JPH07503989A - バイオセンサーのためのアクリル共重合体膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 バイオセンサーのためのアクリル共重合体膜発明の背景 発明の分野： この発明は、生体内での使用を意図したバイオセンサー、特にグルコースセンサ ーの構成に有用なアクリル共重合体から成る均一膜に関するものである。

発明の背景： 医学的に重要な多くの生理的パラメータのモニターは、患者から離れた臨床化学 研究室で行われている。費やされる時間の遅れのために、得られた情報は過去の ものであって、その患者の現在の状態を反映していない可能性がある。したがっ て、多くの研究者は、臨床的に重要な沢山の検体についてのリアルタイムのデー タを提供するところの、生体内で使用できるバイオセンサーの開発を試みてきた 。

この領域における現在の研究の優れた要約はＣｏ１１ｉｓｏｎ　ａｎｄ　Ｍｅｙ ｅｒｈｏｆｆによって発表されている（＾ｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔ ｒｙ、　６２．４２５−４３７．１９９０）。

そのようなセンサーの最初の要件は、身体との適合性である。少な（とも、セン サーの構成に使用する材料は、身体に対して如何なる毒性もアレルギー反応も与 えてはならない。更に、血液と接触して使用されることを意図したセンサーは血 栓症の反応を誘発してはならない。少数の材料は医学的応用への厳しい要求に合 致できる。Ｖａｄｇａｍａ　（Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、 　Ｂｌ、　Ｎｏｓ、　１−６．１−７．１９９０）は、バイオセンサーが生物学 的環境との接触で引き起こす問題点を要約している。

生体内での使用を意図したバイオセンサーの第二の要件は、センサー要素が安定 な環境で存在せなばならぬ事である。もしも、常に変化するような環境にセンサ ー要素がおかれると、そのセンサーは「漂流」に曝され、センサーから戻ってく るデータは誤ったものとなる。すなわちセンサー要素は何らかの方法で、厳しい 環境から「保護」してやる必要がある。通常これは、センサー要素とその環境の 間に膜をおく事によって達成される。そのような膜は生物的適合性が必要である 。さもないと生体反応、たとえば血栓症や炎症反応が、センサー要素のおかれて いる環境の連続的動揺を引き起こすであろう。すなわち、バイオセンサーの構成 に使用する膜の生物的適合性は、単に安全性のためばかりでな（、センサーが立 派に機能するためにもまた必要である。ｆｉｌｋｉｎｓ　ａｎｄ　Ｒａｄｆｏｒ ｄはこれらの発生を幾つもの生物的材料について調べている（Ｂｉｏｓｅｎｓｏ ｒｓ　＆　Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　５゜Ｎｏ、３．１６７−２１３． １９９０）。

最後の要件として、センサーは対象の分析用検体を正確に測定せねばならぬ事は 明白である。センサー要素は、生体蛋白、電解質、投与された薬物、などのよう に測定を阻害しうるものに積極的に曝されているのである。ついで、膜は単に生 物的適合性が必要なばかりでなく、多くの化学物質の存在下における測定検体の 正確な検出を行い得るものでなければならぬ。すなわち、浸透性は、測定すべき 検体やセンサーのデザインにマツチしたものでなければならない。

生体内グルコースセンサーの開発については、かなりの研究が現在行われている 。そのようなセンサーは、患者の血中グルコース値を絶えずモニターし、そして 個人個人に適した治療を医師が行う事を可能とするであろう。この領域での多く の研究は、電気酵素的センサーの開発に向けられている。そのようなセンサーは 光学的センサーよりも単純で、構成の経費が少なくてすむ。そのようなセンサー において解決すべき問題の一つは、センサー要素の、酸素の充分な供給へのアク セスと言う要件である。これらのセンサーの作動原理はグルコースと酸素の間の 反応に基づくものである。体内のグルコース濃度は酸素濃度よりずっと大きいの で、反応を制御する何らかの手段がない限り酸素の局地的供給は枯渇する。これ らの内容についてはＴｕｒｎｅｒ　ａｎｄ　Ｐｉｃｋｕｐによる総説がある（Ｂ ｉｏｓｅｎｓｏｒｓ、　１゜８５−１１５．１９８５）。

