KR102389269B1 - 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서 - Google Patents

연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서 Download PDF

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유경완
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Abstract

본 발명은 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생체 적합성이 검증된 물질만을 사용하여 인체에 삽입된 경우에도 안정성을 확보할 수 있고, 글루코즈 투과도 및 물 흡수도를 제어할 수 있는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서에 관한 것이다.

Description

연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서{glucose diffusion control membrane solution for continuous glucose monitoring biosensor, glucose diffusion control membrane for continuous glucose monitoring biosensor and continuous glucose monitoring biosensor including the same}
본 발명은 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생체 적합성이 검증된 물질만을 사용하여 인체에 삽입된 경우에도 안정성을 확보할 수 있고, 글루코즈 투과도 및 물 흡수도를 제어할 수 있는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서에 관한 것이다.
국제당뇨병연맹(IDF)이 2년마다 발표하는 당뇨병 백서 'IDF DIABETES ATLAS 제9판'에 의하면, 2019년 전 세계 20~79세 당뇨병 환자는 4억 6300만명(9.3%)이었다. 2017년에 보고한 4억 2500만명과 비교하면 3900만명이 증가하였다.
또 2019년 기준 65세 이상의 당뇨병 환자는 1억 3600만명으로 고령자 5명 중 1명은 당뇨병을 앓고 있었다.
주목할 점은 당뇨병 유병률이 매년 빠르게 증가하고 있다는 대목이다.
현재 추세로 비춰본다면, 2030년 전 세계 당뇨병 환자는 5억 7800만명(10.2%), 2045년에는 2019년 대비 51% 늘어난 7억명(10.9%)에 육박할 것으로 예상된다.
이에 따라서, 미국당뇨병학회(ADA) 2021 가이드라인 개정판에는 연속혈당모니터링(continuous glucose monitoring; CGM) 시스템을 나이 또는 당뇨병 유형과 관계없이 다회 인슐린 요법을 환자에게 권고하고, 입원 시에도 사용할 수 있다고 명시했다.
특히, 혈당 환자의 혈당 패턴 교정 및 당화혈색소 개선에 도움을 주며, 교육 훈련 및 추적관리와 같은 프로그램이 함께 제공될 때, CGM을 통한 혈당 관리가 더 효과적이었다.
대한당뇨병학회(KDA) 2021 진료지침에선 모든 1형 당뇨병 성인에게 혈당 조절 및 저혈당 위험 낮추기 위해 실시간 연속혈당측정기의 상용을 권장하고, 다회인슐린주사요법을 받는 2형 당뇨병 성인은 혈당조절을 위해 실시간 연속혈당측정기를 상용할 수 있다고 명시했다.
다회인슐린 주사가 아닌 다른 형태의 인슐린 치료 혹은 경구약물만 사용하는 2형 당뇨병 성인은 혈당 조절을 위해 실시간 연속혈당 측정을 주기적으로 할 수 있다고 했다.
이밖에도 열속혈당 측정으로 1형 당뇨병 임신부의 저혈당 위험을 낮추면서 혈당을 최적으로 조절해 산과성적을 개선할 수 있다며 사용을 권장했다.
이러한 연속혈당측정기의 센서는, 센서의 최외곽부에 글루코즈 확산 제어막을 포함할 수 있다.
글루코즈 확산 제어막은, 인체에 센서 삽입 시 인체에 부정적인 영향을 주지 않고, 센서 물질이 인체 내로 배출되는 것을 방지한다. 뿐만 아니라, 인체에서 유입되는 글루코즈의 확산을 제어할 수 있다.
