专利名称：用于临床应用的锂离子选择电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液体样品特别是临床样品中锂离子浓度的电势测定的锂离子选择电极。
已知有多种技术和方法用于液体试验培养基中锂的定量测定和测量，但是，在过去，对于多数方法来说，它们仅局限于火焰光谱法(flamephotometry)。尽管它相对简单，但是，火焰光谱法由于对背景干扰高度敏感，因而它是一种令人生厌的方法。而且，在此方法中采用的可燃性气体存在着安全问题。
电势测定临床样品中锂离子浓度可以避免诸多这类问题。通常地，用于电势测定锂离子的装置包括一个参比电极和一个锂离子选择电极(Li-ISE)。当所述电极同时浸入到一种样品溶液中时，在它们之间形成电势。该电势与所述锂离子活度的对数成正比。所述电势与溶液中离子活度的对数关系，可采用公知的能斯特方程式表示。所述电势可通过采用一种电势测量装置如电位计来测定。
目前可购得的Li-ISE典型地包括一个由一种锂离子选择性载体(锂离子载体)形成的锂离子选择膜、一个活化剂、一个成膜聚合物树脂、和一种增塑剂。所述离子载体必须能够连续地与所述锂离子络合、输送所述络合离子流过所述膜、并优先于所述样品溶液中存在的其它阳离子释放出所述离子。这类离子载体的实例包括冠醚如14-冠-4-衍生物和15-冠-4-衍生物(J.Am.Chem.Soc.，106(1984)，p.6978)；氨基醚(amide ether)(Anal.Chem.，58(1986)，p.1948)；聚丙氧基化物加合物(Analyst，110 (1985)，p.1381)；N，N′-二庚基-N，N′-5，5-四甲基-3，7-二噁壬烷二酰胺(dioxsanonane diamide)(Helv.Chim.Acta，69(1986)，p.1821和J.Chem.Soc.Perkin Trans.，11，(1986)，p.1945)、1，10-邻二氮杂菲的衍生物(US 4,861,455)等。
US4214968、US4504368、US4770759描述了采用冠醚作为离子载体的Li-ISE。但是，许多冠醚对于锂离子不具有充分的选择性。例如，1，5，9，13-四甲基-1，5，9，13-四壬基四氟-16-冠-4-醚和二环已基-12-冠-4-醚，当用作锂的离子载体时，表现出不良的电极漂移和差的离子选择性(US4504368)。因此，选择离子载体和其浓度、并优化所述Li-ISE膜中其它添加剂的数量，对于所述电极的最佳性能是非常重要的(Anal.Chem.Acta，(1984)，156，p.1)。
常规的Li-ISE存在明显的局限性，包括短的寿命和差的再现性。常规的Li-ISE失去了它们的灵敏性和可靠性，即使是对于最细心地进行的调节程序，并开始表现出非能斯特响应和显著的随机漂移。目前可购得的Li-ISE的其它主要缺点是它们的有限的专一性(Anal.Chem.(1991)，63，p.22850)。考虑到在病人的血清和血浆样品中通常存在有130-150mmol/l的钠，它体现为一个很重要的问题。存在于生物样品中的蛋白质，也会妨碍常规Li-ISE膜的性能。
因此，常规的Li-ISE不能提供对于锂离子具有高度选择性和灵敏性、精确且耐用的离子选择性组合物和电极。
发明概述本发明的一个目的是提供一种新型的Li-ISE膜，它对于锂离子具有高度选择性和专一性、良好的测量精度和很长的寿命。本发明的又一个目的是提供一种Li-ISE，它在经过与生物样品的长期接触之后和竞争组分如钠存在下，仍能保持灵敏性、精确性、能斯特线性和再现性。
这些目的和其它目的是在本发明的锂离子选择性膜中实现的，它包括至少约2wt％的6，6-二苄基-1，4，8，11-四氧杂环十四烷离子载体和约0.05-1wt％的四(4-氯苯基)硼酸钾添加剂。所述膜组合物还包括一种增塑剂和一种聚合物材料。
已经发现本发明所述Li-ISE，具有许多优点。如在下文中将要详细说明的，这些优点包括可存在于所述样品中钠和蛋白质对测量的可忽略的影响(即使是在暴露于多达20000个病人样品之后)、快速的响应、和在低锂浓度时信号的能斯特线性。本发明所述Li-ISE具有很长的寿命。
本发明系统的所述Li-ISE能够很好地应用于所有的分析系统，它依赖于液体中锂离子的电势测定。这类系统的实例包括(但不限于这些)SYNCHRON EL-ISE、SYNCHRON CX、和SYNCHRON LX20临床系统，它们是由Beckman Coulter，Inc.(CA)生产的。
