阴离子浓度测定装置以及阴离子浓度测定元件的制作方法

专利名称：阴离子浓度测定装置以及阴离子浓度测定元件的制作方法
阴离子浓度测定装置以及阴离子浓度测定元件技术领域：
本发明涉及用于测定生物体成分中的阴离子、特别是氯离子的离 子浓度的测定装置。
背景技术：
作为医疗领域中的生物体成分、特别是血清或血浆中的电解质(钠 离子、钾离子、氯离子等)浓度的分析方法，广泛利用离子选择性电 极法。作为离子选择性电极法，只需将离子选择性电极与参比电极一 起浸渍到试样溶液中，就可以定量测定试样中的离子浓度，因此，利 用可以小型化和自动化的优点，而被用于生物化学自动分析装置中。
上述离子选择性电极中，作为氯离子选择性电极，已知有使用难 溶性氟化物的固体电极和添加离子交换型配体的液膜型电极。在传统 的液膜型氯离子选择性电极中，作为配体，使用季铵盐，例如，三辛 基甲基氯化铵、十三烷基甲基氯化铵、四辛基氯化铵，向含有环氧树 脂和氯乙烯的塑料膜中添加作为配体的季铵盐和增塑剂(例如，己二 酸二烷基酯或苯二甲酸二烷基酯)。另外，为了提高物理强度以及提 高对氯离子的选择性，已经开发了由侧链上具有作为配体的三长链烷 基铵基的苯乙烯单体与侧链上具有亲水基团的聚合物形成的共聚物构
成的氯离子选择性电极(特开2004-184365号公报)。另一方面，为
了提高物理强度以及防止由于配体溶出所造成的劣化，已经开发了通
过固定有作为配体的季铵盐的多孔质玻璃作为感应膜的化学修饰玻璃 膜离子选择性电极(特开昭61-170645号公报)。
为了使上述的离子选择性电极的结构和制作方法筒便化，以及与 未来的分析装置小型化相对应，已经提出将配体固定于金电极表面的 离子选择性电极。然而，在任一情况均不能测量电位，于是通过测定
阻抗来得到所希望的离子浓度。作为钠离子选择性电极的例子，已经 报告有将作为中性载体型配体的巯基冠醚化合物固定在金电极上
(J.Am. Chem. Soc. ， 120 ( 1998 ) 4652—4657 )。另外，作为锂离子 选择性电极的例子，同样有利用硫醇与金的键合而将中性载体型配体 固定于金电极表面上的才艮导(Anal. Chem. ， 78 ( 2006 ) 7132-7137、 以及WO2006/113440 )。另一方面，作为阴离子选择性电极，已经有 利用石克醇与金的键合将氟离子用配体(Tetra-amide Cal ix [6] arene 衍生物)固定于金电极表面的报导(Langmuir， 2006， 22， 10732-10738)。
专利文献1特开昭61-170645号公报
专利文献2特开2004-184365号公报
专利文献3WO2006/113440
非专利文献1J. Am. Chem. Soc. ， 120 ( 1998 ) 4652-465非专利文献2Anal. Chem. ， 78 ( 2006 ) 7132-713非专利文献3Langmuir 22 ( 2006 ) 10732-10738

发明内容
发明所要解决的课题
对于上述的将配体固定于金电极表面上的离子选择性电极而言， 如果不考虑金电极表面的绝缘性和配体的周围环境，就不能进行电位 测定。因此，采用阻抗测定来得到所希望的离子浓度。对于传统的配 体固定化离子选择性电极而言，如果不考虑将配体固定化的金电极表 面与测定溶液之间的绝缘性，则会在实际测定中受到来自固定化的配 体之间的间隙的漏电流的影响，不能稳定地测定界面电位。阻抗测定 法是将金或铂制的工作电极和对置电极、以及用于使工作电极的电位 保持恒定的参比电极配置于溶液中，使用作为电流测定装置的恒电位 仪，根据电流值来测定与施加在工作电极和对置电极之间的电压相对 应的频率响应性。此时，需要向测定溶液中加入作为电化学活性物质 的氧化还原物质。因此，不能活用只需与参比电极一起浸渍到试样溶
液中就可以定量测定试样中的离子浓度的、传统的离子选择性电极法 的优点。另外，由于阻抗测定法是电流测定法，因此，从原理上说， 存在测定浓度范围窄的问题。
