JP7448621B2 - グルコースとケトンの二重検出を特徴とする分析対象物センサー及び検出方法 - Google Patents
グルコースとケトンの二重検出を特徴とする分析対象物センサー及び検出方法 Download PDFInfo
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Description
A.グルコースとケトンに反応する分析物センサー。分析物センサーは、少なくとも作用電極を含むセンサーテールと、作用電極の表面に配置されグルコース応答性酵素を含むグルコース応答性活性領域と、作用電極の表面に配置され、グルコース応答性活性領域から離れて配置されたケトン応答性活性領域であって、ケトン応答性活性領域は、ケトンの検出を容易にするために協調して作用することができる少なくとも2つの酵素を含む酵素系を含むケトン応答性活性領域とを備え、ここで、各活性領域は酸化還元電位を有し、グルコース応答性活性領域の酸化還元電位は、ケトン応答性活性領域の酸化還元電位から十分に分離されていることによって、グルコース応答性活性領域又はケトン応答性活性領域のうちの一方からの信号の独立した生成を可能にする。
要素1:センサーテールは組織に挿入するように構成されている。
要素3:ここで、グルコース応答性活性領域は、第1の活性領域でポリマーに共有結合した第1の電子移動剤を含み、ケトン応答性活性領域は、第2の活性領域でポリマーに共有結合した第2の電子移動剤を含み、第1及び第2の電子移動剤は異なる。
要素6:流体は生体液であり、分析物センサーはインビボで生体液に曝露される。
要素8:ここで、第1の膜は、ケトン応答性活性領域を被覆する多成分膜であり、多成分膜は、互いに異なる少なくとも第1の膜ポリマー及び第2の膜ポリマーを含み、第2の膜は、グルコース応答性活性領域を被覆し、多成分膜とは組成が異なる均質な膜であり、均質な膜は、第1の膜ポリマー及び第2の膜ポリマーのうちの1つを含む。
要素10:第1の膜ポリマーがケトン応答性活性領域上に直接配置され、第2の膜ポリマーが第1の膜ポリマー上に配置されて二層膜を規定し、均質な膜が第2の膜ポリマーを含む。
要素12:ここで、多成分膜は、ポリビニルピリジン及びポリビニルピリジン-コ-スチレンを含み、均質な膜は、ポリビニルピリジン-コ-スチレンを含む。
要素15:ここで、第1の信号及び第2の信号は、第1のチャネル及び第2のチャネルを介して同時に取得される。
A’.グルコースとケトンに反応する分析物センサー。分析物センサーは、少なくとも第1の作用電極及び第2の作用電極を含むセンサーテールと、第1の作用電極の表面に配置されたケトン応答性活性領域であって、ケトン応答性活性領域は、ケトンの検出を容易にするために協調して作用することができる少なくとも2つの酵素を含む酵素系を含むケトン応答性活性領域と、第2の作用電極の表面に配置されグルコース応答性酵素を含むグルコース応答性活性領域と、ケトン応答性活性領域を被覆する第1の部分、及びグルコース応答性活性領域を被覆する第2の部分を有する膜とを備え、第1の部分及び第2の部分は、異なる組成を有する。
要素2’:第2の部分は均質であり、第1の膜ポリマー及び第2の膜ポリマーのうちの1つを含む。
要素4’:ここで、第1の膜ポリマーは、ケトン応答性活性領域上に直接配置され、第2の膜ポリマーは、第1の膜ポリマー及びグルコース応答性活性領域上に配置される。
要素6’:ここで、膜の第1の部分は、ポリビニルピリジン及びポリビニルピリジン-コ-スチレンを含み、膜の第2の部分は、ポリビニルピリジン-コ-スチレンを含む。
要素8’:ここで、第1の部分及び第2の部分は、ケトン応答性活性領域及びグルコース応答性活性領域を被覆する連続膜を画定する。
要素10’:ここで、グルコース応答性活性領域及びケトン応答性活性領域はそれぞれ、グルコース応答性活性領域及びケトン応答性活性領域のそれぞれにおいてポリマーに共有結合している電子伝達剤を含む。
要素13’:ここで、第1の信号及び第2の信号は、異なる時刻に測定される。
要素14’:ここで、第1の信号及び第2の信号は、第1のチャネル及び第2のチャネルを介して同時に取得される。
式1に示す構造を有するポリ(ビニルピリジン)配位遷移金属錯体を調製した。この遷移金属錯体及びそれによる電子移動に関するさらなる詳細は、上記の参照により組み込まれた、一般に所有されている米国特許第6,605,200号に提供されている。各モノマーの下付き文字は、例示的な原子比を表し、特定のモノマーの順序を示すものではない。
