(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種のポリマー材料、１２より低い親水性−親油性均衡（ＨＬＢ）値を有する少なくとも１種の界面活性剤、及びポリマーではない少なくとも１種の親水性化合物を混合して含んでなるセンサーメンブラン。
【請求項２】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ、δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球が半径＝５．８で共通容積区分を有してδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが該少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される、請求項１に記載のメンブラン。
【請求項３】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ，δｐ−ｐｏｌ，δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターのδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ及びδｈ−ｐｏｌを半径＝５．８の球内に含んでδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが該少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される、請求項１に記載のメンブラン。
【請求項４】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ、δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球を半径＝５．８の球内に含んでδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが該少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される、請求項１に記載のメンブラン。
【請求項５】
前記少なくとも１種のポリマーが、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデン−アクリロニトリルコポリマー、及びブタジエン−アクリロニトリルコポリマーとのそれらの混合物、ポリエステル、及びそれらのＵＶ硬化性アクリル酸エステル、ポリカーボネート、グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリスチレン、ポリウレタン、及びそれらのＵＶ硬化性アクリル酸エステル、並びにＵＶ硬化性エポキシアクリル酸エステル、好ましくはポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデン−アクリロニトリルコポリマー及びポリエステルから選択される、請求項１に記載のメンブラン。
【請求項６】
前記少なくとも１種のポリマーは、前記メンブランの７０％〜９９重量％の量で存在する、請求項１−５のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項７】
前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが半径＝５．８でδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持つ球から外れる親水性化合物から選択される、請求項１及び４−６のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項８】
前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒを半径＝９．２の球内に含んで、δｄ＝１６．６、δｐ＝１２．０、δｈ＝２０．７で中心を持つ親水性化合物から選択される、請求項１−７のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項９】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、アルコール、グリコール及びエーテル：
−  Ｃ２−Ｃ４アルコール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール及びｔ−ブタノール；
−  Ｃ２−Ｃ４ジ−及びトリアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−、１−３−及び１，４−ブタノール並びにグリセリン；
−  ポリエチレン（２−８）グリコール及びポリプロピレン（２−３）グリコール；
−  モノ−及びポリエチレン（２−８）グリコール並びにモノ−及びポリプロピレン（２−３）グリコールモノメチル及びモノエチルエーテル；
−  ポリエチレン（２−８）グリコールジメチル、ジエチル及びメチルエチルジエーテル；
の群から選択される、請求項１−７のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１０】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール、好ましくはジエチレングリコールから選択される、請求項９に記載のメンブラン。
【請求項１１】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、モノ−及びポリ−（２−４）サッカライドから選択される、請求項１−７のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、メンブランの１−２０重量％の量で存在する、請求項１−１１のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１３】
前記少なくとも１種の界面活性剤が、１０より低い親水性−親油性均衡（ＨＬＢ）値を有する、請求項１−１２のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１４】
前記少なくとも１種の界面活性剤が：
−  ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、好ましくはモノ及びポリ−エチレン（２−１０）グリコールのラウリン酸エステル、ミリスチル酸エステル、パルミチン酸エステル、ステアリン酸エステル及びオレイン酸エステル；
−  ポリエチレングリコールエーテル、好ましくは、ポリエチレン（２−１０）グリコールのオクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ドデシルフェニル、テトラデシルフェニル、及びヘキサデシルフェニルエーテル；
の群から選択される、請求項１−１０及び１２−１３のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１５】
前記少なくとも１種の界面活性剤が、ポリエチレン（３）グリコールトリメチルノニルエーテル、ポリエチレン（４）グリコールノニルフェニルエーテル及びポリエチレン（４）グリコールラウリルエーテルから選択される、請求項１４に記載のメンブラン。
【請求項１６】
前記少なくとも１種の界面活性剤が：
−  脂肪酸サッカライドエステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸のモノ−、ジ−及びポリ−グルコシド、メチルグルコシド、グルコピラノシド並びにマルトシド；
−  サッカライド脂肪エーテル、好ましくはオクチル、ノニル、デシル、ドデシル及びテトラデシルモノ−、ジ−及びポリ−グルコシド、メチルグルコシド、グルコピラノシド並びにマルトシド；
−  脂肪酸ソルビトールエステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸ソルビトール及びエトキシル化ソルビトール；
