生成する。分析物を測定するための酵素は、好ましくは、例えばグルコースオキシダーゼもしくは乳酸オキシダーゼなどの酸化酵素、または、例えばグルコースデヒドロゲナーゼもしくは乳酸デヒドロゲナーゼなどの脱水素酵素である。酵素に加えて、酵素層はまた、作用電極の導電性成分例えば黒鉛粒子などへの電子の移動を助ける電解触媒または酸化還元メディエーターを含んでいてもよい。適切な電解触媒は、例えば二酸化マンガンなどの金属酸化物、または、例えばコバルトフタロシアニンなどの有機金属系化合物である。好ましい実施態様において、酸化還元メディエーターは、過酸化水素を分解する能力をもち、これゆえ作用電極の周りにおける酸素の枯渇を相殺する。別の実施態様において、酸化還元メディエーターは、酵素に共有結合的に結合されてもよく、そしてこれによって、作用電極への直接的な電子移動に効果を及ぼす。直接的な電子移動に適切な酸化還元メディエーターは、補欠分子族、例えばピロロキノリンキノン(PQQ)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)または他の公知の補欠分子族などである。電極上に固定された酵素は、例えば、国際公開第2007/147475号に記載されており、その内容は本明細書中に参照によって組み込まれる。   The electrode system includes an enzyme immobilized on the electrode. The enzyme is suitable for measuring the desired analyte. Preferably, the enzyme is capable of catalytically converting the analyte and thereby producing an electrical signal that is detectable by the conductor of the working electrode. The enzyme for measuring the analyte is preferably an oxidase such as glucose oxidase or lactate oxidase, or a dehydrogenase such as glucose dehydrogenase or lactate dehydrogenase. In addition to the enzyme, the enzyme layer may also include an electrocatalyst or redox mediator that aids the transfer of electrons to the conductive components of the working electrode, such as graphite particles. Suitable electrocatalysts are metal oxides such as manganese dioxide, or organometallic compounds such as cobalt phthalocyanine. In a preferred embodiment, the redox mediator has the ability to decompose hydrogen peroxide, thus offsetting the depletion of oxygen around the working electrode. In another embodiment, the redox mediator may be covalently bound to the enzyme, thereby effecting direct electron transfer to the working electrode. Suitable redox mediators for direct electron transfer are prosthetic groups such as pyrroloquinoline quinone (PQQ), flavin adenine dinucleotide (FAD) or other known prosthetic groups. Enzymes immobilized on electrodes are described, for example, in WO 2007/147475, the contents of which are incorporated herein by reference.

電極システムの好ましい実施態様は、導電体を備えた対電極と、導電体を備えた作用電極であって、その上に酵素層および拡散バリアが配置されている作用電極と、を備える。酵素層は、好ましくは、互いに例えば少なくとも0.3mmまたは少なくとも0.5mmなどの距離で、作用電極の導体上に配置されている複数のフィールドの形にデザインされる。作用電極の個々のフィールドは、一連の個々の作用電極を形成していてもよい。これらのフィールドのあいだにおいて、作用電極の導体は、絶縁層によって被覆されていてもよい。酵素層のフィールドを、電気的絶縁層の開口部の上に配置することによって、信号対雑音比が改善され得る。このような配置は、国際公開第2010/028708号に開示されており、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。   A preferred embodiment of the electrode system comprises a counter electrode with an electrical conductor and a working electrode with an electrical conductor on which an enzyme layer and a diffusion barrier are disposed. The enzyme layer is preferably designed in the form of a plurality of fields arranged on the conductor of the working electrode, for example at a distance such as at least 0.3 mm or at least 0.5 mm from each other. The individual fields of the working electrode may form a series of individual working electrodes. During these fields, the conductor of the working electrode may be covered by an insulating layer. By placing the field of the enzyme layer over the opening of the electrically insulating layer, the signal to noise ratio can be improved. Such an arrangement is disclosed in WO 2010/028708, the contents of which are incorporated herein by reference.

本発明の電極システムは、追加で、例えばAg/Ag−Cl参照電極などの、作用電極のための参照電位を提供することが可能である参照電極を備える。さらに、本発明の電極システムは、追加の対電極および/または作用電極を有し得る。   The electrode system of the present invention additionally comprises a reference electrode that can provide a reference potential for the working electrode, for example an Ag / Ag-Cl reference electrode. Furthermore, the electrode system of the present invention may have an additional counter and / or working electrode.

電極システムは、例えば、ポテンシオスタットおよび電極システムの測定シグナルの増幅のための増幅器に連結されることなどによって、センサーの一部分とされてもよい。センサーは好ましくは、酵素的、非流体的(ENF)センサーであり、より好ましくは、電気化学的ENFセンサーである。電極システムの電極は、ポテンシオスタットを担持する基板上に配置されてもよく、また、ポテンシオスタットを担持する回路基板へと接着されていてもよい。   The electrode system may be made part of the sensor, for example by being coupled to a potentiostat and an amplifier for amplification of the measurement signal of the electrode system. The sensor is preferably an enzymatic, non-fluidic (ENF) sensor, more preferably an electrochemical ENF sensor. The electrodes of the electrode system may be disposed on a substrate carrying a potentiostat or may be bonded to a circuit board carrying a potentiostat.

本発明のさらなる主題は、少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有するブロックコポリマーの、酵素的電極のための拡散バリアとしての使用に関する。ブロックコポリマーは、好ましくは、上述されるように、例えば単一のブロックコポリマーである。拡散バリアおよび酵素的電極もまた、好ましくは上で記載されているようなものである。   A further subject matter of the present invention relates to the use of a block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block as a diffusion barrier for an enzymatic electrode. The block copolymer is preferably, for example, a single block copolymer, as described above. The diffusion barrier and enzymatic electrode are also preferably as described above.

本発明のさらなる詳細および利点は、添付の図面を参照して、例示的な実施態様にもとづいて説明される。   Further details and advantages of the invention will be explained on the basis of exemplary embodiments with reference to the attached drawings.

本発明の電極システムの例示的な実施態様を示す。2 illustrates an exemplary embodiment of the electrode system of the present invention. 図1の詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of FIG. 1. 図1の別の詳細図である。FIG. 3 is another detailed view of FIG. 1. 図2の断面線CCに沿った断面図を示す。FIG. 3 shows a cross-sectional view along the cross-sectional line CC of FIG. 2. バリア層として異なるブロックポリマー(C、F、D、B)が設けられた4つのグルコースセンサーの(10mMグルコースでの)感度を(標準偏差と共に)示す。The sensitivity (with standard deviation) of four glucose sensors provided with different block polymers (C, F, D, B) as barrier layers is shown. バリア層として異なるブロックポリマー(A、C、D、F)が設けられた4つのグルコースセンサーのセンサードリフトを示す。Fig. 4 shows the sensor drift of four glucose sensors provided with different block polymers (A, C, D, F) as barrier layers. ブロックコポリマーAの時間依存性伝導度を示す(2つの実験)。The time-dependent conductivity of block copolymer A is shown (two experiments). ブロックコポリマーFの時間依存性伝導度を示す(3つの実験)。The time-dependent conductivity of block copolymer F is shown (three experiments). それぞれ2.77μmまたは4.43μmの層厚であるブロックコポリマーHの、時間依存性伝導度を示す。Figure 2 shows the time-dependent conductivity of block copolymer H with a layer thickness of 2.77 µm or 4.43 µm, respectively. コーティングされていないプレート(対照)に対する、種々のスペーサーメンブレンポリマー(Adapt(登録商標)およびEudragit(登録商標) E100)のin vitroでのフィブリノゲン接着を示す。Figure 2 shows in vitro fibrinogen adhesion of various spacer membrane polymers (Adapt® and Eudragit® E100) to an uncoated plate (control). スペーサーメンブレン(Adapt(登録商標)およびLipidure(登録商標) CM5206)でコーティングされているセンサーまたはコーティングされていない(対照=未処理の細胞)センサーとのインキュベーション後のTHP−1細胞による表面タンパク質CD54の発現を示す。Surface protein CD54 by THP-1 cells after incubation with spacer membrane (Adapt® and Lipidure® CM5206) or uncoated (control = untreated cells) sensor Expression is shown. スペーサーメンブレン(Adapt(登録商標)およびLipidure(登録商標) CM5206)でコーティングされているセンサーまたはコーティングされていない(対照=未処理の細胞)センサーとのインキュベーション後のTHP−1細胞による、サイトカインIL−8の分泌を示す。Cytokine IL- by THP-1 cells after incubation with sensors coated with spacer membranes (Adapt® and Lipidure® CM5206) or uncoated (control = untreated cells) sensor 8 secretions are shown. スペーサーメンブレン(Adapt(登録商標)およびLipidure(登録商標) CM5206)でコーティングされているセンサーまたはコーティングされていない(対照=未処理の細胞)センサーとのインキュベーション後のTHP−1細胞による、MCP−1の分泌を示す。MCP-1 by THP-1 cells after incubation with sensors coated with spacer membranes (Adapt® and Lipidure® CM5206) or uncoated (control = untreated cells) sensor Showing secretion. スペーサーメンブレン(Adapt(登録商標)、Lipidure(登録商標) CM5206およびEudragit(登録商標) E100)でコーティングされているまたはコーティングされていない(Polyst.)組織培養プレートとのインキュベーション後のTHP−1細胞による、サイトカインIL−8の分泌を示す。By THP-1 cells after incubation with tissue membrane plates coated or uncoated (Polyst.) With spacer membranes (Adapt®, Lipidure® CM5206 and Eudragit® E100) , Shows secretion of cytokine IL-8. センサーなしのスペーサーポリマーAdapt(登録商標)(負の対照=インキュベーション培養液のみ;陽の対照=100%の浸透圧溶解)と比較された、スペーサーメンブレン(Adapt(登録商標)およびLipidure(登録商標) CM5206)でコーティングされているセンサーまたはコーティングされていないセンサーとのインキュベーション後の溶血を示す。Spacer membranes (Adapt® and Lipidure®) compared to spacer polymer Adapt® without sensor (negative control = incubation medium only; positive control = 100% osmotic lysis) Shows hemolysis after incubation with CM5206) coated or uncoated sensor.

図1は、例えば皮膚または皮下の脂肪組織などのヒトまたは動物の身体組織内への挿入のための電極システムの例示的実施態様を示す。Aの拡大された詳細図が、図2に示されており、Bの拡大された詳細図が、図3に示されている。図4は、図2の断面線CCに沿った対応する断面図を示す。   FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of an electrode system for insertion into human or animal body tissue, such as skin or subcutaneous adipose tissue. An enlarged detail view of A is shown in FIG. 2, and an enlarged detail view of B is shown in FIG. FIG. 4 shows a corresponding cross-sectional view along the cross-sectional line CC of FIG.

示されている電極システムは、作用電極1、対電極2、および参照電極3を備える。電極の導電体1a、2a、3aは、基板4上に好ましくはパラジウムまたは金で作製される金属導体のパスの形状で配置される。示されている例示的な実施態様において、基板4は、例えばポリエステルから作製される柔軟性のあるプラスチックプレートである。基板4は、0.5mm未満、例えば100〜300マイクロメーターの厚さであり、そしてこれゆえ、その挿入後に周囲の身体組織の動きに適合することができるように屈曲し易い。基板4は、患者の身体組織内への挿入のための狭い軸部と、身体の外側に位置される電気システムへの接続のための幅の広い上端部とを備える。基板4の軸部は好ましくは、少なくとも1cmの長さ、特には2cm〜5cmの長さである。   The electrode system shown comprises a working electrode 1, a counter electrode 2 and a reference electrode 3. The electrode conductors 1a, 2a, 3a are arranged on the substrate 4 in the form of metal conductor paths, preferably made of palladium or gold. In the exemplary embodiment shown, the substrate 4 is a flexible plastic plate, for example made from polyester. The substrate 4 is less than 0.5 mm, for example 100-300 micrometers thick, and is therefore easy to bend so that it can adapt to the movement of surrounding body tissue after its insertion. The substrate 4 comprises a narrow shaft for insertion into the patient's body tissue and a wide upper end for connection to an electrical system located outside the body. The shaft part of the substrate 4 is preferably at least 1 cm long, in particular 2 cm to 5 cm long.

示されている例示的な実施態様において、測定機構の一部分、すなわち、基板の上端部は、使用のあいだ患者の身体から突き出ている。代替的には、しかしながら、測定機構の全体を埋め込むことおよび測定データを無線形式で身体の外側に配置されている受信機へと伝達することもまた可能である。   In the exemplary embodiment shown, a portion of the measurement mechanism, i.e., the top edge of the substrate, protrudes from the patient's body during use. Alternatively, however, it is also possible to embed the entire measurement mechanism and to transmit the measurement data in a wireless format to a receiver that is located outside the body.

