CZ192894A3

CZ192894A3 - Homogeneous membrane for a biological sensing element

Info

Publication number: CZ192894A3
Application number: CZ941928A
Authority: CZ
Inventors: Douglas J Allen; Robert S Nevin
Original assignee: Lilly Co Eli
Priority date: 1992-02-11
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 1995-01-18
Also published as: US5476094A; EP0625883A4; NO942942L; SK94794A3; BG99034A; RO111824B1; FI943700A0; AU3662393A; RU94040717A; BR9305866A; DE69326545D1; NO942942D0; WO1993015651A1; DE69326545T2; CA2129626A1; AU664255B2; KR950700027A; ES2137252T3; FI943700A7; HU9402332D0

Description

Oblast techniky - _ =

Vynález se týká homogenní membrány z akrylových kopolymerů' pro výrobu biologických čidel určených k použití in vivo, zejména čidel glukózy. Vynález se rovněž týká přístroje, který obsahuje biologické čidlo s membránou uvedenou výše.

Dosavadní stav techniky

Monitorování množství fyziologických veličin majících význam v lékařství se provádí ve klinických chemických laboratořích, které jsou vzdáleny od pacienta. Vlivem vznikajícího časového zpoždění je získaná informace historická a nezobrazuje současný stav pacienta. Následkem toho se mnozí výzkumníci pokoušeli vyvinout biologické čidla k použití in yivo, která by vyvíjela v reálném čase údaje o větším počtu analytických reagens, která mají klinický význam. Výborný přehled současného výzkumu v tomto oboru publikovali Collison a Meyerhoff (Analvtlcal Chemistry, 62, str.425-457, 1990).

První požadavek na taková čidla je, aby byla snášenlivá s tělem. Přinejmenším materiály použité k výrobě takového Sidžádné toxické či alergické účinky. Nala nesmí v těle vyvíj víc, čidla, které mají být použita ve styku s krví, nesmi vdávat thrombctickou reakci. Pouze male množství polymerových materiálů může splnit přísné požadavky prc použití v lékařství. Vadgama (Sensors and Actuatirs, 31, č.1-6, 1-7, 1990) shrnul problémy, které vznikají při styku biologických čidel s biologickým prostředím.

Druhý požadavek na biologická čidla použitá in vivo je, že čidlový prvek se musí nacházet ve stabilním prostředí. Jestliže se prostředí, kterému je čidlový prvek vystaven, neustále mění, čidlo dozná posun” (drift) a hodnoty získané čidlem budou zatíženy chybou. Čidlový prvek musí tudíž být určitým způsobem chráněn od rušivého biologického prostředí. To je obecně docíleno vložením neubrány mezi čidlový prvek a prostředí. Takové mezbraný c i být biologicky snášenlivé, nebot jinak by reakce těla, například thrombctioká reakce či zánětová reakce způsobila trvalé rozrušení prostředí, kterému je čidlový prvek vystaven. Biologická snášenlivost

-2membrán používaných ve výrobě biologických čidel je nutné nejen z důvodů bezpečnosti, nýbrž i pro celkovou funkci čidla.

Wilkins a Radford (Biosensors & Bioelectronics, 5, δ.3, str,

167-213, 1990) zkoušeli tyto otázky pro více biologických materiálů.

Výsledný požadavek zřejmě je, že čidlo musí přesně měřit v* požadované analytické reagens. Cidlový prvek je potenciálně vystaven tělesným proteinům, elektrolytům, léčivům podávaným pacientovi atd., z nichž některé nebo všechny mohou rušit měření. Membrány musí tedy být nejen biologicky snášenlivé, v

avšak musí také umožňovat přesnou detekci požadovaného analytického reagens za přítomnosti množství chemických složek. Vlastnosti propustnosti musí tudíž být v souhlase s návrhem čidla jakož i s analytickým reagens, které má být měřeno.

V současné době se provádí významný výzkum týkající se vývoje čidla glukózy použitého in vivo. Takové čidlo by umožnilo plynulé monitorování hladiny glukózy v krvi pacienta a umožnilo lékaři zavést terapii přizpůsobenou individuální potřebě. Největší část výzkumu v tomto oboru je věnována vyvinutí elektroenzymatických čidel. Taková čidla jsou jednodušší a levnější ve výrobě než optická čidla. Jeden z problémů, který musí být překonán u těchto čidel, je požadavek, aby čidlový prvek měl dostatečný přívod kyslíku. Princip činnosti těchto čidel já založen na reakci glukózy s kyslíkem. Protože koncentrace glukózy v těle je mnohem vyšší než koncentrace kyslíku, může dojít k vyčerpání místního přívodu kyslíku pokud není učiněno jisté opatření pro řízení reakce. Tyto otázky zpracovali Turner a Pickup (Biosensors, 1, str.85-115, 19S5).

