CN112384793A - 镁离子选择性膜 - Google Patents

Abstract

镁离子选择性电极膜及其制备。所述膜通过如下而具有高的对镁离子的选择性：将酸性基团添加到优选地PVC膜，这通过将含有与C4‑C18烷基取代的苯基基团共价连接的酸性基团的亲脂性化合物(如双‑4‑辛基苯基磷酸)引入到含有镁选择性离子载体(如中性离子载体1,10‑菲咯啉衍生物)的膜中或通过将酸性(如羧酸)基团共价连接到所述离子载体(如1,10‑菲咯啉衍生物)而进行。

Description

镁离子选择性膜

技术领域

本发明涉及镁离子选择性膜及其制备，涉及包括这样的膜的电极和电位式感测器及其用于测定样品中镁离子浓度的用途。

背景技术

镁是人体中的常见金属并且在化学和生物化学过程中起到重要作用。体内的镁或者与蛋白质结合(络合到阴离子)，或者作为游离的离子化级分(iMg)存在。iMg级分起到若干生理作用，例如在神经传导或者骨骼、心脏或子宫肌肉收缩中作为离子通道调节剂。在一项住院患者间的研究中已经发现低镁血症(hypomagnesemia)(11％)和高镁血症(hypermagnesemia)(9.3％)的患病率高(Wong等人，(1983)Am J Clin Pathol 79：348)。

iMg的特异性测量是具有挑战性的，并且在历史上，临床实验室常常依赖于总镁化验(assay)。镁离子选择性感测器已经记载于WO92/16831(Nova Biomedical Corp.)中，其公开了包含1,10-菲咯啉作为镁离子选择性化合物的镁选择性膜。WO2015/160755(SiemensHealthcare Diagnostics Inc.)描述了用于检测离子化镁的膜，其包括具有三脚架(三足，tripodal)立体化学结构的离子载体、亲脂性硼酸盐和聚合物基质。

然而，使膜对iMg具有高度选择性仍然是一种挑战，特别是在获得镁离子相对于其它阳离子(例如钙离子)的选择性方面尤为如此。除了具有有限的选择性之外，现有技术中描述的镁离子选择性膜在稳定性、干扰、漂移(drift)和快速启动时间方面经常是欠佳的。对膜就这些参数之一的改进调整有时负面地影响其它参数。

因此，对于这样的改进的镁离子感测器存在需求：其对镁是高度选择性的，但保持稳定、抗干扰和漂移，并且具有快速启动时间。这些需求通过本发明而解决。

发明内容

在第一方面中，本发明提供镁离子选择性膜，其包括：

a.离子载体；和

b.含有酸性基团的亲脂性化合物或所述亲脂性化合物的盐，其中所述亲脂性化合物为如下式I的化合物：

其中A包括酸性基团，

其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的一个、两个或全部三个为C_4-18基团，其为C_4-18烷基基团、C_4-18烯基基团、C_4-18炔基基团或含酰胺的C_4-18基团，其中所述C_4-18基团在从苯基基团算起的位置1、2和3处为线型的，或者在所述位置1、2和3处总共仅具有一个侧链，

和其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的其余者独立地为氢或线型C_1-18烷基基团。

在进一步的方面中，本发明提供镁离子选择性膜，其包括

i)经由间隔基(spacer)与酸性基团共价连接的离子载体，其中所述间隔基包含至少一个碳原子，或

ii)其盐，即经由间隔基与酸性基团共价连接的所述离子载体的盐。

在进一步的方面中，本发明涉及本发明镁离子选择性膜的制备工艺，其通过将组分在溶剂中混合、将所得溶液分配在期望的支持体上、和容许所述溶剂蒸发而进行。

在进一步的方面中，本发明提供用于测定液体样品的镁离子浓度的电极，其包括如本文中限定的本发明的膜。

在更进一步的方面中，本发明提供用于测定液体样品的镁离子浓度的电位式感测器，其包括本发明的膜或本发明的电极。

此外，本发明涉及液体样品的镁离子浓度的测定方法，其包括将所述样品与根据本发明的电极或根据本发明的电位式感测器接触，和基于所述电极或电位式感测器提供的信号测定镁离子浓度。本发明还涉及疾病或失调(disorder)的诊断方法，其包括对受试对象的样品实施根据本发明的镁离子浓度的测定方法。

下面更详细地对本发明的这些和其它方面及实施方式进行描述。

附图说明

图1.以mV计的信号随对于FIM溶液记录的真实cMg值的变化，所述FIM溶液用于测定通过如下膜ID制备的离子选择性电极的选择性常数

和灵敏度(S)：“OPP”、“OBA”、“OBS”、“DBS”和“Tetrakis”。灰色阴影区域标明离子化镁的生理相关测量范围(0.1-2.5mM)。x-轴为对数。

图2.以mV计的信号随对于FIM溶液记录的真实cMg值的变化，所述FIM溶液用于测定通过如下膜ID制备的离子选择性电极的选择性常数

和灵敏度(S)：“DUP_OPP”、“DUP_Tetrakis”、“MUP_OPP”、“ETH5506_OPP”和“ETH5506_Tetrakis”。灰色阴影区域标明离子化镁的生理相关测量范围(0.1-2.5mM)。x-轴为对数。

具体实施方式

定义

术语“选择性”当在本文中在膜的上下文中使用时是指对特定离子的优先性。“选择性”当在本文中使用时并不意指绝对的或排他的选择性，也就是说膜可对多种离子例如镁离子以及钙离子是选择性的。

当在本文中使用时，术语“离子载体”是指可逆地结合离子的化合物，例如可将离子输送穿过膜的化合物。

术语“亲脂性”当在本文中特别是在“亲脂性化合物”的上下文中使用时是指化学化合物在脂肪、油、脂类或非极性溶剂中溶解的能力。

术语“酸性基团”是指能够离子化以向碱供给氢离子的基团。

术语“盐”当在本文中使用时是指与抵消酸的负电荷的阳离子物种一起的酸的去质子化形式。

当在本文中使用时，术语1,10-菲咯啉的“取代形式”是指包括含有对其的一个或多个取代的1,10-菲咯啉骨架的物质。术语“取代”是指1,10-菲咯啉上的氢被基团R或残基R替换。类似地，“取代的芳基”是指其中氢已经被不同的残基或基团所替换的芳基基团，。

术语“C_XX-YY”在化学基团的上下文中表示基团包含从XX至YY个碳原子，即从XX开始直到YY且包括YY在内的任何数，例如C_1-18烷基基团包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17或18个碳原子。除非另有规定，这样的基团可为线型或支化的。

当指化学基团时，术语“烷基”、“芳基”、“烯基”和“炔基”具有它们在本领域中的通常含义。在一些实施方式中，这样的基团包括不多于18个碳原子。术语“支化烷基”是指非完全线型的、即具有至少一个侧链的烷基基团。

术语“浓度”当在本文中在测定样品中离子例如镁离子的浓度的上下文中使用时是指该离子在离子活度等于所测样品的离子活度的标准化溶液基质(基准标度)中的化学计量浓度，参见IFCC指南(Ben Rayana等人(2008)Clin Chem Lab Med 46(1)：21)

当在本文中对于聚合物使用时，术语分子量指的是通过如下计算的重均分子量：

M_w＝∑W_iM_i，其中W_i为具有分子量M_i的聚合物的重量分数。

本发明的进一步方面和实施方式

本发明人已经开发出相较于现有技术中先前记载的膜具有改进的对镁离子的选择性的镁离子选择性膜。另外，本发明的膜是稳定的，抗干扰和漂移，并且具有快速启动时间。

选择性的改进是通过如下而实现的：将酸性基团添加到膜，这通过将含有酸性基团的亲脂性化合物引入到膜中或通过将酸性基团共价连接到所述膜中使用的离子载体进行。

在不局限于任何特定理论的情况下猜测，可能形成了结构例如以下所示的结构，其有利于离子载体与镁离子而非例如较大的钙离子的相互作用。

结构A：

结构B：

因此，如上所述，在第一方面中，本发明涉及镁离子选择性膜，其包括：

a.离子载体；和

b.含有酸性基团的亲脂性化合物或所述亲脂性化合物的盐，其中所述亲脂性化合物为如下式I的化合物：

其中A包括酸性基团，

其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的一个、两个或全部三个为C_4-18基团，其为C_4-18烷基基团、C_4-18烯基基团、C_4-18炔基基团或含酰胺的C_4-18基团，其中所述C_4-18基团在从苯基基团算起的位置1、2和3处为线型的或在所述位置1、2和3处总共仅具有一个侧链，

