JPH11514750A - 延長された使用寿命を有するナトリウムイオン選択性電極膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水を添加することによってＩＳＥセンサーのナトリウムイオン選択性膜の使用寿命を延長する方法。水プラス膜コンパウンドまたは残分よりなるポリマー組成物と、そのような組成物を含む物品も提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 延長された使用寿命を有するナトリウムイオン選択性電極膜本発明の分野 本発明は、一般的にはイオンセンサーに関し、さらに詳しくはイオン選択性電 極センサーと、延長された使用寿命を有するセンサーの製造方法に関する。関連技術の説明 検体イオンおよび代謝物の活性もしくは濃度を測定することができるイオン選 択性電極（ＩＳＥ）センサーは、血液、尿、血漿、唾液、脊髄液および血清を含 む生物学的流体の分析において有用である。そのような流体、特に尿サンプルは 、測定すべきイオンの測定を妨害し得る薬物およびイオン種のような各種物質を しばしば含有する。このセンサーの一次的要求は、関心ある検体に対し高い選択 性を有し、そのため該検体の濃度を正確に決定できることである。他の重要な要 求は、センサーが関心ある検体以外のイオン種に対し最小の応答性、すなわち選 択性として知られる特性を持つことである。例えば、ナトリウムイオンを測定す るために使用されるＩＳＥセンサーは、ナトリウムイオンに対し高い感度を持た なければならず、そしてナトリウムに対して高い選択性を有し、そのためセンサ ーの信号はカリウムまたはクロライドのような関連するイオンの存在によって影 響されてはならない。液体電解質溶液が、参照電極と各種の検体イオンおよび代 謝物の活性を測定するために使用される感知電極との間に介在しないため、コス トおよび使用便利性におい て慣用のＩＳＥを上廻る利益を有するソリッドステートＩＳＥセンサーが最近開 発された。ソリッドステートセンサーは、センサー感度および選択性を提供する ため、所望のイオンへ複合化もしくは他のように結合する、理想的には所望のイ オンだけへ結合するイオン選択剤もしくはイオノフォアを含んでいるポリマー膜 を使用する。膜はまた、複合化されたイオンが膜内で可動であるように、イオノ フォアのための溶剤を含んでいる。膜はこれによって流体中のイオン種検体との 接触に応答してそのイオン含量を変える。あるセンサーにおいては、異なる検体 に対する感度のために設計された異なる膜と接触にある共通の流体流を提供する ことにより、多数検体を測定することができる。この使用モードにおいては、分 析される検体は、膜層とくり返して直接に接触させられ、電極と組合わせた膜の 感度および選択性は、流体へくり返し暴露の間コンスタントであり続けることを 必要とする。流体へのくり返し暴露の間コンスタントな選択性を保つことの失敗 は不正確な読みまたは偽の信号を発生し得るので、センサーの選択性の安定性は 決定的である。特異性の変化はセンサーの使用寿命を有害に制限するであろう。 このため、ＩＳＥセンサーの使用寿命を制限する一要因は、種々の流体への膜の くり返し暴露の間他の関連物質に比較して、関心ある検体に対する膜の選択性の 保持もしくは安定性である。例えば、ナトリウムを測定するために設計された膜 は、較正液中に含まれ得る他のイオン種（例えばカルシウムまたはカリウムイオ ン）に対し既知の応答を持つことが必要である。使用寿命とは、暴露後較正スロ ープを暴露前の較正スロープから１０％以上偏差させることなくセンサーを標準 試験液へ暴露し得る時間数と定義される。 ＩＳＥセンサー膜内に感度および選択性をつくるための要件について一般的な 理論的解釈が存在するが、理論は重要な感度および選択性特性の安定性を実際の 使用の間保持するために要する膜の化学的構造を規定するためには貧弱な予測価 値しか持たない。この状況は、膜へその安定性を増強するために加えられるどん な添加物も、ポリマーバインダー、イオノフォアおよび可塑化、製造性等のため に含められる他の化合物を妨害しないように注意深く選ばれなければならないの で、悪化される。 あるクラスの溶媒をバリノマイシンを含んでいるカリウムＩＳＥセンサー膜組 成物にその貯蔵寿命を延長するために使用することが知られている（Ｕ．Ｓ．