專利名稱：葡萄糖傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葡萄糖傳感器芯片。
背景技術(shù)：
以往的葡萄糖傳感器芯片11如圖6所示具備設(shè)置于基板12的主表面上且兩端 部具有光柵14的光波導(dǎo)層13、和設(shè)置于光柵14間的光波導(dǎo)層13部分的表面且與試樣溶液 中的葡萄糖反應(yīng)而發(fā)生變色的傳感膜15。并且，傳感膜15通過膜形成高分子化合物(例如羧甲基纖維素(CMC)那樣的纖 維素衍生物)及交聯(lián)性高分子化合物(例如2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿(MPC)與甲基 丙烯酸丁酯(BMA)的共聚物)形成，膜中保持有顯色劑(例如3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺 (TMBZ))、用于氧化或還原葡萄糖的第1酶(例如葡萄糖氧化酶(GOD))、和用于與該第1酶 的產(chǎn)物反應(yīng)而產(chǎn)生使顯色劑顯色的物質(zhì)的第2酶(例如過氧化物酶(POD))(例如，參照專 利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-275994號

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述專利文獻(xiàn)1中記載的葡萄糖傳感器芯片中，傳感膜由于作為膜形成 高分子化合物的粘合劑而發(fā)揮功能的纖維素衍生物在分子間形成氫鍵，因此膜經(jīng)時(shí)地變 密，引起凝聚。因此，存在透水性降低、伴隨于此試樣溶液變得難以滲透到膜中、測定靈敏度 容易降低的問題。本發(fā)明中，鑒于上述課題，提供一種具有測定靈敏度高的傳感膜的葡萄糖傳感器
芯片。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的葡萄糖傳感器芯片的特征在于，其具備包含相互分 離地設(shè)置于基板的主表面上的一對光柵的光波導(dǎo)層、和設(shè)置于上述一對光柵間的上述光波 導(dǎo)層部分的表面上的傳感膜，上述傳感膜通過膜形成高分子化合物、交聯(lián)性高分子化合物 和低分子化合物形成，膜中保持有顯色劑、用于氧化或還原葡萄糖的第1酶、和用于與上述 第1酶的產(chǎn)物反應(yīng)而生成使上述顯色劑顯色的物質(zhì)的第2酶。通過本發(fā)明，能夠提供具有測定靈敏度高的傳感膜的葡萄糖傳感器芯片。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片的截面圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的添加有海藻糖時(shí)的葡萄糖傳感器芯片及以往的 葡萄糖傳感器芯片中的隨著保存期間的經(jīng)過的吸光度(靈敏度)變化的圖表。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的添加有蔗糖時(shí)的葡萄糖傳感器芯片及以往的葡 萄糖傳感器芯片中的隨著保存期間的經(jīng)過的吸光度(靈敏度)變化的圖表。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片的海藻糖和蔗糖的添加濃度與吸光度的關(guān)系的圖表。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的添加有海藻糖的葡萄糖傳感器芯片及以往的葡 萄糖傳感器芯片的傳感膜的狀態(tài)的SEM圖像。圖6是表示以往的葡萄糖傳感器芯片的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照圖1至圖4對本發(fā)明的實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片進(jìn)行說明。如圖1所示，葡萄糖傳感器芯片1具有基板2、光波導(dǎo)層3和傳感膜5。光波導(dǎo)層3設(shè)置于基板2的主表面上，并在兩端部具有入射、放出光的一對光柵4。 另外，基板2由透光性的玻璃構(gòu)成。作為一個(gè)例子，該光波導(dǎo)層3可以使用平面光波導(dǎo)層。