JPH076942B2

JPH076942B2 - イオン選択性電極

Info

Publication number: JPH076942B2
Application number: JP62065216A
Authority: JP
Inventors: 和夫日色; 孝田中; 昭宣川原; 慎一脇田; 昌隆山根; 襄山本; 岩男山下
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS63229356A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は新規なイオン選択性電極に関するものである。
さらに詳しくいえば、本発明は、人体や血液に対する適
合性が良好で、生体関連の測定に好適な感応膜をもつイ
オン選択性電極に関するものである。

従来の技術従来、イオン選択性電極としては、例えばポリ塩化ビニ
ル樹脂やエポキシ樹脂とイオン感応物質との混合物から
成る感応膜、あるいは漆とイオン感応物質との混合物か
ら成る感応膜と高級アルキルアンモニウム塩、高級アル
キルリン酸塩、金属キレート化合物、クラウンエーテ
ル、バリノマイシン、その他イオノフオアなどのイオン
感応物質を用いたものが知られている。

しかしながら、このようなイオン選択性電極を生体関連
の計測、例えば臨床検査の目的で血液中の電解質イオン
の測定などに使用する場合、該感応膜が血液適合性や生
体適合性に劣るために、膜上に血栓が生成したり、生体
自体が膜に対し、強い組織反応を示すことが多く、ま
た、膜材料から生体に悪影響を及ぼす成分を流出するな
どの欠点を伴う。

発明が解決しようとする問題点本発明は、このような従来のイオン選択性電極が有する
問題を解決し、生体関連の測定などに好適に用いること
のできるイオン選択性電極を提供することを目的として
なされたものである。

問題点を解決するための手段本発明者らは、生体関連などの測定に好適なイオン選択
性電極を開発するために鋭意研究を重ねた結果、特定の
ポリウレタン系樹脂が高分子材料の中で血液適合性に最
も優れ、かつ成分の流出もない上に、生体適合性にも優
れていることに着目し、感応膜として、このポリウレタ
ン系樹脂とイオン感応物質との混合物から成るものを用
いることにより、前記目的を達成しうることを見い出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに至つた。

すなわち、本発明は、（Ａ）イオン感応物質と、（Ｂ）
ジイソシアネートと、両末端に水酸基を有し、エチレン
オキシ単位から成るセグメントを両端に有するブロック
共重合体と、低分子ジオール及び低分子ジアミンの中か
ら選ばれた少なくとも１種の鎖延長剤とを反応させて得
られる生体適合性ポリウレタン系樹脂との混合物から成
る感応膜を有することを特徴とするイオン選択性電極を
提供するものである。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明電極においては、感応膜材料として、イオン感応
物質と前記ポリウレタン系樹脂との混合物が用いられ
る。イオン感応物質としては、従来イオン選択性電極の
感応膜に慣用されているもの、例えばトリオクチルメチ
ルアンモニウム塩やトリドデシルメチルアンモニウム塩
などの高級アルキルアンモニウム塩、ドデシルリン酸カ
ルシウムなどの高級アルキルリン酸塩、金属キレート化
合物、クラウンエーテル、バリノマイシン、その他のイ
オノフオアなどの中から任意に選択して用いることがで
きる。

一方、前記ポリウレタン系樹脂は、ジイソシアネート
と、両末端に水酸基を有し、エチレンオキシ単位から成
るセグメントを両端に有するブロック共重合体と、低分
子ジオール及び低分子ジアミンの中から選ばれた少なく
とも１種の鎖延長剤とを反応させて得られる。このジイ
ソシアネートとしては、例えば4,4′‐ジフエニルメタ
ンジイソシアネート（以下、MDIと略す）、トリレンジ
イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネート、4,4′‐ジシクロヘキシル
メタンジイソシアネートなどを用いることができる。ま
た、前記ブロック共重合体としては、両末端に水酸基を
有し、エチレンオキシ単位すなわちCH₂CH₂Oから成
るセグメントを両端に有するものが用いられ、中間部分
のセグメントについては特に限定されないが、例えばプ
ロピレンオキシ単位、ポリジメチルシロキサン単位、テ
トラヒドロフラン単位からなるものなどが挙げられる。

