JP2010132559A - Water-soluble metal phthalocyanine complex, sensor element and sensor comprising the same and manufacturing method of sensor element - Google Patents

Water-soluble metal phthalocyanine complex, sensor element and sensor comprising the same and manufacturing method of sensor element Download PDF

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睦 木村
Megumi Sugawara
恵 菅原
Toshihiro Hirai
利博 平井
Midori Takasaki
緑 高崎
Takashi Mihara
孝士 三原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water-soluble metal phthalocyanine complex, a sensor element, a sensor and a manufacturing method of the sensor element. <P>SOLUTION: The water-soluble metal phthalocyanine complex is represented by the formula (wherein A is an ionic hydrophilic group; M is a metal element; and n is an integer selected from among 1-8). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、新規な水溶性金属フタロシアニン錯体、センサー素子およびそれらを用いたセンサー、ならびにセンサー素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a novel water-soluble metal phthalocyanine complex, a sensor element, a sensor using them, and a method for producing the sensor element.

化学センサーの分野では、酸化物半導体を利用したMOS(Metal Oxide Sensor)型センサーなどが一般的に利用されている。
MOS型センサーは、半導体化した金属酸化物の比較的小さな微粒子結晶体や焼結体をベースとし、通常はPt等の電極ワイヤを内部に持ったセラミックス構造体からなる。MOS型センサーは、300℃程度の高温で利用する。金属酸化物表面での高温における触媒反応によって、アルコール等のガス分子が表面で還元され、電子が空乏化した金属酸化物内に取り込まれて中和される。これによって粒界のポテンシャルバリアーが低下して抵抗が低下する原理を利用するものである。このMOS型センサーは、アルコールやプロパンガスのセンサーとして利用されているが、感度が不十分であることや、ガスに対する選択性がないこと、集積化が困難であること、高温でのセンシングが必要などの問題がある。
In the field of chemical sensors, MOS (Metal Oxide Sensor) type sensors using oxide semiconductors are generally used.
The MOS type sensor is based on a relatively small fine particle crystal or sintered body of a metal oxide made into a semiconductor, and usually comprises a ceramic structure having an electrode wire such as Pt inside. The MOS type sensor is used at a high temperature of about 300 ° C. Due to the catalytic reaction at a high temperature on the metal oxide surface, gas molecules such as alcohol are reduced on the surface, and electrons are taken into the depleted metal oxide and neutralized. This utilizes the principle that the potential barrier at the grain boundary is lowered and the resistance is lowered. This MOS sensor is used as a sensor for alcohol and propane gas, but it has insufficient sensitivity, lacks selectivity for gas, is difficult to integrate, and requires high-temperature sensing There are problems such as.

近年、ガス、におい、揮発性有機化合物などの化学物質を検出する化学センサーの感度を高める研究や、検出対象となる化学物質に合わせた化学センサーについての研究がなされており、化学センサーの感応材料についてもいろいろな提案がなされている。
例えば、特許文献1には、圧電振動子の表面に二重結合をもつゴム系材料により感応膜を形成したセンサーについて記載がある。特許文献2には、ポリフィリン感応膜を形成し、水素イオン、フッ酸、金属イオン濃度などを測定するイオン濃度測定用イオンセンサーについて記載がある。特許文献3には、水晶振動子上に薄膜状のクラウンエーテル縮合フタロシアニン系化合物を含有する化学ガスセンサ用材料を形成し、NOxやSOxなどのガスを検出することが記載される。
In recent years, research on increasing the sensitivity of chemical sensors that detect chemical substances such as gases, odors, and volatile organic compounds, and research on chemical sensors that match the chemical substances to be detected have been conducted. Various proposals have also been made.
For example, Patent Document 1 describes a sensor in which a sensitive film is formed of a rubber-based material having a double bond on the surface of a piezoelectric vibrator. Patent Document 2 describes an ion concentration measurement ion sensor that forms a porphyrin-sensitive film and measures hydrogen ion, hydrofluoric acid, metal ion concentration, and the like. Patent Document 3 describes that a chemical gas sensor material containing a thin-film crown ether condensed phthalocyanine-based compound is formed on a crystal resonator and detects gases such as NOx and SOx.

しかしながら、化学センサーの検出対象を「におい」とする場合、高感度な感応材料は見出されていないのが、現状である。検出対象を「におい」とする場合、におい分子として、硫化水素、チオール、ジスルフィド、アミン、アンモニア、インドール、スカトール、アルデヒド類など、様々な種類があるため、感応材料には特定の分子を選択的に認識する選択性が求められるが、そのような感応材料は、見出されていない。   However, when the detection target of the chemical sensor is “odor”, no sensitive material has been found at present. When the detection target is “odor”, there are various types of odor molecules such as hydrogen sulfide, thiol, disulfide, amine, ammonia, indole, skatole, and aldehydes. However, no such sensitive material has been found.

特開平11−108818号公報JP-A-11-108818 特開2004−37430号公報JP 2004-37430 A 特開平7−43285号公報JP 7-43285 A

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、におい分子などの特定のターゲット物質を選択的に捕捉する新規な水溶性金属フタロシアニン錯体を提供することを目的とする。また、本発明にかかる水溶性金属フタロシアニン錯体にも好適な、高い感度を有するセンサー素子ならびにセンサーをも提供することを目的とする。さらに、新規なセンサー素子の製造方法についても提案する。   The present invention has been made based on such a technical problem, and an object thereof is to provide a novel water-soluble metal phthalocyanine complex that selectively captures a specific target substance such as an odor molecule. Another object of the present invention is to provide a sensor element and a sensor having high sensitivity suitable for the water-soluble metal phthalocyanine complex according to the present invention. Furthermore, a method for manufacturing a novel sensor element is also proposed.

かかる目的のもと、本発明者らは、水溶性フタロシアニンの高い触媒活性に着目して鋭意検討を行った結果、水溶性フタロシアニンの周辺を剛直で嵩高な置換基で修飾することにより、フタロシアニン環のスタッキングを妨げ、ナノスペースを構築することにより、ターゲット物質を選択的に捕捉できることを見出した。
すなわち、本発明は、一般式[化1]で表される水溶性金属フタロシアニン錯体である。

Figure 2010132559
上記一般式[化1]中、R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される置換基を表す。
Aは、R1、R2、R3、R4の少なくとも一部を置換するイオン性親水性基を表す。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素を表す。
nは、1〜8から選択される整数を表す。 Under such a purpose, the present inventors have conducted intensive studies focusing on the high catalytic activity of water-soluble phthalocyanine, and as a result, by modifying the periphery of water-soluble phthalocyanine with a rigid and bulky substituent, It has been found that the target substance can be selectively captured by preventing nano-stacking and constructing nanospace.
That is, the present invention is a water-soluble metal phthalocyanine complex represented by the general formula [Chemical Formula 1].
Figure 2010132559
In the general formula [Chemical Formula 1], R 1, R 2, R 3, and R 4 represent a substituent selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, and polypyridine.
A represents an ionic hydrophilic group that substitutes at least a part of R1, R2, R3, and R4.
M represents one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt.
n represents an integer selected from 1 to 8.

R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレンであることが好ましい。
Aは、−SO 基であることが好ましい。
Mは、Coであることが好ましい。
R1, R2, R3 and R4 are preferably polyphenylene.
A is preferably a —SO 3 group.
M is preferably Co.

また、本発明者らは、ターゲット物質としてのにおい分子には、アンモニア、硫化水素、酢酸に代表される有機酸などのイオン性のにおい分子が多いことに着目し、イオン性のにおい分子を高感度に捕捉するためには、ポリマーブラシに荷電性モノマーを修飾基として導入することにより、ポリマーブラシ周辺ににおい分子を引き付けることが有効であることを見出した。また、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシに、本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体を担持させることにより、ポリマーブラシ周辺でのにおい分子の濃度が高まり、水溶性金属フタロシアニン錯体によってより確実に、におい分子を捕捉することができることを見出した。   In addition, the present inventors pay attention to the fact that there are many ionic odor molecules such as organic acids typified by ammonia, hydrogen sulfide, and acetic acid as odor molecules as target substances. In order to capture the sensitivity, it has been found that it is effective to attract odor molecules around the polymer brush by introducing a chargeable monomer as a modifying group into the polymer brush. Further, by supporting the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention on a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group, the concentration of odor molecules around the polymer brush is increased, and the water-soluble metal phthalocyanine complex more reliably It has been found that odor molecules can be captured.

すなわち、本発明のセンサー素子は、基板と、基板上に形成された自己組織化単分子膜と、自己組織化単分子膜上に形成されたポリマーブラシからなるポリマー膜と、を有するセンサー素子であって、ポリマーブラシが荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシであることを特徴とする。   That is, the sensor element of the present invention is a sensor element having a substrate, a self-assembled monomolecular film formed on the substrate, and a polymer film made of a polymer brush formed on the self-assembled monomolecular film. The polymer brush is a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group.

また、本発明のセンサー素子においては、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシに、下記一般式[化2]で表される水溶性金属フタロシアニン錯体が担持されることが好ましい。

Figure 2010132559
上記一般式[化2]中、R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される置換基を表す。
Aは、R1、R2、R3、R4の少なくとも一部を置換するイオン性親水性基を表す。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素を表す。
nは、1〜8から選択される整数を表す。
また、荷電性モノマーは、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、スチレンから選ばれる1種以上であることが好ましい。
本発明のセンサー素子においては、基板が、金からなる基板またはSi系材料の表面に金薄膜を形成した基板であることが好ましい。
また、自己組織化単分子膜は、チオール基を含有することが好ましい。 In the sensor element of the present invention, it is preferable that a water-soluble metal phthalocyanine complex represented by the following general formula [Chemical Formula 2] is supported on a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group.
Figure 2010132559
In the above general formula [Chemical Formula 2], R 1, R 2, R 3 and R 4 represent a substituent selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole and polypyridine.
A represents an ionic hydrophilic group that substitutes at least a part of R1, R2, R3, and R4.
M represents one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt.
n represents an integer selected from 1 to 8.
The chargeable monomer is preferably at least one selected from 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate, methyl methacrylate, and styrene.
In the sensor element of the present invention, the substrate is preferably a substrate made of gold or a substrate in which a gold thin film is formed on the surface of a Si-based material.
Further, the self-assembled monolayer preferably contains a thiol group.

さらに、本発明のセンサーは、基板と、基板上に形成された自己組織化単分子膜と、自己組織化単分子膜上に形成され、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシからなるポリマー膜と、ポリマーブラシに担持される下記一般式[化3]で表される水溶性金属フタロシアニン錯体と、

Figure 2010132559
(上記一般式[化3]中、R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される置換基を表す。
Aは、R1、R2、R3、R4の少なくとも一部を置換するイオン性親水性基を表す。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素を表す。
nは、1〜8から選択される整数を表す。)
からなるセンサー素子と、水溶性金属フタロシアニン錯体によりターゲット物質を捕捉し、捕捉したターゲット物質によるセンサー素子の物理的な変化を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
本発明のセンサーにおいては、検出手段が、センサー素子に捕捉されたターゲット物質による質量変化を振動型質量検出センサーの周波数変化として検出する検出手段であることが好ましい。 Furthermore, the sensor of the present invention is a polymer film comprising a substrate, a self-assembled monolayer formed on the substrate, and a polymer brush formed on the self-assembled monolayer and having a chargeable monomer as a modifying group. A water-soluble metal phthalocyanine complex represented by the following general formula [Chemical Formula 3] supported on a polymer brush;
Figure 2010132559
(In the above general formula [Chemical Formula 3], R 1, R 2, R 3 and R 4 represent a substituent selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole and polypyridine.
A represents an ionic hydrophilic group that substitutes at least a part of R1, R2, R3, and R4.
M represents one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt.
n represents an integer selected from 1 to 8. )
And a detection means for capturing a target substance with a water-soluble metal phthalocyanine complex and detecting a physical change of the sensor element due to the captured target substance.
In the sensor of the present invention, the detection means is preferably detection means for detecting a mass change due to the target material trapped by the sensor element as a frequency change of the vibration type mass detection sensor.

