CN105203609A

CN105203609A - 一种钠离子生化分析干片及其制备方法

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Publication number: CN105203609A
Application number: CN201510694616.8A
Authority: CN
Inventors: 吴国清; 向东东; 陈汉杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明涉及一种钠离子生化分析干片及其制备方法，属于血气生化传感器技术领域，用于检测体液中的钠离子浓度。本发明干片包括：支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层和钠离子选择膜。制备金属/金属盐薄片电极，参比层附着于电极上，参比层pH值及含水量固定，钠离子选择膜附着于固态参比层上制备钠离子选择电极，钠离子选择膜使用丙烯酸酯为粘接剂，盐桥密封于绝缘层中，两片钠离子选择电极与支撑层、绝缘层粘接组装干片，测试时待测液与参比液通过盐桥导通。本发明所制备的干片克服传统离子选择电极存在的操作复杂、使用和维护成本高、响应慢、不易携带等缺点，操作简单、响应速度快、体积小，且制备工序简单、生产成本低，适合工业化生产。

Description

一种钠离子生化分析干片及其制备方法

技术领域

本发明涉及血气生化传感器技术领域，特别是涉及一种钠离子生化分析干片及其制备方法。

背景技术

人体体液电解质浓度是临床检验、治疗评估及预后判断的重要依据。而作为人体细胞外液的主要阳离子，钠离子是判断人体电解质平衡的重要指标之一。目前常用的测量人体体液中钠离子含量设备是依托离子选择电极原理的湿式生化分析检测仪。

传统的湿式生化分析检测存在操作复杂、使用和维护成本高、响应慢、不易携带等缺点。新型的电解质检测方法——干式检测，具有测量精确、成本低廉、操作简单等特点，能广泛适用于多种环境。

中国专利CN101852761A公开了一种全固态钠离子选择性电极及其制备方法，但专利中的离子选择电极测试时需要与外接参比电极配对使用，使用方法复杂；中国专利CN104330449A公开了一种钠离子传感器及其制造方法，该专利制备的钠离子传感器方法复杂，且测量范围和稳定性还需要改进。上述专利均采用丝网印刷技术制备电极，但丝网印刷制得的金属层纯度不够，表面不均匀，会影响电势的稳定性和响应时间。

现有固态离子选择电极中，均选用聚氯乙烯作为离子选择膜的高分子粘结剂（专利CN101852761A、CN104330449A、CN102636532A、CN101871912A、CN102558724A）。聚氯乙烯具有较高的强度和化学稳定性，价格便宜，但其必须添加增塑剂才能确保离子选择膜响应，且随着时间的推移，增塑剂和溶解在其中的载体会一起从离子选择膜中渗漏出来，导致离子选择膜响应下限变差，寿命变短。

发明内容

针对现有钠离子选择电极存在的问题，本发明提供一种钠离子生化分析干片及其制备方法，所制备干片测量精度高，长期稳定性好，响应时间短，且结构简单、体积小，制备工艺简单、生产成本低，适合大批量生产。

本发明钠离子生化分析干片包括支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层和钠离子选择膜。制备工艺如下：（1）制备金属/金属盐薄片电极；（2）在电极上涂布配制好的参比层溶液和钠离子选择膜溶液并干燥制备钠离子选择电极；（3）在绝缘层上开导气孔，盐桥密封于绝缘层中；（4）将两片钠离子选择电极与支撑层、绝缘层粘接组装干片。

本发明中支撑层起保护、支撑钠离子选择电极作用，绝缘层起粘接电极、密封盐桥作用，盐桥起连通电极作用；绝缘层上开有导气孔，测试时可以改善参比液和测试液的流动速率，缩短测试时间；支撑层、绝缘层选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酯非导电高分子材料，盐桥为滤纸材料。

电极。本发明电极包括金属层和金属盐层。金属盐层与金属层形成界面电位，具有稳定的电势响应。金属选自金、银、铜、汞、铂、镍，金属盐选自金属层金属的不溶性金属盐。金属盐层可使用金属层金属的氧化物，例如金属卤化物。优选电极为银/氯化银电极。

电极金属层附着于不导电高分子材料表面，为提高电极的稳定性、缩短响应时间，本发明可以采用真空镀膜、化学镀或电镀的方式制备金属层，优选化学镀法。使用化学镀法，金属层表面均匀，可瞬间建立相界之间的平衡，形成稳定的响应电势，缩短响应时间。金属盐层可以采用化学氧化的方法制得，使用氯化铁或高锰酸钾溶液对金属层进行氧化。

参比层。参比层成分包括：粘结剂、缓冲剂、金属盐、表面活性剂。参比层通过层压或涂布的方式附着于电极金属盐层上。

为确保钠离子生化分析干片具有较好的测试精度和长期稳定性，参比层pH范围为5~8.5，同时为保证参比层与钠离子选择膜的结合强度，防止钠离子生化分析干片响应信号准确性和长期稳定性降低，参比层含水量不能过高或过低，参比层最优含水量为30%~40%。

