MPCポリマーを用いたウェアラブル酸素センサの開発

使用MPC聚合物开发可穿戴氧传感器

基本信息

批准号：
18700407
负责人：
工藤寛之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tokyo Medical and Dental University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術は、医療、IT、通信など多くの分野で実用化され、現代社会において必要不可欠なものとなっている。生体へのMEMS応用において、ガラスやシリコンが基板材料とするデバイスの小型化、軽量化という目的を中心に技術開発が進み、無痛針や生体内への埋め込み型のデバイスなどが提案されてきた。しかし、生体への適用という観点では、小型化への要求に応えるとともに、セシサやアクチュエータといったデバイスに生体への適合性や物理的な柔軟性という機能性を付与することこそが本質的に重要である。そこで、本研究では柔軟性に富み、高い生体適合性を有するポリマー材料を構造部材として用いることで、装着性に優れたバイオデバイスの開発を行い、生体情報モニタリングへの応用可能性を検討することを目的とした。実験では、厚さ25μmのfluorinated ethylene-propylene(FEP)膜上に半導体プロセスを用いて電極を形成し、熱溶着性のpoly(ethylenecomethacrylic acid)を用いて電解液を封入した短冊状のバイオセンサを開発した。本センサを前腕部に装着し、経皮ガス計測に適用したところ、従来法と比較して装着部位への圧迫が少なく、被験者の負担が低減した。また、従来法では43.5度の加温を要したのに対し、本技術を用いることで40度以下の温度において計測が可能であった。43度以上の加温では低温やけど等の恐れがあるため長時間の計測が困難であったが、本手法を用いることでこの問題が解決された。また、生体適合性を向上させるため、センサ材料として2-methacryloyloxyethyl phosphorylcho1ine(MPC)とdodecyl methacrylate(DMA)の共重合体(PMD)を用いることを検討した。PMDは生体膜類似構造を有する極めて生体適合性の高いポリマーである。polydimethly siloxane(PDMS)膜上に前述の手法で電極を形成し、グルコース酸化酵素を分散させたPMD溶液を電極上で硬化させ、ウエアラブルグルコースセンサを作製した。本センサは0.06-2.00mmo1/1の範囲でグルコースを定量可能であり、眼部に直接装着し、涙液糖計測などへの利用可能性が示唆された。

近年来，MEMS（微机电系统）技术已在医学、IT、通信等多个领域得到实际应用，成为现代社会不可或缺的一部分。在MEMS在生物体中的应用中，技术发展不断进步，以减小使用玻璃或硅作为基底材料的装置的尺寸和重量，并且已经提出了可以植入到生物体中的无痛针和装置。然而，从应用于生物体的角度来看，满足小型化的需求并为传感器和执行器等设备提供与生物体的兼容性和物理灵活性等功能是至关重要的。因此，在本研究中，我们将采用具有高柔韧性和高生物相容性的高分子材料作为结构构件，开发一种具有优异耐磨性的生物装置，并探讨其应用于生物信息监测的可能性。实验中，采用半导体工艺在25微米厚的氟化乙烯丙烯（FEP）薄膜上形成电极，并使用热熔性聚（乙烯-甲基丙烯酸）电解质密封条形生物传感器。当将该传感器安装到前臂并应用于经皮气体测量时，与传统方法相比，安装部位的压力更小，减轻了受试者的负担。此外，虽然传统方法需要加热到 43.5 摄氏度，但使用该技术可以在低于 40 摄氏度的温度下进行测量。由于加热到 43 摄氏度以上时存在低温烧伤的风险，长期测量很困难，但使用这种方法解决了这个问题。此外，为了提高生物相容性，我们研究了使用2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱（MPC）和甲基丙烯酸十二烷基酯（DMA）（PMD）的共聚物作为传感器材料。 PMD 是一种生物相容性极高的聚合物，具有类似生物膜的结构。使用上述方法在聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜上形成电极，并将分散有葡萄糖氧化酶的PMD溶液在电极上固化以制造可穿戴葡萄糖传感器。该传感器能够定量0.06-2.00mmo1/1范围内的葡萄糖，并且建议将其直接贴在眼睛上用于测量泪液糖。