作用電極1は、分析物の触媒的変換のための固定化された酵素分子を含む酵素層5を担持する。酵素層5は、例えば、カーボン粒子の硬化ペースト、高分子結合剤、酸化還元メディエーターまたは電解触媒、および、酵素分子の形態で、適用され得る。この種の酵素層5の製造の詳細は、例えば、国際公開第2007/147475号に開示されており、参照によって本明細書に組み込まれる。   The working electrode 1 carries an enzyme layer 5 containing immobilized enzyme molecules for catalytic conversion of the analyte. The enzyme layer 5 can be applied in the form of, for example, a hardened paste of carbon particles, a polymer binder, a redox mediator or electrocatalyst, and enzyme molecules. Details of the production of this type of enzyme layer 5 are disclosed, for example, in WO 2007/147475, which is incorporated herein by reference.

示されている例示的な実施態様において、酵素層5は、作用電極1の導電体1aに連続的には適用されず、むしろ、互いに距離を隔てて配置される個々のフィールドの形状で適用される。示されている例示的な実施態様における酵素層5の個々のフィールドは、一連のシリーズとしては配置される。   In the exemplary embodiment shown, the enzyme layer 5 is not applied continuously to the conductor 1a of the working electrode 1, but rather is applied in the form of individual fields arranged at a distance from one another. The The individual fields of the enzyme layer 5 in the exemplary embodiment shown are arranged as a series.

作用電極1の導電体1aは、図2で特によく示されているように、酵素層フィールドのあいだに狭い部位をもつ。対電極2の導電体2aは、作用電極1の導電体1aのパスに沿う外形をもつ。この手段は、有利に短い電流経路および低い電流密度をともなう、作用電極1および対電極2がインターカレートしている配置または互いに組み合わされた配置をもたらす。   The conductor 1a of the working electrode 1 has a narrow portion between the enzyme layer fields, as is particularly well shown in FIG. The conductor 2 a of the counter electrode 2 has an outer shape along the path of the conductor 1 a of the working electrode 1. This measure results in an arrangement in which the working electrode 1 and the counter electrode 2 are intercalated or combined with each other, advantageously with a short current path and low current density.

その実効表面を増大させるために、対電極2には、対電極2の導電体2a上に個々のフィールドの形状で位置している、多孔性の導電層6が設けられ得る。作用電極1の酵素層5と同様に、この層6は、カーボン粒子の硬化ペーストおよび高分子結合剤の形態で適用され得る。層6のフィールドは好ましくは、酵素層5のフィールドと同じ大きさをもつが、これは必須なわけではない。しかしながら、対電極の表面を増加させるための手段がとられなくてもよく、そして、対電極2が、いかなる種類のコーティングもなしに、または、上述のブロックコポリマーから作製されるコーティングおよび任意にはスペーサーとともに、直線的な伝導体パスであるようにデザインされてもよい。   In order to increase its effective surface, the counter electrode 2 can be provided with a porous conductive layer 6 located in the form of individual fields on the conductor 2a of the counter electrode 2. Similar to the enzyme layer 5 of the working electrode 1, this layer 6 can be applied in the form of a hardened paste of carbon particles and a polymeric binder. The field of layer 6 preferably has the same size as the field of enzyme layer 5, but this is not essential. However, no measures may be taken to increase the surface of the counter electrode, and the counter electrode 2 may be coated without any kind of coating or optionally made from the block copolymer described above and optionally Together with the spacer, it may be designed to be a linear conductor path.

参照電極3は作用電極1の導電体1aおよび対電極2の導電体2aとのあいだに配置される。図3に示されている参照電極は、その上に導電性の銀/塩化銀ペーストのフィールド3aが配置されている、導電体3aからなる。   The reference electrode 3 is arranged between the conductor 1 a of the working electrode 1 and the conductor 2 a of the counter electrode 2. The reference electrode shown in FIG. 3 consists of a conductor 3a on which a field 3a of conductive silver / silver chloride paste is arranged.

図4は、図2の断面線CCに沿った断面図を示す。断面線CCは、作用電極1の酵素層フィールド5の一つを通って、そして、対電極2の導電層のフィールド6間まで及ぶ。酵素層5のフィールド間で、作用電極1の導電体1aは、導電層6のフィールド間の対電極2の導電体2aと同様に、導電パス1a、2aの金属によって触媒されるかもしれない干渉反応を防ぐために、電気的な絶縁層7によって被覆され得る。酵素層5のフィールドは、したがって、絶縁層7の開口部内に位置されている。同様に、対電極2の導電層6のフィールドもまた、絶縁層7の開口部の上に位置され得る。   FIG. 4 shows a cross-sectional view along the cross-sectional line CC of FIG. The section line CC extends through one of the enzyme layer fields 5 of the working electrode 1 and to between the conductive layer fields 6 of the counter electrode 2. Between the fields of the enzyme layer 5, the conductor 1a of the working electrode 1 may be catalyzed by the metal of the conductive paths 1a, 2a, as well as the conductor 2a of the counter electrode 2 between the fields of the conductive layer 6. In order to prevent reaction, it can be covered by an electrically insulating layer 7. The field of the enzyme layer 5 is therefore located in the opening of the insulating layer 7. Similarly, the field of the conductive layer 6 of the counter electrode 2 can also be located over the opening of the insulating layer 7.

酵素層5は、測定される分析物に対する拡散抵抗を示し、これゆえ拡散バリアとして作用するカバー層8によって被覆される。拡散バリア8は、上述されるように、交互に親水性および疎水性ブロックを有する単一のコポリマーからなる。   The enzyme layer 5 is covered by a cover layer 8 which exhibits a diffusion resistance to the analyte to be measured and thus acts as a diffusion barrier. The diffusion barrier 8 consists of a single copolymer having alternating hydrophilic and hydrophobic blocks, as described above.

カバー層8の好ましい厚さは、例えば、3〜30μm、特には約5〜10μmまたは約10〜15μmである。その拡散抵抗に起因して、カバー層8は、単位時間あたり、わずかな数の分析物分子しか酵素層5へと到達させない。したがって、カバー層8は、分析物分子が変換される速度を低下させ、そしてしたがって、作用電極のまわりの分析物濃度の枯渇に対抗する。   A preferred thickness of the cover layer 8 is, for example, 3 to 30 μm, in particular about 5 to 10 μm or about 10 to 15 μm. Due to its diffusion resistance, the cover layer 8 allows only a few analyte molecules to reach the enzyme layer 5 per unit time. Thus, the cover layer 8 reduces the rate at which analyte molecules are converted, and thus counters depletion of analyte concentration around the working electrode.

カバー層8は、作用電極1の導電体1aの実質的に全体のエリアにわたって、連続的に広がる。カバー層8上において、生体適合性のメンブレンが、酵素層5と身体組織のまわりの細胞とのあいだに最小の距離を確立するスペーサー9として配置され得る。この手段は、有利には、酵素層フィールド5のまわりにおける流体交換の一過性の障害の場合に、そこから分析物分子が対応する酵素層フィールド5へと到達できるような、分析物分子の貯留槽を生成する。電極システムのまわりにおける体液の交換が一時的に制限される、または妨げられる場合、スペーサー9内に保管された分析物分子が、そこで分子が変換される作用電極1の酵素層5へ、拡散し続ける。したがって、スペーサー9は、分析物濃度の著しい減少を引き起こすが、対応する測定結果の歪曲は、顕著により長い期間後にしか起こらない。示されている例示的な実施態様において、スペーサー9を形成しているメンブレンはまた、対電極2および参照電極3を被覆する。   The cover layer 8 extends continuously over substantially the entire area of the conductor 1a of the working electrode 1. On the cover layer 8, a biocompatible membrane can be placed as a spacer 9 that establishes a minimum distance between the enzyme layer 5 and the cells around the body tissue. This measure is advantageously used for analyte molecules such that in the event of a transient failure of fluid exchange around the enzyme layer field 5, the analyte molecules can reach the corresponding enzyme layer field 5 therefrom. Create a storage tank. If the exchange of bodily fluids around the electrode system is temporarily restricted or prevented, analyte molecules stored in the spacer 9 diffuse into the enzyme layer 5 of the working electrode 1 where the molecules are converted. to continue. Thus, the spacer 9 causes a significant decrease in the analyte concentration, but the corresponding measurement result distortion only occurs after a significantly longer period. In the exemplary embodiment shown, the membrane forming the spacer 9 also covers the counter electrode 2 and the reference electrode 3.

スペーサーメンブレン9は、例えば、透析メンブレンであってもよい。この意味において、透析メンブレンとは、最大の大きさよりも大きな分子が透過することのできないメンブレンであると理解される。透析メンブレンは、別個の製造プロセスにおいて先に製造され得、そして、その後電極システムの製造のあいだに適用されてもよい。透析メンブレンが透過させることのできる分子の最大の大きさは、分析物分子は通過できるが、より大きな分子は保持されるように選択される。   The spacer membrane 9 may be a dialysis membrane, for example. In this sense, a dialysis membrane is understood to be a membrane through which molecules larger than the maximum size cannot permeate. The dialysis membrane can be manufactured earlier in a separate manufacturing process and then applied during manufacture of the electrode system. The maximum size of molecules that can be permeated by the dialysis membrane is selected such that analyte molecules can pass but larger molecules are retained.

代替的には、透析メンブレンの代わりに、例えばポリウレタンまたはアクリレートをベースとした、分析物および水に対して非常に透過性であるポリマーから作られるコーティングが、スペーサーメンブレン9として電極システム上に適用され得る。   Alternatively, instead of a dialysis membrane, a coating made from a polymer that is very permeable to the analyte and water, for example based on polyurethane or acrylate, is applied as a spacer membrane 9 on the electrode system. obtain.

好ましくは、スペーサーは、(メタ)アクリレートのコポリマーで作製される。好ましくは、スペーサーメンブレンは、少なくとも2つまたは3つの(メタ)アクリレートからのコポリマーである。より好ましくは、スペーサーメンブレンは、50モル−%より多い、少なくとも60モル−%、または、少なくとも70モル−%の親水性モノマーユニット、例えばHEMAおよび/または2−HPMAなど、ならびに、40モル−%までの、または30モル−%までの疎水性ユニット、例えばBUMAおよび/またはMMAなどを含む。スペーサーは、ランダムまたはブロックコポリマーであり得る。特に好ましいスペーサーメンブレンは、疎水性成分としてMMAまたはBUMA、ならびに、親水性成分として2−HEMAおよび/または2−HPMAを含む。好ましくは、親水性モノマーHEMAおよび/またはHPMAの量は、80モル−%〜85モル−%のあいだ、および、疎水性成分MMAおよび/またはBUMAの量は、15モル−%〜20モル−%のあいだである。   Preferably, the spacer is made of a copolymer of (meth) acrylate. Preferably, the spacer membrane is a copolymer from at least two or three (meth) acrylates. More preferably, the spacer membrane is greater than 50 mol-%, at least 60 mol-%, or at least 70 mol-% hydrophilic monomer units, such as HEMA and / or 2-HPMA, and 40 mol-%. Up to or up to 30 mol-% hydrophobic units such as BUMA and / or MMA. The spacer can be a random or block copolymer. Particularly preferred spacer membranes comprise MMA or BUMA as the hydrophobic component and 2-HEMA and / or 2-HPMA as the hydrophilic component. Preferably, the amount of hydrophilic monomers HEMA and / or HPMA is between 80 mol-% and 85 mol-%, and the amount of hydrophobic component MMA and / or BUMA is between 15 mol-% and 20 mol-%. Between.

本発明の極めて好ましいスペーサーメンブレンは、Adapt(登録商標)(BioInteractions Ltd, Reading, England)コポリマーから作製される。Adapt(登録商標)は、疎水性部位としてBUMA、および、親水性部位として2−HEMAおよび2−HPMAを含み、ここで、2−HEMA親水性モノマーの量は約80モル−%である。   A highly preferred spacer membrane of the present invention is made from Adapt® (BioInteractions Ltd, Reading, England) copolymer. Adapt® includes BUMA as the hydrophobic moiety and 2-HEMA and 2-HPMA as the hydrophilic moiety, where the amount of 2-HEMA hydrophilic monomer is about 80 mol-%.

スペーサーメンブレンは、分析物に対して非常に透過性であり、すなわち、作用電極の単位面積あたりの感度を顕著に、例えば、約20μm未満、好ましくは約5μm未満の層厚で、20%以下、または5%以下などに低下させる。特に好ましいスペーサーメンブレンの厚さは、約1〜約3μmである。   The spacer membrane is very permeable to the analyte, i.e. it has a significant sensitivity per unit area of the working electrode, e.g. less than 20% with a layer thickness of less than about 20 μm, preferably less than about 5 μm, Or it reduces to 5% or less. A particularly preferred spacer membrane thickness is about 1 to about 3 μm.

