JPH10507261A - イオンセンサーおよびイオンセンサーを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、基質材料の中に検知成分が含まれる、イオン透過セルロースなどの基質材料および不透明な保護被膜を含む、イオンセンサーの製造方法を提供する。本発明は、たとえば、水溶液を主成分とする槽は水、および検知成分またはその前駆体を可溶化するのに有効な量の有機溶媒を含み、検知成分またはその前駆体を水膨潤性イオン透過性基質材料に共有結合で結合させるのに有効な条件下で水膨潤性イオン透過性基質材料を、検知成分またはその前駆体の水溶液を主成分とする槽と接触させることと、共有結合で結合した検知成分またはその前駆体を有する水膨潤性イオン透過性基質材料を、pHが少なくとも約１０であり、イオン強度が、少なくともほぼ５％塩化ナトリウム水溶液のイオン強度である水溶液と接触させて検知要素を形成することと、検知要素を不透明な保護被膜で覆うことを含むイオンセンサーを製造する方法を提供する。好ましい検知成分、すなわち、塩化チオニル法を使用して作られる、アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドの前駆体を作る方法も提供される。アミン基を使用して検知成分を基質材料に結合させる場合、未反応のアミン基を、アセチル化剤、有機アミン、およびエーテル溶媒を含む溶液と接触させることによって、あらゆる未反応のアミン基をキャップすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 イオンセンサーおよびイオンセンサーを製造する方法 発明の分野 本発明はイオン種を検知するためのシステムに関する。さらに詳細には、本発 明は、血液などの流体中のイオン種を検知するのに有用なセンサー、およびこの センサーを製造する方法に関する。 発明の背景 現代の診療において、患者の状態を示す重要な指標は血液中に溶解しているガ スやイオンの濃度である。従来、イオン種やガス種は、血液試料を採取し、これ を電気化学的技術で分析することによって測定していた。近年は、脈管系内に留 置したサンサーによって行われる直接接触測定が使用されている。このようなセ ンサーは、たとえば、電気化学的性質のものであっても光学的なものであっても よい。 光学的血液センサーの１種では、関心事の種の濃度が変化するにつれて変化す るシグナルを提供するのに適した検知成分でマトリックス材料を処理する。一般 に、この検知成分はマトリックス材料に共有結合しているが、このことは必ずし も必要ではない。このマトリックス材料および検知成分は、検知要素の構成要素 である。このようなセンサーでは、検知成分は蛍光色素であり、マトリックス材 料はセルロース膜シートである。膜シートから小さいディスクを切り取り、これ をセンサーカセットのウェルに入れ、このカセット自身を光ファイバーの近くに 設置する。ディスクの露出表面に不透明な保護被膜材料を物理的に配置して、カ セットを固定することがで きる。ディスクから物理的に離れているこの保護被膜は、検知要素中の色素を光 学的に隔離する。別のタイプの構造は、セルロース膜に共有結合した蛍光色素を 含むセルロース膜のディスク、およびディスクにやはり共有結合した保護被膜材 料を含む（米国特許第5,081,041 号を参照）。いずれのタイプの構造でも、検知 成分に負荷した光によって検知成分が励起するとき、検知成分は蛍光を発光し、 シグナルを発する。この放出シグナルは光ファイバーによってプロセッサーに伝 達され、そこで解析されて関心事の種の濃度が決定される。 このようなセンサーを製造する周知の方法にはある制限がある。その方法は、 ある反応が完了するのに不都合に長い時間を要する場合もある。また、その方法 は、有毒な試薬を使用する必要があったり、有毒な中間生成物や副産物が発生す ることもある。さらに、同一膜シートの異なる部分から切り取られるセンサー間 の一貫性は、センサーを可能な最低の費用で社会に提供するには不十分である。 また、ある既知の技術は、色素濃度およびｐＫａ値が低く、且つ変わり易いため 、完成した装置に十分な感度を与えない。 発明の概要 本発明は、大量生産用に容易にスケールアップされ、以前に必要であったより 少ない毒性試薬を使用し、一般に色素濃度およびｐＫａ値がより高く、より均一 な結果として、より一定した結果および良好な感度を提供するセンサーを製造す る全過程を提供することによって、従来の技術における上記制限に対処する。全 過程には、検知成分の生成および検知成分の基質材料への結合に関連した、改良 された様々な処理工程が含まれる。検知成分をを基質材料に結合させた後で保護 被膜を検知要素に塗布するセンサーの製造に、これら の処理工程を使用することが好ましい。全過程の好ましい実施態様では、従来の 方法より必要とする時間がかなり少なく、有毒物質の使用量も発生量も少なく、 ｐＫａ値がより一定したセンサーを製造し、しかもｐＫａ値がより一定して高い 、好ましくは３７℃で少なくとも約６．９０であるセンサーを製造する。 特に、本発明は、水膨潤性イオン透過性基質材料を、検知成分またはその前駆 体の水性系の槽（この槽は、水、および検知成分またはその前駆体を可溶化する のに有効な量の有機溶媒を含む）とを、前記検知成分またはその前駆体を水膨潤 性イオン透過性基質材料に共有結合させるのに有効な条件で接触させること、共 有結合した検知成分またはその前駆体を有する水膨潤性イオン透過性基質材料を 、ｐＨが少なくとも約１０であり、イオン強度が、少なくともほぼ５％塩化ナト リウム水溶液のイオン強度である水溶液と接触させて検知要素を形成すること、 および検知要素を不透明な保護被膜材料で覆うことを含む、イオンセンサーを製 造する方法を提供する。 本発明は、ヒドロキシピレントリスルホネートをアセトキシピレントリスルホ ネートに変換すること、およびアセトキシピレントリスルホネートを塩化チオニ ルおよび触媒量の二置換ホルムアミドと反応させてアセトキシピレントリス（ス ルホニル）クロリドを生成することを含む方法により製造されたアセトキシピレ ントリス（スルホニル）クロリドを、アミン修飾ポリマー・イオン透過性基質材 料と反応させて結合したアセトキシピレンスルホンアミドを生成すること、結合 したアセトキシピレンスルホンアミドをヒドロキシ形、すなわち、ヒドロキシピ レンスルホンアミドに変換して検知要素を形成すること、および検知要素を不透 明な保護被膜材料で覆うこととを含む、イオンセンサーを製造する方法も提供す る。 本発明はさらに、第一ポリマー・イオン透過性基質材料の表面に 、不透剤が中に混合された不透剤を有する第二ポリマー・イオン透過性基質材料 を塗布すること、両基質材料を、分子当たり少なくとも２個のエポキシ基を有す るエポキシドと反応させて２種の基質材料を互いに共有結合させてペンダントエ ポキシ基を形成すること、エポキシ基を、分子当たり少なくとも２個のアミン基 を有する有機アミンと反応させてペンダントアミン基を形成すること、ヒドロキ シトリピレントリスルホネートをアセトキシピレントリスルホネートに変換する こととアセトキシピレントリスルホネートを塩化チオニルおよび触媒量の二置換 ホルムアミドと反応させてアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを生 成することを含む方法により製造されたアセトキシピレントリス（スルホニル） クロリドを、水、アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを可溶化する のに有効な量の有機溶媒、および緩衝塩を含む水性系の槽内でペンダントアミン 基と反応させて、結合したアセトキシピレンスルホンアミドを形成すること、こ の結合したアセトキシピレンスルホンアミドを結合したヒドロキシ形に変換する こと、および未反応アミン基を、アセチル化剤、有機アミン、およびエーテル溶 媒を含む溶液と接触させることによって、この基質材料上のあらゆる未反応アミ ン基をキャップすることを含む、イオンセンサーを製造する方法も提供する。 