JPH0566822B2 - - Google Patents
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- JPH0566822B2 JPH0566822B2 JP61057541A JP5754186A JPH0566822B2 JP H0566822 B2 JPH0566822 B2 JP H0566822B2 JP 61057541 A JP61057541 A JP 61057541A JP 5754186 A JP5754186 A JP 5754186A JP H0566822 B2 JPH0566822 B2 JP H0566822B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulin
- silicon substrate
- diaphragm
- artificial pancreas
- glucose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- External Artificial Organs (AREA)
- Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は人工膵臓に関し、特に小型で大量生産
が可能な血糖値をコントロールする人工膵臓に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an artificial pancreas, and particularly to an artificial pancreas that is small and can be mass-produced and controls blood sugar levels.
（従来の技術）
従来、糖尿病患者の血糖値のコントロールのた
めには、少量の血液を身体から取り出し血液中の
グルコース濃度を測定した後、注射器によりイン
シユリンを血管内に注射する方法がとられてき
た。この方法では血糖値の測定は連続的に行なわ
れず、一定時間間隔を置いたものであり、また、
インシユリンの注射も一日に一回から数回という
少ない回数であつた。そのため、血液内のグルコ
ース濃度を精度良くコントロールすることが困難
で、糖尿病に付随する合併症がおこりがちであつ
た。また、この従来法では血糖値の測定及びイン
シユリン注射は医師あるいは患者が自分自身で行
わねばならず、日常生活を営む上で大きな負担と
なつていた。(Prior art) Conventionally, in order to control blood sugar levels in diabetic patients, a method has been used in which a small amount of blood is removed from the body, the glucose concentration in the blood is measured, and then insulin is injected into the blood vessel using a syringe. Ta. In this method, blood sugar levels are not measured continuously, but at regular intervals, and
Insulin injections were infrequently administered, ranging from once to several times a day. Therefore, it is difficult to accurately control the glucose concentration in the blood, and complications associated with diabetes tend to occur. Furthermore, in this conventional method, the doctor or the patient had to measure the blood sugar level and inject insulin themselves, which placed a great burden on the patient's daily life.
近年、グルコースセンサとインシユリンポンプ
を組み合わせた人工膵臓が報告されている（七里
元亮、サイエンス（日経サイエンス社刊）、第15
巻、第11号、p.66）がセンサとポンプが別々であ
り大きな装置となるため、糖尿者患者が常時携帯
して使用するのは不便であり、また値段も高価で
あつた。 In recent years, an artificial pancreas that combines a glucose sensor and an insulin pump has been reported (Motosuke Shichiri, Science (published by Nikkei Science), No. 15
Vol., No. 11, p. 66), the sensor and pump are separate and the device is large, making it inconvenient for diabetic patients to carry around and use at all times, and it is also expensive.
（発明が解決しようとする問題点）
このように、従来糖尿病患者が血糖値をコント
ロールし、正常な生活を営むためには、種々の困
難が生じた。本発明の目的は、このような欠点を
なくし小型で精度よく血糖値をコントロールでき
る安価な人工膵臓を提供することである。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, various difficulties have conventionally arisen for diabetic patients to control their blood sugar levels and lead normal lives. An object of the present invention is to eliminate such drawbacks and provide a small and inexpensive artificial pancreas that can accurately control blood sugar levels.
（問題点を解決するための手段）
本発明は、グルコースセンサとインシユリンポ
ンプとが同一基板を用いて一体化された構造より
なる人工膵臓であつて、前記グルコースセンサは
シリコン基板上に絶縁体を介して設けられた少な
くとも一対の電極の一方の表面にグルコースオキ
シダーゼ固定化膜が形成されてなり、前記インシ
ユリンポンプは前記シリコン基板に形成されたダ
イアフラムとダイアフラム上に設けられた圧電体
とダイアフラムの開口部を覆うように前記シリコ
ン基板の下面に接して形成された板を有し、かつ
前記シリコン基板と前記板よりなる構造体にイン
シユリン導入口と放出口が形成されてなることを
特徴とする人工膵臓である。(Means for Solving the Problems) The present invention is an artificial pancreas having a structure in which a glucose sensor and an insulin pump are integrated using the same substrate, wherein the glucose sensor is mounted on an insulator on a silicon substrate. A glucose oxidase-immobilized film is formed on the surface of one of at least a pair of electrodes provided through the silicon substrate, and the insulin pump includes a diaphragm formed on the silicon substrate, a piezoelectric body provided on the diaphragm, and a diaphragm. a plate formed in contact with the lower surface of the silicon substrate so as to cover the opening of the silicon substrate, and an insulin inlet and an insulin outlet are formed in a structure made of the silicon substrate and the plate. This is an artificial pancreas.
