JP2009516030A - Covalently bonded Nile Blue derivatives for optical sensors - Google Patents

Abstract

ｐＨインジケータ、重合性基、及びこれらの間のスペーサを含む、組成物。重合性基は、アクリレート又はメタクリレートであってよく、そしてスペーサは、オキシアルキル基、オキシプロピル基、又はオキシベンゾイル基であってよい。組成物は、指示用ポリマー及びオプトードを形成するために、重合してコポリマーにすることができる。  A composition comprising a pH indicator, a polymerizable group, and a spacer therebetween. The polymerizable group can be an acrylate or methacrylate, and the spacer can be an oxyalkyl group, an oxypropyl group, or an oxybenzoyl group. The composition can be polymerized into a copolymer to form an indicator polymer and optode.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００５年１１月１０日付けで出願された米国特許仮出願第６０／７３５，３１４号明細書の優先権を主張し、その内容全体を参考のため本明細書中に引用する。 CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority was filed on November 10, 2005 U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 735,314 Pat, herein by reference in their entirety Quote inside.

連邦政府委託研究に関する声明
本発明は、National Science Foundationからの認可番号第ＢＩＯ８−００４−００、及びNational Institutes of Healthからの認可番号第ＤＥ１４５９０号及びＥＢ００２１８９号によって支援された作業の過程において為された。米国政府は、本発明における特定の権利を有する。 Statement This invention relates to the federal government commissioned study was made in the course of the work, which was supported by grant number No. BIO8-004-00, and National Institutes of Health grant number No. DE14590 from and EB002189 from the National Science Foundation . The US government has certain rights in the invention.

背景
本発明は、試料中の標的イオンを検出するシステム、及び臨床検査設備においてこのシステムを使用する方法に関する。 BACKGROUND The present invention relates to a system for detecting target ions in a sample and a method of using this system in a clinical laboratory facility.

この出願全体を通して、種々の参考文献を括弧内に示す。本発明が関連する従来技術をさらに十分に記述するために、これらの刊行物の開示内容全体を、参考のため本明細書中に引用する。これらの参考文献の書誌的引用全体は、特許請求の範囲に先立つ、本出願の最後に見いだすことができる。   Throughout this application, various references are shown in parentheses. In order to more fully describe the prior art to which this invention pertains, the entire disclosure content of these publications is incorporated herein by reference. Full bibliographic citations for these references can be found at the end of this application prior to the claims.

イオン分析における重要な検知プラットフォームは、バルク・オプトードであり、このオプトードは、好適な支持体上に塗布された高分子膜内部に捕捉された、選択的であり且つ親油性のイオノフォア、クロモイオノフォア、及びイオン交換体を含有する。クロモイオノフォアは、イオン選択的オプトード内で使用される、通常は親油性のｐＨインジケータである。このような色素は普通、十分な親油性（ｌｏｇＰ_TLC＞１０．６）、大きいモル吸光係数、高い化学・光安定性、及びＨ⁺に対する高い選択性を必要とする（１，２）。クロモイオノフォアは、これらの脱プロトン化形態の電荷に応じて、中性クロモイオノフォアと荷電クロモイオノフォアとに分類することができる。この２０年で、種々異なる塩基性を有する一連の親油性Ｈ⁺選択的クロモイオノフォアが合成された（２）。具体的な分析ニーズに対応する種々異なる測定範囲を有するオプトードを設計するために、親油性Ｈ⁺選択的クロモイオノフォアは、種々異なるイオノフォアと合体させることができる（２）。 An important sensing platform in ion analysis is the bulk optode, which is a selective and lipophilic ionophore, chromoionophore trapped within a polymer membrane coated on a suitable support, And an ion exchanger. The chromoionophore is a normally lipophilic pH indicator used within an ion selective optode. Such dyes usually require sufficient lipophilicity (log P _TLC > 10.6), a large molar extinction coefficient, high chemical and light stability, and high selectivity for H ⁺ (1,2). Depending on the charge of these deprotonated forms, chromoionophores can be classified as neutral chromoionophores and charged chromoionophores. In the last 20 years, a series of lipophilic H ⁺ selective chromoionophores with different basicities have been synthesized (2). In order to design optodes with different measurement ranges corresponding to specific analytical needs, lipophilic H ⁺ selective chromoionophores can be combined with different ionophores (2).

これらのクロモイオノフォアの多くは、高親油性であり、一般用途に適している。しかし、これらのクロモイオノフォアに基づくオプトードは、親油性試料、例えば不希釈血清において短い寿命を示す。さらに、可塑剤及びその他のセンサ成分の浸出は、センサのサイズが低減されてマイクロメートル範囲（３）又はナノメートル範囲（４，５）のミクロ粒子になると、より劇的になる。さらに、このようなセンサを用いたin vivo測定における炎症性応答を防止するために、また、隣接するミクロスフェア間の交差汚染を回避するために、クロモイオノフォアを含む検知成分は、ポリマーマトリックス上に固定化される。   Many of these chromoionophores are highly lipophilic and suitable for general use. However, optodes based on these chromoionophores show a short lifetime in lipophilic samples such as undiluted serum. Furthermore, the leaching of plasticizers and other sensor components becomes more dramatic as the sensor size is reduced to microparticles in the micrometer range (3) or nanometer range (4,5). Furthermore, in order to prevent inflammatory responses in in vivo measurements using such sensors and to avoid cross-contamination between adjacent microspheres, a sensing component comprising a chromoionophore is incorporated onto the polymer matrix. Fixed.

以前の研究では、クロモイオノフォアは官能化ポリ(塩化ビニル)上（６，７）、及びポリウレタンマトリックス上（８）に共有結合されているが、しかし、このようなポリマーは、可塑剤なしでは使用することができず、より長い応答時間をもたらす。他方において、ポリマー上への非発色性イオノフォアの固定化が、一層幅広く研究されている。Ｎａ⁺、Ｋ⁺、及びＰｂ⁺に対して選択的なイオノフォアは、ポリシロキサンマトリックスに共有結合的にグラフトされ、そしてＣＨＥＭＦＥＴセンサの製作に適用されている（９，１０）。 In previous work, chromoionophores are covalently bonded onto functionalized poly (vinyl chloride) (6,7) and polyurethane matrix (8), but such polymers are used without a plasticizer. Cannot be done, resulting in a longer response time. On the other hand, the immobilization of non-chromogenic ionophores on polymers has been studied more extensively. Ionophores selective for Na ⁺ , K ⁺ , and Pb ⁺ are covalently grafted to the polysiloxane matrix and have been applied to the fabrication of CHEMFET sensors (9, 10).

Kimuraは、イオノフォア及びイオン交換体を固定化するためにゾル・ゲル技術を導入した（１１，１２，１３）。イオノフォア・グラフトにおける別の方向は、一段階溶液重合法によって、重合性イオノフォアとブランク・ポリマーとを共重合することである。このタイプの手順は、２種の親水性クラウンエーテル・タイプのカリウム選択的イオノフォア、すなわち4'-アクリロイルアミドベンゾ-15-クラウン-5（ＡＡＢ１５Ｃ５）及び4'-アクリロイルアミドベンゾ-18-クラウン-6（ＡＡＢ１８Ｃ６）（１４，１５，１６）、ナトリウム選択的イオノフォア、すなわち4-tertブチルカリックス[4]アレーン四酢酸テトラエチルエステル（１７）、カルシウムイオノフォア、すなわちN,N-ジシクロヘキシル-N'-フェニル-N'-3-(2-プロペノイル)オキシフェニル-3-オキサペンタンジアミド（ＡＵ−１)（１６）、並びに重合性イオン交換体（１８）を、アクリルポリマー上に共有結合するために、利用される。この手順の簡潔さは、上記のほとんどの他の方法に勝る重要な利点となる。グラフト型イオノフォアを含有するこれらのポリマーは、遊離した未結合イオノフォアに基づくＩＳＥと比較して、比較可能な選択性及び改善された寿命を示した。   Kimura introduced sol-gel technology to immobilize ionophores and ion exchangers (11, 12, 13). Another direction in the ionophore graft is to copolymerize the polymerizable ionophore and the blank polymer by a one-step solution polymerization process. This type of procedure consists of two hydrophilic crown ether type potassium selective ionophores: 4'-acryloylamidobenzo-15-crown-5 (AAB15C5) and 4'-acryloylamidobenzo-18-crown-6. (AAB18C6) (14,15,16), sodium selective ionophore, ie 4-tertbutylcalix [4] arene tetraacetic acid tetraethyl ester (17), calcium ionophore, ie N, N-dicyclohexyl-N′-phenyl-N '-3- (2-propenoyl) oxyphenyl-3-oxapentanediamide (AU-1) (16), as well as the polymerizable ion exchanger (18), are utilized to covalently bond onto acrylic polymers . The simplicity of this procedure is an important advantage over most other methods described above. These polymers containing grafted ionophores showed comparable selectivity and improved lifetime compared to ISE based on free unbound ionophore.

従来技術の欠点を取り除く、改善されたクロモイオノフォアが必要である。   There is a need for an improved chromoionophore that eliminates the disadvantages of the prior art.

概要
本発明は、１実施態様によれば、ｐＨインジケータ、スペーサ、及び重合性基を有する重合性組成物の合成に関する。重合性基は、アクリレート又はメタクリレートであることが可能である。スペーサは、オキシアルキル基、オキシプロピル基、又はオキシベンゾイル基であることが可能である。組成物は、図１に示すＮＢ１又はＮＢ２の構造を有することができる。 Overview The present invention, according to one embodiment, relates to the synthesis of a polymerizable composition having a pH indicator, a spacer, and a polymerizable group. The polymerizable group can be an acrylate or methacrylate. The spacer can be an oxyalkyl group, an oxypropyl group, or an oxybenzoyl group. The composition can have the structure of NB1 or NB2 shown in FIG.

本発明はまた、１実施態様によれば、ｐＨインジケータ、スペーサ、及び重合性基を有する組成物と、コモノマーとのコポリマーを含む指示用ポリマーに関する。コモノマーは、アクリレート又はメタクリレートであることが可能である。任意には、コモノマーは、メチルメタクリレートとデシルメタクリレートとを含む。任意には、コモノマーは、ポリ(n-ブチルアクリレート)を含む。   The present invention also relates to an indicator polymer comprising a copolymer of a comonomer and a composition having a pH indicator, a spacer and a polymerizable group, according to one embodiment. The comonomer can be an acrylate or methacrylate. Optionally, the comonomer includes methyl methacrylate and decyl methacrylate. Optionally, the comonomer comprises poly (n-butyl acrylate).

本発明はまた、１実施態様によれば、ｐＨインジケータ、スペーサ、及び重合性基を有する組成物と、コモノマーとのコポリマーを有する指示用ポリマーを有するオプトードに関する。オプトードは自己可塑化ポリマーを有することもできる。オプトードはさらに、グラフト型イオノフォアを有することができる。任意には、オプトードは、粒子状オプトードである。   The invention also relates, according to one embodiment, to an optode having an indicator polymer comprising a copolymer of a comonomer with a composition having a pH indicator, a spacer and a polymerizable group. The optode can also have a self-plasticizing polymer. The optode can further have a grafted ionophore. Optionally, the optode is a particulate optode.

本発明はまた、１実施態様によれば、標的イオンに対する選択性を有するコポリマーの製造方法に関する。この方法は、ｐＨインジケータ、スペーサ、及び重合性基を含むモノマーを用意し；モノマーとコモノマーとを合体させ；そしてコポリマーを形成するために、モノマーとコモノマーとを重合する、ことを含む。モノマーとコモノマーとは、熱開始ラジカル溶液重合によって重合することができる。   The invention also relates, according to one embodiment, to a method for producing a copolymer having selectivity for a target ion. The method includes providing a monomer including a pH indicator, a spacer, and a polymerizable group; combining the monomer and comonomer; and polymerizing the monomer and comonomer to form a copolymer. Monomers and comonomers can be polymerized by thermally initiated radical solution polymerization.

詳細な説明
本発明は、１実施態様によれば、アクリル基を有する重合性ナイルブルー誘導体の合成、及び単純な一段階溶液重合による、ＭＭＡ−ＤＭＡ系又はｎＢＡ系ポリマー中でのクロモイオノフォアの共有結合に関する。 DETAILED DESCRIPTION The present invention, according to one embodiment, shares a chromoionophore in an MMA-DMA or nBA-based polymer by synthesis of a polymerizable Nile Blue derivative having an acrylic group and a simple one-step solution polymerization. Concerning binding.

クロモイオノフォアは典型的には、プロトン化されたとき及び脱プロトン化されたときに、異なる吸光度スペクトル及び蛍光スペクトルを有し、親油性ｐＨインジケータとして作用する。バルク・オプトードの場合、クロモイオノフォアのプロトン化及び脱プロトン化の変化は、２つのイオンが膜相内に競合的に抽出されることによる標的イオンの活性の変化に関連する。   Chromoionophores typically have different absorbance and fluorescence spectra when protonated and deprotonated, and act as lipophilic pH indicators. In the bulk optode, changes in protonation and deprotonation of the chromoionophore are related to changes in the activity of the target ion due to competitive extraction of the two ions into the membrane phase.