またさらに本発明は、基板に、予め重合開始点を導入した自己組織化単分子膜を固定化する工程と、重合開始点を基点として、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシを伸長する工程と、を含むセンサー素子の製造方法である。   Still further, the present invention provides a step of immobilizing a self-assembled monolayer in which a polymerization initiation point has been introduced in advance on a substrate, and a step of extending a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group based on the polymerization initiation point. And a method for manufacturing a sensor element.

以上説明したように、本発明によれば、水溶性金属フタロシアニン錯体によって、におい分子などの特定のターゲット物質を選択的に捕捉することができる。また、本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体にも好適な、高い感度を有するセンサー素子ならびにセンサーが得られる。さらに、本発明のセンサー素子の製造方法によって、基板と、自己組織化単分子膜と、ポリマーブラシを化学的に結合したセンサー素子を得ることができる。   As described above, according to the present invention, a specific target substance such as an odor molecule can be selectively captured by a water-soluble metal phthalocyanine complex. Moreover, a sensor element and a sensor having high sensitivity suitable for the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention can be obtained. Furthermore, the sensor element manufacturing method of the present invention can provide a sensor element in which a substrate, a self-assembled monolayer, and a polymer brush are chemically bonded.

以下、本発明をより詳細に説明する。
<水溶性金属フタロシアニン錯体>
本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体は、[化1][化2][化3]の構造からなり、ターゲット物質を選択的に捕捉できるという特徴を有する。この理由について、本発明者は、次のように推察している。図1(A)(B)を用いて説明する。図1(A)は[化5]に示す従来の水溶性フタロシアニンのフタロシアニン環のスタッキングについて模式的に表す図であり、図1(B)は、[化4]に示す本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体について模式的に表す図である。図1(A)に示すように水溶性フタロシアニン1は平面的な構造を有するため、錯体間でスタッキングが起こりやすい。一方、本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体は、図1(B)に示すように、フタロシアニン環2の周辺を剛直で嵩高な置換基3で修飾することにより、フタロシアニン環2のスタッキングを妨げることができる。また、フタロシアニン環2と剛直で嵩高な置換基3との間にナノスペース4を構築することができ、このナノスペース4に選択的にターゲット物質を捕捉することができると考えられる。
本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体は、選択的にターゲット物質を捕捉することが可能であるため、化学センサーの分子認識膜として用いることができる。
なお、本発明において、ターゲット物質の捕捉とは、水溶性金属フタロシアニン錯体へのターゲット物質の物理的、化学的な吸着を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Water-soluble metal phthalocyanine complex>
The water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention has a structure of [Chemical Formula 1] [Chemical Formula 2] and [Chemical Formula 3], and has a feature that a target substance can be selectively captured. About this reason, this inventor has guessed as follows. This will be described with reference to FIGS. FIG. 1 (A) is a diagram schematically showing stacking of the phthalocyanine ring of the conventional water-soluble phthalocyanine shown in [Chemical Formula 5], and FIG. 1 (B) is the water-soluble metal of the present invention shown in [Chemical Formula 4]. It is a figure showing typically a phthalocyanine complex. Since water-soluble phthalocyanine 1 has a planar structure as shown in FIG. 1A, stacking is likely to occur between complexes. On the other hand, the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention can prevent stacking of the phthalocyanine ring 2 by modifying the periphery of the phthalocyanine ring 2 with a rigid and bulky substituent 3 as shown in FIG. it can. Further, it is considered that the nanospace 4 can be constructed between the phthalocyanine ring 2 and the rigid and bulky substituent 3, and the target substance can be selectively captured in the nanospace 4.
Since the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention can selectively capture a target substance, it can be used as a molecular recognition film of a chemical sensor.
In the present invention, capture of the target material means physical and chemical adsorption of the target material to the water-soluble metal phthalocyanine complex.

Figure 2010132559
Figure 2010132559

Figure 2010132559
Figure 2010132559

本発明にかかる水溶性金属フタロシアニン錯体の置換基について説明する。
R1、R2、R3、R4は、フタロシアニン環の周辺を修飾する置換基であり、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される。これらの置換基は、剛直で嵩高な構造を有しているので、フタロシアニン環のスタッキングを防ぐ効果が得られる。
R1、R2、R3、R4は、捕捉したいターゲット物質に合わせてナノスペースを構築するよう、それぞれ独立に置換基を選定することもできるし、すべて同一の置換基とすることもできる。
R1、R2、R3、R4としては、ポリフェニレンが好ましい。ポリフェニレンの剛直な構造は高効率な電子導電性や光伝導性といった物理的性質を本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体に与える。
ポリフェニレンとしては、ペンタフェニルベンゼンやトリフェニレンが好ましい。
The substituent of the water-soluble metal phthalocyanine complex according to the present invention will be described.
R1, R2, R3, and R4 are substituents that modify the periphery of the phthalocyanine ring, and are selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, and polypyridine. Since these substituents have a rigid and bulky structure, an effect of preventing stacking of the phthalocyanine ring can be obtained.
R 1, R 2, R 3, and R 4 can be independently selected as a substituent so as to construct a nanospace in accordance with the target material to be captured, or can all be the same substituent.
R1, R2, R3, and R4 are preferably polyphenylene. The rigid structure of polyphenylene gives the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention physical properties such as highly efficient electronic conductivity and photoconductivity.
As polyphenylene, pentaphenylbenzene and triphenylene are preferable.

Aは、R1、R2、R3、R4の一部を置換するイオン性親水性基であって、本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体に水溶性を付与する。イオン性親水性基としては、−SO 基、−COO、−NH 、−O、−CN、−N(CH3+が好ましい。イオン性親水基は、中和して塩としてもよい。 A is an ionic hydrophilic group that substitutes a part of R1, R2, R3, and R4, and imparts water solubility to the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention. As the ionic hydrophilic group, —SO 3 group, —COO , —NH 2 + , —O , —CN , —N (CH 3 ) 3+ are preferable. The ionic hydrophilic group may be neutralized to form a salt.

Aの置換数を表すnは、1〜8の整数から選択される数であって、R1、R2、R3、R4の置換基にあわせ、水溶性金属フタロシアニン錯体が水溶性となるよう適宜選択すればよい。
例えば、R1〜R4としてペンタフェニルベンゼン、Aとして−SO 基を用いた場合、nを5とすることにより、水溶性金属フタロシアニン錯体が得られる。
N representing the number of substitutions of A is a number selected from an integer of 1 to 8, and is appropriately selected so that the water-soluble metal phthalocyanine complex becomes water-soluble in accordance with the substituents of R1, R2, R3, and R4. That's fine.
For example, when pentaphenylbenzene is used as R1 to R4 and —SO 3 group is used as A, a water-soluble metal phthalocyanine complex can be obtained by setting n to 5.

本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体は、ナノスペースによりターゲット物質に対する選択性を有するが、Mもターゲット物質に対する選択性に寄与する。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素であって、フタロシアニンと金属とで錯体を構成する。V=Oは、VとOとの二重結合を表す。Mの中でも、Co(II)は、2−メルカプトエタノールなどのチオールの酸化反応において高い触媒能を有する。
The water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention has selectivity for the target material due to the nanospace, but M also contributes to the selectivity for the target material.
M is one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt. A complex is composed of phthalocyanine and metal. V = O represents a double bond between V and O. Among M, Co (II) has a high catalytic ability in the oxidation reaction of thiols such as 2-mercaptoethanol.

次に、本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体の合成について説明する。
ポリフェニレンなどの置換基とN,N−ジメチルアミノエタノールを反応容器に入れ、15〜30分間脱気した後、金属塩化物を加え、15〜30分間脱気を行う。その後、反応温度150〜170℃で、反応時間24〜48時間で攪拌還流し、反応を進行させる。得られた反応溶液を減圧濃縮し、例えば、アルミナのカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン)等により、単離、精製することにより、金属フタロシアニン錯体を合成することができる。なお、反応は窒素気流下で行うことが好ましい。
Next, the synthesis of the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention will be described.
A substituent such as polyphenylene and N, N-dimethylaminoethanol are put in a reaction vessel and degassed for 15 to 30 minutes, and then metal chloride is added and degassed for 15 to 30 minutes. Thereafter, the reaction is stirred and refluxed at a reaction temperature of 150 to 170 ° C. for a reaction time of 24 to 48 hours to allow the reaction to proceed. The obtained reaction solution is concentrated under reduced pressure, and a metal phthalocyanine complex can be synthesized by isolating and purifying by, for example, alumina column chromatography (dichloromethane). The reaction is preferably performed under a nitrogen stream.

続いて、得られた金属フタロシアニン錯体のポリフェニレンなどの置換基の一部をイオン性親水性基で置換し、水溶性金属フタロシアニン錯体を得る。得られた水溶性金属フタロシアニン錯体を固体として取り出すためには、イオン性親水性基を中和した塩とし、透析を行えばよい。
例えば、イオン性親水性基による置換が、濃硫酸(HSO)を用いるスルホン化である場合、その後、NaOHで中和することにより、スルホン酸ナトリウム塩となる。このスルホン酸ナトリウム塩を置換基として有する水溶性金属フタロシアニン錯体を固体として取り出すためには、透析を行えばよい。
Subsequently, a part of the substituents such as polyphenylene of the obtained metal phthalocyanine complex is substituted with an ionic hydrophilic group to obtain a water-soluble metal phthalocyanine complex. In order to take out the obtained water-soluble metal phthalocyanine complex as a solid, a salt obtained by neutralizing an ionic hydrophilic group may be used and dialyzed.
For example, when the substitution with an ionic hydrophilic group is sulfonation using concentrated sulfuric acid (H 2 SO 4 ), it is then neutralized with NaOH to form a sodium sulfonate salt. In order to take out the water-soluble metal phthalocyanine complex having the sulfonic acid sodium salt as a substituent as a solid, dialysis may be performed.

なお、錯体を構成する金属は、金属塩化物として添加することが好ましく、塩化コバルト、塩化鉄、塩化ニッケル、塩化銅などを用いることが好ましい。   In addition, it is preferable to add the metal which comprises a complex as a metal chloride, and it is preferable to use cobalt chloride, iron chloride, nickel chloride, copper chloride, etc.

<センサー素子>
本発明のセンサー素子について説明する。
<Sensor element>
The sensor element of the present invention will be described.