電気化学的グルコースセンサーについての現在もっとも好ましい構成は、電気信 号を発生させるために、グルコースと他の分子の間の反応を触媒する一つまたは 二つの酵素の使用から成っている。典型的には、グルコースと酸素の間の反応を 触媒するのにはグルコースオキシダーゼが用いられ、次のようにグルコン酸と過 酸化水素を生成する。すなわち、 グルコース グルコース　＋　酸素　→　グルコン酸　十　過酸化水素オキシダーゼ 過酸化水素　→　２Ｈ”　十　酸素　＋　２ｅ−生成した過酸化水素は直接に検 出するか、または第二の酵素（カタラーゼ）で分解する。その場合はセンサーは 、グルコースオキシダーゼの関与する反応による酸素の消費を測定する。

グルコースセンサーに使用される膜の好ましい特徴は、酸素に対するグルコース の拡散定数の「比率」である。高い酸素拡散定数をもつ膜を持つことは充分では ない。シリコーンはポリマーの中では最大の浸透性を持っているが、グルコース には全く浸透しないので、グルコースセンサー用の膜としては使用出来ない。

他の膜は酸素に対して良好な浸透性を示すけれども、グルコースには過度の浸透 性を持っている。すなわち、グルコースセンサー用の膜の構成に使用すべき理想 的なポリマー系は、拡散定数の様々な比率に応じての膜の製作が可能なことであ る。それによって膜の性質がセンサーの特定の要件にマツチする事が出来るので ある。

上述の要件を満たすような膜に構成することが可能であり、そして様々な拡散比 率をもつ事が可能であって、センサーの特定の要件にぴったりの膜のためのポリ マーについてはなお要望が残っている。

発明の概要 この発明の膜は、上記の目的を満足するような特異的な特賞を持っている。膜の 性質は、バイオセンサーの特定の構成要件に合致するように、その拡散特性を適 切に変更できる。この発明の均一膜は、疏水性と親水性のバランスが広範囲にわ たって変化できる生物学的に許容可能な共重合体から製造される。このような膜 は、生体内での使用を意図した電気化学的グルコースセンサーの構成のために特 に有用である。

この発明の膜は、二つまたはそれよりも多いアクリルエステル［そのうちの一つ はアルコール部分としてポリ（エチレンオキサイド）置換基を含有する］から成 るアクリル共重合体から構成されている。そのようにして製造される好ましいア クリル共重合体は、その乾燥重量の約１０％から約５０％までの水分を取り込む 。反応成分の適当な選択によって、生体内の使用を意図したバイオセンサーの構 成に使用可能なこれらの共重合体からこれらの膜を製造することが出来る。

これらの膜の浸透特性は広範囲にわたって変動可能であり、特定の検体を正確に 検出するためのセンサー要素の能力に応じたいろんなバイオセンサーとの使用を 可能ならしめる。例えば、約４０００まで（とくに約２５００から約３５００ま で）の酸素対グルコースの拡散係数比率が、生体内グルコースセンサーと併せ用 いる膜のためには好ましい。

これらの共重合体は色んな溶媒やその組み合わせに可溶性であり、様々な形の膜 に容易に構成することが出来る。この発明の膜は、水性環境において基質に対し て良好な接着性を示し優れた湿潤強さを持っている。この発明の膜が構成される 共重合体の池の利点は、如何なるタイプの挿入可能センサーにおいても必須要件 であるところの、生体系内での低毒性をもっている事である。

これ以外の及びこれに関連した本発明の目的や利点は、以下の記述から明瞭であ ろう。

図面の簡単な説明 図１は、その上に確実に取り付けられたこの発明のアクリル共重合体膜を持つセ ンサー要素を有するグルコースセンサーの模式図である。

図２は、この発明のアクリル共重合体膜で覆われたセンサー要素を有するグルコ ースセンサーの挿入可能部分を、模式的に示したものである。

好ましい実施態様の説明 この発明の理解を促進するための目的で、好ましい実施態様を参照に示し、それ を記述するために特定の用語を用いる。しかしこの発明の範囲はそれによって限 定の意図は無いことは理解されるべきであり、また好ましい実施態様における変 更や修正とか、そこで説明するこの発明の原理のほかへの応用は、本発明に関す る当業者にとって通常予測されるものである。

