JP2009526965A - Novel boronic acid complex and its use in glucose sensor - Google Patents

Abstract

【課題】新規なボロン酸複合体、及び、グルコースセンサー中でのその使用。
【解決手段】本発明は、グルコースと結合するボロン酸、及び、カチオン種を含むマトリックス内又はマトリックス上に固定された受容体化合物及び供与体化合物をそれぞれ有しているセンサーであって、それにより前記受容体化合物及び供与体化合物間の間隔がグルコース存在下で減少するセンサーに関する。例えば、ホログラフィックセンサーが挙げられ、前記センサー内に保持された、グルコースと結合するボロン酸、及び、カチオン種を含む。
【選択図】図１Novel boronic acid conjugates and their use in glucose sensors.
The present invention relates to sensors each having a boronic acid that binds glucose and an acceptor compound and a donor compound immobilized in or on a matrix containing a cationic species, thereby It relates to a sensor in which the spacing between the acceptor compound and the donor compound decreases in the presence of glucose. For example, a holographic sensor is included, which contains boronic acid that binds to glucose and a cationic species held in the sensor.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、新規なボロン酸複合体、及び、グルコースセンサー中でのその使用に関する。 The present invention relates to a novel boronic acid complex and its use in a glucose sensor.

信頼性の高い個人用グルコース測定器は、糖尿病患者にとって非常に重要である。現在、手で持てる大きさのデバイスを使用して血糖値を測定することができる。そのような手で持てる大きさのデバイスでは、ピンで刺して侵襲的に血糖値をサンプリングする必要がある。上記検査は痛みを伴い、不便で、１日あたり数回行う必要がある。上記検査は連続測定ではないので、血糖値の重要な変動を見過ごす恐れがある。 A reliable personal glucose meter is very important for diabetics. Currently, blood glucose levels can be measured using a handheld device. Such a hand-held device needs to be punctured with a pin to sample blood glucose levels invasively. The above tests are painful and inconvenient and need to be performed several times per day. Since the above test is not a continuous measurement, it may overlook important fluctuations in blood glucose levels.

間質液と永久接触状態にある皮下移植可能なセンサー、又は、涙液中の血糖値を測定するコンタクトレンズ型センサーを、非侵襲的血糖測定を行なうために使用してもよい。グルコースオキシダーゼを用いて侵襲的血糖測定をするのに現在使用されている、酵素を基盤とするシステムは、この目的を遂行するのに恐らく適していない。該システムは比較的高価で、安定性が不十分で、滅菌性に欠けるので、生体内での使用が困難になる。従って、より頑強で滅菌可能な検出システムを提供すると同時に、酵素を基盤とするシステムの選択性及び特異性を再現するグルコース応答デバイスが必要である。 A subcutaneously implantable sensor in permanent contact with the interstitial fluid or a contact lens type sensor that measures blood glucose levels in tears may be used to perform noninvasive blood glucose measurements. The enzyme-based systems currently used to make invasive blood glucose measurements using glucose oxidase are probably not suitable for accomplishing this purpose. The system is relatively expensive, poorly stable and lacks sterility, making it difficult to use in vivo. Therefore, there is a need for a glucose responsive device that provides a more robust and sterilizable detection system while at the same time reproducing the selectivity and specificity of enzyme-based systems.

ボロン酸は弱いルイス酸である；電子不足のホウ素原子は、非帯電性平面三角形、又は、水酸化物等の強塩基と相互作用する場合には帯電性四面体形で存在する。どちらの形状であっても、ビシナルジオールを共有結合的に結びつけ、ボロン酸ジエステルを可逆的に生成し、且つ、二当量の水を遊離し得る。ボロン酸ジエステルのｐＫ_ａはボロン酸と比較して著しく低いため、適切なｐＨでビシナルジオールを結合させると、帯電したボロン酸エステルが形成される。ボロン酸が四面体形である場合には、原子の空間的配置が好ましいので、結合定数が極めて大きくなる（非特許文献１）。これらの相互作用に起因する一組の連動した平衡系を図１に示す。フェニルボロン酸のｐＫ_ａ(1)が約８．９であることが報告されており；よって、三角形型よりはるかに容易にシスジオールと結合する四面体形ボロン酸は、生理的ｐＨで非常に低濃度で存在する。生理的なグルコース検出用のボロン酸リガンドの開発によって、ボロン酸受容体を合成的に修飾することによりｐＫ_ａを低下させることに焦点が当てられている（非特許文献２）。電荷を安定化させるメカニズムは、ボロン酸―ビシナルジオールジエステルの形成の安定化を助けることが知られている（非特許文献３）。 Boronic acid is a weak Lewis acid; electron-deficient boron atoms exist in an uncharged planar triangle or charged tetrahedral form when interacting with a strong base such as a hydroxide. Either form can covalently link vicinal diols, reversibly produce boronic acid diesters, and liberate two equivalents of water. Since _the pK _a of the acid diester significantly lower as compared to the boronic acid and coupling the vicinal diol at a suitable pH, charged boronate ester is formed. When the boronic acid is in a tetrahedral form, the spatial arrangement of atoms is preferable, so that the coupling constant becomes extremely large (Non-Patent Document 1). A set of interlocking equilibrium systems resulting from these interactions is shown in FIG. It has been reported that the pKa ₍₁₎ of phenylboronic acid is about 8.9; thus, tetrahedral boronic acid that binds cisdiol much more easily than the triangular shape is very low in concentration at physiological pH Exists. The development of physiological boronic acid ligand for glucose detection, has focused on reducing the pK _a by synthetically modifying the boronic acid acceptor (Non-Patent Document 2). It is known that the mechanism for stabilizing the charge helps to stabilize the formation of boronic acid-vicinal diol diester (Non-patent Document 3).

光学的測定は、センサーデバイスへの電気接続に関連した実用上の問題点を回避するので、非侵襲的グルコース測定をするのに特に有利である。しかし、発色団および蛍光発色団機能受容体の両者とも光化学的不安定性に影響を受けやすい。さらに、生体媒質中の蛍光測定は、バックグラウンド蛍光、蛍光発色団の低溶解度、及び、酸素干渉によって困難になる場合がある。 Optical measurements are particularly advantageous for making noninvasive glucose measurements because they avoid practical problems associated with electrical connections to sensor devices. However, both chromophores and fluorescent chromophore functional receptors are susceptible to photochemical instability. Furthermore, fluorescence measurements in biological media can be difficult due to background fluorescence, low solubility of the fluorescent chromophore, and oxygen interference.

回折特性への変化によって受容体―リガンド結合に対し光学的に応答するポリマーセンサーを作製することができる。グルコース応答性が、フェニルボロン酸基を有するポリマーに基づいて報告されている（非特許文献４）。しかし、これらの物質の作製には多くの時間を要するので、大量生産に適していないかもしれない。 Polymer sensors can be made that respond optically to receptor-ligand binding by changes to diffractive properties. Glucose responsiveness has been reported based on polymers having phenylboronic acid groups (Non-Patent Document 4). However, the production of these materials takes a lot of time and may not be suitable for mass production.

特許文献１には、体積ホログラムを基盤とするホログラフィックセンサーが開示されている。このセンサーは、ホログラフィック素子、すなわち、光変換構造を全体に有する検体反応性ホログラフィック支持媒体を含む素子を有する。このような変換構造の物理的配置によって、上記センサーが発する光信号は、検体と相互作用又は反応した結果起こる、検体反応性マトリックスの体積変化又は構造配置変化に対して非常に感度が高い。例えば、ゼラチンを基盤とするホログラフィック媒体を含むセンサーを使用してトリプシンを検出できる。トリプシンはゼラチン媒体に作用し、ホログラフィック支持媒体の元々の完全な構造を不可逆的に破壊する。 Patent Document 1 discloses a holographic sensor based on a volume hologram. This sensor has a holographic element, i.e. an element comprising an analyte-reactive holographic support medium with a light conversion structure as a whole. Due to the physical arrangement of such a conversion structure, the optical signal emitted by the sensor is very sensitive to changes in volume or structural arrangement of the analyte-reactive matrix that occur as a result of interaction or reaction with the analyte. For example, trypsin can be detected using a sensor comprising a holographic medium based on gelatin. Trypsin acts on the gelatin medium and irreversibly destroys the original complete structure of the holographic support medium.

特許文献２には、ホログラフィックセンサーを使用して流体中の検体を連続的に検出する方法が記載されている。このセンサーの支持媒体は、検体と可逆的に反応できる基を含む。このため、流体がホログラフィック素子上を通過する際に、存在する任意の検体を連続的に検出できる。 Patent Document 2 describes a method for continuously detecting a specimen in a fluid using a holographic sensor. The support medium of the sensor includes a group that can react reversibly with the analyte. For this reason, when the fluid passes over the holographic element, any existing specimen can be continuously detected.