上記の方法に加えて、本発明は、ポリマー・イオン透過性基質材料と、エポキ シドおよびアミン結合基を介してポリマー・イオン透過性基質材料に結合してい る検知成分とを含み、前記検知成分が媒体中のイオン種の濃度が変化するにつれ て変化するシグナルを提供するのに有効な量で存在する検知要素と、検知成分が 基質材料に結合した後に塗布される、検知要素を覆う不透明な保護被膜材料とを 含む、媒体中のイオン種の濃度を検知するためのイオンセンサーを 提供する。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係るセンサー装置の略図である。 発明の詳細な説明 本発明は、イオン透過セルロースなどの基質材料を含み、その中に含まれる蛍 光色素などの検知成分および不透明な保護被膜材料を有する、イオンセンサーを 製造する方法を提供する。基質材料と検知成分の組み合わせを、本願では検知要 素と呼ぶ。検知要素は、モニタリングすべき媒体中の関心事のイオン種の濃度の 変動に応答して変化する、シグナルを提供するのに有効な量の検知成分を含む。 不透明な保護被膜材料は、たとえば、インク層、黒色の膜、または第二基質材料 を不透明にするのに有効な量で第二基質材料中に含まれる、カーボンブラックな どの不透剤を有する、デキストランなとの第二基質材料であってもよい。不透明 の保護被膜材料は、検知要素から物理的に離れていてもよく、または、たとえば 、米国特許第5,081,041 号に開示されているサンサー同様、保護被膜材料は検知 要素と直接接触していてもよい。本発明の方法を使用して、どちらのタイプのセ ンサーも作製することができる。 これらの方法は、モニタリングすべき媒体中の関心事のイオン種の濃度変化に 極めて敏感な、高度に信頼できる検知シグナルをセンサーに提供する。このセン サーは、より均一な色素濃度、より一定したｐＫａ値、およびより一定して高い ｐＫａ値を示す。好ましくは、本発明のセンサーは約３７℃の温度で少なくとも 約６．９０のｐＫａ値を示し、より好ましくは、少なくとも約６．９５を示す。 本発明の検知要素は、媒体中、好ましくは、流体媒体、特に血液中の、イオン 種の濃度を検知する方法に有用である。モニタリングすべき媒体をまず第一に検 知要素と接触させると、検知要素内の検知成分がシグナルを放出するが、これは モニタリングすべき媒体中の関心事のイオン種の濃度によって異なる。この「放 出」シグナルを、従来技術において周知の技術を使用して分析し、モニタリング すべき媒体中の関心事のイオン種の濃度を決定する。 検知成分 検知成分が本システムの機能またはモニタリングすべき媒体に対して実質的に 悪影響を及ぼさなければ、任意の適当な検知成分を、本発明の検知要素に使用す ることができる。検知成分は、好ましくは吸光度指示薬や蛍光指示薬などの光学 指示薬である。さらに好ましくは、検知成分は蛍光指示薬である。検知成分は、 水素イオン（Ｈ＋）、水酸イオン（ＯＨ-）、およびアルカリ金属イオンやアル カリ土類金属などの金属イオンの濃度の検知に特に有用である。この態様では、 媒体のｐＨを測定することが最も多い。適するｐＨ検知成分としては、多くの周 知のｐＨ指示薬またはこのような指示薬の機能化誘導体またはその両者がある。 なかでも特に有用なｐＨ検知成分は、ヒドロキシピレントリスルホン酸およびそ の誘導体、たとえばそれらの塩類、フェノールフタレイン、フルオレセイン、フ ェノールレッド、クレゾールレッド、パラローズアニリン、マゼンタレッド、キ シレノールブルー、ブロモクレゾールパープル、ブロモフェノールブルー、ブロ モチモールブルー、メタクレゾールパープル、チモールブルー、ブロモフェノー ルブルー、ブロモチモールブルー、テトラブロモフェノールブルー、ブロムクロ ルフェノールブルー、ブロモクレゾールグリーン、クロルフェノールレッド、O- クレゾールフタレイン、チモールフタレイン、メタニルイエロージフェニルアミ ン、N,N−ジメチルアニリン、インジゴブルー、アリザリン、アリザリンイエロ ーＧＧ、アリザリンイエローＲ、コンゴレッド、メチルレッド、メチルバイオレ ット６Ｂ、2,5 −ジニトロフェノール、および／または上記種の様々な機能化誘 導体である。その他のイオン種用検知成分は、フルオレセイン、ジヨードフルオ レセイン、ジクロロフルオレセイン、フェノサフラニン、ローズベンガル、カジ ンＩブルーイッシュ、カジンイエローイッシュ、マグネゾン、タートラジン、エ リオクロムブラックＴ、クマリン、アリザリンなどを含む有機種から作られる。 好ましいｐＨ検知成分は、ヒドロキシピレントリスルホン酸、ヒドロキシピレン トリスルホン酸の誘導体、およびそれらの混合物である。 センサー要素の製作用に特に好ましい検知成分、たとえば、検知色素は、ヒド ロキシピレントリスルホン酸であり、これは、基質材料に結合しているとき、ス ルホンアミドの形をとっている。従来、この色素は、固体であるヒドロキシピレ ントリスルホネート（ＨＰＴＳ）のアシル化形を調製し、これを固体のＰＣ１５ と一緒に粉砕することによって反応させることにより作られる。結果として生じ る生成物はアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリド（ＡＰＴＳＣ）であ り、次にこれを基質材料に結合させ、ヒドロキシ形に変換する。一般に、この方 法で調製したＡＰＴＳＣは、除去することが困難な不純物を含む。これらの不純 物は、検知要素のｐＫａ値を低下させ、不定にさせる。より純粋な生成物を提供 し、大規模製造により貢献する、より便利な反応手順でＡＰＴＳＣを調製できる ことがわかっている。この方法では、ＨＰＴＳをアセトキシピレントリスルホネ ート（ＡＰＴＳ）に変換した後、塩化チオニルおよび二置換ホルムアミドを使用 して、ＡＰＴＳＣに変換する。塩化チ オニルは、ＡＰＴＳを基準にして化学量論的にかなり過剰に使用する。二置換ホ ルムアミドは、触媒量で使用し、好ましくは、約１：１００〜１：１０００（Ａ ＰＴＳの部に対する二置換ホルムアミドの部数）の量で使用する。二置換ホルム アミドは、ＡＰＴＳのＡＰＴＳＣへの変換を妨げない任意のアルキル基またはア リール基で置換されていてもよい。二置換ホルムアミドは、（Ｃ１−Ｃ８）アル キル基、（Ｃ５−Ｃ１０）アリール基（アルキル置換アリール基を含む）、また はそれらの組み合わせで置換されていることが好ましい。適当な例としては、ジ メチルホルムアミド、ジベンジルホルムアミド、ベンジルメチルホルムアミド、 フェニルメチルホルムアミド、などがある。特に好ましい二置換ホルムアミドは 、ジメチルホルムアミドである。 特に、この方法は、ジメチルホルムアミド中ＨＰＴＳを基準にしてかなり過剰 な（好ましくは１０〜５０倍過剰な）無水酢酸の暖かい溶液（すなわち、約２０ 〜７０℃、好ましくは４０〜５０℃）を溶媒として調製する工程と、この溶液に ＨＰＴＳおよび酢酸ナトリウムを（好ましくはＨＰＴＳの量を基準にして化学量 論的量から３倍過剰までの間の量で）加えて反応を起こす工程と、溶媒を除去し てアセトキシピレントリスルホネート（ＡＰＴＳ）を回収する工程と、乾燥、無 酸素（好ましくは、不活性な）大気条件で塩化チモールおよび触媒量の二置換ホ ルムアミドと共にＡＰＴＳを還流させ、それによってアセトキシピレントリス（ スルホニル）クロリドを生成する工程を含む。