JP7273703B2 - sensor - Google Patents
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Description
本発明は、受容体を有するセンサーに関する。 The present invention relates to sensors with receptors.
一般にセンサーは、対象となるアナライトを高感度かつ高選択的な検出を可能とする検知部(受容体)を有する。受容体として自己組織化膜、単分子膜、DNA/RNA、タンパク質、抗原/抗体、ポリマーなど多岐に渡る物質が用いられている。嗅覚/ガスセンサ分野では近年のAI,IoTの発達により、今後新たなアプリケーションが期待されている。 Sensors generally have a sensing portion (receptor) that enables highly sensitive and selective detection of the analyte of interest. A wide variety of substances such as self-assembled membranes, monolayers, DNA/RNA, proteins, antigens/antibodies, and polymers are used as receptors. Due to the recent development of AI and IoT in the olfactory/gas sensor field, new applications are expected in the future.
特許文献1では、多孔質材料または粒状材料を、物理パラメータを検出するタイプのセンサー本体上に被覆し、検体分子を前記多孔質材料または粒状材料が吸着することによる前記物理パラメータの変化により前記検体分子を検出するセンサーが記載されている。
In
特許文献2では、酸化セリウムを主成分としたガス感応部と、ガス感応部の電気抵抗値を検出する検出電極とを有し、含酸素有機化合物及び含硫黄化合物のうちの少なくともいずれかのガスを検知するガス検知素子が記載されている。
In
特許文献3では、水に不溶な高分子材料と湿度への応答性を有する水溶性ポリマーとが混合された感応材からなる感応部とを有し、感応部の導電性の変化を測定することにより湿度又は結露を検出する感湿センサが記載されている。
特許文献1に記載の技術では、高い感度と選択性、安定性を実現する一方で、乾燥雰囲気下以外では電気シグナルが大きく減衰し、嗅覚センサーとして使用できる環境が大きく制限されている。
Although the technology described in
特許文献2に記載の技術では、低濃度の含酸素有機化合物や含硫黄化合物を高感度、選択的に、安定した検知を実現する一方、検出するガスが含酸素有機化合物や含硫黄化合物に限定されている。
The technology described in
特許文献3に記載の技術では、生体用としても適し、湿度、結露両用に適する感湿センサを提供する一方、湿度以外のガスの検出ができない。
The technique described in
本発明は、上記の従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エタノール、アルデヒドといった親水性の高いガスを湿度のある状態下であっても高感度で測定可能であり、更にはリフロー処理後、長時間使用後であっても受容体の劣化がなく継続測定可能なセンサーを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to enable measurement of highly hydrophilic gases such as ethanol and aldehyde with high sensitivity even under humid conditions. Another object of the present invention is to provide a sensor capable of continuous measurement without deterioration of the receptor even after reflow treatment and long-term use.
前記課題を解決すべく、本願発明者らは鋭意検討し、実験を重ねた結果、予想外に前記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present application have made earnest studies and repeated experiments.
すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
[1]
有機無機ハイブリッドを含む受容体層を有するセンサーであって、
前記受容体層は式RSiO3/2(前記式中Rは有機官能基を表す)で表される単位を含む構造を有し、
前記有機無機ハイブリッドは重量平均分子量が800~10000である第一成分と、重量平均分子量が30000~2000000である第二成分とを含み、
GPCで測定した前記第二成分のピーク面積が、前記第一成分及び前記第二成分の合計のピーク面積に対して0.01%~55%である、センサー。
[2]
前記第二成分はフィラーである、[1]のセンサー。
[3]
前記フィラーは金属酸化物を含む、[2]のセンサー。
[4]
前記フィラーはシリカを含む、[2]又は[3]のいずれか一項に記載のセンサー。
[5]
前記フィラーの形状は球状もしくは鎖状である、[2]~[4]のいずれか一項に記載のセンサー。
[6]
前記有機官能基は少なくとも1種類以上の芳香環構造を含む、[1]~[5]のいずれかのセンサー。
[7]
前記有機官能基の前記芳香環構造はSi原子に直接結合している、[6]のセンサー。
[8]
前記有機官能基は芳香環構造と非芳香環構造との共重合構造である、[6]又は[7]のセンサー。
[9]
前記非芳香環構造は窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子、ホウ素原子、及びリン原子からなる群より選択される1種を含む[8]のセンサー。
[10]
前記有機無機ハイブリッド中、有機成分の含有量が75重量%以下である[1]~[9]のいずれかのセンサー。
[11]
受容体層の最大厚みが30μm以下である、[1]~[10]のいずれかのセンサー。
[12]
前記センサーは表面応力型センサーである、[1]~[11]のいずれかのセンサー。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1]
A sensor having a receptor layer comprising an organic-inorganic hybrid,
The receptor layer has a structure containing units represented by the formula RSiO 3/2 (wherein R represents an organic functional group),
The organic-inorganic hybrid includes a first component having a weight average molecular weight of 800 to 10000 and a second component having a weight average molecular weight of 30000 to 2000000,
The sensor, wherein the peak area of the second component measured by GPC is 0.01% to 55% of the total peak area of the first component and the second component.
[2]
The sensor of [1], wherein the second component is a filler.
[3]
The sensor of [2], wherein the filler comprises a metal oxide.
[4]
The sensor of any one of [2] or [3], wherein the filler comprises silica.
[5]
The sensor according to any one of [2] to [4], wherein the shape of the filler is spherical or chain.
[6]
The sensor according to any one of [1] to [5], wherein the organic functional group contains at least one aromatic ring structure.
[7]
The sensor of [6], wherein the aromatic ring structure of the organic functional group is directly bonded to a Si atom.
[8]
The sensor of [6] or [7], wherein the organic functional group is a copolymer structure of an aromatic ring structure and a non-aromatic ring structure.
[9]
The sensor of [8], wherein the non-aromatic ring structure comprises one selected from the group consisting of a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, a halogen atom, a boron atom, and a phosphorus atom.
[10]
The sensor according to any one of [1] to [9], wherein the organic-inorganic hybrid has an organic component content of 75% by weight or less.
[11]
The sensor according to any one of [1] to [10], wherein the maximum thickness of the receptor layer is 30 μm or less.
[12]
The sensor according to any one of [1] to [11], wherein the sensor is a surface stress sensor.
本発明によれば、エタノールやアルデヒド等の高親水性のガスを湿度のある状態下であっても高感度に測定可能であり、更にはリフロー処理後、長時間使用後であっても受容体の劣化がなく継続測定可能なセンサーを提供できる。 According to the present invention, highly hydrophilic gases such as ethanol and aldehyde can be measured with high sensitivity even under humid conditions. It is possible to provide a sensor that can continuously measure without deterioration of
以下、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described in detail, but the present invention is not limited to this, and various modifications are possible without departing from the gist thereof. is.
本実施形態のセンサーは、有機無機ハイブリッドを含む受容体を有し、有機無機ハイブリッドが、式RSiO3/2(前記式中Rは有機官能基を表す)で表される単位を含む構造(以下、「RSiO3/2で表される構造」ともいう。)を有し、有機無機ハイブリッドは重量平均分子量が800~10000となる第一成分と重量平均分子量が30000~2000000となる第二成分とを含み、GPCで測定した前記第二成分のピーク面積が、前記第一成分及び前記第二成分の合計のピーク面積に対して0.01%~55%であるものである。受容体がこのように構成されているため、本実施形態のセンサーは、エタノールやアルデヒド等の高親水性のガスを湿度のある状態下であっても高感度に測定することができ、更にはリフロー処理後、長時間使用後であっても受容体の劣化がなく継続して測定することができる。 The sensor of this embodiment has a receptor containing an organic-inorganic hybrid, and the organic -inorganic hybrid has a structure (hereinafter , Also referred to as “a structure represented by RSiO 3/2 ”), the organic-inorganic hybrid has a first component having a weight average molecular weight of 800 to 10,000 and a second component having a weight average molecular weight of 30,000 to 2,000,000. wherein the peak area of the second component measured by GPC is 0.01% to 55% of the total peak area of the first component and the second component. Since the receptor is configured in this way, the sensor of this embodiment can measure highly hydrophilic gases such as ethanol and aldehyde with high sensitivity even under humid conditions. After reflow treatment, measurement can be continued without deterioration of the receptor even after long-term use.
本実施形態のセンサーは、特に限定されないが、例えば、物理パラメータを検出するタイプのセンサー本体を含む。物理パラメータとしては、特に限定されないが、例えば、表面応力、応力、力、表面張力、圧力、質量、弾性、ヤング率、ポアソン比、共振周波数、周波数、体積、厚み、粘度、密度、磁力、磁気量、磁場、磁束、磁束密度、電気抵抗、電気量、誘電率、電力、電界、電荷、電流、電圧、電位、移動度、静電エネルギー、キャパシタンス、インダクタンス、リアクタンス、サセプタンス、アドミッタンス、インピーダンス、コンダクタンス、プラズモン、屈折率、光度および温度やその他の様々な物理パラメータが挙げられる。本実施形態のセンサーは、例えば、センサー本体上に直接、受容体受容体層(本技術分野において、「感応膜」と呼ばれる場合もある。)を設けたセンサーである。すなわち、本実施形態のセンサーは、当該受容体層が検体分子を吸着することで、そこに引き起こされる物理パラメータの変化を、センサー本体により検出するものとすることができる。上記のとおり、本実施形態において使用可能なセンサー本体は、その表面上に配された受容体層が検知対象物質を吸着することによって当該受容体に引き起こされる変化を検知するものであれば、特に限定されない。 The sensor of this embodiment includes, but is not limited to, a sensor body of a type that detects physical parameters, for example. Physical parameters include, but are not limited to, surface stress, stress, force, surface tension, pressure, mass, elasticity, Young's modulus, Poisson's ratio, resonance frequency, frequency, volume, thickness, viscosity, density, magnetic force, magnetism quantity, magnetic field, magnetic flux, magnetic flux density, electrical resistance, electrical quantity, permittivity, power, electric field, charge, current, voltage, potential, mobility, electrostatic energy, capacitance, inductance, reactance, susceptance, admittance, impedance, conductance , plasmons, refractive index, luminosity and temperature and various other physical parameters. The sensor of the present embodiment is, for example, a sensor in which a receptor receptor layer (sometimes referred to as a “sensitive film” in this technical field) is provided directly on the sensor body. That is, the sensor of the present embodiment can detect, by the sensor body, changes in physical parameters caused by the adsorption of analyte molecules on the receptor layer. As described above, the sensor body that can be used in the present embodiment is particularly useful if it detects a change induced in the receptor by the receptor layer arranged on its surface adsorbing the substance to be detected. Not limited.
本実施形態のセンサーを、例えば、表面応力型嗅覚センサーに適用する場合には、センサー本体の表面の少なくとも一部を被覆した受容体感応膜が検知対象物質を吸着することで当該受容体中に引き起こされた応力変化を検出して本体がシグナルを出力する。 When the sensor of the present embodiment is applied to, for example, a surface stress-type olfactory sensor, the receptor sensitive membrane covering at least a part of the surface of the sensor body adsorbs the substance to be detected, thereby The main body outputs a signal by detecting the induced stress change.
また、別の種類のセンサー本体として、例えば、QCM装置を適用しうる。QCM装置は、交流電場を印加した水晶振動子の電極表面に物質が吸着すると、その吸着質の質量や粘弾性等に応じて共振周波数が減少する性質を利用して微量な質量変化を計測する質量センサーであり、in-situでの測定が可能である。本実施形態のセンサーをQCM装置として適用する場合、例えば、電極の表面に本実施形態における受容体感応膜を形成することにより、当該受容体が検知対象物質を吸着することで起こる質量変化をセンサー本体で検出してシグナルを出力する。また、QCMの電極としては、様々な導電性材料を適用しうるが、本実施形態における受容体に導電性を持たせる場合、当該受容体をQCMの電極として用いることもできる。 Also, another type of sensor body may be applied, for example, a QCM device. The QCM device measures minute changes in mass by using the property that when a substance is adsorbed on the electrode surface of a crystal oscillator to which an alternating electric field is applied, the resonance frequency decreases according to the mass and viscoelasticity of the adsorbate. It is a mass sensor and can be measured in-situ. When the sensor of this embodiment is applied as a QCM device, for example, by forming the receptor sensitive membrane in this embodiment on the surface of the electrode, the receptor detects the mass change caused by adsorbing the substance to be detected. Detected by the main unit and output a signal. Various conductive materials can be applied as the electrodes of the QCM. When the receptor in this embodiment is to have conductivity, the receptor can also be used as the electrode of the QCM.