本発明はバイオセンサー、例えばグルコースセンサー、特に生体内での使用を意 図したものを被覆または内包するのに使用するアクリル共重合体膜を提供するも のである。そのような膜の使用は、正確な分析を行い得るセンサー要素への検体 ／反応物の拡散の制御、センサーの生体内環境での有害物からの保護、そして生 物学的適合性を含む多（の利点を提供する。

本発明の膜は、二種類またはそれより多くのアクリルエステルモノマーの共重合 による通常の方法で製造される。この共重合体はアセトンのような溶媒に可溶で あって、その溶液から浸漬、噴霧または遠心被覆法によって膜として形成される 。

共重合体のアクリルエステルモノマーの一つは、約２００から約２０００までの 分子量のポリ（エチレンオキサイド）をアクリルエステルのアルコール成分とし て含んでいる。このモノマーは、共重合体の親水性成分として参照される。特に 好ましいものは、約１０００の平均分子量をもつポリ（エチレンオキサイド）で ある。そのようなモノマーの例としては、たとえばメトキシポリ（エチレンオキ サイド）モノメタクリレートがある。

この共重合体の他の成分は、色んなアクリルまたは置換アクリルエステル、特に メタクリレートやアクリレートの内の何れであっても良い。特に好ましいものは メチルメタクリレート単独か、それとエチルアクリレートとの併用である。当業 者がよ（知悉しているように、それらのモノマーの選択は膜の性質、特に親水性 と浸透性に影響を及ぼす。膜に使用するコモノマーの選択は、特別な実験を行う ことなく当業者によって容易に決定され、所望の物性の膜を得ることが出来る。

他のすべてのことも同様であって、モノマーは商業的入手可能性、価格及び精製 の容易度を基本にして選択することが出来る。

実施例１ 一般的重合法 本発明の膜の製造法は公知である。以下の製法は、典型的方法を提供するもので ある。

メチルメタクリレート１８．７５ｇ、メトキシポリ（エチレンオキサイド）モノ メタクリレート（メトキシポリエチレングリコールとしても知られている；分子 量１０００）６．２５ｇ、２．２゛　−アゾビスイソブチロニトリル５０ｍｇ及 びエトキンエチルアセテート５０ｍ１を、マグネチックスターラーを脩えた２０ ０ｍ１の加圧瓶に入れる。窒素を、この攪拌溶液の中へ１５分間導入する。つい で瓶を密封し、７５℃に保持した油浴中へ入れる。溶液の粘度は時間の経過と共 に増大し、３時間後にはマグネチックスターラーは停止する。２４時間後、瓶を 油浴から取り出し、室温に放置し冷却させる。粘性の溶液をアセトン５０ｍ１で 希釈する。ポリマー生成物をヘキサン１５００ｍｌから沈澱させ、アセトン１０ ０ｍ１に再溶解し、そして再びヘキサン１５００ｍｌから沈澱させる。ポリマー の白い塊を、ヘキサン５００ｍ１中へ１６時間浸す。

最後に、ポリマーを真空中５０℃で１６時間乾燥させ、灰白色で砕けやすい固形 の塊２３．８ｇを得る。上の方法で製造したこれ以外の代表的なポリマーを表１ に示す。

表１ メチルメタ　メトキシポリ（エチレン　エチルメタクリレート　オキサイド）モ ノメタク　アクリレート（ｇ）　リレート　（ｇ）　（ｇ） １　１０．６５　３．７５　１０．６５２　１０．００　５．００　１０．００ ３　１５．００　５．００　５．００ ４　１２．５０　６．２５　６．２５ ５　１５．００　１０．００ ６　２０．００　５．００ ７　１８．７５　６．２５ ８　１７．５０　７．５０ ９　１６．２５　８．７５ １０　１２．５０　１０．００　２．５０１１　１３．７５　８．７５　２．５ ０１２　１５．００　７．５０　２．５０１３　１６．２５　６．２５　２．５ ０１４　１７．５０　５．００　２．５０１５　１２．５０　７．５０　５．０ ０１６　１３．７５　６，２５　５．００１７　１５．００　５．００　５．０ ０１８　１６．２５　３．７５　５．００１９　１３．７５　３．７５　７．５ ０２０　１２．５０　５．００　７．５０実施例２ 実施例１で作成したポリマーの分子量と水分取り込みを評価した。水分の取り込 みはつぎのようにして測定した。すなわち、直径４．５ｃｍのフィルムを真空で ５０℃で乾燥し、秤量し、脱イオン水に２４時間浸し、取り出して濾紙に吸収転 移させ、そして秤量した。水分取り込み百分率を次の式からめた。