好ましくは、この方法は、有機溶 媒中で生成物で洗浄した後、有機溶媒を除去することによってアセトキシピレン トリス（スルホニル）クロリドを回収する工程も含む。塩化チオニル反応により ＡＰＴＳを塩素化するこの方法には、大量生産のためのスケールアップが容易な こと、所望の生成物から反応副産 物（一般に不溶性または揮発性のいずれかである）を除去することが容易なこと 、および塩素化剤と検知要素の基質材料との間の好ましくない副反応の回避を含 め、ＡＰＴＳＣを合成する周知の方法にまさる利点が幾つかある。このＡＰＴＳ Ｃ生成物はより純粋なため、検知要素は、より一貫した、より高いｐＫａ値を有 することになる。 検知要素に使用する検知成分の量は、モニタリングすべき媒体中の関心事のイ オン種濃度を決定するにあたって、伝達し、分析するのに十分な強度であるイオ ン種濃度依存性シグナルを提供するのに十分でなければならない。使用する検知 成分の明確な量は、たとえば使用する特定の検知成分、検知するイオン種、モニ タリングすべき媒体、および使用するセンサーシステムの他の成分によって異な る。 基質材料 検知要素の基質材料、すなわち、第一基質材料、ならびに保護被膜内の基質材 料（このような構造を使用する場合）、すなわち、第二基質材料は、関心事のイ オン種透過性であり、好ましくはモニタリングすべき媒体に実質的に不溶性であ る。すなわち、第一基質材料および第二基質材料は、関心事のイオン種がこのよ うな基質材料を物理的に透過できるように構築されるべきである。このような基 質材料が、システムの機能性またはモニタリングすべき媒体に悪影響を及ぼさな ければ、任意の適当な第一基質材料および第二基質材料を使用することができる 。好ましいイオン透過性基質材料は、セルロースと同様、水膨潤性である。 第一基質材料および第二基質材料は、各々ポリマー材料であることが好ましい 。基質材料は、膜、粒子、繊維などの形をとってもよ い。モニタリングすべき媒体に実質的に不溶性であり、且つ関心事のイオン種透 過性である高分子親水性ポリマーは、水性媒体のモニタリングに使用するシステ ムの第一基質材料または第二基質材料またはその両者に特に有用である。このよ うなポリマーとしては、たとえば、イオン透過セルロース材料、高分子ポリビニ ルアルコール（ＰＶＡ）または架橋ポリビニルアルコール、デキストラン、架橋 デキストラン、ポリウレタン類、四級化ポリスチレン類、スルホン化ポリスチレ ン類、ポリアクリルアミド類、ポリヒドロキシアルキルアクリレート類、ポリビ ニルピロリドン類、親水性ポリアミド類、ポリエステル類およびそれらの混合物 などがある。好ましくは、第二基質材料（使用する場合）は架橋されている。さ らに好ましくは、第一基質材料も第二基質材料も、共に架橋されている。特に有 用な実施態様では、第一基質材料はセルロース誘導体であり、特にイオン透過性 架橋セルロースである。セルロース誘導体第一基質材料を使用する場合、第二基 質材料（使用する場合）は、デキストランから誘導されることが好ましく、さら に好ましくは架橋デキストランである。第一基質材料および第二基質材料の各々 は、特に第二基質材料は、１種以上の可溶性材料から誘導することができる。 基質材料ポリマーは、所望の通り、陰イオン特性であっても陽イオン特性であ ってもよく、また従来の周知の技術を使用してそのように製作することができる 。たとえば、このような諸ポリマー、またはそれらの機能化誘導体を、有機スル ホン酸やカルボン酸などの酸性成分と反応させて陰イオンポリマーを生成するこ とができ、また有機アミンなどの塩基性成分と反応させて陽イオンポリマーを生 成することができる。 使用する第一基質材料の量は、たとえば、使用する特定の第一基質材料および 検知成分によって異なる。このような第一基質材料は 、検知成分または体積を増加させるためのフィラーまたはその両者のキャリヤー の役割を果たすのに有効な量で存在することが好ましい。第一基質材料は関心事 のイオン種透過であるため、この第一基質材料は、このイオン種と検知成分との 間の相互作用を促進し、その結果、本願に記載のイオン種濃度可変性シグナルと なる。この検知成分は、実質的に第一基質材料に均質に分布していることが好ま しい。使用する第二基質材料の量は、たとえば、使用する特定の第二基質材料お よび不透剤に応じて変化させることが可能である。このような第二基質材料は、 体積を増加させるためのキャリヤーまたは結合材の役割をすることが好ましい。 検知要素 検知成分を、物理的または化学的に、第一材料基質に結合させて検知要素を形 成することができる。あるいは、検知要素は検知成分および第一基質材料を含有 する物理的混合物を含んでもよい。検知成分は、好ましくは第一基質材料に化学 的に結合しており、さらに好ましくは共有結合している。検知成分の第一基質材 料への化学的結合は、第一基質材料の反応部位、たとえばセルロースまたはＰＶ Ａのヒドロキシル基に、検知成分を直接カップリングすることによって、あるい は、第一基質材料にカップリングされるか化学的に結合される置換基を使用した 間接的カップリング、たとえば、エポキシ結合、アミン結合、またはその両者に よって行うことができる。 好ましくは、第一基質材料はヒドロキシル（−ＯＨ）基またはカルボキシル（ −ＣＯＯＨ）基を有し、さらに好ましくはヒドロキシル基を有する。検知成分と カップリングさせるために基質材料を修飾する際に、上記−ＯＨ官能基をエポキ シド、すなわち分子当たり ２個以上のエポキシ基を有する化合物と反応させてエポキシ修飾基質材料を形成 することが好ましい。これにより、セルロースは架橋してペンダントエポキシ官 能基となる。好ましくは、エポキシドはジエポキシドである。次に、有機アミン 、すなわち分子当たり２個以上のアミノ基を有する有機化合物を、このエポキシ 修飾基質材料と反応させる。有機アミンはジアミンであることが好ましい。次に 、検知成分を、このアミン修飾基質材料と結合させる。このように、エポキシド およびアミン結合基を介して検知成分を基質材料に結合させる。 検知成分は、保護被膜材料を塗布する前に第一基質材料に結合させることが好 ましい。完全な検知要素を製造してから保護被膜材料を塗布することが好ましい 。しかし、その代わりに、米国特許第5,081,041 号に開示されているように、保 護被膜を塗布した後で検知成分を第一基質材料に結合させることもできる。簡単 に説明すると、この方法で は、第一基質材料、たとえば、セルロースの表面に 、第二基質材料、たとえば、デキストランの中に不透剤、たとえば、カーボンブ ラックを混合して塗布する。次に、この２種の基質材料を架橋させ、それによっ てエポキシドと互いに共有結合させると、やはりペンダントエポキシ基を形成す る。このペンダントエポキシ基を有機アミンと反応させて、ペンダントアミン基 を形成する。所望の検知成分、またはその前駆体を、アミン基を介して複合基質 材料に結合させる。 本発明の好ましい実施態様では、ヒドロキシル基を含有するポリマー基質材料 は、好ましくはイオン透過セルロースを、セルロースの架橋およびペンダントエ ポキシ基の形成を惹起する条件で、エポキシドと結合させる。好ましくは、この 条件はセルロースの架橋を最小限に抑えてペンダントエポキシ基の形成を最大限 にするような 条件である。