JP2010501259A - フルオロシランベースのキセロゲル膜を介するマイクロセンサ - Google Patents

Abstract

本発明に開示された対象は、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサに関する。このセンサは、アルキルおよびフッ素化アルキル基の両方を含む、気体透過性ポリシロキサン網状構造膜を含む。いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランの混合物の共縮合から形成することができる。本発明に開示された対象は、センサを作製する方法、サンプル中の一酸化窒素などの気体状化学種の量を選択的に測定する方法、およびポリシロキサン網状構造を含む組成物にも関する。

Description

（関連出願）
本出願は、２００６年８月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／８３９，８７０号の利益を主張し、この仮特許出願の開示は、その全体を本明細書中で参考として援用される。

（技術分野）
本発明に開示されている対象は、アルキルおよびフッ素化アルキル基を含む気体透過膜を含んだセンサに関する。センサは、一酸化窒素および酸素を含めた生物学的に関連のある気体状化学種を、検出し測定するためのバイオセンサとして使用することができる。また、センサを作製するための方法と、サンプル中の気体状化学種の量を測定する方法と、アルキルおよびフッ素化アルキル置換基を有するポリシロキサン網状構造を含む組成物も、提供される。

（政府の利益）
本発明は、米国国立衛生研究所の助成金番号ＥＢ０００７０８から、米国政府の支援により行われた。したがって米国政府は、本発明において一定の権利を有する。

（背景）
一酸化窒素（ＮＯ）は、一酸化窒素シンターゼ（ＮＯＳ）として知られている種類の酵素によって、Ｌ−アルギニンがＬ−シトルリンに変換されるときに、人体内で内因的に合成された２原子遊離基である。内皮由来弛緩因子としてのＮＯの動作について述べている最初の報告以来、生物学的環境におけるＮＯの発生および動作の経路の解明に、多くの研究がなされてきた。特にＮＯは、神経伝達、血管拡張、免疫応答（抗腫瘍および抗菌活性を含む）、血小板凝集の阻害、および血圧制御に関与する。非特許文献１を参照されたい。

小型化電気化学センサは、生理学においてＮＯの空間的および時間的分布を決定するための、将来有望なデバイスである。しかし、そのようなセンサの使用は、低い感度、比較的遅い反応時間、および／またはその他の容易に酸化可能な生物学的化学種（例えば、亜硝酸塩、アスコルビン酸、尿酸、およびドーパミン）によって制約を受けている。これらの制約に対処しようとする試みにおいて、様々な選択透過性ポリマーが合成され、センサ膜として用いられてきた。例えば、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ、米国）は、感度が良好な一酸化窒素センサの製作をもたらす選択膜であることが判明した。残念ながら、標準的な有機溶媒へのポリ（テトラフルオロエチレン）の溶解度が不十分であること、またそのようなフィルムを電極に取り付けまたはコーティングするのに複雑なプロセスを要することが、一酸化窒素の検出および測定で使用されるものも含めたマイクロセンサを製作するための、その膜としての用途を妨げてきた。

Ｚｈａｎｇ，Ｘ．、Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｉｎ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ、９、３４３４〜３４４６頁（２００４年）

したがって、当技術分野では、センサ膜として使用される気体透過性材料が求められている。特に、一般的な溶媒を使用して、また、特定用途の材料の透過性および選択性が調整されるようにかつ様々なセンサ形状および材料が容易にコーティングされるように容易に変更できる方法を介して、合成することができる気体透過性材料が求められている。

（要旨）
いくつかの実施形態では、本発明に開示されている対象は、
（ａ）電極アセンブリと、
（ｂ）電極アセンブリの１つまたは複数の面とサンプルとの間に位置付けられた気体透過膜であって、ポリシロキサン網状構造を含み、このポリシロキサン網状構造中の１個または複数のケイ素原子がアルキル基に共有結合し、ポリシロキサン網状構造中の１個または複数のケイ素原子がフッ素化アルキル基に共有結合している気体透過膜と、
（ｃ）電極アセンブリで電流を測定するための検出器と
を含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサを提供する。

いくつかの実施形態では、気体状化学種は、一酸化窒素および酸素から選択される。

いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、
作用電極を含む電極アセンブリと、
作用電極および参照電極を含む電極アセンブリと、
作用電極、参照電極、および対極を含む電極アセンブリと
からなる群から選択される。

いくつかの実施形態では、作用電極は、白金、白金黒付き白金、タングステン、金、炭素、炭素繊維、およびこれらの組合せから選択された材料を含む。いくつかの実施形態では、参照電極は、銀／塩化銀を含む。いくつかの実施形態では、対極は白金を含む。

いくつかの実施形態では、ポリシラン網状構造は、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含むシラン混合物の縮合生成物である。

いくつかの実施形態では、フルオロシランは、下式を有する構造を含む

（式中、
ｍは、０から１５であり、
ｎは、１から５であり、
ｐは、１、２、または３であり、
各Ｘは、独立に、アルコキシ、アリールオキシ、アラルコキシ、ヒドロキシル、およびハロからなる群から選択され、
各Ｙは、独立に、Ｈ、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される）。

いくつかの実施形態では、フルオロシランは、
（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン；
ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン；
ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン；
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリメトキシシラン；
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン；
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン；
（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン；
（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン；
（ペルフルオロアルキル）エチルトリエトキシシラン；
（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリクロロシラン；およびこれらの組合せからなる群から選択される。

いくつかの実施形態では、アルキルアルコキシシランは、
メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）、
エチルトリメトキシシラン、
プロピルトリメトキシシラン、
ブチルトリメトキシシラン（ＢＴＭＯＳ）、
ヘキシルトリメトキシシラン（ＨＴＭＯＳ）、
オクチルトリメトキシシラン（ＯＴＭＯＳ）、および
これらの組合せ
からなる群から選択される。

いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約１体積％から約９９体積％のフルオロシランを含む。いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約５体積％から約５０体積％のフルオロシランを含む。いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約２０体積％のフルオロシランを含む。

いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランおよび約８０体積％のメチルトリメトキシシランを含む。

いくつかの実施形態では、センサは、内部電解質層を含み、この内部電解質層は、電極アセンブリと気体透過膜との間に位置付けられている。いくつかの実施形態では、内部電解質層がヒドロゲル組成物である。いくつかの実施形態では、ヒドロゲル組成物は、ポリ（ビニルピロリドン）を含む。

いくつかの実施形態では、本発明で開示されている対象は、
（ａ）フルオロシランおよびアルキルアルコキシシランを含むシラン混合物を提供するステップと、
（ｂ）電極アセンブリを提供するステップと、
（ｃ）電極アセンブリの少なくとも一部をシラン混合物でコーティングして、コーティング付き電極を形成するステップと、
（ｄ）コーティング付き電極を乾燥させて、気体透過性ポリシロキサン膜層を、電極アセンブリの少なくとも一部に形成するステップと
を含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサを作製する方法を提供する。

いくつかの実施形態では、シラン混合物を溶媒に溶解させる。いくつかの実施形態では、溶媒は、アルコールおよび水を含む。いくつかの実施形態では、アルコールはエタノールである。

いくつかの実施形態では、溶媒は触媒を含む。いくつかの実施形態では、触媒は塩酸である。

いくつかの実施形態では、乾燥は、周囲温度で行われる。いくつかの実施形態では、乾燥は、高温で行われる。いくつかの実施形態では、乾燥ステップはさらに、ある圧力で、一酸化窒素またはアルゴンの１つに膜層を曝すステップを含む。

いくつかの実施形態では、コーティングは、電極アセンブリをシラン混合物中に浸漬することによって行われる。

いくつかの実施形態では、この方法はさらに、コーティングおよび乾燥ステップを１回または複数回繰り返して、より厚い膜層を提供するステップを含む。

いくつかの実施形態では、電極アセンブリの少なくとも一部をシラン混合物でコーティングする前に、電極アセンブリの少なくとも一部をヒドロゲル材料でコーティングする。

いくつかの実施形態では、本発明により開示された対象は、
（ａ）フルオロシランおよびアルキルアルコキシシランを含むシラン混合物を提供するステップと、
（ｂ）電極アセンブリを提供するステップと、
（ｃ）電極アセンブリの少なくとも一部をシラン混合物でコーティングして、コーティング付き電極を形成するステップと、
（ｄ）コーティング付き電極を乾燥させて、電極アセンブリの少なくとも一部に気体透過性ポリシロキサン膜層を形成するステップと
を含む方法によって作製されたセンサを提供する。

いくつかの実施形態では、本発明により開示された対象は、サンプルと、ポリシロキサン膜を含むセンサとを接触させるステップを含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定する方法を提供し、このポリシロキサン膜は、アルキル基に共有結合した１個または複数のケイ素原子と、フッ素化アルキル基に共有結合した１個または複数のケイ素原子とを含み、さらに、ポリシロキサン膜によって、サンプル中の気体状化学種をセンサが測定することを選択的に可能にする。

いくつかの実施形態では、センサは、電流測定センサである。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン膜は、サンプルと電極アセンブリとの間に位置決めされる。

いくつかの実施形態では、サンプルは、生物学的サンプルまたは環境サンプルである。いくつかの実施形態では、生物学的サンプルが、細胞、組織、生物学的流体、またはこれらの抽出物から選択される。いくつかの実施形態では、サンプルは、脳細胞、マクロファージ、好中球、または血液を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、生きている被験体にある。いくつかの実施形態では、サンプルは、生きている被験体の脳にある。いくつかの実施形態では、サンプルは、単細胞を含む。

いくつかの実施形態では、気体状化学種が、一酸化窒素または酸素である。いくつかの実施形態では、気体状化学種は、２００ｐＭ程度に低い濃度で測定される。

いくつかの実施形態では、本発明で開示されている対象は、ポリシロキサン網状構造を含む組成物を提供し、ポリシロキサン網状構造の１個または複数のケイ素原子はアルキル基に共有結合しており、ポリシロキサン網状構造の１個または複数のケイ素原子は、下記の構造を有するフッ素化アルキル基に共有結合している

（但し、ｍは０から１５であり、ｎは１から５である）。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造の各ケイ素原子は、アルキル基に、またはフッ素化アルキル基に共有結合している。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、生物学的に関連のある気体状化学種を、選択的に透過させることができる。いくつかの実施形態では、生物学的に関連のある気体状化学種は、一酸化窒素および酸素を含む群から選択される。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含む、シラン混合物の縮合生成物である。いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、ゾルゲル法によって形成される。

