TWI641614B - A compound and its use for detecting glucose - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種化合物及其偵測葡萄糖之用途，係利用含銅或銀的雙金屬發光型錯合物[(P 3)M-CN-M(P 3)]+X-，作為一血糖或尿糖的感測材料，當使用本發明之含銅或銀的雙金屬發光型錯合物做為感測材料進行檢測時，僅將含葡萄糖的樣品與感測材料直接接觸，其所包含的酵素與錯合物間不會發生其他副反應，即可偵測葡萄糖含量，不需其他前處理程序，此極簡化的測定方式所偵測葡萄糖含量其準確度、穩定度及再現性皆極佳。
Description
本發明係為一種化合物，係為雙金屬發光型錯合物，並做為光學型葡萄糖感測器，偵測尿液及血液中的葡萄糖之含量。
隨近年來人們飲食及生活習慣跟著改變，導致糖尿病患者的人數逐年攀升，造成醫療資源及患者家屬極大的負擔。根據世界衛生組織WHO指出，在2013年全球約有一百五十萬人直接死於糖尿病，更成為人類十大死因之一。其中，糖尿病的症狀包含暴飲暴食、頻尿、體重不穩定並且可能引發心臟病、腎臟病等等的相關疾病，進一步導致死亡。
為達到即時監測及掌握高危險族群或患者之血糖，血糖機近年來已成為臨床與居家照護作業中普遍使用的檢測醫療器材之一。現有之血糖機多藉由針具(採血針、採血筆等)採集使用者之血液以進行血液中血糖的量測，然而採集血液樣本方式屬侵入式，其針具亦衍生感染及廢棄處理等問題。因此一非侵入式量測、攜帶方便、快速及準確量測的葡萄糖感測為各方努力研究之課題。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明提供一種化合物及其偵測葡萄糖之用途，其係為一以雙金屬發光型錯合物為基底的光學型葡萄糖感測器並針對尿液及血液中的葡萄糖做出偵測，針對尿液之偵測，有效避免了現有侵入式的採血量測方式。葡萄糖感測器利用雙金屬發光型錯合物與酵素薄膜結合，經由接收雙金屬發光型錯合物之特定波長的放光強度變化，即算出葡萄糖之濃度。
本發明提供一種化合物，係為一種雙金屬發光型錯合物，其由下式(1)表示：[(P 3)M-CN-M(P 3)]+ X- 式(1)其中P 3為PPh2C6H4-PPh-C6H4-PPh2；其中M係為Cu或Ag其中之一；以及其中X-係為B(C6H3(CF3)2)4 -、BF4 -或CF3SO3 -其中之一。
本發明提供一種葡萄糖感測器，係包含設於該葡萄糖感測器底層之一基材，以及塗布於基材之表面感測層，其中感測層包含式(1)之雙金屬發光型錯合物、葡萄糖氧化酶與褐藻膠溶液。
本發明提供一種偵測葡萄糖之方法：將含有式(1)之雙金屬發光型錯合物溶液塗布於一基材，並待溶劑揮發；於基材塗布含葡萄糖氧化酶之褐藻膠溶液，形成一葡萄糖感測器；將一測試溶液塗布於葡萄糖感測器；以及以光學分析葡萄糖感測器之放光強度，並求得測試溶液之所含葡萄糖濃度。
其中基材係為多孔性材質或光滑面材質，係為一般紙類、試紙或光纖。其中測試溶液係為血液或尿液。其中該葡萄糖感測器係偵測葡萄糖含量範圍係介於0.001mM~50mM(毫莫爾濃度)之間。
本發明之雙金屬發光型錯合物，其所具備之良好氧氣碰撞能力、抗干擾性且同時具有感測器中的顯示器(reporter)角色，而有效改善現有技術，可簡化葡萄糖感測器的製程。
