CN117795328A - 基于聚合物膜的固态参比电极 - Google Patents

基于聚合物膜的固态参比电极 Download PDF

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Abstract

一种在全血、血清、血浆和/或其他生物流体中使用的固态参比电极，固态参比电极包括：绝缘支撑基板；导电材料，其设置在所述绝缘支撑基板上，其中导电材料的第一部分是电极部分，并且导电材料的第二部分是电接触部分；电极形成绝缘层，其具有形成阱的开口；金属‑金属盐层，所述金属‑金属盐层在导电材料不是金属‑金属盐的情况下设置在阱中、在电极部分之上，金属‑金属盐层选自银‑氯化银或汞‑氯化亚汞；以及水凝胶聚合物膜，所述水凝胶聚合物膜设置在金属‑金属盐层上，从而形成固态参比电极，水凝胶聚合物膜是包含(i)来自氯化物的无机盐或氯化物的有机盐的氯化物盐和(ii)来自阴离子物种的盐的支持电解质的聚合物水凝胶网络。

Description

基于聚合物膜的固态参比电极
技术领域
本发明总体涉及参比电极。具体地，本发明涉及固态参比电极。
背景技术
对于广泛范围的分析物的电位测量，此类系统需要包括指示电极和参比电极的分析物的测量单元。对于改进的电位传感器，分析取决于电位传感器的一半，即参比电极。
本领域已知的参比电极的示例包括饱和甘汞电极和银/氯化银电极。这些参比电极通常具有在管的远端部分中形成的液体接界部分，通过所述液体接界部分，允许氯化钾或氯化钠的溶液流出。当测量要在活体或体液中进行时，饱和甘汞电极的使用是个问题，因为这种电极依赖于汞。即使在银/氯化银参比电极中，氯化钾或氯化钠溶液的流出也会对活体产生影响。液体接界部分由多孔材料形成以减少流出量，然而，未获得完全令人满意的结果。
已提出重新设计参比电极的各种尝试。一种装置公开了一种微型固态参比电极，其中减少了包含卤素离子的内部电解质的少量流出。所述装置具有由铂或银组成的电导体和形成在所述导体的外围并且由卤化银和氧化银组成的烧结体、围绕电极部分并且包含卤素离子的含水凝胶、容纳所述含水凝胶并且一个端部被液体接界部分(其是多孔陶瓷)或被具有带有预定扩散系数和体积的离子可渗透部分的分隔壁封闭的中空管状体。
较新的参比电极装置是微米和纳米结构材料的使用。参比电极的构造和质量通常会影响(即限制)电位确定的简单性、一次性和分析质量。然而，参比电极的经典构造(浓KCI中的Ag/AgCI)在实践中仍然占主导地位。
对参比电极的主要研究一直聚焦于从传感器消除液相，使传感器成为全固态而不会降低性能，即随时间推移的电位稳定性。
一个这种装置公开了聚吡咯微容器结合到参比电极的膜组合物(即PVC)中。聚吡咯微容器通过光聚合方法来制备。辐照包含吡咯的氯仿包水乳液，以将聚吡咯沉积到水滴上，从而产生聚吡咯微囊体。使用KCI和AgNO3溶液来制备相应乳液。参比膜中的聚吡咯微容器包含AgCl和固体KCl。在于3M KCl溶液中对参比电极进行约20天的调节之后确定稳定性数据。根据电极层(即玻璃碳或聚辛基噻吩)，各种浓度的测试溶液(即KCl、NaCl、NaNO3或KNO3)中的稳定性在4mV至9mV的范围内。值得注意的是，所有测试均未在全血中执行，然而传感器需要在3M KCI溶液中对参比电极进行20天的调节才能执行稳定性分析。还值得注意的是，稳定性仍然相对较高，即4mV至9mV。
发明内容
当使用电位传感器进行测量时，这种测量的准确度取决于表示传感器的电位单元的另一半的参比电极的稳定性。参比电极的构造和质量限制电位确定的简单性、一次性和分析质量。如上文所述，参比电极的经典构造(即浓KCl中的Ag/AgCI)仍然占主导地位。近来，关于从传感器消除液相并因此使传感器成为全固态而不降低性能存在大量研究。遗憾的是，这相对难以达成。
用于测量全血、血清、血浆、其他生物流体和/或水溶液的所有现有技术参比电极的缺点是它们要么依赖于流动参比接界来维持稳定且低的接界电位，要么具有相对较大的电位差。显然，这些现有技术参比电极并不可靠，因为长期的储存和波动的接界电位是困扰这些现有技术参比电极用作一次性单次使用参比电极的严重问题。
本发明的一个目的是提供一种具有相对稳定的接界电位的固态参比电极。
本发明的一个目的是提供一种具有相对最小的残余接界电位的固态参比电极。
本发明的另一目的是提供一种在具有宽泛范围的离子浓度的液体中具有相对稳定的接界电位的固态参比电极。
本发明的另外目的是提供一种在使用之前不需要在氯化物溶液中进行调节的固态参比电极。
本发明的另外目的是提供一种具有相对较小体积的参比组分的固态参比电极。
本发明的另一目的是提供一种具有长期储存能力的固态参比电极。
本发明通过提供具有由聚合物膜覆盖的金属/金属卤化物电极的固态参比电极来达成这些和其他目的。
在本发明的一个实施方式中，公开了一种在全血、血清、血浆、其他生物流体和/或水溶液中使用的固态参比电极。所述固态参比电极包括：绝缘支撑基板；导电材料，所述导电材料设置在所述绝缘支撑基板上；电极形成绝缘层，所述电极形成绝缘层具有阱；金属-金属盐层，所述金属-金属盐层设置在所述阱中；水凝胶聚合物膜，所述水凝胶聚合物膜设置到所述金属-金属盐层上。所述导电材料具有作为电极部分的第一部分和作为电接触部分的第二部分。所述导电材料包括导电贵金属、导电油墨或选自由银-氯化银、银和氯化银的混合物、涂覆有氯化银的银金属和汞-氯化亚汞组成的组的金属-金属盐中的一者。所述电极形成绝缘层具有开口，其中所述绝缘层设置在所述绝缘基板层上，其中所述开口形成阱，并且暴露所述导电材料的所述电极部分。在所述导电材料不是所述金属-金属盐的情况下，所述金属-金属盐层设置在所述阱中、所述导电材料的所述电极部分之上。所述水凝胶聚合物膜设置到金属-金属盐层上，从而形成所述固态参比电极。所述阱具有预定义体积并且暴露所述导电材料的所述电极部分。所述水凝胶聚合物膜形成聚合物水凝胶网络，所述聚合物水凝胶网络包含(i)氯化物盐和(ii)来自阴离子物种的盐的支持电解质。
在本发明的一个实施方式中，所述金属-金属盐是银-氯化银或汞-氯化亚汞中的一者。