したがって、本発明で開示されている対象の目的は、サンプル中の気体状化学種の量の測定に関連した、センサ、組成物、および方法を提供することである。

本発明で開示されている対象によって全体的にまたは部分的に対処される、上記にて述べられてきた本発明で開示されている対象の目的、その他の目的、および態様は、以下に最も良く記述されている添付の実施例と併せて、記述が進むにつれて明らかにされよう。

図１Ａは、キセロゲル膜コーティング付き感知チップを含む電極アセンブリの、概略的な縦断面図である。図１Ｂは、いかなる電極アセンブリチップコーティングも存在しない状態で示されている、図１Ａに示される電極電極の感知端部の、概略的な平面図である。 図２Ａは、白金化タングステン−白金ワイヤマイクロ電極の、走査電子顕微鏡写真である。マイクロ電極のテーパ状端部の、約５３μｍの長さの切片が、白金黒によりコーティングされている。マイクロ電極の先端は、５μｍの直径を有する。顕微鏡写真の底部右手の隅に付されているスケールは、５０μｍを表す。 図２Ｂは、図２Ａに記載されているマイクロ電極の、走査電子顕微鏡写真であり、より高い倍率で、マイクロ電極の粗い白金化チップ領域を示している。 図２Ｃは、図２Ａおよび２Ｂに示される、白金化タングステン−白金ワイヤマイクロ電極のチップ領域の、概略図である。マイクロ電極は、白金の層によって覆われた内部タングステンコアを含む。白金層はさらに、白金黒層でコーティングされる（即ち、粗い白金コーティング）。 図３は、白金マクロ電極にコーティングされた様々な化学組成のキセロゲル膜の、一酸化窒素（ＮＯ）の透過性（棒グラフ、左側の軸）および亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）に対する選択性（散布図、右側の軸）を示す複合グラフである。キセロゲル膜は、８０体積％のメチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）および２０体積％のフルオロシラン（即ち、（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン（３ＦＴＭＳ）、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン（９ＦＴＭＳ）、（トリデカフルオロ−１，１，２，２，−テトラヒドロオクチル）−トリメトキシシラン（１３ＦＴＭＳ）、または（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン（１７ＦＴＭＳ））の混合物から調製した。破線は、剥き出しのＰｔ電極の、亜硝酸塩に対する一酸化窒素の選択性を示す。 図４は、２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランを含む（残りは、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ））、シラン混合物の共縮合網状構造を含む膜でコーティングされた、白金黒付き白金（Ｐｔ）マイクロ電極の、動的応答および較正（挿入図）曲線を示す複合グラフである。曲線は、３０ｎＭから１２００ｎＭの間の濃度の一酸化窒素（見出しおよび矢印によって示される）に対する、コーティング付きマイクロ電極の応答を示す。動的応答曲線の右手側は、２μＭから２５μＭの間の濃度の亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）（やはり見出しおよび矢印によって示される）に対するコーティング付きマイクロ電極の応答も示す。 図５は、一酸化窒素濃度が３０ｎＭから３００ｎＭの間での、図４に示された動的応答および較正（挿入図）曲線を拡大した状態を示す複合グラフである。較正曲線の勾配は、−９．９６ｐＡ／ｎＭ；直線性（ｒ）＝０．９９８７である。 図６Ａは、一酸化窒素濃度が０．５μＭから４．０μＭの間での、図４に記載されたコーティング付きマイクロ電極の動的応答曲線である。 図６Ｂは、図６Ａに示される動的応答曲線に対応した較正曲線である。勾配は、−７．６０ｎＡ／μＭ；直線性（ｒ）＝０．９９９９である。 図７Ａは、一酸化窒素濃度が０．５μＭから４．０μＭの間での、コーティングされていない白金黒付き白金マイクロ電極の、動的応答曲線である。 図７Ｂは、図７Ａに示される動的応答曲線対応した較正曲線である。勾配は、−１１．５７ｎＡ／μＭ、直線性は０．９９９９である。 図８は、一酸化窒素濃度が２００ｐＭから３ｎＭの間での（見出しおよび矢印によって示される）、図４に記載されたコーティング付きマイクロ電極の、動的応答および較正（挿入図）曲線の複合グラフである。動的応答曲線の右手側は、１μＭから５μＭの間の濃度での（やはり見出しおよび矢印によって示される）、亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）に対するコーティング付きマイクロ電極の応答も示す。 図９は、２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン（残り（即ち８０体積％）は、メチルトリメトキシシラン、（ＭＴＭＯＳ））を含むシラン混合物の共縮合網状構造を含む膜でコーティングされたマクロ電極の、動的応答（挿入図）および較正曲線の複合グラフである。較正曲線は、コーティング付きマクロ電極が、３６から３６０ｍｍＨｇの間の濃度の酸素ガス（Ｏ_２）に対して線形応答することを示す（勾配＝４４．７ｎＡ／ｍｍＨｇ；ｒ＝０．９９０８）。動的応答曲線は、３６、７２、１５１、および３６０ｍｍＨｇの濃度でＯ_２に対する（見出しおよび矢印によって示される）コーティング付きマクロ電極の応答も示す。 図１０は、キセロゲルコーティング付きスライドガラスへの、ブタ血小板粘着を示す棒グラフである。１７ＦＴＭＯＳによって示される棒は、２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン（残り（即ち８０体積％）は、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ））を含むシラン混合物の共縮合網状構造を含むキセロゲルでコーティングされた、スライドガラスを指す。ＭＴＭＯＳによって示される棒は、ＭＴＭＯＳの縮合によって調製されたキセロゲルでコーティングされたスライドガラスを指す。値は、コーティングされていないスライドガラスに関して観察された血小板粘着に対して決定された。

（詳細な説明）
次に、本発明で開示される対象について、代表的な実施形態が示されている添付の実施例を参照しながら、以下により完全に記述する。しかし、本発明に開示されている対象は、種々の形で具体化することができ、本明細書に記載されている実施形態に限定されると理解すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的にかつ完全になるように、また実施形態の範囲を当業者に十分伝えるように提供される。

他に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明に記述される対象が属する分野の当業者に一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許、およびその他の文献は、その全体が参照により組み込まれる。

明細書および特許請求の範囲の全体を通して、所与の化学式または名称は、全ての光学および立体異性体、ならびにそのような異性体および混合物が存在するラセミ混合物を、包含するものとする。

（略語）
ａｔｍ＝気圧
ＢＴＭＯＳ＝ブチルトリメトキシシラン
℃＝摂氏温度
ＥｔＯＨ＝エタノール
ｇ＝グラム
ｈ＝時
ＨＴＭＯＳ＝ヘキシルトリメトキシシラン
ＭｅＯＨ＝メタノール
ｍｇ＝ミリグラム
ｍｉｎ＝分
μＬ＝マイクロリットル
ｍＬ＝ミリリットル
μｍ＝マイクロメートル
μＭ＝マイクロモル
ｍｍ＝ミリメートル
ＭＲＩ＝磁気共鳴映像法
ＭＴＭＯＳ＝メチルトリメトキシシラン
ｎＡ＝ナノアンペア
ｎｍ＝ナノメートル
ｎＭ＝ナノモル
ＮＭＲ＝核磁気共鳴
ＮＯ＝一酸化窒素
ＮＯ_２ ⁻＝亜硝酸塩
ＮＯＳ＝一酸化窒素シンターゼ
ＯＴＭＯＳ＝オクチルトリメトキシシラン
ｐＡ＝ピコアンペア
ｐＭ＝ピコモル
ＰＢＳ＝リン酸緩衝生理食塩水
Ｐｔ＝白金。

（Ｉ．定義）
以前からの特許法の規則に従い、「ａ」および「ａｎ」という用語は、特許請求の範囲も含めた本出願で使用される場合、「１つまたは複数」を意味する。

本明細書で使用される「約」という用語は、値または質量、重量、時間、体積、直径、もしくはパーセンテージを指す場合、指定された量から±２０％または±１０％、より好ましくは±５％、さらにより好ましくは±１％、なおより好ましくは±０．１％のばらつきを包含するものとするが、それは、そのようなばらつきが、開示された方法を実施するのに適しているからである。

「疎水性」という用語は、所与の範囲まで、水素結合や静電相互作用などの非共有結合力を通して水をはじきまたは水と相互に作用しない、化合物または化学的部分を指す。化合物は、強力な疎水性またはわずかな疎水性にすることができる。化合物または基の、計算された誘電率は、化合物または部分の疎水性のレベルまたは程度を予測するのに使用することができる。より低い誘電率を有する化合物または部分は、より疎水的になる。

「多孔質」という用語は、細孔を有する材料を指す。材料は、約２０〜５００Åの間の範囲にある細孔を含む、メソポーラスにすることができる。材料は、マクロポーラスにすることができ、約５０ｎｍ超の直径を有する細孔を含むことができる。

本明細書で使用される「アルキル」という用語は、Ｃ_１〜Ｃ_２０までの線状（即ち、「直鎖状」）、分岐状、または環状の、飽和または少なくとも部分的また場合によっては完全に不飽和（即ち、アルケニルおよびアルキニル）の炭化水素鎖、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、オクテニル、ブタジエニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、ヘプチニル、およびアレニル基を含めたものを指す。「分岐状」は、メチル、エチル、またはプロピルなどの低級アルキル基が線状アルキル鎖に結合しているアルキル基を指す。例示的な分岐状アルキル基には、限定するものではないがイソプロピル、イソブチル、ｔ−ブチルが含まれ、「低級アルキル」は、１から約８個の炭素原子、例えば１、２、３、４、５、６、７、または８個の炭素原子を有するアルキル基（即ち、Ｃ_１〜８アルキル）を指す。「高級アルキル」は、約１０から約２０個の炭素原子、例えば１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０個の炭素原子を有するアルキル基を指す。ある実施形態では、「アルキル」は特に、Ｃ_１〜８直鎖状アルキルを指す。その他の実施形態では、「アルキル」は特に、Ｃ_１〜８分岐鎖状アルキルを指す。

