(57)【要約】【課題】酵素と作用電極との間の電子移動に関与するメディエーターを作用電極上に十分に固定して、センサー内で拡散しにくいセンサー素子及びそのセンサー素子備えた測定装置を提供する。【解決手段】本発明に係るセンサー素子は、基部（基板）と、基部に設けられた作用電極と、作用電極に設けられた検知層と、作用電極との間で電子が移動する対電極と、を備え、検知層は、液体に含まれる標的物質に作用する酵素と、酵素と作用電極との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、メディエーターに架橋結合した親水性のホスト材料と、を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に設けられた作用電極と、
前記作用電極に設けられた検知層と、
前記作用電極との間で電子が移動する対電極と、を備え、
前記検知層は、
液体に含まれる標的物質に作用する酵素と、
前記酵素と前記作用電極との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、
前記メディエーターに架橋結合した親水性のホスト材料と、を含む、センサー素子。
【請求項２】
前記メディエーターと前記ホスト材料は、互いに架橋する架橋性官能基を有する、請求項１に記載のセンサー素子。
【請求項３】
水溶性の架橋剤によって、前記メディエーターと前記ホスト材料とが架橋されている、請求項１または２に記載のセンサー素子。
【請求項４】
前記架橋剤は、ビス（ビニルスルホニル）系化合物、ビスアクリルアミド系化合物およびビススチレン系化合物からなる群から選択される１種以上の化合物である、請求項３に記載のセンサー素子。
【請求項５】
前記メディエーターは、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物およびアセナフテンキノン系化合物からなる群から選択される１種以上のキノン系化合物である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項６】
前記架橋性官能基は、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基およびアミノ基からなる群から選択される１種以上の官能基である、請求項２乃至５のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項７】
前記ホスト材料は、ポリビニルアルコール系化合物、グリコール系化合物およびセルロース系化合物からなる群から選択される１種以上の化合物である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項８】
前記メディエーターは、酸化還元電位が−０．２５Ｖ以上０．２Ｖ以下の範囲にある、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項９】
前記標的物質はグルコースである、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項１０】
前記酵素は、グルコース脱水素酵素である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項１１】
参照電極をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサー素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセンサー素子を備える、測定装置。
【請求項１３】
前記測定装置は、持続血糖測定型である、請求項１２に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー素子及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
糖尿病の治療は日々の血糖、つまり血液中のグルコース量のコントロールが基本であるため、医療機関だけではなく、自宅でも血糖値の動きを自分で把握するための、簡易なグルコースセンサーが使用されている。グルコースセンサーは、血液、もしくは血漿／間質液中のグルコース濃度を測定するものであり、血液中のグルコース濃度の定量を行う血糖自己測定（ＳＭＢＧ；Ｓｅｌｆ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｂｌｏｏｄ  Ｇｌｕｃｏｓｅ）装置や、皮下間質液中のグルコース濃度を連続測定して解析することにより、血糖値の変動をモニタリングする連続式グルコースモニター（ＣＧＭ；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
Ｇｌｕｃｏｓｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。なお、皮下間質液と血液中ではグルコース濃度が少し異なるため、ＣＧＭでのモニターの場合には、ＳＭＢＧ等を用いて定期的に血糖値を測定し、その値による補正が必要となる。
【０００３】
ＳＭＢＧは、測定原理の違いにより、さらに酵素電極法と酵素比色（比色定量）法とに分けることができるが、いずれにおいても、検体（血液／間質液等）を採取し、検体中のグルコース量を測定することにより、血液中のグルコース濃度を定量するものである。例えば、酵素電極法は、グルコースの定量に酵素が利用されているものであり、穿刺針を用いて採血し、出てきた血液（検体、試料）を試験ストリップと称する付属品で採取し、試験ストリップ上に保持された酵素等の薬剤と混合・作用させて、電圧の印加により流れた電気量（電流量）をグルコース濃度に換算することにより行う。
【０００４】
上記の酵素電極法のグルコースセンサーにおいて利用される酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ：グルコース酸化酵素）やグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ：グルコース脱水素酵素）が挙げられる。酵素としてＧＯＤを用いたＧＯＤ法は、グルコースを認識する能力が極めて高いため以前はよく用いられていたが、血液中の溶存酸素分圧の影響を受けて、実際の値よりも低く測定される傾向にあるため、現在では酵素としてＧＤＨを用いたＧＤＨ法の方が好ましく用いられる。ＧＤＨ法は、センサーに保持したＧＤＨにより血液中のグルコースをグルコノラクトンに変換し、同時に発生した電子により、同じくセンサー中に保持されたメディエーターを還元型（水素化）メディエーターへと還元し、再び還元型メディエーターに電圧を印加して元の酸化型のメディエーターに酸化させる際に電極に起電力が発生し、これが血液中のグルコース濃度に比例することを利用したものである。ここで、メディエーターは、酸化型から還元型へと変化し、さらに酸化型に戻ることで、センサーのサイクルが一巡するため、再利用可能である。メディエーターとは、酵素と電極との間の電子移動に関与し、可逆的に酸化還元する化合物であり、測定の際の必要電圧を下げることができるために用いられることがある。
【０００５】
これに対し、ＣＧＭは、その名前の通り連続して血糖値を測定している機器であり、ＣＧＭを装着している間は、常時血糖値を測定している機器である。ＣＧＭは酵素を含んでいるセンサー針が常時体内に埋め込まれて、常に検体（試料）に晒らされた状態にあり、連続的に、もしくは定期的に電圧を印加することで流れる電流を測定することにより、皮下間質液中のグルコース量の変動をモニタリングする。ＣＧＭにおいても酵素電極法が利用されており、間質液中のグルコースがセンサーに浸透し、その浸透したグルコースと酵素（ＧＤＨ等、酵素反応する際に補酵素を必要とする場合もある。）とメディエーターにより、還元型メディエーターが生成する。この還元型メディエーターの量を電気的に検知
することで、血液中のグルコース濃度を観測することができる。ここで使用される酵素とメディエーターは、センサーの電極表面において、高分子樹脂からなるホスト材料によって保持されている。このホスト材料は、ＣＧＭが人体埋め込み式であり、また、有機溶媒が存在すると酵素が失活しやすいことから、水を溶媒とする溶液により調製される材料であって、製膜前は水に溶解可能な水溶性の性質を有し、かつ、製膜後には水を十分に含有可能な親水性（吸水性、含水性）の性質を有しつつ、体内水分によって溶解されない、水に不溶性の材料であることが必要とされる。
【０００６】
また、酵素電極法によるＳＭＢＧでは、１回の測定を正確に再現良く測定する必要があるため、精度よく測定するためには、採取試料の「量」が正確であることと、電圧を印加した際に測定した電流値が正確であること、の２点が重要である。そこで、試料（検体）と試験ストリップ上のメディエーターや他の薬剤との均一で素早い混合性が求められる。
【０００７】