在本发明的一个实施方式中，所述氯化物盐是氯化物的无机盐或氯化物的有机盐中的一者。
在本发明的一个实施方式中，所述固态参比电极还包括：第二聚合物膜，所述第二聚合物膜设置在所述水凝胶聚合物膜上，其中所述第二聚合物膜选自亲水性硅化合物或亲脂性聚合物。
在本发明的一个实施方式中，所述导电贵金属选自金、铂、钯、铜、铟和氧化锡中的一者。
在本发明的一个实施方式中，所述氯化物盐选自由以下组成的组：氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化胆碱、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-2,3-二甲基咪唑、氯化1-丁基-1-甲基吡咯烷、氯化1,2-二甲基-3-丙基咪唑和氯化1,3-二甲基咪唑。
在本发明的一个实施方式中，所述支持电解质选自由以下组成的组：柠檬酸盐、醋酸盐、磺酸盐或三氟甲磺酸盐的锂盐、钠盐或钾盐。
在本发明的一个实施方式中，所述第二聚合物膜的所述硅化合物选自由以下组成的组：稀释四氯化硅、氨丙基三乙氧基硅烷、n-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、甲基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷。
在本发明的一个实施方式中，所述亲脂性聚合物选自由以下组成的组：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氯乙烯(PVC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、琼脂、明胶、聚(氨基甲酸酯)、醋酸丁酸纤维素、醋酸纤维素和硝基纤维素。
在本发明的一个实施方式中，所述金属-金属盐层是银-氯化银，所述水凝胶聚合物膜中的所述氯化物盐是氯化钾，并且所述支持电解质是醋酸锂。
在本发明的一个实施方式中，所述水凝胶聚合物膜选自由以下组成的组：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯化合物、聚氨酯、聚氨基甲酰磺酸盐、聚脲、聚醚、具有苯乙烯基吡啶侧基团的可交联聚乙烯醇(即PVA-SBQ)、如明胶、丝素蛋白、双(三甲基甲硅烷基)乙酰胺(即BSA)的交联蛋白基质、如纤维素、葡聚糖、环葡聚糖、藻酸盐、壳聚糖、琼脂的交联多糖以及它们的任何组合。
在一个实施方式中，所述水凝胶聚合物膜还包括：(a)亲水性塑化剂，所述亲水性塑化剂能够填充所述聚合物水凝胶网络并且使所述水凝胶聚合物膜固化并塑化；以及(b)高分子量聚合物，所述高分子量聚合物能够增强所述聚合水凝胶网络。
在一个实施方式中，所述亲水性塑化剂选自丙三醇、聚乙二醇、乙二醇单甲酯、乙二醇、甲酰胺中的至少一者。
在一种实施方式中，所述高分子量聚合物是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)和如热解二氧化硅或乳胶的颗粒中的一者。
在一种实施方式中，所述水凝胶聚合物膜包括聚甲基丙烯酸2-羟乙酯、作为所述亲水性塑化剂的乙二醇和作为所述高分子量聚合物的聚乙烯吡咯烷酮。
在一个实施方式中，公开了一种制作在全血、血清、血浆和/或其他生物流体中使用的固态参比电极的方法。所述方法包括：(a)获得绝缘支撑基板，所述绝缘支撑基板具有设置在所述绝缘支撑基板的至少一侧上的导电材料；或者(b)获得绝缘支撑基板并且将导电材料设置到所述绝缘支撑基板的至少一侧上，其中所述导电材料的第一部分是电极部分并且所述导电材料的第二部分是电接触部分，(a)和(b)中的所述导电材料包括导电贵金属、导电油墨或选自由银-氯化银和汞-氯化亚汞组成的组的金属-金属盐中的一者。所述方法还包括：将具有开口的电极形成绝缘层设置到所述绝缘支撑基板上，其中所述开口形成暴露所述导电材料的所述电极部分的阱；在暴露在所述电极形成绝缘层的所述开口中的所述导电贵金属薄膜的所述部分上形成金属-金属盐层；将预定义量的前驱物溶液设置到所述阱中，所述前驱物溶液包含氯化物盐溶液、支持电解质溶液、水凝胶聚合物、亲水性塑化剂、高分子量聚合物、交联剂和自由基引发剂；以及使所述阱中的所述前驱物溶液暴露于辐射，从而形成水凝胶聚合物膜，并由此形成所述固态参比电极。
在一个实施方式中，所述形成步骤包括形成银-氯化银层。
在一个实施方式中，所述方法包括：通过混合以下来形成所述前驱物溶液：预定义量的氯化物盐溶液、预定义量的支持电解质溶液、预定义量的甲基丙烯酸羟乙酯、预定义量的乙二醇、预定义量的聚乙烯吡咯烷酮、预定义量的四甘醇二甲基丙烯酸酯和预定义量的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
在一个实施方式中，所述方法包括：通过混合以下来形成所述前驱物溶液：量在由0.1mM至饱和、10mM至500mM组成的范围内和200mM的浓度的所述氯化物盐、量在由10mM至饱和、1M至6M和3M至5M组成的范围内的所述支持电解质盐、量在由20重量％-80重量％、30重量％-70重量％和45重量％-55重量％组成的范围内的作为所述可交联水凝胶聚合物的聚甲基丙烯酸2-羟乙酯、量在由20重量％-80重量％、30重量％-60重量％和40重量％-50重量％组成的范围内的作为所述亲水塑化剂的乙二醇、量在由0.5重量％-10.0重量％和1重量％-5重量％组成的范围内的作为所述高分子量聚合物的聚乙烯吡咯烷酮、量在0.1重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％的范围内的作为所述交联剂的四甘醇二甲基丙烯酸酯以及量在0.01重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％的范围内的作为所述自由基引发剂的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
