专利名称：分析物传感器的制作方法
分析物传感器
背景技术：
本发明总体上涉及用于检测分析物的技术。在不同的实施方案中，本发明涉及用于测量PH(氢的电势)的装置，所述pH是溶液酸性或碱性的度量。通过溶液内所溶解的氢离子(H+)(又称为水合氢离子，H3O+)的浓度来测定溶液的pH。随着溶液内所溶解的氢离子的浓度增加，溶液变得更为酸性。相反地，随着溶液内所溶解的氢离子的浓度降低，溶液变得更为碱性。传统上，已经用连接至电子测量计的玻璃电极来测量溶液内所溶解的氢离子的浓度，所述电子测量计显示出PH读数。传统上，已经可互换地使用术语“探针”和“电极”来描述组件电极的功能性组合。如本文所使用，术语“电极”被用来指探针中的特定电极，即如“工作电极”、“参比电极”或“对电极”，并且“探针”是指足以产生信号的电极的功能性组合，所述信号可以被处理以便产生指示溶液中所关心的分析物的浓度的读数。传统的玻璃pH探针具有工作电极(WE)，所述工作电极是由对氢离子灵敏的易碎、掺杂的玻璃膜制成的离子选择性电极。pH响应的玻璃膜是这种类型探针中主要的分析物感测元件，并且因此它被称为“工作”电极。样品溶液内的氢离子结合至所述玻璃膜的外部，从而引起所述膜的外表面上的电势变化。针对常规参比电极(RE)(如基于银/氯化银的电极)的恒定电势来测量电势的这种变化。然后通过在校准曲线上绘制差值的图来使电势的差值与PH值相互关联。通过繁琐、多步的过程来产生所述校准曲线，因此使用者要为各种已知的缓冲标准品绘制电势变化的图。传统的PH计是基于这种原理的。传统玻璃工作电极(以及含有它们的探针和测量计)对PH的响应是不稳定的，并且玻璃探针周期性地需要仔细校准，所述校准涉及繁琐耗时的过程、多种试剂以及训练有素的操作者。所述玻璃探针的特殊特性和构建进一步需要始终保持所述玻璃膜湿润。因此，所述玻璃探针的日常维护需要麻烦和昂贵的储存、清洗、清洁的常规行为，并且通过训练有素的操作者来进行校准实验以便确保恰当的维护和工作性能。除了繁琐的维护和储存要求之外，传统的玻璃探针是易碎的，从而限制了所述玻璃探针的应用领域。具体来说，所述玻璃探针的易碎性质使它不适于在食品和饮料应用中使用，以及在无人照管、粗糙或有害的环境中使用。因此，在本领域中需要解决和克服采用所述玻璃探针的传统PH探针和测量计的局限性的pH探针和测量计(以及其它分析物探针和测量计)。根据传统玻璃探针pH测量系统的上述局限性，提出了伏安法系统来为pH的测定提供更有力的系统。在伏安法系统中，以通常随着时间而线性改变的受控方式来施加电势，并且借助于例如恒电位仪(参见，例如Wang, “Analytical Electrochemistry, ”第三版，John ffiley&Sons, 2006)来监测流过导电材料的相应电流。最初的提议(参见美国专利号5，223，117)是基于由导电基底组成的WE的概念，所述电导基底具有连接在它表面上的氧化还原活性分子。假设是:假如使用了适当的“分析物灵敏的”氧化还原活性材料(ASM)，电势将是分析物溶液pH的函数，在所述电势上最大电流在这个系统中流动。然而，这种最初的提议没有遇到很多的热情，也许是因为证明了电极使用金作为基底。当研究者发现碳可以替代金作为导电基底，并且此外可以在伏安系统中无论使用基底、氧化还原活性材料的混合物(参见PCT公布号2005/066618和2005/085825)时，基于伏安法的分析物感测系统的理论和研究实验室实践方面均取得了明显的进步。由这些研究者提出的一个特别引起兴趣的提议是:可以将“分析物灵敏的”材料(ASM)和“分析物不灵敏的”材料(AM)的混合物连接至导电基底，并且有效地使它转化成WE (通过ASM来产生信号)和参比电极(RE)(通过AIM来产生信号)。