JP2005315871A - Intracorporeal substance measuring assembly, manufacturing method for intracorporeal substance measuring assembly, and embedded type substance sensor - Google Patents
Intracorporeal substance measuring assembly, manufacturing method for intracorporeal substance measuring assembly, and embedded type substance sensor Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、体内の被測定物質を検知して測定するための埋込型物質センサーに設けられる、体内物質測定用構成物、この体内物質測定用構成物の製造方法、およびこの体内物質測定用構成物を使用した埋込型物質センサーに関する。 The present invention relates to a composition for measuring a substance in a body, a method for manufacturing the composition for measuring a substance in a body, and a method for measuring the substance in the body, provided in an implantable substance sensor for detecting and measuring a substance to be measured in the body. The present invention relates to an implantable material sensor using a composition.
体内埋込型センサーは、様々な疾患においてその病状の経過観察や治療効果のモニタなどに有用であり、近年、盛んに研究されている分野の一つである。特に糖尿病治療においては、連続血糖測定による血糖コントロールが、病状の進行遅延や合併症の罹病の低減に貢献すると言われている。 Implantable sensors are useful for various disease diseases, such as the follow-up of disease states and the monitoring of therapeutic effects, and are one of the fields that have been actively studied in recent years. Particularly in the treatment of diabetes, blood glucose control by continuous blood glucose measurement is said to contribute to the reduction of disease progression and morbidity of complications.
現状の糖尿病患者の多くは、血糖の自己管理のために、指等の穿刺によって血液試料を採取し、血糖計に供給して測定値を読み取ることを行っている。しかし、このような方法は患者への苦痛や簡便性のうえで問題があり、一日に数回の測定が限界で、血糖値変化の動向を頻繁に測定して把握することが難しいのが現状である。このような理由から、埋込型連続血糖計の有用性は高いと考えられている。 Many current diabetic patients collect blood samples by puncturing their fingers or the like and supply them to a blood glucose meter to read the measured values for self-management of blood glucose. However, this method has problems in terms of pain and convenience for patients, and it is difficult to measure and grasp the blood glucose level change frequently because the measurement is limited to several times a day. Currently. For these reasons, the usefulness of the implantable continuous blood glucose meter is considered to be high.
体内埋込型センサーとしては、たとえば、無線を用いて生体内に埋め込まれた装置から信号を出し入れする装置が開示されている(特許文献1、2参照)。この技術によれば、可逆的にグルコースと反応して蛍光特性の変化するインジケータ層を持つ検出装置(センサー)を生体内に埋め込み、蛍光量の変化でグルコース濃度を計測し、体外にデータを電磁波などで導出している。
As an in-vivo sensor, for example, a device that inputs and outputs a signal from a device that is implanted in a living body using wireless is disclosed (see
また、このような検出装置のインジケータ層に利用可能なものとしては、フェニルボロン酸等のグルコースと可逆結合する蛍光物質をポリスチレンに共有結合したものが提案されている(特許文献3参照)。 Moreover, as what can be utilized for the indicator layer of such a detection apparatus, what carried out the covalent bond of the fluorescent substance reversibly couple | bonded with glucose, such as phenyl boronic acid, to the polystyrene is proposed (refer patent document 3).
また、生体成分中には各種の糖成分が存在するが、グルコースにより特異的に可逆結合できる蛍光物質も提案されている(特許文献4参照)。
しかしながら、これら従来の体内埋込型センサーは、被測定物質と接触して蛍光を発する物質(インジケータ物質)が、使用中に劣化して長期間の埋め込みに耐えず、また、測定精度の点でも、精度が低いといった問題がある。 However, in these conventional implantable sensors, a substance (indicator substance) that emits fluorescence upon contact with a substance to be measured deteriorates during use and cannot withstand long-term implantation, and also in terms of measurement accuracy. There is a problem that accuracy is low.
そこで本発明の目的は、体内物質を測定するための埋込型物質センサーに用いられて、被測定物を長時間安定的に測定することを可能にする体内物質測定用構成物を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for measuring a substance in a body that is used in an implantable substance sensor for measuring a substance in the body, and that can stably measure an object to be measured for a long time. It is.
また、本発明の目的は、体内物質を測定するための埋込型物質センサーに用いられて、被測定物を長時間安定的に測定することを可能にする体内物質測定用構成物の製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method for producing a composition for measuring a substance in a body, which is used in an implantable substance sensor for measuring a substance in the body, and enables a measurement object to be measured stably for a long time. Is to provide.
さらに、本発明の目的は、被測定物を長時間安定的に測定することを可能にする体内物質測定用構成物を使用した埋込型物質センサーを提供することである。 Furthermore, an object of the present invention is to provide an implantable substance sensor using an in-vivo substance measuring composition that makes it possible to stably measure an object to be measured for a long time.
上記諸目的は、以下の手段により達成される。 The above objects are achieved by the following means.
(1)生体内の被測定物質を検知して測定する埋込型物質センサーに設けられる、体内物質測定用構成物であって、被測定物質の濃度に応じた蛍光を発する少なくとも一種類以上の蛍光指示薬を含有した検出層と、前記検出層の一面に設けられ、光学的に不透明であり、かつ被測定物質を透過させる光学分離層と、を有することを特徴とする体内物質測定用構成物。 (1) An in-vivo substance measurement component provided in an implantable substance sensor that detects and measures a substance to be measured in a living body, and emits at least one kind of fluorescence according to the concentration of the substance to be measured A composition for measuring an in-vivo substance, comprising: a detection layer containing a fluorescent indicator; and an optical separation layer that is provided on one surface of the detection layer and is optically opaque and transmits a substance to be measured. .
(2)前記検出層は、前記蛍光指示薬を結合させた基材からなることを特徴とする。 (2) The detection layer is made of a base material to which the fluorescent indicator is bound.
(3)前記被測定物質が糖類である場合に、前記蛍光指示薬はフェニルボロン酸を含む蛍光物質であることを特徴とする。 (3) When the substance to be measured is a saccharide, the fluorescent indicator is a fluorescent substance containing phenylboronic acid.
(4)前記フェニルボロン酸を含む蛍光物質が化学式(1) (4) The fluorescent substance containing phenylboronic acid is represented by the chemical formula (1)
(ただし、化学式(1)中、Qは蛍光残基であり、R1,R2,およびR3のうち少なくとも一つは前記検出層の前記基材と結合するための活性基であり、R4,R5,R6,およびR7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリル基、アリルアルケニル基、置換アルキル基、オキシアルキル基、アシル基、およびハロゲン原子よりなる群から選択された少なくとも一つの置換基である)で示されるものであることを特徴とする。 (In the chemical formula (1), Q is a fluorescent residue, and at least one of R1, R2, and R3 is an active group for binding to the substrate of the detection layer; R6 and R7 are at least one substituent selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an allyl group, an allylalkenyl group, a substituted alkyl group, an oxyalkyl group, an acyl group, and a halogen atom) It is what is shown by.
(5)前記Qは、アントラセンを含む蛍光残基であることを特徴とする。 (5) Q is a fluorescent residue containing anthracene.
(6)前記検出層の前記基材は、光透過性を有する高分子物質であることを特徴とする。 (6) The base material of the detection layer is a polymer substance having optical transparency.
(7) 前記光学分離層は、相転法により形成された高分子多孔質膜であることを特徴とする。 (7) The optical separation layer is a polymer porous film formed by a phase inversion method.
(8)前記高分子物質は、セルロース、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、およびこれらの誘導体よりなる群から選択された少なくとも1つの前記高分子物質であることを特徴とする。 (8) The polymer substance is at least one polymer substance selected from the group consisting of cellulose, polyacrylamide, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and derivatives thereof.
(9)前記光学分離層は、不透明物質とそれを担持する基材よりなることを特徴とする。 (9) The optical separation layer is characterized by comprising an opaque substance and a base material carrying the opaque substance.
(10)前記不透明物質は、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブよりなる群から選択された少なくとも一つの物質よりなることを特徴とする。 (10) The opaque material is characterized by comprising at least one material selected from the group consisting of carbon black, fullerene, and carbon nanotubes.
(11)前記光学分離層の前記基材は、高分子物質であることを特徴とする。 (11) The substrate of the optical separation layer is a polymer substance.
(12)前記高分子多孔質膜は、セルロース誘導体、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂の少なくとも1からなることを特徴とする。 (12) The porous polymer membrane is characterized by comprising at least one of a cellulose derivative, a polysulfone resin, a polyamide resin, and an aromatic polyether ketone resin.
(13)前記高分子物質は、架橋デキストランであることを特徴とする。 (13) The polymer substance is a cross-linked dextran.
