JPH0370781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、血液用PHセンサーに関するものであ
る。詳しくは、電極基盤にイオン透過膜および抗
血栓性の挾雑物透過防止膜を被覆してなる血液PH
センサーに関するものである。さらに詳しくは、
血清、全血等の血液中のある水素イオン濃度を電
極電位応答または電流応答で測定し得る血液用PH
センサーに関するものである。 先行技術および問題点 血液中の特定イオン濃度、特に、水素イオン濃
度を測定することは、診断、治療の面の重要な検
査項目である。しかしながら、現在のPH測定装置
には、動作電極として主にガラス電極が使用され
ているが、ガラス膜に血液等の異物が付着しやす
い。ガラス膜抵抗が大きいため、血清、全血など
の血液中のPHが測定出来ない。また、血液検査に
おいては、対外測定法が行なわれている。したが
つて、試料液（血液）中の炭酸ザス分圧や酸素分
圧が変化したり、不純物が混入したりして真のPH
値の情報は得られ難い。また、試料液中の微量成
分の変性も起り、このため検査値に影響を及ぼす
ことも考えられる。さらに、血液中で使用するた
めに血栓を生じやすいという問題がある。このよ
うなことから血液内にイオン電極を挿入して血栓
を生じることなく体内血液中の真のイオン濃度を
測定することが望まれる。 発明の目的 したがつて、本発明の目的は、新規な抗血栓性
で選択的イオン透過膜を有する血液用PHセンサー
を提供することにある。本発明の他の目的は、血
清、全血等の血液中の水素イオン濃度を電極電位
応答または電流応答で測定し得る血液用PHセンサ
ーを提供することにある。 これらの諸目的は、窒素含有芳香族化合物およ
びヒドロキシ芳香族化合物よりなる群から選ばれ
た少なくとも１種の芳香族化合物から誘導された
重合体膜を導電体の表面に膜厚0.01〜1μｍで被覆
し、該重合体膜上に膜厚0.1〜10μｍのセグメント
化ポリウレタン製の抗血栓性の挾雑物透過防止膜
を被覆してなる血液用PHセンサーにより達成され
る。 本発明で使用される窒素含有化合物は、一般式
（ただし、式中、Arは芳香族核、Ｒは置換基、
ｍは０または１以上の整数およびｎは１以上の整
数であつてｍ＋ｎはArの有効原子価数を越えな
い。ただし、Arが含窒素複素環の場合ｎは０で
あつてもよい）で示すことができる。その具体例
を挙げると、１，２−ジアミノベンゼン、アニリ
ン、２−アミノベンゾトリフルオリド、２−アミ
ノピリジン、２，３−ジアミノピリジン、４，
4′−ジアミノジフエニルエーテル、４，4′−メチ
レンアニリン、チラミン、Ｎ−（Ｏ−ヒドロキシ
ベンジル）アニリンおよびピロールよりなる群の
中から選ばれた少なくとも１種である。また、あ
らかじめ重合して得たものであつて、溶媒に溶解
し、導電体表面に塗布乾燥した重合体膜としては
ポリ芳香族アミドまたはポり芳香族イミドがあ
る。これら窒素含有芳香族化合物から誘導された
重合膜を有するイオンセンサーはPHセンサーとし
て用いて好適である。 ヒドロキシ芳香族化合物は一般式 （ただし、式中、Arは芳香族、Ｒは置換基およ
びｌは０ないしArの有効原子価数）で示すこと
ができる。その具体例はフエノール、ジメチルフ
エノール、ヒドロキシピリジン、ｏ−およびｍ−
ベンジルアルコール、ｏ−、ｍ−およびｐ−ヒド
ロキシベンズアルデヒド、ｏ−およびｍ−ヒドロ
キシアセトフエノン、ｏ−、ｍ−およびｐ−ヒド
ロキシプロピオフエノン、０−、ｍ−およびｐ−
ベンゾフエノール、ｏ−、ｍ−およびｐ−ヒドロ
キシベンゾフエノン、ｏ−、ｍ−およびｐ−カル
ボキシフエノール、ジフエニルフエノール、２−
メチル−８−ヒドロキノリン、５−ヒドロキシ−
１，４−ナフトキノン、４−（ｐ−ヒドロキシフ
エニル）−２−ブタノン、１，5′−ジヒドロキシ
−１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン、ビ
スフエノールＡまたはこれらの混合物等である。
又、あらかじめ重合した重合体の膜としてみた場
合は、重合体膜が溶媒に溶解し表面に塗布乾燥し
たポリフエニレンオキシド等である。 なお、この明細書で知られている重合体という