特 許Ｎｏ．４，６０８，１４９）。この場合は、バインダーとして疎水性ポリマー が使用され、そして選ばれた溶媒は実質上不揮発性である間に膜を可塑化する。 この溶媒の不揮発性は、センサーの作業前膜のための延長された貯蔵寿命を提供 する。しかしながらこれはセンサーの使用寿命の延長を扱ったものではない。 ナトリウムＩＳＥセンサーの残った欠点は、関心ある検体と、そして関心ある 検体以外のサンプル液中の物質を含んでいる試験流体へのくり返し暴露の結果、 膜の選択性の劣化である。このため、膜の選択性特性の安定性を長くすることに より、ＩＳＥセンサーの使用寿命を延長する簡単なそして費用のかからない方法 に対する需要が存在する。本発明の概要 本発明は、ナトリウム膜ペーストへ製造時あらかじめ定めた量の水を添加する ことによって、ナトリウムＩＳＥセンサーの有用な選 択性を延長する問題に向けられる。延長された使用寿命は全く予想外である。何 故ならば、センサーの選択性は膜の化学的成分によって主として決まり、そして ナトリウムＩＳＥ膜に一般的に使用されるイオノフォアは高度に親水性でないか らである。イオノフォアに加え、膜ペーストは水不溶性有機溶媒、疎水性有機ポ リマー、およびシリカ、可塑剤および接着増強剤のような他の成分を含み、それ らのどれも使用時膜安定性を延長するように水と有利に反応することが期待され ない。このように膜の選択性の安定性は、製造時膜ペーストへ水を添加すること によって影響されることが予想されない。しかしながら、水約０．５０重量％な いし１．００重量％を有するポリマーマトリックスペーストから製造した膜を有 するＩＳＥセンサーは、添加水を持たないポリマーマトリックスペーストから製 造した膜よりも約２倍長い使用寿命を有することが決定された。 本発明の他の利益は、製造時膜へ水の添加は簡単であり、そして高価な成分ま たは化学的に複雑な操作を必要としないことである。図面の簡単な説明 図１ａおよび１ｂは、本発明を例示する膜の位置を図示する、センサーの部分 断面図である。 図２は、テストのため種々のＩＳＥセンサーをどのように配列し得るかを示す 、センサーベースの平面図である。 図３は、本発明を取入れたナトリウムＩＳＥセンサーの図２の線Ａ−Ａに沿っ た断面図である。本発明の詳細な説明 図１ａは、第１の誘電層１４と、導通電極路１５と接触してセン サーベース１２上に形成された第２の誘電層１８を含む部分的に完成したＩＳＥ センサーを示し、層１４および１８は空所のパターンを有し、該空所は総体に数 字２０で指示した空胴を形成するように整列している。図１ｂはさらに、導通路 １５と接触して空胴２０内に適用されたセンサー膜１６を示す。好ましくは慣用 の厚いフィルムスクリーン印刷技術および適当な乾燥手段を使用する、そのよう なセンサーをつくるための方法は、例えば本発明の譲受人へ譲渡された米国特許 Ｎｏ．４，４５４，００７に記載されているように、この分野においてよく知ら れている。誘電層１４および１８の目的は、センサー膜層１６の必要な厚みを収 容するのに十分な一般に２０ないし４０ミクロンの間の深さを空胴２０へ提供す ることである。伝導性金属および伝導性金属化合物よりなる界面層を、界面を安 定化するために伝導層１５とセンサー膜層１６の間に任意に配置することができ る。 本発明のセンサー１０は、血液、尿、血漿、唾液、脊髄液および血清を含む生 物学的テスト流体中のナトリウムイオンの電位差測定のために有用である。その ような流体、特に尿サンプルは、測定すべきイオンの測定を妨害し得る薬物およ び塩基性陽イオンのような種々の物質をしばしば含有している。膜層１６の一次 的要求は、カリウムおよび塩素のような関連イオン種を有するテスト流体へのく り返し暴露の間、関心ある検体イオンに対するその選択性および感度を維持する ことである。 種々のイオン選択性膜ペースト組成物を膜層１６のために使用することができ 、一般に所望の選択性および感度を提供するためナトリウムイオンのためイオン 選択剤もしくはイオノフォアと、イオノ フォアを溶解することができる溶媒と、そして水プラス１種以上のバインダー材 料を含む支持マトリックスを含む。バインダーマトリックスは、イオノフォアお よび溶媒と組合せて、フィルムを横断して検体イオン移動性を発生させるのに十 分な透過性のフィルムを形成することができ、そしてテスト流体へのくり返し暴 露の間膜の完全性を維持する任意の材料であることができる。