なお、本明細書において、吸着という用語は、ある物体の界面において、(吸着質となる)他の物質の濃度が周囲よりも増加する現象を含む意味で用いており、物理吸着だけではなく、化学結合や生化学的な作用による化学吸着も含むものである。 In the present specification, the term "adsorption" is used to include a phenomenon in which the concentration of another substance (which becomes an adsorbate) increases compared to the surroundings at the interface of a certain object, and not only physical adsorption, It also includes chemisorption due to chemical bonding and biochemical action.
[受容体]
本実施形態における受容体は、有機無機ハイブリッドを含む。本実施形態における有機無機ハイブリッドは、湿度のある環境下での感度及び安定性の観点から、RSiO3/2で表される構造を含み、ここで、前記Rは有機官能基を表す。
[Receptor]
Receptors in this embodiment include organic-inorganic hybrids. The organic-inorganic hybrid in this embodiment includes a structure represented by RSiO 3/2 from the viewpoint of sensitivity and stability in a humid environment, where R represents an organic functional group.
本実施形態において、有機官能基が1種類以上の芳香環(芳香環構造)を含むことが好ましい。芳香環を含む場合、耐湿度性がより向上する傾向にある。芳香環としては、センサーの用途等を考慮して適宜選択できるため特に限定されないが、例えば、フェニル基、ナフチル基、p-トリル基、ビフェニル基等の芳香族炭化水素基、4-クロロフェニル基、4-メトキシフェニル基、4-アミノフェニル基、ペンタフルオロフェニル基等の置換芳香族炭化水素基、3-フリル基、3-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基、4-ピリジル基等の複素環炭化水素基、フェロセニル基等のメタロセン等が挙げられる。本実施形態における有機官能基は、上述した芳香環を1種単独で含んでいてもよく、2種以上を併せて含んでいてもよい。 In this embodiment, the organic functional group preferably contains one or more aromatic rings (aromatic ring structure). When it contains an aromatic ring, the moisture resistance tends to be further improved. The aromatic ring is not particularly limited because it can be appropriately selected in consideration of the use of the sensor, etc. Examples include aromatic hydrocarbon groups such as phenyl group, naphthyl group, p-tolyl group and biphenyl group, 4-chlorophenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-aminophenyl group, substituted aromatic hydrocarbon groups such as pentafluorophenyl group, 3-furyl group, 3-thienyl group, 2-pyridyl group, 3-pyridyl group, 4-pyridyl group, etc. and metallocenes such as a ferrocenyl group and the like. The organic functional group in the present embodiment may contain one of the aromatic rings described above, or may contain two or more of them.
有機無機ハイブリッドにおいて、芳香環とケイ素原子との間には、アルキル基(炭素数が1から18までのもの)やエーテル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミド基、ウレタン結合、尿素結合、イミド基、イミン基等のスペーサーとなる構造を挟んでもよいが、応答性感度の観点から、これらのスペーサーは挟まず、芳香環が、前記有機無機ハイブリッドにおけるSi原子に直接結合していることが好ましい。 In the organic-inorganic hybrid, between the aromatic ring and the silicon atom, an alkyl group (having 1 to 18 carbon atoms), an ether group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amide group, a urethane bond, a urea bond, an imide group , An imine group or other spacer structure may be interposed, but from the viewpoint of responsive sensitivity, it is preferable that the aromatic ring is directly bonded to the Si atom in the organic-inorganic hybrid without interposing such a spacer.
耐湿度性と様々なガス分子への選択性とを両立する観点から、本実施形態における有機官能基は、芳香環構造と非芳香環構造との共重合構造を含むことが好ましい。 From the viewpoint of achieving both humidity resistance and selectivity to various gas molecules, the organic functional group in the present embodiment preferably contains a copolymer structure of an aromatic ring structure and a non-aromatic ring structure.
また、極性の高いガス・ニオイ分子への応答性の観点から、本実施形態における有機官能基は、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ホウ素原子、及びリン原子からなる群より選択される1種以上の原子を含有する官能基を含むことが好ましい。これらの中でも、安定性の観点から、有機官能基は、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、及びフッ素原子からなる群より選択される1種以上の原子を含有する官能基を含むことが好ましい。 In addition, from the viewpoint of responsiveness to highly polar gas and odor molecules, the organic functional group in the present embodiment includes a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and a boron atom. , and phosphorus atoms. Among these, from the viewpoint of stability, the organic functional group preferably contains a functional group containing one or more atoms selected from the group consisting of a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, and a fluorine atom.
本実施形態における有機官能基の具体例としては、以下に限定されないが、ハロゲン原子等の置換基を有してもよい直鎖状若しくは分岐状炭化水素基(例えば、3-クロロプロピル基、オクチル基等の直鎖状若しくは分岐状C1-8アルキル基)、ハロゲン原子等の置換基を有してもよい脂環炭化水素基(例えば、シクロヘキシル基等のC5-6シクロアルキル基)、ハロゲン原子等の置換基を有してもよい芳香族炭化水素基(例えば、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基等)、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリル基、(メタ)アクリロイルオキシアルキル基(例えば、(メタ)アクリロイルオキシプロピル基等の(メタ)アクリロイルオキシC1-3アルキル基)、エポキシ基、グリシジルオキシアルキル基(例えば、3-グリシジルオキシプロピル基等のグリシジルオキシC1-3アルキル基)、(エポキシシクロアルキル)アルキル基(例えば、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチル基等)、ヒドロキシ基、エーテル基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル基、ウレタン基、ウレア基、メルカプト基、メルカプトアルキル基(例えば、メルカプトプロピル基等のメルカプトC1-3アルキル基)、スルフィド基、アミノ基(例えば、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基)、アミノアルキル基(例えば、アミノプロピル基等のアミノC1-3アルキル基)、(アミノアルキルアミノ)アルキル基(例えば、3-(2-アミノエチルアミノ)プロピル基)、イミダゾリル基、イミダゾリルアルキル基(例えば、3-(2-イミダゾリン-1-イル)プロピル基)、アルキルアミノアルキル基(例えば、3-(ジメチルアミノ)プロピル基)、アミド基、複素環芳香族基、オキシム基、イミド基、イミン基、ハロゲン基、ニトリル基、ホスホン基、リン酸基等があげられる。これらの中でも、有機官能基は、入手性の観点から、置換基を有してもよい直鎖状又は分岐状炭化水素基、置換基を有してもよい脂環炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリロイルオキシアルキル基、グリシジルオキシアルキル基、(エポキシシクロアルキル)アルキル基、メルカプトアルキル基、アミノアルキル基、(アミノアルキルアミノ)アルキル基、イミダゾリルアルキル基、及びアルキルアミノアルキル基、ヒドロキシ基からなる群より選択される1種以上であることが好ましい。これらの官能基は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Specific examples of the organic functional group in the present embodiment are not limited to the following, but linear or branched hydrocarbon groups that may have substituents such as halogen atoms (e.g., 3-chloropropyl group, octyl linear or branched C 1-8 alkyl groups such as groups), alicyclic hydrocarbon groups optionally having substituents such as halogen atoms (e.g., C 5-6 cycloalkyl groups such as cyclohexyl groups), Aromatic hydrocarbon groups that may have substituents such as halogen atoms (e.g., phenyl group, pentafluorophenyl group, etc.), vinyl groups, allyl groups, (meth)acrylic groups, (meth)acryloyloxyalkyl groups ( (Meth)acryloyloxy C 1-3 alkyl groups such as (meth)acryloyloxypropyl groups), epoxy groups, glycidyloxyalkyl groups (e.g. glycidyloxy C 1-3 alkyl groups such as 3-glycidyloxypropyl groups) ), (epoxycycloalkyl)alkyl group (e.g., 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl group, etc.), hydroxy group, ether group, carbonyl group, carboxyl group, ester group, urethane group, urea group, mercapto group , mercaptoalkyl groups (e.g., mercapto C 1-3 alkyl groups such as mercaptopropyl groups), sulfide groups, amino groups (e.g., primary amino groups, secondary amino groups, tertiary amino groups), aminoalkyl groups (e.g., , amino C 1-3 alkyl group such as aminopropyl group), (aminoalkylamino)alkyl group (e.g., 3-(2-aminoethylamino)propyl group), imidazolyl group, imidazolylalkyl group (e.g., 3-( 2-imidazolin-1-yl)propyl group), alkylaminoalkyl group (e.g., 3-(dimethylamino)propyl group), amide group, heterocyclic aromatic group, oxime group, imide group, imine group, halogen group, A nitrile group, a phosphonic group, a phosphoric acid group and the like can be mentioned. Among these, from the viewpoint of availability, the organic functional group is a linear or branched hydrocarbon group which may have a substituent, an alicyclic hydrocarbon group which may have a substituent, and a substituent. Aromatic hydrocarbon group, vinyl group, allyl group, (meth)acryloyloxyalkyl group, glycidyloxyalkyl group, (epoxycycloalkyl)alkyl group, mercaptoalkyl group, aminoalkyl group, (aminoalkylamino ) is preferably one or more selected from the group consisting of an alkyl group, an imidazolylalkyl group, an alkylaminoalkyl group, and a hydroxy group. These functional groups are used singly or in combination of two or more.
有機官能基は、シランカップリング剤由来の有機官能基であることが好ましい。シランカップリング剤としては、アルコキシシラン、アセトキシシランもしくはクロロシラン等の加水分解性金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、加水分解性金属酸化物は、取り扱い性、官能基の汎用性からアルコキシシランが好ましく、反応性の観点から3官能性のアルコキシシランがより好ましい。
3官能性のアルコキシシランは1、2,4官能性のアルコキシシラン等と共重合されてもよいが、有機無機ハイブリッドのヤング率を上げ高感度化させる観点から4官能性のものとの共重合が好ましい。
The organic functional group is preferably an organic functional group derived from a silane coupling agent. Silane coupling agents include hydrolyzable metal oxides such as alkoxysilanes, acetoxysilanes and chlorosilanes. Among these, hydrolyzable metal oxides are preferably alkoxysilanes from the viewpoint of handleability and versatility of functional groups, and more preferably trifunctional alkoxysilanes from the viewpoint of reactivity.
Trifunctional alkoxysilanes may be copolymerized with mono-, di-, or tetra-functional alkoxysilanes, but from the viewpoint of increasing the Young's modulus of organic-inorganic hybrids and increasing their sensitivity, copolymerization with tetra-functional alkoxysilanes is preferred. is preferred.
3官能性のアルコキシシランとしては、アルコキシ基にメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基を有するシランカップリング剤を使用することができる。
市販の芳香族系シランカップリング剤としてはフェニルトリアルコキシシラン、ニトロベンゼンアミドトリアルコキシシラン、ベンジルトリアルコキシシラン、4-クロロフェニルトリアルコキシシラン、フェニルアミノプロピルトリアルコキシシラン、4-アミノフェニルトリアルコキシシラン、ナフチルトリアルコキシシラン、4-メトキシトリアルコキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリアルコキシシラン、フェロセニルトリアルコキシシラン、ビフェニルトリアルコキシシラン、3―フリルトリアルコキシシラン、3-チエニルトリアルコキシシラン、2-ピリジルトリアルコキシシラン、3-ピリジルトリアルコキシシラン、4-ピリジルトリアルコキシシラン等が挙げられるがこれに限定されるものではない。
As the trifunctional alkoxysilane, a silane coupling agent having an alkoxy group having a methoxy group, an ethoxy group, or an isopropoxy group can be used.
Commercially available aromatic silane coupling agents include phenyltrialkoxysilane, nitrobenzeneamidetrialkoxysilane, benzyltrialkoxysilane, 4-chlorophenyltrialkoxysilane, phenylaminopropyltrialkoxysilane, 4-aminophenyltrialkoxysilane, and naphthyl. trialkoxysilane, 4-methoxytrialkoxysilane, pentafluorophenyltrialkoxysilane, ferrocenyltrialkoxysilane, biphenyltrialkoxysilane, 3-furyltrialkoxysilane, 3-thienyltrialkoxysilane, 2-pyridyltrialkoxysilane, Examples thereof include 3-pyridyltrialkoxysilane, 4-pyridyltrialkoxysilane, and the like, but are not limited to these.