在一个实施方式中，公开了一种制作在所述固态参比电极中使用的所述水凝胶聚合物膜的方法。所述方法包括：(a)形成前驱物溶液，所述前驱物溶液包含预定义量的氯化物盐、预定义量的支持电解质盐、预定义量的可交联水凝胶聚合物、预定义量的亲水性塑化剂、预定义量的高分子量聚合物、预定义量的交联剂和预定义量的自由基引发剂；(b)将预定义量的所述前驱物溶液设置到包含金属-金属盐电解电极的固态电极上；以及(c)用紫外光对所述预定义量的所述前驱物溶液进行光辐照。
在一个实施方式中，所述方法还包括：选择氯化钾作为所述氯化物盐；选择醋酸锂作为所述支持电解质盐；选择聚甲基丙烯酸2-羟乙酯作为所述可交联水凝胶聚合物；选择乙二醇作为所述亲水性塑化剂；选择聚乙烯吡咯烷酮作为所述高分子量聚合物；选择四甘醇二甲基丙烯酸酯作为所述交联剂；以及选择2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作为所述自由基引发剂。
在一个实施方式中，所述方法还包括：选择量在由0.1mM至饱和、10mM至500mM组成的组的范围内的所述氯化物盐和200mM浓度的所述氯化物盐；选择量在由10mM至饱和、1M至6M和3M至5M组成的组的范围内的所述支持电解质盐；选择量在由20重量％-80重量％、30重量％-70重量％和45重量％-55重量％组成的组的范围内的聚甲基丙烯酸2-羟乙酯作为所述可交联水凝胶聚合物；选择量在由20重量％-80重量％、30重量％-60重量％和40重量％-50重量％组成的组的范围内的乙二醇作为所述亲水性塑化剂；选择量在由0.5重量％-10.0重量％和1重量％-5重量％组成的组的范围内的聚乙烯吡咯烷酮作为所述高分子量聚合物；选择量在由0.1重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％组成的组的范围内的四甘醇二甲基丙烯酸酯作为所述交联剂；以及选择量在由0.01重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％组成的组的范围内的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作为所述自由基引发剂。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的透视图，示出固态参比电极。
图1A是图1所示的固态参比电极的剖视图。
图1B是另一固态参比电极的剖视图，示出设置到水凝胶聚合物膜上的任选的第二聚合物膜。
图2是具有与离子选择性电极集成的固态参比电极的电位传感器的透视图。
图2A是图2的电位传感器的剖视图。
图3是具有与多个离子选择性电极集成的固态参比电极的电位传感器的透视图。
图3A是图3的电位传感器的剖视图。
图4是固态参比电极的剖视图，示出夹置在具有在两侧上对齐的窗口的两个电绝缘基板之间的导电材料，其中一个窗口是电极部分并且另一窗口是接触部分。
图5是示出固态参比电极在不同浓度的氯化钠溶液下的稳定性响应的图解说明。
图6是示出固态参比电极在不同浓度的氯化钙溶液下的稳定性响应的图解说明。
图7是示出固态参比电极跨一系列pH值溶液的稳定性响应的图解说明。
图8是示出结合有固态参比电极和固态钾离子选择性传感器的电位传感器在全血中的响应的图解说明。
图9是示出结合有固态参比电极和固态钙离子选择性传感器的电位传感器在全血中的响应的图解说明。
具体实施方式
参考图1、图1A和图1B首先描述固态参比电极的总体构造。
图1是具有固态参比电极11的平面一次性参比电极10的一个实施方式的透视图。图1A示出固态参比电极11的一个实施方式的剖视图。固态参比电极11具有平面形状并且包括：绝缘支撑基板12(即基底绝缘层)；导电材料14，所述导电材料设置在绝缘支撑件12上，其中所述导电材料的第一部分是电极部分14a(图1A和图1B所示)，并且所述导电材料的第二部分是电接触部分14b(图1所示)；以及电极形成绝缘层16，所述电极形成绝缘层具有形成阱16b的开口16a，所述阱具有预定义尺寸并且暴露导电贵金属薄膜14的一部分。所有层均由电介质材料(优选地是塑料)制成。优选电介质材料的示例是聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、尼龙、聚氨酯、硝酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚酯纤维、丙烯酸和聚苯乙烯。导电材料可以是导电贵金属薄膜、金属-金属盐薄膜(诸如银-氯化银)、印刷到绝缘支撑基板上的导电油墨或导电材料的迹线。导电材料具有电极部分和接触部分，其中电接触部分用于将接触部分电耦接到分析物测量电路。
电极形成绝缘层16的厚度以及阱16b的尺寸限定填充阱16b的化学物质的厚度和长宽比，并因此有助于控制电极的体积和表面积以及电极的界面等其他细节。电极形成绝缘层16的优选厚度为0.004英寸(0.1mm)，并且开口16a的优选直径为0.035英寸(0.89mm)。这产生具有约0.033uL(33nL)的填充体积的阱16b。电极形成绝缘层16优选地是可购自宾夕法尼亚州格伦罗克的Adhesive Research,Inc.或Global Instrument Corporation(GIC)(中国台湾省)的医用级单面粘合胶带。本发明中所使用的胶带的可接受厚度在约0.001英寸(0.025mm)至约0.005英寸(0.13mm)的范围内。优选厚度为约0.004英寸(0.1mm)。应当理解，不需要使用胶带。电极形成绝缘层16可由塑料片制成，并且可涂覆有压敏粘合剂、光聚合物、超声波粘结到绝缘支撑基板12、丝网印刷到绝缘支撑基板12上或者3D打印到绝缘支撑基板12上，以达到与使用所提及的聚酯胶带相同的结果。
金属-金属盐层(M/MX)18设置在导电贵金属薄膜14的形成电解电极的电极部分上，并且可覆盖导电贵金属薄膜14的全部暴露部分或导电贵金属薄膜14的暴露部分的仅一部分。水凝胶聚合物膜20设置在金属-金属盐层18上并且填充阱16b。应当记住，金属-金属盐层在导电材料是金属-金属盐的情况下不使用，但在导电材料不是金属-金属盐的情况下使用。