実施例1:協調して作用するジアホラーゼとβ-ヒドロキシブチラートデヒドロゲナーゼを有する分析物センサーを使用したケトンの検出。この例では、図2Aの酵素システムを使用してケトンの検出を容易にした。以下の表1に示すスポッティング配合物を炭素作用電極上にコーティングした。作用電極上に、それぞれ約0.01mm2の面積を有する6つの領域を配置するために堆積を行った。堆積後、作用電極を25℃で一晩硬化させた。その後、均質なPVP膜を、4mLの100mg/mL PVP、0.2mLの100mg/mL PEGDGE400(分子量約400のPEGDGE)、及び0.0132mLの100mg/mLポリジメチルシロキサン(PDMS)で処方されたコーティング溶液を使用するディップコーティングを介して作用電極に付着させた。膜の硬化は、乾燥したバイアル内、25℃で24時間、続いて56℃で48時間行った。
ケトン分析は、電極を100mM PBS緩衝液(pH=7.4)に33℃で浸漬し、ケトン代用物として様々な量のβ-ヒドロキシブチラート(合計0、1、2、3、4、6、及び8mMのβ-ヒドロキシブチラートを添加)を注入することによって実施した。図6は、ジアホラーゼ、NAD+、及びβ-ヒドロキシブチラートデヒドロゲナーゼを含む電極を様々なβ-ヒドロキシブチラート濃度に曝露した時の応答の4つの複製を示している。テストした4つのセンサーの信号応答が重なっているため、図6には2つのトレースしかない。示されているように、電流応答は、その後安定化する前に、新しいβ-ヒドロキシブチラート濃度への曝露後、数分の間に増加した。図7は、図6の電極の平均電流応答に対するβ-ヒドロキシブチラート濃度の例示的なプロットを示している。ケトンセンサーは、図8に示すように、長時間の測定でも安定した応答を示した。図8は、100mM PBS中のβ-ヒドロキシブチレート8mMに33℃で2週間曝露した場合の、図6の電極の電流応答の例示的なプロットを示している。測定期間中の平均信号損失はわずか3.1%であった。
この実施例では、分析物センサーは、第1の作用電極上に被着したグルコースオキシダーゼを含むグルコース応答活性領域と、第2の作用電極上に被着したジアホラーゼ及びβ-ヒドロキシブチラートデヒドロゲナーゼを含むケトン応答活性領域を用いて調製した。2つの作用電極は、平面誘電体基板の対向する面に配置された炭素電極であった。
ケトン応答性活性領域は、上記の表1に指定されたジアホラーゼ/β-ヒドロキシブチラート製剤を使用して、第2の作用電極上に堆積された。活性領域の堆積及び硬化は、上記の実施例1のように実施されたが、この場合、5つの検出領域が堆積された。ケトン応答性活性領域とグルコース応答性活性領域の硬化を同時に行った。
この例では、図2Bの酵素システムを使用してケトンの検出を容易にした。以下の表3に示されるスポッティング配合物は、カーボン作用電極又はカーボンナノチューブ作用電極のいずれかにコーティングされた。センサーチップ全体をコーティングするために、3回のパスで手作業でコーティングを行った。平均活性領域面積は、カーボン作用電極で3.0mm2、カーボンナノチューブ作用電極で7.6mm2であった。堆積後、作用電極を25℃で一晩硬化させた。その後、4mLの100mg/mL PVP及び0.2mLの100mg/mL PEGDGE400で処方されたコーティング溶液を使用して、ディップコーティングを介してPVP膜を作用電極に付着させた。次に、25℃で24時間、膜硬化を行った。
ケトン分析は、実施例1に記載されているように実施された。
この例では、図2Cの酵素システムを使用してケトンの検出を容易にした。以下の表3に示されるスポッティング配合物は、カーボン作用電極又はカーボンナノチューブ作用電極のいずれかにコーティングされた。スポッティング配合物及びPVP膜のコーティング及び硬化は、実施例3に指定されたように実施された。平均活性領域面積は、カーボン作用電極で3.0mm2、カーボンナノチューブ作用電極で7.6mm2であった。
ケトン分析は、実施例1に記載されているように実施された。図15A及び15Bは、様々なβ-ヒドロキシブチラート濃度にさらされたときの、ポリ-1,10-フェナントロリン-5,6-ジオン及びβ-ヒドロキシブチラートデヒドロゲナーゼを含む電極の応答の4つの再現を示している。図15Aはカーボン作用電極の電流応答を示し、図15Bはカーボンナノチューブ作用電極の電流応答を示している。図示されているように、両方のタイプの作用電極の電流応答は、応答が平坦になり始める前に、β-ヒドロキシブチラート濃度が約2mMの濃度まで増加するにつれて増加した。
