JP2021520501A - グラフェンの非共有結合性静電表面修飾を有する化学的バラクタに基づくセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書中の実施形態は、ケミカルセンサ、それを含む機器及びシステム並びに関連する方法に関する。より具体的には、本明細書中の実施形態は、静電相互作用を通したグラフェンの非共有結合表面修飾に基づくケミカルセンサに関する。
各R2及びR3官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができ、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
R1、R2及びR3は、それぞれ置換ポルフィリンに直接共有結合される)の置換ポルフィリンを含むことができる。
第六の態様において、上述又は後述の態様の1つ又は複数に加えて又は幾つかの態様の代替として、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、ヘテロアルケニル又はヘテロアルキニル官能基は、それぞれ独立して、6〜32個の炭素原子(C6〜C32)を有する任意の線状又は分枝状炭化水素官能基を含むことができる。
各R官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができ、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含むことができる)の置換ポルフィリンを含むことができる。
各R2及びR3官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができ、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含むことができ、
R1、R2及びR3は、それぞれ置換メタロポルフィリンに直接共有結合され、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むことができるが、これらに限定されない)の置換メタロポルフィリンを含むことができる。Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
各R官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができ、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含むことができ、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むが、これらに限定されない)の置換メタロポルフィリンを含むことができる。Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
本明細書中の実施形態は、ケミカルセンサ、それを含む医療機器及びシステム並びに例えば、限定されないが、患者の息などのガス状サンプル中の化合物を検出するための関連する方法に関する。幾つかの実施形態において、本明細書中のケミカルセンサは、グラフェンと、置換ポルフィリン又は置換メタロポルフィリンとの非共有結合表面修飾に基づくものであり得る。
各種の実施形態において、グラフェンバラクタの一部であり、したがってパッシブセンサ回路等のセンサ回路の一部である機能性グラフェン層(例えば、分析物と結合するレセプタを含むように機能化される)は、測定ゾーンの表面にわたって流れるガスサンプルに暴露される。パッシブセンサ回路502は、インダクタ510も含むことができる。幾つかの実施形態において、各パッシブセンサ回路502と共に1つのバラクタのみが含められる。他の実施形態では、各パッシブセンサ回路502と共に複数のバラクタが例えば並列に含められる。
本明細書に記載のグラフェンバラクタは、ガス状サンプル、例えば患者の息中の1つ又は複数の分析物を検出するために使用できる。本明細書で具現化されるグラフェンバラクタは、ガス状サンプル中に見られる揮発性有機化合物(VOC)に関してパーツパーミリオン(ppm)若しくはパーツパービリオン(ppb)レベルの又はそれに近い高い感度を示すことができる。グラフェンバラクタの表面へのVOCの吸着は、このような機器の抵抗、キャパシタンス又は量子キャパシタンスを変化させる可能性があり、これは、VOC及び/又は結合のパターンを検出するために使用でき、それは、したがって、がん、心臓病、感染症、多発性硬化症、アルツハイマー病及びパーキンソン病等の病態を識別するために使用できる。グラフェンバラクタは、ガス混合物中の個々の分析物並びに非常に複雑な混合物中の応答パターンを検出するために使用できる。幾つかの実施形態において、ガス状サンプル中の同じ分析物を検出するために1つ又は複数のグラフェンバラクタを含めることができる。幾つかの実施形態において、ガス状サンプル中の異なる分析物を検出するために1つ又は複数のグラフェンバラクタを含めることができる。幾つかの実施形態において、ガス状サンプル中の複数の分析物を検出するために1つ又は複数のグラフェンバラクタを含めることができる。
各R2及びR3は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
全てのR1、R2及びR3基は、置換ポルフィリンに直接共有結合される)を有するものを含むことができる。
幾つかの実施形態において、置換ポルフィリンは、一般式(2):
各Rは、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせである)を有するものを含むことができる。
各Rは、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体であるか、或いは1つのR基は非存在であり得るか、或いはこれらの任意の組み合わせである)を有するものを含むことができる。
