专利名称：可聚合组合物及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含下列组分的组合物(a)至少一种烯烃单体(A)，(b)一种烯烃单体的聚合物，(c)一种指示剂染料，在其基础结构上直接或经由桥基共价键合有一种烯烃可聚合基团，(d)至少一种起码是二烯烃属的交联剂，以及(e)至少一种聚合引发剂；涉及该组合物的聚合物；涉及涂以聚合物的材料；并涉及其应用。
WO88/05533描述一类传感器膜，该膜可以是乙烯基取代的染料指示剂与丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的共聚产物。该共聚产物是在一种光学载体材料例如玻璃纤维上直接形成的。例如把玻璃纤维浸入单体的混合物中，取出玻璃纤维然后使涂层聚合。用丙烯酰胺使玻璃纤维表面预先官能化，以致聚合物同样共价键合在表面上。染料指示剂已在所得的膜上固定化，因此实际上不可能把聚合物-键合染料从中洗掉。所述膜的缺点主要是，其涂层厚度依赖于选定的组合物/其粘度，且不能用原定的方法进行控制，而涂层厚度对响应时间和灵敏度有直接有害的影响。因此只能依赖于所选定单体的稠度碰巧得到适用的膜。
WO93/07483描述一类指示pH值的传感器，其中指示剂染料共价键合在亲水聚合物膜上以便防止染料由于使用而被洗掉。借助随后用一种溶解的染料指示剂对膜进行处理来实现固定化，该染料含有能与聚合物膜官能团起反应的官能团。而且，只有某些预先制备的聚合物才能用来成膜，其机械和物理性能不能有选择地适应预定的应用。制造方法必然涉及产品质量的明显变化(例如染料指示剂的含量)，使在标准装置中的连续生产和应用变得困难或不可能。
Analytica Chimica Acta，276(1993)，347-352中公开的一种电化学传感器，其测量电极上所含的离子-敏感膜是由交联的甲基丙烯酸酯聚合物组成的，该聚合物是在聚乙烯基吡咯烷酮存在下制得的。没有提及光学离子传感器的性能及其测量方法，不需染料指示剂的固定化，所以没有描述。
现已意外发现，含有上述单体(A)的均聚物或共聚物，或不同于(A)的亲水单体(B)以及烯烃取代的染料指示剂的聚合物极好地适于用作光学传感器的膜用于测量离子或气体如氧气或二氧化碳。膜的机械强度极好而且染料指示剂共价键合在聚合物主链上因而不会被测量溶液洗掉，全面保证使用寿命长。该膜显示必需的光学透明度，这是由于稠度意想不到地均匀所致。所需的亲水程度可用原定的方法进行调节结果是，尤其在光学pH检测方面，pH测量范围能够借助亲水单体和聚合物品种、数量的选择而予以预先规定。另一主要优点是价廉而实用的制造方法例如旋转铸造法可用于涂布载体材料，因为可聚合组合物的粘度可以设定并适应加工工艺，方法是选定亲水聚合物的品种与数量。另外，供大量生产、对生态有利的制造方法是可能做到的，因为可使用含水涂液以及可直接在载体材料上进行聚合反应。从而获得高度的产品一致，尤其是在涂层厚度方面即使在涂层很薄的情况下也能做到，以致标准校准通常就足够，传感器替换时另外的校准也是不必要的。而且，制造很薄而同时均匀的涂层是可能做到的。该可聚合组合物有足够的储存稳定性，可象这样送到市场上出售。来自该组合物的聚合产物意想不到地形成一网状结构其中单体(A)的聚合物分子嵌入，当存在时，穿透该网状结构。意想不到的是，不但没有观察到离析现象相反发生了聚合物分子的均匀分布，以致该聚合产物是一种均相材料。
本发明涉及一种包含下列组分的组合物(a)至少一种烯烃单体(A)，(b)至少一种来自至少一种烯烃单体的聚合物，(c)一种指示剂染料，在其基础结构上直接或经由桥基共价键合有一种烯烃可聚合基，(d)至少一种起码是二烯烃的交联剂，以及(e)有效量的一种聚合引发剂。
所需的膜性能可以是多样化的并可在广泛范围内予以规定，方法是选定单体(A)和组分(b)聚合物以及它们的混合物。对于水介质中离子或pH测量的光学检测来说，亲水膜通常是优选的。亲水特性的选定方法是选定亲水单体(A)的品种与数量，必要时与疏水单体的混合，以及它们的用量比，和选定组分(b)聚合物的品种与数量以及它的亲水程度，该亲水特性是由亲水和/或疏水单体的含量决定的。在光学检测介质(可以是液体例如血液)中的气体时，疏水性膜一向是优选的，该膜可用如上所述的方法制得和调节，只是使用疏水单体(A)和组分(b)聚合物。因此为了获得所需的性能可根据需要把亲水和疏水单体及聚合物同别的亲水和/或疏水单体及聚合物混合使用。
“亲水的”可以表示水溶性是至少1％(重量)，优选是至少10％(重量)，特别是至少20％(重量)，更特别是至少40％(重量)以及最特别是至少50％(重量)，各百分数是根据溶液计算的。
组分(b)聚合物可以包含至少一种与(A)相同的单体，至少一种与(A)不同的单体(B)，或一种上述各单体的混合物。在一个优选的形态中组分(b)聚合物主要是单体(A)，特别是单独由单体(A)组成的。
亲水烯烃单体(A)和/或(B)的含量可以是5-95％(重量)，优选是10-90％(重量)，特别是10-80％(重量)，以及更特别是20-70％(重量)，根据组合物计算。上述情况也适用于疏水单体或疏水和亲水单体的混合物。
亲水组分(b)均聚物或共聚物的含量可以是95-5％(重量)，优选是90-10％(重量)，特别是90-20％(重量)，以及更特别是80-30％(重量)，根据组合物计算。上述情况也适用于疏水聚合物或由疏水和亲水单体的混合物组成的聚合物。