アルキル基は、任意選択で、同じにまたは異ならせることができる１個または複数のアルキル基置換基で置換することができる（「置換アルキル」）。「アルキル基置換基」という用語には、アルキル、置換アルキル、ハロ、アリールアミノ、アシル、ヒドロキシル、アリールオキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アリールチオ、アラルキルオキシル、アラルキルチオ、カルボキシル、アルコキシカルボニル、オキソ、およびシクロアルキルが含まれるが、これらに限定するものではない。任意選択で、１個または複数の酸素、硫黄、または置換もしくは非置換窒素原子をアルキル鎖に沿って挿入することができる（但し、窒素置換基は水素、低級アルキル（本明細書では「アルキルアミノアルキル」とも呼ぶ）、またはアリールである）。

このように、本明細書で使用される「置換アルキル」という用語には、本明細書で定義されたアルキル基が含まれ、即ち、このアルキル基の１個または複数の原子または官能基の代わりに、例えばアルキル、置換アルキル、ハロゲン、アリール、置換アリール、アルコキシル、ヒドロキシル、ニトロ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、スルフェート、およびメルカプトを含めた別の原子または官能基が用いられている。いくつかの実施形態では、置換アルキル基はフッ素化アルキル基である。

「フッ素化アルキル」という用語は、Ｃ−Ｈ結合の１つまたは複数がＣ−Ｆ結合によって置き換えられているアルキル基（即ち、Ｃ_１〜Ｃ_２０線状、分岐状、または環状アルキル）を指す。いくつかの実施形態では、アルキル基の全長または全長の一部（即ち、いくつかの連続した炭素原子）が全フッ素化されている（即ち、Ｃ−Ｈ結合のそれぞれが、Ｃ−Ｆ結合によって置き換えられている）。

本明細書で使用される「アリール」という用語は、単一の芳香環、または複数の芳香環であって、１つに融合したもの、共有結合したもの、または限定するものではないがメチレンもしくはエチレン部分などの共通の基に結合したものにすることができる。共通の結合基は、ベンゾフェノンにおけるカルボニル、またはジフェニルエーテルにおける酸素、またはジフェニルアミンにおける窒素にすることもできる。「アリール」という用語は特に、複素環式芳香族化合物を包含する。芳香環は、とりわけフェニル、ナフチル、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ジフェニルアミン、およびベンゾフェノンを含むことができる。特定の実施形態では、「アリール」という用語は、約５から約１０個の炭素原子、例えば５、６、７、８、９、または１０個の炭素原子を含む、環状芳香族を意味し、５および６員炭化水素および複素環式芳香環が含まれる。

アリール基は、任意選択で、同じにまたは異ならせることができる１個または複数のアリール基置換基により置換することができ（「置換アリール」）、この「アリール基置換基」には、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アラルキル、ヒドロキシル、アルコキシル、アリールオキシル、アラルキルオキシル、カルボキシル、アシル、ハロ、ニトロ、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アラルコキシカルボニル、アシルオキシル、アシルアミノ、アロイルアミノ、カルバモイル、アルキルカルバモイル、ジアルキルカルバモイル、アリールチオ、アルキルチオ、アルキレン、および−ＮＲ’Ｒ”が含まれ，Ｒ’およびＲ”は、それぞれ独立に、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、およびアラルキルにすることができる。

したがって、本明細書で使用される「置換アリール」という用語には、本明細書で定義されるアリール基、即ちアリール基の１個または複数の原子または官能基が、例えばアルキル、置換アルキル、ハロゲン、アリール、置換アリール、アルコキシル、ヒドロキシル、ニトロ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、スルフェート、およびメルカプトを含めた別の原子または官能基で置換されたものが含まれる。

アリール基の特定の例には、シクロペンタジエニル、フェニル、フラン、チオフェン、ピロール、ピラン、ピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、イソチアゾール、イソキサゾール、ピラゾール、ピラジン、トリアジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン、インドール、カルバゾール、およびフルオレンなどが含まれるが、これらに限定するものではない。

「アラルキル」は、アリールおよびアルキルが前述の通りであり、かつ置換アリールおよび置換アルキルを含む、アリール−アルキル基を指す。例示的なアラルキル基には、ベンジル、フェニルエチル、およびナフチルメチルが含まれる。

「アルコキシル」は、アルキルが前述の通りであるアルキル−Ｏ−基を指す。本明細書で使用される「アルコキシル」という用語は、例えば、メトキシル、エトキシル、プロポキシル、イソプロポキシル、ブトキシル、ｔ−ブトキシル、およびフェントキシルを指すことができる。「オキシアルキル」および「アルコキシ」という用語は、「アルコキシル」と同義に使用することができる。

「アリールオキシル」および「アリールオキシ」は、アリールが前述の通りであるアリール−Ｏ−基を指し、置換アリールが含まれる。本明細書で使用される「アリールオキシル」という用語は、フェニルオキシルまたはヘキシルオキシル、およびアルキル、置換アルキル、ハロ、またはアルコキシル置換フェニルオキシルまたはヘキシルオキシルを指すことができる。

「アラルキルオキシル」、「アラルコキシ」、および「アラルキルオキシ」は、アラルキル基が前述の通りであるアラルキル−Ｏ−基を指す。例示的なアラルキルオキシ基は、ベンジルオキシルである。

本明細書で使用される「ハロ」、「ハロゲン化物」、または「ハロゲン」は、フルオロ、クロロ、ブロモ、およびヨード基を指す。

「ヒドロキシル」および「ヒドロキシ」という用語は、−ＯＨ基を指す。

「ヒドロキシアルキル」という用語は、−ＯＨ基で置換されたアルキル基を指す。

「シリル」および「シラン」という用語は、ケイ素原子（Ｓｉ）を含む化学基および化合物を指す。

本明細書で使用される「アルコキシシラン」という用語は、ケイ素原子に結合された１、２、３、または４個のアルコキシ基を含む化合物を指す。例えばテトラアルコキシシランは、Ｓｉ（ＯＲ）_４を指し、但しＲはアルキルである。各アルキル基は、同じにまたは異ならせることができる。

「アルキルアルコキシシラン」は、アルコキシ基の１、２、または３個がアルキル基によって置換されているアルコキシシランを指す（即ち、Ｒ’−Ｓｉ（ＯＲ）_３基、Ｒ’_２−Ｓｉ（ＯＲ）_２基、またはＲ’_３−Ｓｉ（ＯＲ）基）。各アルキル基は、同じにまたは異ならせることができる。このように、アルキルアルコキシシランは、少なくとも１つの炭素−Ｓｉ結合を含む。

「フルオロシラン」という用語は、１個または複数のフッ素原子を含むシランを指す。いくつかの実施形態では、フルオロシランは、少なくとも１個のフッ素化アルキル基に結合したケイ素原子を含む化合物である。いくつかの実施形態では、フルオロシランは、式Ｒ”Ｓｉ（Ｘ）_ｐ（Ｙ）_３−ｐの化合物を含む（但し、ｐは１〜３の整数であり；Ｒ”はフッ素化アルキル基であり、各Ｘは加水分解性の基であり（例えば、アルコキシ、アリールオキシ、ヒドロキシル、またはハロ）、各Ｙは、Ｈ、アルキル、アリール、またはアラルキルである）。いくつかの実施形態では、ｐが３であり、フルオロシランは式Ｒ”Ｓｉ（Ｘ）_３の化合物を含む。いくつかの実施形態では、各Ｘ基は、アルコキシ、ヒドロキシル、およびハロから選択される。いくつかの実施形態では、各Ｘは、エトキシ、メトキシ、またはクロロである。

「シラノール」という用語は、−Ｓｉ−ＯＨ基を指す。

「ポリシロキサン」という用語は、式Ｒ_ｎＳｉＸ_ｙＯ_ｍ（但し、ＲはＨ、アルキル、アリール、アラルキル、または置換アルキル基であり、各Ｘはアルコキシ、アリールオキシ、アラルコキシ、ヒドロキシル、またはハロ基である）を有するケイ素−酸素結合の主鎖（即ち、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）を含むポリマー材料を指す。いくつかの実施形態では、各ケイ素原子が１個のＲ基に、例えば１個のアルキルまたはフッ素化アルキル基に共有結合している。また各ケイ素原子は、ケイ素−酸素結合を介して１、２、または３個のその他のケイ素原子に架橋しており、エトキシ、メトキシ、ヒドロキシル、またはクロロなどの０、１、または２個のＸ基に結合している。このように、いくつかの実施形態では、ポリシロキサンにおける架橋レベルが高くなるほど、より少ないＸ基が存在する。「ポリシロキサン」および「シリコーン」という用語は、同義に使用することができる。

本明細書で使用される「酸素」という用語は、気体を指す場合、二酸素、即ちＯ_２を指す。

「共縮合」および「共縮合した」という用語は、２種の異なる化合物（例えば、フルオロシランおよびアルキルアルコキシシランなど）が互いに反応して、第３の化合物を形成しかつアルコールまたは水の１個または複数の分子を放出した場合に形成される材料を指す。

本明細書で使用される「キセロゲル」という用語は、ゾルゲル法を介して形成されたポリマー網状構造を指す。特に、キセロゲルという用語は、シラン混合物を含有する溶液の共縮合から形成されたポリシロキサン網状構造を指すのに使用することができる。

「選択透過性」という用語は、例えば、膜などの材料の選択的な透過性を指す。このように、選択透過的なまたは選択的に透過可能な膜によって、いくつかの分子は膜を通過することが可能になり、それと同時にその他の分子は膜を通過することができない。いくつかの実施形態では、本明細書で使用される「選択透過性」という用語は、小さな無極性気体状分子を透過させ、それと同時により大きなまたはより極性の高い分子を不透過することを、選択的に可能にする膜を指す。

したがって、いくつかの実施形態では、選択透過的なまたは選択的に透過可能な材料または膜は、一酸化窒素および酸素を選択的に透過させ、それと同時に、亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）やアスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェン、ドーパミン、水溶液などの化合物を透過させない。

（ＩＩ．ポリシロキサン組成物）
いくつかの実施形態では、本発明に開示された対象は、アルキル基置換基を有する少なくとも１個のケイ素原子と、フッ素化アルキル基置換基を有する少なくとも１個のケイ素原子とを含む、ポリシロキサン網状構造を提供し、このフッ素化アルキル基は、下記の構造を有するものである

