JPH051423B2 - - Google Patents

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JPH051423B2
JPH051423B2 JP59033677A JP3367784A JPH051423B2 JP H051423 B2 JPH051423 B2 JP H051423B2 JP 59033677 A JP59033677 A JP 59033677A JP 3367784 A JP3367784 A JP 3367784A JP H051423 B2 JPH051423 B2 JP H051423B2
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ion
sensitive
membrane
organic polymer
inorganic solid
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Shotaro Oka
Osamu Tawara
Takumi Maeda
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Shimadzu Corp
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS

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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、イオンセンサーに関する。さらに
詳しくは、耐久性の優れた不均一膜型イオン感応
膜を有するイオンセンサーに関する。
[Detailed Description of the Invention] (a) Industrial Application Field This invention relates to an ion sensor. More specifically, the present invention relates to an ion sensor having a non-uniform ion-sensitive membrane with excellent durability.

(ロ) 従来技術 従来、種々のイオン感応物質をポリ塩化ビニ
ル、ポリアクリル酸エステル、等の疎水性有機高
分子中に分散保持させた膜がイオン選択性電極の
イオン感応膜として用いられている。そして上記
イオン感応物質としては、有機リン化合物のよう
なイオン交換体や、バリノマイシン、モネンシ
ン、クラウンエーテル類等のニユートラルキヤリ
アーが用いられている。
(b) Prior art Conventionally, membranes in which various ion-sensitive substances are dispersed and held in hydrophobic organic polymers such as polyvinyl chloride and polyacrylic acid esters have been used as ion-sensitive membranes for ion-selective electrodes. . As the ion-sensitive substance, ion exchangers such as organic phosphorus compounds and neutral carriers such as valinomycin, monensin, and crown ethers are used.

これらのイオン感応膜は、疎水性有機高分子を
マトリツクスとしてイオン感応物質を保持した所
謂不均一膜であり、通常、適宜可塑剤等を加えて
膜状に成形してイオン選択性電極基体にO−リン
グ等で取り付けて用いられている。
These ion-sensitive membranes are so-called heterogeneous membranes that hold an ion-sensitive substance using a hydrophobic organic polymer as a matrix, and are usually formed into a membrane by adding an appropriate plasticizer, etc., and are coated with O2 on an ion-selective electrode substrate. -It is used by attaching it with a ring, etc.

一方、イオン選択性電極等のイオンセンサーの
小型化、複合化は従来から強く求められており、
半導体技術を応用したイオン選択性電界効果型ト
ランジスタ(IS−FET)が提案されている。か
かるIS−FETは所謂電界効果型トランジスタ
(FET)のゲート電極を取り除いてそこにイオン
感応膜を形成させたものである。しかし、このゲ
ート膜はSiO2系ガラス膜やSiN2系ガラス膜のよ
うなケイ素を主体とする無機固体膜からなるた
め、その上に形成しうるイオン感応膜も限られて
おり、前述のごとき疎水性有機高分子をマトリツ
クスとする不均一膜型の感応膜を形成して使用す
ることは実用上困難であつた。すなわち、イオン
感応膜とゲート膜との接着性が悪く測定対象水中
に浸漬すると短時間で剥離が生じるからである。
On the other hand, there has been a strong demand for smaller and more complex ion sensors such as ion-selective electrodes.
Ion-selective field-effect transistors (IS-FETs) have been proposed using semiconductor technology. Such an IS-FET is a so-called field effect transistor (FET) in which the gate electrode is removed and an ion-sensitive film is formed there. However, since this gate film consists of an inorganic solid film mainly composed of silicon, such as a SiO 2 -based glass film or a SiN 2 -based glass film, the ion-sensitive films that can be formed on it are also limited. It has been practically difficult to form and use a non-uniform sensitive film having a matrix of hydrophobic organic polymers. That is, the adhesiveness between the ion-sensitive membrane and the gate membrane is poor, and peeling occurs in a short period of time when the membrane is immersed in the water to be measured.

従つて、無機固体膜に不均一膜型のイオン感応
膜を密着させる技術が要望されていた。
Therefore, there has been a need for a technique for closely adhering a non-uniform ion-sensitive membrane to an inorganic solid membrane.