R2及びR3は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
全てのR1、R2、R3及びR4基は、フタロシアニン置換ポルフィリンに直接共有結合される。
幾つかの実施形態において、本明細書中の置換ポルフィリンは、1つ又は複数の拡張置換ポルフィリンを含むことができる。本明細書で使用される場合、「拡張置換ポルフィリン」という用語は、式(1)に示される構造に関連する4つのピロール環よりも多いピロール環を含む拡張環構造を有するポルフィリンを指す。幾つかの実施形態において、拡張置換ポルフィリンは、メチン(=CH−)架橋によってそれぞれが結合された5つの修飾ピロールサブユニットを含むことができる。幾つかの実施形態において、拡張置換ポルフィリン環構造は、メチン(=CH−)架橋によってそれぞれが結合された6つの修飾ピロールサブユニットを含むことができる。幾つかの実施形態において、拡張置換ポルフィリン環構造は、メチン(=CH−)架橋によってそれぞれが結合された6つよりも多い修飾ピロールサブユニットを含むことができる。例示的な拡張置換ポルフィリン分子としては、表3に示される一般式(15)及び(16)を有する拡張置換ポルフィリン分子が挙げられるが、これらに限定されない。
R2は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
全てのR1及びR2基は、拡張置換ポルフィリンに直接共有結合される。
R2及びR3は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
全てのR1、R2及びR3基は、置換メタロポルフィリンに直接共有結合され、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むことができるが、これらに限定されない)を有するものを含むことができる。幾つかの実施形態において、金属は、マグネシウムである。幾つかの実施形態において、金属は、銀である。幾つかの実施形態において、金属は、白金である。幾つかの実施形態において、金属は、パラジウムである。幾つかの実施形態において、金属は、亜鉛である。幾つかの実施形態において、Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。幾つかの実施形態において、配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
幾つかの実施形態において、置換メタロポルフィリンは、一般式(18):
各Rは、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むことができるが、これらに限定されない)を有するものを含むことができる。幾つかの実施形態において、金属は、マグネシウムである。幾つかの実施形態において、金属は、銀である。幾つかの実施形態において、金属は、白金である。幾つかの実施形態において、金属は、パラジウムである。幾つかの実施形態において、金属は、亜鉛である。幾つかの実施形態において、Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。幾つかの実施形態において、配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
各Rは、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体であるか、或いは1つのR基は非存在であり得るか、或いはこれらの任意の組み合わせであり、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むことができるが、これらに限定されない)を有するものを含むことができる。幾つかの実施形態において、金属は、マグネシウムである。幾つかの実施形態において、金属は、銀である。幾つかの実施形態において、金属は、白金である。幾つかの実施形態において、金属は、パラジウムである。幾つかの実施形態において、金属は、亜鉛である。幾つかの実施形態において、Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。幾つかの実施形態において、配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
R2及びR3は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
全てのR1、R2、R3及びR4基は、フタロシアニン置換メタロポルフィリンに直接共有結合され、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むことができるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、金属は、マグネシウムである。幾つかの実施形態において、金属は、銀である。幾つかの実施形態において、金属は、白金である。幾つかの実施形態において、金属は、パラジウムである。幾つかの実施形態において、金属は、亜鉛である。幾つかの実施形態において、Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。幾つかの実施形態において、配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