通常のイオン選択的センサにとって十分な親油性を提供するために、バルク・オプトードは長いアルキル鎖を含有する。しかし、センサの寿命を改善し、そしてin vivo測定中における親油性試料中への成分の浸出を排除するために、クロモイオノフォアを共有結合的にグラフトすることが重要である。本発明は、全てが高分子から成る材料を調製し、そしてこの浸出問題を排除するために、スペーサ及び重合性アクリル基と組み合わされたｐＨインジケータを有する重合性クロモイオノフォアに関する。   In order to provide sufficient lipophilicity for conventional ion selective sensors, bulk optodes contain long alkyl chains. However, it is important to covalently graft the chromoionophore to improve sensor lifetime and eliminate leaching of components into the lipophilic sample during in vivo measurements. The present invention relates to a polymerizable chromoionophore having a pH indicator combined with a spacer and a polymerizable acrylic group to prepare a material consisting entirely of polymer and to eliminate this leaching problem.

本発明の目的に適したｐＨインジケータは、高塩基性オキサジン色素分子ナイルブルーである。図１に示されたナイルブルー誘導体、例えばＥＴＨ ５２９４、ＥＴＨ ２４３９、ＥＴＨ ５３５０、ＥＴＨ ５４１８は当業者によく知られている。本発明に適し得る他のｐＨインジケータは、ニュートラル・レッド（トルイレン・レッド）；クロモイオノフォアＸ（ＥＴＨ４００４）、4-ジオクチルアミノ-4'-(トリフルオロアセチル)スチルベン；クロモイオノフォアＩＶ（ＥＴＨ２４１２）、5-オクタデカノイルオキシ-2-(4-ニトフェニルアゾ)フェノール；クロモイオノフォアＶＩ（ＥＴＣＨ７０７５）、4',5'-ジブロモフルオレセインオクタデシルエステル；及びクロモイオノフォアＶＩＩＩ（ＴＢＴＥ）、3',3'',5',5''-テトラブロモフェニルフタレインエチルエステルを含む。   A suitable pH indicator for the purposes of the present invention is the highly basic oxazine dye molecule Nile Blue. The Nile Blue derivatives shown in FIG. 1, such as ETH 5294, ETH 2439, ETH 5350, ETH 5418 are well known to those skilled in the art. Other pH indicators that may be suitable for the present invention are: neutral red (toluylene red); chromoionophore X (ETH4004), 4-dioctylamino-4 ′-(trifluoroacetyl) stilbene; chromoionophore IV (ETH2412), 5 -Octadecanoyloxy-2- (4-nitrophenylazo) phenol; chromoionophore VI (ETCH7075), 4 ', 5'-dibromofluorescein octadecyl ester; and chromoionophore VIII (TBTE), 3', 3 ", 5 ' , 5 ''-tetrabromophenylphthalein ethyl ester.

本発明の目的に適したスペーサは、オキシアルキル、オキシプロピル、及びオキシベンゾイル基を含む。一般に、好適なスペーサは、炭素原子数が約２〜約１８の長さの炭素鎖を有する。   Suitable spacers for the purposes of the present invention include oxyalkyl, oxypropyl, and oxybenzoyl groups. In general, suitable spacers have a carbon chain length of from about 2 to about 18 carbon atoms.

「重合性クロモイオノフォア」という用語は、クロモイオノフォアがコポリマーに共有結合されるようになるのを可能にする重合性基を有するクロモイオノフォアを意味する。重合性基は、クロモイオノフォアがコポリマーの反応性基、例えば炭素−炭素二重結合と反応して共有結合を形成するのを可能にするために必要となり、これにより、クロモイオノフォアは、コポリマー上に共有結合的にグラフトされるようになる。このような重合性基の一例としては、炭素−炭素二重結合、例えばアクリル及びメタクリル基、炭素−炭素三重結合、及びカルボニル基が挙げられる。   The term “polymerizable chromoionophore” means a chromoionophore having a polymerizable group that allows the chromoionophore to become covalently attached to a copolymer. A polymerizable group is required to allow the chromoionophore to react with a reactive group of the copolymer, such as a carbon-carbon double bond, to form a covalent bond, whereby the chromoionophore is deposited on the copolymer. It becomes grafted covalently. Examples of such polymerizable groups include carbon-carbon double bonds, such as acrylic and methacrylic groups, carbon-carbon triple bonds, and carbonyl groups.

本明細書中に使用する「共有結合的にグラフトされたクロモイオノフォア」という用語は、共有結合を介してポリマーに結合されたクロモイオノフォアを意味する。   As used herein, the term “covalently grafted chromoionophore” means a chromoionophore linked to a polymer via a covalent bond.

本発明による重合性クロモイオノフォアは、例えば下記例において記載した方法によって合成することができる。重合性クロモイオノフォアの形成方法は典型的には：（１）スペーサを重合性基に結合し；そして（２）例１に記載したように、ｐＨ指示用色素、例えばナイルブルー誘導体をスペーサに結合する。   The polymerizable chromoionophore according to the present invention can be synthesized, for example, by the method described in the following examples. Methods for forming polymerizable chromoionophores typically include: (1) attaching a spacer to a polymerizable group; and (2) attaching a pH indicator dye, such as a Nile Blue derivative, to the spacer as described in Example 1. To do.

「ポリマー」及び「コポリマー」という用語は相互交換可能に使用され、重合によって形成され、そして反復モノマー単位を含む化合物又は化合物の混合物を意味し、ポリマーは、１つのタイプのモノマー単位を含むことができ、又は２つ又は３つ以上の異なるタイプのモノマー単位を含有することもできる。   The terms “polymer” and “copolymer” are used interchangeably and refer to a compound or mixture of compounds formed by polymerization and containing repeating monomer units, wherein the polymer may contain one type of monomer unit. It can also contain two or more different types of monomer units.

好ましいポリマーは、他の成分と混合できるように、そしてコンベンショナルな塗布方法によって塗膜に変換できるように、有機溶剤中の十分な溶解度を有することになる。ポリマーはさらにイオン透過性であるべきである。ポリマーの誘電定数は、１００Ｈｚ及び室温で、好ましくは２〜２５、特に好ましくは５〜１５である。光学的透明度は好ましくは約４００〜約１２００ｎｍであり、特に好ましくは約４００〜約９００ｎｍである。   Preferred polymers will have sufficient solubility in organic solvents so that they can be mixed with other ingredients and converted to coatings by conventional coating methods. The polymer should further be ion permeable. The dielectric constant of the polymer is preferably 2 to 25, particularly preferably 5 to 15 at 100 Hz and room temperature. The optical transparency is preferably from about 400 to about 1200 nm, particularly preferably from about 400 to about 900 nm.

好適なポリマーは、当業者に知られている。これらは、ホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、グラフトポリマー、及びポリマー合金であることが可能である。ポリマー合金の成分は、２種又は３種以上のポリマー成分の組み合わせであってよく、前記成分は、高いガラス転移温度と低いガラス転移温度とを有している。ガラス転移温度は、例えば、構造単位の極性及び鎖長及び含有率によって、調節することができる。ガラス転移温度は好ましくは、−１３０℃〜０℃である。Ｔ_g値が極めて低いポリマーは、通常の場合、著しく軟質であり、また機械的に取り扱うのがより難しい。Ｔ_gは典型的には、この目的において標準的な機器である示差走査熱量計を用いて、実験によって決定される。 Suitable polymers are known to those skilled in the art. These can be homopolymers, copolymers, block polymers, graft polymers, and polymer alloys. The component of the polymer alloy may be a combination of two or more polymer components, the component having a high glass transition temperature and a low glass transition temperature. The glass transition temperature can be adjusted, for example, by the polarity and chain length and content of the structural unit. The glass transition temperature is preferably -130 ° C to 0 ° C. Polymers with very low _Tg values are usually very soft and more difficult to handle mechanically. The T _g is typically determined empirically using a differential scanning calorimeter, a standard instrument for this purpose.

ポリマーは、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリエステルアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、ポリ尿素、ポリウレタン尿素、及びポリシロキサンから成る群から選択することができ、ポリマーが、イオン化可能な塩基性基（例えばアミノ基）、又はイオン化可能な酸性基（例えばカルボキシル又はスルホニル基）を含有することが可能であり、これらの基は、親油性塩の対イオンの代わりとして使用されてよく、改善されたイオン輸送を提供することができる。   The polymer can be selected, for example, from the group consisting of polyolefin, polyester, polyamide, polyether, polyimide, polyesteramide, polyamideimide, polyurethane, polyetherurethane, polyesterurethane, polyurea, polyurethaneurea, and polysiloxane, It is possible for the polymer to contain ionizable basic groups (eg amino groups) or ionizable acidic groups (eg carboxyl or sulfonyl groups), which groups replace lipophilic salt counter ions. And can provide improved ion transport.

ポリオレフィンを調製するためのモノマーのいくつかの例は、Ｃ₂−Ｃ₁₂オレフィン、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸及びメタクリル酸のＣ₁−Ｃ₃₀エステル、アクリル酸及びメタクリル酸のＣ₁−Ｃ₃₀アミド、アクリルアミド及びメタクリルアミド、Ｃ₁−Ｃ₂₀カルボン酸のビニルエステル、アクリロニトリル、ブタジエン、イソプレン、クロロブタジエン、スチレン、α-エチルスチレン、塩化ビニル、フッ化ビニル、塩化ビニリデン、及びＣ₁−Ｃ₃₀アルコールのビニルエーテルである。 Some examples of monomers for the preparation of polyolefins, C ₂ -C ₁₂ olefins, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, C ₁ -C ₃₀ esters of acrylic and methacrylic acid, and acrylic acid C ₁ -C ₃₀ amide of methacrylic acid, acrylamide and methacrylamide, vinyl ester of C ₁ -C ₂₀ carboxylic acid, acrylonitrile, butadiene, isoprene, chlorobutadiene, styrene, α-ethylstyrene, vinyl chloride, vinyl fluoride, chloride vinylidene, and C ₁ -C ₃₀ alcohol ether.

ポリエステル、ポリエステルアミド、及びポリアミドは好ましくは、Ｃ₂−Ｃ₁₂ジカルボン酸及びＣ₂−Ｃ₁₈ジオール又はジアミンから合成される。ポリイミドは好ましくは、Ｃ₂−Ｃ₁₈テトラカルボン酸及びＣ₂−Ｃ₁₈ジアミンから合成される。ポリエーテルは好ましくは、脂肪族Ｃ₂−Ｃ₁₂ジオール（1,2-又はα，ω-ライニング）、又はこれらのジオールとＣ₈−Ｃ₃₀ジグリシジルエーテルとの線状アダクトから合成される。ポリウレタン及びポリ尿素は好ましくは、Ｃ₂−Ｃ₁₈ジオール又はジアミン、及びＣ₂−Ｃ₂₀ジイソシアネート、及び／又はトリイソシアネートから合成される。ポリシロキサンは好ましくは、ジ(Ｃ₁−Ｃ₄)アルキルシリルジクロロシランである。 Polyesters, polyesteramides, and polyamides are preferably synthesized from C ₂ -C ₁₂ dicarboxylic acids and C ₂ -C ₁₈ diol or diamine. Polyimide is preferably synthesized from C ₂ -C ₁₈ tetracarboxylic acids and C ₂ -C ₁₈ diamine. Polyethers are preferably synthesized from aliphatic C ₂ -C ₁₂ diols (1,2- or α, ω-lining) or linear adducts of these diols with C ₈ -C ₃₀ diglycidyl ethers. Polyurethanes and polyureas are preferably synthesized from C ₂ -C ₁₈ diol or diamine, and C ₂ -C ₂₀ diisocyanate, and / or triisocyanates. The polysiloxane is preferably di (C ₁ -C ₄ ) alkylsilyldichlorosilane.

好ましい実施態様の場合、ポリマーは、種々異なるペンダント・アルキル基Ｒ₁及びＲ₂を有するメタクリレートモノマーのコポリマーを含み、Ｒ₁は、Ｃ_1-3アルキル基のいずれかであってよく、そしてＲ₂は、Ｃ_4-12アルキル基のいずれかであってよい。 In a preferred embodiment, the polymer comprises a copolymer of methacrylate monomers having different pendant alkyl groups R ₁ and R ₂ , where R ₁ can be any C _1-3 alkyl group and R _{2 May} be any C _4-12 alkyl group.

本明細書中に使用する「アルキル」という用語は、炭素原子数１〜１２の飽和型の線状又は分枝鎖状の一価炭化水素基を意味し、アルキル基は任意には、下記１つ又は２つ以上の置換基で独立して置換されてよい。アルキル基の一例としては、メチル、エチル、ｎ-プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、tert-ペンチル、ヘキシル、及びイソヘキシルなどを含む。   As used herein, the term “alkyl” means a saturated linear or branched monovalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms. It may be independently substituted with one or more substituents. Examples of alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, tert-pentyl, hexyl, isohexyl, and the like.

本発明の実施態様によれば、好ましくはＲ₁は、Ｃ_1-2アルキル基であり、そしてＲ₂は、Ｃ_8-12アルキル基である。１実施態様の場合、本発明のメチルメタクリレート−デシルメタクリレート（ＭＭＡ−ＤＭＡ）コポリマーマトリックスを形成するために、メチルメタクリレートモノマーとデシルメタクリレートモノマーとが使用される。 According to an embodiment of the present invention, preferably R ₁ is a C _1-2 alkyl group and R ₂ is a C _8-12 alkyl group. In one embodiment, methyl methacrylate monomer and decyl methacrylate monomer are used to form the methyl methacrylate-decyl methacrylate (MMA-DMA) copolymer matrix of the present invention.

本発明のメタクリレートモノマーは、例えばPolysciences, Inc.(Warrington, Pa.)から商業的に入手可能である。或いは、メタクリレートモノマーは、当業者に知られた標準的な方法によって、又は熱開始溶液を介して調製することができる。   The methacrylate monomers of the present invention are commercially available from, for example, Polysciences, Inc. (Warrington, Pa.). Alternatively, the methacrylate monomer can be prepared by standard methods known to those skilled in the art or via a thermal initiation solution.