の群から選択される、請求項１−８及び１１−１３のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１７】
前記少なくとも１種の界面活性剤が、メンブランの０．１−１０重量％の量で存在する、請求項１−１６のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１８】
前記メンブランが、０．５−１０μｍ、好ましくは１−５μｍの範囲の厚さを有する、請求項１−１７のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項１９】
前記メンブランが、メンブランのバルクポリマー中に無作為に分布される界面活性剤で並ぶ親水性化合物のミセルを含んでなる構造を有する、請求項１−１８のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項２０】
前記メンブランが、界面活性剤で並ぶ細孔のパーキュレート性ネットワーク及び界面活性剤で並ぶ親水性化合物の隔離化ミセルを含んでなる構造を有する、請求項１−１９のいずれか１項に記載のメンブラン。
【請求項２１】
センサーメンブランの調製方法であって、
−  少なくとも１種のポリマー物質、１２より低い親水性−親油性均衡（ＨＬＢ）値を有する少なくとも１種の界面活性剤、ポリマーではない少なくとも１種の親水性化合物、及び少なくとも１種の溶媒を混合し；
−  前記混合物を支持体上に適用し；
−  溶媒を蒸発し；
−  所望によりメンブランをコンディショニングすること；
の工程を含んでなる方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ、δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球が半径＝５．８で共通容積区分を有してδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが該少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ，δｐ−ｐｏｌ，δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターのδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ及びδｈ−ｐｏｌを半径＝５．８の球内に含んでδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが該少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ、δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球を半径＝５．８の球内に含んでδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが該少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１種のポリマーが、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデン−アクリロニトリルコポリマー及びブタジエン−アクリロニトリルコポリマーとのこれらの混合物、ポリエステル及びそのＵＶ−硬化性アクリル酸エステル、ポリカーボネート、グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリスチレン、ポリウレタン及びそのＵＶ−硬化性アクリル酸エステル、並びにＵＶ−硬化性エポキシアクリル酸エステル、好ましくはポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデン−アクリロニトリルコポリマー及びポリエステルから選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが半径＝５．８でδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持つ球から外れる親水性化合物から選択される、請求項２１及び２４−２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒを半径＝９．２の球内に含んで、δｄ＝１６．６、δｐ＝１２．０、δｈ＝２０．７で中心を持つ親水性化合物から選択される、請求項２１−２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、アルコール、グリコール及びエーテル：
−  Ｃ２−Ｃ４アルコール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール及びｔ−ブタノール；
−  Ｃ２−Ｃ４ジ−及びトリアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−、１−３−及び１，４−ブタノール並びにグリセリン；
−  ポリエチレン（２−８）グリコール及びポリプロピレン（２−３）グリコール；
−  モノ−及びポリエチレン（２−８）グリコール並びにモノ−及びポリプロピレン（２−３）グリコールモノメチル及びモノエチルエーテル；
−  ポリエチレン（２−８）グリコールジメチル、ジエチル及びメチルエチルジエーテル；
の群から選択される、請求項２１−２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール、好ましくはジエチレングリコールから選択される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１種の親水性化合物が、モノ−及びポリ−（２−４）サッカライドから選択される、請求項２１−２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１種の界面活性剤が、１０より低い親水性−親油性均衡（ＨＬＢ）値を有する、請求項２１−３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１種の界面活性剤が：
−  ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸モノ−及びポリエチレン（２−１０）グリコール；
−  ポリエチレングリコールエーテル、好ましくは、ポリエチレン（２−１０）グリコールのオクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ドデシルフェニル、テトラデシルフェニル、及びヘキサデシルフェニルエーテル；
の群から選択される、請求項２１−２９及び３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１種の界面活性剤が、ポリエチレン（３）グリコールトリメチルノニルエーテル、ポリエチレン（４）グリコールノニルフェニルエーテル及びポリエチレン（４）グリコールラウリルエーテルから選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１種の界面活性剤が：
−  サッカライド脂肪酸エステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸モノ−、ジ−及びポリ−グルコシド、メチルグルコシド、グルコピラノシド並びにマルトシド；
−  サッカライド脂肪エーテル、好ましくはオクチル、ノニル、デシル、ドデシル及びテトラデシルモノ−、ジ−及びポリ−グルコシド、メチルグルコシド、グルコピラノシド並びにマルトシド；
−  脂肪酸ソルビトールエステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸ソルビトール及びエトキシル化ソルビトール；