たとえば絶縁基板上の一端に設けられた一方に
グルコースオキシダーゼ固定化膜を持つ電極対
は、血液中のグルコースがグルコースオキシダー
ゼ固定化膜により酸化された時に起こる過酸化水
素の発生や酸素の減少を検出することにより、グ
ルコース濃度測定するものであり、電極用材料と
して過酸化水素を検出する場合はプラチナ（Pt）
と銀・塩化銀(Ag/l)、あるいはプラチナとプラチ
ナ、金（Au）と金などが使用され、また酸素を
検出する場合はプラチナと銀（Ag）が使用でき
る。いずれの場合も一対の電極間に一定の電圧を
印加した時に流れる電流を測定する方法を用いて
いる。 For example, an electrode pair with a glucose oxidase immobilized membrane on one end provided on an insulating substrate detects the generation of hydrogen peroxide and the decrease in oxygen that occur when glucose in blood is oxidized by the glucose oxidase immobilized membrane. This is used to measure glucose concentration, and when detecting hydrogen peroxide as an electrode material, platinum (Pt) is used.
and silver/silver chloride (Ag/l), or platinum and platinum, or gold (Au) and gold, etc., and when detecting oxygen, platinum and silver (Ag) can be used. In either case, a method is used in which the current flowing when a constant voltage is applied between a pair of electrodes is measured.
ダイアフラム形成基板としては、シリコン基板
が最も望ましいが、他の半導体や、サフアイヤな
どの絶縁体も使用できる。基板にシリコンを用い
る場合でもシリコン基板のエツチングは、異方性
エツチング液たとえば、ヒドラジン水溶液、水酸
化カリウム（KOH）溶液を使つて行うことがで
き、酸化シリコン（SiO2）をマスクに用いて精
密なエツチングが可能である。基板に形成したダ
イヤフラムの開口部を覆うように板を形成する方
法としては通常の耐水性接着剤でも可能である
が、基板と板を静電接合（Anodic Bonding）法
により直接張り合わせた方が精度が良く、信頼性
も高くなる。板の材質としてはガラス、セラミツ
ク、金属などの材料が可能である。グルコースセ
ンサとインシユリンポンプを形成する基板は同一
基板を用いることができる。反対にグルコースセ
ンサとインシユリンポンプが完全に分離した構造
であり、両者がリード線のみで結合される構成で
もよい。インシユリンポンプにはインシユリン放
出のための細管を形成することもできる。圧電体
は無機圧電材料でもよいし、PVF2などの圧電高
分子でもよい。圧電体の形成位置はダイアフラム
が形成される基板側でもよいし、ダイアフラム開
口部を覆う板に形成することもできる。。グルコ
ースセンサとインシユリンポンプが一体となつた
構造においてグルコースセンサは所望の位置に形
成できる。またインシユリンポンプを構成する基
体として内部に電極を配置した圧電セラミツクス
や圧電高分子を用いることもできる。 As the diaphragm forming substrate, a silicon substrate is most desirable, but other semiconductors and insulators such as sapphire can also be used. Even when silicon is used as the substrate, etching of the silicon substrate can be performed using an anisotropic etching solution such as hydrazine aqueous solution or potassium hydroxide (KOH) solution, and precision etching using silicon oxide (SiO 2 ) as a mask. Etching is possible. Although it is possible to form a plate to cover the opening of the diaphragm formed on the substrate using a normal water-resistant adhesive, it is more accurate to bond the substrate and plate directly using electrostatic bonding (Anodic Bonding). and reliability. Possible materials for the plate include glass, ceramic, and metal. The same substrate can be used to form the glucose sensor and the insulin pump. On the other hand, the glucose sensor and insulin pump may have a completely separate structure, and may be connected only by a lead wire. The insulin pump can also be formed with a capillary for releasing insulin. The piezoelectric body may be an inorganic piezoelectric material or a piezoelectric polymer such as PVF2 . The piezoelectric body may be formed on the substrate side where the diaphragm is formed, or it may be formed on a plate that covers the diaphragm opening. . In a structure in which a glucose sensor and an insulin pump are integrated, the glucose sensor can be formed at a desired position. Furthermore, piezoelectric ceramics or piezoelectric polymers having electrodes disposed therein can also be used as the base material constituting the insulin pump.