市販の非芳香族系シランカップリング剤としては、3-(2-アミノエチルアミノ)プロピルトリアルコキシシラン、3-メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、ビニルトリアルコキシシラン、シクロヘキシルトリアルコキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリアルコキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリアルコキシシラン、3-(ジメチルアミノ)プロピルトリアルコキシシラン、3-(2-イミダゾリン-1-イル)プロピルトリアルコキシシラン、3-アミノプロピルトリアルコキシシラン、3-(メタクリロイルオキシ)プロピルトリアルコキシシラン、3-(アクリロイルオキシ)プロピルトリアルコキシシラン、アリルトリアルコキシシラン、メチルトリアルコキシシラン、エチルトリアルコキシシラン、プロピルトリアルコキシシラン、ブチルアルコキシシラン、ヘキシルトリアルコキシシラン、オクチルトリアルコキシシラン、デシルトリアルコキシシラン、ドデシルトリアルコキシシラン、オクタデシルトリアルコキシシラン、3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、シクロヘキシルアミノプロピルトリアルコキシシラン、ヘキサフルオロフェニルトリアルコキシシラン、3-クロロプロピルトリアルコキシシラン、3-ブロモプロピルトリアルコキシシラン、3-ピペラジノプロピルトリアルコキシシラン、3-モルフォリノプロピルトリアルコキシシラン、3-アリルアミノプロピルトリアルコキシシラン、ノルボルニルトリアルコキシシラン、ピペリジノプロピルトリアルコキシシラン等が挙げられるがこれに限定されるものではない。 Commercially available non-aromatic silane coupling agents include 3-(2-aminoethylamino)propyltrialkoxysilane, 3-mercaptopropyltrialkoxysilane, vinyltrialkoxysilane, cyclohexyltrialkoxysilane, and 3-glycidyloxypropyl. trialkoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrialkoxysilane, 3-(dimethylamino)propyltrialkoxysilane, 3-(2-imidazolin-1-yl)propyltrialkoxysilane, 3-aminopropyl trialkoxysilane, 3-(methacryloyloxy)propyltrialkoxysilane, 3-(acryloyloxy)propyltrialkoxysilane, allyltrialkoxysilane, methyltrialkoxysilane, ethyltrialkoxysilane, propyltrialkoxysilane, butylalkoxysilane, hexyltrialkoxysilane, octyltrialkoxysilane, decyltrialkoxysilane, dodecyltrialkoxysilane, octadecyltrialkoxysilane, 3-ureidopropyltrialkoxysilane, cyclohexylaminopropyltrialkoxysilane, hexafluorophenyltrialkoxysilane, 3-chloro Propyltrialkoxysilane, 3-bromopropyltrialkoxysilane, 3-piperazinopropyltrialkoxysilane, 3-morpholinopropyltrialkoxysilane, 3-allylaminopropyltrialkoxysilane, norbornyltrialkoxysilane, piperidine Examples include, but are not limited to, nopropyltrialkoxysilane.
2種類以上のシランカップリング剤を共重合する場合、芳香族シランカップリング剤と非芳香族シランカップリング剤の比率として、モル比で1:10から1:5であることが好ましく、耐熱性の点から1:5から1:1であることが好ましく、湿度下におけるシグナル強度低減の抑制の点から1:1から10:1であることが好ましい。 When two or more silane coupling agents are copolymerized, the ratio of the aromatic silane coupling agent and the non-aromatic silane coupling agent is preferably 1:10 to 1:5 in terms of molar ratio. from 1:5 to 1:1 from the point of view, and preferably from 1:1 to 10:1 from the point of suppression of reduction in signal intensity under humidity.
本実施形態のセンサーにおける有機官能基については、センサー本体上の受容体をSEM-EDXやXPS、ATR等の表面元素解析に供することにより、同定することができる。 The organic functional groups in the sensor of this embodiment can be identified by subjecting the receptor on the sensor body to surface elemental analysis such as SEM-EDX, XPS, and ATR.
本実施形態の有機無機ハイブリッドにおいてポリスチレン換算における重量平均分子量がRI検出器で800~10000となる第一成分と、重量平均分子量が30000~2000000となる第二成分が含まれることでセンサー感度を向上させることができる。
第一成分の重量平均分子量は900~9000であることがインクの塗布性の点で好ましく、1000~8000であることが合成再現性の点でさらに好ましい。
第二成分の重量平均分子量は40000~1900000であることが感度をさらに向上させる点で好ましく、5000~1800000であることがインクの塗布性の点でさらに好ましい。
In the organic-inorganic hybrid of the present embodiment, the first component having a weight average molecular weight in terms of polystyrene of 800 to 10000 with an RI detector and the second component having a weight average molecular weight of 30000 to 2000000 are included to improve sensor sensitivity. can be made
The weight average molecular weight of the first component is preferably from 900 to 9000 from the viewpoint of ink applicability, and more preferably from 1000 to 8000 from the viewpoint of synthesis reproducibility.
The weight average molecular weight of the second component is preferably from 40,000 to 1,900,000 from the viewpoint of further improving sensitivity, and more preferably from 5,000 to 1,800,000 from the viewpoint of ink applicability.
重量平均分子量で第一成分と第二成分との比率としては第二成分のシグナル強度(面積積分)が全成分の合計面積の0.01%~55%であると感度を向上させる点で好ましく、、0.05%~50%であるとインクの塗布性の点で好ましく、0.1%~45%であると耐湿度性の点でさらに好ましい。 As for the weight average molecular weight ratio of the first component to the second component, the signal intensity (area integration) of the second component is preferably 0.01% to 55% of the total area of all components in order to improve the sensitivity. , 0.05% to 50% is preferable from the viewpoint of ink applicability, and 0.1% to 45% is more preferable from the viewpoint of humidity resistance.
[フィラー]
本実施形態における受容体の第二の成分はフィラーであることが好ましい。フィラーを用いると、有機無機ハイブリッドのヤング率を向上させ、感度を高めることができる。本実施形態におけるフィラーとしては、特に限定されず、種々公知のものから選択することができる。具体例としては、以下に限定されないが、ポリスチレンやポリメチルメタクリレート、ポリフェニレンオキシド等のポリマービーズやアクリルラテックス等の球状粒子、窒化シリコン等の金属窒化物、シリカ、ジルコニア、チタニア、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化スズ等の金属酸化物、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ITO等の複合金属化合物、金や銀、銅、パラジウム、白金、鉄、アルミニウム等の無機金属フィラー、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンドット、カーボンブラック等の炭素材料から選ばれる1種以上を含むことができる。
[Filler]
Preferably, the second component of the receptor in this embodiment is a filler. The use of a filler can improve the Young's modulus of the organic-inorganic hybrid and enhance the sensitivity. The filler in this embodiment is not particularly limited, and can be selected from various known fillers. Specific examples include, but are not limited to, polymer beads such as polystyrene, polymethyl methacrylate, and polyphenylene oxide, spherical particles such as acrylic latex, metal nitrides such as silicon nitride, silica, zirconia, titania, zinc oxide, and aluminum oxide. , metal oxides such as tin oxide, barium titanate, strontium titanate, complex metal compounds such as ITO, inorganic metal fillers such as gold, silver, copper, palladium, platinum, iron, aluminum, carbon nanotubes, graphene, carbon dots , and carbon black.
本実施形態におけるフィラーとしては、分散性、塗布性の観点から、無機フィラーであることが好ましい。上記同様の観点から、本実施形態においては、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ等の金属化合物、金や銀、銅、パラジウム、白金、鉄、アルミニウム等の無機金属フィラーが好ましく、湿度下での水分によるシグナル減衰の影響が小さい点からシリカ、ジルコニア等の金属酸化物がより好ましく、経済性の観点からシリカであることがさらに好ましい。本発明者らは、特にシリカを用いる場合、湿度のある状態でもエタノール、アセトアルデヒド等の一般的な親水性ガスの応答の減衰がより顕著に改良されることを見出した。その理由としては、以下のように考えられるが、以下に限定する趣旨ではない。すなわち、シリカの骨格及びケイ素原子に結合した状態で存在する水酸基が、特許文献1のチタニア骨格もしくはチタン原子に結合した水酸基に比べて比較的疎水的であるため、疎水性相互作用により、水分由来の吸着阻害が抑制されるものと推定する。
From the viewpoint of dispersibility and coatability, the filler in the present embodiment is preferably an inorganic filler. From the same viewpoint as above, in the present embodiment, metal compounds such as silica, zirconia, titania, and alumina, and inorganic metal fillers such as gold, silver, copper, palladium, platinum, iron, and aluminum are preferable, and moisture under humidity is preferred. Metal oxides such as silica and zirconia are more preferable because they are less affected by signal attenuation, and silica is more preferable from the viewpoint of economy. The inventors have found that, especially when silica is used, the attenuation of the response of common hydrophilic gases such as ethanol, acetaldehyde, etc. is significantly improved even in humid conditions. The reason for this is considered as follows, but it is not intended to be limited to the following. That is, since the hydroxyl group present in a state bonded to the skeleton of silica and the silicon atom is relatively hydrophobic compared to the hydroxyl group bonded to the titania skeleton or titanium atom of
フィラーの形状としては、特に限定されないが、入手性の観点から、好ましくは、球状、棒状、板状若しくは繊維状又はこれらの2種類以上が合体した形状であり、より好ましくは球状、鎖状である。なお、ここでいう球状とは、真球状の他、回転楕円体、卵形等も含む略球状を意味する。 The shape of the filler is not particularly limited, but from the viewpoint of availability, it is preferably spherical, rod-like, plate-like, fibrous, or a shape in which two or more of these are combined, and more preferably spherical or chain-like. be. The term "spherical" as used herein means not only a perfect sphere, but also a substantially spherical shape including spheroids, ovoids, and the like.
球状のフィラーのサイズとしては、特に限定するものではないが、インクの分散性を維持し、つまり等インクジェットでの塗布性を向上できる観点から、平均一次粒子径として、100μm以下が好ましく、感度を向上できる観点から500nm以下がさらに好ましく、より空隙を低減する観点から200nm以下であることがさらに好ましい。ここで、平均一次粒子径とは数平均での値を意味する。上記平均一次粒子径は、本明細書の実施例の項に記載の走査型電子顕微鏡を用いた方法、又はこれと同等であることが当業者に理解される方法で測定される粒子50個の数平均値である。 The size of the spherical filler is not particularly limited, but from the viewpoint of maintaining the dispersibility of the ink, that is, improving the coating properties of the ink jet, etc., the average primary particle size is preferably 100 μm or less, and the sensitivity is improved. It is more preferably 500 nm or less from the viewpoint of improvement, and further preferably 200 nm or less from the viewpoint of further reducing voids. Here, the average primary particle diameter means a number average value. The average primary particle size of 50 particles measured by the method using a scanning electron microscope as described in the Examples section of this specification, or by a method understood to be equivalent to this It is a numerical average value.
鎖状のフィラーとしては、連続鎖状構造を有することが好ましく、例えば、球状の粒子が連続的に真直につながった構造、分岐してつながった構造、屈曲してつながった構造、環状につながった構造(「パールネックレス状」につながった構造ともいう。)、又は個々には連続した球状には観察されず糸状の構造が多数絡まりあった構造(「ネットワーク状」につながった構造ともいう。)が好ましい例として挙げられる。 The chain-like filler preferably has a continuous chain-like structure. A structure (also referred to as a "pearl necklace-like" structure), or a structure in which a number of thread-like structures are not observed as individual continuous spheres but are entwined (also referred to as a "network-like" structure). is mentioned as a preferable example.
連続鎖状構造を構成するフィラーは、一概に球状を仮定して、一次粒子径で規定することは容易でないが、透過型又は走査型の電子顕微鏡観察により鎖幅を観察することができる。鎖幅としては、1nm~200nmであり、被表面積を大きくする観点から1nm~100nmであることが好ましく、ガス応答性の感度の観点から1nm~85nmであることがさらに好ましい。上記平均一次粒子径は、本明細書の実施例の項に記載の走査型電子顕微鏡を用いた方法、又はこれと同等であることが当業者に理解される方法で測定される粒子50個の数平均値であり、鎖幅として定義する。 The filler that constitutes the continuous chain structure is generally assumed to be spherical, and it is not easy to define it by the primary particle size, but the chain width can be observed by transmission or scanning electron microscope observation. The chain width is 1 nm to 200 nm, preferably 1 nm to 100 nm from the viewpoint of increasing the surface area covered, and more preferably 1 nm to 85 nm from the viewpoint of gas responsive sensitivity. The average primary particle size of 50 particles measured by the method using a scanning electron microscope as described in the Examples section of this specification, or by a method understood to be equivalent to this Number average, defined as chain width.