使用される溶媒は 、慣用の膜をつくるのに普通に使用される任意の溶媒でよい。任意に、適切な量 の可塑剤、それにフュームドシリカおよびシランのような他の成分を膜に加えて もよい。もし加えるならば、可塑剤はイオノフォアと共にポリマーへ加えること ができる。米国特許Ｎｏ．５，４０１，３７７は、電気的導体と直接接触にある イオン選択性膜を有するＩＳＥセンサーの製造に有用な種々の化学的成分および 適用し得る製造プロセスについて情報を含み、そして一般に技術の状態の指標で ある。 取り囲む空胴２０を形成するために使用される誘電層１４および１８への、そ してベース１２および導通路１５への膜層１６の接着を改良するため、膜ペース トへシランカップリング剤を加えてもよい。有用なシランは、エポキシおよびシ ラノキシ基を有する二官能シランを含む。これら三層間の接着欠陥は膜１６の誘 電層１４および１８からの剥離を生ずることが観察された。そのような剥離はテ スト流体が直接導通路１５と接触することを許容し、そしてセンサー１０の早期 故障を発生させる。シラン化学は、表面へのシランカップリングシラノールを生 成するようにシラノオキシ基を予備加水分解するためいくらかの量の水を必要と するから、湿気により影響されることが知られている。にもかかわらず、水の存 在が何故実施 例で使用した膜の使用寿命を延長するかは完全に理解されない。特に、水は膜層 １６と、誘導層１４および１８と、ベース１２または導通路１５との間の接着作 用を通常提供する反応性シランカチオンを完全に加水分解し、そしてシランを非 活動的にすると期待される量で存在するからである。このように、膜ペーストへ 水の添加はＩＳＥセンサーの使用寿命を改良できようとは予想されなかった。し かしながら、研究は、膜ペースト組成物への約０．５０ないし１．００重量％の 水の添加は、ＩＳＥセンサーの使用寿命を水添加なしの膜組成物の少なくとも２ 倍長く増大したことを確認した。 ナトリウム膜１６のその化学的成分に対する性能感受性に関係なく、水は膜１ ６を製造するために使用されるペースト中へ、テスト流体へのくり返し暴露の間 イオン感度および選択性の膜の維持性または安定性を増加し、それによってナト リウムＩＳＥセンサーの使用寿命を延長するために有益に添加することができる 。使用寿命とは、約９．０ないし９．５範囲のｐＨと、約１５０ミリモル濃度の イオン強度を有する、ナトリウムおよびカリウムの塩化物および炭酸塩の標準水 溶液よりなる標準テスト流体へ、暴露後の較正スロープが暴露前の較正スロープ を１０％以上偏差させることなしにセンサーを暴露し得る時間数と定義される。 水は、各自過剰量の水の故意の添加によって増強されるとは一般に予想されな い機能を持つ種々の成分からつくられた膜ペースト中、約０．５０重量％ないし １．００重量％の濃度にある。多くは推論に従うけれども、このように水の存在 が何故後記実施例に使用した膜の安定性に対し予期されない改良を提供するかは 完全に理解されない。本発明を例示するセンサー膜は、以前の膜の２４時間使用 時間に比較して、平均最短４８時間、そして７２時間ほど長い使用の間、正確な ナトリウムテスト結果を与えるように設計される。 驚くべきことに、これらの結果をふまえて、現在の研究は、ＩＳＥセンサー中 のカリウムおよびクロライド感受性膜を製造するための膜ペースト組成物もそれ へ添加した約０．５０重量％ないし１．００重量％の水を持つならば、添加した 水なしのペースト組成物を用いて製造したカリウムおよびクロライド感受性膜よ りも少なくとも７２時間以上機能する膜をつくることを示した。 疎水性バインダー材料、イオノフォアおよび溶媒を含んでいる有用な膜は、既 知のフィルムコーティング、流延またはスクリーン印刷技術を使用してつくられ る。ポリ塩化ビニル、カルボキシル化ポリ塩化ビニル、ポリ（スチレン−コ−ス チレンスルホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ−スチレンスルホン酸）、ホリ（塩 化ビニル−コ−スチレンカルボン酸）等の合成および天然ポリマー材料を含む材 料を有利に使用することができる。高分子量ポリ塩化ビニルが本発明の実施に成 功して使用された。有用な可塑剤は２−エチルヘキシルアジペートおよび／また はジオクチルセバケートを含む。 