(14)前記光学分離層は、前記被測定物質を透過させ、かつ少なくとも一つの前記被測定物質以外の生体成分を透過させないことを特徴とする。 (14) The optical separation layer is characterized in that it allows the substance to be measured to pass through and does not allow at least one biological component other than the substance to be measured to pass through.
(15)前記光学分離層は、生体適合性を有することを特徴とする。 (15) The optical separation layer has biocompatibility.
(16)前記光学分離層は、前記検出層を劣化させる生体成分を透過させないことを特徴とする。 (16) The optical separation layer is characterized in that it does not transmit biological components that degrade the detection layer.
(17)前記光学分離層は、前記生体成分を不活性化させることを特徴とする。 (17) The optical separation layer inactivates the biological component.
(18)前記(1)〜(17)のいずれか一つに記載の体内物質測定用構成物の製造方法であって、前記光学分離層を形成するための前駆体を検出層に付加した後、前記検出層へ結合させることを特徴とする体内物質測定用構成物の製造方法。 (18) The method for producing the in-vivo substance measurement composition according to any one of (1) to (17), wherein a precursor for forming the optical separation layer is added to the detection layer A method for producing a composition for measuring a substance in a body, wherein the composition is combined with the detection layer.
(19)前記(1)〜(17)のいずれか一つに記載の体内物質測定用構成物の製造方法であって、前記検出層の周囲に前記光学分離層の周辺部を接着させることを特徴とする体内物質測定用構成物の製造方法。 (19) The method for producing a composition for measuring an in-vivo substance according to any one of (1) to (17), wherein a peripheral portion of the optical separation layer is adhered around the detection layer. A method for producing a constituent for measuring a substance in a body.
(20)前記(1)〜(17)のいずれか一つに記載の体内物質測定用構成物と、前記体内物質測定用構成物の前記検出層側から前記検出層へ光を照射する光源と、前記検出層からの蛍光を受光する光検出器と、を有することを特徴とする埋込型物質センサー。 (20) The in-vivo substance measurement composition according to any one of (1) to (17), a light source that irradiates light to the detection layer from the detection layer side of the in-vivo substance measurement composition, And a photodetector that receives fluorescence from the detection layer.
(21)前記体内物質測定用構成物の前記光学分離層側を生体に接触させて用いることを特徴とする。 (21) The structure for measuring a substance in a body is used by contacting the living body with the optical separation layer side.
(22)少なくとも前記光源および前記光検出器が同一パッケージ内に設けられ、前記体内物質測定用構成物の前記光学分離層側が前記パッケージ外表面から露出するように設けられていることを特徴とする。 (22) At least the light source and the photodetector are provided in the same package, and the optical separation layer side of the in-vivo substance measurement component is provided to be exposed from the outer surface of the package. .
(23)前記光源は少なくとも一種類以上の波長を発するものであり、前記光検出器は前記検出層からの少なくとも一種類以上の波長の光を検出するものであること特徴とする。 (23) The light source emits at least one type of wavelength, and the photodetector detects at least one type of light from the detection layer.
本発明の体内物質測定用構成物によれば、被測定物質の濃度に応じた蛍光を発する検出層の一面に、光学的に不透明であり、かつ被測定物質を透過させる光学分離層を設け、検出層が生体物質と直接接触するのを防止するので、検出層の劣化、特に検出層内の蛍光指示薬の劣化を抑えることができ、長時間の測定にも安定した測定結果を得ることができるようになる。また、センサーからの光の漏れを防止でき、センサー周辺の生体組織への悪影響を防ぐことができる。 According to the in-vivo substance measurement composition of the present invention, an optical separation layer that is optically opaque and transmits the substance to be measured is provided on one surface of the detection layer that emits fluorescence according to the concentration of the substance to be measured. Since the detection layer is prevented from coming into direct contact with the biological material, deterioration of the detection layer, in particular, deterioration of the fluorescent indicator in the detection layer can be suppressed, and stable measurement results can be obtained even for long-time measurement. It becomes like this. In addition, light leakage from the sensor can be prevented, and adverse effects on living tissue around the sensor can be prevented.
また、本発明の体内物質測定用構成物の製造方法によれば、上記本発明による検出層と光学分離層の2層構造からなる体内物質測定用構成物を容易に製造することができる。 In addition, according to the method for producing a composition for measuring an in-vivo substance of the present invention, the composition for measuring an in-vivo substance comprising the two-layer structure of the detection layer and the optical separation layer according to the present invention can be easily manufactured.
さらに、本発明の埋込型物質センサーによれば、上記本発明による検出層と光学分離層の2重構造からなる体内物質測定用構成物を用いたことで、検出層の劣化が抑えられ、長時間の安定した測定を行うことができるようになる。 Furthermore, according to the implantable substance sensor of the present invention, the use of the in-vivo substance measurement composition comprising the double structure of the detection layer and the optical separation layer according to the present invention suppresses deterioration of the detection layer, Long-term stable measurement can be performed.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明による体内物質測定用構成物とそれを用いた埋込型物質センサーの原理構成を説明するための説明図であり、図2は体内物質測定用構成物における検出層内の構成を示す概念図、図3は体内物質測定用構成物における光学分離層内の構成を示す概念図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle configuration of a composition for measuring an in-vivo substance and an implantable substance sensor using the same according to the present invention, and FIG. 2 is a configuration in a detection layer of the composition for measuring an in-vivo substance. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration in the optical separation layer in the in-vivo substance measurement composition.
体内物質測定用構成物は、埋込型物質センサー(以下単にセンサーと称する)において、インジケータ層として使用されるものである(以下では、体内物質測定用構成物をインジケータ層と称する。)。 The in-vivo substance measuring composition is used as an indicator layer in an implantable substance sensor (hereinafter simply referred to as a sensor) (hereinafter, the in-vivo substance measuring composition is referred to as an indicator layer).
本発明を適用したインジケータ層1の一つの実施形態は、図1に示すように、蛍光指示薬を含有する検出層2と、この検出層2の一方の面に積層された光学分離層3からなる。そして、検出層2と光学分離層3は、互いに化学結合をしている。
One embodiment of the
検出層2は、図2に示すように、蛍光指示薬201が検出層用基材202に担持された構造である。一方、光学分離層3は、図3に示すように、不透明物質301が光学分離層用基材302に担持された構造である。
As shown in FIG. 2, the
インジケータ層1は、光学分離層3がセンサーの外表面側を向くように配置され、センサーに設けられた際には生体組織と接触する。一方、検出層2はセンサー内部側にあり、生体組織とは接触しない。
The
センサーの構造は、原理的に、光源4と光検出器5が配置されており、光源4からの光を検出層2に照射することで、検出層2内の蛍光指示薬201が被測定物質の量に応じて蛍光を示し、その蛍光を光検出器5が受光する。光検出器5は、光電変換素子であり、受光した光量に応じた電気信号を出力する。この出力された電気信号から被測定物質の量が測定されることになる。なお、光源4や光検出器5の配置は、実際には、センサーの構成に応じて様々である。
In principle, the
蛍光指示薬201は、被測定物質によって選択され、被測定物質の量に応じてその蛍光の性質が可逆的に変化する蛍光指示薬ならば、どのようなものでも使用できる。たとえば、生体内の水素イオン濃度や二酸化炭素を測定するセンサーの場合には、ヒドロキシピレントリスルホン酸誘導体、糖類の測定には蛍光残基を有するフェニルボロン酸誘導体、カリウムイオンの測定には蛍光残基を有するクラウンエーテル誘導体などを、蛍光物質として含むものが用いられる。
As the
糖類の測定には、蛍光物質として蛍光フェニルボロン酸誘導体を含むものが使用されるが、なかでも蛍光物質として、下記化学式(1)に示される、2つのフェニルボロン酸と蛍光残基としてアントラセンを含む化合物は検出感度において優れている。 For the measurement of saccharides, a fluorescent substance containing a fluorescent phenylboronic acid derivative is used. Among them, as the fluorescent substance, two phenylboronic acids represented by the following chemical formula (1) and anthracene as a fluorescent residue are used. The contained compound is excellent in detection sensitivity.
(ただし、化学式(1)中、Qは蛍光残基であり、R1,R2,およびR3のうち少なくとも一つは前記検出層の前記基材と結合するための活性基であり、R4,R5,R6,およびR7は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリル基、アリルアルケニル基、置換アルキル基、オキシアルキル基、アシル基、およびハロゲン原子よりなる群から選択された少なくとも一つの置換基である)
また、この化学式(1)の蛍光残基は置換されていてもよい。たとえば、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ベンツアントラセン、ビレン、クマリンなどを用いることができるが、なかでもアントラセンがその蛍光的な性質から好ましい。
(In the chemical formula (1), Q is a fluorescent residue, and at least one of R1, R2, and R3 is an active group for binding to the substrate of the detection layer; R6 and R7 are at least one substituent selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an allyl group, an allylalkenyl group, a substituted alkyl group, an oxyalkyl group, an acyl group, and a halogen atom)
Moreover, the fluorescent residue of this chemical formula (1) may be substituted. For example, naphthalene, anthracene, phenanthrene, benzanthracene, bilene, coumarin and the like can be used, and among these, anthracene is preferable because of its fluorescent properties.