本发明限定在所附权利要求书的最详尽范围之内，在下述的优选实例方案中将对其进行描述。
图2所示为采用本发明的Li-ISE(组成A和C)测量得到的电势与溶液中锂离子的已知活度之间的对数关系。
图3所示为参比ADC(模拟数字转换，电压值)与采用本发明的Li-ISE(组成A和C)得到的样品中钠浓度之间的关系。
本发明实施方案的详细说明本发明提供一种锂离子选择性膜，它可促进所述锂的结合，同时抑制其它阳离子如钠的干扰。所述膜包括锂离子选择性载体(锂离子载体)、添加剂、成膜聚合物树脂、和增塑剂。
离子选择性电极(ISE)对于特定离子的选择性，归因于所述离子载体的化学性质。所以，采用不同的化学成分作为所述离子载体，可提供不同的膜以用于具体不同离子的ISE之中。所述膜中离子载体的浓度可能会根据具体采用的离子载体、进行分析的离子、离子载体的溶剂、其它添加剂浓度等而发生变化。尽管有很多物质可用作锂离子载体，但是，在本发明的一个实施方案中是选用6，6-二苄基-1，4，8，11-四氧杂环-十四烷，由于它具有高的锂专一性和稳定性。已经发现，较高的离子载体浓度，可促进锂离子与所述膜之间的相互作用。这种作用会导致在所述膜溶液界面具有较高密度的正电荷，因而，可抑制其它阳离子如钠的干扰。在一个实施方案中，6，6-二苄基-1，4，8，11-四氧杂十四烷的浓度至少约2wt％，优选至少约5wt％。
添加剂有助于提高膜的传导性。在本发明的一个实施方案中，是选用四(4-氯苯基)硼酸盐(PTB)作为添加剂。我们已经证实，降低所述膜中PTB浓度，可促进锂与所述膜的相互作用，这可由较高的灵敏性得到证实。在所述膜中PTB的存在会减小锂键合，是一个明显的标记。但是，当PTB浓度降低时，所述膜的阻抗从约1兆欧(组成A)提高到约5兆欧(组成C)。因此，在一种实施方案中，所述膜中PTB浓度最佳为约0.025-约1wt％，优选约为0.1wt％。
用于本发明所述锂离子选择性膜的聚合物成膜树脂，包括任意的能够形成足够渗透性薄膜的憎水性天然或合成聚合物。这类聚合物树脂的实例包括(但不限于这些)聚氯乙烯(PVC)、偏二氯乙烯、丙烯腈、聚氨酯、聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯的共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛。在本发明的一种实施方案中，是采用PVC作为成膜树脂。对所述成膜混合物中PVC浓度进行控制，以防止其干扰所述膜的电化学性质。在优选实施方案中，所述膜中PVC浓度为约30-40wt％。
所述增塑剂用作所述离子载体的溶剂，并能够提供离子在所述膜中的移动性和迁移。基本上所有的能与所述聚合物材料匹配并能允许被含水样品快速湿润的离子载体溶剂，都可以采用。同时，所述溶剂必须是在水中是充分不溶的，所以，它不会显著地迁移到含水样品中。优选地，所述溶剂还用作所述聚合物材料的增塑剂。有用的溶剂的实例包括(但不限于这些)芳族和脂族醚、磷酸酯、混合的芳族脂族磷酸酯、已二酸酯、和它们的混合物。在本发明的一种实施方案中，是采用一种增塑剂2-硝基苯基辛基醚(NPOE)和三辛基磷酸酯(TOP)的混合物。在所述优选实施方案中，NPOE的数量为约40-60wt％，TOP的数量为约5-15wt％，优选地，NPOE数量约为50wt％，TOP数量为约9wt％。实例下述实例是为了例证性说明目的而给出的，而不能理解为是对本表1 膜组成
每个Li-ISE基底是由石墨和连接电线构成的。所述基底的敏感表面约为12mm2。所述敏感表面在膜涂布之前用KI/KI3溶液进行处理，以提高电压读取稳定性。所述膜是通过涂敷20μl的所述组成溶液到所述电极的敏感表面之上而形成的。在蒸发除去约80％的所述溶剂之后，再将20μl所述组成溶液放置到其上。再一次重复所述循环(采用总量为60μl所述组成溶液以形成所述膜)。所述膜接着在使用之前空气干燥至少72小时。
我们发现，所述传感器的性能对于所述膜中离子载体和PTB浓度/比值是特别敏感的。实例II(灵敏度)表1列出了由三种组成制成的传感器的相对灵敏度。提高所述离子载体浓度自0.05g至0.15g，或自约2％至5wt％(A至B)，会使灵敏度提高74％。降低PTB浓度，自B中约0.8wt％至C中约0.08wt％，可使所述Li-ISE灵敏度另外又提高34％。基于这些结果，选用组成C作为本发明优选的实施方案。实例III(所述膜响应的动力学)所述电极对于组成A和C的动力学行为，如