次に、結果として得られたエポキシ修飾セルロースを、ペンダント アミン基を形成する条件で、有機アミンと結合させる。好ましくは、この条件は セルロースのさらなる架橋を最小限に抑えてペンダントアミン基の形成を最大限 にするような条件である。ペンダントアミン基を検知成分または検知成分前駆体 との反応に利用して、検知成分をセルロースに結合することができる。 エポキシドは、所望の機能を果たす分子当たり少なくとも２個のエポキシキ基 を有する任意のエポキシドであってもよい。適する例としては、エチレングリコ ールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレ ングリコールジグリシジルエーテル、分子当たり少なくとも２個のエポキシ基を 有するエポキシ樹脂などがある。有機アミンは、所望の機能を果たす分子当たり 少なくとも２個のアミン基を有する任意のアリールアミンまたはアルキルアミン であってもよい。適する例としては、たとえば、ヘキサンジアミン、1,8 −ジア ミノ−3,6 −ジオキサオクタン、JEFFAMINE ポリエーテルジアミン（Texac o，I nc.，Housston，TX から入手可能）などがある。好ましくは、有機アミンはジア ミンであり、さらに好ましくは（Ｃ２−Ｃ２０）アルキルジアミンまたは（Ｃ６ −Ｃ１０）アリールジアミンである。 一般に，エポキシドとの反応は、−ＯＨ官能基とエポキシドとの反応を促進す るため、水酸化ナトリウムなどの塩基性物質の存在下で行われる。エポキシドと の反応は、第一基質材料を十分に多孔性に維持するように作用する透過性薬剤の 存在下でも実施することができるため、結果として得られた検知要素は関心事の イオン種を透過させることができる。透過性薬剤は、検知要素の製造方法に実質 的に悪影響を及ぼさない薬剤から選択することが好ましい。特に有用な透過性薬 剤は、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）である。 第一基質材料の少量の架橋および高濃度のペンダントエポキシ基の形成を促進 する好ましい反応条件としては、セルロースに対してかなり過剰のエポキシド、 短い反応時間（好ましくは約１２時間未満、さらに好ましくは約３０分未満、最 も好ましくは約２〜４分）、低温（好ましくは約１０〜５０℃）などがある。第 一基質材料の少量の架橋および高濃度のペンダントアミン基の形成を促進する好 ましい反応条件としては、かなり過剰のアミン、短い反応時間（たとえば、約１ ２時間未満、さらに好ましくは約３０分未満、最も好ましくは約２〜４分）、低 温（好ましくは約１０〜６０℃）などがある。 媒体中のイオン種の濃度が変化するにつれて変化するシグナルを提供するのに 有効な量で検知成分を含む検知要素を形成するのに有効な条件で、アミン基で好 ましく修飾された第一基質材料を、検知成分または検知成分前駆体と接触させる 。接触工程を１回以上繰り返して、基質材料中の検知成分を所望の量にすること ができる。検知成分を第一基質材料と物理的に結合させるか、または混合するこ とができるが、第一基質材料に化学的に結合させることが好ましく、共有結合さ せることがさらに好ましい。上述の通り、これは保護被膜たとえば、その不透剤 を中に含む第二基質材料を、検知要素に塗布する前に行うことが好ましい。 検知成分を溶媒に溶解し、この溶液に基質材料を所望の検知強度を与えるのに 有効な時間浸漬することによって、検知成分を第一基質材料に結合させる。従来 、好ましいヒドロキシピレントリスルホン酸色素の場合、ジメチルホルムアルデ ヒド（ＤＭＦ）を溶媒として使用した。しかし、ジメチルホルムアルデヒド（Ｄ ＭＦ）を溶媒として使用すると、好ましいセルロース基質材料は孔が崩壊する結 果として収縮し、首尾一貫しない不均質な濃度の検知色素がセルロ ースに結合した。これは、セルロースおよび他の水膨張性基質材料の場合、水性 系の槽を使用することによってこれを回避できることがわかっている。好ましく は、槽の溶媒は、水と有機溶媒または界面活性剤、好ましくは検知成分またはそ の前駆体（好ましくは前駆体ＡＰＴＳＣ）を分散または可溶化することができ、 水で均質な溶液または分散液を形成することができる有機溶媒との混合物である ことが好ましい。有機溶媒は、検知成分またはその前駆体と反応しないが、検知 成分またはその前駆体を可溶化するか、または分散させるものである。ＡＰＴＳ Ｃを可溶化するのに適した有機溶媒の例としては、アセトンやアセトニトリルな どがある。特に好ましい有機溶媒はアセトンである。有機溶媒または界面活性剤 は、検知成分は可溶化され、且つ基質材料は完全に乾燥されず、孔が崩壊する結 果として収縮しない、適切な量で使用される。さらに好ましくは、有機溶媒およ び水を約０．４：１から２．４：１（有機溶媒の部数と水の部数）の量で使用す る。 最も好ましくは、水性系の槽（たとえば、色素槽）は、適当な溶媒、選り抜き の検知成分または前駆体、好ましくはＡＰＴＳＣ、および基質材料、好ましくは セルロースを膨張した状態に維持するように溶液の適切なｐＨを維持するのに有 効な緩衝塩を含む。好ましくは、緩衝塩は、ｐＨの範囲が８〜１１の有効緩衝液 である水溶性無機塩である。適する緩衝塩の例は、炭酸ナトリウム、重炭酸ナト リウム、第一リン酸ナトリウム、第二リンナトリウム、ホウ酸ナトリウムなどで あり、これらは様々な組み合わせで使用することができる。上記塩のナトリウム イオンは、他の適当な緩衝塩の他の塩形成イオンで置きかえられることは理解さ れるであろう。好ましい緩衝塩は、炭酸ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムであ る。緩衝塩は、槽内の検知成分または前駆体の濃度、溶液の所望のｐＨ（アミン がＡＰＴＳＣと反応する場合、ｐＨは７より大きくなくてはならない）、所望の 反応時間などによって、種々様々な濃度で使用することができる。これらの量お よび適切なｐＨは、当業者によって容易に決定される。 検知成分を基質材料に結合させるのに十分な時間、基質材料を検知成分槽と接 触させることが好ましい。検知成分槽を基質材料と接触させる前に、反応部位数 を減少させるために検知成分を熟成させることができる。たとえば、ＡＰＴＳＣ は、緩衝アセトン／水溶液中である期間、好ましくは、分子当たり１個の反応部 位にするのに有効な時間、熟成させて反応部位の一部を加水分解することができ る。このように、ＡＰＴＳＣを、アミン修飾セルロースと結合させた後は、ＡＰ ＴＳＣを熟成させたか否かによって、また熟成させた時間の長さによって、たと えば、分子当たり１個、２個または３個のスルホンアミド結合を形成することが できる。ＡＴＰＳＣは、基質材料に結合した際に、分子当たりただ１個のスルホ ンアミド結合が形成されるのに十分な時間、熟成させることが好ましい。 一般に、結果として得られる検知要素は、検知成分またはその前駆体の共有結 合した分子（たとえば、本願でアセトキシピレンスルホンアミドと呼ばれる、ス ルホンアミド結合により結合したＡＰＴＳＣ）を有する。この検知要素は、検知 要素のｐＫａに悪影響を及ぼす可能性がある、未反応アミン基も有する可能性が ある。様々な方法で、これらのアミン基をキャップすること、すなわち非妨害基 に変換することができる。従来、未反応アミン基は、２工程の方法を使用してキ ャップされた。最初に、無水酢酸を使用してアミド基を形成する。次に、ピリジ ンの存在下でメタンスルホニルクロリドを使用して、スルホン化アミン基を形成 する。 