JPS60155965A - 不活性膜拡散性物質の濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は測定電極を部分的に被覆する親油性の膜を有す
る金属、有利には貴金属からなる測定電極及び参照電極
が設けられており、かつ前記親油性の膜は測定電極と電
解質室中に含まれる電解質との間に配置されており、こ
の際測定すべき物質は電解質室中に存在する、レドック
ス反応性で、不活性膜拡散性物質の濃度を測定ｙるため
の装置に関する。

従来技術 前記の装置は西ドイツ国特許第２７３０１４５号明細書
から公知である。この公知の装置は電極に（保膜）膜を
設けることにより、より大きな（従って、より安く、容
易に製造され、かつ操作しやすく、僅かなインピーダン
スを有する）電極を使用可能であり、かつ大きな電極に
おいて生じる拡散勾配により発生する問題が生じず、か
つ＃Ｇｙ有害な、測定反応に寄与しない物質を電極から
離しておくことができる。

−発明が解決しようとする問題点 従って、他の重要な、特に生理学的に重要な物質の濃度
を測定することができるように、前記の濃度測定装置を
さらに改良することは価値のあることである。

問題点を解決するための手段 前記の課題は測定電極を部分的に被覆する親油性の膜を
有する金属からなる測定電極及び参照電極が設けられて
おり、かつ前記親油性の膜は測定電極と電解質室中に含
まれる電解質との間に配置されており、この際測定すべ
き物質は電解質室中に存在する、レドックス反応性で、
不活性膜拡散性物質の濃度を測定するための装置におい
て、該物質はＨ２Ｏ２であり、総合膜は親油性イオン及
び／又はキャリヤー結合イオｙを自体公知法で含有して
おり、基礎膜はプロトン不浸透性であり、かつ測定電極
はアノードとして構成されていることを特徴とする不活
性膜拡散性物質の濃度測定装置により解決する。

測定すべき物質が電解質室中に存在するとは、最終的に
その濃度を測定すべき媒体中がら該物質が電解質室中に
拡散性であるが、又は該物質が電解質室中で生じる（こ
のことに関しては後に記載する）ことを特に意味しでい
る。測定電極がアノードとして構成されているとは、分
極電圧により、又番Ｊ秒照電極の好適な選択により、。

３１１１　ｊｌｉｆｆ　ｍ　＆がアノードとして作用す
ることを特にあられす。

基礎膜とは親油性イオン及び／又はキャリヤーの添加前
の（有利にＰＶｃ又はシリコーンゴムからなる）膜であ
り、総合膜とは添加後の膜である。

この改良により生理学的ゝ副生成物′として特に重要な
Ｈ２Ｏ２の濃度が容易に、ドリフト現象なしに、かつ拡
散勾配による誤差なしに正確に測定可能である。この隙
、プロトン不透過性がＨ２Ｏ２の測定を可能とするとい
うことは意外であった。この装置においてＨ２Ｏ２の酸
化の際に経過する反応についてはまだ詳細な点に関して
解明していない。

特に有利で、好適な反応挙動を生せしめる改良において
、イオンはアニオンである。特に有利なヘキサ−デシル
−ピリジニウム−クロリドで、大きな勾配が達せられる
。アニオンは有利に電極／保護膜の境界での分極層の生
成に寄与すると思われる。キャリヤー結合イメンもアニ
オンであってよく、その場合電解質中にも含有される。

特に有利であるのは、キャリヤー結合イオンはカチオン
、特にカリウム含量〉である。カリウムイオンは特に次
のような理由で有利である。

生理学的液体のカリウム含量は著しく一定であるので、
このことにより部分圧の測定のために該装置をこのよう
な液体と接触させる時見通し可能な拡散挙動が行なわれ
るか、あるいはカリウム含量がしばしば公知であるので
キャリヤ、−１結合イオンを同様に含有する電解質を良
好に調節することができる。すなわち全く浸透圧の問題
は生じないのである。

特にキャリヤーがノ々リノマイシンであるのが有利であ
る。このキャリヤーは実地において適切であることが示
された。更に、該キャリヤーは特にカリウムに適合する
キャリヤーである。

