(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質基材上で層の領域を規定する方法であって、該基材を圧縮して、領域の境界を規定する、もしくは基材の縁または層の縁と共に領域の境界を規定し、かつ領域表面を通ってまたは横切って物質が輸送されるのを実質的に防止する圧縮領域を形成することを含んでなる方法。
【請求項２】
層は、多孔質基材に取り付けられているかまたは接しており、あるいは基材に適用された被覆である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
層は電極であり、規定される領域は電極面積である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電極は、無電解メッキ、電解メッキ、蒸着およびスパッタリングからなる群から選択される方法により、基材の表面上に形成する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電極は、連続フィルムを形成するように、基材の表面上にスパッタ堆積する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
基材上のフィルムの厚さは、１０〜２００ｎｍである請求項５に記載の方法。
【請求項７】
フィルムの厚さは、６０〜１２０ｎｍである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電極は、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、鉛、およびこれら金属の合金、カーボン、結合剤と混合されたカーボン、並びに不溶性銀塩の多孔質層により部分的に被覆された銀からなる群から選択される物質から作られる請求項３〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
不溶性銀塩は、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェリシアン化銀またはフェロシアン化銀である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
圧縮領域での物質の輸送を阻害するのを助長するブロッカーを基材中に含ませる請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ブロッカーは、グルコース、寒天、ゼラチンまたは澱粉である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ブロッカーは、
（ａ）適当な溶媒にブロッカーを溶解し、
（ｂ）ブロッカーの溶液により基材を湿潤し、次いで
（ｃ）溶媒を蒸発により除去する
工程を用いて、圧縮領域を有する多孔質基材に担持される請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
基材は、ポリマーまたはポリマー混合物からなる群から選択される多孔質物質から製造される請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
ポリマーまたはポリマー混合物は、ポリスルホン、ポリハロゲン化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルまたはポリカーボネートからなる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ポリハロゲン化ビニリデンは、ポリビニリデンジフルオリドである請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
圧縮領域を有する基材の厚さは、約１８０μｍまたはそれ以下である請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
圧縮領域を有する基材の厚さは、３０〜１５０μｍである請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基材の孔径は、１０キロダルトン・カットオフ（下限）ないし５μｍである請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
基材の孔径は、０．１〜０．８μｍである請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基材の孔径は、０．２〜０．５μｍである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