指示剂染料的含量可以是0.01-10％(重量)，优选是0.1-5％(重量)以及特别是0.5-3％(重量)。
聚合引发剂的含量可以是0.1-20％(重量)，优选是0.5-10％(重量)以及特别是1-8％(重量)。
按照本发明的组合物所含交联剂的含量例如是0.1-30％(重量)，优选是0.5-20％(重量)，特别是0.5-10％(重量)以及更特别是0.5-5％(重量)。
重量百分数的数值总数无例外地为100％(重量)。
单体(A)或(B)优选选自由至少一种亲水基取代的烯烃。亲水基特别选自例如吡咯烷酮基、氨基、伯氨基、仲氨基、对应的铵以及羟基，上述各基直接或经由桥基键合在烯烃基上。桥基可以是-C(O)-、-C(O)-O-亚烷基-、-C(O)-NH-亚烷基-、-C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-、-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-或-O-亚烷基-。酸性亲水基，例如-C(O)OH，也可以盐的状态存在，例如为碱金属或碱土金属盐的状态。
亲水单体(A)或(B)可对应于例如式IR1R2C＝CR3-Z(I)式中R1、R2和R3相互独立地是氢或疏水取代基，以及Z是亲水基。
疏水取代基可以是例如C1-C12烷基，优选是C1-C6烷基，C1-C12烷氧基，优选是C1-C6烷氧基，C1-C12卤烷基，优选是C1-C6卤烷基，苯基，卤苯基例如氯苯基，C1-C4烷苯基，C1-C4烷氧苯基，总碳原子数为2-20的羧酸酯基，-CN，F或Cl。
在一个优选的形态中，式I中的R1和R2是氢，R3是氢或甲基。
亲水基可以是例如-OH，-O-(C2-C12亚烷基)-OH，优选是-O-(C2-C6亚烷基)-OH，-C(O)-NH2，-C(O)-NH-(C2-C12亚烷基)-OH，优选是-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基)-OH，-C(O)-N-(C2-C12亚烷基)2-OH，优选是-C(O)-N-(C2-C6亚烷基)2-OH，-C (O)-NH-C1-C12烷基，优选是-C(O)-NH-C1-C6烷基，-C(O)-N-(C1-C12烷基)2，优选是-C(O)-N-(C1-C6烷基)2，吡咯烷酮基，-C(O)-NH-C1-C12亚烷基-NH2，优选是-C(O)-NH-C1-C6亚烷基-NH2，-C(O)-NH-C1-C12亚烷基-NH-C1-C6烷基，优选是-C(O)-NH-C2-C6亚烷基-NH-C1-C4烷基，-C(O)-NH-C1-C12亚烷基-N-(C1-C6烷基)2，优选是-C(O)-NH-C2-C6亚烷基-N-(C1-C4烷基)2，-C(O)-O-(C2-C12亚烷基)-OH，优选是-C(O)-O-(C2-C6亚烷基)-OH，或-C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-OH或者-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-OH，它所含的相同或不同的亚烷基-O-基优选是出现1-6次，特别是1-4次，亚烷基优选是亚乙基，1，2-或1，3-亚丙基或1，4-亚丁基。
这类单体(A)的一些例子是乙烯醇、羟基-C2-C6烷基乙烯基醚、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰甲胺、甲基丙烯酰甲胺、丙烯酰乙胺、甲基丙烯酰乙胺、丙烯酰正或异丙胺、甲基丙烯酰正或异丙胺，丙烯酰正、异或叔丁胺、甲基丙烯酰正、异或叔丁胺、丙烯酰二甲胺、甲基丙烯酰二甲胺、丙烯酰二乙胺、甲基丙烯酰二乙胺、丙烯酰二正或二异丙胺、甲基丙烯酰二正或二异丙胺，丙烯酰二正、二异或二叔丁胺、甲基丙烯酰二正、二异或二叔丁胺、吡咯烷酮、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，2-丙酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，3-丙酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，2-丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，3-丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，4-丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，2-戊酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，3-戊酯，丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，4-戊酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，5-戊酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