幾つかの実施形態において、本明細書中の置換メタロポルフィリンは、1つ又は複数の拡張置換メタロポルフィリンを含むことができる。本明細書で使用される場合、「拡張置換メタロポルフィリン」という用語は、式(11)に示される構造に関連する4つのピロール環よりも多いピロール環を含む拡張環構造を有するメタロポルフィリンを指す。幾つかの実施形態において、拡張置換メタロポルフィリンは、メチン(=CH−)架橋によってそれぞれが結合された5つの修飾ピロールサブユニットを含むことができる。幾つかの実施形態において、拡張置換メタロポルフィリン環構造は、メチン(=CH−)架橋によってそれぞれが結合された6つの修飾ピロールサブユニットを含むことができる。幾つかの実施形態において、拡張置換メタロポルフィリン環構造は、メチン(=CH−)架橋によってそれぞれが結合された6つよりも多い修飾ピロールサブユニットを含むことができる。例示的な拡張置換メタロポルフィリン分子としては、表6に示される一般式(9)及び(10)を有する拡張置換メタロポルフィリン分子が挙げられるが、これらに限定されない。
R2は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されず、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせであり、
全てのR1及びR2基は、拡張置換メタロポルフィリンに直接共有結合され、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含むが、これらに限定されない金属であり、金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIの酸化状態を含むことができるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、金属は、マグネシウムである。幾つかの実施形態において、金属は、銀である。幾つかの実施形態において、金属は、白金である。幾つかの実施形態において、金属は、パラジウムである。幾つかの実施形態において、金属は、亜鉛である。幾つかの実施形態において、Cl−、F−、Br−、I−、CN−、SCN−、CO、NH3、H2O、NO、CH3NH2、ピリジンなどを含むが、これらに限定されない種々の無機、有機、イオン性又は中性配位子が本明細書中の金属に配位することができる。幾つかの実施形態において、配位子の数は、ゼロ配位子〜8配位子であり得る。
液滴接触角測定法
液滴接触角測定法は、固体表面の液体による濡れ性を特定するために使用できる。濡れ性又は濡れは、液体と固体表面との間の接触領域における分子間力の結果として生じ得る。濡れの程度は、液体と固体表面との間の接触領域と、液気界面に対する接線との間に形成される接触角φの値により表すことができる。固体の表面が親水性であり、水が試験液体として使用される場合(すなわち高い濡れ性)、φの値は、0〜90度の範囲内にあり得る。固体の表面が中程度に親水性又は疎水性である場合(すなわち中程度の濡れ性)、試験液体を水としたときのφの値は、85〜105度の範囲内にあり得る。固体表面が高い疎水性を有する場合(すなわち低い濡れ性)、試験液体を水としたときのφの値は、90〜180度の範囲内にあり得る。したがって、接触角の変化は、基板の表面化学特性の変化を反映することができる。
何れの特定の理論による拘束も望まないが、ラングミュア吸着理論によれば、グラフェンの単分子層修飾は、自己組織化溶液の体積中の吸着質の濃度を式:
X線光電子分光法(XPS)は、高感度の分光技術であり、物質の表面の元素組成を定量的に測定できる。XPSのプロセスは、真空下でのX線の表面照射を含み、その間に物質の最上部0〜10nm内の運動エネルギー及び電子の放出が測定される。何れの特定の理論による拘束も望まないが、XPSは、グラフェンの表面上に形成される自己組織化単分子層の存在を確認するために使用できると考えられている。
図9に示される反応スキームに従い、置換5,15−ビス(4−オクタデシルオキシフェニル)−ポルフィリン(本明細書中では「C18,C18−ポルフィリン」)を合成した。
クロロベンゼンを溶媒として用いてクロロベンゼン及びC18,C18−ポルフィリン構築物(実施例1を参照されたい)を様々な濃度(0、0.03、0.10、1.0又は3.0mM)で含有する自己組織化溶液中にグラフェン基板を一晩浸漬させた。修飾されたグラフェン基板を少量のクロロベンゼンで3回洗浄して、余分な自己組織化溶液を除去した。
銅基板上の無修飾グラフェンのX線光電子分光法(XPS)によるスペクトルをバーサプローブ III(VersaProbe III)走査型XPSマイクロプローブ(PHI 5000、フィジカル・エレクトロニクス(Physical Electronics)、チャンハッセン、MN)で収集した。観察された銅基板上の無修飾グラフェンの表面元素組成は、表7に示されるように、57.1mol%の炭素、12.7mol%の酸素及び30.2mol%の銅であることがわかった。
C18,C18−ポルフィリンで修飾されたグラフェンのXPSを実施して、修飾表面の炭素%(C%)、酸素%(O%)及び銅%(Cu%)を特定した。XPSスペクトルをバーサプローブ III(VersaProbe III)走査型XPSマイクロプローブ(PHI 5000、フィジカル・エレクトロニクス(Physical Electronics)、チャンハッセン、MN)で収集した。
置換Zn(II)5,15−ビス(4−オクタデシルオキシフェニル)ポルフィリン(本明細書中では「Zn(II)C18,C18−Zn(II)ポルフィリン」)を合成した。
Claims (15)
- グラフェンバラクタを含む医療機器であって、グラフェンバラクタは、
グラフェン層と、
自己組織化単分子層であって、前記自己組織化単分子層の1つ又は複数の炭化水素の水素原子上の部分正電荷と、グラフェンのπ電子系との間の静電相互作用を通して前記グラフェン層の外面上に設置された自己組織化単分子層と