取り込ｈ％　＝　［（Ｗ、−Ｗｄ）／Ｗ、］　ｘ　１００ここにＷ、は膨張した フィルムの重さであり、Ｗ６は乾燥したフィルムの重さである。その結果を表２ に示す。

分子量は、２つのウォーターズウルトラスチラゲル（Ｌｌｌｔｒａｓｔｙｒａｇ ｅｌ）線状カラムを持ったウォーターズＧＰＣ１１体クロマトグラフ、ウォータ ーズモデルＲ４０１示差屈折計デテクター及びウォーターズモデル７３０データ モジュールを用いてゲル透過クロマトグラフィーで測定した。測定はトルエン中 ２５℃で行った。０．２５％（Ｗ／Ｖ）濃度でのサンプルサイズは２５０マイク ロリツトルであった。分子量は、同様の条件下での一連の９つのポリスリレン標 準品で行っての標準プロットに対する保持時間の比較で決定した。すなわち、表 ２に示す測定分子量は「ピークの分子量」である。

表２ 番号　分子量　水分取り込み（％） ５　１１５０００　６３．２ ６　１０５０００　７．２ ７　１０００００　１６．２ ８　１０５０００　２７．２ ９　１０００００　３７．２ １０　１１００００　７８．８ １１　１１５０００　５６．５ １２　１０５０００　３５．９ １３　９６０００　２２．３ １４　１０５０００　１２．９ １５　１０５０００　５８．８ １６　１３００００　３５．５ １７　１２５０００　１９．８ １８　１１００００　１２．３ １９　１３５０００　２０．２ ２０　１８００００　３２．８ ２１　２７００００　５９．８ ２２　１２５０００　８．８ ２３　１４００００　１１０．４ ２４　１７００００　１５．５ ２５　２３５０００　３１．３ ２６　１２５０００　５９．２ 実施例３ ガードナーナイフ（Ｇａｒｄｎｅｒ　Ｌａｂｓ）を用いてガラスの上へ、適当な 溶媒からフィルムをキャスチングして膜を作成した。ここに選択した溶媒は、ポ リマーの特定の化学構造に基づくものである。アセトンは容易に揮発するので、 今日までに行われた作業の中では好ましい溶媒であった。その他の適当な溶媒に はクロロホルム、ジクロロメタン及びトルエンがある。溶媒の除去後、膜を３０ −６０分間、脱イオン水で水和した。ついでそれを取り外し、１ｌｙｌａｒの支 持シートへ移した。

支持体から取り外す前に、マイクロメータによって湿ったフィルムの厚みを測定 した。　Ｆｉｃｋの関係式、すなわち Ｊ　＝　−Ｄ　ｄＣ／ｄＸ を用いて、３７．０℃±０．１℃に保持した標準透過性セル（Ｃｒｏｗｎ　Ｇｌ ａｓｓ　Ｃｏ、　。

Ｉｎｃ、）中において拡散定数を測定した。但しここにＪは全フラックスであり 、Ｄは拡散定数であり、そしてｄ　Ｃ／ｄ　Ｘは膜を越えての濃度勾配である。

酸素拡散定数は、３７．０℃±０．１℃に保った拡散セルの両半分の間の２つの ゴムのガスケットで膜を保持しそしてその両半分を一緒にクランプして測定した 。セルのそれぞれの側は燐酸緩衝食塩水を充填した。そして片面は窒素で、また 他面は空気で飽和した。検定済み酸素センサー（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓ、　Ｉｎｃ、　）をセルの窒素側に置き、その系が平衡に達するまで５分間隔 で測定を行った。グルコース拡散定数を上記のようにして、但しセルの片半分に は３００ｍｇ／ｄｌのグルコースを含有した燐酸緩衝食塩水を充填して測定した 。セルの各半分中のグルコース濃度は、Ｃｏｏｐｅｒ＾５ｓｉｓｔ　Ｃ１１ｎｉ ｃａｌ　Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて適当な間隔で測定した。。実施例１のサンプ ルポリマーの拡散定数とその比率を表３に示す。