Nejvýhodnšjší uspořádání elektrochemického čidla glukózy zavádí použití jednoho nebo dvou enzymů jako katalyzátorů reakce mezi glukózou a jinou molekulou za účelem vyvinutí elektrického signálu. Typicky se použije oxidáza glukózy jako katalyzátor reakce mezi glukózou a kyslíkem, která dává kyselinu glukonovou a peroxid vodíku takto:

GLUKÓZA + CL -> KYSELINA GLUKONOVA + H„0_ glukózy 2 2 ^H2°2 -> ^{2H+ +} °2 ^{+ 2}®~

-3Vyvíjený peroxid vodíku může být detekován přímo nebo může být rozkládán druhým enzymem, katalázou, takže v tomto případě bude čidlo měřit spotřebu kyslíku při reakci s oxidázou glukózy.

Významný parametr membrány použité pro čidla glukózy je poměr difuzního součinitele kyslíku ku difuznímu součiniteli glukózy. Nestačí když membrána má vysoký diřuzní součinitel kyslíku. Silikon má nejvyšší propustnost pro kyslík ze všech

Z polymerů, avšak je nevhodný jako membrána pro čidla glukózy

Z protože je naprosto nepropustný pro glukózu. Jiné membrány mohou mít dobrou propustnost pro kyslík, avšak příliš vysokou propustnost pro glukózu. Ideální systém polymerů použitý pro výrobu membrán pro čidla glukózy by tudíž měl umožnit výrobu membrán s proměnlivými poměry difuzních součinitelů, aby bylo možné přizpůsobit vlastnosti membrány zvláštním požadavkům čidla.

Vzniká zde tudíž potřeba polymerů, které mohou být zpracovány na membrány, které splňují výše uvedené požadavky a které mohou mít proměnlivé poměry difuzních součinitelů, takže membrány mohou být přizpůsobeny zvláštním požadavkům čidla.

Podstata wnéle:

Membránv •li p r ~ ž eného wnálezt jí jedinečné rametry, které uspokojují výše uvedené cíle. Jejich vlastnosti mohou být měněny pro přizpůsobení jejich difuzních charakteris tik ke splnění požadavků zvláštního uspořádání biologického čidla. Homogenní membrány podle vynálezu jsou vyrobeny z biologicky snášenlivých kopolymerů, jejichž hydrofóbní/hydrofilní rovnováha může být měněna v širokém rozsahu. Tyto membrány jsou zvláště užitečnév konstrukci elektrochemických čidel gluZ kozy pro použití in vivo.

Membrány podle vynálezu jsou vyrobeny z akrylového kopolymeru složeného ze dvou nebo více akrylových esterů, z nichž jeden obsahuje substituent nolv(etyléncxíd) jako část alkoholové složky. Přednostní akrylové kopolymery takto vyrobené mají obsah vody od 10% do 301, vztaženo na jejich suchou hmotnost. Vhodnou volbou reakčních složek mohou být z těchto kopolymerů vyrobeny membrány, které mohou být použity pro výrobu biologických čidel pro použití in vivo.

-4Charakteristiky propustnosti těchto membrán mohou být měněny v širokém rozsahu, což umožňuje jejich použití s množstvím biologických čidel závislých na schopnosti židlového prvku přesně detekovat určité analytické reagens. Pro membrány použité v čidlech glukózy užitých in vivo jsou například poměry součinitele difúze kyslíku ku součiniteli difúze glukózy asi 4000, přednostně od 2500 do 3500.

Tyto kopolymery jsou rozpustné ve množství rozpouštědel a kombinací rozpouštědel a mohou tedy být snadno zpracovány na membrány rozličných tvarů. Membrány podle vynálezu mají dobrou přilnavost k podkladům ve vodném prostředí a mají výbornou pevnost za mokra. Další výhoda kopolymerů, ze kterých se vyrábějí membrány podle vynálezu spočívá v tom, že vyvíjejí velmi nízkou toxicitu v biologických systémech, což je klíčový požadavek pro čidla jakéhokoli typu určená k implantaci.