贵金属薄膜14的可用材料包括但不限于金、铂、钯、铜、铟、氧化锡等。在本发明中，优选贵金属薄膜14是金薄膜。通常，贵金属薄膜14被蒸镀在绝缘支撑基板12上或者点涂覆在绝缘支撑基板12上。当制造如稍后所述的电位传感器30时，贵金属薄膜14被勾划成彼此电隔离的不同导电路径。此类导电路径可通过对贵金属薄膜14进行划线或刻划来形成。
电解电极19通常通过与它们的盐接触的不溶性银盐或汞盐产生参比电位。在本发明中，优选银/氯化银(Ag/AgCl)电解电极。存在制作Ag/AgCI电解电极的不同方法。一种方法是使用Ag/AgCI油墨，但其他方法也可接受。当使用基于油墨的方法时，将一滴市售银/氯化银(Ag/AgCI)油墨分配并热固化到金薄膜14上，以用作基于金属-金属盐18的电解电极。产生Ag/AgCI变送器的其他方法是将一滴Ag油墨或银环氧树脂分配到金表面上，并且热固化油墨或银环氧树脂，以在表面上形成银。然后Ag表面被氯化以形成AgCl。为了维持电解电极的恒定电位，通常使用Cl-离子的恒定活度。
图1B示出固态参比电极11的另一实施方式的剖视图。类似图1A所示的实施方式，此实施方式具有所有相同部件，除了任选的第二聚合物膜22，所述任选的第二聚合物膜设置在水凝胶聚合物膜20上，从而产生双层固态参比电极。此任选的第二聚合物膜22延长电极在样本溶液中的寿命和稳定性。任选的第二聚合物膜22的另外优点包括增强聚合物参比电极膜20与电解电极19之间的粘附性，并且还消除电极结垢并增加电极长期稳定性。任选的第二聚合物膜22的合适材料选自但不限于以下的组：硅化合物，诸如稀释四氯化硅、氨丙基三乙氧基硅烷、n-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、甲基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷；或者选自其他亲脂性聚合物，诸如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、PVC、聚(甲基丙烯酸甲酯)、琼脂、明胶、聚(氨基甲酸酯)、醋酸丁酸纤维素、醋酸纤维素、硝基纤维素等。在本申请中，使用醋酸丁酸纤维素并且浓度优选地在0.001％至5％的范围内，更优选地介于0.02％-1％，最优选地介于0.05％-0.2％。
现转到图2和图2A，示出了结合有单层固态参比电极11和离子选择性电极31的电位传感器30的示例。离子选择性电极31可以是能够测量样本中的离子(诸如Na+、K+、Ca2+、Mg2 +、F-、Cl-等)的离子选择性电极。图2示出电位传感器30的一个示例，而图2A是如上文所述并且图1A所示的单层固态参比电极11和离子选择性电极31的剖视图。
图3和图3A示出结合有单层固态参比电极11和多个离子选择性电极31的多电位传感器40的一个示例。如图2和图2A所述，离子选择性电极31中的每个都能够测量样本中的特定离子，诸如Na+、K+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-等。图3示出多电位传感器40的一个示例，而图3A是单层固态参比电极11和三个离子选择性电极32、34和36的剖视图，其中三个离子选择性电极32、34和36中的每个可测量不同离子物种，诸如，例如Na+离子、K+离子、Ca2+离子等。
图4示出平面一次性参比电极10'的另一实施方式。在此实施方式中，一次性参比电极10'的结构与一次性参比电极10类似，但具有结构差异。所述差异在于电接触部分的位置。在此实施方式中，导电材料的电接触部分在电极部分的相反侧上并且不与电极部分共面。绝缘支撑基板还具有开口，所述开口暴露电接触部分以允许将一次性固态参比电极电耦接到分析物测量电路。
聚合物膜前驱物
基于UV可固化水凝胶聚合物的膜前驱物溶液与氯化物溶液(这里是KCl)的盐混合，其中作为离子源的氯化物将参与Ag/AgCI电极和第二支持电解质(醋酸锂)，所述第二支持电解质用于消除液体接界电位并且维持氯离子的活度。此混合前驱物溶液被滴在Ag/AgCl电极表面的顶部上。然后，溶液通过在环境中氧气不超过2％的氮气环境下将所述溶液暴露于18mW/cm2的365um UV光下持续5分钟来光聚合成聚合物水凝胶。
前驱物溶液的成分
前驱物溶液的成分包括氯化物盐溶液、支持电解质化合物溶液、单体、亲水性塑化剂、亲水性聚合物、交联剂和自由基引发剂。
氯化物盐溶液
在本发明中，氯化合物的盐包括但不限于：氯化物的无机盐，诸如氯化钠、氯化钾、氯化锂等；或氯化物的有机盐，诸如氯化胆碱、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-2,3-二甲基咪唑、氯化1-丁基-1-甲基吡咯烷、氯化1,2-二甲基-3-丙基咪唑、氯化1,3-二甲基咪唑等。出于说明的目的，本发明的固态参比电极中所使用的盐是KCl。KCl的浓度在0.1mM至饱和溶液的范围内，优选地在10mM至500mM的范围内，并且更优选地具有200mM的浓度。
支持电解质
因为水凝胶聚合物膜20的体积非常小，并且为了维持固态参比电极的良好性能并消除液体接界电位，所以本发明中使用了另一支持电解质。支持电解质化合物溶液被添加来维持恒定液体接界电位。支持电解质选自阴离子物种(诸如柠檬酸盐、醋酸盐、磺酸盐、三氟甲磺酸盐或类似化合物)的锂盐、钠盐或钾盐。在本发明中，出于说明的目的，在本发明中使用醋酸锂。所使用的醋酸锂的浓度在10mM至饱和溶液的范围内，优选地在1M至6.0M的范围内，并且更优选地在3M至5M的范围内。在能斯特方程涉及氯离子的“活度”而不是浓度的情况下，只要水凝胶聚合物膜20本身包含足够的盐，则可达成与常规饱和KCl电极相当的电位。醋酸锂被发现更易溶解于用于形成水凝胶聚合物膜20的聚合物膜前驱物混合物中。
单体