電極システムの酵素層5は、金属酸化物粒子、好ましくは二酸化マンガン粒子を、触媒的酸化還元メディエーターとして含み得る。二酸化マンガンは、例えばグルコースおよび他の生体分析物の酵素的酸化によってなどで形成される過酸化水素を触媒的に変換する。過酸化水素の分解のあいだ、二酸化マンガン粒子は、電子を作用電極1の導電性成分へ、例えば酵素層5内の黒鉛粒子などへ電子を移動する。過酸化水素の触媒的分解は、酵素層5における酸素濃度のいかなる低下も相殺する。有利には、これは、酵素層5において検出されるべき分析物の変換が局所的な酸素濃度によって制限されないことを可能にする。触媒的な酸化還元メディエーターの使用は、したがって、酸素濃度が低くなったことによってもたらされる測定結果の歪曲に対抗する。触媒的な酸化還元メディエーターの別の有利な点は、細胞に障害をもたらし得る濃度の過酸化水素の産生を防止することである。   The enzyme layer 5 of the electrode system can comprise metal oxide particles, preferably manganese dioxide particles, as catalytic redox mediators. Manganese dioxide catalytically converts hydrogen peroxide, such as formed by enzymatic oxidation of glucose and other biological analytes. During the decomposition of hydrogen peroxide, the manganese dioxide particles move electrons to the conductive component of the working electrode 1, such as graphite particles in the enzyme layer 5. The catalytic decomposition of hydrogen peroxide offsets any decrease in oxygen concentration in the enzyme layer 5. Advantageously, this allows the conversion of the analyte to be detected in the enzyme layer 5 not to be limited by the local oxygen concentration. The use of catalytic redox mediators thus counters the distortion of measurement results caused by lower oxygen concentrations. Another advantage of catalytic redox mediators is to prevent the production of hydrogen peroxide at concentrations that can cause cell damage.

本明細書において記載される好ましいスペーサーメンブレンポリマーは、本発明の拡散バリアのための外側のコーティングとして使用されてもよいが、一般的な電極システムの、特には、酵素分子が固定化された電極と、電極システムの外側から酵素分子への分析物の拡散を制御する拡散バリアとを備えるin vivo条件下で分析物の濃度を測定するための電極システムの、外側のコーティングとしても使用され得る。したがって、スペーサーメンブレンは、拡散バリア上に配置され得るが、スペーサーメンブレンはまた、酵素層上に直接的に配置されてもよい。この最後の意味において、スペーサーメンブレンはまた、拡散バリア自身としても作用し得、そして、分析物分子の酵素層への拡散を低下させ得る。   The preferred spacer membrane polymers described herein may be used as an outer coating for the diffusion barrier of the present invention, but in general electrode systems, in particular, electrodes with immobilized enzyme molecules. And an outer coating of the electrode system for measuring the concentration of the analyte under in vivo conditions comprising a diffusion barrier that controls the diffusion of the analyte from the outside of the electrode system into the enzyme molecules. Thus, although the spacer membrane can be placed on the diffusion barrier, the spacer membrane may also be placed directly on the enzyme layer. In this last sense, the spacer membrane can also act as a diffusion barrier itself and reduce the diffusion of analyte molecules into the enzyme layer.

本発明の電極システムが身体内に挿入されるまたは埋め込まれる場合、スペーサーメンブレンは、埋め込まれたセンサーと、まわりの体液または組織とのあいだの境界となる。結果的に、体液または組織に暴露された場合、本発明のスペーサーメンブレンは、それがセンサーを変形させたり、または、押し動かしたりしないように、機械的に強固でなければならない。この目的を達成するために、コポリマーの固有の親水性にかかわらず、スペーサーメンブレンコポリマーの水分取り込み量およびこれに付随するコポリマーの膨潤は、制限されなければならない。   When the electrode system of the present invention is inserted or implanted into the body, the spacer membrane becomes the boundary between the implanted sensor and the surrounding body fluid or tissue. Consequently, when exposed to body fluids or tissues, the spacer membrane of the present invention must be mechanically strong so that it does not deform or push the sensor. To achieve this goal, regardless of the inherent hydrophilicity of the copolymer, the moisture uptake of the spacer membrane copolymer and the concomitant swelling of the copolymer must be limited.

好ましくは、スペーサーメンブレンコポリマーの相対的水分取り込み量は、コポリマーの全比率に対して50重量%、好ましくは40重量%、より好ましくは30重量%を超えるべきではない。本発明の意味において、相対的水分取り込み量の測定は、乾燥コポリマーを37℃の温度で48時間、過剰のリン酸緩衝液(pH7.4)に付することによって行われた。相対的水分取り込み量(WU%)は、好ましくは以下の式:

Figure 0006374860
(式中、m1およびm2は、それぞれ、乾燥コポリマーおよび上記の測定条件にしたがった水和後のコポリマーの重量を示す)
にしたがい決定される。 Preferably, the relative moisture uptake of the spacer membrane copolymer should not exceed 50 wt%, preferably 40 wt%, more preferably 30 wt%, relative to the total proportion of the copolymer. In the sense of the present invention, the relative water uptake was measured by subjecting the dried copolymer to an excess of phosphate buffer (pH 7.4) at a temperature of 37 ° C. for 48 hours. The relative water uptake (WU%) is preferably the following formula:
Figure 0006374860
(Where m 1 and m 2 represent the weight of the dry copolymer and the copolymer after hydration according to the above measurement conditions, respectively)
To be decided.

本発明の発明者らは、コポリマーAdapt(登録商標)で作製された好ましいスペーサーメンブレンは、37℃で48時間でそれ自身の重量に対して33±1.8重量%のリン酸緩衝液(pH7.4)を取り込むことを見つけ出した。同条件下、ポリマーLipidure(登録商標) CM5206(NOF Corporation, Japan)のメンブレンは、それ自身の重量に対して157±9.7重量%のリン酸緩衝液を取り込む。ポリマーのより低い水分取り込みは、本発明のスペーサーメンブレンの機械的安定性を有利に向上させる。対照的に、Lipidure(登録商標) CM5206は、より高い水分取り込みを示し、および、特に酵素的in vivoセンサーの電極システム上に適用された場合に、よりもろく、容易に変形するまたは押し動かされるハイドロゲルへと膨潤する。   The inventors of the present invention have found that a preferred spacer membrane made with the copolymer Adapt® has a pH of 33 ± 1.8% phosphate buffer (pH 7) based on its own weight at 37 ° C. for 48 hours. .4) found to capture. Under the same conditions, the membrane of polymer Lipidure® CM5206 (NOF Corporation, Japan) takes up 157 ± 9.7 wt% phosphate buffer relative to its own weight. The lower moisture uptake of the polymer advantageously improves the mechanical stability of the spacer membrane of the present invention. In contrast, Lipidure® CM5206 exhibits higher moisture uptake and is more fragile, easily deformed or driven, especially when applied over an enzymatic in vivo sensor electrode system. Swells into a gel.

さらに、電極システムの挿入および埋め込みのあいだ、スペーサーは組織および/または例えば間質液または血液などの、タンパク質および細胞などの生体分子を含む体液と直接的に接触している。有利には、スペーサーメンブレンは、組織および/または体液環境に挿入されたおよび埋め込まれたセンサーを保護するべきであり、したがって、インプラントに対する身体の組織反応を最小限にしなければならない。実際、埋め込まれた材料に対する身体の反応は、「異物反応(foreign body response)」(FBR)として知られている。FBRによって、身体はインプラントを破壊しようとするか、またはそれが可能でない場合、それを周囲の組織から分離するためにカプセルを作り出そうと試みる(異物肉芽腫)。FBR反応の最初の段階は、タンパク質(例えば、フィブリノゲン、アルブミン、イミュノグロブリン、相補体など)の、先の材料、すなわちインプラントの表面への結合である。このタンパク質コートは、免疫細胞上のレセプターに対する結合部位を呈示する。例えば、フィブリノゲンはモノサイトレセプターMAC−1に結合する構造モチーフを含む。フィブリノゲンがインプラントの表面に結合した場合、そのコンフォーメーションが変化し、そして、MAC−1のための結合部位が露出する。結果的に、単球などの免疫細胞がインプラントに補充され、そして活性化され、インプラントを攻撃する酵素およびラジカルを分泌する。加えて、免疫細胞は、他の免疫細胞を補充しそして活性化するために、可溶性因子、すなわちサイトカインを分泌し、そしてこれによって免疫反応が増幅される。インプラントが除去され得ないと、線維性被膜が結合組織細胞およびタンパク質によって形成される。しかしながら、このカプセルは、分析物にとってセンサーに到達することを妨げる拡散バリアである。これらをまとめると、上述されるような異物反応という事象は、in vivoにおける電極システムの機能およびその寿命を妨害すると考えられる。   Further, during insertion and implantation of the electrode system, the spacer is in direct contact with tissue and / or bodily fluids including biomolecules such as proteins and cells, such as interstitial fluid or blood. Advantageously, the spacer membrane should protect the sensor inserted and implanted in the tissue and / or body fluid environment and therefore the body tissue response to the implant should be minimized. In fact, the body's response to the implanted material is known as the “foreign body response” (FBR). With FBR, the body tries to break the implant or, if that is not possible, attempts to create a capsule to separate it from the surrounding tissue (foreign granulomas). The first step in the FBR reaction is the binding of a protein (eg, fibrinogen, albumin, immunoglobulin, complement, etc.) to the previous material, ie the surface of the implant. This protein coat presents binding sites for receptors on immune cells. For example, fibrinogen contains a structural motif that binds to the monosite receptor MAC-1. When fibrinogen binds to the surface of the implant, its conformation changes and the binding site for MAC-1 is exposed. As a result, immune cells such as monocytes are recruited to the implant and activated, secreting enzymes and radicals that attack the implant. In addition, immune cells secrete soluble factors, ie cytokines, in order to recruit and activate other immune cells and thereby amplify the immune response. If the implant cannot be removed, a fibrous capsule is formed by connective tissue cells and proteins. However, this capsule is a diffusion barrier that prevents the analyte from reaching the sensor. In summary, the event of foreign body reaction as described above is thought to interfere with the function of the electrode system and its lifetime in vivo.

したがって、酵素的in vivoセンサーの電極システムの改良されたスペーサーメンブレンはさらに、インプラントに対する組織反応の低減を提供し、そして、センサーを周囲組織および体液から分離するカプセルの形成を防止する。   Thus, the improved spacer membrane of the enzymatic in vivo sensor electrode system further provides a reduction in tissue response to the implant and prevents the formation of capsules that separate the sensor from the surrounding tissue and body fluids.

したがって、本発明のさらなる目的は、酵素分子が固定化された電極と、好ましくは、電極システムの外側の体液から酵素分子への分析物の拡散を制御する拡散バリアと、を備え、スペーサーメンブレンが電極システムの外層の少なくとも一部分を形成することを特徴とする、in vivo条件下で分析物の濃度を測定するための電極システムであって、スペーサーメンブレンがアクリルおよび/またはメタアクリルモノマーの親水性コポリマーを含み、ポリマーが50モル%より多い親水性モノマーを含む電極システムを提供することである。   Accordingly, a further object of the present invention comprises an electrode on which enzyme molecules are immobilized, and preferably a diffusion barrier that controls the diffusion of analytes from body fluids outside the electrode system to the enzyme molecules, wherein the spacer membrane is Electrode system for measuring the concentration of an analyte under in vivo conditions characterized in that it forms at least part of the outer layer of the electrode system, wherein the spacer membrane is a hydrophilic copolymer of acrylic and / or methacrylic monomers And an electrode system in which the polymer contains more than 50 mol% of hydrophilic monomers.

上述されるように、本発明のスペーサーメンブレンは、免疫細胞の応答をトリガーし得るおよびそのin vivoにおける性能を制限するまたは妨害するかもしれないタンパク質吸着からセンサーの電極システムを保護するために、制限されたタンパク質結合能力をまさに有する。実施例5および6は、本発明の好ましいスペーサーメンブレンが、フィブリノゲンへの結合をほとんど提供せず、および、単球に対するMAC−1結合モチーフの露出を導くであろうフィブリノゲンのコンフォーメーション変化を防ぐことを示している。有利には、スペーサーメンブレンコポリマーの材料は免疫細胞をそれ自身で活性化しない。実施例6によって、本発明のスペーサーメンブレンコポリマーが、埋め込まれたセンサーによる免疫細胞の活性化を減少させ得ることが示され得る。さらに、有利には、スペーサーメンブレンは生体適合性材料であり、特には、体液例えば血液などに適合性である。実施例7は、本発明のスペーサーメンブレンコポリマーが、埋め込まれたセンサーによる溶血および補体活性化を防ぐことができることを示している。したがって、本発明のスペーサーメンブレンは、高い機械的安定性を示すだけでなく、理想的な生体適合特性を有しており、これは、湿潤された際の低い水分取り込み量を考慮すると驚くべきことである。   As mentioned above, the spacer membranes of the present invention are limited to protect the sensor electrode system from protein adsorption that may trigger immune cell responses and may limit or interfere with its in vivo performance. It has the ability to bind proteins. Examples 5 and 6 show that preferred spacer membranes of the invention provide little binding to fibrinogen and prevent conformational changes of fibrinogen that would lead to exposure of the MAC-1 binding motif to monocytes. Is shown. Advantageously, the spacer membrane copolymer material does not activate immune cells by itself. Example 6 can show that the spacer membrane copolymer of the present invention can reduce immune cell activation by the embedded sensor. Furthermore, the spacer membrane is advantageously a biocompatible material, in particular compatible with body fluids such as blood. Example 7 shows that the spacer membrane copolymer of the present invention can prevent hemolysis and complement activation by the embedded sensor. Thus, the spacer membrane of the present invention not only exhibits high mechanical stability, but also has ideal biocompatibility characteristics, which is surprising considering the low water uptake when wet. It is.