これに対し、ＣＧＭは人体埋め込み式であり、また、時間微分で測定しており、検体液量の概念がない。このため、採取試料の「量」の正確性は求められないが、生成した還元型メディエーターの量、つまり測定電流を正確に測定することが必要となる。還元型メディエーターの量は血液中のグルコース濃度に比例するが、メディエーターは比較的低分子であるため、ホスト材料中で拡散されて十分に保持することは難しい。さらに、メディエーターが測定対象である標的物質を含む液体中まで拡散してセンサー電極近傍から離れ過ぎると、酵素との間で電子的な授受ができなくなったり、還元型メディエーターが電極から離れ過ぎるために酸化されなくなった場合には、測定で得られた電流のベースラインの変動（ドリフト）が起こり、血糖値が変動していない場合であっても、あたかも血糖変動したかのようなデータが明示される場合がある。このベースラインの変動は、ＣＧＭが連続測定を行う機器であるが故に発生する、ＣＧＭに特異的な問題点であり、ＣＧＭが連続的に血糖値をモニターすることにより、糖尿病患者の日内血糖値変化を把握して、医師が治療方針を決めるために用いられる一方で、インスリン投与時の判断装置として用いることができない理由の１つとなっている。
【０００８】
このように、ＣＧＭによる測定は、現状では「インスリン投与量の計算指標としての血糖値測定」とはなっていない。なぜならば、ＣＧＭによる測定において、数回／日でＳＭＢＧによる値の補正が必要であれば、インスリン投与量の計算指標は、より正確で、信憑性が高いＳＭＢＧによる測定で事足りるからである（例えば、非特許文献１）。
【０００９】
したがって、今後のＣＧＭ開発の方向性は、「糖尿病患者の日内血糖値変化を把握し、医師が治療方針を決めるためのものであること。」、かつ、「インスリン投与量の計算指標としての血糖値測定であること。」の２つの目的を両立させることである。この２つの目的を達成するためには、まず、ＳＭＢＧによる測定値の補正が必要とならないこと、つまり、測定においてベースラインのドリフトを抑制しなければならず、そのためには、メディエーターのセンサー内拡散を抑制することが必要である。そして、メディエーターのセンサー内拡散を抑制するためには、メディエーターをホスト材料に固定する必要がある。つまり、メディエーターが酵素との間で電子の授受が可能な電位を有している範囲内で、センサー中に拡散しないことが望まれる。
【００１０】
そこで、例えば、キノン系分子の誘導体からなるメディエーターを、架橋剤を用いてアノード電極に固定する技術がある（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０２４４８７号
【特許文献２】特表２０１３−５００７９３号公報
【特許文献３】特開２００５−７９００１号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】日本メドトロニック株式会社製  グルコースモニタシステム「メドトロニック  ミニメド  ＣＧＭＳ−Ｇｏｌｄ」  使用説明書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記技術で用いられている架橋剤は、水に溶解しにくかったり、塩基性や高温環境下でなければ架橋反応が進行しない等、酵素活性を著しく低下させる条件でなければ架橋反応が進まない。また、それらの架橋剤は、ＣＧＭで用いられる親水性のホスト材料とは、架橋したとしても不十分であり、不均一な膜質となる。したがって、開示された架橋剤を用いてメディエーターを親水性のホスト材料と架橋させようとしても、ホスト材料に十分に固定させることができない。そこで、上記技術において、架橋反応の際に有機溶媒を使用することが考えられるが、酵素は水溶液中で触媒機能を発揮するものであり、有機溶媒存在下では容易に変性して失活するため、架橋反応に用いるのは好ましくない。
【００１４】
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、酵素と作用電極との間の電子移動に関与するメディエーターを作用電極上に十分に固定してセンサー内で拡散しにくいセンサー素子及びそのセンサー素子を備えた測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１６】
［適用例１］
本発明に係るセンサー素子の一態様は、
基部と、
前記基部に設けられた作用電極と、
前記作用電極に設けられた検知層と、
前記作用電極との間で電子が移動する対電極と、を備え、
前記検知層は、
液体に含まれる標的物質に作用する酵素と、
前記酵素と前記作用電極との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、
前記メディエーターに架橋結合した親水性のホスト材料と、を含む。
【００１７】
適用例１の態様によれば、水溶性のメディエーターが親水性のホスト材料に架橋結合されていることにより、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくいセンサー素子を提供することができる。
【００１８】
［適用例２］
上記適用例において、
前記メディエーターと前記ホスト材料は、互いに架橋する架橋性官能基を有することができる。
【００１９】
本発明に係るセンサー素子は、メディエーターとホスト材料のそれぞれが互いに架橋する架橋性官能基を有することにより、メディエーターとホスト材料とが架橋結合されて、
メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくくなる。
【００２０】
［適用例３］
上記適用例において、
水溶性の架橋剤によって、前記メディエーターと前記ホスト材料とが架橋されていることができる。
【００２１】
本発明に係るセンサー素子は、さらに、溶媒として用いる水に溶解する水溶性の架橋剤によってメディエーターとホスト材料が架橋結合されて、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくくなる。
【００２２】
［適用例４］
上記適用例において、
前記架橋剤は、ビス（ビニルスルホニル）系化合物、ビスアクリルアミド系化合物およびビススチレン系化合物からなる群から選択される１種以上の化合物であることができる。
【００２３】
本発明に係るセンサー素子は、架橋剤として、ビス（ビニルスルホニル）系化合物、ビスアクリルアミド系化合物およびビススチレン系化合物からなる群から選択される１種以上の化合物を使用することにより、酵素の活性を低下させることなく、メディエーターとホスト材料とを架橋結合して、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。
【００２４】
［適用例５］
上記適用例において、
前記メディエーターは、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物およびアセナフテンキノン系化合物からなる群から選択される１種以上のキノン系化合物であることができる。
【００２５】
本発明に係るセンサー素子は、メディエーターが、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物およびアセナフテンキノン系化合物からなる群から選択される１種以上のキノン系化合物であることにより、ホスト材料に固定されて、効率良く標的物質を検知するとともに、ベースラインのドリフトが起こりにくいセンサー素子を提供することができる。
【００２６】
［適用例６］
上記適用例において、
前記架橋性官能基は、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基およびアミノ基からなる群から選択される１種以上の官能基であることができる。
【００２７】
本発明に係るセンサー素子は、架橋性官能基が、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基およびアミノ基からなる群から選択される１種以上の官能基であることにより、メディエーターとホスト材料が架橋結合されて、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。
【００２８】
［適用例７］
上記適用例において、
前記ホスト材料は、ポリビニルアルコール系化合物、グリコール系化合物およびセルロース系化合物からなる群から選択される１種以上の化合物であることができる。
【００２９】
本発明に係るセンサー素子は、ホスト材料が、ポリビニルアルコール系化合物、グリコール系化合物およびセルロース系化合物からなる群から選択される１種以上の化合物であることにより、製膜前は水溶性の性質を有し、かつ、製膜後は十分に親水性（吸水性）の性質を有する。そして、これらの化合物により形成されたホスト材料を用いることにより、酵素を失活させることなくホスト材料中に保持する効果が高いだけでなく、メディエーターと架橋結合することにより、メディエーターを作用電極上に十分に固定することができる。
