JPS62213761A - 人工膵臓 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は人工膵臓に関し、特に小型で大量生産が可能な
血糖値をコントロールする人工膵臓に関するものである
。

（従来の技術） 従来、糖尿病患者の血糖値のコントロールのためには、
少量の血液を身体から取り出し血液中のグルコース濃度
を測定した後、注射器によりインシュリンを血管内に注
射する方法がとられてきた。この方法では血糖値の測定
は連続的に行なわれず、一定時間間隔を置いたものであ
り、また、インシュリンの注射も一日に一回から数回と
いう少ない回数であった。そのため、血液内のグルコー
ス濃度を精度良くコントロールすることが困難で、糖尿
病に付随する合併症がおこりがちであった。また、この
従来法では血糖値の測定及びインシュリン注射は医師あ
るいは患者が自分自身で行わねばならず、日常生活を営
む上で大きな負担となっていた。

近年、グルコースセンサとインシュリンポンプを組み合
せた人工膵臓が発表されている（七里元亮、サイエンス
（日経サイエンス社刊）、第１５巻、第１１号、ｐ、６
６）がセンサとポンプが別々であり大きな装置となるた
め、糖尿各患者が常時携帯して使用するのは不便であり
、また値段も高価であった。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来糖尿病患者が血糖値をコントロールし
、正常な生活を営むためには、種々の困難が生じた。本
発明の目的は、このような欠点をなくし小型で精度よく
血糖値をコントロールできる安価な人工膵臓を提供する
ことである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、グルコースオキシダーゼ固定化膜がゲート領
域に設けられたイオン感応性電界効果トランジスタから
なるグルコースセンサと、基板に形成されたダイアフラ
ムと圧電体とこのダイアフラム開口部を覆うように形成
される板を有しインシュリン導入口と放出口が形成され
たインシュリンポンプとを備えたことを特徴とする人工
膵臓である。

半導体（たとえばシリコン）基板の一端に設けられたグ
ルコースオキシダーゼ固定化膜がゲート領域に設けられ
たイオン感応性電界効果トランジスタは、血液中のグル
コースがグルコースオキシダーゼ固定化膜により酸化さ
れた時に生ずるグルコン酸をｐＨ変化として検出するこ
とにより、グルコース濃度を測定するものであり、参照
電極と対になって使用される。参照電極は通常、銀ｌ塩
化銀（Ａｇ／Ａｌ）電極や飽和かんこう電極が用いられ
るが、金（Ａｕ）や白金（ｐｔ）を参照電極として使用
しても、グルコースオキシダーゼ固定化膜が設けられて
いない参照用ｌ５ＦＥＴとグルコースオキシダーゼ固定
化膜が設けられたｌ５ＦＥＴの間の差動出力を測定する
ことにより信頼性の高い測定が可能である。

またダイアフラム形成基板としてはシリコンなどの半導
体や、サファイヤなどの絶縁体が使用できる。基板にシ
リコンを用いる場合ではシリコン基板のエツチングは、
異方性エツチング液たとえば、ヒドラジン水溶液、水酸
化カリウム（ＫＯＨ）溶液を使って行うことができ、酸
化シリコン（Ｓｉ０２）をマスクに用いて精密なエツチ
ングが可能である。基板に形成したダイヤフラムの開口
部を覆うように板を形成する方法としては通常の耐水性
接着剤でも可能であるが、基板と板を静電接合（Ａｎｏ
ｄｉｃＢｏｎｄｉｎｇ）法により直接張り合わせた方が
精度が良く、信頼性も高くなる。板の材質としてはガラ
ス、セラミック、金属などの材料が可能である。

グルコースセンサとインシュリンポンプを形成する基板
は同一基板を用いることができる。反対にグルコースセ
ンサとインシュリンポンプが完全に分離した構造であり
、両者がリード線のみで結合される構成でもよい。イン
シュリンポンプにはインシュリン放出のための細管を形
成することもできる。圧電体は無機圧電材料でもよいし
、ＰｖＦ２などの圧電高分子でもよい。圧電体の形成位
置はダイアフラムが形成される基板側でもよいし、ダイ
アフラム開口部を覆う板に形成することもできる。グル
コースセンサとインシュリンポンプが一体となった構造
においてグルコースセンサは所望の位置に形成できる。