且其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的其余者独立地为氢或线型C_1-18烷基基团。

为了避免疑惑，本文中的短语“或在所述位置1、2和3处总共仅具有一个侧链”意指各C_4-18基团在所述位置1、2、3处总共仅具有一个侧链。因此，在其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的两个或更多个为C_4-18基团的实施方式中，这些C_4-18基团的两个或更多个在位置1、2或3处可具有一个侧链。

为了说明，下式显示其中R¹⁸和R²⁰为氢且R¹⁹为不带侧链的线型C₈烷基基团的实施方式。位置1、2和3被标明：

而且，如上提到的，在进一步的方面中，本发明提供镁离子选择性膜，其包括

i)经由间隔基与酸性基团共价连接的离子载体，其中所述间隔基包含至少一个碳原子，或

ii)其盐，即经由间隔基与酸性基团共价连接的所述离子载体的盐。

离子载体

本发明的镁离子选择性膜包括离子载体或离子载体的混合物。在本发明的膜中使用的离子载体可为带电的或不带电的(中性的)。在一些实施方式中，所述离子载体为亲脂性的。

在优选的实施方式中，所述离子载体为菲咯啉化合物，其为1,10-菲咯啉或其取代形式。这样的化合物例如已经记载于WO92/16831(Nova Biomedical Corp.)中。1,10-菲咯啉具有以下结构：

在一个实施方式中，菲咯啉化合物的在位置2和9处的碳原子与氢键合。

在一个实施方式中，所述离子载体为如下式II的化合物：

其中R¹-R⁶各自为如下的任意者：

H；

F、Cl、Br、I、NO₂、CN或CF₃的任意者；

C_1-18烷基；

C_1-18芳基；

C_1-18烯基；

(CH₂)_mY，其中m为0或1-4的整数，Y为-OR⁷、-NR⁷R⁸、-OCOR⁷、-NR⁷COR⁸、-COR⁷、-COOR⁷、-SO₃R⁷、-OSiR⁷R⁸R⁹、-PO₄R⁷R⁸、-PO₃R⁷R⁸的任意者，其中R⁷、R⁸和R⁹各自为H、烷基、支化烷基、芳基或取代的芳基的任意者；或者

C_n-R¹⁰R¹¹，其中n为0或包括端点在内的1-17的整数，R¹⁰为C、N、NCO或CH₂-Z-CH₂，其中Z为O、NH、S、OCO或CO的任意者，R¹¹为如下式III的化合物：

并且R¹¹在R¹¹的位置3、4、5、6、7或8的任意者处与R¹⁰连接，R¹²-R¹⁷为如下的任意者：H、C_1-18烷基、C_1-18芳基或缺失，条件是如果R¹¹在R¹¹的位置3处与R¹⁰连接则R¹²缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置4处与R¹⁰连接则R¹³缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置5处与R¹⁰连接则R¹⁴缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置6处与R¹⁰连接则R¹⁵缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置7处与R¹⁰连接则R¹⁶缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置8处与R¹⁰连接则R¹⁷缺失，条件是R¹-R⁶之一不是H，并且1,10-菲咯啉的在位置2和9处的C原子各自通过不参与稠环结构的键与H键合。

在进一步的实施方式中，R¹至R⁶包含总共至少6个碳原子，例如6、7、8、9、10或11个碳原子，例如总共至少11个碳原子，例如11-18个碳原子。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有1-18个碳原子的烷基或芳基基团。例如，选自R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或两个基团可为具有1-18个碳原子的烷基或芳基基团并且其余者为氢，例如R¹和R²、R¹和R³、R¹和R⁴、R¹和R⁵、R¹和R⁶、R²和R³、R²和R⁴、R²和R⁵、R²和R⁶、R³和R⁴、R³和R⁵、R³和R⁶、R⁴和R⁵、R⁴和R⁶、或R⁵和R⁶为具有1-18个碳原子的烷基或芳基基团并且其余基团为氢。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有1-18个碳原子的烷基基团。例如，选自R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或两个基团可为具有1-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢，例如R¹和R²、R¹和R³、R¹和R⁴、R¹和R⁵、R¹和R⁶、R²和R³、R²和R⁴、R²和R⁵、R²和R⁶、R³和R⁴、R³和R⁵、R³和R⁶、R⁴和R⁵、R⁴和R⁶、或R⁵和R⁶为具有1-18个碳原子的烷基基团并且其余的R基团为氢。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有6-18个碳原子的烷基基团。例如，选自R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或两个基团可为具有6-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢，例如R¹和R²、R¹和R³、R¹和R⁴、R¹和R⁵、R¹和R⁶、R²和R³、R²和R⁴、R²和R⁵、R²和R⁶、R³和R⁴、R³和R⁵、R³和R⁶、R⁴和R⁵、R⁴和R⁶、或R⁵和R⁶为具有6-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的仅一个为具有1-18个碳原子、例如6-18个碳原子、例如11-18个碳原子的烷基基团并且其余的R基团为氢。

在另一个实施方式中，R²和/或R⁵为具有1-18个碳原子、例如6-18个碳原子、例如11-18个碳原子的烷基基团并且其余的R基团为氢。在另一个实施方式中，R²和/或R⁵为具有1-18个碳原子的芳基基团。

在优选的实施方式中，离子载体为4-十一烷基-1,10-菲咯啉或4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉。

取代的1,10-菲咯啉化合物可通过本领域技术人员所知晓的标准技术合成。例如，4-和4,7-取代的1,10-菲咯啉的合成记载于Lund等人的J.Chem.Eng.Data，26：227-29(1981)中，其通过引用特此并入。甲基基团可在其它1,10-菲咯啉衍生物的合成中提供用于附接所需侧链的柄(handle)，并且甲基取代的1,10-菲咯啉是市售的。例如，4-甲基、5-甲基、6-甲基、7-甲基、3,6-二甲基、5,7-二甲基、4,7-二甲基和5,6-二甲基-1,10-菲咯啉全部可获自Aldrich Chemical Co.。4-十一烷基-1,10-菲咯啉和4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉例如可如WO92/16831(Nova Biomedical Corp.)中所述地合成。

在另一个实施方式中，镁离子选择性膜包括具有三脚架立体化学结构、例如诸如在WO2015/160755(Siemens Healthcare Diagnostics Inc.)中记载的结构的三脚架结构的离子载体。

因此，在一个实施方式中，离子载体为根据如下式IV的化合物(在本领域中也称为ETH5506)：

在另一个实施方式中，离子载体为根据如下式V的化合物(在本领域中也称为ETH5504)：

在另一个实施方式中，离子载体为根据如下式VI的化合物(在本领域中也称为ETH3832)：

在另一个实施方式中，离子载体为根据如下式VII的化合物，其中n为6-8的整数(当n为6时在本领域中称为ETH5282；当n为8时在本领域中称为ETH7025)：

在另一个实施方式中，离子载体为IUPAC 2000Part I Inorganic cations PureAppl Chem 72：1851的表8中记载的离子载体之一，例如Mg²⁺-1、Mg²⁺-2Mg²⁺-3、Mg²⁺-4、Mg²⁺-5、Mg²⁺-6、Mg²⁺-7、Mg²⁺-8、Mg²⁺-9、Mg²⁺-10、Mg²⁺-11、Mg²⁺-12、Mg²⁺-13、Mg²⁺-14、Mg²⁺-15、Mg²⁺-16、Mg²⁺-17、Mg²⁺-18、Mg²⁺-19、Mg²⁺-20、Mg²⁺-21、Mg²⁺-22、Mg²⁺-23、Mg²⁺-24、Mg²⁺-25、Mg²⁺-26、Mg²⁺-27、Mg²⁺-28、Mg²⁺-29、Mg²⁺-30、Mg²⁺-31、Mg²⁺-32、Mg²⁺-33、Mg²⁺-34、Mg²⁺-35、Mg²⁺-36、Mg^{2 +}-37、Mg²⁺-38、Mg²⁺-39、Mg²⁺-40、Mg²⁺-41、Mg²⁺-42、Mg²⁺-43、Mg²⁺-44、Mg²⁺-45、Mg²⁺-46、Mg²⁺-47、Mg²⁺-48、Mg²⁺-49、Mg²⁺-50、Mg²⁺-51、Mg²⁺-52、Mg²⁺-53、Mg²⁺-54、Mg²⁺-55或Mg²⁺-56。