【００３０】
［適用例８］
上記適用例において、
前記メディエーターは、酸化還元電位が−０．２５Ｖ以上０．２Ｖ以下の範囲にあることができる。
【００３１】
本発明に係るセンサー素子は、メディエーターの酸化還元電位が−０．２５Ｖ以上０．２Ｖ以下の範囲にあることにより、測定の際の妨害成分による影響を受けにくくなる。
【００３２】
［適用例９］
上記適用例において、
前記標的物質はグルコースであることができる。
【００３３】
本発明に係るセンサー素子は、標的物質がグルコースである場合に好適である。
【００３４】
［適用例１０］
上記適用例において、
前記酵素は、グルコース脱水素酵素であることができる。
【００３５】
本発明に係るセンサー素子は、酵素がグルコース脱水素酵素標的物質である場合にも好適である。
［適用例１１］
上記適用例において、
参照電極をさらに含むことができる。
【００３６】
本発明に係るセンサー素子は、参照電極をさらに含む場合にも好適である。
【００３７】
［適用例１２］
本発明に係る測定装置の一態様は、
上記適用例１乃至１１のいずれか一例に記載のセンサー素子を備えることを特徴とする。
【００３８】
適用例１２の態様によれば、本発明に係るセンサー素子を備えることにより、酵素と作用電極との間の電子移動に関与する水溶性のメディエーターが親水性のホスト材料に架橋結合され、メディエーターが作用電極上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内で拡散しにくくなり、ベースラインのドリフトが起こりにくい測定装置を提供することができる。
【００３９】
［適用例１３］
上記適用例において、
前記測定装置は、持続血糖測定型であることができる。
【００４０】
本発明に係る測定装置は、本発明に係るセンサー素子を備えることにより、持続血糖測定型の測定装置として特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサー素子と測定装置とを接続した状態を模式的に示す斜視図。
【図２】センサー素子から針部を引き抜いた状態を模式的に示す斜視図。
【図３】センサー素子を皮膚に装着した状態を示す側面図。
【図４】センサー素子が備えるカニューレを拡大して示す断面図。
【図５】センサー素子が備える検出部を示す平面図。
【図６】センサー素子が備える検出部を示す断面図。
【図７】センサー素子が備える検出部の他の構成例を示す断面図。
【図８】センサー素子が備える検出部の他の構成例を示す縦断面図。
【図９】センサー素子が備える検出部を駆動させる回路の構成を模式的に示す図。
【図１０】センサー素子をインシュリンポンプに装着した状態を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４３】
１．センサー素子および測定装置
まず、本実施形態に係るセンサー素子およびセンサー素子を備える測定装置について、装置構成、検出部の構成、グルコース値の測定の順に、図面を用いて説明する。なお、本実施形態において、センサー素子および測定装置として、標的物質が皮下間質液中のグルコースである、皮下間質液中のグルコース濃度を測定するために用いられる持続血糖測定型のグルコースセンサーの例を挙げて説明するが、本発明はこの態様に限られない。
【００４４】
１．１．装置構成
本発明の一実施形態に係る測定装置は、本発明の一実施形態に係るセンサー素子を備えることを特徴とする。
【００４５】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサー素子１００と測定装置１０１とを接続した状態を模式的に示す斜視図であり、図２は、センサー素子１００から針部１２１を引き抜いた状態を模式的に示す斜視図である。図３は、センサー素子１００を皮膚に装着した状態を示す側面図であり、図４はセンサー素子１００が備えるカニューレ１１１を拡大して示す断面図である。
【００４６】
図１に示す測定装置１０１は、図１に示す測定装置１０１は、センサー素子１００を接続して使用されるものであり、センサー素子１００と、センサー素子１００で得られた電流値を解析する処理回路２００を備えた演算装置２１０と、演算装置２１０で演算することで得られた測定値を表示するモニター１５１を備える表示部１５５と、センサー素子１００を表示部１５５に装着（接続）するコネクタ１３１と、処理回路２００とコネクタ１３１とを接続する配線１３２とを有する。
【００４７】
センサー素子１００は、図１−３に示すように、全体形状がドーム状をなした本体部１１０と、本体部１１０に対して着脱可能であり、先端側に針部１２１を備える着脱部１２０とを有する。
【００４８】
図２に示すように、着脱部１２０は、基端側に位置する把持部１２２と、先端側に位置する針部１２１とを備える。針部１２１は、全体形状は半円筒状に形成され、先端側は鋭利に形成される。針部１２１は、着脱部１２０を本体部１１０に装着させた際に、貫通孔１１２を貫通して本体部１１０の下面から突出することで、カニューレ１１１の側面の一部を取り囲み、これにより、カニューレ１１１と嵌合するよう構成される（図４参照）。
【００４９】
図３に示すように、本体部１１０は、下面１１０ａに粘着層（図示せず）を備えると共に、表皮５０１より皮下組織５０２に挿入されて、皮下間質液を吸引することにより採取するカニューレ１１１が突出形成される。カニューレ１１１は、本体部１１０の上面１１０ｂから下面１１０ａに向かって貫通形成された貫通孔１１２に接続される。
【００５０】
このような構成のセンサー素子１００において、着脱部１２０を本体部１１０に装着する場合には、把持部１２２を把持した状態で、針部１２１を本体部１１０の貫通孔１１２に挿通させることにより行う（図１参照。）。一方、着脱部１２０を本体部１１０から取り外す場合には、把持部１２２を把持した状態で針部１２１を引き抜くことにより行う（図２参照。）。このように、本実施形態に係るセンサー素子１００の着脱部１２０は、本体部１１０に対して着脱可能に構成される。
【００５１】
センサー素子１００を表皮５０１に装着する際には、図３に示すように、本体部１１０の下面１１０ａを表皮５０１に当接させて、カニューレ１１１を伴った針部１２１を表皮５０１に突き刺すことにより行い、これにより、針部１２１とカニューレ１１１は皮下組織５０２に挿入される。これにより、本体部１１０は表皮５０１に固定され、着脱部１２０の針部１２１の誘導により、カニューレ１１１が皮下組織５０２に配置される。
【００５２】
次に、把持部１２２を把持して着脱部１２０を本体部１１０から離脱させることにより、カニューレ１１１を皮下組織５０２に挿入（残存）させた状態で、針部１２１を皮下組織５０２から引き抜くことにより取り除く。このようにして、センサー素子１００の本体部１１０のみを表皮５０１に装着させることができ、着脱部１２０の針部１２１は、本体部１１０を表皮５０１に装着する際に、カニューレ１１１を、経皮的に、皮下組織５０２へと配置させるための誘導部材として用いられる。
【００５３】
図４に示すように、カニューレ１１１は、全体が円筒状に形成され、本体部１１０の下面１１０ａに接続される基端から先端に連通する連通孔（貫通孔）で構成される中空部１１４と、中空部１１４をカニューレ１１１の外側に開放する窓部１１３とを有する。
【００５４】
中空部１１４には、本体部１１０が備える検出部３００が設けられる。検出部３００には、皮下組織５０２に血管５０３から移行することで含まれる間質液が、窓部１１３を介して接触し、検出部３００により、間質液中におけるグルコースを検出することができる。そして、本体部１１０を表皮５０１に装着することで、カニューレ１１１を皮下組織５０２に長期に亘って配置させることができるため、間質液中におけるグルコースの検出を連続的に行うことができる。このように、本発明の実施形態に係るセンサー素子１００は、間質液中におけるグルコース値を連続的に観察するＣＧＭＳ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）として用いられる。
【００５５】
１．２．検出部の構成
次に、本体部１１０が備える検出部３００について説明する。図５は、本実施形態に係るセンサー素子１００の本体部１１０が備える検出部３００を示す平面図であり、図６は検出部３００を示す断面図である。
【００５６】
図５および図６に示すように、検出部３００は、基板（基部）３０１と、電極層３１５
と、検知層３２１とを有する。
【００５７】
１．２．１．基板
基板３０１は、検出部３００を構成する各部（本実施形態では、電極層３１５および検知層３２１）を支持するものである。
【００５８】