有用な“ナトリウムイオン選択剤またはイオノフォア”は、ナトリウムと選択 的相互作用を提供する任意の物質を含む。ナトリウムイオノフォアの例は、天然 モネンシン、メチル、エチル、ブチルおよびドデシルエステルモネンシンのよう なモネンシンエステル誘導体、ポリエーテルジアミド、ビスクラウンエーテル、 クリプタンド、カリキサレン、ヘミスフェランド、１６−クラウン−５誘導体、 およびＦｌｕｋａ ＩＩＩ（４−オクタデカノイロシメチル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’， Ｎ’−テトラシルコヘキシル−１，２−フェニレンジ オキシジアセタミド）を含む。これらイオノフォアのすべては、Ｆｌｕｋａ Ｃ ｈｅｍｉｋａ ＢｉｏＣｈｅｍｋａ（Ｒｏｎｋｏｎｋｏｍａ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ）および産業界で既知の他社のような商業的供給元から得ることができる。 有用な“カリウムイオン選択剤またはイオノフォア”は、カリウムと選択的相 互作用を提供する任意の物質を含む。バリノマイシンが特に有用なカリウムイオ ノフォアである。有用な“クロライドイオン選択剤またはイオノフォア”は、ク ロライドと選択的相互作用を提供する任意の物質を含む。ＴＤＭＡＣ（トリドデ シルメチルアンモニウムクロライド）が特に有用なクロライドイオノフォアであ る。 イオノフォアは、一種以上の有機溶媒によって溶解され、それによって膜内で 検体イオン移動性を提供する。有用な溶媒は、フタレート、セバケート、芳香族 および脂肪族エーテル類、フォスフェート、混合芳香族脂肪族フォスフェート、 アジペート、ニトロ化エーテルまたはエステルまたはそれらの混合物、およびこ の分野で既知のその他のものを含む。特に有用な溶媒は２−エチルヘキシルアジ ペートおよびジオクチルセバケートを含む。 膜の製造を助けるため揮発性溶媒を使用することができる。そのような溶媒は 膜組成物の粘度を下げ、センサーへの膜の適用を容易化する。この溶媒は、後で 記載する硬化ステップにおいて除去される。この目的に対して有用な溶媒は上に 記載したポリマーバインダーのための既知の溶媒を含む。カルボキシル化ＰＶＣ の場合、イソホロンが好ましい溶媒である。シクロヘキサノン、ジメチルホルム アミドまたは他の高極性溶媒も使用し得る。 本発明において使用される水は、電気抵抗度１０^-6ジ−メンスへ脱イオン化す ることによって精製された。本発明の例示的ＩＳＥセンサー膜ペーストの製造に は、ポリマー、イオノフォア、水および可塑剤の任意の混合順序が使用できる。 好ましくは、検体イオノフォアおよび可塑剤が、ポリマー、フュームドシリカ、 水および揮発性溶媒の混合物へ添加される。もし含めるならば、次にシランが添 加され、そして振とうにより均一に混合される。生成する検体選択性膜ペースト 組成物は、ＩＳＥ膜１６を製造するために使用でき、該膜１６にＩＳＥセンサー １０を製造するために使用することができる。 センサー設計、基材、および未乾燥膜を製造するためのポリマーペーストは、 本発明の譲受人へ譲渡され、そしてここに参照として取入れる米国特許Ｎｏ．５ ，５２２，９７８に記載されているプロセスに従って製造された。例示のため、 典型的には慣用の銀導体ペースト、例えばＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅ ｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅから入手し 得るシリーズＱＳ１７５を用い、センサーベース１２上に最初に導通路１５を沈 着し、次に典型的には慣用のセラミック誘電ペースト、例えばシリーズＱＳ４８ ２の第１の誘電層１４と、例えばやはりシリーズＱＳ４８２の第２の誘電層１８ と、そして最後にセンサー膜層１６を沈着する。センサーベース１２のための許 容し得る材料は、アルミナ、ガラス、ガラスエポキシ複合体、ポリエステル、ポ リエチレン、ポリイミド、ポリスチレン、またはポリカーボネートである。例え ば表１に記載した成分を含んでいるナトリウム選択性センサーペーストは、図１ および２に図示したナトリウムセンサー のナトリウム選択性膜を形成するため、ナトリウム選択性センサー位置１０−Ｎ ａにおいて電気導体１５上へ注射筒を用いて分配することができる。