特に、特許文献２には、ビニルフェニルボロン酸等のモノマーを重合して形成したホログラフィックセンサーのグルコース検出における使用方法について記載されている。ペンダント型フェニルボロン酸基はグルコースのビシナルジオール基と可逆的に反応し、その結果としてホログラフィック支持媒体を膨張させることができる。 In particular, Patent Document 2 describes a method of using a holographic sensor formed by polymerizing monomers such as vinylphenylboronic acid in glucose detection. The pendant phenylboronic acid group reacts reversibly with the vicinal diol group of glucose, resulting in the expansion of the holographic support medium.

特許文献３は、グルコース及びその他のビシナルジオール含有検体を広いｐＨ域で検出できるフェニルボロン酸誘導体類の発見に基づく。これらのフェニルボロン酸を修飾することによって、より反応性の高い四面体の立体構造の形成を低いｐＨ値で促進できる。 Patent Document 3 is based on the discovery of phenylboronic acid derivatives that can detect glucose and other vicinal diol-containing specimens in a wide pH range. By modifying these phenylboronic acids, the formation of a more reactive tetrahedral conformation can be promoted at low pH values.

例えば、フェニル基が、フェニル環を通じて電子的効果を伝達することによって、ＲＢ（ＯＨ）_３ ⁻の形成を促進する電子吸引性置換基を１個以上含んでいてもよい。別の例としては、置換基とホウ素原子とが分子内結合を形成できるようになっていてもよく、この場合、ボロネートは実質的に四面体型の立体構造にされる。置換基を適切に選択することによって、特定の検出条件におけるセンサーの応答性を最適化することができる。 For example, the phenyl group may contain one or more electron-withdrawing substituents that promote the formation of RB (OH) ₃ ^— by transmitting electronic effects through the phenyl ring. As another example, the substituent and the boron atom may be capable of forming an intramolecular bond, and in this case, the boronate has a substantially tetrahedral structure. By appropriately selecting substituents, the responsiveness of the sensor under specific detection conditions can be optimized.

特許文献３は以下のセンサーを開示している。
ビシナルジオール部含有検体を検出するためのセンサーであって、
媒体を含み、かつ、その媒体全体に配置されたホログラムを含むホログラフィック素子を有していて、
上記素子の光学特性は、上記媒体全体において物性が変化すると変化し、且つ、
上記媒体は、式（ｉ）： Patent Document 3 discloses the following sensor.
A sensor for detecting a specimen containing a vicinal diol part,
A holographic element including a medium and including a hologram disposed over the medium;
The optical properties of the element change as the physical properties change throughout the medium, and
The medium is represented by the formula (i):

（式中、
ｎは０、１、２、３又は４であり；
Ｘ（存在する場合）は、電子的効果によって、ホウ素原子の周囲に四面体構造の形成を促進する、それぞれ独立した原子又は基であり；及び、
Ｙは、ｎが０、又は０ではない任意の値である場合において、電子的効果によって、ホウ素原子の周囲に四面体構造の形成を促進する原子又は基であるスペーサーである）
の基を有するポリマーを含むセンサーである。 (Where
n is 0, 1, 2, 3 or 4;
X (if present) are each an independent atom or group that promotes the formation of a tetrahedral structure around the boron atom by electronic effects; and
Y is a spacer that is an atom or group that promotes the formation of a tetrahedral structure around a boron atom by electronic effects when n is 0 or any value other than 0)
A sensor comprising a polymer having a group of:

このようなセンサーは、流体中のビシナルジオール部含有検体を検出するための方法であって、流体とホログラフィック素子とを接触させること、及び、上記素子の光学特性の任意の変化を検出することを含む方法において使用できる。上記検体は、ビシナルジオール部を複数含んでいてもよい；このような検体の例としては、グルコース及び酒石酸が挙げられる。 Such a sensor is a method for detecting a specimen containing a vicinal diol moiety in a fluid, and makes contact between the fluid and a holographic element, and detects any change in the optical characteristics of the element. Can be used in a method comprising: The specimen may contain multiple vicinal diol moieties; examples of such specimens include glucose and tartaric acid.

特許文献３はまた、式（ｉ）の化合物に加えて、上記モノマーとして（メタ）アクリルアミド及び／又は（メタ）アクリレート由来のコモノマーが含まれていてもよいことを開示している。特に、ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）モノマーは、容易に重合及び架橋できる。ポリＨＥＭＡは、膨張可能であり、親水性であり、及び適用範囲の広い生体適合性を有するため、支持媒体原料として広く用いられる。モノマーとして、更に、分子間電子供与の可能な基（例えば第二級又は第三級アミン）を有するコモノマーが挙げられる。 Patent Document 3 also discloses that in addition to the compound of formula (i), a comonomer derived from (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate may be contained as the monomer. In particular, HEMA (hydroxyethyl methacrylate) monomers can be easily polymerized and crosslinked. PolyHEMA is widely used as a support medium material because it is expandable, hydrophilic, and has a wide range of biocompatibility. The monomer further includes a comonomer having a group capable of intermolecular electron donation (for example, a secondary or tertiary amine).

アクリルアミドコポリマーヒドロゲルフィルムを基盤とし、４―ビニルフェニルボロン酸（４―ＶＢＰＡ）で官能化したグルコース応答ホログラフィックセンサーについては、他文献に詳述されている（非特許文献５）。グルコース結合をする際、電子不足のｓｐ^２−混成軌道をとるホウ素を帯電したボロン酸に変換することにより、ヒドロゲルマトリックスの可逆的な膨張及び回折最大値の赤方偏移が起こる。該センサーは、グルコース濃度のレポーターとしてホログラフィックセンサーを利用するという概念の有効性を実証する一方で、非生理的ｐＨで作動した。次いでボロン酸部を最適化することで、生理的ｐＨ条件下で応答するホログラフィックグルコースセンサーの構成が可能になった（非特許文献６）。さらに、これらの研究では、受容体濃度を制御することにより、乳酸塩よりもグルコースに対する、グルコース応答ホログラフィックセンサーの選択性を調整可能であることが分かった。第三級アミン基を有するポリマーの微環境をさらに修飾すると、センサーにおいて、乳酸塩に対し優位にグルコースの選択性が改善されることも示されている（非特許文献７）。
国際公開第９５／２６４９９号パンフレット 国際公開第０３／０８７８９９号パンフレット 国際公開第０４／０８１６２４号パンフレット Ｂｏｓｃｈ ｅｔ ａｌ，２００４；Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ６０，１１１７５−１１１９０． Ｗｉｓｋｕｒ ｅｔ ａｌ，２００１；Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．３，１３１１−１３１４． Ｂａｄｕｇｕ ｅｔ ａｌ，２００５；Ｔａｌａｎｔａ ６５（３），７６２−７６８． Ａｌｅｘｅｅｖ ｅｔ ａｌ，２００３；Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７５，２３１６−２３２３． Ｋａｂｉｌａｎ ｅｔ ａｌ，２００４ａ；Ｊ．ＭｏＩ．Ｒｅｃｏｇ．１７（３），１６２−１６６． Ｋａｂｉｌａｎ ｅｔ ａｌ，２００５；Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０，１６０２−１６１０． Ｋａｂｉｌａｎ ｅｔ ａｌ，２００４ｂ；Ｓｅｎｓｏｒｓ，２００４．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ ２，１００３−１００６． A glucose-responsive holographic sensor based on an acrylamide copolymer hydrogel film and functionalized with 4-vinylphenylboronic acid (4-VBPA) has been described in detail elsewhere (Non-Patent Document 5). Upon glucose binding, conversion of boron, which takes electron deficient sp ² -hybrid orbitals, to charged boronic acid results in reversible expansion of the hydrogel matrix and red shift of the diffraction maximum. The sensor worked at non-physiological pH while demonstrating the effectiveness of the concept of utilizing a holographic sensor as a glucose concentration reporter. Next, by optimizing the boronic acid moiety, it became possible to construct a holographic glucose sensor that responds under physiological pH conditions (Non-Patent Document 6). Furthermore, these studies have shown that controlling the receptor concentration can tune the selectivity of glucose-responsive holographic sensors for glucose over lactate. It has also been shown that further modification of the microenvironment of a polymer having a tertiary amine group improves the glucose selectivity predominantly over lactate in the sensor (Non-Patent Document 7).
International Publication No. 95/26499 Pamphlet International Publication No. 03/087899 Pamphlet International Publication No. 04/081624 Pamphlet Bosch et al, 2004; Tetrahedron 60, 11175-11190. Wisku et al, 2001; Org. Lett. 3,1311-1314. Badugu et al, 2005; Talanta 65 (3), 762-768. Alexeev et al, 2003; Anal. Chem. 75, 2316-2323. Kabilan et al, 2004a; MoI. Recog. 17 (3), 162-166. Kabilan et al, 2005; Biosensors and Bioelectronics, 20, 1602-1610. Kabilan et al, 2004b; Sensors, 2004. Proceedings of IEEE 2,1003-1006.