사람이 움직임에 따라, 글루코즈 확산 제어막을 통해 센서의 최외곽부로 유입되는 글루코즈의 유입 속도가 증가할 수 있다. 이에 따라서, 정확한 혈중 글루코즈의 측정이 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 이러한 문제점을 극복하기 위하여 연구한 결과, 특정 친수성 물질 및 특정 소수성 물질을 혼합한 글루코즈 확산 제어막 용액을 사용하여, 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막을 제조하는 경우, 생체 적합성이 검증된 물질만을 사용하여 인체에 삽입된 경우에도 안정성을 확보할 수 있고, 글루코즈 투과도 및 물 흡수도를 제어할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
한국 등록특허번호 제2255448호(공개일 : 2020.04.06)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 생체 적합성이 검증된 물질만을 사용하여 인체에 삽입된 경우에도 안정성을 확보할 수 있고, 글루코즈 투과도 및 물 흡수도를 제어할 수 있는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 글루코즈 확산 제어막 용액은 친수성 물질 및 소수성 물질을 포함하며, 구체적으로 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액은 친수성 물질로서 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄을 포함할 수 있고, 소수성 물질은 스타이렌 블록 코폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D792 측정방법에 의거한 비중(specific gravity)이 1.0 ~ 1.2g/cm3일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D2240 측정방법에 의거한 쇼어 경도(shore hardness)가 78 ~ 88A일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D790 측정방법에 의거한 굴곡탄성율(flexural modulus)이 2400 ~ 3400 psi일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D412 측정방법에 의거한 건조(dry) 상태에서 극한인장(ultimate tensile)이 1700 ~ 2700 psi, 습윤(wet) 상태에서 극한인장(ultimate tensile)이 900 ~ 1900 psi일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D412 측정방법에 의거한 건조(dry) 상태에서 극한신율(ultimate elongation)이 540 ~ 1540 psi, 습윤(wet) 상태에서 극한신율(ultimate elongation)이 320 ~ 920 psi일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 1183-1 측정방법에 의거한 비중(specific gravity)이 0.9 ~ 1.1g/cm3일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 48-4 측정방법에 의거한 쇼어 경도(shore hardness)가 60 ~ 80A일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 37 측정방법에 의거한 인장강도가 8.2 ~ 10.2 MPa일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 37 측정방법에 의거한 파단시 연신율이 414 ~ 614%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 34-1 측정방법, 바람직하게는 ISO 34-1 methode B (b) (Graves) 측정방법에 의거한 인열강도가 15 ~ 25 N/mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 친수성 물질 및 소수성 물질은 1 : 0.1 ~ 4 중량비를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막은 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액을 건조시켜 제조될 수 있다.
나아가, 본 발명의 연속혈당측정용 바이오센서는 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막을 포함할 수 있다.
본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액, 이를 포함하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 및 이를 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서는 생체 적합성이 검증된 물질만을 사용하여 인체에 삽입된 경우에도 안정성을 확보할 수 있고, 글루코즈 투과도 및 물 흡수도를 제어할 수 있다.
도 1은 실시예 1 ~ 3에서 제조된 글루코즈 확산 제어막 용액, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액, 준비예 2에서 제조한 소수성 용액을 각각 사용한 테스트 센서의 시간에 따른 전류의 세기를 확인한 결과이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 글루코즈 확산 제어막 용액 및 비교예 1에서 제조된 글루코즈 확산 제어막 용액을 각각 사용한 테스트 센서의 시간에 따른 전류의 밀도를 확인한 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 연속혈당측정용 바이오센서는 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막을 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막은 후술할 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액을 건조시켜 제조될 수 있다.
본 발명의 연속혈당측정용 바이오센서는 혈중 글루코즈를 측정하기 위한 전기화학적 센서이다.
이러한 연속혈당측정용 바이오센서의 구성으로, 예를 들어 전극, 절연체(insulator), 기판, 전자 전달 매개체, 효소 및 가교제를 포함하는 효소층(enzyme layer)과 글루코즈 확산 제어막(glucose diffusion control membrane) 등을 포함할 수 있다.