本發明提供之葡萄糖感測器係利用感測層中所含之葡萄糖氧化酶與測試溶液中葡萄糖產生耗氧作用，使感測層中氧氣含量降低，進而使得氧氣與感測層中所含雙金屬發光型錯合物的磷光分子的碰撞機率降低，造成磷光分子的放光性增強，再藉由放光強度變化速率的不同，推算葡萄糖的濃度。本發明所提供之葡萄糖感測器，以蓄水池概念藉由測試溶液加入時，將氧氣封裝在裡面，磷光放光強度差異因而變大，且當測試溶液為血液或尿液時，亦不須將其進行前處理，即可直接滴入葡萄糖感測器進行量測，大幅簡化現有血糖檢測之步驟、量測時間及裝置體積(小於10μL(微升))，並具有準確度、穩定度及再現性極佳之特色。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
100‧‧‧基材
200‧‧‧感測層
S201~S202‧‧‧步驟流程
圖1係為本發明之葡萄糖感測器之示意圖。
圖2係為本發明之葡萄糖感測器之製備流程圖。
圖3係為本發明之葡萄糖感測器之磷光強度對時間的變化關係圖。
圖4係為本發明之葡萄糖感測器之酵素動力學雙倒數關係圖。
圖5係為本發明之葡萄糖感測器之針對血清中干擾物效應的分析圖。
圖6係為本發明之葡萄糖感測器之針對尿液中干擾物效應的分析圖。
圖7係為本發明之葡萄糖感測器之未添加葡萄糖血液之放光示意圖。
圖8係為本發明之葡萄糖感測器之未過濾血液添加葡萄糖之放光示意圖。
圖9係為本發明之葡萄糖感測器之未添加葡萄糖尿液之放光示意圖。
圖10係為本發明之葡萄糖感測器之未過濾尿液添加葡萄糖之放光示意圖。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點
及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱圖1，如圖所示，為本發明之葡萄糖感測器之示意圖，係包含基材100及感測層200，其中基材100設於葡萄糖感測器之底部以及感測層200係塗布於基材100之表面，其中感測層200係包含如下式(1)之雙金屬發光型錯合物、葡萄糖氧化酶與褐藻膠溶液。
其中，雙金屬發光型錯合物，其由下式(1)表示：[(P 3)M-CN-M(P 3)]+ X- 式(1)其中P 3為PPh2C6H4-PPh-C6H4-PPh2；其中M係為Cu或Ag其中之一；以及其中X-係為B(C6H3(CF3)2)4 -、BF4 -或CF3SO3 -其中之一。
請參閱圖2，如圖所示，為本發明之葡萄糖感測器之製備流程圖，步驟如下：S201：將含式(1)之雙金屬發光型錯合物溶液塗布於基材上，並待溶劑揮發；S202：於基材上塗布含葡萄糖氧化酶之褐藻膠溶液，形成葡萄糖感測器。其中溶劑係為任何可溶解雙金屬發光型錯合物之溶液，如二氯甲烷(DCM)。
其中雙金屬發光型錯合物溶液，係由[(P 3)Cu-CN-Cu(P 3)]+B(C6H3(CF3)2)4 -的銅錯合物，其中[(P 3)Cu-CN-Cu(P 3)]+B(C6H3(CF3)2)4 -的銅錯合物之結構如下：
其中含葡萄糖氧化酶之褐藻膠溶液，係由褐藻酸鈉溶液與含葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝溶液混合配製。其中褐藻酸鈉溶液係以120℃加熱攪拌置溶解混合均勻，並待其冷卻至室溫，以及含葡萄糖氧化酶的磷酸鹽緩衝溶液係以5mg的葡萄糖氧化酶(GOx)溶於1mL 100mM的磷酸鹽緩衝溶液之比例配製而成。
其中磷酸鹽緩衝溶液係由1.3799g的NaH2PO4配製成100mL 100mM的第一磷酸鹽溶液與1.4198g的Na2HPO4配製成100mL 100mM的第二磷酸鹽溶液混合配製，其酸鹼值為pH=7。
葡萄糖感測器於酵素體積為5μL時有最佳的磷光放光強度。
當葡萄糖氧化酶之含量為15mg/mL時，有最快的反應時間。