またインシュリンポンプを構成する基体として内部に電
極を配置した圧電セラミクスや圧電高分子を用いること
もできる。

（作用） ダイアフラム領域に対応する位置に設けられた圧電体は
その電極に電圧を印加することにより変形し、同時にダ
イアフラムを変形させる−このとき、ダイアフラムと板
の間の空間に存在したインシュリン溶液は所定の経路を
通ってインシュリン放出口から外部に放出される。この
インシュリンの放出量は上記の圧電体に印加される電気
信号によりコントロールされる。したがって、グルコー
スセンサによりグルコース濃度を測定し、その結果によ
り必要なインシュリンを供給することができる。

本発明によれば、半導体ＩＣ技術を用いたとえばシリコ
ン基板を用いてグルコースセンサとインシュリンポンプ
を小型に、またさらに一体化することもできるため、小
型で大量生産が可能で携帯に適した連続的な血糖コント
ロール用人工膵臓が実現できた。

（実施例） 以下本発明の一実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第１図は本発明の一実施例を示す人工膵臓の斜
視図で、左端の領域（幅１ｍｍ、長さ６ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍ）にグルコースセンサ１３とインシュリン放出口１２
が設けられ、右側の領域（幅５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚
さ１ｍｍ）には圧電体８が上に設けられたシリコンダイ
アフラムが形成されている。また、シリコン１基板はパ
イレックスガラス２と静電結合法により張り合わされて
いる。第２図〜第４図は、それぞれ、第１図の一点鎖線
ａ−ａ’、　ｂ−ｂ’、　ｃ−ｃ’における断面図で、
１はｐ形シリコン、２はパイレックスガラス、３は絶縁
体、たとえば酸化シリコン及び窒化シリコン、４はｎ形
シリコン、５はｎ十形シリコン、６はグルコースオキシ
ダーゼ固定化膜、７は圧電体、８は圧電体の電極、９は
金属参照電極でたとえば金（Ａｕ）で形成され、１０は
インシュリン逆流防止用弁、１１はインシュリン導入口
で外部からインシュリンが供給され１２はインシュリン
放出口でここからインシュリンが放出される。第２図か
ら分かるように本発明の一実施例では、ｐ−ｎ接合分離
法によりｌ５ＦＥＴは互いに電気的に絶縁されかつ血液
からも電気的に絶縁されているが、誘電体により分離さ
れた島状シリコンを用いてｌ５ＦＥＴを形成することに
よりｌ５ＦＥＴを絶縁することも可能である。これらの
グルコースオキシダーゼ固定化膜がゲート領域に設けら
れたイオン感応性電界効果トランジスタは公知の製法に
より作製される。第５図は本発明による人工膵臓のシス
テム構成を示す図で、一点鎖線内が第１図に相当する。

センサにより血液中の・グルコース濃度が測定され、そ
の情報はプロセッサに送られる。プロセッサでは、グル
コース濃度を正常に保つために必要なインシュリン量を
計算し、駆動回路へ電気信号送る。駆動回路は圧電体を
駆動するための回路である。上記のプロセッサ及び駆動
回路はいずれもシリコン基板内に形成することが可能な
ので、第５図の破線内を一体化することもでき、より小
型化された人工膵臓を実現できる。

（発明の効果） 本発明によれば、以上に述べたように、グルコースセン
サとインシュリンポンプを従来の数十分の一以下に小型
にでき、またシリコン基板を用いることによりＩＣ製造
技術を用いて精密な加工がおこなえ、精度よくインシュ
リンの注入ができる。また、大量生産が可能なため値段
も安価となり、従来のものに比べすぐれた性能の人工膵
臓ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す人工膵臓の斜視図で、
第２図〜第４図はそれぞれ、第１図の一点鎖線ａ−ａ”
、　ｂ−ｂ’、　ｃ−ｃ’における断面図、第５図は本
発明による人工膵臓のシステム構成を示す図である。 図において、１はｐ形シリコン、２はパイレックスガラ
ス、３は絶縁体、４はｎ形シリコン、５はｎ十形シリコ
ン、６はグルコースオキシダーゼ固定化膜、７は圧電体
、８は圧電体の電極、９は金属参照電極、１０は弁、１
１はインシュリン導入口、１２はインシュリン放出口、
１３はセンサ、１４はセンサ用電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. グルコースオキシダーゼ固定化膜がゲート領域に設けら
   れたイオン感応性電界効果トランジスタからなるグルコ
   ースセンサと、基板に形成されたダイアフラムと圧電体
   とこのダイアフラム開口部を覆うように形成される板を
   有しインシュリン導入口と放出口が形成されたインシュ
   リンポンプとを備えたことを特徴とする人工膵臓。