在另一个实施方式中，离子载体为Bühlmann等人(1998)Chem.Rev.98：1593中记载的离子载体之一，例如Mg²⁺-1、Mg²⁺-2Mg²⁺-3、Mg²⁺-4、Mg²⁺-5、Mg²⁺-6、Mg²⁺-7、Mg²⁺-8、Mg²⁺-9、Mg²⁺-10、Mg²⁺-11、Mg²⁺-12、Mg²⁺-13、Mg²⁺-14、Mg²⁺-15或Mg²⁺-16。

在另一个实施方式中，离子载体为ETH 5220(Zhang等人(2011)Am.J.Biomed.Sci.3：301)，或者为ETH 2001、ETH 2002、ETH 2003或ETH 2022(Zhang等人(2000)Anal.Sci.16：11)。

在另一个实施方式中，离子载体为ETH 1001、DBM、ETH 1117、环(LPro-DLeu)₅、ETH1224、ETH 2220、ETH 4030、ETH 5214、ETH 5282或ETH 7025，其全部记载于Spichiger(1993)Electroanalysis 5：739中。

在另一个实施方式中，离子载体为Suzuki等人(1995)Anal.Chem.67：324(通过引用特此并入)中记载的离子载体之一，优选地K22B5，具有两个带有金刚烷基基团的丙二酰胺侧链的18-元双氮杂冠(醚)或其变体例如K22B1B5(Siswanta等人(1997)Anal.Sci.13：429。

在优选的实施方式中，离子载体为1,2-双(二芳基氧化膦)苯(Saleh(1994)J.Electroanalytical Chem.373：89)或甲基苯基缩氨基脲(Chandra等人(2013)J.Chem.，http：//dx.doi.org/10.1155/2013/189464)。

亲脂性化合物

如提到的，在第一方面中，本发明提供镁离子选择性膜，其包括：

a.离子载体；和

b.含有酸性基团的亲脂性化合物或所述亲脂性化合物的盐，其中所述亲脂性化合物为如下式I的化合物：

其中A包括酸性基团，

其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的一个、两个或全部三个为C_4-18基团，其为C_4-18烷基基团、C_4-18烯基基团、C_4-18炔基基团或含酰胺的C_4-18基团，其中所述C_4-18基团在从苯基基团算起的位置1、2和3处为线型的或在所述位置1、2和3处总共仅具有一个侧链，

且其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的其余者独立地为氢或线型C_1-18烷基基团。

因此，本发明该方面的膜包括根据式I的亲脂性化合物或其盐。

在一个实施方式中，包括在式I的基团A内的酸性基团为羧酸、磺酸、硫酸单酯、磺酰胺、膦酸、磷酸、砷酸、亚磺酸或硫代羧酸。

在一个实施方式中，包括在式I的基团A内的酸性基团为羧酸。例如，基团A可为根据式IX的羧酸基团、根据式X的碳酸基团、根据式XI的草酸单酯基团或根据式XII的二羧酸单酯基团：

式IX：

式X：

式XI：

式XII：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式IX的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由羧酸基团组成。式IX中的R²⁴可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为磺酸。例如，基团A可为根据式XIII的磺酸基团：

式XIII：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XIII的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由磺酸基团组成。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为硫酸单酯。例如，基团A可为根据式XIV的硫酸单酯基团：

式XIV：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XIV的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由硫酸单酯基团组成。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为磺酰胺。例如，基团A可为根据式XV的磺酰胺基团：

式XV：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XV的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由磺酰胺基团组成。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为膦酸。例如，基团A可为根据式XVI的膦酸基团或根据式XVII的膦酸单酯基团：

式XVI：

式XVII：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XVI的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由膦酸基团组成。R²⁴可为C_1-18基团，例如C_1-18烷基基团、C_1-18烯基基团、C_1-18炔基基团、含酰胺的C_1-18基团或芳基基团。特别地，芳基基团可为苯基基团，例如R²⁴可为具有如式I中限定的取代基R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的苯基基团。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为磷酸。例如，基团A可为根据式XVIII的磷酸单酯基团或根据式XIX的磷酸二酯基团或根据式XX的多聚磷酸基团：

式XVIII：

式XIX：

式XX：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XVIII的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由磷酸单酯基团组成。在根据式XIX的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由磷酸二酯基团组成。R²⁴可为C_1-18基团，例如C_1-18烷基基团、C_1-18烯基基团、C_1-18炔基基团、含酰胺的C_1-18基团或芳基基团。特别地，芳基基团可为苯基基团，例如R²⁴可为具有如式I中限定的取代基R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的苯基基团。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为砷酸。例如，基团A可为根据其中磷原子已经被砷原子(As)所替代的式XVI、XVII、XIII、XIX或XX的基团。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为亚磺酸。例如，基团A可为根据式XXI的亚磺酸基团：

式XXI：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XXI的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由亚磺酸基团组成。

在另一个实施方式中，包括在基团A内的酸性基团为硫代羧酸。例如，基团A可为根据式XXII或式XXIII的硫代羧酸基团：

式XXII：

式XXIII：

R²³可为C_1-5基团，例如C_1-5烷基基团、C_1-5烯基基团、C_1-5炔基基团或含酰胺的C_1-5基团，或R²³可不存在。优选地R²³为线型的。例如在根据式XXII或式XXIII的化合物的一个实施方式中，R²³不存在且因此基团A由硫代羧酸基团组成。

在一个实施方式中，式I的基团A为磷酸单-或二酯基团，例如根据式XIX的基团-R²³-(HPO₄)-R²⁴，其中R²³不存在或者为烷基(例如C_1-18烷基)、支化烷基、芳基或取代的芳基，并且R²⁴为氢或烷基(例如C_1-18烷基)、支化烷基、芳基或取代的芳基。

在进一步的实施方式中，所述亲脂性化合物包括式VIII的化合物：

其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰为对于式I限定的。优选地，所述膜包括式VIII的亲脂性化合物的盐。

在一个实施方式中，R¹⁸、R¹⁹或R²⁰之一为如上限定的C_4-18烷基基团(即，在从苯基基团算起的位置1、2和3处为线型的，或在所述位置1、2和3处总共仅具有一个侧链的C_4-18烷基基团)，并且其余者独立地为氢或线型C_1-18烷基基团。

在进一步的实施方式中，R¹⁸、R¹⁹或R²⁰之一为如上限定的C_4-18烷基基团并且其余者为氢。在进一步的实施方式中，R¹⁹为如上限定的C_4-18烷基基团并且R¹⁸和R²⁰为氢。

在一个实施方式中，所述C_4-18烷基基团为线型的。在另一个实施方式中，所述C_4-18烷基基团包括至少6个、例如至少8个碳原子，例如8、9、10、11或12个碳原子。

在进一步的实施方式中，R¹⁸、R¹⁹或R²⁰的仅一个为C_4-18烷基基团，并且所述C_4-18烷基基团包括至少6个、例如至少8个碳原子，例如8、9、10、11或12个碳原子。

在优选的实施方式中，所述亲脂性化合物包括式VIII的化合物，其中R¹⁸和R²⁰为氢并且R¹⁹为辛基基团。

在优选的实施方式中，所述亲脂性化合物以盐的形式提供。优选的盐为镁盐和钙盐。

在优选的实施方式中，所述亲脂性化合物为双[4-辛基苯基]磷酸半钙、双[4-辛基苯基]磷酸半镁或这两种盐的混合物。

亲脂性化合物例如双[4-辛基苯基]磷酸半钙和双[4-辛基苯基]磷酸半镁可通过在本领域中知晓的标准方法而制备。

在优选的实施方式中，亲脂性盐为双[4-辛基苯基]磷酸半钙和双[4-辛基苯基]磷酸半镁的混合物，其中所述混合物包含至少50％的双[4-辛基苯基]磷酸半镁、例如至少80％的双[4-辛基苯基]磷酸半镁、例如80％-90％的双[4-辛基苯基]磷酸半镁。

在本发明镁离子选择性膜的进一步优选的实施方式中，离子载体为4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉并且亲脂性盐为双[4-辛基苯基]磷酸半镁和双[4-辛基苯基]磷酸半钙的混合物。