該キーヤリヤーが高い移動度及び特にプロトン、有利に
トリーｎ−ドデシルアミンに対する特異性のカチオンキ
ャリヤーであるのが有利である。　′有利にプロトンを
錯結合するトリーｎ−Ｐデシルアミ２のタイプ０カチオ
′キヤリヤーを用１゛Ｉると非常に迅速な測定値の感応
時間忍び減衰時間が達せられる。

プロトン不透過性とは添加物質なしの基礎膜（例えばＰ
ｖＣ製）の（実質的な）プロトン不透過性である。

添加物質の種類により、総合膜の異なる挙動が生じる。

１６　該層は親油性イオン、例えば緩衝物質（プロトン
受容体）として作用するヘキサ−デシル−ピリジニウム
−クロリド（のみ）を含有する。ここでは総合膜も実質
的にプロトン不透過性である、すなわち迅速な減衰時間
の電極のオフ反応のために必要であるＨ−イオン透過性
の限界範囲内においてヘキザーデシルーピリジニウムー
クロリドを有する、ＰｖＣ−総合膜は実質的にプロトン
不透過性である。

測定値に関して比較的迅速な上昇が生じ、この上昇は長
時間、１２時間まで保持される。

この測定値は長く保持されるので、このような改良は特
に測定が引き続くシステムにより処理される１１回−１
刺し一電極に有利である。

費用も僅かであるので、このような膜は特に有利である
。

２、　この膜は例えばノ々リノマイシンのようなキャリ
ヤーを含有し、このキャリヤーは小さくはあるがプロト
ンに対する交差感度の由にプロトンを搬送する。■＋−
錯化は電極界面で比較的迅速に行なわれるが、実質的に
ノ々ケットチェーン現象は生じないので、プロトン放出
は遅くなる。こうして同様に比較的迅速な上昇時間が測
定値に関して得られるが、例えばヘキサ−デシル−ピリ
ジニウム−クロリドの場合よりも僅かに早い減衰時間（
例えば２時間）が得られる。このような総合膜は測定値
を処理のために同様に長く保持し、しかしその日のうち
に何回も使用可能である装置が得られる。

３、　この膜は高い移動性のプロトンキャリヤーを含有
している。この時は迅速な上昇時間と減衰時間が得られ
、このことは連続的な測定に良好である。

分極電圧源が設置されており、そのプラス極が測定電極
に接続しているのは特に有利である。

該装置が分ａｔｇ圧で特に良好に作動するということが
わかった。しかしこの分極電圧源を省くことも可能であ
る。その場合は参照電極の選択により測定電極がアノー
ドであることを確実にしなければならない。

閉鎖膜がＨ２Ｏ２に対して透過性であることが特に有利
である。これにより測定すべき物質の電解質室中への拡
散は可能であり、この物質により平衡が達せられ、この
平衡は測定電極で酸化されるＨ２Ｏ２により該装置で測
定される。こノ際、ポリテトラフルオルエチレンが特に
有利である。

特に有利な改良においては、電解質室が反応室として構
成されており、この室中には酵素が存在し、この酵素は
閉鎖膜を通り電解質中に拡散性のサブスタンスをＨ２Ｏ
２の形成下に変換する。この装置により簡単で優れた方
法で、特に重要な生理学的なサブスタンスを測定するこ
とが可能である。該サブスタンスが閉鎖膜を通つて電解
質中に拡散性であり、該閉鎖膜は該サブ液と該装置を生
体中又は試験管中で接触させると、測定すべき液体と電
解質との間でサブスタンスの平衡が生じる。好適な酵素
の選択により、該サブスタンスからＨ２Ｏ２が生じ、こ
の濃度を膜被覆測定電極を用いて測定し、これにより測
定すべき液体中のサブスタンスの濃度のための尺度が得
られる。この閉鎖膜はこの場合多孔質膜である。

