專利名稱：：有機離子選擇性膜的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明的背景1．本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及離子選擇性膜及其制備方法。具體是涉及不利用溶劑制成的聚合物膜的改性。
背景技術：
：的討論離子選擇性膜在許多應用中使用，特別是生物傳感器和分析裝置中應用。這種膜通常把測試溶液從參比溶液中分離出來，進行在膜兩側的離子濃度差的電化學測量。目前理論研究的進展為顯著地提高這種裝置的檢測極限開辟了前景。但是，化學和工程新聞(第13頁)1997年11月24日報導，現(xiàn)在的商用離子選擇性膜對總靈敏度有明顯的限制。這些膜還有嚴重地限制它們在水溶液中長期穩(wěn)定性的其它特征。離子選擇性膜主要用于一次性使用的生物傳感器領域中。用這些膜制造的這些膜裝置最好是有長的存放期，低檢測極限和能夠迅速而有效地大規(guī)模制造。但是，由于利用的是傳統(tǒng)的離子選擇性膜，吸水(suction)膜對存放期，檢測極限和大量的制造效率有固有的限制。在大量測量中，由于在水存在下膜的吸水溶脹的傾向，因此商用離子選擇性膜的穩(wěn)定性是一個問題。溶脹不僅使膜的結構變形，而且也改變了膜的滲透率，并可以使膜的組分(多種)流失，進一步改變膜的滲透率和在該膜的附近區(qū)域離子濃度或其它的化學實體發(fā)生變化。這種類型的變形影響電化學測量的檢測極限和準確性。在物理或化學方面不穩(wěn)定的膜進一步限制了開發(fā)可植入體內的生物傳感器的可能性。利用可植入體內的裝置檢測生理情況，例如血糖值時，如果在這種裝置中的膜在與水溶液進行接觸時發(fā)生顯著變形或降解是不利的。因此，迫切要求離子選擇性膜在與水溶液接觸時要有長期的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術的離子選擇性膜，是通過將所要求的組分溶于一般溶劑中，然后將該混合物注入一適宜工具中將其制成在電極中利用的形狀。這種技術存在許多一般性問題。例如，溶劑蒸發(fā)必須在很嚴格控制的條件下進行。如果蒸發(fā)速度太快，膜結成硬皮并在皮下生成許多泡。這樣生成的泡易于與膜的表面區(qū)域分離，可能產(chǎn)生透過膜的功能。當然，這就使膜的靈敏度減小，極可能產(chǎn)生在電極裝置中完全沒有用的膜。鑄膜法的另一個缺點是，為制備用工具可以加工的適宜厚度的膜必須重復許多次。這種重復的方法隨每一重復步驟可能增加泡的積累，因此，增加了膜大面積的阻塞。在許多情況下，找到一種普通的溶劑如果不是不可能就是非常困難的，這是因為不是將膜的所有組分和添加劑組合在一起有利于溶于同一種溶劑。這在自動生產(chǎn)預校定、可處置的電極傳感器時特別重要，因為在生產(chǎn)過程中，所需要的組分和添加劑通常不是在實驗室離子選擇性傳感器通常所使用的膜中所需要的組分和添加劑。假設在離子選擇性膜中各種各樣所要求的組分不總是溶于一種溶劑，那么，有時就要使用溶劑混合物生成的溶液，從這種溶液鑄膜。但是，混合溶劑在蒸發(fā)步驟中產(chǎn)生了其它的問題，特別是在有高沸點的恒沸混合物的情況下更是如此。另外，由于溶劑的蒸發(fā)需要從膜的附近提取能量，因此可能使膜冷卻。這種溫度的降低可以使水蒸汽沉積，改變膜的表面和抑制膜材料下層與先前沉積的膜部分的粘附力。