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

开发自主连续血糖水平测量系统，旨在应用于植入式人工胰腺

• 批准号: 19J14060
• 负责人: 李 仁榮
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14060/
• 关键词: 開回路電位; グルコースセンサー; 直接電子移動型; バイオキャパシタ; 酵素燃料電池; 自律型; 糖尿病; CGM; 長期グルコース連続測定; 直接電子移動型酵素; FAD依存型グルコース脱水素酵素; 埋め込み型センサー; 自立型グルコースセンサー; 自己組織化単分子膜; 人工膵臓

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。

In this study, we developed a stable OCP-type sensor system for measuring the concentration of OCP-type sensors using ultra-micro electrodes with a diameter of 10 μm. As a result, the concentration-dependent variation of OCP in the concentration range of 1-20 mM was confirmed. In addition, the OCP principle is based on the principle that the electrode area is affected by the intensity of the electrode. The electrode area is 7 mm^2 and the electrode is measured to the same extent. In addition, it is possible to construct a self-contained fuel cell system, and it is possible to measure the concentration of a self-contained fuel cell system by using a small electrode (electrode area: 0.1 mm^2) embedded in the body. The maximum current density of 10 mA/cm^2 and the maximum power density of 3.5 mW/cm^2 were obtained. The maximum current and the maximum power density of the enzyme fuel cell were very high. This enzyme fuel cell is the first in this study. The enzyme fuel cell has a high voltage and low power supply, and the enzyme fuel cell has a high voltage and low power supply frequency. As a result, the enzyme fuel cell constructed successfully measured the charge frequency of the circuit from 13 mM to 100 mM, and the charge frequency of the circuit from 6.6 mM to 6.6 mM

项目成果

Development of a novel open circuit potential type sensor employing 2.5th generation enzyme

采用第 2.5 代酶开发新型开路电位型传感器

• 发表时间: 2019
• 作者: Inyoung Lee;Noya Loew;Wakako Tsugawa;Kazunori Ikebukuro;Koji Sode,
• 通讯作者: Koji Sode,

Development of a third-generation glucose sensor based on the open circuit potential for continuous glucose monitoring

• DOI: 10.1016/j.bios.2018.09.099
• 发表时间: 2019-01-15
• 期刊: BIOSENSORS & BIOELECTRONICS
• 影响因子: 12.6
• 作者: Lee, Inyoung;Loew, Noya;Sode, Koji
• 通讯作者: Sode, Koji

A self-powered glucose sensor based on BioCapacitor principle with micro-sized enzyme anode employing direct electron transfer type FADGDH

基于生物电容器原理的自供电葡萄糖传感器，采用直接电子转移型 FADGDH 的微型酶阳极

• DOI: 10.1088/2515-7655/abee32
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Physics: Energy
• 作者: Lee Inyoung;Okuda-Shimazaki Junko;Tsugawa Wakako;Ikebukuro Kazunori;Sode Koji
• 通讯作者: Sode Koji

BIOSENSING METHOD

生物传感法

• 发表时间: 2019

The continuous 3 month operation of open circuit potential based glucose sensor employing direct electron transfer type FAD dependent glucose dehydrogenase

采用直接电子转移型 FAD 依赖性葡萄糖脱氢酶的基于开路电位的葡萄糖传感器的连续运行 3 个月

• 发表时间: 2020
• 作者: Inyoung Lee;Junko Okuda-Shimazaki;Wakako Tsugawa;Kazunori Ikebukuro;Jeffrey E. Dick;Michael Daniele;Koji Sode
• 通讯作者: Koji Sode