효소층은 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소와 산화-환원 중합체를 포함할 수 있다. 전자전달매개체를 포함하는 전기화학적 바이오센서용 효소층일 수 있으며, 산화환원효소는 생체의 산화환원반응을 촉매하는 효소를 총칭하는 것으로, 본 발명에서는 측정하고자 하는 대상물질, 예컨대 바이오센서의 경우에는 측정하고자 하는 대상물질과 반응하여 환원되는 효소를 의미한다. 이와 같이 환원된 효소는 전자 전달 매개체와 반응하며, 이 때 발생한 전류변화 등의 신호를 측정하여 대상물질을 정량하게 된다. 본 발명에 사용 가능한 산화환원효소는 각종 탈수소효소(dehydrogenase), 산화효소(oxidase), 에스테르화효소(esterase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것일 수 있으며, 산화환원 또는 검출 대상 물질에 따라서, 효소 군에 속하는 효소들 중에서 대상 물질을 기질로 하는 효소를 선택하여 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 산화환원효소는 글루코오스탈수소효소(glucose dehydrogenase), 글루탐산탈수소효소(glutamate dehydrogenase), 글루코오스산화효소(glucose oxidase), 콜레스테롤산화효소(cholesterol oxidase), 콜레스테롤에스테르화효소(cholesterol esterase), 락테이트산화효소(lactate oxidase), 아스코르브산 산화효소(ascorbic acid oxidase), 알코올산화효소(alcohol oxidase), 알코올탈수소효소(alcohol dehydrogenase), 빌리루빈산화효소(bilirubin oxidase), 요산 분해 효소(Uricase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 전자전달매개체는 금속함유 착물 및 유기 전도성 염 (organic conducting salt) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
금속함유 착물로 8족 원소인 루테늄 착물(ruthenium complex), 오스뮴 착물(osmium complex), 페리시아나이드 착물(ferricyanide complex) 등을 포함할 수 있고, 유기 전도성 염으로는 페로센(ferrocene), 퀴논(quinone), 퀴논의 유도체, 메틸렌 블루(methylene blue) 등을 포함할 수 있다.
한편, 산화환원효소는 측정하고자 하는 대상물질(예컨대, 대상물질)로부터 산화환원효소가 뺏어온 수소를 보관하는 역할을 하는 보조인자 (cofactor)를 함께 포함할 수 있는데, 예컨대, 플라빈 아데닌 디뉴클레오타티드 (flavin adenine dinucleotide, FAD), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (nicotinamide adenine dinucleotide, NAD), 피롤로퀴놀린 퀴논 (pyrroloquinoline quinone, PQQ) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 효소층은 가교제, 계면활성제, 수용성 고분자, 4차 암모늄염, 지방산, 점증제 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 시약 용해시의 분산제, 시약 제조시의 점착제, 장기 보관의 안정제 등의 역할을 위하여 추가로 포함할 수 있다.
전극의 경우, 작업전극(working electrode) 및 상대전극(counter electrode)과 같은 2종의 전극을 포함할 수도 있고, 작업전극, 상대전극 및 기준전극(reference electrode)과 같은 3종의 전극을 포함할 수도 있다. 일 구현예에서, 본 발명에 따른 바이오센서는, 적어도 두개, 바람직하게는 두개 또는 세개의 전극을 갖춘 기판에, 글루코즈를 산화 환원시킬 수 있는 효소, 가교제, 및 전자 전달 매개체를 포함하는 효소 용액을 도포한 후 건조하여 제작한 전기화학적 바이오센서일 수 있다. 예를 들면, 전기화학적 바이오센서에 있어서 작업전극, 상대전극, 및 기준 전극이 기판의 동일면에 배치되고, 작업전극 상에 본 발명에 따른 효소층이 적층되고, 기판 및 전극(작업전극, 상대전극, 기준전극)상에 절연체가 적층되고, 상기 전극 상에 글루코즈 확산 제어막이 적층되는 것을 특징으로 하는 평면형 전기화학적 바이오센서가 제공될 수 있다.
구체적인 양태로서, 상기 기판은 PDMS(polydimethylsiloxane), PI(polyimide), 및 PET(polyethylene terephthalate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소재로 된 것일 수 있다.
또한, 작업전극은 탄소, 금, 백금, 은 또는 전극을 사용할 수 있다.
또한, 2 전극을 갖는 전기화학적 바이오센서의 경우 상대전극이 기준 전극의 역할까지 같이 하기 때문에, 상대전극으로 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 기준전극까지 포함하는 3 전극의 전기화학적 바이오센서의 경우, 기준전극으로 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 상대전극으로 탄소 전극을 사용할 수 있다.