在每一新的膜層沉積之前，為了避免改變混合物中的粘度和組分濃度，傳統(tǒng)的鑄膜方法還要求精確測量溶劑混合物的體積和阻止溶劑從鑄膜溶液蒸發(fā)。對膜制造方法已進行研究的一些改進提出了與蒸發(fā)鑄膜有關的一些問題。在一種這樣的一種方法中，一個玻璃環(huán)粘附到一玻璃板或一金屬板上。然后將聚合物/溶劑溶液注入環(huán)內。該環(huán)用一大的容器復蓋并以較慢的速率進行蒸發(fā)。在溶劑蒸發(fā)后，膜用沖壓機切成盤狀形。在這種方法中，由于蒸發(fā)過程進行較慢和較易控制，不總是必須在幾層中形成膜。但是，在這種方案中，一步鑄膜的優(yōu)點被溶劑慢蒸發(fā)的缺點、產(chǎn)生的麻煩和從過程中的各處可以回收的許多有用膜盤狀物的限制減少。在傳感器的自動生產(chǎn)中所利用的膜在批量生產(chǎn)中必須很均勻，也必須有長的存放期和必須按可預定的方式生產(chǎn)。由于在通過溶劑蒸發(fā)過程制備電極膜存在許多固有的問題，迫使制造者以較小的生產(chǎn)量生產(chǎn)膜。以小生產(chǎn)量制造膜，不僅減少了失敗過程中的廢品，而且也減少了在膜的形成過程中對生產(chǎn)效率和生產(chǎn)量的限制。由于在溶劑基膜配方中不同生產(chǎn)量之間有很大的變化，例如在可處置的傳感器生產(chǎn)中，因此大量生產(chǎn)的一些企圖可能是很無效、不可生產(chǎn)和成本很高的。由于上述的這些缺點，溶劑基膜對制造后組裝成可處置的生物傳感器不是很有利的。作為一種供選擇的方案，從溶解的一種成膜混合物中就地制成膜。但是，這要求昂貴的設備，該設備要能夠重復分散少量高粘度的溶液，隨后防止水的沉積，控制溶劑的蒸發(fā)，使泡的形成減至最少，在該設備中有長的停留時間和連續(xù)顯示制造過程。確實，溶劑基離子選擇性膜的一些困難和無效性對采用這種膜大量制造可處置的裝置設置了一些嚴格限制。這是由于產(chǎn)物的易變性情況，結果制成的膜在后制造組裝成生物傳感器裝置必須以小批量生產(chǎn)，防止貴重材料的大量損失。對一次性的醫(yī)藥裝置，由于在就地制成的膜在設備的使用中產(chǎn)生相當?shù)臒o效性，這同樣確實是真實的。當與水溶液接觸時，溶劑基離子選擇性膜固有的不穩(wěn)定性的問題有時甚至更嚴重。這是由于溶劑蒸發(fā)時留下的膜結構留在孔、通道后面和膜結構中其它不規(guī)則性的地方。溶劑蒸發(fā)的這些后生物易被水侵蝕，迅速使膜結構變形和電化學功能畸變。所以，必須開發(fā)精確裝置，直到該裝置用于測量的很短時間，阻止在電極裝置中的現(xiàn)有技術的膜與水接觸。這是因為現(xiàn)有技術的膜在與水溶液接觸的最初幾秒鐘內一般都吸收顯著量的水分。水的吸收改變了膜的幾何形狀、組成和電化學功能。例如，當水移動通過電極膜時，電勢的位置也可能移動，在膜內先前固定的添加劑和離子同樣可以開始擴散。這種現(xiàn)象抑制膜兩側的電勢的產(chǎn)生和電勢數(shù)值的失真，在很短的時間內，當水溶液移動通過膜時，還可能導致電勢完全損失。這是因為水滲入膜在膜內使先前固定的活性組分產(chǎn)生了移動和擴散，因此攜帶它們的離子導致電勢的形成。如果這些活性拼料運動到膜外并在膜的表面釋出離子，釋出的離子升高了膜外的局部離子濃度，干擾電極的檢測極限。如果活性組分擴散到膜的參比溶液側，先前固定在膜內的離子用盡，在膜兩側產(chǎn)生電勢的能力被降低或被破壞。