有機アミン含有溶液を、有機溶媒中、好ましくはテトラヒドロフ ラン、ジエチルエーテル、ジグリムなどのエーテル溶媒中のアセチル化剤と共に 使用することによって、メタンスルホニルクロリド工程を使用せず、アセチル化 工程をかなり短縮し、無水酢酸の量を減少できることがわかっている。この新し い、好ましいアセチル化方法は、一般に室温（２０〜２５℃）で実施され、かな り速やかに（一般に約５分未満で）行われる。この方法は、たとえば、蛍光ｐＨ センサーの製作に使用する従来の方法より速く、使用する試薬は少なく、危険な 廃物の発生は少ない。この方法によって、検知要素のｐＫａは有意に、たとえば 、約０．０４単位上昇する。 アセチル化剤は無水酢酸が好ましいが、塩化アセチルやＮ−ヒドロキシスクシ ンイミドの酢酸エステルなど、アミン基をアセチル化することができる他の化合 物であってもよい。有機アミンは、反応の経過中に生成した酸を中和することが でき、且つアセチル化剤と反応することができないものである。有機アミンは、 トリエチルアミン、ピリジン、および４−ジメチルアミノピリジン、４−ピロロ ジノピリジン、シクロヘキシルアミノピリジンなどの置換ピリジンなど、第三級 アミンであることが好ましい。第三級アミンはトリエチルアミンであることがさ らに好ましい。有機アミンは、アセチル化剤１モル当たり約２モルの量で使用す ることが好ましい。 溶液はアセチル化の反応速度を増進することができる触媒を、任意に含むこと ができる。触媒は置換ピリジンが好ましい。このような触媒の適例は、４−ジメ チルアミノピリジン、４−ピロロジノピリジン、シクロヘキシルアミノピリジン などである。さらに好ましくは、触媒は４−ジメチルアミノピリジンである。触 媒は、使用する有機アミンの量に基づいて、約０．１〜１００モル％の量で使用 することが好ましく、約０．１〜２モル％の量で使用することがさらに好ましい 。 検知要素は、不安定で間違った高いｐＫａ値を与えることによって検知要素の ｐＫａに悪影響を与える可能性がある、イオン結合した検知成分、またはその前 駆体も有すると考えられる。イオン結合した物質は、ｐＨが少なくとも約１０で あり、且つイオン強度が高い（すなわち、少なくとも、５％塩化ナトリウム溶液 のイオン強度ぐらい）水溶液を使用することによって除去することができ、それ によって、特に検知要素のｐＫａに関して、より一定した結果を得られることが わかっている。この溶液は、水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムなどの塩基、お よび所望のイオン強度を提供する無機塩類を含むことが好ましい。適する無機塩 類の例としては、塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、硫酸ナトリウムなどがある 。上記の塩基および塩は、様々な組み合わせで使用することができる。特に好ま しい実施態様では、塩基性ｐＨ用に炭酸ナトリウムを使用し、高イオン強度用に 塩化ナトリウムを使用する。この工程は、未使用アミン基をキャップする前また はキャップした後、または要望に応じてその両者に、実施することができる。こ の反応は、イオン結合した検知成分分子の除去に有効な温度で、有効な時間、反 応を実施することが好ましい。一般に、有効な温度は約２０〜９０℃であり、約 ６５〜７５℃が好ましい。 この反応工程で、アセトキシピレンスルホンアミドの形をとっている結合した ＡＰＴＳＣも、好ましいヒドロキシピレンスルホンアミド色素に変換することが 理想的であり、これは、従来、２．５重量％の炭酸ナトリウム水溶液を使用して 行われた。したがって、イオン結合した検知成分分子を除去し、且つ検知成分前 駆体を検知成分に変換するのに有効な温度で、有効な時間、反応を実施すること がさらに好ましい。イオン結合した検知成分、またはその前駆体が全く混在しな ければ、この変換を行うための塩化ナトリウムを含ま ない炭酸ナトリウム水溶液を使用できることは理解できるであろう。 保護被膜 検知成分の効果的な光学分離に所望する程度の不透明度を与え、本システムの 機能またはモニタリングすべき媒体に実質的に悪影響を与えない保護被膜であれ ば、任意の不透明な保護被膜材料を使用することができる。保護被膜は、米国特 許第5,081,041 号に記載のように、検知成分を第一基質材料に結合させる前に塗 布することもでき、また結合させた後で塗布することもできる。保護被膜は、検 知要素に直接結合させることもでき、また検知要素から離れていてもよい。好ま しい実施態様では、検知成分を第一材料に結合させた後で保護被膜を塗布する。 保護被膜は、上述の通り、カーボンブラックなどの不透剤、炭素を主成分とす る不透剤、酸化第二鉄、金属性フタロシアニン類などを含有する基質材料であっ てもよい。このような不透剤は、所望する程度の不透明度を与えて、所望の光学 分離を与えるのに有効な量で第二材料に実質的に均質に分散されることが好まし い。特に有用な不透剤はカーボンブラックである。保護被膜は、インクジェット 技術やインクスクリーニング技術など様々な技術を使用して塗布した検知要素上 のインクコーティングであってもよい。保護被膜は、検知要素を保持しているカ セットにステープルで留めるか熱で固定した黒色の膜であってもよい。保護被膜 は、たとえば、黒色ＤＵＲＡＰＯＲＥ膜（白色の膜としてMillipore から入手で き、これを黒色インクで処理する）であって、カセットにヒートシールしてもよ い。 センサー ヒドロキシピレントリスルホン酸検知成分を使用して血液のpHをモニタリング する、有用な一実施態様では、架橋セルロースを第一基質材料として使用し、架 橋デキストランを第二基質材料として、またカーボンブラックを不透剤として使 用し、第一材料または第一層の第二材料または第二層に対する相対的体積または 相対的厚さは、それぞれ、約１〜０．０１対１〜０．５の範囲であることが好ま しい。セルロースとデキストランが互いに共有結合しているこの種のセンサーは 、米国特許第5,081,041 号に開示されている。 第１図は、検知要素を形成した後で、すなわち、検知成分を基質材料に結合さ せた後で保護被膜を塗布する本発明のpHセンサー１０の別の実施態様を表わす図 である。光ファイバーは光伝達装置１４に接続されている。光伝達装置１４は励 起光を発生する。光ファイバー１２は、光受信装置１６にも接続されている。光 受信装置１６は、蛍光検知成分からの発光を受信して分析する。 光ファイバー１２の光学表面１８は、一般に２０に示される検知要素から少し 離れている。本願の実施例に記載の通りに製造される検知要素２０は、不透明な 保護被膜２２で覆われている透明なポリウレタンを主成分とする接着剤層２６は 検知要素２０をウェル２８に接着する。不透明な保護被膜２２と検知要素２２と 接着剤層２６の厚さの比率は、約１：約５：約１００である。検知要素２０は、 第１図に示した通り、カセット３０のウェル２８内に設置されている。ウェル２ ８は、一端で開放しており、直円柱側壁２７および円形底壁２９を含む。ウェル ２８の直径は０．１５インチ（０．３８cm）であり、深さは０．０１０±０．０ ００５インチ（０．０２５±０．００１３cm）である。不透明な保護被膜２２の 最上表面２３は、カセット３０の内表面と実質的に同一平面である。カセット３ ０は透明なポリカーボネートで作られている。カセット３０を通る流体流路の無 菌性はウェル２８内に検知要素２０が存在することによって妨害を受けない。 