(57)【要約】塩化物選択性電極膜は、ポリマーマトリックスを含み、ここでこのポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂と、アミド基を含有するアミンとを含む。このアミンは、化学量論的に過剰量で存在し、硬化剤及び塩化物選別剤の両方として機能する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックスを含む塩化物選択性電極膜であって、前記マトリックスは、エポキシ樹脂とアミド基を含有するアミンとを含み、ここで前記アミンは化学量論量的に過剰量で存在する、前記塩化物選択性電極膜。
【請求項２】
前記アミンが、ポリアミド、アミドアミン及びその混合物の群から選択される、請求項１に記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項３】
前記アミンがポリアミドであり、これが脂肪酸二量体を含む酸成分とポリアルキレンポリアミン成分との反応生成物である、請求項２に記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項４】
前記脂肪酸二量体が、トール油、ひまし油、亜麻仁油、大豆油及びその混合物から選択される二量体化脂肪酸である、請求項３に記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項５】
前記ポリアルキレンポリアミン成分が、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン及びテトラエチレンペンタミン、並びにその混合物からなる群から選択される、請求項３または４に記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項６】
前記アミンがアミドアミンであり、これは、飽和及び不飽和脂肪酸の群から選択される酸成分と、アルキレンジアミン、ポリアルキレンポリアミン及びその混合物から選択されるアミン成分との反応生成物である、請求項２に記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとのポリマーを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項８】
前記アミンが少なくとも150%の化学量論的に過剰量で存在する、請求項１〜７のいずれかに記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項９】
前記膜がさらに、クレー、シリカ、珪酸塩及びその混合物からなる群から選択される接着促進剤を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項１０】
前記膜がさらに、好ましくはグリシジルエーテル及びフタレートの群から選択される粘度降下剤を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の塩化物選択性電極膜。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに従った塩化物選択性電極膜と、内部参照電極とを含む、塩化物選択性電極。
【請求項１２】
請求項１１に記載の塩化物選択性電極；外部参照電極；及び前記塩化物選択性電極と前記外部参照電極との間の起電力を測定するための手段を含む、流体中の塩化物イオンを測定するためのシステム。
【請求項１３】
外部参照電極を持つ表面を有する電気的に絶縁された支持体と、その上に形成された請求項１１に記載の塩化物選択性電極；
前記参照電極の上に参照液を通すための手段を有する参照フローチャネル；及び
塩化物選択性電極の上に試験液を通すための手段をもつセンサフローチャネルを含む、試験液中の塩化物イオンを測定するためのセンサアセンブリであって、前記参照及びセンサフローチャネルが、アセンブリから液体を除去するための共通の出口を画定する、前記センサアセンブリ。
【請求項１４】
不活性支持体に請求項１〜１０のいずれかに記載の塩化物選択性電極膜を適用する方法であって、前記エポキシ樹脂、前記アミン及び溶媒の混合物を前記支持体上に分配する；及び
前記分配された混合物を含む支持体を加熱して塩化物選択性電極膜を得る、各段階を含む前記方法。
【請求項１５】
不活性支持体に請求項１〜１０のいずれかに記載の塩化物選択性電極膜を適用する方法であって、前記エポキシ樹脂及び前記アミンとの混合物を、ステンシル手順によって前記支持体上に適用する；及び