在优选的实施方式中，离子载体和亲脂性化合物或亲脂性盐的阴离子之间的摩尔比为2:1至1:1，例如1.8:1至1.2:1的摩尔比。

除了上述的亲脂性化合物和亲脂性盐之外，在本发明的膜中还可存在另外的盐。因此，在实施方式中，本发明的膜包括另外的盐，例如四(4-氯苯基)硼酸盐。

包含共价连接的酸性基团的离子载体

在本发明的进一步的方面中，离子载体和酸性基团是共价连接的、而不是单独化合物的部分。

因此，在主要方面中，本发明涉及镁离子选择性膜，其包括：

·经由间隔基与酸性基团共价连接的离子载体，其中所述间隔基包含至少一个碳原子，或

·经由间隔基与酸性基团共价连接的所述离子载体的盐。

在优选的实施方式中，所述离子载体为亲脂性的。

在一个实施方式中，所述间隔基为烷基基团，例如具有总共1-18个碳原子的线型或支化的烷基基团，其中所述烷基基团是任选地被取代的。在另一个实施方式中，所述间隔基为线型烷基基团，例如–(CH₂)_n–基团，其中n为至少1，例如1、2、3、4或5，或为至少2。

在一个实施方式中，所述离子载体为菲咯啉化合物，其为1,10-菲咯啉或其取代形式。在其一个实施方式中，间隔基与菲咯啉化合物在1,10-菲咯啉的位置2、3、4、5、6、7、8或9处的碳原子处共价连接。

在进一步的实施方式中，经由间隔基与酸性基团共价连接的离子载体(其中所述间隔基包含至少一个碳原子)为如下式II的菲咯啉化合物：

其中R¹-R⁶各自为如下的任意者：

H；

F、Cl、Br、I、NO₂、CN或CF₃的任意者；

C_1-18烷基；

C_1-18芳基；

C_1-18烯基；

(CH₂)_mY，其中m为0或1-4的整数，Y为-OR⁷、-NR⁷R⁸、-OCOR⁷、-NR⁷COR⁸、-COR⁷、-COOR⁷、-SO₃R⁷、-OSiR⁷R⁸R⁹、-PO₄R⁷R⁸、-PO₃R⁷R⁸的任意者，其中R⁷、R⁸和R⁹各自为H、烷基、支化烷基、芳基或取代的芳基的任意者；

C_n-R¹⁰R¹¹，其中n为0或包括端点在内的1-17的整数，R¹⁰为C、N、NCO或CH₂-Z-CH₂，其中Z为O、NH、S、OCO或CO的任意者，R¹¹为

且R¹¹在R¹¹的位置3、4、5、6、7或8的任意者处与R¹⁰连接，R¹²-R¹⁷为如下的任意者：H、C_1-18烷基、C_1-18芳基或缺失，条件是如果R¹¹在R¹¹的位置3处与R¹⁰连接则R¹²缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置4处与R¹⁰连接则R¹³缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置5处与R¹⁰连接则R¹⁴缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置6处与R¹⁰连接则R¹⁵缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置7处与R¹⁰连接则R¹⁶缺失、如果R¹¹在R¹¹的位置8处与R¹⁰连接则R¹⁷缺失；

条件是R¹-R⁶之一不是H，并且1,10-菲咯啉的在位置2和9处的C原子各自通过不参与稠环结构的键与H键合，和

其中R¹-R⁶之一包含间隔基和酸性基团，优选地其中R¹或R⁶包含间隔基和酸性基团。

在其进一步的实施方式中，R¹至R⁶包含总共至少6个碳原子、例如6、7、8、9 10或11个碳原子，例如总共至少11个碳原子，例如11-18个碳原子。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有1-18个碳原子的烷基或芳基基团。例如，选自R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或两个基团可为具有1-18个碳原子的烷基或芳基基团并且其余者为氢，例如R¹和R²、R¹和R³、R¹和R⁴、R¹和R⁵、R¹和R⁶、R²和R³、R²和R⁴、R²和R⁵、R²和R⁶、R³和R⁴、R³和R⁵、R³和R⁶、R⁴和R⁵、R⁴和R⁶、或R⁵和R⁶为具有1-18个碳原子的烷基或芳基基团并且其余者为氢。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有1-18个碳原子的烷基基团。例如，选自R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或两个基团可为具有1-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢，例如R¹和R²、R¹和R³、R¹和R⁴、R¹和R⁵、R¹和R⁶、R²和R³、R²和R⁴、R²和R⁵、R²和R⁶、R³和R⁴、R³和R⁵、R³和R⁶、R⁴和R⁵、R⁴和R⁶、或R⁵和R⁶为具有1-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有6-18个碳原子的烷基基团。例如，选自R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或两个基团可为具有6-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢，例如R¹和R²、R¹和R³、R¹和R⁴、R¹和R⁵、R¹和R⁶、R²和R³、R²和R⁴、R²和R⁵、R²和R⁶、R³和R⁴、R³和R⁵、R³和R⁶、R⁴和R⁵、R⁴和R⁶、或R⁵和R⁶为具有6-18个碳原子的烷基基团并且其余者为氢。

在另一个实施方式中，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶之一为具有1-18个碳原子、例如6-18个碳原子、例如11-18个碳原子的烷基基团。

在另一个实施方式中，R²和/或R⁵为具有1-18个碳原子、例如6-18个碳原子、例如11-18个碳原子的烷基基团。

在另一个实施方式中，R²和/或R⁵为具有1-18个碳原子的芳基基团。

在优选的实施方式中，菲咯啉化合物为经由间隔基与酸性基团共价连接的4-十一烷基-1,10-菲咯啉，其中所述间隔基包含至少一个碳原子，例如两个或三个碳原子。

在另一个优选的实施方式中，菲咯啉化合物为经由间隔基与酸性基团共价连接的4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉，其中所述间隔基包含至少一个碳原子。

优选地，所述间隔基包含1-18个碳原子。在一个实施方式中，间隔基包含至少2个、例如至少3个碳原子，并且间隔基在1,10-菲咯啉化合物的位置2、3、4、5、6、7、8或9处共价连接。

在一个实施方式中，酸性基团选自：羧酸、磺酸、硫酸单酯、磺酰胺、膦酸、磷酸、砷酸、亚磺酸或硫代羧酸。

在优选的实施方式中，酸性基团为–(HPO₄)R⁷、-(HPO₃)R⁷，其中R⁷为H、烷基、支化烷基、芳基或取代的芳基例如4-辛基苯基。

在另一个实施方式中，离子载体具有三脚架立体化学结构，例如式IV、V、VI和VII中所示的结构之一。在其一个进一步的实施方式中，酸性基团位于式IV、V、VI或VII中所示的结构的一个、两个或三个臂上的丙二酰胺基团的远端。“远端”在该上下文中意指相对于三脚架结构的中心是远端的。优选地，所述分子的仅一个臂具有共价结合的酸性基团。在另一个实施方式中，在式IV、V、VI或VII中所示的结构的三个臂的一个中，丙二酰胺基团被酸性基团部分地或完全地替代。

另外的膜组分

增塑剂–本发明的膜典型地进一步包括增塑剂。增塑剂的作用为保持其它组分例如离子载体溶剂化。很多适合的增塑剂，例如酯、膦酸酯和醚，已经记载于本领域中。在一个实施方式中，增塑剂为4-己基苯基2-硝基苯基醚(NHPE)或2-硝基苯基辛基醚(NPOE)或其混合物。在一个实施方式中，增塑剂例如NHPE构成干膜质量的约40％-80％、例如干膜质量的50％-70％、例如干膜质量的55％-65％。

聚合物-本发明的膜典型地进一步包括聚合物或者聚合物混合物、聚合物共混物。聚合物赋予膜结构完整性，因为它们提供用于包含增塑剂和活性组分的网络。可使用的聚合物和共聚物的非限制性实例包括聚(氯乙烯)、羧化聚(氯乙烯)、聚氨酯、聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚(氯乙烯-共-乙烯醇)、聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-乙烯醇)以及这些的任意者的组合。