然而，在这些最初的提议和研究(参见，例如PCT公布号2007/034131和2008/154409)之后，持续一些时间在理论或实践方面都没有取得明显的进步。当科学家发现实际上，没有氧化还原活性材料完全是“分析物不灵敏的”并且伏安法技术的实际应用应该集中在没有AM的WE上时，本领域中的下一个明显的进步出现了。然而，这些科学家也发现，无论氧化还原活性材料是否被表征为ASM或AIM，它可以通过在离子介质中的螯合来真正成为分析物不灵敏的。这个发现产生了分析物不灵敏的电极或AIE，其不仅可以被用作传统pH测量系统中的常规RE的替代，而且可以与基于伏安法的WE—起使用。参见PCT公布号2010/104962。在这些发现之后不久，产生了适于在实验室工作台上使用和用于重要研究和开发应用的pH计。参见PCT公布号2010/111531和2010/118156。然而，尽管有这些非常有前途的进步，但实际上这些探针的有用使用期限和合适的应用除了取决于其它因素之外，尤其取决于将氧化还原活性分子粘附至电极的基底表面的方法。例如，用于将氧化还原活性分子连接至电极的基底的两种主要方法(非共价吸附和直接化学(共价)连接)均展现出快速衰减信号，一些在小于两天中失去许多它们的功能性，以及在某些分析物溶液或环境条件下展现出不稳定。因此，在本领域中需要用于将氧化还原活性材料固定至电极的导电基底的方法和组合物，以用于基于伏安法的分析物感测系统，并且用于基于伏安系统的电极、探针、pH计以及其它分析物感测装置，这些提供了更长的有用使用期限，并且可以用于更各种各样的应用。本发明满足了这些需要。发明概述本发明总体上涉及:用于使氧化还原活性材料固定至电导基底的方法、在所述方法中有用的化合物和组合物、通过所述方法生产的电极、以及并入本发明的一个或多个电极的PH计和其它分析物感测装置。一方面，本发明涉及用于固定基体材料中的氧化还原活性化合物的方法，所述基体材料可以被涂覆在适合基底的表面上或被模制以便形成氧化还原活性表面，以用于分析物感测电极、探针以及传感器，如PH计和其它分析物感测装置。所述方法通�？捎τ糜谌魏窝趸乖钚曰衔铮谛矶嗍凳┓桨钢校褂靡阎诨诜卜ǖ姆治鑫锔胁夥椒ㄖ杏杏玫腁M或ASM来实践所述方法。在所述方法中，将AM或ASM共价连接至形成基体的聚合物中。在一些实施方案中，首先将AM或ASM连接至单体单元，然后使所述单体单元聚合来形成基体材料。在其它的实施方案中，将AIM或ASM连接至可以直接使用或交联并且然后使用的聚合物中。也提供了这些实施方案的变体和组合。另一方面，本发明涉及包含本发明的一种或多种基体材料的电极组件、电极、探针以及测量计。在一个实施方案中，本发明提供了一种含有本发明的基体材料的工作电极，所述工作电极包含被涂覆在导电基底上的ASM，以使得它保持与所述基底处于电接触。本发明还提供了传感器，如包括这种WE的pH计和其它分析物感测装置。在一些实施方案中，在这些WE中的基体材料还可以具有一种或多种连接于其上的AM。在另一个实施方案中，本发明提供了 一种含有本发明包含ASM或AIM或这两者的基体材料的AIE。在任何这些实施方案中，本发明的基体材料可以被涂覆在相异的导电基底的表面上以便形成电极(或其组件)，或可以被模制以便形成电极(或组件)。另一方面，本发明涉及用于形成本发明的基体材料的化合物、组合物以及方法。在一个实施方案中，本发明提供了用于形成溶胶-凝胶基体材料的化合物、组合物以及方法。在另一个实施方案中，本发明提供了用于形成其它聚合物基体材料的化合物、组合物以及方法。附图简述