このことは、コーテツドワイヤー型のイオン選
択性電極についても同様である。そして密着が可
能であれば通常のイオン選択性電極においても不
均一膜を予め造膜成形した後に取り付ける手間は
不要で、直接基材としてのガラス膜上に形成させ
ることができ有利である。
This also applies to coated wire type ion selective electrodes. If close contact is possible, even in the case of a normal ion-selective electrode, there is no need to attach a heterogeneous membrane after forming it in advance, and it is advantageous because it can be formed directly on the glass membrane as a base material.

(ハ) 目 的 この発明は、かような点に鑑みなされたもので
あり、ガラスのごとき無機固体膜上に不均一膜型
のイオン感応膜を強固に密着させてなるイオンセ
ンサーを提供することを一つの目的とするもので
ある。
(c) Purpose This invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an ion sensor comprising a non-uniform ion-sensitive membrane firmly adhered to an inorganic solid membrane such as glass. One of the purposes is

(ニ) 構 成 かくしてこの発明によれば、イオンセンサーの
感応部が、ケイ素を主体とする無機固体膜と、そ
の上に形成されたイオン感応物質を疎水性有機高
分子中に分散保持してなるイオン感応膜とからな
り、上記疎水性有機高分子が、無機固体膜表面に
シランカツプリング剤残基を介してグラフト状に
固定化された有機ポリマー鎖によつて支持されて
なることを特徴とするイオンセンサーが提供され
る。
(d) Structure According to the present invention, the sensitive part of the ion sensor comprises an inorganic solid film mainly composed of silicon and an ion sensitive substance formed thereon dispersed in a hydrophobic organic polymer. The hydrophobic organic polymer is supported by organic polymer chains grafted onto the surface of the inorganic solid membrane via silane coupling agent residues. An ion sensor is provided.

上記無機固体膜の具体的な材質としては、
SiO2系高分子(ガラス)、Si3N4系高分子、Si
(OH)4系ゲル等が挙げられこれらは複合膜であ
つてもよく、また不純物を有するものであつても
よい。例えば、IS−FETを意図とする際には前
述のごとくSiO2系無機固膜や表面にSi3N4層を有
するSiO2系無機固体からなるFETのゲート膜自
体を対象とすることができ、イオン選択性電極を
意図とする際には例えばPHイオン選択性電極の感
応部となるPHイオン感応ガラス膜(不純物を含む
SiO2系高分子)自体を対象とすることができる。
もちろんこれらの膜上に新たに形成したSi
(OH)4系ゲル膜を対象とすることもできる。
The specific material of the above inorganic solid film is as follows:
SiO 2- based polymer (glass), Si 3 N 4 -based polymer, Si
Examples include (OH) 4 gels, which may be composite membranes or may contain impurities. For example, when an IS-FET is intended, the FET gate film itself, which is made of an SiO 2 -based inorganic solid film or a SiO 2 -based inorganic solid with a Si 3 N 4 layer on the surface, can be targeted as mentioned above. , when an ion-selective electrode is intended, for example, a PH ion-sensitive glass membrane (containing impurities) is used as the sensitive part of the PH ion-selective electrode.
( SiO2 -based polymer) itself can be targeted.
Of course, the newly formed Si on these films
(OH) 4 -based gel membranes can also be targeted.