の群から選択される、請求項２１−２７及び３０−３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ、δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球が半径＝５．８で共通容積区分を有してδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の溶媒は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｓｏｌ、δｐ−ｓｏｌ、δｈ−ｓｏｌが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球内に含まれる溶媒から選択される、請求項２１−３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ，δｐ−ｐｏｌ，δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターのδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ及びδｈ−ｐｏｌを半径＝５．８の球内に含んでδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の溶媒ｈ、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｓｏｌ、δｐ−ｓｏｌ、δｈ−ｓｏｌが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球内に含まれる溶媒から選択される、請求項２１−３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒｏ−ｐｏｌの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｐｏｌ、δｐ−ｐｏｌ、δｈ−ｐｏｌで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球を半径＝５．８の球内に含んでδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の溶媒は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｓｏｌ、δｐ−ｓｏｌ、δｈ−ｓｏｌが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球内に含まれる溶媒から選択される、請求項２１−３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１種の溶媒は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが半径＝５．８の球内に含み、δｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持つ溶媒から選択される、請求項２１−３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記少なくとも１種の溶媒が：
−  脂肪族Ｃ５−Ｃ８アルコール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール及びオクタノール；
−  脂環式Ｃ５−Ｃ８アルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロへプタノール及びシクロオクタノール；
−  脂肪族エステル、酢酸、プロピオン酸及び２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル及びｔ−ブチル；
−  脂環式エーテル、テトラヒドロフラン及び２−メチルテトラヒドロフラン；
−  一般式Ｒ１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ２によって表される脂肪族ケトン、ここにおいてＲ１及びＲ２は、独立に、メチル、エチル、プロピル及びイソプロピル並びにブチル、イソブチル及びｔ−ブチルを表す；
−  脂環式Ｃ５−Ｃ８ケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロへプタノン及びシクロオクタノン；
の群から選択される、請求項２１−３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１種の溶媒が、テトラヒドロフラン及びシクロヘキサノンから選択される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記混合物が、７０−９９重量部のポリマー、１−２０重量部の親水性化合物、０．１−１０重量部の界面活性剤及び９００−９９００重量部の溶媒を含んでなる、請求項２１−４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記混合物の支持体上への適用が、溶媒流延技術、好ましくは計量分配技術を使用して行われる、請求項２１−４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記混合物の支持体上への適用が、印刷技術、好ましくはセリグラフ技術を使用して行われる、請求項２１−４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記混合物の適用に対する支持体が、ポリマー箔又はガラスである、請求項２１−４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記混合物の適用に対する支持体が、センサーの酵素層である、請求項２１−４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記メンブランのコンディショニング工程が、水溶液による洗浄、好ましくは１種又はそれより多い塩及び１種又はそれより多い界面活性剤の水溶液による洗浄である、請求項２１−４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
第１のメンブラン、酵素層及び第２のメンブランを含んでなる、センサーのための層状メンブラン構造体であって、ここにおいて前記第１のメンブランは、請求項１−２０のいずれか１項に記載された通りのメンブランであるか、又はここにおいて前記第１のメンブランは、請求項２１−４６のいずれか１項に記載された通りの方法によって調製されたメンブランである、前記層状メンブラン構造体。
【請求項４８】
前記酵素層が、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、ウレアーゼ又はクレアチニンの酸化に対する酵素を含んでなる、請求項４７に記載の層状メンブラン構造体。
【請求項４９】
前記第２のメンブランが、干渉制限メンブラン及びイオン選択性メンブランの群から選択される、請求項４７−４８のいずれか１項に記載の層状メンブラン構造体。
【請求項５０】
第１のメンブラン、酵素層、所望により第２のメンブラン及び少なくとも１つの電極を含んでなるセンサーであって、ここにおいて前記第１のメンブランは、請求項１−２０のいずれか１項に記載された通りのメンブランであるか、又はここにおいて前記第１のメンブランは、請求項２１−４６のいずれか１項に記載された通りの方法によって調製されたメンブランであるか、或いはここにおいて前記第１のメンブラン、前記酵素層及び前記所望による第２のメンブランが、請求項４７−４９のいずれか１項に記載された通りの層状メンブラン構造体を与える、前記センサー。
【請求項５１】
前記第１のメンブランが、外側メンブランである、請求項５０に記載のセンサー。
【請求項５２】
前記センサーが、多くとも３０％の相対湿度において平衡化され、これに対応する水分を有する、請求項５０−５１のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項５３】