多孔質基材；および
基材の一面上の電極
を含んでなる電気化学的検出素子であって、基材の領域は、基材内での電解質の移動に対するバリアを形成する程度に圧縮され、圧縮された領域は、電極上に所定の面積のゾーンを規定する、もしくは基材の縁または電極の縁と共にそのようなゾーンを規定する素子。
【請求項２２】
電極は、無電解メッキ、電解メッキ、蒸着およびスパッタリングからなる群から選択される方法により、基材の表面上に形成されている請求項２１に記載の電気化学的検出素子。
【請求項２３】
電極は、連続フィルムを形成するように、基材の表面上にスパッタ堆積されている請求項２２に記載の電気化学的検出素子。
【請求項２４】
基材上のフィルムの厚さは、１０〜２００ｎｍである請求項２３に記載の電気化学的検出素子。
【請求項２５】
フィルムの厚さは、６０〜１２０ｎｍである請求項２４に記載の電気化学的検出素子。
【請求項２６】
電極は、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、鉛、およびこれら金属の合金、カーボン、結合剤と混合されたカーボン、並びに不溶性銀塩の多孔質層により部分的に被覆された銀からなる群から選択される物質から作られている請求項２１〜２５のいずれかに記載の電気化学的検出素子。
【請求項２７】
不溶性銀塩は、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェリシアン化銀またはフェロシアン化銀である請求項２６に記載の電気化学的検出素子。
【請求項２８】
２つまたはそれ以上の電極を有し、電極は、基材の一方の面または両対向面上に形成されている請求項２１〜２７のいずれかに記載の電気化学的検出素子。
【請求項２９】
圧縮領域での物質の輸送を阻害するのを助長するブロッカーを、さらに基材中に含む請求項２１〜２８のいずれかに記載の電気化学的検出素子。
【請求項３０】
ブロッカーは、グルコース、寒天、ゼラチンまたは澱粉である請求項２９に記載の電気化学的検出素子。
【請求項３１】
ブロッカーは、
（ａ）適当な溶媒にブロッカーを溶解し、
（ｂ）ブロッカーの溶液により基材を湿潤し、次いで
（ｃ）溶媒を蒸発により除去する
工程を用いて、圧縮領域を有する多孔質基材に担持される請求項２９または３０に記載の電気化学的検出素子。
【請求項３２】
基材は、ポリマーまたはポリマー混合物からなる群から選択される多孔質物質から製造される請求項２１〜３１のいずれかに記載の電気化学的検出素子。
【請求項３３】
ポリマーまたはポリマー混合物は、ポリスルホン、ポリハロゲン化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルまたはポリカーボネートからなる請求項３２に記載の電気化学的検出素子。
【請求項３４】
ポリハロゲン化ビニリデンは、ポリビニリデンジフルオリドである請求項３３に記載の電気化学的検出素子。
【請求項３５】
圧縮領域を有する基材の厚さは、約１８０μｍまたはそれ以下である請求項２１〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
圧縮領域を有する基材の厚さは、３０〜１５０μｍである請求項３５に記載の電気化学的検出素子。
【請求項３７】
基材の孔径は、１０キロダルトン・カットオフ（下限）ないし５μｍである請求項２１〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
基材の孔径は、０．１〜０．８μｍである請求項３７に記載の電気化学的検出素子。
【請求項３９】
基材の孔径は、０．２〜０．５μｍである請求項３８に記載の電気化学的検出素子。
【請求項４０】
多孔質基材は、分析される第１の種を含む液体に対して透過性であるが、第１の種の電気化学的検出に干渉するような種類の、液体に含まれる第２の種に対しては実質的に不透過性である膜である請求項２１〜３９のいずれかに記載の電気化学的検出素子。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、多孔質基材に取り付けられたまたは接している被覆または層の領域を規定する方法に関する。特に、本発明は、被覆または層が電極である場合の方法に関する。以下、電気化学の分野における用途を参照して本発明を説明するが、本発明をそのような用途に限定する意図はない。本発明は、多孔質基材の規定された領域が必要とされるあらゆる用途に展開できる。
背景技術