この発明のイオンセンサーは、通常、上記のご
ときイオンセンサー基体の感応部を構成する無機
固体膜表面に、シランカツプリング剤を結合さ
せ、この上に上記シランカツプリング剤に結合
しかつ縮合重合しうる1種又は2種以上のモノマ
ーと、イオン感応物質と、疎水性有機高分子
と必要に応じて可塑剤、とからなる混合物又は
その溶剤希釈液を塗布し、上記縮合重合しうるモ
ノマーの重合温度下(通常、10〜100℃)で保持
して縮合重合によるポリマー鎖をグラフト状に成
長させ、必要に応じて溶剤を除去することにより
作製できる。シランカツプリング剤とこれに結合
しかつ縮合重合しうるモノマーの組合せとして
は、3−アミノプロピルトリエトキシランのごと
きアミノ基を有する低級アルキルトリ低級アルコ
キシシラン(シランカツプリング剤)と、グルタ
ルアルデヒド及び1,8−ジアミノオクタンの組
合せのごときアルキルジアルデヒド類とアルキル
ジアミン類との縮合重合系のモノマーの組合せが
好適である。この組合せにおいて得られる有機ポ
リマー鎖は、例えば下式() で示されるごとくシツフ塩基(−CH=N−)で
結合された縮合ポリマーからなるものである。な
お、Aはシランカツプリング剤残基、Bはグルタ
ルアルデヒド残基、Cはジアミノオクタン残基を
それぞれ示す。これらのポリマー鎖はその主鎖が
少なくとも無機固体膜にグラフト状に化学結合し
て固定化された形態であればよく、それぞれの主
鎖同士が架橋された三次元構造を有するポリマー
鎖であつてもよい。かかる三次元構造を有するポ
リマー鎖は三官能性以上のモノマー、例えばトリ
アルデヒド類やトリアミン類を前記二官能性のモ
ノマー中に加えることによつて同様に形成しう
る。
The ion sensor of the present invention usually has a silane coupling agent bonded to the surface of an inorganic solid membrane constituting the sensitive part of the ion sensor substrate as described above, and is bonded to the silane coupling agent thereon and subjected to condensation polymerization. A mixture of one or more monomers, an ion-sensitive substance, a hydrophobic organic polymer, and optionally a plasticizer, or a diluted solution thereof in a solvent, is applied, and the monomer capable of condensation polymerization is polymerized. It can be produced by holding at a temperature (usually 10 to 100°C) to grow polymer chains in a graft form through condensation polymerization, and removing the solvent as necessary. The combination of a silane coupling agent and a monomer that can be bonded to it and undergo condensation polymerization is a lower alkyltri-lower alkoxysilane having an amino group such as 3-aminopropyltriethoxylane (silane coupling agent), glutaraldehyde and Combinations of condensation polymerization monomers of alkyl dialdehydes and alkyl diamines, such as a combination of 1,8-diaminooctane, are preferred. The organic polymer chain obtained in this combination can be expressed, for example, by the following formula () As shown, it consists of a condensation polymer bonded with Schiff bases (-CH=N-). Note that A represents a silane coupling agent residue, B represents a glutaraldehyde residue, and C represents a diaminooctane residue. These polymer chains may be in a form in which their main chains are chemically bonded to at least an inorganic solid membrane in the form of a graft, and they may be polymer chains having a three-dimensional structure in which the respective main chains are cross-linked. Good too. Polymer chains having such a three-dimensional structure can similarly be formed by adding tri- or higher-functional monomers, such as trialdehydes or triamines, to the di-functional monomers.