由于膜的電化學性質在幾秒的過程內就可改變，因此膜電勢的測量必須極迅速地進行，不可避免地必須涉及造成錯誤的近似法和外推法。因此，溶劑基離子選擇性膜的缺點包括生產(chǎn)的無效性和在性能的不規(guī)則性兩方面。這種固有短的存放期，特別是在任何形態(tài)的濕氣存在下更是如此，因此對要求長存放期的一次性的生物傳感器不是最佳的。當然，這種膜也完全不適宜在植入體內的生物傳感器裝置中使用，這是由于在與水溶液接觸時它們迅速地物理和性能的降低和通常與植入塑料相關的生物相容性問題這兩方面的原因。因此，非常需要制造膜的新方法和顯著降低了水的吸收速率、大大地簡化了制造要求和提高了生物相容性的改性離子選擇性膜。本發(fā)明公開了顯示出高度所需的性質的膜和它的制備方法，這種方法在現(xiàn)有技術公開的方法內進行了巨大的改進。本發(fā)明的概述本發(fā)明提供了生產(chǎn)離子選擇性膜的方法。在該方法中，包括聚合物和至少一種添加劑的膜組分相混合生成一種沒有加入溶劑的混合物。從這種混合物可以制成優(yōu)良的離子選擇性膜。在本發(fā)明的這一方案中，聚合物可以是氯乙烯。聚合物也可以聚氯乙烯或氯乙烯的共聚物，例如，乙酸乙烯酯和/或乙烯醇的共聚物。同樣，在本發(fā)明的這一方案中，添加劑可以是增塑劑。例如，適宜的增塑劑可以包括下述的一種或一種以上，它們是芳香族醚、脂肪族-芳香族醚、己二酸酯、癸二酸酯、苯二甲酸酯、月桂酸酯、戊二酸酯和磷酸酯。添加劑也是離子選擇性劑。按照本發(fā)明的方法，膜組分可以包括一種以上的添加劑。例如，膜組分可以包括一種增塑劑和一種離子選擇性劑。膜組分可以進一步包括添加劑，例如，增塑劑改性劑、活性配料、離子遷移率增強劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、表面活性改性劑、親脂劑和中間固定劑。在本發(fā)明的方法中，混合步驟可以包括在均化器中進行各個組分的混合。還可以包括加熱各個組分。在本發(fā)明的方法中的制造步驟可以包括把混合物擠出在一適宜使用膜的裝置上。膜也可以通過混合物的注塑制成。在本發(fā)明方法的實施中，本發(fā)明企圖使生物分子與膜的各個組分反應，在生物分子與膜的表面處的膜之間形成一種鍵?？梢赃@樣反應的生物分子包括，例如酶類、受體類、激素類、核酸類和抗體類。本發(fā)明的方法可以進一步包括使膜表面與含生物分子的含水物料接觸，生成有沒有溶劑層和含水層兩層的離子選擇性膜。在本發(fā)明的這種方案中，例如，生物分子可以是酶類、受體類、激素類、核酸類和抗體類。在本發(fā)明的另一方案中，本發(fā)明提供了由聚合物和至少一種添加劑制成的沒有溶劑的離子選擇性膜，其中該膜沒有溶劑。例如，膜的聚合物可以是氯乙烯、聚氯乙烯或氯乙烯的共聚物，例如乙酸乙烯酯和/或乙烯醇的共聚物。添加劑可以是一種增塑劑。例如，有用的增塑劑包括芳香族醚、脂肪族-芳香族醚、己二酸酯、癸二酸酯、苯二甲酸酯、月桂酸酯、戊二酸酯和磷酸酯。添加劑也可以是離子選擇性劑。膜組分也可以包括一種或一種以上的添加劑，例如，一種增塑劑和離子選擇性劑。膜組分可以進一步包括一種或一種以上的添加劑，例如，增塑劑改性劑、活性配料、離子遷移率增強劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、表面活性改性劑、親脂劑和中間固定劑。本發(fā)明這一方案的離子選擇性膜的固化質量損失小于10％，或在某些實施方案中小于1％。