また、鎖延長剤として用いられる低分子ジオールとして
は、例えばエチレングリコールや1,4-ブタンジオールな
どが、また低分子ジアミンとしては、例えばエチレンジ
アミン、プロピレンジアミン、キシリレンジアミンなど
がそれぞれ挙げられる。

前記ポリウレタン系樹脂は、例えば前記ジイソシアネー
トと前記ブロック共重合体とを重付加反応させ、さらに
低分子ジオールあるいは低分子ジアミンを用い鎖延長反
応を行って高分子量化するなどの方法で製造される。

本発明で用いるポリウレタン系樹脂の具体例としては、
MDI、両末端に水酸基を有するエチレンオキシド‐プロ
ピレンオキシド‐エチレンオキシドブロツク共重合体、
エチレンジアミンなどを原料として得られるポリウレタ
ン（以下、DPと略す）、MDI、ポリオキシテトラメチレ
ングリコール、両末端に水酸基を有するエチレンオキシ
ド‐ポリジメチルシロキサン‐エチレンオキシドブロツ
ク共重合体、エチレングリコールなどを原料として得ら
れるポリウレタン（以下、KPと略す）、MDI、両末端に
水酸基を有するエチレンオキシド‐テトラヒドロフラン
‐エチレンオキシドブロツク共重合体、エチレンジアミ
ンなどを原料として得られるポリウレタン（以下、IPと
略す）などが挙げられる。

これらのポリウレタン系樹脂は、血液適合性、すなわ
ち、血液と接した場合に血栓の形成を抑制する性質に優
れている上に、赤血球破壊、血小板の機能低下、白血球
の一過性減少、補体の活性化などの血液生理機能に及ぼ
す影響が極めて少なく、さらに、人工心臓の材料として
広く用いられているように、生体適合性にも優れる上
に、例えば、DPでは7000万回の伸縮疲労試験（約２年間
の心臓拍動伸縮に相当する）にも耐えるなど、耐疲労性
を有している。

このポリウレタン系樹脂と前記イオン感応物質との混合
割合については特に制限はなく、広い範囲内から適宜選
択することができるが、通常ポリウレタン系樹脂とイオ
ン感応物質との合計重量に基づき、該イオン感応物質の
量が0.001〜80重量％になるような割合で用いられる。

本発明においては、ポリウレタン系樹脂とイオン感応物
質との混合性の向上、感応膜の化学的、機械的特性の改
善、得られるイオン選択性電極の応答特性や電気的特性
の改善などの目的で、該ポリウレタン系樹脂とイオン感
応物質との混合物に、所望に応じ他の第三成分物質、例
えばアルキルリン酸塩、エステル、エーテル、アルコー
ル、ケトンなどを添加し、感応膜を作成してもよい。

この感応膜の作成方法の１例として、適当な溶媒にポリ
ウレタン系樹脂を溶解し、これにイオン感応物質及び所
望に応じて添加される第三成分を混合したのち、この混
合物をガラス板などの平滑な板上に流延し、溶媒を揮発
させてフイルム状の膜を作成する方法を挙げることがで
きる。

このようにして得られたフイルム状の膜は所望の大きさ
に切り取られ感応膜として本発明のイオン選択性電極に
用いられる。第１図は該感応膜を用いて作成されたイオ
ン選択性電極の１例の断面図であつて、前記のようにし
て形成され、所望の大きさに切り取られた感応膜１は電
極本体４の先端に接着され、その内部に内部液２及びシ
ールド線５に接続した内部電極３を有する構造を示して
いる。

また、感応膜作成方法の別の例として、適当な溶媒にポ
リウレタン系樹脂を溶解し、これにイオン感応物質及び
所望に応じて添加される他の物質を混合したのち、この
混合物を金属製電極基体上に塗布して溶媒を揮発させ、
該基体表面に感応膜を形成する方法がある。第２図及び
第３図は、このようにして得られた表面に感応膜を有す
る金属製電極基体を用いて作成された本発明のイオン選
択性電極の異なつた例の断面図であつて、シールド線５
に接続された金属製電極基体６の表面に感応膜１が設け
られた構造を示し、４は電極本体である。

