埋め込み型人工膵臓への応用を目指した自律型の血糖値連続計測システムの開発

本研究では、まず安定かつ埋め込み型のグルコース連続計測センサーとしての応用を目指し、直径10 μmの超微小電極を用いて連続的かつ安定的にグルコース濃度が計測できるOCP型グルコースセンサーの開発を行った。その結果、1-20 mMのグルコースの濃度範囲においてグルコースの濃度依存的なOCPの変化が確認された。さらに、OCP原理に基づくグルコースセンサーはシグナル強度が電極面積の大きさに影響を受けることなく電極面積7 mm^2の電極と同程度のシグナルが計測できることが示された。次に、埋め込みが可能な自律型のグルコース連続計測システムを構築するために、体内に埋め込みが可能な大きさの微小電極（電極面積：0.1 mm^2）をアノードに用いた酵素燃料電池を構築し、自律的かつ連続的なグルコース濃度の測定を試みた。構築された酵素燃料電池の出力評価を行った結果、構築された酵素燃料電池から10 mA/cm^2の最大電流密度、3.5 mW/cm^2の最大電力密度が得られ、非常に高い最大電流及び電力密度が微小電極を用いた酵素燃料電池から得られた。次に、本酵素燃料電池を以前本研究グループにより報告されたバイオキャパシタの回路に接続した。バイオキャパシタとは酵素燃料電池にチャージポンプIC及びキャパシタを組み合わせた回路であり、キャパシタへの充放電を繰り返すことで高い電圧及び電力を間欠的に供給でき、さらにこの充放電頻度はグルコース濃度に大きく依存するため充放電頻度を指標としたグルコースセンシングシステムとしても利用が可能である。結果、構築された酵素燃料電池はバイオキャパシタ回路の駆動に成功し、バイオキャパシタ回路の充放電頻度を指標として13~100 mMのグルコースが計測でき、グルコースのみを燃料として6.6時間連続的なグルコースの計測に成功した。

本研究では、まず安定かつ埋め込み型のグルコース連続計測センサーとしての応用を目指し、直径10 μmの超微小電極を用いて連続的かつ安定的にグルコース濃度が計測できるOCP型グルコースセンサーの開発を行った。その結果、1-20 mMのグルコースの濃度範囲においてグルコースの濃度依存的なOCPの変化が確認された。さらに、OCP原理に基づくグルコースセンサーはシグナル強度が電極面積の大きさに影響を受けることなく電極面積7 mm^2の電極と同程度のシグナルが計測できることが示された。次に、埋め込みが可能な自律型のグルコース連続計測システムを構築するために、体内に埋め込みが可能な大きさの微小電極（電極面積：0.1 mm^2）をアノードに用いた酵素燃料電池を構築し、自律的かつ連続的なグルコース濃度の測定を試みた。構築された酵素燃料電池の出力評価を行った結果、構築された酵素燃料電池から10 mA/cm^2の最大電流密度、3.5 mW/cm^2の最大電力密度が得られ、非常に高い最大電流及び電力密度が微小電極を用いた酵素燃料電池から得られた。次に、本酵素燃料電池を以前本研究グループにより報告されたバイオキャパシタの回路に接続した。バイオキャパシタとは酵素燃料電池にチャージポンプIC及びキャパシタを組み合わせた回路であり、キャパシタへの充放電を繰り返すことで高い電圧及び電力を間欠的に供給でき、さらにこの充放電頻度はグルコース濃度に大きく依存するため充放電頻度を指標としたグルコースセンシングシステムとしても利用が可能である。結果、構築された酵素燃料電池はバイオキャパシタ回路の駆動に成功し、バイオキャパシタ回路の充放電頻度を指標として13~100 mMのグルコースが計測でき、グルコースのみを燃料として6.6時間連続的なグルコースの計測に成功した。