在优选的实施方式中，所述膜包括聚合物共混物，其中所述聚合物共混物包括：

1.第一聚合物，其为羧化聚(氯乙烯)或聚(氯乙烯)，其中所述第一聚合物的分子量为100,000-500,000，和

2.第二聚合物，其为氯乙烯和至少一种具有亲水性基团的另外的单体组的共聚物，其中所述第二聚合物的分子量低于100,000，

其中，如果所述第一聚合物为羧化聚(氯乙烯)，则所述第二聚合物具有比所述第一聚合物多的亲水性基团。

在一个实施方式中，所述第一聚合物为羧化聚(氯乙烯)。在进一步的实施方式中，所述第一聚合物为羧化聚(氯乙烯)并且所述第二聚合物具有的亲水性基团为所述第一聚合物的至少1.5倍，例如所述亲水性基团为所述第一聚合物的至少2倍、例如至少4倍、例如至少5倍、例如至少10倍。在更进一步的实施方式中，所述第一聚合物为羧化聚(氯乙烯)并且所述羧化聚(氯乙烯)为0.1％-10％羧化的、例如0.5％-5％羧化的、例如1％-3％羧化的、例如1.8％羧化的。

在另一个实施方式中，所述第一聚合物为聚(氯乙烯)。

在一个实施方式中，所述第一聚合物的分子量为至少110,000、例如至少120,000、例如130,000-400,000、例如130,000-300,000、例如130,000-250,000。

在一个实施方式中，所述第一聚合物为羧化聚(氯乙烯)并且所述第一聚合物的分子量为至少110,000、例如至少120,000、例如130,000-400,000、例如200,000-300,000、例如200,000-250,000、例如220,000。

在另一个实施方式中，所述第一聚合物为聚(氯乙烯)并且所述第一聚合物的分子量为至少110,000、例如至少120,000、例如120,000-200,000、例如130,000-160,000、例如140,000。

在本发明膜的一个实施方式中，第二聚合物中的所述另外的单体为乙烯醇、乙烯酯、或者羟基官能的丙烯酸酯。在进一步的实施方式中，所述第二聚合物为如下的共聚物：氯乙烯，乙酸乙烯酯，乙烯醇，和任选地，含有亲水性基团的另外的单体例如丙烯酸、甲基丙烯酸或马来酸。

在更进一步的实施方式中，所述第二聚合物为聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-乙烯醇)。在一个实施方式中，所述聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-乙烯醇)包括75％-98％的氯乙烯、例如85％-95％的氯乙烯、例如89％-93％的氯乙烯、例如91％的氯乙烯。在另一个实施方式中，所述聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-乙烯醇)包括1％-20％的乙酸乙烯酯、例如1％-10％的乙酸乙烯酯、例如1％-5％的乙酸乙烯酯、例如3％的乙酸乙烯酯。在进一步的实施方式中，所述聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-乙烯醇)包括1％-15％的乙烯醇、例如1％-10％的乙烯醇、例如4％-8％的乙烯醇、例如6％的乙烯醇。

在一个实施方式中，所述第二聚合物的分子量小于100,000、例如30,000-90,000、优选地60,000-80,000、例如70,000。

在一个实施方式中，所述膜中所述第一聚合物的质量对所述第二聚合物的质量的比率为10:1至1:5、例如4:1至1:4、例如2:1至1:3、例如2:3至3:7、例如1:2。

在一个实施方式中，所述第一聚合物为羧化聚(氯乙烯)，并且所述膜中所述第一聚合物的质量对所述第二聚合物的质量的比率为4:1至1:4、例如2:1至1:3、例如3:2至3:7、或2:3至3:7，例如1:2。

在另一个实施方式中，所述第一聚合物为聚(氯乙烯)并且所述膜中所述第一聚合物的质量对所述第二聚合物的质量的比率为10:1至1:5、例如7:1至1:2、例如5:1至1:2、例如5:1至2:3、例如5:1至2:1、例如4:1。

在一个实施方式中，所述聚合物共混物构成干膜质量(即组分于在溶剂中混合前的质量)的约10％-50％、例如干膜质量的20％-40％、例如干膜质量的25％-35％、例如干膜质量的25％-30％。在优选的实施方式中，所述膜具有下表1中详细说明的组成。

表1.混合的膜溶液的湿和干质量组成。

组分	湿质量(％)	干质量(％)
			双-[4-辛基苯基]磷酸半Mg	1.49	4.58
双-[4-辛基苯基]磷酸半Ca	0.26	0.81
			4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉(DUP)	2.41	7.40
1.8％羧化PVC	3.07	9.42
			PVC共聚物*	6.15	18.89
4-己基苯基2-硝基苯基醚(NHPE)	19.17	58.90
			环己酮，Sigma C102180	67.46

*含量为91％氯乙烯、3％乙酸乙烯酯和6％乙烯醇的聚(氯乙烯-共-乙酸乙烯酯-共-乙烯醇)

本发明膜的制备工艺

在进一步的方面中，本发明涉及本发明镁离子选择性膜的制备工艺，其通过将组分在溶剂中混合、将所得溶液分配在期望的支持体上、和容许所述溶剂蒸发而进行。可使用任何适合的溶剂。在一个实施方式中，溶剂为环己酮。支持体可为柔性或刚性的。支持体优选地由非导电材料例如硅、聚合物、印刷电路板(PCB)、柔性PCB、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、陶瓷、氧化铝、玻璃、木制品、釉料等制成。

电极和电位式感测器

在进一步的主要方面中，本发明涉及离子选择性电极，其包括如本文中所述的本发明的镁离子选择性膜。电极可在支持体上通过使用厚膜途径(例如丝网印刷，转轮凹版印刷，移印，将导电材料例如碳、Cu、Pt、Pd、Au和/或纳米管模版印刷等)或者通过使用薄膜途径(例如经由将导电材料溅射、热喷涂和/或冷喷涂)而制成。支持体可为柔性或刚性的。支持体优选地由非导电材料例如硅、聚合物、印刷电路板(PCB)、柔性PCB、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、陶瓷、氧化铝、玻璃、木制品、釉料等制成。

在更进一步的主要方面中，本发明涉及感测器组件，其中两个或更多个分析物电极存在于具有或不具有参比电极的单一支持体上(对于包括参比电极的感测器组件，参见例如US5916425)。在一些实施方式中，感测器组件由两个支持体制成，所述两个支持体各自包括具有或不具有参比电极的两个或更多个分析物电极。所述支持体可以层状结构放置在彼此之上使得所述支持体的具有电极的表面彼此面对(参见例如WO2008/131767)。替代的适合的感测器组件已经记载于WO2018/112017、WO2018/112012、WO2018/112008、WO2017/120464、WO2017/019609、WO2016/106320、WO2016/011308、WO2016/007716和WO2013/163120中。

在一个实施方式中，将系统用包含生理浓度的潜在地干扰化合物(Ca²⁺、K⁺和Na⁺)的校准器校准。

在一些实施方式中，所述系统包含用于测量其它阳离子例如钙离子的一个或多个电极，使得干扰可通过基于阳离子的活度测量的分析物信号的化学统计学(化学计量，chemometric)校正而最小化。

用途和使用方法

如上所述，在进一步的主要方面中，本发明涉及根据本发明的电位式感测器或电极用于测定样品中的镁离子浓度的用途。

类似地，本发明涉及液体样品的镁离子浓度的测定方法，其包括：将所述样品与根据本发明的电极或根据本发明的电位式感测器接触，和基于所述电极或电位式感测器提供的信号测定离子浓度。

就分析物的存在而测试的生物样品可为生理流体例如经稀释的或未经稀释的全血、血清、血浆、唾液、尿液、粪便、胸膜液、脑脊液、滑液、奶水、腹水、腹膜液或羊水。其它生物样品的实例包括发酵液、微生物培养物、废水、食品等。

在优选的实施方式中，所述样品为血液样品或血清样品。样品(例如血液样品、血清样品、血浆样品或胸膜液样品)可例如为来自人受试对象的样品。

测定镁离子水平的意图可为例如诊断患者例如人患者中的疾病或失调，或者监测经受或被招收进行治疗例如药物疗法或外科手术的患者中的镁水平。在一个实施方式中，所述疾病或失调为心血管疾病或失调。在另一个实施方式中，所述样品为来自新生儿即小于28天大的婴儿的样品。