本発明のセンサー素子は、ポリマーブラシに荷電性モノマーを有する修飾基を導入することにより、ターゲット物質の官能基をポリマーブラシ周辺に引き付けて濃縮し、センサー素子としての感度を向上する。
また、荷電性モノマーを導入したポリマーブラシに水溶性金属フタロシアニン錯体を担持することにより、ポリマーブラシに引き付けられたターゲット物質をより確実に水溶性金属フタロシアニン錯体によって捕捉することが可能となる。
さらに、荷電性モノマーの選定によってはポリマーブラシ自身がターゲット物質を捕捉することが可能であるため、その場合は水溶性金属フタロシアニン錯体を担持せずに、センサーの感応材料として用いることができる。
In the sensor element of the present invention, by introducing a modifying group having a chargeable monomer into the polymer brush, the functional group of the target substance is attracted and concentrated around the polymer brush, thereby improving the sensitivity as the sensor element.
In addition, by supporting the water-soluble metal phthalocyanine complex on the polymer brush into which the chargeable monomer is introduced, the target substance attracted to the polymer brush can be more reliably captured by the water-soluble metal phthalocyanine complex.
Furthermore, depending on the selection of the chargeable monomer, the polymer brush itself can capture the target substance, and in that case, it can be used as a sensitive material for the sensor without supporting a water-soluble metal phthalocyanine complex.

図2(A)は、荷電性モノマーを導入したポリマーブラシを伸長した基板の模式図であり、金(Au)基板10上に荷電性モノマー12を導入したポリマーブラシ11を伸長させてある。図2(B)は、図2(A)に水溶性金属フタロシアニン錯体13を担持させた状態を表す模式図である。図2(B)に示すように、ターゲット分子14とその他の分子15が混在する場合であっても、荷電性モノマー12がターゲット分子14を引き付け、水溶性金属フタロシアニン錯体13への捕捉を促す。
なお、ポリマーブラシとは、高分子の片端が材料や基板の表面に結合して、もう片端が自由端である分子をいう。基板表面に構築されたポリマーブラシはやわらかい構造をしており、自身の荷電反発により伸長し、表面に3次元の官能基場を形成することができる。さらに、ブラシの長さを制御することで固定させる分子や集合体の構造にあわせた表面の設計が可能となり、分子レベルで機能性材料を作製することができる。
本発明において、担持とは、ポリマーブラシの荷電基と錯体側鎖の水溶性基とがイオン結合することをいう。また、ポリマーブラシの側鎖とのイオン結合、配位結合、水素結合等によって、錯体がポリマーブラシ内に固定化されることをも含む。
FIG. 2A is a schematic view of a substrate obtained by extending a polymer brush into which a chargeable monomer is introduced. The polymer brush 11 into which a chargeable monomer 12 is introduced is extended on a gold (Au) substrate 10. FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a state where the water-soluble metal phthalocyanine complex 13 is supported on FIG. As shown in FIG. 2B, even when the target molecule 14 and other molecules 15 coexist, the charged monomer 12 attracts the target molecule 14 and promotes trapping in the water-soluble metal phthalocyanine complex 13.
A polymer brush refers to a molecule in which one end of a polymer is bonded to a material or the surface of a substrate and the other end is a free end. The polymer brush constructed on the surface of the substrate has a soft structure and can be extended by its own charge repulsion to form a three-dimensional functional group field on the surface. Furthermore, by controlling the length of the brush, the surface can be designed in accordance with the structure of the molecule to be fixed or the assembly, and a functional material can be produced at the molecular level.
In the present invention, the term “supporting” means that the charged group of the polymer brush is ionically bonded to the water-soluble group of the complex side chain. It also includes immobilization of the complex in the polymer brush by ionic bond, coordinate bond, hydrogen bond, etc. with the side chain of the polymer brush.

センサー素子は、水晶振動子の電極基板や光ファイバーの基板に配置して用いられるので、本発明では、ポリマーブラシを基板に固定化する方法についても提案する。
基板としては、金(Au)からなる基板またはSi系材料の表面に金(Au)薄膜を形成した基板が好ましい。金表面を有する基板は、水晶振動子等の振動型質量検出センサーの電極として用いることができる。
Since the sensor element is used by being arranged on an electrode substrate of a crystal resonator or an optical fiber substrate, the present invention also proposes a method for fixing a polymer brush to the substrate.
As the substrate, a substrate made of gold (Au) or a substrate in which a gold (Au) thin film is formed on the surface of a Si-based material is preferable. A substrate having a gold surface can be used as an electrode of a vibration-type mass detection sensor such as a crystal resonator.

基板表面に、自己組織化単分子膜(以下、SAMsと記す)を形成する。SAMsを基板表面に形成することにより、基板とSAMs、SAMsとポリマーブラシ、それぞれが化学的に結合する。
SAMsは、チオール基(−SH)を持つチオール分子が金と結合して形成される。チオール基を持つ分子としては、2−Mercaptoethanol(2−メルカプトエタノール)、3−Mercapto−1−propanol(3−メルカプト−1−プロパノール)、11−Mercapto−1−undecanol(11−メルカプト−1−ウンデカノール)、Cystine(シスチン)、3,3’−Dithiodipropionic Acid(3,3’−ジチオジプロピオン酸),4,4’−Dithiodibutyric Acid(4,4’−ジチオ二酪酸)などが好ましい。
A self-assembled monolayer (hereinafter referred to as SAMs) is formed on the substrate surface. By forming the SAMs on the substrate surface, the substrate and the SAMs, and the SAMs and the polymer brush are chemically bonded to each other.
SAMs are formed by combining thiol molecules having a thiol group (—SH) with gold. As a molecule having a thiol group, 2-Mercaptoethanol (2-mercaptoethanol), 3-Mercapto-1-propanol (3-mercapto-1-propanol), 11-Mercapto-1-undecanol (11-mercapto-1-undecanol) ), Cystine (cystine), 3,3′-Dithiodipropionic Acid (3,3′-dithiodipropionic acid), 4,4′-Dithiodibutyric Acid (4,4′-dithiodibutyric acid) and the like are preferable.

次に、SAMsを形成した金基板にポリマーブラシを伸張させるため、まずポリマーブラシの重合開始点を導入し、その後ポリマーブラシを伸長する。
重合開始点は、チオール分子鎖のチオールと結合している端とは反対の末端に、2−bromo−2−metyhl propionyl bromide(2−ブロモプロピニル臭素化物)などを結合する。
重合開始点を基点として、荷電性モノマーを修飾基として導入することにより荷電性モノマー自身の荷電反発でポリマーが伸長し、(CHCHX)(ここで、Xは官能基を表し、mは重合度を表す)などのポリマーからなるポリマーブラシが得られる。荷電性モノマーは、ターゲット物質の官能基とは、反対の電荷を有するものを選択することにより、ターゲット物質を引き付ける効果が得られる。荷電性モノマーとしては、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、スチレン、トリメチルビニルアンモニウム臭化物、ビニルスルホン酸ナトリウム塩、ナトリウムアリルスルホン酸塩、2−Hydroxyethyl Acrylate(2−ヒドロキシエチルアクリレート)、4−Hydroxybutyl Acrylate(4−ヒドロキシブチルアクリレート)、2−Cyanoethyl Acrylate(2−シアノエチルアクリレート)、Methacroylcholine Chloride(メタクロイルコリンクロライド)、3−Sulfopropyl Methacrylate Potassium Salt(3−スルホプロピルメタクリレートカリウム塩)、4−ビニルピリジン、1,2,2,6,6−Pentametyl−4−piperidyl Methacrylate(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレート)が好ましい。また、荷電性モノマーとしてスチレンを用いた場合、ポリマーブラシでターゲット物質を捕捉することができる。
ポリマーブラシの重合度は、所望するポリマーブラシの長さに合わせて、適宜設定すればよい。
Next, in order to stretch the polymer brush on the gold substrate on which the SAMs are formed, first the polymerization start point of the polymer brush is introduced, and then the polymer brush is stretched.
The polymerization initiation point binds 2-brom-2-methylhl propionyl bromide (2-bromopropynyl bromide) or the like to the end opposite to the end of the thiol molecular chain that is bonded to thiol.
By introducing a chargeable monomer as a modifying group from the polymerization start point, the polymer expands due to the charge repulsion of the chargeable monomer itself, and (CH 2 CHX) m (where X represents a functional group, m is A polymer brush made of a polymer such as a polymer representing the degree of polymerization is obtained. By selecting a chargeable monomer having a charge opposite to that of the functional group of the target material, an effect of attracting the target material can be obtained. Examples of the chargeable monomer include 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate, methyl methacrylate, styrene, trimethylvinylammonium bromide, vinyl sulfonate sodium salt, sodium allyl sulfonate, 2-hydroxyethyl acrylate (2-hydroxyethyl acrylate) ), 4-Hydroxybutyryl acrylate (4-hydroxybutyl acrylate), 2-Cyanoethyl acrylate (2-cyanoethyl acrylate), Methacryloyl Chloride Chloride (methacryloylcholine chloride), 3-Sulfopropyl Methacrylate sulphopropyl methacrylate 4-vinylpyridine, 1, 2,2,6,6-Pentametyl-4-piperidyl methacrylate (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl methacrylate) is preferred. Further, when styrene is used as the chargeable monomer, the target material can be captured with a polymer brush.
What is necessary is just to set the polymerization degree of a polymer brush suitably according to the length of the desired polymer brush.

本発明にかかるセンサー素子の製造方法について、図6、図7に示すフローチャートを用いて説明する。
図6に示すセンサー素子の製造方法は、基板に、SAMsを固定化する工程(S11)と、重合開始点を導入する工程(S12)と、ポリマーブラシを伸長する工程(S13)とからなる。
一方、図7に示すセンサー素子の製造方法は、基板に、予め重合開始点を導入した前記自己組織化単分子膜(SAMs)を固定化する工程(S21)と、重合開始点を基点として、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシを伸長する工程(S22)とからなる。
いずれの方法でも本発明のセンサー素子を製造することができるが、本発明では図7に示す製造方法を用いることが好ましい。各々の工程の操作を行うにあたって、基板を清浄に保って操作を行うことが重要であるため、工程ごとに基板の洗浄を行う。図6に示す方法は工程が3つであるが、図7に示す方法では工程が2つと工程数が少なく、基板洗浄の回数を減らすことができ、安定して製造することが可能となる。
基板の洗浄は、基板全体またはSAMsを固定化する表面に、piranha溶液をのせ、15分静置した後、蒸留水ですすぎ、Nもしくはclean airで乾燥する。また、洗浄後およびSAMs固定化後は、放置せずに次の工程を行うことが好ましい。
A method for manufacturing a sensor element according to the present invention will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
The manufacturing method of the sensor element shown in FIG. 6 includes a step of fixing SAMs to the substrate (S11), a step of introducing a polymerization start point (S12), and a step of extending a polymer brush (S13).
On the other hand, the method for producing the sensor element shown in FIG. 7 includes a step (S21) of immobilizing the self-assembled monolayers (SAMs) into which a polymerization initiation point has been introduced in advance on a substrate, and the polymerization initiation point as a base point. And a step (S22) of extending a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group.
Although any of the methods can produce the sensor element of the present invention, it is preferable to use the production method shown in FIG. 7 in the present invention. Since it is important to keep the substrate clean when performing operations in each process, the substrate is cleaned for each process. Although the method shown in FIG. 6 has three steps, the method shown in FIG. 7 has two steps and the number of steps is small, the number of times of substrate cleaning can be reduced, and stable manufacturing becomes possible.
For cleaning the substrate, the piranha solution is placed on the entire substrate or the surface on which the SAMs are immobilized, allowed to stand for 15 minutes, rinsed with distilled water, and dried with N 2 or clean air. Further, it is preferable to perform the next step without leaving after washing and immobilization of SAMs.