１実施態様の場合、クロモイオノフォアモノマーは、重合性基を含み、そしてクロモイオノフォアは、クロモイオノフォアモノマーとメタクリレートコモノマー、例えばＭＭＡ及びＤＭＡモノマーとを共重合することにより、ポリマー鎖上に共有結合的にグラフトされる。このような実施態様の場合、コポリマーは、ＭＭＡ−ＤＭＡポリマー鎖内部に、固定化されたクロモイオノフォアのランダムな分布を含んでよい。   In one embodiment, the chromoionophore monomer comprises a polymerizable group, and the chromoionophore is covalently bonded onto the polymer chain by copolymerizing the chromoionophore monomer and a methacrylate comonomer, such as MMA and DMA monomer. To be grafted. In such embodiments, the copolymer may comprise a random distribution of immobilized chromoionophores within the MMA-DMA polymer chain.

共有結合的にグラフトされたクロモイオノフォアを含む本発明のグラフトコポリマーは、当業者に知られた方法、又は本明細書中に記載された方法に従って形成することができる。例えば、１実施態様の場合、グラフトコポリマーは、本明細書において例３に詳細に記載されているように、メタクリレートモノマーと、重合性クロモイオノフォアとの混合物の、熱開始ラジカル溶液重合によって調製される。   The graft copolymers of the present invention comprising covalently grafted chromoionophores can be formed according to methods known to those skilled in the art or as described herein. For example, in one embodiment, the graft copolymer is prepared by thermally initiated radical solution polymerization of a mixture of a methacrylate monomer and a polymerizable chromoionophore, as described in detail herein in Example 3. .

或いは、クロモイオノフォアを共有結合的にグラフトするために、当業者に知られている他の方法を用いることもできる。例えば、グラフトコポリマーを調製するために、ゾル・ゲル技術を用いることができる。別のアプローチは、活性部位を有する既存のポリマー上にクロモイオノフォアを直接的にグラフトすることを伴う。さらに別のアプローチは、一方がグラフト型クロモイオノフォアを含有する２種の異なるポリマーを互いにブレンドすることを伴う。重合と、メタクリレートコポリマー上への重合性クロモイオノフォアの共有結合とを引き起こすために、メタクリル化モノマーと重合性クロモイオノフォアとを含有する溶液に、電子ビームを照射することもできる。   Alternatively, other methods known to those skilled in the art can be used to covalently graft the chromoionophore. For example, sol-gel techniques can be used to prepare graft copolymers. Another approach involves grafting the chromoionophore directly onto an existing polymer with an active site. Yet another approach involves blending together two different polymers, one containing a grafted chromoionophore. To induce polymerization and covalent attachment of the polymerizable chromoionophore onto the methacrylate copolymer, the solution containing the methacrylated monomer and the polymerizable chromoionophore can also be irradiated with an electron beam.

コポリマーの所期特性の所望の改善、例えばイオン選択性、より高速の応答・回復時間、及びより長い寿命を達成するために、十分な量の重合性クロモイオノフォアがコポリマーと合体される。このような特性は、よく知られた試験法によって定量測定することができる。   A sufficient amount of polymerizable chromoionophore is combined with the copolymer to achieve the desired improvement in the desired properties of the copolymer, such as ion selectivity, faster response and recovery time, and longer lifetime. Such characteristics can be quantitatively measured by well-known test methods.

このような特性を著しく向上させるのに必要とされる重合性クロモイオノフォアの最適な量は、採用される成分の化学組成、構造、及び分子量、並びに達成されるグラフトの程度に応じて変化する。グラフトコポリマーは典型的には、ポリマーの量を基準として、例えば約０．０１重量％〜約１０重量％、好ましくは約０．１重量％〜約５重量％の量でクロモイオノフォアを含有する。しかし一般には、コポリマー１０００重量部毎に、少なくとも１重量部の重合性クロモイオノフォアを使用することが有利となる。   The optimum amount of polymerizable chromoionophore required to significantly improve such properties will vary depending on the chemical composition, structure, and molecular weight of the components employed and the degree of grafting achieved. Graft copolymers typically contain the chromoionophore in an amount of, for example, from about 0.01 wt% to about 10 wt%, preferably from about 0.1 wt% to about 5 wt%, based on the amount of polymer. In general, however, it is advantageous to use at least 1 part by weight of polymerizable chromoionophore for every 1000 parts by weight of copolymer.

ポリマー組成物の成分の少なくとも部分的なグラフトを達成するために必要な条件は、個々の成分の反応性に応じて変化する。例えば、クロモイオノフォアが重合性アクリル基を含む場合、グラフト条件は、溶剤、例えばＥｔＯＡｃ中の熱又は光開始型共重合を含んでよい。グラフトコポリマーは、平均分子量が少なくとも５，０００，好ましくは少なくとも１０，０００、そして特に好ましくは少なくとも２０，０００ダルトン、例えば２０，０００〜２００，０００ダルトン、好ましくは５０，０００〜２００，０００ダルトンとなることが好都合である。   The conditions necessary to achieve at least partial grafting of the components of the polymer composition will vary depending on the reactivity of the individual components. For example, if the chromoionophore contains a polymerizable acrylic group, the grafting conditions may include thermal or photoinitiated copolymerization in a solvent such as EtOAc. The graft copolymer has an average molecular weight of at least 5,000, preferably at least 10,000, and particularly preferably at least 20,000 daltons, such as 20,000 to 200,000 daltons, preferably 50,000 to 200,000 daltons. Conveniently.

１実施態様の場合、特性又は性能特徴が改善されたブレンドを得るために、本発明のグラフトコポリマーは他のポリマーとブレンドし、混和し、又は合体させることができる。   In one embodiment, the graft copolymers of the present invention can be blended, blended, or combined with other polymers to obtain a blend with improved properties or performance characteristics.

例えば、ポリマー組成物は、ポリ(塩化ビニル)又はポリウレタン及び可塑剤、例えばビス(2-エチルヘキシル)セバケート（ＤＯＳ）又はo-ニトロフェニルオクチルエーテル（ＮＰＯＥ）とブレンドすると、機械的堅牢度が増大するという有益な効果を有する。ＰＶＣポリマー：グラフトポリマー組成物の相対比は、所望の通り変化してよく、好ましくは重量を基準として約９５：５〜約８０：２０であってよい。   For example, polymer compositions increase mechanical fastness when blended with poly (vinyl chloride) or polyurethane and plasticizers such as bis (2-ethylhexyl) sebacate (DOS) or o-nitrophenyl octyl ether (NPOE). It has a beneficial effect. The relative ratio of PVC polymer: graft polymer composition may vary as desired, and may preferably be from about 95: 5 to about 80:20, based on weight.

本発明のグラフトポリマー及びブレンドポリマー組成物は、標的アニオンとイオノフォアとの相互作用を検出することができる種々のアニオン選択的センサにおいて使用するように適合させることができる。例えばグラフトポリマー及びブレンドポリマー組成物は、イオン選択的な膜、フィルム、又は粒子、例えばキャリヤをベースとするイオン選択的な電極（ＩＳＥ）、薄膜イオン特異的オプトード、粒子をベースとするオプトード、及びバルク・オプトードを製作するために使用することができる。   The graft polymer and blend polymer compositions of the present invention can be adapted for use in a variety of anion selective sensors that can detect the interaction of a target anion with an ionophore. For example, graft polymer and blend polymer compositions include ion selective membranes, films, or particles, such as carrier-based ion selective electrodes (ISEs), thin film ion-specific optodes, particle-based optodes, and Can be used to make bulk optodes.

例えば、本発明の例４において記載された方法、又は当業者に知られた他の方法に従って、イオン選択的電極（ＩＳＥ）のポリマー膜を製作するために、本発明のグラフトポリマーを使用することができる。   For example, using the graft polymer of the present invention to fabricate a polymer membrane of an ion selective electrode (ISE) according to the method described in Example 4 of the present invention, or other methods known to those skilled in the art. Can do.

本発明のポリマーは、薄膜イオン特異的オプトードにおいて使用されるべき薄膜を製作するために、又は当業者に知られている方法に従って、粒子をベースとするオプトードにおいて使用されるべきミクロスフェア粒子を製作するために使用することもできる。例えば、例５及び６において考察するように、溶剤流延技術又はスピン塗布技術によって、電極及びオプトードを調製することができる。   The polymers of the present invention produce microsphere particles to be used in particle-based optodes to produce thin films to be used in thin film ion-specific optodes or according to methods known to those skilled in the art. It can also be used to For example, as discussed in Examples 5 and 6, electrodes and optodes can be prepared by solvent casting or spin coating techniques.

本発明によるクロモイオノフォアは、既知の、そして低廉な光源、例えばハロゲン又はキセノンランプ又は発光ダイオードの使用を可能にする好適な吸収波長範囲及び発光波長範囲を有する。採用することができる検出器の例は、光ダイオードである。蛍光分光法に加えて、他の光測定法、例えば吸収分光法を用いることもできる。   The chromoionophore according to the invention has a suitable absorption wavelength range and emission wavelength range that allows the use of known and inexpensive light sources such as halogen or xenon lamps or light emitting diodes. An example of a detector that can be employed is a photodiode. In addition to fluorescence spectroscopy, other light measurement methods such as absorption spectroscopy can be used.

本発明のイオン検出センサは、全てのタイプの体液試料のイオンを検出するために使用することができる。試料の例としては、例えば全血、髄液、血清、尿、唾液、***、涙液が挙げられる。体液試料は、薄めずに、又は希釈後又は緩衝剤による処理後にアッセイすることができる。   The ion detection sensor of the present invention can be used to detect ions of all types of body fluid samples. Examples of the sample include whole blood, spinal fluid, serum, urine, saliva, semen, and tears. The body fluid sample can be assayed undiluted or after dilution or treatment with buffer.

例
本発明は、下記例及び下記考察を参照すると、よりよく理解することができる。 Examples The invention can be better understood with reference to the following examples and discussion.

試薬
4-ヒドロ安息香酸、塩化アクリロイル、塩化チオニル、N,N-ジメチルホルムアミド、四塩化炭素、2-カルボキシエチルアクリレート、トリエチルアミン及びビス4(2-オキソ-3-オキアゾリジニル)-ホスフィン酸クロリド（ＢＯＰ−Ｃｌ）は、Aldrich (Milwaukee, WI)から入手された試薬等級であった。ナイルブルー塩化をStrem (Newburyport, MA)から入手した。合成のために使用された全ての溶剤は、Fisher Scientific (Pittsburgh, PA)から入手し、使用前にこれらを乾燥させた。モノマーであるメチルメタクリレート９９．５％、n-デシルメタクリレート９９％、n-ブチルアクリレート９９％を、Polysciences, Inc.(Warrington, Pa.)から得た。重合開始剤2,2'-アゾビスイソブチロニトリル９８％（ＡＩＢＮ）を、Aldrichから得た。エチルアセテート、ジクロロメタン、及び1,4-ジオキサンは試薬等級であり、Fisherから入手した。報告済の方法（１９）によって、モノマーから阻害剤を除去した。ＡＩＢＮは使用前に、高温メタノールから再結晶化した。9-(ジエチルアミノ)-5-オクタデカノイルイミノ-5H-ベンゾ[a]フェノキサジン（クロモイオノフォアＩ、ＥＴＨ ５２９４）、tert-ブチルカリックス[4]アレーン-テトラキス(N,N-ジメチルチオアセトアミド)（鉛イオノフォアＩＶ）、4-tert-ブチルカリックス[4]アレーン四酢酸テトラエチルエステル（ナトリウム・イオノフォアＸ）、ナトリウムテトラキス[3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート（ＮａＴＦＰＢ）、o-ニトロフェニルオクチルエーテル（ＮＰＯＥ）、ビス(2-エチルヘキシル)セバケート（ＤＯＳ）、高分子量ポリ(塩化ビニル)、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、及び全ての塩は、Fluka (Milwaukee, WI)から、Selectophore又はpuriss品質において購入した。 reagent
4-hydrobenzoic acid, acryloyl chloride, thionyl chloride, N, N-dimethylformamide, carbon tetrachloride, 2-carboxyethyl acrylate, triethylamine and bis4 (2-oxo-3-oxazolidinyl) -phosphinic acid chloride (BOP-Cl ) Was reagent grade obtained from Aldrich (Milwaukee, WI). Nile blue chloride was obtained from Strem (Newburyport, MA). All solvents used for synthesis were obtained from Fisher Scientific (Pittsburgh, PA) and were dried before use. The monomers methyl methacrylate 99.5%, n-decyl methacrylate 99%, n-butyl acrylate 99% were obtained from Polysciences, Inc. (Warrington, Pa.). The polymerization initiator 2,2′-azobisisobutyronitrile 98% (AIBN) was obtained from Aldrich. Ethyl acetate, dichloromethane, and 1,4-dioxane are reagent grade and were obtained from Fisher. The inhibitor was removed from the monomer by the reported method (19). AIBN was recrystallized from hot methanol before use. 9- (Diethylamino) -5-octadecanoylimino-5H-benzo [a] phenoxazine (chromoionophore I, ETH 5294), tert-butylcalix [4] arene-tetrakis (N, N-dimethylthioacetamide) ( Lead ionophore IV), 4-tert-butylcalix [4] arene tetraacetic acid tetraethyl ester (sodium ionophore X), sodium tetrakis [3,5-bis (trifluoromethyl) phenyl] borate (NaTFPB), o-nitrophenyl Octyl ether (NPOE), bis (2-ethylhexyl) sebacate (DOS), high molecular weight poly (vinyl chloride), tetrahydrofuran (THF), and all salts are purchased from Fluka (Milwaukee, WI) in Selectophore or puriss quality did.