单体是形成水凝胶多孔聚合物基质的可遇水溶胀的水凝胶聚合物，所述水凝胶多孔聚合物基质是交联聚合物网络。可通过控制聚合物的孔隙率和亲水特性来定制水凝胶的溶胀特性。虽然可使用任何聚合物水凝胶基质，包括但不限于聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯化合物、聚氨酯、聚氨基甲酰磺酸盐、聚脲、聚醚、可交联PVA-SBQ、或甚至如明胶、丝素蛋白、BSA等的交联蛋白质基质、或如纤维素、葡聚糖、环葡聚糖、藻酸盐、壳聚糖、琼脂等的交联多糖、或这些基质的作为复合材料的任何组合，但选择聚甲基丙烯酸2-羟乙酯(pHEMA)来展示本发明。聚甲基丙烯酸2-羟乙酯由单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)制成。HEMA的浓度在20％至80％的范围内，优选地在30％至70％的范围内，并且更优选地在45％至55％的范围内。聚甲基丙烯酸2-羟乙酯基于其是具有中性非离子亲水性羟乙基配位体的稳定甲基丙烯酸酯主链的独特特性来选择，是无毒且生物相容的，具有防结垢特性，从而使其可用于测试血液和血清样本。因为pHEMA由HEMA制成，所以HEMA单体溶液很容易被分配到阱16b中、呈阱16b的形状并且形成为基板/Au/AgCI表面的形貌，从而产生对基板的各个表面的良好粘附性，并且产生稳定界面。
亲水性塑化剂
在pHEMA的干燥状态(所谓的“干凝胶”状态)下，pHEMA凝胶不具柔性。由于更疏水的甲基丙烯酸酯主链，干燥的pHEMA干凝胶需要相对较长的时间才能吸收足够的水以填充其容量。对于需要相对较快地润湿并在包装外立即发挥作用的物质来说，这种长吸收时间并不是很好的特征。亲水性塑化剂填充聚合物水凝胶网络，并且有效地使凝胶固化并塑化。亲水性塑化剂还允许离子穿过膜。亲水性塑化剂选自包括丙三醇、聚乙二醇、乙二醇单甲酯、乙二醇、甲酰胺等的组。这些物质是可填充水凝胶聚合物网络的孔隙、有效地使凝胶塑化的低分子量吸湿性材料。另外，它们在储存期间不会蒸发掉，而是保留在凝胶结构中。出于展示目的，在本发明中选择乙二醇(EG)，因为乙二醇在大小和密度上最接近水。亲水性塑化剂使水凝胶处于溶胀柔性状态，从而允许聚合物在样本进入凝胶结构时更容易与样本发生反应。作为防冻剂，这些亲水性塑化剂还有助于保护水凝胶免受低温储存的改变的影响。配方中的亲水性塑化剂的量将取决于传感器的配置和基板的设计。
配方中的亲水性塑化剂的另外作用是作为可解离醋酸锂的氢键供体，在这种情况下醋酸锂充当氢键受体。这种组合在室温下是离子导电液体，所述离子导电液体填充水凝胶基质的孔隙并且有助于使样本至凝胶界面处的膜电位稳定，并且确保靠近电极表面的双层具有高金属离子浓度。使用乙二醇(EG)的另外益处是等转移的盐(本发明中是LiAc)可溶于EG并且形成填充水凝胶基质的孔隙的离子导电液体。乙二醇的浓度在20％至80％的范围内，优选地在30％至60％的范围内，并且更优选地在40％至50％的范围内。
亲水性聚合物
使用具有非常低的粘度、低表面张力并且会很容易润湿基板的低分子量亲水性塑化剂(如乙二醇或丙二醇)产生在分配时可重现性不佳的薄层。需要惰性高分子量“填料”来增加粘度并且使溶液一旦被施加到基板就保持在适当位置，并且增强对电极表面的粘附性。亲水性中性聚合物(诸如PEG、PVA、PVP甚至pHEMA本身以及如气相二氧化硅或乳胶的颗粒)都可用于此目的。出于本发明的展示目的，选择PVP，因为它比其他材料更容易溶解到HEMA单体中。长聚合物链缠绕到pHEMA基质中，因此它不会随时间推移而渗出。长聚合物链还有助于重新加强凝胶的结构。PVP(具体地是PVP K90)的浓度在0.05％至10％的范围内，并且优选地在1％至5％的范围内。
交联剂
交联剂包含至少两个反应基团，所述至少两个反应基团将自身连接到官能团(诸如伯胺基、巯氢基、羰基)、碳水化合物和羧酸。在此应用中，四甘醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)用作交联剂。TEGDMA是可在自由基链聚合反应中用作交联剂以形成3D凝胶结构的双官能甲基丙烯酸酯分子。TEGDMA具有低挥发性，并且是具有高水溶性的不易燃产品。交联剂的浓度在0.1％至2％的范围内，并且更优选地在0.5％至1％的范围内。
自由基引发剂
光引发聚合反应是单体的聚合反应技术中的一种技术，其中所述聚合反应由可由光辐照生成的反应性物种(诸如自由基、阳离子或阴离子)来引发。可通过所述聚合反应将液态单体转变成固体或半固体。光引发剂是在暴露于辐射(UV或可见光)时产生反应性物种(自由基、阳离子或阴离子)的分子。合成光引发剂是光聚合物中的关键组分。2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)是用于例如在丙烯酸盐聚合物的制备中引发自由基链聚合反应的光引发剂。在UV光的影响下，所述分子将形成引发自由基聚合反应的自由基，并且在本发明中使用。自由基引发剂的浓度在0.01％至2％的范围内，并且更优选地在0.5％至1％的范围内。
表1示出用于制作水凝胶聚合物膜20的前驱物溶液的示例。
表1SSRE的参比膜
化学品 浓度
醋酸锂 4.5M
KCI 200mM
现转到图4，示出了示出如在固态参比电极与市售参比电极(饱和甘汞电极(SCE))之间测量的在不同浓度的NaCl溶液下的稳定性响应的图解说明。本发明的固态参比电极用作工作电极。结果示出，本发明的固态水凝胶膜参比电极的电位不受样本溶液中的NaCl的浓度的影响，并且在非常大的浓度范围内示出良好稳定性。
图5是示出如在固态参比电极与市售参比电极(饱和甘汞电极(SCE))之间测量的不同浓度的CaCl2溶液下的稳定性响应的图解说明。本发明的固态参比电极用作工作电极。结果示出，本发明的固态水凝胶膜参比电极的电位不受溶液中的CaCl2的浓度的影响，并且在非常大的浓度范围内示出良好稳定性。
图6是示出如在固态参比电极与市售参比电极(饱和甘汞电极(SCE))之间测量的跨一系列pH值溶液的稳定性响应的图解说明。本发明的固态参比电极用作工作电极。结果示出，本发明的固态水凝胶膜参比电极的电位不受溶液的pH值的影响，并且在非常大的pH范围内示出良好稳定性。
图7是示出如在本发明的固态参比电极与钾离子选择性电极之间测量的对钾离子浓度的响应的图解说明。本发明的固态参比电极用作参比电极，并且钾离子选择性电极用作工作电极。钾离子选择性电极的电位响应E(mV)的输出与钾浓度的对数的关系示出具有斜率55.8mv的良好线性响应。