本发明的目的在于提供能够保持只需与参比电极一起浸渍到试 样溶液中就可以定量测定试样中的离子浓度的、传统的液膜型离子选 择性电极法的优点以及测定浓度范围等基本性能，并且离子选择性电 极的结构和制作方法简便化的离子浓度测定装置。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明中，利用能够形成自组织化膜的绝缘 性分子(例如，链烷烃硫醇)作为连接体，将作为阴离子用配体的季 铵盐衍生物在金电极表面上固定化，将伴随阴离子的配位而产生的电 动势(electromotive force )作为金电极表面的界面电位变化进行测 定。此时，当季铵盐衍生物的侧链烷基大于自组织化膜的间隔，从而 使得在固定化的配体分子之间具有间隙时，使具有比连接体短的碳链 且一个末端为亲水性的链烷烃硫醇，例如末端的亲水基团为氨基或者 羟基的链烷烃硫醇，与季铵盐衍生物共存而使其固定化。为了高效地 使其形成自组织化膜，连接体的碳数优选为6个以上至20个以下。另 外，希望季铵盐的其他3个侧链的烷基链的碳数少于连接体的碳数， 以便不妨碍自组织化膜的形成。进而，作为电位差测定装置，使用与 金电极在同一基板上形成的隔离栅场效应晶体管。此时，通过在参比 电极上叠加1KHz以上的交流电压来进行测定。另外，为了减少在测定 生物体成分时由于夹杂物在电极表面上的吸附所带来的影响，使高分 子聚合物物理吸附在金电极上来使用。
发明的效果
根据本发明，通过借助绝缘性分子将作为阴离子用配体的季铵盐 衍生物固定于金电极的表面上，由此可以提高金电极与溶液之间的绝 缘性。通过提高该绝缘性，抑制配体间的间隙的漏电流，可以将由于 阴离子的配位而产生的电动势作为金电极表面的界面电位变化来进行 稳定的测定。当季铵盐衍生物的侧链烷基大于自组织化膜的间隔时，
通过使具有比连接体短的碳链且一个末端为亲水性的链烷烃硫醇与季 铵盐衍生物共存而使其固定化，如此可以使被固定化了的配体分子间 的间隙消失，可以维持金电极与溶液之间的绝缘性。此时，通过使用 末端为氨基的链烷烃硫醇作为一个末端为亲水性的链烷烃硫醇，可以 获得响应速度快的效果。进而，通过使用与金电极在同一基板上形成 的隔离栅场效应晶体管作为电位差测定装置，可以降低漏电流，可以 稳定地测定金电极表面的界面电位。此时，通过在参比电极上叠加
lKHz以上的交流电压，可以使金电极表面的界面电位稳定化，从而提 高测定精度。另外，通过使高分子聚合物物理吸附于金电极上来使用，
的噪音或漂移,


图1为示出本发明中离子浓度测定装置的一例的方块图。
图2为示出将氯离子用配体在金电极上固定化的例子的图，(a)
为示出只将作为氯离子用配体的季铵盐衍生物固定化的例子的图；(b )
为示出将作为氯离子用配体的季铵盐衍生物和末端具有氨基的链烷烃
疏醇共存而固定化的例子的图。
图3为示出使用FET传感器的本发明的离子浓度测定装置的一例
的方块图。
图4为示出在本发明的离子浓度测定装置中使用的使用FET传感 器的分析元件的结构例的图，(a)为截面图，(b)为平面图。
图5为示出与配体共存的链烷烃硫醇的末端残基以及碳链长度对 氯离子浓度的响应速度造成影响的图，(a)为示出当共存末端具有曱 基的疏水性链烷烃硫醇时的图，(b)为示出当共存末端具有羟基的亲 水性链烷烃硫醇时的图，(c)为示出当共存末端具有氨基的亲水性链 烷烃硫醇时的图。
图6为示出使用作为配体的季铵盐衍生物与末端具有氨基的链烷 烃硫醇共存的离子电极来测定氯离子浓度的结果的图。
图7为示出按同一平面状形成FET传感器和参比电极的本发明的 离子浓度测定装置一例的方块图。
图8为示出氯离子选择性电极的作为配体使用的季铵盐的侧链长 度对氯离子浓度的响应时间造成影响的图。
图9为示出作为氯离子用配体的季铵盐的一例的图。
图10为示出氯离子选择性电极的作为配体的季铵盐衍生物的侧 链长度与对氯离子浓度的电位响应的关系的图。
图11为示出本发明的离子浓度测定装置一例的方块图。符号说明