前記ステンシル印刷された混合物を含有する支持体を加熱して、塩化物選択性電極膜を得る、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化物選択性電極膜、かかる膜を含む塩化物選択性電極、そのような塩化物選択性電極を含む系及びセンサアセンブリ、並びに塩化物選択性電極膜を不活性支持体に適用する方法に関する。本発明は、特に、アミド基を含有するアミンとエポキシ樹脂とを含む塩化物選択性電極膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン選択性電極(ion  selective  electrode：ISE)は、流体中のイオン濃度を測定するのに広く使用されている。ISEは、飲料水中のフッ化物イオンの測定及び生物学的流体中の種々の電解質の測定等を含む広範な種類の電位差測定で使用されてきた。かくして、ISEは、血清及び血中のナトリウム、カルシウム、マグネシウム、カリウム、リチウム及び塩化物イオンを測定するのに日常的に使用される。
【０００３】
通常、ISEは、イオン選択性電極膜、電解液、及び内部参照電極から構成される。この電解液は、別個の相であってもよいし、膜の一体部分であってもよい。即ちこの膜は電解液として作用することができる。ISE及び外部参照電極は、ポテンショメトリック・セル系(potentiometric  cell  system)を形成する。ISEと関連して使用される外部参照電極は、通常、Ag/AgCl等の金属/ハロゲン化金属電極である。サンプル溶液からイオン選択性電極膜への当該イオンの選択性移動によって、膜を横切って電位差が生じる。活性の違いに対して膜を横切った電位差と関連する数学的表現はネルンストの式である。測定した電位差(ISE対外部参照電極電位)は、溶液中の所定のイオンの活性の対数に直線的に依存し、調査中のイオンの定量化に使用することができる。線形従属の傾きは、感度として定義される。膜の感度がサンプル流体に繰り返し暴露される間に一定でない場合、不正確または偽性測定値が出て、電極の寿命は限られたものになる。本発明の当該イオンは塩化物イオンであるので、この用語は「塩化物選択性電極膜」及び「塩化物選択性電極」となる。
【０００４】
電位差測定イオンセンサの原理の一般的な議論は、Oeschらの“Ion  Selective  Membranes  for  Clinical  Use”、Clinical  Chemistry、第32巻、第８号、1448〜1459頁(1986年)及びBurnettらの“Use  of  Ion  Selective  Electrodes  for  Blood-Electrolyte  Analysis”、Clin.Chem.Lab.Med．第38巻、第４号、363〜370頁(2000年)及びthe  International  Union  of  Pure  and  Applied  Chemictry（IUPAC）Analytical  Compendium、第８章、3.2.1節、“General  Terms  Related  to  Ion  Selective  Electrodes”により提供される。
【０００５】
塩化物選択性電極膜を使用して流体サンプル中の塩化物イオンを測定するために、多くの試みがなされてきた。かくして、塩化物選択性電極膜は、通常、塩化物に選択性なイオノフォアを含む、可塑化ポリマーマトリックスから形成される。そのような膜の具体的な例は、ポリ塩化ビニル、四級アンモニウムイオノフォア及び、膜にイオン運動性を付与するための可塑剤からなる。アンモニウム化合物の例としては、トリドデシルメチルアンモニウムクロリド及びテトラドデシルアンモニウムクロリドが挙げられる。通常、そのような塩化物選択性成分はその脂肪親和性に関して選択され、これは長期膜寿命に寄与する。意外にも、膜と接触する流体は、膜から可塑剤とイオノフォアを引き抜いて、膜の感度を徐々に弱めてしまうことがある。これは、ヘパリン化血漿サンプルを分析するときに問題となる。というのもヘパリンは、膜及び電極の寿命に悪影響を与えることが知見されたからである。電極の寿命は、通常、60%Nernstian未満に感度を低下させるのに必要な暴露量として定義される。
【０００６】