このようなフィラーとしての金属酸化物は、ゾルゲル法を用いてアルコキシ、クロロ等の4官能性加水分解基を有する金属酸化物前駆体のゾルゲル法によって製造することができるし、市販品を用いることもできる。4官能性の加水分解基を有する金属酸化物前駆体としてはテトラアルコキシシラン、テトラクロロシラン、テトラアルコキシチタン、テトラアセトキシジルコニウム等が挙げられる。これらの4官能性の加水分解性金属無機酸化物は3官能性の加水分解性金属酸化物と共重合してもよく、反応系の濃度、温度、pH、水分量等を調整することにより形状の制御を行うことができる。なお、例えばエマルジョン重合によりフィラーが製造された場合等、フィラー側にRSiO3/2で表される構造が得られることも考えられるが、受容体中でこのような構造を持つフィラーについては本実施形態における有機無機ハイブリッドと扱うものとする。 Such a metal oxide as a filler can be produced by a sol-gel method using a metal oxide precursor having a tetrafunctional hydrolyzable group such as alkoxy or chloro, or a commercially available product can be used. can also Metal oxide precursors having a tetrafunctional hydrolyzable group include tetraalkoxysilane, tetrachlorosilane, tetraalkoxytitanium, tetraacetoxyzirconium and the like. These tetrafunctional hydrolyzable metal inorganic oxides may be copolymerized with trifunctional hydrolyzable metal oxides, and the shape can be obtained by adjusting the concentration, temperature, pH, water content, etc. of the reaction system. can be controlled. For example, when the filler is produced by emulsion polymerization, it is conceivable that a structure represented by RSiO 3/2 may be obtained on the filler side. shall be treated as an organic-inorganic hybrid in form.
使用し得るフィラーの市販品としては、LEVASILシリーズ(H.C.Starck(株)製)、クオートロンP Lシリーズ(扶桑化学(株)製)、OSCALシリーズ(触媒化成工業(株)製)等;粉体状のシリカ粒子として、例えばアエロジル130、同300、同380、同TT600、同OX50(以上、日本アエロジル(株)製)、シルデックスH31、同H32、同H51、同H52、同H121、同H122(以上、旭硝子(株)製)、E220A、E220(以上、日本シリカ工業(株))、SYLYSIA470(富士シリシア(株)製)、SGフレーク(日本板硝子(株)製)等、IPA-ST, IPA-ST-L, IPA-ST-ZL, ST-XS,ST-S, ST-30,ST-50T, ST-30L,ST-YL, ST-ZL,MP-1040, MP-2040, MP-4540M,ST-OXS, ST-OS, ST-O, ST-O-40, ST-OL, ST-OYL, ST-NXS, ST-NS, ST-N, ST-N-40,ST-CXS,ST-C, ST-CM, ST-AK, ST-AK-L, ST-AK-YL,OZ-S30K,SZ-S30K-AC, OZ-S30M、セルナックス CX-S505M、IPA―ST-UP、MEK―ST―UP、ST―UP、ST-PS-S、ST-PS-M、ST-OUP、ST-PS―SO、ST-PS-MO、ST-AK-PS-S等(日産化学(株)製),SRD-K, SRD-M,
SXR-CM, SZR-K, SZR-M(堺化学(株)製)があげられる。粉体状のフ
ィラーとして、例えばアエロジル130、同300、同380、同TT600、同OX50(以上、日本アエロジル(株)製)、シルデックスH31、同H32、同H51、同H52、同H121、同H122(以上、旭硝子(株)製)、E220A、E220(以上、日本シリカ工業(株)製)、SYLYSIA470(富士シリシア(株)製)、SGフレーク(日本板硝子(株)製)等を挙げることができる。
Commercially available fillers that can be used include the LEVASIL series (manufactured by HC Starck Co., Ltd.), the Quartron PL series (manufactured by Fuso Chemical Co., Ltd.), the OSCAL series (manufactured by Catalysts and Chemicals Industry Co., Ltd.), and the like; Examples of powdery silica particles include Aerosil 130, Aerosil 300, Aerosil 380, Aerosil TT600, Aerosil OX50 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), Sildex H31, Sildex H32, Sildex H51, Sildex H52, Sildex H121, Same H122 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), E220A, E220 (manufactured by Nippon Silica Industry Co., Ltd.), SYLYSIA470 (manufactured by Fuji Silysia Co., Ltd.), SG flake (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), etc., IPA- ST, IPA-ST-L, IPA-ST-ZL, ST-XS, ST-S, ST-30, ST-50T, ST-30L, ST-YL, ST-ZL, MP-1040, MP-2040, MP-4540M, ST-OXS, ST-OS, ST-O, ST-O-40, ST-OL, ST-OYL, ST-NXS, ST-NS, ST-N, ST-N-40, ST- CXS, ST-C, ST-CM, ST-AK, ST-AK-L, ST-AK-YL, OZ-S30K, SZ-S30K-AC, OZ-S30M, CELNAX CX-S505M, IPA-ST- UP, MEK-ST-UP, ST-UP, ST-PS-S, ST-PS-M, ST-OUP, ST-PS-SO, ST-PS-MO, ST-AK-PS-S, etc. (Nissan Kagaku Co., Ltd.), SRD-K, SRD-M,
SXR-CM, SZR-K, SZR-M (manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.). Examples of powdery fillers include Aerosil 130, Aerosil 300, Aerosil 380, Aerosil TT600, Aerosil OX50 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), Sildex H31, Sildex H32, Sildex H51, Sildex H52, and Sildex H121. H122 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), E220A, E220 (manufactured by Nippon Silica Industry Co., Ltd.), SYLYSIA470 (manufactured by Fuji Silysia Co., Ltd.), SG flake (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), etc. can be done.
[有機無機ハイブリッドの製造方法]
有機無機ハイブリッドの製造方法としては、特に限定されないが、主にゾルゲル法を用いて製造される。具体的には、加水分解性シラン化合物(シランカップリング剤を含む)を水存在下で酸、塩基性条件下でゾルゲル法により処理することにより、シランカップリング剤の縮合体、すなわち、RSiO3/2で表される構造を含む有機無機ハイブリッドを得ることができる。
[Method for producing organic-inorganic hybrid]
Although the method for producing the organic-inorganic hybrid is not particularly limited, it is mainly produced using a sol-gel method. Specifically, a hydrolyzable silane compound (including a silane coupling agent) is treated by a sol-gel method under acidic and basic conditions in the presence of water to produce a condensate of the silane coupling agent, namely RSiO 3 . Organic-inorganic hybrids containing structures represented by /2 can be obtained.
加水分解及び縮合の反応速度を調節できる観点から、触媒の存在下で、シランカップリング剤を加水分解及び縮合、表面修飾することがより好ましい。 From the viewpoint of being able to control the reaction rate of hydrolysis and condensation, it is more preferable to hydrolyze and condense the silane coupling agent and modify the surface in the presence of a catalyst.
触媒の種類としては、酸触媒及び塩基触媒が挙げられる。酸触媒としては、例えば、無機酸及び有機酸が挙げられる。無機酸としては、以下に限定されないが、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。有機酸としては、以下に限定されないが、例えば、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、安息香酸、p-アミノ安息香酸、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、シトラコン酸、リンゴ酸、グルタル酸等が挙げられる。塩基触媒としては、例えば、無機塩基及び有機塩基が挙げられる。無機塩基としては、以下に限定されないが、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物;水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物;炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ又はアルカリ土類金属炭酸塩;炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム等の金属炭酸水素塩;等が挙げられる。有機塩基としては、以下に限定されないが、トリエチルアミン、エチルジイソプロピルアミン等のトリアルキルアミン;N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン等の炭素数1~4のN,N-ジアルキルアニリン誘導体;ピリジン、2,6-ルチジン等の、炭素数1~4のアルキル置換基を有していてもよいピリジン誘導体;等が挙げられる。これらの触媒は、1種で又は2種以上を混合して用いることができる。 Types of catalysts include acid catalysts and base catalysts. Acid catalysts include, for example, inorganic acids and organic acids. Examples of inorganic acids include, but are not limited to, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of organic acids include, but are not limited to, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, oxalic acid, maleic acid, methylmalonic acid, and benzoic acid. acid, p-aminobenzoic acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, formic acid, malonic acid, sulfonic acid, phthalic acid, fumaric acid, citric acid, tartaric acid, citraconic acid, malic acid, glutaric acid, etc. is mentioned. Base catalysts include, for example, inorganic bases and organic bases. Examples of inorganic bases include, but are not limited to, alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and cesium hydroxide; alkaline earth metal hydroxides such as calcium hydroxide; alkali or alkaline earth metal carbonates such as lithium, potassium carbonate and sodium carbonate; metal hydrogencarbonates such as potassium hydrogencarbonate and sodium hydrogencarbonate; and the like. Examples of organic bases include, but are not limited to, trialkylamines such as triethylamine and ethyldiisopropylamine; N,N-dialkylaniline derivatives having 1 to 4 carbon atoms such as N,N-dimethylaniline and N,N-diethylaniline; pyridine derivatives optionally having an alkyl substituent having 1 to 4 carbon atoms, such as pyridine and 2,6-lutidine; and the like. These catalysts can be used singly or in combination of two or more.
反応系のpHを0.01~6.0の範囲、若しくはpH8~14になる量の触媒を加えることが、反応効率の点で好ましく、より効率を高めるためにはpH8~14の塩基性条件下でゾルゲル反応を行うことがより好ましい。 It is preferable in terms of reaction efficiency to add an amount of catalyst that brings the pH of the reaction system to a range of 0.01 to 6.0, or pH 8 to 14. In order to further increase efficiency, basic conditions of pH 8 to 14 are used. It is more preferable to carry out the sol-gel reaction under
有機無機ハイブリッドを製造するための加水分解及び縮合は、有機溶媒中で行うこともできる。縮合反応に使用できる有機溶媒としては、例えば、アルコール、エステル、ケトン、エーテル、脂肪族炭化水素化合物、芳香族炭化水素化合物、アミド化合物等が挙げられる。 Hydrolysis and condensation to produce organic-inorganic hybrids can also be carried out in organic solvents. Examples of organic solvents that can be used in the condensation reaction include alcohols, esters, ketones, ethers, aliphatic hydrocarbon compounds, aromatic hydrocarbon compounds, amide compounds and the like.
上記アルコールとしては、以下に限定されないが、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールのような一価アルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールのような多価アルコール;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルのような多価アルコールのモノエーテル類;等が挙げられる。 Examples of the alcohol include, but are not limited to, monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol; ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, hexanetriol Polyhydric alcohol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene monoethers of polyhydric alcohols such as glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether; and the like.
上記エステルとしては、以下に限定されないが、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。ケトン類としては、以下に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン等が挙げられる。 Examples of the ester include, but are not limited to, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, and the like. Examples of ketones include, but are not limited to, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, and the like.
上記エーテルとしては、上記の多価アルコールのモノエーテル類の他に、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルのような多価アルコールの水酸基の全てをアルキルエーテル化した多価アルコールエーテル類;テトラヒドロフラン;1,4-ジオキサン;アニソール等が挙げられる。 Examples of the ether include, in addition to the above monoethers of polyhydric alcohols, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, and propylene. Polyhydric alcohol ethers obtained by alkyl-etherifying all hydroxyl groups of polyhydric alcohols such as glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether and diethylene glycol diethyl ether; tetrahydrofuran; 1,4-dioxane; anisole and the like.
上記脂肪族炭化水素化合物としては、以下に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等が挙げられる。 Examples of the aliphatic hydrocarbon compound include, but are not limited to, hexane, heptane, octane, nonane, and decane.
上記芳香族炭化水素化合物としては、以下に限定されないが、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる Examples of the aromatic hydrocarbon compound include, but are not limited to, benzene, toluene, and xylene.
上記アミド化合物としては、以下に限定されないが、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等が挙げられる。 Examples of the amide compound include, but are not limited to, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like.