膜的水吸收指數(shù)小于0.5％，或在某些實施方案中小于0.1％。在本發(fā)明的一些實施方案中，生物分子可以鍵到膜的表面。有用的生物分子可以包括，例如酶類、受體類、激素類、核酸類和抗體類。膜也可以有與膜的表面相接觸的含水物料層，含水的物料可以包含生物分子。在本發(fā)明的另一方案中，提供了包括一電極的改進的生物傳感器裝置，其中電極有一離子選擇性膜。在本發(fā)明的這一方案中，其改進是沒有溶劑的離子選擇性膜是由聚合物和至少一種添加劑制成，其中制成的改性膜沒有溶劑。優(yōu)選實施方案的詳細描述本發(fā)明的膜不使用外來溶劑而制成。外來溶劑是一種添加的溶劑，它能提高各個組分的溶解度，后來，這種溶劑作為成膜的一部分被除去。由于本發(fā)明的膜不采用外來溶劑，因此不要求蒸發(fā)步驟。由于制成的這些膜沒有溶劑蒸發(fā)步驟，所以它們顯示出與現(xiàn)有技術的膜不同的結構和物理性質。這些性質中最重要的性質是大大降低了吸水的程度和速率。由于本發(fā)明的膜不易吸水，所以它們在結構、組成和煩惱現(xiàn)有技術膜的電化學性質方面不迅速發(fā)生畸變。另外，它們高度穩(wěn)定，并在與水溶液接觸很長的時間期間內顯示出非常好的可再現(xiàn)的電化學性質。在本申請是所述的“水溶液”包括任何適當水含量的溶液，例如，飲料、藥物溶液或懸浮液、培養(yǎng)物或發(fā)酵介質、血液、血漿、尿液、腦脊髓液、粘液分泌物等。除了它們與水溶液接觸的穩(wěn)定性之外，這些膜還有很長的存放期，制造這些膜所用的裝置不要求特殊的包裝和想保護膜不受水分或濕氣的其它的測量。而且，本發(fā)明的膜有更低的離子檢測極限，更迅速的響應值、在長時間期間內有有精確而可再現(xiàn)的測量結果和更高的機械強度，例如可在正壓或真空下有利的使用。因此，由于本發(fā)明的膜大大地降低了水的吸收，所以它們在固定膜組分方面非常有效。也就是說，如下所述，與通常情況下的現(xiàn)有技術膜相比，在膜中的重要添加劑不易從膜中流失。本發(fā)明的膜不用溶劑制造；它們是通過將聚合物、增塑劑和其它的不必要的組分通過混合，如通過機械混合生成成膜混合物來制造。例如，機械混合可以采用塑料工業(yè)領域內眾所周知的高速摻混機或均化器。組分可以單獨加入基本聚合物或以組合的方式加入基本聚合物。這些組分可以是增塑劑、熱穩(wěn)定劑、UV吸收劑、γ-射線穩(wěn)定劑、抗靜電劑、離子選擇性劑和其它的配位體、導電劑、石蠟、憎水劑、流動減少劑等。沒有與溶劑相關的問題，本發(fā)明的膜實質上可以制成所要求的任何厚度，不需要在一系列控制蒸發(fā)步驟的薄層沉積當間生成膜。沒有溶劑的膜組分的混合物可以預先調制，或直接加入擠塑機或注塑機。初生膜材料的帶可以容易加入高速生產(chǎn)設備。在這種方法中，可以生產(chǎn)有新特征的膜或新特征的混合物，因此這些混合物中許多不能夠預先已知離子選擇性膜的制造工藝。膜的厚度可以用工具或擠塑模頭控制。這樣生產(chǎn)的膜可以大量的卷起，在幾天或幾周之內長期地生產(chǎn)移動。由于不包括溶劑，本發(fā)明的膜顯示出了超過上述現(xiàn)有技術膜的優(yōu)良的性質。每單位生產(chǎn)費用很低，大量的自動化生產(chǎn)非常簡單。應當指出，在許多情況下，增塑劑能夠溶解聚合物。因此，在一些出版物(例如，Suzuki,etal.,Anal.chem.1989,61:382-384)中，增塑劑本身被誤稱為溶劑。