なお、シランカツプリング剤の無機固体膜への
固定化は、固定化酵素の分野で知られた方法に準
じて行なうことができ例えば、塩酸、硝酸等の強
酸が水酸化ナトリウム等の強アルカリで処理して
水酸基を導入した後、シランカツプリング剤の約
10%程度の酸性水溶液と接触させ、30〜100℃下
の加温条件で3〜15時間保持させ、次いで未反応
のカツプリング剤を水洗により除去することによ
り行なわれる。該溶媒としては水に限らずトルエ
ン等の有機溶媒を用いてもよい。しかしながら、
Si(OH)4系無機固体膜を対象とする場合にはそれ
自身表面に多数の水酸基を有しているため上記水
酸基導入工程は不要である。さらにSi(OH)4系無
機固体膜を用いた際にはイオン感応膜の密着性よ
りも大である。従つて、Si(OH)4系無機固体膜を
用いるのが好ましく、SiO2やSi3N4系の固体膜を
対象とする際にもその表面にSi(OH)4系固体膜を
形成させた複合膜としてイオン感応膜の形成に供
するのが好ましい。かようなSi(OH)4系無機固体
膜は、例えばテトラエトキシシランのごとき低級
アルコキシシランの水性溶媒溶液(例えば、含水
メタノールや含水エタノール溶液)を酸性に調整
した後塗布し放置してその場で低級アルコキシシ
ランの加水分解溶液を乾燥してゲル化することに
より簡便に形成することができる。
The silane coupling agent can be immobilized on an inorganic solid membrane according to a method known in the field of immobilized enzymes. After treatment to introduce hydroxyl groups, the silane coupling agent
This is carried out by bringing the product into contact with an approximately 10% acidic aqueous solution and maintaining it under heating conditions of 30 to 100°C for 3 to 15 hours, and then removing unreacted coupling agents by washing with water. The solvent is not limited to water, and organic solvents such as toluene may also be used. however,
In the case of a Si(OH) 4 -based inorganic solid film, the above hydroxyl group introduction step is not necessary because it itself has many hydroxyl groups on its surface. Furthermore, when an Si(OH) 4 -based inorganic solid film is used, the adhesion is greater than that of an ion-sensitive film. Therefore, it is preferable to use an Si(OH) 4 -based inorganic solid film, and even when using SiO 2 or Si 3 N 4 -based solid films, it is possible to form a Si(OH) 4 -based solid film on the surface. It is preferable to form an ion-sensitive membrane as a composite membrane. Such a Si(OH) 4 -based inorganic solid film is produced by applying an aqueous solvent solution (e.g., aqueous methanol or aqueous ethanol solution) of a lower alkoxysilane such as tetraethoxysilane to an acidic state, and leaving it in place. It can be easily formed by drying and gelling a hydrolyzed solution of lower alkoxysilane.

なお、イオン感応物質、疎水性有機高分子、可
塑剤等は意図する対象イオンに応じて当該分野で
知られた種々のものを組合せて用いることができ
る。例えば、イオン感応物質としてカリウムイオ
ン選択性のバリノマイシンやクラウンエーテルの
ようなニユートラルキヤリアーを用い、疎水性有
機高分子としてポリ塩化ビニルを用いる際には前
者を後者に対し0.5〜20重量%としかつポリ塩化
ビニルと同量ないしは5倍量の可塑剤(例えばジ
オクチルフタレート、O−ニトロフエニルオクチ
ルエーテル等)を用い、これらを適当な溶剤(例
えばテトラヒドロフラン)中で均一に混合してイ
オン感応膜のベースとし、この中に前記モノマー
を加えて塗布処理に供すればよい。
Note that various ion-sensitive substances, hydrophobic organic polymers, plasticizers, etc. known in the art can be used in combination depending on the intended target ions. For example, when a neutral carrier such as potassium ion-selective valinomycin or crown ether is used as the ion-sensitive substance, and polyvinyl chloride is used as the hydrophobic organic polymer, the former should be 0.5 to 20% by weight of the latter. An ion-sensitive membrane is prepared by using the same amount or five times the amount of plasticizer (e.g., dioctyl phthalate, O-nitrophenyl octyl ether, etc.) as polyvinyl chloride, and uniformly mixing these in an appropriate solvent (e.g., tetrahydrofuran). The above-mentioned monomer may be added to the base and subjected to coating treatment.

また、形成させるイオン感応膜の厚みはイオン
選択性電極の場合は数μm〜1mmの範囲が好まし
く、IS−FETでは100Å〜50μmとするのが好ま
しい。
Further, the thickness of the ion-sensitive membrane to be formed is preferably in the range of several μm to 1 mm in the case of an ion-selective electrode, and preferably in the range of 100 Å to 50 μm in the case of IS-FET.