，2-己酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，3-己酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，4-己酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟-1，5-己酯、丙烯酰和甲基丙烯酰羟乙胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，2-丙胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，3-丙胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，2-丁胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，3-丁胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，4-丁胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，2-戊胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，3-戊胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟1，4-戊胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，5-戊胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，2-己胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，3-己胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，4-己胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，5-己胺、丙烯酰和甲基丙烯酰羟-1，6-己胺、羟基聚氧亚烷基乙烯基醚、羟基聚氧亚烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
组分(b)聚合物优选包含至少一种组分(a)的相同单体(A)或一种不同于单体(A)的单体(B)，或那些单体的混合物。就共聚物来说，聚合物包含不同的单体(A)，或者单体(A)和单体(B)。均聚物由单体(A)或者由单体(B)组成。在本发明的组合物一个优选的形态中组分(b)聚合物由单体(A)组成，该(A)选自单体(A)的同一个组而又是相同或不同的，该组例如是，丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺、乙烯醇和/或羟烷基乙烯基醚、吡咯烷酮和苯乙烯。在本发明组合物的一个特别优选的形态中组分(b)聚合物由与用作单体(A)的单体相同的单体(A)构成。
一些特别优选的亲水单体和聚合物的组合是乙烯基吡咯烷酮/吡咯烷酮、丙烯酰胺/聚丙烯酰胺、丙烯酰胺/聚甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺/聚丙烯酰胺、丙烯酰乙胺/聚丙烯酰乙胺、丙烯酰丙胺/聚丙烯酰丙胺、丙烯酰叔丁胺/聚丙烯酰叔丁胺、丙烯酰叔丁胺/聚丙烯酰胺、丙烯酰叔丁胺/聚甲基丙烯酰胺、羟烷基乙烯基醚/聚羟烷基乙烯基醚、甲基丙烯酸羟乙酯/聚甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯/聚丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟正丙酯/聚甲基丙烯酸羟正丙酯、甲基丙烯酸羟异丙酯/聚甲基丙烯酸羟异丙酯、甲基丙烯酸羟正丁酯/聚甲基丙烯酸羟正丁酯、甲基丙烯酸羟正戊酯/聚甲基丙烯酸羟正戊酯、甲基丙烯酸羟正己酯/聚甲基丙烯酸羟正己酯。
疏水单体(A)或(B)可对应于例如式IIIR6R7C＝CR8-Y(III)式中R6、R7和R8相互独立地是氢或疏水取代基，以及Y是疏水基。
疏水取代基可以是例如C1-C12烷基，优选是C1-C6烷基，C1-C12烷氧基，优选是C1-C6烷氧基，C1-C12卤烷基，优选是C1-C6卤烷基，苯基，卤苯基例如氯苯基，C1-C4烷苯基，C1-C4烷氧苯基，总碳原子数为2-20的羧酸酯基，-CN，F或Cl。
疏水基Y可以是如上关于R6-R8所述的基团。优选的Y基是C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、苯基、氯苯基、C1-C4烷基苯基、C1-C4烷氧基苯基，碳原子总数为2-10的羧酸酯基、-CN和Cl。
在一个优选的形态中，式III中的R6和R7是氢，R8是氢或甲基。
一些优选的疏水单体和聚合物的组合是苯乙烯/聚苯乙烯、丙烯酸甲酯/聚丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯/聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯基乙基醚/聚乙烯基乙基醚，丙烯腈/聚丙烯腈以及丙烯腈/聚苯乙烯。