塩化物選択性電極膜のもう一つの必要条件は、当該被分析物質以外の物質には殆ど応答しないということである。この特徴は選択性として公知である。サンプル流体は物質を含むことが多く、電極膜と干渉して偽性電気応答を生じる。塩化物選択性電極膜に関しては、特に難しい課題は、(血中及び尿中の)サリチル酸塩よりも高い選択性を達成し、且つそのような干渉物質に対して膜を繰り返し暴露する間に、この選択性を維持することである。
【０００７】
Hoffman-La  Rocheの米国特許第6,340,714号は、具体的な割合で可塑剤とアミノ化合物硬化剤と共に、エポキシ樹脂を含む塩化物感受性電極膜を開示する。アミノ化合物として、トリエチレンテトラミン(TETA)を使用する。
【０００８】
米国特許第6,340,714号に従って、このアミノ化合物はさらに膜の中でイオノフォアとして機能するので、慣用のイオノフォアに関連した問題を排除できる。しかしながらTETAを使用すると、濃度に依存して可撓性などの膜の機械的特性及び、支持体に対する接着性またはその選択性を弱める傾向がある。
【０００９】
従って、塩化物選択性電極膜の感度及び／または選択性の悪化は、依然として大きな問題である。機械的特性に悪影響を与えることなく、膜の感度及び選択性の安定性を高めることによってそのような膜の寿命を延長することも重要な課題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、妨害物質に対し安定した感度及び優れた選択性を備えた塩化物選択性電極膜を提供することである。さらに本発明の目的は、長期寿命と優れた機械的特性とを保持する、塩化物選択性電極膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は第一の側面において、ポリマーマトリックスを含む塩化物選択性電極膜を提供し、ここで前記マトリックスはエポキシ樹脂とアミンとを含む。このアミンはアミド基を含有し、化学量論量的に過剰量で存在する。
【００１２】
膜において、このアミンは、硬化剤及び塩化物選択剤の両方として機能する。エポキシの硬化の間、アミンのアミノ基は樹脂のエポキシ基と反応して、ポリマーネットワークを作り出す。膜の中で活性イオンの交換部位は、アミンに存在する二級(-NHR)及び三級(-NRR)アミノ基である。アミド基を含有するアミンを使用すると、追加の塩化物イオノフォアを使用する必要性を排除し、優れた膜の機械的特性を達成できる。
【００１３】
アミンにアミド基が存在すると、これらの基は残存するアミノ基との分子内反応を受けて、環式構造を形成することができるので好都合である。形成するのに最も一般的な環式構造は、イミダゾリン構造である。
【００１４】
環化は、開口アミド構造を環式構造に転換させる高い反応温度によって達成する。この反応は可逆性であり、アミド基は、水の存在で回復できる。イミダゾリン基の存在により、エポキシ樹脂の硬化は低下して、可使時間を長期化させ、膜の製造が容易になる。
【００１５】
アミド基を含有するアミンは、一般式：(NR1R2)-R3-NR4-C(=O)-R5を有する。R1、R2及びR4は、水素及びC1-C10アルキル並びにそのハロゲン化またはヒドロキシル化修飾物から選択される。R1、R2及びR4は、全て水素であるのが好ましい。R3は任意の脂肪族または芳香族基であってもよい。R3は一つ以上のアミン官能基を含むのが好ましい。R5は、任意の脂肪族または芳香族基であってもよく、また追加のアミン及び／またはアミド官能基を含んでもよい。R5はC10-C24脂肪族基を含むのが好ましい。
【００１６】
このアミンはモノマーであってもよく、またはR5は繰り返し単位を含むことができるので、このアミンはオリゴマー若しくはポリマーであってもよく、アミンの平均分子量はMW=200〜10,000であるのが好ましく、MW=200〜2,000がより好ましい。おそらく全ての長鎖アミノ末端化化合物が、塩化物選択性電極膜物質として可能性を有し得るだろう。かくして、シアノアルキレン基、アルキレンオキシド基及び／またはケト基を含有するアミンも同様に使用することができる。
【００１７】
本発明では、アミンの化学量論量的に過剰量を塩化物選択性電極膜で使用することが必要である。この化学量論量的過剰量は、エポキシ樹脂を完全に硬化させるのに必要なアミンの量に対して使用するアミンが過剰であることとして定義する。化学量論量的に過剰量のアミンは、膜の選択性を提供する。これは完全に理解されてはいないが、ポリマーネットワークの中で結合したアミンのアミノ基の可能性と比較して、非結合アミン化合物のアミノ基の塩化物交換性が高いためであろう。