使用する際には、カセット３０内の媒体を不透明な保護被膜２２で被覆された 検知要素を横切って前後に流すことによってpHをモニタリングすべき流動性媒体 、たとえば、血液を検知要素２０と接触させる。光伝達装置１４からの適当な波 長の励起光を光ファイバー１２に送りこの光ファイバーが励起光を検知要素２０ に伝達する。この励起光は検知要素２０内の検知成分と相互に作用して蛍光を発 しモニタリングすべき媒体のpHによって異なるシグナルを放出する。蛍光からの 発光は、光ファイバー１２によって光受信装置１６に伝達され、ここで処理およ び分析されて、モニタリングすべき媒体のpHが決定される。 本発明の目的および利点は、以下の実施例によってさらに例証される。これら の実施例に記載されている特定の材料およびその量ならびに他の条件および詳細 は、本発明を不当に限定するものではない。すべての材料は、記述されているか 別の方法で明らかにされている場合を除き、市販されている。 実施例１プレマリンセンサー色素 アセトキシピレントリスルフェートの調製 ヒドロキシピレントリスルホネート（ＨＰＴＳ）をアセトキシピレントリスル ホネート（ＡＰＴＳ）に変換するために、以下の反応を行った。無水酢酸（１２ ５ml）とジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、１０００ml）をフラスコ内で混合した 。この混合物を連続的に攪拌しながら４５±５℃に加熱した。この溶液にＨＰＴ Ｓ（２５ｇ、 ８−ヒドロキシ−１，３，６−トリスルホン酸三ナトリウム塩として、Eastman Fine Chemicals，Rochester，NY から製品番号1191774 で市販されている）およ び酢酸ナトリウム（３．７５ｇ）を加えた。この混合物を約９０分間４５℃に維 持しながら反応させた。スターリングバーを取り除き、４６１型水浴と共に使用 するＲＥ１２１型回転蒸発装置（両者ともスイスのBuch Go.から市販されている ）で処理することによって溶媒を除去した。回転蒸発装置を８０℃に設定すると 、溶媒を除去する工程に約１．５時間を要した。残りの材料は、完全真空、６０ ℃、３０分間に設定したＮＡＰＣＯ５８３１型真空オーブン（イリノイ州シカゴ のPrecision Scientificから市販されている）内で、真空オーブン乾燥させた。 結果として得られた生成物ＡＰＴＳを、２５０mlのメタノールをフラスコに加え て１５分間攪拌することによって洗浄した。＃５フィルター（英国 Maidstoneの Whatman から市販されている）を通過させる真空濾過によって、生成物を上清か ら分離した。完全真空、６０℃、３０分間に設定した上記真空オーブン内のフィ ルター上で、生成物を真空オーブン乾燥させた。アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドの調製 以下のように、ＡＰＴＳをアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリド（ ＡＰＴＳＣ）に変換した。実施例１のＡＰＴＳをフラスコに入れ、１５０mlの塩 化チオニル（ウィスコンシン州 MilwaukeeのAldrich Chemical Companyから市販 されている）を加えた。次に、２滴のＤＭＦ（カリフォルニア州 GardenaのSpec trumから市販されている）をフラスコに加えた。マグネティックスターラーバー を加えて、混合物を加熱／攪拌プレート上で連続的に攪拌しながら加熱した。こ の反応系で、加熱／攪拌プレート上のフラスコをガス入り口を具備するガス入り 口アダプターを介してコンデンサーに接 続した。ガス入り口は、チューブを介して乾燥窒素源に接続した。コンデンサー は、入り口アダプターに接続し、これをチューブを介してフィルターフラスコに 接続した。フィルターフラスコは、乾燥トラップの役割をするもので、横側口を 具備し、この横側口をチューブによってフラスコに接続した。このフラスコはウ ェットトラップにするつもりであった。スパージャーチューブはフラスコ内の水 の充満レベルより下に伸びていた。窒素流を、ウェットトラップの液体内に気泡 の流れを発生させるのに十分な約１〜２psi（７〜１４KPa）に調節して開始した 。溶媒が反応フラスコにゆっくり流れて戻り溶液がコンデンサー内を還流するの に十分な約６５±５℃に反応フラスコを加熱／攪拌プレート上で加熱した。この 還流を４５分間継続した。 結果として生じたＡＰＴＳＣを、以下のように溶媒から除去した。実施例１の 回転蒸発装置および溶媒受けフラスコをイソプロピルアルコールで注意深く洗浄 し、痕跡量の水を完全に除去した。上記反応フラスコを回転蒸発装置に据え付け 、クランプで固定した。テフロンチャンバ付真空ポンプを、ドライアイス／イソ プロピルアルコール冷却トラップとして回転蒸発装置に接続した。このトラップ は、余分の塩化チオニルを真空ポンプから抜き取るのに必要であった。次に、ド ライアイス／イソプロピルアルコール混合物を回転蒸発装置のトラップに入れ反 応フラスコを乾燥するまで回転蒸発させた。さらに４５分間、テフロン真空ポン プをフラスコに直接接続した。ＡＰＴＳＣが入っている反応フラスコを回転蒸発 装置から取り外し残留塩化チオニルを考慮して、溶媒受け内の溶媒を注意深く中 和して処理した。ＡＰＴＳＣは、次のように精製した。トルエン（１０００ml） を、加熱／攪拌プレート上で適度に攪拌しながら８０±５℃に加温した。加熱し たトルエンの半量（５００ml）を、乾燥 ＡＰＴＳＣが入っているフラスコに加え、フラスコを攪拌し、十分に振とうした 。残りのトルエンをフラスコに加え、この溶液を沸騰するまで加熱した。次に、 この溶液を、ガラス製ロート内の折りたたんだ＃５ワットマンフィルターを重力 濾過させた。濾液を保持し、固形物を捨てた。濾液を乾燥するまで回転蒸発させ た。乾燥生成物の入っている容器に、室温（２０〜２５℃）のトルエン（１５０ ml）を加え、容器の側面から材料をかき集め、溶液を十分に混合した。この液体 を再度ワットマン＃５フィルターを通過させて真空濾過し、沈殿を採集した。最 終精製ＡＰＴＳＣを、６０℃の真空オーブン内で３０分間乾燥させた。 実施例２検知要素の作製 再生セルロース膜（ＣＵＰＲＯＰＨＡＮ from MembraneとしてドイツOhderstr abe のEnka AG 社から市販されている）の２２cm×２２cmのシート８枚を水に浸 漬し、ガラスプレート上に広げた。余分の水をピペットで除去した。シートで覆 ったガラスプレート上にプラスチック製の枠をクランプで締め付けた。９５％ブ タンジオールジグリシジルエーテル（Aldrich から市販されている）４０ｇ、ジ メチルスルフォキシド（Spectrumから市販されている）と脱イオン水の５０：５ ０w/w（重量／重量）混合物２４０ｇ、および０．７５Ｍの水酸化ナトリウム溶 液１２０ｇを混合することによって溶液を調製した。この溶液５０ｇを各膜に注 ぎ、溶液を２０分間反応させた。次に、膜を水ですすぎ、ガラスプレートから取 り外し、７０％ヘキサンジアミン（Eastman Fine Chemicalsから市販されている ）１２０mlと脱イオン水２リットルとを混合した溶液中に１５分間浸漬した。こ の膜を槽から取り出して１０００mlの脱イオン水で３回 洗浄した。 従来の合成経路に従ってＰＣｌ₅を介して調製したアセトピレントリス（スル ホニル）クロリド１６０mgをアセトン２８０mlに溶解することによって色素溶液 を調製した。この溶液に、１０ｍＭの炭酸ナトリウム１５０mlと１０ｍＭの重炭 酸ナトリウム５０mlで作った混合液１４０mlを加えた。この色素溶液を１２分間 熟成させた。