を含み、前記自己組織化単分子層は、1つ若しくは複数の置換ポルフィリン若しくは置換メタロポルフィリン又はこれらの誘導体を含む、医療機器。 - 前記自己組織化単分子層は、少なくとも0.9のラングミュアシータ値を提供する、請求項1又は3〜11の何れか一項に記載の医療機器。
- 前記自己組織化単分子層は、表面積で50%〜150%の前記グラフェン上の被覆率を提供する、請求項1若しくは2又は4〜11の何れか一項に記載の医療機器。
- 前記医療機器上にアレイにおいて構成された複数のグラフェンバラクタを含む、請求項1〜3又は5〜11の何れか一項に記載の医療機器。
- 前記自己組織化単分子層は、置換ポルフィリンであって、式:
各R2及びR3官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含み、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含み、
R1、R2及びR3は、それぞれ前記置換ポルフィリンに直接共有結合される)の置換ポルフィリンを含む、請求項1〜4又は6〜11の何れか一項に記載の医療機器。 - R2及びR3は異なる、請求項1〜5又は7〜11の何れか一項に記載の医療機器。
- 前記自己組織化単分子層は、式:
各R官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含み、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含む)の置換ポルフィリンを含む、請求項1〜6又は8〜11の何れか一項に記載の医療機器。 - 前記自己組織化単分子層は、置換メタロポルフィリンであって、式:
各R2及びR3官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含み、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含み、
R1、R2及びR3は、それぞれ前記置換メタロポルフィリンに直接共有結合され、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含む金属であり、前記金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIを含むことができるが、これらに限定されない)の置換メタロポルフィリンを含む、請求項1〜8又は10〜11の何れか一項に記載の医療機器。 - R2及びR3は異なる、請求項1〜9又は11の何れか一項に記載の医療機器。
- 前記自己組織化単分子層は、置換メタロポルフィリンであって、式:
各R官能基は、独立して、−H;任意の線状若しくは分枝状C1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル、C1〜C50ヘテロアルキル、C1〜C50ヘテロアルケニル、C1〜C50ヘテロアルキニル又はこれらの任意の組み合わせ;−RZR、−ZRZR又は−RZRZR(ここで、Rは、任意の同一の若しくは異なる線状若しくは分枝状のC1〜C50アルキル、C1〜C50アルケニル、C1〜C50アルキニル又はこれらの任意の組み合わせを含み、及びZは、N、O、P、S、Se又はSiから選択される1つ又は複数のヘテロ原子であり得る);アリール、ヘテロアリール、置換アリール又は置換ヘテロアリール;ビフェニル又は置換ビフェニル;アリールオキシ、アリールチオ、アリールアミン又はこれらの任意の置換体;或いはこれらの任意の組み合わせを含み、
Mは、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、パラジウム、銀、白金、インジウム、スズ、銅、ロジウム、クロム、ガリウム、オスミウム、イリジウム又はこれらの誘導体を含む金属であり、前記金属の酸化状態は、I、II、III、IV、V、VI、VII又はVIIIを含む)の置換メタロポルフィリンを含む、請求項1〜10の何れか一項に記載の医療機器。 - グラフェンの表面を修飾してグラフェンバラクタを製作する方法であって、
自己組織化単分子層であって、前記自己組織化単分子層の1つ又は複数の炭化水素の水素原子上の部分正電荷と、グラフェンのπ電子系との間の静電相互作用を通してグラフェン層の外面上に設置された自己組織化単分子層を形成するステップであって、前記自己組織化単分子層は、1つ若しくは複数の置換ポルフィリン若しくは置換メタロポルフィリン又はこれらの誘導体を含む、ステップと、
液滴接触角測定法、ラマン分光法又はX線光電子分光法を使用して、前記自己組織化単分子層の表面被覆の程度を定量化するステップと、
少なくとも0.9のラングミュアシータ値を示す誘導体化されたグラフェン層を選択するステップと
を含む方法。 - 分析物を検出する方法であって、
患者からガス状サンプルを採取するステップと、
前記ガス状サンプルを1つ又は複数のグラフェンバラクタと接触させるステップであって、前記1つ又は複数のグラフェンバラクタのそれぞれは、
グラフェン層と、
自己組織化単分子層であって、前記自己組織化単分子層の1つ又は複数の炭化水素の水素原子上の部分正電荷と、グラフェンのπ電子系との間の静電相互作用を通して前記グラフェン層の外面上に設置された自己組織化単分子層と
を含み、前記自己組織化単分子層は、置換ポルフィリン若しくは置換メタロポルフィリン又はこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1つを含む、ステップと
を含む方法。 - 前記ガス状サンプル中に存在する1つ又は複数の分析物の結合による、前記1つ又は複数のグラフェンバラクタの電気特性における異なる反応を測定するステップをさらに含む、請求項13又は15に記載の方法。
- 前記電気特性は、キャパシタンス又は抵抗からなる群から選択される、請求項13又は14に記載の方法。
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