图1是证明物理吸收的ASM WE与根据本发明的一个代表性实施方案的溶胶_凝胶衍生的WE之间信号灵敏度比较的图表。图2是证明含有根据本发明的一个代表性实施方案的溶胶-凝胶衍生的WE的ASM的峰位置的图表。发明详述本发明提供了化合物、组合物、方法、电极以及传感器，包括优于本领域中目前已知的那些的固态分析物传感器。确切来说，在一个实施方案中，本发明提供了一种固态分析物传感器系统，所述系统在基于硅烷的溶胶-凝胶基体材料或有机聚合基体材料内并入了氧化还原活性(分析物灵敏的或分析物不灵敏的)材料。相应地，本发明的一些实施方案提供了改善的依赖分析物的信号，所述信号展现出相对于目前可获得的分析物传感器系统:峰轮廓更分明、峰位置更稳定、峰强度更高、峰寿命增加、以及电极构造的有用使用期限更长。以下详细描述了传感器组件的一些实施方案以及那些组件的配置和组成，为了方便读者提供了以下定义。定义如在本说明书和所附权利要求书中所使用，除非上下文另外指出，否则单数形式“一个(种)(a/an) ”和“所述(the) ”包括复数对象。因此，例如参考“粘合剂”包括多种粘合剂的混合物，并且参考导电材料可以包括多于一种这类粘合剂。“烷基(alkanyl) ”是指饱和的支链、直链或环状的烃基(alkyl)。通常的烷烃基包括但不限于:甲烷基；乙烷基；丙烷基，如丙-1-基、丙-2-基(异丙基)、环丙-1-基等等；丁烧基，如丁 _1_基、丁 _2-基(仲丁基)、2-甲基_丙_1-基(异丁基)、2-甲基_丙_2_基(叔丁基)、环丁-1-基等。“烯基”是指不饱和的支链、支链或环状的烃基，所述烃基具有至少一个通过从母体烯烃的单个碳原子中去除一个氢原子而衍生的碳-碳双键。所述基团可以是处于关于一个或多个双键的顺式或反式构型。通常的烯基包括，但不限于:乙烯基；丙烯基，如丙-1-烯-1-基、丙-1-烯-2-基、丙-2-烯-1-基(烯丙基)、丙-2-烯-2-基、环丙-1-稀-1-基、环丙-2-稀-1-基；丁稀基，如丁 _1-稀-1-基、丁 _1_稀~2~基、2_甲基-丙 _1_ 稀 _1_ 基、丁 ~2~ 稀-1-基、丁 ~2~ 稀-1-基、丁 ~2~ 稀 ~2~ 基、丁 -1, 3- 二稀 _1_ 基、丁 _1，3- 二 稀 ~2~ 基、环 丁 -1-稀-1-基、环 丁 -1-稀-3-基、环 丁 -1，3- 二稀_1_基等。
“烷氧基”其自身或作为另一个取代基的部分是指基团-OR.，其中Rltltl代表如本文所定义的烧基。代表性的实例包括，但不限于:甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等。“烃基”是指饱和的或不饱和的、支链的、直链的或环状的一价烃基团，所述烃基团是通过从母体烷烃、烯烃或炔烃的单个碳原子中去除一个氢原子而衍生的。通常的烃基包括，但不限于:甲基；乙基，如乙烷基、乙烯基、乙炔基；丙基，如丙-1-基、丙-2-基、环丙-1-基、丙-1-烯-1-基、丙-1-烯-2-基、丙-2-烯-1-基(烯丙基)、环丙-1-烯-1-基；环丙-2-烯-1-基、丙-1-炔-1-基、丙-2-炔-1-基等等；丁基，如丁 -1-基、丁 -2-基、2-甲基-丙-1-基、2-甲基-丙-2-基、环丁-1-基、丁-1-烯-1-基、丁-1-烯-2-基、2-甲基-丙 _1_ 稀 _1_ 基、丁 ~2~ 稀 _1_ 基、丁 ~2~ 稀 ~2~ 基、丁 _1，3_ _■稀 _1_ 基、丁 _1，3_ _.烯-2-基、环丁 -1-烯-1-基、环丁 -1-烯-3-基、环丁 -1，3- 二烯-1-基、丁 -1-炔-1-基、丁 -1-炔-3-基、丁 -3-炔-1-基等。确切来说，术语“烃基”旨在包括具有任何程度或水平饱和度的基团，即:仅仅具有碳-碳单键的基团、具有一个或多个碳-碳双键的基团、具有一个或多个碳-碳三键的基团以及具有碳-碳单键、双键以及三键的混合的基团。