この際、酵素は水溶液の形で存在する。更に、酵素は構
造結合して（ｉ＋ｔｒｕｋｔｕｒｇｅｂｕｎｄｅｎ　）
　存在してもよい。

閉鎖膜がより小さい分子に対し透過性であり、より大き
い分子に対し不透過性であるのが有利である。すなわち
閉鎖膜は多孔質膜である。これにより、酵素が電解質室
／反応室から測定すべき室中に拡散したり、又は他のサ
ブスタンスの変換のために存在している他の妨害酵素が
電解質室中に入り込むことが回避される。′より小さい
分子“とけ分子量約１０　ダルトンまでの分子であり、
１より大きい分子“とは１０４ダルトンより大きい分子
量のものを表わす。何個の場合には孔の大きさは、所望
のサブスタンスな（なお）透過させ、不所望なサブスタ
ンスを（もはや）透過させないように相応して選択すべ
きである。

酸素がグｒコースオキシダーゼであるのが有利であり、
閉鎖膜はグＩコース及びグルコン酸り ラｚトンに対して透過性である。血液又は他の体液中の
グルコース含量の測定は、糖尿病患者が多数おり、更に
増え続けているということを考えると、非常に重要であ
る。記載した特徴により、従来不可能であった簡単さと
迅速さで、かつ短期間（従来はしばしば分間隔で）での
後校正の必要なしに非常に精確に、液体中のグルコース
含量を測定することのできる装置が得られる。

場合により、かつ有利に分極電圧源を含めて該装置が内
移植可能な集積ユニットとして構成されており、かつ測
定結果のための表示装置又は送信器を備える場合、前記
の利点を特に有利に利用できる。特に有利な方法では、
このような装置を最近発達した内移植可能なインシュリ
ンのための配量ポンプと一緒に作用させることができる
。更に、保持者に直接警戒信号を与え、この信号は血液
中のグルコース濃度が体によい範囲を下まわっているか
、もしくは越えているかを保持者に示すのである。

参照電極が貴金属電極であり、該電極がカソードとして
連結されており、かつ膜で僚われており、成膜は有利に
プロトンリガンド、特に有利にトリーｎ−Ｆ’デシルア
ミンを含有しているのが特に有利である。このことによ
り測定の精確さは更に改良される。

本発明の特別な利点としては、達成された測定値、すな
わち得られた信号は２−′ＦＭ、子−反応のためのネル
ンストの電位方程式（Ｎｅｒｎｓｔ’ｓｃｈｅｎＰｏｔ
ｅｎｔｌａ１ｇｌｅｉｃｈｕｎｇ　）　により予想され
る値のらなっているのが特に有利である。このような基
礎膜を使用する際にネルンスト電位（Ｎｅｒｎｓｔ−Ｐ
ｏｔｅｎｔｌａｌ　）の倍加が起こるということが示さ
れた。

従って、反応方程式： ％式％ による酸化の際に５９ｍＶ／デカード（２５℃）のＥＭ
Ｋが生じる。

明らかに、この条件下に２つの安定な、一連の電位配分
が生じるのである。このことは１００％の信号獲得に作
用する。

僅かな膜厚の基礎膜、特に１０〜５０μｍの膜厚の基礎
膜を使用するのが有利である。

実施例 次に添付図面に関連させて有利な実施形につき本発明を
更に詳細に説明する。

第１図中では測定電極ｌ及び、有利に環状に配置された
参照電極２は、参照電極２は送端インピーダンス１Ｏ１
２Ω（電位測定の場合）もしくけ測定抵抗１０６Ω（電
流測定の場合）の測定増幅器舎を介して分極電圧源６の
プラス−もしくけマイナス極と結合している。前記測定
電極１は有利に金からなっているが、白金からなってい
てもよい。測定装置蛋により測定した電圧又は電流値を
表示装置８に与え、これは更に象徴的に示すようにリモ
ート表示式、例えば送信器を備えている。該送信器は測
定値を例えば（示してはいないが）マイクロプロセッサ
に送り、該マイクロプロセッサは測定値がら個々の測定
条件を考慮して測定すべきＨ２Ｏ２の濃度を計算しミこ
の計算値を場合により更にその他の値を出すために使用
する。親油性材料、有利にｐｖｃからなる保ｌ！！膜１
０は測定ｉＥ極（アノード）ｌを電解質室中に含有され
る電解質１２に対して閉鎖する。保護ＪｌｉｌＯに好適
な塩を添加することにより親油性アニオンを混ぜる。塩
と　１しては前記のようにヘキサ−デシル−ピリジニウ
ムクロリドが優れている。保護膜は更にＨ＋　−不透過
性である。膜中に含有されるキャリヤー結合イオンは電
解質１２巾にも存在する。