電極システムの構造、分析物および酵素分子に特に関する本実施態様の特性は、本明細書中に記載されるようなものである。拡散バリアは、好ましくは、本明細書中に記載されるようなものであるが、しかしながら、それはまた異なる組成を有していてもよく、また、存在していなくてもよい。ある好ましい実施態様において、拡散バリアは好ましくは、本明細書中に記載されるような少なくとも一つの親水性ブロックおよび少なくとも一つの疎水性ブロックを有するブロックコポリマーを含む。   The properties of this embodiment with particular reference to the structure of the electrode system, the analyte and the enzyme molecule are as described herein. The diffusion barrier is preferably as described herein, however, it may also have a different composition or may not be present. In certain preferred embodiments, the diffusion barrier preferably comprises a block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block as described herein.

さらに好ましい実施態様において、拡散バリアは、親水性ポリウレタンを含む。拡散メンブレンとして使用される親水性ポリウレタンは、(ポリ)ジイソシアネート、好ましくは4,4’−メチレン−ビス−(シクロヘキシルイソシアネート)のポリアルコール、好ましくはジオール混合物への重付加によって作製され得る。   In a further preferred embodiment, the diffusion barrier comprises a hydrophilic polyurethane. Hydrophilic polyurethanes used as diffusion membranes can be made by polyaddition of (poly) diisocyanates, preferably 4,4'-methylene-bis- (cyclohexyl isocyanate), to polyalcohols, preferably diol mixtures.

ジオール混合物の成分は、好ましくは、例えばポリエチレングリコール(PEG)およびポリプロピレングリコール(PPG)などのポリアルキレングリコール、および、例えばエチレングリコールなどの脂肪族ジオールである。好ましくは、親水性ポリウレタンは、45〜55モル%、好ましくは50モル%のイソシアネートおよび25〜35モル%、好ましくは30モル%のエチレングリコールを含む。そして、親水化の程度が、PPGに対するPEGの比によって調整される。好ましくは、ポリウレタンは、2〜3モル%、より好ましくは2.5モル%のPEGおよび17〜18モル%、好ましくは17.5モル%のPPGを含む。ポリウレタンの親水性を増大させるために、PEGの割合が、例えば、きわめて親水性なポリウレタンを得るために、4.5〜5.5モル%まで、好ましくは5モル%PEGまで増加されてもよい。ポリウレタンの種々の親水性変異体がまた、拡散バリアの特性を最適化するために混合され得る。   The components of the diol mixture are preferably polyalkylene glycols such as, for example, polyethylene glycol (PEG) and polypropylene glycol (PPG), and aliphatic diols such as, for example, ethylene glycol. Preferably, the hydrophilic polyurethane comprises 45 to 55 mol%, preferably 50 mol% isocyanate and 25 to 35 mol%, preferably 30 mol% ethylene glycol. The degree of hydrophilization is adjusted by the ratio of PEG to PPG. Preferably, the polyurethane comprises 2-3 mol%, more preferably 2.5 mol% PEG and 17-18 mol%, preferably 17.5 mol% PPG. In order to increase the hydrophilicity of the polyurethane, the proportion of PEG may be increased, for example, to 4.5-5.5 mol%, preferably to 5 mol% PEG, in order to obtain a very hydrophilic polyurethane. . Various hydrophilic variants of polyurethane can also be mixed to optimize the properties of the diffusion barrier.

スペーサーメンブレンコポリマーの好ましいアクリルおよびメタアクリルモノマーは本明細書中に記載されるようなものである。   Preferred acrylic and methacrylic monomers for the spacer membrane copolymer are as described herein.

親水性モノマーユニットは、好ましくは、親水性の(メタ)アクリル酸エステル、すなわち極性基をもつエステル、すなわちOH、OCH3またはOC25基をエステルのアルコール部分内にもつエステル、親水性の(メタ)アクリルアミドであって、アミド(NH2)またはN−アルキルまたはN,N−ジアルキルアミド基を有し、アルキル基が1〜3個の炭素原子および任意には例えばOH、OCH3またはOC25基などの親水性基を含む(メタ)アクリルアミド、ならびに、例えばアクリル酸(アクリレート)またはメタクリル酸(メタクリレート)などの荷電性の基、例えばアニオン性基またはカチオン性基などをもつ適切な(メタ)アクリル酸ユニットから選択される。さらに、モノマーユニットの組み合わせも使用され得る。 The hydrophilic monomer unit is preferably a hydrophilic (meth) acrylic acid ester, ie an ester having a polar group, ie an ester having an OH, OCH 3 or OC 2 H 5 group in the alcohol part of the ester, a hydrophilic (Meth) acrylamide having an amide (NH 2 ) or N-alkyl or N, N-dialkylamide group, the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms and optionally eg OH, OCH 3 or OC Suitable with (meth) acrylamide containing hydrophilic groups such as 2 H 5 groups and charged groups such as acrylic acid (acrylate) or methacrylic acid (methacrylate) such as anionic or cationic groups Selected from (meth) acrylic acid units. In addition, combinations of monomer units can be used.

親水性ブロックのための好ましいモノマーユニットの具体的な例は以下から選択される:
2−ヒドロキシエチルアクリレート、
2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、
2−メトキシエチルアクリレート、
2−メトキシエチルメタクリレート、
2−エトキシエチルアクリレート、
2−エトキシエチルメタクリレート、
2−または3−ヒドロキシプロピルアクリレート、
2−または3−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−または3−HPMA)、
2−または3−メトキシプロピルアクリレート、
2−または3−メトキシプロピルメタクリレート、
2−または3−エトキシプロピルアクリレート、
2−または3−エトキシプロピルメタクリレート、
1−または2−グリセロールアクリレート、
1−または2−グリセロールメタクリレート、
アクリルアミド、
メタクリルアミド、
N−アルキルまたはN,N−ジアルキルアクリルアミドおよび
N−アルキルまたはN,N−ジアルキルメチルアミドであって、アルキル基は例えばメチル、エチルまたはプロピルなどの1〜3個の炭素原子を含む、
アクリル酸(アクリレート)、
メタクリル酸(メタクリレート)
およびそれらの組み合わせ。
Specific examples of preferred monomer units for the hydrophilic block are selected from:
2-hydroxyethyl acrylate,
2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA),
2-methoxyethyl acrylate,
2-methoxyethyl methacrylate,
2-ethoxyethyl acrylate,
2-ethoxyethyl methacrylate,
2- or 3-hydroxypropyl acrylate,
2- or 3-hydroxypropyl methacrylate (2- or 3-HPMA),
2- or 3-methoxypropyl acrylate,
2- or 3-methoxypropyl methacrylate,
2- or 3-ethoxypropyl acrylate,
2- or 3-ethoxypropyl methacrylate,
1- or 2-glycerol acrylate,
1- or 2-glycerol methacrylate,
Acrylamide,
Methacrylamide,
N-alkyl or N, N-dialkylacrylamide and N-alkyl or N, N-dialkylmethylamide, wherein the alkyl group contains 1 to 3 carbon atoms such as methyl, ethyl or propyl,
Acrylic acid (acrylate),
Methacrylic acid (methacrylate)
And combinations thereof.

好ましい親水性モノマーは、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)および/または2−または3−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−または3−HPMA)である。   Preferred hydrophilic monomers are 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and / or 2- or 3-hydroxypropyl methacrylate (2- or 3-HPMA).

疎水性モノマーユニットは、好ましくは、疎水性のアクリル酸および/またはメタクリル酸ユニット、またはそれらの組み合わせより選択される。好ましくは、疎水性モノマーユニットは、例えば、親水性基を有さない1〜3個の炭素原子をもつアルコール部位を有するエステルなどの、疎水性の(メタ)アクリル酸エステルより選択される。疎水性ブロックのためのモノマーユニットの具体的な例は以下から選択される:
メチルアクリレート、
メチルメタクリレート(MMA)、
エチルアクリレート、
エチルメタクリレート(EMA)、
n−またはi−プロピルアクリレート、
n−またはi−プロピルメタクリレート、
n−ブチルアクリレート、
n−ブチルメタクリレート(BUMA)、
ネオペンチルアクリレート、
ネオペンチルメタクリレート
およびそれらの組み合わせ。
The hydrophobic monomer unit is preferably selected from hydrophobic acrylic acid and / or methacrylic acid units, or combinations thereof. Preferably, the hydrophobic monomer unit is selected from hydrophobic (meth) acrylic acid esters, such as, for example, esters having an alcohol moiety with 1 to 3 carbon atoms that do not have a hydrophilic group. Specific examples of monomer units for the hydrophobic block are selected from:
Methyl acrylate,
Methyl methacrylate (MMA),
Ethyl acrylate,
Ethyl methacrylate (EMA),
n- or i-propyl acrylate,
n- or i-propyl methacrylate,
n-butyl acrylate,
n-butyl methacrylate (BUMA),
Neopentyl acrylate,
Neopentyl methacrylate and combinations thereof.

好ましい実施態様において、疎水性ブロックは、メチルメタクリレート(MMA)およびn−ブチルメタクリレート(BUMA)を含む。   In a preferred embodiment, the hydrophobic block comprises methyl methacrylate (MMA) and n-butyl methacrylate (BUMA).

外側のスペーサーメンブレンは、少なくとも、酵素分子を含む作用電極の部分、および、任意にはまた他の部分、例えば対電極などを被覆する。存在するのであれば、スペーサーメンブレンはまた、参照電極も被覆する。スペーサーメンブレンは好ましくは、電極システムの埋め込まれた表面全体を被覆する。スペーサーメンブレンは好ましくは、作用電極、任意には対電極および存在する場合には参照電極を、連続層の形状で被覆する。   The outer spacer membrane covers at least the part of the working electrode that contains the enzyme molecules, and optionally also other parts, such as the counter electrode. If present, the spacer membrane also covers the reference electrode. The spacer membrane preferably covers the entire embedded surface of the electrode system. The spacer membrane preferably covers the working electrode, optionally the counter electrode and, if present, the reference electrode in the form of a continuous layer.

本発明の改善されたスペーサーメンブレンを含む電極システムは、例えば、ポテンシオスタットおよび電極システムの測定シグナルの増幅のための増幅器に連結されることなどによって、センサーの一部分とされてもよい。センサーは好ましくは、酵素的、非流体的(ENF)センサーであり、より好ましくは、電気化学的ENFセンサーである。電極システムの電極は、ポテンシオスタットを担持する基板上に配置されてもよく、また、ポテンシオスタットを担持する回路基板へと接着されていてもよい。好ましくは、センサーはグルコースの測定のためのものである。   The electrode system comprising the improved spacer membrane of the present invention may be made part of the sensor, for example by being coupled to a potentiostat and an amplifier for amplification of the measurement signal of the electrode system. The sensor is preferably an enzymatic, non-fluidic (ENF) sensor, more preferably an electrochemical ENF sensor. The electrodes of the electrode system may be disposed on a substrate carrying a potentiostat or may be bonded to a circuit board carrying a potentiostat. Preferably, the sensor is for the measurement of glucose.

本発明のさらなる主題は、アクリルおよび/またはメタクリルモノマーの親水性コポリマーの使用に関し、ここで、親水性コポリマーは、酵素的電極のためのスペーサーメンブレンとして50モル%より多い親水性モノマーを含む。親水性コポリマーは、好ましくは上述されるようなものである。好ましくは、スペーサーメンブレンは、それが身体内に挿入された場合または埋め込まれた場合に、酵素的電極に対する異物反応(FRB)を最小限にするために使用される。   A further subject matter of the present invention relates to the use of hydrophilic copolymers of acrylic and / or methacrylic monomers, wherein the hydrophilic copolymer comprises more than 50 mol% of hydrophilic monomers as a spacer membrane for the enzymatic electrode. The hydrophilic copolymer is preferably as described above. Preferably, the spacer membrane is used to minimize foreign body reaction (FRB) to the enzymatic electrode when it is inserted or implanted in the body.

実施例1 一つの単一なブロックコポリマーからなる拡散層を有する経皮的埋め込みのための、分散された電極を有する酵素的、非流体的(ENF)センサーの透過性
センサーは、250μmの厚さを有するポリエステル基板上の既成のパラジウムストリップ導体構造上に作製された。作用電極(WE)および対電極(CE)が(図1〜2に示されるように)分散されて配置された。
Example 1 Permeability of an enzymatic, non-fluidic (ENF) sensor with dispersed electrodes for percutaneous implantation with a diffusion layer consisting of one single block copolymer The sensor is 250 μm thick On a prefabricated palladium strip conductor structure on a polyester substrate with The working electrode (WE) and the counter electrode (CE) were placed in a distributed manner (as shown in FIGS. 1-2).