101， 301 , 701 ， 1101…测定部；102， 302， 702， 1102…信号处 理电路；103， 303， 703， 1103…数据处理装置；104, 1104…电位差 测量装置；105， 305， 1105…参比电极；106， 307， 706， 1106…用于 供给含有测定物质的试样溶液的试样溶液注入器；107， 308， 707， 1107…测定池;108， 314， 713， 1108…测定溶液;109， 312， 711， 1109…阴离子用配体的季铵盐衍生物；110， 313， 712…末端具有氨基 的链烷烃硫醇；111， 311, 405， 710, 1110…金电极；304, 401， 704… 隔离栅场效应晶体管；306…电源；309， 402， 708…源电极、310， 403, 709…漏电极；404…栅极绝缘物；406…隔离栅场效应晶体管的栅极； 407…导电性配线；705…疑似参比电极。
具体实施方式
以下参照

本发明的实施方案。
图1为示出本发明的离子浓度测定装置一例的方块图。本实施例 的测定装置包括测定部101、信号处理电路102、以及数据处理装置 103。测定部101具备电位差测量装置104、参比电极105、用于供给 含有测定物质的试样溶液的试样溶液注入器106、测定池10乙在测定 池107内的测定溶液108中，配置已将作为阴离子用配体的季铵盐衍 生物109和末端具有氨基的链烷烃硫醇110固定化了的金电极111、 参比电极105。图2中示出了配体在金电极上的固定化法的一例。图2
(a)示出当只将配体固定时的情况，图2 (b)示出配体与末端具有氨 基的链烷烃硫醇共存而被固体化的例子。氯离子用配体为N，N，N-三甲 基(10-巯基癸基)氯化铵(N，N，N-Trimethyl ( 10-mercaptodecyl ) ammonium chloride)，末端是氨基的链烷烃硫醇为8 -氨基-1 -辛 烷硫醇。应予说明，作为氯离子用配体的季铵盐衍生物的侧链烷基的 碳链，可以根据测定条件进行变更。此时，希望季铵盐衍生物的侧链 烷基的碳数少于连接体的碳数，以便不会妨碍配体在向金电极上固定 化时的自组织化。另外，此时共存的链烷烃硫醇的碳链长度，只要在 季铵盐衍生物的连接体的碳链长度以下，就没有问题。例如，当季铵 盐衍生物的连接体的碳链长度为10时，也可以使用末端为氨基的6-氨基-l-己烷硫醇、8-氨基-l-辛烷硫醇、ll-氨基-l-十一烷 硫醇；或是末端为羟基的6-羟基-l-己烷硫醇、8-羟基-l-辛烷 疏醇、ll-羟基-l-十一烷硫醇。
测定顺序如下。最初，使用试样溶液注入器106，向测定池107 内的测定溶液108中注入试样溶液。作为试样溶液中的测定对象的氯 离子，通过离子交换作用而与作为阴离子用配体的季铵衍生物109键 合，从而使金电极111上的界面电位发生变化。电位测定是使用电位 差测量装置104来实时地测量当用试样溶液注入器106注入试样溶液 的前后在金电极111上变化的界面电位，用信号处理电路102和数据 处理装置103进行记录。金电极111上的界面电位变化依赖于作为测 定对象的氯离子的浓度。因此，以预先测定标准溶液而制成的标准曲 线为基准，可以根据测得的电位变化值求出未知浓度的试样中的氯离 子浓度。
作为试样溶液注入器106，可以使用注射泵或者加压式送液装置。 另外，也可以使用由银等其他的贵金属或碳构成的电极来代替金电极 111。另外，为了减轻在测定生物体成分时由于夹杂物在电极表面上的 吸附所带来的影响，也可以通过使高分子聚合物物理吸附在金电极上 来使用。作为高分子聚合物，可以使用甲基纤维素、丙烯酰胺、葡聚 糖、聚乙二醇等。
为了能够稳定地测定基于在测定溶液108中的金电极111的表面 上引起的平衡反应或者化学反应的电位变化，可以利用参比电极105 来赋予作为基准的电位。通常，作为参比电极，可以使用在内部溶液 中使用饱和氯化钾的银.氯化银电极、或者甘汞(calomel)电极，但 在所测定的试样溶液的组成为一定的情况，即便只使用银.氯化银电极 作为疑似电极也没有问题。
图3为示出使用场效应晶体管(Field Effect Transistor: FET ) 传感器的本发明离子浓度测定装置的一例的方块图。本实施例的测定 装置包括测定部301、信号处理电路302、以及数据处理装置303。测 定部301具备隔离栅场效应晶体管304、参比电极305、用于向参比电 极305施加电压的电源306、用于供给含有测定物质的试样溶液的试 样溶液注入器307、测定池308。隔离栅场效应晶体管304具备源电极 309、漏电极310、与栅极电连接的金电极311。在金电极311上，将 作为阴离子用配体的季铵盐衍生物312和末端具有氨基的链烷烃疏醇 313固定化。在测定池308内的测定溶液314中，配置已将作为阴离 子用配体的季铵衍生物312和链烷烃硫醇313固定化了的金电极311 以及参比电极305。