基板３０１の構成材料としては、大気、水および体液、血液、間質液に対して化学反応することなく安定したものであれば、特に限定されることなく各種材料を用いることができる。具体的には、例えば、ガラス、ＳＵＳ等の無機材料、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ：Ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）、ポリスルホン（ＰＳＦ：Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ  ｅｔｈｅｒ  ｋｅｔｏｎｅ／別称：芳香族ポリーエテルケトン）、ポリイミド（ＰＩ：Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、フッ素樹脂（Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒ）、ナイロン、アミドを含むポリアミド（ＰＡ）、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル等の樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５９】
１．２．２．電極層
電極層３１５は、検知層３２１で発生した電子を検出し、この検出された電子を電流量として測定するものであり、基板３０１上に形成され、作用電極３１１、対電極３１２、参照電極３１３および配線３１４を有している。
【００６０】
各電極３１１、３１２、３１３は、それぞれ独立して、配線３１４、１３２およびをコネクタ１３１介して、処理回路２００と電気的に接続されている。これにより、各電極３１１、３１２（電極層３１５）で測定された電流値が、本体部１１０が備える回路４００および配線３１４を介して、処理回路２００に伝達され、処理回路２００を備える演算装置２１０の解析により、間質液中におけるグルコース値が測定値として算出される。そして、この測定値（グルコース値）がモニター１５１に表示され、装着者にグルコース値が連続的に知らせられる。
【００６１】
各電極３１１、３１２、３１３の構成材料は、酵素電極として用いることが可能であれば特に限定されず、それぞれ、例えば、金、銀、白金またはこれらを含む合金もしくはこれらを主材料とする合金、ＩＴＯ等の金属酸化物系材料、カーボン（グラファイト）、導電性カーボンテープ等の炭素系材料等を電極として用いることができる。
【００６２】
各電極３１１、３１２、３１３の成膜は、各電極３１１、３１２、３１３を白金、金またはこれらの合金で構成する場合、スパッタ法、メッキ法、真空加熱蒸着法により成膜可能である。また、各電極３１１、３１２、３１３をカーボングラファイトで構成する場合は、カーボングラファイトを適当な溶剤に溶かし込んだバインダーに混ぜ込んで塗布することで実現できる。導電性カーボンテープの場合には、基板３０１上に直接貼ることにより構成する。
【００６３】
なお、対電極３１２は、後述する作用電極３１１と同様に、水および体液、血液、間質液に対して化学反応することなく安定であるように、表面が作用電極３１１と同様の材質で製膜されていることが好ましい。また、測定の高精度かつ安定化を求めるのであれば、面積が広いことが好ましく、作用電極３１１の半分程度の面積でも動作上は問題ないが、作用電極３１１と同等の面積を有するか、１−２倍程度であることが好ましい。
【００６４】
また、参照電極３１３は、銀を用いて形成されていることが好ましく、さらに、銀表面をＡｇＣｌ化してあると更に好ましい。また、白金を主成分とする白金線（ワイヤー）を用いてもよいし、水および体液、血液、間質液に対して化学反応することなく安定した材料であるように、後述する作用電極３１１と同様の材料で表面が製膜されていてもよい。
【００６５】
１．２．３．検知層
検知層３２１は、酵素およびメディエーターを含有する層であり、図６に示すように、電極層３１５上に積層して形成されている。つまり、検知層３２１は、作用電極３１１、対電極３１２および参照電極３１３を覆うように形成され、検知層３２１の上面に接触した間質液から浸透したグルコースと接触した酵素の作用により、例えば、グルコースを酸化してグルコノラクトンに変換する。そして、グルコースの酸化と同時に発生した電子により、メディエーターを還元型（水素化）メディエーターへと還元し、還元型メディエーターに電圧を印加して元の酸化型メディエーターに酸化させる際に発生した電子を、電極層３１５の作用電極３１１に供給する。
【００６６】
このような作用を有する検知層３２１は、標的物質に作用する酵素と、酵素と作用電極３１１との間の電子移動を媒介する水溶性のメディエーターと、メディエーターと架橋結合した親水性のホスト材料と、必要に応じて各構成材料間を結合する結合剤もしくは硬化剤を有する。
【００６７】
＜酵素＞
検知層３２１に含まれる酵素としては、検体中のグルコース検知が目的の場合には、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）を用いることもできるが、血液中の溶存酸素分圧の影響を受けないことと、マルトース等の他の糖に作用しない基質特異性を有することから、グルコースデヒドロゲナーゼ（グルコース脱水素酵素；ＧＤＨ）を使用することが好ましい。この場合には、補酵素としてフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）や、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）を使用することが好ましい。なお、補酵素を用いる場合には、酵素に化学的に結合していても、結合していなくても、どちらでも使用可能であるが、酵素に化学的に結合している方が好ましい。
【００６８】
＜メディエーター＞
検知層３２１に含まれるメディエーターとしては、酵素と作用電極３１１との間の電子移動を媒介する作用を有し、かつ、親水性のホスト材料と、直接、または、架橋剤を介して架橋可能な官能基を有する水溶性の化合物であり、特にキノン化合物であることが好ましい。ここで、本明細書において、「水溶性」とは、溶媒として用いる水に溶解する性質を指し、具体的には、６０℃以下の温度において、反応溶液濃度２０質量％以下、好ましくは１０質量％以下の濃度で溶解できる性質のことを指す。このような水溶性の化合物をメディエーターとして使用することにより、検知層３２１の作製の際に酵素の活性を低下させることなく検知層３２１を作製することができる。また、作製された検知層３２１において、メディエーターとホスト材料とが架橋結合されることにより、メディエーターが作用電極３１１上に十分に固定される。
【００６９】
そのようなキノン系のメディエーターとしては、具体的には、官能基として、二重結合、水酸基（−ＯＨ）、イミノ基（−ＮＨ−）、チオール基（−ＳＨ）、アミノ基（−ＮＨ２）を有する、ベンゾキノン系化合物、ナフトキノン系化合物、フェナントレンキノン系化合物、アセナフテンキノン系化合物が挙げられる。
【００７０】
より具体的には、ナフトキノン系化合物である、ビタミン−ＭＫ３、ビタミン−ＭＫ４、ビタミン−Ｋ１、２−ヒドロキシ‐１，４‐ナフトキノン、５‐ヒドロキシ‐１，４‐ナフトキノン、トリヒドロキシナフトキノン、３‐ヒドロキシ‐１,４-ナフトキノン−２
−スルホン酸Ｎａ、７−ヒドロキシ−１，２−ナフトキノン−４−スルホン酸Ｎａ、１，２−ナフトキノン４−スルホン酸Ｎａ、フェナントレンキノン系化合物である、７−（４−スチリル）−９，１０−フェナントレンキノン−２−スルホン酸Ｎａ、７−（プロパン−１−エン）‐９，１０‐フェナントレンキノン、７−（１‐ヒドロキシプロパン）−９，１０−フェナントレンキノン‐２‐スルホン酸Ｎａ、２−ヒドロキシ‐９，１０‐フェナントレンキノン、１,４,８−トリヒドロキシ−２−メチル−３−（４‐メチルバレリル）−９，１０−フェナントレンキノン、２‐（１‐アミノプロピル）−９，１０−フェナントレンキノン、アセナフテンキノン系化合物である、３−（２，７−ジメチルオクタン−２，６−ジエン−８−イル）−７，８−アセナフテンキノン、３−（１‐ヒドロキシプロピル）−７,８−アセナフテンキノン、３−（１‐アミノプロピル）−７,８−アセナフテンキノン等が挙げられる。
【００７１】
これらのメディエーターは、酸化還元電位が−０．２５Ｖ以上０．２Ｖ以下の範囲にあることが好ましい。本実施形態において、メディエーターの酸化還元電位が−０．２５Ｖ以上０．２Ｖ以下の範囲にあることにより、グルコース濃度の測定の際に、血中妨害成分による影響を受けにくくなる。
【００７２】
メディエーターとして使用が考えられるキノン系化合物は、サイクリックボルタンメトリーを用い、参照電極として銀塩化銀電極（Ａｇ｜Ａｇｃｌ）を用いた測定で得られた電圧−電流グラフにおいて、０Ｖを起点とし、負側へ−０．５Ｖで折り返し掃引測定した結果、化合物が還元されて還元体になるピーク電位と、還元体が酸化されて元に戻る際の戻り酸化ピーク電位とが観察される。そして、本実施形態に係るセンサー素子１００では、メディエーターの還元は、酵素−補酵素がグルコースに作用して変化した酵素−補酵素還元体との反応により生成するので、重要な点は戻り酸化のピーク電位となる。
【００７３】