图8是示出如在本发明的固态参比电极与钙离子选择性电极之间测量的对钙离子浓度的响应的图解说明。本发明的固态参比电极用作参比电极，并且钙离子选择性电极用作工作电极。钙离子选择性电极的电位响应E(mV)的输出与钙浓度的对数的关系示出具有斜率27.9mv的良好线性响应。
全血样本的精度
在使用本发明的固态参比电极进行的所有测量中，在执行测试中的任一者之前不执行或不需要对固态参比电极的调节(即水合)。Nova生物医学分析仪(Nova Stat ProfilePrime)中的参比电极是流动参比电极。以下数据表示出，与Nova生物医学分析仪参比电极相比，本发明在全血、血清、血浆和/或其他生物流体中使用直接来自干燥储存库的固态参比电极而无需对固态参比电极进行预调节(即水合)的可靠性和准确性。
表2示出结合有钾离子选择性工作电极和本发明的参比电极(即固态水凝胶膜参比电极)的电位传感器对钾离子重现性测量的响应。使用类似于图2、图2A所示的钾传感器的二十(20)个钾传感器30来测量具有4.58mmol/L的钾离子浓度的全血样本。如图所示，20个测量结果的平均值为4.63mmol/L的钾，其中变异系数为3.6％。
表2
表3示出结合有钠离子选择性工作电极和本发明的参比电极(即固态水凝胶膜参比电极)的电位传感器对钠离子重现性测量的响应。使用类似于图2、图2A所示的钠传感器的二十(20)个钠传感器30来测量具有143.5mmol/L的钠离子浓度的全血样本。如图所示，20个测量结果的平均值为144.8mmol/L的钠，其中变异系数为1.7％。
表3
表4列出对30个不同全血样本的钾测量测试。30个不同全血样本中的每个的参比值使用Nova生物医学分析仪型号Stat Profile Prime来测量。需要注意的是，在全血样本的测量之前未执行膜调节。测量差是由Nova生物医学分析仪测量的值与由结合有本发明的固态参比电极的钾离子选择性传感器测量的值之间的差，以mmol/L为单位。百分比偏差通过取Nova结果的毫摩尔值与使用固态参比结果的毫摩尔值之间的差的绝对值并且除以Nova结果的毫摩尔值来确定。对于单电荷离子(诸如钠和钾)，一毫伏等于百分之四(4％)偏差。如表所示，利用结合有本发明的固态参比电极的钾离子选择性传感器获得的测量结果指示，30个样本的百分比偏差的平均值为百分之三(3％)，并且此百分比偏差的平均毫伏值为0.703mv。值得注意的是，对于30个样本，百分比偏差的最大值为7％，并且毫伏差的最大值为1.813mv。这示出结合有本发明的固态参比电极的一次性条形传感器在测量全血样本中的钾浓度时的准确度和可靠性。
表4-钾全血测量的比较结果
表5列出对30个不同全血样本的钠测量测试。30个不同全血样本中的每个的参比值使用Nova生物医学分析仪型号Stat Profile Prime来测量。测量差是由Nova生物医学分析仪测量的值与由结合有本发明的固态参比电极的钠离子选择性传感器测量的值之间的差，以mmol/L为单位。如上文先前所述，百分比偏差通过取Nova结果的毫摩尔值与使用固态参比结果的毫摩尔值之间的差的绝对值并且除以Nova结果的毫摩尔值来确定。对于单电荷离子(诸如钠和钾)，一毫伏等于百分之四(4％)偏差。如表所示，利用图2至图2A所示的结合有本发明的固态参比电极的钠离子选择性传感器30获得的测量结果指示，30个样本的百分比偏差的平均值为百分之一(1％)，并且此百分比偏差的平均毫伏值为0.008mv。值得注意的是，对于30个样本，百分比偏差的最大值为2％，并且毫伏差的最大值为0.481mv。这示出结合有本发明的固态参比电极的一次性条形传感器在测量全血样本中的钠浓度时的准确度和可靠性。
表5-钠全血测量的比较结果
表6列出对30个不同全血样本的钙测量测试。30个不同全血样本中的每个的参比值使用Nova生物医学分析仪型号Stat Profile Prime来测量。测量差是由Nova生物医学分析仪测量的值与由结合本发明的固态参比电极的钙离子选择性传感器测量的值之间的差，以mmol/L为单位。如上文先前所述，百分比偏差通过取Nova结果的毫摩尔值与使用固态参比结果的毫摩尔值之间的差的绝对值并且除以Nova结果的毫摩尔值来确定。对于双电荷离子(诸如钙)，一毫伏等于百分之八(8％)偏差。如表所示，利用图2至图2A所示的结合本发明的固态参比电极的钙离子选择性传感器30获得的测量结果指示，30个样本的百分比偏差的平均值为百分之五(5％)，并且此百分比偏差的平均毫伏值为0.668mv。值得注意的是，对于30个样本，百分比偏差的最大值为11％，并且毫伏差的最大值为1.389mv。这示出结合本发明的固态参比电极的一次性条形传感器在测量全血样本中的钙浓度时的准确度和可靠性。
表6-钙全血测量的比较结果
表7至表11列出十(10)个全血样本中的钠测量测试，所述钠测量测试示出各种储存场景对结合本发明的固态参比电极的钠传感器的影响。10个不同全血样本中的每个的参比值使用Nova生物医学分析仪型号Stat Profile Prime来测量。固态参比电极直接从储存库取用，在使用前无需对固态参比电极进行任何调节(即水合)。测量差是由Nova生物医学分析仪测量的值与由结合本发明的固态参比电极的钠离子选择性传感器测量的值之间的差，以mmol/L为单位。如上文先前所述，百分比偏差通过取Nova结果的毫摩尔值与使用固态参比结果的毫摩尔值之间的差的绝对值并且除以Nova结果的毫摩尔值来确定。对于单电荷离子(诸如钠和钾)，一毫伏等于百分之四(4％)偏差。结果包括新制作的传感器(表7)、室温下储存6个月的传感器(表8)、4℃下储存6个月的传感器(表9)、室温下储存1年的传感器(表10)和4℃下储存1年的传感器(表11)的数据。如表所示，利用图2至图2A所示的结合本发明的固态参比电极的钠离子选择性传感器30获得的测量结果指示，表示百分比偏差的平均毫伏值小于0.1MV。
表7-新制作的固态参比电极的比较
表8-固态参比电极在室温下储存6个月时浓度参比值的比较
表9-固态参比电极在4℃温度下储存6个月时浓度参比值的比较