测定顺序如下。最初，使用试样溶液注入器307,将试样溶液注 入到测定池308内的测定溶液314中。作为试样溶液中的测定对象的 氯离子，通过离子交换作用而与作为阴离子用配体的季铵衍生物312 键合，从而使金电极311上的界面电位发生变化。电位测定是通过实 时监测当用试样溶液注入器307注入试样溶液前后在隔离栅场效应晶 体管304内的源电极309与漏电极310之间的电流变化，用信号处理 电路302和数据处理装置303进行记录。金电极311上的界面电位变 化依赖于作为测定对象的氯离子的浓度。因此，以预先测定标准溶液 而制成的标准曲线为基准，可以根据所测得的电位变化值求出未知浓 度的试样中的氯离子浓度。为了减轻由于测定外部变动所带来的影响， 电源306优选为含有交流成分的电源。此时，通过在直流成分的基础 上叠加lKHz以上的交流电压，可以期待金电极311的表面电位的稳定 化。
作为试样溶液注入器307，可以使用注射泵或者加压式送液装置。 作为金电极311，也可以使用由银等其他的贵金属或碳构成的电极来 代替。另外，为了减轻在测定生物体成分时由于夹杂物在电极表面上 的吸附所带来的影响，也可以通过使高分子聚合物物理吸附在金电极 上来使用。作为高分子聚合物，只要使用甲基纤维素、丙烯酰胺、葡 聚糖、聚乙二醇等就没有问题。
为了能够稳定地测定基于测定溶液314中的金电极311的表面上 引起的平衡反应或者化学反应的电位变化，可以利用参比电极305来 赋予作为基准的电位。通常，作为参比电极，可以使用在内部溶液中 使用饱和氯化钾的银.氯化银电极、或者甘汞电极，但在所测定的试样 溶液的组成为一定的情况，即便只使用银.氯化银电极作为疑似电极也 没有问题。
图4为示出在使用FET传感器的、在本发明的离子浓度测定装置 中使用的分析元件的结构的一例的图。图4 (a) 、 (b)分别表示截 面结构和平面结构。隔离栅场效应晶体管401是通过在硅基板的表面 上形成源电极402、漏电极403、以及栅极绝缘物404并设置金电极 405而成的。金电极405与隔离栅场效应晶体管的栅极406用导电性 配线407连接起来。优选的是，隔离栅场效应晶体管为使用硅氧化物 作为绝缘膜的金属氧化物半导体(Meta卜oxide semiconductor )场效 应晶体管(FET)，但是即便使用薄膜晶体管(TFT)也没有问题。通 过采用本结构，可以在任意场所且按任意大小来形成金电极405，可 以根据测定对象的试样溶液量来改变测定池的容积。
本发明中使用的隔离栅场效应晶体管为具有使用Si02(厚度 17. 5nm)形成的绝缘层的耗尽型(depletion型)FET,按400 nmx 400 jam的大小制作金电极。通常的测定使用水溶液，因此，本元件必须 在溶液中工作。当在溶液中进行测定时，必须在不易引起电化学反应 的-0.5 0.5V电极电位范围内进行工作。因此，在本实施例中，调 整耗尽型n型通道(channel ) FET的制作条件，即阈值电压(Vt )调
整用离子打入条件，将FET的阈值电压设定在-0. 5V附近。应予说明， 也可以使用由银等其他的贵金属构成的电极来代替金电极。在同一基 板上具有2个以上FET传感器的元件，通过在同一基板上形成多个图 4的FET传感器来制作。此时，成为问题的FET传感器之间的串音 (cross talk)可以通过形成SOI (绝缘衬底上夕卜延珪(Silicon on Insulator))结构来减轻。
下面说明当借助作为绝缘性分子的连接体将作为阴离子用配体的 季铵衍生物固定在金电极表面上时，使末端具有亲水性基团特别是氨 基的链烷烂硫醇与季铵衍生物共存而固定化的效果。