一方、血中妨害成分として、例えば、アスコルビン酸、尿酸、投薬により濃度が高くなるアセトアミノフェンが挙げられ、これらの酸化還元電位をサイクリックボルタンメトリーで測定した場合、メディエーターとして使用が考えられるキノン系化合物とは、電気化学的に反応する電位と重なる場合がある。したがって、サイクリックボルタンメトリーによる酸化還元電位の測定において、血中妨害成分とメディエーターの電位が重ならないように、使用するメディエーターを選択することが必要となる。
【００７４】
つまり、メディエーターの酸化還元電位が−０．２５Ｖ以上０．２Ｖ以下の範囲にある場合、上記の血中妨害成分の信号を拾うことが無くなるため、グルコース濃度の測定において、上記の血中妨害成分の影響を除くことが可能となる。
【００７５】
＜ホスト材料＞
検知層３２１を構成し、検知層３２１中に酵素とメディエーターを保持する親水性のホスト材料としては、親水性を有し、メディエーターと直接、または、架橋剤を介して架橋可能な架橋性官能基を有する化合物により形成されている材料であれば、特に限定されず用いることができる。さらには、自己架橋または架橋剤による架橋反応や、紫外線照射等による硬化による製膜前は水溶性の性質を有し、かつ、製膜後も水との親和性を維持しつつ、血液や皮下間質液等の体内水分によって溶解されない水に不溶性の材料であれば、特に限定されず用いることができる。本実施形態では、このような親水性のホスト材料を用いることにより、検知層３２１の作製の際に酵素の活性を低下させることなく検知層３２１を作製することができる。また、作製された検知層３２１において、メディエーターとホスト材料とが架橋結合されて、メディエーターが作用電極３１１上に十分に固定される。
【００７６】
ここで、本明細書において、「親水性」とは、水との親和力が強い性質を持つことを意
味する。具体的には、自重に対して１０質量％倍以上、好ましくは２０質量％、さらに好ましくは５０％質量以上の水を含有（保水、含水）可能な性質を意味する。したがって、ホスト材料の製膜後における「水との親和性」とは、製膜後のホスト材料が水を十分に含有可能な性質を有していることを意味する。
【００７７】
そのような架橋性官能基としては、二重結合、水酸基、イミノ基、チオール基、アミノ基が挙げられる。また、親水性のホスト材料としては、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、アセチルセルロース（酢酸セルロース）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびポリビニルアルコール−ポリ酢酸ビニル共重合体（ＰＶＡ−ＰＶＡｃ）等が好ましく用いられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料を用いることにより、酵素をホスト材料に保持できるだけでなく、メディエーターと架橋結合することにより、ホスト材料である膜に固定することができる。また、製膜の際、また製膜後において、酵素の活性の低下を抑制することができる。
【００７８】
このようなホスト材料は、酵素を含む検知層３２１において、一番含有量が多い材料である。本実施形態に係るセンサー素子１００は、体内留置し、間質液、血漿中に含まれるグルコース濃度を常時計測するセンサーであるため、求められる機能としてはグルコースを含んだ間質液、血漿をセンサー中に常時浸透させられることが必要である。このためには、間質液、血漿の主たる成分である水の親水性および浸透性が高いことが望ましい。また、本実施形態に係るセンサー素子１００は、数日から数週間もの長い期間、体内留置するセンサーであり、その期間中センサーが機能するためには検知層３２１が存在し続ける必要がある。このためには、検知層３２１が体内で溶けてしまうような物性では使い物にならない。したがって、検知層３２１の主剤となるホスト材料は、水を含む体内成分により溶解しない材料であることが求められ、これを実現するためには、ホスト材料の材料を基板３０１に塗布した後、分子内に保有している官能基を利用した架橋もしくは別途架橋材等用いることにより、不溶化する方法が求められる。
【００７９】
このように、本実施形態において、「架橋」は、センサー素子１００が体内への挿入を前提としているため、ホスト材料を水に対して不溶性の性質とするためには必須の工程である。そして、本実施形態において、メディエーターとホスト材料との架橋結合には、架橋剤によって架橋される場合と、架橋剤によらずに架橋される場合の２通りが含まれるものである。また、本実施形態において、ホスト材料となる水溶性の化合物は、架橋剤を用いた架橋により、及び／または、架橋剤によらない自己架橋により、架橋結合が形成されて製膜され、水に不溶なホスト材料となる。
【００８０】
そして、この「架橋」において、ホスト材料となる水溶性の化合物が、自己架橋による架橋や、メディエーターと架橋可能な反応性官能基を有する場合には、架橋剤を使用することなく架橋が可能である。一方、ホスト材料となる水溶性の化合物がこのような反応性官能基を有しない場合には、架橋剤を使用することにより架橋反応し、製膜およびメディエーターと架橋結合する。
【００８１】
このような、自己架橋可能な反応性官能基としては、例えば、二重結合やアジド基が挙げられる。ホスト材料となる化合物がこれらの反応性官能基を有する場合には、架橋剤を用いなくても反応性官能基が互いに反応して架橋することができる。これに対し、このような反応性官能基を有しない場合には、架橋剤の使用が必用となり、かつ、ホスト材料には、架橋剤と反応できる官能基が必用となる。そのような、架橋剤と反応できる官能基としては、例えば、水酸基、イミノ基、アミノ基、チオール基が挙げられる。なお、反応性官能基である二重結合やアジド基を有する化合物を架橋させて製膜する場合において、さらに、架橋剤を用いることもできる。
【００８２】
なお、メディエーターと架橋剤が架橋しても、メディエーターがホスト材料と架橋しない場合には、メディエーターがホスト材料に固定されず、検知層から溶出して、センサー内に拡散しやすくなる。したがって、本実施形態において、メディエーターとホスト材料とが架橋結合することは必須である。
【００８３】
また、ホスト材料は、酵素を保持することが求められるため、共有結合による担体結合法もしくは格子型の包括法を利用することが望ましい。この場合、共有結合法を利用するのであれば、酵素活性度を落とすことなく結合する手段を選定する必要がある。架橋させるためには、ホスト材料に導入した官能基と、酵素が保有しているアミノ基等の官能基を使用するか、さらには２官能性以上の架橋剤を用いてホスト材料と酵素とを結合させてもよい。格子型を用いる場合には、ホスト材料を不溶化した際の架橋度でコントロールする手段が一般的である。
【００８４】
さらに、ホスト材料は、メディエーターを固定化することが求められるため、共有結合による担体結合法を利用することが望ましい。一般的に、酵素センサーで使われるメディエーター分子は、分子量が小さく、分子量が１０００以下であるものが殆どである。一方で、酵素は数万を超える分子量であるために、格子型で酵素を固定化できても、メディエーターを固定することはほぼ無理である。そこで、酵素とメディエーターを検知層３２１中において、同一層で共存させて塗布および架橋を行うのであれば、メディエーター固定のために用いる官能基（反応基）で酵素の活性度を失活させることが無いよう、親水性の材料を用いると言った配慮が必要となる。
【００８５】
そして、後述するように、検知層３２１は、ホスト材料とメディエーターおよび酵素が同時に溶解している溶液を、基板３０１に塗布、乾燥、不溶化することで形成するため、それらが同一溶媒に溶けることが望ましい。酵素は有機溶剤によっても立体構造の変化によりその活性が落ちることが知られているため、使用する際の溶媒は、水を主成分とする水溶媒であることが好ましい。
【００８６】
＜結合剤、硬化剤＞
検知層３２１において、各構成材料間を結合する結合剤、硬化剤としては、酵素活性を低下させることのない化合物であって、官能基としてアクリルアミド基、スチリル基もしくは二重結合、ビニルスルホン基等の官能基を１分子内に２つ以上有している化合物を用いることができる。
【００８７】
そのような化合物としては、酵素活性を著しく低下させるものであれば特に限定されないが、例えば、１，２−ビス（ビニルスルホニルアセトアミド）エタン（ＣＡＳ登録番号
６６７１０−６６−７）、１，３−ビス（ビニルスルホニルアセトアミド）プロパン（ＣＡＳ登録番号  ９３６２９−９０−４）、１，３−ビス（ビニルスルホニル）プロパン−２−オール（ＣＡＳ登録番号  ６７００６−３２−０）、Ｎ，Ｎ‘−メチレンビスアクリルアミド（ＣＡＳ登録番号  １１０−２６−９）、１,４-ビス（４−ビニルフェノキシ）−ブタン（ＣＡＳ登録番号  １１２３０９−９８−５）等が挙げられる。これらの化合物は、混合して用いても構わない。このような結合剤もしくは硬化剤を検知層３２１中に含む場合には、検知層３２１において酵素やメディエーターの保持力が向上する。