在打算特定水平饱和度处，使用了表达“烷基”、“烯基”以及“炔基”。表达“低级烃基”是指包含I至8个碳原子的烃基。“炔基”是指不饱和的支链、支链或环状的烃基，所述烃基具有至少一个通过从母体炔烃的单个碳原子中去除一个氢原子而衍生的碳-碳三键。通常的炔基包括，但不限于:乙炔基；丙炔基,如丙-1-炔-1-基、丙-2-炔-1-基；丁炔基，如丁 -1-炔-1-基、丁 -1-炔-3-基、丁 -3-炔-1-基等。“分析物”是存在于样品中的所关心的化学物种，使用并入工作电极的分析物传感器系统可检测所述化学物种的存在或可测量所述化学物种的浓度。“分析物不灵敏的电极”(AIE)是参比电极的一种特殊情况，其中电流流动部分取决于不依赖样品组合物中物种的存在或浓度的氧化还原过程(背离支持电解质的最小阈值)，所述样品组合物包括但不限于分析物。所述AIE用来提供不随着时间或样品组成而改变的响应，并且因此可以被用作可以与WE响应比较的内标物或‘零点’。参见PCT公布号2010/104962，所述专利以引用的方式并入本文。AIE含有:一种或多种ASM或AIM，其与导电基底处于电接触；如下所定义的伪参比电极(PRE);以及将ASM或AM和PRE放在恒定化学环境中的工具，所述恒定化学环境是与分析物溶液分离，但与其处于电和流体连通的。如本文所使用，AIE是指整合的功能单元(ASM或AM、PRE以及AIE的其它组件)，尽管从上下文中将清楚的是，在这些参考的一些中，基体材料组件是本公开内容的对象。“分析物不灵敏的材料”或“AIM”是对样品中分析物的存在或浓度不灵敏或基本上不灵敏的氧化还原活性材料。对分析物“基本上不灵敏的”被用来意指在给定应用所需要的耐受性内的不灵敏，如由最终使用者所定义的那些耐受性。“分析物感测装置”是传感器，测量来自传感器的信号的工具，并且任选地显示所述信号的工具。pH计是分析物感测装置的一种类型。因此，在一些实施方案中，分析物感测装置包括控制器/处理器单元、相关的程序和算法、以及探针。
“分析物灵敏的材料”或“ASM”是在那些使用者所定义的特定应用的耐受性内，对样品中分析物的存在或浓度灵敏或基本上灵敏的氧化还原活性材料。对分析物“基本上灵敏的”被用来意指在给定应用所需要的耐受性内的灵敏，如由最终使用者所定义的那些耐受性。ASM可以通过在适合离子介质中(如在AIE中)的螯合来起到AIM的作用。“芳基”是指通过从母体芳香族环系统的单个碳原子中去除一个氢原子而衍生的一价芳香族烃基团。通常的芳基包括，但不限于衍生自以下各项的基团:醋蒽烯、苊烯、醋菲烯、蒽、奥、苯、屈、蘧、突蒽、荷、并六苯、己芬、己二烯(hexalene)、不对称-引达省(as-1ndacene)、对称-引达省(s_indacene)、却满、却、萘、并八苯、辛芬、并环辛二烯、卵苯、戊-2，4-二烯、并五苯、并环戊二烯、戊芬、茈、葩、菲、茜、七曜烯、芘、吡蒽、玉红省、苯并菲、三萘(trinaphthalene)等等。所述芳基可以是例如(C5至C14)芳基,包括但不限于(C5至Cltl)。说明性的芳基包括环戊二烯基、苯基以及萘基。“芳基烷基”是指非环状的烃基，其中用芳基替代被键合至碳原子(通常是末端或SP3碳原子)的一个氢原子。通常的芳基烷基包括，但不限于:苄基、2-苯乙-1-基、2-苯乙烯-1-基、萘基甲基、2-萘乙-1-基、2-萘乙烯-1-基、萘苄基(naphthobenzyl)、2_萘苯基乙-1-基等。在打算特定烃基部分处，使用了命名芳基烷基、芳基烯基和/或芳基炔基。在优选的实施方案中，所述芳基烷基是(C6至C2tl)芳基烷基，例如芳基烷基的烷基、烯基或炔基部分是((^至(:6)并且芳基部分是((:5至(:14)。