（作用）
ダイアフラム領域に対応する位置に設けられた
圧電体はその電極に電圧を印加することにより変
形し、同時にダイアフラムをを変形させる。この
とき、ダイアフラムと板の間の空間に存在したイ
ンシユリン溶液は所定の経路を通つてインシユリ
ン放出口から外部に放出される。このインシユリ
ンの放出量は上記の圧電体に印加される電気信号
によりコントロールされる。したがつて、グルコ
ースセンサによりグルコース濃度を測定し、その
結果により必要なインシユリンを供給することが
できる。(Function) The piezoelectric body provided at a position corresponding to the diaphragm area is deformed by applying a voltage to its electrode, and at the same time deforms the diaphragm. At this time, the insulin solution present in the space between the diaphragm and the plate is discharged to the outside from the insulin discharge port through a predetermined path. The amount of insulin released is controlled by an electrical signal applied to the piezoelectric body. Therefore, the glucose concentration can be measured by the glucose sensor, and the necessary insulin can be supplied based on the result.
本発明によれば、半導体IC技術を用いたとえ
ばシリコン基板を用いてグルコースセンサとイン
シユリンポンプを小型に、またさらに一体化する
こともできるため、小型で大量生産が可能で携帯
に適した連続的な血糖コントロール用人工膵臓が
実現できた。 According to the present invention, a glucose sensor and an insulin pump can be miniaturized using semiconductor IC technology, for example, using a silicon substrate, and can even be integrated. An artificial pancreas for blood sugar control has been realized.
（実施例）
以下本発明の一実施例について図面を参照して
詳細に説明する。第１図は本発明の一実施例を示
す人工膵臓の斜視図で、左端の領域（幅１mm、長
さ６mm、厚さ１mm）にグルコースセンサ１３とイ
ンシユリン放出口１２が設けられ、右側の領域
（幅５mm、長さ10mm、厚さ１mm）には圧電体８が
上に設けられたシリコンダイアフラムが形成され
ている。また、シリコン１基板はパイレツクスガ
ラス２と静電結合法により張り合わされている。
第２図〜第４図は、それぞれ、第１図の一点鎖線
ａ−a′，ｂ−b′，ｃ−c′における断面図で、１は
シリコン、２はパイレツクスガラス、３は絶縁
体、たとえば酸化シリコン及び窒化シリコン、４
は銀・塩化銀電極、５はプラチナ電極、６はグル
コースオキシダーゼ固定化膜、７は圧電体、８は
圧電体の電極、９は絶縁体、１０はインシユリン
逆流防止用件、１１はインシユリン導入口で外部
からインシユリンが供給され、１２はインシユリ
ン放出口でここからインシユリンが放出される。
第５図は本発明による人工膵臓のシステム構成を
示す図で、一点鎖線内が第１図に相当する。セン
サにより血液中のグルコース濃度が測定され、そ
の情報はプロセツサに送れる。プロセツサでは、
グルコース濃度を正常に保つために必要なインシ
ユリン量を計算し、駆動回路へ電気信号送る。駆
動回路は圧電体を駆動するための回路である。上
記のプロセツサ及び駆動回路はいずれもシリコン
基板内に形成することが可能なので、第５図の破
線内を一体化することもでき、より小型化された
人工膵臓を実現できる。(Example) An example of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an artificial pancreas showing an embodiment of the present invention, in which a glucose sensor 13 and an insulin release port 12 are provided in the left end area (width 1 mm, length 6 mm, thickness 1 mm), and the right area A silicon diaphragm (width: 5 mm, length: 10 mm, thickness: 1 mm) on which a piezoelectric body 8 is provided is formed. Further, the silicon 1 substrate is bonded to the Pyrex glass 2 by an electrostatic bonding method.
2 to 4 are cross-sectional views taken along dashed-dot lines a-a', bb-b', and c-c' in FIG. 1, respectively, where 1 is silicon, 2 is pyrex glass, and 3 is an insulator. , such as silicon oxide and silicon nitride, 4
is a silver/silver chloride electrode, 5 is a platinum electrode, 6 is a glucose oxidase immobilized membrane, 7 is a piezoelectric material, 8 is a piezoelectric electrode, 9 is an insulator, 10 is an insulin backflow prevention item, 11 is an insulin inlet Insulin is supplied from outside, and 12 is an insulin release port from which insulin is released.
FIG. 5 is a diagram showing the system configuration of the artificial pancreas according to the present invention, and the area within the dashed-dotted line corresponds to FIG. 1. The sensor measures the glucose concentration in the blood and the information can be sent to the processor. In the processor,
It calculates the amount of insulin required to maintain normal glucose levels and sends an electrical signal to the drive circuit. The drive circuit is a circuit for driving the piezoelectric body. Since both the processor and the drive circuit described above can be formed within a silicon substrate, the area within the broken line in FIG. 5 can be integrated, making it possible to realize a more compact artificial pancreas.