Další charakteristiky a výhody předloženého vynálezu budou objasněny následujícím popisem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l je schematický pohled na čidlo glukózy mající čidlové prvky s membránou z akrylového kopolymeru podle předloženého vynálezu k nim v / připojenou a obr.2 znázorňuje schematicky část čidla glukózy určenou k implantaci, s židlovými prvky pokrytými membránou z akrylového kopolymeru podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

K usnadnění pochopení principů vynálezu budou nyní popsána jeho přednostní provedení, přičemž bude použit zvláštní jazyk. Rozumí se, že tím nedojde k žádnému omezení rozsahu vynálezu a že ve přednostních provedeních vynálezu je možné odborníkům školeným v oboru provést rozličné obměny a další aplikace principů vynálezu aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vynálezu.

Předložený vynález vytváří membrány z akrylového kopolymeru pro použití k povlékání nebo zapouzdření biologického čidla, například čidla glukózy, zejména čidla pro použití in vivo. Rylo objeveno, že použití takových membrán má mnoho

-5výhod včetně řízení difúze analytických reagens k čidlovým prvkům pro umožnění přesné analýzy, ochrany čidla proti škodlivému prostředí in vivo, a dosažení biologické snášenlivosti.

Membrány podle předloženého vynálezu se vyrábějí obvyklými způsoby kopolymerací dvou nebo více monomerů akrylových esterů. Kopolymery jsou rozpustné v rozpouštědlech jako je aceton a mohou být vytvořeny jako membrána z roztoku ponořením, rozprašováním nebo spinovým povlékáním.

Jeden z monomerů akrylového esteru obsahuje póly(etylénoxid) mající střední molekulární hmotnost od 200 do 2000, jako alkoholovou složku akrylového esteru. Tento monomer je označen jako hydrofilní složka kopolymerů. Zvláště výhodný je póly(etylénoxid) mající střední molekulární hmotnost asi 1000. Příklady takových monomerů jsou metoxypoly(etylénoxid)monometa kryláty.

Jiné složky kopolymerů mohou být některé z množství akrylových nebo substituovaných akrylových esterů, zvláště metakry láty a akryláty. Zvláště výhodné jsou metylmetakryláty samotné nebo v kombinaci s etylakrylátem, Odborník školený v oberu oce ní, že změny ve volbě takových monomerů ovlivní vlastnosti mem brány, zejména s ohledem na hyčrofilnost a propustnost. Volba komonomerů použitých v membránách může být odborníkem školeným v oboru provedena snadno bez ..oytečr.ého zkcušer.í, aby byly dosaženy žádané fyzikální vlastnosti membrány. Pro všechny stejné ostatní okolnosti mohou být monomery zvoleny na základě dostupnosti na trhu, ceny a snadnosti čistění.

Příklad 1

Obecný postup polymerace

Způsoby pro přípravu membrán podle předloženého vynálezu jsou v oboru známé. Následující postup uvádí typickou metodologii.

18,75 g metylmetakrylátu, 6,25 g metoxypoly(eíylénoxid)monometakrylátu (také známého jako metoxypolyetylénglykolmetakrylát) (molekulární hmotnost 1'01), 50 mg 2,2 -azobisizobutyronitrilu a 50 ml etoxyetylacetátu se vl.íí do tiskové nádoby o obsahu 200 ml obsahující magnetickou míchací tyč. Míchaným roztokem se prohání dusík po dobu 15 minut. Potom byla nádoba utěsněna a umístěna v olejové lázni udržované ne —o— taplotě 75°C. Viskozita roztoku vzrůstala s časem, takže po třech hodinách bylo magnetické míchání zastaveno. Fo 24 hodinách byla nádoba vyňata z olejové lázně a ponechána vychladnout při teplotě místnosti. Viskozní roztok byl zředěn 50 ml acetonu.

Polymerový produkt byl vysrážen ze 1500 ml	hexanu, znovu roz-
puštěn	ve 100 ml acetonu	a opět vysrážen z	1500 ml hexanu. Bílé
hrudky	polymeru byly na dobu	16 hodin namočeny do 500 ml hexanu
Nakonec	byl polymer sušen	PO	dobu 16 hodin	při 5O°C ve vakuové
peci. Výtěžek byl 25,8 g	špinavě bílé křehké pevné látky. Další
vzorkové polymery připrav ny v tabulce 1.	ené	výše popsaným	způsobem jsou uvede-
		Tabulka 1
			Metoxy-
	Metyl-		póly(etylénoxid)- Etyl-
	metakrylát (gu		monometakrylát (g) Akrylát (g)
1	10.65		3.75	10.65
2	10.00		5.00	10.00
3	15.00		5.00	5 . 00
4	12.50		6.25	6.25
5	15.00		10.00
6	20.00		5.00
7	18.75		6.25
8	17.50		7.50
9	16.25		8.75
10	12.50		10.00	2.50
11	13.75		8.75	2.50
12	15.00		7.50	2.50
13	16.25		5.25	2.50
14	17.50		5.00	2.50
15	12.50		7.50	5 .00
16	13.75		6.25	5 . 00
17	15 . 00		5.00	5.00
18	16.25		3.75	5 . 00
19	13.75		3.75	7.50
20	12.50		5.00	7.50
Příklad	2