说明性的实施方案包括芳基烷基(C6至C13)，例如芳基烷基的烷基、烯基或炔基部分是(C1至C3)并且芳基部分是(C5至Cltl)。“同轴的”是指将各种组件(例如，电极)放置在公共轴周围。在一些实施方案中，“同轴的”是指同中心或近似同中心放置的组件的辐射对称。在一些实施方案中，术语“同轴的”是指一个或多个电极被同中心地放置在外部的或外部放置的电极组件内；例如并且不加以限制，当CE是传感器尖端的外部环时，WE、CE以及RE是同轴放置的，所述传感器尖端是浸没在分析物溶液中的，WE是处于尖端的中间，并且RE置于CE与WE之间。参见PCT公布号2010/111531，所述专利以引用的方式并入本文。有时又称为“辅助电极”的“对电极”或“CE”是在一些分析物传感器中需要的电极，以便使电流穿过电池来完成电路。这种电极`简单地用作电子的源或库，并且允许电流流过WE以便影响氧化还原反应。为了避免在CE中发生的不想要的电化学氧化还原过程，所述电化学氧化还原过程可能干扰在WE中所测量的信号，通常使用相对化学上惰性的材料(通常是钼(Pt))来制作CE，但通常也采用碳同素异形体。关于材料“分散的”或“缔合的”意指材料是在溶液中溶解的或在气体、液体或固体中胶体悬浮的。所述术语还涵盖了将材料共价结合至固体的表面或固体的组分的实施方案。所述术语还涵盖了将材料作为掺杂物并入晶格的实施方案。所述术语还涵盖了被插入在固体内的材料。“电极”是探针的组件。“伪参比电极” (PRE)是指传统上已经在非水性电解质中使用的参比电极的一种类型。这些电极通常不包括两个一半的氧化还原电对，并且因此是具有固定的组成和电势的没有明确定义的参比电极。然而，它们在电化学实验的时间量程(大约几分钟)期间提供了合理地恒定电势，并且需要时然后可以将PRE的绝对电势校准回到RE。PRE的一个实例是银丝(通常在非水电化学中使用)。在最近些时候，PRE已经被用作AIE的组件。“氧化还原活性材料”是可以被氧化或被还原的化合物或组合物。“氧化还原活性”是指那些过程的任一或两者。“参比电极”(RE)是用来建立电势差的电极，所述电势差被应用到WE上。常规RE具有某些固定的化学组成并且因此具有固定的电化学电势，因此允许以已知的、受控的方式来测量应用到WE上的电势差。RE通常包括与具有固定化学组成和离子强度的电解质接触的两个一半的氧化还原电对。因为存在这两个一半的氧化还原电对，并且所包含的所有物种的组成是固定的，所以系统被维持处于平衡，并且然后穿过RE的电极-电解质界面的电势降(即，所测量的电压)是热力学上固定的和恒定的。例如，通常使用的RE系统是具有确定和恒定浓度的KCI的AglAgCI IKCI系统。因此，两个半电池反应是:Ag++e_ — Ag ;和AgCl+e_ — Ag+Cl_。因此，整个电池反应是=AgCl — Ag++Cl_，对于所述整个电池反应而言给出的能斯特(Nernst)平衡电势如A=Etl-(RT/F) *ln [Cl_]，其中E是所测量的RE电势，Etl是AglAgCl电对与具有所有物种在单位活性下的标准氢电极(按照常规，标准氢电极是被定义为具有0.0V的电势)比较的标准电势；并且R、T以及F分别是以适当单位计的通用气体常数、温度以及法拉第(Faraday)常数。因此，这个系统的电势仅取决于存在的Cl—离子的浓度(更严格来说是活度)，如果这个浓度是固定的，就提供了稳定、固定的电势。许多其它的RE系统是在本领域中已知的。必要的是RE的组成保持恒定，并且因此应该几乎没有电流穿过RE(否则电解将发生并且RE的组成将变化)，这就必需使用第三个电极(对电极(CE))来完成电路。