（式中、ｍは０から１５であり、ｎは１から５である）。いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造のケイ素原子のそれぞれが、アルキル基にまたはフッ素化アルキル基に共有結合している。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、生物学的に関連のある気体状化学種、例えば一酸化窒素および／または酸素（Ｏ_２）を選択的に透過させる。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含むシラン混合物の共縮合生成物である。

いくつかの実施形態では、フルオロシランは、下式を有する構造を含む

（式中、
ｍは０から１５であり；
ｎは１から５であり；
ｐは１、２、または３であり；
各Ｘは独立に、アルコキシ、アリールオキシ、アラルコキシ、ヒドロキシル、およびハロからなる群から選択され；
各Ｙは独立に、Ｈ、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される）。

したがってフルオロシランは、フッ素化アルキル基と、縮合反応で生ずることのできる少なくとも１個の加水分解性基とを含むことができる。フルオロシランのケイ素原子は、１個または２個のフッ素化されていない非加水分解性基に結合することもできる。いくつかの実施形態では、ｐが２であり、フルオロシランは２個のＸ基および１個のＹ基を含むことができる。いくつかの実施形態では、ｐが１であり、フルオロシランは１個のＸ基および２個のＹ基を含むことができる。

いくつかの実施形態では、フルオロシランのケイ素原子置換基のそれぞれは、フッ素化アルキル基または加水分解性基である。このように、いくつかの実施形態では、ｐが３であり、フルオロシランは下式を有することができる。

いくつかの実施形態では、各Ｘは独立に、アルコキシまたはハロである。例えば各Ｘは、エトキシ、メトキシ、またはクロロにすることができる。いくつかの実施形態では、各Ｙがアルキルである。

いくつかの実施形態では、フルオロシランは、
（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン；
ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン；
ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン；
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリメトキシシラン；
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン；
（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン；
（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン；
（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン；
（ペルフルオロアルキル）エチルトリエトキシシラン；
（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリクロロシラン；およびこれらの組合せからなる群から選択される。

いくつかの実施形態では、アルキルアルコキシシランは、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）；エチルトリメトキシシラン；プロピルトリメトキシシラン；ブチルトリメトキシシラン（ＢＴＭＯＳ）；ヘキシルトリメトキシシラン（ＨＴＭＯＳ）；オクチルトリメトキシシラン（ＯＴＭＯＳ）；およびこれらの組合せからなる群から選択される。

いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約１体積％から約９９体積％のフルオロシランを含む。いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約５体積％から約５０体積％のフルオロシランを含む。いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約２０体積％のフルオロシランを含む。いくつかの実施形態では、シラン混合物は、約２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランと、約８０体積％のメチルトリメトキシシランとを含む。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、ゾルゲル重合法を使用して形成されたキセロゲルである。ゾルゲル法では、ポリシロキサン網状構造の前駆体（例えば、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシラン）が溶液中に存在する。例えば、前駆体を溶媒に溶解することができる。溶媒は、水と、エタノールやメタノール、プロパノールなどのアルコールとを含むことができる。重合が進むにつれて、前駆体は互いに結合し、高分子（即ち、ゲル）を形成する。

ポリシロキサン網状構造を形成する「ゾルゲル」法には、２つのタイプの化学反応がある。第１のステップでは、アルキルアルコキシシランおよび／またはフルオロシランのアルコキシまたはクロロ基が加水分解される加水分解反応が行われ、それによって、シラノール基（即ち、Ｓｉ原子に結合したヒドロキシ基）が形成される。加水分解反応は、例えば酢酸や塩酸などのブレンステッド酸または塩基（即ち、Ｈ^＋またはＯＨ⁻イオンを発生させる基）で触媒することができる。第２のステップは、２個のシラノールまたは１個のシラノールとアルコキシシランとが反応してシロキサン結合（即ち、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を形成し、それと同時に水の分子またはアルコールの分子を放出する、縮合反応である。

本発明に開示されたフルオロシランをベースにした材料は、固相^２９Ｓｉ ＮＭＲを使用して、表面湿潤性測定を使用して、また、前駆体組成および処理条件に対するキセロゲルの化学構造の変化をモニタする電気化学的技法を使用して、分析することができる。

例えば、ポリマーシランベースの網状構造での共縮合のレベルは、下記のスキーム１に示される、３つの異なるタイプのシリル基に関連したＮＭＲピークの相対量の変化を評価することにより、固相^２９Ｓｉ ＮＭＲを使用してモニタすることができる。あるタイプのシリル基は、２個のヒドロキシル基（スキーム１の構造Ａ）、１個のＲ基（即ち、アルキルまたはフッ素化アルキル基）を含み、１つのシロキサン結合（波線により示される）を介して共縮合シリコーン網状構造に結合されている。第２のタイプのシリル基は、１個のヒドロキシル基、１個のＲ基を含み、網状構造への２個の結合部位を有する（構造Ｂ）。第３のタイプのシリル基（構造Ｃ）は、網状構造への３つの結合部位と１個のＲ基とを含む。

スキーム１．シリル基構造。

様々な可能性ある使用条件に対する、キセロゲルの安定性についても、試験をすることができる。例えばキセロゲル膜は、ある期間にわたり所与のｐＨまたは温度で、溶液中に浸漬することができ、溶液中のＳｉ濃度を測定して（例えば、直流プラズマ発光分光法を使用して）膜断片化の量を決定することができる。キセロゲルは、問題となっている特定の気体状または非気体状化学種に対する選択透過性を決定するためにも、試験をすることができる。ある実施形態では、膜またはこの膜で作製されたデバイスの所望の最終用途に応じて、本発明で開示されたフルオロシランベースのキセロゲル膜の生体適合性を決定することが、望ましくなる可能性がある。このように、いくつかの実施形態では、キセロゲルは、その免疫原性、および／または抗体、タンパク質、および／または哺乳類細胞、組織、または液体中に存在することができるその他の生物学的成分に対するその親和性を決定するために、試験をすることができる。

例えば、本発明に開示されているフルオロシランベースのキセロゲル膜を血液に接触させる場合（例えば、静脈内使用）は、膜の血栓抵抗性を評価しかつ／または調整することが望ましいと考えられる。いくつかの実施形態では、血栓抵抗性は、生体外血小板粘着アッセイを使用して、血小板粘着に耐える膜の能力に応じて評価することができる。Ｍａｒｘｅｒ，Ｓ．Ｍ．ら、Ａｎａｌｙｓｔ、１３０、２０６〜２１２頁（２００５年）。湿潤性や表面粗さなど、キセロゲルごとに変化する可能性のある因子は、膜の血栓抵抗性に影響を及ぼす可能性があると考えられる。Ｍａｒｘｅｒ，Ｓ．Ｍ．ら、Ａｎａｌｙｓｔ、１３０、２０６〜２１２頁（２００５年）を参照されたい。膜の表面湿潤性は、例えば、１つまたは複数の時間にわたり水に曝す前および後に、膜の水接触角を測定することによって決定することができる。表面粗さは、原子間力顕微鏡法や任意のその他の適切な顕微鏡法などの顕微鏡法を介して、評価することができる。Ｍａｒｘｅｒ，Ｓ．Ｍ．ら、Ａｎａｌｙｓｔ、１３０、２０６〜２１２頁（２００５年）を参照されたい。

（ＩＩＩ．センサ）
本発明に開示される対象は、ポリシロキサン網状構造を含んだ気体透過膜を含むセンサを提供する。ポリシロキサン網状構造は、アルキルおよびフッ素化アルキル基の両方を含む。

一般に、本発明に開示されたセンサは、ボルタンメトリーまたはクーロメトリー技法などの電気化学的技法を使用して、気体状化学種の存在を検出することができる。いくつかの実施形態では、センサは、電流測定センサである（即ち固定電位で経時的に、気体状化学種の酸化によって生成された酸化還元電流を検出する）。いくつかの実施形態では、検出器がポテンショスタットである。

したがって、いくつかの実施形態では、本発明に開示された対象は、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサを提供し、このセンサは、
（ａ）電極アセンブリと、
（ｂ）電極アセンブリの１つまたは複数の面とサンプルとの間に位置付けられた気体透過膜であって、ポリシロキサン網状構造を含み、このポリシロキサン網状構造中の１個または複数のケイ素原子がアルキル基に共有結合し、ポリシロキサ網状構造中の１個または複数のケイ素原子がフッ素化アルキル基に共有結合している気体透過膜と、
（ｃ）電極アセンブリで電流を測定するための検出器と
を含む。

いくつかの実施形態では、気体状化学種は、一酸化窒素および酸素から選択される。いくつかの実施形態では、膜は、一酸化窒素および酸素の１種または複数に対して選択的に透過性がある。このように、いくつかの実施形態では、本発明に開示されたセンサは、マクロまたはメソポーラスな膜を含み、いくつかの分子を膜の内部に通しまたは通過させることを可能にする。その他の分子は、そのサイズにより、または膜材料との静電反発により、膜を通過することができない。特に、いずれか１つの特定の理論に拘泥するものではないが、本発明に開示されたポリシロキサン網状構造の膜は、非親水性置換基（即ち、アルキルまたはフッ素化アルキル基）を有するシランからなり、いくつかの実施形態では、網状構造は、荷電化学種（例えば、亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻））に比べ、中性分子（例えば、ＮＯおよびＯ_２）に対して選択的に透過性である。

電極アセンブリは、１、２、３、またはそれ以上の電極を含むことができる。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、１個の電極（即ち、作用電極）を含む。いくつかの実施形態では、センサは、２または３電極構成を含む。このように、いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、作用電極および参照電極を含む。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、作用電極、対極、および参照電極を含む。

電極アセンブリはさらに、電極の少なくとも一部または電極を物理的に含有するように、または電極を互いに絶縁するように、１種または複数の絶縁材料または成分を含むことができる。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、１個または複数の電極を環境から保護するために、かつ／または電極アセンブリの生体適合性を強化するために、コーティングを含むことができる。例えば電極アセンブリは、気体状化学種を検出するセンサの能力を妨げない限り、気体透過膜によって覆われていないアセンブリ部分を覆う生体適合性のポリマーコーティングを含むことができる。