参照電極２は有利にＡｇ／Ａｇα電極又は甘木電極であ
る。該電極は同様に保護する参照電極膜を備えているが
、該層はな、・くてもよい。電解質１２は記載したｔｉ
ｔ極装置を榎っている。電解質室はそれ以外にはおもに
電極から離れたーでＨ２０□透過性、水不透過性膜１４
、例えばポ、リテトラフルオルエチレン２５〜１００μ
により閉鎖されている。該層はＨ２Ｏ２含有媒体に隣接
し、拡散により外富及び電解質中のＨ２Ｏ２間の平衡が
生じる。電解質中のＨ２０□は部分的に膜１０を介して
測定電極に達し、そこで酸化される。その際に生じる電
位もしくは電流を測定し、Ｈ２Ｏ２−濃度の尺度を提供
する。電極ｌ及び２の間には絶縁性で不活性の材料２２
が存在する。

全装置は膜１４の外側までカプセル化されていてもよく
、このことは第２図につき記載する実施形で特に有利で
ある。

第２図中では測定電極１は電解質１２に対して前記親油
性ｐｖｃ−膜１０で覆われている。電解質中には酵素が
存在し、該酵素による酵素反応により該当するサブスタ
ンスから反応生成物子Ｈ２Ｏ２が生じる。閉鎖膜１４′
はこの際多孔質膜とバ構成、れ讐おり、ヶプオ、ｙオ、
例えばグルコースはこの膜を通過拡散することができ、
電解質中で同様に該サブスタンスの平衡濃度が生じる。

このサブスタンスは酵素反応において変換し、この実施
形中ではじめて電解質室中に生じたＨ２Ｏ２を第１図の
実施例におけると同様に測定する。この測定により存在
するサブスタンスの量を推論することができる。この際
、Ｈ２Ｏ２の他に生じる最終生成物、グルコース及び酵
素グルコース−オキシダーゼの場合はグルコン酸ラクト
ンは膜１４’　を通って外に拡散可能であるということ
は重要である。こうして電解質室中での継続的な富化が
回避され、これにより反応平衡の移動も回避されるので
ある。これに対し、測定結果の誤差を回避するために該
層１４’は酵素分子に対し不透過性でなくてはならない
。