然而，可以在特殊情况下使用两个电极的配置，在所述情况下，WE是具有至少一种通常小于100微米的尺寸的微电极。在这种情况下，在WE上穿过的电流是弱小的，并且因此可以将RE与两个电极的电池一起使用，但不需要CE。“探针”是指含有多个电极的传感器。探针可以包括，例如工作电极、对电极以及参比电极(常规参比电极或伪参比电极)。探针可以包括，例如工作电极、对电极以及分析物不灵敏的电极。“传感器”是产生响应于分析物存在的信号的电极或多个电极的集合体。电极的“表面”是指功能性的表面，即与分析物样品接触的表面部分，并且为电或电化学目的服务。例如，它将包括没有电流或电压穿过的绝缘WE壳体。WE的表面是与样品接触的电极表面部分，所述部分检测相对于RE的电流或电势。CE的表面是指与样品接触的部分，所述部分用来输送电流至WE或从WE中接受电流。“工作电极”或“WE”是发生用于检测所关心的分析物的电化学过程的电极。在传感器中，工作电极可以是对测试样品中的一种或多种分析物灵敏的，或它可以是用分析物灵敏的物种/材料化学改性的。在已经对研究下的系统施加一些扰动之后，测量工作电极的电化学响应。例如，所述扰动可以是对WE施加电势差，这诱导发生电子转移，并且然后将WE上所得到的电流记录为施加的电势的函数(伏安法模式)。操作模式的这个实例是说明性的并非详尽的，因为许多其它的模式是在本领域中已知的。本发明的WE含有可以经历可逆电化学氧化还原反应的ASM，所述氧化还原反应取决于样品溶液中分析物(对于pH计而言是氢离子；对于其它分析物感测装置而言是其它的分析物)的浓度和施加的电势。例如，在样品溶液中存在高浓度的氢离子处，所述氧化还原反应在较低的电势下发生。相反地，在样品溶液中存在低浓度的氢离子处，所述氧化还原反应在较高的电势下发生。这些特征电势与样品溶液PH之间的关系是ASM的化学本性(identity)的函数。算法将电势转化成pH值，以便提供测定未知样品的PH的方法。记住以上定义，读者可以更好地理解以下描述的本发明的不同方面和实施方案。在一个重要的方面中，本发明提供了在分析物感测装置中使用的工作电极和用于那些WE的基体材料。在一些实施方案中，本发明的基体材料包含被共价连接至机械上和化学上稳定的基体材料的ASM。在一些实施方案中，将基体材料连接至基底表面。在其它的实施方案中，基体材料单独地用作电极(即:不存在基底)。在许多实施方案中，基体材料是处于导电基底上的表面涂层(主要由溶胶-凝胶或其它的聚合材料组成)的形式，这些共同形成WE或AIE。在WE的情况下，在这种实施方案中的基体材料起到以下作用:使ASM共价连接至固体结构(导电基底)、为分析物样品进入ASM提供无阻的通道，并且提供ASM与导电基底之间的有效电连接。在一些实施方案中，基体材料含有电势不同的多于一种的ASM,在所述电势下对应ASM感测分析物。这种多种ASM系统的优点是与在相同测量中所取的多个数据点相关的精确性和准确性的程度更大。这种多种ASM系统的另一个优点是它能够维持准确感测分析物浓度，即使测试样品的某些组分干扰了 ASM之一的正常响应。此外，在一些实施方案中，本发明提供了一种基体材料(溶胶-凝胶或聚合材料)，所述基体材料含有ASM和分析物不灵敏的分子(AIM)。这个系统的优点是单独的参比电极在所述系统中是不必要的，因为从AM中得到的信号被用于参比点。如同以上刚描述的WE一样，在这种电极的一些实施方案中，基体材料含有多种ASM以及一种或多种AIM。这个系统的优点包括与所取的多个数据点相关的精确性和准确性的程度更大，并且避免了在所述系统中需要参比电极。此外，在一些实施方案中，本发明提供了 一种基体材料(溶胶-凝胶或其它的聚合材料)，所述基体材料含有处于适合电环境下的一种或多种AIM和/或一种或多种ASM,以使得所得到的电极起到AIE的作用。