제한되지 않은 예로서, 2 전극인 경우 상대전극이 기준전극의 역할까지 같이 하기 때문에 염화은 또는 은이 사용될 수 있으며, 3 전극일 경우 기준전극이 염화은 또는 은이 사용되고, 상대전극은 탄소 전극을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액은 친수성(hydrophilic) 물질 및 소수성(hydrophobic) 물질을 포함한다. 이와 같이 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액이 친수성 물질 및 소수성 물질을 모두 포함함으로서, 인체 내의 환경에서도 글루코즈 투과도 제어가 우수하며, 글루코즈 센싱 감응도를 구현할 수 있다. 만일, 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액이 친수성 물질만 포함한다면 연속혈당측정용 바이오센서의 최외곽에서 글루코즈가 과량으로 투과되어 센서의 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 소수성 물질만 포함한다면 연속혈당측정용 바이오센서의 최외곽에서 글루코즈가 투과되지 않아 글루코즈가 센싱되지 않는 문제가 있을 수 있다.
먼저, 친수성 물질로서 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
구체적으로, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D792 측정방법에 의거한 비중(specific gravity)이 1.0 ~ 1.2g/cm3, 바람직하게는 1.1 ~ 1.16g/cm3일 수 있다.
또한, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D2240 측정방법에 의거한 쇼어 경도(shore hardness)가 78 ~ 88A, 바람직하게는 81 ~ 85A일 수 있다.
또한, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D790 측정방법에 의거한 굴곡탄성율(flexural modulus)이 2400 ~ 3400 psi, 바람직하게는 2700 ~ 3100 psi일 수 있다.
또한, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D412 측정방법에 의거한 건조(dry) 상태에서 극한인장(ultimate tensile)이 1700 ~ 2700 psi, 바람직하게는 2000 ~ 2400 psi일 수 있다.
또한, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D412 측정방법에 의거한 습윤(wet) 상태에서 극한인장(ultimate tensile)이 900 ~ 1900 psi, 바람직하게는 1200 ~ 1600 psi일 수 있다.
또한, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D412 측정방법에 의거한 건조(dry) 상태에서 극한신율(ultimate elongation)이 540 ~ 1540 psi, 바람직하게는 840 ~ 1240 psi일 수 있다.
또한, 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D412 측정방법에 의거한 습윤(wet) 상태에서 극한신율(ultimate elongation)이 320 ~ 920 psi, 바람직하게는 520 ~ 720 psi일 수 있다.
다음으로, 소수성 물질로서 스타이렌 블록 코폴리머를 포함할 수 있다.
구체적으로, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 1183-1 측정방법에 의거한 비중(specific gravity)이 0.9 ~ 1.1g/cm3, 바람직하게는 1.0 ~ 1.05g/cm3일 수 있다.
또한, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 48-4 측정방법에 의거한 쇼어 경도(shore hardness)가 60 ~ 80A, 바람직하게는 65 ~ 75A일 수 있다.
또한, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 37 측정방법에 의거한 인장강도가 8.2 ~ 10.2 MPa, 바람직하게는 8.7 ~ 9.7 MPa일 수 있다.
또한, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 37 측정방법에 의거한 파단시 연신율이 414 ~ 614%, 바람직하게는 464 ~ 564%일 수 있다.
또한, 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 34-1 측정방법, 바람직하게는 ISO 34-1 methode B (b) (Graves) 측정방법에 의거한 인열강도가 15 ~ 25 N/mm, 바람직하게는 18 ~ 22 N/mm일 수 있다.