適切な電極材料には、任意の導電性金属と、限定するものではないが白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、タングステン、ニッケル、銅、金、銀、および炭素、および炭素繊維、ならびに酸化物、二酸化物、これらの組合せまたは合金などのその他の材料とが含まれる。いくつかの実施形態では、導電性材料は、炭素（ガラス状炭素を含む）、炭素繊維、白金（白金黒付き白金を含む）、タングステン、銀、銀／塩化銀、金、銅、インジウムスズ酸化物、酸化イリジウム、ニッケル、およびこれらの組合せから選択される。いくつかの実施形態では、作用電極は、白金、白金黒付き白金、タングステン、金、炭素、炭素繊維、およびこれらの組合せから選択された材料を含む。いくつかの実施形態では、参照電極は、銀／塩化銀を含む。いくつかの実施形態では、対極は白金を含む。

センサの寸法は、特定の用途に適するように様々に代えることができる。本発明に開示されたセンサは、直径が約１μｍから約１ｍｍの間であるセンサチップ（即ち、膜でコーティングされた電極アセンブリがサンプルに曝される領域）を有するマイクロセンサを含む。いくつかの実施形態では、マイクロセンサは、１μｍ以下のセンサチップ直径を有する。約１０μｍのセンサチップ直径を有するマイクロセンサは、「超マイクロセンサ」と呼ぶこともできる。本発明で開示されているセンサは、約１〜１０ｍｍのセンサチップ直径を有するマクロセンサも含む。

センサは、柔軟にまたは剛性にすることができる。いくつかの実施形態では、センサは、剛性および柔軟な成分の両方を含むことができる。柔軟な成分を含むことは、センサの所望の最終使用を基にすることができる。例えば柔軟な成分は、生体内でのセンサの位置決め、検索、および／または使用に役立てることができる。

いくつかの実施形態では、ポリシロキサン網状構造は、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含むシラン混合物の縮合生成物である。シラン混合物中のシランの化学構造および相対量は、意図されるセンサの使用に応じて、ポリシロキサン網状構造の生体適合性、表面湿潤性、および多孔率特性を変化させるために変えることができる。

いくつかの実施形態では、センサはさらに、電極アセンブリまたは電極アセンブリの一部と気体透過膜との間に位置付けられた内部電解質層を含むことができる。いくつかの実施形態では、内部電解質層がヒドロゲル組成物である。適切なヒドロゲルには、限定するものではないがポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリルアミド、ポリ（２−アリールアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）（ポリＡＭＰＳ）、およびポリビニルピロリドンを含めたヒドロゲル組成物など、医療用電極に使用されるヒドロゲルが含まれる。いくつかの実施形態では、ヒドロゲル組成物がポリビニルピロリドンを含む。

いくつかの実施形態では、センサは、それぞれがガラス毛細管の分離バレル内に挿入された作用電極および参照電極を含む、クラーク型センサにすることができる。適切なガラス毛細管は、例えば、Ｗｏｒｌｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｓａｒａｓｏｔａ、Ｆｌｏｒｉｄａ、米国から入手可能である。毛細管の終わりでは、ガラスから電極の末端が露出し、気体透過膜によって覆われている。

図１Ａは、代表的なクラーク型センサ１００の縦断面図を概略的に示し、フルオロシランをベースにしたキセロゲルのコーティングを含んでいる。センサ１００のシャフトは、作用電極１０４と参照電極１０６と含む電極アセンブリ１０２を含む。電極は、任意の適切な電極材料のものにすることができ、電極アセンブリおよび／またはセンサの全体としての所望の寸法に対応した任意の適切な寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、電極は、数ｍｍから１マイクロメートルの十分のいくつかの間に及ぶ外径を有することができる。作用電極１０４は、例えば、１２７μｍの外径を有する白金化Ｐｔを含むことができる。参照電極１０６は、２５０μｍの外径を有するＡｇ／ＡｇＣｌを含むことができる。このように、電極アセンブリ１０２は、例えば１．５ｍｍの外径を有することができる。電極１０４および１０６は、電極１０４および１０６を互いに絶縁する絶縁材料１０８（例えば、ホウケイ酸ガラス）によって取り囲まれている。電極アセンブリ１０２の端部１１０は、フルオロシランベースのキセロゲル１１２の層によって覆われている。このように、電極１０４および１０６に到達するには、センサ１００に接触するサンプルからの任意の化学種を、最初にキセロゲル１１２内に拡散させなければならない。電極アセンブリ１０２の他方の端部（図示せず）は、検出器に取着することができる。電極１０４および１０６とキセロゲル１１２との間には、任意選択でヒドロゲル１１４が挟まれている。

図１Ｂは、電極アセンブリ端部１１０の表面から電極アセンブリ１０２を見下ろした状態を示す概略図である。作用電極１０４の端部１０４’と作用電極１０６の端部１０６’は、端部１１０の表面で絶縁材料１０８によって覆われていない。

図２Ａ〜２Ｃは、本発明で開示した対象によるフルオロシランベースのキセロゲルで覆うことができる、単一のマイクロ電極の例を示す。より詳細には、図２Ａは、白金化端部を含むテーパ状タングステン−白金ワイヤマイクロ電極の、顕微鏡写真画像を示す。図２Ａに示されるように、テーパ状のより粗い白金化領域の直径は、白金化領域がより滑らかなマイクロ電極の非白金化領域に接合する約１７μｍから、マイクロワイヤの先端の約５μｍに及ぶ。白金化領域の長さは、約５３μｍである。図２Ｂは、より高い倍率での、マイクロワイヤの白金化領域を示し、白金化プロセスから生ずる白金黒コーティングの粗さをさらに例示している。図２Ｃは、マイクロワイヤが、滑らかな白金（Ｐｔ）層でコーティングされたタングステン（Ｗ）コアを含むことを示す、白金化領域の概略図である。マイクロワイヤ電極の白金化領域では、滑らかな白金層がさらに、白金の粗い層（即ち、白金黒）でコーティングされている。白金黒層の粗さは、白金化領域の表面積を増大させる働きをすることができる。

（ＩＩＩ．Ａ センサ形成）
いくつかの実施形態では、本発明により開示された対象は、
（ａ）フルオロシランおよびアルキルアルコキシシランを含むシラン混合物を提供するステップと、
（ｂ）電極アセンブリを提供するステップと、
（ｃ）電極アセンブリの少なくとも一部をシラン混合物でコーティングして、コーティング付き電極を形成するステップと、
（ｄ）コーティング付き電極を乾燥して、電極アセンブリの少なくとも一部の上に気体透過性ポリシロキサン膜層を形成するステップと
を含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサを作製する方法を提供する。

いくつかの実施形態では、シラン混合物を溶媒に溶解する。いくつかの実施形態では、溶媒は、アルコールおよび水を含む。いくつかの実施形態では、溶媒は、ブレンステッド酸または塩基などの触媒を含む。いくつかの実施形態では、触媒は、塩酸である。このように、いくつかの実施形態では、上記にて記述されたようなゾルゲル化学技法によって、マクロおよびマイクロセンサを製作するための容易に使用可能な方法、ならびにセンサの分析的応答特性を最適化する際の柔軟性が提供される。

電極アセンブリは、１、２、３個、またそれ以上の電極を含むことができる。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、１個の電極（即ち、作用電極）を含む。いくつかの実施形態では、センサは、２または３電極構成を含む。このように、いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、作用電極および参照電極を含む。いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、作用電極、対極、および参照電極を含む。電極アセンブリはさらに、電極（複数可）の少なくとも一部を物理的に含有するように、または電極を互いに絶縁するように、１種または複数の絶縁材料または成分を含むことができる。

いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、クラーク型電極アセンブリである。いくつかの実施形態では、電極アセンブリが、単一の金属ワイヤマイクロ電極または超マイクロ電極である。いくつかの実施形態では、単一金属ワイヤマイクロ電極または超マイクロ電極は、白金黒付き白金または白金黒付き白金／タングステンワイヤを含む。

乾燥プロセス中、溶媒を蒸発させることができる。いくつかの乾燥条件は、網状構造内で任意の残されたアルコキシおよび／またはヒドロキシ基の付加縮合をもたらすことによって、膜の多孔率を低下させるのにも使用することができる。このように、ポリシロキサンの組成（例えば、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランの化学組成比）を変化させることに加え、コーティング付き電極アセンブリを乾燥する方法（例えば、硬化条件）は、センサの感度および選択性を最適化するのに使用することができる。

いくつかの実施形態では、コーティング付き電極アセンブリは、周囲条件にある時間にわたり曝すことによって、乾燥することができる。周囲条件下での乾燥を、経年劣化と呼ぶことができる。周囲条件には、大気圧で室温（即ち、約２０℃から２５℃の間）の空気または乾燥空気（即ち、デシケートされた空気）に曝すことが含まれる。コーティング付き電極アセンブリは、数分（即ち、５分）から１または２時間、あるいは１日から複数日に及ぶ時間にわたって経年劣化する可能性がある。

いくつかの実施形態では、コーティング付き電極アセンブリは、高温で乾燥することにより（即ち、アニールによって）、硬化することができる。例えば、コーティング付き電極アセンブリは、数分から数時間などの期間にわたって約８０℃で硬化することができる。

さらに、いくつかの実施形態では、コーティング付き電極アセンブリは、所与の圧力の気体に曝すことによって、硬化することができる。例えば、コーティング付き電極アセンブリは、ある期間にわたって約１気圧から約５気圧の間の圧力で、ＮＯやアルゴンガスなどの気体に曝すことによって硬化することができる。

本発明により開示された方法の硬化または乾燥ステップは、経年劣化、アニール、またはある圧力の気体への曝露の任意の組合せを含むことができる。

シラン混合物は、任意の好都合な方法により、電極アセンブリにコーティングすることができる。例えば、シラン混合物の一定分量を、ピペット、マイクロピペット、シリンジ、またはマイクロシリンジを使用して、電極アセンブリの一部に置くことができる。あるいは電極アセンブリを、シラン混合物中またはシラン混合物を含む溶液中に浸漬することができる。コーティングは、手作業で、またはロボットもしくはその他の機械化デバイスを使用して、行うことができる。コーティングされた電極アセンブリの一部は、一般に、作用電極の少なくとも一部を含むことになる。