【００１８】
アミド基を含有する前記アミンは、ポリアミド、アミドアミンまたはその混合物であるのが好ましい。
本発明のポリアミドは、一般式：(NR1R2)-R3-(NR4-C(=O)-R6-R6-(C=O)-NR4-R3)n-(NR1R2)を有し、即ちこれらは、多官能性アミンと二酸の反応生成物である。このアミンがポリアミドであるとき、R1、R2及びR4は、水素及びC1-C6アルキルから選択される。R3は、好ましくは一つ以上のアミン官能基を含有するC2-C10アルキルである。R6は、好ましくは１〜４個の不飽和官能基を含有するC8-C24脂肪族基である。好ましくはn=１〜20であり、より好ましくはn=１〜５である。このポリアミドの平均分子量は、MW=400〜8,000であるのが好ましく、MW=400〜2,000がより好ましい。
【００１９】
本発明のアミドアミンは、式：(NR1R2)-R3-NR4-C(=O)-R5を有する。即ち、これらは多官能性アミンと酸との反応生成物である。アミンがアミドアミンであるとき、R1、R2及びR4は、水素及びC1- C 6アルキルから選択される。さらにR3は、好ましくは一つ以上のアミン官能基を含有するC2〜C10アルキルであり、R5は、好ましくは１〜４個の不飽和官能基を含有するC8〜C24脂肪族基である。このアミドアミンの平均分子量は、MW=200〜1,000であり、より好ましくはMW=300〜500である。
【００２０】
このポリアミド及びアミドアミンは、膜の非常に優れた選択性並びに優れた機械的特性を与える。ポリアミド及びアミドアミンはやや長鎖分子であるので、これらはポリマーの低いガラス転移温度(Tg)を提供し、硬化エポキシに可撓性を付与するので、膜の電気抵抗を低下させ、感度を高める。
【００２１】
ポリアミドは、飽和または不飽和脂肪酸二量体とポリアルキレンポリアミンとの反応生成物であるのが好ましい。好ましくは、このポリアミンはジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)またはテトラエチレンペンタミン(TEPA)である。飽和脂肪酸は、パルミチン酸またはステアリン酸であるのが好ましい。脂肪酸二量体の製造で好ましくは使用される不飽和脂肪酸としては、C18不飽和脂肪酸、例えばオレイン酸、リノール酸、リノレイン酸、即ちモノ-及びポリ不飽和脂肪酸が挙げられる。非常に長いポリアミド鎖は膜の親油性に影響を与え、幾らか立体障害を与えて、塩化物選択性に寄与するので、そのような酸をベースとしたポリアミドによって、優れた膜特性が得られる。
【００２２】
トール油脂肪酸とTETAとを反応させることにより製造し、Resolution  Performance  Productsより市販のEPIKURE(登録商標)3140硬化剤は、本発明で使用し得る市販のポリアミド硬化剤の代表例である。トール油脂肪酸は、主にパルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸及びリノール酸の混合物である。ひまし油、亜麻仁油、大豆油などから誘導した市販の酸二量体も本発明で使用することができる。
【００２３】
アミドアミンは、アルキレンジアミン、ポリアルキレンポリアミン、及びその混合物から選択されるアミン成分と、飽和及び不飽和脂肪酸の群から選択される酸成分との反応生成物であるのが好ましい。好ましくはこのアミン成分はDETA、TETAまたはTEPAである。本発明のアミドアミンの製造で使用し得る脂肪酸としては、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレイン酸などが挙げられるが、これらに限定されない。EPIKURE(登録商標)3055硬化剤(Resolution  Performance  Products)は、好都合に使用し得る市販のアミドアミン硬化剤の代表例である。
【００２４】