表３ ポリ　Ｄ　（ＣＭ２／５ＥＣ）ｘｌＯ−’　比率マー　酸素　グルコース　酸素 ／Ｄ−グルコース２　４．０９　１．１９　３．４４ ３　５．１０　０．０４　１２１．１４６　７．０６　０．６３　１１．１５ ７　３．５５　０．０１　３５５０ ９　３．４４　０．０９　４０．４７ １０　４．５１　０．２２　２０．６７１１　５．７４　１．０９　５．２７ １２　５．５１　０．７５　７．３５ １３　４、４２　領１７　２６．００ １４　５．７３　０．０８　６９．０４１６　６．２３　０．７７　８．０９ １７　６．８５　０．６１　１１．２３２１　５．５６　０．２６　２１．３８ ２２　５．５１　１，１０　５．０１ ２４　５．９９　３６０　０．０２ ２６　５．６５　８．９０　０．６３ ２７　７．１０　２８０　０．０３ アクリル共重合体は、例えば被覆バイオセンサーへの検体／反応体の拡散の管理 に効果的である。−例として、ポリマー７を電気酵素的グルコースセンサー上に 被覆して外部膜とした。このセンサーは、０から４００ｍｇ／ｄｌの濃度範囲内 のグルコースに対して直線的に応答した。このセンサーは、２％のような低い酸 素レベルに於いても、酸素効果を示さなかった。表３に示すところの、実施例１ の池の共重合体についても同様な結果が得られた。

上に示したように、広範囲の拡散定数と水分取り込みを示すアクリル共重合体及 びその膜が容易に得られた。これらの組成は、前述の所望の範囲におけるパラメ ータの変化能力を示す。この管理は、特定のバイオセンサーへの膜の製造を当業 者にとって可能とするものである。

実施例４ 実施例１のアクリルポリマーについて、細胞毒性試験を次のように行った。テス ト用の製品のサイズは６４．３ｃｍ”（１，０ｇ）であった。Ｌ−９２９マウス の繊維芽細胞の単層を集合成長させ、ついでそれを、テスト製品を最低必須媒体 （ｉｌｉｎｉ＋ｍｕａ＋　Ｅｓ５ｅｎｔｉａｌ　Ｍｅｄｉｕｍ：　Ｅａｇｌｅ） 　１１　ｍ　ｌとウシ血清（５％）中に入れ３７℃で２４時間抽出して得た抽出 液に暴露した。ＭＥＭアリコツトをネガティブコントロールとして用いた。抽出 液に７２時間暴露した後、細胞毒性効果を見るために顕微鏡で調べた。集合単層 の有無、細胞内の顆粒化、細胞の膨潤および鋸歯形成と細胞溶菌百分率を記録し た。

１Ｍ挿入テストを次のように行った。使用したテスト製品サイズは幅が１ｍｍで 長さは１０ｍｍである。体重２．５ｋｇ以上の２匹の健康な成長したニューシー ラントシロウサギを試験動物に使った。テスト材料４片を、各々のウサギの右の 副を椎筋肉中へ入れた。ネガティブコントロールの２片を、各々のウサギの左の 副を椎筋肉内へ入れた。挿入７日後、動物を無痛層殺し、を髄の各々側の全層を 椎筋肉を除去した。筋肉の断面を挿入物に位置させた。各挿入物を取りまく組織 を顕微鏡で調べた。