Pro vybrané polymery připravené ve příkladu 1 tyla vyhodnocena molekulová hmotnost a byl určen obsah vody. Obsah vody byl určen na filmech o průměru 4,5 cm usušených při 50°C ve vakuu, zvážených, ponořených na dobu 24 hodin do deionizované vody, lisovaných s filtračním papírem a zvážených. Procentní množství vody bylo určeno ze vzorce:

% Množství = (x ICO kde V,^r ie hmotnost nasáklého filmu a V», je hmotnost suchého w ^α filmu. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2. Molekulární hmotnosti byly určeny gelovou permeační chromatografií, přičemž byl použit kapalinový chromatograf Waters GP£ I opatřený dvě ma lineárními sloupci Waters Ultrastyragel*, diferenciální re fraktometrický detektor Waters Model R401 a datový modul Wa-

ters Model 730. Zkoušky byly prováděny při 25°C v toluenu. Velikost vzorku byla 250 ,ul při koncentrací 0,25% (w/v).
Molekulární hmotnosti byly určeny srovnáním se standardním kusem konstruovaným otáčením starenových standardů za stejných podmínek.	časů setrvání řady devíti póly· Molekulární hmot· molekulární hmot- Množství vody %
nosti uvedené v nosti. Číslo	tabulce 2 jsou vrcholové” Tabulka 2 Molekulární hmotnost
5	115,000	63.2
6	105,000	7 . 1
7	100,000	16.2
8	105,000	27.2
c	100,000	37.2
1 o	110,000	7 1’ '7
i	J15,000	56.5
•ó	105,000	35.9
	6 , 000	2
—	105,000	12 9
— -0	105,000	5c ^:
16.	. 130,000	3 5 5
17	125,000	19 . £
18	110,000	12 . 3
1?	135,000	20.2
20	180,000	32.8
21	270,000	59 . 8
22	125,000	8.8
23	140,000	110.4
24	170,000	15.5
25	235,000	31.3
26	125,000	59 . 2
Příklad 3
Bv* Ύ η⁴ ·.' r--r-	ov.-ty membrány nalitím filmů	ze vhodného roz-
pcuštědla na sklo při použití Gardnerova nože (Gardner Labs)

Použité rozpouštědlo závisí na zvláštní chemické struktuře polymeru. Nejvýhodnější rozpouštědlo byl aceton, protože je velmi těkavý. Jiná vhodná rozpouštědla jsou chloroform,

-8dichlormetan a toluen. Fo odstranění rozpouštědla byly membrány hydrátovény deionizovanou vodou po dobu 30 až 60 minut.

* X ·* ·»

Potom byly odebrány a přeneseny na nosný list Kylar . Fred odebráním z nosného listu byly měřeny tlouštky filmu mikrometrem.

v

Součinitele difúze byly měřeny v normální buňce propustnosti (Crown Glass Co., Inc.) udržované na teplotě 37,0 ±O,1°C, při použití Fick-ova vztahu:

J = -D dC/dx kde J je celkový tok, F je součinitel difúze a dC/dx je gradient koncentrace napříč membrány.

Součinitele difúze kyslíku byly určeny zajištěním membrány dvěma kaučukovými těsněními mezi oběma polovinami difuzní buňky udržované na 37,0°CjO,l°C a sevřením obou polovin k sobě. Každá strana buňky byla naplněna fyziologickým roztokem tlumeným fosforečnanem. Jedna strana byla nasycena dusíkem, zatímco druhá strana byla nasycena vzduchem. Kalibrované čidlo kyslíku (Microelectrodes, Inc.) bylo umístěno do poloviny obsahující dusík a každých 5 minut bylo provedeno měření až do dosažení rovnováhy systému. Součinitele difúze glukózy byly určeny stejně až na to, že jedna polovina buňky byla naplněna fyziologickým