组分(b)聚合物的平均分子量可以是1,000-1,000,000道尔顿，优选是10,000-500,000道尔顿，根据凝胶渗透法用已知分子量的标准聚合物进行测定。
指示剂染料优选是一种荧光团，用于检测辐射例如荧光辐射的变化。
指示剂染料可以是一种式II的染料R4HC＝CR5-(X)q-dye(II)式中R4是甲基，R5是氢，或者R5是甲基，R4是氢，q是0或1，X是桥基，以及dye是染料指示剂的一价基。
在一个优选的形态中，R4是氢，R5是氢或甲基。
在另一个优选的形态中，q是1。
桥基X可以是例如-O-、-NH-、-NH-C1-C4烷基-、-C(O)-O-、-C(O)-NH-、C(O)-NH-C1-C4烷基-、-NH-(CO)-O-、-O-C(O)-NH-、 -C(O)-O-C2-C12亚烷基-O-C(O)-、-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-O-C(O)-、-C(O)-O-C2-C12亚烷基-NH-C(O)-、-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-NH-C(O)-、-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-C(O)-NH-、-NH-C(O)-O-C2-C12亚烷基-O-C(O)-、C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-、-C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-NH-、-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-NH-、或-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-CH2-C(O)-NH-。
优选的桥基是-C(O)-NH-、-C(O)-O-(CH2CH2-O)1-6-、-C(O)-NH-(CH2CH2-O)1-6-CH2C(O)-NH-、-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-6-C2-C6亚烷基-NH-以及-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-C(O)-NH-。
染料指示剂可以是一种在试样作用下改变其吸收或发射从而产生可测量信号的染料指示剂。特别优选的是荧光染料(荧光团)，例如呫吨和苯并呫吨(如荧光素、卤化荧光素、半萘并荧光素、半萘并若丹荧光素(Seminaphtho-rhodafluores)、2，3-苯并荧光素、3，4-苯并荧光素、苯若丹明的异构物及取代衍生物、苯并色原(benzchromogene)的异构物及取代衍生物)；吖啶(如吖啶、9-氨基-6-氯吖啶)、吖啶酮(如7-羟基吖啶酮、7-羟基苯并吖啶酮)；芘(如8-羟基芘-1，3，6-三磺酸)；香豆素(如7-羟基香豆素、4-氯甲基-7-羟基香豆素)；结合花青染料和金属络合物，如铂卟啉。经烯烃官能化以键合在聚合物上的荧光染料。
特别优选的荧光团是3-或4-丙烯酰氨基荧光素和3-或4-甲基丙烯酰氨基荧光素。
各种各样的用于传感器的吸收染料是已知的。实例有甲基紫、结晶紫、孔雀绿草酸盐、甲基绿、喹哪啶红、4-苯偶氮基二苯胺、百里酚蓝(百里酚磺酞)、甲酚红紫、酸性四号橙、苯并红紫4B、N，N-二甲基-P-(m-甲苯偶氮基)胺、溴酚蓝、刚果红、甲基橙、溴甲酚绿、刃天青、4-苯偶氮基-1-萘胺、乙基红、间苯二酚蓝、茜素红S、溴甲酚紫、氯酚红、茜素、溴百里酚蓝、亮黄、酚红、中性红、甲酚红、甲酚红紫、百里酚蓝、O-甲酚酞、P-萘酚苯、酚酞、百里酚酞、茜素黄R、姜黄、茜素。吸收染料须经烯烃官能化以便键合在聚合物上。
适于键合在烯烃基(直接或经由桥基)碳原子上的官能团是，例如-OH、-NH2、-NH-C1-C4烷基、-C(O)OH、-C(O)Cl、-SO2Cl、-C(O)-NH2、-C(O)-NH-CH2CH2OH、-C(O)-O-CH2CH2OH、-C(O)-NH-CH2CH2-NH2、-C(O)-O-CH2CH2-NH2、-NH-C(O)-CH2OH、-CH2I、-CH2Br、-CH2Cl、-NCS、-NCO、-N3以及琥珀酰酯。乙烯基或甲基乙烯基适合于直接键合。指示剂染料也可以直接或经由桥基键合在未取代或取代顺丁烯二酰亚胺基的氮原子上。
适用的交联剂是例如，丙烯酸或甲基丙烯酸酯或多元醇(优选是二醇到四醇)的酰胺或多胺(优选是二胺到四胺)。脂族和环脂族二醇和二胺是优选的。这类交联剂是已知的，多数在文献中有所描述。多元醇的一些例子是亚烷基二醇诸如乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、二甘醇、聚亚烷基二醇，优选是C2-C6亚烷基二醇的聚亚烷基二醇，特别有3-100个亚烷基二醇单元，例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇以及聚乙-丙二醇、1，1，1-三羟甲基-乙烷或-丙烷，季戊四醇以及二季戊四醇。多胺的一些例子是乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺、二亚乙基三胺和三亚乙基四胺。其它已知的交联剂是例如，二乙烯基苯和双(二甲基顺丁二酰亚胺基)亚烷基，例如亚甲基-或1，2-亚乙基-双(二甲基顺丁二酰亚胺基)。