語は単独重合体および相互重合体（例えば、共重
合体、三元共重合体等）の双方を含む。 発明の具体的説明 以下、この発明を添付の図面に沿つて詳しく説
明する。本発明による血液用PHセンサーは、基本
的には、第１Ａ図に示すように任意形状、例えば
棒状の白金系金属１１の周囲をポリオレフインや
テフロン等の絶縁体１２で被覆し、先端デイスク
表面に所定の重合体膜１３を被着、固定し、その
表面に挾雑物透過防止膜１４が被覆されてなるも
のである。また、第１Ｂ図に示すように、白金以
外の導電体（例えば、銅、アルミニウム、鋼等）
１５の表面に白金薄膜１６を、例えばイオンスパ
ツタ等の方法で形成し、その表面に所定の重合体
膜１３を被着、固定し、その表面に挾雑物透過防
止膜１４が被覆され、周囲をポレオレフインやテ
フロン等の絶縁体１２で被覆してなるものであ
る。 導電体デイスク１１，１６の表面に被着されて
いる重合体膜１３は窒素含有芳香族化合物の重合
体よりなる。このような窒素含有芳香族化合物は
例えば、一般式 （ここで、式中、Arは芳香族核、Ｒは置換基、
ｍは０または１以上の整数およびｎは１以上の整
数であつてｍ＋ｎはArの有効原子価数を越えな
い。ただし、Arが含窒素複素環の場合ｎは０で
あつてもよい）で示すことができる。芳香族Ar
は単環式（例えば、ベンゼン核、ピリジン核）で
あつても、多核式（例えばキノリン核、ナフトキ
ノン核、ビスフエノール核）であつてもよい。式
で示される化合物のＮ−置換誘導体も用いられ
る。 置換基Ｒの例を挙げると、アルキル基例えばメ
チル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、例
えばフエニル基、アルキルカルボニル基およびア
リールカルボニル基

【式】ヒドロキシアルキル基（− R″OH）、カルボキシル基、アルデヒド基、ヒド
ロキシル基等である。 このような窒素含有芳香族化合物の具体例を挙
げると、１，２−ジアミノベンゼン、アニリン、
２−アミノベンゾトリフルオリド、２−アミノピ
リジン、２，３−ジアミノピリジン、４，4′−ジ
アミノフエニルエーテル、４，4′−メチレンジア
ニリン、チラミン、Ｎ−（Ｏ−ヒドロキシベンジ
ル）アニリンおよびピロール等である。あらかじ
め重合して得た重合体としてはポリ芳香族アミド
およびイミドがあり、例えば４，4′−ジアミノフ
エニルエーテルや４，4′−ジアミノジフエニルメ
タン誘導体のポリアミド・イミド化合物、および
ビス−シクロ−［２，２，２］−オクト−７−エン
−２，３，５，６−テトラカルボン酸二無水物を
塩化チオニルと反応させて酸塩化物に転化し、こ
れを４，4′−ジアミノフエニルエーテルと反応さ
せて得たポリアミド重合体（小林他、日化（12）
1929〜32（1980）参照）等である。 あるいは、重合体膜１３はヒドロキシ芳香族化
合物から誘導されたものであつてもよい。このよ
うなヒドロキシ芳香族化合物は、例えば、一般式
（ここで、式中、Arは芳香族核、各Ｒは置換基、
およびｌは０ないしArの有効原子価数）で示す
ことができる。芳香族核Arは単環式（例えば、
ベンゼン核、ピリジン核）であつても、多核式
（例えばキノリン核、ナフトキノン核、ビスフエ
ノール核）であつてもよい。置換基Ｒは式(A)に関
して述べたものと同じである。 このようなヒドロキシ芳香族化合物の具体例を
挙げると、フエノール、ジメチルフエノール、例
えば、２，６−および３，５−ジメチルフエノー
ル）、２−、３−および４−ヒドロキシピリジン、
ｏ−およびｍ−ベンジルアルコール、ｏ−、ｍ−
およびｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｏ−、
ｍ−およびｐ−ヒドロキシアセトフエノン、ｏ
−、ｍ−およびｐ−ヒドロキシプロピオフエノ
ン、ｏ−、ｍ−およびｐ−ベンゾフエノール、ｏ
−、ｍ−およびｐ−ヒドロキシベンゾフエノン、
ｏ−、ｍ−およびｐ−カルボキシフエノール、ジ
フエニルフエノール（例えば、２，６および３，
５−ジフエニルフエノール）、２−メチル−８−
ヒドロキノリン、５−ヒドロキシ１，４−ナフト
キノン、４−（ｐ−ヒドロキシフエニル）−２−ブ