同様に、や はり表１に記載した成分を含んでいるカリウム選択性およびクロライド選択性セ ンサーペーストは、やはり図１および２に図示したカリウムおよびクロライドＩ ＳＥセンサーのイオン選択性膜を形成するため、それぞれのカリウムおよびクロ ライド選択性ＩＳＥセンサー位置１０−Ｋおよび１０−Ｃｌにおいて電気導体１ ５上へ注射筒を用いて分配することができる。 膜ペースト組成物は、イオン選択性膜層１６を形成するため、８０〜１１０℃ の範囲内の温度において１０ないし９０分間加熱することによって硬化すること ができる。得られたセンサー１０は、次に流れチャンネル膜３１（図３）に対し て位置決めされる。流れチャンネル３１は、ベース１２に対して圧縮下アセンブ リカートリッジ（図示せず）内に取り付けられ、ＩＳＥセンサー１０上の参照お よびサンプル液のための参照およびサンプル流れチャンネル３４Ｒおよび３４Ｍ に沿った流体シールを完成させる。ここで１０Ｒは参照ＩＳＥセンサーを示し、 １０Ｍは測定ＩＳＥセンサーを示す。 図２は、規則的パターンに配列された多数の個々のセンサーベース１２を含ん でいる基材３６を図示し、ベース１２はオートメーション生産設備による取扱い に適した連続して形成された単一製造片上に規則的パターンを刻線することによ って区切られる。製造プロセスが終了後、センサーベースは多数の個々のセンサ ー１０に分離することができる。センサーベース１２の各自は、平面配列にその 上に集積された電気接点パッド２３で終わるパターンに沈着された複数の導通路 １５を含むＩＳＥセンサーの配列を有し、センサー１ ０は個々の層１４，１６および１８（図１ａおよび１ｂに最良に見られる）より なっている。センサー１０は参照または測定役割のどちらかを果たすように設計 され、そして好ましくは列に配置され、参照機能センサー１０Ｒは列の一方の側 にあり、検出もしくは測定機能センサー１０−Ｎａ，１０−Ｋおよび１０−Ｃｌ であるセンサー１０は列の他の側にある。センサー１０の各自は、誘電層１４を こえて基材１２のトップに形成されたそれぞれの電気接点２３まで延びている電 気的導通路１５によって接続される。これらの接点は、それぞれのセンサー膜１ ６（図３を見よ）上のチャンネル３４を形成する流れチャンペル部材３１によっ て占領されるであろう区域の外側に配置される。接点２３は適切な電気コネクタ ーによって接触されるように位置決めされる。電気コネクター１５は、接点２３ を用いて、センサーの作動のため必要な種々の測定を容易にするように、センサ ー１０Ｒおよび１０Ｍの種々のペアを選択的に接続するため必要なマルチプレキ サーおよび電気メーター増幅器を提供する、化学分析機（図示せず）中の電子回 路へ接続される。 図３は、流体入口部分においては相互に離れているがしかし各みぞの流体出口 端において合体し、それにより較正操作に使用される参照流体およびテストされ るサンプル流体が流れ抜けることができる流体流れチャンネル３４Ｒおよび３４ Ｍを区画する、一対のチャンネル３２Ｒおよび３２Ｍを示している。流れチャン ネル部材３１は、センサーカートリッジに使用されるであろう溶液に関して化学 的に不活性なように選択される材料でつくられる。センサー膜層１６の上表面は 、このように流体流れチャンネル３４Ｒおよび３４Ｍをそれぞれ通って供給され る参照流体およびサンプル流体と流体お よび電解質接触にある。ショアＡ硬度（ＡＳＴＭ Ｄ−２１４０）４０ないし６ ０の硬度と、１０％ひずみにおいて０．７ないし４．２ＭＰａのセグメントモジ ュラスの室温機械的性質を有する、ブチルゴム、ハロブチルゴム、ブロモブチル ゴム、シリコーン、ポリウレタンまたはポリ塩化ビニルのようなエラストマー材 料が好ましい。 サンプル液中の検体の量は、センサーデバイスをペアで使用し、一方のセンサ ーデバイスは検体の既知量を含んでいる参照もしくは対照流体へ暴露し、他方は 検体の未知量を含んでいるサンプル流体へ暴露して決定することができる。本発 明の譲受人へ譲渡された米国特許Ｎｏ．５，１８４，５６８はそのような装置の 例である。良く知られている較正技術を用い、アッセイはサンプル流体中の検体 のレベルを決定するための測定の比較もしくは差別化方法において実行すること ができる。 センサー１０の作動は、２点較正操作と、そして多数回テスト流体分析測定ス テップよりなる。