請參閱圖3，為本發明之葡萄糖感測器之磷光強度對時間的變化關係圖，其中以100mM的磷酸鹽緩衝溶液去配製100mM的葡萄糖溶液後，再以100mM的磷酸鹽緩衝溶液稀釋成不同濃度的葡萄糖溶液，分別以葡萄糖溶液濃度1~60mM，滴入本發明之葡萄糖感測器進行反應，如圖所示，在葡萄糖溶液濃度1~20mM間，放光強度變化隨濃度增
高而增高，當葡萄糖溶液濃度高於20mM時，放光強度及速率趨勢上不再增加，表示葡萄糖感測器中的溶氧被消耗完，因此放光強度變化達飽和狀，此外，不同葡萄糖溶液濃度反應時間皆約在15秒隨著葡萄糖濃度上升，磷光放光強度增強、反應速率變快，也伴隨著達最大放光強度的時間縮短。
請參閱圖4，為本發明之葡萄糖感測器之酵素動力學雙倒數關係圖，如圖所示，以米氏動力學方程式(Michaelis-Menten kinetics)與酵素動力學雙倒數圖求得斜率代表著Km/Vmax=0.216，1/Vmax=0.003(截距)，因此可得米氏常數Km=72mM，其中Vmax為反應最大速率，此與純的葡萄糖氧化酶之米氏常數Km=110mM明顯較小，故有此可知，本發明之葡萄糖感測器具有極佳的酵素結合能力以及反應速率快之優勢。
請參閱圖5，為本發明之葡萄糖感測器之針對血清中干擾物效應的分析圖，在正常人體中個別血清中干擾的含量皆為1.5mM以下，故在此將人類血清中的常見血清中干擾物，如果糖(D-Fructose)、尿素(Urea)、酒石酸(Tartaric acid)、麥芽糖(Maltose monohydrate)、蔗糖(Sucrose)、半乳糖(D-Galactose)、乳糖(Lactose)、抗壞血酸(Ascorbic acid)、丁二酸(Succinic acid)、尿酸(Uric acid)及檸檬酸(Citric Acid)以遠大於正常量(10mM)分別添加於感測器內，並分別測試，如圖所示，血清中干擾物對於本發明之葡萄糖感測器與葡萄糖引起反應的強度變化相較下幾乎沒受到影響，故本發明之葡萄糖感測器針對葡萄糖具有極高的專一性及選擇性。
請參閱圖6，為本發明之葡萄糖感測器之針對尿液中干
擾物效應的分析圖，在正常人體中個別尿液中干擾物的含量皆為100μM以下，故在此將人類尿液中的常見尿液中干擾物，如色胺酸(L-tryptophan)、甘胺酸(Glycine free base)、蛋胺酸(L-methionine)、天冬氨酸(L-aspartic acid)、月桂酸(Dodecanoic acid)、肉荳寇酸乙酯(Tetradecanoic acid)、纈胺酸(L-Valine)、脯氨酸(L-proline)、穀胱甘肽(Glutathione free acid)及氯化鉀(Potassium chloride)以遠大於正常量(1mM)分別添加於感測器內，並分別測試，如圖所示，尿液中干擾物對於本發明之葡萄糖感測器與葡萄糖引起反應的強度變化相較下幾乎沒受到影響，故本發明之葡萄糖感測器針對葡萄糖具有極高的專一性及選擇性。
以上兩種不同環境下的干擾物測試結果可知，本發明之葡萄糖感測器對於血液及尿液中可能的干擾物幾乎沒有影響，為一個專一性、選擇性很高的感測器，因此能有效應用於實際狀況上，且可直接以尿液進行的葡萄糖含量的測試，達成非侵入式量測之效果。
本發明之葡萄糖感測器是利用放光變化來判斷葡萄糖濃度，因此若能直接用肉眼判其斷放光的差異性，來進一步推估尿液或血液當中的葡萄糖濃度，將會是更加便利的葡萄糖感測器，因此以含有[(P 3)Cu-CN-Cu(P 3)]+B(C6H3(CF3)2)4 -的銅錯合物之葡萄糖感測器，以365nm波長的紫外光燈照射，以行動裝置之攝影鏡頭，並於攝影鏡頭前放置455nm截斷型濾光片，對未過濾的血液及尿液添加葡萄糖前與添加後的放光強度差異做比較，如圖7至圖10所示，其結果可由肉眼就判斷分別出明顯的差異。