検出層2は、このような蛍光指示薬201とそれを担持する検出層用基材202より構成されている。これは、センサーにおいて蛍光指示薬201が流出しないようにするためである。蛍光指示薬201と検出層用基材202は、共有結合形成、電気的、疎水的、その他の相互作用で結合を形成していることが好ましい。
The
このような検出層2は、たとえば活性基を持つ蛍光指示薬201を、それと反応する活性基を持った検出層用基材202に結合させて得ることができる。
Such a
その際、両者の間に適当な長さのスペーサーを導入することもできる。スペーサーは、アルキル鎖、ポリエーテル鎖などが使用できる。スペーサーの導入によって、蛍光指示薬201の運動性が向上することによってセンサー感度が向上し、導入反応時の標識効率が向上する効果が得られる。
At that time, a spacer having an appropriate length may be introduced between the two. As the spacer, an alkyl chain, a polyether chain, or the like can be used. By introducing the spacer, the mobility of the
蛍光指示薬201を担持する検出層用基材202としては、光透過性を持つ高分子物質が使用できる。特に、セルロース、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールが好ましいが、ここに例示した限りではない。
As the detection
蛍光指示薬201を結合させるためには、検出層用基材202に適当な活性基が存在することが必要である。活性基がない場合は後から導入することも可能である。
In order to bind the
活性基は、蛍光指示薬201の活性基および光学分離層用基材302の活性基ともに、たとえば、アミノ基、カルボン酸基、水酸基、ハロゲン化カルボン酸基、スルホン酸基、ハロゲン化スルホン酸基、チオール基、イソシアネート基、イソチオシアネート基などがあげられる。
The active group includes, for example, an amino group, a carboxylic acid group, a hydroxyl group, a halogenated carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a halogenated sulfonic acid group, together with the active group of the
活性基を持つ蛍光指示薬201と活性基を持つ検出層用基材202とは(またスペーサーを入れる場合にはスペーサーも)、必要に応じて適当な溶媒、触媒、縮合剤存在下または非存在下で反応を行い、結合させることができる。
The
蛍光フェニルボロン酸誘導体を検出層用基材202に結合させる場合は、化学式(1)に示した、2つの窒素原子のどちらかまたは両方から検出層用基材202を結合させる(R1,R2)、または蛍光残基に結合させる(R3)などの方法で行うことができ、蛍光指示薬201と検出層用基材202の間に前記の適当なスペーサーを介していてもよい。
When the fluorescent phenylboronic acid derivative is bonded to the
光学分離層3は、不透明物質301とそれを担持する光学分離層用基材302よりなる。光学分離層3は、光源4からの励起光の遮蔽、検出層2の蛍光指示薬201から発生する蛍光の遮敵、蛍光指示薬201から発生する以外の外部由来の光の遮敵、生体内の有色物質や蛍光物質の影響を排除するといった機能がある。
The
これらの遮蔽機能は、測定値の信頼性を向上させるばかりでなく、センサーに要求される励起光や蛍光によるセンサー周辺の生体組織への悪影響を防止するという効果がある。 These shielding functions not only improve the reliability of measured values, but also have an effect of preventing adverse effects on the living tissue around the sensor due to excitation light and fluorescence required for the sensor.
光学分離層3に使用する不透明物質301は、光源4からの励起光および蛍光指示薬201が発する蛍光が透過しないものであればよく、紫外線、可視光、赤外線などの光を透過させず、かつ、反射させない物質を使用する。特に、励起光として紫外線を用いる場合には、この紫外線をセンサー外に放射させないようにするために重要である。
The
このような不透明物質301としては、たとえば、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブなどを用いることができる。不透明物質301は、共有結合形成や電気的または疎水的相互作用によって光学分離層用基材302に担持させることができる。また、光学分離層用基材302の高分子構造に閉じ込めて担持させることもできる。
As such an
光学分離層用基材302としては、高分子物質を用いることができるが、高分子物質は架橋されていたり修飾されていたりしてもよい。
As the optical
高分子物質としては、たとえば、デキストラン、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアミドなどを用いることができる。 As the polymer substance, for example, dextran, polyacrylamide, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyamide and the like can be used.
また、光学分離層用基材302として、相転法により形成された高分子多孔質膜を用いることができる。本発明の光学分離層用基材302のための高分子多孔質膜を得る相転法は、従来より知られた方法であり、たとえば湿式製膜法が使用できる。湿式製膜法は、LoebおよびびSourirajanによって十分に確立された技術であり(Adv,Chem,Ser.38,117,1963参照)、たとえば、“Synthetic Polymer Membranes,a Structural Perspective”第2版(R.R Kesting、J.Wiley and Sons)に詳細に記載されている。
Further, as the optical
この方法は、高分子化合物を溶剤に溶解して製膜原液とし、ついで所望の形状に成形された製膜原液を該高分子化合物に対する非溶剤に浸漬して微多孔性膜を得る方法である。上記高分子多孔質膜は、セルロース誘導体、ポリサルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂などを用いることができる。セルロース誘導体としては、セルロースアセテート、硝酸セルロースなどがある。ポリスルホン系樹脂としては、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、硫酸化ポリサルホンなどがある。芳香族ポリエーテルケトン系樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトンなどがある。本発明の高分子多孔質膜の厚さは、好ましくは5〜100μmであり、5〜50μmがより好ましく、10〜20μmがさらに好ましい。下限値である5μmより薄い場合は遮光性や強度の不足が問題となり、一方、上限値である100μmよりも厚い場合は応答性が低下する。 In this method, a polymer compound is dissolved in a solvent to form a membrane forming stock solution, and then a membrane forming stock solution formed in a desired shape is immersed in a non-solvent for the polymer compound to obtain a microporous membrane. . Cellulose derivatives, polysulfone resins, polyamide resins, aromatic polyether ketone resins and the like can be used for the polymer porous membrane. Cellulose derivatives include cellulose acetate and cellulose nitrate. Examples of the polysulfone resin include polysulfone, polyethersulfone, and sulfated polysulfone. Examples of the aromatic polyether ketone resin include polyether ether ketone and polyallyl ether ketone. The thickness of the porous polymer membrane of the present invention is preferably 5 to 100 μm, more preferably 5 to 50 μm, and further preferably 10 to 20 μm. When the thickness is less than 5 μm, which is the lower limit value, there is a problem of light shielding properties and insufficient strength.
また、本発明における高分子多孔質膜の平均孔径は、好ましくは0.001〜0.1μmである。より好ましくは0.005〜0.01μmである。これは、上記高分子多孔質膜の表面を電子顕微鏡により撮像し測定した値であり、外側と内側で小さいほうの値である。また、応答速度を促進したい場合には、上記平均孔径をたとえば0.01〜0.05μmにすることが好ましい。 Moreover, the average pore diameter of the polymer porous membrane in the present invention is preferably 0.001 to 0.1 μm. More preferably, it is 0.005-0.01 micrometer. This is a value obtained by imaging and measuring the surface of the porous polymer membrane with an electron microscope, and is a smaller value on the outer side and the inner side. Moreover, when it is desired to accelerate the response speed, the average pore diameter is preferably set to 0.01 to 0.05 μm, for example.