現在、第四級アミン等のカチオン種は、上記考察の内容では特に有益であることが見いだされている。特に、上記カチオン種は、グルコースの選択性をより高めることが可能である。 At present, cationic species such as quaternary amines have been found to be particularly beneficial in the context of the above discussion. In particular, the cationic species can further increase the selectivity of glucose.

第四級アミン修飾グルコース応答性ヒドロゲルマトリックスを使用して、グルコースに対する選択性を高めたホログラフィックセンサーを製造できることは本願明細書から明らかであろう。帯電した第四級アンモニウム基をポリマー構造に付加すると、グルコース応答特性への著しい変化が起こり、回折ピーク波長の青方偏移、及び、上記センサーにおいて、他の糖やαヒドロキシ酸（乳酸塩）と比較してグルコースに対する選択性が増すことが観察された。グルコースに対して観察された応答は、２つのフェニルボロン酸受容体がグルコースと二価結合することに基づく。生理的なフルクトース濃度では、グルコース検出に対して著しい摂動はなかった。本願明細書に記載したヒドロゲルフィルム、及び、それらがグルコースに対し選択的に示す収縮は、染料及び消光剤が関与する蛍光検出方法、又は、供与体及び受容体が関与するＦＲＥＴを基盤としたシステムにおいても有益である場合がある。 It will be apparent from the present specification that quaternary amine modified glucose responsive hydrogel matrices can be used to produce holographic sensors with increased selectivity for glucose. Addition of a charged quaternary ammonium group to the polymer structure causes a significant change in glucose response characteristics, a blue shift in the diffraction peak wavelength, and other sugars and alpha hydroxy acids (lactate) in the sensor. Increased selectivity for glucose was observed compared to. The observed response to glucose is based on the divalent binding of two phenylboronic acid receptors to glucose. There was no significant perturbation to glucose detection at physiological fructose concentrations. The hydrogel films described herein, and the shrinkage they selectively exhibit with respect to glucose, are fluorescence detection methods involving dyes and quenchers, or systems based on FRET involving donors and acceptors May also be beneficial.

本発明の第１の態様によれば、センサーは、グルコースと結合するボロン酸、及び、カチオン種を含むマトリックス内又はマトリックス上に固定された受容体化合物及び供与体化合物をそれぞれ有し、それにより上記受容体化合物及び供与体化合物間の間隔がグルコース存在下で減少する。 According to a first aspect of the invention, the sensor comprises a boronic acid that binds glucose and an acceptor compound and a donor compound immobilized in or on a matrix containing cationic species, respectively. The spacing between the acceptor compound and donor compound decreases in the presence of glucose.

本発明の別の態様によれば、ホログラフィックセンサーは、上記センサー上又は上記センサー内に保持されたグルコースと結合するボロン酸、及び、カチオン種を含む。 According to another aspect of the present invention, a holographic sensor includes a boronic acid that binds to glucose retained on or in the sensor and a cationic species.

本発明のさらなる態様は、グルコースと結合するボロン酸と第四級アンモニウム化合物との複合体である。 A further aspect of the present invention is a complex of a boronic acid that binds glucose and a quaternary ammonium compound.

好ましい実施形態の記載
本発明は、様々な形態のセンサー、並びに、グルコースの定性的及び定量的な測定に適用可能である。センサーは、任意の適切な形態（例えば、コンタクトレンズ、又は、他の光学インプラント）であってよい。従って、本発明の実施形態として、例えば、水晶微量天秤を基盤とするセンサー、表面プラズモン共鳴を基盤とするセンサー、内部全反射を基盤とするセンサー、又は、好ましくは（例証として下記に記載した）ホログラフィックセンサーが挙げられる。 Description of preferred embodiments The present invention is applicable to various forms of sensors and qualitative and quantitative measurements of glucose. The sensor may be in any suitable form (eg, a contact lens or other optical implant). Thus, embodiments of the present invention include, for example, a sensor based on a quartz crystal microbalance, a sensor based on surface plasmon resonance, a sensor based on total internal reflection, or preferably (described below as an example) A holographic sensor may be mentioned.

ホログラム自体は当業者に公知の物質から作られてもよい。同様に、ボロン酸も公知である。国際公開パンフレット等の、本明細書に引用した各文献を参照されたい。 The hologram itself may be made from materials known to those skilled in the art. Similarly, boronic acids are also known. Please refer to each reference cited in this specification, such as an international pamphlet.

使用可能なカチオン種は、ポリマー内又は他の媒体内で固定可能であることが推奨される。ホスホニウムイオン、及び、好ましくは第四級アミンがこの目的に適している。 It is recommended that the cationic species that can be used be immobilizable within the polymer or other medium. Phosphonium ions, and preferably quaternary amines, are suitable for this purpose.

本発明の実施形態は多様である。本発明の１つの実施形態はコンタクトレンズである（国際公開第２００５／０３１４４２号パンフレット参照）。本発明の他の実施形態は、供与体／受容体対又は消光剤と共に、蛍光／ＦＲＥＴを使用した検出システムにおけるものである。 The embodiments of the present invention are various. One embodiment of the present invention is a contact lens (see WO 2005/031442). Another embodiment of the invention is in a detection system using fluorescence / FRET with a donor / acceptor pair or a quencher.

ホログラムの縞構造が液晶から作られたものであってもよいし、又は、最終的に得られる回折パターン若しくは回折像が液晶によって作りだされた縞によるものであってもよい。複合液晶型及び複合液晶層が使用可能であることを理解されたい。 The fringe structure of the hologram may be made from a liquid crystal, or the finally obtained diffraction pattern or diffraction image may be a fringe created by the liquid crystal. It should be understood that composite liquid crystal types and composite liquid crystal layers can be used.

第四級アミンがホログラム内で使用される場合、センサー内のホログラムを光の回折によって生成させることができる。ホログラムは拡大下でのみ視認可能であってもよく、あるいは、白色光、ＵＶ光若しくは赤外線下、又は、特定の温度、磁力若しくは圧力条件下で可視化可能であってもよい。ホログラフィック画像は物体像、又は、２次元若しくは３次元効果を与えるものであることが好ましい。 If a quaternary amine is used in the hologram, the hologram in the sensor can be generated by light diffraction. The hologram may be visible only under magnification, or it may be visible under white light, UV light or infrared, or under certain temperature, magnetic or pressure conditions. The holographic image is preferably an object image or one that gives a two-dimensional or three-dimensional effect.

上記センサーは、レーザー光が照射された場合に干渉効果を引き起こす手段を更に有していてもよい。上記手段は偏光解消層を有することが好ましい。 The sensor may further include a means for causing an interference effect when irradiated with laser light. The means preferably has a depolarizing layer.

また、本発明は、サンプル中の検体の検出方法であって、サンプルと本発明のセンサーの媒体とを接触させること、及び、その光学特性における任意の変化を検出することを含む方法にも関する。上記検体は、グルコースであることが好ましく、その場合、血液又は涙等の体液のサンプルにおいて検出可能である。 The invention also relates to a method for detecting an analyte in a sample, comprising contacting the sample with a sensor medium of the invention and detecting any change in its optical properties. . The specimen is preferably glucose, in which case it can be detected in a sample of body fluid such as blood or tears.

光学特性の変化は、肉眼で、又は、デバイスを使用することによって検出することができる。上記デバイスは、光学式リーダー、携帯電話、コンピュータ及びデジタルカメラからなる群より選択されることが好ましい。ラップトップ、デスクトップ、又は、自己管理デバイスである携帯情報端末（ＰＤＡ）等の手で持てる大きさのデバイス等の任意の種類のコンピュータが使用可能であると想定される。 Changes in optical properties can be detected with the naked eye or by using a device. The device is preferably selected from the group consisting of an optical reader, a mobile phone, a computer and a digital camera. It is envisioned that any type of computer can be used, such as a laptop, desktop, or handheld device such as a personal digital assistant (PDA) that is a self-managing device.