Z roztokem tlumeným fosforečnanem a obsahujícím 300 mg/dl glukózy. Ve vhodných intervalech byla měřena koncentrace glukózy v každé polovině buňky přístrojem Cooper Assist Clinical Analyzer. Součinitele difúze a poměry pro polymery ze příkladu 1 jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3

Folvmer D(Q£2/SEC)xlO=6 _t Poměr

Kyslík Glukóza ^Dkyslíku^/Dgluko'zy

2	4 . 09	1. 19	3.44
3	5 . 10	0.04	121.14
6	7.06	0.63	1 L . 15
7	3 .55	0.01	3 550
9	3.44	0.09	4 0.47
10	4.51	0.22	20.69
11	5 - 74	1.09	5.27
12	5.51	0.75	7.35
13	4.42	0.17	26.00
14	5.73	0.08	69.04
16	6.23	0.77	8.09
17	6 . 35	0.61	11.23
21	5 .56	0.26	21.38
22	5.51	1.10	5.01
24	5.99	360	0.02
26	5.65	8.90	0.63
27	7.10	280	0.03

-9Akrylové kopolymery jsou například účinné při řízení difúze analytických reagens k povlečenému biologickému čidlu. Jako příklad byl polymer 5^7 nanesen jako vnější membrána na elektroenzymatické čidlo glukózy. Čidlo reagovalo lineárně na glukózu v rozmezí koncentrace od 0 do 400 mg/dl. Čidlo neukazovalo žádný účinek kyslíku ani při hladinách kyslíku tak nízkých jako 2%. Podobné výsledky byly dosaženy také s jinými kopolymery ze příkladu 1, jak ukazuje tabulka 3.

Jak je ukázáno výše, akrylové kopolymery a výsledné membrány mohou být snadno připraveny se širokým rozmezím součinitelů difúze a obsahu vody. Tyto formulace ukazují možnost měnit tyto parametry v žádaném rozmezí uvedeném dříve. Toto řízení umožňuje odborníkovi přizpůsobit membrány pro zvláštní biologická čidla.

Přiklad 4

Na akrylových kopclymerech ze příkladu 1 byly provedeny zkoušky cytotoxicity déle popsaným způsobem. Velikost použitého zkušebního článku byla 64,3 cm“ (1,0 g). Jednovrstevná kultura fibroblastoidních myších buněk L-929 byla kultivována do vzájemného styku a vystavena extraktu připravenému vložením zkušebního článku do 11 ml látkv Minimum Sssential Medium (E?-<Le) ? .ovězího sera (5λ) ε ext:

o 24 hod:

EM byl použit jako negativní kontrola. Po vystavení extraktu na dobu 72 hodin byly buňky zkoušeny mikroskopicky na cytctcxický účinek. Pyly zaznamenávány přítomnost nebo nepřítomnost styku jednoduché vrstvy, mezibuněčná granulace, zbobtnání buněk a krenace a procento buněčné lyže.

Zkouěení implantace IM bylo prováděno následovně. Velikost použitého zkušebního článku byla 1 mm šířky a 10 mm délky. Jako zkušební zvířat o byli použiti dva zdraví dospělí bílí králíci z Nového Zeelandu o hmotnosti nad 2,5 kg. Čtyři pásky zkušebního materiálu byly zavedeny do pravého paravertebrálního svalu každého králíka. Dvě pásky plastu negativní zkoušky byly implantovány -ρ levého paravertebrálního svs'u každého králíka. Zvířata ..yla humánně usmrcena za 7 dnů po implantaci a celý paravertebrální sval na každé straně páteře byl odebrán. Byly provedeny příčné řezy svalů pro zjištění v

místa implantovaných vzorků. Tkán obklopující každý implantát

-10byla zkoušena mikroskopicky.

Na akrylových kopolymerech ze příkladu 1 byly také provedeny hemolytické zkoušky. Velikost zkušebního článku byla 1,0 g, byl rozřezán na malé kousky. Vzorek byl vložen do každé ze dvou extrakčních trubic obsahujících 10 ml injekce chloridu sodného. Do každé trubice bylo přidáno 0,2 ml lidské krve předběžně shromážděné ve vakuové trubici obsahující E.D.T.A. Trubice byly mírně převráceny pro smíchání obsahů, potom uloženy do lázně se stálou teplotou 37°C na 1 hodinu. Směs krve a v

fyziologického roztoku byla potom odstředována po 10 minut při 2200 ot/min. Pohltivost každého vzorku roztoku byla určena spektrofotometricky při 545 nm a srovnána s pohltivostí pozitivního zkušebního vzorku (10 ml vody a 0,2 ml krve) a negativního zkušebního vzorku (10 ml injekce chloridu sodného a 0,2 ml krve) pro určení množství hemoglobinu uvolněného z prasklých buněk Červených krvinek.

