AT524917A2 - Optode mit Gasbarriereschicht - Google Patents

Optode mit Gasbarriereschicht Download PDF

Info

Publication number
AT524917A2
AT524917A2 AT601002021A AT601002021A AT524917A2 AT 524917 A2 AT524917 A2 AT 524917A2 AT 601002021 A AT601002021 A AT 601002021A AT 601002021 A AT601002021 A AT 601002021A AT 524917 A2 AT524917 A2 AT 524917A2
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
layer
optode
barrier layer
matrix
functional layer
Prior art date
Application number
AT601002021A
Other languages
English (en)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to AT601002021A priority Critical patent/AT524917A2/de
Priority to PCT/AT2022/060099 priority patent/WO2022204746A1/de
Publication of AT524917A2 publication Critical patent/AT524917A2/de

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N21/643Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" non-biological material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6434Optrodes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N2021/7706Reagent provision
    • G01N2021/773Porous polymer jacket; Polymer matrix with indicator
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7786Fluorescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Optode, bestehend aus einer funktionellen Schicht mit fluoreszierenden Farbpigmenten welche in einer Matrix immobilisiert sind und einem Polymersubstrat, wobei zwischen funktioneller Schicht und Polymersubstrat eine optisch transparente Schicht als Gasbarriere aufgebracht ist.

Description

Hintergrund:
Optische Gassensoren, auch Optoden genannt, basieren auf speziellen Farbpigmenten, welche zur Fluoreszenz angeregt werden. Bei Sauerstoffoptoden hängt die Intensität sowie die Abklingzeit der Fluoreszenz vom Sauerstoffpartialdruck ab, da Sauerstoff die Fluoreszenz löscht. Es sind viele geeignete Farbpigmente bekannt, zum Beispiel Rutheniumkomplexe oder Platinum Porphyrine. Die Farbpigmente sind üblicherweise in einer Matrix immobilisiert.
Geeignete Matrixmaterialien sind zum Beispiel verschiedene Polymere. Polystyren kommt aufgrund der hohen Gaspermeabilität oft zum Einsatz.
Bei der Herstellung werden üblicherweise zuerst die Farbpigmente zusammen mit der Matrix in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Dann wird dieser sogenannte Cocktail auf ein durchsichtiges Substrat aufgebracht. Die üblichen Verfahren sind Doctor Blade Coating, Roll-to-Roll Coating, Knife Coating, Siebdruck, Magnetventildruck, Piezoventildruck, etc.
Als Substrat werden vorzugsweise Glas oder Polyethylenterephthalat (kurz PET) Folien eingesetzt.
Problemstellung:
Glas eignet sich als Substrat besonders, da es chemisch inert und Gasundurchlässig ist. Nachteilig ist jedoch, dass die Fertigung von Glasoptoden teuer ist, da sich zwar Glas beschichten lässt aber schwer zu schneiden ist. Die Vereinzelung von großen Wafern in einzelne Sensorplättchen ist aufwendig und somit teuer.
PET Folien haben auch eine gute chemische Beständigkeit und eine im Vergleich zu anderen Polymeren relativ niedrige 02 Permeabilität, und eigenen sich sehr gut zur Beschichtung. Optoden aus PET Folien lassen sich sehr einfach vereinzeln, zum Beispiel durch Stanzen, mit Schneidplottern oder mit kostengünstigen CO2 Laser Schneidern. Die Herstellung von Sensorplättchen kann sehr kostengünstig geschehen —- im ersten Schritt wird eine PET Folie mit dem „Cocktail“ beschichtet und im zweiten Schritt werden dann die Sensorplättchen vereinzelt.
Durch den Einsatz von Polymersubstraten wie zum Beispiel eine PET Folie anstelle von Glassubstraten ergeben sich jedoch 2 Nachteile:
- Mit der Zeit können Farbpigmente aus der Matrix in das Substrat diffundieren (das sogenannte Leaching von Farbpigmenten). Dadurch können sich Ansprechzeit und/oder Abklingzeit und/oder Signalintensität der Optode ändern. Das kann dazu führen, dass eine Neukalibration der Optode notwendig wird, oder im schlimmsten Fall, die Optode unbrauchbar wird.
In der Literatur sind verschiedene Methoden bekannt, um dieses Leaching zu vermindern. Beispiele sind Cross Linking oder der Einsatz von einer zusätzlichen Zwischenschicht aus demselben Matrixmaterial jedoch ohne Farbpigmente, wodurch die Effekte des Leaching verlangsamt, jedoch nicht vollständig vermieden werden können.
- Sauerstoff kann in das Substrat diffundieren, wodurch die Ansprechzeit der Optode beeinflusst wird. Wenn die Optode beispielsweise über längere Zeit einem hohen Sauerstoffpartialdruck ausgesetzt wird, diffundiert Sauerstoff in das Substrat. Wird die Sauerstoffoptode anschließend einem niedrigen Sauerstoffpartialdruck ausgesetzt, dauert es
Problemlösung:
Die Erfindung betrifft einen Optode mit einem Polymersubstrat und mit einer Gasbarriereschicht. Bei der Herstellung wird im ersten Schritt auf die Polymerfolie eine optisch transparente Gas Barriere aufgebracht. Solche Folien mit Gas Barrieren sind aus der Literatur bekannt und werden zur Lebensmittelverpackung eingesetzt und sind kostengünstig herstellbar. Geeignete Materialien für eine solche Barriereschicht sind zum Beispiel SiOx, ITO, AIlOx oder Clay. Aus der Literatur ist bekannt, dass durch den Einsatz einer dünnen SiOx Schicht (10-100nm) die Gas Permeabilität um zwei Zehnerpotenzen verringert werden kann.
Im zweiten Schritt wird die Barriereschicht mit dem Cocktail beschichtet. Im Anschluss folgt ein Trocknungsvorgang.
Im dritten Herstellungsschritt werden die Sensoren vereinzelt, wo kostengünstige Methoden wie beispielsweise Stanzen oder Schneiden zum Einsatz kommen.
Durch diese Barriereschicht wird die Problemstellung folgendermaßen gelöst:
- Durch die niedrigere Gaspermeabilität wird die Diffusion von 02 in das Substrat stark vermindert. So kann zwar nicht vollkommen eine Diffusion von O2 ins darunter liegende Substrat vermieden werden, jedoch ist die Diffusion um bis zu zwei bis drei Zehnerpotenzen stark vermindert. Die Messwertverfälschung nach einer Sprungantwort ist dementsprechend niedriger und fällt nicht mehr ins Gewicht.
- Durch die Zwischenschicht wird eine Migration von Farbpigmenten aus der Matrix in das Substrat verhindert.
Durch die Gasbarriere kann somit zum einen eine Qualität ähnlich der von Optoden auf Glassubstrat erreicht werden. Zum anderen ist eine kostengünstige Herstellung möglich.
Ansprüche:
1) Optode, bestehend aus einer funktionellen Schicht mit fluoreszierenden Farbpigmenten welche in einer Matrix immobilisiert sind und einem Polymersubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen funktioneller Schicht und Polymersubstrat eine optisch transparente Schicht als Gasbarriere aufgebracht ist.
2) Anspruch 1, bei dem als Gasbarriere eine SiOx Schicht zum Einsatz kommt 3) Anspruch 1, bei dem als Gasbarriere eine ITO Schicht zum Einsatz kommt 4) Anspruch 1, bei dem als Gasbarriere einer Clay Schicht zum Einsatz kommt 5) Anspruch 1, bei dem als Gasbarriere einer AIlOx Schicht zum Einsatz kommt
6) Anspruch 1, bei dem das Polymersubstrat aus Polyethylenterephthalat besteht.