較正確地是，對本發(fā)明的目的來說，這種差別是在膜生產(chǎn)中在真溶劑與增塑劑之間形成。為溶解膜的各組分，使用真溶劑(外來的溶劑)，然后，當膜固化時從膜全部或部分除出。溶劑的除去一般通過蒸發(fā)步驟完成，該蒸發(fā)步驟有如上所述的缺點。在現(xiàn)有技術的溶劑基聚合物膜中通常所使用的真溶劑的實例包括環(huán)己酮、二氯甲烷、碳酸丙烯酯、四氫呋哺、甲苯、甲醇和水。本發(fā)明制成的膜沒有添加這些或任何外來的溶劑，非常耐與水或含水的溶液接觸引起的降解。與真溶劑相反，增塑劑也可以用于溶解膜組分，但是，它還是膜的一部分，不要求任何蒸發(fā)步驟，也不產(chǎn)生蒸發(fā)步驟的結構生成物。在溶劑蒸發(fā)的過程中，鑄塑成膜的溶劑基膜溶液將損失明顯的質量，進一步形成了這種差別。但是，在制造過程中，使用沒有溶劑的混合物生成膜沒有明顯的質量損失。當然，比質量損失重要得到多的是溶劑蒸發(fā)所產(chǎn)生的一些缺點，例如結構變形和膜的孔隙率、在膜固化過程中水的沉積、蒸發(fā)參數(shù)的精確控制和/或利用蒸發(fā)步驟產(chǎn)生與固化相關的長期延誤和設備的停工。本發(fā)明的膜，無溶劑，允許大大地提高生產(chǎn)速率，在易變的環(huán)境如濕度易變的環(huán)境中控制明顯地減少，避免了與使用和除去大量有機溶劑相關的昂貴費用和環(huán)境法規(guī)的困難，和有利地生產(chǎn)水吸收率小于現(xiàn)有技術膜水吸收率的膜。與現(xiàn)有技術的離子選擇性膜相比，本發(fā)明膜的吸水量降低了5倍、10倍、100倍或更多。固化膜的最終密度提供了現(xiàn)有技術的溶劑基離子選擇性膜與本發(fā)明無溶劑離子選擇性膜之間的差別。如上述所討論的，溶劑蒸發(fā)在膜中產(chǎn)生的生成物使膜產(chǎn)生不希望規(guī)整度的孔隙率。反之，無溶劑的膜不出現(xiàn)生成物且基本上無孔。在過濾膜領域中，本體孔隙率定義為膜內的“死空間”用已知體積的膜樣品的稱重和它的密度與存在的基本聚合物和添加劑的總密度相比較來計算。對過濾膜來說，高的本體孔隙率是要求的條件。反之，離子選擇性膜理想的接近于零本體孔隙率一它們是理想的非多孔。理想與實際之間的差別是以膜密度比表示(MDR)。有泡或孔的溶劑基離子選擇性膜的MDR為80％或小于80％，而無溶劑膜的MDR一般大于85％，優(yōu)選大于95％，更優(yōu)選大于99％。本發(fā)明的膜可以含一種聚合物，通常是聚氯乙烯(PVC)或PVC的共聚物；增塑劑改性劑；活性拼料；離子遷移率增強劑；熱穩(wěn)定劑；光穩(wěn)定劑；表面活性改進劑；親脂劑；中間固定劑和/或其它的組分。PVC聚合物或共聚物包括低、中、高和超高分子量PVC。氯乙烯如氯乙烯/乙酸乙烯酯、氯乙烯/乙烯醇和氯乙烯/乙酸乙烯酯/7烯醇的共聚物也有用。其它適宜的聚合物是羧化的聚氯乙烯。根據(jù)配方，可以使用任何的幾種已知增塑劑。適宜增塑劑的實例是芳香族醚；脂肪族-芳香族醚；己二酸酯、癸二酸酯、磷酸酯、戊二酸酯、苯二甲酸酯和/或月桂酸酯；和長鏈的脂肪族醇。增塑造劑改性劑的非限制性實例是鹵化的石蠟烴，如氯化石蠟烴、長鏈的脂肪族醇、取代的硝基苯乙酰苯。在本發(fā)明的膜中可以連同一道使用的活性拼料包括抗生(菌)素、液體離子交換劑、中性載體、取代胺、有機銨鹽、冠醚類、激素類、酶類、抗原、抗體、DNA結合因子和核酸等。