Nanopure精製水（１８ＭＱ ｃｍ）中に適切な塩化物を溶解することにより、水溶液を調製した。   An aqueous solution was prepared by dissolving the appropriate chloride in Nanopure purified water (18 MQ cm).

例１
ＮＢ１の合成
工程１：５５ｍＬの水中２５ｍＬの四塩化炭素と９．２ｇのＮａＯＨとの混合物中に、１３．８ｇ（０．１モル）の4-ヒドロ安息香酸を溶解した。続いて、低温混合物に０．１２モルのアクリレート塩化物を液滴状に添加した。室温で６時間にわたって撹拌した後、反応混合物を希塩酸で中和した。結果として生じた沈殿物を濾過し、そして温水、希塩酸、及び水で洗浄した。粗生成物をエタノールから再結晶化した。白色の固形粉末を得た（収率９０％）。 Example 1
Synthesis of NB1 Step 1: 13.8 g (0.1 mol) of 4-hydrobenzoic acid was dissolved in a mixture of 25 mL carbon tetrachloride and 9.2 g NaOH in 55 mL water. Subsequently, 0.12 mol of acrylate chloride was added dropwise to the low temperature mixture. After stirring at room temperature for 6 hours, the reaction mixture was neutralized with dilute hydrochloric acid. The resulting precipitate was filtered and washed with warm water, dilute hydrochloric acid, and water. The crude product was recrystallized from ethanol. A white solid powder was obtained (90% yield).

工程２：９．６ｇ（０．０５モル）の4-アクリロイルオキシ安息香酸を、数滴のN,N-ジメチルホルムアミドを含有する３０ｍＬの塩化チオニルと、１０時間にわたって反応させ、次いで、減圧下で過剰塩化チオニルを除去することにより、対応する酸塩化物を提供した（収率８５％）。
工程３：１３ｍＬのＣＨ₂ＣＬ₂中の３１７ｍｇ（１ｍｍｏｌ）の塩基性ナイルブルーの溶液に、２ｍＬのＣＨ₂ＣＬ₂中に溶解された２４２ｍｇ（０．８ｍｍｏｌ）の4-アクリロイルオキシベンゾイルクロリドを添加した。 Step 2: 9.6 g (0.05 mol) of 4-acryloyloxybenzoic acid is reacted with 30 mL of thionyl chloride containing a few drops of N, N-dimethylformamide for 10 hours and then under reduced pressure Removal of excess thionyl chloride provided the corresponding acid chloride (yield 85%).
Step 3: To a solution of 317 mg (1 mmol) basic Nile Blue in 13 mL CH ₂ CL ₂ is added 242 mg (0.8 mmol) 4-acryloyloxybenzoyl chloride dissolved in ₂ mL CH ₂ CL _2. did.

室温で１５分間にわたって撹拌した後、反応混合物を５０ｍＬのＣＨ₂ＣＬ₂で希釈し、次いで５０ｍＬの０．１Ｍ ＮａＯＨで洗浄した。有機相を濾過し、溶剤を蒸発し、そして残留物をフラッシュ・クロマトグラフィ（シリカゲル、エチルアセテート）によって、そしてエチルアセテートからの再結晶化によって精製することにより、３７０ｍｇ（０．６３ｍｍｏｌ、４０％）のＮＢ１を提供した。ＮＢ１の構造を¹ＨＮＭＲによって確認した。 After stirring at room temperature for 15 minutes, the reaction mixture was diluted with 50 mL CH ₂ CL ₂ and then washed with 50 mL 0.1 M NaOH. By filtering the organic phase, evaporating the solvent and purifying the residue by flash chromatography (silica gel, ethyl acetate) and by recrystallization from ethyl acetate, 370 mg (0.63 mmol, 40%) NB1 was provided. The structure of NB1 was confirmed by ¹ HNMR.

例２
ＮＢ２の合成
３０ｍＬの乾燥ＣＨ₂ＣＬ₂中2-カルボキシエチルアクリレート（０．７３６ｇ）及び塩基性ナイルブルー（０．５２９ｇ）の溶液に、撹拌しながら室温でＥｔ₃Ｎ（０．８ｇ）を添加した。次いで、０．６１２ｇのＢＯＰ−Ｃｌを添加した。混合物を２４時間にわたって還流した。反応混合物を１０ｍＬの飽和型ＮａＨＣＯ₃及び水で洗浄した。溶剤の分離及び蒸発後に有機相を得た。残留物をフラッシュ・クロマトグラフィ（１：５のＥｔＯＡｃ：ヘキサン）を使用して精製した。溶剤の蒸発後に、固形物を３１％の収率で得た。ＮＢ２の構造を¹ＨＮＭＲによって確認した。 Example 2
Synthesis of NB2 To a solution of 2-carboxyethyl acrylate (0.736 g) and basic Nile Blue (0.529 g) in 30 mL dry CH ₂ CL ₂ was added Et ₃ N (0.8 g) at room temperature with stirring. did. Then 0.612 g BOP-Cl was added. The mixture was refluxed for 24 hours. The reaction mixture was washed with 10 mL saturated NaHCO ₃ and water. The organic phase was obtained after solvent separation and evaporation. The residue was purified using flash chromatography (1: 5 EtOAc: hexanes). After evaporation of the solvent, a solid was obtained in 31% yield. The structure of NB2 was confirmed by ¹ HNMR.

例３
ポリマーの合成及び特徴付け
熱開始ラジカル溶液重合を介して、全てのポリマーを合成した。使用したメチルメタクリレート及びn-デシルメタクリレートの量は、前に報告されたものと同じであった（１６，２０）。グラフト型イオノフォアを含有するポリマーの場合、１重量％のナイルブルー誘導体（２０ｍｇ）、０．７８ｇのＭＭＡ、及び０．２０ｇのＤＭＡを、無水ＥｔＯＡｃ中に溶解した。５．１ｍｇのＡＩＢＮを添加する前に、溶液を２０分間にわたってＮ₂でパージした。均一溶液を連続して撹拌し、そして温度を所定の勾配で９０℃まで上昇させ、これを１６時間にわたって維持した。反応が完了した後、溶剤を蒸発させ、そしてポリマーを１０ｍＬのジオキサン中に再溶解した。 Example 3
Polymer synthesis and characterization All polymers were synthesized via thermally initiated radical solution polymerization. The amount of methyl methacrylate and n-decyl methacrylate used was the same as reported previously (16, 20). For polymers containing grafted ionophore, 1 wt% Nile Blue derivative (20 mg), 0.78 g MMA, and 0.20 g DMA were dissolved in anhydrous EtOAc. The solution was purged with N ₂ for 20 minutes before adding 5.1 mg of AIBN. The homogeneous solution was continuously stirred and the temperature was raised to 90 ° C. with a predetermined gradient, which was maintained for 16 hours. After the reaction was complete, the solvent was evaporated and the polymer was redissolved in 10 mL dioxane.

ポリマー溶液のアリコート（２ｍＬ）を、強力に撹拌しながら１００ｍＬの蒸留水に添加した。沈殿物を捕集し、２５ｍＬのジクロロメタン中に溶解し、続いて、無水ＮａＳＯ₄で水を除去し、そして濾過した。溶液を蒸発させ、その結果生じたポリマーをメタノールで洗浄することにより、遊離イオノフォアの完全な除去を保証した。ポリマーを、周囲実験室条件下で乾燥させた（収率８０％）。グラフト型ポリマーを、報告されているように（２１，２２）、Ｈ¹ＮＭＲによって特徴づけた。 An aliquot (2 mL) of the polymer solution was added to 100 mL distilled water with vigorous stirring. The precipitate was collected and dissolved in 25 mL of dichloromethane, followed by removal of water with anhydrous NaSO ₄ and filtration. The solution was evaporated and the resulting polymer was washed with methanol to ensure complete removal of free ionophore. The polymer was dried under ambient laboratory conditions (80% yield). The grafted polymer was characterized by H ¹ NMR as reported (21, 22).

グラフトされた色素の濃度を、Ｈ¹ＮＭＲスペクトルから、４０ｍｍｏｌ／ｋｇであると推定した。n-ブチルアクリレートとの重合のために、１ｇのn-ＢＡを含有するＥｔＯＡｃ溶液を、３０分間にわたって９０℃で加熱した。反応温度を６０℃まで低下させ、そしてさらに１６時間にわたって、溶液に２５ｍｇのＮＢ２を添加した。この改変された手順は、色素の分解を防止するために用いた。上述のように、ポリマー（収率６０％）を精製して特徴づけた。グラフト型ＮＢ２の濃度を、¹ＨＮＭＲスペクトルから、４０ｍｍｏｌ／ｋｇであると推定した。 The concentration of the grafted dye was estimated to be 40 mmol / kg from the H ¹ NMR spectrum. For polymerization with n-butyl acrylate, an EtOAc solution containing 1 g of n-BA was heated at 90 ° C. for 30 minutes. The reaction temperature was lowered to 60 ° C. and 25 mg of NB2 was added to the solution over an additional 16 hours. This modified procedure was used to prevent degradation of the dye. The polymer (yield 60%) was purified and characterized as described above. The concentration of grafted NB2 was estimated to be 40 mmol / kg from the ¹ HNMR spectrum.

例４
ＩＳＥ膜の調製及び測定
１．５ｍＬのＴＨＦ中１４０ｍｇの総カクテル塊を提供するように、クロモイオノフォア（１０ｍｍｏｌ／ｋｇ）、ＮａＴＦＰＢ（２ｍｍｏｌ／ｋｇ）、ＰＶＣ、及び可塑剤（ＤＯＳ又はＮＰＯＥ）を溶解することにより、ＩＳＥ膜を調製した。グラフト型クロモイオノフォアを有する膜のカクテルは、２ｍｍｏｌ／ｋｇのＮａＴＦＰＢ、グラフトされたインジケータ、ＰＶＣ及び可塑剤（ＤＯＳ又はＮＰＯＥ）を含む１０重量％ＭＭＡ−ＤＭＡを含有した。カクテルをガラス顕微鏡スライド上に固定されたガラス・リング（内径２．２ｃｍ）内に注いだ。 Example 4
Preparation and measurement of ISE membrane Dissolve chromoionophore (10 mmol / kg), NaTFPB (2 mmol / kg), PVC, and plasticizer (DOS or NPOE) to provide a total cocktail mass of 140 mg in 1.5 mL THF. As a result, an ISE membrane was prepared. The cocktail of membranes with grafted chromoionophore contained 10 wt% MMA-DMA with 2 mmol / kg NaTFPB, grafted indicator, PVC and plasticizer (DOS or NPOE). The cocktail was poured into a glass ring (inner diameter 2.2 cm) fixed on a glass microscope slide.

溶剤を一晩蒸発させることにより、透明な膜を提供した。親膜を、次いでｐＨ緩衝溶液中で少なくとも１２時間にわたって状態調節した。ｐＨ滴定のために、緩衝溶液は、１Ｍ標準ＨＣｌによってｐＨ１．５に調節された指示濃度（１０ｍＭ又は０．１ｍＭ）のＮａＣｌを含む１０ｍＭクエン酸、及び１０ｍＭホウ酸であるか、又はバックグラウンドとしてのＮａＣｌを含む１０ｍＭリン酸緩衝溶液である。溶液は、０．１Ｍ標準ＮａＯＨ溶液で滴定し、そして試料ｐＨをモニターするために、ｐＨ電極を使用した。与えられた全ての試験結果は、計算された標準偏差を伴う、少なくとも３つの電極の平均値である。   The solvent was allowed to evaporate overnight to provide a transparent film. The parent membrane was then conditioned for at least 12 hours in pH buffered solution. For pH titration, the buffer solution is 10 mM citric acid with indicated concentration (10 mM or 0.1 mM) NaCl adjusted to pH 1.5 with 1 M standard HCl, and 10 mM boric acid, or as background 10 mM phosphate buffer solution containing NaCl. The solution was titrated with 0.1M standard NaOH solution and a pH electrode was used to monitor the sample pH. All test results given are an average of at least three electrodes with a calculated standard deviation.

グラフト型クロモイオノフォアのｐＫａを測定するために、サンドイッチ膜法（２３，２４）を用いた。一方の単一親膜は、ＰＶＣ−ＤＯＳ、ＰＶＣ−ＮＰＯＥ、又はＭＭＡ−ＤＭＡポリマー中に１０ｍｍｏｌ／ｋｇのクロモイオノフォアと、５ｍｍｏｌ／ｋｇのＮａＴＦＰＢとを含有するのに対して、他方のセグメントは、同じマトリックス中にＮａＴＦＰＢだけを含有した。グラフト型イオノフォアの場合、一方の単一膜は、ＰＶＣ−ＤＯＳ、又はブランクＭＭＡ−ＤＭＡ中に１．５ｍｍｏｌ／ｋｇのＮａＴＦＰＢと、１０重量％のＭＭＡ−ＤＭＡ−ＮＢポリマーとを含有するのに対して、他方の膜は、ＰＶＣ−ＤＯＳ、又はブランクＭＭＡ−ＤＭＡポリマー中に同じ量のＮａＴＦＰＢを含有した。親膜を、クエン酸−ホウ酸緩衝溶液中で一晩にわたって条件調節した。   The sandwich membrane method (23, 24) was used to measure the pKa of the grafted chromoionophore. One single parent membrane contains 10 mmol / kg chromoionophore and 5 mmol / kg NaTFPB in PVC-DOS, PVC-NPOE, or MMA-DMA polymer, while the other segment is Only NaTFPB was contained in the same matrix. In the case of grafted ionophores, one single membrane contains 1.5 mmol / kg NaTFPB and 10 wt% MMA-DMA-NB polymer in PVC-DOS or blank MMA-DMA. The other membrane contained the same amount of NaTFPB in PVC-DOS or blank MMA-DMA polymer. The parent membrane was conditioned overnight in a citrate-borate buffer solution.