表10-固态参比电极在室温下储存1年时浓度参比值的比较
表11-固态参比电极在4℃温度下储存1年时浓度参比值的比较
尽管本文已描述本发明的优选实施方式，但上文描述仅是说明性的。相应领域技术人员将想到本文所公开的本发明的另外修改，并且所有此类修改被视为在如由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种在全血、血清、血浆、其他生物流体和/或水溶液中使用的固态参比电极(11)，所述固态参比电极(11)包括：
绝缘支撑基板(12)；
导电材料(14)，所述导电材料设置在所述绝缘支撑基板(12)上，其中所述导电材料的第一部分是电极部分(14a)并且所述导电材料的第二部分是电接触部分(14b)，所述导电材料(14)包括导电贵金属、导电油墨或选自由银-氯化银和汞-氯化亚汞组成的组的金属-金属盐中的一者；
电极形成绝缘层(16)，所述电极形成绝缘层具有开口，所述电极形成绝缘层(16)设置在所述绝缘基板层(12)上，其中所述开口形成阱(16b)，所述阱具有预定义尺寸并且暴露所述导电材料的所述电极部分(14a)；
金属-金属盐层(18)，所述金属-金属盐层在所述导电材料(14)不是所述金属-金属盐的情况下设置在所述阱(16b)中、所述导电材料(14)的所述电极部分(14a)之上；以及水凝胶聚合物膜(20)，所述水凝胶聚合物膜：(a)在所述导电材料(14)不是所述金属-金属盐的情况下设置在所述金属-金属盐层(18)上，从而形成所述固态参比电极(11)；或者(b)在所述导电材料(14)是所述金属-金属盐的情况下直接设置在所述导电材料(14)上，所述水凝胶聚合物膜(20)是聚合物水凝胶网络，所述聚合物水凝胶网络包含(i)来自氯化物的无机盐或氯化物的有机盐的氯化物盐和(ii)来自阴离子物种的盐的支持电解质。
2.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，进一步包括：第二聚合物膜(22)，所述第二聚合物膜设置到所述水凝胶聚合物膜上，所述第二聚合物膜选自亲水性硅化合物或亲脂性聚合物。
3.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，其中所述导电贵金属选自由以下组成的组：金、铂、钯、铜、铟和氧化锡。
4.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，其中所述水凝胶聚合物膜中的所述氯化物盐选自由以下组成的组：氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化胆碱、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-2,3-二甲基咪唑、氯化1-丁基-1-甲基吡咯烷、氯化1,2-二甲基-3-丙基咪唑和氯化1,3-二甲基咪唑。
5.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，其中所述支持电解质选自由以下组成的组：柠檬酸盐、醋酸盐、磺酸盐或三氟甲磺酸盐的锂盐、钠盐或钾盐。
6.如权利要求2所述的固态参比电极(11)，其中所述硅化合物选自由以下组成的组：稀释四氯化硅、氨丙基三乙氧基硅烷、n-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、甲基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷。
7.如权利要求2所述的固态参比电极(11)，其中所述亲脂性聚合物选自由以下组成的组：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、PVC、聚(甲基丙烯酸甲酯)、琼脂、明胶、聚(氨基甲酸酯)、醋酸丁酸纤维素、醋酸纤维素和硝基纤维素。
8.如权利要求2所述的固态参比电极(11)，其中所述金属-金属盐层(18)是银-氯化银，所述水凝胶聚合物膜中的所述氯化物盐是氯化钾，并且所述支持电解质是醋酸锂。
9.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，其中所述水凝胶聚合物膜(20)选自由以下组成的组：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯化合物、聚氨酯、聚氨基甲酰磺酸盐、聚脲、聚醚、可交联PVA-SBQ、如明胶、丝素蛋白、BSA的交联蛋白基质、如纤维素、葡聚糖、环葡聚糖、藻酸盐、壳聚糖、琼脂的交联多糖以及它们的任何组合。
10.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，其中所述水凝胶聚合物膜(20)还包括：(a)亲水性塑化剂，所述亲水性塑化剂能够填充所述聚合物水凝胶网络并且使所述水凝胶聚合物膜(20)固化并塑化；以及(b)高分子量聚合物，所述高分子量聚合物能够增强所述聚合水凝胶网络。
11.如权利要求10所述的固态参比电极(11)，其中所述亲水性塑化剂选自丙三醇、聚乙二醇、乙二醇单甲酯、乙二醇、甲酰胺中的至少一者。
12.如权利要求10所述的固态参比电极(11)，其中所述高分子量聚合物是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)和如热解二氧化硅或乳胶的颗粒中的一者。
13.如权利要求1所述的固态参比电极(11)，其中所述水凝胶聚合物膜包括聚甲基丙烯酸2-羟乙酯、作为所述亲水性塑化剂的乙二醇和作为所述高分子量聚合物的聚乙烯吡咯烷酮。
14.一种制作在全血、血清、血浆、其他生物流体和/或水溶液中使用的固态参比电极(11)的方法，所述方法包括：
(a)获得绝缘支撑基板(12)，所述绝缘支撑基板具有设置在所述绝缘支撑基板(12)的至少一侧上的导电材料(14)；或者(b)获得绝缘支撑基板(12)并且将导电材料(14)设置到所述绝缘支撑基板(12)的至少一侧上，其中所述导电材料的第一部分是电极部分(14a)并且所述导电材料的第二部分是电接触部分(14b)，(a)和(b)中的所述导电材料(14)包括导电贵金属、导电油墨或选自由银-氯化银和汞-氯化亚汞组成的组的金属-金属盐中的一者；