前記センサーが、平面のセンサーである、請求項５０−５２のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項５４】
前記センサーの試料に面する表面が、前記外側メンブラン及びポリマー包囲構造を含んでなる、請求項５０−５３のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項５５】
前記外側メンブランが、ポリマー包囲構造に結合している、請求項５４に記載のセンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、センサーメンブラン、その調製方法、センサー及びこのようなセンサーのための層状メンブラン構造体、特にグルコース、ラクトース、尿素又はクレアチニンの検出のためのセンサーメンブラン、その調製の方法、グルコース、ラクトース、尿素又はクレアチニンの検出のためのセンサー及びこのようなセンサーのための層状メンブラン構造体に関する。
生体分子の決定に対して、電流計的又は電位差計的原理に基づいた電気化学的センサーを使用することができる。
グルコースは、電流計的に測定することができる生体分子の重要な例である。この原理に基づいたセンサーは、酪酸及び同様にクレアチニンの濃度の決定に対して使用することができる。
【０００２】
血液のグルコース濃度は、重要な臨床的要素である。インスリンホルモンの不充分な分泌の結果である糖尿病の場合、グルコースの上昇した濃度は、生命を脅かす代謝不均衡及び血液のｐＨの変化に導くことができる。血液のグルコース濃度の電流計的決定は、グルコース（Ｃ6Ｈ12Ｏ6）のグルコン酸（Ｃ6Ｈ10Ｏ6）又はグルコノラクトン（Ｃ6Ｈ12Ｏ7）への酵素的酸化、そしてその後の発生した過酸化水素の検出に基づく。グルコースの酸化は、グルコースオキシダーゼ酵素によって触媒され、一方形成された過酸化水素は白金電極において電気化学的に酸化され、前記の電極からの電流はグルコース濃度の測定値である：
【０００３】
0003701608.tif 000002
【０００４】
酪酸及びクレアチニンの決定は、同様な酵素的反応及び発生した過酸化水素の決定に基づく。
尿素は、電位差計的に測定することができる生体分子の例である。従って、ウレアーゼによる尿素のアンモニアへの酵素的分解に基づく電位差計的センサーを使用することができる。アンモニウムイオンは、アンモニウム選択的電極によってその後測定することができる：
【０００５】
0003701608.tif 000003
【０００６】
電流計的及び電位差計的バイオセンサーの両方は、通常試料に面する外側メンブラン部分を持つ多層メンブランを含んでなる。
外側メンブランは、多孔質又は透過性のポリマーメンブレンであり、これは、分析対象物及び他の反応物の酵素層への透過を制御する。従って、グルコースセンサーにおいては、メンブレンは、反応物のグルコース及び酸素の透過を制御しなければならない。
然しながら、血液中では、グルコース濃度は酸素濃度を数桁超える。従って、外側メンブレンの主要な目的は、グルコースの酵素層への透過を減少することである。同様なことは、他の生体分子の測定に対して適用される。
【０００７】
外側メンブランを通過するグルコースの透過は、好ましくは迅速でなければならなず、即ちグルコース含有試料に暴露された場合、メンブランは、酵素層に達する少量のグルコースの迅速な応答を与えなければならない。短い応答時間は、グルコースの平衡濃度の早期の、そして信頼性のある推定を可能にし、従って迅速な測定手順を与える。更に、試験試料に対する短い暴露のみが必要となるものであるために、パラセタモール及びアスコルビン酸のような干渉性の種の透過は減少される。
現時点で入手可能なメンブランは、全て以下に更に詳細に記載されるように各種の不都合に悩まされている。
１つの方法によれば、外側メンブランは、親水性及び疎水性領域を持つポリマー構造体であるので、微視的多孔性を持たない。水に暴露された場合、このようなメンブランの親水性領域は、水を吸収し、従って膨潤した構造体中にグルコースに対する透過経路を与える。グルコースが親水性領域のみを通過する一方、酸素は疎水性領域を通過すると同様に親水性領域を通過して透過する。
この種類のメンブランの例は、Ｅｌｉ  Ｌｉｌｌｙ  ａｎｄ  Ｃｏ．に付与された米国特許第ＵＳ５３２２０６３号に開示され、これは、ポリウレタンメンブランを開示している。このメンブランは、“硬質”ウレタンの疎水性領域及び“軟質”ポリ（エチレンオキシド）の親水性領域を有する。メンブランの透過特性は、両方の種類の部分が酸素に対して透過性であり、一方“軟質”部分のみがグルコースに対して透過性であるために、“硬質”及び“軟質”部分間の均衡から決定される。
【０００８】
ＭａｎｃｈｅｓｔｅｒのＶｉｃｔｏｒｉａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙの国際特許出願ＷＯ９７／１７６０７は、界面活性剤とも呼ばれる表面活性剤を組み込んだ合成ポリマー物質のメンブランを開示している。ＷＯ９７／１７６０７の開示によれば、好ましいポリマー物質はＰＶＣである。更にＷＯ９７／１７６０７の開示によれば、好ましい表面活性剤の１つの群はポリオキシアルキレン、即ちエチレンオキシド及びプロピレンオキシドである。従って、４−オクチルフェノールの概略１０分子比率のエチレンオキシドとの縮合物であるトリトン（Ｔｒｉｔｏｎ）Ｘ−１００は、このようなエチレンオキシド残基の例である。ＷＯ９７／１７６０７の開示によれば、トリトンＸ−１００は、好ましくはメンブラン中に１０ないし４５重量％の量で存在する。
これらの親水性領域にもかかわらず、上記のメンブランは、むしろ遅いグルコースの透過性を、そして従ってグルコース含有試料に暴露した場合、むしろ長い応答時間を発揮する。膨潤した相を通過する遅い透過は、その高い屈曲性、即ち増加した有効経路長によって起こされるような流れに対する高いインピーダンスに起因する。従って、このようなメンブランは、迅速な透過性及び短い応答時間の要求を満たさない。
【０００９】
もう１つの方法によれば、外側メンブランは、ポリカーボネート、ポリプロピレン及びポリエステルのようなポリマーの微孔質の構造体である。このようなメンブランの多孔性は、物理的手段、例えば中性子又はアルゴン飛跡エッチングによって与えられる。グルコース及び酸素は、このようなメンブランを水で充填された細孔を通過して透過する。然しながら、上記のメンブランと比較して、微孔質メンブランの屈曲性は低く、即ち有効経路長はより低い。従って、微孔質メンブランは、上記のメンブランと比較して、より短い応答時間を与える。
このような微孔質メンブランの透過特性の正確な制御は、その後の化学的修飾から与えられる。この種類のメンブランの例は：
【００１０】
水に有意に溶解しない限られた揮発性の液体、例えばミリスチル酸イソプロピルのような脂質又はオレイン酸メチルのような脂肪酸のエステルで、細孔を少なくとも部分的に満たすために処理された、微孔質ポリマーメンブランを開示している英国のＩｍｐｅｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＰＬＣに付与された米国特許第ＵＳ４９１９７６７号；
その表面が、親水性成分が表面に不動化されるように、親水性成分の鎖が表面の遊離基に化学的に結合して、前記の表面を、その修飾されない状態に対して更に親水特性を与えるような様式で修飾された、外側メンブランを持つセンサーを開示しているデンマークのＲａｄｉｏｍｅｔｅｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａ／Ｓの国際特許出願ＷＯ９７／３６９９４である；ＷＯ９７／３６９９４の開示によれば、メンブランは、表面に遊離のカルボキシル又はヒドロキシル基を有する。修飾によって、メンブランの細孔は、親水性の鎖で覆われ、これは、水で満たされた細孔中の迅速なグルコースのＩ輸送を支持し、そしてこれは、その“アマモ（eelgrass）”様の動作によって、巨大分子による表面及び細孔が遮蔽されることを防止する。従って、微孔質メンブランの透過特性は、迅速な透過性及び短い応答時間を与えるように製造することができる。