한편, 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액은 친수성 물질 및 소수성 물질이 1 : 0.1 ~ 4 중량비, 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 3 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 0.15 ~ 0.8 중량비를 가질 수 있으며, 만일 중량비가 1 : 0.1 미만이면, 연속혈당측정용 바이오센서의 최외곽에서 글루코즈가 과량으로 투과되어 센서의 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 1 : 4 중량비를 초과하면 연속혈당측정용 바이오센서의 최외곽에서 글루코즈가 투과되지 않아 글루코즈가 센싱 되지않는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액은 유기용매를 더 포함할 수 있으며, 유기용매를 통해 본 발명의 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액의 농도를 조절할 수 있다. 본 발명의 유기용매를 당업계에서 사용하는 유기용매라면 무엇이든 사용가능하며, 바람직하게는 클로로폼(chloroform), 사이클로헥사논(cyclohexanone), 사이클로펜타논(cyclopentanone), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 다이옥세인(dioxane), 다이클로로메테인(methylene chloride), 트리클로로에탄(trichloroethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 자일렌(xylene) 및 톨루엔(toluene) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통해 설명한다. 이때, 하기 실시예들은 발명을 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
준비예 1 : 친수성 용액의 제조
균질기(homogenizer)에 친수성 물질인 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄(HP-93A-100, Lubrizol) 2,000mg과 유기용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 50ml를 투입 및 용해시켜 40mg/mL 농도의 친수성 용액을 제조하였다.
준비예 2 : 소수성 용액의 제조
균질기(homogenizer)에 소수성 물질인 스타이렌 블록 코폴리머(TM7APO, KRAIBURG) 2,000mg과 유기용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 50ml를 투입 및 30분 동안 용해시켜 40mg/mL 농도의 소수성 용액을 제조하였다.
실험예 1 : 세포 독성 실험
준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 각각에 대하여, ISO 10993-5 평가 방법에 의한 세포 독성을 평가한 결과, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 모두 세포 독성이 없음을 확인할 수 있었다.
실험예 2 : 피부 민감화 실험
준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 각각에 대하여, ISO 10993-10 평가 방법에 의한 피부 민감화를 평가한 결과, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 모두 자극 및 피부 민감성을 유발하지 않음을 확인할 수 있었다.
실험예 3 : 전신 독성 실험
준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 각각에 대하여, ISO 10993-11 평가 방법에 의한 전신 독성을 평가한 결과, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 모두 전신 독성이 없음을 확인할 수 있었다.
실험예 4 : 혈액적합성 실험
준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 각각에 대하여, ISO 10993-4 평가 방법에 의한 혈액적합성을 평가한 결과, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 및 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 모두 혈액적합성을 가짐을 확인할 수 있었다.
실시예 1 : 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액의 제조
교반기에 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 16mL와 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 4mL를 교반기에 투입 및 교반하여 40mg/mL 농도의 글루코즈 확산 제어막 용액을 제조하였다. 이 때, 글루코즈 확산 제어막 용액에는 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄(HP-93A-100, Lubrizol)과 스타이렌 블록 코폴리머(TM7APO, KRAIBURG)가 1 : 0.25 중량비로 포함되었다.
실시예 2 : 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액의 제조
교반기에 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 10mL와 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 10mL를 투입 및 교반하여 40mg/mL 농도의 글루코즈 확산 제어막 용액을 제조하였다. 이 때, 글루코즈 확산 제어막 용액에는 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄(HP-93A-100, Lubrizol)과 스타이렌 블록 코폴리머(TM7APO, KRAIBURG)가 1 : 1 중량비로 포함되었다.
실시예 3 : 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액의 제조
교반기에 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 4mL와 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 16mL를 투입 및 교반하여 40mg/mL 농도의 글루코즈 확산 제어막 용액을 제조하였다. 이 때, 글루코즈 확산 제어막 용액에는 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄(HP-93A-100, Lubrizol)과 스타이렌 블록 코폴리머(TM7APO, KRAIBURG)가 1 : 4 중량비로 포함되었다.
제조예 1 : 테스트 센서의 제조
(1) 전자 전달 매개체, 효소 및 가교제를 4 : 4 : 1 부피비로 혼합하여 효소 용액을 제조하였다. 이 때, 전자 전달 매개체로 오스뮴 착물을 사용하였고, 효소로서는 글루탐산탈수소효소를 사용하였다.
(2) 작업전극(working electrode, 탄소전극 사용), 기준전극(reference electrode, AgCl전극 사용) 및 상대전극(counter electrode, 탄소전극)으로 구성된 테스트 전극을 준비하고, 테스트 전극의 작업전극 상에 상기 효소 용액 2.5 μL를 드롭 캐스팅(drop casting)하였다.
(3) 상기 테스트 전극을 35℃의 dry oven에서 30 분간 건조하였다.