実施例１のアクリル共重合体の溶血試験も行った。テスト製品のサイズは１゜０ ｇで、小さなチップ状に切断した。このサンプルを、食塩注射液１０ｍ１を含有 する２本の抽出管の各々に入れた。各々の管へ、ＥＤＴＡ含有の真空の管へ採集 してあったヒトの血液を加えた。管を穏やかに反転させて内容物を混合し、つい で３７℃の定温に保った浴の中へ１時間入れた。血液と食塩水の混合物を２２０ ＯＲＰＭで１０分間遠心分離した。各々のサンプル溶液の吸収を分光光度計で５ ４５ｎｍで測定し、破壊された赤血球細胞から遊離したヘモグロビンの量を調べ るために、ポジティブコントロール（水１０ｍ１と血液０．２ｍ１）及びネガテ ィブコントロール（食塩水注射液１０ｍ１と血Ｗ１．０．　２ｍ１）との比較を 行った。　上記のテストの結果を表４に示す。

表４ ポリマー　細胞毒性　溶血性　１Ｍ移植１　なし　顕著でない ２　なし ３　なし　顕著でない ４　なし ５　なし　なし　顕著でない ６　なし　顕著でない ７　なし １０　なし　なし 表１に記載のコポリマーは、種々の分子量と水取り込み値を持ついろんなモノマ ー組成を包含しく表２）、それらは全て優れた生物適合性をもっている。これら の膜を構成するのに使用するポリマーは、体内におかれた時には何んらの毒性や その他の有害な作用があってはならない。表４は、本発明の代表的な共重合体の １Ｍ挿入による細胞毒性、溶血性および刺激性のテストの結果を示す。これらの 結果から明かなように、共重合体は優れた生物適合性を持っている。生物適合性 を保持しながら、ある種の特異な性質を示すために共重合体の組成を変化させる 能力もまた本発明の主要な特徴である。

特に有用なのは、特定の検体／反応物、たとえば酸素とグルコースに対するこれ らの膜の浸透性の調節能力である。表３から見られるように、本発明の代表的な 共重合体は、モノマー組成と水分取り込みに応じて、酸素へのグルコースの拡散 定数の比率が広範囲に変化する。生体内グルコースセンサーの開発の主な障害は 「酸素欠乏」という問題である。これは、体内の酸素濃度はグルコース濃度より も遥かに少ないと言う事実から生じる。従って、グルコース濃度の測定のための 酸素濃度の変化の測定に直接または間接に依存するところのグルコースセンサー は、もしも酸素の局地的供給が途絶える時は酸素センサーとなりつる。すなわち センサー要素は、それが真のグルコースセンサーとして作動するような環境の中 に存在しなければならぬ。本発明の膜は、グルコースと酸素の最適浸透性を提供 するために調製することが出来るので、そのような環境を提供することが可能で ある。

図面を参照すると、本発明によって構成した膜で被覆または内包された典型的な 構造のバイオセンサーｌＯが、模式的に示されている。センサー１０のこの特定 の構造や作動は、本発明の一部分を形成するものではない。限定ではなく例示の 目的のために、本発明の膜を、グルコースセンサーと共に用いるものとして記載 する。グルコースと酸素の反応を起こさせるために、グルコースオキシダーゼを 利用するグルコースセンサーは公知であり、その構成は当業者にとって容易であ る。本発明はバイオセンサーの構造に依存するものではなく、むしろセンサー要 素を被覆または内包する本発明の膜の使用に依存するものである。従って、例示 的なセンサーの簡単な記述のみをここに述べるものとする。

本発明のアクリル共重合体膜は、センサー要素への検体／反応物の拡散の制御に 有利であるところの、数多（のバイオセンサーにとって有用である。多くのその ようなバイオセンサーは当技術分野で良く知られている。例えば、糖尿病のグル コース濃度をモニターするためのセンサーは以下に記載されている。すなわち５ ｈｉｃｈｉｒｉ、Ｍ、、Ｙａｍａｓａｋｉ、Ｙ、、Ｎａｏ、Ｋ、、　５ｅｋｉｙ ａ、１１．、　Ｕｅｄａ、Ｎ、　：　ｒ＝−ドルタイプのグルコースセンサーの インビボ特性　−ヒト有志における皮下のグルコース濃度Ｊ　Ｈａｒｍ、Ｍｅｔ ａｂ、　Ｒｅｓ、、　５ｕｐｐ１．Ｓｅｒ、　２０：１７−２０．１９８８；　 Ｂｒｕｃｋｅｌ、Ｊ、、　Ｋ■窒■ ｅｒ、１．、　Ｚｉｅｒ、　Ｈ，、５ｔｅｉｎｂａｃｈ、　Ｇ、、　Ｐｆｅｉｆ ｆｅｒ、　Ｅ、：　ｒ酵素的グルコースセンサー及びウィック法による皮下グル コース濃度のインビボ測定Ｊ　Ｋ１１ｎ、　ｆｏｃｈｅｎｓｃｈｒ。