本发明通过控制参比层的干燥时间、温度、湿度固定参比层pH和含水量，最优干燥条件：温度25℃、相对湿度50%、时间40min。

参比层粘结剂选自明胶、琼脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或其它乙烯基聚合物中的一种或几种，占参比层总质量的30%~80%。

本发明所使用参比层中需含有电极金属盐层相同阴离子和待测阳离子钠离子，优选氯化钠，占参比层总质量的20%~50%。

本发明使用缓冲剂调整参比层pH，缓冲剂选自有机二元羧酸及其碱金属或铵化合物，有机羧酸通常需具有3~8个碳原子和合适酸度系数，这样才能为参比层提供较好的缓冲效果。缓冲剂选自马来酸、苹果酸、丙二酸、戊二酸、琥珀酸中的一种或几种，优选琥珀酸，占参比层总质量的0.01%~5%。

钠离子选择膜。钠离子选择膜成分包括：高分子粘结剂、离子载体、载体溶剂、阴离子干扰剂和表面活性剂。

为降低增塑剂的用量，减少载体流失，提升钠离子选择膜的长期稳定性，本发明使用的高分子粘结剂为丙烯酸酯类材料。其物理和机械性能可控，可减少增塑剂的使用，同时其优异的物理性能可提升离子选择膜与固态电解质参比层的粘附性能，改善离子选择电极的响应信号的稳定性。丙烯酸酯具有较低的扩散系数，有利于获得更宽的检测范围，且较低的扩散系数有利于载体均匀分散和抑制载体流失，消除载体流失对响应电势的影响，提升了测试的准确性。丙烯酸酯类粘结剂选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸正癸酯中的一种或几种，优选甲基丙烯酸甲酯，占钠离子选择膜总质量的15%~40%。

载体溶剂要求能溶解离子载体，且与高分子粘结剂具有较好的相容性，确保载体在高分子粘结剂中迁移。通常载体溶剂可作为高分子材料增塑剂使用，选自邻苯二甲酸酯、癸二酸酯、邻硝基苯辛醚、己二酸酯混合芳族脂族磷酸酯中的一种或几种，占钠离子选择膜总质量的30%~70%。

阴离子干扰剂可排除待测液中亲脂性阴离子（如长链脂肪酸、长链烷基磺酸盐或长链二烷基磷酸盐）对离子载体的干扰，提高电极对阳离子选择灵敏度，扩大离子选择电极的线性响应范围。选自四苯硼钠、四苯硼钾、四(4-氯苯基)硼酸钾、四[3,5-双(三氟甲基)苯基]硼酸钾中的一种或几种，占钠离子选择膜总质量的0.5%~2%。

离子载体选用对钠离子具有选择性响应的化合物，载体选自N,N,N′,N′-四环己基-1,2苯基二氧二乙酰胺、N,N′,N′′-三庚基-N,N′,N′′-三甲基-4,4′,4′′-次丙基(3-氧代丁酰胺)、N,N′-二苄基-N,N′-二苯基-1,2-亚苯基二氧乙二酰胺、2,2-双十二烷基丙二酸双[(12-冠醚-4)甲基]酯、聚醚酰胺、莫能菌素甲酯、杯芳烃双穴醚、冠醚及其衍生物中的一种，占钠离子选择膜总质量的1%~5%。

表面活性剂选自有机硅或硅氧烷类表面活性剂中的一种或几种，占钠离子选择膜总质量的0.1%~3%。

区别于现有专利的钠离子选择电极，本发明不需要与外参比电极配对使用，两片钠离子选择电极完全相同。本发明主要优点有：（1）除去了液态电解质层，采用全固态结构，方便快捷，使用时不需要长时间活化；（2）通过干燥工艺控制参比层pH和含水量，选用丙烯酸酯为钠离子选择膜的高分子粘结剂，提升钠离子生化分析干片的测量精度和长期稳定性；（3）制备的金属/金属盐薄片电极表面均匀，大大缩短钠离子生化分析干片响应时间，7s之内可以建立平衡，形成稳定的响应电势；（4）结构简单、体积小，大小为10mm×10mm，易于集成化，可开发成超微型生化分析干片，且制备工艺简单、成本低廉，适于大规模工业化生产。

附图说明

图1为钠离子生化分析干片示意图。

图2为钠离子选择电极（电极、参比层、钠离子选择膜）示意图。

图3为钠离子生化分析干片测试标准液响应电势曲线。

图4为钠离子选择膜测试不同浓度NaNO₃溶液响应电势。

图5为钠离子生化分析干片特性曲线。

图6为钠离子生化分析干片长期稳定性测试结果。

具体实施方式

结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，钠离子生化分析干片包括：支撑层1、钠离子选择电极2、绝缘层3、盐桥4。