また、本発明における高分子多孔質膜の物質透過速度(透過分子数/膜単位面積・単位時間)のグルコース/ウシ血清アルブミンの値が、10〜無限大であることが好ましい。より好ましくは20〜無限大、さらに好ましくは40〜無限大である。初期物質透過速度は、透析膜の評価に通常用いられる拡散セルを用いた実験結果から算出した。実験条件は、単室容積が50mL、試験膜の有効表面積が4.9cm2、温度は37℃で行った。供与側セルには擬似体液組成液としてグルコース100mg/mL(w/v)、ウシ血清アルブミン5%(w/v)のリン酸緩衝生理食塩水液溶液を入れ、受容側セルにはリン酸緩衝生理食塩水液溶液のみを入れ、各セル中のそれぞれの成分の濃度変化を一定時間ごとに測定した。
Moreover, it is preferable that the value of glucose / bovine serum albumin of the substance permeation rate (number of permeation molecules / membrane unit area / unit time) of the polymer porous membrane in the present invention is 10 to infinity. More preferably, it is 20 to infinity, and more preferably 40 to infinity. The initial substance permeation rate was calculated from the experimental results using a diffusion cell usually used for evaluation of dialysis membranes. The experimental conditions were a single chamber volume of 50 mL, an effective surface area of the test membrane of 4.9 cm 2 , and a temperature of 37 ° C. The donor cell contains a phosphate buffered saline solution of
光学分離層用基材302に、たとえばデキストランを用いる場合は、デキストラン溶液に不透明物質301を懸濁させ、架橋することによってデキストランの網目構造に不透明物質301を保持することができる。
When dextran, for example, is used for the optical
また光学分離層3は、被測定物質を透過させ、かつ少なくとも一種類以上の被測定物質以外の生体成分を透過させない機能を持つ。これには、光学分離層用基材302の分子量、架橋度、化学構造を制御し、光学分離層3中に適当な大きさの間隙を作ることによって得られる。その他に、物理的または化学的手法によって穿孔するなどの方法でもよい。
The
いくつかの生体成分は、蛍光指示薬201と被測定物質の相互作用や蛍光発光特性を妨害する。したがって、インジケータ層1においては、光学分離層3にそれらの生体成分を検出層2まで到達させない機能を持たせることは非常に有用となる。
Some biological components interfere with the interaction between the
たとえば、血球類、生体由来の蛋白質や多糖類などを排除できる光学分離層3が好ましい。糖質やイオン類を被測定物質とするセンサーの場合、その分子量の違いを利用して、被測定物質のみを透過させ、血球や蛋白質を透過させない光学分離層3を作成することができる。
For example, the
光学分離層用基材302としては、センサーを体内に埋込んだ際に、インジケータ層1の最外面となる光学分離層3自体が、その表面において種々の生体反応に起因して物性変化しないように、また、インジケータ層1が生体に与える影響を少なくするために、生体適合性に優れる高分子物質を用いることが好ましい。
As the optical
このような高分子物質としては、たとえば、デキストラン、セルロース誘導体、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリサルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂などがあげられる。また生体適合性を向上させるため、さらにこれらの高分子物質の表面を改質したり化合物を結合させたりしてもよい。 Examples of such a polymer substance include dextran, cellulose derivatives, polyacrylamide, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, cellulose, polysulfone resin, polyamide resin, and aromatic polyether ketone resin. Further, in order to improve biocompatibility, the surface of these polymer substances may be further modified or a compound may be bound.
さらに、光学分離層3は、検出層2を劣化させ、また、蛍光特性を狂わせるおそれのある生体物質を透過させない機能を有する。具体的には、たとえば、生体中に存在し蛍光指示薬201を劣化させるおそれのあるラジカル、酸化性物質、還元性物質、または蛍光指示薬201の光分解を促進する物質などを不活性化、または吸着させて、これらの物質が検出層2に届かないようにする。これは、たとえば、蛍光指示薬201と被測定物質の相互作用に影響する生体物質が検出層2に到達すると、蛍光指示薬201の蛍光特性を変化させてしまったり、また蛍光や有色の生体物質自体が検出層2に到達して測定結果に狂いが生じることがある。そこで、このような物質を検出層2まで到達しないようにするのである。
Furthermore, the
これには、光学分離層用基材302にこれらの作用のある物質を付与したり、それ自体にこれらの作用を持った不透明物質301を使用する。
For this purpose, a substance having these functions is applied to the optical
より具体的な例をあげると、光学分離層用基材302にビタミンE、ポリフエノール類、金属キレート類などを修飾または担持することにより可能となる。また、カーボンブラック、フラーレンおよびその誘導体を不透明物質301の一つとして用いることによってもこのような機能を得ることができる。さらには、光学分離層用基材302に抗酸化剤やラジカル賦活物質を修飾したり、また妨害物質を吸着する作用のある活性炭を不透明物質301の一つとして用いるなどでもよい。
As a more specific example, it becomes possible by modifying or carrying vitamin E, polyphenols, metal chelates, etc. on the optical
このように光学分離層3に被測定物質の検出に影響を及ぼす生体成分を不活性化、または吸着する機能を付与することは、正確で再現性のある測定結果を得るために有用である。
Thus, it is useful to obtain an accurate and reproducible measurement result by providing the
そしてこのような機能を光学分離層3に持たせることで、検出層2を保護し、被測定物質の検出、測定機能を長時間にわたり維持することができるようになる。
Further, by providing the
なお、光学分離層3としては、理想的には、被測定物質のみを選択的に検出層まで透過させ、その他の生体物質は透過させないようにすることである。しかし、実際には被測定物質のみを選択的に透過させること非常に難しいか、被測定物質によって不可能である。そこで、本実施形態における光学分離層3においては、上述のように、検出層の蛍光を阻害したり、検出層2を劣化させるような生体物質を少なくとも1種類透過させないようにすることで、測定の正確性を向上させ、長期にわたる測定の安定性を得ることができるようにしているものである。
Note that, as the
光学分離層3と検出層2は、互いに化学結合していることが好ましい。化学結合とは共有結合、イオン結合、疎水結合などを指す。
The
光学分離層3と検出層2との結合は、光学分離層3に存在する活性基と検出層2に存在する活性基同士を結合させるような活性基を両端に持つ架橋剤を介して結合させる方法などで行うことができる。
The
また、光学分離層3の光学分離層用基材302の架橋の際に同時に検出層2と化学結合を形成することもできる。
Further, a chemical bond with the
たとえば、最初に検出層2を形成した後、不透明物質301と架橋剤を含む光学分離層用基材302またはその前駆体を、検出層2に積層して反応させることによっても形成することができる。
For example, after forming the
たとえば、光学分離層用基材302にデキストランを用いる場合は、不透明物質301を懸濁したデキストラン溶液を検出層2に付加した後、架橋することによって不透明物質301の保持と検出層2への結合を同時に行うことができる。
For example, when dextran is used for the
また、光学分離層用基材302に、高分子多孔質膜を用いる場合には、前記検出層の周囲に光学分離層用基材302の周辺部を樹脂用接着剤で接着させることができる。
When a polymer porous membrane is used for the optical
また、検出層2に存在する活性基に結合する活性基を有する重合化合物を用い、該重合性化合物を上記高分子多孔質膜の多孔構造内で重合させることによって、検出層2と光学分離層3との結合を形成することもできる。上記活性基を有する重合性化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエーテルや、グリシジルメタクリレート、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−(1,2−ジヒドロキシエチレン)−ビスアクリルアミド,エチレングリコールジメタクリレート、エチレンジメタクリレートなどがある。
In addition, the
なお、周辺部を接着するために用いる樹脂用接着剤としては、たとえばエポキシ系接着剤、シリコン系接着剤、アクリル系接着剤などが利用できる。 In addition, as an adhesive for resin used for bonding the peripheral portion, for example, an epoxy adhesive, a silicon adhesive, an acrylic adhesive, or the like can be used.
次に、このようなインジケータ層を用いた埋込型物質センサーについて説明する。 Next, an embedded material sensor using such an indicator layer will be described.
センサーは、原理的には、上述したように、励起光を発する光源4と、蛍光を受けるための光検出器5があればよいが、実際には、さらに、光検出器5の出力信号を増幅するアンプ、増幅後の信号処理を行うマイクロプロセッサ、外部へデータを送信するトランスミッタ、および電池などが必要である。そして、センサー自体は、センサーの全てを体内に埋め込むので、これらの部品を全て一つにパッケージしなければならない。
In principle, the sensor only needs to have the
完全埋込型センサーとする場合は、液密を保つことのできるパッケージに、蛍光検出系として少なくとも一種類以上波長の光を発する光源4と、少なくとも一種類以上の波長の光を検出することのできる光検出器5(光電変換素子)を内蔵する。
In the case of a fully embedded sensor, a
そして、パッケージの一部に本発明による体内物質測定用構成物であるインジケータ層1を設ける。このとき、光学分離層3側が生体に接触するよう外側に向けて配置し、内部の検出層2側に光源4からの励起光が照射され、検出層2からの蛍光が光検出器5に受けられるように、光源4および光検出器5を配置する。
And the
光源4としては、たとえば、発光ダイオードや半導体レーザなどを用いることができる。そして、この光源4からの励起光は、必要に応じて、光ファイバー、レンズ、鏡、プリズム、光学フィルターなどにより検出層2に照射されるようにする。一方、光検出器5は、光電変換素子であり、たとえば、フォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いる。
As the
そして、アンプ、マイクロプロセッサ、およびトランスミッタが、光検出器5からのアナログの電気信号を増幅して、デジタル信号に変換し、外部へ送信する。信号を外部に送信するためには、たとえば、アンテナをセンサーの内部または外部で液密に保たれた部分に設けて送信する。または、信号を経皮的に生体内に流して送信するようにしてもよい。
Then, the amplifier, the microprocessor, and the transmitter amplify the analog electrical signal from the
より具体的な完全埋込型センサーの一例を説明する。 A more specific example of a fully embedded sensor will be described.