其中如圖7為未添加葡萄糖血液之放光示意圖，圖8為
未過濾血液添加葡萄糖之放光示意圖，其中血液樣品是由健康男性(25歲)，以加15mM葡萄糖的血液比較，如圖所示，其明顯能以肉眼判其斷放光的差異性，達成直接以血液進行的葡萄糖含量的測試，達成非侵入式量測之效果。
其中如圖9為未添加葡萄糖尿液之放光示意圖，圖10為未過濾尿液添加葡萄糖之放光示意圖，其中尿液樣品是由健康男性(25歲)，早上空腹沒有經任何前處理的尿液，以及分別添加5mM、30mM葡萄糖的尿液，以模擬糖尿病患者的尿液，如圖所示，其明顯能以肉眼判其斷放光的差異性，達成直接以尿液進行的葡萄糖含量的測試，達成非侵入式量測之效果。
綜上所述，本發明不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
Claims (7)
- 一種化合物，其由下式(1)表示：[(P 3)M-CN-M(P 3)]+ X- 式(1)其中P 3為PPh2C6H4-PPh-C6H4-PPh2；其中M係為Cu或Ag其中之一；以及其中X-係為B(C6H3(CF3)2)4 -。
- 一種偵測葡萄糖之方法：將含有如申請專利範圍第1項所述之化合物溶液塗布於一基材，並待溶劑揮發；於該基材塗布含葡萄糖氧化酶之褐藻膠溶液，形成一葡萄糖感測器；將一測試溶液塗布於該葡萄糖感測器；以及以光學分析該葡萄糖感測器之放光強度，並求得該測試溶液之所含葡萄糖濃度。
- 如申請專利範圍第2項所述之偵測葡萄糖之方法，其中該基材係為紙類、試紙或光纖。
- 如申請專利範圍第2項所述之偵測葡萄糖之方法，其中該測試溶液係為血液或尿液。
- 一種葡萄糖感測器，係包含：一基材，該基材係設於該葡萄糖感測器之底層；以及一感測層，該感測層係塗布於該基材之表面，其中該感測層係包含如申請專利範圍第1項所述之化合物、葡萄糖氧化酶與褐藻膠溶液。
- 如申請專利範圍第5項所述之葡萄糖感測器，其中該基材係為紙類、試紙或光纖。
- 如申請專利範圍第5項所述之葡萄糖感測器，其中該葡萄糖感測器係偵測葡萄糖含量範圍係介於0.001mM~50mM之間。
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201610428A (zh) * | 2014-09-01 | 2016-03-16 | 國立雲林科技大學 | 微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201610428A (zh) * | 2014-09-01 | 2016-03-16 | 國立雲林科技大學 | 微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Gomathy Chakkaradhari, Yi-Ting Chen, Antti J. Karttunen, Minh Thuy Dau, Janne Jänis, Sergey P. Tunik, Pi-Tai Chou, Mei-Lin Ho, and Igor O. Koshevoy. (2016). Luminescent Triphosphine Cyanide d10 Metal Complexes. Inorganic Chemistry, 55, 2174-2184. * |
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| TW201910342A (zh) | 2019-03-16 |
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