完成した膜から手に入れたい蛍光の強度に応じて様々な時間処理し た膜をこの溶液と反応させた。膜を色素溶液から取り出して、水中２．５％ w/w 炭酸ナトリウムと１０％ w/w塩化ナトリウムの槽に入れ、これを７０℃に２０分 間維持した。この膜を槽から取り出して脱イオン水ですすぎ、ブロットし、２． ５％ w/w炭酸ナトリウム水溶液中２０％ v/v（体積／体積）グリセロールの溶液 に１５分間浸漬した。この膜を、無水酢酸１２０ml、トリエチルアミン７５ml、 ４−ジメチルアミノピリジン１．５ｇ、テトラヒドロフラン４８０mlの溶液と５ 分間反応させた。膜を取り出して、水中２．５％ w/w炭酸ナトリウムと１０％ w /w塩化ナトリウムの溶液８００mlで作った槽に浸漬しこれを７０℃に３０分間維 持した。膜を脱イオン水ですすぎ、水中２０％ v/vグリセロール溶液中に浸漬し た。 実施例３センサーカセットの作製と評価 センサー要素の役割をするのに適した小さな円いディスクを、実施例２の記載 通りに作製した検知膜から打ち抜き、各々をウレタン接着剤（ＦＬＥＸＯＢＯＮ Ｄ４３１としてカリフォルニア州 Irvine のBacon Co．から市販されている）で 光ファイバーの端に接着した。各光ファイバーを使用して、６７０１型としてカ リフォルニア州 Tustin のＣＤＩ／３Ｍ Health Careから市販されているタイプ のセンサーカセットを製作した。このようなカセットに関する情報は、米国特許 第4,640,820 号、第4,786,474 号、第5,104,623 号および第5,289,255 号に記載 されている。このセンサーカセットを、５４００型 ex vivo血液ガスアナライザ ー（ＣＤＩ／３Ｍ Health Care から市販されている）と共に使用して、３７℃ に維持した既知の炭酸塩緩衝液のpHを測定したセンサー要素に短波放射線を照射 する手段照射手段によって照射した後のセンサー要素の蛍光応答を測定する手段 、センサーの蛍光応答から液体のpH値を算出する手段を含めこのようなアナライ ザーに関する情報は、米国特許第4,557,900 号および第Re31,879号に記載されて いる。 これらの測定から、センサーディスクのｐＫａは約３７℃で６．９１±０．０ ２であることがわかった。試料を試験した２４時間後、シグナルの強度は、異な る膜で作製したセンサーおよび同一膜の異なる位置で作製したセンサーの間で１ ０％の範囲内で均一であった。これらの結果は、コントロールとして使用した在 庫品６７０１型センサーカセットより一貫してすぐれていた。 １つの緩衝液から別の緩衝液に急速に変えることによって、センサーカセット をpH変化工程に供すると同時にこのアナライザーで新たな平衡示度に達するまで の時間を記録した。試験した２４試料の間で、新たな示度水準で実質的に完全平 衡に達するまでの時間は約６０秒であり、実際の血液ガス検知に応用できる結果 であった。 実施例４検知要素の作製 再生セルロース膜のシート（２２cm×２２cm）（ＣＵＰＲＯＰＨＡＮとしてEn ka AK から市販されている）を、少なくとも２０００mlの脱イオン水で３回洗浄 し、ガラスプレート上に広げた。余分の水 をピペットで除去した。脱イオン水中ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ、Spec trumから市販されている）３５０mlの溶液を２０±１℃に冷却した。このＤＭＳ Ｏ／水の溶液（６４０ml）を、１００ｇの９５％ブタンジオールジグリシジルエ ーテル（Aldrich から市販されている）に攪拌しながら混合した。この混合液に 、水酸化ナトリウム溶液（脱イオン水８４４ml中５０％水酸化ナトリウム１６ｇ ）を攪拌しながら加えて、３分間熟成させるためにタイマーを起動させた。熟成 した溶液中に、セルロース膜を浸水させ、２０分間反応させて膜を架橋させた。 上述の期間の後、２０００mlの脱イオン水で２回洗浄することによって反応を停 止させた。 脱イオン水１６００mlと混合した７０％ヘキサンジアミン（Eastman Fine Che micalsから市販されている）９６ｇから溶液を調製した。この溶液を、攪拌条件 で５分間熟成させた。熟成中に、必要に応じて６ＮＨＣｌ溶液を滴下することに よって、この溶液のpHを１２±０．０１に調整した。熟成後、洗浄したセルロー スシートをこの溶液に２０分間浸漬した。上述の期間後、２０００mlの脱イオン 水ですすぐことによって反応を停止させた。このシートを２０００mlの脱イオン 水でさらに２回洗浄し、最終すすぎ液中に３０分間浸漬させた。 実施例１に従って調製したアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリド４ ８０mgをアセトン１０７０mlに溶解することによって色素溶液を調製した。実施 例４の膜をディスクに切断し１２のセンサーを異なるシート９枚から作製したこ と以外は実施例３の方法に従って試験した。これらのセンサーのｐＫａは、約３ ７℃で６．９９±０．０２であった。 １つの緩衝液から別の緩衝液に急速に変えることによって、センサーカセット をpH変化工程に供すると同時にこのアナライザーで新 たな平衡示度に達するまでの時間を記録した。試験した２４試料の間で、新たな 示度水準で実質的に完全平衡に達するまでの時間は約５０秒であり、実際の血液 ガス検知に応用できる結果であった。 本発明を特定の実施態様と関連させて説明したが、さらなる修正を加えること ができることは理解されるであろう。本願の請求の範囲は、当業者であれば本願 に記載されているものと化学的に同等な物として認識する変化をも包含するもの である。したがって、当業者は、以下の請求の範囲によって示される本発明の範 囲および精神から逸脱することなく、本願に記載の原理に対して様々な修正を行 うことが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パティル，サンジェイ エル. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133−3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 （番地なし) 【要約の続き】 る場合、未反応のアミン基を、アセチル化剤、有機アミ ン、およびエーテル溶媒を含む溶液と接触させることに よって、あらゆる未反応のアミン基をキャップすること ができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）水膨潤性イオン透過性基質材料と、検知成分またはその前駆体の水 性系の槽とを、前記検知成分またはその前駆体を水膨潤性イオン透過性基質材料 に共有結合させるのに有効な条件で接触させること、ここで前記水性系の槽は水 、および検知成分またはその前駆体を可溶化するのに有効な量の有機溶媒を含む 、 （ｂ）共有結合した検知成分またはその前駆体を有する前記水膨潤性イオン透 過性基質材料を、pHが少なくとも約１０であり、イオン強度が少なくともほぼ５ ％塩化ナトリウム水溶液のイオン強度である水溶液と接触させて検知要素を形成 すること、および （ｃ）前記検知要素を不透明な保護被膜材料で覆うこと、 を含むイオンセンサーを製造する方法。 ２．前記水性系の槽が緩衝化されている、請求項１に記載の方法。 ３．