【００１１】
残念ながら、それら微孔質メンブランは、米国、カリフォルニアのＳｅｎＤｘ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｃ．の国際特許出願ＷＯ９７／４３６３４に開示されているような、平面センサーの支持体被覆として使用することができるポリマー包囲構造に対して不充分な付着しか発揮しない。
従って、これまでに提案されたメンブランの処方にもかかわらず、グルコース含有試料に暴露された場合に迅速なグルコースの透過性、それ故の短い応答時間を示し且つ更に米国カリフォルニアのＳｅｎＤｘ  Ｍｅｄｉｃａｉ  Ｉｎｃ．の国際特許出願ＷＯ９７／４３６３４中に開示されているような平面センサーのポリマー包囲構造体に適正な付着を発揮するセンサーのためのメンブランについての必要性は依然として存在する。
【００１２】
これは、少なくとも１種のポリマー物質、少なくとも１種の界面活性剤及び少なくとも１種の親水性化合物を、混合物にして含んでなる本発明によるメンブランによって達成された。
本発明によれば、少なくとも１種の親水性化合物と一緒にした少なくとも１種の界面活性剤の存在が、メンブランの透過特性の改良された制御を可能にすることが見出された。
【００１３】
完全には理解されていないが、界面活性剤と親水性化合物との間の相互作用は親水性化合物のドメインが界面活性剤分子と共に並んでミセルを生成する構造を与えること、及びそのようなミセルがそれらポリマー構造中に分布することが考えられる。更に、そのメンブランは、界面活性剤で並ぶ細孔のパーキュレート性ネットワーク（perculating network）を含んでなる構造を有すると考えられる。ミセルがこのネットワーク中に分布する。このような構造のメンブランは、迅速なグルコースの透過性及びポリマー封入用構造への適正な接着性を発揮する。
そのメンブランの少なくとも１種の親水性化合物は、少なくとも１種のポリマーと非混和性であると理解されるべきである。従って、溶媒の蒸発で、少なくとも１種の親水性化合物は、界面活性剤のみを経てポリマーと相互作用する親水性ドメインを生成すると考えられる。このことによれば、少なくとも１種の親水性化合物は前記ミセル中及びメンブラン表面にのみ存在し、そして親水性化合物がバルクポリマー中に溶解しないと考えられる。
【００１４】
ハンセン（Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｍ．Ｈａｎｓｅｎ：Ｈａｎｓｅｎ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ−Ａ  Ｕｓｅｒ’ｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ（１９９９））によれば、如何なる溶媒又はポリマーも、蒸発エネルギーＥに寄与する（原子の）分散力、（分子の）双極性相互作用力及び（分子の）水素結合力をそれぞれ表示する一組の溶解度パラメーターδd、δp及びδhによって特徴付けることができ、ここで、δn＝（Ｅn／Ｖ）1/2であり、Ｖは化合物のモル体積である。更に如何なるポリマーも、特徴的な相互作用半径Ｒo-polを有し、この半径の球内でそれらの溶媒がポリマーを溶解させることができる。
【００１５】
従って、本発明の好ましい態様によれば、少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒo-polの溶解度球(solubility sphere)のポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδd-pol，δp-pol，δh-polで中心化（centered）されたもので、それの溶解度球が半径＝５．８で共通体積区分（common volume segment）を有してδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持ち、そして、少なくとも１種の親水性化合物は、それのハンセン溶解度パラメーターδd-hydr、δp-hydr、δh-hydrが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される。上記パラメーターは、好ましいポリマーポリ塩化ビニルのパラメーターであり、かくして上記ポリマーは、ポリ塩化ビニルと同様な溶解度特性を有するポリマーである。
【００１６】
別の方法として、少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒo-polの溶解度球にあるポリマーから選択され、ハンセン溶解度パラメーターδd-pol，δp-pol，δh-polで中心を持つもので、それのδd-pol、δp-pol及びδh-polが半径＝５．８内に含まれδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持ち、そして、少なくとも１種の親水性化合物は、それのハンセン溶解度パラメーターδd-hydr、δp-hydr、δh-hydrが少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される。
更に別の方法として、少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒo-polの溶解度球ポリマーから選択され、ハンセン溶解度パラメーターδd-pol，δp-pol，δh-polで中心を持つもので、それの溶解度球を半径＝５．８の球体中に含みδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持ち、そして、そして、少なくとも１種の親水性化合物は、それのハンセン溶解度パラメーターδd-hydr，δp-hydr，δh-hydrが、前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球から外れている親水性化合物から選択される。
【００１７】
好ましくは少なくとも１種のポリマーは、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデン−アクリロニトリルコポリマー及びブタジエン−アクリロニトリルコポリマーとのこれらの混合物、ポリエステル及びそのＵＶ−硬化性アクリル酸エステル、ポリカーボネート、グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリスチレン、ポリウレタン及びそのＵＶ−硬化性アクリル酸エステル、並びにＵＶ−硬化性エポキシアクリル酸エステル、更に好ましくはポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニリデン−アクリロニトリルコポリマー及びポリエステルから選択される。
少なくとも１種のポリマーは、好ましくはメンブランの７０％ないし９９重量％間の量で存在する。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、少なくとも１種の親水性化合物は、それのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒが半径＝５．８でδｄ＝１８．１、δｐ＝７．０、δｈ＝６．０で中心を持つ球から外れる親水性化合物から選択される。
本発明の更に好ましい態様によれば、少なくとも１種の親水性化合物は、そのハンセン溶解度パラメーターδｄ−ｈｙｄｒ、δｐ−ｈｙｄｒ、δｈ−ｈｙｄｒを半径＝９．２の球内に含みδｄ＝１６．６、δｐ＝１２．０、δｈ＝２０．７で中心を持つ親水性化合物から選択される。上記のパラメーターは、好ましい親水性化合物ジエチレングリコールのパラメーターであり、そして従って上記の球内に含まれる親水性化合物は、ジエチレングリコールと同様な溶解度特性を有する化合物である。
好ましくは少なくとも１種の親水性化合物は、アルコール、グリコール及びエーテルの以下の群：