合适的ASM材料可以包括，例如并且无限制:pH灵敏的ASM:蒽醌(AQ)、菲醌(PAQ)、N，N’-二苯基-对苯二胺(DPro)、蒽、萘醌、对苯醌、含有重氮基的化合物、叶啉、烟酰胺(包括NADH、NAD+以及N-甲基烟酰胺)、醌硫醇、单季铵化的N-烷基-4，4’-吡啶盐、RuO和Ni (OH)2,以及那些化合物的衍生物；C0-灵敏的ASM:二茂铁基亚铁氮杂环丁烯二硫化物；碱金属阳离子灵敏的ASM:1，1’-(1，4，10, 13-四氧杂-7，1- 二氮杂环十八烷_7，16- 二基二甲基)、二茂铁基硫醇、含有共价连接的穴状配体的其它二茂铁衍生物、以及具有Fe2+/Fe3\ Co2+/Co3\ Cu+/Cu2+的某些金属络合物。合适的ASM被描述在例如Hammond，等，J.Chem.Soc.Perkin.Trans.707 (1983) ；Medina 等，J.Chem.Soc.Chem.Commun.290 (1991)；Shu 和 ffrighton, J.Phys.Chem.92，5221 (1988)以及 PCT 申请号 PCT/US10/28726 中。说明性的实例包括以上的二茂铁基亚铁氮杂环丁烯和二茂铁基穴状配体，其中通常化学上不灵敏的氧化还原中心(二茂铁)是以为使得其氧化还原电势化学灵敏的这样方式被共价连接至化学识别位点。还合适的是传感器和参比官能性是共价连接的分子或聚合物，如由Shu 和 ffrighton, J.Phys.Chem.92，5221 (1988)所描述的 1-氢化 _1，_(6 (吡咯-1-基)己基-4，4’ -联卩比卩定二(六氟-磷酸盐)。在一些实施方案中，WE包含两种或更多种对相同分析物物种灵敏的ASM，选择所述ASM以便提供比通过单一 ASM而提供的更灵敏的测量，而最小化引入另外重叠峰的可能性，必须分辨所述重叠峰以便测定分析物浓度。在这个实施方案的一些实例中，WE包含菲醌(PAQ)和蒽醌(AQ)。在其它的实施方案中，WE包含两种或更多种对相同分析物物种灵敏的ASM。可以选择这类ASM以便确保并非它们所有都同样地对潜在干扰的物种敏感，所述物种可能在测试样品中存在。例如，化合物(如苯扎氯铵，一种季铵氯化物)可以不利地干扰ASM(如AQ和PAQ)。不易受这种干扰的ASM可以是例如具有一个或多个空间上或离子阻碍干扰物种途径的官能团的衍生物。替代地，可以将ASM共价连接至提供这种阻碍的基体材料中。在其它的方面中，WE可以进一步包含AM作为如上所述的内标物。再者，在一些实施方案中，WE包含两种或更多种ASM，各ASM是被选择用于对不同的分析物物种灵敏的。一方面，本发明提供了一种基体材料和相应的电极、探针、pH计以及其它分析物感测装置，其中ASM(和/或AIM)是被共价连接至基体材料的，所述基体材料是使用溶胶-凝胶方法由硅烷改性的ASM(和/或AM)前体和烷氧基硅烷制备的。溶胶-凝胶方法是在材料科学中经常使用的技术，所述技术使胶体溶液(溶胶)转变成整合的网络基体材料(凝胶)。所得到的基体材料展现出陶瓷和玻璃的某些特征，以及在PH传感器中需要的pH响应功能性(在氧化还原活性材料是选择用于在PH传感器中使用的WE的ASM的情况下)。这些基体的制备可以包含下列说明性的化合物、组合物以及以下本发明的方法。
在第一步中，合成了具有以下式(I)的通用结构的硅烷前体、或其盐、水合物和/或溶剂化物:
权利要求
1.一种基体材料，其包含溶胶-凝胶或其它的聚合物，所述溶胶-凝胶或其它的聚合物被共价连接到ASM和AM中的至少一种上。