該平面光波導(dǎo)層例如由氧 化硅、玻璃、氧化鈦、或如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂那樣的有機(jī)系樹脂材料形成。另外，平面光波 導(dǎo)層優(yōu)選為對規(guī)定的光具有透過性的材料，優(yōu)選以聚苯乙烯為主要材料的環(huán)氧樹脂等。傳感膜5由透明的膜形成，并設(shè)置于一對光柵4間的光波導(dǎo)層3部分的表面上。該 傳感膜5可通過膜形成高分子化合物、交聯(lián)性高分子化合物及低分子化合物形成，該傳感 膜5中以保持活性的狀態(tài)保持有顯色劑、用于氧化或還原葡萄糖的第1酶、和與該第1酶的 產(chǎn)物反應(yīng)而產(chǎn)生使顯色劑顯色的物質(zhì)的第2酶。上述傳感膜5中的顯色劑和第1酶、第2酶例如可以以下表1所示的組合使用。表1
第1酶第2酶顯色劑葡萄糖氧 化酶過氧化 物酶3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺N，N’-雙(2-羥基-3-磺基丙基)聯(lián)甲苯胺3，3’-二氨基聯(lián)苯胺氧化 酶葡萄糖 -6-磷酸 脫氫酶3- (4,5-二甲基-2-噻唑基)-2，5-二苯基-2H-四氮唑鍮溴 化物己糖激酶2- (4-玫紅苯基(rhodophenyl)) -3- (2,4-二硝基苯基)-5-(2，4-二磺基苯基)-2H-四氮唑鎗3,3，-[3,3，-二甲氧基-(1,1’-聯(lián)苯基)-4，4，-二基]雙(2,5-二苯基)-2H-四氮唑鍮氯化物還原 酶葡萄糖脫 氫酶磷鉬酸氨基苯酸鹽作為膜形成高分子化合物，例如可列舉出纖維素系高分子化合物?？梢允褂秒x子 性纖維素衍生物或非離子性纖維素衍生物。離子性纖維素衍生物例如可列舉出羧甲基纖維素、硫酸纖維素或其鹽化合物的陰離子性纖維素衍生物及其鹽化合物、甲殼質(zhì)、殼聚糖等陽離子性纖維素衍生物或它們的鹽 酸鹽等鹽化合物等，它們可以以單體或混合物的形態(tài)使用。這里，作為鹽化合物，可列舉出 鈉鹽、鉀鹽等。非離子性纖維素衍生物例如可列舉出甲基纖維素、乙基纖維素那樣的烷基纖維 素；羥乙基纖維素、羥丙基纖維素那樣的羥烷基纖維素；羥丙基甲基纖維素、羥丙基乙基纖 維素、羥基二乙基纖維素、羥乙基甲基纖維素那樣的羥烷基烷基纖維素；以及微纖維化纖維 素等，它們可以以單體或混合物的形態(tài)使用。作為交聯(lián)性高分子化合物，例如可列舉出具有選自羥基、羧基、氨基、離子性官能 基中的至少1種基團(tuán)的親水性單體與疏水性單體的共聚物。通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，該親水性單體 與疏水性單體的共聚物特別優(yōu)選為2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿與甲基丙烯酸丁酯的共 聚物。另外，以相對于傳感膜5的全部組合物的重量比計(jì)，優(yōu)選含有10-4 10重量％的 交聯(lián)性高分子化合物。相對于全部組合物，交聯(lián)性高分子化合物的含量少于10-4重量％ 時(shí)，變得難以防止加熱狀態(tài)下膜結(jié)構(gòu)溶解而坍陷、或者膜結(jié)構(gòu)中的空隙中保持的顯色劑和 酶等溶出到外部介質(zhì)中。另一方面，交聯(lián)性高分子化合物的含量超過10重量％時(shí)，可能膜 中的顯色劑和酶的量相對降低而導(dǎo)致測定靈敏度降低。低分子化合物占構(gòu)成膜的物質(zhì)總體的約1. 8%，例如可以使用海藻糖、或蔗糖、麥 芽糖等二糖類。通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，特別優(yōu)選使用海藻糖。另外，添加低分子化合物時(shí)的濃度優(yōu)選為約2μ M以上。其原因在于，當(dāng)濃度低于 2μ M時(shí)，對于防止膜的凝聚而言過少，因此變得難以與試樣溶液反應(yīng)。另一方面，如果濃度 過高(例如為200 μ M以上)，則膜變得不透明，因此，對于在光波導(dǎo)層3內(nèi)傳播的光，作為使 光散射的散射體而發(fā)揮作用，其結(jié)果是測定靈敏度降低，而且測定的重現(xiàn)性也變差。