(57)【要約】【課題】クラウンエーテル誘導体を用いた、耐久性のある陰イオンセンサー用ゾル−ゲル感応膜を提供すること。【解決手段】クラウンエーテル誘導体と一般式（Ｉ）の前駆体を用いたゾルーゲル体マトリックスとからなる陰イオンセンサー用ゾルーゲル感応膜。【化１】2004239626.tif 000014（式中、Ｒ１は炭素数１０以下のアルキル基、Ｒ２は炭素数１０以下のアルキル基又は、１以上の不飽和結合を有する炭素数１０以下の炭化水素基、Ｒ３は炭素数１０以下のアルキル基、ｎは３−ｍ、ｍは０〜２、ｈは１〜１０の整数である。）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンエーテル誘導体と一般式（Ｉ）の前駆体を用いたゾルーゲル体マトリックスとからなる陰イオンセンサー用ゾルーゲル感応膜。
【化１】
2004239626.tif 000012
【請求項２】
クラウンエーテル誘導体がモノクラウンエーテル誘導体またはビスクラウンエーテル誘導体である請求項１記載の陰イオンセンサー用ゾルーゲル感応膜。
【請求項３】
クラウンエーテル誘導体が一般式（ＩＩ）の化合物である請求項１記載の陰イオンセンサー用ゾルーゲル感応膜。
【化２】
2004239626.tif 000013
（式中、Ｒ１は炭素数１０以下のアルキル基、Ｒ２は炭素数１０以下のアルキル基、Ａはクラウンエーテル基、ｎは３−ｍ、ｍは０〜２、ｈは１〜１０の整数である。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶液中のイオンの活量測定用のイオンセンサー（イオン選択性電極）に用いる感応膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、イオンセンサー、とくにイオン選択性電極を医療用に応用し、血液や尿等の生体液中に溶解しているイオン、例えばナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンなどの定量を行うことが盛んに行われている。
イオンセンサーの性能は、主としてそれに用いる感応膜の性能によって決定される。
従来のイオンセンサー用の感応膜として、たとえば、膜支持材としてポリ塩化ビニルなどを使用し、この中にイオン感応物質を可塑剤とともに混合して製膜した膜がよく用いられてきた。
しかしながら、このような感応膜を用いたイオンセンサーは、膜中のイオン感応物質が徐々に検体液中に漏出するという問題があり、電極寿命が短いということのみならず、イオンセンサーが生体内で長時間使用される場合、可塑剤あるいはイオン感応物質の生体に対する毒性等が懸念される。
【０００３】
さらに、このような感応膜を用いたイオンセンサーは、センサー表面に検体中に含まれるタンパク質および血液細胞などが吸着することより感応膜の物質透過性の低下が生じるという問題があったが、そのような問題がほとんどないものとして、ゾル−ゲル体感応膜を用いることが提案されている（非特許文献１、非特許文献２参照）。
しかし、これらのゾル−ゲル体をマトリックスとするイオン感応膜は、ゾル−ゲルマトリックス中にイオン感応物質を含有するものであり、イオン感応物質が感応膜から漏出する可能性が強く、電極寿命や生体内使用時の安全性への危惧等の問題があった。
【０００４】
そして、イオン感応物質の漏出の恐れがないゾル−ゲル感応膜として、クラウンエーテルをイオン感応物質として結合したアルコキシシリル誘導体を用いてゾル−ゲル感応膜をつくることが提案されている（特許文献１参照）。
このゾル−ゲル感応膜は、クラウンエーテルをイオン感応物質としているため陽イオン感応膜である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２１６０２号公報
【非特許文献１】
Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第６９巻，２３７９〜２３８３頁，１９９７年
【非特許文献２】
Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第６９巻，９５〜９８頁，１９９７年
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、クラウンエーテル誘導体を用いた、漏出物のない、耐久性のある陰イオンセンサー用ゾル−ゲル感応膜を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者が鋭意検討を重ねた結果、意外にも、特定の構造を有するゾルーゲル体前駆体を用いれば、通常は陽イオン感応物質として働くクラウンエーテル誘導体を用いて、漏出物のない、耐久性のある陰イオンセンサー用ゾルーゲル感応膜が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、クラウンエーテル誘導体と一般式（Ｉ）の前駆体を用いたゾルーゲル体マトリックスとからなる陰イオンセンサー用ゾルーゲル感応膜を提供する。