イグニッションロックなどの車両フェイルセーフは、障害がある場合や車両を安全に操作できる状態にない場合に、運転手が車両を操作できないようにするために使用され得る。障害のある状態で車両を操作すると、運転手や一般の人々に重大な危険をもたらす可能性がある。一般的なタイプのイグニッションロックの1つは、飲酒運転を防止するように設計され、具体的には、アルコールの使用により酩酊している間、個人が車両を操作することを防止するように設計されている。このようなロック装置は、呼気アルコール分析装置又は光学センサーを車両の点火システムに接続し、ドライバーは、車両を始動する前に、血中アルコール濃度テストに合格する必要がある。
E.運転手の体内に存在する1つ以上の分析物を検出及び監視するセンサーを有するセンサー制御装置と、センサー制御装置及び車両の電気システムと通信する制御モジュールとを備えた分析物監視及び車両制御システムであって、制御モジュールはセンサー制御装置によって提供されるデータを受信及び処理するようにプログラムされたコンピュータシステムを有し、ここで、運転手のリアルタイム測定された分析物レベルが所定の安全な閾値を超えると、車両の動作がコンピュータシステムによって制御又は無効化される。
Claims (11)
- 分析物センサーにおいて、
少なくとも第1の作用電極及び第2の作用電極を備えるセンサーテールと、
前記第1の作用電極の表面に配置されたケトン応答性活性領域であって、前記ケトン応答性活性領域は、第1のポリマーと、ケトンの検出を容易にするために協調して作用することができる少なくとも2つの酵素を含む酵素系とを含み、前記酵素系の前記少なくとも2つの酵素のうちの1つ以上が前記ケトン応答性活性領域で前記第1のポリマーに共有結合している、ケトン応答性活性領域と、
第2のポリマーと、前記第2の作用電極の表面に配置され、前記第2のポリマーに共有結合したグルコース応答性酵素とを含むグルコース応答性活性領域と、
第1の部分が前記ケトン応答性活性領域を被覆し、第2の部分が前記グルコース応答性活性領域を被覆する膜と、を備え、
前記第1の部分はポリビニルピリジンを含む第1の膜層と、ポリビニルピリジン-コ-スチレンを含む第2の膜層とを含み、前記第2の部分はポリビニルピリジン-コ-スチレンを含む、分析物センサー。 - 前記膜の前記第2の部分は均質である、請求項1に記載の分析物センサー。
- 前記第1の膜層は、前記ケトン応答性活性領域上に直接に配置され、前記第2の膜層は、前記第1の膜層及び前記グルコース応答性活性領域の上に配置される、請求項1に記載の分析物センサー。
- 前記膜の前記第1の部分は前記膜の前記第2の部分よりも厚い、請求項1に記載の分析物センサー。
- 前記膜の前記第1の部分及び前記第2の部分は、前記ケトン応答性活性領域及び前記グルコース応答性活性領域を被覆する連続した膜を画成する、請求項1に記載の分析物センサー。
- 前記センサーテールは、組織に挿入すべく形成されている、請求項1に記載の分析物センサー。
- 前記グルコース応答性活性領域及び前記ケトン応答性活性領域はそれぞれ、前記グルコース応答性活性領域及び前記ケトン応答性活性領域のそれぞれにおいてポリマーに共有結合している電子伝達剤を含む、請求項1に記載の分析物センサー。
- 請求項1に記載の分析物センサーにおいて、
前記分析物センサー及び車両の電気システムと通信する制御モジュールであって、前記分析物センサーによって提供されるデータを受信及び処理するようにプログラムされたコンピュータシステムを含む制御モジュールをさらに備え、
前記車両の操作は、運転手のリアルタイムで測定された分析物レベルが所定の安全な閾値を超えると、前記コンピュータシステムによって制御又は無効化される、分析物センサー。 - 請求項1に記載の分析物センサーにおいて、
前記分析物センサーは、前記分析物センサーが、グルコース及びケトンのうちの少なくとも1つを含む流体に曝露され、前記第1の作用電極及び前記第2の作用電極に電位が印加されると、
前記グルコース応答性活性領域の酸化還元電位以上で第1の信号を生成するように構成され、前記第1の信号は、前記流体中のグルコースの濃度に比例し、
前記ケトン応答性活性領域の酸化還元電位以上で第2の信号を生成するように構成され、前記第2の信号は、前記流体中のケトンの濃度に比例し、
前記第1の信号は前記流体のグルコースの濃度に相関し、前記第2の信号は前記流体のケトンの濃度に相関する、分析物センサー。 - 前記第1の信号及び前記第2の信号が異なる時刻に測定される、請求項9に記載の分析物センサー。
- 前記第1の信号及び前記第2の信号は、第1のチャネル及び第2のチャネルを介して同時に得られる、請求項9に記載の分析物センサー。
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