−  Ｃ２−Ｃ４アルコール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール及びｔ−ブタノール；
−  Ｃ２−Ｃ４ジ−及びトリアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−、１−３−及び１，４−ブタノール並びにグリセリン；
−  ポリエチレン（２−８）グリコール及びポリプロピレン（２−３）グリコール；
−  モノ−及びポリエチレン（２−８）グリコール並びにモノ−及びポリプロピレン（２−３）グリコールモノメチル及びモノエチルエーテル；
−  ポリエチレン（２−８）グリコールジメチル、ジエチル及びメチルエチルジエーテル；
から選択される。
【００１９】
更に好ましくは少なくとも１種の親水性化合物は、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールから選択され、ジエチレングリコールが最も好ましい親水性化合物である。
例えばポリエチレン（２−８）グリコールジメチルの数字的命名は、化合物の繰り返し単位の平均数の範囲を示すことは理解されるべきである。
本発明のもう１つの好ましい態様において、少なくとも１種の親水性化合物は、モノ−及びポリ−（２−４）サッカライドから選択される。
少なくとも１種の親水性化合物が、メンブランの１−２０重量％間に対応する量で存在する場合、優れたメンブラン特性が得られることが見出された。
１２より低い、好ましくは１０より低い親水性−親油性均衡（ＨＬＢ）値の界面活性剤が、特に良好な特性を有するメンブランを与えることが更に見出された。ＨＬＢは、界面活性剤の全体の分子量に対する界面活性剤の親水性部分の分子量を２０倍したものとして定義される。
【００２０】
少なくとも１種の親水性化合物がアルコール、グリコール及びエーテルから選択される場合、少なくとも１種の界面活性剤は：
−  ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸モノ−及びポリエチレン（２−１０）グリコール；
−  ポリエチレングリコールエーテル、好ましくは、ポリエチレン（２−１０）グリコールのオクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクチルフェニル、ノニルフェニル、デシルフェニル、ドデシルフェニル、テトラデシル−フェニル、及びヘキサデシルフェニルエーテル；
の群から選択される。
【００２１】
本発明の好ましい態様において、少なくとも１種の界面活性剤は、ポリエチレン（３）グリコールトリメチルノニルエーテル、ポリエチレン（４）グリコールノニルフェニルエーテル及びポリエチレン（４）グリコールラウリルエーテルから選択される。
別の方法として、少なくとも１種の親水性化合物がサッカライドから選択される場合、少なくとも１種の界面活性剤は：
−  脂肪酸サッカライドエステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸モノ−、ジ−及びポリ−グルコシド、メチルグルコシド、グルコピラノシド並びにマルトシド；
−  サッカライド脂肪エーテル、好ましくはオクチル、ノニル、デシル、ドデシル及びテトラデシルモノ−、ジ−及びポリ−グルコシド、メチルグルコシド、グルコピラノシド並びにマルトシド；
−  脂肪酸ソルビトールエステル、好ましくはラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸ソルビトール及びエトキシル化ソルビトール；
の群から選択される。
少なくとも１種の界面活性剤は、好ましくはメンブランの０．１ないし１０重量％間の量で存在する。
メンブランは、好ましくは０．５−１０μｍ、更に好ましくは１−５μｍの範囲の厚さを有する。
【００２２】
本発明は、更にセンサーメンブランの調製方法を包含する。
本発明のこの第２の側面によれば、センサーメンブランは、少なくとも１種のポリマー物質、少なくとも１種の界面活性剤、少なくとも１種の親水性化合物及び少なくとも１種の溶媒を混合し、その後前記の混合物を支持体上に適用し、そして少なくとも１種の溶媒を蒸発することを可能にすることの工程を含んでなる方法によって調製される。
この方法による少なくとも１種のポリマー物質、少なくとも１種の界面活性剤及び少なくとも１種の親水性化合物は、先に記載したポリマー物質、界面活性剤及び親水性化合物の群から選択される。本発明によれば、少なくとも１種のポリマーは、少なくとも１種の溶媒に可溶である。
【００２３】
従って、本発明の好ましい態様によれば、少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒo-polの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδd-pol、δp-pol、δh-polで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球が半径＝５．８で共通容積区分を有してδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の溶媒は、そのハンセン溶解度パラメーターδd-sol、δp-sol、δh-solが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球内に含まれる溶媒から選択される。
別の方法として、少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒo-polの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδd-pol，δp-pol，δh-polで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターのδd-pol、δp-pol及びδh-polを半径＝５．８の球内に含んでδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の溶媒ｈ、そのハンセン溶解度パラメーターδd-sol、δp-sol、δh-solが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球内に含まれる溶媒から選択される。
【００２４】
更に別の方法として、少なくとも１種のポリマーは、相互作用半径＝Ｒo-polの溶解度球にあるポリマーから選択され且つハンセン溶解度パラメーターδd-pol、δp-pol、δh-polで中心を持つもので、該ハンセン溶解度パラメーターの溶解度球を半径＝５．８の球内に含んでδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持ち、且つ、前記少なくとも１種の溶媒は、そのハンセン溶解度パラメーターδd-sol、δp-sol、δh-solが前記少なくとも１種のポリマーの溶解度球内に含まれる溶媒から選択される。
本発明の好ましい態様によれば、少なくとも１種の溶媒は、そのハンセン溶解度パラメーターδd-hydr、δp-hydr、δh-hydrが半径＝５．８の球内に含みδd＝１８．１、δp＝７．０、δh＝６．０で中心を持つ溶媒からから選択される。
【００２５】
好ましくは少なくとも１種の溶媒は：
−  脂肪族Ｃ5−Ｃ8アルコール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール及びオクタノール；
−  脂環式Ｃ5−Ｃ8アルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロへプタノール及びシクロオクタノール；
−  脂肪族エステル、酢酸、プロピオン酸及び２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル及びｔ−ブチル；
−  脂環式エーテル、テトラヒドロフラン及び２−メチルテトラヒドロフラン；