６７＋４９１−４９５．１９８９；およびＰｉｃｋｕｐ、　Ｊ、、　Ｓｈａｍ、 　Ｇ、、　Ｃｌａｒｅｍｏｎｔ、　Ｄ、：　ｒ糖尿病におけるインビボ分子セン サー　−直接電子移動での内植グルコースセンサー」Ｄｉａ−ｂｅｔｏｌｏｇｉ ａ、　３２：２１３−２１７．１９８９゜センサーエ０は、１６と接触する導線 １５を通って接続されたセンサー要素１２−１４のところに位置する末梢部分１ １を包含する。典型的なセンサー要素は対電極１２、作動電極１３及び参照電極 １４であろう。接触点１６は、信号を受理しその情報をグルコースの検出レベル の決定に翻訳するための適当なモニター装置（図示せず）と接続している。

このタイプのセンサーでは、グルコースオキシダーゼはまたセンサー要素に接近 した地域に供給されて、グルコースと酸素の反応を触媒する。この反応またはそ れに続く反応はセンサー要素でモニターされ、そして周辺の皮下組織内に存在す るグルコースがそれによって定量される。

一つのデザインにおいてセンサー１ｏは、電気絶縁体から成る基質材料１７を包 含する。好ましくほこの基質は、患者の快適さを容易にするために弾力性である べきである。対電極、作動電極および参照電極１２−１４は基質に位置し、この ３種類の電極の活性領域に選択的に暴露されるように構成した絶縁層１８によっ てお互いから分離される。グルコースオキシダーゼ１９は作動電極に沈着し、次 いで３つの全てのセンサー／電極は本発明の膜２ｏで覆われる。

センサーの末梢部は体内で皮下に挿入され、そして接点１６を含むところの中心 に近い部分は体外に残る。本発明によれば、挿入したセンサー要素１２−１４は 本発明の膜２０で被覆されており、そしてグルコースセンサーの場合は、まわり の体組織からセンサー要素領域へのグルコースと酸素の拡散速度を制御するのに 用いられる。膜２０はセンサーの全末梢部を完全に包んでいてもよいし、または 単にセンサー要素の上に重なっているだけでもよい。後者は構築の容易さと言う 立場から好ましいであろう。

本発明の膜は、様々のバイオセンサーとの使用時の拡散と水分取り込み特性を最 適にするために容易に組成化される。例をあげると、約１０％、３０％及び５０ ％の水分取り込みを持つ本発明の膜が、生体内グルコースセンサーと共に用いる のによい。更に、約１０００．２０００及び３０００の酸素対グルコース拡散比 をもつ本発明の膜は、前述の環境においてうまく作動する。前述のテストの結果 は、本発明の膜は、色んなバイオセンサーと共に使用するための要件を満足させ ること（すなわち生物的適合性、生物的環境からのセンサー要素の保護の提供、 および与えられた応用にマツチする様に水分取り込みゃ種々の検体／反応物への 浸透性特性の提供の加減といったこと）を示している。

本発明は以上の記述によって説明したが、それは説明のためであって限定的性格 ではないと考えるべきである。すなわち単に好ましい実施態様が記載されたのみ であり、本発明の精神内にある全ての変更や修正は保護される事が望まれる。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号ＧＯＩＮ　２７／４０ 　７３６３−２Ｊ／／Ｃ０８Ｆ２２０／２８　ＭＭＬ　７２４２−４Ｊ（８１） 指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＺ、ＦＩ。

ＨＵ、Ｊ　Ｐ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＯ，ＮＺ 、ＰＬ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＫ、ＵＡＩ