全ての膜電極電位測定を、１Ｍ ＬｉＯＡｃブリッジ電解質を有するＡｇ／ＡｇＣｌ基準電極に対する無撹拌塩溶液（条件調節・内部充填溶液と同一）中で実験室周囲温度で行った。   All membrane electrode potential measurements were performed at ambient laboratory temperature in an unstirred salt solution (same as conditioned / internally filled solution) against an Ag / AgCl reference electrode with 1M LiOAc bridge electrolyte.

例５
オプトード膜の調製及び測定
オプトード薄膜をスピン塗布によって調製した。カクテルは、ＴＨＦ中に溶解された遊離クロモイオノフォア、又はグラフト型クロモイオノフォア、ＰＶＣ，及び可塑剤を含有した。２００μＬアリコートのカクテルを、スピン塗布装置内に配置された石英ディスク上にシリンジを用いて移した（１）。結果として生じた２〜３μｍ厚の膜を、種々異なる溶液中で平衡させた。 Example 5
Preparation and measurement of optode film An optode film was prepared by spin coating. The cocktail contained free chromoionophore or grafted chromoionophore, PVC, and plasticizer dissolved in THF. A 200 μL aliquot of cocktail was transferred using a syringe onto a quartz disk placed in a spin coater (1). The resulting 2-3 μm thick membrane was equilibrated in different solutions.

以前に報告されているように（３，２５）、ＨＰ８４５２Ａダイオード・アレイ分光光度計を用いて、吸光度スペクトルを記録し、そして、蛍光顕微鏡法及び分光法によって、蛍光スペクトルを記録した。ＮＢ１及びＮＢ２のモル吸収効率（ｅ）をメタノール中で測定した。ＭｅＯＨ中２ｍＬの２ｘ１０ＭのＮＢ１又はＮＢ２を、１ｃｍ石英セル内に入れた。先ず３μＬの１Ｍ ＮａＯＨを、次いで１０μＬの１Ｍ ＨＣｌを添加することにより、それぞれクロモイオノフォアのプロトン化形態及び脱プロトン化形態を得た後で、吸収スペクトルを報告した。   Absorbance spectra were recorded using a HP8452A diode array spectrophotometer as previously reported (3, 25), and fluorescence spectra were recorded by fluorescence microscopy and spectroscopy. The molar absorption efficiency (e) of NB1 and NB2 was measured in methanol. 2 mL of 2 × 10 M NB1 or NB2 in MeOH was placed in a 1 cm quartz cell. Absorption spectra were reported after obtaining the protonated and deprotonated forms of the chromoionophore, respectively, by first adding 3 μL of 1 M NaOH and then 10 μL of 1 M HCl.

Ｐｂ²⁺選択的な三成分薄膜をベースとするオプトードの場合、５重量％のＮＢ１−ＭＭＡ−ＤＭＡ、８．１ｍｍｏｌ／ｋｇのＮａＴＦＰＢ、１８．６ｍｍｏｌ／ｋｇのＰｂ（ＩＶ）イオノフォア、及びＰＶＣ−ＤＯＳ（１：２）を含有する、全部で３００ｍｇの膜成分を、１．７５ｍＬのＴＨＦ中に溶解した。Ｎａ⁺選択的な三成分薄膜をベースとするオプトードの場合、５重量％のＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ、１０ｍｍｏｌ／ｋｇのＮａＴＦＰＢ、２０ｍｍｏｌ／ｋｇのＮａ（Ｘ）イオノフォア、及びＰＶＣ−ＤＯＳ（１：２）を含有する、全部で３００ｍｇの膜成分を、１．７５ｍＬのＴＨＦ中に溶解した。 In the case of an optode based on a Pb ²⁺ selective ternary thin film, 5 wt% NB1-MMA-DMA, 8.1 mmol / kg NaTFPB, 18.6 mmol / kg Pb (IV) ionophore, and PVC- A total of 300 mg of membrane components containing DOS (1: 2) was dissolved in 1.75 mL of THF. For optodes based on Na ⁺ selective ternary thin films, 5 wt% NB2-MMA-DMA, 10 mmol / kg NaTFPB, 20 mmol / kg Na (X) ionophore, and PVC-DOS (1: 2 ) In total, 300 mg of membrane components were dissolved in 1.75 mL of THF.

上記と同じスピン塗布装置及び蛍光顕微鏡によって、薄膜を調製し、そして特徴づけた。全てのデータポイントは、計算された標準偏差を伴う、５つの測定値の平均である。   Thin films were prepared and characterized by the same spin coater and fluorescence microscope as above. All data points are the average of 5 measurements with a calculated standard deviation.

例６
粒子の調製及び測定
可塑剤を含まないミクロスフェアを、以前に記載された高スループット粒子キャスティング装置（２５）を用いて調製した。カクテルは、２．０９ｍｇ（５３ｍｍｏｌ／ｋｇ）のＮａイオノフォア（Ｘ）、０．７５ｍｇ（２１ｍｍｏｌ／ｋｇ）のＮａＴＦＰＢ、ＰｎＢＡ（１０ｍｍｏｌ／ｋｇ）中１１ｍｇのグラフト型ＮＢ２、及び１．５ｍＬのシクロヘキサノン中に溶解された２５．４ｍｇのブランクＰｎＢＡを秤量することにより調製した。混合物をボルテックス混合器内で３０分間にわたって振盪し、次いで、静かに撹拌しながら２５ｍＬのジクロロメタンにこれを液滴状に添加した。 Example 6
Particle Preparation and Measurement Plasticizer free microspheres were prepared using a high throughput particle casting apparatus (25) described previously. The cocktail was in 2.09 mg (53 mmol / kg) Na ionophore (X), 0.75 mg (21 mmol / kg) NaTFPB, 11 mg grafted NB2 in PnBA (10 mmol / kg), and 1.5 mL cyclohexanone. Prepared by weighing 25.4 mg of blank PnBA dissolved. The mixture was shaken in a vortex mixer for 30 minutes and then added dropwise to 25 mL of dichloromethane with gentle stirring.

０．５ｍＬのキシレンを添加した後、溶液を０．４５μｍのGelmanフィルタを通して濾過し、そして気密なHamiltonシリンジに移した。ポリマーコア溶液を含有するシリンジを、シリンジポンプ（Stoelting, Wood Dale, IL）上に取り付け、そして０．２９ｍＬ／分の速度で流れるように設定した。４３ｍＬ／分の速度で流れるシース液体流として使用される脱イオン水を、圧力調節器を介して制御した。周波数発生器は、１１．９〜１２．３ｋＨｚの設定値で動作させる。   After adding 0.5 mL of xylene, the solution was filtered through a 0.45 μm Gelman filter and transferred to an airtight Hamilton syringe. A syringe containing the polymer core solution was mounted on a syringe pump (Stoelting, Wood Dale, IL) and set to flow at a rate of 0.29 mL / min. Deionized water used as a sheath liquid stream flowing at a rate of 43 mL / min was controlled via a pressure regulator. The frequency generator is operated at a set value of 11.9 to 12.3 kHz.

内径１．０ｍｍ及び壁厚０．１５ｍｍのホウケイ酸ガラス・マイクロ毛管を、応答時間測定のために使用した。捕集された粒子の５０Ｌアリコートを、毛管セル内部にピペットで入れ、次いで、粒子を数時間にわたって沈降させておいた。毛管の各端部に、ポリエチレン管を取り付け、そして毛管を０．１ｍＬ／分の速度で動作する蠕動ポンプに接続した。その後、蛍光顕微鏡（３，２６）による測定を３０〜６０秒毎又はこれよりも長い間隔で行った。   A borosilicate glass microcapillary with an inner diameter of 1.0 mm and a wall thickness of 0.15 mm was used for response time measurement. A 50 L aliquot of the collected particles was pipetted into the capillary cell and the particles were then allowed to settle for several hours. At each end of the capillary, a polyethylene tube was attached and the capillary was connected to a peristaltic pump operating at a rate of 0.1 mL / min. Thereafter, measurement with a fluorescence microscope (3, 26) was performed every 30 to 60 seconds or at intervals longer than this.

例の検討
第１の重合性クロモイオノフォアＮＢ１は、アクリロイルオキシベンゾイル基に結合された高塩基性オキサジン色素分子ナイルブルーの誘導体である。ＮＢ１系のイオン選択的電極（ＩＳＥ）膜のｐＨ応答を先ず調べた。遊離ＮＢ１を含有するＩＳＥ膜を調製した。しかし、このクロモイオノフォアは、不十分な親油性に基づき、緩衝剤と接触する状態調節工程中に、膜から浸出することが判った。 Example Consideration The first polymerizable chromoionophore NB1 is a derivative of the highly basic oxazine dye molecule Nile Blue attached to an acryloyloxybenzoyl group. The pH response of an NB1-based ion selective electrode (ISE) membrane was first examined. An ISE membrane containing free NB1 was prepared. However, this chromoionophore was found to leach out of the membrane during the conditioning process in contact with the buffer, based on insufficient lipophilicity.

従って、エチルアセテート中のＮＢ１、ＭＭＡ及びＤＭＡの溶液重合によって、また開始剤としてＡＩＢＮを用いて、ＮＢ１グラフト型ポリマーを調製した。溶液が無色のままになり、またポリマー中の未反応遊離ＮＢ１の除去を示すまで、精製されたポリマーを洗浄した。１重量％のＮＢ１を含有するポリマーを、¹Ｈ−ＮＭＲによって特徴づけた。アクリレート基の二重結合に対応するδ＝６．５〜７．４ｐｐｍ付近での信号の消失は、ポリマー中に残された遊離色素がないことを裏付けた。イオノフォアがグラフトされたＭＭＡ−ＤＭＡポリマーと、他のポリマー、例えば可塑化ＰＶＣとをブレンドすると、このことは、センサ応答に対して顕著な影響を示さないが、しかしＩＳＥ膜の機械的安定性を改善できることが、以前に報告されている（１６）。この研究において、ＩＳＥ膜における初期評価のために、同じブレンド法が採用された。ここでは、１０重量％のグラフト型ＮＢ１−ＭＭＡ−ＤＭＡを、９０重量％のＰＶＣ及びＤＯＳ（１：２質量比）と混合することにより、ＩＳＥ膜を調製した。状態調節中及び測定中には、色素の浸出は観察されなかった。 Therefore, NB1 grafted polymers were prepared by solution polymerization of NB1, MMA and DMA in ethyl acetate and using AIBN as the initiator. The purified polymer was washed until the solution remained colorless and showed removal of unreacted free NB1 in the polymer. A polymer containing 1% by weight of NB1 was characterized by ¹ H-NMR. The disappearance of the signal around δ = 6.5-7.4 ppm, corresponding to the double bond of the acrylate group, confirmed that there was no free dye left in the polymer. When blending an ionophore grafted MMA-DMA polymer with another polymer, such as plasticized PVC, this does not show a significant effect on the sensor response, but it does increase the mechanical stability of the ISE membrane. It has been reported previously that it can be improved (16). In this study, the same blending method was adopted for initial evaluation in ISE membranes. Here, an ISE membrane was prepared by mixing 10% by weight of grafted NB1-MMA-DMA with 90% by weight of PVC and DOS (1: 2 mass ratio). No dye leaching was observed during conditioning and measurement.

図２Ａ及び２Ｂは、結果として生じた膜の、記録されたｐＨ応答を示す。ネルンスト応答が、３未満のｐＨでのみ見いだされた。対応するＰＶＣ−ＮＰＯＥ膜の場合、ｐＨ範囲約１〜５でネルンスト応答が見いだされた。ＮＰＯＥ膜のより広い応答範囲は、ＮＰＯＥ系膜内の色素のより高いｐＫａ値と一致する。この傾向は以前に報告されており、クロモイオノフォアの測定範囲及びｐＫａ値は、異なる可塑剤と共に変化する（２，２４）。   2A and 2B show the recorded pH response of the resulting membrane. A Nernst response was found only at a pH of less than 3. For the corresponding PVC-NPOE membrane, a Nernst response was found in the pH range of about 1-5. The wider response range of the NPOE film is consistent with the higher pKa value of the dye in the NPOE-based film. This trend has been reported previously, and the chromoionophore measurement range and pKa values vary with different plasticizers (2,24).

グラフト型ＮＢ１をベースとする膜のカチオン選択性を、０．１Ｍ ＮａＣｌバックグラウンドにおけるｐＨ応答曲線を測定することによる固定干渉法（２７）に従って測定した。Ｎａ⁺に対するＨ⁺の対応対数選択係数は、ＰＶＣ−ＤＯＳに関してはｌｏｇＫ_H,Na ^pot＝−３．１として、またＰＶＣ−ＮＰＯＥに関してはｌｏｇＫ_H,Na ^pot＝−５．３として計算した。 The cation selectivity of the membrane based on grafted NB1 was measured according to the fixed interferometry (27) by measuring the pH response curve in a 0.1 M NaCl background. The logarithmic selection factor of H ^{+ to} Na ⁺ was calculated as log K _{H, Na} ^pot = −3.1 for PVC-DOS and log K _{H, Na} ^pot = −5.3 for PVC-NPOE.

