具有微孔电解质层的气体传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的电化学传感器，用于制备所述传感器的方法，以及使用该电化学传感器测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的方法。在此情形中，该传感器的电解质层包括至少一种颗粒状材料和至少一种粘合剂，它们一起构成多孔的、不可溶胀的骨架结构，其中该骨架结构中的孔被提供用来吸收液体电解质或者包含后者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有微孔电解质层的气体传感器本专利技术涉及用于测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的电化学传感器，其制 造方法，以及使用该电化学传感器测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的方法。本发 明特别涉及电化学传感器通过可透气的且离子不透过的覆盖层从空间上与含水测量介质 分开的反应空间。用于分析体液的测量系统是临床上相关分析方法的重要组成部分。该特别的焦点 是迅速且准确测量被分析物，测定所谓的即时参数(Point-of-care parameters)。即时测 试(Point-of-care tests)具有优点在短时间后已能获得结果，这是因为一方面不必将 样品送到专业实验室，另一方面不必考虑实验室的时间安排。主要在重病监护室和在麻醉 室以及在门诊部进行即时测试。这些人们所说的“急诊参数”尤其包括血液气体值(PC02、 p02)、pH、电解质值(例如Na+、K+、Ca2\ Cl_)以及某些代谢物值。例如测试条或者其它带有多用途传感器的医疗分析仪可用来进行这类即时测试， 从而将针对该实施的人工耗费减至最少。从样品制备到测试的结果，用于即时应用的测量 装置通常是几乎全自动的，并且仅需要少量和简单的用户干预。它们能够包括一次性以及 重复测量待测定的参数。电化学传感器已证明特别适于测量气体被分析物，例如溶于全血或其它含水介质 中的氧或二氧化碳。电化学传感器使被分析物得以借助于两个或更多个的电极来测量，电 极中的至少一个是在其上待测定的被分析物发生电化学改变(例如被氧化或还原)的工作 电极。例如能够使用包括至少一个工作电极和至少一个对电极的电流传感器来进行含 水测量介质中氧或其分压(po2)的测量。在克拉克型电极中，可透气的和基本上不渗透离 子和液体的膜通常在空间上将样品空间与内部的电解质空间分开。内部的电解质空间充满 容纳工作电极和对电极的电解质溶液。例如能够使用包括至少一个测量电极和至少一个参比电极的电位传感器来进行 液体或气体中二氧化碳或其分压(pC02)的测量。在Severinghaus型电极中，将C02分压的 测量转化为PH测量。这通常需要在空间上被可透气的且基本上不渗透离子的膜与含水测 量介质分开的反应空间。在该反应空间中测量PH，这由待测样品的各pC02值来确定。在该 反应空间(内部电解质)中的缓冲液的预定温度和浓度下，该反应空间的pH仅取决于样品 的C02分压。能够以各种各样的方式检测pH，例如借助于使用离子选择玻璃电极或者离子 敏感或离子选择的场效应晶体管(ISFET)、pH敏感的固态体系(例如贵金属/贵金属氧化 物体系)、氧化还原体系(醌氢醌电极)等的电化学测量链进行电位监测。在电化学传感器的准备中一项重要标准是是其使用期限。在这方面需要实现在传 感器投入使用之前长期的储存期限以及长期的使用期限。为了保证长期的储存期限，应当 干燥即基本上无水地储存位于电化学传感器中的电极，和直到传感器投入使用前不久才与 液体内部电解质接触。为了获得至少500次测量或者3到4周的使用期限，传感器的各层 还必须彼此匹配。至关重要的是它们不应该变得彼此分离或形成裂纹，例如由于溶胀。在电化学传感器关于即时测试的准备另外的重要标准是其尺寸。为了测定急诊参数通常提供少量样品(例如lOOiU或更低)。如果要用少量样品测定大量参数，单个电极 及其彼此间距必须尽可能小。EP 0 805 973 B1公开了一种装置以及用于测量样品中气体浓度的方法。