タノン、１，5′−ジヒドロキシ−１，２，３，４
−テトラヒドロナフタレン、ビスフエノールＡ等
である。あらかじめ重合して得た重合体としては
ポリフエニレンオキシド、ポリフエニレンオキシ
ド誘導体、ポリジフエニルフエニレンオキシド、
ポリジメチルフエニレンオキシド、ポリカーボネ
ート等がある。 以上述べた窒素含有芳香族化合物またはヒドロ
キシ芳香族化合物の重合体膜を誘電体１１，１６
表面上に被着するためには、窒素含有芳香族化合
物またはヒドロキシ芳香族化合物を電解酸化重合
法によつて導電体１１，１６表面上で重合させる
方法、予め合成された重合体を溶媒に溶かし、こ
の溶液浸漬・塗布および乾燥により導電体表面に
固定する方法、さらには重合体膜を化学的処理、
物理的処理もしくは照射処理によつて導電体表面
に直接固定する方法を採ることができる。 上記の被着方法のうち最も好都合な方法は電解
酸化重合法による方法である。この電解酸化重合
は適当な溶媒中で窒素含有芳香族化合物またはヒ
ドロキシ芳香族化合物を電解酸化重合させ、動作
電極としての所望導電体の表面に重合体膜を被着
するものである。例えば、１，２−ジアミノベン
ゼン、２−アミノベンゾトリフルオリドおよび
４，4′−ジアミノフエニルメタンの電解酸化重合
はPH７のリン酸緩衝溶液中で、アニリンの重合は
ピリジンおよび過塩素酸ナトリウムを含むアセト
ニトリル溶液中で、４，4′−ジアミノジフエニル
エーテルの重合は過塩素ナトリウムを含むアセト
ニトリル溶液または水酸化ナトリウムを含むメタ
ノール溶液中で、また、ピロールの重合は支持電
解質としてヘキサフルオロリン酸テトラブチルア
ンモニウ（Bu₄N（P₆）と略す）を含むアセトニ
トリル溶液中でおこなう。ヒドロキシ芳香族化合
物の電解酸化重合はアルカリ性のメタノール等の
溶媒中でおこなう。 電解酸化重合によつて被着した重合体膜は被着
安定性が極めてよく、また膜表面も滑らかであ
る。 重合体膜の厚さに特に制限はないが0.01μｍな
いし1μｍ程度が適当である。 挾雑物透過防止膜は抗血栓性膜であり、セグメ
ント化ポリウレタン製がある。その膜厚は、通常
0.1〜10μｍである。セグメント化ポリウレタンは
ソフトセグメント連鎖とハードセグメント連鎖か
ら成り、各々のセグメント相は混在し、親水・疎
水ミクロ相分離構造を形成している。ソフトセグ
メント部は 型で［ここで、Ｒはポリテトラメチレングリコー
ル（−CH₂）₄−Ｏ−及びその共重合体、 ポリプロピレングリコール

【式】ポリブタジエン（−CH₂CH ＝CHCH₂）−_o］ハードセグメント部 型［ここで、R′はNH−NH−、−NH（CH₂）_o
NH₂−；ｎ＝２〜６

【式】−Ｏ− （CH₂）₄−Ｏ−］である。セグメント化ポリウレ
タンの分子量は約１万以下である。 これらの素材として、Biomer（Ethcon Co.の
ポリエーテル・セグメント化ポリウレタン）が使
用できる。 発明の具体的作用 本発明による選択的イオン透過膜は、水素イオ
ンのみを選択的に透過させることができるので、
PHセンサーとして使用する場合、血清、全血等の
血液中のPHセンサーとして水素イオン濃度を測定
することができる。すなわち、血清や全血中には
イオンとして、Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺等
やその他にアルブミン、グルコース、ビリルビ
ン、尿素、尿酸糖の化合物が共存しているが、そ
の場合にも水素イオン濃度を精度よく測定できる
のである。 以下、本発明の実施例を示す。 実施例 １ アルミニウム線（直径１mm）周囲をフツ素樹脂
（商品名「テフロン」）で絶縁し、その露出先端を
シリコンカーバイト紙（約8.0μｍ）およびアルミ
ナ粉体（0.3μｍ）で研磨して平滑にし、水洗およ
びメタノール洗浄を行なつたのち、乾燥して基本
本体を得た。この基本本体１０を、陰極と陽極間
の照射距離４cm、真空圧10^-3Torrのアルゴン雰
囲気下に200Wの電力量で15秒間照射してスパツ
タリング法により白金薄膜を被覆して基本本体を
得た。この場合の白金薄膜の厚さは0.056μｍであ
つた（以下実施例では、特にことわらない限り、