上記センサーの検体との相互作用（応答と称する）によって引き起こされる光学特性の変化は、ホログラムの色又は画像における、好ましくは電磁スペクトルの可視領域における、明白で、曖昧性のない変化であることが望ましい。これにより、肉眼で観察可能な、正確で且つ信頼性のある測定情報が得られる。このことを確実に実現しやすいように、光学フィルターが上記センサー上にあることが好ましい。検体の相互作用をモニターするための観察対象であるセンサーの表面の一部又は全体が、光学フィルターによって覆われていることが望ましい。 The change in optical properties caused by the interaction of the sensor with the analyte (referred to as a response) can be a clear and unambiguous change in the color or image of the hologram, preferably in the visible region of the electromagnetic spectrum. desirable. This provides accurate and reliable measurement information that can be observed with the naked eye. An optical filter is preferably on the sensor to ensure that this is easily achieved. It is desirable that a part or the whole of the surface of the sensor to be observed for monitoring the interaction of the specimen is covered with an optical filter.

上記フィルターは、ローパスフィルター（所定の波長未満の放射線が透過可能）、ハイパスフィルター（所定の波長を超える放射線が透過可能）、又は、バンドパスフィルター（所定の一つの帯域内の放射線、又は、マルチバンドフィルターの場合には、所定の複数の帯域内の波長の放射線が透過可能）であってよい。そのようなフィルターの使用により、センサーに到達する光の周波数を制御する。センサー中のホログラムは帯域反射器のように機能するので、ホログラムの反射波長は、濾波された光の波長領域にあり、センサーから観察者又は検出器に送り返されるはずである。 The filter may be a low-pass filter (transmitting radiation having a wavelength less than a predetermined wavelength), a high-pass filter (transmitting radiation having a wavelength exceeding a predetermined wavelength), or a band-pass filter (radiation within a predetermined band or multiple In the case of a band filter, radiation having wavelengths within a predetermined plurality of bands can be transmitted. The use of such a filter controls the frequency of light reaching the sensor. Since the hologram in the sensor functions like a band reflector, the reflected wavelength of the hologram is in the wavelength region of the filtered light and should be sent back from the sensor to the observer or detector.

フィルターは、高波長、低波長、又は、その両方の波長の光に対しカットオフ値を有するように選択されているので、いずれの応答も確実に特定の領域（例えば、可視領域）内にある。上記フィルターを使用すると、異なる波長で起こる異なる応答（例えば異なる検体あるいは異なる検体濃度に対する応答）を識別することができる。また、上記フィルターを使用すると、センサーを非最適な光条件（例えば、単色光条件）下で使用した場合に、曖昧な応答を防ぐことができる。特定の検体に対して観察される応答を最適化するように、光学フィルターを特別に設計可能である。 The filter is chosen to have a cut-off value for light at high wavelengths, low wavelengths, or both, so both responses are reliably in a specific region (eg, the visible region) . Using the filter, different responses occurring at different wavelengths (eg, responses to different analytes or different analyte concentrations) can be distinguished. In addition, when the filter is used, an ambiguous response can be prevented when the sensor is used under non-optimal light conditions (for example, monochromatic light conditions). Optical filters can be specially designed to optimize the response observed for a particular analyte.

透明基板は、通常、光学フィルターと併用され、センサーとフィルターとの間に位置する。フィルター及び透明基板からの鏡面反射は観察されない。 The transparent substrate is usually used in combination with an optical filter and is positioned between the sensor and the filter. Specular reflection from the filter and transparent substrate is not observed.

本発明に係わるセンサーを有する物品は、様々な分野で使用することができる。上記物品としては、トランザクション・カード、銀行券、パスポート、身分証明証、スマートカード、運転免許証、株券、債務証書、小切手、チェックカード（ｃｈｅｑｕｅ ｃａｒｄ）、タックス・バンダロール（ｔａｘ ｂａｎｄｅｒｏｌｅ）、商品券、郵便切手、鉄道チケット、航空チケット、テレホンカード、福引券、イベントチケット、クレジットカード、デビットカード、業務用名刺、又は、正規品と偽造品とを区別したり、盗品を識別したりする目的で消費者保護、ブランド保護若しくは製品保護において使用される商品が挙げられる。 The article having the sensor according to the present invention can be used in various fields. The above items include transaction cards, banknotes, passports, identification cards, smart cards, driver's licenses, stock certificates, debt certificates, checks, check cards, tax bandoleles, gift certificates , Postage stamps, railway tickets, airline tickets, telephone cards, lucky tickets, event tickets, credit cards, debit cards, business cards, or for the purpose of distinguishing between genuine and counterfeit goods, and identifying stolen goods Products used in consumer protection, brand protection or product protection.

あるいは、上記物品はインテリジェントパッケージ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐａｃｋａｇｉｎｇ）の商品であってもよい。「インテリジェントパッケージ」とは、容器、包装紙若しくは筐体の一部又はそれらの付属物が、製品の情報若しくは品質、又は、環境条件（製品の品質、シェルフライフ若しくは安全性に影響を及ぼす）を監視、表示又は検査するシステムを指し、典型的な実用例としては、経時的な温度、鮮度、水分量、アルコール度数、ガス量及び物理的損傷度などを示すインジケーターなどが挙げられる。 Alternatively, the article may be a product in an intelligent packaging. An “intelligent package” means that a container, wrapping paper or part of a casing or their accessories is a product information or quality, or an environmental condition (which affects product quality, shelf life or safety). It refers to a system for monitoring, displaying or inspecting, and typical practical examples include indicators showing temperature, freshness, moisture content, alcohol content, gas content, physical damage, etc. over time.

本発明は、宝石、衣服（履物を含む）、布地、家具、玩具、進物、家庭用品（陶磁器類、ガラス製品を含む）、建造物（ガラス、タイル、塗料、金属、レンガ、セラミック、木材、プラスチック、その他の内装及び外装を含む）、美術品（絵画、彫刻、陶器、ライト・インスタレーションを含む）、文具（グリーティングカード、レターヘッド、販促品を含む）、及びスポーツ用品から選択される、装飾的要素を有する工業品若しくは手工芸品である物品に用いてもよく、又は、農学研究、環境学研究、医学若しくは獣医学における予後診断、治療的診断、診断学、治療、化学分析、又は、石油化学分析で使用される製品若しくはデバイス、特に、テストストリップ、チップ、カートリッジ、綿球、チューブ、ピペット、コンタクトレンズ、結膜下インプラント、皮下インプラント、ブレサライザー、カテーテル、又は、液体サンプリング装置若しくは分析装置である物品に用いてもよい。本発明のセンサーは、転写可能なホログラフィックフィルム上に備えられていてもよい。上記フィルムはホットスタンプテープ上にあることが好ましい。フィルムから物品上にセンサーを転写することによって、物品の安全性が向上する。 The present invention includes jewelry, clothes (including footwear), fabrics, furniture, toys, progressions, household goods (including ceramics and glassware), buildings (glass, tiles, paints, metals, bricks, ceramics, wood, Decoration, selected from plastic, other interior and exterior), art (including paintings, sculptures, pottery, light installations), stationery (including greeting cards, letterhead, promotional items), and sporting goods May be used for articles that are industrial or handicraft items that have a genetic element, or are prognostic in agricultural studies, environmental studies, medicine or veterinary medicine, therapeutic diagnosis, diagnostics, treatment, chemical analysis, or Products or devices used in petrochemical analysis, especially test strips, tips, cartridges, cotton balls, tubes, pipettes, contact lenses, Subintimal implants, subcutaneous implants, Buresaraiza, catheter, or may be used in the article is a liquid sampling device or analyzer. The sensor of the present invention may be provided on a transferable holographic film. The film is preferably on a hot stamp tape. By transferring the sensor from the film onto the article, the safety of the article is improved.

また、本発明は、本発明のセンサーを有し、上記センサーからデータを生成することができる製品、及び、そのような製品から生成したデータを使用するシステムにも関する。 The present invention also relates to a product having the sensor of the present invention and capable of generating data from the sensor, and a system using data generated from such a product.

以下の実施例により本発明を説明する。 The following examples illustrate the invention.