【０００９】
【化３】
2004239626.tif 000002
【００１０】
本発明に使用されるクラウンエーテル誘導体は、モノクラウンエーテル誘導体またはビスクラウンエーテル誘導体が好ましく、一般式（ＩＩ）の化合物であってよい。
【００１１】
【化４】
2004239626.tif 000003
（式中、Ｒ１は炭素数１０以下のアルキル基、Ｒ２は炭素数１０以下のアルキル基、Ａはクラウンエーテル基、ｎは３−ｍ、ｍは０〜２、ｈは１〜１０の整数である。）
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はイオンセンサー１の構成断面図の１例である。センサーボディ２には内部電解液３が満たされており、この内部電解液３内に塩化銀電極からなる内部電極４が浸されている。センサーボディ２の端面には感応膜５が固定されている。
図２はイオンセンサー１の使用方法の１例である。イオンセンサー１は塩橋６とともに試料溶液７中に浸され、一方、比較電極８は塩橋６とともに飽和塩化カリウム水溶液９に浸される。測定対象物の濃度既知の標準試料で起電力をエレクトロメーター１０により測定して検量線を作成する。この検量線と未知試料に対する起電力との比較により未知試料の濃度が求められる。
【００１３】
本発明の陰イオンセンサー用感応膜は、クラウンエーテル誘導体と下記一般式（Ｉ）の前駆体を用いたゾルーゲル体マトリックスとからなるゾルーゲル感応膜である。
【００１４】
【化５】
2004239626.tif 000004
【００１５】
（式中、Ｒ１は炭素数１０以下のアルキル基、Ｒ２は炭素数１０以下のアルキル基又は、１以上の不飽和結合を有する炭素数１０以下の炭化水素基、Ｒ３は炭素数１０以下のアルキル基、ｎは３−ｍ、ｍは０〜２、ｈは１〜１０の整数である。）
【００１６】
ここで、ゾルーゲル体マトリックスとは、２以上のアルコキシ基を有するシラン化合物および／または２以上のアルコキシシリル基を有する化合物からなるゾル状の前駆体を溶媒中で酸性または塩基性条件下にシランカップリング反応を行うことにより得られるゲル状のマトリックスである。
【００１７】
このような前駆体化合物は、たとえば、１，４ーブタンジオールまたは２−ブテン１，４ージオールと、（３−イソシアノプロピル）トリエトキシシラン（モル比１：２）を、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中で、窒素ガス雰囲気下、２４時間還流した後、ＴＨＦを除去して得ることができる。
【００１８】
本発明のイオンセンサー用感応膜を調製するためには、一般式（Ｉ）の前駆体とともにクラウンエーテル誘導体が用いられる。
【００１９】
クラウンエーテル誘導体は、そのクラウン構造に陽イオンを取り込み易いので、従来、陽イオン性感応膜として用いられてきた。しかし、本発明のイオンセンサー用感応膜は、意外なことに陰イオン性感応膜として働く。その理由は不明であるが、たとえば、次のようなことが推定される。
【００２０】
一般式（Ｉ）の前駆体から生成するゾルーゲル体マトリックスは、極性基としてウレタン結合を含むが、該ウレタン結合はゾルーゲル体分子中あるいはマトリックス中に固定されたクラウンエーテル基と近接状態になるものが多くある。クラウンエーテル基が水中などの環境からＮａ＋など陽イオンを取り込むと、電気的に陽性となり、一般式（Ｉ）の前駆体中のウレタン結合から電子を引っ張ってウレタン結合のＮ−Ｈが外部陰イオンと錯体形成しやすい状態をつくることが考えられる。
【００２１】
本発明に用いられるクラウンエーテル誘導体としては、特に制限されるものではないが、漏出物のない、耐久性のある感応膜を調製するためには、末端にヒドロキシアルキル基または炭素−炭素二重結合、あるいはアルコキシシリル基を有する、モノクラウンエーテル誘導体もしくはビスクラウンエーテル誘導体であるか、そのような末端基を有しないビスクラウンエーテル誘導体であることが好ましい。
【００２２】
それらクラウンエーテル誘導体が漏出物のない、耐久性のある感応膜を得るのは、次のような理由によるものと推定される。
末端にヒドロキシアルキル基または炭素−炭素二重結合、あるいはアルコキシシリル基を有する、モノクラウンエーテル誘導体もしくはビスクラウンエーテル誘導体は、前記ゾルーゲル体の前駆体に混合され、ゾルーゲル体のシランカップリング反応の際にヒドロキシアルキル基、炭素−炭素二重結合、あるいはアルコキシシリル基も一緒に反応することでゾルーゲル体マトリックスの中に固定化される。