接著，參照圖2和圖3，對本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片1的測定靈敏度進(jìn)行說 明。圖2是表示作為本實(shí)施方式的在傳感膜中添加有海藻糖的葡萄糖傳感器芯片以 及以往的葡萄糖傳感器芯片11中的隨著保存期間的經(jīng)過的吸光度(靈敏度)的測定結(jié)果 的圖表。該測定中添加的海藻糖恒定(約為130 μ Μ)，向形成傳感膜后在37°C的保存狀態(tài)下 經(jīng)過0天后、3天后、5天后的本實(shí)施方式及以往的葡萄糖傳感器芯片的傳感膜中滴加3 μ 1 的濃度為0. 25mg/dl的葡萄糖水后，如圖1所示，通過從基板2的背面?zhèn)热肷浼す?，從而?該激光被入射側(cè)的光柵4折射后在傳感膜5中傳播，然后被出射側(cè)光柵4折射后用受光元 件接收光，從而測定激光強(qiáng)度(吸光度)。其結(jié)果是，在本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片1中，以0天后的吸光度為1時(shí)，3天 后和5天后的吸光度變成約1. 1，可知即使經(jīng)過數(shù)天，吸光度也不會降低。另一方面，在以往的葡萄糖傳感器芯片11中，以0天后的吸光度為1時(shí)，3天后的 吸光度降低至約0. 76，5天后的吸光度進(jìn)一步降低至約0. 72。由此可知，以往的葡萄糖傳感 器芯片11隨著天數(shù)的經(jīng)過，吸光度不斷降低。由此可知，本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片 1與以往的葡萄糖傳感器芯片11相比，能夠穩(wěn)定地維持測定靈敏度。圖3是表示作為本實(shí)施方式的在傳感膜中添加有蔗糖的葡萄糖傳感器芯片及以 往的葡萄糖傳感器芯片11中的隨著保存期間的經(jīng)過的吸光度(靈敏度)的測定結(jié)果的圖表。該測定中添加的蔗糖恒定(約為130μΜ)，向與圖2時(shí)同樣地形成傳感膜后在37°C的 保存狀態(tài)下經(jīng)過0天后、3天后、5天后的本實(shí)施方式及以往的葡萄糖傳感器芯片11的傳感 膜中滴加3μ 1的濃度為0. 25mg/dl的葡萄糖水后，如圖1所示，通過從基板2的背面?zhèn)热?射激光，從而使該激光被入射側(cè)的光柵4折射而在傳感膜5中傳播，然后被出射側(cè)光柵4折 射而用受光元件接收光，從而測定激光強(qiáng)度(吸光度)。其結(jié)果是，以往的葡萄糖傳感器芯片11的結(jié)果與圖2中的結(jié)果相同，在本實(shí)施方 式的葡萄糖傳感器芯片1中，以O(shè)天后的吸光度為1時(shí)，3天后的吸光度為約0. 95，5天后的 吸光度變成約0.9。由此可知，與添加海藻糖時(shí)相比，出現(xiàn)吸光度的降低，但與未添加蔗糖時(shí) 相比，吸光度未降低。由圖2和圖3的結(jié)果可知，本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片1與以往的葡萄糖傳 感器芯片11相比，能夠穩(wěn)定地維持測定靈敏度。準(zhǔn)備在傳感膜中分別添加有約2 μ M、約13 μ Μ、約25 μ Μ、約130 μ M的海藻糖和蔗 糖作為低分子化合物的本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片，測定經(jīng)過5天后的吸光度，結(jié)果 示于圖4的圖表中。另外，在該測定中，葡萄糖的濃度及滴加量與測定上述隨著保存期間的 經(jīng)過的吸光度(靈敏度)的情況相同。其結(jié)果是，在添加海藻糖的情況下，濃度為約2μ M時(shí)吸光度變成約0. 77，濃度為 約13 μ M時(shí)吸光度變成約0. 79，濃度為約25 μ M時(shí)吸光度變成約0. 88，濃度為約130 μ M時(shí) 變成約1. 11。另外，在添加蔗糖的情況下，濃度為約2μ M時(shí)吸光度變成約0. 76，濃度為約 13 μ M時(shí)吸光度變成約0. 79，濃度為約25 μ M時(shí)吸光度變成約0. 83，濃度為約130 μ M時(shí)變 成約0. 93。