相対的に小さなイオン選択性、及び狭いｐＨ応答範囲は、他の報告されているナイルブルー誘導体とは著しく異なる。これは、クロモイオノフォアの低いｐＫａ値、又はナトリウム・イオン干渉に対する顕著な結合親和力によって説明することができる。新しい色素ＮＢ１のｐＫａ値は、一般に使用されるクロモイオノフォア、例えばＥＴＨ５２９４よりも低いことが予想される。ＮＢ１におけるカルボキシル基及びベンゾイル基は、強い電子求引効果を有し、そしてジエチルアミノ基の窒素上の電子密度を減少させる。この窒素上の電子は、ＥＴＨ５２９４よりも大きく非局在化されており、そして色素の塩基性を減少させる。   The relatively small ion selectivity and narrow pH response range are significantly different from other reported Nile Blue derivatives. This can be explained by the low pKa value of the chromoionophore or the significant binding affinity for sodium ion interference. The pKa value of the new dye NB1 is expected to be lower than commonly used chromoionophores such as ETH5294. The carboxyl and benzoyl groups in NB1 have a strong electron withdrawing effect and reduce the electron density on the nitrogen of the diethylamino group. The electrons on this nitrogen are more delocalized than ETH5294 and reduce the basicity of the dye.

膜ブレンド中のグラフト型ＮＢ１の見かけｐＫａ値は、いわゆるサンドイッチ膜法によって、ＰＶＣ−ＤＯＳに関しては４．４２±０．０５と測定され、またＰＶＣ−ＮＰＯＥに関しては７．１２±０．０２と測定された。これらのデータは、グラフト型ＮＢ１を含有する膜の測定範囲を概ね説明するように見えるが、しかしＮＢ１内のエステル官能性は、以前の研究（８，２０）と同様に、何らかのアルカリ金属結合に部分的に関与することもある。   The apparent pKa value of grafted NB1 in the membrane blend was measured as 4.42 ± 0.05 for PVC-DOS and 7.12 ± 0.02 for PVC-NPOE by the so-called sandwich membrane method. It was done. These data seem to largely explain the measurement range of the membrane containing grafted NB1, but the ester functionality within NB1 is similar to some alkali metal bonds, as in previous studies (8, 20). May be partially involved.

図３Ａは、ＴＨＦ溶液中の脱プロトン化形態及びプロトン化形態を成すＮＢ１の吸光度スペクトルを示し、それぞれ５１０ｎｍ及び５６０／６４０ｎｍで最大値を示す。ＮＢ１の吸光度スペクトルは、ＥＴＨ５２９４の吸光度スペクトルと極めて類似している。バルク・オプトードにおいて使用されるクロモイオノフォアが、高いモル吸収係数（ε)を必要とすることが報告されている。モル吸収係数（ε)は、参考文献（２）に従って測定して、メタノール中、２．９ ｘ １０⁴Ｌ ｍｏｌ^-1ｃｍ^-1（６６０ｎｍ、プロトン化形態）、及び２．２ ｘ １０⁴Ｌ ｍｏｌ^-1ｃｍ^-1（５１０ｎｍ、脱プロトン化形態）であると見いだされた。これらの値は、ナイルブルー誘導体にとって典型的である。 FIG. 3A shows the absorbance spectra of NB1 in deprotonated and protonated form in THF solution, with maximum values at 510 nm and 560/640 nm, respectively. The absorbance spectrum of NB1 is very similar to that of ETH5294. It has been reported that chromoionophores used in bulk optodes require high molar absorption coefficients (ε). The molar absorption coefficient (ε) is measured according to reference (2) and is determined in methanol as 2.9 x 10 ⁴ L mol ^-1 cm ^-1 (660 nm, protonated form) and 2.2 x 10 ⁴ L. mol ^-1 cm ^-1 (510 nm, deprotonated form) was found. These values are typical for Nile Blue derivatives.

ＮＢ１の低いｐＫａ値は、低い試料ｐＨで遷移金属イオンを測定するための光学センサにおいてＮＢ１を極めて魅力的にする。例えば、ｐＨ４の水溶液における鉛イオンの蛍光検出が、バルク・オプトード（２６）とともに以前に報告された。蛍光測定に基づく光学センサは、吸光度モードに基づくオプトードと類似の組成を有するが、しかし蛍光活性ｐＨインジケータを必要とする。   The low pKa value of NB1 makes NB1 very attractive in optical sensors for measuring transition metal ions at low sample pH. For example, fluorescent detection of lead ions in aqueous solutions at pH 4 has been previously reported with bulk optode (26). Optical sensors based on fluorescence measurements have a composition similar to optodes based on absorbance mode, but require a fluorescence active pH indicator.

アゾ色素ＥＴＨ５３１５は、オプトード膜において５．５のｐＫａを示し、酸性溶液中の重金属検出に適することになる。残念ながら、これは極めて貧弱な蛍光特性を示す。ナイルブルー誘導体は通常、蛍光性なので、ｐＫａ値８．８のＥＴＨ５４１８が、鉛測定のための代替物として選択された。残念ながら、蛍光に基づく測定のためにＥＴＨ５４１８を使用するためには、内部フィルターによるアプローチの開発が必要となる。それというのもＥＴＨ５４１８の塩基性形態は発光性ではないからである。従って、付加的な親油性基準色素が必要となる。図３Ｂは、それぞれ０．０１ＭのＨＣｌ溶液及び０．０１ＭのＮａＯＨ溶液と接触したＭＭＡ−ＤＭＡポリマー中のグラフト型ＮＢ１の蛍光スペクトルを示す。６４０ｎｍ及び６８０ｎｍにおける発光ピークは、色素の脱プロトン化形態及びプロトン化形態に対応する。   The azo dye ETH5315 exhibits a pKa of 5.5 in the optode film and is suitable for heavy metal detection in acidic solutions. Unfortunately, this shows very poor fluorescence properties. Since Nile Blue derivatives are usually fluorescent, ETH5418 with a pKa value of 8.8 was chosen as an alternative for lead determination. Unfortunately, the use of ETH5418 for fluorescence-based measurements requires the development of an internal filter approach. This is because the basic form of ETH5418 is not luminescent. Therefore, an additional lipophilic reference dye is required. FIG. 3B shows the fluorescence spectrum of grafted NB1 in MMA-DMA polymer in contact with 0.01 M HCl solution and 0.01 M NaOH solution, respectively. The emission peaks at 640 nm and 680 nm correspond to the deprotonated and protonated forms of the dye.

ポリマーマトリックス中のグラフト型ＮＢ１の蛍光スペクトルは、従って、一般的な色素ＥＴＨ５２９４の蛍光スペクトルとほとんど同一である。ＮＢ１のこれらの魅力的な蛍光特徴、及びその低いｐＫａは、ＮＢ１を、酸性媒質中の鉛又は他の遷移金属イオンを測定するのに好適にする。この点を推定するために、鉛イオンのための光学センサを製作した。今日まで報告されているほとんどの場合、完全に可塑剤のないメタクリレートコポリマー・オプトード膜は、可塑化ＰＶＣ膜よりも低速の拡散挙動、及び長い応答時間を示した（２８）。許容できる程度に高速の応答時間（＜１５分）は、イオノフォア（ＡＵ−１）が共有結合された１０重量％のＭＭＡ−ＤＭＡをＤＯＳ−ＰＶＣと混合すると得られた（２８）。従って、ここでは、Ｐｂ⁺オプトードは、ＭＭＡ−ＤＭＡ中のＰｂ−イオノフォア（ＩＶ）、イオン交換体ＮａＴＦＰＢ、グラフト型ＮＢ１（５重量％）と、ＰＶＣ−ＤＯＳ（１：２質量比、９０重量％）とを含有した。 The fluorescence spectrum of grafted NB1 in the polymer matrix is therefore almost identical to the fluorescence spectrum of the general dye ETH5294. These attractive fluorescent features of NB1 and its low pKa make NB1 suitable for measuring lead or other transition metal ions in acidic media. To estimate this point, an optical sensor for lead ions was fabricated. In most cases reported to date, methacrylate copolymer optode membranes completely free of plasticizers showed slower diffusion behavior and longer response times than plasticized PVC membranes (28). An acceptably fast response time (<15 minutes) was obtained when 10% by weight of MMA-DMA covalently bound by ionophore (AU-1) was mixed with DOS-PVC (28). Therefore, here Pb ⁺ optode is Pb-ionophore (IV) in MMA-DMA, ion exchanger NaTFPB, grafted NB1 (5 wt%) and PVC-DOS (1: 2 mass ratio, 90 wt%) ).

オプトード機能を評価するために採用される検知原理は、イオン交換メカニズム：
２ ＩｎｄＨ⁺(ｏｒｇ)＋ｎ Ｌ(ｏｒｇ)＋Ｐｂ²⁺(ａｑ)＋２Ｒ^-(ｏｒｇ)＝＝
２ Ｉｎｄ(ｏｒｇ)＋Ｌ_nＰｂ²⁺(ｏｒｇ)＋２Ｈ⁺(ａｑ)＋２Ｒ^-(ｏｒｇ)
（１）
に基づく（２９）。 The detection principle adopted to evaluate the optode function is the ion exchange mechanism:
2 IndH ⁺ (org) + n L (org) + Pb ²⁺ (aq) + 2R ⁻ (org) ==
2 Ind (org) + L _n Pb ²⁺ (org) + 2H ⁺ (aq) + 2R ⁻ (org)
(1)
(29).

ここで、それぞれ、Ｉｎｄは中性クロモイオノフォアであり、Ｌはイオノフォアであり、そしてＲ^-は、カチオン交換体である。有機検知相及び水性相は、(ｏｒｇ)及び(ａｑ)として示される。オプトード膜が鉛イオンと接触すると、鉛イオンは膜内に抽出され、そしてその過程において、膜内部の電気的中性を保つために、水素イオンを駆出する。膜からのプロトン放出の結果であるフルオロイオノフォアのプロトン化の程度の変化は、その蛍光特性の測定可能な変化をもたらす。実験で入手可能な脱プロトン化クロモイオノフォアのモル分率αの関数として与えられた、イオン交換平衡に基づく膜の応答は、

として提供される（２９）。 Where Ind is a neutral chromoionophore, L is an ionophore, and R ⁻ is a cation exchanger. The organic sensing phase and the aqueous phase are denoted as (org) and (aq). When the optode film comes into contact with lead ions, the lead ions are extracted into the film, and in the process, eject hydrogen ions to maintain the electrical neutrality inside the film. A change in the degree of protonation of the fluoroionophore as a result of proton emission from the membrane results in a measurable change in its fluorescent properties. The membrane response based on ion exchange equilibrium given as a function of the molar fraction α of the deprotonated chromoionophore available in the experiment is

(29).

ここでＬ_T、Ｃ_T、及びＲ_T ^-はそれぞれ、イオノフォア、クロモイオノフォア、及び親油性イオン交換体の総濃度であり、Ｚ_Iは、被分析物の電荷であり（ここではＺ_I＝２）、ｎは、複素化学量論値であり（ここではｎ＝１）、そしてｋ_exchは、イオン交換定数である(ｅｑ２とする）。 Where L _T , C _T , and R _T ⁻ are the total concentrations of ionophore, chromoionophore, and lipophilic ion exchanger, respectively, and Z _I is the charge of the analyte (here Z _I = 2). ), N is the complex stoichiometric value (here n = 1), and k _exch is the ion exchange constant (denoted eq2).

図４は、試験データが、ｅｑ２で計算された理論応答曲線（実線）に十分に対応することを示す。ｐＨ４．７における動的な鉛（ＩＩ）測定範囲は、Ｐｂ（ＩＩ）のｌｏｇ ｋ_exchが−４．３であるとして、１０^-7Ｍ〜１０^-3Ｍであることが見いだされた。これは、ＥＴＨ５４１８（それぞれＰＶＣ−ＤＯＳ及びＰＶＣ−ＮＰＯＥ中でｐＫａ＝８．６及び１１．７、（２４））に基づく別の鉛オプトード（２６）の場合の−２．４の対数イオン交換定数と同等である。 FIG. 4 shows that the test data corresponds well to the theoretical response curve (solid line) calculated with eq2. The dynamic lead (II) measurement range at pH 4.7 was found to be 10 ⁻⁷ M to 10 ⁻³ M, assuming that the log k _exch of Pb (II) is −4.3. This is a logarithmic ion exchange constant of −2.4 for another lead optode (26) based on ETH5418 (pKa = 8.6 and 11.7, (24) in PVC-DOS and PVC-NPOE, respectively). Is equivalent to

中性ｐＨで動作することができる、共有結合的にグラフトされたクロモイオノフォアを有する光学センサを実現するために、第２の重合性クロモイオノフォアＮＢ２を合成した。遊離溶解されたＮＢ２を含有するＩＳＥ膜に対して明らかな浸出が観察されないので、遊離ＮＢ２は、ＮＢ１よりも高親油性であることが判った。ＰＶＣ−ＤＯＳ膜及びＰＶＣ−ＮＰＯＥ膜における遊離ＮＢ２のｐＨ応答が、図５Ａ及び図５Ｂに示すように測定された。   In order to achieve an optical sensor with a covalently grafted chromoionophore that can operate at neutral pH, a second polymerizable chromoionophore NB2 was synthesized. Free NB2 was found to be more lipophilic than NB1, since no obvious leaching was observed for ISE membranes containing free dissolved NB2. The pH response of free NB2 in PVC-DOS and PVC-NPOE membranes was measured as shown in FIGS. 5A and 5B.

