JPH063539Y2 - Biomaterial-immobilized electrode - Google Patents

Biomaterial-immobilized electrode

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JPH063539Y2
JPH063539Y2 JP1988059997U JP5999788U JPH063539Y2 JP H063539 Y2 JPH063539 Y2 JP H063539Y2 JP 1988059997 U JP1988059997 U JP 1988059997U JP 5999788 U JP5999788 U JP 5999788U JP H063539 Y2 JPH063539 Y2 JP H063539Y2
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JP
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biomaterial
immobilized
hollow needle
wire
film
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一郎 高津
正男 後藤
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エヌオーケー株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、医学、医療分野における人口臓器に、センサ
として使用される生体物質固定化電極に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to a biomaterial-immobilized electrode used as a sensor in artificial organs in the fields of medicine and medicine.

(従来の技術及び考案が解決しようとする問題点) 近年、医学、医療の分野において、障害を受けた臓器の
積極的な治療手段として、人口臓器の開発が求められて
いる。
(Problems to be Solved by Conventional Techniques and Inventions) In recent years, in the fields of medicine and medical care, development of artificial organs has been required as an active treatment means for damaged organs.

人口臓器は、センサ、制御部及び操作部の3部より構成
されるが、生体内の状態をリアルタイムで測定して即時
に治療操作を行わせるためには、少なくともセンサは、
体内埋込みが可能でなければならない。
The artificial organ is composed of a sensor, a control unit, and an operation unit. In order to measure the in-vivo condition in real time and immediately perform a therapeutic operation, at least the sensor is
It must be implantable.

しかしながら、従来、この用途向けに開発されたもの
は、一定期間内の体内への留置を可能としてはいるが、
体内への埋込みに際し、体表面の切開手術を必要とする
上に、センサのメンテナンスが容易でないという問題点
を有している。
However, although conventionally developed for this purpose, it can be placed in the body within a certain period,
When implanted in the body, there is a problem that incision surgery on the body surface is required and maintenance of the sensor is not easy.

上記した問題点を解決する対策としては、センサの形状
を針型に形成されて体表面からの挿入が可能であり、交
換も容易である構造が考えられ、白金線の先端に生体物
質固定化膜を結合させたワイヤ型電極が知られている。
As a measure to solve the above-mentioned problems, it is conceivable that the shape of the sensor is formed in a needle shape so that it can be inserted from the body surface and that it can be easily replaced. Membrane-bonded wire-type electrodes are known.

しかしながら、このワイヤ型電極は、ワイヤの先端部を
生体物質固定化膜で被覆された構造であるため、体表面
からの挿入に際して、生体物質固定化膜の剥離や損傷が
生じやすいという問題点を有している。
However, since this wire-type electrode has a structure in which the tip of the wire is covered with a biological substance-immobilized film, there is a problem that the biological substance-immobilized film is easily peeled off or damaged during insertion from the body surface. Have

本考案は、体表面からの挿入が容易であって、生体物質
固定化膜の剥離や損傷のおそれのない生体物質固定化電
極の構造を提示することを目的とするものである。
It is an object of the present invention to provide a structure of a biomaterial-immobilized electrode that is easy to insert from the body surface and does not cause peeling or damage of the biomaterial-immobilized membrane.

(問題点を解決するための手段) 本考案は、人口臓器用センサとして使用されている従来
のワイヤ型電極における問題点を考慮して、金属材によ
る中空針の内部に、先端部分に生体物質固定化膜を被覆
された金属細線を着脱自在に挿入した構成となすもので
ある。
(Means for Solving the Problems) The present invention considers the problems in the conventional wire type electrode used as a sensor for artificial organs, and considers the biological material inside the hollow needle made of a metal material. The metal thin wire coated with the immobilization film is detachably inserted.

生体物質固定化膜を被覆された金属細線の中空針内への
挿入は、中空針が検査対象部へ挿入される前後のいずれ
においても可能であり、中空針内における金属細線の移
動も自在に操作される。
The thin metal wire coated with the biological substance-immobilized membrane can be inserted into the hollow needle either before or after the hollow needle is inserted into the inspection target, and the thin metal wire can be freely moved inside the hollow needle. Operated.

