[发明专利]有机离子选择性膜

说明书

                        本发明的背景

1．本发明的领域

本发明涉及离子选择性膜及其制备方法。具体是涉及不利用溶剂制成的聚合物膜的改性。

2．背景技术的讨论

离子选择性膜在许多应用中使用，特别是生物传感器和分析装置中应用。这种膜通常把测试溶液从参比溶液中分离出来，进行在膜两侧的离子浓度差的电化学测量。目前理论研究的进展为显著地提高这种装置的检测极限开辟了前景。但是，化学和工程新闻(第13页)1997年11月24日报导，现在的商用离子选择性膜对总灵敏度有明显的限制。这些膜还有严重地限制它们在水溶液中长期稳定性的其它特征。

离子选择性膜主要用于一次性使用的生物传感器领域中。用这些膜制造的这些膜装置最好是有长的存放期，低检测极限和能够迅速而有效地大规模制造。但是，由于利用的是传统的离子选择性膜，吸水(suction)膜对存放期，检测极限和大量的制造效率有固有的限制。

在大量测量中，由于在水存在下膜的吸水溶胀的倾向，因此商用离子选择性膜的稳定性是一个问题。溶胀不仅使膜的结构变形，而且也改变了膜的渗透率，并可以使膜的组分(多种)流失，进一步改变膜的渗透率和在该膜的附近区域离子浓度或其它的化学实体发生变化。这种类型的变形影响电化学测量的检测极限和准确性。

在物理或化学方面不稳定的膜进一步限制了开发可植入体内的生物传感器的可能性。利用可植入体内的装置检测生理情况，例如血糖值时，如果在这种装置中的膜在与水溶液进行接触时发生显著变形或降解是不利的。因此，迫切要求离子选择性膜在与水溶液接触时要有长期的稳定性。

现有技术的离子选择性膜，是通过将所要求的组分溶于一般溶剂中，然后将该混合物注入一适宜工具中将其制成在电极中利用的形状。这种技术存在许多一般性问题。

例如，溶剂蒸发必须在很严格控制的条件下进行。如果蒸发速度太快，膜结成硬皮并在皮下生成许多泡。这样生成的泡易于与膜的表面区域分离，可能产生透过膜的功能。当然，这就使膜的灵敏度减小，极可能产生在电极装置中完全没有用的膜。

铸膜法的另一个缺点是，为制备用工具可以加工的适宜厚度的膜必须重复许多次。这种重复的方法随每一重复步骤可能增加泡的积累，因此，增加了膜大面积的阻塞。

在许多情况下，找到一种普通的溶剂如果不是不可能就是非常困难的，这是因为不是将膜的所有组分和添加剂组合在一起有利于溶于同一种溶剂。这在自动生产预校定、可处置的电极传感器时特别重要，因为在生产过程中，所需要的组分和添加剂通常不是在实验室离子选择性传感器通常所使用的膜中所需要的组分和添加剂。

假设在离子选择性膜中各种各样所要求的组分不总是溶于一种溶剂，那么，有时就要使用溶剂混合物生成的溶液，从这种溶液铸膜。但是，混合溶剂在蒸发步骤中产生了其它的问题，特别是在有高沸点的恒沸混合物的情况下更是如此。另外，由于溶剂的蒸发需要从膜的附近提取能量，因此可能使膜冷却。这种温度的降低可以使水蒸汽沉积，改变膜的表面和抑制膜材料下层与先前沉积的膜部分的粘附力。在每一新的膜层沉积之前，为了避免改变混合物中的粘度和组分浓度，传统的铸膜方法还要求精确测量溶剂混合物的体积和阻止溶剂从铸膜溶液蒸发。

对膜制造方法已进行研究的一些改进提出了与蒸发铸膜有关的一些问题。在一种这样的一种方法中，一个玻璃环粘附到一玻璃板或一金属板上。然后将聚合物/溶剂溶液注入环内。该环用一大的容器复盖并以较慢的速率进行蒸发。在溶剂蒸发后，膜用冲压机切成盘状形。

在这种方法中，由于蒸发过程进行较慢和较易控制，不总是必须在几层中形成膜。但是，在这种方案中，一步铸膜的优点被溶剂慢蒸发的缺点、产生的麻烦和从过程中的各处可以回收的许多有用膜盘状物的限制减少。

在传感器的自动生产中所利用的膜在批量生产中必须很均匀，也必须有长的存放期和必须按可预定的方式生产。由于在通过溶剂蒸发过程制备电极膜存在许多固有的问题，迫使制造者以较小的生产量生产膜。以小生产量制造膜，不仅减少了失败过程中的废品，而且也减少了在膜的形成过程中对生产效率和生产量的限制。

由于在溶剂基膜配方中不同生产量之间有很大的变化，例如在可处置的传感器生产中，因此大量生产的一些企图可能是很无效、不可生产和成本很高的。由于上述的这些缺点，溶剂基膜对制造后组装成可处置的生物传感器不是很有利的。