ポリマーフィルムの合成
適正量の各モノマーを溶解し、必要なモル比を有するモノマー溶液を得た。上記モノマーをＤＭＳＯ中２％ＤＭＰＡ（ｗ／ｖ）に、モノマーと溶液との比を１：２．２１（ｗ／ｖ）で溶解した。モノマー溶液の１００μＬアリコートをアルミニウム蒸着ポリエステルシートのポリエステル表面上に層状にのせた。次いで、３―（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレートで前処理されたガラス製顕微鏡スライド（Ｍａｙｅｓ ｅｔ ａｌ．，１９９９）を、シラン処理を施した側を下にして、モノマー混合物上に下ろした。ＵＶ照射により開始されるラジカル反応によって、フィルムを６０分間２０℃で重合した。重合フィルムを脱イオン水に浸漬させて、ポリエステルシートから剥離した。ホログラム構成の前に、各フィルムの端を外科用メスの刃で取り除き、任意の過剰な物質を除去した。 Synthesis of polymer film An appropriate amount of each monomer was dissolved to obtain a monomer solution having a required molar ratio. The monomer was dissolved in 2% DMPA (w / v) in DMSO at a ratio of monomer to solution of 1: 2.21 (w / v). A 100 μL aliquot of the monomer solution was layered on the polyester surface of the aluminum vapor deposited polyester sheet. A glass microscope slide (Mayes et al., 1999) pretreated with 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate was then lowered onto the monomer mixture with the silane treatment side down. The film was polymerized at 20 ° C. for 60 minutes by a radical reaction initiated by UV irradiation. The polymer film was immersed in deionized water and peeled from the polyester sheet. Prior to hologram construction, the edge of each film was removed with a scalpel blade to remove any excess material.

ホログラムの構成
ホログラムは、先行文献に記載された拡散方法を用いて構成した（Ｂｌｙｔｈ ｅｔ ａｌ．，１９９９）。ポリマーフィルムを、２分間、０．３Ｍの硝酸銀水溶液４００μＬ上に表を下にして置いた。過剰の溶液を拭き取り、上記フィルムを温風の流れで乾燥した。赤色安全光の下で、メタノール中に０．１％（ｗ／ｖ）のＱＢＳ染料１ｍＬを含む、１：１のメタノール／水（ｖ／ｖ）中４％（ｗ／ｖ）のＫＢｒ及び０．０５％（ｗ／ｖ）のアスコルビン酸溶液４０ｍＬの中に、上記スライドをフィルム側を上にして入れ、１分間攪拌した。上記フィルムを、蒸留水で洗滌し、１０分間、ｐＨ７．４のＰＢＳを含むホログラム暴露槽中にポリマー側を下にして浸漬した。その後、スライドの全領域を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの２倍波（５３２ｎｍ）からの３つのパルスに暴露した。該スライドを暴露槽から取り除き、作製したてのＳａｘｂｙ現像液の修正溶液（２０ｇ／Ｌのアスコルビン酸、３ｇ／Ｌの４―メチルアミノフェノール硫酸塩、５０ｇ／Ｌの炭酸ナトリウム、及び１５ｇ／Ｌの水酸化ナトリウムの溶液４０ｍＬ）中で１０秒以下の間攪拌した（Ｓａｘｂｙ， １９９４）。現像済みのホログラムを蒸留水で洗滌し、停止液（５％（ｖ／ｖ）の酢酸水溶液）中に浸漬した。蒸留水で洗滌した後、上記フィルムを、攪拌した２０％（ｗ／ｖ）のチオ硫酸ナトリウム水溶液に５分間浸漬し、未現像の銀を全て除去し、メタノール中次いで蒸留水中で洗滌した。 Hologram construction Holograms were constructed using the diffusion methods described in prior literature (Blyth et al., 1999). The polymer film was placed face down on 400 μL of 0.3 M aqueous silver nitrate for 2 minutes. Excess solution was wiped off and the film was dried with a stream of warm air. 4% (w / v) KBr and 0 in 1: 1 methanol / water (v / v) containing 1 mL of 0.1% (w / v) QBS dye in methanol under red safety light. The slide was placed in 40 mL of a 0.05% (w / v) ascorbic acid solution with the film side up and stirred for 1 minute. The film was washed with distilled water and immersed for 10 minutes in a hologram exposure bath containing PBS pH 7.4 with the polymer side down. The entire area of the slide was then exposed to three pulses from the Nd: YAG laser double wave (532 nm). The slide was removed from the exposure bath and a freshly prepared Saxby developer correction solution (20 g / L ascorbic acid, 3 g / L 4-methylaminophenol sulfate, 50 g / L sodium carbonate, and 15 g / L The solution was stirred in a solution of sodium hydroxide (40 mL) for 10 seconds or less (Saxby, 1994). The developed hologram was washed with distilled water and immersed in a stop solution (5% (v / v) acetic acid aqueous solution). After washing with distilled water, the film was immersed in a stirred 20% (w / v) aqueous sodium thiosulfate solution for 5 minutes to remove all undeveloped silver, and then washed in methanol and then in distilled water.

ホログラムの応答のモニタリング
８ｍｍ以下の幅の単一なホログラム片を複数、スライドから切り取り、フィルム側を内側にして、４ｍＬのプラスチックキュベットに挿入した。ＰＢＳ（１ｍＬ）を添加し、キュベットを温度制御されたキュベットホルダー中に放置し、３０℃で平衡化させた。ＡｖａＳｏｆｔ５処理ソフトウェアを備えるＡｖａｎｔｅｓ社製ＡＶＳ−ＭＣ２０００―２反射分光光度計を使用して、ホログラムによって白色光源から反射される光の波長を測定した。該光の波長は、ポリマー内の縞の間隔によって決定される。一晩糖液を平衡化した後で、ＰＢＳ中の０．１Ｍ糖のアリコートの添加に対するセンサーの応答を記録して、存在する異性体の相対割合が、媒質又は生体液中で検出される平衡混合物の相対割合に類似することを裏付けた。各アリコートを添加する間に、上記センサーを安定した回折波長に平衡化することができた。２×５ｍｍの電磁従動機（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）（Ｆｉｓｈｅｒ社製）及び攪拌装置を使用して、一定の攪拌を確実に行った。 Monitoring of Hologram Response A plurality of single hologram pieces with a width of 8 mm or less were cut from the slide and inserted into a 4 mL plastic cuvette with the film side inside. PBS (1 mL) was added and the cuvette was left in a temperature controlled cuvette holder and allowed to equilibrate at 30 ° C. The wavelength of light reflected from the white light source by the hologram was measured using an Avantes AVS-MC2000-2 reflection spectrophotometer equipped with AvaSoft 5 processing software. The wavelength of the light is determined by the spacing of the stripes in the polymer. After equilibrating the sugar solution overnight, the response of the sensor to the addition of an aliquot of 0.1 M sugar in PBS is recorded and the relative proportion of isomers present is detected in the medium or biological fluid. It was confirmed that the relative proportion of the mixture is similar. The sensor could be equilibrated to a stable diffraction wavelength during each aliquot addition. Using a 2 × 5 mm magnetic follower (Fisher) and a stirrer, constant agitation was ensured.

グルコース応答ホログラムの作製
３ｍｏｌ％又は５ｍｏｌ％のＮ，Ｎ’―メチレンビスアクリルアミド架橋剤（ＭＢＡ）、４ｍｏｌ％又は１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡ、及び、１２ｍｏｌ％の３―ＡＰＢでアクリルアミドを共重合することにより、安定したヒドロゲルフィルム（厚さ１０μｍ以下）を作製した。硝酸銀、次いで、染料（ＱＢＳ）を含む臭化カリウムを拡散させることにより、感光性フィルムを形成し、ＡｇＢｒの超微粒子（直径 ＜２０ｎｍ）を含むポリマーマトリックスを生成した。続いて、ＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．４、I：１５０ｍＭ以下）中でレーザー光を照射した後に現像工程を施し、ポリマーフィルムの厚さの範囲内でλ／２間隔の銀の縞の干渉縞を生成した。平面鏡の単色画像により、ブラッグの式で表される波長を有する特有のスペクトルピークの観察を行なった。 Preparation of glucose response hologram By copolymerizing acrylamide with 3 mol% or 5 mol% N, N'-methylenebisacrylamide crosslinker (MBA), 4 mol% or 12 mol% ATMA, and 12 mol% 3-APB, A stable hydrogel film (thickness of 10 μm or less) was produced. A photosensitive film was formed by diffusing silver nitrate and then potassium bromide containing a dye (QBS) to produce a polymer matrix containing ultrafine AgBr particles (diameter <20 nm). Subsequently, a laser beam is irradiated in a PBS buffer solution (pH 7.4, I: 150 mM or less), and then a development process is performed to form interference fringes of silver stripes at intervals of λ / 2 within the thickness range of the polymer film. Generated. A unique spectral peak having a wavelength represented by the Bragg equation was observed from a monochromatic image of a plane mirror.