中空針及び金属細線は、何れも電気化学的に安定でなけ
ればならず、中空針としては、白金、銀、金が、金属細
線としては、白金、金が挙げられる。
Both the hollow needle and the thin metal wire must be electrochemically stable, and examples of the hollow needle include platinum, silver, and gold, and examples of the thin metal wire include platinum and gold.

中空針の外径は、体内への挿入の面から1mm以下である
ことが望ましい。
The outer diameter of the hollow needle is preferably 1 mm or less from the surface of insertion into the body.

金属細線の先端部分を覆う生体物質固定化膜に固定され
る生体物質としては、各種酵素、抗原、抗体、抗生物
質、ホルモン、レセプタ、オルガネラ、チャンネル、微
生物(放線菌、糸状菌、酵母、バクテリア)などが使用
され、更に、人口の物質であるが、フタロシアニン等の
錯体も挙げられる。
Biological substances to be fixed on the biological substance-immobilized film covering the tip of the thin metal wire include various enzymes, antigens, antibodies, antibiotics, hormones, receptors, organelles, channels, microorganisms (actinomycetes, filamentous fungi, yeasts, bacteria). ) And the like are used, and further, although they are artificial substances, complexes such as phthalocyanine are also included.

これらの生体物質を固定化する物質としては、感光性樹
脂、ポリビニルブチラールなどの汎用ポリマ、天然素材
であるセルローズ、キチン類、生体由来物質であるアル
ブミン等がある。
Examples of substances that immobilize these biological substances include photosensitive resins, general-purpose polymers such as polyvinyl butyral, natural materials such as cellulose, chitins, and biologically-derived substances such as albumin.

固定化法としては、例えばグルタルアルデヒド、カルボ
ジイミドなどを用いて共有結合法が有効であり、その
他、イオン結合法、吸着法、架橋法などを用いることが
できる。
As the immobilization method, for example, a covalent bond method using glutaraldehyde, carbodiimide or the like is effective, and in addition, an ionic bond method, an adsorption method, a cross-linking method or the like can be used.

金属細線に対する生体物質固定化膜の結合は、上記した
生体物質を反応前或は反応中の生体物質固定化材中に分
散させておき、浸漬法等により金属細線の先端部分に塗
布することで容易に実施できる。
The binding of the biomaterial-immobilized membrane to the metal thin wire is performed by dispersing the above-mentioned biomaterial in the biomaterial-immobilized material before or during the reaction and applying it to the tip of the metal wire by the dipping method or the like. Easy to implement.

中空針と金属細線と間の短絡を防止するために、生体物
質固定化膜を被覆されていない金属細線部分の表面に電
気絶縁材による皮膜が施される。
In order to prevent a short circuit between the hollow needle and the thin metal wire, a film of an electrical insulating material is applied to the surface of the thin metal wire portion which is not covered with the biological substance-immobilized film.

(作用) 上記した構成を備えた本考案による生体物質固定化電極
の中空針及び金属細線を電気化学電極として用いれば、
生体物質が誘起する化学変化が電気信号として検出され
る。
(Operation) When the hollow needle and the thin metal wire of the biological material-immobilized electrode according to the present invention having the above-mentioned structure are used as the electrochemical electrode,
The chemical change induced by the biological substance is detected as an electric signal.

(実施例) 第1図に示すものは、本考案による生体物質固定化電極
の構造例で、通常の注射器に用いられている中空針1内
に、先端部分に生体物質固定化膜3を被覆され、生体物
質固定化膜3を被覆されていない部分の表面に電気的な
絶縁皮膜4を被覆された金属細線2が挿入されている。
(Example) FIG. 1 shows an example of the structure of a biomaterial-immobilized electrode according to the present invention. The hollow needle 1 used in an ordinary syringe is coated with a biomaterial-immobilized membrane 3 at the tip thereof. Then, the thin metal wire 2 coated with the electrical insulating film 4 is inserted into the surface of the portion not covered with the biological substance fixing film 3.