前記水性系の槽が、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、第一リン酸ナト リウム、第二リン酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウムおよびそれらの混合物から成 る群から選択される塩で緩衝化される、請求項２に記載の方法。 ４．工程（ｂ）で使用する前記水溶液が、 （ｉ）炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、およびそれらの混合物から成る群 から選択される塩基と、 （ii）塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、およびそれらの混 合物から成る群から選択される塩、 を含む、請求項１に記載の方法。 ５．前記検知成分またはその前駆体を前記基質に共有結合させる前記工程の前 に、 （ａ）前記水膨潤性イオン透過性基質材料を、分子当たり少なくとも２個のエ ポキシ基を有するエポキシドと反応させてエポキシ修飾基質材料を形成すること 、および （ｂ）前記エポキシ修飾基質材料を、分子当たり少なくとも２個のアミン基を 有する有機アミンと反応させてアミン修飾基質材料を形成すること、 をさらに含む、請求項１に記載の方法。 ６．未反応アミン基を、アセチル化剤、有機アミン、およびエーテル溶媒を含 む溶液と接触させることによって前記基質材料に共有結合している前記検知成分 またはその前駆体を有する前記基質材料上のあらゆる未反応アミン基をキャップ する工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。 ７．前記有機アミンは第三級アミンであり、前記溶液は触媒をさらに含む、請 求項６に記載の方法。 ８．前記触媒は置換ピリジンである、請求項７に記載の方法。 ９．前記検知成分前駆体は、アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリド であり、これは、 （ａ）ヒドロキシピレントリスルホネートをアセトキシピレントリスルホネー トに変換すること、および （ｂ）アセトキシピレントリスルホネートを塩化チオニルおよび触媒量の二置 換ホルムアミドと反応させてアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを 形成すること、 を含む方法により製造されるものである、請求項１に記載の方法。 10．（ａ）アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを、アミン修飾ポ リマー・イオン透過性基質材料と反応させて結合したアセトキシピレンスルホン アミドを形成すること、ここで前記アセトキシピレントリス（スルホニル）クロ リドは （ｉ）ヒドロキシピレントリスルホネートをアセトキシピレントリスルホネー トに変換すること、および （ii）アセトキシピレントリスルホネートを、塩化チオニルおよび触媒量の二 置換ホルムアミドと反応させてアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリド を形成すること、 を含む方法により製造されるものである、 （ｂ）前記結合したアセトキシピレンスルホンアミドをヒドロキシ形に変換し て検知要素を形成すること、および （ｃ）前記検知要素を不透明な保護被膜材料で覆うこと、 を含む、イオンセンサーを製造する方法。 11．前記ポリマー・イオン透過性基質材料はセルロースである、請求項１０に 記載の方法。 12．アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを前記アミン修飾ポリマ ー・イオン透過性基質材料と反応させる前記工程が、水、前記アセトキシピレン トリス（スルホニル）クロリドを可溶化するのに有効な量の有機溶媒、および緩 衝塩を含む水性系の槽内で反応させることを含む、請求項１０に記載の方法。 13．前記結合したアセトキシピレンスルホンアミドを前記結合したヒドロキシ 形に変換させる前記工程が、前記結合したアセトキシピレンスルホンアミドを、 pHが少なくとも約１０であり、イオン強度が、少なくともほぼ５％塩化ナトリウ ム水溶液のイオン強度である水溶液と結合させることを含む、請求項１０に記載 の方法。 １４．前記水溶液が、 （ａ）炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、およびそれらの混合物から成る群 から選択される塩基と、 （ｂ）塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、およびそれらの混 合物から成る群から選択される塩、 を含む、請求項１３に記載の方法。 15．未反応アミン基を、アセチル化剤、有機アミン、およびエーテル溶媒を含 む溶液と接触させることによって前記基質材料に共有結合している前記検知成分 またはその前駆体を有する前記基質材料上のあらゆる未反応アミン量をキャップ する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。 16．（ａ）第一ポリマー・イオン透過性基質材料の表面に、不透剤が中に混合 された第二ポリマー・イオン透過性基質材料を塗布すること、 （ｂ）両基質材料を、分子当たり少なくとも２個のエポキシ基を有するエポキ シドと反応させて２種の基質材料を互いに共有結合させてペンダントエポキシ基 を形成すること、 （ｃ）前記エポキシ基を、分子当たり少なくとも２個のアミン基を有する有機 アミンと反応させてペンダントアミン基を形成すること、 （ｄ）アセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを、水、前記アセトキ シピレントリス（スルホニル）クロリドを可溶化するのに有効な量の有機溶媒、 および緩衝塩を含む水性系槽内で前記ペンダントアミン基と反応させて結合した アセトキシピレンスルホンアミドを形成すること、ここで前記アセトキシピレン トリス（スルホニル）クロリドは、 （ｉ）ヒドロキシピレントリスルホネートをアセトキシピレントリスルホネー トに変換すること、および （ii）アセトキシピレントリスルホネートを塩化チオニルおよび触媒量の二置 換ホルムアミドと反応させてアセトキシピレントリス（スルホニル）クロリドを 形成すること、 を含む方法により製造されるものである、 （ｅ）前記結合したアセトキシピレンスルホンアミドを結合したヒドロキシ形 に変換すること、および （ｆ）未反応アミン基を、アセチル化剤、有機アミン、およびエーテル溶媒を 含む溶液と接触させることによって前記基質材料上のあらゆる未反応アミン基を キャップすること、 を含む、イオンセンサーを製造する方法。 17．第一ポリマー・イオン透過性基質材料はセルロースであり、第二ポリマー ・イオン透過性基質材料はデキストランであり、不透剤はカーボンブラックであ る、請求項１６に記載の方法。 18．（ａ）（ｉ）ポリマー・イオン透過性基質材料と、 （ii）エポキシドおよびアミン結合基を介してポリマー・イオン透過性基質材 料に結合している検知成分、 を含み、前記検知成分が媒体中のイオン種の濃度が変化するにつれて変化するシ グナルを与えるに有効な量で存在する検知要素と、 （ｂ）前記検知成分が前記基質材料に結合した後に塗布される、検知要素を覆 う不透明な保護被膜材料、 を含む、媒体中のイオン種の濃度を検知するためのイオンセンサー。 19．前記ポリマー・イオン透過性基質材料はセルロースである、請求項１７に 記載のイオンセンサー。 20．前記不透明な保護被膜材料はインクである、請求項１７に記載のイオンセ ンサー。