例如離子遷移增強劑包括硬脂酸鹽、長鏈醇和包括但是不限于石蠟烴的蠟類。有用的熱穩(wěn)定劑的實例是硬脂酸鹽、有機金屬化合物和氯受體。光穩(wěn)定劑可以包括UV吸收劑和光熱轉化劑兩種。表面活性改進劑的實例是三乙酸纖維素、聚丙烯酰胺、有機銨鹽等?；钚云戳咸嗖豢赡苋苛谐?，在表1中列出了幾種特別有用的離子選擇性劑。本領域的技術人員認為，除離子選擇性劑外，其它的活性拼料，根據(jù)特殊要求的應用和膜的性質，可以選擇和在本發(fā)明的膜中使用，以得到最佳功能的膜。表1離子選擇性劑的實例<tablesid="table1"num="001"><table>離子或其它(被)分析物選擇性劑(多種)銨無活菌素鈣鈣霉素(N,N,N′,N′-四環(huán)己基-3-氧戊烷二酰胺(-)-(R,R)-N,N′-[雙(11-(乙氧羰基)十一烷基)]-N,N′-4,5-四甲基-3,6-二氧辛烷-二酰胺N,N-二環(huán)己基-N′,N′-二十八烷基-3-氧戊烷二酰胺雙[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯基]磷酸鈣鹽碳酸鹽庚基-4-三氟乙?；郊姿猁}1-(十二烷基磺?；?-4-三氟乙?；絅-十二烷基-4-三氟乙酰基乙酰苯胺4-丁基-α,α,α-三氟乙酰苯氯化物氯化三十二烷基甲銨氯化5-10-15-20-四苯基-21H,23H-卜啉錳(Ⅲ)4,5-二甲基-3,6-二辛氧-1,2亞苯基-雙(三氟乙酸汞)氫三十二烷基胺4-十九烷基吡啶十八烷基異煙酸鹽鋰N,N,N′,N′-四異丁基-順-環(huán)己烷-1,2-二羧酰胺N,N-二環(huán)己基-N′,N′-二異丁基-順-環(huán)己烷-1,2-二羧酰胺5-丁基-5-乙基-N,N,N′,N′-四環(huán)己基3,7-二氧壬酸二酰胺12-冠-4；1,4,7,10-四氧環(huán)十二烷6,6-二芐基-14-冠-46-[2-(二乙基磷氧)-乙基]-6-十二烷基-14冠-4N,N,N′,N′,N″,N″-六環(huán)己基-4,4′,4″-次苯基-三-(3-氧丁酰胺)</table></tables>通過將聚合物、增塑劑和任何其它不必要的組分摻合混合膜組分。在一些配方中，增塑劑也可以用作活性拼料，或活性拼料可以用作增塑劑。因此，本發(fā)明企圖由少到兩種組分制造沒有溶劑的膜，也打算由多種組分的混合物制造沒有溶劑的膜?；旌嫌酶咚贀胶蠙C或通過熱凝膠化作用和擴散被簡化。混合可在室溫下進行，或根據(jù)各個組分的具體組合和性質選擇不同的溫度。例如，將其中的抗體或其它的蛋白質加入膜，升高溫度會產(chǎn)生蛋白質脫氮的問題，因此對在成膜中可能使用的溫度要求限制。在選擇成膜溫度時其它的考慮包括要求的膜混合物的工作粘度、當在一次性的裝置上成膜時，一次性的裝置的其它部件溫度的容許值等。通過擠塑和沖壓可以制膜，包括就地直接在電極裝置上擠塑。通過注塑或毛細管擠出，或就地擠在裝置上，或在一獨立步驟中也可以制成膜。成膜的其它方法，例如包括真空成形、真空成型、壓塑、吹塑和壓延。膜實質上可以制成任何有用的厚度。本發(fā)明也包括用含水的分子涂覆上述的沒有溶劑的膜，將含水分子粘附或粘合在它的表面。例如，催化劑(包括酶)可以在膜的表面上起改變化學物質的作用，所述的化學物質是進入而被裝置的電極直接檢測的產(chǎn)物。