一些例子是N，N’-亚甲基-双丙烯酰胺、N，N’-亚乙基-双丙烯酰胺、N，N’-亚丙基-双丙烯酰胺、双甲基丙烯酸乙二醇酯、双甲基丙烯酸丙二醇酯、双甲基丙烯酸丁二醇酯、双甲基丙烯酸己二醇酯、以及双甲基丙烯酸聚乙二醇酯，其中聚乙二醇的平均分子量为200-3,000。
本发明的组合物包含的聚合引发剂既可借助加热也可借助辐射作用进行活化。热引发剂的例子是自由基形成剂，例如有机偶氮化合物、过氧化合物和过二硫酸盐。一些例子是，α，α’-偶氮-二异丁腈或过二硫酸铵。可借助辐射，如UV射线，活化的光引发剂的例子例如苯并苯酮、呫吨酮、噻吨酮、α-仲氨基苯乙酮以及α-羟基苯乙酮，该引发剂必要时可连同敏化剂一起使用。
本发明组合物的各组分是已知的，能够按照已知或类似的方法进行制备。官能化的指示剂染料是已知的，或能够按照已知或类似的方法用形成桥基的试剂进行制备和衍生。氨基荧光素丙烯酰胺是市场上买得到的。T.Werner等人在Journal of Fluorescence，Vol.2，No.2，pp.93-98(1992)中描述了用羧烷基使若丹明转变成其衍生物可作为一个例子。如有必要，羧基可按已知方法(酰胺、胺等)进行官能衍生。本发明的组合物可包含添加剂以改进加工性能，如流动改进剂、增粘剂或降粘剂以及溶剂。
但通常有利的是添加一种溶剂或稀释剂或者溶剂的混合物。极性溶剂和必要时的质子溶剂是优选的。这类溶剂和稀释剂的例子可以是水，酯诸如乙酸乙酯，醚诸如乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、叔丁基甲基醚、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇二甲醚、二甲氧基-二乙醚、四氢呋喃或二噁烷，酮诸如丙酮、甲基乙基酮或甲基异丁基酮，醇诸如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇或丙三醇，酰胺诸如N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或六甲基磷酰三胺，腈诸如乙腈或丙腈，以及亚砜诸如二甲亚砜。优选的溶剂是水，链烷醇以及N-二烷基化羧酰胺。
本发明的组合物极好地适用于载体材料的涂布，特别是那些可以是透明的载体，按照通常的表面涂布法，在涂布后以及在需要的场合除去一起使用的溶剂后使涂层以本身已知的方法进行聚合。有涂层的材料特别适合于制造传感器。本发明的组合物极优异地适合于制造光学传感器的膜。
本发明还涉及涂布载体材料的方法，其中本发明的组合物被涂布在载体材料的至少一个表面上，在需要的场合除去溶剂和使涂层聚合。
为了改进粘附强度载体材料可预先用粘附促进剂加以处理。为达到同一目的也可进行载体材料的等离子处理以便在表面上产生官能团。也可在表面上提供可共聚基团以便获得极高的粘附强度。已知的玻璃用粘附促进剂是，例如三乙氧基缩水甘油氧基硅烷、3-叠氮丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。这样处理的表面可进一步改性，例如用O-(N-顺丁二酰亚胺基)-6-(4’-叠氮-2’-硝基苯氨基)己酸酯改性。业已证明特别有利的是，用烯属不饱和羧酸酯硅烷来处理表面，例如用甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯，因为在聚合过程中涂层能以共价键固定在表面上。已知的涂布方法分别是，例如展涂、浸没、刀涂、喷涂、流延、帘幕流延、或者特别是旋转流延或旋转涂布。特别有利的是，涂布本身可用水溶液来实现而且此时也能用旋转流延法。
本发明还涉及载体材料，其中本发明组合物已被涂布在该材料的至少一个表面上形成涂层。
本发明还涉及载体材料，其中本发明组合物已被涂布在该材料的至少一个表面上形成聚合物涂层。该涂层是光学透明的因此特别适用于光学检测法。
本发明还涉及光学传感器，其中本发明组合物的聚合物涂层已被涂布在该材料的至少一个表面上。在本发明的这一形态中，亲水聚合物涂层中优选没有用于pH检测的质子-敏感荧光团存在。
本发明还涉及供本发明的离子和气体(例如血液中的O2或CO2)光学测定传感器的应用。在本发明的这一形态中，亲水聚合物涂层中优选没有用于pH检测的质子-敏感荧光团存在。
本发明还涉及一种来自本发明组合物的聚合物，优选呈无载体薄膜的形态，该薄膜可直接用作光学传感器。例如可通过从载体材料剥离涂层或通过模具中聚合的方法获得该聚合物。
载体材料的几何形状可在很大程度上变化；例如，它可以呈纤维形、圆柱形、球形、立方形。贯流系统也是可能做到的，其中可进行连续测量或顺序测量。平面型传感器是优选的。载体材料优选是透明的。它可以是，例如无机玻璃或透明的塑料诸如聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、或者聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。在另一个优选的形态中光学传感器的载体材料是透明的且优选由玻璃或透明聚合物组成。