[実施例] 外径0.4mmの白金線の先端部分に、以下に示す手順に従
ってグルコースオキシダーゼ(GOD)を固着させた。
[Example] Glucose oxidase (GOD) was fixed to the tip of a platinum wire having an outer diameter of 0.4 mm according to the following procedure.

1mlのリン酸緩衝液(pH7.0)中にGOD5mg,ヒト血
清アルブミン40ml,50%のグルタルアルデヒド水溶液20
μlを溶解させ、溶液調合1分後に、白金線の先端部分
を入れ、調合液を攪拌しながら1分間浸漬して引き上
げ、4℃で24時間放置した。
GOD 5 mg, human serum albumin 40 ml, 50% glutaraldehyde aqueous solution 20 in 1 ml phosphate buffer (pH 7.0) 20
After dissolving 1 μl of the solution and 1 minute after preparing the solution, the tip of the platinum wire was added, and the prepared solution was immersed in the solution for 1 minute with stirring, pulled up, and left at 4 ° C. for 24 hours.

GODを固定させる手段としては、以下に示す光架橋性
重合体を用いる方法も有効である。
As a means for fixing GOD, a method using a photocrosslinkable polymer shown below is also effective.

すなわち、スチルバゾリウム基、あるいはジアゾ基など
を感光性基として分子中に有する水溶性重合体にGOD
を分散させ、これを白金線に塗布し、自然乾燥後に紫外
線を照射して光架橋させ、GODを膜中に包括固定させ
る。
That is, GOD is added to a water-soluble polymer having a stilbazolium group or a diazo group as a photosensitive group in the molecule.
Is dispersed, coated on a platinum wire, naturally dried and then irradiated with ultraviolet rays to be photocrosslinked, and GOD is entrapped and fixed in the film.

例えば、光架橋性ポリビニルアルコール(光架橋性スチ
ルバゾリウム基含有量1.4モル%、けん化度88%、重合
度1400)の11.7重量%水溶液0.5gに、グルコースオキ
シダーゼ酵素30mgを溶解させた蒸溜水0.4mlを添加し、
数分間程度攪拌・混合してコーティング液を調製し、こ
のコーティング液に白金線の先端を浸漬して引き上げ、
自然乾燥後に紫外線照射(250W)を30秒間行い、光架
橋によってGODの固定化膜を形成させる。
For example, 0.4 ml of distilled water prepared by dissolving 30 mg of glucose oxidase enzyme in 0.5 g of a 11.7% by weight aqueous solution of photocrosslinkable polyvinyl alcohol (photocrosslinkable stilbazolium group content 1.4 mol%, saponification degree 88%, polymerization degree 1400). Add
Stir and mix for several minutes to prepare a coating solution, immerse the tip of the platinum wire in this coating solution and pull it up.
After natural drying, UV irradiation (250 W) is performed for 30 seconds to form a GOD-immobilized film by photocrosslinking.

次に、このGODを固定化させた白金線を、外径1mm,
内径0.8mmの白金製注射針内に挿入して第1図に示すよ
うな生体物質固定化電極を得た。
Next, a platinum wire with this GOD fixed was
It was inserted into a platinum injection needle having an inner diameter of 0.8 mm to obtain a biomaterial-immobilized electrode as shown in FIG.

このようにして製作した生体物質固定化電極を37℃,pH
7.0のリン酸緩衝液中に浸漬し、各種濃度のグルコース
を加え、中空針をカソード、白金細線をアノードとし
て、印加電圧0.7Vにおける電流の増加を測定した。
The biomaterial-immobilized electrode manufactured in this way was used at 37 ℃ and pH.
The sample was immersed in 7.0 phosphate buffer, various concentrations of glucose were added, and the increase in current at an applied voltage of 0.7 V was measured using the hollow needle as the cathode and the platinum wire as the anode.