また、そのような末端基を有しなくとも、ビスクラウンエーテル誘導体であれば、前記ゾルーゲル体の前駆体に混合され、シランカップリング反応でゲル化する際に、ゾルーゲル体マトリックス中に均一に一体化して、脱離しにくい。
【００２３】
本発明の陰イオンセンサー用感応膜を調製するためには、感応膜におけるクラウンエーテル誘導体の含有量は、５０重量％未満、好ましくは２０重量％未満であることが望ましい。クラウンエーテル誘導体が多くなりすぎると陽イオン反応性のセンサーとなるためである。
【００２４】
本発明の陰イオンセンサー用感応膜は、たとえば、次のようにして調製することができる。
一般式（Ｉ）および／または一般式（ＩＩ）のゾルーゲル体のゾル状前駆体に、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）およびクラウンエーテル誘導体を混合、均一に溶解し、塩酸水溶液を加え、マイラーシート上に注いで、４日間、４０℃に保つ。得られた膜状物を２４時間、４０℃で真空乾燥を行うことで、本発明の陰イオンセンサー用ゾル−ゲル感応膜を得ることができる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。
【００２６】
実施例１
（３−イソシアノプロピル）トリエトキシシラン  ６８ｍｍｏｌと１，４ーブタンジオール  ３４ｍｍｏｌをＴＨＦ  ２０ｍｌで溶解し、不活性ガス中にて攪拌、還流した。２４時間後、ＴＨＦを除き前駆体１（化６）を得た。
【００２７】
【化６】
2004239626.tif 000005
【００２８】
前駆体１  ０．２７ｍｍｏｌをＤＭＦ  １．０ｍｌに溶解し、さらに、２−（ヒドロキシメチル）−１２−クラウンー４（化７）  ０．０５ｍｍｏｌを混合して溶解した。そこへ０．１５Ｍ  ＨＣｌ水溶液  ０．３ｍｌを加え、混合して得たゾル状液をマイラーシート上に注いだ。大気中にて４０℃、４日間加熱し、得られた膜状物を４０℃、２４時間、真空乾燥を行い、ゾルーゲル感応膜を得た。
【００２９】
【化７】
2004239626.tif 000006
【００３０】
得られた感応膜を図１のセンサーボディに貼り付け、図２に示す測定装置にて評価を行った。１０−１ｍＭと１０−３ｍＭの塩化ナトリウム水溶液を試料液として測定した時の電位勾配は約−５３ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、陰イオン感応膜として十分な感度を有していた。
【００３１】
実施例２
（３−イソシアノプロピル）トリエトキシシラン  ６８ｍｍｏｌと２−ブテン１，４ージオール  ３４ｍｍｏｌをＴＨＦ  ２０ｍｌで溶解し、不活性ガス中にて攪拌、還流した。２４時間後、ＴＨＦを除き前駆体２（化８）を得た。
【００３２】
【化８】
2004239626.tif 000007
【００３３】
前駆体２  ０．２７ｍｍｏｌをＤＭＦ  １．０ｍｌに溶解し、さらに２−（ヒドロキシメチル）−１５−クラウンー５（化９）  ０．０５ｍｍｏｌを混合して溶解した。そこへ０．１５Ｍ  ＨＣｌ水溶液  ０．３ｍｌを加え、混合して得たゾル状液をマイラーシート上に注いだ。大気中にて４０℃、４日間加熱し、得られた膜状物を４０℃、２４時間、真空乾燥を行い、ゾルーゲル感応膜を得た。
【００３４】
【化９】
2004239626.tif 000008
【００３５】
得られた感応膜を図１のセンサーボディに貼り付け、図２に示す測定装置にて評価を行った。１０−１ｍＭと１０−３ｍＭの塩化ナトリウム水溶液を試料液として測定した時の電位勾配は約−５４ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、陰イオン感応膜として十分な感度を有していた。
【００３６】
実施例３
実施例２で得た前駆体２  ０．２７ｍｍｏｌをＤＭＦ  １．０ｍｌに溶解し、さらに２−（アリルオキシメチル）ー１８−クラウン−４（化１０）  ０．０５ｍｍｏｌを混合して溶解した。そこへ０．１５Ｍ  ＨＣｌ水溶液  ０．３ｍｌを加え、混合して得たゾル状液をマイラーシート上に注いだ。大気中にて４０℃、４日間加熱し、得られた膜状物を４０℃、２４時間、真空乾燥を行い、ゾルーゲル感応膜を得た。
【００３７】
【化１０】
2004239626.tif 000009
【００３８】
得られた感応膜を図１のセンサーボディに貼り付け、図２に示す測定装置にて評価を行った。１０−１ｍＭと１０−３ｍＭの塩化ナトリウム水溶液を試料液として測定した時の電位勾配は約−５３ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、陰イオン感応膜として十分な感度を有していた。