按照以下顺序进行配体在金电极表面上的固定化。最初，对用于 固定化的金电极依次用1N硝酸、纯水、乙醇洗涤，用氮气净化金电 极表面。接着，在配体与链烷烃硫醇的混合溶液(各浓度0. 5mM、溶 剂乙醇)中浸渍l小时。固定化结束后，在300mM氯化钠溶液中， 在95。C下进行10分钟加热处理。然后，用乙醇和纯水洗涤，直至使 用， 一直保存在300mM氯化钠水溶液中。
下面说明与作为阴离子用配体的季铵盐衍生物共存而固定在金电 极表面上的链烷烃硫醇的末端残基以及碳链长度对氯离子的响应速度 造成的影响。
在本实施例中，作为氯离子用的配体，使用以1-癸烷硫醇为连 接体的季铵盐衍生物一例的N，N，N-三甲基(lO-巯基癸基)氯化铵 (N，N，N-Trimethyl ( 10-mercaptodecyl ) ammonium chloride); 作 为末端为甲基的链烷烃硫醇，使用疏水性链烷烃硫醇的1-辛烷硫醇 (1-0T) 、 l-H"—烷硫醇(l-UDT) 、 1-十四烷石克醇(l-TDT) 、 l-十八烷硫醇(1-0DT);作为末端为羟基的链烷烃硫醇，使用6-羟基 —1 -己烷硫醇(6-HHT ) 、 8 -羟基一 1 —辛烷硫醇(8-H0T ) 、 11 -羟 基-l-十一烷硫醇(ll-UUT)、具有亲水性的乙二醇且相当于18个 碳链的三甘醇-单-11 -巯基癸基醚(Triethyleneglycol-mono -ll-mercaptodecylether ; TGM);作为末端为氨基的链烷烃硫醇， 使用6 一氨基—1 —己烷硫醇(6-AHT ) 、 8 -氨基—1 一辛烷硫醇(8-A0T) 、 11 -氨基-1 -十一烷硫醇(ll-AUT)。对于氯离子的响应 速度，作为对于离子浓度的电位响应达到90%变化时的时间来进行测 定。
图5 (a)示出当配体与末端具有甲基的链烷烃硫醇按照1: l共 存时，碳链长度对氯离子响应速度造成的影响。图5 (a)的横轴上， A表示只将配体固定化的金电极；B表示将配体和l-OT固定化的金电 极；C表示将配体和l-UDT固定化的金电极；D表示将配体和l-TDT 固定化的金电极；E表示将配体和l-ODT固定化的金电极。如图5(a) 所示，共存的链烷烃疏醇的碳链长度越长，与各种碳链长度不同的链 烷烃硫醇共存而进行固定化的氯离子电极的响应速度越慢。这简单地 是由于链烷烃硫醇填充入配体间的间隙而妨碍了离子进入配体间的间 隙的缘故，从而达到改善响应性的效果，因此，通过增大配体周围的 疏水性可以使响应性变慢的不利影响增大。也就是表示，通过增大配 体周围的疏水性，可使氯离子变得难以靠近配体。
图5 (b)示出当配体与末端具有羟基的链烷烃硫醇按照1: 1共 存时，碳链长度对氯离子响应速度造成的影响。图5 (b)的横轴上， A表示只将配体固定化的金电极；B表示将配体和6-HHT固定化的金电 极；C表示将配体和8-H0T固定化的金电极；D表示将配体和ll-HUT 固定化的金电极；E表示将配体和TGM固定化的金电极。如图5(b) 所示，与各种碳链长度不同的末端具有羟基的链烷烃疏醇共存而进行
固定化的氯离子电极的响应速度与只将配体固定的情况为同等程度。 另外，在与具有亲水性乙二醇且相当于18个碳链的TGM共存的情况， 显示出与具有相同碳链长度的疏水性链烷烃硫醇的l-ODT为同等程度
的响应速度，变得迟緩。这表示，空间位阻的效果要比亲水性的效果 大 如此，可以这样认为，如果链烷烃硫醇的碳链长度变得过长，则 由于配体周围的立体障碍而使氯离子难以靠近，因此响应速度变得迟 緩。
图5 (c)示出当配体与末端具有氨基的链烷烃硫醇按照1: 1共 存时，由碳链长度对氯离子的响应速度造成的影响。图5(c)的横轴
上，A表示只将配体固定化的金电极；B表示将配体和6-AHT固定化的 金电极；C表示将配体和8-A0T固定化的金电极；D表示将配体和 ll-AUT固定化的金电极。如图5 (c)所示，与只将配体固定化的金电 极相比，共存的链烷烃硫醇的碳链长度越长，与碳链长度不同的链烷 烃硫醇共存而进行固定化的氯离子电极的响应速度越快。可以认为， 这是由于链烷烃硫醇填充入配体间的间隙而妨碍了离子进入的缘故。