糖の効果
３ｍｏｌ％のＭＢＡ及び１２ｍｏｌ％の３―ＡＰＢで調製したアクリルアミドホログラムの応答は、０〜９ｍＭの様々な糖類の存在下で検査された。図３にその結果を示す。ヒドロゲルの体積膨張により生じる、回折ピーク波長の赤方偏移は、スクロース以外のすべての糖の存在下で観察された。上記膨張は、帯電したボロン酸基の形成に起因する可能性が非常に高く、上記ボロン酸基の形成によりドナン電位が生成され、ポリマーへの水の浸透流が生じる。応答メカニズムとは、図１に示すスキームによって、ビシナルジオールの結合によりもたらされたボロン酸ｐＫ_ａの低下の結果、さらに帯電したボロン酸基が生成することであると提唱されている。ピークシフトの大きさは、糖結合によってマトリックス中で発生した電荷と相関している。従って、異なる糖に対するセンサーの感度は、結合定数及びｐＫ_ａシフトの差により影響を受けることが予想される。 Effect of sugars The response of acrylamide holograms prepared with 3 mol% MBA and 12 mol% 3-APB was examined in the presence of various sugars from 0-9 mM. The result is shown in FIG. A red shift in the diffraction peak wavelength caused by the volume expansion of the hydrogel was observed in the presence of all sugars except sucrose. The expansion is very likely due to the formation of charged boronic acid groups, and the formation of the boronic acid groups generates a Donnan potential, resulting in an osmotic flow of water into the polymer. The response mechanism, the scheme shown in Figure 1, the result of the decrease in the acid pK _a which is brought about by binding of vicinal diol has been proposed to be by generating further charged boronic acid group. The magnitude of the peak shift correlates with the charge generated in the matrix by the sugar linkage. Thus, the sensitivity of the sensor for different sugars are expected to be affected by differences in binding constants and pK _a shift.

回折ピークシフトは、グルコースより、フルクトース、リボース、及び、ガラクトースに対して感度が高いことが分かった。キシロース及びマンノースに対する感度は、グルコースに対する感度に似ていたが、上記センサーは二糖類であるラクトース、マルトース、及び、スクロースに対してはるかに感度が低かった。糖タンパク質のように、これらは、比較的大きなサイズ（センサーの選択性に寄与する要因となる）のために、ヒドロゲルに入ることができない場合がある。糖濃度とピークシフトの直線に近い関係は、すべての糖を検査した際に観察された。異なる糖に対するホログラフィックセンサーの感度を比較すると、フルクトース濃度のばらつきは、生理的濃度（＜０．１ｍＭ）であっても、信頼性の高い血糖測定に支障をきたす場合があることが明らかになった。 The diffraction peak shift was found to be more sensitive to fructose, ribose and galactose than to glucose. The sensitivity to xylose and mannose was similar to that to glucose, but the sensor was much less sensitive to the disaccharides lactose, maltose, and sucrose. Like glycoproteins, they may not be able to enter the hydrogel due to their relatively large size (which contributes to sensor selectivity). A close relationship between sugar concentration and peak shift was observed when all sugars were examined. Comparing the sensitivity of holographic sensors to different sugars reveals that the variation in fructose concentration can interfere with reliable blood glucose measurements even at physiological concentrations (<0.1 mM). It was.

３ｍｏｌ％のＭＢＡ、１２ｍｏｌ％の３−ＡＰＢ、及び、１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡを含むフィルムの光学応答を、糖溶液の同様の濃度範囲で検査した。グルコースがホログラッフィックフィルムのピーク波長における青方偏移を引き起こすことが分かった（図４）。この偏移により、作動中の応答メカニズムがＡＴＭＡを含んでいないフィルム中で観察される応答メカニズムとは異なることが分かる。干渉縞平面に対して垂直方向にフィルムの容積が縮小することに起因する、回折最大値における青方偏移の原因は、好適な空間的配置をとる２つのボロン酸受容体をグルコースで架橋することにより、ビスボロン酸グルコース複合体が生成し、及び、それに伴いヒドロゲル弾性定数が増加することにあると提唱されている。正に帯電した第四級アミンは、「電荷中和安定化（ｃｈａｒｇｅ−ｎｅｕｔｒａｌｉｓａｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ）」メカニズム（Ｂａｄｕｇｕ ｅｔ ａｌ．，２００５）によって、３―ＡＰＢの負に帯電したボロン酸型の安定化を助け、グルコースによる架橋を促進する。図５に、ピラノース（いす）型及びフラノース型に可能な結合様式を示す。 The optical response of films containing 3 mol% MBA, 12 mol% 3-APB, and 12 mol% ATMA was examined in a similar concentration range of sugar solution. It was found that glucose causes a blue shift at the peak wavelength of the holographic film (FIG. 4). This shift shows that the response mechanism during operation differs from that observed in films that do not contain ATMA. The cause of the blue shift in the diffraction maxima due to the shrinking of the film volume in the direction perpendicular to the fringe plane is the cross-linking of two boronic acid receptors with a favorable spatial arrangement with glucose Thus, it has been proposed that a bisboronic acid glucose complex is formed and the hydrogel elastic constant increases accordingly. Positively charged quaternary amines help stabilize the negatively charged boronic acid form of 3-APB by a “charge-neutralization stabilization” mechanism (Badugu et al., 2005). Promotes cross-linking with glucose. FIG. 5 shows possible binding modes for the pyranose (chair) type and the furanose type.

ＡＴＭＡ修飾フィルムは、検査した他の糖すべてに対して著しく感度が低いことが分かった。添加したフルクトースに対する応答は、ＡＴＭＡ未修飾のフィルムと比較して、著しく低下した。検査した糖の干渉によって、最小限の容積変化がもたらされただけだった。また、減少はしているが、観察された膨張は、一部、架橋によるものと思われる。しかし、グルコース以外の糖については、架橋がそれほど有利なものではないことが報告されている（Ａｌｅｘｅｅｖ ｅｔ ａｌ．，２００３）。顕著な膨張の不足は、受容体リガンド結合体上の正に帯電したＡＴＭＡ基間の電荷反発の低下、及び、ボロン酸ジエステルの形成に起因する可能性が非常に高い。フルクトースについては、わずかな赤方偏移が観察される；これは、フェニルボロン酸に対するより高い親和性、及び、浸透膨潤をもたらす、結合におけるボロン酸基の顕著な形成に起因する可能性が非常に高い。 The ATMA modified film was found to be significantly less sensitive to all other sugars tested. The response to added fructose was significantly reduced compared to the ATMA unmodified film. Only minimal volume changes were caused by the interference of the tested sugars. Moreover, although it is decreasing, the observed expansion | swelling seems to be partly due to bridge | crosslinking. However, for sugars other than glucose, it has been reported that crosslinking is not very advantageous (Alexeve et al., 2003). Significant lack of swelling is most likely due to reduced charge repulsion between positively charged ATMA groups on the receptor ligand conjugate and the formation of boronic acid diesters. For fructose, a slight red shift is observed; this is very likely due to higher affinity for phenylboronic acid and significant formation of boronic acid groups in the binding resulting in osmotic swelling. Very expensive.

表１（下記）に、糖類に対する３ｍｏｌ％のＭＢＡホログラムの近似感度を示す。表中の数値は、５．６６ｍＭ（健常成人の正常な生理的範囲の中間点付近（つまり４〜８ｍＭ））の糖濃度に対するピークシフトに相当する。 Table 1 (below) shows the approximate sensitivity of a 3 mol% MBA hologram to saccharides. The numbers in the table correspond to peak shifts for sugar concentrations of 5.66 mM (near the midpoint of the normal physiological range of healthy adults (ie 4-8 mM)).

表１に示すように、１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡ含有フィルムの感度と対照としたポリマーの感度とを比較すると、上記修飾によって、潜在的な干渉物質である糖、特にフルクトースに対する感度が著しく低下することが分かる。これに基づき、生理的濃度（０．１ｍＭ未満）におけるフルクトース又はガラクトース濃度のばらつきが、ＡＴＭＡ修飾センサーを使用した信頼性の高いグルコース測定に対し、著しく干渉する可能性は低い。 As shown in Table 1, when comparing the sensitivity of a 12 mol% ATMA-containing film with the sensitivity of the polymer as a control, the modification can significantly reduce the sensitivity to potential interfering sugars, particularly fructose. I understand. Based on this, it is unlikely that variations in fructose or galactose concentration at physiological concentrations (below 0.1 mM) will significantly interfere with reliable glucose measurements using ATMA modified sensors.

グルコース反応性ホログラムの乳酸塩とフルクトースとに対する応答
α―ヒドロキシ酸である乳酸塩に対するセンサーホログラムの応答を調査した。乳酸塩は、血糖測定における潜在的な干渉物質であり、約０．３６〜０．７５ｍＭの濃度で血液中に存在する。 Response of glucose-responsive hologram to lactate and fructose The response of sensor hologram to lactate, an α-hydroxy acid, was investigated. Lactate is a potential interferent in blood glucose measurement and is present in the blood at a concentration of about 0.36-0.75 mM.