本発明で使用するエポキシ樹脂は、本明細書中に開示のアミンによって硬化可能な任意のエポキシ樹脂であってもよい。通常、エポキシ樹脂は、１を超える1,2-エポキシ当量、好ましくは平均で１分子当たり約1.5を超えるエポキシド基を有する任意の硬化可能なエポキシ樹脂であってもよい。このエポキシ樹脂は、飽和または不飽和、洗浄または分岐の、脂肪族、脂環式、芳香族または複素環式であってもよく、硬化反応と実質的に干渉しない置換基を保持することができる。好適なエポキシ樹脂の一群は、好適な塩基の存在下またはアルカリ性反応媒体中などで、塩基性条件下、過剰量のエピクロロヒドリンと多価アルコールまたはフェノールとの反応によって製造したものである。好ましくは、このエポキシ樹脂は、多価フェノールのポリグリシジルエーテルである。好適な多価フェノールの例としては、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノール-A)；2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-tert-ブチルフェニル)プロパン；1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン；1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)イソブタン；1,1-ビス(4-ヒドロキシ-3-アルキルフェニル)エタンなどが挙げられる。好適な二価フェノールは、ホルムアルデヒドなどのアルデヒドとフェノールとの反応によっても得ることができる（ビスフェノール-F）。本発明で好都合に使用し得る好ましいエポキシ樹脂の市販品の例としては、例えばEPON(登録商標)エポキシ樹脂(Resolution  Performance  Products)、DER(登録商標)エポキシ樹脂(Dow  Chemical  Company)及びAraldite(登録商標)エポキシ樹脂（Ciba  Geigy）が挙げられる。
【００２５】
エポキシ樹脂の具体例としては、EPON(登録商標)エポキシ樹脂828、DER(登録商標)エポキシ樹脂331及びAraldite(登録商標)エポキシ樹脂GY60202が挙げられる。ポリグリシジルエーテルであるこれらの樹脂の一般構造は、それぞれの末端のエポキシドと、中間の繰り返し単位とからなる。樹脂中に含まれ得る繰り返し単位の数は変動するので、種々の粘度が得られる。
【００２６】
最も好ましくは、このエポキシ樹脂は、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとのポリマーである。
意外にも、150%を超える化学量論量的に過剰量、即ち、樹脂の完全硬化に必要なアミン量の2.5倍を超える量でアミンを適用すると、特に優れた膜特性が得られることが知見された。このアミンがポリアミドであるとき、この化学量論量的過剰量は、150〜700%であり、より好ましくは160〜220%であり、最も好ましくは約200%である。このアミンがアミドアミンであるとき、化学量論量的過剰量は150〜250%であるのが好ましい。
【００２７】
本発明の膜組成物は、クレー、シリカ、珪酸塩及びその混合物を含む、接着促進剤(adhesion  promoter)を含むことができるが、これらに限定されない。たとえば、この膜組成物は、タルク及びヒュームドシリカを含むことができる。疎水性とするために処理したヒュームドシリカは、本発明で好都合に使用することができる。そのような疎水性粒子を使用すると、電極膜の接着特性を顕著に改善し、膜上に蛋白質が付着するのを軽減することができる。
【００２８】
好ましくは、粘度降下調節剤をポリマーマトリックスに添加する。この粘度降下調節剤は膜のインピーダンスを減らし、その湿潤特性及び機械的特性を改善する。好ましくはこの調節剤は、グリシジルエーテル及びジエチルヘキシルフタレートなどのフタレートの群から選択される。
【００２９】
追加の塩化物選択剤が本発明の組成物中に望まれる場合、追加のイオノフォアを添加することができる。たとえば、トリドデシルメチルアンモニウムクロリド及びテトラデシルアンモニウムクロリドなどの四級アンモニウムホスホニウム化合物を使用することができる。上記にもかかわらず、本明細書においてアミンは、他のイオノフォアを添加しなくても塩化物選択性薬剤として非常に効果的に機能する。
【００３０】
本発明の第二の側面では、塩化物選択性電極を提供する。これは本発明に従って塩化物選択性電極膜と内部参照電極とを含む。
この電極は、これらに限定されないが、血液、尿、血漿、汗、髄液及び血清を含む、流体サンプル中の塩化物イオンを電位差測定するのに有用である。
【００３１】
第三の側面では、本発明は、流体中の塩化物イオンを測定する系を提供し、ここで前記系は、本発明の塩化物選択性電極、外部参照電極、及び塩化物選択性電極と外部参照電極との間の起電力(electromotive  force)を測定するための手段とを含む。
【００３２】