以上の溶媒の中でも、アルコールとしてメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等;ケトンとしてアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等;エーテルとしてエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等;及びアミド化合物としてジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等が水と混合しやすい点で好ましい。これらの溶媒は単独で使用してもよいし、複数の溶媒を組み合わせて使用してもよい。 Among the above solvents, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol, etc.; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, etc.; ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, etc. ; and amide compounds such as dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone are preferred because they are easily mixed with water. These solvents may be used alone or in combination of multiple solvents.
有機無機ハイブリッドを製造するためにフィラーを配合する場合は、RSiO3/2で表される構造はフィラーの存在下で製造してもよいし、RSiO3/2で表される構造にフィラーを配合してもよい。
市販の分散フィラーにシランカップリング剤の縮合物を溶解させてもよいし、フィラーとシランカップリング剤をボールミル、ジェットミル等で分散処理してもよいし、アルコキシシランとフィラーを同時に縮合反応することで製造することができるが、フィラーの溶剤分散性を高め、インクジェット塗布性を高める点でアルコキシシランとフィラーを同時に縮合する製造方法がより好ましい。コロイダルフィラーをシランカップリング剤存在下でゾルゲル法により処理した場合は、シランカップリング剤の縮合体がフィラーの表面を変性しながら隙間を埋めるように縮合体が配されることになりアルコキシシランの量を任意に調整することで細孔量を調整することができる。フィラー表面に水酸基が存在する場合、その表面水酸基とアルコキシシランの加水分解により生成される水酸基が相互作用、縮合反応によりエーテル結合を形成するため、フィラーと縮合体の相溶性を高めることができるため、より安定な受容体を得ることができる。
When compounding a filler to produce an organic-inorganic hybrid, the structure represented by RSiO 3/2 may be produced in the presence of a filler, or the structure represented by RSiO 3/2 may be compounded with a filler. You may
A condensate of a silane coupling agent may be dissolved in a commercially available dispersion filler, a filler and a silane coupling agent may be dispersed using a ball mill, a jet mill, or the like, or the alkoxysilane and the filler may undergo a condensation reaction at the same time. However, from the viewpoint of enhancing the solvent dispersibility of the filler and improving the ink jet applicability, the production method of condensing the alkoxysilane and the filler at the same time is more preferable. When the colloidal filler is treated by the sol-gel method in the presence of a silane coupling agent, the condensate of the silane coupling agent modifies the surface of the filler while filling the gaps. The pore volume can be adjusted by adjusting the amount arbitrarily. When hydroxyl groups are present on the surface of the filler, the surface hydroxyl groups and the hydroxyl groups generated by hydrolysis of the alkoxysilane interact and form ether bonds through a condensation reaction, so the compatibility between the filler and the condensate can be enhanced. , a more stable receptor can be obtained.
フィラーに有機官能基を表面変性させることは、分散媒に分散させた状態で表面修飾することにより行われる。具体的には、例えば、アルコール及び水を含む金属酸化物の均一分散液に、触媒存在下で上記シランカップリング剤を添加する工程により有機無機ハイブリッドが製造される。 The surface modification of the filler with organic functional groups is carried out by surface modification while the filler is dispersed in a dispersion medium. Specifically, for example, an organic-inorganic hybrid is produced by adding the silane coupling agent to a uniform dispersion of metal oxides containing alcohol and water in the presence of a catalyst.
有機無機ハイブリッドは沈殿物、ゲル化物を遠心分離、ろ過により濾別することにより回収してもよいし、エバポレーター等で揮発性溶剤を除去することにより単離される。 The organic-inorganic hybrid may be recovered by centrifuging and filtering the precipitate or gelled product, or isolated by removing the volatile solvent with an evaporator or the like.
有機官能基の導入は、FT-IRや元素分析により確認することができる。また、熱重量減少測定により確認することができる。吸着水の影響を除去するため150℃から1000℃までの、無機フィラー(i)と有機官能基(ii)を合わせた有機分の熱重量減少率が、感度の観点から、3%~75%であることが好ましく、湿度耐性の観点から5%~65%であることがより好ましく、更に熱安定性の観点から5%~60%であることが更に好ましい。すなわち、本実施形態における有機無機ハイブリッド中の有機官能基量としては、特に限定されないが、アナライトへの応答性と受容体の安定性とのバランスの観点から、75重量%以下であることが好ましく、65重量%以下であることがより好ましい。 Introduction of an organic functional group can be confirmed by FT-IR or elemental analysis. Moreover, it can be confirmed by thermogravimetric loss measurement. In order to remove the influence of adsorbed water, the thermal weight loss rate of the organic content of the inorganic filler (i) and the organic functional group (ii) combined from 150 ° C. to 1000 ° C. is 3% to 75% from the viewpoint of sensitivity. , more preferably 5% to 65% from the viewpoint of humidity resistance, and even more preferably 5% to 60% from the viewpoint of thermal stability. That is, the amount of the organic functional group in the organic-inorganic hybrid in the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of the balance between the responsiveness to the analyte and the stability of the receptor, it is preferably 75% by weight or less. Preferably, it is 65% by weight or less.
本実施形態における受容体の膜厚は、有機無機ハイブリッドが均質な膜厚分布を有する形状でもよいし、端部の膜厚が厚くなるように分布するコーヒーリング状の形状を有することができる。コーヒーリング状の形状となる場合は、受容体の中心部分における最も薄い部分、及び端部分における最も厚い部分の膜厚は、それぞれ通常10nm以上50μm以下であることが好ましい。膜厚は、製造時における乾燥に要する時間を短縮し、生産性を高める観点から、好ましくは10nm以上30μm以下であり、感度を高める観点から、より好ましくは10nm以上20μm以下である。また、本実施形態における受容体の最大厚みは、30μm以下であることが好ましい。上記膜厚や最大厚みは、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。 The film thickness of the receptor in the present embodiment may be a shape in which the organic-inorganic hybrid has a uniform film thickness distribution, or may have a coffee ring-like shape in which the film thickness is thickened at the ends. In the case of a coffee ring shape, the film thickness of the thinnest portion at the central portion of the receptor and the thickest portion at the end portion is preferably 10 nm or more and 50 μm or less. The film thickness is preferably 10 nm or more and 30 μm or less from the viewpoint of shortening the time required for drying during production and increasing productivity, and more preferably 10 nm or more and 20 μm or less from the viewpoint of increasing sensitivity. Further, the maximum thickness of the receptor in this embodiment is preferably 30 μm or less. The above film thickness and maximum thickness can be measured by the methods described in Examples below.
本実施形態における受容体で被覆した表面応力センサーMSSを嗅覚センサーとして用いる為には、気相中において、有機官能基とガス分子が相互作用し、受容体内部に拡散することにより応力発生し、それによってガスを検出することが好ましい。 In order to use the receptor-coated surface stress sensor MSS of the present embodiment as an olfactory sensor, the organic functional groups and gas molecules interact with each other in the gas phase and diffuse into the receptor to generate stress. Preferably the gas is thereby detected.
[表面応力型(MSS)センサー]
本実施形態のセンサーは、表面応力型のセンサーとして用いることができる。表面応力型センサーは4点固定のピエゾ素子型表面応力(MSS)センサーであることが好ましい。
[Surface stress type (MSS) sensor]
The sensor of this embodiment can be used as a surface stress type sensor. Preferably, the surface stress sensor is a four-point fixed piezo-element surface stress (MSS) sensor.
[センサーの製造方法]
本実施形態のセンサーの製造方法としては、特に限定されないが、センサー本体上に受容体を形成するための種々の方法により製造することができる。本実施形態における受容体は、例えば、有機無機ハイブリッドを有機溶剤に分散させて塗布液を調製し、当該塗布液をセンサー本体上に塗布することにより製造される。塗布液をセンサーのチップ上に塗布する際には、インクジェット装置を好適に用いることができる。インクジェット装置によれば、塗布液の液滴を射出し、液滴がセンサー上に塗布され、受容体が成膜される。チップ上に受容体を形成した例を図1に示す。センサー1は、センサー本体に対応するチップ3と、その表面上に形成された受容体2を有するものとして構成されており、図1に示す例において、このような構成を4箇所において備えている。
[Sensor manufacturing method]
The method of manufacturing the sensor of this embodiment is not particularly limited, but it can be manufactured by various methods for forming receptors on the sensor body. The receptor in the present embodiment is manufactured by, for example, dispersing an organic-inorganic hybrid in an organic solvent to prepare a coating liquid, and coating the sensor main body with the coating liquid. An inkjet device can be suitably used when applying the coating liquid onto the chip of the sensor. According to the inkjet device, droplets of a coating liquid are ejected, the droplets are coated on the sensor, and a film is formed on the receptor. FIG. 1 shows an example of forming a receptor on a chip. The
有機無機ハイブリッドをセンサー本体(例えば、MSSセンサー本体)の表面に被覆するための手法は、特に限定されないが、例えば、ディップコーティング、スプレーコーティング、スピンコーティング、インクジェットスポッティング、キャスティング、ドクターブレードなどを用いた被覆方法が挙げられる。 The method for coating the organic-inorganic hybrid on the surface of the sensor body (for example, the MSS sensor body) is not particularly limited, but for example, dip coating, spray coating, spin coating, inkjet spotting, casting, doctor blade, etc. coating methods.
300μmφのMSSメンブレンに塗布するためには、インクジェット、マイクロジェット方式が好ましく、生産性の観点からマイクロジェット方式の塗布がより好ましい。 Inkjet or microjet methods are preferable for coating on a 300 μmφ MSS membrane, and microjet coating is more preferable from the viewpoint of productivity.
受容体は、例えば、有機無機ハイブリッドを有機溶剤に分散させ、その分散液をMSSチップ上に塗布することにより製造できる。有機無機ハイブリッドは、有機溶剤中に0.1g/L~50g/Lの濃度で分散されて塗布液となる。生産性の観点から、濃度は、0.5~50g/Lであることが好ましく、ノズルつまりを抑制する観点から、0.5~15g/Lであることがより好ましい。 The receptor can be produced, for example, by dispersing the organic-inorganic hybrid in an organic solvent and coating the dispersion on the MSS chip. The organic-inorganic hybrid is dispersed in an organic solvent at a concentration of 0.1 g/L to 50 g/L to form a coating liquid. From the viewpoint of productivity, the concentration is preferably 0.5 to 50 g/L, and from the viewpoint of suppressing nozzle clogging, it is more preferably 0.5 to 15 g/L.
有機無機ハイブリッドを分散する有機溶媒としては、分散可能な溶媒であればよく、沸点としては80℃~250℃のものが好ましく、ノズルのつまりによる生産性の低下を抑制するためには100℃~250℃のものが好ましく、乾燥にかかる時間を早め、生産性を高めるために100℃~200℃であることがより好ましい。 The organic solvent for dispersing the organic-inorganic hybrid may be any solvent that can be dispersed, and preferably has a boiling point of 80°C to 250°C. A temperature of 250° C. is preferable, and a temperature of 100° C. to 200° C. is more preferable in order to shorten the drying time and improve productivity.
有機溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、アルコール溶媒、エステル溶媒、ケトン溶媒、エーテル溶媒、脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、アミド溶媒等が挙げられる。 Examples of organic solvents include, but are not limited to, alcohol solvents, ester solvents, ketone solvents, ether solvents, aliphatic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, amide solvents, and the like.
アルコール溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の一価アルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等の多価アルコール;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールのモノエーテル類;等が挙げられる。
エステル溶媒としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。
Alcohol solvents include, but are not limited to, monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, and butyl alcohol; polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, and hexanetriol; Alcohol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol mono monoethers of polyhydric alcohols such as ethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether; and the like.
Examples of ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone and the like.
ケトン溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン等が挙げられる。 Examples of ketone solvents include, but are not limited to, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isoamyl ketone, and the like.
エーテル溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の多価アルコールの水酸基の全てをアルキルエーテル化した多価アルコールエーテル類;テトラヒドロフラン;1,4-ジオキサン;アニソール;等が挙げられる。 Examples of ether solvents include, but are not limited to, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, Polyhydric alcohol ethers obtained by alkyl-etherifying all hydroxyl groups of polyhydric alcohols such as diethylene glycol methyl ethyl ether and diethylene glycol diethyl ether; tetrahydrofuran; 1,4-dioxane; anisole;
脂肪族炭化水素溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等が挙げられる。 Examples of aliphatic hydrocarbon solvents include, but are not limited to, hexane, heptane, octane, nonane, decane, and the like.