【００８８】
＜安定剤＞
本実施形態において、検知層３２１は、検知層３２１に保持した酵素の保護や安定化を図るための安定剤をさらに含んでいてもよい。そのような安定剤としては、例えば、アルブミンが挙げられ、アルブミンの中でも、ヒト血清アルブミン等のヒト由来のアルブミンや、ウシ血清アルブミン等のウシ由来のアルブミン等が挙げられる。
【００８９】
＜緩衝剤＞
さらに、本実施形態において、検知層３２１は、酵素によるｐＨ変動を抑制するための緩衝剤（緩衝液）を含んでいてもよい。緩衝剤としては、使用する酵素の至適ｐＨと同じ領域に緩衝領域を有し、かつ、水溶性（水溶液）であることが好ましく、例えば、リン酸緩衝液が挙げられる。
【００９０】
＜検知層の層構成＞
なお、検知層３２１は、上述のような１層で構成されるものの他、２層以上の複数層で構成されるものであってもよい。
【００９１】
例えば、検知層３２１を２層以上で構成する場合には、例えば、上述した検知層３２１をグルコース検知層として備え、このグルコース検知層の上側または下側に積層された、グルコース透過調節層、ノイズ除去層、酵素保護層のうちの少なくとも１種を備える構成が挙げられる。
【００９２】
グルコース透過調節層は、グルコース検知層の上側に積層され、グルコース透過調節層により、グルコース検知層が測定対象（間質液、血液）と接触することを抑制または防止しつつ、酸素とグルコースとを透過させる機能を発揮し、さらに酸素とグルコースとの透過率を制御する機能を有する層である。かかる機能を備えるグルコース透過調節層は、グルコースよりも酸素をより多く透過させ得ることが好ましい。これにより、酵素としてＧＯＤを用いた場合において、グルコースの検出において、酸素が不足することに起因する測定値の見かけ上の低下を抑制または防止することができ、グルコース測定値の検出精度の向上を図ることができる。
【００９３】
このグルコース透過調節層としては、特に限定されないが、例えば、イソシアネート化合物等の架橋剤と、末端水酸基を備えるポリマーであるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、アクリル酸４−ヒドロキシブチル等を単体もしくは混合させたものとを用いて、ウレタン結合を生成させて架橋構造を構築したものが挙げられる。
【００９４】
また、その他、イソシアネートとアミノ基とを用いることで尿素樹脂を形成させた、アミノプロピルポリシロキサン等で構成されるものが好ましく用いられ、シロキサン樹脂で構成されるものがより好ましく用いられ、ポリジメチルシロキサンで構成されるものが特に好ましく用いられる。
【００９５】
ノイズ除去層は、グルコース検知層の下側に積層され、電極とグルコース検知層との密着性向上を狙った層である。電極とグルコース検知層との間の密着性が向上することにより、電気的なノイズの低減することができる。また、測定値のドリフトを抑制することができる。
【００９６】
ノイズ除去層の構成材料としては、上記のような密着性機能を発揮し得るものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、メチルセルロース（ＭＣ）、アセチルセルロース（酢酸セルロース）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアルコール−ポリ酢酸ビニル共重合体（ＰＶＡ−ＰＶＡｃ）、ポリ（ビニルアルコール）−スチリルピリジニウム化合物（ＰＶＡ−ＳｂＱ）、メタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート)（ＨＥＭＡ）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料うち、ＰＶＡ−ＳｂＱはＵＶ硬化性を利用した材料である。なお、これらのノイズ除去層を不溶化させるためには、イソシアネートを官
能基として用い得るように、イソシアネート系化合物をノイズ除去層に添加してもよい。
【００９７】
また、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等の表面改質剤をノイズ除去層として用いてもよいし、表面改質層として、上記のノイズ除去層とは別に設ける構成としても良い。また、グルコース検知層と境界面を保護する目的で、ノイズ除去層にアルブミンを含有させてもよい。
【００９８】
酵素保護層は、グルコース検知層上に積層されて、グルコース検知層の界面を保護する機能を有する層である。なお、検知層３２１がグルコース透過調節層を備える場合、この保護層は、グルコース検知層とグルコース透過調節層との間に位置する。
【００９９】
酵素保護層の構成材料としては、グルコース検知層の界面を保護する機能を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、メチルセルロース（ＭＣ）、アセチルセルロース（酢酸セルロース）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアルコール−ポリ酢酸ビニル共重合体（ＰＶＡ−ＰＶＡｃ）ポリ（ビニルアルコール）−スチリルピリジニウム化合物（ＰＶＡ−ＳｂＱ）メタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート)（ＨＥＭＡ）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１００】
グルコース検知層を保護する目的で、酵素保護層に上記と同様のアルブミンを含有させてもよい。また、酵素保護層を作製する際に、不溶化させるために結合剤もしくは硬化剤はアルデヒド、イソシアネート等の官能基を分子内に２つ以上有している材料を用いた材料とそれらの官能基と結合できる官能基、具体的には水酸基、アミノ基、エポキシ基などを末端に有するポリマー材料と、酵素とを混合して用いてもよい。この場合、結合剤、硬化剤としては、例えば、グルタルアルデヒド、トルエンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等を用いることができる。
【０１０１】
＜検知層の製造方法＞
本実施形態において、上記検知層３２１は、例えば、検知層３２１を構成する酵素、メディエーター、ホスト材料（必要に応じて、さらに、結合剤、硬化剤、安定剤、緩衝剤。）を水に溶解または分散させた後に、電極層３１５が形成された基板３０１に塗布して乾燥させて不溶化させることにより行う。この場合、ホスト材料として、ＰＶＡ−ＳｂＱ等のＵＶ硬化性を利用した材料を用いた場合には、適宜、紫外線を照射することにより行う。
【０１０２】
このように、水に溶解または分散させた各材料を反応させることにより製膜され、水に不溶な高分子の膜（ポリマー）であるホスト材料が形成される。そして、分子量が巨大なポリマーであるホスト材料に、メディエーターが架橋結合され、固定される。このため、このようにして形成された検知層を含むセンサー素子は、体内に埋めこまれた際に、分子の小さなメディエーターが検知層から溶出して拡散することが防止される。
【０１０３】
１．２．４．検出部の他の構成
なお、検出部３００は、図６に示すように、基板３０１と、電極層３１５と、検知層３２１とを有する３層構成であるものである場合について説明したが、かかる構成のものに限定されず、例えば、図７のように、さらに、隔壁層３３１を有する４層構成をなすもの、図８のように、さらに、隔壁層３３１および開口層３４１を有する５層構成をなすものであってもよい。以下、これらについて詳述する。
【０１０４】
図７に示す４層構成をなす検出部３００は、基板３０１、電極層３１５および検知層３２１の他に、さらに隔壁層３３１を有する。
【０１０５】
この隔壁層３３１は、電極層３１５上に積層され、すなわち、電極層３１５と検知層３２１との間に介挿され、電極層３１５が備える作用電極３１１、対電極３１２、および参照電極３１３に対応する位置で開口部を備える隔壁を形成している。この隔壁層３３１により、検出部３００の厚さ方向において、各電極３１１、３１２、３１３に対応する領域が区画される。すなわち、各電極３１１、３１２、３１３に対して、グルコースに酵素が作用することにより生成した電子が検知層３２１から供給される領域が、厳密に区画される。その結果、信号ノイズの低減、および、隣接する各電極３１１、３１２、３１３同士の間における影響の低減が図られる。
【０１０６】
また、隔壁層３３１には、隔壁としての機能の他に、エッジカバーおよび／またはバンクとしての機能をも発揮させることができる。
【０１０７】
隔壁層３３１にエッジカバーとしての機能を発揮させることにより、各電極３１１、３１２、３１３の端部からの浸食を抑制または防止することができる。
【０１０８】
さらに、隔壁層３３１にバンクとしての機能を発揮させることにより、検知層３２１の成膜を液相成膜法を用いて行う場合、隔壁層３３１の開口部に検知層３２１を成膜するための液状材料を供給する際に、この液状材料の液だまりのサイズを容易に規定することができる。