(4) 테스트 전극의 작업전극, 기준전극 및 상대전극 상에 마스킹 필름(masking film)을 부착하고, 상기 마스킹 필름 상에 실시예 1 ~ 3에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액, 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 각각을 드롭 캐스팅(drop casting)한 후 건조하여 글루코즈 확산 제어막이 형성된 테스트 센서를 각각 제조하였다.
실험예 5 : 글루코즈 투과도 측정
전기 화학 측정용 glass cell에 2mL PBS 용액을 투입하고, 상기 PBS 용액에 제조예 1에서 제조한 테스트 센서 각각을 담지하였다.
glucose stock 용액(in 10 mM PBS 용액)을 이용하여 상기 PBS 용액에 glucose의 농도가 50, 100, 200, 300, 400, 500 mg/dL가 되도록 glucose를 제공 후, potentiostat(Multi-Palmsens 4, 인가전압 : 0.3V)를 통해 CA(chronoamperometry) condition를 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 글루코스 농도변화에 의한 전류값의 변화가 준비예 1에서 제조한 친수성 용액, 실시예 1에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 실시예 2에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 실시예 3에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액을 사용하는 순서대로 크게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 준비예 2에서 제조한 소수성 용액만을 사용할 때에는 글루코스 농도변화에 의한 전류값의 변화가 거의 없었다.
이와 같은 결과를 통해 글루코즈 확산 제어막에 포함되는 소수성 물질의 비율을 제어함으로서 글루코즈 센싱 감응도를 선택적으로 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 6 : 물 흡수율 측정
실시예 1 ~ 3에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액, 준비예 2에서 제조한 소수성 용액을 각각 glass petri dish에 3mL를 분주하고, 상온(25℃)에서 24시간 건조하여 글루코즈 확산 제어막을 제조하여 초기 무게를 각각 측정하였다.
제조한 글루코즈 확산 제어막을 24시간 동안 초순수(D.I water)에 담지한 후, 나중 무게를 각각 측정하였다.
측정한 초기 무게와 나중 무게를 이용하여 실시예 1 ~ 3에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 준비예 1에서 제조한 친수성 용액, 준비예 2에서 제조한 소수성 용액 각각의 물 흡수율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112022017247021-pat00001
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 물 흡수율은 준비예 1에서 제조한 친수성 용액, 실시예 1에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 실시예 2에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액, 실시예 3에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액을 사용하는 순서대로 높게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 준비예 2에서 제조한 소수성 용액만을 사용할 때에는 물을 거의 흡수하지 못하였다.
이와 같은 결과를 통해 글루코즈 확산 제어막에 포함되는 소수성 물질의 비율을 제어함으로서 물 흡수율을 선택적으로 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
비교준비예 1 : 소수성 용액의 제조
균질기(homogenizer)에 소수성 물질인 소수성 물질인 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄 (SG-80A, Lubrizol) 2,000mg과 유기용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 50ml를 투입 및 60분 동안 용해시켜 40mg/mL 농도의 소수성 용액을 제조하였다.
비교준비예 1의 소수성 용액을 제조하는 과정에서 확인할 수 있듯이, 준비예 2에서 사용되는 스타이렌 블록 코폴리머를 용해시키는 시간은 30분인 반면에, 비교준비예 1에서 사용되는 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄을 용해시키는 시간은 60분이 걸리는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 글루코즈 확산 제어막 용액 제조시, 소수성 용액으로서 준비예 2에서 제조된 소수성 용액을 사용하는 것이 비교준비예 1에서 제조된 소수성 용액을 사용하는 것보다 제조 시간이 단축되는 것을 확인할 수 있어, 대량 생산에 용이함을 확인할 수 있었다.
비교예 1 : 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액의 제조
교반기에 준비예 1에서 제조한 친수성 용액 16mL와 비교준비예 1에서 제조한 소수성 용액 4mL를 교반기에 투입 및 교반하여 40mg/mL 농도의 글루코즈 확산 제어막 용액을 제조하였다. 이 때, 글루코즈 확산 제어막 용액에는 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄(HP-93A-100, Lubrizol)과 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄 (SG-80A, Lubrizol)이 1 : 0.25 중량비로 포함되었다.