電極アセンブリは、０．０２μＬ／ｍｍ^２程度に少ないシランコーティング混合物でコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、膜は、約０．１μｍから約１０μｍの間の厚さを有する。

いくつかの実施形態では、膜層の厚さは、所望の透過性または選択性の特性のために最適化することができる。このように、いくつかの実施形態では、コーティングまたはコーティングおよび乾燥ステップを、１回または複数回繰り返して、より厚い膜層を実現することができる。

いくつかの実施形態では、電極アセンブリは、シラン混合物でコーティングされる前に、内部電解質層でコーティングされる。いくつかの実施形態では、電解質層は、例えばポリ（ビニルピロリドン）などのヒドロゲル組成物である。ヒドロゲル内部電解質層は、３０ｍＭの塩化ナトリウムと、０．３ｍＭの塩酸と、１％のポリ（ビニルピロリドン）とを水（ｐＨ＝３．５）中に含む混合物で、電極アセンブリを処理することによって形成することができる。例えば電極アセンブリは、ポリ（ビニルピロリドン）混合物に浸漬し、周囲条件下で１０分間乾燥し、その後、シラン混合物でコーティングすることができる。そのような内部電解質層の厚さは、例えば約１．５μＭにすることができる。

（ＩＩＩ．Ｂ．センサの使用）
いくつかの実施形態では、本発明により開示された対象は、サンプル中の気体状化学種の量を測定する方法を提供する。サンプルは、生物学的サンプルまたは環境サンプルにすることができる。特に、本発明に開示されたセンサは、生体外または生体内で生物学的媒体の水溶液などの溶液中に溶解する気体状化学種を、特別にかつ定量的に検出するのに使用することができる。このように、いくつかの実施形態では、センサがバイオセンサである。いくつかの実施形態では、気体が酸素または一酸化窒素である。特定の実施形態では、本発明により開示された対象によって提供されたセンサは、一酸化窒素を検出することができる。

いくつかの実施形態では、センサは、低レベルで存在する、例えば約１０ｎＭ程度の低いレベルで存在する、一酸化窒素または別の気体状化学種を検出し定量することができる。いくつかの実施形態では、気体状化学種は、約２００ｐＭ程度に低い濃度で存在する。例えばセンサは、約２００ｐＭから約４μＭの間のレベルの濃度の気体状化学種を、選択的に測定することができる。いくつかの実施形態では、気体状化学種は、約２００ｐＭから約３００ｎＭの間の濃度である。いくつかの実施形態では、気体状化学種は、約２００ｐＭから約３ｎＭの間の濃度である。

したがって、本発明に開示されたセンサには、ＮＯの生物学的動作を調査し、ＮＯで調節されたプロセスに関連する医学的状態をモニタし、分解、治療薬、もしくは様々な治療薬の副作用、ニトログリセリンや亜硝酸アミルなどのＮＯ関連治療薬の動作を含めたものをモニタする、研究ツールとして使用することができる一酸化窒素センサが含まれる。ＮＯ関連治療薬には、ＮＯ自体を放出するもの、ならびに身体によってＮＯの放出を引き起こすものが含まれる。いくつかの実施形態では、本発明によって開示されたセンサは、神経化学的研究または医学的診断ツールとして使用することができる。

いくつかの実施形態では、気体が測定される生物学的サンプルは、細胞、組織、器官、または生物学的流体の１つである。細胞には、例えば、心臓細胞、脳細胞、マクロファージ細胞、好中球、単球細胞、および内皮細胞を含めることができる。生物学的流体には、血液、血漿、胃液、乳、唾液、および脳脊髄液（ＣＳＦ）などを含めることができる。生物学的サンプルには、細胞培養物、組織培養物、および細胞または組織抽出物も含めることができる。

いくつかの実施形態では、センサは、脳または脳細胞または脳組織中のＮＯを測定するのに使用することができる。いくつかの実施形態では、センサは、血液中、例えば血管中のＮＯレベルを測定するのに使用することができる。いくつかの実施形態では、センサは、マクロファージ細胞、好中球中、またはマクロファージおよび／または好中球を含みあるいは含むと考えられている組織中のＮＯを測定することによって、免疫応答を決定するのに使用することができる。いくつかの実施形態では、センサは、単細胞中のＮＯ濃度を測定するのに使用することができる。

いくつかの実施形態では、本発明に開示された対象の方法は、被験体から得られまたは被験体中に存在する生物学的サンプル中の、一酸化窒素（または別の生物学的に関連のある気体状化学種）の濃度を測定するのに役立てることができる。いくつかの実施形態では、被験体は、ヒト被験体であるが、被験体は、微生物、植物、および動物を含めた任意の生体にすることができることを理解すべきである。

したがって、本明細書で使用される「被験体」という用語は、任意の無脊椎動物種または脊椎動物種を指す。本発明に開示された対象の方法およびセンサは、温血脊椎動物からのサンプルで使用される診断および研究ツールとして、特に有用である。このように、本発明に開示された対象は、哺乳類および鳥類に関する。より具体的には、本明細書には、ヒトなどの哺乳類、ならびに絶滅の危機に瀕しているために重要であり（シベリアトラなど）、経済学的に重要であり（ヒトによる消費のために農場で成育させた動物）、かつ／またはヒトのために社会的に重要な（ペットとしてまたは動物園で飼育されている動物）哺乳類、例えば、ヒト以外の肉食動物（ネコやイヌなど）、ブタ類（ブタ、雄ブタ、およびイノシシなど）、反芻動物（ウシ、雄ウシ、ヒツジ、キリン、シカ、ヤギ、バイソン、およびラクダなど）、およびウマの研究および／または診断のための方法が提供されている。絶滅の危機に瀕しており、動物園で飼育されている種類の鳥類、ならびに家禽、より具体的には飼い慣らされた家禽、例えば七面鳥やニワトリ、アヒル、ガチョウ、ホロホロ鳥などの家禽を含めた鳥類であって、やはりヒトにとって経済的に重要な鳥類の、研究および診断も提供される。このように、被験体には、飼い慣らされたブタ類（ブタ、雄ブタ）、反芻動物、ウマ、および家禽などを含むがこれらに限定するものではない家畜が含まれる。被験体には、げっ歯類（例えば、ラット、マウス、およびハムスター）や霊長類など、生物学的または医学的研究で一般に使用される動物も含まれる。

いくつかの実施形態では、サンプルは、生きている被験体から得られるが、これはもはや生きている被験体中に存在しない。このように、いくつかの実施形態では、ＮＯは、生体外でサンプル中で測定することができる。いくつかの実施形態では、サンプルは、生きている被験体中に存在し、ＮＯ濃度は、生体内でサンンプル中で測定することができる。いくつかの実施形態では、サンプルは、例えば湖、川、小川、池、または任意のその他の野外水源から採取された、空気サンプルや水サンプルなどの環境サンプルである。このように例えば、本発明により開示されたセンサは、例えば燃焼機関または発電所からの廃棄物として生成された、空気中のＮＯのレベルを測定するのに使用することができる。センサは、水域環境中で溶解したＮＯまたはＯ_２のレベルを定量し、そのような環境が動物または植物の生命を維持する能力を評価するのにも使用することができる。

（実施例）
下記の実施例は、本発明に開示された対象の代表的な実施形態を実施するために、当業者に指針が示されるように含めた。本発明の開示および当業者の一般的レベルに照らし、当業者なら、下記の実施例が単なる例示を目的としたものであり、本発明に開示された対象の範囲から逸脱することなく、数多くの変更例、修正例、および代替例を用いることができることを、理解することができる。

本発明に開示された網状構造、膜、およびセンサの調製および特徴付けは、先に記述された方法と同様に行うことができる。例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれるＳｈｉｎ，Ｊ．Ｈ．ら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、７７、３４９４〜３５０１頁（２００５年）を参照されたい。シランは、Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｙｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ、米国）またはＧｅｌｅｓｔ（Ｔｕｌｌｙｔｏｗｎ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ、米国）から得られた。

（実施例１）
（フルオロシランベースのキセロゲルの透過性および選択性）
キセロゲル流延溶液を、ＭＴＭＯＳ（Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｍｉｌｗａｙｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ、米国）４０μＬおよびフルオロシラン（（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン（３ＦＴＭＳ）、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン（９ＦＴＭＳ）、（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクチル）−トリメトキシシラン（１３ＦＴＭＳ）、または（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン（１７ＦＴＭＳ））１０μＬと、２００μＬのエタノール（ＥｔＯＨ）および１００μＬの水とを１０分間混合することによって調製した。キセロゲルの合成は、０．５Ｍ ＨＣｌ １０μＬを添加することによって、触媒された。次いで溶液を、白金黒付き白金作用マイクロ電極の表面に堆積した（３％の塩化白金酸および０．１％の酢酸鉛を水に溶かした白金化溶液で、白金化した）。

ＮＯおよび亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）に対する硬化したキセロゲルの透過性は、１０μＭのＮＯおよび１００μＭの亜硝酸塩溶液中で、キセロゲルでコーティングされたＰｔ電極と剥き出しのＰｔ電極とのピーク電流の比を測定することにより、先に述べた手順に従って電気化学的に評価した。Ｓｈｉｎ，Ｊ．Ｈ．ら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、７７、３４９４〜３５０１頁（２００５年）を参照されたい。亜硝酸塩の存在下でＮＯに対する、キセロゲルで変更を加えたセンサの選択性は、やはり先に述べた手順にしたがって、分離溶液法を使用して決定した。Ｓｈｉｎ，Ｊ．Ｈ．ら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、７７、３４９４〜３５０１頁（２００５年）を参照されたい。

透過性および選択性試験の結果を、図３に示す。図３の棒（中間灰色）グラフ部分によって示されるように、３ＦＴＭＳおよび１７ＦＴＭＳを含むキセロゲルは、最も高いＮＯ透過率を有していた。図３の散布グラフ（明るい色の四角形）によって示されるように、１７ＦＴＭＳを含むキセロゲルは、記述された条件下でＮＯ_２ ⁻上のＮＯを区別するのに、最も有効であった。