Claims (1)

  1. 2)
    3)
    4)
    5)
    6)
    7)
    8)
    9)
    10)
    11
    PATENTANSPRÜCHE
    Optode, bestehend aus einer funktionellen Schicht mit zumindest einem lumineszenten Farbstoff, welcher in einer Matrix (1) immobilisiert ist und einem Polymersubstrat (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen funktioneller Schicht und Polymersubstrat (3) eine optisch transparente Barriereschicht (2) als Gasbarriere aufgebracht ist, die direkt auf dem
    Substrat (3) angeordnet ist.
    Optode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
    lumineszente Farbstoff fluoreszierende Farbpigmente umfasst.
    Optode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (2) eine SiOx Schicht umfasst.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (2) eine ITO Schicht umfasst.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (2) eine Clay Schicht umfasst.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (2) eine AIOx Schicht umfasst.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymersubstrat (3) aus Polyethylenterephthalat besteht.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Barriereschicht (2) undurchlässig für den Farbstoff ist.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Barriereschicht (2) direkt an der Matrix (1) angrenzt.
    Optode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Barriereschicht (2) direkt an der funktionellen Schicht angrenzt.
    11) Verfahren zur Herstellung von Optoden, wobei eine funktionelle Schicht mit zumindest einem lumineszenten Farbstoff in eine Matrix (1) eingebracht wird und die Matrix (1) mit der funktionellen Schicht auf einer Polymerplatte, aufweisend mehrere Polymersubstrate (3), aufgebracht wird und danach die Polymersubstrate (3) aus der Polymerplatte vereinzelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Matrix (1) mit der funktionellen Schicht auf die Polymerplatte eine optisch transparente Barriereschicht (2) als Gasbarriere auf der Polymerplatte aufgetragen und zwischen die funktionelle Schicht und die Polymerplatte
    angeordnet wird.
    12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Matrix (1) mit der funktionellen Schicht auf die
    Polymerplatte die Barriereschicht (2) getrocknet wird.
    13) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix mit der funktionellen Schicht direkt auf die Barriereschicht (2) aufgebracht
    wird.
    14) Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen der Barriereschicht (2) zwischen der funktionellen Schicht und der Polymerplatte das Anordnen einer Schicht zwischen der funktionellen Schicht und der Polymerplatte umfasst, die aus SiOx, aus ITO, aus AIlOx und/oder aus Clay besteht.
    30.03.2022 MT
AT601002021A 2021-04-01 2021-04-01 Optode mit Gasbarriereschicht AT524917A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT601002021A AT524917A2 (de) 2021-04-01 2021-04-01 Optode mit Gasbarriereschicht
PCT/AT2022/060099 WO2022204746A1 (de) 2021-04-01 2022-03-30 Optischer gassensor mit barriereschicht