平面型传感器可具有任何预定的外形，例如它可以是正方形的、长方形的或圆柱形的。其表面积可以是0.01-约50cm2，有利的是0.02-10cm2。传感器的测量范围可具有例如小于5mm2，优选是小于或等于2mm2面积。测量范围可与传感器的全部有涂层表面相等。有利的是可用在两面形成只是局部分离的涂层。
聚合物涂层(b)的厚度可以是，例如0.01-50μm，优选是0.1-25μm，特别是0.1-10μm。
上述本发明的各个形态从属于如关于本发明组合物所指出的相同的选择。
本发明组合物的聚合反应可用热引发剂在高温下，例如40-200℃，优选是50-150℃进行。光聚合反应可在室温下进行。那样的话前面所述温度的升高可用来加速反应。该聚合物也可通过等离子聚合的方法来制备。
为测定阳离子和阴离子，通常还加入离子载体，该载体在与分析溶液接触时通过与指示剂染料的相互作用产生一个为可测量信号的形式的吸收或发射的变化，从而提供光学测定。通常在这类系统中，还使用盐诸如硼酸四苯酯以及必要时的缓冲剂。如果指示剂染料是质子-敏感性的，该敏感度可直接用于测定pH值，或用于pH-改变反应中间接测定离子(阴离子或金属阳离子)。例如，T.Werner等人在Journal ofFluorescence，Vol.2，No.2，pp.93-98(1992)中描述了钾的测定，钾的测定可按类似于所描述的方法进行。对测量溶液的离子浓度有不同相关性的两个传感器用来测定pH，在DE-A-3430935中有所描述。可用本发明的传感器类似地进行pH测定。用于测量的辐射可选自UV区经由可见区到近红外区(NIR区)，这一选择实际上取决于染料指示剂的种类。
按照本发明制备的亲水聚合物膜，如果膜中存在着质子-敏感荧光团时，特别适用于生理领域电解质水溶液(如血液或血浆)中pH值的光学检测。
借助于两个不同的传感器依照荧光法对含水试样(电解质溶液)的pH值和离子浓度进行独立、可逆的光学测定的方法如下例如使两个光学传感器与一种含水试样接触并用激发光照射，测量其荧光，从测得的荧光强度参照校准曲线计算出pH值和离子强度。上述两个光学传感器各由不同结构的聚合物组成只是各含相同的荧光染料，并由本发明的有涂层的材料组成。
更详细说，可进行一种程序其中用已知离子浓度和已知pH的试样校准以后，测量与未知组合物的电解质溶液接触时的荧光强度，通过计算确定离子浓度和pH两者对实测荧光强度的不同分担额。由校准所得的测量数据通过计算进行评估，例如使用模式识别算法。然后用该计算方法从所得的测量数据来确定pH和离子强度。预先校准和直接校准两者皆可进行。
使传感器与校准溶液或与试样接触。方法是用手(如用移液管)或用一个合适的自动贯流系统，传感器稳固安装在一个流动槽中。这种贯流式槽对本领域的技术人员来说是已知的，能够使之完全适应于特定用途。
作为激发荧光的光源，可以使用UV灯(如汞汽灯、卤灯)、激光器、二极管激光器、以及发光二极管。使用滤光器滤出荧光染料在该处有最大吸收的波长的光会是有利的。传感器发出的荧光经过例如透镜系统的聚集，然后导向一检测器例如次级电子倍增器或光电二极管。透镜系统可以这样设置以便测量那些通过透明载体的、越过载体棱边的或通过分析试样的荧光辐射。有利的是辐射按本身已知的方法经由分色镜进行导向。传感器的荧光优选当与校准或试样溶液接触的时候进行测量。
测量法程序的例子在各实施例中有所描述。
下列各实施例具体说明本发明。
A)制备实施例实施例A1-A9有涂层载体(传感器)的制备实施例A1玻璃基材(18mm直径的板)先用30％氢氧化钠溶液清洁，再于65％硝酸中活化。然后用甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯使活化板硅烷化。向4ml储备溶液中添加150μl甲基丙烯酸羟乙酯、5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺、2mg 4-丙烯酰氨基荧光素以及20mg过氧二硫酸铵。上述储备溶液的成分是每60ml二甲基甲酰胺中溶有4g聚甲基丙烯酸羟乙酯。用移液管把50μl最后所得到的混合物转移到一块位于旋转涂布机头处的基材板上，该板以每分钟5000转的转速旋转30秒钟。为了聚合，然后将有涂层的板在烘箱中于64°下保持2-3小时。获得了聚合物涂层厚度约1μm的透明基材。该聚合物涂层具有良好的机械稳定性。
实施例A2玻璃基材(18mm直径的板)先用30％氢氧化钠溶液清洁，再于65％硝酸中活化。然后用甲基丙烯酸3-三甲氧基甲硅烷基丙酯使活化板硅烷化。向4ml储备液中添加150μl甲基丙烯酸羟乙酯、5mg N，N-亚甲基双丙烯酰胺、2mg 4-丙烯酰氨基荧光素以及10mg Irgacure651(光引发剂，Ciba-Geigy AG)。上述储备溶液的成分是每60ml二甲基甲酰胺中溶有4g聚甲基丙烯酸羟乙酯。用移液管把50μl最后所得到的混合物转移到一块位于旋转涂布机头处的基材板上，该板以每分钟5000转的转速旋转30秒钟。为了聚合，用UV光线(365nm，1300μW/cm2)在室温下照射有涂层的板10-20分钟。获得了聚合物涂层厚度约1μm的透明基材。该聚合物涂层具有良好的机械稳定性。