（発明の効果）
本発明によれば、以上に述べたように、グルコ
ースセンサとインシユリンポンプを従来の数十分
の一以下に小型にでき、またシリコン基板を用い
ることによりIC製造技術を用いて精密な加工が
おこなえ、精度よくインシユリンの注入ができ
る。また、大量生産が可能なため値段も安価とな
り、従来のものに比べすぐれた性能の人工膵臓が
できた。(Effects of the Invention) According to the present invention, as described above, the glucose sensor and insulin pump can be made smaller than a few tenths of the conventional size, and by using a silicon substrate, IC manufacturing technology can be used. This allows for precise processing and precise injection of insulin. In addition, because mass production is possible, the price is low, and an artificial pancreas with superior performance compared to conventional ones has been created.
第１図は本発明の一実施例を示す人工膵臓の斜
視図で、第２図〜第４図はそれぞれ、第１図の一
点鎖線ａ−a′，ｂ−b′，ｃ−c′における断面図、
第５図は本発明による人工膵臓のシステム構成を
示す図である。
図において１はシリコン、２はパイレツクスガ
ラス、３は絶縁体、４は銀・塩化銀電極、５はプ
ラチナ電極、６はグルコースオキシダーゼ固定化
膜、７は圧電体、８は圧電体用電極、９は絶縁
体、１０は弁、１１はインシユリン導入口、１２
はインシユリン放出口。
Fig. 1 is a perspective view of an artificial pancreas showing one embodiment of the present invention, and Figs. cross section,
FIG. 5 is a diagram showing the system configuration of the artificial pancreas according to the present invention. In the figure, 1 is silicon, 2 is Pyrex glass, 3 is an insulator, 4 is a silver/silver chloride electrode, 5 is a platinum electrode, 6 is a glucose oxidase immobilized membrane, 7 is a piezoelectric material, 8 is an electrode for piezoelectric material, 9 is an insulator, 10 is a valve, 11 is an insulin inlet, 12
is the insulin release port.
Claims (1)
同一基板を用いて一体化された構造よりなる人工
膵臓であつて、前記グルコースセンサはシリコン
基板上に絶縁体を介して設けられた少なくとも一
対の電極の一方の表面にグルコースオキシダーゼ
固定化膜が形成されてなり、前記インシユリンポ
ンプは前記シリコン基板に形成されたダイアフラ
ムとダイアフラム上に設けられた圧電体とダイア
フラムの開口部を覆うように前記シリコン基板の
下面に接して形成された板を有し、かつ前記シリ
コン基板と前記板よりなる構造体にインシユリン
導入口と放出口が形成されてなることを特徴とす
る人工膵臓。1. An artificial pancreas having a structure in which a glucose sensor and an insulin pump are integrated using the same substrate, wherein the glucose sensor has one of at least a pair of electrodes provided on a silicon substrate via an insulator. A glucose oxidase immobilized film is formed on the surface of the insulin pump, and the insulin pump is formed on the lower surface of the silicon substrate so as to cover a diaphragm formed on the silicon substrate, a piezoelectric body provided on the diaphragm, and an opening in the diaphragm. 1. An artificial pancreas comprising a plate formed in contact with the silicon substrate, and an insulin inlet and an insulin outlet formed in a structure made of the silicon substrate and the plate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61057541A JPS62213760A (en) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Artificial pancreas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61057541A JPS62213760A (en) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Artificial pancreas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62213760A JPS62213760A (en) | 1987-09-19 |
| JPH0566822B2 true JPH0566822B2 (en) | 1993-09-22 |
Family
ID=13058622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61057541A Granted JPS62213760A (en) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Artificial pancreas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62213760A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5101814A (en) * | 1989-08-11 | 1992-04-07 | Palti Yoram Prof | System for monitoring and controlling blood glucose |
| US5190041A (en) * | 1989-08-11 | 1993-03-02 | Palti Yoram Prof | System for monitoring and controlling blood glucose |
| DE4006152A1 (en) * | 1990-02-27 | 1991-08-29 | Fraunhofer Ges Forschung | MICROMINIATURIZED PUMP |
| JPH0610900A (en) * | 1992-04-27 | 1994-01-21 | Canon Inc | Liquid moving method and moving apparatus and measuring apparatus using the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598969A (en) * | 1982-07-09 | 1984-01-18 | 藤沢薬品工業株式会社 | Artificial pancreas |
-
1986
- 1986-03-14 JP JP61057541A patent/JPS62213760A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62213760A (en) | 1987-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |