経皮型センサーは、どうやって血糖値を測りますか？
経皮型センサーには、針よりずっと細い、とても細くてしなやかなフィラメントがあり、皮膚のすぐ下の脂肪の組織に入れます。このフィラメントは血管のなかにあるのではなく、この組織の細胞の間の液のなかにあります。この液は間質液と呼ばれます。センサーは血液から直接測るのではなく、この液のブドウ糖の濃度を評価します。その濃度は血糖値とよく連動して動きます[1]。
測定は電気化学の方法で行われます。センサーは、酵素と電極（あの細いフィラメント）の助けで、ブドウ糖の濃度をとても小さな電流に変えます[2]。間質液のブドウ糖が多いほど、その場所で生まれる電流は大きくなります。血液の血糖値が速く変わるときは、結果が少し遅れることがあります。この液のブドウ糖は、小さな遅れをもって血糖値に合わせて動きます[3]。
経皮型センサーの酵素には、どんな役割がありますか？
皮膚の下にあるフィラメントの先は、その表面に固定された酵素でおおわれていて、多くはグルコースオキシダーゼです。この酵素は生体触媒です。ブドウ糖と酸素の化学反応を速め、その過程でそれ自体は消費されません[4]。これが実際にブドウ糖を見分ける部分で、センサーを、ただの一般の電極ではなく、ブドウ糖に特化した道具にします。
酵素の主な役割は、センサーに特異性を与えることです。つまり、ブドウ糖に応じ、ほかの物質はおおむね無視するようにします[5]。ただし、選び分けは完全ではありません。一部の機種では、アセトアミノフェンやビタミンCなどの物質が結果を変えることがあります[5]。この酵素がなければ、センサーは間質液のほかの分子とブドウ糖を区別できません。似た役割の酵素であるグルコースデヒドロゲナーゼは、主に血糖測定器での血糖値の検査に使われます[5] [6]。
経皮型センサーは、ブドウ糖をどうやって信号に変えますか？
酵素（グルコースオキシダーゼ）は、間質液のブドウ糖と酸素の反応を速めます。多くのセンサーでは、この反応からグルコン酸と過酸化水素（オキシドール）ができます。できる過酸化水素の量は、ブドウ糖の濃度に正比例します。ブドウ糖が多いほど、過酸化水素も多くなります[4]。
過酸化水素はセンサーの電極に届き、そこで分解して電子を出し、それがとても弱い電流をつくります。ほかのセンサーでは、酵素が中間の物質（メディエーター）に結びついていて、それが過酸化水素なしに電子を電極へ直接運びます[6]。どちらの場合も、この電流がセンサーが集める信号で、その大きさが間質液のブドウ糖の濃度を映します。下の図のとおりです[5]。
センサーはどうやって血糖値を推定するか
- ステップ1酵素がブドウ糖と出会うフィラメントの先のグルコースオキシダーゼが、細胞の間の液で、ブドウ糖を酸素と反応させます。
- ステップ2過酸化水素ができる多くのセンサーでは、できる量がブドウ糖の濃度に正比例します。ブドウ糖が多いほど、過酸化水素も多くなります。
- ステップ3電極が電流を集める電極に届いた過酸化水素は分解して電子を出し、それがとても弱い電流をつくります。ほかのセンサーはメディエーターを使い、電子を電極へ直接運びます。
- ステップ4電流が値になる機器が電流の大きさを、画面に見えるブドウ糖の値に変えます。
経皮型センサーの反応は、ブドウ糖を消費しますか？
はい、反応はごくわずかな量のブドウ糖を使います。その場所の酸素と反応するブドウ糖の分子は、一つずつグルコン酸に変わるので、その場で使われます。フィラメントについた酵素は特別な膜でおおわれていて、周りのブドウ糖のごく一部だけを通します。通る部分は外の濃度に比例したままで、酵素は飽和しません[7]。
この使われる量は、血糖値を下げないほど、またフィラメントの周りのブドウ糖を使いきらないほど小さいので、次の測定にも影響しません。体は、血液のブドウ糖から、間質液のブドウ糖を絶えず補います。酵素は触媒で、消費されませんが、時間がたつと酵素も膜も傷むことがあります。そのため、センサーには使える期間に限りがあります[8]。
経皮型センサーの信号は、どうやって表示される値になりますか？
皮膚の下の単純なフィラメントに見えるものには、実はいくつもの電極が入っています。とても薄い層に並び、互いに絶縁され、同じしなやかな支えの上にあります。それぞれの電極に役割があります。
- 作用電極は酵素でおおわれ、信号をつくります。
- 参照電極は、基準として使う安定した電圧を保ちます。
- 対極は、電気の回路を閉じます[6]。
一部の機種では、電極がとても細い線で、1本の線が参照電極と対極の両方の役割を果たします[9]。センサーについた電子の部品は、作用電極と参照電極の間の電圧を一定に保ちます。化学の反応はこの電圧を変えず、電流の強さを変えます。間質液のブドウ糖の濃度が高いほど、作用電極を流れる電流の強さは大きくなります。
一部の仕組みは、酵素のない4番目の電極を足します。これは背景の雑音、つまりブドウ糖がなくても出る小さな信号を測ります。この電極の信号を、目的の信号から差し引いて、ほかの物質の影響を減らします。
測られた電流は、電子の部品（トランスミッター）がとぎれずに読みます。較正の係数が、この電流を推定された血糖値に変えます[2]。新しい多くのセンサーは工場で較正されていて、ほかのセンサーは、ときどき確認と、場合によっては血糖測定器での較正のやり直しが必要です[10]。システムのアルゴリズムは、小さな電気の揺れをなめらかにし、間質液と血液の間の遅れを部分的に直します[3]。アルゴリズムとは、トランスミッターかスマートフォンのアプリで動くプログラムのことです。結果はmg/dLかmmol/Lで表され、スマートフォンかほかの受信機に無線で送られます。
経皮型センサーが働くには、エネルギーが必要ですか？
はい、センサーには小さな電源が必要で、ふつうはトランスミッターのなかの電池です。このエネルギーが電極に一定の電位を保ち、グルコースオキシダーゼが触媒する化学の反応が、ブドウ糖の濃度に比例する電流を生みます[6]。同じエネルギーが、信号の処理、内部のメモリ、スマートフォンか受信機へのデータの無線の送信も支えます[11]。
エネルギーの消費はとても小さいので、ごく小さな電池で、センサーを装着しているあいだずっと足ります。持続モニタリングのほとんどの仕組みは、7日から15日働きます[12]。この期間の後、センサーは、そのエネルギーのもとと一緒に、新しいものと交換します。古い機種では、トランスミッターを複数のセンサーで繰り返し使います[11]。
まとめ
- センサーのフィラメントは、皮膚の下の間質液にあり、血管のなかではありません。測定は電気化学の方法で行われます[1] [2]。
- フィラメントの先に固定された酵素、多くはグルコースオキシダーゼは、消費されない触媒で、センサーにブドウ糖への特異性を与えます[4] [5]。
- 電子は、反応でできる過酸化水素を通して電極に届きます。ほかのセンサーでは、酵素に結びついたメディエーターを通して届きます[4] [6]。生まれる電流は、ブドウ糖の濃度に比例します[5]。
- 較正の係数が電流を推定された血糖値に変え、内部のプログラムが信号をなめらかにし、血液との遅れを部分的に直します[2] [3]。
- トランスミッターのごく小さな電池が電極の電位を保ち、データを無線で送ります。センサーがふつうもつ7～15日のあいだです[11] [12]。
参考文献
- Continuous glucose monitoring: physiologic and pathophysiologic significance. Rom J Intern Med. 2004;42(2):381-393. PubMed
- Calibration of Minimally Invasive Continuous Glucose Monitoring Sensors: State-of-The-Art and Current Perspectives. Biosensors (Basel). 2018;8(1):24. PubMed
- Delays in minimally invasive continuous glucose monitoring devices: a review of current technology. J Diabetes Sci Technol. 2009;3(5):1207-1214. PubMed
- Glucose oxidase--an overview. Biotechnol Adv. 2009;27(4):489-501. PubMed
- Recent Advances in Enzymatic and Non-Enzymatic Electrochemical Glucose Sensing. Sensors (Basel). 2021;21(14):4672. PubMed
- Electrochemistry in diabetes management. Acc Chem Res. 2010;43(7):963-973. PubMed
- Tailored diffusion limiting membrane for microneedle glucose sensors with wide linear range. Talanta. 2024;273:125933. PubMed
- Technologies for continuous glucose monitoring: current problems and future promises. J Diabetes Sci Technol. 2010;4(6):1540-1562. PubMed
- Review—Electrochemistry and Other Emerging Technologies for Continuous Glucose Monitoring Devices. ECS Sens Plus. 2022;1(3):031601. DOI
- 7. Diabetes Technology: Standards of Care in Diabetes-2026. Diabetes Care. 2026;49(Suppl 1):S150-S165. PubMed
- Continuous Glucose Monitoring Sensors for Diabetes Management: A Review of Technologies and Applications. Diabetes Metab J. 2019;43(4):383-397. PubMed
- Accuracy and Reliability of the Sinocare Continuous Glucose Monitoring System. Diabetes Ther. 2025;16(9):1861-1870. PubMed
このページの引用方法
Ioacara S. 経皮型グルコースセンサーの測定の原理. Diabetes Academia. 更新日 2026年11月6日. https://diabetesacademia.com/ja/cgms/measurement-principle
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