Zhang(2011)Am J Biomed Sci 3：301总结了大量证实镁水平(特别地低镁血症)和临床结果之间的关联的研究。例如，研究已经证实了经历血液透析、2型糖尿病、心血管疾病或医疗外科重症监护的ICU患者中低镁血症和死亡率的关联。而且，在心脏疾病患者中，已经发现镁缺乏促使冠状动脉痉挛、心律不齐、纤颤、梗塞和猝死。对心肺旁路手术期间的镁介入的研究表明，iMg的手术中校正与术后室性心律失常的下降和不间断窦性心律的维持相关。临床试验结果也暗示镁疗法对于在中风症状发作的前两小时内在救护车或急诊室中的急性脑卒中患者的益处。在先兆子痫(一种据报道与低镁血症有关的状况，并且在欧洲和美国在5-7％的妊娠中发生)中也提倡镁监测。其它发现已经暗示iCa:iMg的比率为用于预防先兆子痫-惊厥患者中的血管和神经系统并发症的关键诊断参数。Soliman等人(2003)Crit.Care Med.31：1082报道了在ICU停留期间离子化低镁血症的发作和高的发病率及死亡率之间的关联。

因此，在进一步的实施方式中，其中的镁离子水平在根据本发明的方法或用途中进行测定的样品可例如为来自急性入院的患者、或者来自经受或被招收进行药物疗法或外科手术例如心脏外科手术如心肺旁路手术的患者的样品。在进一步的实施方式中，所述样品来自患有食物摄入不足、吸收障碍失调、低钾血症、低钙血症、酒精中毒的患者，或者来自服用利尿剂或与低镁血症相关的其它药物的患者。在进一步的实施方式中，所述样品来自患有肾脏疾病、高血压、先兆子痫、糖尿病、糖尿病酮症酸中毒、心律失常、败血症、胸痛、急性中风、窒息性外伤、烧伤/烟雾吸入、急性肺部疾病或心脏疾病例如心脏骤停的患者。在另一个实施方式中，所述患者为在产科病房的患者或经受血液透析的患者。而且，所述样品可来自经历血液透析、2型糖尿病、心血管疾病或医疗外科重症监护的ICU患者。

通过下面的实施例进一步说明本发明，实施例不应被解释为限制本发明的范围。

实施例

实施例1：离子选择性膜的制备

通过如下制备双[4-辛基苯基]磷酸半镁(MgOPP)的储液：将MgOPP和环己酮(>99.8％)以每克MgOPP 48.28克环己酮的比率进行混合。将所述化合物在室温下混合，并且随后在黑暗中在室温下搅拌最少8小时或者在37℃搅拌最少4小时。

膜分配溶液通过混合以下组分而制备：

将所述化合物在充满氩气或氮气的小瓶中在室温下混合并且随后在黑暗中在室温下搅拌最少40小时或在37℃搅拌最少16小时。使用所得溶液将膜分配到陶瓷支持体上的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)-(PEDOT-)覆盖的金电极上。随后容许溶剂蒸发以获得增塑的离子选择性膜。

实施例2：包括亲脂性盐的膜的性能

为研究亲脂性酸盐的加入对膜性能的影响，制备包含基于菲咯啉的离子载体和亲脂性四硼酸盐的两个膜。测试的亲脂性酸盐为双[4-辛基苯基]磷酸半钙和双[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯基]磷酸半钙。

两个膜如实施例1中所述地制备，除了组成如下。

将各膜分配到电极阵列的三个单独电极上，所述电极阵列还包括Ca²⁺离子选择性电极。将所述膜如实施例1中所述地进行分配，除了使用钒黄铜作为换能器材料，而不使用PEDOT。将所得的离子选择性电极的阵列放置到测试分析仪中的测量室中。所述测量室与参比电极具有流体接触。测试分析仪按程序自动控制校准和冲洗溶液的液体输送、样品抽吸、各电极位置的电位信号的取样及其数据获取。

使用以三种不同的比率包含Mg²⁺和Ca²⁺离子的三种校准溶液对Mg²⁺离子选择性电极进行校准。基于对所述校准溶液获得的电极信号，确定状态值(E0)、灵敏度(S)和Mg²⁺离子相对于Ca²⁺离子的选择性系数(K)。还对Ca²⁺离子选择性电极进行校准。然后，使经校准的感测器经历对如下进行的测量：

·Mg²⁺离子浓度范围从0.1mM跨越到2.5mM的五个含水样品。

·来自健康供体的全血。对同一样品进行五次重复测量。还通过在来自NOVABiomedical的NOVA 8分析仪上的测量，测定样品中的Mg²⁺离子浓度。

·在制备的溶液中的低和高浓度的可能干扰物Zn²⁺离子：0μM、20μM和200μM，以及5％牛血清白蛋白(BSA)和与血浆中的正常生理浓度对应的0.5mM恒定浓度的Mg²⁺离子。

对于各Mg²⁺离子选择性电极，样品中的Mg²⁺离子浓度(cMg)由对该特定样品获得的信号通过利用如下计算得到：在样品测量前对所述电极确定的校准参数(E0、S和K)的值以及用Ca²⁺离子选择性电极测定的Ca²⁺离子浓度。对于离子Mg²⁺浓度的计算，按照IFCC指南(Ben Rayana等人(2008)Clin Chem Lab Med 46(1)：21)使用Nicolsky-Eisenman(NE)方程式作为感测器响应模型。随后不施加任何校正而获得列出的cMg值。

表2.通过用膜1(cMg_1a-c)或膜2(cMg_2a-b)制备的离子选择性电极测量的具有不同Mg²⁺离子浓度的含水样品中的cMg[mM]

表3.通过用膜1(cMg_1a-c)或膜2(cMg_2a-b)制备的离子选择性电极重复地(rep#1-5)测量以及在来自Nova Biomedical的NOVA 8分析仪上测量时的全血样品中的cMg[mM]

样品	cMg_1a	cMg_1b	cMg_1c	cMg_2a	cMg_2b	cMg_2c	cMg_NOVA8
								全血(rep#1)	0.682	0.678	0.677	0.964	0.950	0.979	0.630
全血(rep#2)	0.690	0.688	0.684	0.959	0.948	0.987	0.610
								全血(rep#3)	0.685	0.683	0.676	0.934	0.917	0.944	0.610
全血(rep#4)	0.686	0.683	0.682	0.928	0.913	0.950	0.600
								全血(rep#5)	0.684	0.683	0.680	0.951	0.926	0.955	0.620
平均值	0.685	0.683	0.680	0.947	0.931	0.963	0.614
								Std	0.003	0.003	0.003	0.016	0.017	0.019	0.011

表4.通过用膜1(cMg_1a-c)或膜2(cMg_2a-b)制备的离子选择性电极测量的具有0.5mM Mg²⁺、5％BSA和不同浓度的Zn²⁺的含水样品中的cMg[mM]

结论

就对具有已知的Mg²⁺离子浓度的含水样品的测量而言，所述膜表现得同等好。然而，当与由NOVA8分析仪读出的cMg结果进行比较时，膜1具有比膜2低的对血液样品的偏差(表3(与0.947/0.931/0.963相比，0,685/0,685/0.68偏离0.614更少))。而且，对于膜1观察到较少的锌离子干扰(表4(膜1的值(0.514/0.542/0.815)比膜2的值(0.777/0.888/2.896)更接近于0.5mM)。

实施例3：包括单一亲脂性酸或酸盐的膜的性能

为了研究单一亲脂性酸(或酸盐)的加入对膜性能的影响，制备包含基于菲咯啉的离子载体和单一亲脂性盐的五个膜。测试如下四种亲脂性酸(酸盐)：双[4-辛基苯基]磷酸半Mx[Mx(OPP)₂]，其中Mx＝{钙；镁}，4-辛基苯甲酸(OBA)，4-辛基苯磺酸钠(OBS)和4-十二烷基苯磺酸钠(DBS)。还测试在离子选择性电极中作为标准物使用的如下亲脂性盐：四-(4-氯苯基)硼酸钾。

所述五个膜除了如下以外如实施例1中所述地制备：组成如下，并且仅Mg(OPP)₂预先溶解在环己酮中之后加入剩余组分。所述组成使得确保膜中相同的亲脂性阴离子浓度。

将各膜分配到各自位于相同电极阵列上的四个相同电极上，所述电极阵列还包括Ca²⁺离子选择性电极。将所述膜如实施例1中所述地分配。将各电极阵列放置到测试分析仪中的测量室中，如实施例2中所述。

将Mg²⁺离子选择性电极如实施例2中所述地校准，但在适合于同时校准其它感测器例如Na、K、Ca、Cl、pH、pO₂、pCO₂、葡萄糖和乳酸感测器的更复杂的溶液基质中进行。对Ca²⁺离子选择性电极也进行了校准。然后，使经校准的感测器经历对如下进行的测量：