【００３９】
実施例４
実施例２で得た前駆体２  ０．２７ｍｍｏｌをＤＭＦ  １．０ｍｌに溶解し、さらにビス［（ベンゾー１５−クラウン−５）ー４−メチル］ピメレート（化１１）  ０．０５ｍｍｏｌを混合して溶解した。そこへ０．１５Ｍ  ＨＣｌ水溶液０．３ｍｌを加え、混合して得たゾル状液をマイラーシート上に注いだ。大気中にて４０℃、４日間加熱し、得られた膜状物を４０℃、２４時間、真空乾燥を行い、ゾルーゲル感応膜を得た。
【００４０】
【化１１】
2004239626.tif 000010
【００４１】
得られた感応膜を図１のセンサーボディに貼り付け、図２に示す測定装置にて評価を行った。１０−１ｍＭと１０−３ｍＭの塩化ナトリウム水溶液を試料液として測定した時の電位勾配は約−５３ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、陰イオン感応膜として十分な感度を有していた。
【００４２】
実施例５
（３−イソシアノプロピル）トリエトキシシラン  ２４ｍｍｏｌと２−（ヒドロキシメチル）−１２−クラウンー４（化６）  ２４ｍｍｏｌをＴＨＦ  ２０ｍｌで溶解し、不活性ガス中にて攪拌、還流した。２４時間後、ＴＨＦを除去して化１２のクラウンエーテル誘導体を得た。
【００４３】
【化１２】
2004239626.tif 000011
【００４４】
実施例１で得た前駆体１  ０．２２ｍｍｏｌをＤＭＦ  １．０ｍｌに溶解し、さらに化１１のクラウンエーテル誘導体  ０．０５ｍｍｏｌを混合して溶解した。そこへ０．１５Ｍ  ＨＣｌ水溶液  ０．３ｍｌを加え、混合して得たゾル状液をマイラーシート上に注いだ。大気中にて４０℃、４日間加熱し、得られた膜状物を４０℃、２４時間、真空乾燥を行い、ゾルーゲル感応膜を得た。
【００４５】
得られた感応膜を図１のセンサーボディに貼り付け、図２に示す測定装置にて評価を行った。１０−１ｍＭと１０−３ｍＭの塩化ナトリウム水溶液を試料液として測定した時の電位勾配は約−５４ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、陰イオン感応膜として十分な感度を有していた。
【００４６】
実施例６
実施例２で得た前駆体２  ０．２２ｍｍｏｌをＤＭＦ  １．０ｍｌに溶解し、さらに化１１のクラウンエーテル誘導体  ０．０５ｍｍｏｌを混合して溶解した。そこへ０．１５Ｍ  ＨＣｌ水溶液  ０．３ｍｌを加え、混合して得たゾル状液をマイラーシート上に注いだ。大気中にて４０℃、４日間加熱し、得られた膜状物を４０℃、２４時間、真空乾燥を行い、ゾルーゲル感応膜を得た。
【００４７】
得られた感応膜を図１のセンサーボディに貼り付け、図２に示す測定装置にて評価を行った。１０−１ｍＭと１０−３ｍＭの塩化ナトリウム水溶液を試料液として測定した時の電位勾配は約−５４ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、陰イオン感応膜として十分な感度を有していた。
また、１８０日間試料溶液に浸し続け、電位勾配を測定したが、１８０日後にも電位勾配は約−５４ｍＶ／ｄｅｃａｄｅであり、十分な感度を有していた。
【発明の効果】
通常、陽イオン感応膜の感応物質として用いられるクラウンエーテル誘導体を、一般式（Ｉ）の前駆体とともに用いてゾルーゲル体マトリックスとすると、陰イオン感応膜を得ることができた。
本発明のクラウンエーテル誘導体と極性基を含有する前駆体を用いたゾルーゲル体マトリックスからなる陰イオン感応膜は、耐久性（イオン電極寿命）に優れている。
また、クラウンエーテル誘導体として、末端にヒドロキシアルキル基または炭素−炭素二重結合、あるいはアルコキシシリル基を有する、モノクラウンエーテル誘導体もしくはビスクラウンエーテル誘導体であるか、そのような末端基を有しないビスクラウンエーテル誘導体を用いると、ゾルーゲル体マトリックスの中に固定化あるいは一体化されて、クラウンエーテル誘導体が感応膜から漏出することはなく、とくに耐久性に優れるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なイオンセンサーの断面図である。
【図２】一般的なイオン測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１  イオンセンサー
２  センサーボディ
３  内部電解液
４  内部電極
５  感応膜
６  塩橋試料溶液
７  試料溶液
８  比較電極
９  飽和塩化カリウム水溶液
１０  エレクトロメーター
【図１】
2004239626.tif 000015
【図２】
2004239626.tif 000016