−  一般式Ｒ1−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ2によって表される脂肪族ケトン、ここにおいてＲ1及びＲ2は、独立に、メチル、エチル、プロピル及びイソプロピル並びにブチル、イソブチル及びｔ−ブチルを表す；
−  脂環式Ｃ5−Ｃ8ケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロへプタノン及びシクロオクタノン；
の群から選択される。
最も好ましくは少なくとも１種の溶媒は、テトラヒドロフラン及びシクロヘキサノンから選択される。
【００２６】
メンブランを形成する混合物は、好ましくは７０−９９重量部のポリマー、０．１−１０重量部の界面活性剤及び１−２０重量部の親水性化合物並びに９００−９９００重量部の溶媒の組成を有する。
この側面によれば、混合物は、ポリマーフィルム、ガラス上に又は少なくとも１つの電極、内側のメンブラン及び酵素層の層状構造体の酵素層上に、溶媒流延技術、例えば計量分配技術又は印刷技術、例えばセリグラフ技術を使用して適用される。
所望により、この方法はコンディショニング工程を含み、その工程の中でメンブランが、水溶液、好ましくは１種又はそれより多い塩類及び１種又はそれより多い界面活性剤の水溶液で洗浄される。完全には理解されていないが、メンブランのコンディショニングによって、少なくとも１種の親水性化合物の少なくとも一部、そして所望によりその全てが、メンブラン構造体から洗い流されるために、多孔質構造体が形成されると考えられる。以下の図３及び４に例示するように、ミセルのパーキュレート性ネットワークの一部であるこれらのミセルが、メンブランの開口性多孔質に寄与すると信じられる。
【００２７】
本発明の第３の側面は、センサーに対する、第１のメンブラン、酵素層及び第２のメンブランを含んでなる層状メンブラン構造体に関し、ここにおいて前記の第１のメンブランは、本発明の第１の側面によるメンブランであるか、又は本発明の第２の側面による方法によって調製されたメンブランである。第２のメンブランは、干渉制限メンブラン及びイオン選択性メンブランの群から選択される。センサーが電流計的センサーである場合、第２のメンブランは好ましくは干渉制限メンブランであり、そしてセンサーが電位差計的センサーである場合、好ましいメンブランはイオン選択性メンブランである。
本発明の好ましい態様において、層状メンブラン構造体の酵素層は、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、ウレアーゼ又はクレアチニンの酸化に対する酵素を含んでなる。
【００２８】
本発明の第４の側面は、第１のメンブラン、酵素層、所望により第２のメンブラン及び少なくとも１つの電極を含んでなるセンサーに関し、これによって前記の第１のメンブランは、本発明の第１の側面によるメンブランであるか、又はこれによって前記の第１のメンブランは、本発明の第２の側面による方法によって調製されたメンブランであるか、或いはこれによって前記の第１のメンブラン、前記の酵素層及び前記の所望による第２のメンブランは、本発明の第３の側面による層状メンブラン構造体である層状メンブラン構造体を与える。
第１のメンブランは、好ましくは外側メンブラン、即ち試料に面し、そして試料及び酵素層を分離するメンブランである。
好ましくは、センサーは、多くとも３０％の相対湿度において平衡化され、そしてこれに対応する水分を有する。
センサーは、好ましくは平面のセンサーである。
【００２９】
１つの態様において、試料に面するセンサーの表面は、本発明の外側メンブラン及び米国、カリフォルニアのＳｅｎＤｘ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｃ．の国際特許出願ＷＯ９７／４３６３４に記載されているようなポリマー包囲構造からなる。本発明のこの態様によれば、メンブランは、ポリマー包囲体に結合する。
本発明の第１、第３及び第４の側面によるメンブラン、層状メンブラン構造体及びセンサーは、制御された分析対象物の透過性を必要とするあらゆる分析測定に対しても適用可能である。特に、このような測定は、血液、尿、脳脊髄液、環境的に重要な化合物のような生物学的及び生理学的流体中の化合物の測定、又は重要な工程パラメーターの測定を含む。
少なくとも１種の親水性化合物は、好ましくはメンブランの１％ないし２０重量％間に対応する量で適用される。これに対して、メンブランの開口性多孔質は、０．１−３％の範囲であることが見出されている。従って本発明のメンブランの本出願人の理解によれば、親水性化合物の大部分は、事実上、非パーキュレート性細孔中及びメンブラン表面に位置するので、開口性多孔質には寄与しないと考えられる。
【００３０】
界面活性剤の主たる役割は、ポリマーネットワーク中の親水性化合物の適正な分布の供給、及びその後のメンブランの安定化にあると考えられる。従って界面活性剤は、それ自体、細孔形成剤ではないと考えられる。
驚くべきことに、１２より低い、好ましくは１０より低い親水性−疎水性均衡（ＨＬＢ）値のこれらの界面活性剤が、特に良好な透過特性を有するメンブランを与えることが見出されている。低いＨＬＢの界面活性剤が、メンブランの洗浄によって溶解せず、そして従ってトリトンＸ−１００のような高いＨＬＢの界面活性剤での場合のように、メンブランから洗い流されることがないと信じられる。
他方、低いＨＬＢの界面活性剤の適用は、親水性化合物と組み合わせた場合にのみ可能であり、これは、界面活性剤の制御された分布を与える。従って、界面活性剤と親水性化合物とを組み合わせた適用からの真の相乗効果が存在する。
界面活性剤と親水性化合物との間の相互作用は、少なくとも１種の界面活性剤の親水性部分が、少なくとも１種の親水性化合物と構造的類似性を有する場合に特に相乗的であると理解されるべきである。
【００３１】
従って、特に良好なメンブランの特性は、アルコール、グリコールおよびエーテルの群から選択された少なくとも１種の親水性化合物が、ポリエチレングリコール部分を含む少なくとも１種の界面活性剤と組み合わされた場合に得られると分かった。
同様に、優れたメンブラン特性は、サッカライドから選択された少なくとも１種の親水性化合物が、脂肪酸サッカライドエステル、サッカライド脂肪エーテルおよび脂肪酸ソルビトールエステルの群の界面活性剤と組み合わせた場合に得られることが見出されている。
【００３２】
メンブラン調製のための溶媒は、少なくとも１種のポリマーの溶解を可能にしなければならないが、少なくとも１種の親水性化合物と多くともせいぜい部分的な混和性でなければならない。特に、少なくとも１種のポリマーは、少なくとも１種の溶媒にのみ可溶であり、少なくとも１種の親水性化合物には不溶でなければならない。従って、溶媒の蒸発によって、少なくとも１種の親水性化合物の分子は、ミセル及びメンブランの表面に集合して、必要とされる構造体を与える。
少なくとも１種の親水性化合物は、溶媒の蒸発の際に蒸発しないか又は僅かな蒸発しか示さないと理解されるべきである。
ポリマーバルク相を通過する透過性を減少するために、本発明のメンブランのポリマーが、そのガラス転移温度（Ｔg）より低い温度で操作されるか又は高い結晶化度の度合いを有するかのいずれかであることが見出されている。従って４０℃より高いＴgを有するポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン−アクリロニトリルコポリマー及びポリエステルが好ましいポリマーである。
【００３３】
図１において、２００μｍの厚みのアルミナ支持体１１０は、１つの表面に、直径１０００μｍ及び１０μｍの厚みの円形の白金作動電極１２０、作動電極の外周の３０−３３０°の角度範囲を覆う、外径３０００μｍ、内径２０００μｍ及び１０μｍの厚みの環状の白金対向電極１３０、及び作動電極の外周の０°に位置する、直径５０μｍの円形の銀／塩化銀参照電極１４０が備えられている。これらの三つの電極構造体の全ては、支持体と交差する白金を満たされたスルーホール（示されていない）を経由してアルミナ支持体１１０を通過して、センサー電子回路（示されていない）に接続されている。操作時には、作動電極１２０は、参照電極１４０に対して＋６７５ｍＶに極性化される。