さらに、本発明のイオン選択性電極においては、適当な
電極基体上に、スピナーコーテイング法によつて、ポリ
ウレタン系樹脂とイオン感応物質との混合物を塗布し、
感応膜を形成させたものを用いることができるし、ま
た、その他の種々の形態をとることもできる。具体的に
は、感応膜を膜状のまま用いて測定する例や、針状の微
小電極、管状のフロー型電極などの例を挙げることがで
きる。

このようにして作成されたイオン選択性電極において
は、ポリウレタン系樹脂の中にイオン感応物質が完全に
保持された感応膜が用いられているので、測定しようと
する血液などの生体試料中の電解質濃度の変化が、該感
応膜によつて電位に変換され、これが電極の内部液又は
金属などの電子伝導体を介して、電極自体の電位として
発現する。

発明の効果本発明のイオン選択性電極は、感応膜の基材樹脂とし
て、血液適合性や生体適合性に優れ、かつ生体に悪影響
を及ぼすような成分の流出がない上に、耐疲労性にも優
れたポリウレタン系樹脂を用いているため、例えば血液
中の電解質イオンの計測など、生体関連の計測に好適に
用いられ、かつ寿命の長いものである。

実施例次に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明はこれらの例によつてなんら限定されるものではな
い。

実施例１塩化物イオン選択性電極を次のようにして作成した。

塩化物イオン感応物質として、トリドデシルメチルアン
モニウム塩化物を、ポリウレタン系樹脂としてKPを用
い、イオン感応物質0.4g及びKP0.6gをテトラヒドロフラ
ン6gに溶解したのち、この溶液を、平滑なガラス板上に
置いた直径約3cm、高さ約3cmの円筒状のガラスリング内
に流し込み、液が洩れないように放置し、テトラヒドロ
フランを室温で揮発させて、膜厚0.4mmの感応膜を得
た。これを直径約1.2cmの円形に切り取り、ガラス管の
先端に接着することにより極めて簡単に作成することが
できる。接着にはKPをテトラヒドロフランに溶解した溶
液を使用することができる。第１図はこうして作成した
イオン選択性電極の構成を示したものである。

このようにして作成した塩化物イオン選択性電極を塩化
ナトリウム水溶液に浸せきし、ダブルジヤンクシヨン比
較電極（オリオン社製）と該塩化物イオン選択性電極と
の間の電位差を測定し、応答特性を求めた。その結果を
第４図に示す。第４図は塩化物イオン濃度と電位差との
関係を示すグラフであり、この図から分かるように、本
発明のイオン選択性電極は10^-5〜10⁰Mの塩化物イオン濃
度の範囲内で塩化物イオン濃度を測定することができ
る。

さらに、該イオン選択性電極の選択性について検討し
た。その結果を第１表に示す。

なお、選択性は公知の混合溶液法を用い、ニコルスキー
・アイゼンマン（Nicolsky-Eisenman）の式で定義され
る選択係数を算出して求めた。

実施例２ MDI、両末端に水酸基を有するエチレンオキシド‐プロ
ピレンオキシド‐エチレンオキシドブロツク共重合体
（平均分子量2000、エチレンオキシド単位含有量10重量
％）、スピログリコール、1,4-ブタンジオールを原料と
して得られたポリウレタン系樹脂（DP₂）500mgと、イオ
ン感応物質としてのナトリウムイオノフオア50mg、2-ニ
トロフエニルオクチルエーテル450mg、テトラフエニル
ホウ酸ナトリウム2.5mgを、テトラヒドロフラン6gに溶
解して均一な溶液を調製した。この溶液を銅製パイプの
内側に塗布して感応膜を作成した。銅製パイプの外側に
はイオン感応物質を含まないポリウレタン系樹脂のエト
ラヒドロフラン溶液を塗布した。