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT601002021A AT524917A2 (de) 2021-04-01 2021-04-01 Optode mit Gasbarriereschicht

Publications (1)

Publication Number Publication Date
AT524917A2 true AT524917A2 (de) 2022-10-15

Family

ID=81326402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT601002021A AT524917A2 (de) 2021-04-01 2021-04-01 Optode mit Gasbarriereschicht

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT524917A2 (de)
WO (1) WO2022204746A1 (de)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6689438B2 (en) * 2001-06-06 2004-02-10 Cryovac, Inc. Oxygen detection system for a solid article
PL2082619T3 (pl) * 2006-11-06 2023-03-13 Agency For Science, Technology And Research Nanocząstkowy enkapsulujący stos barierowy
US8398922B2 (en) 2009-10-08 2013-03-19 The United States of America as represented by the Secretary of Commerce, the National Institute of Standards and Technology Highly sensitive oxygen sensor for cell culture
US9274060B1 (en) * 2011-01-13 2016-03-01 Mocon, Inc. Methods for transmembrane measurement of oxygen concentration and monitoring changes in oxygen concentration within a space enclosed by a membrane employing a photoluminescent transmembrane oxygen probe
DE102014112972A1 (de) 2013-09-12 2015-03-12 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messmembran für einen optochemischen oder amperometrischen Sensor
US10732107B2 (en) 2014-08-07 2020-08-04 Teleflex Medical Incorporated Optical sensor, capnography system and methods of use
DE102017118504A1 (de) 2017-08-14 2019-02-14 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Schutzvorrichtung für einen optochemischen Sensor und entsprechender optochemischer Sensor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022204746A9 (de) 2022-12-22
WO2022204746A1 (de) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2174126B1 (de) Optochemischer Sensor
EP1504113B1 (de) Verfahren zur herstellung von polymerschichten
DE102016114440B3 (de) SERS-Substrat und Verfahren zum Herstellen eines SERS-Substrats
DE3877542T2 (de) Membranen aus uv-aushaertbaren harzen.
EP0105870B1 (de) Messeinrichtung zur Bestimmung des CO2-Gehaltes einer Probe
EP0829006B1 (de) Verfahren zur herstellung eines sensitiven einschichtsystems zur messung der konzentration von analyten und ein mit diesem verfahren hergestelltes system
EP3030886B1 (de) Optischer sensor und messanordnung zum quantitativen nachweis eines analyten in einer probe
EP1114309B1 (de) Opto-chemischer sensor sowie verfahren zu seiner herstellung
EP0109959A2 (de) Sensorelement zur Bestimmung des 02-Gehaltes einer Probe sowie Verfahren zur Herstellung desselben
DE2532918C3 (de) Integrales analytisches Element für die Analyse von Flüssigkeiten
AT400907B (de) Sensormembran eines optischen sensors
DE4018597A1 (de) Messelektrode fuer eine elektrochemische gasmesszelle
EP0300990B1 (de) Deckschicht, vorzugsweise zur probenseitigen Anbringung an optischen Ionensensoren
EP1735609A1 (de) Lumineszenzsensor zur bestimmung und/oder überwachung eines in einem fluiden prozessmedium enthaltenen analyten
CH647876A5 (de) Verfahren zum herstellen von fluessigkristall-anzeigeeinheiten und nach diesem verfahren hergestellte fluessigkristall-anzeigeeinheiten.
DE102020109901A1 (de) Optochemischer Sensor und Verfahren zur Messwertkorrektur
DE2638193C3 (de) Laminierte Membran für die Verwendung in einer Enzymelektrode und Verfahren zur Herstellung einer solchen Membran
AT524917A2 (de) Optode mit Gasbarriereschicht
DE2948904C2 (de) Vorrichtung zur optischen Messung von Konzentrationen von Stoffen
EP2636751A2 (de) Verfahren zum Bestimmen einer Körperflüssigkeit
WO2000004367A2 (de) Sensormembran zur bestimmung von sauerstoffkonzentrationen
DE10157070B4 (de) Anordnung zur Messung von durch Ionenkanäle fließenden Ionenströmen, sowie Verfahren zur Herstellung dieser und Messverfahren
DE102006009217A1 (de) Elektrolumineszierende Vorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung
AT390330B (de) Sensorelement zur bestimmung von stoffkonzentrationen
EP3529308A1 (de) Schichten zum nachweis von sauerstoff

Legal Events

Date Code Title Description
REJ Rejection

Effective date: 20230715