ＮＢ２系の膜は、ＤＯＳ膜に関してはｐＨ６〜１０、ＮＰＯＥ膜に関してはｐＨ５〜１１のネルンスト応答範囲をもたらした。Ｎａ⁺に対するＨ⁺の対数選択係数は、遊離ＮＢ２を含有するＤＯＳ膜に関しては−１０．３、そして遊離ＮＢ２を含有するＮＰＯＥ膜に関しては＜−１１であることが見いだされた。サンドイッチ法によって測定されたＤＯＳ膜及びＮＰＯＥ膜における遊離ＮＢ２のｐＫａ値は、１０．１０±０．０２（ＤＯＳ）及び１２．４９±０．０２（ＮＰＯＥ）であった。これらの値は、それぞれ同じ方法を用いたＥＴＨ５２９４のｐＫａ値（１１．４及び１４．８）よりも僅かに小さい。この相違は、ＥＴＨ５２９４中には存在しないＮＢ２中のエステルの誘導効果によって引き起こされ得る。 The NB2-based film provided a Nernst response range of pH 6-10 for the DOS film and pH 5-11 for the NPOE film. The logarithmic selectivity of H ^{+ to} Na ⁺ was found to be −10.3 for DOS films containing free NB2 and <−11 for NPOE films containing free NB2. The pKa values of free NB2 in the DOS film and the NPOE film measured by the sandwich method were 10.10 ± 0.02 (DOS) and 12.49 ± 0.02 (NPOE). These values are slightly smaller than the EKa5294 pKa values (11.4 and 14.8), respectively, using the same method. This difference can be caused by the inductive effect of esters in NB2 that are not present in ETH5294.

上で用いられたのと同じ溶液重合法によって、ＮＢ２を、ＭＭＡ−ＤＭＡポリマーマトリックス内に共有結合的にグラフトした。図６は、ＰＶＣ−ＤＯＳ又はＰＶＣ−ＮＰＯＥとブレンドされたグラフト型ＮＢ２系膜のｐＨ応答を示す。ネルンストｐＨ応答範囲は、ＤＯＳ膜に関してはｐＨ３〜８、そしてＮＰＯＥ膜に関してはｐＨ４〜９であることが見いだされた。サンドイッチ法によって測定されたＤＯＳ膜及びＮＰＯＥ膜内の遊離ＮＢ２の見かけｐＫａ値は、９．２±０．０２（ＤＯＳ）及び１１．２４±０．０２（ＮＰＯＥ）であった。   NB2 was covalently grafted into the MMA-DMA polymer matrix by the same solution polymerization method used above. FIG. 6 shows the pH response of grafted NB2 based membrane blended with PVC-DOS or PVC-NPOE. The Nernst pH response range was found to be pH 3-8 for DOS membranes and pH 4-9 for NPOE membranes. The apparent pKa values of free NB2 in the DOS film and NPOE film measured by the sandwich method were 9.2 ± 0.02 (DOS) and 11.24 ± 0.02 (NPOE).

グラフト型ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ膜の場合、Ｎａ⁺に対するＨ⁺の対数選択係数は、ＤＯＳ膜に関しては−８．８、そしてＮＰＯＥ膜に関しては−９．３であることが見いだされた。遊離ＮＢ２を含有する膜と比較した、僅かに減少した選択性は、エステル官能性に由来する何らかのイオン結合特性を有するメタクリレート・タイプのコポリマーの影響によって部分的に説明することができる。図７Ａに示すように、ＮＢ２の吸光度特性をＴＨＦ溶液中で特徴づけた。ＮＢ１及びＥＴＨ５２９４と同様に、ＮＢ２はまた、脱プロトン化形態の場合、５５０ｎｍでピークを示し、またプロトン化形態の場合６１０／６７０ｎｍでピークを示す。メタノール中のＮＢ２のε値は、３．５ x １０（６６０ｎｍ、プロトン化形態）、及び２．８ x １０⁴（５５０ｎｍ、脱プロトン化形態）であると測定された。これらの値は、ＥＴＨ５２９４に関して報告された値（２）と極めて近い。 For grafted NB2-MMA-DMA membranes, the logarithmic selectivity of H ^{+ to} Na ⁺ was found to be −8.8 for DOS films and −9.3 for NPOE films. The slightly reduced selectivity compared to membranes containing free NB2 can be partly explained by the influence of methacrylate type copolymers with some ionic binding properties derived from ester functionality. As shown in FIG. 7A, the absorbance characteristics of NB2 were characterized in a THF solution. Like NB1 and ETH5294, NB2 also shows a peak at 550 nm in the deprotonated form and a peak at 610/670 nm in the protonated form. The ε value of NB2 in methanol was determined to be 3.5 × 10 (660 nm, protonated form) and 2.8 × 10 ⁴ (550 nm, deprotonated form). These values are very close to the value reported for ETH5294 (2).

図７Ｂは、ＨＣｌ溶液及びＮａＯＨ溶液と接触した遊離ＮＢ２系ＰＶＣ−ＤＯＳ膜の蛍光スペクトルを表す。６４０ｎｍ及び６８０ｎｍにおけるピークは、それぞれ色素の脱プロトン化形態及びプロトン化形態の発光最大値に相当する。ポリマーマトリックス中のＮＢ２の蛍光スペクトルはまた、ＥＴＨ５２９４の蛍光スペクトルとほとんど同一である（３，３０）。   FIG. 7B represents the fluorescence spectrum of the free NB2 based PVC-DOS film in contact with HCl and NaOH solutions. The peaks at 640 nm and 680 nm correspond to the emission maxima of the deprotonated and protonated forms of the dye, respectively. The fluorescence spectrum of NB2 in the polymer matrix is also almost identical to that of ETH5294 (3, 30).

これらの結果は、共有結合が、クロモイオノフォアの蛍光特性を変化させないこと、そしてグラフト型ＮＢ２を、中性ｐＨで測定されるオプトードを用いた蛍光比の検出のためのＨ⁺−フルオロイオノフォアとして使用できることを示している。例５において、Ｎａ選択的オプトード薄膜を調製した。膜は、ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ、ナトリウムイオノフォアＮａ−Ｘ及びＮａＴＦＰＢを含有した。オプトード機能を評価するために採用される検知原理は、上記のものと同じ塩基性イオン交換メカニズムに基づく（ｅｑ２においてＺ_I＝１及びｎ＝１）。 These results indicate that the covalent bond does not change the fluorescence properties of the chromoionophore, and that grafted NB2 is used as an H ⁺ -fluoroionophore for detection of fluorescence ratio using an optode measured at neutral pH It shows what you can do. In Example 5, a Na selective optode film was prepared. The membrane contained NB2-MMA-DMA, sodium ionophore Na-X and NaTFPB. The detection principle employed to evaluate the optode function is based on the same basic ion exchange mechanism as described above (Z _I = 1 and n = 1 in eq2).

Ｎａ⁺に対するオプトード膜の応答曲線、及び対応する選択性挙動が図８に示されている。データポイントは、標準偏差を表すエラーバーを伴う平均実験値（ｎ＝３）に対応する。実線は、ｅｑ２に基づいた理論曲線を描く。ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ膜で観察された応答曲線は、理論上予測される挙動に十分に対応し、このことは、フルオロイオノフォアがその共有結合状態において十分に機能的で有り続けることを裏付ける。観察されたイオン交換定数は、ｌｏｇ ｋ_exch＝−４．５であることが判り、この値は、同じＮａイオノフォアとイオン交換体とを含有するが、しかしより塩基性のクロモイオノフォアであるＥＴＨ５２９４を含有する膜に対応する−６．３（実験値）と同等である。２つのｌｏｇ ｋ_exch値の差は、ｐＫａ値の差によく対応する。図８において破線で示されているように、マグネシウム、カリウム、及びナトリウム・イオンが全て良好に識別される。ナトリウム曲線と同じｐＨの１Ｍカチオン塩化物塩溶液中で、選択性を特徴づけた。カリウム、マグネシウム、及びカルシウム・イオンに対するナトリウムの対数選択係数は、それぞれ−２．０３、−２．９７、及び−３．０７であることが判った（クロモイオノフォアの半プロトン化において）。これら３つの干渉イオンのそれぞれの対数値は、文献の値（３１，３２）に良好に対応する。 The response curve of the optode membrane for Na ⁺ and the corresponding selectivity behavior are shown in FIG. Data points correspond to mean experimental values (n = 3) with error bars representing standard deviation. The solid line draws a theoretical curve based on eq2. The response curve observed with the NB2-MMA-DMA membrane corresponds well to the theoretically predicted behavior, confirming that the fluoroionophore remains fully functional in its covalent state. The observed ion exchange constant is found to be log k _exch = −4.5, and this value contains ETH5294, which contains the same Na ionophore and ion exchanger, but the more basic chromoionophore. It is equivalent to −6.3 (experimental value) corresponding to the contained film. The difference between the two log k _exch values corresponds well to the difference in pKa values. As indicated by the dashed lines in FIG. 8, magnesium, potassium, and sodium ions are all well identified. Selectivity was characterized in a 1M cationic chloride salt solution at the same pH as the sodium curve. The logarithmic selectivity of sodium for potassium, magnesium, and calcium ions was found to be -2.03, -2.97, and -3.07, respectively (in the half protonation of the chromoionophore). The logarithmic values of each of these three interfering ions correspond well to literature values (31, 32).

過去の研究において、完全に可塑剤のないメタクリレートコポリマー・オプトード膜はしばしば、可塑化ＰＶＣ膜よりも低速の拡散挙動、及び著しく長い応答時間を示した。ＭＭＡ−ＤＭＡから成るミクロスフェアの応答時間は、１２時間もの長さであることが判った（２８）。応答時間を短縮するために、可塑剤無しのセンサを調製するための「内部可塑剤」としてポリn-ブチルアクリレート（ＰｎＢＡ）を使用することができる。その低いＴｇ及び高い流動性により、ＰｎＢＡは単独では、ＩＳＥ膜を形成するのに適さず、他の、Ｔｇがより高いポリマーと一緒に使用されなければならない。しかしながら、ポリ(n-ブチルアクリレート)は、可塑剤無しのミクロスフェアの調製には適していることが見いだされ、拡散はこのマトリックス中で迅速に生じる。   In past studies, methacrylate copolymer optode films completely free of plasticizers often showed slower diffusion behavior and significantly longer response times than plasticized PVC films. The response time of microspheres composed of MMA-DMA was found to be as long as 12 hours (28). In order to shorten the response time, poly n-butyl acrylate (PnBA) can be used as an “internal plasticizer” to prepare a plasticizer-free sensor. Due to its low Tg and high flowability, PnBA alone is not suitable for forming ISE films and must be used with other, higher Tg polymers. However, poly (n-butyl acrylate) has been found to be suitable for the preparation of microspheres without plasticizer and diffusion occurs rapidly in this matrix.

例６において、ＮＢ２がグラフトされたポリ(n-ブチルアクリレート)を、ＥｔＯＡｃ中でＮＢ２とn-ブチルアクリレートとの共重合によって調製した。結果として生じたＰｎＢＡ粒子を、以前に記載された高スループット粒子キャスティング装置（２５）を用いて大量に製作した。図９は、ナトリウム・イオンに対するＰｎＢＡ粒子の蛍光応答を示す。粒子は、イオノフォアＮａ−Ｘ、ＮａＴＦＰＢ、ＮＢ２−ＰｎＢＡ、及びブランクＰｎＢＡを含有した。粒子の応答を、上述の類似のスピン塗布膜の応答と比較する。各データポイントは、１０の測定値の平均であり、実線は、ｅｑ２に基づく理論上予測される応答である。   In Example 6, NB2 grafted poly (n-butyl acrylate) was prepared by copolymerization of NB2 and n-butyl acrylate in EtOAc. The resulting PnBA particles were produced in large quantities using the previously described high throughput particle casting apparatus (25). FIG. 9 shows the fluorescence response of PnBA particles to sodium ions. The particles contained ionophore Na-X, NaTFPB, NB2-PnBA, and blank PnBA. The response of the particles is compared with the response of a similar spin coated film described above. Each data point is the average of 10 measurements and the solid line is the theoretically predicted response based on eq2.

粒子は、薄膜をベースとするオプトードと同じ選択シーケンスを有する。交換定数及び選択性も、薄膜オプトードに極めて類似しており、このことは、粒子が薄膜と完全に類似して機能することを示唆する。図１０は、ガラス毛管セルの底部に堆積され、そしてナトリウム・イオン濃度を変化させる流動流れにおいて特徴付けられる単一の検知粒子の典型的な応答時間を示す。図１０に見られるように、１０μｍ粒子の平衡応答は、事実上１０分以内に達成され、この応答時間は、以前に報告された１２時間と比較して劇的に短縮され、多くの臨床用途及び生物医学用途にとって許容できるものである。   The particles have the same selection sequence as the optode based on thin films. The exchange constant and selectivity are also very similar to the thin film optode, suggesting that the particles function completely similar to the thin film. FIG. 10 shows the typical response time of a single sensing particle that is deposited in the bottom of a glass capillary cell and characterized in a flow stream that varies the sodium ion concentration. As can be seen in FIG. 10, the 10 μm particle equilibrium response was achieved in effect within 10 minutes, and this response time was dramatically shortened compared to the previously reported 12 hours, for many clinical applications. And acceptable for biomedical applications.