2.如权利要求1所述的基体材料，所述基体材料是溶胶-凝胶，其中所述溶胶-凝胶是通过交联具有式(IV)的结构的化合物而形成的，其中RpR2以及R3中的至少两个独立地是烷氧基或芳氧基，并且第三个可以是烷基、芳基、烷氧基或芳氧基A是-O-或化学键；L是连接基 J1’是-CO2NR4-、-O-、-NR4CO-、-SO2-、-R5CO-、-P (O) (OR6) 0_、-CO2-、-O2C-、-NR4O2-,-O2CNR4^-N=N-或化学键ASM1是分析物灵敏的材料(或分析物不灵敏的材料或两者任一的衍生物)；并且R4、R5以及R6独立地是氢、烷基或芳基。
3.如权利要求2所述的基体材料，其中RpR2以及R3独立地是烷氧基；L是-(CH2)n,X1是化学键J1 ’是-CO2NH或-O-或-NHR4 ;并且η是2至6。
4.如权利要求2所述的基体材料，其中ASM1是选自由以下组成的组:式(V)、式(VI)、式(VII)以及式(VIII)。
5.如权利要求2所述的基体材料，其中ASM1选自由以下组成的组:式(IX)、式(X)、式(XI)、式(XII)、式(XIII)、式(XIV)、式(XV)以及式(XVI)，其中 R2。、R21、R22> R23> R20> R24>R26、R27、R28、R29、R3tl、R31、R32 以及 R33 独立地是氢、_C02H、卤素、-OH、-NHR4、_S02H、-R5CO, -P (O)(OR6) (OH)、-N3、-CN,烷基、芳基或烷氧基，其条件是最少一个取代基是_C02H、卤素、-OH、-NHR4, -SO2H, -R5CO, -P (O) (OR6) (OH)、N3 或-CN。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述化合物是选自由以下组成的组:式(XVII)、式(XVIII)以及式(XIX)。
7.如权利要求1所述的基体材料,所述基体材料由被连接到ASM和AM中至少一种上的聚合物组成。
8.如权利要求7所述的基体材料，其中所述聚合物选自由以下组成的组:多元醇、聚(乙烯醇)、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、乙烯基聚合物、聚苯硫醚、多糖、纤维素以及任何上述的衍生物、共聚物、共混物以及复合物或任何上述的组合。
9.一种电极,其包含如权利要求1所述的基体材料或由所述的基体材料组成。
10.如权利要求9所述的电极，所述电极是工作电极。
11.如权利要求9所述的电极，所述电极是分析物不灵敏的电极。
12.—种pH计或其它分析物感测装置，其包括如权利要求9所述的电极。
13.—种呈分离的或基本上纯的形式的化合物，所述化合物具有式(I)的结构。
14.一种呈分离的或基本上纯的形式的化合物，所述化合物具有式(IV)的结构。
15.一种用于制备如权利要求1所述的基体材料的方法，所述方法进一步包括使式(I)的化合物反应以便形成式(IV)的化合物； 以及 交联所述化合物以便形成所述基体材料。
全文摘要
基体材料，如含有氧化还原活性材料的溶胶-凝胶和聚合物衍生物，可以被用来形成适于在pH计和其它分析物感测装置中使用的电极和探针。
文档编号G01N27/26GK103154716SQ201180044410
公开日2013年6月12日 申请日期2011年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者E·李, M·米克拉施尔 申请人:赛诺瓦系统股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
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