グルコースは、針先からGOD固定化膜内に拡散し、G
ODによってグルコン酸と過酸化水素とに分解され、こ
の時、中空針及び白金細線の両電極は、過酸化水素電極
として作用し、生成した過酸化水素量に比例した電流が
両電極間を流れる。従って、この電流値からグルコース
濃度を求めることができる。
Glucose diffuses from the tip of the needle into the GOD-immobilized membrane, and G
It is decomposed into gluconic acid and hydrogen peroxide by OD. At this time, both electrodes of the hollow needle and the platinum thin wire act as hydrogen peroxide electrodes, and a current proportional to the amount of hydrogen peroxide produced flows between both electrodes. . Therefore, the glucose concentration can be obtained from this current value.

第2図に示す測定結果から、グルコース濃度と出力電流
との間に良好な相関が認められた。
From the measurement results shown in FIG. 2, a good correlation was observed between the glucose concentration and the output current.

(考案の効果) 本考案による生体物質固定化電極が、上記したように、
先端部分に生体物質固定化膜を被覆された金属細線を中
空針内に挿入された構造を備えていることにより、生体
物質内に挿入された中空針及び金属細線を両電極として
電圧が印加された際に、生体物質が誘起する化学変化を
電気信号として検出されるので、人口臓器のセンサとし
て有効に機能することができる。
(Effect of the Invention) The biological material-immobilized electrode according to the present invention, as described above,
By having a structure in which a thin metal wire coated with a biomaterial-immobilized film is inserted into the hollow needle at the tip portion, a voltage is applied using the hollow needle and the metal thin wire inserted in the biomaterial as both electrodes. At that time, the chemical change induced by the biological substance is detected as an electric signal, so that it can effectively function as a sensor for an artificial organ.

生体物質固定化電極全体の大きさが通常の注射針と同程
度であるので、体内埋込み用センサとして使用する場合
に、体内への挿入及び体内からの取り出しが簡単になさ
れ、センサのメンテナンスが容易であり、更に、生体物
質固定化膜を被覆された金属細線が、中空針の中央部に
保持されるか、または、中空針から抜き取られているの
で、挿入時及び抜き取り時における生体物質固定化膜の
剥離或は損傷のおそれが全くない。
Since the size of the biomaterial-immobilized electrode is about the same as a normal injection needle, it can be easily inserted into and removed from the body when used as a sensor for implanting in the body, facilitating maintenance of the sensor. In addition, since the thin metal wire coated with the biomaterial immobilization membrane is held in the center of the hollow needle or extracted from the hollow needle, the biomaterial is immobilized at the time of insertion and extraction. There is no risk of film peeling or damage.

生体物質固定化膜が金属細線の先端部分だけに被覆され
ているので、固定化材膜の厚さが薄くなって高速応答が
もたらされる。
Since the biological material-immobilized film is coated only on the tip portion of the thin metal wire, the thickness of the immobilization material film is reduced to provide a high-speed response.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本考案による生体物質固定化電極の構造例の
断面図、第2図は、本考案による生体物質固定化電極を
用いた測定結果の図表である。 1……中空針、2……金属細線、3……生体物質固定化
膜、4……絶縁皮膜。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a structural example of a biological material-immobilized electrode according to the present invention, and FIG. 2 is a chart of measurement results using the biological material-immobilized electrode according to the present invention. 1 ... Hollow needle, 2 ... Metal wire, 3 ... Biomaterial immobilization film, 4 ... Insulation film.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】中空針(1)及び先端部表面に生体物質固
定化膜(3)を被覆されて前記中空針(1)内に着脱自
在に挿入された金属細線(2)を有する生体物質固定化
電極。
1. A biomaterial having a hollow needle (1) and a thin metal wire (2) which is detachably inserted into the hollow needle (1) with a biomaterial-immobilized film (3) coated on the surface of the tip. Fixed electrode.
JP1988059997U 1988-05-06 1988-05-06 Biomaterial-immobilized electrode Expired - Lifetime JPH063539Y2 (en)

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JPH01161709U JPH01161709U (en) 1989-11-10
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