２点較正操作およびサンプル測定の両方とも二つの分析決定よ りなる。最初の較正操作ステップは、参照流体を参照流れチャンネル３４Ｒ中に ポンプし、そして次に同じ参照流体を測定流れチャンネル３４Ｍ中にポンプする ことによって実施される。参照流体は測定すべき範囲にわたる既知のイオン濃度 を有する溶液である。次に分析機内に収容された電子回路によって電位が測定さ れる。２番目の較正操作ステップは、異なる参照流体を流れチャンネル３４Ｒ中 にポンプすることによって達成される。分析機によって再び電位が測定される。 センサーの応答もしくはスロープが測定した電位と参照流体の既知のイオン濃度 とから計算さ れる。 第１のサンプル流体測定ステップは、参照流体を流れチャンネル３４Ｍ中にポ ンプし、そして次に同じ参照流体を流れチャンネル３４Ｒ中に引くことよりなる 。第２のサンプル流体測定ステップは、サンプル流体を流れチャンネル３４Ｍ中 にポンプすることよりなる。電位信号が再び電子回路によって測定される。サン プル中のイオンの濃度は、測定した電位と、センサーの既知のスロープと、参照 流体のイオン濃度から計算される。 本明細書で使用するように、術語“流体”は液体および気体を含むけれども、 現時点では液体が主に使用される。またいくつかの参照センサーエレメントが示 されているが、単一のエレメントを使用することができる。センサーエレメント はもし望むならばカーブした路に沿うことができる。 以下の実施例は本発明の実際を例証するために提供される。 実施例１水を含有しない膜ペースト組成物 これは、前述した米国特許Ｎｏ．５，５２２，９７８に記載されているような 、ナトリウム、カリウムおよびクロライドＩＳＥセンサーの使用寿命を例証する 実施例である。イオン選択性膜を製造するために使用したペーストは、表１に掲 げた成分を混合し、そして膜ペーストへ水の意図的な添加なしにつくられた。 ＊ カルボキシル化ポリ塩化ビニル ＊＊ グリシドキシプロピルトリメトキシシラン ＊＊＊ トリドデシルメチルアンモニウムクロライド ＊＊＊＊ テトラ（クロロフェニル）ホウ酸カリウム 後で記載する方法に従い、そして表１のペースト成分を使用してつくったナト リウムセンサーの使用寿命は、少なくとも４８時間の望ましい使用寿命に比較し て、２４時間以下であった。使用寿命は、約９．０ないし９．５範囲のｐＨとそ して約１５０ミリモル濃度 のイオン強度を有する塩化および炭酸ナトリウムおよびカリウムの標準水溶液よ りなる標準テスト液へ、暴露後の較正スロープを暴露前の較正スロープから１０ ％以上偏差を生じさせることなしにセンサーを暴露することができた時間数とし て決定された。 実施例２水を含有する膜ペースト組成物 これは、実施例１の現行技術ＩＳＥセンサーの使用寿命と比較しての、本発明 の例示ナトリウムＩＳＥセンサーの延長された使用寿命を例証する比較実施例で ある。約０．５０重量％ないし１．００重量％の水の添加を含む、ナトリウム、 カリウムおよびクロライドに対するイオン選択センサー膜をつくるのに使用した ペーストは、以下の表２に挙げた成分を混合することによりつくられた。 ＊ カルボキシル化ポリ塩化ビニル ＊＊ グリシドキシプロピルトリメトキシシラン ＊＊＊ トリドデシルメチルアンモニウムクロライド ＊＊＊＊ テトラ（クロロフェニル）ホウ酸カリウム 後で記載する方法に従い、そして表２によるペースト成分をもってつくった膜 を使用してつくられたすべての三つセンサーの使用寿命は、約４８時間より長く 、そしてある場合には７２時間も長く、 それ故膜ペースト中へ添加した水なしでつくったセンサーに比較して、実際の使 用にもっと適していると判定された。 実施例１および２によってつくった膜を有するセンサーの使用寿命 表１および２に挙げた成分よりなる膜を有する完成センサー１０の性能は、ポ ンプ、較正器、Ｍｕｌｔｉｐｌｙ^TMＩＳＥカートリッジ、電子回路および作動ソ フトウエアを備えた、Ｄａｄｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ ．（Ｎｅｗａｒｋ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）から得たＤｉｍｅｎｓｉｏｎ^TMＡＲ臨床 化学システム上で標準作業プロトコールを使用して測定された。