第四の側面において、本発明は、試験液体中の塩化物イオンを測定するためのセンサアセンブリを提供する。このアセンブリは、外部参照電極と、その上に形成された本発明の塩化物選択性電極を備えた表面をもつ電気的に絶縁した支持体を含む。このアセンブリはさらに、塩化物選択性電極の上に試験液体を通過させる手段を備えたセンサフローチャネルと、参照電極上に参照液体を通過させるための手段を持つ参照フローチャネルとを含む。この参照フローチャネルとセンサフローチャネルは一緒になって、アセンブリから液体を除去するための共通の出口を画定する。
【００３３】
本発明に従ったセンサを使用し得るカートリッジの一つの例は、SenDx  Medial，Inc.,CA、アメリカの米国特許第6,193,864号に開示されている。
本発明のさらに別の側面では、不活性支持体上に塩化物選択性電極膜を適用する方法を提供し、その方法は、エポキシ樹脂、アミン及び溶媒の混合物を前記支持体上に適用し、分配した混合物と共に支持体を加熱して、電極膜を得る各段階を含む。
【００３４】
本発明の塩化物選択性電極膜は、本明細書中に記載のごときエポキシ樹脂及びアミンと、好適な溶媒とを混合することにより製造することができる。使用した溶媒は、慣用の膜を製造するのに一般的に使用した任意の溶媒であってもよく、たとえばテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、キシレン及びトルエンが挙げられる。通常、分配法によって適用すべき本発明の塩化物選択性組成物は、固体約10重量%〜約50重量%を含む。分配した混合物を含有する支持体を加熱すると、溶媒が蒸発して、塩化物選択性電極膜が得られる。
【００３５】
あるいは、本方法は、前記エポキシ樹脂と前記アミンとの混合物を前記支持体上にステンシル印刷し、ステンシル印刷した混合物と共に支持体を加熱して、塩化物選択性電極膜を得ることを含む。
【００３６】
以下の実施例は、本発明を説明するためのものである。
【実施例】
【００３７】
実施例１
エポキシ樹脂に対して化学量論量的に過剰量のアミンの計算は、以下に概説したように実施する。
【００３８】
最初に、エポキシ樹脂とアミン薬剤の当量は、たとえば、生成物の文献に列記された平均当量範囲を使用して得る。
樹脂：EPON(登録商標)828樹脂  当量＝190g/当量。
【００３９】
アミン薬剤：EPICURE(当量)3140硬化剤  当量=95g/当量。
次に、「Phr」と称する、樹脂100重量部を硬化させるのに必要なアミン重量部を以下の通りに決定する。
【式１】
【００４０】
2007513320.tif 000002
【００４１】
かくして、化学量論的混合比は、エポキシ樹脂100重量部当たりアミン50重量部である。
しかしながら、本発明は、アミン薬剤が化学量論量的に過剰量で存在しなければならない。この化学量論量的過剰量とは、エポキシ樹脂の完全硬化に必要なアミン量を超えて使用する過剰量のアミンである。ところが、上記で計算した化学量論量的混合物は、エポキシ樹脂100重量部当たりアミン50重量部に相当し、例えば、150重量部のアミンの適用は、化学量論的過剰量(150−50)/50×100%＝200%に相当する。この実施例において、アミン150重量部は、エポキシ樹脂190グラム(g)当たりアミン285グラム(g)に相当する。
【００４２】
実施例２
ステンシル印刷に好適な塩化物選択性電極膜の製造
エポキシ樹脂（Epon  828，Resolution  Performance  Products製）32グラム(g)を含有する100ミリリットル(ml)ビーカーに、タルク(Nytal  100，R.T.Vanderbilt製)19gを添加した。得られた混合物を均質状態になるまで撹拌した。
【００４３】
ポリアミド硬化剤(EpiKure  3140，Resolution  Performance  Products製)48グラム(g)を含む100ミリリットル(ml)ビーカーに、ヒュームドシリカ(Cab-o-sil  TS720，Cabot  Corporation製)1.7gを添加した。得られた混合物を均質状態になるまで撹拌した。
【００４４】
この均質エポキシ樹脂混合物を、均質ポリアミド混合物と共に、スパチュラを使用して約５分間、混合した。
実施例１から明らかなように、実施例２の膜のアミンの化学量論量的過剰量は200%であった。
【００４５】
実施例３
分配に好適な塩化物選択性電極膜材料の製造