このようにして形成されたイオン感応部は、模
式的に第1図に示すようにケイ素を主体とする無
機固体膜1上に、疎水性有機高分子2中にイオン
感応物質3を分散保持してなるイオン感応膜5を
形成してなり、疎水性有機高分子層中には、無機
固体膜1からグラフト状に伸びる多数の有機ポリ
マー鎖4が形成されてなる。従つて、疎水性有機
高分子2は、有機ポリマー鎖4によつてアンカー
的効果により無機膜表面1に支持されており、結
局イオン感応膜5全体が固体膜表面に強固に密着
されることとなる。従つて有機ポリマー鎖を形成
しない単なる塗布膜に比して膜の耐久性が顕著に
改善されており、長時間の水浸漬にも充分耐えう
る膜を形成させることができる。
As schematically shown in FIG. 1, the ion-sensitive part formed in this way has an ion-sensitive substance 3 dispersed and held in a hydrophobic organic polymer 2 on an inorganic solid film 1 mainly composed of silicon. A large number of organic polymer chains 4 extending from the inorganic solid film 1 in a graft-like manner are formed in the hydrophobic organic polymer layer. Therefore, the hydrophobic organic polymer 2 is supported on the inorganic membrane surface 1 by the organic polymer chains 4 by an anchoring effect, and the entire ion-sensitive membrane 5 is firmly attached to the solid membrane surface. Become. Therefore, the durability of the film is significantly improved compared to a simple coating film that does not form organic polymer chains, and it is possible to form a film that can sufficiently withstand long-term immersion in water.

かような感応部は種々のイオンセンサーの感応
部に適用することができ、その具体例は第2〜4
図に示される。第2図は、SiO2系又はSiO2
Si3N4系無機固体膜からなるFETのゲート膜1a
上に、Si(OH)4系無機固体膜1′を形成させその
上に前記イオン感応膜5を形成させたIS−FET
の形態のイオンセンサーを例示する模式図であ
る。図中、6はドレイン部分、7はソース部分を
それぞれ示す。また、第3図は、無機固体膜1′
を形成させる代わりにゲート膜1a表面を処理し
て水酸基を導入した後、同様にしてイオン感応膜
5を形成させたIS−FETの形態のイオンセンサ
ーを例示する図である。さらに第4図は、電極外
筒9、SiO2系ガラス内筒1b、エポキシ系接着
剤8、内部極10、内部液10a及びシールド線
11からなるPH電極の感応面に、Si(OH)4系無機
固体膜1′を形成させ、その上に前記イオン感応
膜5を形成させたイオン選択性電極の形態のイオ
ンセンサーを示すものである。
Such a sensitive part can be applied to the sensitive parts of various ion sensors, and specific examples thereof include Nos. 2 to 4.
As shown in the figure. Figure 2 shows SiO 2 system or SiO 2
FET gate film 1a made of Si 3 N 4 based inorganic solid film
An IS-FET on which a Si(OH) 4 -based inorganic solid film 1' is formed, and the ion-sensitive film 5 is formed thereon.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an ion sensor of the form. In the figure, 6 indicates a drain portion, and 7 indicates a source portion. In addition, FIG. 3 shows the inorganic solid film 1'
3 is a diagram illustrating an ion sensor in the form of an IS-FET in which the surface of the gate film 1a is treated to introduce hydroxyl groups instead of forming , and then an ion-sensitive film 5 is formed in the same manner. Further, FIG. 4 shows that Si(OH) 4 is applied to the sensitive surface of the PH electrode consisting of the electrode outer cylinder 9, the SiO 2 glass inner cylinder 1b, the epoxy adhesive 8, the internal electrode 10, the internal liquid 10a, and the shield wire 11. This figure shows an ion sensor in the form of an ion-selective electrode in which an inorganic solid membrane 1' is formed, and the ion-sensitive membrane 5 is formed thereon.