CEのフィールドは、カーボンペーストを用いて重ね刷りされ、残りのストリップ導体は絶縁された。WEのフィールドは、架橋化グルコース酸化酵素(酵素)、導電性ポリマーペーストおよび電気的触媒、ここでは二酸化マンガン(Technipur)の混合物を用いて重ね刷りされた。ストリップ導体の残りのパスは、同様に絶縁された。参照電極(RE)はAg/AgClペーストからなる。電極はセンサー軸部の約1cmを被覆する。   The CE field was overprinted with carbon paste and the remaining strip conductors were insulated. The field of WE was overprinted with a mixture of cross-linked glucose oxidase (enzyme), conductive polymer paste and electrocatalyst, here manganese dioxide (Technipur). The remaining path of the strip conductor was similarly insulated. The reference electrode (RE) is made of an Ag / AgCl paste. The electrode covers about 1 cm of the sensor shaft.

WEのフィールドは、HEMAブロックおよびBUMAブロックからなるブロックコポリマーの拡散層によってコーティングされた。層厚は7μmである。   The field of WE was coated with a diffusion layer of block copolymer consisting of HEMA block and BUMA block. The layer thickness is 7 μm.

センサーの4つのバッチが作製され、それぞれに、拡散層として特定のブロックコポリマーが設けられた(以下のリストを参照のこと)。全てのブロックコポリマーは、Polymer Source, Montrealより入手され、そして、以下の表1に挙げられている。   Four batches of sensors were made, each with a specific block copolymer as a diffusion layer (see list below). All block copolymers are obtained from Polymer Source, Montreal and are listed in Table 1 below.

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それぞれのブロックコポリマーは、有機溶媒(25%濃度)に溶解され、そして、それらを用いてセンサーがコーティングされた。ベルトドライヤーを用いて(2分、30〜50℃)乾燥させた後、コーティングされたセンサーが、種々の濃度のグルコース溶液中、in vitroで試験された。それぞれのセンサーのバッチとして10個のセンサーが無作為のサンプルとして測定された。in vitroでの感度の測定として、10mMおよび0mMのグルコース濃度における測定された電流の相違によってシグナルが算出され、そして10mMで除された(実施例4を参照のこと)。   Each block copolymer was dissolved in an organic solvent (25% concentration) and used to coat the sensor. After drying using a belt dryer (2 minutes, 30-50 ° C.), the coated sensor was tested in vitro in various concentrations of glucose solution. Ten sensors were measured as random samples for each sensor batch. As a measure of sensitivity in vitro, the signal was calculated by the difference in measured current at 10 mM and 0 mM glucose concentrations and divided by 10 mM (see Example 4).

全てのセンサーは、Ag/AgClに対する分極電圧350mVで操作され、測定温度は37℃で一定に保たれた。この測定シリーズで用いられたセンサーは、国際公開第2010/028708号に記載のスペーサーを備えていなかったが、試験されたシグナルレベルに照らしていかなる相違も生じなかった。図5は、4つの異なる拡散層に関する標準偏差を用いたセンサー感度を示す。   All sensors were operated with a polarization voltage of 350 mV for Ag / AgCl and the measurement temperature was kept constant at 37 ° C. The sensor used in this measurement series did not have the spacer described in WO 2010/028708, but did not make any difference in light of the signal level tested. FIG. 5 shows sensor sensitivity using standard deviation for four different diffusion layers.

ブロックコポリマーC、DおよびFに関し、in vitro感度と親水性ブロックに対する疎水性ブロックのモル比とのあいだに明白な関連が存在する。ほぼ同一の全鎖長のコポリマーにおいて、感度は、親水性ブロック(HEMA)の量が増大するにつれて向上した。   For block copolymers C, D and F, there is a clear link between in vitro sensitivity and the molar ratio of hydrophobic block to hydrophilic block. In almost the same chain length copolymer, the sensitivity improved as the amount of hydrophilic block (HEMA) increased.

ブロックコポリマーBの拡散層を有するセンサーは、例外である。ポリマーBは、ポリマーFと類似の、親水性の量に対する疎水性の量の相対比を有するにも関わらず、感度およびしたがってグルコースの透過性は低下する。経験的に、ポリマーBの場合、全鎖長(コポリマー分子の分子量(総計)に対応する)が非常に大きく、このため層の透過性は低下されるということができる。これはまた、重量測定法的に測定された、ブロックコポリマーBの、他のポリマーと比較した水分取り込み量においても見ることができるであろう。ポリマーBは、10.6%+1.5%の水分取り込み(ポリマーの乾燥重量に照らした重量パーセント)をもつ。ポリマーCは、15.6%+0.0%であり、ポリマーFは、16.5%+3.1%、および、ポリマーDは27%+1.7%である。   Sensors with a diffusion layer of block copolymer B are an exception. Although polymer B has a relative ratio of hydrophobic amount to hydrophilic amount, similar to polymer F, sensitivity and thus glucose permeability is reduced. Empirically, it can be said that in the case of polymer B, the total chain length (corresponding to the molecular weight (total) of the copolymer molecules) is very large, which reduces the permeability of the layer. This may also be seen in the moisture uptake of block copolymer B compared to other polymers, measured gravimetrically. Polymer B has a moisture uptake (weight percent relative to the dry weight of the polymer) of 10.6% + 1.5%. Polymer C is 15.6% + 0.0%, Polymer F is 16.5% + 3.1%, and Polymer D is 27% + 1.7%.

実施例2 ENFグルコースセンサーの拡散層の機械的柔軟性
センサーは、国際公開第2010/028708号に記載されるように、しかしながら本発明の拡散層をもつように製造された。ガラス転位温度(Tg)が機械的柔軟性の代替のパラメータであると仮定された。さらに、疎水性ブロックに割り当てられ得る、ガラス転位温度がin vivo適用における機械的柔軟性を決定すると仮定された。一つのブロックコポリマーに対し、いくつかのTgが、ブロック数に対応して特定されるかもしれないことに留意するべきである。
Example 2 Mechanical Flexibility of ENF Glucose Sensor Diffusion Layer A sensor was made with the diffusion layer of the present invention, however, as described in WO 2010/028708. It was assumed that the glass transition temperature (Tg) is an alternative parameter of mechanical flexibility. Furthermore, it was hypothesized that the glass transition temperature, which can be assigned to the hydrophobic block, determines the mechanical flexibility in in vivo applications. It should be noted that for one block copolymer, several Tg's may be specified corresponding to the number of blocks.

センサーは、実施例1と同じ電極ペーストを用いてコーティングされた。その後、いくつかのセンサーが、MMA−HEMA(Polymer Source, Montrealによって製造された)より選択されるコポリマーを用いてコーティングされた。このポリマー(Eと称される)は、41kDの総分子量を有し、HEMAに対するMMA(疎水性量)のモル比は60%:40%である。DSCを用いて10℃/分の加熱速度で測定された、疎水性ブロックのガラス転位温度は、111℃である。   The sensor was coated using the same electrode paste as in Example 1. Several sensors were then coated with a copolymer selected from MMA-HEMA (manufactured by Polymer Source, Montreal). This polymer (referred to as E) has a total molecular weight of 41 kD and the molar ratio of MMA (hydrophobic amount) to HEMA is 60%: 40%. The glass transition temperature of the hydrophobic block, measured at a heating rate of 10 ° C./min using DSC, is 111 ° C.

なお、他のセンサーには、本発明のブロックコポリマー(Aと称される)の拡散層が設けられた。前記コポリマーAの疎水性ブロックは、MMAおよびBUMAをランダム配列内に等モル量で含む。この場合も、親水性部分に対する疎水性部分のモル比は60%:40%である。分子量は36kDである。疎水性ブロックのTgは、MMAおよびBUMA(約45℃のTg)のランダム配列に起因して73℃まで低下する。   The other sensor was provided with a diffusion layer of the block copolymer of the present invention (referred to as A). The hydrophobic block of copolymer A comprises MMA and BUMA in equimolar amounts within a random sequence. Again, the molar ratio of the hydrophobic portion to the hydrophilic portion is 60%: 40%. The molecular weight is 36 kD. The Tg of the hydrophobic block drops to 73 ° C. due to the random sequence of MMA and BUMA (about 45 ° C. Tg).

拡散層はともに、コポリマーのそれぞれのエーテル溶液(25%)から作製され、そして、実施例1に記載されるように乾燥された。拡散層の厚みは7μmであった。スペーサー層が続いてディップコーティングにより適用され、そして、室温で24時間乾燥された。スペーサー層は、NOF Japanによって製造された、Lipidure(登録商標) CM5206から作製された。   Both diffusion layers were made from the respective ether solution (25%) of the copolymer and dried as described in Example 1. The thickness of the diffusion layer was 7 μm. The spacer layer was subsequently applied by dip coating and dried at room temperature for 24 hours. The spacer layer was made from Lipidure® CM5206 manufactured by NOF Japan.

組織からの外植の後、コポリマーE拡散層を有するセンサーは、拡散層中に散発的なクラックを示す。これは、機械的な負荷の影響としてみなされる。これとは対照的に、コポリマーA拡散層を有するセンサーは、同一の負荷の下、いかなるクラックも表さない。これは明らかにTgの低下に起因するものであり、これは、コポリマーの機械的安定性を向上させる。国際公開第2010/028708号に開示されるような、2つのコポリマーの物理的な混合は、もはや必要ではない。   After explanting from the tissue, the sensor with the copolymer E diffusion layer shows sporadic cracks in the diffusion layer. This is considered as a mechanical load effect. In contrast, a sensor with a copolymer A diffusion layer does not exhibit any cracks under the same load. This is apparently due to a decrease in Tg, which improves the mechanical stability of the copolymer. Physical mixing of the two copolymers, as disclosed in WO2010 / 028708, is no longer necessary.

実施例3 分散された電極および本発明の拡散層を有するENFグルコースセンサーの最適化された透過挙動
センサーは実施例1に記載されるように、しかしセンサーの軸部の全体上に追加のスペーサー層を備えるように製造された。実施例1および2に記載のコポリマーA、C、DおよびFであるそれぞれの拡散層を有するセンサーが製造された。この目的のため、コポリマーの24%エーテル溶液が生成された。それぞれの溶液が、1セット(N=10)のセンサー上に適用され、そして、バンドドライヤー中で乾燥された。これにより、7μmの厚さを有する拡散層が得られた。
Example 3 Optimized permeation behavior of an ENF glucose sensor with dispersed electrodes and diffusion layers of the present invention The sensor is as described in Example 1, but with an additional spacer layer over the entire sensor shaft It was manufactured to be equipped with. Sensors were produced having respective diffusion layers that were copolymers A, C, D and F as described in Examples 1 and 2. For this purpose, a 24% ether solution of the copolymer was produced. Each solution was applied on a set (N = 10) of sensors and dried in a band dryer. Thereby, a diffusion layer having a thickness of 7 μm was obtained.

その後、センサーに実施例2で記載されるようなスペーサー層が設けられた。   The sensor was then provided with a spacer layer as described in Example 2.

センサーは、センサーの上端部上で測定システムに連結され、これは測定されたデータをデータストアへと移動させる。in vitro測定が、実施例1のように、しかしながら、測定期間が7日間で、行われた。測定されたデータから、感度ドリフトが、それぞれのセンサーについて対応する測定期間にわたって算出された。図6は、センサーのそれぞれの変形、すなわち、異なる拡散層のセンサー、に関する各グループとしてのin vitroドリフト値の平均値を示す。測定の初期段階(最初の6時間、いわゆる測定開始段階)は、算出から除かれた。   The sensor is coupled to the measurement system on the upper end of the sensor, which moves the measured data to the data store. In vitro measurements were performed as in Example 1, however, with a measurement period of 7 days. From the measured data, sensitivity drift was calculated over the corresponding measurement period for each sensor. FIG. 6 shows the average value of in vitro drift values for each group for each variant of the sensor, i.e. a sensor with a different diffusion layer. The initial stage of measurement (the first 6 hours, the so-called measurement start stage) was excluded from the calculation.

BUMAの疎水性ブロックを有する全てのコポリマーC、DおよびFに関し、正のドリフトが存在し、すなわち、感度は時間とともに向上する。これとは対照的に、MMAおよびBUMAのランダムコポリマーの疎水性ブロックを有するコポリマーAは、非常に低い、わずかに負であるドリフトをもたらす。   For all copolymers C, D and F with a hydrophobic block of BUMA, there is a positive drift, ie the sensitivity improves with time. In contrast, copolymer A, which has a hydrophobic block of random copolymers of MMA and BUMA, results in a very low, slightly negative drift.