제조예 2 : 테스트 센서의 제조
(1) 전자 전달 매개체, 효소 및 가교제를 4 : 4 : 1 부피비로 혼합하여 효소 용액을 제조하였다. 이 때, 전자 전달 매개체로 오스뮴 착물을 사용하였고, 효소로서는 글루탐산탈수소효소를 사용하였다.
(2) 작업전극(working electrode, 탄소전극 사용), 기준전극(reference electrode, AgCl전극 사용) 및 상대전극(counter electrode, 탄소전극)으로 구성된 테스트 전극을 준비하고, 테스트 전극의 작업전극 상에 상기 효소 용액 2.5 μL를 드롭 캐스팅(drop casting)하였다.
(3) 상기 테스트 전극을 35℃의 dry oven에서 30 분간 건조하였다.
(4) 테스트 전극의 작업전극, 기준전극 및 상대전극 상에 마스킹 필름(masking film)을 부착하고, 상기 마스킹 필름 상에 실시예 1에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액 및 비교예 1에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액 각각을 드롭 캐스팅(drop casting)한 후 건조하여 글루코즈 확산 제어막이 형성된 테스트 센서를 각각 제조하였다.
실험예 7 : 글루코즈 투과도 측정
전기 화학 측정용 glass cell에 2mL PBS 용액을 투입하고, 상기 PBS 용액에 제조예 2에서 제조한 테스트 센서 각각을 담지하였다.
glucose stock 용액(in 10 mM PBS 용액)을 이용하여 상기 PBS 용액에 glucose의 농도가 200mg/dL가 되도록 glucose를 제공 후, potentiostat(Multi-Palmsens 4, 인가전압 : 0.3V)를 통해 CA(chronoamperometry) condition를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액을 사용할 때가, 비교예 1에서 제조한 글루코즈 확산 제어막 용액을 상용할 때보다 전류밀도(current density)가 높게 측정됨을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (7)

  1. 친수성 물질 및 소수성 물질을 포함하는 글루코즈 확산 제어막 용액으로서,
    상기 친수성 물질은 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄을 포함하고,
    상기 소수성 물질은 스타이렌 블록 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은 ASTM D792 측정방법에 의거한 비중(specific gravity)이 1.0 ~ 1.2g/cm3이고, ASTM D2240 측정방법에 의거한 쇼어 경도(shore hardness)가 78 ~ 88A이며,
    상기 스타이렌 블록 코폴리머는 ISO 1183-1 측정방법에 의거한 비중(specific gravity)이 0.9 ~ 1.1g/cm3이고, ISO 48-4 측정방법에 의거한 쇼어 경도(shore hardness)가 60 ~ 80A인 것을 특징으로 하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지방족 폴리에스테르 기반 열가소성 폴리우레탄은
    ASTM D790 측정방법에 의거한 굴곡탄성율(flexural modulus)이 2400 ~ 3400 psi이고,
    ASTM D412 측정방법에 의거한 건조(dry) 상태에서 극한인장(ultimate tensile)이 1700 ~ 2700 psi, 습윤(wet) 상태에서 극한인장(ultimate tensile)이 900 ~ 1900 psi이며,
    ASTM D412 측정방법에 의거한 건조(dry) 상태에서 극한신율(ultimate elongation)이 540 ~ 1540 psi, 습윤(wet) 상태에서 극한신율(ultimate elongation)이 320 ~ 920 psi인 것을 특징으로 하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스타이렌 블록 코폴리머는
    ISO 37 측정방법에 의거한 인장강도가 8.2 ~ 10.2 MPa이고,
    ISO 37 측정방법에 의거한 파단시 연신율이 414 ~ 614%이며,
    ISO 34-1 측정방법에 의거한 인열강도가 15 ~ 25 N/mm인 것을 특징으로 하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 물질 및 소수성 물질은 1 : 0.1 ~ 4 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액.
  6. 제1항의 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막 용액을 건조시켜 제조되는 연속혈당측정 바이오센서용 글루코즈 확산 제어막.
  7. 제6항의 글루코즈 확산 제어막을 포함하는 연속혈당측정용 바이오센서.
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