在本發(fā)明的另一些方案中，其它的分子、結構或配合物可在膜的表面上起作用，或以增強或改進膜或作為的電極裝置的整體起作用。有益的分子、結構或配合物包括激素、抗體、抗菌(生)素、核酸、受體、結合蛋白、藥物制劑、結晶物質等。例如，酶如尿酶可以粘合或粘附到?jīng)]有溶劑膜的表面上。這種改進使膜電極能夠檢測離子物質如銨離子，也能夠間接檢測非離子物質如尿。也就是說，當受試溶液中的尿分子與固定在沒有溶劑的膜的表面上的尿酶接觸時，酶催化破壞尿產(chǎn)生電極檢測的銨離子。帶APT酶活性的受體配合物同樣也可以固定在對磷酸鹽離子敏感的沒有溶劑膜的表面上，間接測量受體配位體的存在。當配位體連接受體時，從APT釋出磷酸鹽離子，同時這些離子被電極檢測。本領域內的技術人員認為，通過固定在沒有溶劑膜的表面上或表面附近的可溶生物分子幫助的分析物間接檢測的這種類型具有廣泛的應用性。有許多方法制備在其表面上有生物分子或其它所需要的分子或結構的膜。在本發(fā)明的一個方案中，沒有溶劑的膜如本申請所述的方法制成。在成膜之后，選擇的分子或結構經(jīng)聚合物或共聚物內的活性基化學地與膜鍵接。例如，在用銀離子作為催化劑促進的偶合反應中胺基可以與在聚氯乙烯膜上的氯基反應。在這一方案中，生物分子與成膜的聚合物之間生成共價鍵。在另一方案中，選自生物分子的一種或幾種溶于水，然后加入水溶性聚合劑生成溶液。該溶液的一薄層與本發(fā)明的預制和沒有溶劑的膜相接觸。在水溶液與沒有溶劑的膜接觸時或接觸后，水溶液層聚合生成一薄層粘合到?jīng)]有溶劑的膜上，該膜包含固定生物分子或其它結構的薄層。在本發(fā)明的另一方案中，制成兩分離的膜。第一種膜是本申請中廣泛敘述的沒有溶劑的膜。第二種膜是含一種或一種以上水溶性活性拼料如生物分子或其它配合物或結構的水基膜。雖然，任何有用厚度的膜層可以施加于沒有溶劑的膜，但是，水基膜的厚度通常為1-100微米。當水基膜與沒有溶劑的膜接觸時，估計在沒有溶劑膜表面上或表面附近固定生物分子或其它配合物或結構。在許多這種方案中，最終的結果是本發(fā)明的沒有溶劑的膜成了具有所要求排水性的膜，同時在其上也固定了要求水執(zhí)行其所要求功能的分子。因此，本發(fā)明不僅限于含一種或一種以上活性拼料的沒有溶劑的膜，而且也包括在其表面上載持了一種或一種以上所要求的水溶性分子的沒有溶劑的膜。因此，固定的水溶性分子用作酶催化劑將不可測量的物質轉化成可測量的物質。它們也可以起其它有用的作用，例如所需要粒子的濃縮、不需要粒子的排除、導致需要和/或可測量產(chǎn)物的生化路徑的開始等。實施例為與現(xiàn)有技術的溶劑基膜進行比較，制備有代表性的沒有溶劑的膜。測試選自鈣、鉀和銨的膜樣品。實施例1鈣離子選擇性沒有溶劑膜鈣離子選擇性沒有溶劑膜是按如下配方制備超高分子量PVC,100.00份；2-硝基苯基辛基醚，250.00份；(-)-(R,R)-N,N′-(雙(11-乙氧羰基)十一烷基)-N,N′-4,5-四甲基-3,6-二氧辛烷二酰胺(鈣離子選擇性配體)，7.5份；四苯基硼酸鈉，1.50份；硬脂酸鈣，1.00份。全部組分混合均勻并制成厚度為絕癥1.3密耳(25-75微米)的膜。在75-105℃溫度下3小時后，膜完全固化，具有鈣離子選擇功能。然后，這種配方的膜與傳統(tǒng)的鈣離子選擇膜進行比較。得到這種比較結果并在下文討論。對比例1傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜用傳統(tǒng)的配方制備溶劑基鈣離子選擇膜，將其與本發(fā)明的鈣離子選擇膜進行比較。