Výsledky výše uvedených zkoušek jsou uvedeny v tabulce 4. Tabulka 4

Polymer	Cytotoxický	Hemolytický	• V implantaci
1	ne		nevýznamný
2	ne
3	ne		nevýznamný
4	ne
5	ne	ne	nevýznamný
6		ne	nevýznamný
7	ne
10	ne	ne
16	ne
17	ne
18	ne
19	ne
20	ne
21	ne
24	ne
25	ne
26	ne

Kopolymery uvedené v tabulce 1 zahrnují rozmezí směsí monomerů proměnlivých molekulárních hmotností a obsahů vody (tabulka 2), jež všechny vykazují výbornou biologickou snášenlivost. Polymery použité pro výrobu těchto membrán nesmí vyvíjet žádnou toxicitu nebo jiné škodlivé účinky když jsou umístěny v těle. Tabulka 4 obsahuje výsledky zkoušek na cytotoxicitu, hemolýzu a podráždění způsobené implantací Dfi vzorků

-11kopolymeru podle vynálezu. Z výsledků je patrno, že kopolymery vyvíjejí výbornou biologickou snášenlivost. Klíčovým výsledkem vynálezu je také možnost měnit složení kopolymeru k dosažení určitých zvláštních vlastností při zachování bilologické snášenlivosti.

Zvláště užitečná je schopnost měnit propustnost membrán pro analytické reagens, například kyslík a glukózu. Z obr.3 je patrno, že příklady kopolymerů podle předloženého vynálezu ukazují široce proměnlivé poměry součinitelů difúze kyslíku ku součinitelům difúze glukózy, v závislosti na složení monomerů a na množství vody· Hlavní překážkou vyvinutí čidla glukózy pro použití in vivo je problém deficitu kyslíku. Tento problém vzniká ze skutečnosti, že koncentrace kyslíku v těle je mnohem nižší než koncentrace glukosy. Následkem toho čidlo glu kozy, které je závislé, přímo nebo nepřímo, na měření změny koncentrace kyslíku jako míry koncentrace glukózy se může stát čidlem kyslíku když je mísxní přívod kyslíku zastaven. Čidlový prvek musí tudíž být ve prostředí, ve kterém pracuje jako skutečné čidlo glukózy. Membrány podle předloženého vynálezu mohou takové prostředí vyvinout, protože mohou být přizpůsobeny k zajištění opnimálních propustností pro glukózu i pro kyslík.

Na výkres---:?: je znázorněno schematicky biologické čidlu 10 typické konstrukce povlečené nebo zapouzdřené membránou vyrobenou podle předloženého vynálezu. Zvláštní konstrukce a působení čidla 10 nejsou částí předloženého vynálezu. Pro účely příkladu, který není omezující, jsou membrány podle /v Z vynálezu popsány jako použité s čidlem glukózy. Čidla glukózy, která používají oxidázu glukózy pro uskutečnění reakce glu kozy a kyslíku jsou v oberu známé a v rámci současného stavu techniky vyrobitelná. Předložený vynález nezávisí na uspořádání biologického čidla, nýbrž spíše na použití membrán podle vynálezu pro povlečení nebo zapouzdření čidlových prvků. Proto je zde podán pouze stručný rrnís příkladu čidla.

Membrány z akrylového ' .polymeru podle předloženého vynálezu jsou užitečné s množstvím biologických čidel pro která je výhodné řídit difúzi analytických reagens k čidlovým prvkům. Taková různá čidla jsou v oboru dobře známá. Například jiná Čidla pro monitorování koncentrace glukózy diabetiků popsali Shichiri, Μ., Yamasaki, Y., Nao, K., Sekiya, M., Ueda, N. ,

-12v pojednání In Vivo characteristics of Needle-Type Glucose Sensor - Measurements of subcutaneous Glucose Concentrations in ffuman Volunteers - Horm. Metab. Res., Suppl. Ser. 20: 17-20, 1988; Bruckel, J., Kerner, W., Zier, Η., Steinbach, G., Pfeiffer, E., v pojednání In Vivo Measurement of Subcutaneous Glucose. Concentrations with an Enzymatic Glucose Sensor and a Wick Method, Kliň.’Wochenschr. .67:491-495, 1989; a Pickup, J., Shaw, G., Claremont, D., v pojednání In Vivo Molecular Sensing in Diebetes Mellitus: An Implantable Glucose Sensor with Direct Electron Transfer, Diabetologia, 32:213-217, 1989.