如图5(a) ~ (c)所示，通过向与配体共存的链烷烃硫醇中引 入亲水基团，特别是氨基，可以使对氯离子的响应速度得到改善。即， 与氯离子用配体共存的链烷烃硫醇优选为亲水性的且其碳链长度优选 比配体短。特别优选共存的配体长度以下且具有氨基的链烷烃硫醇。
以下说明使用借助作为绝缘性分子的连接体来使作为阴离子用配 体的季铵衍生物与末端为氨基的链烷烃硫醇共存而固定在金电极表面 上的本发明的离子电极，对氯离子的电位响应的测定结果。
在本实施例中，作为氯离子用的配体，使用以1-癸烷硫醇为连 接体的季铵盐衍生物一例的N，N,N-三曱基(10-巯基癸基)氯化铵 (N，N，N-Trimethyl ( 10-mercaptodecyl ) ammonium chloride); 作 为末端为氨基的链烷烃硫醇，使用11 -氨基-1 -十一烷硫醇 (ll-AUT)。对氯离子的电位响应，使用氯化钠水溶液进行测定，对在 4. 5mM~ 300mM浓度范围内的倾斜灵敏度进行比较(图6)。应予说明， 电位测定值为浸渍后5分钟后的值。在图6的横轴上以活度表示氯离 子浓度。纵轴表示根据氯离子而产生的电动势。其结果，对氯离子的 电位响应，按照能斯托(Nernst)公式求出其倾斜灵敏度约为60mV。
图7为示出按同一平面状形成FET传感器和参比电极的本发明的 离子浓度测定装置一例的方块图。本实施例的测定装置包括测定部 701、信号处理电路702、以及数据处理装置703。测定部701具备隔 离栅场效应晶体管704、疑似参比电极705、用于供给含有测定物质的 试样溶液的试样溶液注入器706、测定池707。隔离栅场效应晶体管 704具备源电极708、漏电极709、与栅极电连接的金电极710。另夕卜， 在与金电极710同一平面上设置疑似参比电极705。疑似参比电极705通过导电性配线与外部相连接。作为疑似参比电极，可以使用银/氯化
银、金、铂等。在本实施例中，在金电极710上，将作为氯离子用配 体的季铵盐衍生物711和末端具有氨基的链烷烃疏醇712固定化。在 测定池707内的测定溶液713中，配置已将作为氯离子用配体的季铵 盐衍生物711和末端具有氨基的链烷烃硫醇712固定化了的金电极 710、疑似参比电极705。对于疑似参比电极705，在直流成分的基础 上叠加lkHz以上的交流电压。
图8示出氯离子选择性电极的作为配体使用的季铵盐的侧链长度 对氯离子浓度的响应时间造成的影响。在本实施例中，作为季铵盐的 一例，如图9 (a) 、 (b) 、 (c)所示，使用侧链为甲基的N， N， N-三甲基(10-巯基癸基)氯化铵(N， N, N-Trimethyl( lO-mercaptodecyl ) ammonium chloride)、侧链为乙基的N， N， N-三乙基(IO-巯基癸基) 氯化铵(N， N， N-Triethyl ( 10-mercaptodecyl ) ammonium chloride )、 侧链为丙基的N, N， N-三丙基(10-巯基癸基)氯化铵(N， N， N-Tripropyl (10-mercaptodecyl) ammonium chloride)。在本实施例中，对于作 为配体的季铵盐的侧链的影响，除了只将配体固定化的情况以外，还 将配体和亲水性链烷烃硫醇共存的情况一并示出来进行比较。图中的 TMA、 TEA、 TPA、 11-HUT、 11-AUT分别表示N， N， N-三甲基(IO-巯 基癸基)氯化铵、N，N，N-三乙基(10-巯基癸基)氯化铵、作为丙基的 N，N，N-三丙基(10-巯基癸基)氯化铵、11-羟基-l-十一烷硫醇、
11 -氨基-1 - H"—烷硫醇。
其结果，在只将配体固定的情况、以及配体与亲水性链烷烃硫醇 共存的情况，如果使季铵盐的侧链的碳链变长，则响应时间变得非常 短。在本实施例中，在只将配体固定的情况，当侧链为甲基时，为88 秒；当侧链为乙基时，为14秒；当侧链为丙基时，为6秒。另外，当 侧链为甲基时，如图8(c)所示，配体与具有氨基的链烷烃硫醇共存 的情况与只将配体固定的情况相比，响应时间变快，但如果随着使季 铵盐的侧链变长，其效果就变小；当侧链为丙基时，在只将配体固定 化的情况，其响应时间最短。