これらの相違は、追加の実験によって測定された、それぞれの拡散層の長期間の透過応答性によって説明されるかもしれない。WEペースト内ではあるが、規定の活性化表面は有する、すなわち、酵素層ももたない(その膨張挙動が結果に及ぼす影響を排除する)パラジウムセンサーが、上記のポリマー溶液を用いてコーティングされ、そしてその後、乾燥され、層厚が測定された。続いて、伝導度が、ナトリウムおよび塩素含有緩衝液中で測定された。   These differences may be explained by the long-term transmission responsiveness of each diffusion layer, measured by additional experiments. A palladium sensor within the WE paste but having a defined activated surface, ie without an enzyme layer (excluding the effect of its expansion behavior on the result) is coated with the polymer solution described above, Then, it was dried and the layer thickness was measured. Subsequently, the conductivity was measured in a sodium and chlorine containing buffer.

図7は、コポリマーAの導電度が、短期の測定開始段階の後、ほぼ一定に保たれていたことを示している。   FIG. 7 shows that the conductivity of copolymer A was kept approximately constant after the short measurement start phase.

コポリマーFの場合には、これは、同一の測定条件下でさえも、図8に示されるように当てはまらなかった。この場合、コポリマーFの拡散層の、長期のおよび強力な透過応答性が観察され、これは、実質的に層厚には影響を受けなかった。BUMAの疎水性ブロックを有する、コポリマーFの場合(およびコポリマーCおよびDの場合も(データは示さず))、長期間にわたってさえも、透過性の増加がもたらされる。測定されるときに、拡散層が、分散された酵素層をもつセンサー上に適用されていたならば、これは感度の継続的な上昇を導く。これは、観測された正のセンサードリフトを説明する。   In the case of copolymer F, this was not the case as shown in FIG. 8 even under identical measurement conditions. In this case, a long-term and strong transmission response of the copolymer F diffusion layer was observed, which was substantially unaffected by the layer thickness. In the case of copolymer F (and in the case of copolymers C and D (data not shown)) with a BUMA hydrophobic block, an increase in permeability is provided even over a long period of time. If measured, if a diffusion layer was applied on a sensor with a dispersed enzyme layer, this leads to a continuous increase in sensitivity. This explains the observed positive sensor drift.

同じように、ブロックコポリマーAを有するセンサーは、負のドリフトを示すが、これは、伝導度測定における非常に小さい透過性の変化に起因するものである。しかしながら、測定開始直後から(その後約1時間まで)、大きな伝導度の上昇がコポリマーAにおいて観察される。ここでは、非常に速い立ち上がりが観察され、これは約1時間後に終結する。この時点において、拡散層は、完全に湿潤され、そして、水分取り込みに起因する構造再構成が終結する。構造変化の程度は、おそらくTgに依存する。増大されたTgをもつコポリマーが、大気温度の範囲内のTgをもつコポリマーと比較して、時間的および大きさ的に制限されている再構成を通過することは妥当であると思われる。   Similarly, the sensor with block copolymer A exhibits a negative drift, which is due to a very small permeability change in the conductivity measurement. However, a large increase in conductivity is observed in copolymer A immediately after the start of the measurement (up to about 1 hour thereafter). Here, a very fast rise is observed, which ends after about 1 hour. At this point, the diffusion layer is completely wetted and the structural reconstruction due to moisture uptake ends. The degree of structural change is probably dependent on Tg. It seems reasonable that a copolymer with increased Tg passes through a reconstruction that is limited in time and size compared to a copolymer with a Tg in the range of atmospheric temperature.

加えて、コポリマーAを有するセンサーが、測定の開始時において、コポリマーFの拡散層を有するセンサーと比較して、比較的高い感度を示すことに言及しておくべきである。これは、疎水性および親水性ブロックのあいだの同一の相対比に起因すると予想される。1〜1.5nA/mMである得られた感度範囲(実施例1を参照のこと)は、理想的であると思われる。この感度は、コポリマーAからなる拡散層を有するセンサーにおいては同様に得られる。   In addition, it should be mentioned that the sensor with copolymer A exhibits a relatively high sensitivity at the start of the measurement compared to a sensor with a diffusion layer of copolymer F. This is expected due to the same relative ratio between the hydrophobic and hydrophilic blocks. The resulting sensitivity range of 1-1.5 nA / mM (see Example 1) appears to be ideal. This sensitivity is likewise obtained in sensors having a diffusion layer made of copolymer A.

3つの物理化学的特性(透過性、機械的安定性および透過応答性)の合計に関して、理想的なセンサーは、好ましくは、ランダム型に配置された少なくとも2つの異なる疎水性モノマーユニットを有する疎水性ブロックをもつブロックコポリマー、例えばブロックコポリマーAなどの拡散層を用いて得られ得る。疎水性ブロックが単一のモノマーユニットからのみなる他のブロックコポリマーのいずれも、全ての3つのパラメータにおいてコポリマーAに匹敵し得るような質には到達しない。   With respect to the sum of the three physicochemical properties (permeability, mechanical stability and permeation responsiveness), the ideal sensor is preferably hydrophobic with at least two different hydrophobic monomer units arranged in a random fashion It can be obtained using a diffusion layer such as a block copolymer with blocks, for example block copolymer A. None of the other block copolymers whose hydrophobic blocks consist only of a single monomer unit reach a quality comparable to copolymer A in all three parameters.

実施例4 ブロックコポリマーの特性評価
グルコースの連続的測定のための複数のフィールドセンサー(作用電極および対電極のそれぞれ10個のフィールド)が、作製され、そして、in vitroで特徴付けられた。
Example 4 Characterization of Block Copolymers Multiple field sensors (10 fields each for working and counter electrodes) for continuous glucose measurement were made and characterized in vitro.

センサーには、ランダム型に共重合されたメチルメタクリレート(MMA)およびn−ブチルメタクリレート(BUMA)の疎水性ブロックならびに2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)の親水性ブロックを含むブロックコポリマーからなる拡散層が設けられた。これらのポリマー(GおよびHと規定する)は、Polymer Source, Montrealによって製造され、そして、実施例1〜3からのポリマーAよりもより透過性であり、そして、これは参照によって本明細書中に組み込まれる。   The sensor has a diffusion layer consisting of a block copolymer comprising a hydrophobic block of methyl methacrylate (MMA) and n-butyl methacrylate (BUMA) randomly copolymerized and a hydrophilic block of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA). Provided. These polymers (defined as G and H) are manufactured by Polymer Source, Montreal and are more permeable than polymer A from Examples 1-3, which is hereby incorporated by reference. Embedded in.

以下の表2において、コポリマーが説明される。   In Table 2 below, the copolymers are described.

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それぞれのブロックの分子量Mnが上記の表2において個々に示されており、ポリマーは特定の平均値のまわりに分子鎖長の分散を有することが知られているため、その平均値が示されている。これはまた、表2において導出された量に関しても適用される。   The molecular weight Mn of each block is shown individually in Table 2 above, and since the polymer is known to have a molecular chain length dispersion around a certain average value, the average value is shown. Yes. This also applies for the quantities derived in Table 2.

疎水性ブロックの示されているガラス転位温度は、機械的柔軟性を保証するための好ましい範囲内にある。   The indicated glass transition temperature of the hydrophobic block is within the preferred range to ensure mechanical flexibility.

分析物のための拡散バリアの透過性に関する重要なパラメータは、作用電極のユニット面積(すなわち幾何学的面積)当たりの感度である。感度SEは、リン酸緩衝液(pH7.4)中、10mMおよび0mMグルコース濃度での電流(I)測定により、nA/mMで、分析されたそれぞれのセンサーに関して算出された:

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個々の測定値(N=8)から平均感度SEmが決定された。得られた感度値は、顕微鏡で測定された、複数のフィールドを有するセンサー上の全ての作用電極スポットの幾何学的な総面積Fで除された。これにより、感度密度SEm/Fが得られた。 An important parameter regarding the permeability of the diffusion barrier for the analyte is the sensitivity per unit area (ie, geometric area) of the working electrode. The sensitivity SE was calculated for each sensor analyzed at nA / mM by current (I) measurements at 10 mM and 0 mM glucose concentrations in phosphate buffer (pH 7.4):
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The average sensitivity SE m was determined from the individual measurements (N = 8). The sensitivity value obtained was divided by the geometric total area F of all working electrode spots on the sensor with multiple fields, measured with a microscope. Thereby, a sensitivity density SE m / F was obtained.

in vitro機能曲線の線形性Yは、作用電極上のポリマーカバー層の拡散制御機能性を示すものである。20mM、10mMおよび0mMのグルコース濃度における電流測定から、%で、以下の式:

Figure 0006374860
にしたがい、分析されたセンサーのそれぞれについて算出された。個々の測定値から、平均線形性値およびその標準偏差が決定された(表3参照のこと)。 The linearity Y of the in vitro function curve indicates the diffusion control functionality of the polymer cover layer on the working electrode. From amperometric measurements at 20 mM, 10 mM and 0 mM glucose concentrations, the following formula:
Figure 0006374860
Therefore, it was calculated for each of the analyzed sensors. From the individual measurements, the mean linearity value and its standard deviation were determined (see Table 3).

最後に、センサーの拡散バリアの層厚Lが、それぞれのポリマーの光学的測定によって測定された。対応する平均値が、同じポリマーをもつ≧23個のセンサーのサンプルについて算出された。これらから、カバー層の実効拡散係数Deffが、以下の式:

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にもとづき、cm2/sで算出され得、ここで式中、SEmおよびLmは感度および層厚それぞれの平均値であり、および、Fは全ての作用電極スポットの総面積である。 Finally, the layer thickness L of the sensor diffusion barrier was measured by optical measurement of the respective polymer. Corresponding average values were calculated for ≧ 23 sensor samples with the same polymer. From these, the effective diffusion coefficient D eff of the cover layer is given by the following formula:
Figure 0006374860
Based on the above, it can be calculated in cm 2 / s, where SE m and L m are average values of sensitivity and layer thickness, respectively, and F is the total area of all working electrode spots.

センサードリフトは、7日間にわたるin vitro測定のグルコース濃度工程の繰り返しから算出された。実質的に一定の導電度を示している、ポリマーHに関する結果が図9に示されている。   Sensor drift was calculated from repeated glucose concentration steps of in vitro measurements over 7 days. The results for polymer H, which shows a substantially constant conductivity, are shown in FIG.

以下の表3は、機能的特性評価の結果を示している。   Table 3 below shows the results of functional characterization.

Figure 0006374860
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より親水性のポリマーG(グルコースに対しより透過性である)に関し、拡散係数がまた、代替的な方法、例えばブルコース溶液を含むチャンバーからのグルコースを含まない緩衝液を含むチャンバーへの、ポリマーのフィルムを通じたグルコースの透過などを用いて測定された。この方法により、拡散係数として類似の値が得られた(1.17×10-9 cm2/s)。 For the more hydrophilic polymer G (which is more permeable to glucose), the diffusion coefficient is also an alternative method, for example, the polymer from a chamber containing a volcose solution to a chamber containing a glucose-free buffer. Measured using glucose permeation through the film. By this method, a similar value was obtained as the diffusion coefficient (1.17 × 10 −9 cm 2 / s).

実施例5 タンパク質のスペーサー層材料への結合
スペーサー層材料へのタンパク質の結合を評価するために、Adapt(登録商標)(BioInteractions Ltd, Reading, England)またはEudragit(登録商標) E100(Evonik Industries)がインキュベーションプレート(FluoroNunc Maxisorp, Thermo Scientific)内に満たされた。Eudragit(登録商標) E100は、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ブチルメタクリレートおよびメチルメタクリレートベースのカチオン性コポリマーである。ポリマーは、終夜40℃で乾燥された。その後、スペーサー材料が、フィブリノゲン溶液で表面を覆われた。溶液は、ヒト血漿由来の、蛍光色素Alexa488(Invitrogenより購入された)に結合されているフィブリノゲンを含んでいた。4時間のインキュベーションの後、フィブリノゲン溶液は、吸引され、そして、スペーサー層がホウ酸緩衝液を用いて8回洗浄された。スペーサーに結合したタンパク質の量が、蛍光読取装置(Synergy4, BioTek Instruments)を使用して励起波長485nmおよび発光波長528nmで、インキュベーションプレート内の蛍光強度を測定することによって分析された。ラベルされたタンパク質の既知の濃度(6.25〜500ng)が、蛍光の読取り値をタンパク質の量へと変換するための較正曲線を作製するために使用された。
Example 5 Binding of Protein to Spacer Layer Material To evaluate protein binding to spacer layer material, Adapt® (BioInteractions Ltd, Reading, England) or Eudragit® E100 (Evonik Industries) Filled into incubation plates (FluoroNunc Maxisorp, Thermo Scientific). Eudragit® E100 is a cationic copolymer based on dimethylaminoethyl methacrylate, butyl methacrylate and methyl methacrylate. The polymer was dried overnight at 40 ° C. The spacer material was then covered with a fibrinogen solution. The solution contained fibrinogen derived from human plasma and bound to the fluorescent dye Alexa488 (purchased from Invitrogen). After 4 hours of incubation, the fibrinogen solution was aspirated and the spacer layer was washed 8 times with borate buffer. The amount of protein bound to the spacer was analyzed by measuring the fluorescence intensity in the incubation plate using a fluorescence reader (Synergy 4, BioTek Instruments) at an excitation wavelength of 485 nm and an emission wavelength of 528 nm. A known concentration of labeled protein (6.25-500 ng) was used to generate a calibration curve to convert fluorescence readings into protein quantities.