·SSM(单独溶液法)-溶液：两个含水样品，其中一个样品包含100mM Mg²⁺离子而另一个样品包含100mM Ca²⁺离子。两个样品均具有如下恒定背景(本底，background)：在37C下滴定至pH＝7.4的5mMHEPES缓冲液和160mM的离子强度(通过加入NaCl而调节)。

·FIM(固定干扰法)-溶液：八个含水样品，其具有不同的Mg²⁺离子浓度{0.01；0.05；0.10；0.50；1.00；5.00；10.00；50.00}mM，处于如下恒定背景中：1.25mM Ca²⁺离子、在37C下滴定至pH＝7.4的5mMHEPES缓冲液和160mM的离子强度(通过加入NaCl而调节)。

·标准溶液：五个含水样品，其跨越从0.2mM到2.5mM的Mg²⁺离子生理相关浓度范围，处于如下恒定背景中：1.25mM Ca²⁺离子、在37C下滴定至pH＝7.4的5mM HEPES缓冲液和160mM的离子强度(通过加入NaCl而调节)。

对于各Mg²⁺离子选择性电极，样品中的Mg²⁺离子浓度(cMg)如实施例2中所述地计算。按照在Umezawa等人(2000)Pure Appl Chem 72：1851中记载的单独溶液法(SSM)和固定干扰法(FIM)，基于电极信号直接计算由对SSM-和/或FIM-溶液的测量结果确定的选择性常数

和灵敏度。

表5.对用如下膜ID制备的离子选择性电极通过不同方法测定的灵敏度(S)和选择性常数

“OPP”、“OBA”、“OBS”、“DBS”和“Tetrakis”。

表6.通过用如下膜ID制备的离子选择性电极测量的具有不同Mg²⁺离子浓度的含水样品中的cMg[mM]：“OPP”、“OBA”、“OBS”、“DBS”和“Tetrakis”。

样品	OPP	OBA	OBS	DBS	Tetrakis
						0.200mM Mg<sup>2+</sup>	0,198(0,007)	-1,780(0,044)	-3,186(0,83)	0,414(0,025)	NA
0.598mM Mg<sup>2+</sup>	0,630(0,003)	-1,767(0,039)	-3,181(0,827)	0,816(0,025)	NA
						0.991mM Mg<sup>2+</sup>	1,076(0,007)	-1,748(0,031)	-3,169(0,823)	1,268(0,027)	NA
1.744mM Mg<sup>2+</sup>	1,925(0,017)	-1,683(0,04)	-3,115(0,82)	2,292(0,034)	NA
						2.497mM Mg<sup>2+</sup>	2,797(0,027)	-1,638(0,043)	-3,078(0,823)	3,527(0,041)	NA
斜率	1.133	0.065	0.050	1.359	NA
						截距	-0.041	-1.802	-3.206	0.024	NA
R2	1.000	0.669	0.003	0.992	NA

结果与总结

OPP和DBS膜在由FIM溶液跨越的较高的cMg-范围中获得线性响应斜率(图1)。所述响应斜率接近于对二价离子在理论上预期的Nernst灵敏度(～30mV/十进位)(表5)。其它三个膜在该范围内得不到线型响应斜率并因此无法计算基于FIM-溶液的有意义的选择性常数。因此，这些膜不可直接适用在生理相关的cMg范围(0.2-2.5mM)内在生理cCa和cNa背景水平下的测量，因为在该范围内对cMg变化的响应信号的变化非常低(如果不是零)(图1)。然而，当与Tetrakis变体相比时，OBA和OBS膜确实具有相对于Ca²⁺和Na⁺离子两者改善的Mg选择性(见下文)，并因此可用于较高的Mg范围，或者通过所述组分的量的一定优化可使其更适合于生理范围。值得注意地，Tetrakis膜对具有cMg＝50mM的FIM-溶液具有负信号响应。由于钠离子浓度在该溶液(～20mM)中与其它FIM-溶液(～124-155mM)相比非常低，这表明Tetrakis膜受到高水平的来自钠离子的干扰的影响。

包含亲脂性酸(或酸盐)的膜均未显示就钠离子浓度变化而言与Tetrakis膜类似的行为(图1)。而且，当比较基于SSM-溶液的选择性常数时，这些膜全部均具有低于1的选择性常数(表5)，即与Ca²⁺离子相比，膜更选择性地响应于Mg²⁺离子。相比之下，Tetrakis膜具有高于1的选择性常数(表5)，这意味着其对Mg2+离子比对Ca²⁺离子的选择性小。因此，当与包含标准亲脂性盐的Tetrakis变体相比时，包含亲脂性酸(或酸盐)的所有四个膜均具有改善的相对于Ca²⁺和Na⁺两种离子的Mg选择性。

当在复杂的溶液背景(其适合用于同时校准其它感测器例如Na、K、Ca、Cl、pH、pO₂、pCO₂、葡萄糖和乳酸感测器)中校准所述膜时，OPP膜获得校准的灵敏度及选择性常数和基于FIM-和SSM-溶液的那些之间的最佳对应性(表5)。因此，该膜对覆盖生理相关的cMg范围的标准溶液测量得最为精确和准确(表6)。未显示Tetrakis膜的对标准溶液的校准值或cMg值(表5和表6)，因为它在复杂的溶液背景中无法校准，即无法求得对Nicolsky-Eisenman(NE)方程式的物理意义上的解(solution)，这再次表明它对于Mg²⁺和Ca²⁺以外的其它离子例如Na⁺离子也具有显著选择性。

实施例4：包含替代性离子载体的膜的性能

为研究当使用替代性离子载体与单一亲脂性酸(或酸盐)的组合时对膜性能的影响，制备包含Mg-选择性离子载体和单一亲脂性盐的五个膜。对如下的三种离子载体与作为亲脂性盐的Mx(OPP)₂(双[4-辛基苯基]磷酸半Mx，其中Mx＝{钙；镁})的组合进行测试：4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉[DUP]、4-十一烷基-1,10-菲咯啉[MUP]和ETH5506。还对DUP和ETH5506与作为亲脂性盐的Tetrakis(四-(4-氯苯基)硼酸钾)的组合进行测试。

五个膜除了如下之外如实施例1中所述地制备：组成如下，并且仅Mg(OPP)₂预先溶解在环己酮中之后加入剩余组分。所述组成使得确保膜中相同的在离子载体和亲脂性阴离子的浓度之间的比率。包括ETH5506离子载体的两个膜的体积相比于包括DUP和MUP离子载体的那些按比例缩小到六分之一。包括DUP离子载体的膜与实施例3中所述的“OPP”和“Tetrakis”膜是相同的。

将各膜分配到各自位于相同电极阵列上的四个相同电极上，所述电极阵列还包括Ca²⁺离子选择性电极。将所述膜如实施例1中所述地分配。将各电极阵列如实施例2中所述地放置到测试分析仪中的测量室中。

将Mg²⁺离子选择性电极如实施例3中所述地校准。还对Ca²⁺离子选择性电极进行校准。然后，使经校准的感测器经历对SSM-溶液、FIM-溶液和标准溶液的测量，如实施例3中所述。

对于各Mg²⁺离子选择性电极，如实施例2中所述地校准样品中的Mg²⁺离子浓度(cMg)。如实施例3中所述地计算由对SSM-和/或FIM-溶液的测量结果确定的选择性常数

和灵敏度。

表7.用如下膜ID制备的离子选择性电极通过不同方法测定的灵敏度(S)和选择性常数

“DUP_OPP”、“DUP_Tetrakis”、“MUP_OPP”、“ETH5506_OPP”和“ETH5506_Tetrakis”。

表8.通过用如下膜ID制备的离子选择性电极测量的具有不同Mg²⁺离子浓度的含水样品中的cMg[mM]：“DUP_OPP”、“DUP_Tetrakis”、“MUP_OPP”、“ETH5506_OPP”和“ETH5506_Tetrakis”.