图1所示。组成C的Li-ISE表现为非常快速的电极响应(低于5秒)，而组成A的Li-ISE则具有迟缓的动力学响应(大于20秒)。实例IV(响应的线性)具有按照组成C形成所述膜的Li-ISE表现出优良的能斯特线性(图2)。对于锂浓度在0.5μmol/l到10mmol/l之间时，它表现出的log[Li+]相对电压的线性关系，其斜率为55.4mV，R2＝0.9999。对于具有由组成A形成所述膜的Li-ISE，则具有很差的线性。实例V(钠干扰)对于病人样品的Li-ISE测量来说，钠是主要的干扰阳离子。图3给出了在Beckman Coulter’s EL-ISE临床系统上参比ADC(电压值)对钠浓度的依赖关系。对于由组成C制成的电极来说，可以观察非常稳定的参比ADC读数。对于具有组成A制成所述膜的电极来说，则观察到参比ADC漂移。实例VI(与参比方法的对比)采用火焰光谱法(X)和具有本发明Li-SIE的Beckman Coulter′sEL-ISE临床系统(Y)，对病人样品中锂浓度进行测量(表2)。
表2对比结果
采用具有组成C的膜的Li-ISE进行的锂浓度测量数值，与采用火焰光谱法得到的测量数值，具有很好的可比性。但是，具有组成A的膜的Li-ISE进行的锂浓度测量数值，给出的结果约高于由火焰光谱法得到数值的15％。实例VII(精度)表3列出了组成C的精度结果。所述传感器表现出优良的精度。
表3精度结果
n为单独测量的数目；SD为标准偏差；CV为变量系数；CV是按SD/平均值×100计算得到的。实例VIII(蛋白质效应)具有组成C的膜的Li-ISE，在Beckman Coulter′s临床系统上经过多于三个月与生物样品接触之后，表现出可以忽略的蛋白质效应。具有组成A制成的膜的电极对于蛋白质效应更为灵敏，这可由灵敏度下降得到证实(数据未给出)。实例IX(寿命)具有组成C的膜的Li-ISE，当用于Beckman Coulter′s EL-ISE临床系统时，可以持续多于三个月地保持它们的灵敏度和可靠性。具有按照组成A形成的膜的Li-ISE，在丧失它们灵敏性之前，仅能持续数天至数周。
权利要求
1.一种锂离子选择性膜，包括至少约2wt％的6，6-二苄基-1，4，8，11-四氧杂环十四烷离子载体；和约0.025wt％至约1wt％四(4-氯苯基)硼酸钾添加剂。
2.权利要求1所述锂离子选择性膜，包括至少约5wt％所述离子载体。
3.权利要求1所述锂离子选择性膜，包括约0.1wt％所述添加剂。
4.权利要求1所述锂离子选择性膜，还包括增塑剂和聚合物材料。
5.权利要求4所述锂离子选择性膜，其中所述增塑剂为一种2-硝基苯基辛基醚和三辛基磷酸酯的混合物。
6.权利要求5所述锂离子选择性膜，其中，所述2-硝基苯基辛基醚的数量为约40-约60wt％。
7.权利要求5所述锂离子选择性膜，其中，所述三辛基磷酸酯的数量为约5-约15wt％。
8.权利要求5所述锂离子选择性膜，其中所述2-硝基苯基辛基醚的数量为约50wt％，所述三辛基磷酸酯的数量为约9wt％。
9.权利要求4所述锂离子选择性膜，其中，所述聚合物材料为高分子量聚氯乙烯。
10.权利要求9所述锂离子选择性膜，其中所述高分子量聚氯乙烯的数量为约30-约40wt％。
11.一种锂离子选择电极，包括锂离子选择性膜，其中所述膜包括至少约2wt％的6，6-二苄基-1，4，8，11-四氧杂环十四烷离子载体和约0.025wt％至约1wt％的四(4-氯苯基)硼酸钾添加剂；和固体基底。
12.权利要求11所述锂离子选择电极，其中所述固体基底是由石墨制成的。
13.权利要求11所述锂离子选择电极，其中所述电极证明对于锂离子浓度在约0.5μmol/l至10mmol/l之间时具有能斯特线性。
全文摘要
本发明通过一种电荷平衡技术发明了一种有利于锂键合和抑制钠干扰的锂离子选择性膜。一种具有本发明所述膜的锂离子选择性电极(Li－ISE)，证实它具有快速的动力学响应、良好的测量精度和再现性、高度灵敏性和在长时间与生物样品接触之后，保留所述灵敏性的能力。所述传感器对于在0.5μmol/L至10mmol/L之间的锂离子浓度表现为具有斜率为55.4mV的能斯特线性。所述膜包括至少约2wt％的6，6－二苄基－1，4，8，11－四氧杂环十四烷离子载体、约0.025－约1wt％的四(4－氯苯基)硼酸钾添加剂、增塑剂和聚合物材料。
文档编号G01N27/416GK1419652SQ01807100
公开日2003年5月21日 申请日期2001年3月21日 优先权日2000年3月24日
发明者穆熙海, 钱德拉·贾殷 申请人:贝克曼考尔特公司