ポリマーブラシへの水溶性金属フタロシアニン錯体の担持は、水溶性金属フタロシアニン錯体水溶液に、ポリマーブラシを伸長した基板を10分〜24時間浸漬した後、蒸留水で洗浄し、乾燥することにより得られる。このときの水溶性金属フタロシアニン錯体水溶液の濃度は、1mMとすることが好ましい。   The support of the water-soluble metal phthalocyanine complex on the polymer brush can be obtained by immersing the substrate on which the polymer brush has been extended in a water-soluble metal phthalocyanine complex aqueous solution for 10 minutes to 24 hours, washing with distilled water, and drying. The concentration of the water-soluble metal phthalocyanine complex aqueous solution at this time is preferably 1 mM.

<センサー>
本発明にかかるセンサーは、本発明のセンサー素子にターゲット物質が吸着した場合のセンサー素子の物理的な変化を検出する検出手段を有することが好ましい。検出手段としては、電気的検出、光学的検出、化学的検出、電気化学的検出等の方法が適用できる。本発明にかかるセンサーに適用する検出手段としては、振動型質量検出センサーを用いて、ターゲット物質の吸脱着による質量変化を周波数変化として検出することが好ましい。振動型質量検出センサー上の電極を基板として本発明のセンサー素子を配設することにより、高感度なセンサーとなる。振動型質量検出センサーとしては水晶振動子を用いたものが好ましい。またMEMS(Micro Mechanical Electrical System)技術を用いた小型振動子を用いた振動型質量検出センサーを用いることもできる。この場合、QCMに比較して、集積化や回路との集積が容易である。
例えば、水晶振動子微量天秤(QCM)では、水晶発振子の表面に物質が吸着すると、以下のSauerbrey式(1)に従い、吸着した物質の質量に比例して、水晶発振子の基本振動数が変化する。ここで、ΔFは、基本振動数の変化、Δmは重量変化、Kは定数である。
ΔF=−K×Δm・・・(1)
<Sensor>
The sensor according to the present invention preferably has detection means for detecting a physical change of the sensor element when the target substance is adsorbed on the sensor element of the present invention. As detection means, methods such as electrical detection, optical detection, chemical detection, and electrochemical detection can be applied. As a detection means applied to the sensor according to the present invention, it is preferable to detect a mass change due to adsorption / desorption of the target substance as a frequency change using a vibration type mass detection sensor. By arranging the sensor element of the present invention using the electrode on the vibration mass detection sensor as a substrate, a highly sensitive sensor is obtained. As the vibration type mass detection sensor, a sensor using a crystal resonator is preferable. Further, a vibration type mass detection sensor using a small vibrator using a MEMS (Micro Mechanical Electrical System) technique can be used. In this case, integration and integration with a circuit are easier than QCM.
For example, in a quartz crystal microbalance (QCM), when a substance is adsorbed on the surface of the crystal oscillator, the fundamental frequency of the crystal oscillator is proportional to the mass of the adsorbed substance according to the Sauerbrey equation (1) below. Change. Here, ΔF is a change in fundamental frequency, Δm is a change in weight, and K is a constant.
ΔF = −K × Δm (1)

本発明にかかる水溶性金属フタロシアニン錯体として、[化4]で表されるβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)を合成した。
スルホン化βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)の合成は、まず(1)3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼンを合成し、(2)得られた3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼンを原料として、βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)を合成し、(3)スルホン化および透析を行った。
得られたβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)について、(4)評価を行った。
以下、順次、合成方法(1)〜(3)、評価(4)について説明する。
(1)3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼンの合成
3,4−ジシアノジフェニルアセチレン0.19g(8.19×10−4mol)、テトラフェニルシクロペンタジエノン0.38g(9.83×10−4mol)、ジフェニルエーテル4mlをフラスコに入れ、210℃で20時間攪拌還流した。室温に戻ってから反応溶液をシリカゲルのカラムクロマトグラフィー(石油エーテル→石油エーテル/ジクロロメタン=1)で精製を行い、減圧乾燥して、3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼンを得た。
なお、3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼンの合成は、窒素気流下で行った。
As a water-soluble metal phthalocyanine complex according to the present invention, β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt represented by [Chemical Formula 4] ( II) was synthesized.
In the synthesis of sulfonated β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II), first, (1) 3,4-dicyanohexaphenylbenzene was synthesized, and (2) obtained 3 Β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II) was synthesized from 1,4-dicyanohexaphenylbenzene as a raw material, and (3) sulfonation and dialysis were performed.
The obtained β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) was evaluated (4).
Hereinafter, the synthesis methods (1) to (3) and the evaluation (4) will be sequentially described.
(1) Synthesis of 3,4-dicyanohexaphenylbenzene 3,4-dicyanodiphenylacetylene 0.19 g (8.19 × 10 −4 mol), tetraphenylcyclopentadienone 0.38 g (9.83 × 10 −4 mol) ), 4 ml of diphenyl ether were placed in a flask and stirred and refluxed at 210 ° C. for 20 hours. After returning to room temperature, the reaction solution was purified by silica gel column chromatography (petroleum ether → petroleum ether / dichloromethane = 1) and dried under reduced pressure to obtain 3,4-dicyanohexaphenylbenzene.
The synthesis of 3,4-dicyanohexaphenylbenzene was performed under a nitrogen stream.

(2)βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)の合成
次に3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼンを原料として、βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)を合成した。
3,4−ジシアノヘキサフェニルベンゼン0.30g(5.13×10−4mol)と、N,N―ジメチルアミノエタノール3mlをフラスコに入れ、30分間脱気した後、無水塩化コバルト(II)0.033g(2.57×10−4mol)を加え、再び30分間脱気を行った。その後、170℃で48時間攪拌還流した。反応溶液を減圧濃縮した後、アルミナのカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン)を2回かけて精製を行い、減圧乾燥して、βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)を合成した。
なお、βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)の合成は、窒素気流下で行った。
(2) Synthesis of β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II) Next, using 3,4-dicyanohexaphenylbenzene as a raw material, β-tetrakis (2,3,4,5) -Pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II) was synthesized.
0.30 g (5.13 × 10 −4 mol) of 3,4-dicyanohexaphenylbenzene and 3 ml of N, N-dimethylaminoethanol were placed in a flask, deaerated for 30 minutes, and then added with anhydrous cobalt (II) chloride (0.1). 033 g (2.57 × 10 −4 mol) was added, and deaeration was performed again for 30 minutes. Thereafter, the mixture was stirred and refluxed at 170 ° C. for 48 hours. After the reaction solution was concentrated under reduced pressure, purification was performed by applying alumina column chromatography (dichloromethane) twice, followed by drying under reduced pressure, and β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II ) Was synthesized.
The synthesis of β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II) was performed under a nitrogen stream.

(3)βテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)のスルホン化および透析
(2)で得られたβテトラキス(2,3,4,5−ペンタフェニルベンゼン)フタロシアネートコバルト(II)0.10g(2.5×10−5mol)と濃硫酸2mlをフラスコに入れ、100℃で1時間攪拌還流した。反応溶液をクエンチし、水酸化ナトリウムで中和した後、0.2ml/cmの透析チューブを用いて透析を行い、減圧乾燥して、βテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)を得た。
(3) Sulfonation and dialysis of β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) phthalocyanate cobalt (II) β-tetrakis (2,3,4,5-pentaphenylbenzene) obtained in (2) ) 0.10 g (2.5 × 10 −5 mol) of phthalocyanate cobalt (II) and 2 ml of concentrated sulfuric acid were placed in a flask and stirred and refluxed at 100 ° C. for 1 hour. The reaction solution was quenched, neutralized with sodium hydroxide, dialyzed using a 0.2 ml / cm dialysis tube, dried under reduced pressure, and β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2, 3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) was obtained.

(4)評価
におい分子を選択的に捕捉しうるかを評価するため、DOメータを用いて、(3)で得られたβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)の濃度6.0×10−6mol/l水溶液に2−メルカプトエタノールを混入し、溶存酸素の測定を行ったところ、最大反応速度Vmaxが1.8×10−4mol/l・min、触媒回転数kが30min−1であった。
また、比較のため、一般式[化6]で表されるβテトラキス(スルホニル)フタロシアネートコバルト(II)の濃度8.8×10−6mol/l水溶液に2−メルカプトエタノールを混入し、溶存酸素の測定を行ったところ、最大反応速度Vmaxが3.75×10−4mol/l・min、触媒回転数kが426min−1であった。

Figure 2010132559
(4) Evaluation In order to evaluate whether or not odor molecules can be selectively captured, the β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5) obtained in (3) is used using a DO meter. 5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) concentration of 6.0 × 10 −6 mol / l was mixed with 2-mercaptoethanol, and dissolved oxygen was measured. The maximum reaction rate Vmax was It was 1.8 × 10 −4 mol / l · min, and the catalyst rotation speed k 5 was 30 min −1 .
For comparison, 2-mercaptoethanol was mixed in an aqueous solution of 8.8 × 10 −6 mol / l of β-tetrakis (sulfonyl) phthalocyanate cobalt (II) represented by the general formula [Chemical Formula 6] and dissolved. It was subjected to measurement of oxygen, the maximum reaction rate Vmax is 3.75 × 10 -4 mol / l · min, the catalyst turnover number k 5 was 426min -1.
Figure 2010132559

(3)で得られた本発明のβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)が高い触媒能を有することが確認できた。
なお、kは、最大反応速度Vmax(単位はmol/l・min)を錯体の溶液濃度(単位はmol/l)で割った値から求められる。
The β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) obtained in (3) has a high catalytic ability. Was confirmed.
Incidentally, k 5, the maximum reaction rate Vmax (unit mol / l · min) (the unit mol / l) solution concentration of the complex is determined from the values divided by.

ここで、2−メルカプトエタノールの酸化反応による触媒能の測定方法について説明する。
PH7.0、25℃における2−メルカプトエタノール(2HOCHCHSH:RSHと記す場合もある)の酸化反応は次のように進行する。
2HOCHCHSH+O→2HOCHCHS−SCHCHOH+HO+1/2O
酸素消費速度からチオール酸化反応における反応速度を算出し、触媒サイクルの回転数を決定した。
Here, the measuring method of the catalytic ability by the oxidation reaction of 2-mercaptoethanol will be described.
The oxidation reaction of 2-mercaptoethanol (sometimes referred to as 2HOCH 2 CH 2 SH: RSH) at pH 7.0 and 25 ° C. proceeds as follows.
2HOCH 2 CH 2 SH + O 2 2HOCH 2 CH 2 S-SCH 2 CHOH + H 2 O + 1 / 2O 2
The reaction rate in the thiol oxidation reaction was calculated from the oxygen consumption rate, and the number of revolutions of the catalyst cycle was determined.