结果与总结

DUP_OPP和MUP_OPP膜在由FIM溶液跨越的较高cMg-范围中获得线型响应斜率(图2)。所述响应斜率接近于对二价离子理论上预期的Nernst灵敏度(～30mV/十进位)(表7)。其它三个膜在该范围内得不到线型响应斜率并因此无法计算基于FIM-溶液的有意义的选择性常数。因此，这些膜不可直接适用于在生理相关的cMg范围(0.2-2.5mM)内在生理cCa和cNa背景水平下的测量，因为在该范围内对cMg变化的响应信号的变化非常低(如果不是零)(图2)。然而，当与Tetrakis变体相比时，ETH5506_OPP膜显示较少的来自钠离子的干扰(见下文)，并且因此可用于较高的Mg范围，或通过所述组分的量的一定优化可使其更适合于生理范围。值得注意地，包含Tetrakis盐(DUP_Tetrakis和ETH5506_Tetrakis)的两个膜对具有cMg＝50mM的FIM-溶液具有负信号响应。由于钠离子浓度在该溶液(～20mM)中与其它FIM-溶液(～124-155mM)相比非常低，这表明包含Tetrakis的膜受到高水平的来自钠离子的干扰的影响。

包含亲脂性酸盐(Mx(OPP)₂)的膜均未就钠离子浓度变化显示与Tetrakis膜类似的行为(图2)。当基于SSM-溶液比较选择性常数时，这些膜除了ETH5506_OPP以外全部具有低于1的选择性常数(表7)，即与Ca²⁺离子相比，所述膜更选择性地响应于Mg²⁺离子。相比之下，包含Tetrakis盐的两个膜(DUP_Tetrakis和ETH5506_Tetrakis)和ETH5506_OPP具有高于1的选择性常数(表7)，这意味着它们对Mg²⁺离子的选择性比对Ca²⁺离子小。因此，包含亲脂性酸盐(Mx(OPP)₂)的所有膜与包含标准亲脂性Tetrakis盐的那些相比时具有改善的相对于Na+离子的Mg选择性。进一步地，亲脂性酸盐和基于菲咯啉的离子载体的组合(DUP_OPP和MUP_OPP)与包含非基于菲咯啉的离子载体的ETH5506_OPP膜相比时改善相对于Ca²⁺离子的Mg选择性。

当在复杂的溶液背景(其适合用于同时校准其它感测器例如Na、K、Ca、Cl、pH、pO₂、pCO₂、葡萄糖和乳酸感测器)中校准所述膜时，对于DUP_OPP和MUP_OPP膜，获得校准的灵敏度及选择性常数和基于FIM-和SSM-溶液的那些之间的最佳对应性(表7)。因此，这些膜对覆盖生理相关的cMg范围的标准溶液测量得最为精确和准确(表8)。对于包含Tetrakis盐的膜，未显示对标准溶液的cMg-值或校准值(表7和表8)，因为它们在所述复杂的溶液背景中无法校准，即无法求得对Nicolsky-Eisenman(NE)方程的物理意义上的解，这再次表明它们对Mg²⁺和Ca²⁺以外的其它离子例如Na⁺离子也具有显著的选择性。

Claims (21)

1.镁离子选择性膜，其包括：

a.离子载体；和

b.含有酸性基团的亲脂性化合物或所述亲脂性化合物的盐，其中所述亲脂性化合物为如下式I的化合物：

其中A包括酸性基团，

其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的一个、两个或全部三个为C_4-18基团，其为C_4-18烷基基团、C_4-18烯基基团、C_4-18炔基基团或含酰胺的C_4-18基团，其中所述C_4-18基团在从苯基基团算起的位置1、2和3处为线型的，或者在所述位置1、2和3处总共仅具有一个侧链，

和其中R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的其余者独立地为氢或线型C_1-18烷基基团。

2.根据权利要求1所述的膜，其中所述离子载体是不带电的。

3.根据权利要求1或2所述的膜，其中所述离子载体为菲咯啉化合物，所述菲咯啉化合物为1,10-菲咯啉或其取代形式。

4.根据权利要求3所述的膜，其中所述菲咯啉化合物为如下式II的化合物：

其中R¹-R⁶各自为如下的任意者：

H；

F、Cl、Br、I、NO₂、CN或CF₃的任意者；

C_1-18烷基；

C_1-18芳基；

C_1-18烯基；

(CH₂)_mY，其中m为0或1-4的整数，Y为-OR⁷、-NR⁷R⁸、-OCOR⁷、-NR⁷COR⁸、-COR⁷、-COOR⁷、SO₃R⁷、-OSiR⁷R⁸R⁹、-PO₄R⁷R⁸、-PO₃R⁷R⁸的任意者，其中R⁷、R⁸和R⁹各自为H、烷基、支化烷基、芳基或取代的芳基的任意者；或者

C_n-R¹⁰R¹¹，其中n为0或包括端点在内的1-17的整数，R¹⁰为C、N、NCO或CH₂-Z-CH₂，其中Z为O、NH、S、OCO或CO的任意者，R¹¹为

并且R¹¹在R¹¹的位置3、4、5、6、7或8的任意者处与R¹⁰连接，R¹²-R¹⁷为如下的任意者：H、C_1-18烷基、C_1-18芳基或缺失，条件是如果R¹¹在R¹¹的位置3处与R¹⁰连接则R¹²缺失，如果R¹¹在R¹¹的位置4处与R¹⁰连接则R¹³缺失，如果R¹¹在R¹¹的位置5处与R¹⁰连接则R¹⁴缺失，如果R¹¹在R¹¹的位置6处与R¹⁰连接则R¹⁵缺失，如果R¹¹在R¹¹的位置7处与R¹⁰连接则R¹⁶缺失，如果R¹¹在R¹¹的位置8处与R¹⁰连接则R¹⁷缺失，

条件是R¹-R⁶之一不为H，并且1,10-菲咯啉的在位置2和9处的C原子各自通过不参与稠环结构的键与H键合。

5.根据权利要求4所述的膜，其中R¹至R⁶包括总共至少6个碳原子、例如总共至少11个碳原子。

6.根据权利要求4或5所述的膜，其中R¹、R²、R³、R⁴、R⁵和R⁶的一个或多个为具有1-18个碳原子的烷基基团，例如其中R²和/或R⁵为具有1-18个碳原子的烷基基团。

7.根据任意权利要求4至6所述的膜，其中所述菲咯啉化合物为4-十一烷基-1,10-菲咯啉或4,7-双十一烷基-1,10-菲咯啉。

8.根据前述权利要求的任一项所述的膜，其中包括在式I的基团A内的酸性基团选自：羧酸、磺酸、硫酸单酯、磺酰胺、膦酸、磷酸、砷酸、亚磺酸或硫代羧酸。

9.根据权利要求8所述的膜，其中所述亲脂性化合物为如下式的化合物：

10.根据前述权利要求的任一项所述的膜，其中R¹⁸、R¹⁹或R²⁰的仅一个为权利要求1中限定的C_4-18烷基基团，并且其余者为氢或线型C_1-18烷基基团，优选地其中其余者为氢。

11.根据前述权利要求的任一项所述的膜，其中R¹⁹为权利要求1中限定的C_4-18烷基基团并且R¹⁸和R²⁰为氢。

12.根据前述权利要求的任一项所述的膜，其中所述C_4-18烷基基团包含至少6个、例如至少8个碳原子。

13.根据前述权利要求的任一项所述的膜，其中所述亲脂性化合物为亲脂性盐并且所述亲脂性盐为双[4-辛基苯基]磷酸半钙、双[4-辛基苯基]磷酸半镁或其混合物。

14.根据权利要求13所述的膜，其中所述亲脂性盐为包含至少50％的双[4-辛基苯基]磷酸半镁、例如80％-90％的双[4-辛基苯基]磷酸半镁的混合物。

15.根据前述权利要求的任一项所述的膜，其中所述离子载体和所述亲脂性化合物或所述亲脂性盐的阴离子之间的摩尔比为2:1至1:1、例如1.8:1至1.2:1的摩尔比。

16.镁离子选择性膜，其包括

i)经由间隔基与酸性基团共价连接的离子载体，其中所述间隔基包含至少一个碳原子，或

ii)与酸性基团共价连接的所述离子载体的盐。

17.用于制备镁离子选择性膜的工艺，其包括将在前述权利要求的任一项中规定的组分在溶剂中混合，将所得溶液分配在期望的支持体上，和容许所述溶剂蒸发。

18.用于测定液体样品的镁离子浓度的电极，其包括权利要求1-16的任一项所述的膜。

19.用于测定液体样品的镁离子浓度的电位式感测器，其包括权利要求18所述的电极和参比电极。

20.用于测定液体样品的镁离子浓度的方法，其包括将所述样品与根据权利要求18所述的电极或根据权利要求19所述的电位式感测器接触，和基于所述电极或电位式感测器提供的信号测定所述镁离子浓度。

21.疾病或失调的诊断方法，所述方法包括对受试对象的样品实施根据权利要求20所述的方法。

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