期待されるように、フィブリノゲンは、コーティングされていないインキュベーションプレート(ブランク)に、390ngの結合タンパク質という結果で接着した(図10)。Eudragit(登録商標) E100でコーティングされたプレートは、60ngである、低減されたタンパク質結合を示した。Adapt(登録商標)でコーティングされたプレートにおいては、タンパク質結合はほとんど検出されなかった。インキュベーション前の読取り値は、バックグラウンド蛍光によるものであった。これらの結果は明らかに、スペーサー材料でコーティングされた表面、特にはAdapt(登録商標)でコーティングされた表面がフィブリノゲン接着を良好に防ぐことを示している。   As expected, fibrinogen adhered to the uncoated incubation plate (blank), resulting in 390 ng binding protein (FIG. 10). Plates coated with Eudragit® E100 showed reduced protein binding, which was 60 ng. Little protein binding was detected in the Adapt®-coated plates. The pre-incubation reading was due to background fluorescence. These results clearly show that the surface coated with the spacer material, in particular the surface coated with Adapt®, well prevents fibrinogen adhesion.

実施例6 スペーサー層との接触後の細胞からのサイトカイン遊離
センサーは、実施例2に記載されるように製造された。その後、センサーは、実施例2に記載されるようにスペーサー層を設けられた。スペーサー層は、Lipidure(登録商標) CM5206(NOF Corporation, Japan)から作製されるか、または、Adapt(登録商標)(BioInteractions Ltd, Reading, England)から作製された。
Example 6 Cytokine release from cells after contact with a spacer layer A sensor was prepared as described in Example 2. The sensor was then provided with a spacer layer as described in Example 2. The spacer layer was made from Lipidure® CM5206 (NOF Corporation, Japan) or from Adapt® (BioInteractions Ltd, Reading, England).

スペーサー層を有さないセンサー、Lipidure(登録商標) CM5206からなるスペーサー層を有するセンサーまたはAdapt(登録商標)からなるスペーサー層を有するセンサーが、単球性THP−1細胞とインキュベートされ、そして、炎症性マーカーの誘導が分析された。   A sensor without a spacer layer, a sensor with a spacer layer consisting of Lipidure® CM5206 or a sensor with a spacer layer consisting of Adapt® is incubated with monocytic THP-1 cells and inflammation Sex marker induction was analyzed.

THP−1細胞は、センサーの存在下、37℃で24時間培養された。細胞は、その後、遠心分離によって収集された。上澄みがサイトカイン遊離を測定するために使用され、一方、細胞ペレットは、ウシ血清アルブミン(BSA)を1%含むPBS中に再懸濁され、そして、細胞表面タンパク質CD54(ICAM−1としても知られる、炎症性バイオマーカー)の発現を分析するために使用された。THP−1細胞は、蛍光色素フィコエリトリンで標識された抗CD54抗体(BD Bioscience)とともにインキュベートされた。4℃で45分間のインキュベーション後、細胞は、PBS/1%BSA中で洗浄され、そして、10000個の細胞の平均蛍光強度(MFI)が、フローサイトメーター(BD FACSArray, BD Bioscience)を用いて測定された(励起波長532nm、発光波長585nm)。未処理のTHP−1細胞と比較して、コーティングなしのセンサーとのインキュベーションは、高いMFI読取り値によって示されるように(図11)、増大されたCD54の相対的な発現(6倍の誘導)をもたらした。CM5256またはAdapt(登録商標)のスペーサー層によって被覆されたセンサーとの細胞のインキュベーションは、それぞれ45%または41%のCD54発現の減少をもたらした。   THP-1 cells were cultured for 24 hours at 37 ° C. in the presence of the sensor. The cells were then collected by centrifugation. The supernatant is used to measure cytokine release, while the cell pellet is resuspended in PBS containing 1% bovine serum albumin (BSA) and is also known as cell surface protein CD54 (ICAM-1) Used to analyze the expression of inflammatory biomarkers). THP-1 cells were incubated with an anti-CD54 antibody (BD Bioscience) labeled with the fluorescent dye phycoerythrin. After 45 minutes incubation at 4 ° C., the cells were washed in PBS / 1% BSA and the mean fluorescence intensity (MFI) of 10000 cells was determined using a flow cytometer (BD FACSArray, BD Bioscience). Measured (excitation wavelength 532 nm, emission wavelength 585 nm). Compared to untreated THP-1 cells, incubation with the uncoated sensor increased CD54 relative expression (6-fold induction) as shown by high MFI readings (FIG. 11). Brought about. Incubation of cells with sensors coated with CM5256 or Adapt® spacer layer resulted in a 45% or 41% decrease in CD54 expression, respectively.

上澄み液は、サイトカイン、インターロイキン−8(IL−8)および「単球走化性タンパク質−1(monocyte chemotactic protein-1)」(MCP−1)の量を、製造者の取り扱い説明書にしたがいビーズを用いた免疫アッセイ(Flex sets, BD Bioscience)、そして、その後のフローサイトメトリー分析(BD FACSArray, BD Bioscience)を用いて測定するために使用された。データ分析は、FCAPアレイソフトウェア v1.0.1(Soft flow Hungary Ltd)を用いて行われた。   The supernatant should be in accordance with the manufacturer's instructions for the amount of cytokines, interleukin-8 (IL-8) and “monocyte chemotactic protein-1” (MCP-1). It was used to measure using immunoassay with beads (Flex sets, BD Bioscience) and subsequent flow cytometric analysis (BD FACSArray, BD Bioscience). Data analysis was performed using FCAP array software v1.0.1 (Soft flow Hungary Ltd).

未処理のTHP−1細胞と比較して、コーティングなしのセンサーは、強力なIL−8(49対197pg/mL)(図12a)およびMCP−1(6対48pg/mL)(図12b)の遊離を誘導した。IL−8およびMCP−1の遊離は、センサーがCM5256またはAdapt(登録商標)のスペーサー層によって被覆されていた場合減少した。Adapt(登録商標)で被覆されたセンサーは、100pg/mLのIL−8および25pg/mLのMCP−1の遊離を誘導した。CM5256で被覆されたセンサーは、125pg/mLのIL−8および18pg/mLのMCP−1の分泌をもたらした。   Compared to untreated THP-1 cells, the uncoated sensor produced potent IL-8 (49 vs 197 pg / mL) (Figure 12a) and MCP-1 (6 vs 48 pg / mL) (Figure 12b). Release was induced. Release of IL-8 and MCP-1 was reduced when the sensor was covered with CM5256 or Adapt® spacer layer. The sensor coated with Adapt® induced the release of 100 pg / mL IL-8 and 25 pg / mL MCP-1. A sensor coated with CM5256 resulted in secretion of 125 pg / mL IL-8 and 18 pg / mL MCP-1.

まとめると、これらのデータは、スペーサー層が3個のよく知られた炎症性バイオマーカー、すなわちCD54、IL−8およびMCP−1の誘導を減少させることを示している。   Taken together, these data indicate that the spacer layer reduces the induction of three well-known inflammatory biomarkers, CD54, IL-8 and MCP-1.

THP−1細胞の活性化のためのタンパク質吸着の役割を分析物するために、組織培養プレートが、CM5256、Adapt(登録商標)またはEudragit(登録商標) E100を用いてコーティングされた。スペーサーは、その後、ヒトフィブリノゲン(Sigma-Aldrich)と共にインキュベートされた。THP−1細胞は、種々のスペーサー+フィブリノゲン層とインキュベートされた。37℃での48時間のインキュベーション後、細胞は遠心分離によって沈殿され、そして、上澄みがIL−8遊離に関して分析された。対照として、細胞が、スペーサーを含まないが、フィブリノゲンでコーティングされている培養プレート(Polyst.=培養プレート材料)中で培養された。図13に示されるように、これらの細胞は、89pg/mLのIL−8を遊離した。CM 5206+フィブリノゲン上で、または、Adapt(登録商標)+フィブリノゲン上で培養された細胞は、それぞれ、68または49pg/mLを遊離した。これに対し、Eudragit(登録商標) E100+フィブリノゲン上で培養された細胞は206pg/mLのIL−8を遊離した。特に、フィブリノゲンコーティングなしでEudragit(登録商標) E100上で培養された細胞は、59pg/mLのIL−8しか分泌しなかった。ポリマー表面上へのフィブリノゲンの吸着およびタンパク質中のコンフォーメーションの変化が、おそらくMAC−1結合部位を露出させる。MAC−1レセプターへの結合を介して活性化されるTHP−1細胞が、IL−8などのサイトカインを遊離し、そして、これによって、炎症性応答をトリガーする。これゆえ、Adapt(登録商標)またはCM5256で作製されたスペーサー層は、タンパク質の沈着および構造モチーフの(センサーのような)表面上での露出を回避し、そしてこれによって、インプラントに対する炎症性反応を最小限にする。   In order to analyze the role of protein adsorption for activation of THP-1 cells, tissue culture plates were coated with CM5256, Adapt® or Eudragit® E100. The spacer was then incubated with human fibrinogen (Sigma-Aldrich). THP-1 cells were incubated with various spacers + fibrinogen layers. After 48 hours of incubation at 37 ° C., the cells were precipitated by centrifugation and the supernatant was analyzed for IL-8 release. As a control, cells were cultured in culture plates (Polyst. = Culture plate material) without spacers but coated with fibrinogen. As shown in FIG. 13, these cells released 89 pg / mL of IL-8. Cells cultured on CM 5206 + fibrinogen or on Adapt® + fibrinogen released 68 or 49 pg / mL, respectively. In contrast, cells cultured on Eudragit® E100 + fibrinogen released 206 pg / mL IL-8. In particular, cells cultured on Eudragit® E100 without fibrinogen coating secreted only 59 pg / mL IL-8. Adsorption of fibrinogen on the polymer surface and conformational changes in the protein probably exposes the MAC-1 binding site. THP-1 cells activated via binding to the MAC-1 receptor release cytokines such as IL-8 and thereby trigger an inflammatory response. Therefore, a spacer layer made of Adapt® or CM5256 avoids protein deposition and exposure of structural motifs on the surface (such as sensors) and thereby reduces the inflammatory response to the implant. Minimize.

実施例7 スペーサー層でコーティングされたセンサーでの制限された溶血
センサーは実施例2に記載されるように製造された。その後、センサーは、実施例2に記載されるようにスペーサー層を設けられた。スペーサー層は、Lipidure(登録商標) CM5206(NOF Corporation, Japan)から作製されるか、または、Adapt(登録商標)(BioInteractions Ltd, Reading, England)から作製された。
Example 7 Limited Hemolysis with Sensor Coated with Spacer Layer A sensor was prepared as described in Example 2. The sensor was then provided with a spacer layer as described in Example 2. The spacer layer was made from Lipidure® CM5206 (NOF Corporation, Japan) or from Adapt® (BioInteractions Ltd, Reading, England).

スペーサー層を有さないセンサー、Lipidure(登録商標) CM5206からなるスペーサー層を有するセンサーまたはAdapt(登録商標)からなるスペーサー層を有するセンサーの溶血の可能性が分析された。このため、総表面積6cm2であるセンサーが赤血球細胞とインキュベートされ、そして、その後、上澄みへのヘモグロビンの遊離を測定することによって、細胞の溶解が測定された。赤血球が、遠心分離によって新鮮なヒト血液から単離された(クエン酸塩が凝集を避けるために使用された)。それらはその後、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)を用いて洗浄され、その後、PBS中に1:40で希釈された。赤血球懸濁液は、回転式プラットフォーム上(350rpm)で、暗所内37℃で、24時間センサーとインキュベートされた。その後、細胞は遠心分離によって沈殿され、そして、上澄みのヘモグロビン含有量が、波長575nmで上澄みの吸収を測定することによってスペクトル的に決定された。結果は、%での溶解性指数によって示されており、これは、陽性対照(=蒸留水中、赤血球の完全な浸透圧溶解)中のヘモグロビンの遊離量で除されたサンプル中のヘモグロビンの遊離量である。結果は、図14に示されている。 The possibility of hemolysis of a sensor without a spacer layer, a sensor with a spacer layer consisting of Lipidure® CM5206 or a sensor with a spacer layer consisting of Adapt® was analyzed. For this purpose, a sensor with a total surface area of 6 cm 2 was incubated with red blood cells and then the lysis of the cells was measured by measuring the release of hemoglobin into the supernatant. Red blood cells were isolated from fresh human blood by centrifugation (citrate was used to avoid aggregation). They were then washed with phosphate buffered saline (PBS) and then diluted 1:40 in PBS. The erythrocyte suspension was incubated with the sensor for 24 hours on a rotating platform (350 rpm) at 37 ° C. in the dark. The cells were then sedimented by centrifugation and the hemoglobin content of the supernatant was determined spectrally by measuring the absorbance of the supernatant at a wavelength of 575 nm. The results are indicated by the solubility index in%, which is the amount of hemoglobin released in the sample divided by the amount of hemoglobin released in the positive control (= complete osmotic lysis of red blood cells in distilled water). It is. The result is shown in FIG.