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. １．検体の存在を測定するセンサー要素を持つバイオセンサーに使用するのに適 した均一な膜であり且つ該膜は該センサー要素を内包している場合において、該 膜が次のものから成ることを特徴とするもの、すなわち：アルコール部分として ポリ（エチレンオキサイド）置換基をもつアクリルエステルから成る第一のモノ マー単位と、メタクリレート、アクリレート及びそれらの組み合わせから選はれ た第二のモノマー単位を含有し、かつ該膜はその乾燥重量の約１０％から約５０ ％の水を吸収するところのアクリル共重合体。
2. ２．該第二のモノマー単位がメチルメタクリレートから成る第１項の膜。
3. ３．該第二のモノマー単位がエチルアクリレートから成る第１項の膜。
4. ４．該第二のモノマー単位が更にメチルメタクリレートから成る第３項の膜。
5. ５．該膜がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第１項の膜。
6. ６．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約２００から約２０００の平均分子量 をもつ第１項の膜。
7. ７．該膜がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第６項の膜。
8. ８．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約１０００の平均分子量をもつ第６項 の腹。
9. ９．該ポリ（エチレンオキサイド）置換基がメトキシポリ（エチレンオキサイド ）メタクリレートから成る第８項の膜。
10. １０．該膜が電気化学的グルコースセンサーに用いるのに適し、そして該膜の酸 素に対する拡散係数のグルコースに対する拡散係数の比が約６０００迄であると ころの第１項の膜。
11. １１．該組成がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第１０項の 膜。
12. １２．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約２００から約２０００の平均分子 量をもつ第１０項の膜。
13. １３．該組成の拡散係数が約２５００から約３５００である第１０項の膜。
14. １４．該膜がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第１３項の膜 。
15. １５．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約２００から約２０００の平均分子 量をもつ第１３項の膜。
16. １６．該膜がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第１５項の膜 。
17. １７．体内における分析検体を測定するための移植可能な装置であって、該装置 は検体の存在を測るセンサー要素およびそのセンサーを内包する膜を含有し、そ して該膜は生物的適合性、周囲の生物的環境からのセンサー要素の保護および材 料のセンサー要素への拡散の制御を提供するものに於ける次の改良、すなわち該 膜は、アルコール部分としてポリ（エチレンオキサイド）をもつアクリルエステ ルから成る第一のモノマー単位と、メタクリレート、アクリレートおよびその組 み合わせから選はれた第二のモノマー単位から構成されるアクリル共重合体から 形成され、そして該膜はその乾燥重量の約１０％から約５０％の水を吸収するこ と。
18. １８．該第二のモノマー単位がメチルメタクリレートから成る第１７項の改良。
19. １９．該第二のモノマー単位がエチルアクリレートから成る第１７項の改良。
20. ２０．該第二のモノマー単位がメチルメタクリレートから成る第１７項の改良。
21. ２１．該膜がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第１７項の改 良。
22. ２２．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約２００から約２０００の平均分子 量をもつ第１７項の改良。
23. ２３．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約１０００の平均分子量をもつ第２ ２項の改良。
24. ２４．該ポリ（エチレンオキサイド）置換基がメトキシポリ（エチレンオキサイ ド）メタクリレートから成る第１７項の改良。
25. ２５．該バイオセンサーが電気化学的のグルコースセンサーであり、該膜がセン サーに対する酸素とグルコースの拡散を制御し、そして該膜の酸素への拡散係数 のグルコースへの拡散係数の比率が約４０００迄である第１７項の改良。
26. ２６．該組成の拡散比率が約２５００から約３５００である第２５項の膜。
27. ２７．該組成がその乾燥重量の約１５％から約２５％の水を吸収する第２５項の 膜。
28. ２８．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約２００から約２０００までの平均 分子量をもつ第２５項の膜。
29. ２９．ポリ（エチレンオキサイド）置換基が約１０００の平均分子量をもつ第２ ８項の膜。
30. ３０．該ポリ（エチレンオキサイド）置換基がメトキシポリ（エチレンオキサイ ド）メタクリレートから成る第２９項の膜。
31. ３１．該第二のモノマー単位がメチルメタクリレートから成る第２５項の膜。
32. ３２．該第二のモノマー単位がエチルアクリレートから成る第２５項の膜。
33. ３３．該第二のモノマー単位がメチルメタクリレートから成る第３２項の膜。