この薄膜の電極が使用される。）。スパツタ装置
は、二重極マグネトロン放電装置を用いた。 この方法で作製したアルミニウム線（直径１
mm）基本上に白金薄膜を被覆し、ついでポリフエ
ニレンオキシド膜（以下、PPO膜と略称する。）
およびポリ（１，２−ジアミノベンゼン膜（以下
PDAB膜と略称する）の混成膜を電解酸化重合
法により被覆して、水洗、乾燥して高分子膜で電
極を作製した。この電極表面に、セグメントポリ
ウレタン（エーテル型ポリウレタン、ポリエーテ
ル（Mm＝1500）とポリプロピレングリコールの
結合型）の0.1重量％テトラヒドロフラン溶液に
浸漬し、かつ乾燥することにより膜電極を作成し
た。 基準電極に銀−塩化銀電極を用い、本発明の電
極と組合せて、兎の動脈血流中の水素イオン濃度
を測定した。電極の平衡電位値が一定に達する時
間は約10分であり、その後３時間経過しても平衡
電位値は170ｍＶの一定値を示した。血液分析計
（BMS−MK−２型、ラジオメーター社製）を用
いて、血液のPH値を測定したところ7.42〜7.47で
あつた。炭酸ガスおよび酸素濃度についてPco₂
＝37.2〜43.1mmHgおよびPo₂＝100〜103mmHgの
値をそれぞれ得た。 また、標準血清を用いて本作製電極の平衡電位
（１ｍＶ）とPH値（市販のPHメーターにより予め
測定したもの）との関係を調べたところ、第３図
に示すようにネルンストの関係式を満足した。そ
してPHが7.40のときの平衡電位値は160ｍＶ（測定
温度37±0.1℃）であり、上記の実験結果とほぼ
同等の電位値を得た。 以上の結果をまとめて第１表に示す。

【表】 実施例 ２ 高分子膜として実施例１とPPO膜および
PDAB膜のかわりにPPO膜を用いた場合、実施
例１と同様の方法で膜電極（白金／PPO膜／セ
グメント化ポリウレタン）を作製した。基準電極
に銀−塩化銀電極を用い、本発明の電極と組合わ
せて、実施例１と同様に兎の動脈血流の循環血中
の水素イオン濃度を測定した。その結果を第２図
（線Ａ）に示す。電極の平衡電位値が一定に達す
るまでの約10分であり、その後140分間経過して
も平衡電位値は約150ｍＶの一定値を示した。血
液分析計（BMS−MK−２型、ラジオメーター
社製）を用いて実施例１と同様に血液のPH値を測
定したところ7.3〜7.35であつた。炭酸ガスおよ
び酸素濃度についてPco₂＝37.0〜41.2mmHgおよ
びPo₂＝93〜105mmHgの値をそれぞれ得た。 つぎに、本発明による前記膜電極を用い、基準
電極に飽和カロメル電極を用いてリン酸緩衝溶液
中（PHを過塩素酸および水酸化ナトリウム溶液で
調節。）で水素イオン濃度測定を行なつた場合の
PH値変化に対する電位値変化は40ｍＶ／PH（37°
±１℃）であつた［第３図（線Ｂ）］。そしてPHが
7.4のときの平衡電位値は250ｍＶであり、また平
衡電位到達速度は３〜10分間であつた（PH範囲
4.0〜8.0）。 白金薄膜表面に、PPO膜のみを被覆した電極
ではPH7.4付近の平衡電位値はほぼ同様であり、
ポリウレタン膜を被覆しても、しなくても平衡電
位値はほとんど変化しない。 また、実施例１と同様に標準血清（PH6.86）を
試料溶液として用いた時、この電極の平衡電位値
（ｍＶ）は第３図（線Ｃ）に示すように約166ｍＶ
であり、その平衡電位到達速度は約２分間であつ
た。 発明の具体的効果 以上述べたように、本発明は、窒素含有芳香族
化合物およびヒドロキシ芳香族化合物よりなる群
から選ばれた少なくとも１種の芳香族化合物から
誘導された重合体膜を導電体の表面に膜厚0.01〜
1μｍで被覆し、該重合体膜上に膜厚0.1〜10μｍの
セグメント化ポリウレタン製の抗血栓性の挾雑物
透過防止膜を被覆してなる血液用PHセンサーであ
るから、血清、全血等の血液中のPHセンサーとし
て水素イオン濃度を測定することができる。すな
わち、血清な全血中にはイオンとして、Cl^-、
Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺やその他にアルブミン、
グルコース、ビリルビン、尿素、尿酸等の中分子
量の化合物が共存しているが、平衡電位応答に対