由此可知，當(dāng)所添加的低分子化合物的濃度為約2 μ Μ、約13μΜ、約25 μ Μ、約 130 μ M時(shí)，所有的經(jīng)過5天后的葡萄糖傳感器芯片與以往的葡萄糖傳感器芯片11相比，吸 光度更高，能夠穩(wěn)定地維持測定靈敏度。因此可知，如上所述，低分子化合物的添加濃度優(yōu) 選為約2μ M以上。接著，參照圖5，對本實(shí)施方式中添加有被認(rèn)為能夠穩(wěn)定地維持測定靈敏度的海藻 糖的葡萄糖傳感器芯片及以往的葡萄糖傳感器芯片11中、膜形成后經(jīng)過5天的傳感膜的表 面狀態(tài)進(jìn)行說明。圖5 (a)是本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片11的傳感膜表面的SEM照片，圖5 (b) 是以往的葡萄糖傳感器芯片1的傳感膜表面的SEM照片。另外，添加的海藻糖濃度為約 130 μ M。在圖5(a)所示的本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片1中，大小為約0. 5 μ m以下的 孔遍布形成于傳感膜的整個(gè)表面。但是，在圖5(b)所示的以往的葡萄糖傳感器芯片11中， 未形成大小為約0.5μπι以下的孔。S卩，可知在圖5(a)所示的本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器 芯片1中，傳感膜形成為多孔質(zhì)(透光性)膜。作為圖5 (a)所示的約0. 5 μ m以下的孔遍布形成于本實(shí)施方式的傳感膜的整個(gè)表 面的原因，例如由于，通過混合海藻糖那樣的低分子化合物，從而低分子化合物進(jìn)入作為膜 形成高分子化合物的粘合劑而發(fā)揮功能的纖維素衍生物的分子間并與纖維素衍生物形成 氫鍵，從而抑制由纖維素衍生物的分子間彼此的氫鍵所導(dǎo)致的凝聚。另外，約0.5μπι以上 的近似圓形狀的孔為引起氫鍵所致的凝聚的孔。
由此可知，在本實(shí)施方式的葡萄糖傳感器芯片1中，由于傳感膜形成為多孔質(zhì)膜， 因此與以往的葡萄糖傳感器芯片11相比透水性更高，試樣溶液更容易滲透到膜內(nèi)。綜上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供具有測定靈敏度高的多孔質(zhì)膜的傳感膜的 葡萄糖傳感器芯片。
權(quán)利要求
1.一種葡萄糖傳感器芯片，其特征在于，其具備包含相互分離地設(shè)置于基板的主表面 上的一對光柵的光波導(dǎo)層、和設(shè)置于所述一對光柵間的所述光波導(dǎo)層部分的表面上的傳感 膜，所述傳感膜通過膜形成高分子化合物、交聯(lián)性高分子化合物和低分子化合物形成，所 述傳感膜中保持有顯色劑、用于氧化或還原葡萄糖的第1酶、及與所述第1酶的產(chǎn)物反應(yīng)而 生成使所述顯色劑顯色的物質(zhì)的第2酶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葡萄糖傳感器芯片，其特征在于，所述低分子化合物是二糖類。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葡萄糖傳感器芯片，其特征在于，所述二糖類的低分子化合 物是選自由海藻糖、蔗糖、麥芽糖組成的組中的至少1種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葡萄糖傳感器芯片，其特征在于，所述傳感膜中的所述低分 子化合物的濃度為2 μ M 200 μ M。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有測定靈敏度高的傳感膜的葡萄糖傳感器芯片。其具備包含相互分離地設(shè)置于基板(2)的主表面上的一對光柵(4)的光波導(dǎo)層(3)、和設(shè)置于一對光柵(4)間的光波導(dǎo)層(3)部分上的傳感膜(5)，傳感膜(5)由膜形成高分子化合物、交聯(lián)性高分子化合物和多孔質(zhì)化低分子化合物形成，膜中保持有顯色劑、用于氧化或還原葡萄糖的第1酶、及與第1酶的產(chǎn)物反應(yīng)而生成使顯色劑顯色的物質(zhì)的第2酶。
文檔編號C12Q1/54GK102095728SQ20101058916
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者平川雅章, 植松育生 申請人:株式會社東芝