第２図による改良を備えるならば、第１図によるカプセ
ル化総合装置を内移植することができ、かつ長時間、例
えばグルコース濃度を測定することができる。このＩ１
１定結果は連続的に、又は場合により外側の呼び出しに
対して一緒にカプセル化された信号受信器を介して、例
えばマイクロプロセッサに送られる。このマイクロプロ
セッサはグルコース濃度の好適な範囲を越えたか又は下
まわったかを確定する。こうして、例えば警告信号を送
るか、又は具体的な処藺（摂取すべき食料の１１１）を
与え、非平衡を取り除く。更に、インシュリンポンプを
制御することが可能である。この装置を用いて公知法で
電流測定法により測定することもできる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による装置の実施例を示す略図である
。 第１図は本発明の有利な実施形の簡略化した断面図であ
り、第２図は第１図による実施形の部分断面図であり、
本発明による改良を明らかにする。 １・・・測定電極、２・・・参照電極、牛・・・測定増
幅器、６・・・分極電圧源、８・・・表示装置、１０，
２０・・・膜、１２・・・′電解質、１４　、　ｌ　４
’・・・閉釦膜、１８・・・ユニット、２２・・・材料 図面の浄書（内容に変］ 第１図 伺 を −を吋 ４ −１２０２ 第２図 三 ノ！１し］ｒ入 旺なし） ８ ■二　２−参照電極 ６　介本鉢覧ＦＬ功に ′　８−長足装置 一、２０．１０　紙 、２０　＋２電解算 、／、−１２１４Ｍ傾Ｂ央 旧　ユニット 」 ０ ２ １４′ 手続補正書（方式） 昭和６０年２月２７日 特許庁長官殿 １・事件の表示　昭和５９年特訂願第１８８２７８号２
、発明の名称 不活性膜拡散性物質の濃度測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 Ｐ 氏゛名　マンフレート・ケスラー　（ほか１名）４、代
理人 ６、補正の対象 （リ　委任状 世しｔｔ）は区間の伊畳（同各に変更なしり手続補正書
（自Ｒ） 昭和６０年５　月］、０日 特許庁長官殿 １・事件の表示 昭和５９年特許願第１８８２７８号 ２、発明の名称 不活性膜拡散性物質の濃度測定装置 ３、補正をする者 ４、代理人 ５、　補正により増加する発明数　Ｏ ７、補正の内容 （１）明細書第５頁第１０行の「できる。」を「できる
ので、濃度測定に特に有利である。」と補正する。 （２）　同第９頁第１２行の「おいてヘキ茗」を「おい
て、ヘキサ」と補正する。 （３）同第９頁第１３行の「有する、ＰＶＣ」を１有す
るＰＶＣＪと補正する。 （４）同第９頁第１６行の１１２時間」を「概略１２時
間」と補正する。 （５）　同第９頁第１９行の「電極」を「電極による１
回測定」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定電極（１）を部分的に被覆する親油性の膜（１
   ０）を有する、金属からなる測定電極（１）及び参照電
   極（２）が設けられており、かつ前記親油性の膜（１０
   ）は測定電極（１）と電解質室中に含ま、れる電解質（
   １２）との間（配置されてお・す、この際測定すべき物
   質は電解質室中に存在する、レドックス反応性で、不活
   性膜を通って拡散性物質の濃度を測定するための装置に
   おいて、該物質はＨ２Ｏ，であり、総合膜（ｌＯ）は親
   油性イオン及び／又はキャリヤー結合イオンを自体公知
   法で含有しており、基礎膜（１０）はプロトン不浸透性
   であり、かつ測定電極はアノードとして構成されている
   ことを特徴とする不活性膜拡散性物質の濃度測定装置。 ２、　イオンがアニオンである□特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ８、　キャリヤー結合イオンがカチオｙ１特にカリウム
   イオンである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装
   置。 屯　キャリヤーがノ々リノマイシンである特許請求の範
   囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の装置。 ｂ、キャリヤーが高い移動度及び特異性、特にプロトン
   −゛有利にトリーｎ−ドデシルアミンに対する特異性の
   カチオンキャリヤーである特Ｉ′Ｆ請求の範囲１１・項
   記載の装置。 ６、　分極電圧源（６）が設置されており、そのプラス
   極が測定電極（１）に接続している特許請求の範囲第１
   項から第５項までのいずれか１項記載の装置。 ７、電解質室が外室に対して閉鎖膜（１４）により閉鎖
   されている特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れか１項記載の装置。 ８、　閉鎖膜（１４）がＨ２Ｏ２に対して透過性である
   特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９、電解質室が反応室としても構成されており、この中
   に酵素が存在し、該酵素は閉鎖膜（１４）を通って電解
   質（１２）中に拡散性のサブスタンスをＨ２Ｏ２の形成
   下に変換する特許請求の範囲第７項記載の装Ｍ。 １０、該酵素が水溶液の形で又は構造結合して存在する
   特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１、閉鎖膜（１４）がより小さい分子に対して透過性
   であり、より大きい分子に対しては不透過性である特許
   請求の範囲第９項又は第１０項記載の装置。 ル ラクトンに対し透過性である特許請求の範囲第９項から
   第１１項までのいずれか１項記載の装置。 １３、場合により分ｔｉｌｉｉ電圧源（６）を含めて成
   製が ＷＬｌ内移植可能な集積ユニツ）　（１８）を構成し、
   測定結果のための表示装置又は送信器（８）を有する特
   許請求の範囲第９項から第１２項までのいずれが１項記
   載の装置。 １４、参照電極（２）が貴金属電極であり、カソードと
   して構成されており、かつ膜２ｏで被覆されており、有
   利にプロトンキャリヤー、特に有利にトリーｎ−ドデシ
   ルアミンを含有している特許請求の範囲第１項から第１
   ３項までのいずれか１項記載の装置。 １５、基礎膜がＰｖｃ又はシリコーンゴムからなる特ｒ
   ｒｕ求の範Ｂ第１項から第１Φ項までのいずれか１項記
   載の装置。