図4は完全埋込型センサーの外観を示す斜視図であり、図5は検出装置の内部構造を示す部分破断斜視図であり、図6は図4におけるA−A線に沿う断面図であり、図7は図6に示した断面におけるインジケータ層、光学導波路、光検出器などの部分の拡大断面図ある。 4 is a perspective view showing the external appearance of the fully embedded sensor, FIG. 5 is a partially broken perspective view showing the internal structure of the detection device, and FIG. 6 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of portions such as an indicator layer, an optical waveguide, and a photodetector in the cross section shown in FIG.
このセンサーは、外観上、その内部を液密に保つようにパッケージするハウジング11と、インジケータ層1のみを露出させる窓部12と、体外のシステムと通信するためのアンテナ部13を有する。
This sensor has a
センサー内部は、体内の体液と接触し、被測定物質の濃度を感知するインジケータ層1と、内部を液密に保つために窓部12を塞ぐように設けられ、インジケータ層1が密着されている透明層22と、励起光を発する光源23と、光源23からの光をインジケータ層1まで導く光学導波路24と、インジケータ層1からの蛍光を検出する光検出器25と、光検出器25からの信号データを処理する集積回路26と、内部の電源である電池27が搭載されている。
The inside of the sensor is in contact with the bodily fluid in the body and senses the concentration of the substance to be measured, and is provided so as to close the
インジケータ層1は、液体を通さない透明な透明層22のさらに外側に密接させて配置されている。透明層22はハウジング11とともに、センサー内部を外部から液密に保つ。ハウジング11は、たとえば、チタンなどの生体適合性に優れた素材を用いることが好ましい。
The
このセンサーは、光源23からの光を発光部となる光学導波路24を通して導き、インジケータ層1に対して励起光として照射することで、インジケータ層1が、体内の被測定物質濃度に応じた蛍光を呈し、その蛍光が光検出器25によって電気信号に変換される。
This sensor guides the light from the
光学導波路24は、インジケータ層1と光検出器25の間に挟まるように設置されている。光学導波路24は、たとえば、光ファイバーなどである。
The
この光学導波路24には、光検出器25側に凹形状の遮光層41が設けられている。この遮光層41は、たとえば、ステンレスパイプなどの金属パイプを図示するように、光学導波路24の光検出器25側を覆うように加工したもの、また、光学導波路24の光検出器25側のみをメッキ加工したものなどである。なお、遮光層41の内面43(すなわち、光学導波路24側)は、光を反射することが好ましい。
The
このような光学導波路24によって光源23から導かれた光は、遮光層41により光検出器25側へは照射されず、インジケータ層1にのみ照射される。
The light guided from the
光検出器25は、インジケータ層1からの蛍光を受け、受光した光の量に応じた電気信号に変換する受光素子である。
The
透明層22と光検出器25間には、適度な間隔32が設けられている。この間隔32の部分は、ほぼ屈折率が1の空気あるいは窒素ガスなどの気体を充填しておく。
An
インジケータ層1中の検出層2は、励起光を受け取り、被測定物質の濃度に応じた蛍光を呈し、拡散光として周囲に放射する。放射された蛍光は、透明層22を通過し、隙間を経由し、光検出器25に照射されて電気信号に変換される。このとき、光学導波路24から放射された光は、光検出器25とは逆方向のインジケータ層1にのみ放射され、その結果、光検出器25に直接励起光が照射されることはない。
The
一方、透明層22の光検出器25側の面は、ほぼ屈折率が1の空気あるいは窒素ガス等の気体に接触している。したがって、透明層22とインジケータ層1との間の界面44での励起光の全反射角は、反対側の透明層22の界面45での全反射角より必ず大きくなり、その結果、界面44で全反射した励起光が光検出器25に照射されることが実質的に回避され、光検出器25は、照射される光の成分中、インジケータ層1からの蛍光成分を効率的に受けることができるのである。
On the other hand, the surface of the
集積回路26は、アンプ、マイクロプロセッサ、およびトランスミッタを一つとしたものである。集積回路26は、光検出器25からの電気信号を処理し、一時記憶して、適時、ハウジング外面に設置されたアンテナ部13から体外のシステムに送信する。
The
アンテナ部13は、その内部にはアンテナ用コイル28が体液と接触しないように樹脂等に包埋されて設けられる。
The
なお、ハウジング11内部は、ハウジング11の窓部12の周囲に接着剤50によって透明層22が固着されており、集積回路26や検出器25がスペーサー基板51上に配置され、このスペーサー基板51がスペーサー52によって支持されることで、検出器25と透明層22との間に所定の間隔32を保つようにしている。このように、スペーサー基板51とスペーサー52によって検出器25と透明層22との間に所定の間隔32を保つようにすることで、ハウジング11を形成する部材として金属以外の樹脂によるソフトパッケージを用いた場合でも、所定の間隔32を常に維持することが可能となる。
In the
次に実施例によって本発明をさらに説明する。 The following examples further illustrate the invention.
(実施例1)
グルコース測定用インジケータ層の作成1
(1)蛍光指示薬「9,10−ビス((N−メチル−N−(オルト−ボロノベンジル)アミノ)メチル)アントラセン−2−カルボン酸」の合成
A.メチル−9,10−ビス(ブロモメチル)アントラセン−2−カルボン酸の合成
メチル−9,10−ジメチルアントラセン−2−カルボン酸360mL、N−ブロモスクシンイミド540mg、および過酸化ベンゾイル5mgを、クロロホルム4mLと四塩化炭素10mLの混合物に加え、2時間加熱還流を行った。溶媒を除去後、残渣をメタノールで抽出し、430mgのメチル−9,10−ビス(ブロモメチル)アントラセン−2−カルボン酸を得た。
Example 1
Creating an indicator layer for
(1) Synthesis of fluorescent indicator “9,10-bis ((N-methyl-N- (ortho-boronobenzyl) amino) methyl) anthracene-2-carboxylic acid” Synthesis of methyl-9,10-bis (bromomethyl) anthracene-2-carboxylic acid 360 mL methyl-9,10-dimethylanthracene-2-carboxylic acid, 540 mg N-bromosuccinimide, and 5 mg benzoyl peroxide were mixed with 4 mL chloroform and 4 The mixture was added to a mixture of 10 mL of carbon chloride and heated to reflux for 2 hours. After removing the solvent, the residue was extracted with methanol to obtain 430 mg of methyl-9,10-bis (bromomethyl) anthracene-2-carboxylic acid.
B.メチル−9,10−ビス(アミノメチル)アントラセン−2−カルボン酸の合成
前記Aで得られたメチル−9,10−ビス(ブロモメチル)アントラセン−2−カルボン酸400mgを60mLのクロロホルムに湯お買いし、2Mのメチルアミンのメタノール溶液8mLを加え、室温で4時間攪拌した。溶媒除去後、メタノール/クロロホルムを溶離液とするシリカゲルカラムで精製し、メチル−9,10−ビス(アミノメチル)アントラセン−2−カルボン酸235mgを得た。
B. Synthesis of methyl-9,10-bis (aminomethyl) anthracene-2-
C.9,10−ビス((N−メチル−N−(オルト−ボロノベンジル)アミノ)メチル)アントラセン−2−カルボン酸の合成
前記Bで得られたメチル−9,10−ビス(アミノメチル)アントラセン−2−カルボン酸200mg、2−(2−ブロモメチルフェニル)−1,3−ジオキサボリナン700mg、N,N―ジイソプロピルエチルアミン0.35mLを3mLのジメチルホルムアミドに溶解し、室温で16時間攪拌した。溶媒除去後、メタノール/クロロホルムを溶離液とするシリカゲルカラムで精製し、メチルエステル194mgを得た。
C. Synthesis of 9,10-bis ((N-methyl-N- (ortho-boronobenzyl) amino) methyl) anthracene-2-carboxylic acid Methyl-9,10-bis (aminomethyl) anthracene-2 obtained in B -
これを5mLのメタノールに溶解し、4Nの水酸化ナトリウム1mLを加えて、室温で10時間攪拌した。その後、塩酸で中和し、ゲルろ過によって無機塩を除去し、9,10−ビス((N−メチル−N−(オルト−ボロノベンジル)アミノ)メチル)アントラセン−2−カルボン酸180g得た。 This was dissolved in 5 mL of methanol, 1 mL of 4N sodium hydroxide was added, and the mixture was stirred at room temperature for 10 hours. Then, it neutralized with hydrochloric acid, the inorganic salt was removed by gel filtration, and 180 g of 9,10-bis ((N-methyl-N- (ortho-boronobenzyl) amino) methyl) anthracene-2-carboxylic acid was obtained.