将具有开口的电极形成绝缘层(16)设置到所述绝缘支撑基板上，所述开口形成阱(16b)，其中所述阱(16b)暴露所述导电材料(14)的所述电极部分(14a)；
在所述导电材料(14)不是所述金属-金属盐的情况下，在暴露在所述阱(16b)中的所述导电材料(14)的所述电极部分(14a)上形成金属-金属盐层(18)；
将预定义量的前驱物溶液设置到所述阱(16b)中，所述前驱物溶液包含氯化物盐溶液、支持电解质溶液、水凝胶聚合物、亲水性塑化剂、高分子量聚合物、交联剂和自由基引发剂；以及
将所述阱(16b)中的所述前驱物溶液暴露于辐射，从而形成水凝胶聚合物膜(20)，并由此形成所述固态参比电极(11)。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述形成步骤包括形成银-氯化银层。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括：通过混合以下来形成所述前驱物溶液：预定义量的氯化物盐溶液、预定义量的支持电解质溶液、预定义量的甲基丙烯酸羟乙酯、预定义量的乙二醇、预定义量的聚乙烯吡咯烷酮、预定义量的四甘醇二甲基丙烯酸酯和预定义量的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
17.如权利要求14所述的方法，进一步包括：通过混合以下来形成所述前驱物溶液：量在选自由20重量％-80重量％、30重量％-70重量％和45重量％-55重量％组成的组的范围内的作为所述可交联水凝胶聚合物的聚甲基丙烯酸酯2-羟乙基、量在选自由20重量％-80重量％、30重量％-60重量％和40重量％-50重量％组成的组的范围内的作为所述亲水性塑化剂的乙二醇、量在选自由0.5重量％-10.0重量％和1重量％-5重量％组成的组的范围内的作为所述高分子量聚合物的聚乙烯吡咯烷酮、量在选自由0.1重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％组成的组的范围内的作为所述交联剂的四甘醇二甲基丙烯酸酯以及量在选自由0.01重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％组成的组的范围内的作为所述自由基引发剂的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
18.一种制作在固态参比电极(11)中使用的如权利要求1所述的水凝胶聚合物膜(20)的方法，所述方法包括：
形成前驱物溶液，所述前驱物溶液包含：
预定义量的氯化物盐；
预定义量的支持电解质盐；
预定义量的可交联水凝胶聚合物；
预定义量的亲水性塑化剂；
预定义量的高分子量聚合物；
预定义量的交联剂；以及
预定义量的自由基引发剂；
将预定义量的所述前驱物溶液设置到包含金属-金属盐电解电极的固态电极上；以及
用紫外光对所述预定义量的所述前驱物溶液进行光辐照。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
选择氯化钾作为所述氯化物盐；
选择醋酸锂作为所述支持电解质盐；
选择聚甲基丙烯酸2-羟乙酯作为所述可交联水凝胶聚合物；
选择乙二醇作为所述亲水性塑化剂；
选择聚乙烯吡咯烷酮作为所述高分子量聚合物；
选择四甘醇二甲基丙烯酸酯作为所述交联剂；以及
选择2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作为所述自由基引发剂。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
选择量在选自由0.1mM至饱和、10mM至500mM组成的组的范围内的所述氯化物盐和200mM浓度的所述氯化物盐；
选择量在选自由10mM至饱和、1M至6M和3M至5M组成的组的范围内的所述支持电解质盐；
选择量在选自由20重量％-80重量％、30重量％-70重量％和45重量％-55重量％组成的组的范围内的聚甲基丙烯酸2-羟乙酯作为所述可交联水凝胶聚合物；
选择量在选自由20重量％-80重量％、30重量％-60重量％和40重量％-50重量％组成的组的范围内的乙二醇作为所述亲水性塑化剂；
选择量在选自由0.5重量％-10.0重量％和1重量％-5重量％组成的组的范围内的聚乙烯吡咯烷酮作为所述高分子量聚合物的量；
选择量在选自由0.1重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％组成的组的范围内的四甘醇二甲基丙烯酸酯作为所述交联剂；以及
选择量在选自由0.01重量％-2.0重量％和0.5重量％-1.0重量％组成的组的范围内的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作为所述自由基引发剂。
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CA2558275A1 (en) * 2004-03-01 2005-09-15 Hach Company Ion-selective electrodes
US7438796B2 (en) * 2006-08-28 2008-10-21 Hach Company Electrochemical chlorine sensor
US8211283B2 (en) * 2009-09-08 2012-07-03 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Microfabricated liquid junction reference electrode

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