センサーは、上 に記載したように、各電解質の二つのレベルと、そして次に水性緩衝化電解質の 二つのレベルよりなるテスト流体のパネルをもって較正され、そして血清系対照 製品の３種のテスト流体が分析された。較正液もしくは参照流体は、Ｄａｄｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．から入手し、そしてサンプル流 体はＣｉｂａ−Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏ．（Ｍｅｄｆｉｅｌｄ，Ｍａｉｎｅ）の市 販Ｍｕｌｔｉｑｕａｔ^TM対照であった。参照流体は、ナトリウムイオンの多レベ ル、それぞれＭＱ１，ＭＱ２およびＭＱ３を持っていた。参照流体濃度は、純ナ トリウム、カリウムおよびクロライド塩の量の重量分析によって決定した。参照 製品濃度の帰属は、水なしでつくられた多数センサーを使用して決定された。ベ ースライン結果は、すべてのカートリッジについての結果が未使用新品センサー に関するように、それらのライフサイクルの初期に新しいセンサーで得られた。 センサーの使用寿命は、５ないし１０の個々のセンサーのグループについて７２ 時間の間較正操作をくり返すことによっ て決定された。初期較正測定の後、カートリッジは２４時間待機モードに放置さ れ、その間標準水溶液が測定流れチャンネル３４Ｍを通ってゆっくりポンプされ た。カートリッジはその後、２４時間のシミュレートした使用寿命の後、較正ス ロープを決定するため再テストされた。全体で７２時間の経過時間のための追加 の４８時間後、シミュレートした使用寿命の７２時間後の較正スロープを決定す るためこの較正／テストサイクルがくり返された。次に、較正および標準溶液へ ７２時間暴露したセンサーの較正スロープと、初期較正決定の間較正溶液だけへ 暴露したセンサーの対照群の間で比較をした。膜ペースト組成物中に水ありおよ び水なしでつくられたナトリウムセンサーについての使用寿命テストの結果を以 下の表３に示す。表３は、ナトリウム膜のためのＭＱ３結果が膜ペーストへ水の 添加によって得られた性能において最良の性能を示したことを示す。 水なしペーストからつくった膜を用いたナトリウムセンサーの信頼性性能は不 満足であった。劣化した性能はナトリウムに対する選択性のロスに関係している 。平均較正スロープは、水を添加しなかった時の典型的応答＜５３ｍＶ／１０個 に比較し、水０．７５％をペーストへ添加した時＞５５ｍＶ／１０個であった。 良く知られたネルンスト式は、これらテストを行った環境温度において約５９ｍ Ｖ／１０個の理論的スロープを与えるであろう。この比較に基づいて、水を含む ペーストを使用してつくったナトリウム膜は使用寿命において統計学的に有意な 増加を提供したと判定された。 ここに開示した具体例は本発明の原理の例証であり、そして本発 明の範囲になお入る他の修飾を加えることができることを理解すべきである。従 って、本発明は明細書に詳細に示しそして記載したこれら具体例に制限されず、 請求の範囲のみによって限定される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 分散されたナトリウムに対し選択的なイオノフォアおよび水約０．５０重 量％ないし１．００重量％を有するポリマーマトリックスペーストからつくられ た膜を有する、流体中のナトリウムの存在を測定するためのイオン選択性電極セ ンサー。 ２． 前記ペーストは、ポリ塩化ビニル、カルボキシル化ポリ塩化ビニル、ポリ （スチレン−コ−スチレンスルホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ−スチレンスル ホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ−スチレンカルボン酸）、およびそれらの混合 物からなる群から選ばれるポリマーマトリックスを含んでいる請求項１のセンサ ー。 ３． ナトリウムに対し選択的なイオノフォアは、天然モネンシン、メチル、エ チル、ブチルおよびドデシルエステルモネンシンのようなモネンシンエステル誘 導体、ポリエーテルジアミド、ビスクラウンエーテル、クリプタンド、カリキサ レン、ヘミスフェランド、１６−クラウン−５誘導体、およびＦｌｕｋａ ＩＩ Ｉよりなる群から選ばれる請求項１のセンサー。 ４． 