得られた9,10−ビス((N−メチル−N−(オルト−ボロノベンジル)アミノ)メチル)アントラセン−2−カルボン酸は、融点121℃、DMSO−d6中の1H−NMRデータは、2.15ppm(d,6H,N−CH3)、4.10ppm(m,4H,N−CH2−benzene)、4.45ppm(m,4H,N−CH2−anthracene)、7.55−8.90ppm(m,15H,N−CH2−aromatic)であった。 The resulting 9,10-bis ((N-methyl-N- (ortho-boronobenzyl) amino) methyl) anthracene-2-carboxylic acid has a melting point of 121 ° C. and 1 H-NMR data in DMSO-d 6 is 2.15 ppm (d, 6 H, N—CH 3 ), 4.10 ppm (m, 4 H, N—CH 2 -benzene), 4.45 ppm (m, 4 H, N—CH 2 -anthracene), 7.55- It was 8.90 ppm (m, 15 H, N—CH 2 -aromatic).
上記蛍光指示薬の作成過程の反応を示す化学式を下記に示す。 The chemical formula showing the reaction in the preparation process of the fluorescent indicator is shown below.
(2)グルコース測定用検出層の作成
エチレングリコールジグリシジルエーテル1.25gを4mLのジメチルスルホキシドに溶解させ、さらに60mgの水酸化ナトリウムを含む16mLの蒸留水を加え、10cm×l0cmの浅い角型ステンレス容器に入れた。
(2) Preparation of detection layer for glucose measurement 1.25 g of ethylene glycol diglycidyl ether was dissolved in 4 mL of dimethyl sulfoxide, and 16 mL of distilled water containing 60 mg of sodium hydroxide was added, and 10 cm × 10 cm shallow square stainless steel Placed in a container.
この容器内に、10cm四方に切断した再生セルロース膜(Cuprophan)を静かに浸し、室温で20分反応した後反応液を除去し、40mLの蒸留水で静かに4回洗浄を行った。 A regenerated cellulose membrane (Cuprophan) cut into 10 cm square was gently immersed in this container, reacted at room temperature for 20 minutes, then the reaction solution was removed, and gently washed 4 times with 40 mL of distilled water.
続いて、同様の容器に入れた20mLの4.2%(w/v)1,6‐へキサンジアミン水溶液に浸し、室温で2時間反応した後反応液を除去し、40mLの蒸留水で4回、20mLのジメチルホルムアミドで2回静かに洗浄を行い活性化セルロース膜を得た。 Subsequently, the sample was immersed in 20 mL of 4.2% (w / v) 1,6-hexanediamine aqueous solution in the same container, reacted at room temperature for 2 hours, then the reaction solution was removed, and 4 mL with 40 mL of distilled water. This was gently washed twice with 20 mL of dimethylformamide to obtain an activated cellulose membrane.
上記(1)で得られた9,10−ビス((N−メチル−N−(オルト−ボロノベンジル)アミノ)メチル)アントラセン−2−カルボン酸20mg、1−(3−(ジメチルアミノ)プロピル)‐3−エチルカルボジイミド12mg、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール8mgをジメチルホルムアミド10mLに溶解して同様の容器に取り、上記反応で作成した活性化セルロース膜を浸す。
9,10-bis ((N-methyl-N- (ortho-boronobenzyl) amino) methyl) anthracene-2-
室温で17時間反応させた後、20mLのジメチルホルムアミドで3回、40mLの0.01N塩酸で2回、40mLの蒸留水で3回洗浄し、50mMのリン酸緩衝液(pH=7,0)に10時間以上浸漬洗浄した。 After reacting at room temperature for 17 hours, it was washed 3 times with 20 mL of dimethylformamide, twice with 40 mL of 0.01N hydrochloric acid and 3 times with 40 mL of distilled water, and then 50 mM phosphate buffer (pH = 7.0) For 10 hours or more.
(3)インジケータ層の作成
デキストラン7gを175mLの蒸留水に50℃で撹拝溶解させ、さらにカーボンブラック5gを加えた後、均一に分散するまで超音波処理を行った。そこに50%水酸化ナトリウム水溶液3.5mLとエチレングリコールジグリシジルエーテル6.5gを加え、45℃で30分間撹幹を行った。このようにして得られた溶液が、光学分離層を形成するための前駆体となる。この段階で、デキストランの架橋、重合、および官能基の導入が部分的に生じる。
(3) Preparation of indicator layer 7 g of dextran was stirred and dissolved in 175 mL of distilled water at 50 ° C., and 5 g of carbon black was added, followed by sonication until uniformly dispersed. Thereto, 3.5 mL of a 50% aqueous sodium hydroxide solution and 6.5 g of ethylene glycol diglycidyl ether were added, and the mixture was stirred at 45 ° C. for 30 minutes. The solution thus obtained becomes a precursor for forming the optical separation layer. At this stage, dextran crosslinking, polymerization, and functional group introduction occur in part.
この溶液をさらに230mLの蒸留水を加えてよく撹拝した後、この混合溶液を噴霧器に投入した。 The solution was further stirred by adding 230 mL of distilled water, and the mixed solution was put into a sprayer.
上記(2)で作成したグルコース測定用検出層を平らなガラス板に固定し、上記混合溶液を均一に噴霧し、さらに45℃のオーブンで30分乾燥を行って光学分離層を形成した。この加熱乾燥により、デキストラン内部における架橋、重合がさらに進行して網目構造ができあがると共に、検出層との結合が行われる。これにより本発明に係るインジケータ層となる薄膜を得た。 The glucose measurement detection layer prepared in the above (2) was fixed to a flat glass plate, the mixed solution was sprayed uniformly, and further dried in an oven at 45 ° C. for 30 minutes to form an optical separation layer. By this heat drying, cross-linking and polymerization inside the dextran further progress to complete a network structure and bond with the detection layer. This obtained the thin film used as the indicator layer based on this invention.
(実施例2)
グルコース測定用インジケータ層の作成2
A.検出層の作成
8gの過塩素酸水溶液(有効塩素濃度5%)と、5mLの12N水酸化ナトリウム水溶液を蒸留水15mLと混合し、10cm×10cmの浅い角型ステンレス容器に取り、0℃に冷却した。この容器内に、10cm四方に切断したポリアクリルアミド膜を静かに浸し、−5℃で2時間反応させた。
(Example 2)
Preparation of indicator layer for
A. Preparation of detection layer 8 g of perchloric acid aqueous solution (
反応液を除去し、40mLの蒸留水で4回、20mLのジメチルホルムアミドで2回静かに洗浄を行い、活性化ポリアクリルアミド膜を得た。 The reaction solution was removed and washed gently 4 times with 40 mL distilled water and twice with 20 mL dimethylformamide to obtain an activated polyacrylamide membrane.
実施例1で合成した9,10−ビス((N−メチル−N−(オルト−ボロノベンジル)アミノ)メチル)アントラセン−2−カルボン酸20mg、1−(3−(ジメチルアミノ)プロピル)‐3−エチルカルボジイミド12mg、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール8mgをジメチルホルムアミド10mLに溶解して同様の容器に取り、上記反応で作成した活性化ポリアクリルアミド膜を浸す。
9,10-bis ((N-methyl-N- (ortho-boronobenzyl) amino) methyl) anthracene-2-
室温で17時間反応させた後、20mLのジメチルホルムアミドで3回、40mLの0.01N塩酸で2回、40mLの蒸留水で3回洗浄し、50mMのリン酸緩衝液(pH=7.0)に10時間以上浸潰洗浄した。 After reacting at room temperature for 17 hours, it was washed 3 times with 20 mL of dimethylformamide, twice with 40 mL of 0.01N hydrochloric acid and 3 times with 40 mL of distilled water, and then 50 mM phosphate buffer (pH = 7.0). For 10 hours or more.
B.光学分離層の検出層への付与
デキストラン7gを175mLの蒸留水に50℃で撹拝溶解させ、さらにカーボンブラック5gを加えた後、均一に分散するまで超音波処理を行った。そこに、50%水酸化ナトリウム水溶液3.5mLとエチレングリコールジグリシジルエーテル6.5gを加え、45℃で30分問撹幹し、光学分離層となる前駆体を得た。さらにこの溶液を230mLの蒸留水を加えて、この混合溶液を噴霧器に入れた。
B. Application of optical separation layer to detection layer 7 g of dextran was stirred and dissolved in 175 mL of distilled water at 50 ° C., and 5 g of carbon black was added, followed by sonication until evenly dispersed. Thereto, 3.5 mL of a 50% aqueous sodium hydroxide solution and 6.5 g of ethylene glycol diglycidyl ether were added, and the mixture was stirred at 45 ° C. for 30 minutes to obtain a precursor serving as an optical separation layer. Further, 230 mL of distilled water was added to this solution, and this mixed solution was put in a sprayer.