芳香族炭化水素溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。 Examples of aromatic hydrocarbon solvents include, but are not limited to, benzene, toluene, xylene, and the like.
アミド溶媒としては、以下に限定されないが、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等が挙げられる。 Examples of amide solvents include, but are not limited to, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like.
これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 These organic solvents may be used singly or in combination of two or more.
これらの有機溶媒の中でも、安全性及び溶解性に優れることから、N,N-ジメチルホルムアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。 Among these organic solvents, N,N-dimethylformamide and propylene glycol monomethyl ether are preferred because of their excellent safety and solubility.
本実施形態における受容体は、有機無機ハイブリッド以外に、任意の粒子、イオン性化合物、樹脂、及び低分子化合物等の添加物を含んでもよい。上記添加物は、例えば、塗布液に配合し、センサー本体の表面に塗布することにより、上記添加物を含む受容体を有するセンサーを得ることができる。 The receptor in this embodiment may contain additives such as arbitrary particles, ionic compounds, resins, and low-molecular-weight compounds in addition to organic-inorganic hybrids. A sensor having a receptor containing the additive can be obtained by, for example, blending the additive into a coating liquid and applying the mixture to the surface of the sensor body.
以下、実施例及び比較例により本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present embodiment will be specifically described below with reference to examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to these.
各実施例及び比較例のMSS嗅覚センサーの各種物性を以下の(1)~(8)に従って評価した。 Various physical properties of the MSS olfactory sensor of each example and comparative example were evaluated according to the following (1) to (8).
(1)GPCによる分子量測定
受容体材料をDMFに溶解し5μmのPTFEシリンジフィルターを通すことでサンプルを調製した。GPCは東ソー株式会社製HLC-8420GPCを用いて測定した。分析条件は以下の通りにした。
<分析条件>
カラムTSK gel SuperAWM-H×2本
流量0.6mL/min
検出器HLC-8420GPC内蔵RI検出器+UV-8420
カラム温度40℃
システム温度40℃
溶離液10mM LiBr in DMF検量線条件 標準ポリスチレンKIT-H(東ソー株式会社製)
分析はRI検出器を用い、EcoSEC Elite-WSソフトウェアを用いて重量平均分子量を算出した。高重量平均分子量と低重量平均分子量のシグナル強度の比率はRI検出器で出たシグナル強度を用いて計算した。
(1) Molecular Weight Measurement by GPC A sample was prepared by dissolving the receptor material in DMF and passing it through a 5 μm PTFE syringe filter. GPC was measured using HLC-8420GPC manufactured by Tosoh Corporation. The analysis conditions were as follows.
<Analysis conditions>
Column TSK gel Super AWM-H × 2 flow rate 0.6 mL / min
Detector HLC-8420 GPC built-in RI detector + UV-8420
Column temperature 40°C
System temperature 40℃
Eluent 10 mM LiBr in DMF Calibration curve conditions Standard polystyrene KIT-H (manufactured by Tosoh Corporation)
Analysis used an RI detector and EcoSEC Elite-WS software was used to calculate the weight average molecular weight. The ratio of signal intensities of high weight average molecular weight and low weight average molecular weight was calculated using the signal intensity emitted by the RI detector.
(2)有機無機ハイブリッドにおける有機官能基種の同定
下記の条件に基づき、センサー本体上の受容体を顕微ATR法で測定することにより、有機無機ハイブリッドにおける有機官能基を同定した。
(測定条件)
使用装置;Cary620(Agilent社製)
測定方法;顕微ATR法(結晶:Ge) スライド・オン型ATRアタッチメントを使用
検出器;MCT(HgCeTe)赤外線検出素子
アパーチャサイズ;約100um
ATR結晶へのIR入射角 30°
分解能;4cm-1
積算回数;64scans
(2) Identification of Organic Functional Group Species in Organic-Inorganic Hybrid Based on the following conditions, the organic functional group in the organic-inorganic hybrid was identified by measuring the receptor on the main body of the sensor by a microscopic ATR method.
(Measurement condition)
Apparatus used; Cary620 (manufactured by Agilent)
Measurement method; microscopic ATR method (crystal: Ge) using a slide-on type ATR attachment Detector; MCT (HgCeTe) infrared detection element Aperture size; about 100um
IR incident angle to
Resolution; 4 cm -1
Accumulation times; 64 scans
(3)熱重量減少率(有機官能基量の定量)
センサーから削りとった受容体の粉末試料を、大気中100℃で乾燥し、次いで室温に戻してから正確に秤量した。その後、TGAを用いて大気中で1000℃まで10℃/分で昇温加熱することで有機成分を除去し、熱重量減少率とした。有機官能基のみ加熱で分解して、SiO3/2の部分はシリカとして残るため、熱重量減少率を有機官能基量(質量%)、すなわち有機無機ハイブリッド中の有機成分の含有量(表中、「重量分率」と表す。)とした。
(3) Thermal weight loss rate (quantification of the amount of organic functional groups)
A powder sample of the receptor scraped from the sensor was dried in air at 100° C., then allowed to cool to room temperature and weighed accurately. Thereafter, the organic component was removed by heating to 1000° C. at a rate of 10° C./min in the atmosphere using TGA, and the thermal weight loss rate was obtained. Since only the organic functional groups are decomposed by heating and the SiO 3/2 portion remains as silica, the thermal weight loss rate is calculated based on the amount of organic functional groups (% by mass), that is, the content of organic components in the organic-inorganic hybrid ( , expressed as “weight fraction”).
(4)受容体の最大厚み
共焦点レーザー顕微鏡(VK09700 Violet Laser(キーエンス製))を用いてセンサーにおける受容体未塗布部分と受容体の最大膜厚部分を観察することにより、受容体の膜厚を測定した。すなわち、略円形状に形成された受容体の直径上における2点間の断面プロファイルを取得し、断面プロファイルから未塗布部分と最大膜厚部分を特定し、これらの差をとり最大厚みとした。
(観察条件)
対物レンズ:標準レンズ 20.0倍
測定エリア:面
測定モード:表面形状
RPD:精度優先
測定品質:高精細
測定ピッチ:0.5μm
Z測定距離:37.92μm
ワイドダイナミックレンジ:OFF
明るさ1:648
減光フィルタ:100%
光学ズーム:1倍
平均回数:1回
フィルタ:OFF
ホワイトバランスモード:ワンプッシュ
ホワイトバランスR:131
ホワイトバランスB:138
受光光量補正モード:γ補正
γ補正値:0.45
γオフセット:0
白黒反転:OFF
ヘッド種別:VK-9700
光量偏心補正:ON
像面湾曲補正:ON
XYキャリブレーション:688nm/pixel
Zキャリブレーション:1nm/digit
鮮やかさ:5
コントラスト:5
明るさ:0
(4) Maximum thickness of the receptor By observing the uncoated part of the receptor and the maximum thickness part of the receptor in the sensor using a confocal laser microscope (VK09700 Violet Laser (manufactured by Keyence)), the thickness of the receptor was determined. was measured. That is, a cross-sectional profile between two points on the diameter of a receptor formed in a substantially circular shape was obtained, an uncoated portion and a maximum film thickness portion were specified from the cross-sectional profile, and the difference between them was taken as the maximum thickness.
(Observation conditions)
Objective lens: Standard lens, 20.0x Measurement area: Plane Measurement mode: Surface shape RPD: Accuracy priority Measurement quality: High definition Measurement pitch: 0.5 μm
Z measurement distance: 37.92 μm
Wide dynamic range: OFF
Brightness 1:648
Neutral filter: 100%
Optical zoom: 1x Average count: 1 Filter: OFF
White balance mode: One push White balance R: 131
White balance B: 138
Received light amount correction mode: γ correction γ correction value: 0.45
γ offset: 0
Black and white inversion: OFF
Head type: VK-9700
Light intensity eccentricity correction: ON
Field curvature correction: ON
XY calibration: 688 nm/pixel
Z calibration: 1 nm/digit
Vividness: 5
Contrast: 5
Brightness: 0
(5)耐湿度影響性
アナライトとしてガス状のエタノール100ppmを用いた。25℃、乾燥条件下で、エタノール100ppmを窒素とともに10分間パージして、これを3回繰り返し、シグナル強度を測定した。
同様にして、25℃、30RT%条件下で、エタノール100ppmを窒素とともに10分間パージして、これを3回繰り返し、シグナル強度を測定した。
そして、100×(「乾燥下で測定された3度目のシグナルの強度」-「30RT%下で測定された3度目のシグナルの強度」)/(「乾燥下で測定された3度目のシグナルの強度」を減衰率(%)とし、その値が20%以下のものをS、21%から40%以下のものをA、41%以上50%未満のものをB、51%以上のものをCとした。
(5) Influence of Humidity Resistance 100 ppm of gaseous ethanol was used as an analyte. Under dry conditions at 25° C., 100 ppm of ethanol was purged with nitrogen for 10 minutes, this was repeated three times, and the signal intensity was measured.
Similarly, under conditions of 25° C. and 30 RT %, 100 ppm of ethanol was purged with nitrogen for 10 minutes, and this was repeated three times to measure the signal intensity.
Then, 100 × ("Intensity of the third signal measured under dryness" - "Intensity of the third signal measured under 30 RT%") / ("Intensity of the third signal measured under dryness""Strength" is the attenuation rate (%), S if the value is 20% or less, A if 21% to 40% or less, B if 41% or more and less than 50%, C if 51% or more and
(6)物理・化学安定性
(1回目)
アナライトとして水飽和蒸気を用いた。25℃、乾燥条件下で、水飽和蒸気を6sccm窒素とともに10分間パージ(全体流量を30sccmに設定)して、シグナル強度を測定した。
(2回目)
アナライトとしてエタノールを用いた。25℃、乾燥条件下で、エタノールのヘッドスペースガスを6sccm窒素とともに10分間パージ(全体流量を30sccmに設定)して、シグナル強度を測定した。
(3回目)
アナライトとしてトルエンを用いた。25℃、乾燥条件下で、トルエンのヘッドスペースガスを窒素6sccmとともに10分間パージ(全体流量を30sccmに設定)して、シグナル強度を測定した。
各回で測定した後に、光学顕微鏡による観察で膜形状の変化を観察して以下のように評価した。
A・・・3回目の後も変化が見られなかった。
B・・・2回目の後は変化が見られなかったが3回目の後に明らかな膜の形状変化が倍率200倍の顕微鏡で見られた。
C・・・2回目の後に明らかな膜の形状変化が倍率200倍の顕微鏡で見られた。
(6) Physical and chemical stability (first time)
Water-saturated steam was used as the analyte. Signal intensity was measured at 25° C. under dry conditions with a 10 minute purge of water-saturated steam with 6 sccm nitrogen (total flow set at 30 sccm).
(Second time)
Ethanol was used as the analyte. Signal intensity was measured at 25° C. under dry conditions with a headspace gas of ethanol purged with 6 sccm nitrogen for 10 minutes (total flow set at 30 sccm).
(3rd time)
Toluene was used as the analyte. Signal intensity was measured at 25° C. under dry conditions with a headspace gas of toluene purged with 6 sccm of nitrogen for 10 minutes (total flow set at 30 sccm).
After each measurement, changes in the film shape were observed with an optical microscope and evaluated as follows.
A: No change was observed even after the third time.
B . . . No change was observed after the second time, but a clear change in the shape of the film was observed after the third time under a microscope with a magnification of 200 times.
C: A clear change in the shape of the film after the second time was observed under a microscope with a magnification of 200 times.
(7)耐熱性(リフロー耐性)
250℃、30秒のリフロー後に受容体に剥離、変形、クラック等がみられたものをC、見られなかったものをAとした。
(7) Heat resistance (reflow resistance)
After reflowing at 250° C. for 30 seconds, C was given when peeling, deformation, cracks, etc. were observed in the receiver, and A was given when no such peeling was observed.
(8)フィラー粒径(直径)
上記(1)に記載の走査型電子顕微鏡を用い、フィラー粒子50個の数平均値とした。球状粒子の場合は、最大径を粒径とし、鎖状粒子の場合は、鎖幅を粒子径とし、各々50個分の数平均値を算出した。
(8) Filler particle size (diameter)
The number average value of 50 filler particles was obtained using the scanning electron microscope described in (1) above. In the case of spherical particles, the maximum diameter was defined as the particle diameter, and in the case of chain-shaped particles, the chain width was defined as the particle diameter, and the number average value for 50 particles was calculated.