２種の重合性ナイルブルー誘導体（ＮＢ１及びＮＢ２）を合成した。これらの誘導体は、確立済のナイルブルー誘導体ＥＴＨ５２９４と同様の吸光度及び蛍光スペクトルを示す。２種の色素の間の構造的な変化は、幅広く異なるｐＫａ値、及び結果として生じる検知膜の測定範囲の大きなシフトをもたらす。ポリマーマトリックス中に色素が共有結合されると、この新しい材料は、イオン選択的オプトードにおけるｐＨインジケータ及びフルオロイオノフォアとして成功裡に使用することができる。   Two polymerizable Nile blue derivatives (NB1 and NB2) were synthesized. These derivatives show similar absorbance and fluorescence spectra as the established Nile Blue derivative ETH5294. The structural change between the two dyes results in a widely different pKa value and a large shift in the measurement range of the resulting sensing film. Once the dye is covalently bonded into the polymer matrix, this new material can be used successfully as a pH indicator and fluoroionophore in an ion selective optode.

ＮＢ１−ＭＭＡ−ＤＭＡは、低いｐＫａ値と２つの蛍光発光ピークとを示し、そして、低いｐＨ値及び／又は低い被分析物濃度で動作する遷移金属選択的オプトードを製作するために、ＥＴＨ５４１８よりも適したクロモイオノフォアであると思われる。ＰＶＣ−ＤＯＳ又はＮＰＯＥとブレンドされたＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡは、より大量のイオン（特にアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオン）の測定のために近中性ｐＨで使用されるイオン・オプトードを調製するのに適している。   NB1-MMA-DMA exhibits a lower pKa value and two fluorescent emission peaks and is more than ETH5418 to produce transition metal selective optodes that operate at low pH values and / or low analyte concentrations. It appears to be a suitable chromoionophore. NB2-MMA-DMA blended with PVC-DOS or NPOE prepares ion optodes used at near neutral pH for the measurement of larger amounts of ions (especially alkali metal ions and alkaline earth metal ions) Suitable for doing.

より高速の応答時間を有するポリマーを調製するために、ＮＢ２をＰｎＢＡと共重合することもできる。グラフト型ＮＢ２を含有し、且つ可塑剤を含有しない最初に報告された疎水性バルク・オプトードを、ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡを使用して調製し、このオプトードは、高速応答時間と共に、古典的なオプトード理論に基づいて機能的なＮａ⁺応答を示した。一般的な干渉、例えばＣａ、Ｋ⁺、及びＭｇ⁺に対して観察される選択性は、高いことが判った。 NB2 can also be copolymerized with PnBA to prepare polymers with faster response times. The first reported hydrophobic bulk optode containing grafted NB2 and no plasticizer was prepared using NB2-MMA-DMA, which is a classic optode with fast response time. A functional Na ⁺ response was shown based on theory. The observed selectivity for common interferences such as Ca, K ⁺ , and Mg ⁺ was found to be high.

特定の好ましい実施態様を参照しながら本発明をかなり詳細に説明してきたが、他の実施態様も可能である。従って、添付の特許請求の思想及び範囲は、本明細書中に記載された好ましい実施態様の記述内容に限定されるべきではない。   Although the present invention has been described in considerable detail with reference to certain preferred embodiments, other embodiments are possible. Therefore, the spirit and scope of the appended claims should not be limited to the description of the preferred embodiments described herein.

特許請求の範囲、要約、及び図面を含む本明細書中に開示された全ての特徴、並びに、開示された任意の方法又はプロセスにおける工程全ては、このような特徴及び／又は工程の少なくともいくつかが互いに排他的であるような場合の組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。特許請求の範囲、要約、及び図面を含む本明細書中に開示されたそれぞれの特徴は、特に明示的な定めのない限り、同一、同等、又は類似の目的のために役立つ代わりの特徴によって置き換えることができる。従って、特に明示的な定めのない限り、開示されたそれぞれの特徴は、包括的な一連の同等又は類似の特徴の一例に過ぎない。   All features disclosed in this specification, including the claims, abstract, and drawings, and all steps in any method or process disclosed, are at least some of such features and / or steps. Can be combined in any combination, except for combinations where are mutually exclusive. Each feature disclosed in this specification, including the claims, abstract, and drawings, is replaced by an alternative feature serving the same, equivalent, or similar purpose, unless expressly specified otherwise. be able to. Thus, unless expressly stated otherwise, each feature disclosed is one example only of a generic series of equivalent or similar features.

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添付の図面を参照すれば、本発明がよりよく理解される。
図１は、Ｈ⁺−クロモ及びフルオロイオノフォアとして利用可能な、商業的に入手可能なナイルブルー誘導体、並びに本発明の実施態様に従って調製されるＮＢ１及びＮＢ２を示す概略図である。 図２Ａは、本発明の実施態様に従って調製されるＮＢ１−ＭＭＡ−ＤＭＡ系ＰＶＣ−ＤＯＳ膜の電位差測定ｐＨ応答を示すグラフである。 図２Ｂは、本発明の実施態様に従って調製されるＮＢ１−ＭＭＡ−ＤＭＡ系ＰＶＣ−ＮＰＯＥ膜の電位差測定ｐＨ応答を示すグラフである。 図３Ａは、ＭｅＯＨ中のプロトン化形態及び脱プロトン化形態を成す遊離ＮＢ１の吸光度スペクトルを示す図である。 図３Ｂは、ＭｅＯＨ中のプロトン化形態及び脱プロトン化形態を成す遊離ＮＢ１の蛍光スペクトルを示す図である。 図４は、グラフト型ＮＢ１−ＭＭＡ−ＤＭＡ、Ｐｂ−イオノフォア（ＩＶ）、ＮａＴＦＰＢ、ＰＶＣ、及びＤＯＳを含有するＰｂ²⁺−選択的オプトード膜の蛍光応答曲線を示す図である。 図５Ａは、遊離溶解されたＮＢ２を含有するＰＶＣ−ＤＯＳ膜の電位差測定ｐＨ応答曲線を示す図である。 図５Ｂは、遊離溶解されたＮＢ２を含有するＰＶＣ−ＮＰＯＥ膜の電位差測定ｐＨ応答曲線を示す図である。 図６Ａは、グラフト型ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ系ＰＶＣ−ＤＯＳ膜の電位差測定応答を示す図である。 図６Ｂは、グラフト型ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ系ＰＶＣ−ＤＯＳ膜の電位差測定応答を示す図である。 図７Ａは、ＭｅＯＨ中のプロトン化形態及び脱プロトン化形態を成す遊離ＮＢ２の吸光度スペクトルを示す図である。 図７Ｂは、ＭｅＯＨ中のプロトン化形態及び脱プロトン化形態を成す遊離ＮＢ２の蛍光スペクトルを示す図である。 図８は、ｐＨ７．４における、ナトリウム（開いた円）、マグネシウム、カリウム、及びカルシウムイオンに対する、ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ、Ｎａ（Ｘ）、及びＮａＴＦＰＢを含有するオプトード膜の蛍光応答曲線、及び観察された選択性を示すチャートである。 図９は、ナトリウム・イオンに対する、ＮＢ２−ＭＭＡ−ＤＭＡ、ポリ(n-ブチルアクリレート)、Ｎａ（Ｘ）、及びＮａＴＦＰＢを含有する１０μｍ直径のオプトード・ミクロスフェアの蛍光応答曲線、及び選択性を示すチャートである。 図１０は、ガラス毛管セルの底部に堆積され、そしてナトリウム・イオン濃度を変化させる流動流れにおいて特徴付けられる図９の単一の検知ミクロスフェアの典型的な応答時間を示す図である。 The invention can be better understood with reference to the following drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing commercially available Nile Blue derivatives available as H ⁺ -chromo and fluoroionophores, and NB1 and NB2 prepared according to embodiments of the present invention. FIG. 2A is a graph showing the potentiometric pH response of an NB1-MMA-DMA based PVC-DOS membrane prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. 2B is a graph showing the potentiometric pH response of NB1-MMA-DMA based PVC-NPOE membranes prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the absorbance spectrum of free NB1 in protonated and deprotonated forms in MeOH. FIG. 3B shows the fluorescence spectrum of free NB1 in protonated and deprotonated forms in MeOH. FIG. 4 shows a fluorescence response curve of a Pb ²⁺ -selective optode film containing grafted NB1-MMA-DMA, Pb-ionophore (IV), NaTFPB, PVC, and DOS. FIG. 5A is a diagram showing a potentiometric pH response curve of a PVC-DOS membrane containing free dissolved NB2. FIG. 5B shows a potentiometric pH response curve of a PVC-NPOE membrane containing free dissolved NB2. FIG. 6A is a diagram showing a potential difference measurement response of a graft type NB2-MMA-DMA-based PVC-DOS film. FIG. 6B is a diagram showing a potential difference measurement response of the graft type NB2-MMA-DMA-based PVC-DOS film. FIG. 7A shows the absorbance spectrum of free NB2 in protonated and deprotonated forms in MeOH. FIG. 7B shows the fluorescence spectrum of free NB2 in protonated and deprotonated forms in MeOH. FIG. 8 shows fluorescence response curves and observations of optode membranes containing NB2-MMA-DMA, Na (X), and NaTFPB for sodium (open circle), magnesium, potassium, and calcium ions at pH 7.4. It is a chart which shows the selected selectivity. FIG. 9 shows the fluorescence response curve and selectivity of 10 μm diameter optode microspheres containing NB2-MMA-DMA, poly (n-butyl acrylate), Na (X), and NaTFPB for sodium ions. It is a chart. FIG. 10 shows the typical response time of the single sensing microsphere of FIG. 9 that is deposited at the bottom of the glass capillary cell and is characterized in a flow stream that varies the sodium ion concentration.

Claims (22)

ｐＨインジケータ；重合性基；及びこれらの間のスペーサを含む、組成物。   A composition comprising a pH indicator; a polymerizable group; and a spacer between them. 該ｐＨインジケータが、ナイルブルー誘導体である、請求項１に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the pH indicator is a Nile Blue derivative. 該重合性基が、アクリレート又はメタクリレートである、請求項１に記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the polymerizable group is an acrylate or a methacrylate. 該スペーサがオキシアルキル基である、請求項２に記載の組成物。   The composition of claim 2, wherein the spacer is an oxyalkyl group. 該スペーサがオキシプロピル基である、請求項２に記載の組成物。   The composition of claim 2, wherein the spacer is an oxypropyl group. 該スペーサがオキシベンゾイル基である、請求項２に記載の組成物。   The composition of claim 2, wherein the spacer is an oxybenzoyl group. 構造：

を有する、請求項１に記載の組成物。 Construction:

The composition of claim 1 having 構造：

を有する、請求項１に記載の組成物。 Construction:

The composition of claim 1 having 請求項１に記載の組成物を重合することによって形成される、ポリマー。   A polymer formed by polymerizing the composition of claim 1. 請求項１に記載の組成物を、重合性モノマーと共重合することにより形成される、指示ポリマー。   An indicator polymer formed by copolymerizing the composition of claim 1 with a polymerizable monomer. 請求項１に記載の組成物とコモノマーとのコポリマーを含む、指示ポリマー。   An indicator polymer comprising a copolymer of the composition of claim 1 and a comonomer. 該ｐＨインジケータがナイルブルー誘導体である、請求項１１に記載の組成物。   The composition of claim 11, wherein the pH indicator is a Nile Blue derivative. 該コモノマーが、アクリレートとメタクリレートとから成る群から選択される、請求項１１に記載の組成物。   12. The composition of claim 11, wherein the comonomer is selected from the group consisting of acrylates and methacrylates. 該コモノマーが、メチルメタクリレートとデシルメタクリレートとを含む、請求項１１に記載の組成物。   The composition of claim 11, wherein the comonomer comprises methyl methacrylate and decyl methacrylate. コモノマーが、ポリ(n-ブチルアクリレート)を含む、請求項１１に記載の組成物。   12. A composition according to claim 11 wherein the comonomer comprises poly (n-butyl acrylate). 請求項１１に記載のポリマーを含む、ｐＨを指示するためのオプトード。   An optode for indicating pH comprising the polymer of claim 11. さらに、自己可塑化ポリマーを含む、請求項１６に記載のオプトード。   The optode of claim 16 further comprising a self-plasticizing polymer. さらに、グラフト型イオノフォアを含む、請求項１６に記載のオプトード。   The optode of claim 16 further comprising a grafted ionophore. 粒子状オプトードであって：
ＮＢ１及びＮＢ２から成る群から選択された少なくとも１種の組成物を含む指示用ポリマーと；
ポリ(n-ブチルアクリレート)と
を含む、粒子状オプトード。 Particulate optode:
An indicating polymer comprising at least one composition selected from the group consisting of NB1 and NB2;
A particulate optode containing poly (n-butyl acrylate). さらに、グラフト型イオノフォアを含む、請求項１９に記載の粒子状オプトード。   The particulate optode of claim 19 further comprising a grafted ionophore. ｐＨインジケータ、スペーサ、及び重合性基を含むモノマーを用意し；そして
該モノマーとコモノマーとを合体させ；
コポリマーを形成するために、該モノマーとコモノマーとを重合する
ことを含む、標的イオンに対する選択性を有するコポリマーの製造方法。 providing a monomer comprising a pH indicator, a spacer, and a polymerizable group; and combining the monomer and a comonomer;
A method for producing a copolymer having selectivity for a target ion, comprising polymerizing the monomer and a comonomer to form a copolymer. 該モノマーと該コモノマーとが、熱開始ラジカル溶液重合によって重合される、請求項２１に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the monomer and the comonomer are polymerized by thermally initiated radical solution polymerization.

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