这样，通过延长季铵盐的侧链，不需要其他的亲水性链烷烃硫醇， 就可以按单纯的组成固定于金电极上。此时，希望季铵盐衍生物的侧 链烷基的碳数少于连接体的碳数，以便不会妨碍季铵盐在向金电极上 固定化时的自组织化。例如，在本实施例的情况，由于连接体的碳链
长度为10个碳，因此，希望侧链的碳数为IO个以下。应予说明，作
为氯离子用配体的季铵盐衍生物的连接体的碳链，可以根据测定条件 而进行变更，但如果考虑到化学合成法或是合成后的精制法以及向金
电极上的固定化法，则希望碳数为20个以下。
图10示出作为配体的季铵盐衍生物的侧链长度与对氯离子浓度 的电位响应的关系。在本实施例中，作为季铵盐的一例，使用图9(a)、 (b) 、 (c)所示的季铵盐。图10 (a)示出使用侧链为甲基的N，N，N-三甲基(lO-巯基癸基)氯化铵(N，N，N-Trimethyl( 10-mercaptodecyl ) ammonium chloride)的情况；图10( b )示出使用侧链为乙基的N， N， N-三乙基(lO-巯基癸基)氯化铵(N，N，N-Triethyl( 10-mercaptodecyl ) ammonium chloride)的情况；图10( c )示出使用侧链为丙基的N， N， N-三丙基(10-巯基癸基)氯化铵(N，N，N-Tripropyl( 10-mercaptodecyl) ammonium chloride)的情况。对钠离子浓度的电位响应，使用氯化钠 水溶液来进行测定，对在0. 001mM~ lOOOmM浓度范围内的配体固定化 电极表面的电动势进行比较。
图10的横轴是按活度表示的氯离子浓度。纵轴表示根据氯离子而 产生的电动势。如果季铵盐的侧链长度变长，则甚至在低浓度下也会 对氯离子浓度显示电位响应。在本实施例中，当侧链为甲基时，可以 在10~ lOOOmM的浓度范围内维持直线性；当侧链为乙基时，可以在1 ~ lOOOmM的浓度范围内维持直线性；当侧链为丙基时，可以在0. 1 ~ lOOOmM的浓度范围内维持直线性。即，季铵盐的侧链越长，不仅响应 时间变短，而且示出直线性响应的范围(测定范围)变宽。
图11为示出本发明的离子浓度测定装置一例的方块图。本实施例 的测定装置包括测定部1101、信号处理电路1102、以及数据处理装置 1103。测定部1101具备电位差测量装置1104、参比电极1105、用于
供给含有测定物质的试样溶液的试样溶液注入器1106、测定池1107。 在测定池1107内的测定溶液1108中，配置已将作为阴离子用配体的 季铵盐衍生物1109固定化了的金电极1110、参比电极1105。在本实 施例中，由于使用N，N，N-三丙基(10-巯基癸基)氯化铵作为氯离子 用配体，因此，即便使亲水性链烷烃硫醇共存而将其固定化，也可以 获得快的响应速度。应予说明，作为氯离子用配体的季铵盐衍生物的 侧链烷基的碳链，可以根据测定条件进行变更。此时，希望季铵盐衍 生物的侧链烷基的碳数少于连接体的碳数，以便不会妨碍配体在向金 电极上固定化时的自组织化。例如，在本实施例的情况，由于连接体 的碳链长度为10个碳，因此，希望侧链的碳数为10个以下。
权利要求
1、阴离子浓度测定装置，具有用于导入含有测定对象物质的测定溶液的容器、用于与上述容器中的测定溶液接触的离子选择性电极、用于与上述容器中的测定溶液接触的参比电极、用于测定上述离子选择性电极的界面电位的装置；其特征在于，在上述离子选择性电极上固定有季铵盐，上述季铵盐的1个侧链为固定在上述离子选择性电极上的链烷烃硫醇基，其它3个侧链为烷基链。
2、 权利要求1所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，上述 季铵盐的上述其它3个侧链的烷基链的碳数为1以上至20以下。
3、 权利要求1所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，上述 离子选择性电极中，除了上述季铵盐以外，还共存并固定有一个末端具 有亲水性的链烷烃硫醇。
4、 权利要求3所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，与上 述季铵盐共存的上述链烷烃硫醇的末端亲水基团为氨基或者羟基。