前記ペーストは、エポキシおよびシラノキシ基を持っている二官能シラン よりなる群から選ばれた接着増強剤をさらに含んでいる請求項１のセンサー。 ５． 前記ペーストは、フタレート、セバケート、芳香族および脂肪族エーテル 類、フォスフェート、混合芳香族脂肪族フォスフォネート、アジペート、ニトロ 化エーテルもしくはエステル類、２−エチルヘキシルアジペートおよびジオクチ ルセバケート、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれた溶媒をさらに含ん でいる請求項 １のセンサー。 ６． 流体は、血液、尿、血漿、唾液、脊髄液および血清を含む生物学的流体よ りなる請求項１のセンサー。 ７． 前記センサーは、複数の導通路がその上に配置されている平面状基材と、 それを通る複数の空胴を有する少なくとも一つの誘電層をさらに含み、各空胴は 少なくとも一つの導通路と連通にあり、前記膜は膜と導通路の間に連通が形成さ れるように前記空胴内に配置されている請求項１のセンサー。 ８． 分散されたナトリウムに対し選択的なイオノフォアおよび水約０．５０重 量％ないし１．００重量％を有するポリマーマトリックスからつくられた、流体 中のナトリウムの存在を測定するためのイオン選択性電極センサーに使用する膜 。 ９． 前記ペーストは、ポリ塩化ビニル、カルボキシル化ポリ塩化ビニル、ポリ （スチレン−コ−スチレンスルホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ−スチレンスル ホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ−スチレンカルボン酸）、およびそれらの混合 物からなる群から選ばれるポリマーマトリックスを含んでいる請求項８の膜。 １０． ナトリウムに対し選択的なイオノフォアは、天然モネンシン、メチル、 エチル、ブチルおよびドデシルエステルモネンシンのようなモネンシンエステル 誘導体、ポリエーテルジアミド、ビスクラウンエーテル、クリプタンド、カリキ サレン、ヘミスフェランド、１６−クラウン−５誘導体、およびＦｌｕｋａ Ｉ ＩＩよりなる群から選ばれる請求項８の膜。 １１． 複数の導通路をその上に有するベースと、それを通る複数の空胴を有す る少なくとも一つの誘電層と、そしてポリマーマトリ ックスおよびナトリウムに対し選択的なイオノフォアを含むナトリウムイオン選 択性電極膜を含んでいる、流体中のナトリウムの存在を測定するためのイオン選 択性電極センサーを製造する方法であって、 ベース上に複数の導通路を適用し、 前記導通路上に少なくとも一つの誘電層を適用し、 ポリマーマトリックスへ約０．５０重量％ないし１．００重量％の水を添加し 、 ポリマーマトリックスを前記空胴内に配置することを含む前記方法。 １２． 前記ポリマーマトリックスは、ポリ塩化ビニル、カルボキシル化ポリ塩 化ビニル、ポリ（スチレン−コ−スチレンスルホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ −スチレンスルホン酸）、ポリ（塩化ビニル−コ−スチレンカルボン酸）、およ びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１１の方法。 １３． ナトリウムに対し選択的なイオノフォアは、天然モネンシン、メチル、 エチル、ブチルおよびドデシルエステルモネンシンのようなモネンシンエステル 誘導体、ポリエーテルジアミド、ビスクラウンエーテル、クリプタンド、カリキ サレン、ヘミスフェランド、１６−クラウン−５誘導体、およびＦｌｕｋａ Ｉ ＩＩよりなる群から選ばれる請求項１１の方法。 １４． 前記膜は、エポキシおよびシラノキシ基を持っている二官能シランより なる群から選ばれた接着増強剤をさらに含んでいる請求項１１の方法。 １５． 前記膜は、フタレート、セバケート、芳香族および脂肪族 エーテル類、フォスフェート、混合芳香族脂肪族フォスフォネート、アジペート 、ニトロ化エーテルもしくはエステル類、２−エチルヘキシルアジペートおよび ジオクチルセバケート、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれる溶媒をさ らに含んでいる請求項１１の方法。 １６． 流体は血液、尿、血漿、唾液、脊髄液および血清を含む生物学的流体よ りなる請求項１１の方法。