１２ｍｏｌ％の３−ＡＰＢ、及び、４ｍｏｌ％又は１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡからなるホログラムを、０〜６ｍＭのグルコース又は乳酸塩の溶液で検査した。その結果を図６に示す。３ｍｏｌ％及び５ｍｏｌ％のＭＢＡ並びに１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡを使用して、乳酸塩応答が完全に低下することが分かった。３ｍｏｌ％及び５ｍｏｌ％のＭＢＡに対して、それぞれ約１０ｎｍ ｍＭ^−１又は５ｎｍ ｍＭ^−１の負のピークシフトを示し、両フィルムはグルコースに応答した。３ｍｏｌ％のＭＢＡを含むホログラムのより大きな応答は、最初のヒドロゲルの膨張程度が大きく、それ故に、その収縮程度も大きくなるためであり得る。 Holograms consisting of 12 mol% 3-APB and 4 mol% or 12 mol% ATMA were examined with a solution of 0-6 mM glucose or lactate. The result is shown in FIG. It was found that using 3 mol% and 5 mol% MBA and 12 mol% ATMA completely reduced the lactate response. Against 3 mol% and 5 mol% of MBA, each represents a negative peak shift of about 10 nm ^{mM -1} or 5 nm ^{mM -1,} both films were responsive to glucose. The greater response of a hologram containing 3 mol% MBA may be due to the greater degree of expansion of the initial hydrogel and hence its degree of contraction.

図７に示すように、６ｍＭのグルコースを添加した後、２ｍＭフルクトースを添加すると負のピークシフトが不完全ではあるが反転することが分かった。６ｍＭのフルクトースに更に添加すると、完全に負のピークシフトが反転した。興味深いことには、約８ｍＭのフルクトースを添加した後では、６ｍＭのグルコースの添加の有無に関わらずホログラムの応答は実質的には同じであった。これは、フェニルボロン酸が選択的にフルクトースと結合していて、よって、二価のグルコース結合に関係する架橋構造を破壊することを示している。更に、これは、受容体の架橋構造が、ＡＴＭＡ含有フィルムで観察される、グルコース結合に対する収縮応答をもたらすという提唱を裏付ける。更に効果を調査するために、ＡＴＭＡホログラムを最大５６ｍＭまでのグルコースで滴定した。上記の高濃度であっても、ボロン酸結合部位の飽和に関係する赤方偏移は生じず、ビスボロン酸―グルコース複合体からボロン酸とグルコースの１：１会合への平衡シフトが生じた。これは、グルコースに応答して、センサーが最初に収縮による青方偏移を示し、次に膨張（実用時のセンサーの使用を困難にする作用となる）に伴う赤方偏移を示すという、コロイド結晶配列における結果とは対照的である（Ａｌｅｘｅｅｖ ｅｔ ａｌ．，２００３）。 As shown in FIG. 7, it was found that when 2 mM fructose was added after adding 6 mM glucose, the negative peak shift was reversed although it was incomplete. Further addition to 6 mM fructose reversed the complete negative peak shift. Interestingly, after adding about 8 mM fructose, the hologram response was substantially the same with or without 6 mM glucose. This indicates that phenylboronic acid is selectively bound to fructose, thus destroying the cross-linked structure associated with the divalent glucose bond. Furthermore, this supports the proposal that the crosslinked structure of the receptor results in a contractile response to glucose binding observed in ATMA-containing films. To further investigate the effect, ATMA holograms were titrated with glucose up to 56 mM. Even at the above high concentrations, there was no redshift associated with saturation of the boronic acid binding site, and an equilibrium shift from a bisboronic acid-glucose complex to a 1: 1 association of boronic acid and glucose occurred. This means that in response to glucose, the sensor first shows a blue shift due to contraction and then a red shift with expansion (which makes it difficult to use the sensor in practical use) In contrast to the results in colloidal crystal alignment (Alexev et al., 2003).

血液中のフルクトース濃度は、グルコースが４〜８ｍＭであるのに対して、０．１ｍＭ未満であることが一般的にわかっており、従って、生理液中のグルコース測定を阻害する可能性は低い。これを確認するために、３ｍｏｌ％のＭＢＡ、１２ｍｏｌ％の３―ＡＰＢ、及び１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡを含むセンサーホログラムを、２〜６ｍＭの範囲のグルコースに対する応答に関して、０．１ｍＭフルクトースのバックグラウンドの下で検査した。フルクトースの非存在下で行なわれた対照試験と比較して、０．１ｍＭフルクトースの存在下でのグルコースに対する応答の変化率は、２％（６ｍＭのグルコース）〜７％（２ｍＭのグルコース）であった。測定の反復（Ｎ＝３）により測定誤差が約５％であると計算され、よって、上記ホログラフィックセンサーが複合生体媒質中のグルコース濃度を選択的に検知し得ることが実証された。 The fructose concentration in the blood is generally known to be less than 0.1 mM, whereas glucose is 4-8 mM, and therefore is unlikely to interfere with glucose measurement in physiological fluids. To confirm this, a sensor hologram containing 3 mol% MBA, 12 mol% 3-APB, and 12 mol% ATMA is used under a background of 0.1 mM fructose for response to glucose in the 2-6 mM range. Inspected at. Compared to the control test performed in the absence of fructose, the rate of change in response to glucose in the presence of 0.1 mM fructose was 2% (6 mM glucose) to 7% (2 mM glucose). It was. The measurement error is calculated to be about 5% by repeated measurement (N = 3), thus demonstrating that the holographic sensor can selectively detect the glucose concentration in the complex biological medium.

参照文献
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Wisku et al, 2001; Org. Lett. 3,1311-1314.

本願明細書で特定した出版物をすべて、本願明細書に引用して援用する。 All publications identified herein are hereby incorporated by reference.

水性溶媒中でのフェニルボロン酸に関連する平衡系、並びに、平面三角形型及び帯電性四面体型を示す。3 shows an equilibrium system related to phenylboronic acid in an aqueous solvent, as well as a planar triangular and charged tetrahedral form. 第４級モノマー（つまり、（３―アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウム クロライド（ＡＴＭＡ））、及び、フェニルボロン酸受容体（つまり、３―アクリルアミドフェニルボロン酸（３−ＡＰＢ））の構造式を示す。The structural formulas of the quaternary monomer (that is, (3-acrylamidopropyl) trimethylammonium chloride (ATMA)) and the phenylboronic acid receptor (that is, 3-acrylamidophenylboronic acid (3-APB)) are shown. 以下の糖に応答する３ｍｏｌ％のＭＢＡ及び１２ｍｏｌ％の３―ＡＰＢを含むホログラムの回折波長における偏移を示すグラフである：Figure 2 is a graph showing the shift in diffraction wavelength of a hologram containing 3 mol% MBA and 12 mol% 3-APB in response to the following sugars:

グルコースに対するセンサーの応答を各糖に対する応答の前に測定し、再現性をチェックした（グルコース Ｎ＝８、他の糖 Ｎ＝１）。
３ｍｏｌ％のＭＢＡ、１２ｍｏｌ％の３―ＡＰＢ、及び１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡを含むホログラムの以下の糖に対する応答を示すグラフである： The sensor response to glucose was measured before each sugar response to check reproducibility (glucose N = 8, other sugars N = 1).
FIG. 6 is a graph showing the response of a hologram containing 3 mol% MBA, 12 mol% 3-APB, and 12 mol% ATMA to the following sugars:

グルコースに対するセンサーの応答を各糖に対する応答の前に測定し、再現性をチェックした（グルコース Ｎ＝７、他の糖 Ｎ＝１）。
グルコースが２つのフェニルボロン酸受容体と、（ａ）グルコースのピラノース（いす）型の１，２位及び４，６位、並びに、（ｂ）グルコースのフラノース型の１，２位及び５，６位で結合及び架橋する方法のうちの２つの方法を示す。 ３ｍｏｌ％又は５ｍｏｌ％のＭＢＡ、１２ｍｏｌ％の３―ＡＰＢ、及び４ｍｏｌ％又は１２ｍｏｌ％のＡＴＭＡを含むホログラムの、グルコース及び乳酸塩に対する応答を示すグラフである。 The sensor response to glucose was measured before each sugar response to check reproducibility (glucose N = 7, other sugars N = 1).
Glucose has two phenylboronic acid receptors, (a) the 1,2- and 4,6-positions of the pyranose (chair) form of glucose, and (b) the 1,2- and 5,6-positions of the furanose form of glucose. Two methods of bonding and cross-linking at the position are shown. FIG. 6 is a graph showing the response of a hologram containing 3 mol% or 5 mol% MBA, 12 mol% 3-APB, and 4 mol% or 12 mol% ATMA to glucose and lactate.