【０１０９】
このような隔壁層３３１は、その高さ、厚さおよび構成材料が、前記目的に応じて、適宜選択される。
【０１１０】
また、隔壁層３３１の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等を含むネガ型またはポジ型の感光性材料を用いたフォトリソグラフィー法、ドライレジストシートを用いたフォトレジスト法等が挙げられる。
【０１１１】
図８に示す５層構成をなす検出部３００は、基板３０１、電極層３１５および検知層３２１の他に、さらに隔壁層３３１および開口層３４１を有する。
【０１１２】
この隔壁層３３１は、図７に示す４層構成をなす検出部３００で説明した隔壁層３３１と同一の構成をなし、同一の機能を発揮する。
【０１１３】
また、開口層３４１は、検知層３２１上に積層され、電極層３１５が備える作用電極３１１、対電極３１２、および参照電極３１３に対応する位置で開口部を備える隔壁を形成している。この開口層３４１により、隔壁層３３１と同様に、検出部３００の厚さ方向において、各電極３１１、３１２、３１３に対応する領域が厳密に区画される。これにより、間質液から検知層３２１内部へ浸透するグルコースを、開口層３４１の開口部に位置するもの、すなわち検知層３２１の厚さ方向（上方向）から供給されるもののみに限定することができ、斜め方向からグルコースが浸透してくることを、的確に抑制または防止することができる。そのため、グルコース量をより正確に検出できる。
【０１１４】
このような開口層３４１の形成方法としては、特に限定されず、例えば、開口層３４１をチタンで構成する場合、マスクスパッタ法を用いてチタン成膜する方法が挙げられる。また、開口層３４１をナフトキノンアジトポリマー（ポリスルホン酸エステル）のような樹脂材料で構成する場合、かかる樹脂材料を含むネガ型の感光性材料を用いたフォトリソグラフィー法が挙げられる。
【０１１５】
なお、検出部３００は、図５−図８に示した構成のものの他、さらに、電極層３１５を、作用電極３１１、対電極３１２および参照電極３１３を含むものとし、これら各電極３１１、３１２、３１３に独立して電気的に接続された配線３１４を含む配線層を基板３０１と電極層３１５との間に個別に設けることもできる。
【０１１６】
また、本実施形態では、検出部３００において、電極層３１５が備える作用電極３１１、対電極３１２、参照電極３１３および配線３１４の全体を、検知層３２１で覆う場合について説明したが、かかる構成に限定されず、作用電極３１１および対電極３１２上に選択的に検知層３２１が形成されていてもよい。
【０１１７】
１．２．５．回路の構成
本体部１１０は、その内部に配設された、検出部３００を駆動させる回路を有している。図９は、センサー素子１００が備える検出部３００を駆動させる回路４００の構成を模式的に示す図である。
【０１１８】
回路４００は、参照電極３１３と作用電極３１１との間に増幅させた定電圧を印加するための増幅器４０１と、作用電極３１１と対電極３１２との間に流れた電流値を増幅させる増幅器４０２とを有しており、それぞれが配線３１４を介して、電気的に接続されている。増幅器４０１は、配線３１４を介して、参照電極３１３に電気的に接続されており、参照電極３１３との間に増幅された、例えば、０．１Ｖのような定電圧を印加する。増幅器４０２は、配線３１４を介して、作用電極３１１と対電極３１２との間に流れた電流値を増幅させ、配線１３２を介して、増幅された電流値を処理回路２００に伝達する。
【０１１９】
なお、参照電極３１３は、その形成を省略することができるが、この場合には、作用電極３１１と対電極３１２との間に定電圧を印加し得るように増幅器４０１を電気的に接続するようにすればよい。
【０１２０】
１．３．グルコース値の測定
次に、本実施形態に係るセンサー素子１００を備える測定装置１０１を用いた間質液中におけるグルコース値の測定方法の一例について説明する。
【０１２１】
まず、カニューレ１１１を皮下組織５０２に挿入して、検出部３００の検知層３２１を間質液に接触させて、安定化させる。
【０１２２】
次に、作用電極３１１と参照電極３１３との間に定電圧を所定時間印加する。生じた電子を、作用電極３１１と対電極３１２との間に流れた電流値として測定することで、間質液中におけるグルコース値を求める。
【０１２３】
１．４．作用・効果
以上により、本実施形態に係るセンサー素子１００および測定装置１０１では、水溶性のメディエーターが親水性のホスト材料に架橋結合されていることにより、メディエーターが作用電極３１１上に十分に固定される。このため、メディエーターがセンサー内に溶出して拡散しにくくなり、測定値のベースラインのドリフトが起こりにくいセンサー素子１００および測定装置１０１を提供することが可能となる。また、上記のような、水溶性または親水性の材料により検知層３２１が形成されていることにより、酵素活性を著しく低下させることなく、十分にメディエーターをホスト材料で形成された膜に固定することができる。
【０１２４】
これにより、本実施形態に係るセンサー素子１００および測定装置１０１では、ＳＭＢ
Ｇによる測定値の補正が必要とならず、本実施形態に係る測定装置１０１を用いたグルコース値の測定により、「糖尿病患者の日内血糖値変化を把握し、医師が治療方針を決めるためのものであること。」、かつ、「インスリン投与量の計算指標としての血糖値測定であること。」の２つの目的を両立させることか可能となる。
【０１２５】
１．５．その他
なお、本実施形態に係るセンサー素子１００は、上記のように測定装置１０１に装着される他、例えば、インシュリンポンプに装着されてもよい。
【０１２６】
図１０は、本実施形態に係るセンサー素子１００をインシュリンポンプ１７１に装着した状態を模式的に示す斜視図である。
【０１２７】
図１０に示すインシュリンポンプ１７１は、センサー素子１００を接続して使用されるものであり、センサー素子１００と、センサー素子１００で得られた電流値を解析する処理回路２００を備えた演算装置２１０および演算装置２１０で演算することで得られた測定値に基づいて皮下組織５０２にインシュリンを供給（投与）する針部１７２を備える供給部１７５と、センサー素子１００を供給部１７５に装着（接続）するコネクタ１３１と、処理回路２００とコネクタ１３１とを接続する配線１３２とを有する。このようなインシュリンポンプ１７１では、作用電極３１１と対電極３１２との間に流れた電流値が、本体部１１０が備える回路４００および配線１３２を介して、処理回路２００に伝達され、処理回路２００を備える演算装置２１０の解析により、間質液中におけるグルコース値（グルコース濃度）が測定値として算出される。そして、この測定値（グルコース値）に基づいて、すなわち測定値が設定された濃度よりも高い場合に、インシュリンポンプ１７１が作動し、針部１７２を介して、装着者にインシュリンが自動的に投与される。
【０１２８】
なお、測定装置１０１およびインシュリンポンプ１７１において、センサー素子１００で測定された電流値は、配線を介することなく、処理回路に伝達するようにしてもよく、例えば、通信手段を介して無線で、電流値を処理回路に伝達するようにしてもよい。
【０１２９】
また、測定装置１０１において、センサー素子１００と表示部１５５とは配線１３２を介して接続されているものに限らず、これらが一体的に形成されているものであってもよいし、インシュリンポンプ１７１において、センサー素子１００と供給部１７５とは配線１３２を介して接続されているものに限らず、これらが一体的に形成されているものであってもよい。
【０１３０】
２．実施例
以下、本発明を実験例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに何ら限定されるものではない。
【０１３１】
２．１．センサー素子の調製
＜実施例１＞
まず、平均厚さ０．５ｍｍの透明なガラス基板を基板として用意した。次に、この基板上に、マスクスパッタ法により平均厚さ１００ｎｍのパターニングされた導電性ＩＴＯ膜を、配線層として形成した。
【０１３２】
次いで、得られたＩＴＯ膜上に、マスクスパッタ法により平均厚さ２００ｎｍのパターニングされた白金膜を、作用電極、対電極および参照電極を備える電極層として形成した。
【０１３３】
得られた白金膜上に、アクリル材料を用いたフォトレジストにより平均高さ８μｍのバ
ンクを形成するとともに、測定対象液（血液、間質液）と接触する開口部を開けることにより、隔壁層を形成した。
【０１３４】
そして、導電性ＩＴＯ膜、白金膜および隔壁層が積層された基板を、アセトン、２−プロパノールの順に浸漬し、超音波洗浄した後、酸素プラズマ処理およびアルゴンプラズマ処理を施した。これらのプラズマ処理は、それぞれ、基板を７０−９０℃に加温した状態で、プラズマパワー１００Ｗ、ガス流量２０ｓｃｃｍ、処理時間５ｓｅｃで行った。
【０１３５】