第５図はこのようにして作成したイオン選択性電極の構
造を示す断面図であり、１はイオン感応膜、７は金属製
パイプ、８はポリウレタン系樹脂膜、９はリード線であ
る。

このイオン選択性電極を生体内の計測部分の血管とほぼ
同じ径になるように作成し、その両端にパイプを連結し
て、内部に液を通して、液中のナトリウムイオン濃度を
測定した。その結果を第６図に示す。第６図はナトリウ
ムイオン濃度と電位差との関係を示すグラフである。こ
の図から分かるように、該イオン選択性電極に、10^-4〜
10⁰Mの範囲のナトリウムイオン濃度を測定することがで
きる。

参考例次に各試料について、以下の方法に従つて抗血栓性を調
べた。

実施例１及び実施例２と同様に調製してポリウレタンエ
ラストマーKP及びDP2の10％のジメチルアセトアミド溶
液1mlを直径12mm、長さ10cmのすり合せふた付試験管に
入れ、ロータリーエバポレーターに接続して減圧回転
下、その内壁に均一にコーテイングする。

採取直後の健康人血液1mlづつ２本の試験管に入れ、37
℃に保ちながら、５分間経過後から30秒ごとにこの試験
管１本を45度傾斜させて流動状態を観察し、血液が全く
流動しなくなつてから、他の１本について同様な操作を
行い、この試験管内の血液が全く流動しなくなるまでの
経過時間をもつて試料の凝固時間とする。他方、ポリウ
レタンエラストマーをコーテイングしないガラス試験管
２本について、同じ操作で、ガラスの凝固時間を評価す
る。ガラスの凝固時間は、個体差はあるが、通常６〜14
分である。ガラス及び試料ポリウレタンエラストマーに
ついて５回以上のテストにより得られた値の平均値をも
つて凝固時間とする。抗血栓性の指標としては、ガラス
の凝固時間を１として各ポリウレタンエラストマーの凝
固時間の相対値で比較した。これらの結果を第２表に示
す。

なお、比較のため、可塑化ポリ塩化ビニルについても試
験した。本発明のポリウレタンエラストマーの抗血栓性
が優れていることは明らかである。

別に、試料ポリウレタンエラストマーの10重量％ジメチ
ルアセトアミド溶液中に直径4mmの研磨されたステンレ
ス棒を浸せきして取出し、60℃で乾燥させて、ステンレ
ス棒表面にポリウレタン被膜を形成させる操作を繰り返
し行つて、所望の厚さにした後、エタノール液中に浸せ
きして、ステンレス棒を抜き去り、短かいチユーブを作
成する。

肉厚0.5mm、長さ17mm、内径4mmのチユーブを、成犬のけ
い静脈及び大たい部静脈中に埋入し、ドツプラー血流計
にて、埋入チユーブが、血液凝固にともなう血栓形成に
より閉塞するまでの時間（開存時間）を測定した。抗血
栓性の指標としては、参考例として試験したポリ塩化ビ
ニルの開存時間（30分以内）を１とした相対値により比
較した。これらを第２表に示す。

以上の生体外及び生体内試験結果から、本発明のポリウ
レタンエラストマーの抗血栓性が優れていることが分
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第５図は、それぞれ本発明
のイオン選択性電極の異なつた構造の例を示す断面図で
あり、図中符号１はイオン感応膜、２は内部液、３は内
部電極、４は電極ボデー、５はシールド線、６は金属製
基体、７は金属製パイプ、８はポリウレタン系樹脂膜、
９はリード線である。第４図及び第６図は、それぞれ本発明のイオン選択性電
極の実施例の応答特性を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本襄大阪府池田市緑丘１丁目７−９ (72)発明者山下岩男兵庫県川西市湯山台１丁目22−14 (56)参考文献特開昭58−2733（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−33644（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）イオン感応物質と、（Ｂ）ジイソシ
アネートと、両末端に水酸基を有し、エチレンオキシ単
位から成るセグメントを両端に有するブロック共重合体
と、低分子ジオール及び低分子ジアミンの中から選ばれ
た少なくとも１種の鎖延長剤とを反応させて得られる生
体適合性ポリウレタン系樹脂との混合物から成る感応膜
を有することを特徴とするイオン選択性電極。