前記Aで作成した検出層を平らなガラス板に固定し、上記混合溶液を均一に噴霧し、さらに45℃のオーブンで30分乾燥を行って光学分離層を形成し、本発明に係るインジケータ層となる薄膜を得た。 The detection layer prepared in A is fixed to a flat glass plate, the mixed solution is uniformly sprayed, and further dried in an oven at 45 ° C. for 30 minutes to form an optical separation layer. The indicator layer according to the present invention A thin film was obtained.
(実施例3)
グルコース測定用インジケータ層の作成3
デキストラン7gを175mLの蒸留水に50℃で撹持溶解させ、さらにフラーレン5gを加えた後、均一に分散するまで超音波処理を行った。それに50%水酸化ナトリウム水溶液3.5mLとエチレングリコールジグリシジルエーテル6.5gを加え、45℃で30分問攪拌し、光学分離層となる前駆体を得た。さらにこの溶液を230mLの蒸留水を加えて、この混合溶液を噴霧器に入れる。
Example 3
Preparation of indicator layer for
7 g of dextran was stirred and dissolved in 175 mL of distilled water at 50 ° C., and 5 g of fullerene was further added, followed by sonication until it was uniformly dispersed. Thereto were added 3.5 mL of a 50% aqueous sodium hydroxide solution and 6.5 g of ethylene glycol diglycidyl ether, and the mixture was stirred at 45 ° C. for 30 minutes to obtain a precursor serving as an optical separation layer. Further, 230 mL of distilled water is added to the solution, and the mixed solution is put into a sprayer.
前記実施例1の(2)で作成したグルコース測定用検出層を平らなガラス板に固定し、上記混合溶液を均一に噴霧し、さらに45℃のオーブンで30分乾燥を行って光学分離層を形成し、本発明に係るインジケータ層となる薄膜を得た。 The glucose measurement detection layer prepared in (2) of Example 1 was fixed on a flat glass plate, the above mixed solution was sprayed uniformly, and further dried in an oven at 45 ° C. for 30 minutes to form an optical separation layer. A thin film was formed to be an indicator layer according to the present invention.
(実施例4)
グルコース測定用インジケータ層の作成4
セルロースジアセテート20gをジメチルホルムアミド150gに溶解し、トリエチレングリコール50gを加え、さらにカーボンブラック6gを加えて均一になるまで攪拌分散を行った。得られたスラリーを50μmのクリアランスに調整したアプリケーターを用いてガラス平板上にキャストし、30%DMF水溶液中で凝固させ、さらに5%グリセリン水溶液中に浸漬し、ガラス平板より剥離した膜を回収して5%グリセリン水溶液で十分洗浄した後、室温で24時間乾燥し、光学分離層を得た。電子顕微鏡により観察された膜表面の平均孔径は0.01μmであり、グルコース透過速度/ウシ血清アルブミン透過速度は71.6であった。
Example 4
Preparation of indicator layer for
20 g of cellulose diacetate was dissolved in 150 g of dimethylformamide, 50 g of triethylene glycol was added, and 6 g of carbon black was further added and stirred and dispersed until uniform. The obtained slurry was cast on a glass plate using an applicator adjusted to a clearance of 50 μm, solidified in a 30% DMF aqueous solution, further immersed in a 5% glycerin aqueous solution, and the film peeled off from the glass plate was collected. After sufficiently washing with a 5% glycerin aqueous solution, it was dried at room temperature for 24 hours to obtain an optical separation layer. The average pore diameter of the membrane surface observed by an electron microscope was 0.01 μm, and the glucose transmission rate / bovine serum albumin transmission rate was 71.6.
前記実施例1の(2)で作成したグルコース測定用検出層を平らなガラス板に固定し、検出層より大きめに切り抜いた光学分離層を積層して周囲(外周端から0.5〜1mmの部分)をエポキシ系接着剤で固定し、本発明に係るインジケータ層となる薄膜を得た。 The detection layer for glucose measurement prepared in (2) of Example 1 was fixed to a flat glass plate, and an optical separation layer cut out larger than the detection layer was laminated, and the periphery (0.5 to 1 mm from the outer peripheral edge) was laminated. Part) was fixed with an epoxy adhesive to obtain a thin film to be an indicator layer according to the present invention.
(評価1)
インジケータ層のグルコース応答性の評価
インジケータ層のグルコース応答性評価を行った。なお、比較のために実施例1の(2)で作成したグルコース測定用検出層のみを用いたインジケータ層(すなわち光学分離層のないもの)を比較例とした(以下比較例は同様のものである)。
(Evaluation 1)
Evaluation of the glucose response of the indicator layer The glucose response of the indicator layer was evaluated. For comparison, an indicator layer using only the glucose measurement detection layer prepared in (2) of Example 1 (that is, the one without an optical separation layer) was used as a comparative example (hereinafter, the comparative examples are the same). is there).
この評価は、インジケータ層を評価装置に固定し、血漿中で蛍光強度のグルコース濃度に対する応答性を評価した。 In this evaluation, the indicator layer was fixed to the evaluation apparatus, and the response of the fluorescence intensity to the glucose concentration in plasma was evaluated.
図8は、インジケータ層のグルコース応答性を評価するための評価装置の構造を示す概略図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the structure of an evaluation apparatus for evaluating the glucose responsiveness of the indicator layer.
この評価装置は、インジケータ層1を固定し内部に液体を循環することのできるフローセル51と、フローセル51のインジケータ層1を固定した面に励起光を照射するための光源4と、インジケータ層1からの蛍光放射光を受光する光検出器5と、を有する。なお、実際の装置においては、光源4から励起光は、光源となる発光ダイオードなどから光ファイバーによって導かれた光がインジケータ層に向かって照射されるようになっている。また、光検出器5はインジケータ層の蛍光を光ファイバーによって受光して、蛍光分光光度計まで導くようになっている。ここで、励起波長は380nm、測定波長は440nmを用いた。
This evaluation apparatus includes a
図9は、実施例1、2、4および比較例で作成されたインジケータ層のグルコース応答性評価の結果を示すグラフである。 FIG. 9 is a graph showing the results of the glucose responsiveness evaluation of the indicator layers created in Examples 1, 2, 4 and the comparative example.
検出層の検出層用基材がセルロースである実施例1、検出層の検出層用基材がポリアクリルアミドである実施例2、および検出層用基材がセルロースである実施例4のインジケータ層は、いずれも良好なグルコース応答性を示したが、光学分離層がない比較例はほとんど応答性がなかった。 Example 1 in which the detection layer substrate of the detection layer is cellulose, Example 2 in which the detection layer substrate of the detection layer is polyacrylamide, and Example 4 in which the detection layer substrate is cellulose are the indicator layers. Both showed good glucose responsiveness, but the comparative example without the optical separation layer had almost no responsiveness.
これは、比較例においては、光学分離層がないため血漿中の物質が検出層の蛍光指示薬との相互作用を妨害し、発生する蛍光を効率よく収集できないため、または光学分離層がないために蛍光指示薬以外から由来の光を拾ったなどの理由によるものと考えられる。 This is because, in the comparative example, since there is no optical separation layer, substances in plasma interfere with the interaction with the fluorescent indicator in the detection layer, and the generated fluorescence cannot be collected efficiently, or there is no optical separation layer. This is probably because light from a source other than the fluorescent indicator was picked up.
以上のように、このように、本発明を適用した実施例1および2では光学分離層を用いることで、確実にグルコースを測定できることがわかる。 As described above, it can be seen that in Examples 1 and 2 to which the present invention is applied, glucose can be reliably measured by using the optical separation layer.
(評価2)
インジケータ層の励起光および蛍光遮蔽効果の評価
インジケータ層を前記評価装置に固定して405nmの励起光を当て、センサー上面の光学分離層側に配置した光検出器によって励起光および蛍光の漏れを測定した。光検出器には、360nmから500nmまでの光を連続して感知することができるものを用いた。
(Evaluation 2)
Evaluation of the excitation light and fluorescence shielding effect of the indicator layer The indicator layer is fixed to the evaluation device and irradiated with excitation light of 405 nm, and the leakage of excitation light and fluorescence is measured by a photodetector arranged on the optical separation layer side of the upper surface of the sensor. did. A photodetector capable of continuously sensing light from 360 nm to 500 nm was used.
実施例1、2および4で作成されたインジケータ層、および比較例のインジケータ層を用いて比較評価を行った。 Comparative evaluation was performed using the indicator layers prepared in Examples 1, 2, and 4 and the indicator layer of the comparative example.
図10は、実施例1、2、4および比較例の光漏れ評価の結果を示すグラフである。なお、光の漏れは光学分離層のない比較例の検出層を測定した結果(測定値)を100として相対値で示した。 FIG. 10 is a graph showing the results of light leakage evaluation of Examples 1, 2, and 4 and the comparative example. The light leakage was shown as a relative value, with the result (measurement value) obtained by measuring the detection layer of the comparative example having no optical separation layer as 100.