(ホ) 実施例 実施例 1 PHガラス電極(20×3mmφ、)の感応部を構成
するSiO2系ガラス膜上に、セルロース系粘度調
整剤を含むテトラエトキシシラン:水:エタノー
ル:塩酸(体積比25:8:25:5)混合溶液をデ
イツプ法により塗布し、室温で30分、次いで80℃
で15分放置することによつてテトラエトキシシラ
ンを加水分解させてSi(OH)4系ゲルからなる固体
膜を形成した。この感応部を、3−アミノプロピ
ルリエトキシシランのトルエン溶液(30wt%)
中に80℃下5時間浸漬を行なつた。この処理によ
り3−アミノプロピルトリエトキシシランがSi
(OH)4系固体膜の水酸基と反応し、エーテル結
合を形成して該固体膜に結合される。
(E) Examples Example 1 On the SiO 2 -based glass film constituting the sensitive part of the PH glass electrode (20 x 3 mmφ), tetraethoxysilane containing a cellulose viscosity modifier: water: ethanol: hydrochloric acid (volume ratio 25:8:25:5) The mixed solution was applied by dip method, and heated at room temperature for 30 minutes, then at 80°C.
By leaving it for 15 minutes, the tetraethoxysilane was hydrolyzed and a solid film consisting of Si(OH) 4 gel was formed. This sensitive part was treated with a toluene solution (30wt%) of 3-aminopropyl ethoxysilane.
The sample was immersed in the liquid at 80°C for 5 hours. This treatment converts 3-aminopropyltriethoxysilane into Si
(OH) Reacts with the hydroxyl group of the 4 -based solid membrane, forms an ether bond, and is bonded to the solid membrane.

上記処理を行なつた感応部を、下記配合割合; ポリ塩化ビニル: 250mg (疎水性有機高分子) Calcium2+−Ionophore ETH1001: 10mg (カルシウムイオン感応物質、 FLUKA A/G製) グルタルアルデヒド: (50%水溶液)0.1m (重合用モノマー) 1,8−ジアミノオクタン: 250mg (重合用モノマー) NPOE: 750mg (可塑剤、O−ニトロフエ ニルオクチルエーテル) テトラヒドロフラン: 5m の混合液中に浸漬塗布し30℃の温度下で15時間放
置することによりカルシウムイオン感応膜の形成
を行なつた。この処理により、固定されたシラン
カツプリング剤の末端アミノ基と、グルタルアル
デヒドがシツフ結合を形成しさらに1,8−ジア
ミノオクタンとグルタルアルデヒドの縮合重合が
行なわれ、前式()のごときシツフ結合を主と
する有機ポリマー鎖が固体膜からグラフト状に疎
水性有機高分子中に形成されたカルシウムイオン
感応膜が形成され、第4図に示すごときこの発明
のカルシウムイオンセンサーが得られた。
The above-treated sensitive part was mixed in the following proportions: Polyvinyl chloride: 250 mg (hydrophobic organic polymer) Calcium 2+ -Ionophore ETH1001: 10 mg (calcium ion sensitive material, manufactured by FLUKA A/G) Glutaraldehyde: ( 50% aqueous solution) 0.1 m (monomer for polymerization) 1,8-diaminooctane: 250 mg (monomer for polymerization) NPOE: 750 mg (plasticizer, O-nitrophenyl octyl ether) Tetrahydrofuran: Dip and apply in 5 m of the mixed solution for 30 minutes. A calcium ion sensitive membrane was formed by leaving it for 15 hours at a temperature of .degree. Through this treatment, the terminal amino group of the fixed silane coupling agent and glutaraldehyde form a Schiff bond, and further condensation polymerization of 1,8-diaminooctane and glutaraldehyde occurs, resulting in a Schiff bond as shown in the previous formula (). A calcium ion-sensitive membrane was formed in which organic polymer chains mainly consisting of the following were grafted from a solid membrane into a hydrophobic organic polymer, and the calcium ion sensor of the present invention as shown in FIG. 4 was obtained.

このイオンセンサーを下記条件: 試験液 : 塩化カルシウム水溶液、17℃
(塩化カルシウムは試薬特級、
水は脱イオン水を蒸留したもの
を使用) 比較電極: 内部極Ag/AgCl、内部液飽和
KCl水溶液 で測定して応答性を調べた結果を第5図に示し
た。このようにカルシウムイオン活量が10-5
10-1mol/の範囲において直線性が認められそ
の傾きは27.0mV/decで理論値28.7mV/decと
近接したものであつた。
This ion sensor was tested under the following conditions: Test solution: Calcium chloride aqueous solution, 17℃
(Calcium chloride is special grade reagent.
(Water used is distilled deionized water) Reference electrode: Internal electrode Ag/AgCl, internal liquid saturated
The results of measuring the responsiveness using a KCl aqueous solution are shown in FIG. In this way, the calcium ion activity is 10 -5 ~
Linearity was observed in the range of 10 -1 mol/, and its slope was 27.0 mV/dec, which was close to the theoretical value of 28.7 mV/dec.