スペーサー層を有さないセンサーは、47.4%という高い溶血指数によって示されるように、顕著な溶血を引き起こした。Lipidure(登録商標) CM5206のスペーサー層を用いたセンサーのコーティングは、14.7%の溶解指数によって示されるように、センサーの溶血可能性を低減した。Adapt(登録商標)のスペーサー層を用いてコーティングされたセンサーは、7.5%の溶解指数をもたらすわずかな溶血を引き起こしたが、これは、負の対照(=いかなる試験材料も無しにPBS中でインキュベートされた赤血球)またはAdapt(登録商標)のみの範囲内のものである。これらの結果は、溶血を低減させるためのスペーサー層の保護的機能を示していた。   The sensor without the spacer layer caused significant hemolysis as indicated by a high hemolysis index of 47.4%. Coating the sensor with Lipidure® CM5206 spacer layer reduced the sensor's hemolytic potential as indicated by a solubility index of 14.7%. A sensor coated with an Adapt® spacer layer caused a slight hemolysis resulting in a solubility index of 7.5%, which was a negative control (= in PBS without any test material) Red blood cells) or Adapt® only. These results indicated the protective function of the spacer layer to reduce hemolysis.

Claims (28)

酵素分子が固定化された電極を備えるin vivo条件下で分析物の濃度を測定するための電極システムであって、
スペーサーメンブレンが、前記電極システムの外層の少なくとも一部分を形成しており、前記スペーサーメンブレンが、アクリルおよび/またはメタアクリルモノマーの親水性コポリマーから形成されており、前記親水性コポリマーが、50モル−%より多い親水性モノマーユニットを含むことを特徴とする電極システム。
An electrode system for measuring the concentration of an analyte under in vivo conditions comprising an electrode with immobilized enzyme molecules comprising:
A spacer membrane forms at least a portion of the outer layer of the electrode system, the spacer membrane is formed from a hydrophilic copolymer of acrylic and / or methacrylic monomers, and the hydrophilic copolymer is 50 mol-%. An electrode system comprising more hydrophilic monomer units .
電極システムの外側から酵素分子への分析物の拡散を制御する拡散バリアをさらに備える請求項1記載の電極システム。 The electrode system according to claim 1, further comprising a diffusion barrier that controls diffusion of the analyte from outside the electrode system to the enzyme molecules. 前記スペーサーメンブレンが、少なくとも2つまたは3つのアクリルおよび/またはメタアクリルモノマーからの親水性コポリマーである請求項1または2記載の電極システム。 The electrode system according to claim 1 or 2, wherein the spacer membrane is a hydrophilic copolymer from at least two or three acrylic and / or methacrylic monomers. 前記親水性モノマーユニットが、極性基をもつ親水性の(メタ)アクリル酸エステル、親水性の(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸またはそれらの組み合わせより選択される請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極システム。 The hydrophilic monomer unit is selected from hydrophilic (meth) acrylic acid ester having a polar group, hydrophilic (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, or a combination thereof. 2. The electrode system according to item 1. 前記極性基が、OH、OCH3またはOC25基より選択される請求項4記載の電極システム。 The electrode system according to claim 4, wherein the polar group is selected from OH, OCH 3 or OC 2 H 5 groups. 前記親水性モノマーユニットが、
2−ヒドロキシエチルアクリレート、
2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、
2−メトキシエチルアクリレート、
2−メトキシエチルメタクリレート、
2−エトキシエチルアクリレート、
2−エトキシエチルメタクリレート、
2−または3−ヒドロキシプロピルアクリレート、
2−または3−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−または3−HPMA)、
2−または3−メトキシプロピルアクリレート、
2−または3−メトキシプロピルメタクリレート、
2−または3−エトキシプロピルアクリレート、
2−または3−エトキシプロピルメタクリレート、
1−または2−グリセロールアクリレート、
1−または2−グリセロールメタクリレート、
アクリルアミド、
メタクリルアミド、
N−アルキルまたはN,N−ジアルキルアクリルアミドおよび
N−アルキルまたはN,N−ジアルキルメチルアミドであって、
前記アルキル基は1〜3個の炭素原子を有し
アクリル酸、
メタクリル酸
およびそれらの組み合わせ
より選択される請求項4または5記載の電極システム。
The hydrophilic monomer unit is
2-hydroxyethyl acrylate,
2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA),
2-methoxyethyl acrylate,
2-methoxyethyl methacrylate,
2-ethoxyethyl acrylate,
2-ethoxyethyl methacrylate,
2- or 3-hydroxypropyl acrylate,
2- or 3-hydroxypropyl methacrylate (2- or 3-HPMA),
2- or 3-methoxypropyl acrylate,
2- or 3-methoxypropyl methacrylate,
2- or 3-ethoxypropyl acrylate,
2- or 3-ethoxypropyl methacrylate,
1- or 2-glycerol acrylate,
1- or 2-glycerol methacrylate,
Acrylamide,
Methacrylamide,
N-alkyl or N, N-dialkylacrylamide and N-alkyl or N, N-dialkylmethylamide,
The alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
Acrylic acid,
6. An electrode system according to claim 4 or 5 selected from methacrylic acid and combinations thereof.
前記親水性モノマーユニットが、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−HPMA)およびそれらの組み合わせより選択される請求項6記載の電極システム。 The electrode system according to claim 6, wherein the hydrophilic monomer unit is selected from 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), 2-hydroxypropyl methacrylate (2-HPMA), and combinations thereof. 前記スペーサーメンブレンの前記親水性コポリマーが、少なくとも60モル−%の親水性モノマーユニットを含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の電極システム。 The electrode system according to claim 1, wherein the hydrophilic copolymer of the spacer membrane comprises at least 60 mol-% hydrophilic monomer units . 前記スペーサーメンブレンの前記親水性コポリマーが、少なくとも70モル−%の親水性モノマーユニットを含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の電極システム。 The electrode system according to claim 1, wherein the hydrophilic copolymer of the spacer membrane comprises at least 70 mol-% of hydrophilic monomer units . 前記スペーサーメンブレンの前記親水性コポリマーが、40モル−%以下の疎水性モノマーユニットをさらに含む請求項1〜9のいずれか1項に記載の電極システム。 The electrode system according to any one of claims 1 to 9, wherein the hydrophilic copolymer of the spacer membrane further comprises 40 mol-% or less of hydrophobic monomer units . 前記スペーサーメンブレンの前記親水性コポリマーが、30モル−%以下の疎水性モノマーユニットをさらに含む請求項1〜9のいずれか1項に記載の電極システム。 The electrode system according to any one of claims 1 to 9, wherein the hydrophilic copolymer of the spacer membrane further comprises 30 mol-% or less of a hydrophobic monomer unit . 前記疎水性モノマーユニットが、
メチルアクリレート、
メチルメタクリレート(MMA)、
エチルアクリレート、
エチルメタクリレート(EMA)、
n−またはi−プロピルアクリレート、
n−またはi−プロピルメタクリレート、
n−ブチルアクリレート、
n−ブチルメタクリレート(BUMA)、
ネオペンチルアクリレート、
ネオペンチルメタクリレート
およびそれらの組み合わせ
より選択される請求項10または11記載の電極システム。
The hydrophobic monomer unit is
Methyl acrylate,
Methyl methacrylate (MMA),
Ethyl acrylate,
Ethyl methacrylate (EMA),
n- or i-propyl acrylate,
n- or i-propyl methacrylate,
n-butyl acrylate,
n-butyl methacrylate (BUMA),
Neopentyl acrylate,
12. An electrode system according to claim 10 or 11 selected from neopentyl methacrylate and combinations thereof.
前記疎水性モノマーユニットが、メチルメタクリレート(MMA)、n−ブチルメタクリレート(BUMA)およびそれらの組み合わせより選択される請求項12記載の電極システム。 13. The electrode system according to claim 12, wherein the hydrophobic monomer unit is selected from methyl methacrylate (MMA), n-butyl methacrylate (BUMA) and combinations thereof. 前記疎水性モノマーユニットが、メチルメタクリレート(MMA)またはn−ブチルメタクリレート(BUMA)であり、および、前記親水性モノマーユニットが、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)および/または2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−HPMA)である請求項10〜13のいずれか1項に記載の電極システム。 The hydrophobic monomer unit is methyl methacrylate (MMA) or n-butyl methacrylate (BUMA), and the hydrophilic monomer unit is 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and / or 2-hydroxypropyl methacrylate (2 The electrode system according to claim 10, which is -HPMA). 前記スペーサーメンブレンが、n−ブチルメタクリレート(BUMA)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(2−HEMA)および2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(2−HPMA)であるモノマーユニットを含むコポリマーから形成されている電極システムであって、前記コポリマーが、80モル−%の2−HEMAモノマーユニットを含む請求項10〜14のいずれか1項に記載の電極システム。 The spacer membrane is an electrode system formed from a copolymer comprising monomer units of n-butyl methacrylate (BUMA), 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA) and 2-hydroxypropyl methacrylate (2-HPMA). The electrode system according to claim 10, wherein the copolymer comprises 80 mol-% 2-HEMA monomer units . 前記親水性ポリマーが、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーである請求項1〜15のいずれか1項に記載の電極システム。 The electrode system according to claim 1, wherein the hydrophilic polymer is a random copolymer or a block copolymer. 前記スペーサーメンブレンの厚みが、20μm未満である請求項1〜16のいずれか1項に記載の電極システム。 The electrode system according to claim 1, wherein the spacer membrane has a thickness of less than 20 μm. 前記スペーサーメンブレンの厚みが、5μm未満である請求項17記載の電極システム。 The electrode system according to claim 17, wherein the spacer membrane has a thickness of less than 5 μm. 前記スペーサーメンブレンの厚みが、1〜3μmである請求項17記載の電極システム。 The electrode system according to claim 17, wherein the spacer membrane has a thickness of 1 to 3 μm. 前記親水性コポリマーの相対的水分取り込み量が、コポリマーの総重量に対して50重量%を超えない請求項1〜19のいずれか1項に記載の電極システム。 20. The electrode system according to any one of claims 1 to 19, wherein the relative water uptake of the hydrophilic copolymer does not exceed 50% by weight relative to the total weight of the copolymer. 前記親水性コポリマーの相対的水分取り込み量が、コポリマーの総重量に対して40重量%を超えない請求項20記載の電極システム。 21. The electrode system of claim 20, wherein the relative water uptake of the hydrophilic copolymer does not exceed 40% by weight relative to the total weight of the copolymer. 前記親水性コポリマーの相対的水分取り込み量が、コポリマーの総重量に対して30重量%を超えない請求項20記載の電極システム。 21. The electrode system of claim 20, wherein the relative water uptake of the hydrophilic copolymer does not exceed 30% by weight relative to the total weight of the copolymer. 前記拡散バリアが、親水性ポリウレタン、または、少なくとも一つの親水性ブロックと少なくとも一つの疎水性ブロックとを有するブロックコポリマーを含む請求項2〜22のいずれか1項に記載の電極システム。 23. The electrode system according to any one of claims 2 to 22, wherein the diffusion barrier comprises a hydrophilic polyurethane or a block copolymer having at least one hydrophilic block and at least one hydrophobic block. 導電体(2a)を有する対電極(2)、および導電体(1a)を有する作用電極(1)を基板(4)上に含み、さらに、作用電極(1)上に配置される固定化された酵素分子を含む酵素層(5)と、酵素層(5)を被覆する拡散バリア(8)と、拡散バリア(8)および対電極(2)を被覆するスペーサーメンブレン(9)と、を含む請求項1〜23のいずれか1項に記載の電極システム。 A counter electrode (2) having a conductor (2a) and a working electrode (1) having a conductor (1a) are included on the substrate (4), and further fixed on the working electrode (1). An enzyme layer (5) containing the enzyme molecules, a diffusion barrier (8) covering the enzyme layer (5), and a spacer membrane (9) covering the diffusion barrier (8) and the counter electrode (2) The electrode system according to any one of claims 1 to 23. 請求項1〜24のいずれか1項に記載の電極システムを含む、身体内に挿入可能または埋め込み可能であるセンサー。 25. A sensor that is insertable or implantable into the body, comprising an electrode system according to any one of claims 1-24. グルコースの測定のための請求項25記載のセンサー。 26. A sensor according to claim 25 for measuring glucose. アクリルおよび/またはメタアクリルモノマーの親水性コポリマーの使用であって、前記親水性コポリマーが、酵素的電極システムのためのスペーサーメンブレンとして、50モル−%より多い親水性モノマーユニットを含む使用。 Use of a hydrophilic copolymer of acrylic and / or methacrylic monomers, said hydrophilic copolymer comprising more than 50 mol-% hydrophilic monomer units as a spacer membrane for an enzymatic electrode system. 酵素的電極システムに対する異物反応(FRB)を最小限にするための請求項27記載の使用。 28. Use according to claim 27 for minimizing foreign body reaction (FRB) to an enzymatic electrode system.
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