所用的 装置是包括工作电极、对或参比电极、电解质层和气体渗透膜的电化学传感器，电解质层由 光成型的(fotogeformt)蛋白质明胶组成。为了避免由金制成的负极极化的工作电极(阴 极)被源于由银制成的对电极(阳极)的带正电的银离子过早的沾染，通过明胶层电接触 的两个电极之间的距离必须至少为1mm。US 5，387，329描述了一种平面电化学氧传感器，其中溶胀率小于其干燥体积两倍 的可溶胀聚合物被用作吸湿的电解质，并且在这种情况下形成可渗透水和阳离子的亲水电 解质层。在该文献中优选的可溶胀的聚合物是Nafion ,也即一种磺化的四氟乙烯聚合物， 载有锂的磺酸根基团赋予该聚合物离子性能并导致锂离子被银离子交换。在具有银对电极 的电流氧传感器中，这降低了银离子至工作电极的有效迁移速度。在EP 0 805 973 B1和US 5，387，329中使用的电解质层有许多缺点。如此，例 如，生产极薄的可溶胀聚合物(例如在EP 0 805 973 B1中光成型的蛋白质明胶)层(大 约lym)是很昂贵的。此外，在层极薄以及电解质体积极低的情况下，在氧传感器运转期间释放的银离 子很快导致干扰信号。另一方面，如果在多层结构中使用较厚的溶胀层(大约10 50 y m)， 促使在层构造中形成漏损。这使其难以获得传感器的希望的长使用寿命。另外，薄的含水聚合物层的显著缺点在于在两个电极之间施加电场后，干扰性的 银离子在穿过聚合物的直接通路上迁移，从而在较短的运行期后到达并沾染工作电极。本专利技术的目的在于提供用于测定气体被分析物的电化学传感器，借此至少部分地 消除现有技术的缺点。特别是将有可能长期储存传感器而不会由此损失活性，另外，该传感 器在投入使用后应具有长期的使用期限。此外，应有可能简单且成本有利地制造该传感器。根据本专利技术，借助于用于测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的电化学传感 器来实现该目的，该电化学传感器包括(a)工作电极和对电极，(b)设置在工作电极和对电极之间的电解质层，(c)用来从空间上使工作电极、对电极和电解质层与含水测量介质分隔的可透气的覆盖层，特征在于所述电解质层包括至少一种颗粒状材料和至少一种粘合剂，它们一起构 成多孔的、不可溶胀的(nicht-quellbar)骨架结构，其中提供该不可溶胀的骨架结构中的 孔以吸收液体电解质或者包含液体电解质。例如在本申请中所用的表达“测定溶于含水介质中的气体被分析物”包括测定含 水介质中溶解的气体组分的存在或者浓度，以及测定在含水介质中溶解的气体组分的气体 分压。根据本专利技术，将不可溶胀的骨架结构的孔设置在至少一种颗粒状材料的颗粒之 间。与纯的聚合物层或明胶层或凝胶层相比，以这种方式形成的孔的曲径增加了离子在电 极之间移动所必须经历的距离，从而提高了传感器的使用期限。用于本专利技术电化学传感器的颗粒状材料在性质上可以是无机或有机的，并且特别包括致密的无机材料或致密的(不含增塑剂)有机聚合物。适合的无机颗粒状材料包括 受控的多孔玻璃(CPG)、硅胶、大体上选自由骨架硅酸盐和页硅酸盐组成的组中的硅酸盐和 铝硅酸盐(Alumosilikate)(也称为铝硅酸盐(Alumosilikate))。根据本专利技术可用作颗粒 状材料的有机聚合物包括例如但不局限于聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚 (甲基)丙烯酸酯、聚丙烯腈及其共聚物的微粒(Mikropartikel)。在本专利技术中使用天然存在或合成的铝硅酸盐更优选合成的铝硅酸盐作为颗粒状 材料已经证实是有利的。如本专利技术中所用的术语“合成的铝硅酸盐”包括完全合成的铝硅 酸盐以及通过人工改变(例如化学上)天然存在的铝硅酸盐获得的铝硅酸盐。天然存在或 合成的铝硅酸盐的例子包括但不局限于长石、云母、莫来石、硅线石和沸石。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H奥芬巴彻尔，G斯泰纳，CG穆雷萨努，
申请(专利权)人：霍夫曼拉罗奇有限公司，
类型：发明
国别省市：CH