（実施例２）
（フルオロシランベースのキセロゲル膜マイクロセンサ）
流延溶液を、ＭＴＭＯＳ（Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｍｉｌｗａｙｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ、米国）４０μＬおよび１０μＬの（ヘプタデカ−フルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン（Ｇｅｌｅｓｔ、Ｔｕｌｌｙｔｏｗｎ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ、米国）と、２００μＬのエタノール（ＥｔＯＨ）および１００μＬの水とを１０分間混合することによって調製した。キセロゲルの合成は、０．５Ｍ ＨＣｌ １０μＬを添加することによって、触媒された。次いで溶液を、白金黒付き白金作用マイクロ電極の表面に堆積した（３％の塩化白金酸および０．１％の酢酸鉛を水に溶かした白金化溶液で、白金化した）。

硬化後、キセロゲル修飾マイクロ電極に関するＮＯ応答および較正曲線を、標準ＮＯ溶液（１．９ｍＭ）の一定分量を室温で常に撹拌しながら１００ｍＬのリン酸緩衝整理食塩水（ＰＢＳ、ｐＨ７．４）に注入することによって得た。電流測定は、ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ６６０Ａポテンショスタット（ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．、Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓ、米国）を使用して行った。電流は、加電圧＋０．８Ｖ（Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して）で記録した。キセロゲル修飾マイクロ電極を、使用前に少なくとも３０分間、事前に分極させた。

図４は、３０ｎＭから１２００ｎＭのＮＯ濃度範囲全体を通した、修飾マイクロ電極に関する応答および較正曲線（挿入図）を示す。動的応答曲線中のそれぞれの落込みは、ＮＯ溶液を一定分量添加したことを示す。修飾マイクロ電圧の応答は、潜在的に妨害する分子種、亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）に関しても評価した。動的応答曲線に示されるように、約４５０秒後には、亜硝酸溶液の一定分量がＰＢＳ溶液に添加され、それによって、２μＭから２５μＭの間の濃度の亜硝酸塩に対する修飾マイクロ電圧の応答を決定した。亜硝酸塩溶液は、亜硝酸ナトリウムから調製した（Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、Ｍｉｓｓｏｕｒｉ、米国）。図４に示されるように（実施例１に記載されたデータに基づいて予測されるように）、コーティング付きマイクロ電極は、ＮＯよりも、亜硝酸塩に対する感度が著しく低いように見えた。

図５は、３０ｎＭから３００ｎＭの間のＮＯ濃度で、図４からの応答曲線および較正曲線（挿入図）を拡大したものを示す。較正曲線は、コーティング付きマイクロ電極が、３０ｎＭから３００ｎＭの間のＮＯ濃度で線形応答を有することを示す（勾配 −９．９６ｐＡ／ｎＭ；ｒ＝０．９９８７）。較正曲線の勾配は、コーティング付きマイクロ電極の応答感度に対応する。

図６Ａは、０．５μＭから４．０μＭの間のＮＯ濃度に対する、コーティング付きマイクロ電極に関する動的応答曲線を示す。対応する較正曲線（図６Ｂに示す）の勾配は、−７．６０ｎＡ／ｍＭ（ｒ＝０．９９９９）である。相対的に、同じ濃度範囲のＮＯに対する、コーティングされていないマイクロ電極（即ち、剥き出しの白金黒付き白金）の動的応答曲線および較正曲線を、図７Ａおよび７Ｂに示す。剥き出しの白金黒付き白金電極の較正曲線の勾配は、−１１．５７ｎＡ／ｍＭ（ｒ＝９９９９）である。

図８は、２００ｐＭから３ｎＭの間の一酸化窒素濃度での、コーティング付きマイクロ電極に関する動的応答曲線および較正曲線（挿入図）を示す。動的応答曲線の右手側は、１μＭから５μＭの間の濃度のＮＯ_２ ⁻に対する、コーティング付きマイクロ電極の応答も示す。

（実施例３）
（フルオロシランベースのキセロゲルコーティング付きセンサの酸素応答）
膜コーティング付きマクロ電極センサは、２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランと、８０体積％のメチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）とを含む膜流延溶液を使用して作製した。流延溶液は、上記実施例２で述べたように調製した。センサは、Ｐｔ作用電極（２ｍｍ）、Ｐｔワイヤ対極（０．６ｍｍ）、およびＡｇ／ＡｇＣｌ（３．０Ｍ ＫＣｌ）参照電極を有する、３電極アセンブリ構成を含んでいた。

酸素応答および構成曲線は、先に述べた方法によって得られた。Ｍａｒｘｅｒ，Ｓ．Ｍ．ら、Ａｎａｌｙｓｔ、１３０、２０６〜２１２頁（２００５年）を参照されたい。より詳細には、膜コーティング付き電極アセンブリを、０、３６、７２、１５１、または３６０ｍｍＨｇのＯ_２で飽和したリン酸緩衝生理食塩（ＰＢＳ）溶液中に配置した。ＰＢＳ溶液は室温であり、常に撹拌した。電流測定を、ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ６６０Ａ（ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ，、Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓ、米国）を使用して行った。電流を、−０．６５Ｖの加電圧（Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して）で記録した。

酸素応答および較正曲線を、図９に示す。較正曲線によって示されるように、膜コーティング付きマクロ電極は、３６ｍｍＨｇから３６０ｍｍＨｇの間の濃度で、Ｏ_２に対して線形応答を有していた。

（実施例４）
（フルオロシランベースのキセロゲル膜の生体適合性）
本発明により開示されたフルオロシランベースのキセロゲル膜の生体適合性を、血小板粘着に抵抗する膜の能力を評価することによって決定した。血小板粘着抵抗性は、先に開示された方法に従って決定した。Ｍａｒｘｅｒ，Ｓ．Ｍ．ら、Ａｎａｌｙｓｔ、１３０、２０６〜２１２頁（２００５年）を参照されたい。

より具体的には、酸性クエン酸デキストロース（ＡＣＤ）−抗凝固ブタ血（２０部の全血に対して３部のＡＣＤ）を、２００×ｇで３０分間、室温で遠心分離して、多血小板血漿（ＰＲＰ）を得た。塩化カルシウムをＰＲＰに添加して、０．２５〜０．５０ｍＭ Ｃａ^２＋の最終濃度にし、それによって正常な血小板活性を維持した。フルオロシランベースのキセロゲル膜でコーティングされたスライドガラスを、湿潤環境で、３７℃のＰＲＰ中に１時間浸漬した。スライドを、タイロード緩衝液（ｐＨ７．４）で濯いで、弱く粘着した血小板を除去した。次いで結合した血小板を、１％グルタルアルデヒド溶液（ｖ／ｖ、タイロード緩衝液）で３０分間固定した。スライドをタイロード緩衝液および水で濯ぎ、５０％、７５％、および９５％のエタノール（ｖ／ｖ、水）に浸漬することによって、それぞれ５分間、化学的に乾燥させ、その後、１００％のエタノールに１０分間浸漬し、最後にヘキサメチルジシラザンに約１２時間浸漬した。

スライドの位相コントラスト画像は、Ｚｅｉｓｓ Ａｘｉｏｖｅｒｔ ２００倒立顕微鏡（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ ＭｉｃｒｏＩｍａｇｉｎｇ，Ｉｎｃ．、Ｃｈｅｓｔｅｒ、Ｖｉｒｇｉｎｉａ、米国）を使用して得た。キセロゲル膜コーティング付きスライド上への血小板粘着の量を、コーティングされていないスライドガラスの場合と比較した。２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランと８０体積％のＭＴＭＯＳとのシラン混合物を含む流延溶液から作製された、フルオロシランベースのキセロゲル膜コーティング付きスライドガラスの相対的な血小板粘着を、図１０に示す（右手の棒、１７ＦＴＭＳによって示される）。単一のシラン、ＭＴＭＯＳを含む流延溶液から作製された、キセロゲル膜コーティング付きスライドガラスに対する相対的な血小板粘着も、図１０に示す（左手の棒、ＭＴＭＯＳによって示される）。

（参考文献）
以下に列挙される参考文献ならびに本明細書中で示されるすべての参考文献は、本明細書中で使用される方法論、技術および／または組成物のための背景を補い、説明し、提供する、または方法論、技術および／または組成物を教示する程度まで、本明細書中に参考として援用される。本願中で言及されるすべての示された特許および刊行物は、本明細書中で特に参考として援用される。

Ｍａｒｘｅｒ，Ｓ．Ｍ．，ら、Ａｎａｌｙｓｔ，１３０，２０６−２１２（２００５）
Ｓｈｉｎ，Ｊ．Ｈ．ら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７７，３４９４−３５０１（２００５）
Ｚｈａｎｇ，Ｘ．，Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｉｎ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ，９，３４３４−３４４６（２００４）。

現在開示されている主題の種々の詳細は、現在開示されている主題の範囲から逸脱することなく改変され得る、ということは理解される。さらに、前述の説明は、例示の目的のためのみであり、限定の目的のためではない。

Claims (69)

1. （ａ）電極アセンブリと、
   （ｂ）電極アセンブリの１つまたは複数の面とサンプルとの間に位置付けられた気体透過膜であって、ポリシロキサン網状構造を含み、該ポリシロキサン網状構造中の１個または複数のケイ素原子がアルキル基に共有結合し、該ポリシロキサン網状構造中の１個または複数のケイ素原子がフッ素化アルキル基に共有結合している気体透過膜と、
   （ｃ）電極アセンブリで電流を測定するための検出器と
   を含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサ。
2. 気体状化学種が、一酸化窒素および酸素から選択される、請求項１に記載のセンサ。
3. 電極アセンブリが、
   作用電極を含む電極アセンブリと、
   作用電極および参照電極を含む電極アセンブリと、
   作用電極、参照電極、および対極を含む電極アセンブリと
   からなる群から選択される、請求項１に記載のセンサ。
4. 作用電極が、白金、白金黒付き白金、タングステン、金、炭素、炭素繊維、およびこれらの組合せから選択される、請求項３に記載のセンサ。
5. 参照電極が、銀／塩化銀を含む、請求項３に記載のセンサ。
6. 対極が白金を含む、請求項３に記載のセンサ。
7. ポリシロキサン網状構造が、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含むシラン混合物の縮合生成物である、請求項１に記載のセンサ。
8. フルオロシランが、下式を有する構造を含む、請求項７に記載のセンサ
   

   