して妨害となる前記イオンや中分子量化合物は挾
雑物透過防止膜により阻止させて水素イオンのみ
を選択的に透過させ得るのである。したがつて、
体液、特に血液中の水素イオン濃度を生体内還流
中に測定することができる。また、前記挾雑物透
過防止膜は抗血栓材料であるので生体内で使用し
ても血栓等の問題を解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢ図はPHセンサーの断面図、第２
図は兎の循環血流中での平衡電解値の経時変化を
示すグラフであり、また第３図［白金薄膜／
（PPO＋PDAB）膜／セグメント化ポリウタレン
膜］電極のPH−起電力の関係図である。 １１……白金系金属、１２……絶縁体、１３…
…重合体膜、１４……挾雑物透過防止膜、１５…
…導電体、１６……白金薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒素含有芳香族化合物およびヒドロキシ芳香
   族化合物よりなる群から選ばれた少なくとも１種
   の芳香族化合物から誘導された重合体膜を導電体
   の表面に膜厚0.01〜1μｍで被覆し、該重合体膜上
   に膜厚0.1〜10μｍのセグメント化ポリウレタン製
   の抗血栓性の挾雑物透過防止膜を被覆してなる血
   液用PHセンサー。 ２ 窒素含有芳香族化合物が一般式 （ただし、式中、Arは芳香族核、Ｒは置換基、
   ｍは０または１以上の整数であり、またｎは１以
   上の整数であつて、ｍ＋ｎはArの有効原子価数
   を越えず、Arが含窒素複素環の場合にはｎは０
   であつてもよい。）を有する化合物であり、また
   ヒドロキシ芳香族化合物が一般式 （ただし、式中、ArおよびＲは前記のとおりで
   あり、またｌは０またはArの有効原子価数であ
   る。）を有する化合物である特許請求の範囲第１
   項に記載の血液用PHセンサー。 ３ 重合体膜が電解酸化重合膜である特許請求の
   範囲第１項または第２項のいずれか一つに記載の
   血液用PHセンサー。 ４ 窒素含有芳香族化合物が１，２−ジアミノベ
   ンゼン、アニリン、２−アミノベンゾトリフルオ
   リド、２−アミノピリジン、２，３−ジアミノピ
   リジン、４，4′−ジアミノジフエニルエーテル、
   ４，4′−メチレンジアニリン、チラミン、Ｎ−
   （Ｏ−ヒドロキシベンジル）アニリンおよびピロ
   ールよりなる群の中から選ばれた少なくとも１種
   である特許請求の範囲第３項記載の血液用PHセン
   サー。 ５ ヒドロキシ芳香族化合物がフエノール、ジメ
   チルフエノール、ヒドロキシピリジン、ｏ−およ
   びｍ−ベンジルアルコール、ｏ−、ｍ−およびｐ
   −ヒドロキシベンズアルデヒド、ｏ−およびｍ−
   ヒドロキシアセトフエノン、ｏ−、ｍ−およびｐ
   −ヒドロキシプロピオフエノン、０−、ｍ−およ
   びｐ−ベンゾフエノール、ｏ−、ｍ−およびｐ−
   ヒドロキシベンゾフエノン、ｏ−、ｍ−およびｐ
   −カルボキシフエノール、ジフエニルフエノー
   ル、２−メチル−８−ヒドロキノリン、５−ヒド
   ロキシ−１，４−ナフトキノン、４−（ｐ−ヒド
   ロキシフエニル）−２−ブタノン、１，5′−ジヒ
   ドロキシ−１，２，３，４−テトラヒドロナフタ
   レン、並びにビスフエノールＡよりなる群の中か
   ら選ばれた少なくとも１種である特許請求の範囲
   第３項記載の血液用PHセンサー。 ６ 重合体膜は窒素含有芳香族化合物およびヒド
   ロキシ芳香族化合物から誘導される混成膜である
   特許請求の範囲第３項に記載の血液用PHセンサ
   ー。 ７ 窒素含有芳香族化合物が１，２−ジアミノベ
   ンゼンであり、またヒドロキシ芳香族化合物がフ
   エノールである特許請求の範囲第６項に記載の血
   液用PHセンサー。 ８ 重合体膜がポリフエニレンオキシド、ポリフ
   エニレンオキシド誘導体、ポリジフエニルフエニ
   レンオキシド、ポリジメチルフエニルオキシド、
   ポリカーボネート誘導体の少なくとも１つよりな
   る群の中から選ばれたものである特許請求の範囲
   第１項に記載の血液用PHセンサー。