5、 权利要求3所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，与上 述季铵盐共存的上述链烷烃硫醇的碳链长度比作为上述季铵盐的一个 侧链的链烷烃硫醇的碳链短。
6、 阴离子浓度测定装置，其特征在于，具有 用于导入含有测定对象物质的测定溶液的容器、 场效应晶体管、与上述场效应晶体管的栅极通过配线连接、并与上述容器中的测定 溶液接触的离子选择性电极、用于与上述容器中的测定溶液接触的参比电极、用于向上述电极和上述参比电极之间施加电压的电源、用于检测上迷场效应晶体管的输出的检测部；在上述离子选择性电极上固定有季铵盐，上述季铵盐的1个侧链为 固定在上述离子选择性电极上的链烷烃硫醇基，其它3个侧链为烷基链。
7、 权利要求6所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，上述 季铵盐的上述其它3个侧链的烷基链的碳数为1以上至20以下。
8、 权利要求7所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，上述 离子选择性电极中，除了上述季铵盐以外，还共存并固定有一个末端具 有亲水性的链烷烃硫醇。
9、 权利要求6所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，与上 述季铵盐共存的上述链烷烃硫醇的末端亲水基团为氨基或者羟基。
10、 权利要求6所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，与上 述季铵盐共存的上述链烷烃硫醇的碳链长度比作为上述季铵盐的一个 侧链的链烷经硫醇的碳链短。
11、 权利要求6所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，由上 述电源施力口交力乾电压。
12、 权利要求6所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，由上 述电源施加lkHz以上频率的交流电压。
13、 权利要求6所述的阴离子浓度测定装置，其特征在于，上述 参比电极与上述场效应晶体管形成于同一基板上。
14、 分析元件，其特征在于，具有电极和固定在上述电极表面上 的季铵盐，上述季铵盐的l个侧链为链烷烃硫醇基，其它3个侧链为烷 基链。
15、 权利要求14所述的分析元件，其特征在于，上述季铵盐的 上述其它3个侧链的烷基链的碳数为1以上至20以下。
16、 权利要求14所述的分析元件，其特征在于，上述电极中， 除了上述季铵盐以外，还共存并固定有一个末端具有亲水性的链烷烃硫醇。
17、 权利要求14所述的分析元件，其特征在于，与上述季铵盐 共存的上述链烷烃硫醇的末端亲水基团为氨基或者羟基。
18、 权利要求14所述的分析元件，其特征在于，与上述季铵盐 共存的上述链烷炫硫醇的碳链长度比作为上述季铵盐的一个侧链的链 烷烃硫醇的碳链短。
19、 权利要求14所述的分析元件，其特征在于，上迷电极与参 比电极形成于同一基板上。
20、 权利要求14所述的分析元件，其特征在于，具有场效应晶体 管，上述场效应晶体管的栅极和上迷电极通过导电性配线连接。
全文摘要
本发明提供用于测定生物体成分中的阴离子、特别是氯离子的离子浓度测定装置，将其中的离子选择性电极的结构和制作法简便化。利用能够形成自组织化膜的绝缘性分子作为连接体，将作为阴离子用配体的季铵盐衍生物(1109)在金电极(1110)表面上固定化，将伴随阴离子的键合而产生的电动势作为金电极表面的界面电位变化，用电位差测量装置(1104)进行测定。为了减轻在测定生物体成分时由于夹杂物在电极表面上的吸附所致的影响，通过使高分子聚合物物理吸附在金电极上来使用。
文档编号G01N27/49GK101393221SQ200810211099
公开日2009年3月25日 申请日期2008年8月20日 优先权日2007年9月19日
发明者三宅雅文, 山下浩太郎, 柴田康久, 石毛悠, 釜堀政男, 长峰邦明 申请人:株式会社日立高新技术