   （式中、
   ｍは０から１５であり、
   ｎは１から５であり、
   ｐは１、２、または３であり、
   各Ｘは独立に、アルコキシ、アリールオキシ、アラルコキシ、ヒドロキシル、およびハロからなる群から選択され、
   各Ｙは独立に、Ｈ、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される）。
9. フルオロシランが、
   （３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン；
   ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン；
   ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン；
   （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリメトキシシラン；
   （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン；
   （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン；
   （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン；
   （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン；
   （ペルフルオロアルキル）エチルトリエトキシシラン；
   （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリクロロシラン；およびこれらの組合せ
   からなる群から選択される、請求項８に記載のセンサ。
10. アルキルアルコキシシランが、
    メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）、
    エチルトリメトキシシラン、
    プロピルトリメトキシシラン、
    ブチルトリメトキシシラン（ＢＴＭＯＳ）、
    ヘキシルトリメトキシシラン（ＨＴＭＯＳ）、
    オクチルトリメトキシシラン（ＯＴＭＯＳ）、および
    これらの組合せ
    からなる群から選択される、請求項７に記載のセンサ。
11. シラン混合物が、約１体積％から約９９体積％のフルオロシランを含む、請求項７に記載のセンサ。
12. シラン混合物が、約５体積％から約５０体積％のフルオロシランを含む、請求項１１に記載のセンサ。
13. シラン混合物が、約２０体積％のフルオロシランを含む、請求項１２に記載のセンサ。
14. シラン混合物が、約２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランおよび約８０体積％のメチルトリメトキシシランを含む、請求項１３に記載のセンサ。
15. 内部電解質層をさらに含み、該内部電解質層が、電極アセンブリと気体透過膜との間に位置付けられている、請求項１に記載のセンサ。
16. 内部電解質層がヒドロゲル組成物である、請求項１５に記載のセンサ。
17. ヒドロゲル組成物がポリ（ビニルピロリドン）を含む、請求項１６に記載のセンサ。
18. （ａ）フルオロシランおよびアルキルアルコキシシランを含むシラン混合物を提供するステップと、
    （ｂ）電極アセンブリを提供するステップと、
    （ｃ）電極アセンブリの少なくとも一部をシラン混合物でコーティングして、コーティング付き電極を形成するステップと、
    （ｄ）コーティング付き電極を乾燥させて、気体透過性ポリシロキサン膜層を、電極アセンブリの少なくとも一部上に形成するステップと
    を含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定するためのセンサを作製する方法。
19. フルオロシランが、下式を有する構造を含む、請求項１８に記載の方法
    

    

    （式中、
    ｍは０から１５であり、
    ｎは１から５であり、
    ｐは１、２、または３であり、
    各Ｘは、独立に、アルコキシ、アリールオキシ、アラルコキシ、ヒドロキシル、およびハロからなる群から選択され、
    各Ｙは、独立に、Ｈ、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される）。
20. フルオロシランが、
    （３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン；
    ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン；
    ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン；
    （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリメトキシシラン；
    （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン；
    （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン；
    （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン；
    （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン；
    （ペルフルオロアルキル）エチルトリエトキシシラン；
    （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリクロロシラン；およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９に記載の方法。
21. アルキルアルコキシシランが、
    メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）、
    エチルトリメトキシシラン、
    プロピルトリメトキシシラン、
    ブチルトリメトキシシラン（ＢＴＭＯＳ）、
    ヘキシルトリメトキシシラン（ＨＴＭＯＳ）、
    オクチルトリメトキシシラン（ＯＴＭＯＳ）、および
    これらの組合せ
    からなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
22. シラン混合物が、約１体積％から約９９体積％のフルオロシランを含む、請求項１８に記載の方法。
23. シラン混合物が、約５体積％から約５０体積％のフルオロシランを含む、請求項２２に記載の方法。
24. シラン混合物が、約２０体積％のフルオロシランを含む、請求項２３に記載の方法。
25. シラン混合物が、約２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランおよび約８０体積％のメチルトリメトキシヒシランを含む、請求項２４に記載の方法。
26. シラン混合物を溶媒に溶解する、請求項１８に記載の方法。
27. 溶媒が、アルコールおよび水を含む、請求項２６に記載の方法。
28. アルコールがエタノールである、請求項２７に記載の方法。
29. 溶媒が、触媒をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
30. 触媒が塩酸である、請求項２９に記載の方法。
31. 電極アセンブリが、
    作用電極を含む電極アセンブリと、
    作用電極および参照電極を含む電極アセンブリと、
    作用電極、参照電極、および対極を含む電極アセンブリと
    からなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
32. 作用電極が、白金、白金黒付き白金、タングステン、金、炭素、炭素繊維、およびこれらの組合せから選択される、請求項３１に記載の方法。
33. 参照電極が、銀／塩化銀を含む、請求項３１に記載の方法。
34. 対極が白金を含む、請求項３１に記載の方法。
35. 乾燥が周囲温度で生じる、請求項１８に記載の方法。
36. 乾燥が高温で生じる、請求項１８に記載の方法。
37. 乾燥ステップが、膜層を、ある圧力で一酸化窒素またはアルゴンの一方に曝すステップを含む、請求項１８に記載の方法。
38. コーティングが、電極アセンブリをシラン混合物中に浸漬することによって行われる、請求項１８に記載の方法。
39. コーティングおよび乾燥ステップを１回または複数回繰り返して、より厚い膜層を提供するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
40. 電極アセンブリの少なくとも一部をシラン混合物でコーティングする前に、電極アセンブリの少なくとも一部をヒドロゲル材料でコーティングする、請求項１８に記載の方法。
41. 請求項１８に記載の方法によって作製されたセンサ。
42. サンプルと、ポリシロキサン膜を含むセンサとを接触させるステップを含む、サンプル中の気体状化学種の量を測定する方法であって、
    ポリシロキサン膜が、アルキル基に共有結合した１個または複数のケイ素原子と、フッ素化アルキル基に共有結合した１個または複数のケイ素原子とを含み、
    ポリシロキサン膜によって、サンプル中の気体状化学種をセンサで測定することを選択的に可能にする方法。
43. ポリシロキサン膜が、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含むシラン混合物の縮合生成物である、請求項４２に記載の方法。
44. センサが、電流測定センサである、請求項４２に記載の方法。
45. ポリシロキサン膜が、サンプルと電極アセンブリとの間に位置決めされている、請求項４４に記載の方法。
46. 電極アセンブリが、
    作用電極を含む電極アセンブリと、
    作用電極および参照電極を含む電極アセンブリと、
    作用電極、参照電極、および対極を含む電極アセンブリと
    からなる群から選択される、請求項４５に記載の方法。
47. サンプルが、生物学的サンプルまたは環境サンプルである、請求項４２に記載の方法。
48. サンプルが、細胞、組織、生物学的流体、およびこれらの抽出物からなる群から選択された生物学的サンプルである、請求項４７に記載の方法。
49. サンプルが、脳組織、脳細胞、または血液から選択される、請求項４８に記載の方法。
50. サンプルが、生きている被験体中にある、請求項４８に記載の方法。
51. サンプルが、生きている被験体の脳内にある、請求項５０に記載の方法。
52. 気体状化学種が、一酸化窒素および酸素からなる群から選択される、請求項４２に記載の方法。
53. 気体状化学種が、約２００ｐＭ程度に低い濃度でサンプル中に存在する、請求項４２に記載の方法。
54. ポリシロキサン網状構造を含み、該ポリシロキサン網状構造内の１個または複数のケイ素原子がアルキル基に共有結合し、該ポリシロキサン網状構造内の１個または複数のケイ素原子が、下記の構造を有するフッ素化アルキル基に共有結合している組成物
    

    

    （式中、ｍは０から１５であり、ｎは１から５である）。
55. ポリシロキサン網状構造内の各ケイ素原子が、アルキル基にまたはフッ素化アルキル基に共有結合している、請求項５４に記載の組成物。
56. ポリシロキサン網状構造が、生物学的に関連のある気体状化学種に対して選択的に透過性である、請求項５４に記載の組成物。
57. 生物学的に関連のある気体状化学種が、一酸化窒素および酸素からなる群から選択される、請求項５６に記載の組成物。
58. ポリシロキサン網状構造が、アルキルアルコキシシランおよびフルオロシランを含むシラン混合物の縮合生成物である、請求項５４に記載の組成物。
59. フルオロシランが、下式を有する構造を含む、請求項５８に記載の組成物
    

    

    （式中、
    ｍは０から１５であり、
    ｎは１から５であり、
    ｐは１、２、または３であり、
    各Ｘは、独立に、アルコキシ、アリールオキシ、アラルコキシ、ヒドロキシル、およびハロからなる群から選択され、
    各Ｙは、独立に、Ｈ、アルキル、アリール、およびアラルキルからなる群から選択される）。
60. フルオロシランが、
    （３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン；
    ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン；
    ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン；
    （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリメトキシシラン；
    （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシシラン；
    （トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン；
    （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン；
    （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシラン；
    （ペルフルオロアルキル）エチルトリエトキシシラン；
    （ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリクロロシラン；およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５９に記載の組成物。
61. アルキルアルコキシシランが、
    メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）、
    エチルトリメトキシシラン、
    プロピルトリメトキシシラン、
    ブチルトリメトキシシラン（ＢＴＭＯＳ）、
    ヘキシルトリメトキシシラン（ＨＴＭＯＳ）、
    オクチルトリメトキシシラン（ＯＴＭＯＳ）、および
    これらの組合せ
    からなる群から選択される、請求項５８に記載の組成物。
62. シラン混合物が、約１体積％から約９９体積％のフルオロシランを含む、請求項５８に記載の組成物。
63. シラン混合物が、約５体積％から約５０体積％のフルオロシランを含む、請求項６２に記載の組成物。
64. シラン混合物が、約２０体積％のフルオロシランを含む、請求項６３に記載の組成物。
65. シラン混合物が、約２０体積％の（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）−トリエトキシシランおよび約８０体積％のメチルトリメトキシシランを含む、請求項６４に記載の組成物。
66. シラン混合物が、アルコールおよび水を含む溶媒中に溶解されている、請求項５８に記載の組成物。
67. 溶媒が、触媒をさらに含む、請求項６６に記載の組成物。
68. 触媒が塩酸である、請求項６７に記載の組成物。
69. ポリシロキサン網状構造が、ゾルゲル法によって形成される、請求項６６に記載の組成物。

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