図示するように、比較例に対して実施例1、2、および4で作成されたインジケータ層は、光漏れがほとんどないことがわかる。このことは、このインジケータ層を体内埋込型センサーに用いた場合に、その外側に位置する光学分離層が有効に光を遮敵するできることを示している。したがって、たとえば、励起光としてセンサー内部で紫外線などを用いる場合には、紫外線がセンサー外へ漏れて生体組織へ影響を与えることを防止することができる。また逆に生体内に埋め込まれたセンサーに生体組織を透過した光が入り込んで蛍光検出が妨害されるのを防止することができる。 As shown in the figure, it can be seen that the indicator layers prepared in Examples 1, 2, and 4 with respect to the comparative example have almost no light leakage. This indicates that, when this indicator layer is used for an implantable sensor, the optical separation layer located outside thereof can effectively block light. Therefore, for example, when ultraviolet light or the like is used as the excitation light inside the sensor, it is possible to prevent the ultraviolet light from leaking out of the sensor and affecting the living tissue. On the contrary, it is possible to prevent the fluorescence detection from being disturbed by the light transmitted through the living tissue entering the sensor embedded in the living body.
(評価3)
インジケータ層の経時的変化の評価
インジケータ層の光学分離層側のみを100mg/dlのグルコースを含有する血漿と4℃で連続的に接触させ、経時的に蛍光強度を測定して蛍光強度変化を評価した。
(Evaluation 3)
Evaluation of change over time of indicator layer Only the optical separation layer side of the indicator layer is continuously contacted with plasma containing 100 mg / dl glucose at 4 ° C., and fluorescence intensity is measured over time to evaluate changes in fluorescence intensity. did.
図11は、インジケータ層の経時的変化の評価結果を示すグラフである。なお、図11は、最初の蛍光強度を100%として相対的な蛍光強度を時間の経過によりどのように変化したかを示したグラフである。ここで用いた励起波長は405nm、測定波長は440nmである。 FIG. 11 is a graph showing the evaluation results of changes in the indicator layer over time. In addition, FIG. 11 is a graph showing how the relative fluorescence intensity has changed over time with the initial fluorescence intensity being 100%. The excitation wavelength used here is 405 nm, and the measurement wavelength is 440 nm.
実施例2、3および4の光学分離層を持つインジケータ層は、比較例である光学分離層のないインジケータ層に比較して、時間の経過による蛍光強度の低下が少ないことがわかる。これは、すなわち、実施例2および3の光学分離層を持つインジケータ層の劣化速度が遅いことを示している。 It can be seen that the indicator layers having the optical separation layers of Examples 2, 3 and 4 have less decrease in fluorescence intensity over time than the indicator layer having no optical separation layer as a comparative example. This indicates that the indicator layer having the optical separation layers of Examples 2 and 3 has a slow deterioration rate.
また、実施例3のフラーレンを不透明物質として光学分離層に持つインジケータ層は、実施例2のカーボンブラックを不透明物質として光学分離層に持つインジケータ層と比較して、さらに時間の経過による蛍光強度の低下が少なく、劣化速度が遅いことがわかる。 Further, the indicator layer having the fullerene of Example 3 as an opaque substance in the optical separation layer has a higher fluorescence intensity over time than the indicator layer of Example 2 having the carbon black as an opaque substance in the optical separation layer. It can be seen that the decrease is small and the deterioration rate is slow.
このような結果は、光学分離層が検出層の劣化防止に寄与していることを示すものであり、またフラーレンがカーボンブラックより高い劣化遅延作用を有していることを示している。これは、フラーレンやカーボンブラックが血漿中の劣化を促進する物質、たとえばラジカルなどを不活性化して、蛍光指示薬の分解が抑えられた結果によるものと考えられる。 Such a result indicates that the optical separation layer contributes to prevention of deterioration of the detection layer, and that fullerene has a higher deterioration delaying action than carbon black. This is probably because fullerene and carbon black inactivate substances that promote deterioration in plasma, such as radicals, to suppress decomposition of the fluorescent indicator.
以上説明した実施形態および実施例から、本発明に係る体内物質測定用構成物(インジケータ層)は、被測定物質に応じて蛍光を発する検出層の上に、光学分離層を設けたことで、被測定物質に対する応答特性がよくなり、また、この光学分離層が被測定物質の測定を妨げるような生体物質を検出層に届かないようにしているので、確実に被測定物質を測定することがき、また、検出層、特にその中の蛍光指示薬の劣化を抑え、長時間の連続測定が可能となっている。 From the embodiments and examples described above, the in-vivo substance measurement composition (indicator layer) according to the present invention is provided with an optical separation layer on the detection layer that emits fluorescence according to the substance to be measured. The response characteristics to the substance to be measured are improved, and the optical separation layer prevents biological substances that interfere with the measurement of the substance to be measured from reaching the detection layer, so that the substance to be measured can be reliably measured. Further, it is possible to suppress the deterioration of the detection layer, particularly the fluorescent indicator therein, and to perform continuous measurement for a long time.
以上本発明の実施形態および実施例を説明したが、本発明は、これらの実施形態および実施例に限定されるものではない。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples.
たとえば、上述した実施例では、インジケータ層として薄膜状のものを製作したが、その形状は限定されるものではく、たとえば、棒状、ペレット状などどのような形状であってもよい。また、使用目的に応じてその大きさや厚さを自由に定めることができる。この場合、光学分離層は、検出層に対して生体物質が直接接触しないように、検出層上に設けられていればよく、それらの形状や大きさも各々独立して自由に設定することができる。 For example, in the above-described embodiments, a thin film-like indicator layer is manufactured, but the shape thereof is not limited, and may be any shape such as a rod shape or a pellet shape. Further, the size and thickness can be freely determined according to the purpose of use. In this case, the optical separation layer only needs to be provided on the detection layer so that the biological substance does not directly contact the detection layer, and the shape and size of each can be freely set independently. .
さらに、本発明は、当業者によって様々に変形可能であることは言うまでもなく、それら変形例についても本発明の技術思想の範囲に含まれるものである。 Furthermore, it goes without saying that the present invention can be variously modified by those skilled in the art, and these modified examples are also included in the scope of the technical idea of the present invention.
本発明の体内物質測定用構成物は、生体内における被測定物を測定する埋込型物質センサー、特に、生体に貼り付けたり、その一部または全部を生体内に埋め込む体内埋込型センサーに好適に用いることができる。また、本発明のセンサーは、体内の被測定物質を連続的に、または間欠的に測定するために公的に用いることができる。 The composition for measuring an in-vivo substance of the present invention is an implantable substance sensor for measuring an object to be measured in a living body. It can be used suitably. In addition, the sensor of the present invention can be used publicly for continuously or intermittently measuring a substance to be measured in the body.
1…インジケータ層、
2…検出層、
3…光学分離層、
4…光源、
5…光検出器、
201…蛍光指示薬、
202…検出層用基材、
301…不透明物質、
302…光学分離層用基材。
1 ... indicator layer,
2 ... detection layer,
3 ... optical separation layer,
4 ... light source,
5 ... photodetector,
201 ... fluorescent indicator,
202 ... base material for detection layer,
301 ... Opaque material,
302 ... Substrate for optical separation layer.
Claims (14)
被測定物質の濃度に応じた蛍光を発する少なくとも一種類以上の蛍光指示薬を含有した検出層と、
前記検出層の一面に設けられ、光学的に不透明であり、かつ被測定物質を透過させる光学分離層と、
を有することを特徴とする体内物質測定用構成物。 A body substance measuring component provided in an implantable substance sensor that detects and measures a substance to be measured in a living body,
A detection layer containing at least one fluorescent indicator that emits fluorescence according to the concentration of the substance to be measured;
An optical separation layer that is provided on one surface of the detection layer, is optically opaque, and transmits a substance to be measured;
A composition for measuring an in-vivo substance, comprising:
前記光学分離層を形成するための前駆体を検出層に付加した後、前記検出層へ結合させることを特徴とする体内物質測定用構成物の製造方法。 It is a manufacturing method of the constituent for body substance measurement according to any one of claims 1 to 10,
A method for producing a composition for measuring an in-vivo substance, wherein a precursor for forming the optical separation layer is added to a detection layer and then bonded to the detection layer.
前記体内物質測定用構成物の前記検出層側から前記検出層へ光を照射する光源と、
前記検出層からの蛍光を受光する光検出器と、
を有することを特徴とする埋込型物質センサー。 The in-vivo substance measurement composition according to any one of claims 1 to 10,
A light source for irradiating light from the detection layer side of the in-vivo substance measurement composition to the detection layer;
A photodetector for receiving fluorescence from the detection layer;
An implantable material sensor comprising:
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