参照電極の白金電極上に、銀−塩化銀粒子を含んだインクをインクジェット方式により乾燥後膜厚が３μｍになる量を充填し、１２０℃のオーブンで乾燥させることで、銀−塩化銀膜を形成した。
【０１３６】
次に、下記の組成となるように調製した液体組成物を、参照電極、作用電極および対電極の全面にスピンコート法を用いて塗布し、乾燥後膜厚２μｍを得た。乾燥後、波長３６５ｎｍの紫外線を１０００ｍＪ照射することにより不溶化膜を得て、グルコースを検知するための検知層とした。
【０１３７】
検知層形成用液体組成物
・ＦＡＤ‐ＧＤＨ（ＦＡＤグルコース脱水素酵素）                １重量部
・ＰＶＡ‐ＳｂＱ                                          ６００重量部
・ビタミン‐Ｋ１                                          ２．８重量部
・水（溶媒）                                          ２９０００重量部
【０１３８】
＜実施例２−４＞
表４に記載のメディエーターを選択した以外は実施例１と同様の条件で組成物を調製した。
【０１３９】
【表１】
2018042797.tif 000002
【０１４０】
【表２】
2018042797.tif 000003
【０１４１】
【表３】
2018042797.tif 000004
【０１４２】
【表４】
2018042797.tif 000005
【０１４３】
＜実施例５＞
ホスト材料として、ＰＶＡ‐ＳｂＱと表１に記載の５（ポリプロピレングリコール）を
使用し、メディエーターとしてビタミン‐Ｋ１の代わりに表２に記載のＤ（２−ヒドロキシ―１，４−ナフトキノン）を使用し、さらに、架橋剤として表３に記載のα（１，３−ビス（ビニルスルホニルアセトアミド）プロパン）を使用して検知層形成用液体組成物を調製した以外は、実施例１と同様の条件でセンサー素子を作製した。
【０１４４】
検知層形成用液体組成物
・ＦＡＤ‐ＧＤＨ（ＦＡＤグルコース脱水素酵素）                １重量部
・ＰＶＡ‐ＳｂＱ                                          ５００重量部
・ＰＰＧ‐３００（ポリプロピレングリコール）              １００重量部
・２‐ヒドロキシ‐１，４‐ナフトキノン                    １．２重量部
・１，３−ビス（ビニルスルホニルアセトアミド）プロパン      ５０重量部
・水（溶媒）                                          ２９０００重量部
【０１４５】
＜実施例６−２０＞
表４に記載のホスト材料とメディエーターを選択した以外は実施例５と同様の条件で組成物を調製した。
【０１４６】
＜実施例２１−２８＞
表４に記載のホスト材料とメディエーターを選択し、さらに、架橋剤として表３に記載のβ（１，３−ビス（ビニルスルホニル）プロパン−２−オール）を使用した以外は実施例５と同様の条件で組成物を調製した。
【０１４７】
＜実施例２９−３３＞
表４に記載のホスト材料とメディエーターを選択し、さらに、架橋剤として表３に記載のγ（Ｎ，Ｎ‘−メチレンビスアクリルアミド）を使用した以外は実施例５と同様の条件で組成物を調製した。
【０１４８】
＜実施例３４−３８＞
表４に記載のホスト材料とメディエーターを選択し、さらに、架橋剤として表３に記載のδ（１，４−ビス（４−ビニルフェノキシ）-ブタン）を使用した以外は実施例５と同様の条件で組成物を調製した。
【０１４９】
＜実施例３９−４１＞
表４に記載の３種のホスト材料を使用し、表４に記載のメディエーターを選択した以外は実施例２１と同様の条件で組成物を調製した。
【０１５０】
＜比較例１、２＞
表４に記載のメディエーターを選択した以外は実施例１と同様の条件で組成物を調製した。
【０１５１】
＜比較例３、４＞
表４に記載のメディエーターを選択し、さらに、架橋剤としてγを使用した以外は実施例１と同様の条件で組成物を調製した。
【０１５２】
＜比較例５−７＞
表４に記載のホスト材料、メディエーターおよび架橋剤を選択した以外は実施例１と同様の条件で組成物を調製した。
【０１５３】
＜比較例８＞
表４に記載のように、メディエーターおよび架橋剤は使用せず、ホスト材料のみを用い
た以外は実施例１と同様の条件で組成物を調製した。
【０１５４】
２．２．評価試験
＜検知電流密度の測定（初期特性）＞
リン酸生理食塩水にグルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬになるように調製して標準液として準備し、この調製液を３５℃で一定になるように加温した。この溶液に上記で得られたセンサー素子を浸漬し、参照電極部、対電極部、作用電極部を完全に溶液中に浸漬した。次に、参照電極と作用電極の間が１００ｍＶとなるように電圧を印加し、この状態で５分間保持して状態を安定化させ、得られた電流値を検知電流密度とした。なお、装置として、ビー・エー・エス株式会社製  電気化学アナライザーＡＬＳ６０８Ｂを用いた。
【０１５５】
＜２４時間後の電流密度変化の測定（ドリフト検査）＞
上記の評価試験において、電流値を０．５時間毎に測定し、電圧の印加から２４時間の電流地を測定し、上記評価試験で得られた値からの変化量を調べた。
【０１５６】
２．３．評価結果
実施例では、いずれも観測された初期の検知電流密度が３μＡ／ｍｍ２程度であり、２４時間後の電流密度変化も３％以下と変化量が小さく、ほとんどドリフトが発生していなかった。これに対し、比較例では、いずれも初期の検知電流密度は、いずれも０．０２０μＡ／ｍｍ２以下とノイズレベルの値しか観測されず、２４時間後の変化量は論議できない状態であった。これは、比較例１、２では、ホスト材料として使用した化合物１はメディエーターの水酸基と反応しないため、メディエーターを固定することができず、酵素として用いたＦＡＤ‐ＧＤＨとの間で電子的な授受ができなくなったためと考えられる。このように、ホスト材料として使用した化合物１は、実施例１−４のように、水酸基以外の官能基を有するメディエーターを使用した場合には、メディエーターがホスト材料で形成された膜に固定されるが、官能基を有している場合であってもホスト材料と架橋結合しない官能基の場合には、メディエーターが固定されなかった。比較例１、２で使用したメディエーター（Ｍ、Ｒ）を用いた場合であっても、実施例１４、１９、２５、２７のように、架橋剤によってホスト材料と架橋可能な場合には、ホスト材料で形成された膜に固定されるが、比較例３−５のように、架橋剤を用いてもホスト材料と架橋されない場合には、メディエーターをホスト材料で形成された膜に固定することができなかった。さらに、比較例６、７で使用したメディエーターも、架橋剤を用いてもホスト材料と架橋されないため、メディエーターをホスト材料で形成された膜に固定することができなかった。このように、メディエーターと架橋剤は反応して架橋結合を形成しても、この反応にホスト材料が関与しない場合には、メディエーターの分子量がそれほど大きくならないため固定されず、センサーから溶出して、センサーの挙動が不安定になった。なお、比較例８は、メディエーターも架橋剤も用いずに膜を形成した例であり、他の例と同量の酵素を使用しても、ノイズ程度の検知電流密度しか観測されなかった。
【０１５７】
以上の例より、メディエーターがホスト材料に架橋結合した場合には、酵素と作用電極との間の電子移動に関与するメディエーターがホスト材料に固定されることにより、作用電極上に十分に固定されて拡散せず、ドリフトが起こりにくいセンサー素子が得られた。
【０１５８】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１５９】
１００…センサー素子、１０１…測定装置、１１０…本体部、１１１…カニューレ、１１２…貫通孔、１１３…窓部、１１４…中空部、１２０…着脱部、１２１…針部、１２２…把持部、１３１…コネクタ、１３２…配線、１５１…モニター、１５５…表示部、１７１…インシュリンポンプ、１７２…針部、１７５…供給部、２００…処理回路、２１０…演算装置、３００…検出部、３０１…基板（基部）、３１１…作用電極、３１２…対電極、３１３…参照電極、３１４…配線、３１５…電極層、３２１…検知層、３３１…隔壁層、３４１…開口層、４００…回路、４０１、４０２…増幅器、５０１…表皮、５０２…皮下組織、５０３…血管
【図１】
2018042797.tif 000006
【図２】
2018042797.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018042797.tif 000011
【図７】
2018042797.tif 000012
【図８】
2018042797.tif 000013
【図９】
2018042797.tif 000014
【図１０】
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