かようなこの発明のカルシウムイオンセンサー
と単なる塗布膜との耐久性の比較を行なつた。比
較したカルシウムイオンセンサーはシランカツプ
リング剤処理と重合用モノマーの添加を行なわな
い以外同様にして作製したイオン選択性電極型の
ものである。
The durability of the calcium ion sensor of the present invention was compared with a simple coating film. The compared calcium ion sensor was an ion-selective electrode type sensor prepared in the same manner except that the silane coupling agent treatment and the addition of a polymerization monomer were not performed.

この結果、この発明のイオンセンサーは1ケ月
以上水中に浸漬放置してもイオン感応膜の剥離は
認められず、該膜が感応部に強固に密着して一体
化されてなることが判つた。これに対し、単なる
塗布形成膜からなるイオン感応膜は2〜3日の水
浸漬で剥離が生じたり膜の付着面に水が浸入して
性能の低下が認められ、実使用が困難であること
が確認された。
As a result, it was found that in the ion sensor of the present invention, no peeling of the ion-sensitive membrane was observed even when the sensor was left immersed in water for more than one month, indicating that the membrane was tightly adhered to and integrated with the sensitive part. In contrast, ion-sensitive membranes that are simply coated membranes tend to peel off after being immersed in water for 2 to 3 days, or water infiltrates the surface of the membrane to which they are attached, resulting in a decrease in performance, making it difficult to use in practice. was confirmed.

実施例 2 SiO2をゲート膜とするFETのゲート膜上に、
実施例1の場合と同様の手法により、Si(OH)4
ゲルからなる固体膜を形成したのち3−アミノプ
ロピルトリエトキシシランと反応させた。この処
理を行なつた感応部を、下記 ポリ塩化ビニル 250mg (疎水性 有機高分子) バリノマイシン 10mg (カリウムイオン感応物質) グルタルアルデヒド(50%水溶液) 0.1m (重合用モノマー) 1,8−ジアミノオクタン 250mg (重合用モノマー) NPOE 750mg (可塑剤、O−ニトロフエ ニルオクチルエーテル) THF 5m (テトラヒドロフラン、溶媒) の混合溶液中に浸漬、塗布し、30℃、15時間放置
してカリウムイオン感応膜を形成させ、第2図に
示すごときカリウムイオンセンサー(K+−IS−
FET)を得た。
Example 2 On the gate film of an FET using SiO 2 as the gate film,
A solid film made of Si(OH) 4 gel was formed by the same method as in Example 1, and then reacted with 3-aminopropyltriethoxysilane. The sensitive part that underwent this treatment was as follows: 250 mg of polyvinyl chloride (hydrophobic organic polymer), 10 mg of valinomycin (potassium ion sensitive substance), 0.1 m of glutaraldehyde (50% aqueous solution) (monomer for polymerization), 1,8-diaminooctane 250mg (polymerization monomer) NPOE 750mg (plasticizer, O-nitrophenyl octyl ether) THF 5m (tetrahydrofuran, solvent) Dip and apply in a mixed solution and leave at 30℃ for 15 hours to form a potassium ion-sensitive membrane. and a potassium ion sensor (K + −IS−
FET) was obtained.

このK+−IS−FETを 試験液 : 塩化カリウム水溶液、17℃(塩
化カリウムは試薬特級、水は脱
イオン水を蒸留) 比較電極: 内部極 Ag/AgCl、 内部液 飽和KCl水溶液 で測定したところ、カリウム活量が10-5
10-1mol/の範囲で直線性を有し、その傾きは
57.0mV(理論値57.4mV)であつた。
This K + -IS-FET was measured with a test solution: potassium chloride aqueous solution, 17℃ (potassium chloride is a special grade reagent, water is distilled deionized water), reference electrode: internal electrode Ag/AgCl, internal solution saturated KCl aqueous solution. , potassium activity is 10 -5 ~
It has linearity in the range of 10 -1 mol/, and its slope is
It was 57.0mV (theoretical value 57.4mV).