<実施例1>
セパラブルフラスコに鎖状コロイダルシリカの2-プロパノール分散液IPA-ST-UP(日産化学製品)50g、水90g、28%アンモニア水10g、2-プロパノール300gに、フェニルトリメトキシシラン27.1gを加え80℃で4時間反応させた。反応液を空冷後、6000rpm、10分間遠心分離することで沈殿物を単離した。エタノールでサンプルを十分に洗浄したのち、N,Nジメチルホルムアミドで10mg/mLになるように溶解し、塗布液を得た。サンプルを一部80℃真空下で乾燥させて、熱重量減少率を測定した。塗布液を、インクジェット装置を用いて1滴当たり300pLの量にて30滴を、80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布することにより感応膜付きの表面応力センサーを得た。その外観としては、図1に示すものと同様であった。
<Example 1>
In a separable flask, 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was added to 50 g of chain colloidal silica 2-propanol dispersion IPA-ST-UP (Nissan Kagaku), 90 g of water, 10 g of 28% aqueous ammonia, and 300 g of 2-propanol. The reaction was carried out at 80°C for 4 hours. After air-cooling the reaction solution, the precipitate was isolated by centrifuging at 6000 rpm for 10 minutes. After thoroughly washing the sample with ethanol, it was dissolved in N,N dimethylformamide to a concentration of 10 mg/mL to obtain a coating solution. A portion of the sample was dried at 80° C. under vacuum and the thermal weight loss rate was measured. A surface stress sensor with a sensitive film was obtained by applying 30 droplets of the coating liquid in an amount of 300 pL per droplet onto the MSS surface placed on a hot plate at 80° C. using an inkjet device. Its appearance was the same as that shown in FIG.
図2にGPCの結果を示した。高重量平均分子量176000、低重量平均分子量1600、高重量平均分子量のシグナル強度0.93%だった。
また、実施例1に係る表面応力センサーの最大厚みを上記(4)の方法に基づいて測定した結果、図3上部の画像が得られた。図3上部の画像より、縦700μm×横500μmのセンサー本体上にコーヒーリング状の受容体が形成されていることがわかる。
さらに、膜厚を分析した結果、図4下部に示す膜厚分布が得られた。図3下部の画像は、図3上部におけるX-X’断面における2点間の断面プロファイルを示しており、このプロファイルに基づいて最大膜厚部分と受容体未塗布部分を特定し、これらの差より最大厚みを求めた。結果は表1に示す。
さらに、上記(5)の方法に基づいて耐湿度の影響を検討した結果を図4に示す。湿度0%(乾燥下)では最大振幅550μVで湿度30%では360μVの最大振幅が得られた。前述の方法にて算出された減衰率は40%であったため〇とした。
上述した方法と同様の要領にて、以降の実施例及び比較例についても評価を行うこととした。
FIG. 2 shows the results of GPC. The high weight average molecular weight was 176,000, the low weight average molecular weight was 1,600, and the high weight average molecular weight signal intensity was 0.93%.
Moreover, as a result of measuring the maximum thickness of the surface stress sensor according to Example 1 based on the method (4) above, the image shown in the upper part of FIG. 3 was obtained. From the image at the top of FIG. 3, it can be seen that a coffee-ring-shaped receptor is formed on a sensor body of 700 μm long×500 μm wide.
Furthermore, as a result of analyzing the film thickness, the film thickness distribution shown in the lower part of FIG. 4 was obtained. The image at the bottom of FIG. 3 shows a cross-sectional profile between two points in the XX' cross section at the top of FIG. A maximum thickness was obtained. Results are shown in Table 1.
Furthermore, FIG. 4 shows the result of examining the effect of humidity resistance based on the method (5) above. A maximum amplitude of 550 μV was obtained at a humidity of 0% (dry) and a maximum amplitude of 360 μV was obtained at a humidity of 30%. Since the attenuation rate calculated by the method described above was 40%, ◯ was given.
The following examples and comparative examples were also evaluated in the same manner as the method described above.
<実施例2>
フェニルトリメトキシシラン27.1gを13.5gにした以外は実施例1に準じた。図5にGPCの結果を示した。高重量平均分子量444000、低重量平均分子量1500、高重量平均分子量のシグナル強度19%だった。
<Example 2>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 13.5 g. FIG. 5 shows the results of GPC. The high weight average molecular weight was 444,000, the low weight average molecular weight was 1,500, and the high weight average molecular weight signal intensity was 19%.
<実施例3>
IPA-ST-UP(日産化学製品)50gをIPA-ST(12nm球状シリカ)25gに変えた以外は実施例1に準じた。
<Example 3>
Example 1 was followed except that 50 g of IPA-ST-UP (Nissan Kagaku) was changed to 25 g of IPA-ST (12 nm spherical silica).
<実施例4>
IPA-ST-UP(日産化学製品)50gをIPA-ST―L(45nm球状シリカ)25gに変えた以外は実施例1に準じた。
<Example 4>
Example 1 was followed except that 50 g of IPA-ST-UP (Nissan Kagaku) was changed to 25 g of IPA-ST-L (45 nm spherical silica).
<実施例5>
IPA-ST-UP(日産化学製品)50gをMP-4540M(450nm球状シリカ)20gに変えた以外は実施例1に準じた。
<Example 5>
Example 1 was followed except that 50 g of IPA-ST-UP (Nissan Kagaku) was changed to 20 g of MP-4540M (450 nm spherical silica).
<実施例6>
IPA-ST-UP(日産化学製品)50gをZR-40BL20g(90nmジルコニア)に変えた以外は実施例1に準じた。
<Example 6>
Example 1 was followed except that 50 g of IPA-ST-UP (product of Nissan Chemical Industries) was changed to 20 g of ZR-40BL (90 nm zirconia).
<実施例7>
フェニルトリメトキシシラン27.1gを4-クロロフェニルトリエトキシシラン37.6gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 7>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 37.6 g of 4-chlorophenyltriethoxysilane.
<実施例8>
フェニルトリメトキシシラン27.1gを4-メトキシフェニルトリメトキシシラン30.4gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 8>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 30.4 g of 4-methoxyphenyltrimethoxysilane.
<実施例9>
フェニルトリメトキシシラン27.1gを3-フリルトリエトキシシラン31.5gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 9>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 31.5 g of 3-furyltriethoxysilane.
<実施例10>
フェニルトリメトキシシラン27.1gを3-チエニルトリエトキシシラン33.9gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 10>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 33.9 g of 3-thienyltriethoxysilane.
<実施例11>
フェニルトリメトキシシラン27.1gを4-アミノフェニルトリメトキシシラン23.3gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 11>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 23.3 g of 4-aminophenyltrimethoxysilane.
<実施例12>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをp-トリルトリメトキシシラン29gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 12>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was replaced with 29 g of p-tolyltrimethoxysilane.
<実施例13>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをナフタレントリメトキシシラン27.2gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 13>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.2 g of naphthalenetrimethoxysilane.
<実施例14>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-(2-イミザゾリンプロピル)トリエトキシシラン37.5gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 14>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+37.5 g of 3-(2-imizazolinepropyl)triethoxysilane.
<実施例15>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-(2-アミノプロピルエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラン36.1gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 15>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+36.1 g of 3-(2-aminopropylethylamino)propyltriethoxysilane.
<実施例16>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+ノルボルニルトリエトキシシラン35.7gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 16>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+35.7 g of norbornyltriethoxysilane.
<実施例17>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-N,Nジメチルアミノプロピルトリメトキシシシラン7.08gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 17>
Example 1 was repeated except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+7.08 g of 3-N,N-dimethylaminopropyltrimethoxysilane.
<実施例18>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-メルカプトプロピルトリエトキシシシラン9.77gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 18>
Example 1 was repeated except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+9.77 g of 3-mercaptopropyltriethoxysilane.
<実施例19>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン24.4g+ペンタフルオロフェニルトリメトキシシシラン3.93gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 19>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 24.4 g of phenyltrimethoxysilane+3.93 g of pentafluorophenyltrimethoxysilane.
<実施例20>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-メタクリルオキシプロピルトリエトキシシシラン11.9gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 20>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+11.9 g of 3-methacryloxypropyltriethoxysilane.
<実施例21>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+2-(3,4-エポキシシクロヘキシルトリメトキシシラン8.75gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 21>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+8.75 g of 2-(3,4-epoxycyclohexyltrimethoxysilane.
<実施例22>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+4-アミノフェニルトリメトキシシシラン8.74gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 22>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane and 8.74 g of 4-aminophenyltrimethoxysilane.
<実施例23>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-ウレイドプロピルトリエトキシシシラン21.6gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 23>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+21.6 g of 3-ureidopropyltriethoxysilane.
<実施例24>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン10.4gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 24>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+10.4 g of 3-phenylaminopropyltrimethoxysilane.
<実施例25>
フェニルトリメトキシシラン27.1gをフェニルトリメトキシシラン27.1g+3-[ビス[(ジフェニルホスフィノ)メチル]アミノ]プロピルトリメトキシシラン25.3gにした以外は実施例1に準じた。
<Example 25>
Example 1 was followed except that 27.1 g of phenyltrimethoxysilane was changed to 27.1 g of phenyltrimethoxysilane+25.3 g of 3-[bis[(diphenylphosphino)methyl]amino]propyltrimethoxysilane.
<実施例26>
500mLセパラブルフラスコに水18g、28%アンモニア水2g、2-プロパノール80gに、フェニルトリメトキシシラン6gを加え80℃で4時間反応させた。反応液を空冷後、6000rpm、10分間遠心分離することで沈殿物を単離した。エタノールでサンプルを十分に洗浄し乾燥させたのち、N,Nジメチルホルムアミドで10g/mLになるように溶解した。鎖状コロイダルシリカの2-プロパノール分散液IPA-ST-UP(日産化学製品)をN,Nジメチルホルムアミドで10mg/mLになるように調整した溶液と、先述の溶液を5:5の割合で混合し塗布液を得た。サンプルを一部80℃真空下で乾燥させて、熱重量減少率を測定した。塗布液を、インクジェット装置を用いて1滴当たり300pLの量にて30滴を、40℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布した。
<Example 26>
18 g of water, 2 g of 28% aqueous ammonia, 80 g of 2-propanol, and 6 g of phenyltrimethoxysilane were added to a 500 mL separable flask and reacted at 80° C. for 4 hours. After air-cooling the reaction solution, the precipitate was isolated by centrifuging at 6000 rpm for 10 minutes. After thoroughly washing the sample with ethanol and drying it, it was dissolved in N,N dimethylformamide to a concentration of 10 g/mL. A 2-propanol dispersion of linear colloidal silica IPA-ST-UP (Nissan Kagaku) was adjusted to 10 mg/mL with N,N dimethylformamide, and the above solution was mixed at a ratio of 5:5. A coating liquid was obtained. A portion of the sample was dried at 80° C. under vacuum and the thermal weight loss rate was measured. 30 droplets of the coating liquid were applied onto the surface of the MSS placed on a hot plate at 40° C. using an inkjet device in an amount of 300 pL per droplet.
<実施例27>
500mLのセパラブルフラスコにエタノール30g、テトラエトキシシラン4.7g、フェニルトリエトキシシラン4.3g、28%アンモニア水を1.8gを混合、撹拌したのち室温でゲル化するまで静置した。得られたゲルをエタノールで洗浄し、アンモニアを除去したのち、DMF10mg/mLになるように溶解させ塗布液を得た。塗布液を、マイクロジェットを用いて1滴当たり300pLの量にて30滴を80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布した。
<Example 27>
30 g of ethanol, 4.7 g of tetraethoxysilane, 4.3 g of phenyltriethoxysilane, and 1.8 g of 28% aqueous ammonia were mixed in a 500 mL separable flask, stirred, and allowed to stand at room temperature until gelation. The resulting gel was washed with ethanol to remove ammonia, and then dissolved in DMF to a concentration of 10 mg/mL to obtain a coating solution. The coating solution was applied onto the MSS surface placed on a hot plate at 80° C. with 30 drops at a volume of 300 pL per drop using a microjet.