定量的な電気化学的測定を行う場合には常に、再現性がありかつ正確に規定され、分析される試料に接している電極面積が必要であることが分かっている。バルク溶液中で測定を行う場合、有用な方法は、液体中へあるレベルまで電極を浸漬するか、または正確に規定された面積のみが溶液に接するように絶縁層を電極に適用することであった。このような方法は、比較的高価であり、信頼性が低い。また、これらの方法を採用する際、特に電極が設けられている基材が多孔質である場合には、規定された面積の外における漏れおよび電極への接触を防止することは困難であることも分かっている。
本発明は、安価で、簡単に使用でき、信頼性のある方法を提供することにより、従来技術の問題点を解決し、少なくとも改良しようとするものである。
発明の概要
一要旨によれば、本発明は、多孔質基材上で層の領域を規定する方法であって、該基材を圧縮して、領域の境界を規定する、もしくは基材の縁または層の緑と共に領域の境界を規定し、かつ領域表面を通ってまたは横切って物質が輸送されるのを実質的に防止する圧縮領域を形成することを含んでなる方法からなる。
第２の要旨によれば、本発明は、
多孔質基材；および
基材の一面上の電極
を含んでなる電気化学的検出素子であって、基材の領域は、基材内での電解質の移動に対するバリアを形成する程度に圧縮され、圧縮された領域は、電極上に所定の面積のゾーンを規定する、もしくは基材の縁または電極の縁と共にそのようなゾーンを規定する素子を提供する。
第３の要旨によれば、第２の要旨の多孔質基材は、分析される第１の種を含む液体に対して透過性であるが、第１の種の電気化学的検出に干渉するような種類の、液体に含まれる第２の種に対しては実質的に不透過性である膜である。
好ましくは、多孔質基材に取り付けられているまたは接している層もしくは基材に適用された被覆であってよい層は、電極であり、規定されている領域は、電極面積である。層が電極である場合、電極は、通常、基材表面上に連続フィルムを形成するように、基材表面へスパッタ堆積される。しかしながら、他の方法、例えば無電解メッキ、電解メッキ、蒸着、陽極酸化なども、電極の形成に使用することができる。通常、基材上のフィルムの厚さは、１０〜２００ｎｍ、より好ましくは６０〜１２０ｎｍである。
電極として適している物質には、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、鉛、およびこれら金属の合金、カーボン、結合剤と混合されたカーボン、並びに不溶性銀塩（例えば、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェリシアン化銀およびフェロシアン化銀）の多孔質層により部分的に被覆された銀が包含される。本発明の電気化学的検出素子では、典型的には２つまたはそれ以上の電極が存在し、電極は、基材の一方の面または基材の両対向面上に供給されてよい。
好ましい形態では、本発明の方法により製造された基材は、少なくとも２つの独立した領域を有し、一方の領域は圧縮されており、他方の領域は未圧縮である。このようにして得られる基材は、電気化学的検出素子として使用する場合、特に有用であることが分かっている。試料は、得られた基材の未圧縮領域に置かれた場合、圧縮領域により第１の領域から分離されている他の領域への試料の移行は、実質的に防止されている。試料は、得られた基材の所定領域、従って得られた基材に取り付けられたまたは接している電極の所定領域に閉じ込めらることが分かっている。
本発明の方法は、圧縮された領域を効果的に不透過性にするようにその領域における基材の多孔質構造を実質的に排除または十分に圧縮することにより、機能する。
本発明の方法は、それのみで、または好ましくはブロッカーと組み合わせて使用することができる。本発明において、ブロッカーは、基材の未圧縮領域における物質の輸送を妨害しないが、圧縮領域での物質の輸送を妨害することを助長するように、基材中に配置される材料である。ブロッカーとして適している材料の例には、グルコース、寒天、ゼラチン、澱粉などが含まれる。
好ましい形態では、ブロッカーは、以下の工程を用いて、圧縮領域を有する多孔質基材に、有利に組み込まれる：
（ａ）適当な溶媒にブロッカーを溶解し、
（ｂ）ブロッカーの溶液により基材を湿潤し、次いで
（ｃ）溶媒を蒸発により除去する。
別の好ましい形態では、多孔質基材は、平滑または光沢面から粗面に向かって直径が増加している孔を有する種類の基材である。このような多孔質基材は、望ましくは米国特許第４,６２９,５６３号及び同第４,７７４,０３９号に記載されている種類のものである。最終用途に応じて、基材は非対称または対称膜であってよい。
基材は、圧縮可能であり、圧縮中に物理的一体性を保持する適当な多孔質物質であってよい。そのような物質の例には、ポリスルホン、ポリハロゲン化ビニリデン（例えば、ポリビニリデンジフルオリド）、テトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネートなどのポリマーまたはポリマー混合物が包含される。物質は、ミクロまたはマクロ的孔を有するシート、チューブまたは中空糸の形状であってよい。