【００３４】
更にアルミナ支持体において、１１０は、ガラス及びポリマー包囲体の２層構造体である。これらの２層構造体は、作動電極１２０を囲む、外径１８００μｍ、内径１２００μｍ及び５０μｍの厚みの環状構造体１６０、１６１、及び全体の電極系を囲む、厚み５０μｍの構造体１５０、１５１を含む。これらの２層構造の両方は、２０μｍ厚みの英国のＥＳＬ  Ｅｕｒｏｐｅから入手したＥＳＬガラス４９０４のアルミナ支持体１１０に面する、内側の層１５０、１６０、及び米国、カリフォルニアのＳｅｎＤｘ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｃ．の国際特許出願ＷＯ９７／４３６３４中に開示されているような、米国、カリフォルニアのＳｅｎＤｘ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｃ．から入手した、２８．１重量％のポリエチレンメタクリル酸エステル（Ｅｌｖａｃｉｔｅ、部品番号２０４１、ＤｕＰｏｎｔから入手）、３６．４重量％のカルビトールアセテート、３４．３重量％のシラニン化（ｓｉｌａｎｉｎｉｚｅｄ）カオリン（部品番号ＨＦ９００、Ｅｎｇｅｌｈａｒｄから入手）、０．２重量％のヒューム法シリカ及び１．０重量％のトリメトキシシランからなるポリマー包囲体の外側層１５１、１６１からなる。
【００３５】
直径１２００μｍ及び１０μｍの厚みの酢酸セルロース及び酢酸酪酸セルロースの円形の内側のメンブラン１７０は、作動電極１２０を覆う。
直径１２００μｍ及び２μｍの厚みの、グルタルアルデヒドによって架橋されたグルコースオキシダーゼの円形の酵素層１８０は、内側のメンブラン１７０を覆う。
酵素層１８０は、グルタルアルデヒドによって架橋されたグルコースオキシダーゼの０．４μｌの緩衝された溶液を、酢酸セルロースのメンブラン１７０上に分配することにより調製された。酵素層は、３７℃で３０分間乾燥された。
直径４０００μｍ及び１０μｍの厚みのＰＶＣ／トリメチルノニル−トリエチレングリコール／ジエチレングリコールの円形の外側メンブラン層１９０は、作動電極１２０に中心を置く全体の電極系を覆う。
外側メンブランを、１．３５グラムのポリ塩化ビニル（Ａｌｄｒｉｃｈ  ３４，６７６−４）、０．０１４９グラムのトリメチルノニル−トリエチレングリコール（Ｔｅｒｇｉｔｏｌ  ＴＭＮ３  Ｔｈ．Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔから入手）及び０．１３４グラムのジエチレングリコールから調製し、これらを２１．３グラムのテトラヒドロフラン及び７．５８グラムのシクロヘキサノンに加えた。混合物をＰＶＣが溶解するまで撹拌し、そして均質な溶液を得た。２８．５グラムのテトラヒドロフランを加えて、９０／１／９のＰＶＣ／界面活性剤／親水性化合物の組成物の２％溶液を得た。溶液を、三つの電極を覆い、そしてポリマー包囲体１５１と概略０．５ｍｍオーバーラップを有するように、センサーの部分に分配した。外側メンブランを、２３±２℃で３０分間、そして４０℃で１時間半乾燥した。
三つの層１７０、１８０，１９０の全ては、自動分配装置（ＩＶＥＫポンプ）に設置されたｘ、ｙ、ｚ表により分配された。
【００３６】
図２において、作動電極１２０、対向電極１３０、参照電極１４０、ポリマー包囲構造１５１、１６１、及び電極のセンサー電子回路への電気的接続のための白金で満たされたスルーホール１５２を含む、図１の電極及びポリマー包囲体の断面図を示す。
【００３７】
図３において、図１の未コンディショニング状態の外側メンブランの断面図は、親水性化合物３２０、３３０、３４０、３５０のミセルを含むポリマーマトリックス３１０を示す。３２０は、パーキュレート性ネットワークの一部であるミセルを表し、３３０は、非パーキュレート性ネットワークであるがメンブランの表面に達しているミセルを表し、３４０は、表面に達している単独のミセルを表し、そして３５０は、隔離されたミセルを表す。それらミセルは、界面活性剤３６０で列をなし、またそのメンブラン表面の内面に並ぶ。
【００３８】
図４において、図１及び図３のコンディショニングされた外側メンブランの同様な断面図は、パーキュレート部３２０、非パーキュレート性ネットワークのミセル３３０及びメンブラン表面での単一のミセル３４０が、塩類及び界面活性剤の水溶液で洗浄された場合、水で満たされた細孔に転換されることを示す。隔離されたミセル３５０は、このようなコンディショニングで変化しない。
【００３９】
図５において、図４の細孔３４０の拡大図が示される。水で満たされた細孔の表面は、界面活性剤分子３６０で並ばされ、その親水性部分５１０が細孔の内部の水相に面し、その疎水性部分５２０がバルクポリマーに面する。
【００４０】
図６において、ｔ＝０秒において３０ｍＭのグルコース濃度の溶液に暴露された場合の、図１のセンサーの応答曲線が示される。平衡信号の５０％の信号を得るための応答時間は３秒である。平衡信号の８０％の信号を得るための応答時間は１０秒であり、そしてこれらの非平衡信号の両方は、平衡グルコース濃度の簡単な、そして正確な推定を可能にする。同様な結果は、センサーをそれぞれ０、１、２、５、１０及び２０ｍＭのグルコース濃度の溶液に暴露した場合に得られた。
【００４１】
図７は、図１の手順に従って製造されたが、然しながら１グラムのＰＶＣ及び０．４５グラムのトリトンＸ−１００の混合物で、図１のＰＶＣ／界面活性剤／親水性化合物の組成物を置き換えた、従って国際特許出願ＷＯ９７／１７６０７のメンブラン組成物の開示に対応する、従来の技術のセンサーの３０ｍＭのグルコースに暴露した場合の応答を示す。平衡信号の５０％の信号を得るための応答時間は、７秒である。平衡信号の８０％の信号を得るための応答時間は、１３秒である。応答曲線は、図６に示した応答曲線が可能であるような、平衡グルコース濃度の簡単な推定を可能にしない。同様な結果は、センサーをそれぞれ０、１、２、５、１０及び２０ｍＭのグルコース濃度の溶液に暴露した場合に得られた。
例えば２ｍＭの濃度のパラセタモルに対するセンサーの典型的な応答時間は、１０−３０秒の範囲であるため、パラセタモルは、従来の技術のセンサーの測定に影響するものであるが、一方本発明によるセンサーに対する影響は無視できるものである。
【００４２】
更なる比較の目的のために、図１の手順に従って、然しながらデンマークのＲａｄｉｏｍｅｔｅｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａ／Ｓの国際特許出願ＷＯ９７／３６９９４で開示されているような微孔質ポリエステルメンブランで、図１の外側メンブランを置き換えたセンサーを製造した。ポリエステルメンブランを、ポリマー包囲体にエポキシ樹脂を使用して固定した。
このセンサーは、恐らくは不良なメンブランのコンディショニング、即ちセンサーの電極に対する接触を確立するための、メンブランへの水性試料の不良な透過のために全く応答しなかった。
明白であるように、上記の図及び実施例は、本発明が、例示のみである図及び実施例の態様に制限されないことにおいて非制約的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、その層状構造を示す電気化学的グルコースセンサーの略図である。
【図２】  図２は、図１に示したセンサーの電極及びポリマー包囲構造の断面図である。
【図３】  図３は、コンディショニング前の本発明のメンブランの構造の断面図である。
【図４】  図４は、本発明のコンディショニングされたメンブランの構造の断面図である。
【図５】  図５は、コンディショニングされたメンブランの細孔表面の構造の略図である。
【図６】  図６は。図１のセンサーの応答曲線を例示する。
【図７】  図７は、従来技術の外側メンブレンに基づいたセンサーの応答曲線を例示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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