単なるPVCをマトリツクスとするK+感応膜を
塗布しただけのものとの比較の結果は、実施例1
と同様であつた。
The results of the comparison with the one coated with a simple K + sensitive film using PVC as a matrix are shown in Example 1.
It was the same.

(ヘ) 効 果 以上述べたごとく、この発明のイオンセンサー
は、不均一膜型イオン感応膜を有するにもかかわ
らず該膜が無機固体膜に強固に密着されているた
め耐久性が優れており、長期間の実用に耐え得る
ものである。従つて不均一膜型のイオン感応膜の
適用用途を拡大するものであり、ことにFETの
ゲート膜上不均一膜型のイオン感応膜の形成を可
能とし、該膜を有する超小型のIS−FETを可能
とするものである。さらに、イオン感応膜自体の
形成がとくに成形や寸断することなく基体(無機
固体膜)への塗布処理という簡便な方法で行ない
うるという利点を有している。
(f) Effects As described above, the ion sensor of the present invention has excellent durability because the membrane is tightly adhered to the inorganic solid membrane, even though it has a non-uniform ion-sensitive membrane. , which can withstand long-term practical use. Therefore, the application of the non-uniform type ion-sensitive membrane is expanded, and in particular, it is possible to form a non-uniform type ion-sensitive membrane on the gate film of FET, and an ultra-small IS- This makes FET possible. Furthermore, it has the advantage that the ion-sensitive membrane itself can be formed by a simple method of coating onto a substrate (inorganic solid membrane) without any special molding or cutting.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明のイオンセンサーにおける
感応部を示す模式的構成説明図、第2図〜第4図
は、この発明のイオンセンサーの具体例をそれぞ
れ例示する構成説明図、第5図はこの発明のイオ
ンセンサーによるイオン応答性を例示するグラフ
である。 1,1′…無機固体膜、1a…ゲート膜、1b
…ガラス内筒、2…疎水性有機高分子、3…イオ
ン感応物質、4…有機ポリマー鎖、5…イオン感
応膜、6…ドレイン部分、7…ソース部分、8…
エポキシ系接着剤、9…電極外筒、10…内部
極、10a…内部液、11…シールド線。
FIG. 1 is a schematic structural explanatory diagram showing a sensitive part in the ion sensor of the present invention, FIGS. 2 to 4 are structural explanatory diagrams illustrating specific examples of the ion sensor of the present invention, and FIG. 3 is a graph illustrating the ion responsiveness of the ion sensor of the present invention. 1,1′...Inorganic solid film, 1a...Gate film, 1b
...Glass inner cylinder, 2...Hydrophobic organic polymer, 3...Ion sensitive material, 4...Organic polymer chain, 5...Ion sensitive membrane, 6...Drain part, 7...Source part, 8...
Epoxy adhesive, 9... Electrode outer cylinder, 10... Inner pole, 10a... Internal liquid, 11... Shield wire.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオンセンサーの感応部が、ケイ素を主体と
する無機固体膜と、その上に形成されたイオン感
応物質を疎水性有機高分子中に分散保持してなる
イオン感応膜とからなり、上記疎水性有機高分子
が、無機固体膜表面にシランカツプリング剤残基
を介してグラフト状に固定化された有機ポリマー
鎖によつて支持されてなることを特徴とするイオ
ンセンサー。 2 有機ポリマー鎖が、アルキルジアルデヒド類
とアルキルジアミン類との縮合ポリマー鎖からな
る特許請求の範囲第1項記載のイオンセンサー。
[Scope of Claims] 1. The sensitive part of the ion sensor is an ion-sensitive membrane formed by an inorganic solid film mainly composed of silicon and an ion-sensitive substance formed thereon dispersed in a hydrophobic organic polymer. An ion sensor characterized in that the hydrophobic organic polymer is supported by organic polymer chains grafted onto the surface of an inorganic solid membrane via silane coupling agent residues. 2. The ion sensor according to claim 1, wherein the organic polymer chain is a condensed polymer chain of an alkyl dialdehyde and an alkyl diamine.
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