基材の厚さは、最終用途を念頭において選択される。通常、試料の体積を小さくするために、基材は薄いことが好ましい。しかしながら、取り扱いのために十分な機械的強度を与え、基材の対向面にある電極間で十分な分離を維持して電気短絡を防止できるように、十分な厚さが必要である。
いくつかの用途、例えばアノードストリッピングには、より大きい試料体積およびより大きい厚さが好ましい。
以下、本発明の好ましい形態および例を、添付図面を参照して、説明する。
【図面の簡単な説明】
図１は、一部分を拡大して示している、未圧縮状態の微孔質基材の断面図である。
図２は、圧縮領域を拡大して示している、微孔質基材の縁と共に領域の境界を規定する圧縮領域を有する図１の基材を示す図である。
図３は、図２の基材の平面図である。
図４は、図１または２の基材の側面図である。
図５は、基材にブロッカーが加えられた図１と同様の図である。
図６は、基材にブロッカーが加えられた図２と同様の図である。
図７は、規定された目標領域が異なっている１つの態様の平面図である。
図８は、規定された目標領域が異なっている第２の態様の平面図である。
図９は、規定された目標領域が異なっている第３の態様の平面図である。
図１０は、規定された目標領域が異なっている第４の態様の平面図である。
図１１は、本発明の好ましい態様を示す平面図である。
図１は、基材１０に取り付けられたまたは接触している電極１を有する、未圧縮状態の微孔質基材１０を示す。圧縮前の基材の厚さは、好ましくは約１８０μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍである。孔径は、１０キロダルトン・カットオフ（下限）ないし５μｍ、好ましくは０．１〜０．８μｍ、より好ましくは０．２〜０．５μｍである。図１には、拡大図も示されており、そこには、基材の未圧縮孔２が描かれている。微孔質基材１０の領域５に圧力を加えると、１またはそれ以上の独立した圧縮部分８が形成される。図２および３に示されているように、圧縮部分８は、未圧縮領域の縁７と共に、領域４の境界を規定する。この圧縮部分８は、その中を通ってまたは横切って物質（図示せず）が輸送されるのを実質的に防止する。
図２の拡大図は、部分８を通ってまたは横切って物質が輸送されるのを実質的に防止するように圧縮された部分８の孔６を示している。
図５および６は、ブロッカー３を加える効果を描いている。図６の拡大図に示されているように、ブロッカー３の追加により、部分８を通るまたは横切る物質の輸送を防止する部分８における孔６の封鎖性がより完全になる。
図７および８は、基材１０の一方の面上にあって反対面上の電極１に重なっている、リング状または四角形状の圧縮領域５を示している。圧縮部分８は、電極の領域４を規定し、物質（図示せず）が領域８を通ってまたは横切って隣接領域９へ輸送されるのを実質的に防止する。
図面には描かれていないが、電極１の領域４は、部分的に圧縮領域８または領域５により、かつ部分的に電極の縁により規定されていてよい。
図９は、一つのエッジが圧縮領域５により、他のエッジが未圧縮基材９の縁１１により規定されている長方形領域４を示す。
図１０は、未圧縮基材９の２つの縁１１と組み合わされた２つの圧縮領域５により規定されている長方形領域４を示す。
本発明においては、多孔質基材は、好ましくは、多孔質基材の少なくとも１つの領域を圧縮できる圧縮機を用いてまたは適当な圧縮方法により、圧縮する。加える圧力の大きさは、圧力範囲の上限および下限の両方において、基材により異なる。実質的な非孔質を達成するために基材の多孔質構造を押し潰すのに十分な圧力を基材に加えるのが好ましいが、基材の物理的一体性を著しく破壊するような高圧力であってはならない。
多孔質基材を圧縮するのに必要は圧力の範囲の例は、以下に記載する実施例および比較例を参照しながら、説明する。
発明を実施するための最良の形態
実施例１
０．２〜０．５μｍの孔を有する厚さ１５０μｍのポリスルホン基材シートを、ゼラチンの１重量％水溶液に浸した。過剰の液を基材の外面から拭きとり、水を除去するために基材をオーブン中で乾燥した。次いで、リング状の圧縮領域が基材上に形成されるように、基材を１００ＭＰａの圧力でプレスした。リングは、８mmの内径および１０mmの外径を有していた。
染料（Rose Bengal）の水溶液１０μｌをリング内側の基材上に滴下した。染料溶液は、リング内側の縁まで広がり、そこで止まったように見えた。１時間後にも、圧縮リングにより規定された円形領域の外側では、染料は目視されなかった。１時間後までには、染料溶液中の水は蒸発していた。