实施例A3-A7以类似于实施例A1和A2中所述的方法，可以制备出列于表1的其它膜。
表1聚合物1mg 溶剂 单体2μl 染料3交联剂4引发剂mg mgmgPVP 600 DMF VP300 410 405PVP 600 DMF VP300 410 206PAA 800 H2OAA150 25205PHEMA270 DMF HEMA 150 25205PHEMA270 DMF HEMA 150 25106PHPMA1600 DMF HPMA 300 410PHBA 670 DMF HBA 300 410 4051PVP聚乙烯基吡咯烷酮、PAA聚丙烯酰胺、pHEMA聚甲基丙烯酸羟乙酯、pHPMA聚甲基丙烯酸羟丙酯、pHBA聚丙烯酸羟丁酯、
2Vp乙烯基吡咯烷酮、AA丙烯酰胺、HEMA甲基丙烯酸羟乙酯、HPMA甲基丙烯酸羟丙酯、HBA丙烯酸羟丁酯34-丙烯酰氨基荧光素4N，N-亚甲基双丙烯酰胺5过氧二硫酸铵6Irgacure651sol＝溶剂DMF＝二甲基甲酰胺B)应用实施例实施例B1-B8两个传感器一个接一个地安装在两个流动槽中。用泵来计量校准溶液或试样溶液并输送通过各槽。这套测量装置是恒温控制的。卤灯的光线(白光，激发波长为480nm)穿过激发滤光器，反射在分色镜上并用透镜使之聚焦在平面型传感器上。用同一透镜系统聚集传感器发出的荧光(520nm)并用分色镜通过发射滤光器将其导向光电二极管。当校准或试样溶液起作用时记录传感器的荧光。用偏微分最小二乘方模式识别算法整理由校准所得的测量数据；然后计算方法能从来自试样的测量数据确定pH和离子强度。
下表给出不同的膜组合物对埋置荧光染料性能的影响。因为离子强度的变化既改变染料的PKa又改变测量溶液的pH，而后者又影响染料的最高荧光强度，为了用所述传感器装置测量pH，染料的pKa和校准缓冲溶液的pH两者的离子强度相关性必须是已知的，表2示出荧光染料，其中pKa、以及pKa和pH对不同的传感器膜组合物的离子强度相关性的一些例子。下表中具有不同离子强度相关性的各传感器可被选用于pH测定。
表2聚合物1染料2pKa3离子强度相关性4缓冲曲线相关性5PVP A 6.3 0.020.02PAA A 6.4 0.130.10PHEMAA 7.0 0.280.25PHBA A 7.3 0.050.10PVP B 6.6 0.020.02PAA B 6.7 0.160.10PHEMAB 7.3 0.300.20PHPMAB 7.4 0.130.101缩写词见表12A4-丙烯酰氨基荧光素、B4-丙烯酰氨基-4’，5’-二甲基荧光素3在0.1M离子强度下4在0.1M和0.3M离子强度的缓冲溶液中，校准曲线之间的pKa位移。
5在0.1M和0.3M离子强度的缓冲溶液中，校准曲线之间的pH位移。
权利要求
1.一种组合物包含(a)至少一种烯烃单体(A)，(b)至少一种烯烃单体的至少一种聚合物，(c)一种指示剂染料，在其基础结构上直接或经由桥基共价键合一种烯烃可聚合基，(d)至少一种起码是二烯烃属的交联剂，以及(e)有效量的一种聚合引发剂。
2.按照权利要求1的组合物，其中单体和聚合物是亲水的，其在水中的溶解度为至少1％(重量)。
3.按照权利要求1的组合物，其中组分(b)聚合物包含至少一种与(A)相同的单体，至少一种与(A)不同的单体(B)，或这些单体的混合物。
4.按照权利要求3的组合物，其中组分(b)聚合物主要或完全由单体(A)构成。
5.按照权利要求3的组合物，其中烯烃单体(A)和/或(B)的含量，按组合物计算，是5-95％(重量)。
6.按照权利要求1的组合物，其中组分(b)聚合物的含量，按组合物计算，是95-5％(重量)。
7.按照权利要求1的组合物，其中指示剂染料的含量是0.01-10％(重量)。
8.按照权利要求1的组合物，其中聚合引发剂的含量是0.1-20％(重量)。
9.按照权利要求1的组合物，其中交联剂的含量是0.1-30％(重量)。
10.按照权利要求3的组合物，其中单体(A)或(B)选自至少被一个亲水基取代的烯烃。
11.按照权利要求10的组合物，其中亲水基选自吡咯烷酮基、氨基、伯氨基、仲氨基、铵基团以及羟基，上述各基直接或经由桥基键合在烯烃基上。
12.按照权利要求11的组合物，其中桥基是-C(O)-、-C (O)-O-亚烷基-、-C(O)-NH-亚烷基-、-C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-、-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-或-O-亚烷基-。
13.按照权利要求10的组合物，其中单体(A)或(B)相应于式IR1R2C＝CR3-Z(I)式中R1、R2和R3相互独立地是氢或疏水取代基，以及Z是亲水基。
14.按照权利要求13的组合物，其中疏水取代基选自C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤烷基、苯基、卤苯基、C1-C4烷苯基、C1-C4烷氧苯基、总碳原子数为2-20的羧酸酯基、-CN、F和Cl。
15.按照权利要求13的组合物，其中式I中的R1和R2是氢，R3是氢或甲基。