エポキシ樹脂（Epon  828，Resolution  Performance  Products製）41.5グラム(g)を含有する200ミリリットル(ml)ビーカーに、モノグリシジルエーテル(Heloxy  7，Resolution  Performance  Products製)３gを添加した。得られた混合物を均質状態になるまで撹拌した。ポリアミド硬化剤(EpiKure  3140，Resolution  Performance  Products製)58.5グラム(g)を添加し、均質なエポキシ樹脂混合物と一緒に、約５分間、スパチュラを使用して混合した。シクロヘキサノン60グラム(g)を添加し、エポキシ/ポリアミド混合物と混合した。
【００４６】
実施例４
ステンシル印刷による塩化物選択性電極の製造
上記実施例２に記載の如く製造した塩化物選択性電極膜材料を、以下に記載の如くセンサアセンブリに組み込んだ。
【００４７】
非導電性セラミック支持体(96%アルミナ(Al2O3)、ADS-96R、CoorsTek製、Grand  Junction，CO、アメリカ)を超音波処理によって洗浄し、乾燥した。電極用伝導体として機能する銀パターンを、銀ペーストQS175(E.I.du  Pont  de  Nemours  and  Company，Delaware，アメリカ)を使用してセラミック支持体上にスクリーン印刷した。次いで印刷したセラミック支持体を、対流式オーブン中、115℃で１５分間設置することにより風乾した。その後、850℃まで40℃/分の加熱速度を使用して、肉厚フィルム方法を使用するような、肉厚フィルムコンベヤベルト炉中で支持体を熱した。このセラミック支持体を850℃で５分間保持し、次いで40℃/分の速度で冷却した。金属導電体の厚さは８μm〜20μmであった。電極の形状は円であり、直径は0.028〜0.046インチであった。
【００４８】
次いで肉厚フィルム誘電性ガラスESL  4904(Electro-Science  Laboratories，Inc)の一つ以上の層を、セラミック支持体上にスクリーン印刷し、乾燥し、上記導電体層が露出したままにした。誘電層を含有するセラミック支持体を、800℃まで40℃/分の加熱速度を使用して肉厚フィルムベルト炉で加熱し、次いで800℃で５分間保持し、次いで40℃/分の速度で冷却した。この誘電ガラス組成物は、電解液の存在下で優れた化学安定性を生み出し、且つ続く封入ポリマー層と結合するシランに好ましいガラス質シリカ層を含むように選択した。ガラス層の厚さは、通常６〜16μm範囲である。
【００４９】
溶媒と、ポリマーバインダー成分とを混合した、銀と塩化銀の混合物(銀70重量%と塩化銀30重量%の比)を、金属導電体の上にスクリーン印刷した。使用した具体的な配合物は、AgCl14(Polymer  Innovations，Inc.，San  Marcos，アメリカ)であった。次いでセラミック支持体を対流式オーブン中、185℃で３時間硬化させた。得られたAg/AgCl電極の厚さは、５〜20μm範囲であった。このAg/AgCl電極は電位差センサ電極、即ち内部参照電極であった。Ag/AgCl電極の印刷した直径は通常、金属導電体の直径よりも５%大きいので、金属導電体は塩化物選択性膜には暴露されていない。
【００５０】
塩化物選択性膜電極を含有するセンサアセンブリは、アセンブリ上に担持された外部参照電極を含み、正確な参照電位を与える。この参照電極は、本質的に塩化物参照電極と同様に構成されているが、塩化物選択性電極膜は省略した。
【００５１】
Ag/AgCl層を付着させた後、第一のポリマー層を、電極の開口部をもつ支持体上に付着させる。第一のポリマー層は(誘電体ガラス層と一緒に)、センサキャビティの下部壁を形成し、ここに電極を配置する。
【００５２】
ポリマー層を形成するのに使用したポリマーは、アクリル樹脂28.1重量%、酢酸カルビトール36.4重量%、カ焼カオリン34.3重量%、ヒュームドシリカ0.2重量%及びシラン1.0重量%の組成である。このアクリル樹脂は、Lucite  International、Inc.,Cordova，TN，アメリカ製の、Elvacite  2041などの低分子量ポリエチルメタクリレートである。カ焼カオリンは、シラン化(silaninized)カオリン、例えばEngelhard製HF900である。このシランは、トリメトキシシランなどのエポキシシランである。シランは、誘電性ガラス層上のヒドロキシル基に結合し、樹脂の官能基と架橋するために３つの官能基が残っている。