比較例１
３０ＭＰａの圧力で基材をプレスする以外は実施例１と同様に行った。この圧力では、規定された領域の外側へ染料がいくらか漏れ出た。
実施例２
電極として使用する約６０nmのプラチナで基材を被覆した以外は、実施例１と同様に行った。また、染料溶液を基材に滴下する代わりに、フェロシアニドおよびフェリシアニドを含む溶液を用い、電圧をプラチナ電極にかけ、時間経過とともに電流を記録した。最初高い電流値を示した後、電流は、約１０分間一定に保たれた。その後、基材は乾燥し始め、電気的接続は失われた。この一定電流は、規定された領域の外へは溶液が広がらなかったことを示していた。
比較例２
５５ＭＰａの圧力でプレスする以外は実施例１と同様に行い、５つの規定領域を形成した。１つの領域では、規定領域の外へ、染料が漏れ出たが、他の規定領域では漏れは無かった。
実施例３
約０．２μｍの孔を有するポリビニリデンジフルオリド基材を用いる以外は実施例２と同様に行った。
実施例４
８０ＭＰａの圧力でプレスする以外は実施例１と同様に行った。この圧力では、規定領域の外への染料の漏れは無かった。
比較例４
ゼラチン溶液に浸さなかった以外は実施例１と同様に行った。加えた圧力は７０ＭＰａであった。４つの規定領域を形成したが、すべての領域で、領域の外へ染料が漏れ出た。
比較例５
ゼラチン溶液に浸さず、８０ＭＰａの圧力でプレスした以外は実施例１と同様に行った。５つの規定領域を形成したところ、４つの領域では染料が領域の外へ漏れ出したが、１つの領域では染料の漏れはなかった。
比較例６
ゼラチン溶液に浸さず、１００ＭＰａの圧力でプレスした以外は実施例１と同様に行った。３つの規定領域を形成したところ、１つの規定領域では染料が領域の外へ漏れ出したが、２つの領域では染料も漏れはなかった。
好ましくは、本発明で用いる膜は、分析すべき第１の種を含む液に対しては透過性であるが、第２の種に対しては実質的に不透過性である。本発明のこの好ましい形態の例を、以下の実施例により説明する。
実施例Ａ
０．２μｍの孔を有する厚さ１００μｍのポリスルホンシートの片面に、プラチナの１mmストリップ２本を被覆した。規定された電極領域を、実施例１に記載の方法に従って形成した。分析すべき血液試料を、検出電極を被覆した基材の反対面上で規定領域内に接触させた。膜は、干渉種である血液中の赤血球（II）に対しては不透過性であったが、グルコースまたはコレステロール（Ｉ）に対しては透過性であった。第１の種（グルコースまたはコレステロール）は、赤血球（II）の干渉を受けることなく分析することができた。
電気化学的検出素子では、２つまたは３つの電極を用いることが有用であり、この場合、全ての電極は、本発明に従ったバリアによって規定された領域の中へ延びまたは領域を通過することができる。例えば、圧縮バリアは、２つのストリップ電極が通過する四角形領域を規定することができる。従って、領域は、各電極のエッジおよび圧縮バリアにより各電極上に規定され、ストリップは、圧縮バリアにおいて四角形領域に入り、四角形領域から出て行く。
実施例Ｂ
図１１に描かれた本発明の非常に好ましい形態では、基材１０は、ストリップの形状であり、ストリップの対向面上に電極１，１Ａを有している。両方の電極１，１Ａは、ストリップの長さ方向に伸びており、ストリップは、ストリップの長さ方向に沿って間隔を置いて複数の規定された四角形領域４を有している。各領域は、本発明に従って圧縮により形成された境界８により規定されている。
各領域４は、電極１，１Ａの所定面積（斜線で示す）を規定する。使用時には、試料は、ストリップ末端に最も近い領域４に供給することができる。
測定は、適当な装置をストリップの反対末端において電極に接続することにより常套の方法で行うことができる。その後、「使用済み」領域をストリップから切り離し、ストリップの末端に最も近くなった次ぎの領域４を、次ぎの試料の為に使用することができる。
所望により、試料の体積および従ってシグナルを増す為に、あるいは測定時間を短縮する為に、センサー電極から遠い面上に吸収ストリップを供給してよい。同様に所望により、圧縮基材８により結合された基材の体積内に、１つまたはそれ以上の分析物を含ませることができる。
特定の実施例および図面を参照して本発明を説明したが、本発明は多くの他の形態を包含しているものであることは、当業者なら理解できるであろう。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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