如图2所示，钠离子选择电极包括：银层21、氯化银层22、参比层23、钠离子选择膜24。

具体实施步骤如下。

用化学镀的方法在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面镀银层，制备银层21。

将银层21前2/3段采用化学法进行氧化。将需要氧化部位的接触电极浸泡在0.1mol/L氯化铁溶液中60s后，取出用纯水清洗干净并干燥，得到氯化银层22。

参比层涂布。将6g聚乙烯醇，1g甘油，3g氯化钠，0.02g柠檬酸，0.02g杀菌剂，0.004g表面活性剂H212溶解于100g水中，将其涂布于氯化银层22上，干燥条件：25℃、相对湿度50%、干燥40min。

钠离子选择膜涂布。将0.1g甲基丙烯酸甲酯，0.1g邻硝基苯辛醚，0.004gN,N,N,N^’-四环己基-1,2苯基二氧二乙酰胺，0.003g四苯硼钠，0.005g表面活性剂H212溶解于丙酮中，将其涂布于参比层23上，并室温干燥。

钠离子选择膜24干燥后，取两片钠离子选择电极2与绝缘层3粘接，固化后将绝缘层3与支撑层1粘接组装干片。

钠离子生化分析干片长期保存条件为：-18~-10℃。

钠离子生化分析干片使用方法，从低温环境下取出时需要在常温下放置1h后使用，测试时保持测试温度37±0.1℃。测试时将干片***测试槽中，两边孔分别滴加参比液和测试液，所需样本5~10μL。

为了更好的说明本发明的优点，本发明提供4组实验数据，具体如下。

实验1，用钠离子生化分析干片测试标准液，响应电势与测试时间的曲线如图3所示。

实验2，制备钠离子选择膜测试不同浓度NaNO₃溶液（0.01mol/L、0.14mol/L、0.6mol/L）响应电势，测试结果如图4所示。

实验3，对钠离子生化分析干片定标。通过已知钠离子浓度标准液（钠离子浓度95mmol/L和220mmol/L），测试钠离子生化分析干片响应电势，得到电势响应校正曲线。校正方程为：Y=61.4X+54.89，其中Y表示响应电势，X表示logC，C为溶液中钠离子浓度。特性曲线如图5所示。

实验4，钠离子生化分析干片长期稳定性测试，同一批制备的钠离子生化分析干片90天内分别测量标准液（钠离子浓度220mmol/L）的响应电势，测试结果如图6所示。

以上所述只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钠离子生化分析干片及其制备方法，其特征在于：所述钠离子生化分析干片包括支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层和钠离子选择膜；所述钠离子生化分析干片的主要制备步骤包括，（1）制备金属/金属盐薄片电极；（2）在电极上涂布配制好的参比层溶液和钠离子选择膜溶液并干燥制备钠离子选择电极；（3）在绝缘层上开导气孔，盐桥密封于绝缘层中；（4）将两片钠离子选择电极与支撑层、绝缘层粘接组装干片。

2.根据权利要求1所述盐桥、支撑层、绝缘层，其特征在于：所述盐桥为滤纸材料；所述支撑层和绝缘层选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚酯非导电高分子材料。

3.根据权利要求1所述支撑层、绝缘层，其特征在于：所述支撑层和绝缘层为片状结构，厚度0.5~2mm。

4.根据权利要求1所述电极，其特征在于：所述电极为金属/金属盐薄片电极，电极包括金属层和金属盐层；金属层金属选自金、银、铜、汞、铂、镍；金属盐选自金属层金属的不溶性金属盐。

5.根据权利要求1所述电极，其特征在于：所述电极采用化学镀、真空镀或电镀的方式附着于基板上，基板上金属层和金属盐层厚度0.1~10μm。

6.根据权利要求1所述参比层，其特征在于：所述参比层成分包括粘结剂、缓冲剂、金属盐、表面活性剂；缓冲剂选自马来酸、苹果酸、丙二酸、戊二酸、琥珀酸中的一种或几种，占参比层总质量的0.01%~5%；金属盐含有与电极金属盐层相同阴离子，占参比层总质量的20%~50%。

7.根据权利要求1所述参比层，其特征在于：所述参比层附着于电极上，干燥温度20~40℃、干燥环境相对湿度20%~50%、干燥时间30~100min，参比层pH5~8.5，含水量30%~40%。

8.根据权利要求1所述钠离子选择膜，其特征在于：所述钠离子选择膜成分包括高分子粘结剂、离子载体、载体溶剂、阴离子干扰剂、表面活性剂；高分子粘结剂选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸正癸酯中的一种或几种，占钠离子选择膜总质量的15%~40%。

9.根据权利要求1所述钠离子选择膜，其特征在于：所述钠离子选择膜附着于干燥后参比层上。