Čidlo 10 má vzdálenou část 11, ve které jsou umístěny čidlové prvky 12-14, které jsou vodiči 13 připojeny k dotykům 16. Typické čidlové prvky jsou protielektroda 12, pracovní elektroda 12. a referenční elektroda 14. Dotyky 16 jsou spojeny se vhodným neznázorněným monitorovacím přístrojem, který dostává signály a tuto informaci přeměňuje na určení detekované hladiny glukózy.

V tomto typu čidla je oxidáza glukózy také vyvíjena v oblasti přilehlé k čidlovým prvkům a katalyzuje reakci glukózy a kyslíku. Tato, nebo další reakce je monitorována čidlovými prvky a tak může být získáno určení glukózy přítomné v okolní podkožní tkáni.

V jednom návrhu čidlo 10 obsahuje podkladový materiál 17 obsahující elektrický izolátor. Tento podklad je přednostně ohebný pro zlepšení pohodlí pacienta. Protielektroda 12, pracovní elektroda 13 a referenční elektroda 14 jsou umístěny na podkladu a navzájem izolovány izolační vrstvou 18 se vzorem pro selektivní vystavení aktivních oblastí elektrod 12, 1> a

14. Oxidáza 19 glukózy je uložena na pracovní elektrodě 13 a všechny tři elektrody 12,13. a 14 čidla jsou povlečeny membránou 20 podle předloženého vynálezu.

Vzdálená část 11 čidla je podkožně voperována do těla a blízká část obsahující dotyky 16 zůstává mimo tělo. Podle předloženého vynálezu jsou elektrody 12-14 pokryty membránou 20 podle předloženého vynálezu, která pro případ čidla glukózy je použita pro řízení rychlosti difúze glukózy a kyslíku z okolní tkáně těla do oblasti čidlových prvků. Membrána 20 může úplně zapouzdřit celou vzdálenou část 11 čidla nebo může být jednoduše navrstvena na čidlových prvcích. Druhý způsob

-13může být výhodnější z hlediska snadnější výroby.

Membrány podle předloženého vynálezu jsou príma formulovány pro optimizaci difúze a množství vody jako základních charakteristik pro použití v různých biologických Čidlech»

Tak například membrány podle předloženého vynálezu mající množství vody 10%, 30% a 50% byly vyhodnoceny·pro užití v čidle glukózy použitém in vivo.Navíc membrány podle vynálezu mající poměr součinitele difúze kyslíku ku součiniteli difúze glukózy asi 1000, 2000 a 3000 mají přijatelné vlastnosti za výše uvedených okolností. Výše uvedené výsledky zkoušek ukazují, že membrány podle předloženého vynálezu uspokojují požadavky pro použití s rozličnými biologickými čidly, zejména požadavek biologické snášenlivosti, vytvářejí ochranu pro Čidlové prvky proti biologickému prostředí a jsou uzpůsobeny pro modifikace k vytvoření charakteristik obsahu vody a propustnosti pro rozličná analytická reagans ks splnění požadavků daného použití.

Vynález byl ve výše uvedeném popisu popsán na příkladu výhodného provedení, který nikterak neomezuje rozsah vynálezu, odborníkovi školenému v oboru bude zřejmé, že je možné provést řadu obměn, aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vynálezu.

Claims

1. Homogenní membrána uzpůsobená k—^eužirtí -v biologické# 444- -—_ 10 majícíní čidlové prvky pro vyhodnocení přítomnosti analytického reagens, kterážto membrána čidlové prvky uzavírá, vyznačující se tím, že obsahuje akrylový kopolymer obsahující orvní monomerovou jednotku sestávající z akrylového esteru majícího substituent póly(etylénoxid) jako část alkoholové složky, a druhou monomerovou jednotku zvolenou ze skupiny zahrnující metakryláty, akryláty a jejich kombinace, přičemž membrána absorbuje od 10% do 50% vody, vztaženo na její suchou hmotnost.

2. Homogenní membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhé monomerová jednotka obsahuje metylmetakrylát.

3. Homogenní membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka pbsahuje etylakrylát.

4. Homogenní membrána podle nároku 3, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka dále obsahuje metylmetakrylát.

5. Homogenní membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že absorbuje od 15% do 25% vody, vztaženo na její suchou hmotnost.

6. Homogenní membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že substituent póly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost od 200 do 2000.