(5)ガス吸着評価
(3)で得られた本発明のβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)をキャスト法を用いてセンサー素子上に成膜し、におい分子としてアセトン、エタノール、トルエンを吸着させて水晶振動子マイクロバランスセンサー(以下、QCMセンサーと記す)による周波数変化を計測した。また、比較のため、成膜しないセンサー素子を用いて、アセトン、エタノール、トルエンを吸着させてQCMセンサーによる周波数変化を計測した。
キャスト法による成膜は、水晶素板サイズφ8.7mm、金電極径φ5.0mmのセンサー素子上に、0.05wt%のβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)水溶液8μlを塗布し、真空乾燥することにより行った。
(5) Gas adsorption evaluation The β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) of the present invention obtained in (3) is used. A film was formed on the sensor element using a cast method, and acetone, ethanol, and toluene were adsorbed as odor molecules, and a frequency change by a quartz crystal microbalance sensor (hereinafter referred to as a QCM sensor) was measured. Further, for comparison, acetone, ethanol, and toluene were adsorbed using a sensor element that was not formed into a film, and the frequency change by the QCM sensor was measured.
Film formation by the cast method was performed on a 0.05 wt% β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4) on a sensor element having a quartz base plate size of 8.7 mm and a gold electrode diameter of 5.0 mm. , 5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) aqueous solution 8 μl was applied and vacuum dried.

QCMセンサーによる周波数変化の計測は、後述の実施例4と同様に行った。周波数変化を計測した結果を図8、図9、図10に示すが、図8はアセトン4000ppmを導入した場合の周波数変化ΔF、図9はエタノール4000ppmを導入した場合の周波数変化ΔF、図10はトルエン4000ppmを導入した場合の周波数変化ΔFである。図8〜図10において、no filmは成膜しないセンサー素子、Pc−SONaはβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)を成膜したセンサー素子である。
図8、図9、図10を見ると、βテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)を用いることにより、アセトン、エタノール、トルエン、いずれのガスを導入した場合も周波数が下がりガスを吸着できること、ガス種によって周波数変化のパターンが異なることが確認できた。
Measurement of frequency change by the QCM sensor was performed in the same manner as in Example 4 described later. The results of measuring the frequency change are shown in FIGS. 8, 9, and 10. FIG. 8 shows the frequency change ΔF when acetone 4000 ppm is introduced, FIG. 9 shows the frequency change ΔF when ethanol 4000 ppm is introduced, and FIG. This is a frequency change ΔF when 4000 ppm of toluene is introduced. 8 to 10, no film is a sensor element that does not form a film, and Pc—SO 3 Na is β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalo. This is a sensor element in which cyanate cobalt (II) is formed.
Referring to FIGS. 8, 9, and 10, by using β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II), It was confirmed that when any gas such as acetone, ethanol, and toluene was introduced, the frequency decreased and the gas could be adsorbed, and the frequency change pattern varied depending on the gas type.

実施例1で得られたβテトラキス〔2,3,4,5−ペンタ(2,3,4,5,6−スルホニル)ベンゼン〕フタロシアネートコバルト(II)をポリマーブラシに担持したセンサー素子を作製した。
センサー素子は、基板としてSi系材料の表面に金(Au)薄膜を形成した基板を用い、金薄膜表面に(1)自己組織化単分子膜(SAMs)形成、(2)原子移動リビングラジカル重合(ATRP)によるポリマーブラシの伸長、(3)ポリマーブラシへの水溶性金属フタロシアニン錯体の担持により、作製し、(4)評価を行った。以下、(1)(2)について、図3を用いて説明する。図3は、基板の金(Au)表面にポリマーブラシを形成するための工程について説明するための図である。
A sensor element having β-tetrakis [2,3,4,5-penta (2,3,4,5,6-sulfonyl) benzene] phthalocyanate cobalt (II) obtained in Example 1 supported on a polymer brush was produced. did.
The sensor element uses a substrate in which a gold (Au) thin film is formed on the surface of a Si-based material, and (1) self-assembled monolayers (SAMs) are formed on the surface of the gold thin film, and (2) atom transfer living radical polymerization. A polymer brush was elongated by (ATRP), and (3) a water-soluble metal phthalocyanine complex was supported on the polymer brush, and (4) evaluated. Hereinafter, (1) and (2) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining a process for forming a polymer brush on the gold (Au) surface of the substrate.

(1)自己組織化単分子膜(SAMs)形成
図3に示すように、金表面を有する基板100に、11−Mercapto−1−undecanol(11−メルカプト−1−ウンデカノール)を反応させ(チノール処理)、SAMsが形成された基板101を得る。
基板100の金表面はあらかじめ清浄化した。清浄化は1%ドデシル硫酸ナトリウム溶液と硫酸:30%過酸化水素水=4:1のPiranha溶液を用いて、金表面を洗浄した後、蒸留水で十分にすすぐことにより行った。
次に、11−Mercapto−1−undecanolの1mM(0.7mg/ml)エタノール溶液を清浄化した基板の金表面にのせ、24時間放置した。エタノールは窒素で脱気した。放置後、金表面を、エタノールにて洗浄し、乾燥させ、SAMsを形成した基板101を得た。
(1) Formation of self-assembled monolayers (SAMs) As shown in FIG. 3, the substrate 100 having a gold surface is reacted with 11-Mercapto-1-undecanol (11-mercapto-1-undecanol) (tinol treatment). ) To obtain the substrate 101 on which the SAMs are formed.
The gold surface of the substrate 100 was cleaned in advance. The cleaning was performed by washing the gold surface with 1% sodium dodecyl sulfate solution and sulfuric acid: 30% hydrogen peroxide solution = 4: 1 Piranha solution, and then thoroughly rinsing with distilled water.
Next, a 1 mM (0.7 mg / ml) ethanol solution of 11-Mercapto-1-undecanol was placed on the gold surface of the cleaned substrate and allowed to stand for 24 hours. Ethanol was degassed with nitrogen. After standing, the gold surface was washed with ethanol and dried to obtain a substrate 101 on which SAMs were formed.

(2)原子移動リビングラジカル重合(ATRP)によるポリマーブラシの伸長
はじめに、ポリマーブラシの重合開始点を導入する処理を行う。図3に示すように、SAMsを形成した金表面を有する基板101にポリマーブラシの重合開始点を導入し、基板102を得る。
氷浴中において、フラスコに、SAMsを形成した基板101、トリエチルアミン(以下、TEAと記す場合もある)0.07ml(5.4×10−4mol)を入れ、テトラヒドロフラン(以下、THFと記す場合もある)1mlで溶解した。フラスコ内を30分間脱気した後、2−ブロモプロピオニルブロミド0.07ml(5.4×10−4mol)をTHF5mlに溶解させ、滴下漏斗を用いてフラスコ内にゆっくり加え、発熱がおさまってから室温に戻し、窒素雰囲気下で12時間放置した。放置後、フラスコから取り出した基板をTHFで洗浄し、乾燥して、重合開始点を導入した基板102を得た。
(2) Extension of polymer brush by atom transfer living radical polymerization (ATRP) First, a treatment for introducing a polymerization start point of a polymer brush is performed. As shown in FIG. 3, a polymer brush polymerization start point is introduced into a substrate 101 having a gold surface on which SAMs are formed, and a substrate 102 is obtained.
In an ice bath, put SAMs substrate 101, triethylamine (hereinafter sometimes referred to as TEA) 0.07 ml (5.4 × 10 −4 mol) in a flask, and tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF). It was dissolved in 1 ml. After the inside of the flask was degassed for 30 minutes, 0.07 ml (5.4 × 10 −4 mol) of 2-bromopropionyl bromide was dissolved in 5 ml of THF and slowly added into the flask using a dropping funnel. It returned to room temperature and left to stand under nitrogen atmosphere for 12 hours. After standing, the substrate taken out from the flask was washed with THF and dried to obtain a substrate 102 into which a polymerization initiation point was introduced.

次に、重合処理を行い、図3に示すように、重合開始点を導入した基板102にポリマーブラシを伸長する。
反応容器に、重合開始点を導入した基板102、2−(Dimethylamino ethyl)Acrylate〔2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル〕3.037ml(0.02mol)、Fe(II)Br0.014g(0.067mmol)、Triphenylphosphine(トリフェニルホスフィン)0.05g(0.2mmol)、ethyl−II−Bromoisobutyrate(エチル−2−ブロモイソブチレート)0.009ml(0.067mmol)を入れ、凍結、脱気、溶解を行った後、60℃のオイルバス中で3時間反応させた。反応後、基板の金表面をメタノールで洗浄した後、ジクロロメタン中に24時間浸漬させることで金表面に固定化されていない高分子を取り除き、ポリマーブラシを伸長した基板103を得た。
Next, a polymerization process is performed, and as shown in FIG. 3, a polymer brush is extended on the substrate 102 into which the polymerization start point is introduced.
Substrate 102 with a polymerization initiation point introduced into the reaction vessel, 2- (dimethylaminoethyl) acrylate [2- (dimethylamino) -ethyl acrylate] 3.037 ml (0.02 mol), Fe (II) Br 0.014 g (0 0.067 mmol), Triphenylphosphine (triphenylphosphine) 0.05 g (0.2 mmol), ethyl-II-Bromoisobutyrate (ethyl-2-bromoisobutyrate) 0.009 ml (0.067 mmol), frozen, degassed, After dissolution, the mixture was reacted in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours. After the reaction, the gold surface of the substrate was washed with methanol and then immersed in dichloromethane for 24 hours to remove the polymer not immobilized on the gold surface, thereby obtaining a substrate 103 with an extended polymer brush.

(3)ポリマーブラシへの水溶性金属フタロシアニン錯体の担持
1mM(4.438mg/ml)の水溶性金属フタロシアニン錯体水溶液に、ポリマーブラシを伸長した基板103を10分間浸漬し、蒸留水で洗浄し、乾燥する。
AFM(原子間力顕微鏡)による観察、QCMによる質量測定、基板103のRASのスペクトルの同定により、ポリマーブラシに水溶性金属フタロシアニン錯体が担持されていることが、確認できた。
(3) Support of water-soluble metal phthalocyanine complex on polymer brush The substrate 103 with the polymer brush extended is immersed in a 1 mM (4.438 mg / ml) water-soluble metal phthalocyanine complex aqueous solution for 10 minutes, washed with distilled water, dry.
By observation with an AFM (atomic force microscope), mass measurement by QCM, and identification of the RAS spectrum of the substrate 103, it was confirmed that the water-soluble metal phthalocyanine complex was supported on the polymer brush.

(4)評価
正電荷を持つポリマーブラシでは、硫化水素、メチルメルカプタン、酢酸などの酸性ガスを吸着する。これに対し、負電荷を持つポリマーブラシではアンモニア、ジメチルアミン、ピリジンなどの塩基性ガスを吸着する。さらに本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体をポリマーブラシ内に担持すると、金属フタロシアニン錯体の中心金属に配位できる硫化水素、メチルメルカプタン、アンモニア、ピリジンなどのガスに対し選択性が向上する。
(4) Evaluation A polymer brush having a positive charge adsorbs acidic gases such as hydrogen sulfide, methyl mercaptan, and acetic acid. In contrast, a negatively charged polymer brush adsorbs basic gases such as ammonia, dimethylamine, and pyridine. Furthermore, when the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention is supported in a polymer brush, the selectivity is improved with respect to gases such as hydrogen sulfide, methyl mercaptan, ammonia and pyridine that can be coordinated to the central metal of the metal phthalocyanine complex.

実施例2では、SAMsを形成した後、重合開始点を導入し、ポリマーブラシを伸長する方法を用いて、ポリマーブラシを形成した基板を得た。実施例3では、あらかじめ重合開始点を導入したSAMsを基板に形成し、ポリマーブラシを伸長する方法について、図4を用いて説明する。図4は、基板の金(Au)表面にポリマーブラシを形成するための工程を説明するための図である。   In Example 2, after forming SAMs, a substrate on which a polymer brush was formed was obtained by using a method of introducing a polymerization starting point and extending the polymer brush. In Example 3, a method of forming SAMs into which a polymerization start point has been introduced in advance on a substrate and extending a polymer brush will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a process for forming a polymer brush on the gold (Au) surface of the substrate.