16.按照权利要求13的组合物，其中亲水基是-OH、-O-(C2-C12亚烷基)-OH、-C(O)-NH2、-C(O)-NH-(C2-C12亚烷基)-OH、-C(O)-N-(C2-C12亚烷基)2-OH、-C(O)-NH-C1-C12烷基、-C(O)-N-(C1-C12烷基)2、吡咯烷酮基、-C(O)-NH-C1-C12亚烷基-NH2、-C(O)-NH-C1-C12亚烷基-NH-C1-C6烷基、-C(O)-NH-C1-C12亚烷基-N-(C1-C6烷基)2、-C(O)-O-(C2-C12亚烷基)-OH、或-C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-OH或-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-OH，它含有相同或不同的亚烷基-O-基。
17.按照权利要求1的组合物，其中组分(b)聚合物是由与用作单体(A)相同的单体(A)组成的。
18.按照权利要求1的组合物，其中组分(b)聚合物的平均分子量是1,000-1,000,000。
19.按照权利要求1的组合物，其中指示剂染料是一种式II的染料R4HC＝CR5-(X)q-dye(II)式中R4是甲基，R5是氢，或者R5是甲基，R4是氢，q是0或1，X是桥基，以及dye是染料指示剂的一价基。
20.按照权利要求19的组合物，其中R4是氢，R5是氢或甲基。
21.按照权利要求19的组合物，其中q是1。
22.按照权利要求19的组合物，其中桥基X是-O-、-NH、-NH-C1-C4烷基-、-C(O)-O-、-C(O)-NH-、-C(O)-NH-C1-C4烷基-、-NH-(CO)-O-、-O-C(O)-NH-、-C(O)-O-C2-C12亚烷基-O-C(O)-、-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-O-C(O)-、-C(O)-O-C2-C12亚烷基-NH-C(O)-、-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-NH-C(O)-、-C(O)-NH-C2-C12亚烷基-C(O)-NH-、-NH-C(O)-O-C2-C12亚烷基-O-C(O)-、-C(O)-O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-、-C(O)- O-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-NH-、-C(O)-NH-(C2-C6亚烷基-O)1-12-C2-C6亚烷基-NH-、或-C(O)-NH(C2-C6亚烷基-O)1-12-CH2-C(O)-NH-。
23.按照权利要求1的组合物，其中交联剂选自多元醇及多胺的丙烯酸和甲基丙烯酸酯和酰胺，二乙烯基苯和双(二甲基顺丁二酰亚胺基)亚烷基。
24.按照权利要求1的组合物，其中聚合引发剂是一种有机偶氮化合物、过氧化合物、过氧化二硫酸盐或可借助辐射活化的光引发剂。
25.按照权利要求1的组合物，它包含一种溶剂。
26.按照权利要求3的组合物，其中疏水单体(A)或(B)对应于式IR6R7C＝CR8-Y(III)式中R6、R7和R8相互独立地是氢或疏水取代基，以及Y是疏水基。
27.按照权利要求26的组合物，其中疏水取代基选自C1-C12烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12卤烷基、苯基、卤苯基、C1-C4烷苯基、C1-C4烷氧苯基、总碳原子数为2-20的羧酸酯基、-CN、F和Cl。
28.按照权利要求26的组合物，其中式III中的R1和R2是氢，R3是氢或甲基。
29.按照权利要求26的组合物，其中式III中的Y是C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、苯基、氯苯基、C1-C4烷苯基，C1-C4烷氧苯基、总碳原子数为2-10的羧酸酯基、-CN或-Cl。
30.一种载体材料其中按照权利要求1的组合物涂层已被涂布在至少一个表面上。
31.一种载体材料其中按照权利要求1组合物的聚合物涂层已被涂布在至少一个表面上。
32.按照权利要求31的载体材料，该材料是平面型的。
33.按照权利要求31的载体材料，该材料是透明的。
34.按照权利要求31的载体材料，该材料由玻璃或透明的聚合物组成。
35.按照权利要求31的载体材料，其中聚合物涂层的厚度是0.01-50μm。
36.一种光学传感器其中按照权利要求1组合物的聚合物涂层已被涂布在至少一个表面上。
37.按照权利要求36的传感器光学测定离子或气体的应用。
38.按照权利要求1组合物中的聚合物，优选为一种无载体薄膜状态。
全文摘要
一种组合物包含(a)至少一种烯烃单体(A)，(b)至少一种烯烃单体的至少一种聚合物，(c)一种指示剂染料，在其基础结构上直接或经由桥基共价键合一种烯烃可聚合基，(d)至少一种起码是二烯烃属的交联剂，以及(e)有效量的一种聚合引发剂。本组合物的聚合物适于用作光学传感器的膜以检测离子和气体。
文档编号C07D311/90GK1147267SQ95192883
公开日1997年4月9日 申请日期1995年4月27日 优先权日1994年5月2日
发明者S·巴纳德, M·洛依利 申请人:希巴-盖吉股份公司