7. Homogenní membrána podle nároku 6, vyznačující se tím, že absorbuje od 15% do 25% vody, vztaženo na její suchou hmotnost.

8. Homogenní membrána podle nároku 6, vyznačující se tím, že substituent póly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost asi 1000.

9. Homogenní membrána podle nároku 8, vyznačující se tím, že substituent póly (etylénoxid) je metoxypoly(etylénoxid)metakrylát.

10. Homogenní membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že je uzpůsobena k použití v elektrochemickém čidle glukózy a má poměr součinitele difúze pro kyslík ku součiniteli difúze pro glukózu rovný asi 4000.

11. Homogenní membrána podle nároku 10, vyznačující se tím, že směs absorbuje od 15% do 25% vody vztaženo na její suchou hmotnost.

12. Homoganní membrána podle nároku 10, vyznačující se tím, že substituent póly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost od 200 do 2000.

-1513. Homogenní membrána podle nároku 10, vyznačující se tím, že difuzní poměr pro zmíněnou směs je rovný od 2500 do 3500.

14. Homogenní membrána podle nároku 13, vyznačující se tím, že absorbuje od 15% do 25% vody, vztaženo na její suchou hmotnost

15. Homogenní membrána podle nároku 13, vyznačující se tím, Že substituent póly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost od 200 do 2000.

16. Homogenní membrána podle nároku 15, vyznačující se tím, že absorbuje od 15% do 25% vody, vztaženo na její suchou hmotnost

17. Přístroj uzpůsobený ke voperování pro určení hladiny analy tického reagens v těle, vyznačující se tím, že obsahuje biologické čidlo mající čidlové prvky pro vyhodnocení přítomností analytického reagens a obsahující membránu obklopující čidlové v

prvky, přičemž membrána zajištuje biologickou snášenlivost, ochranu čidlových prvků od okolního biologického prostředí, a řízení difúze materiálů k čidlcvým prvkům, přičemž membrána je vytvořena z akrylového kopolymerů obsahujícího první monomerovou jednotku sestávající z akrylového esteru majícího substituent pely(etylénoxid) jako část alkoholové složky, a druhou monomerovou jednotku zvolenou ze skupiny zahrnující metakryláty, akryláty a jejich kombinace, přičemž membrána absorbuje od 1C% č; 50% vciv, vztaženo na její suchou hmotnost.

že d:

18. Přístroj poule na reku 17, vyznačující monomerová jednotka obsahuje metylmetakrylát,

19. Přístroj podle nároku 17, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka obsahuje etylakrylát.

20. Přístroj podle nároku 19, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka dále obsahuje metylmetakrylát.

21. Přístroj podle nároku 17, vyznačující se tím, že membrána absorbuje od 15% do 25% vody, vztaženo na její suchou hmotnost

22. Přístroj podle nároku 17, vyznačující se i zrn, že substituent póly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost od 200 do 2000.

23. Přístroj podle nároku 22, vyznačuj: oí se tím, že substitu-. póly (etylénoxid ? má st? dní molekulám. hmotnost ssi 1000.

24. Přístroj podle nároku 17, vyznačující se tím, že subst? ent póly(etylénoxid) je metoxypoly(etylénoxid)metakrvlát.

25. Přístroj podle nároku 17, vyznačující se tím, že biologické čidlo je elektrochemické čidlo glukózy, membrána řídí

-16difuzi kyslíku a glukózy k čidlovým prvkům a má poměr součiniZ tele difúze pro kyslík ku součiniteli difúze pro glukózu rovný asi 4000.

26. Přístroj podle nároku 25, vyznačující se tím, že difuzní poměr pro směs je od 2500 do 3500.

27. Přístroj podle nároku 25, vyznačující se tím, že směs absorbuje od 15% do 25% vody, vztaženo na její suchou hmotnost.

28. Přístroj pcdle nároku 25, vyznačující se tím, že substituent pcly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost od 200 do 2000.

29. Přístroj podle nároku 28, vyznačující se tím, že substituent póly(etylénoxid) má střední molekulární hmotnost asi 1000.

30. Přístroj pcdle nároku 29, vyznačující se tím, že substituent póly(etylénoxid) je metoxypoly(etylénoxid)metakrylát.

31. Přístroj podle nároku 25, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka obsahuje metylmetakrylét.

32. Přístroj podle nároku 25, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka obsahuje etylakrylát.

33. Přístroj podle nároku 32, vyznačující se tím, že druhá monomerová jednotka obsahuje metylmetakrylét.