(1)自己組織化単分子膜(SAMs)形成
図4に示すように、金表面を有する基板200に、13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)〔13,13’−ジチオ−ビス−(2−ブロモ−3−トリデカノン)〕を反応させ、重合開始点を導入したSAMsを形成した金表面を有する基板201を得る。
基板200の金表面はあらかじめ清浄化した。清浄化は1%ドデシル硫酸ナトリウム溶液と硫酸:30%過酸化水素水=4:1のPiranha溶液を用いて、基板200の金表面を洗浄した後、蒸留水で十分にすすぐことにより行った。
次に、13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)の1mM(0.7mg/ml)dryトルエン溶液を作り、基板200をテフロン板に縦に並べて浸し、60℃のオイルバスで24時間静置し、SAMsを固定化した。その後、基板を、トルエン、エタノールですすぎ、窒素を吹き付け乾燥させ、重合開始点を導入したSAMsを形成した基板201を得た。
(1) Formation of self-assembled monolayers (SAMs) As shown in FIG. 4, 13, 13′-dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone) [13, 13] is formed on a substrate 200 having a gold surface. '-Dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone)] is reacted to obtain a substrate 201 having a gold surface on which SAMs into which a polymerization initiation point has been introduced are formed.
The gold surface of the substrate 200 was cleaned in advance. The cleaning was performed by washing the gold surface of the substrate 200 using a 1% sodium dodecyl sulfate solution and a Piranha solution of sulfuric acid: 30% hydrogen peroxide = 4: 1, and then thoroughly rinsing with distilled water.
Next, a 1 mM (0.7 mg / ml) dry toluene solution of 13,13′-dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone) was prepared, and the substrate 200 was immersed vertically in a Teflon plate at 60 ° C. The SAMs were immobilized by leaving still in an oil bath for 24 hours. Thereafter, the substrate was rinsed with toluene and ethanol, and nitrogen was blown and dried to obtain a substrate 201 on which SAMs into which a polymerization start point was introduced were formed.

なお、13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)は、11−Mercapto−1−undecanolを原料として、重合開始点を導入した化合物である。13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)の合成方法を図5に示す。操作は窒素気流下で行う。氷浴中において、フラスコに、11−mercapto−1−undecanol0.5g(2.246×10−3mol)、10%KHCO水溶液2ml、dryCHCl10mlを入れ、十分脱気する。その後、臭素を少しずつ、白くなるまで加えて、水とジクロロメタンで抽出し無水硫酸ナトリウムで脱水し、シリカゲルのカラムクロマトグラフィー(ジクロロメタン)により精製した。 In addition, 13,13′-dithio-bis- (2-brom-3-tridecanone) is a compound in which a polymerization starting point is introduced using 11-Mercapto-1-undecanol as a raw material. A method for synthesizing 13,13′-dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone) is shown in FIG. The operation is performed under a nitrogen stream. In an ice bath, 11-mercapto-1-undecanol 0.5 g (2.246 × 10 −3 mol), 2 ml of 10% KHCO 3 aqueous solution and 10 ml of dryCH 2 Cl 2 are placed in the flask and thoroughly deaerated. Thereafter, bromine was added little by little until white, extracted with water and dichloromethane, dehydrated with anhydrous sodium sulfate, and purified by silica gel column chromatography (dichloromethane).

(2)原子移動リビングラジカル重合(ATRP)によるポリマーブラシの伸長
重合開始点を導入したSAMsを形成した基板201に、荷電性モノマーとして2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチルを用いて重合処理を行い、図4に示すポリマーブラシを伸長した基板202を作製した。
反応容器に、重合開始点を導入したSAMsを形成した基板201、2−(Dimethylamino ethyl)Acrylate〔2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル〕3.037ml(0.02mol)、Fe(II)Br0.014g(0.067mmol)、Triphenylphosphine(トリフェニルホスフィン)0.05g(0.2mmol)、ethyl−II−Bromoisobutyrate(エチル−2−ブロモイソブチレート)0.009ml(0.067mmol)を入れ、凍結、脱気、溶解を行った後、60℃のオイルバス中で3時間反応させた。反応後、基板の金表面をメタノールで洗浄した後、ジクロロメタン中に24時間浸漬させることで金表面に固定化されていない高分子を取り除き、ポリマーブラシを伸長した基板202を得た。
(2) Extension of polymer brush by atom transfer living radical polymerization (ATRP) The substrate 201 on which the SAMs into which the polymerization initiation point has been introduced is formed using 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate as a chargeable monomer. Then, a substrate 202 was produced by extending the polymer brush shown in FIG.
Substrate 201 on which SAMs having a polymerization initiation point introduced are formed in a reaction vessel, 2- (Dimethylaminoethyl) acrylate [2- (dimethylamino) -ethyl acrylate] 3.037 ml (0.02 mol), Fe (II) Br0 .014 g (0.067 mmol), Triphenylphosphine (triphenylphosphine) 0.05 g (0.2 mmol), ethyl-II-bromoisobutyrate (ethyl-2-bromoisobutyrate) 0.009 ml (0.067 mmol) After deaeration and dissolution, the mixture was reacted in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours. After the reaction, the gold surface of the substrate was washed with methanol, and then immersed in dichloromethane for 24 hours to remove the polymer not immobilized on the gold surface, thereby obtaining a substrate 202 with an extended polymer brush.

3種類の荷電性モノマーを用いてポリマーブラシを伸長したセンサー素子を作製し、QCMセンサーによりガス吸着を行い周波数変化を計測した。また、比較のため、SAMs、ポリマーブラシを形成しないセンサー素子についても周波数変化を計測した。   A sensor element in which a polymer brush was extended using three kinds of chargeable monomers was manufactured, and gas change was performed by a QCM sensor to measure a frequency change. For comparison, frequency changes were also measured for sensor elements not forming SAMs or polymer brushes.

ここで、QCMセンサーについて図11、図12を用いて説明する。図11は、QCMセンサー21の模式図であって、発振器23と、発振器23上に載置されるセンサー素子24とはチャンバー22内に設置され、チャンバー22外の周波数検出カウンタ25と接続される。チャンバー22は、ガス導入バルブ27と窒素導入バルブ30と排気バルブ28を備え、チャンバー22内を所望の雰囲気に制御することができる。また、ガス導入バルブ27にはヒーター29を設け、チャンバー22内に導入するガスを必要に応じて加熱することができる。チャンバー22内には、湿度計(図示せず)を設置してもよい。
チャンバー22内にガス導入バルブ27を通してガスが導入されると、センサー素子24はガスを吸着して質量が変化する。質量変化に伴い周波数が変化するので、この周波数変化を周波数検出カウンタ25によって計測し、周波数検出カウンタ25に接続されるコンピューター26により周波数変化を出力する。周波数検出カウンタ25は、Agilent53131Aユニバーサル周波数カウンタを用いた。
Here, the QCM sensor will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a schematic diagram of the QCM sensor 21, and the oscillator 23 and the sensor element 24 placed on the oscillator 23 are installed in the chamber 22 and connected to the frequency detection counter 25 outside the chamber 22. . The chamber 22 includes a gas introduction valve 27, a nitrogen introduction valve 30, and an exhaust valve 28, and the inside of the chamber 22 can be controlled to a desired atmosphere. Further, the gas introduction valve 27 is provided with a heater 29 so that the gas introduced into the chamber 22 can be heated as necessary. A hygrometer (not shown) may be installed in the chamber 22.
When gas is introduced into the chamber 22 through the gas introduction valve 27, the sensor element 24 adsorbs the gas and changes its mass. Since the frequency changes with the mass change, the frequency change is measured by the frequency detection counter 25, and the frequency change is output by the computer 26 connected to the frequency detection counter 25. As the frequency detection counter 25, an Agilent 53131A universal frequency counter was used.

図12に、センサー素子24の拡大模式図を示す。センサー素子24は、基板31と、基板31上に形成された感応膜32とからなり、端子33を備える。基板31としては、周波数9MHz、水晶素板サイズφ8.7mm、金電極径φ5.0mm、AT−Cut水晶板の両面にクロム/金(厚さ500オングストローム)の電極を蒸着したものを用い(多摩デバイス製)、1ngの物質が電極表面に付着すると周波数が1Hz減少する。感応膜32として、本発明の水溶性金属フタトロシアニン錯体やポリマーブラシからなるポリマー膜を形成する。   FIG. 12 shows an enlarged schematic diagram of the sensor element 24. The sensor element 24 includes a substrate 31 and a sensitive film 32 formed on the substrate 31, and includes a terminal 33. As the substrate 31, a substrate having a frequency of 9 MHz, a crystal base plate size of φ8.7 mm, a gold electrode diameter of φ5.0 mm, and a chromium / gold (thickness 500 angstrom) electrode deposited on both sides of an AT-Cut crystal plate is used (Tama Device made) When 1 ng substance adheres to the electrode surface, the frequency decreases by 1 Hz. As the sensitive film 32, a polymer film made of the water-soluble metal phthalocyanine complex of the present invention or a polymer brush is formed.

図11に示すQCMセンサー21による周波数変化の計測は、はじめに排気バルブ28を開けてチャンバー22内を真空にした後、排気バルブ28を閉じ、窒素導入バルブ30を開け、装置内を窒素雰囲気にした。窒素導入バルブ30を閉じて周波数が安定した状態をベースラインとした。次に、ガス導入バルブ27を開け、ガスを導入した(図13〜図16において、gas inと記す)。ガスの導入は1分間行った。その後、ガス導入バルブ27を閉じ、装置を密封して周波数変化を計測し、ガス導入に伴う周波数変化が一定になったら、排気バルブ28を開けて(図13〜図16において、openと記す)装置内のガスを排気し、窒素導入バルブ30を開けて窒素に置換することで周波数をベースラインに戻した。周波数変化は室温で計測した。
以下、4種類のセンサー素子の製造方法とそれらを用いたガス吸着評価について説明する。
In the measurement of the frequency change by the QCM sensor 21 shown in FIG. 11, first, the exhaust valve 28 is opened and the inside of the chamber 22 is evacuated, then the exhaust valve 28 is closed, the nitrogen introduction valve 30 is opened, and the inside of the apparatus is made a nitrogen atmosphere. . A state where the nitrogen introduction valve 30 was closed and the frequency was stabilized was taken as a baseline. Next, the gas introduction valve 27 was opened to introduce gas (referred to as gas in in FIGS. 13 to 16). The gas was introduced for 1 minute. Thereafter, the gas introduction valve 27 is closed, the apparatus is sealed, and the frequency change is measured. When the frequency change accompanying the gas introduction becomes constant, the exhaust valve 28 is opened (denoted as open in FIGS. 13 to 16). The gas in the apparatus was exhausted, and the nitrogen introduction valve 30 was opened and replaced with nitrogen to return the frequency to the baseline. The frequency change was measured at room temperature.
Hereinafter, four types of sensor element manufacturing methods and gas adsorption evaluation using them will be described.