フルクトース応答を示すグラフである。It is a graph which shows a fructose response.

Claims (31)

グルコースと結合するボロン酸、及び、カチオン種を含むマトリックス内又はマトリックス上に固定された受容体化合物及び供与体化合物をそれぞれ有しているセンサーであって、それにより前記受容体化合物及び供与体化合物間の間隔がグルコース存在下で減少する
センサー。 Sensors each having a boronic acid that binds glucose and an acceptor compound and a donor compound immobilized in or on a matrix comprising a cationic species, whereby said acceptor compound and donor compound A sensor whose interval decreases in the presence of glucose. 前記受容体化合物及び供与体化合物はＦＲＥＴペアである、
請求項１に記載のセンサー。 The acceptor compound and the donor compound are FRET pairs;
The sensor according to claim 1. 蛍光・消光対を含む、
請求項１に記載のセンサー。 Including fluorescence / quenching pairs,
The sensor according to claim 1. ホログラフィックセンサーである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサー。 A holographic sensor,
The sensor according to any one of claims 1 to 3. ホログラフィックセンサーであって、
前記センサー内に保持された、グルコースと結合するボロン酸、及び、カチオン種を含む
センサー。 A holographic sensor,
A sensor comprising boronic acid that binds to glucose and a cationic species retained in the sensor. 前記センサー内の前記ホログラムは光の回折によって生成する、
請求項４又は請求項６に記載のセンサー。 The hologram in the sensor is generated by light diffraction;
The sensor according to claim 4 or 6. 前記ホログラムは拡大下でのみ視認可能である、
請求項４〜６のいずれか１項に記載のセンサー。 The hologram is visible only under magnification,
The sensor according to any one of claims 4 to 6. 前記ホログラフィック画像は物体像、又は、２次元若しくは３次元効果を与えるものである、
請求項４〜７のいずれか１項に記載のセンサー。 The holographic image is an object image or a two-dimensional or three-dimensional effect.
The sensor according to any one of claims 4 to 7. レーザー光が照射された場合に干渉効果を引き起こす手段を更に有している、
請求項４〜８のいずれか１項に記載のセンサー。 It further has means for causing an interference effect when irradiated with laser light,
The sensor according to any one of claims 4 to 8. 前記手段は偏光解消層を有する、
請求項９に記載のセンサー。 The means comprises a depolarizing layer;
The sensor according to claim 9. 前記ホログラムは白色光、ＵＶ光又は赤外線下で可視化可能である、
請求項４〜１０のいずれか１項に記載のセンサー。 The hologram can be visualized under white light, UV light or infrared,
The sensor according to any one of claims 4 to 10. 前記ホログラムは特定の温度、磁力又は圧力条件下で可視化可能である、
請求項４〜１１のいずれか１項に記載のセンサー。 The hologram can be visualized under specific temperature, magnetic or pressure conditions;
The sensor according to any one of claims 4 to 11. 光学フィルターがセンサー上にある、
請求項４〜１２のいずれか１項に記載のセンサー。 The optical filter is on the sensor,
The sensor according to any one of claims 4 to 12. 前記光学フィルターはバンドパスフィルターである、
請求項１３に記載のセンサー。 The optical filter is a bandpass filter;
The sensor according to claim 13. 前記ホログラムの縞構造が液晶から作られたものであるか、又は、最終的に得られる回折パターン若しくは回折像が液晶によって作り出された縞によるものである、
請求項４〜１４のいずれか１項に記載のセンサー。 The fringe structure of the hologram is made from liquid crystal, or the diffraction pattern or diffraction image finally obtained is due to the stripe created by the liquid crystal,
The sensor according to any one of claims 4 to 14. 前記カチオン種が第四級アンモニウム化合物である、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセンサー。 The cationic species is a quaternary ammonium compound;
The sensor according to any one of claims 1 to 15. グルコースと結合するボロン酸と第四級アンモニウム化合物との複合体。 A complex of a boronic acid that binds to glucose and a quaternary ammonium compound. サンプル中の検体の検出方法であって、
・請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサーの媒体に前記サンプルを接触させ、且つ、
・光学特性における任意の変化を検出する
方法。 A method for detecting an analyte in a sample,
-Contacting the sample with the sensor medium of any one of claims 1-16; and
A method for detecting any change in optical properties. 前記検体は化学種、生化学種、又は、生物種である、
請求項１８に記載の方法。 The specimen is a chemical species, a biochemical species, or a biological species.
The method of claim 18. 光学式リーダー、携帯電話、コンピュータ及びデジタルカメラからなる群より選択されるデバイスを使用して、光学特性の前記変化を検出する、
請求項１８又は請求項１９に記載の方法。 Detecting said change in optical properties using a device selected from the group consisting of an optical reader, a mobile phone, a computer and a digital camera;
20. A method according to claim 18 or claim 19. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサーを含む
物品。 An article comprising the sensor according to claim 1. トランザクション・カード、銀行券、パスポート、身分証明証、スマートカード、運転免許証、株券、債務証書、小切手、チェックカード、タックス・バンダロール、商品券、郵便切手、鉄道チケット、航空チケット、テレホンカード、福引券、イベントチケット、クレジットカード、デビットカード、業務用名刺、又は、正規品と偽造品とを区別したり、盗品を識別したりする目的で消費者保護、ブランド保護若しくは製品保護において使用される商品である、
請求項２１に記載の物品。 Transaction cards, banknotes, passports, ID cards, smart cards, driver's licenses, stock certificates, debt certificates, checks, check cards, tax bandarrolls, gift certificates, postage stamps, rail tickets, air tickets, telephone cards, Used in consumer protection, brand protection, or product protection for the purpose of distinguishing genuine goods from counterfeit goods or identifying stolen goods, such as lucky ticket, event ticket, credit card, debit card, business card Product
The article of claim 21. 本願明細書で定義されるインテリジェントパッケージの商品である、
請求項１９に記載の物品。 Is an intelligent packaged product as defined herein,
The article of claim 19. 宝石；履物を含む衣服；布地；家具；玩具；進物；陶磁器類、ガラス製品を含む家庭用品；ガラス、タイル、塗料、金属、レンガ、セラミック、木材、プラスチック、その他内装及び外装を含む建造物；絵画、彫刻、陶器、ライト・インスタレーションを含む美術品；グリーティングカード、レターヘッド、販促品を含む文具；及びスポーツ用品から選択される、装飾的要素を有する工業品又は手工芸品である、
請求項１９に記載の物品。 Jewelry; footwear; garments; fabrics; furniture; toys; crafts; ceramics, household goods including glassware; glass, tile, paint, metal, brick, ceramic, wood, plastic, other interior and exterior structures; Artworks including paintings, sculptures, pottery, light installations; stationery including greeting cards, letterheads, promotional items; and industrial or handicrafts with decorative elements selected from sporting goods,
The article of claim 19. 農学研究、環境学研究、医学若しくは獣医学における予後診断、治療的診断、診断学、治療、化学分析、又は、石油化学分析で使用される製品若しくはデバイスである、
請求項１９に記載の物品。 A product or device used in agricultural research, environmental research, prognosis in medicine or veterinary medicine, therapeutic diagnosis, diagnostics, treatment, chemical analysis, or petrochemical analysis.
The article of claim 19. テストストリップ、チップ、カートリッジ、綿球、チューブ、ピペット、コンタクトレンズ、結膜下インプラント、皮下インプラント、ブレサライザー、カテーテル、又は、液体サンプリング装置若しくは分析装置である、
請求項２３に記載の物品。 A test strip, chip, cartridge, cotton ball, tube, pipette, contact lens, subconjunctival implant, subcutaneous implant, breatherizer, catheter, or liquid sampling or analysis device,
24. The article of claim 23. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサーを含む、
転写可能なホログラフィックフィルム。 The sensor according to any one of claims 1 to 16, comprising:
Transferable holographic film. ホットスタンプテープ上にある、
請求項２５に記載のフィルム。 On hot stamping tape,
The film according to claim 25. 物品の安全性を向上させる方法であって、 請求項２５又は２６に記載のフィルムから前記物品上に前記センサーを転写することを含む
方法。 27. A method for improving the safety of an article comprising transferring the sensor from the film of claim 25 or 26 onto the article. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサーを含む製品であって、前記センサーからデータを生成することができる
製品。 A product comprising the sensor according to claim 1, wherein the product can generate data from the sensor. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサーによって生成したデータの保存、制御、送信、報告及び／又はモデリングのためのシステムの使用。 Use of a system for storage, control, transmission, reporting and / or modeling of data generated by a sensor according to any one of the preceding claims.

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