第一のポリマー層は、所望の厚さを得るために三つのスクリーニングプロセス/手順で付着させる(即ち、約0.0020インチ)。それぞれのポリマー層は、それぞれのスクリーニングプロセスの後で乾燥する。第二のポリマー層は、センサキャビティの上部壁を形成するように付着させる。第一のポリマー層と第二のポリマー層は、下部キャビティ層のキャビティと、上部キャビティ壁のキャビティの直径と、所望の深さを達成するのに必要なスクリーニングプロセスの数だけが異なっている。第二のポリマー層の場合には、所望の厚さを得るためには、９つのスクリーニングプロセスが必要である。それぞれのポリマー層は、それぞれのスクリーニングプロセスの後に乾燥させる。さらに、少なくとも二つの手順の後に、ポリマーをスクリーニングし、且つ硬化させる。
【００５３】
0.046インチ直径の塩化物センサ用のセンサキャビティは、約0.0075インチの総深度であり、上部壁で約0.070インチの直径であり、下部壁で約0.06インチの直径である。
一度センサキャビティを形成し、ポリマー層を硬化させたら、それぞれのセンサのキャビティをステンシル印刷によって実施例２の液体塩化物選択性電極膜材料で充填する。このステンシルは、電極と同一直径のレーザーで切断したアパーチャを備えるステンレススチールシートである。使用するステンレススチールシートの厚さは、センサキャビティの内壁の厚さよりもやや薄い。このアパーチャは分注チップとして機能する。即ち、これらは印刷の間、液体塩化物選択性膜材料で充填することができる。この後、このステンシルと支持体とは分離し、塩化物選択性電極膜材料の一部が支持体上に残ったままである。好適なステンシル厚さは、支持体表面に対してほぼ平行な印刷膜を製造する。
【００５４】
このセンサアセンブリを、対流式オーブン中、70℃で約３時間硬化させる。得られた完成センサアセンブリは使用するまで窒素下で貯蔵した。
実施例５
分配による塩化物選択性電極の製造
実施例３で製造した塩化物選択性物質を、標準的な液体分配計測器を使用して、実施例４に記載のごときセンサキャビティを備えたセラミック支持体上に分配した。分配した塩化物選択性ポリマー材料を、アルゴン下、室温で24時間硬化させ、このセラミック支持体を65℃で60分間加熱して、塩化物選択性電極膜を形成した。得られたセラミック支持体アセンブリを、１平方センチメートル当たり750ミリジュールの強度で、紫外線照射源に暴露した。
【００５５】
比較例１
比較のために、３つの塩化物選択性電極膜組成物を製造し、実施例４に記載のごときセンサキャビティを備えた３つの同様のセラミック支持体上に適用した。
【００５６】
膜の組成A（従来技術）：
EPON  828(Resolution  Performance  Products製エポキシ：RPP)：1.61g；
Heloxy  71(RPP製改質剤)：1.07g；
EpiKure  3234(RPP製TETA硬化剤)：0.46g。
【００５７】
膜の組成B：
EPON  828：1.61g；
EpiKure  3234：０69g；
シクロヘキサノン：0.96g。
【００５８】
膜の組成C：
EPON  828：0.83g；
EpiKure  3140(RPP製ポリアミド硬化剤)：1.28g。
【００５９】
膜の組成A、B及びCのアミンの化学量論的過剰量は、それぞれ75%、230%及び208%であった。
膜の組成A及びBを、実施例５に記載の分配手順により、支持体上に適用した。
【００６０】
膜の組成Cを実施例４に記載のステンシル手順により支持体上に適用した。
得られたセンサをそれぞれ三つのサンプルに暴露した。
サンプル１：MOPS-緩衝液(pH=7.35)中の100mMのNaCl。
【００６１】
サンプル２：MOPS-緩衝液(pH=7.35)中の80mMのNaCl。
サンプル３：MOPS-緩衝液(pH=7.35)中の100mMのNaCl＋50mMのNaHCO3。
サンプル１及び２を使用して感度を評価し、重炭酸イオンに対する選択性は、サンプル１及び３を使用して評価した。この結果を以下の表１に示す。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
表１からわかるように、膜組成B及びCの感度及び選択性のいずれもが、膜組成Aと比較して改善した。
【国際調査報告】
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