(1)自己組織化単分子膜(SAMs)形成
水晶素板サイズφ8.7mm、金電極径φ5.0mmのセンサー素子を4つ準備し、洗浄操作を2回繰り返した。洗浄操作は、金電極部分のみにPiranha溶液(濃硫酸:30%過酸化水素水=3:1)をのせ、15分静置した後、蒸留水ですすぎ、Nもしくはclean airで乾燥した。SAMs、ポリマーブラシを形勢しないセンサー素子については、2回の洗浄操作後に周波数変化の計測に供した。
次に、13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)の1mM(0.7mg/ml)dryトルエン溶液を作り、センサー素子をテフロン板に縦に並べて浸し、60℃のオイルバスで24時間静置し、SAMsを固定化した。その後、センサー素子を、トルエン、エタノールですすぎ、窒素を吹き付け乾燥させ、重合開始点を導入したSAMsを形成したセンサー素子を3つ得た。
なお、13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)の合成は、実施例3と同様の方法で行った。
(1) Formation of self-assembled monolayers (SAMs) Four sensor elements having a quartz base plate size of 8.7 mm and a gold electrode diameter of 5.0 mm were prepared, and the washing operation was repeated twice. The washing operation was carried out by placing a Piranha solution (concentrated sulfuric acid: 30% hydrogen peroxide solution = 3: 1) only on the gold electrode portion, allowing to stand for 15 minutes, rinsing with distilled water, and drying with N 2 or clean air. For sensor elements that do not form SAMs or polymer brushes, frequency changes were measured after two washing operations.
Next, a 1 mM (0.7 mg / ml) dry toluene solution of 13,13′-dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone) was made, and the sensor elements were immersed vertically in a Teflon plate at 60 ° C. The SAMs were immobilized by leaving still in an oil bath for 24 hours. Thereafter, the sensor element was rinsed with toluene and ethanol, and dried by spraying nitrogen to obtain three sensor elements formed with SAMs into which a polymerization initiation point was introduced.
The synthesis of 13,13′-dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone) was performed in the same manner as in Example 3.

(2)原子移動リビングラジカル重合(ATRP)によるポリマーブラシの伸長
荷電性モノマーとして、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、スチレンの3種類を準備し、それぞれを修飾基として有するポリマーブラシを形成したセンサー素子を作製した。
(2) Extension of polymer brush by atom transfer living radical polymerization (ATRP) Three types of 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate, methyl methacrylate, and styrene are prepared as chargeable monomers and each has a modification group. A sensor element in which a polymer brush was formed was produced.

<2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル>
mol比で、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル:Triphenylphosphine:FeBr:ethyl−II−bromoisobutyrate=1:0.01:0.003:0.003の割合で反応容器に入れ、Nに置換しながら溶解した。重合開始点を導入したSAMsを形成したセンサー素子をテフロン板に縦に並べて浸し、凍結、乾燥を3回繰り返した後、60℃のオイルバス中で3時間反応させた。反応後、センサー素子の金電極表面をジクロロメタン、メタノールですすぎ、ジクロロメタン中に室温で24時間静置した後、Nで乾燥し、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチルを修飾基として有するポリマーブラシを伸長したセンサー素子を得た。
<2- (Dimethylamino) -ethyl acrylate>
In a molar ratio, 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate: Triphenylphosphine: FeBr 2 : ethyl-II-bromoisobutyrate = 1: 0.01: 0.003: 0.003 into a reaction vessel, and N 2 Dissolved with replacement. Sensor elements on which SAMs having a polymerization initiation point were formed were immersed vertically in a Teflon plate, and after freezing and drying were repeated three times, they were reacted in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours. After the reaction, the gold electrode surface of the sensor element is rinsed with dichloromethane and methanol, allowed to stand in dichloromethane at room temperature for 24 hours, dried with N 2 , and a polymer having 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate as a modifying group A sensor element with an extended brush was obtained.

<メタクリル酸メチル>
mol比で、メタクリル酸メチル:Triphenylphosphine:Fe(II)Br:ethyl−II−Bromoisobutyrate=1:0.01:0.003:0.003の割合で反応容器に入れ、Nに置換しながら溶解した。重合開始点を導入したSAMsを形成したセンサー素子をテフロン板に縦に並べて浸し、凍結、乾燥を3回繰り返した後、60℃のオイルバス中で3時間反応させた。反応後、センサー素子の金電極表面をジクロロメタン、メタノールですすぎ、ジクロロメタン中に室温で24時間静置した後、Nで乾燥し、メタクリル酸メチルを修飾基として有するポリマーブラシを伸長したセンサー素子を得た。
<Methyl methacrylate>
In a molar ratio, methyl methacrylate: Triphenylphosphine: Fe (II) Br: ethyl-II-Bromoisobutyrate = 1: 0.01: 0.003: 0.003 into a reaction vessel and dissolved while substituting with N 2 did. Sensor elements on which SAMs having a polymerization initiation point were formed were immersed vertically in a Teflon plate, and after freezing and drying were repeated three times, they were reacted in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours. After the reaction, the surface of the gold electrode of the sensor element was rinsed with dichloromethane and methanol, allowed to stand in dichloromethane for 24 hours at room temperature, dried with N 2 , and a sensor element with a polymer brush having methyl methacrylate as a modifying group extended. Obtained.

<スチレン>
mol比で、スチレン:Triphenylphosphine:Fe(II)Br:ethyl−II−Bromoisobutyrate=1:0.01:0.003:0.003の割合で反応容器に入れ、Nに置換しながら溶解した。重合開始点を導入したSAMsを形成したセンサー素子をテフロン板に縦に並べて浸し、凍結、乾燥を3回繰り返した後、60℃のオイルバス中で3時間反応させた。反応後、センサー素子の金電極表面をジクロロメタン、メタノールですすぎ、ジクロロメタン中に室温で24時間静置した後、Nで乾燥し、スチレンを修飾基として有するポリマーブラシを伸長したセンサー素子を得た。
<Styrene>
In a molar ratio, styrene: Triphenylphosphine: Fe (II) Br: ethyl-II-Bromoisobutyrate = 1: 0.01: 0.003: 0.003 was placed in a reaction vessel and dissolved while substituting with N 2 . Sensor elements on which SAMs having a polymerization initiation point were formed were immersed vertically in a Teflon plate, and after freezing and drying were repeated three times, they were reacted in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours. After the reaction, the gold electrode surface of the sensor element was rinsed with dichloromethane and methanol, allowed to stand at room temperature in dichloromethane for 24 hours, and then dried with N 2 to obtain a sensor element in which a polymer brush having styrene as a modifying group was elongated. .

(3)ガス吸着評価
(2)で作製した3種類のポリマーブラシを伸長したセンサー素子と、SAMsおよびポリマーブラシを形成しないセンサー素子とを用い、アセトン、エタノール、トルエンをそれぞれ4000ppmずつ導入した場合の周波数変化をQCMセンサーで計測した。アセトンに対する周波数変化ΔFを図13に、エタノールに対する周波数変化ΔFを図14に、トルエンに対する周波数変化ΔFを図15に示す。図13〜図15において、amineは2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル、MMAはメタクリル酸メチル、styleneはスチレンを荷電性モノマーとして用いた場合の周波数変化を、no filmは、SAMs、ポリマーブラシを形成しない場合の周波数変化を示す。
(3) Gas adsorption evaluation In the case where 4000 ppm each of acetone, ethanol, and toluene is introduced using a sensor element obtained by extending the three types of polymer brushes prepared in (2) and a sensor element that does not form SAMs and polymer brushes. Frequency change was measured with a QCM sensor. FIG. 13 shows the frequency change ΔF for acetone, FIG. 14 shows the frequency change ΔF for ethanol, and FIG. 15 shows the frequency change ΔF for toluene. 13 to 15, amine is 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate, MMA is methyl methacrylate, stylene is frequency change when styrene is used as a chargeable monomer, no film is SAMs, polymer brush The frequency change when not forming is shown.

図13〜図15を見ると、ガス種毎にそれぞれのセンサー素子が異なる周波数変化を示すことがわかる。また、styleneの周波数変化に着目すると、アセトン、エタノール、トルエンいずれも周波数が下がり、重量が増加していることが確認できる。このことから、スチレンを修飾基として有するポリマーブラシを形成したセンサー素子は、センサー素子の感度向上に加え、ターゲット物質を捕捉する機能も有することがわかる。MMAは、アセトン、エタノール、トルエンに対しては、周波数変化が少なく、これらをターゲット物質とする場合には捕捉する機能はほとんど有しないが、MMAの官能基がターゲット物質を引き付けるのでセンサー素子として感度向上に寄与する。amineは、トルエンを吸着させた場合、周波数が下がり重量が増加しているのに対し、アセトン、エタノールを吸着させた図13、図14を見ると、周波数が上がり重量が減少している。これは、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチルの官能基である3級アミンが空気中の水をあらかじめ捕捉しており、アセトンやエタノールなどの親水性ガスが導入された際に、捕捉されていた水分がそのガスと導入されたのではないかと考えられる。   It can be seen from FIGS. 13 to 15 that each sensor element shows a different frequency change for each gas type. Further, when attention is paid to the frequency change of stylene, it can be confirmed that all of acetone, ethanol, and toluene have a decreased frequency and an increased weight. From this, it can be seen that the sensor element in which the polymer brush having styrene as the modifying group is formed has a function of capturing the target substance in addition to the improvement of the sensitivity of the sensor element. MMA has little frequency change with respect to acetone, ethanol, and toluene, and when these are used as target substances, it has little function of capturing, but since the functional group of MMA attracts the target substance, it has sensitivity as a sensor element. Contributes to improvement. In the case of amine, when toluene is adsorbed, the frequency decreases and the weight increases, whereas in FIGS. 13 and 14 where acetone and ethanol are adsorbed, the frequency increases and the weight decreases. This is because tertiary amine, which is a functional group of 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate, captures water in the air in advance and is captured when a hydrophilic gas such as acetone or ethanol is introduced. It is thought that the moisture that had been introduced was introduced with the gas.

水をガスとして導入し、QCMセンサーよって周波数変化を計測した結果を、QCMセンサーのチャンバー内の湿度変化とともに図16に示す。図16を見ると、湿度の増加と共に周波数が下がり、湿度の減少と共に周波数が上がることから、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチルが水に対して敏感なことが確認された。   FIG. 16 shows the result of measuring the frequency change by the QCM sensor after introducing water as a gas, together with the humidity change in the chamber of the QCM sensor. When FIG. 16 was seen, since a frequency fell with the increase in humidity and a frequency increased with the decrease in humidity, it was confirmed that 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate is sensitive to water.