<実施例28>
500mLのセパラブルフラスコにエタノール37g、テトラエトキシシラン2.6g、フェニルトリエトキシシラン9.0g、28%アンモニア水を2.26gを混合、撹拌したのち室温でゲル化するまで静置した。得られたゲルをエタノールで洗浄し、アンモニアを除去したのち、DMF10mg/mLになるように溶解させ塗布液を得た。塗布液を、マイクロジェットを用いて1滴当たり300pLの量にて30滴を80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布した。
<Example 28>
In a 500 mL separable flask, 37 g of ethanol, 2.6 g of tetraethoxysilane, 9.0 g of phenyltriethoxysilane, and 2.26 g of 28% aqueous ammonia were mixed, stirred, and allowed to stand at room temperature until gelation. The resulting gel was washed with ethanol to remove ammonia, and then dissolved in DMF to a concentration of 10 mg/mL to obtain a coating solution. The coating solution was applied onto the MSS surface placed on a hot plate at 80° C. with 30 drops at a volume of 300 pL per drop using a microjet.
<実施例29>
3-フリルトリエトキシシラン10.1gにした以外は実施例9に準じた。
<Example 29>
Example 9 was followed except that 10.1 g of 3-furyltriethoxysilane was used.
<実施例30>
3-フリルトリエトキシシラン17.3gにした以外は実施例9に準じた。
<Example 30>
Example 9 was followed except that 17.3 g of 3-furyltriethoxysilane was used.
<実施例31>
実施例1の塗布液をインクジェット装置を用いて1滴当たり700pLの量にて150滴を、80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布することにより受容体付きの表面応力センサーを得た。
<実施例32>
実施例26の比率を5:5から1:9の変更した以外は実施例26に準じた。
<Example 31>
A surface stress sensor with a receptor was obtained by applying 150 droplets of the coating liquid of Example 1 in an amount of 700 pL per droplet to the MSS surface placed on a hot plate at 80°C using an inkjet device. rice field.
<Example 32>
Example 26 was followed except that the ratio of Example 26 was changed from 5:5 to 1:9.
<比較例1>
シリカチタニア粒子(粒状)はWO2016/121155公報に記載の方法に準じて合成した。オクタデシルアミン(ODA)が溶解したアンモニア塩基性のイソプロパノール(IPA)水溶液中における、アミノプロピルトリメトキシシランとチタニウムテトライソプロポキシド(TTIP)の共加水分解、縮合重合反応により合成した。上記合成反応は、マイクロメートルサイズのY字型流路を有するテフロン(登録商標)製マイクロリアクタを用いて実施した。前駆溶液は、溶液1:アミノプロピルトリメトキシシラン/IPA、溶液2:H2O/IPA/アンモニア、溶液3:TTIP/IPA、溶液4:H2O/IPAの4つとし、溶液1から溶液4まで体積を揃えて調製した。前駆溶液はシリンジポンプにより同時に一定速度で送液した。溶液1と溶液2、溶液3と溶液4を並列したマイクロリアクタ内でそれぞれ混合し、両リアクタからの吐出液をさらに別のマイクロリアクタ内で混合することにより、1つの反応液とした。反応液は別途調製しておいた前駆溶液5:ODA/H2O/IPA中へ吐出し、吐出終了まで一定速度で撹拌した。その後、室温で静置し、ナノ粒子(NH2-STNP)分散液を得た。かかるナノ粒子にRSiO3/2で表される構造が確認されたため、これを有機無機ハイブリッドと扱った。反応液を空冷後、6000rpm,10分間遠心分離することで沈殿物を単離した。エタノールでサンプルを十分に洗浄したのち、N,N-ジメチルホルムアミドで1g/mLになるように溶解し、塗布液を得た。塗布液を、マイクロジェットを用いて1滴当たり300pLの量にて300滴を80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布することにより受容体付きの表面応力センサーを得た。
<Comparative Example 1>
Silica-titania particles (granular) were synthesized according to the method described in WO2016/121155. It was synthesized by cohydrolysis and condensation polymerization reaction of aminopropyltrimethoxysilane and titanium tetraisopropoxide (TTIP) in an ammonia basic isopropanol (IPA) aqueous solution in which octadecylamine (ODA) was dissolved. The above synthesis reaction was carried out using a Teflon (registered trademark) microreactor having a micrometer-sized Y-shaped channel. The four precursor solutions are solution 1: aminopropyltrimethoxysilane/IPA, solution 2: H 2 O/IPA/ammonia, solution 3: TTIP/IPA, and solution 4: H 2 O/IPA. The volume was adjusted up to 4 and prepared. The precursor solution was simultaneously fed at a constant speed by a syringe pump.
<比較例2>
アミノプロピルトリメトキシシランの代わりに、オクタデシルトリエトキシシランを用いて得られたナノ粒子(C18-STNP)分散液を用いた以外は比較例1に準じた。なお、上記ナノ粒子にRSiO3/2で表される構造が確認されたため、これを有機無機ハイブリッドと扱った。
<Comparative Example 2>
Comparative Example 1 was followed except that a nanoparticle (C 18 -STNP) dispersion obtained by using octadecyltriethoxysilane instead of aminopropyltrimethoxysilane was used. Since the structure represented by RSiO 3/2 was confirmed in the above nanoparticles, they were treated as an organic-inorganic hybrid.
<比較例3>
アミノプロピルトリメトキシシランの代わりに、フェニルトリメトキシシランを用いて得られたナノ粒子(フェニル-STNP)分散液を用いた以外は比較例1に準じた。なお、上記ナノ粒子にRSiO3/2で表される構造が確認されたため、これを有機無機ハイブリッドと扱った。実施例1と同様に、湿度0%と30%でのエタノール100ppmに対する応答シグナルを確認した結果を図6に示す。比較例1では、30%の湿度による顕著なシグナル減衰がみられた。
<Comparative Example 3>
Comparative Example 1 was followed except that a nanoparticle (phenyl-STNP) dispersion obtained by using phenyltrimethoxysilane instead of aminopropyltrimethoxysilane was used. Since the structure represented by RSiO 3/2 was confirmed in the above nanoparticles, they were treated as an organic-inorganic hybrid. Similar to Example 1, FIG. 6 shows the result of confirming the response signal to 100 ppm ethanol at 0% and 30% humidity. Comparative Example 1 showed significant signal attenuation with 30% humidity.
<比較例4>
ポリ(メタクリル酸メチル)(Aldrich, average Mw ~15,000 by GPC, powder)をN,N-ジメチルホルムアミドで1g/mLになるように希釈し塗布液を作成した。塗布液を、マイクロジェットを用いて1滴当たり300pLの量にて300滴を、80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布した。エチレン100ppmへのシグナルが全く見られず、25℃にてエチレン、エタノール、アセトアルデヒド、トルエン500ppm10分/パージ10分を3回ずつ測定後、光学顕微鏡による観察で膜に剥離がみられたので×とした。
<Comparative Example 4>
Poly(methyl methacrylate) (Aldrich, average Mw ~15,000 by GPC, powder) was diluted with N,N-dimethylformamide to 1 g/mL to prepare a coating solution. 300 droplets of the coating solution were applied onto the MSS surface placed on a hot plate at 80° C. using a microjet at a volume of 300 pL per droplet. No signal was observed at 100 ppm of ethylene, and 500 ppm of ethylene, ethanol, acetaldehyde, and toluene were measured at 25°C three times each for 10 minutes/purge for 10 minutes. bottom.
<比較例5>
鎖状コロイダルシリカの2-プロパノール分散液IPA-ST-UP(日産化学製品)をDMFで10mg/mLになるように希釈し、インクジェット装置を用いて1滴当たり300pLの量にて350滴を、80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布することにより受容体付きの表面応力センサーを得た。
<Comparative Example 5>
A chain colloidal silica 2-propanol dispersion IPA-ST-UP (Nissan Kagaku Co., Ltd.) was diluted with DMF to 10 mg/mL, and 350 drops were applied at an amount of 300 pL per drop using an inkjet device. A surface stress sensor with a receptor was obtained by coating it on the MSS surface placed on a hot plate at 80°C.
<比較例6>
鎖状コロイダルシリカの2-プロパノール分散液IPA-ST-UP(日産化学製品)をDMFで10mg/mLになるように希釈し、インクジェット装置を用いて1滴当たり300pLの量にて30滴を、80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布することにより感応膜付きの表面応力センサーを得た。
<Comparative Example 6>
A chain colloidal silica 2-propanol dispersion IPA-ST-UP (Nissan Kagaku Co., Ltd.) was diluted with DMF to 10 mg/mL, and an inkjet device was used to apply 30 drops in an amount of 300 pL per drop. A surface stress sensor with a sensitive film was obtained by coating the MSS surface placed on a hot plate at 80°C.
<比較例7>
フェニルトリメトキシシラン10g、水10g、エタノール30g、28%アンモニア水を混合し、80℃で2h反応させた。6000rpm、10分間遠心分離することで沈殿物を単離した。エタノールでサンプルを十分に洗浄したのち、N,N-ジメチルホルムアミドで1g/mLになるように溶解し、塗布液を得た。塗布液を、マイクロジェットを用いて1滴当たり300pLの量にて300滴を80℃のホットプレート上に配したMSS表面上に塗布した。
<Comparative Example 7>
10 g of phenyltrimethoxysilane, 10 g of water, 30 g of ethanol and 28% aqueous ammonia were mixed and reacted at 80° C. for 2 hours. The precipitate was isolated by centrifugation at 6000 rpm for 10 minutes. After thoroughly washing the sample with ethanol, it was dissolved in N,N-dimethylformamide to a concentration of 1 g/mL to obtain a coating solution. The coating solution was applied onto the MSS surface placed on a hot plate at 80° C. with 300 drops at a volume of 300 pL per drop using a microjet.
実施例1と比較例5について、センサー本体上の受容体における有機官能基を上記(2)の方法により同定した結果を図8に示す。導入されたフェニル基に由来するシグナルが検出された。また、実施例1ではRSiO3/2で表される構造が観測されたのに対して、比較例5ではそのような構造が観測されなかった。他の実施例及び比較例についても同様に有機官能基種を同定した。 FIG. 8 shows the results of identification of the organic functional groups in the receptors on the sensor bodies in Example 1 and Comparative Example 5 by the method (2) above. A signal originating from the introduced phenyl group was detected. Also, in Example 1, a structure represented by RSiO 3/2 was observed, whereas in Comparative Example 5, such a structure was not observed. Organic functional group species were similarly identified for other examples and comparative examples.
各実施例/比較例について上記測定(1)~(8)を行った結果を次の表1~3に示す。 The results of the above measurements (1) to (8) for each example/comparative example are shown in Tables 1 to 3 below.
本発明のセンサーは、例えば、湿度存在下でもエタノール、アセトアルデヒドといった親水性ガスに対して高い感度で応答を示す効果を奏するので、食品の輸送、鮮度、状態管理分野において好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The sensor of the present invention has the effect of exhibiting a response with high sensitivity to hydrophilic gases such as ethanol and acetaldehyde even in the presence of humidity.
1 センサー
2 受容体
3 チップ(センサー本体)
1
Claims (12)
前記受容体層は式RSiO3/2(前記式中Rは有機官能基を表す)で表される単位を含む構造を有し、
前記有機無機ハイブリッドは重量平均分子量が800~10000である第一成分と、重量平均分子量が30000~2000000である第二成分とを含み、
GPCで測定した前記第二成分のピーク面積が、前記第一成分及び前記第二成分の合計のピーク面積に対して0.01%~55%である、センサー。 A sensor having a receptor layer comprising an organic-inorganic hybrid,
The receptor layer has a structure containing units represented by the formula RSiO 3/2 (wherein R represents an organic functional group),
The organic-inorganic hybrid includes a first component having a weight average molecular weight of 800 to 10000 and a second component having a weight average molecular weight of 30000 to 2000000,
The sensor, wherein the peak area of the second component measured by GPC is 0.01% to 55% of the total peak area of the first component and the second component.
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JP2001013055A (en) | 1999-04-27 | 2001-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Gas detecting device and material for its sensitive membrane as well as its membrane formation method |
CN101603956A (en) | 2009-07-14 | 2009-12-16 | 电子科技大学 | A kind of membrane-type gas enrichment device based on Kapton |
JP2010071906A (en) | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Japan Science & Technology Agency | Organic semiconductor apparatus, and detection apparatus and method |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000131122A (en) | 1998-10-21 | 2000-05-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture of sensitive film for chemical sensor and chemical sensor probe |
JP2001013055A (en) | 1999-04-27 | 2001-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Gas detecting device and material for its sensitive membrane as well as its membrane formation method |
JP2010071906A (en) | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Japan Science & Technology Agency | Organic semiconductor apparatus, and detection apparatus and method |
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