(A)従来のフタロシアニン錯体、(B)本発明の水溶性金属フタロシアニン錯体によるスタッキング制御について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the stacking control by the (A) conventional phthalocyanine complex and the (B) water-soluble metal phthalocyanine complex of this invention. (A)は、荷電性モノマーを導入したポリマーブラシを伸長した基板の模式図、(B)は(A)に水溶性金属フタロシアニン錯体を担持させた状態を表す模式図である。(A) is a schematic diagram of the board | substrate which extended | stretched the polymer brush which introduce | transduced the chargeable monomer, (B) is a schematic diagram showing the state which carry | supported the water-soluble metal phthalocyanine complex in (A). 本発明にかかるポリマーブラシの作製方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the preparation methods of the polymer brush concerning this invention. 本発明にかかるポリマーブラシの作製方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the preparation methods of the polymer brush concerning this invention. 13,13’−dithio−bis−(2−bromo−3−tridecanone)の合成方法を示す図である。It is a figure which shows the synthesis | combining method of 13,13'-dithio-bis- (2-bromo-3-tridecanone). センサー素子の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a sensor element. センサー素子の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a sensor element. 本発明の水溶性フタロシアニン錯体にアセトンを吸着した場合の周波数変化を表す図である。It is a figure showing the frequency change at the time of adsorb | sucking acetone to the water-soluble phthalocyanine complex of this invention. 本発明の水溶性フタロシアニン錯体にエタノールを吸着した場合の周波数変化を表す図である。It is a figure showing the frequency change at the time of adsorb | sucking ethanol to the water-soluble phthalocyanine complex of this invention. 本発明の水溶性フタロシアニン錯体にトルエンを吸着した場合の周波数変化を表す図である。It is a figure showing the frequency change at the time of adsorb | sucking toluene in the water-soluble phthalocyanine complex of this invention. QCMセンサーの模式図である。It is a schematic diagram of a QCM sensor. センサー素子の拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of a sensor element. センサー素子にアセトンを吸着した場合の周波数変化を表す図である。It is a figure showing the frequency change at the time of adsorb | sucking acetone to a sensor element. センサー素子にエタノールを吸着した場合の周波数変化を表す図である。It is a figure showing the frequency change at the time of adsorb | sucking ethanol to a sensor element. センサー素子にトルエンを吸着した場合の周波数変化を表す図である。It is a figure showing a frequency change at the time of adsorbing toluene on a sensor element. センサー素子に水を吸着した場合の周波数変化と湿度変化を表す図である。It is a figure showing the frequency change and humidity change at the time of adsorb | sucking water to a sensor element.

符号の説明Explanation of symbols

1…水溶性フタロシアニン、2…フタロシアニン環、3…剛直で嵩高な置換基、4…ナノスペース、10…金基板、11…ポリマーブラシ、12…荷電性モノマー、13…水溶性金属フタロシアニン錯体、14…ターゲット分子、15…その他の分子、21…QCMセンサー、23…発振器、24…センサー素子、25…周波数検出カウンタ、100…基板、101…SAMsを形成した基板、102…重合開始点を導入した基板、103…ポリマーブラシを伸長した基板、200…基板、201…重合開始点を導入したSAMsを形成した基板、202…ポリマーブラシを伸長した基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water-soluble phthalocyanine, 2 ... Phthalocyanine ring, 3 ... Rigid and bulky substituent, 4 ... Nanospace, 10 ... Gold substrate, 11 ... Polymer brush, 12 ... Chargeable monomer, 13 ... Water-soluble metal phthalocyanine complex, 14 ... target molecule, 15 ... other molecules, 21 ... QCM sensor, 23 ... oscillator, 24 ... sensor element, 25 ... frequency detection counter, 100 ... substrate, 101 ... substrate on which SAMs are formed, 102 ... polymerization start point is introduced Substrate, 103 ... Substrate obtained by extending a polymer brush, 200 ... Substrate, 201 ... Substrate on which SAMs having a polymerization start point are introduced, 202 ... Substrate obtained by extending a polymer brush

Claims (12)

下記一般式[化1]で表されることを特徴とする水溶性金属フタロシアニン錯体。
Figure 2010132559
上記一般式[化1]中、R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される置換基を表す。
Aは、R1、R2、R3、R4の少なくとも一部を置換するイオン性親水性基を表す。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素を表す。
nは、1〜8から選択される整数を表す。
A water-soluble metal phthalocyanine complex represented by the following general formula [Chemical Formula 1].
Figure 2010132559
In the general formula [Chemical Formula 1], R 1, R 2, R 3, and R 4 represent a substituent selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole, and polypyridine.
A represents an ionic hydrophilic group that substitutes at least a part of R1, R2, R3, and R4.
M represents one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt.
n represents an integer selected from 1 to 8.
R1、R2、R3、R4が、ポリフェニレンであることを特徴とする請求項1に記載の水溶性金属フタロシアニン錯体。   The water-soluble metal phthalocyanine complex according to claim 1, wherein R1, R2, R3, and R4 are polyphenylene. Aが、−SO 基であることを特徴とする請求項1または2に記載の水溶性金属フタロシアニン錯体。 The water-soluble metal phthalocyanine complex according to claim 1, wherein A is a —SO 3 group. Mが、Coであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水溶性金属フタロシアニン錯体。   The water-soluble metal phthalocyanine complex according to any one of claims 1 to 3, wherein M is Co. 基板と、
前記基板上に形成された自己組織化単分子膜と、
前記自己組織化単分子膜上に形成されたポリマーブラシからなるポリマー膜と、
を有するセンサー素子であって、
前記ポリマーブラシが荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシであることを特徴とするセンサー素子。
A substrate,
A self-assembled monolayer formed on the substrate;
A polymer film comprising a polymer brush formed on the self-assembled monolayer;
A sensor element comprising:
A sensor element, wherein the polymer brush is a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group.
前記ポリマーブラシに、
下記一般式[化2]で表される水溶性金属フタロシアニン錯体が担持されることを特徴とする請求項5に記載のセンサー素子。
Figure 2010132559
上記一般式[化2]中、R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される置換基を表す。
Aは、R1、R2、R3、R4の少なくとも一部を置換するイオン性親水性基を表す。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素を表す。
nは、1〜8から選択される整数を表す。
To the polymer brush,
The sensor element according to claim 5, wherein a water-soluble metal phthalocyanine complex represented by the following general formula [Chemical Formula 2] is supported.
Figure 2010132559
In the above general formula [Chemical Formula 2], R 1, R 2, R 3 and R 4 represent a substituent selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole and polypyridine.
A represents an ionic hydrophilic group that substitutes at least a part of R1, R2, R3, and R4.
M represents one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt.
n represents an integer selected from 1 to 8.
前記荷電性モノマーが、2−(ジメチルアミノ)−アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、スチレンから選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項5または6に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 5, wherein the chargeable monomer is at least one selected from 2- (dimethylamino) -ethyl acrylate, methyl methacrylate, and styrene. 前記基板が、金からなる基板またはSi系材料の表面に金薄膜を形成した基板であることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のセンサー素子。   8. The sensor element according to claim 5, wherein the substrate is a substrate made of gold or a substrate in which a gold thin film is formed on the surface of a Si-based material. 前記自己組織化単分子膜が、チオール基を含有することを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 5, wherein the self-assembled monolayer contains a thiol group. 基板と、
前記基板上に形成された自己組織化単分子膜と、
前記自己組織化単分子膜上に形成され、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシからなるポリマー膜と、
前記ポリマーブラシに担持される下記一般式[化3]で表される水溶性金属フタロシアニン錯体と、
Figure 2010132559
(上記一般式[化3]中、R1、R2、R3、R4は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリピリジンから選択される置換基を表す。
Aは、R1、R2、R3、R4の少なくとも一部を置換するイオン性親水性基を表す。
Mは、Co、Zn、Fe、Ni、Cu、Mn、Al、Mo、V=O、Ru、Ga、Os、Rh、Pd、Ptから選択される1種または2種以上の金属元素を表す。
nは、1〜8から選択される整数を表す。)
からなるセンサー素子と、
前記水溶性金属フタロシアニン錯体によりターゲット物質を捕捉し、捕捉した前記ターゲット物質による前記センサー素子の物理的な変化を検出する検出手段と、
を有することを特徴とするセンサー。
A substrate,
A self-assembled monolayer formed on the substrate;
A polymer film formed on the self-assembled monolayer film and made of a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group;
A water-soluble metal phthalocyanine complex represented by the following general formula [Chemical Formula 3] supported on the polymer brush;
Figure 2010132559
(In the above general formula [Chemical Formula 3], R 1, R 2, R 3 and R 4 represent a substituent selected from polyphenylene, polythiophene, polypyrrole and polypyridine.
A represents an ionic hydrophilic group that substitutes at least a part of R1, R2, R3, and R4.
M represents one or more metal elements selected from Co, Zn, Fe, Ni, Cu, Mn, Al, Mo, V = O, Ru, Ga, Os, Rh, Pd, and Pt.
n represents an integer selected from 1 to 8. )
A sensor element comprising:
A detection means for capturing a target substance with the water-soluble metal phthalocyanine complex, and detecting a physical change of the sensor element due to the captured target substance;
A sensor characterized by comprising:
前記検出手段が、捕捉された前記ターゲット物質による質量変化を振動型質量検出センサーの周波数変化として検出する検出手段であることを特徴とする請求項10に記載のセンサー。   The sensor according to claim 10, wherein the detection unit is a detection unit that detects a mass change due to the captured target material as a frequency change of a vibration type mass detection sensor. 基板に、予め重合開始点を導入した自己組織化単分子膜を固定化する工程と、
前記重合開始点を基点として、荷電性モノマーを修飾基として有するポリマーブラシを伸長する工程と、
を含むことを特徴とするセンサー素子の製造方法。
A step of immobilizing a self-assembled monolayer into which a polymerization initiation point is introduced in advance on a substrate;
A step of extending a polymer brush having a chargeable monomer as a modifying group based on the polymerization initiation point;
A method for producing a sensor element, comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013146732A1 (en) 2012-03-27 2013-10-03 住友精密工業株式会社 Physical quantity sensor
WO2020175678A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 国立大学法人 東京大学 Production method for solid support body, method for forming coating on surface of solid support body, and solid support body

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ303823B6 (en) * 2011-09-01 2013-05-15 Centrum organické chemie s.r.o. Sensing element for measuring moisture, especially for measuring high values of relative humidity up to 90 percent RH even at temperature values above 80 degC and process for its production
CN103399073A (en) * 2013-08-15 2013-11-20 无锡百灵传感技术有限公司 Preparation method of electrochemical sensor based on PPy (polypyrrole) coated manganese nanowire for hydrogen peroxide detection
CN105294707A (en) * 2015-11-23 2016-02-03 辽宁大学 Water-soluble cobalt phthalocyanine and synthesis method
WO2019053870A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 日本碍子株式会社 Gas sensor, gas detection device, and gas detection method
TWI792000B (en) * 2019-06-23 2023-02-11 美商羅門哈斯電子材料有限公司 Gas sensors and methods of sensing a gas-phase analyte
CN114150397B (en) * 2021-11-20 2023-08-29 黑龙江大学 Tetra-beta-carboxylic acid metal phthalocyanine/polypyrrole binary nanofiber and preparation method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04313047A (en) * 1991-03-27 1992-11-05 Mitsubishi Electric Corp Odor sensor
JP2976571B2 (en) * 1991-04-26 1999-11-10 日本電信電話株式会社 Multi-head type chemical sensor
JP3628227B2 (en) * 1999-04-27 2005-03-09 三菱電機株式会社 Gas detection device, sensitive film material and film forming method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013146732A1 (en) 2012-03-27 2013-10-03 住友精密工業株式会社 Physical quantity sensor
WO2020175678A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 国立大学法人 東京大学 Production method for solid support body, method for forming coating on surface of solid support body, and solid support body
JPWO2020175678A1 (en) * 2019-02-28 2021-11-18 国立大学法人 東京大学 A method for manufacturing a solid support, a method for forming a coating on the surface of the solid support, and a solid support.
JP7118476B2 (en) 2019-02-28 2022-08-16 国立大学法人 東京大学 Methods of making solid supports, methods of forming coatings on surfaces of solid supports, and solid supports

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