該膜使用N,N,N′,N′-四環(huán)-3-氧戊烷二酰胺，10毫克；2-硝基苯基辛基醚，655毫克；四個(4-氯苯基)硼酸鉀，6毫克；高分子量PVC,328毫克。全部組分溶于8.0毫升(11256毫克)四氫呋喃。因此，在溶劑蒸發(fā)前的總質量為12255毫克-約8％固體和約92％溶劑。使用傳統(tǒng)的方法鑄膜并固化生成的膜具有鈣離子選擇功能。利用多于或少于在對比例中所使用的溶劑量(在限定的范圍內)可以制備這種類型的傳統(tǒng)膜。根據(jù)通過制膜參數(shù)得到所要求溶液粘度使用溶劑的最佳量。用太少的溶劑制備的溶液一般太粘不能分散并不適宜靜置成均勻平的層。含過量溶劑的溶液不太粘，但要求長的蒸發(fā)時間并一般也要求更長的分散和固化步驟，達到特定的膜厚度。在該對比例和本申請中其它對比例中所用的溶液粘度約和這些傳統(tǒng)膜的一般制造方法中所使用的溶液的粘度相同。因此，在對比例膜的固化過程期間質量或體積損失的測量是傳統(tǒng)的溶劑基膜、離子選擇膜制造中質量或體積損失的代表。實施例2鉀離子選擇性沒有溶劑膜鉀離子選擇性沒有溶劑膜按下述配方制備超高分子量PVC,100.00份；己二酸二辛酯，150.00份；纈氨霉素(鉀離子選擇性配體)，2.85份；四苯基硼酸鈉，2.00份；硬脂酸，1.00份。全部組分混合均勻后制成厚度為約1-3密耳(25-75微米)的膜。在85-115℃6小時后，膜完全固化，并對鉀離子具有選擇功能。這種配方的膜與傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜進行比較。得到比較的結果并在下文中進行討論。對比例2傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜利用傳統(tǒng)的配方制備鉀離子選擇性膜，將其與本發(fā)明的鉀離子選擇性膜進行比較。該膜利用下述配方制備纈氨霉素，10毫克；雙(1-丁基苯基)癸烷-1,10-二基戊二酸氫酯，650毫克；四個(4-氯苯基)硼酸鉀，5毫克；高分子量PVC,330毫。全部組分溶于8.0毫升(11256毫克)四氫呋喃中。因此，在溶劑蒸發(fā)前該配方的總質量為12251毫克-約8％固體和約92％溶劑。利用傳統(tǒng)的技術鑄膜并固化，制備的膜對鉀離子具有選擇性功能。實施例3氨離子選擇性沒有溶劑的膜氨離子選擇性沒有溶劑的膜按下述配方制備超高分子量PVC，100.00份；雙(乙基己基)己二酸酯，250.00份；無活菌素(銨離子選擇性配位體)，1.50份；四苯基硼酸銨，0.36份；硬脂酸，1.00份。全部組分混合均勻后制成厚度為約1-3密耳(25-75微米)的膜。在85-105℃溫度6小時后，膜完全固化并對銨離子具有選擇性功能。這種配方的膜與傳統(tǒng)的銨離子選擇性膜進行比較。得到比較的結果并在下文討論。對比例3傳統(tǒng)銨離子選擇性膜利用傳統(tǒng)的配方制備溶劑基銨離子選擇性膜，與本發(fā)明的銨離子選擇性膜進行比較。制該膜的傳統(tǒng)配方是無活菌素(銨離子選擇性配位體)，10毫克；雙(丁基苯基)己二酸酯，668毫克；高分子量PVC,322毫。全部組分溶于8.0毫升(11256毫克)四氫呋喃中。因此，在溶劑蒸發(fā)前該配方的總質量為12256毫克-約8％固體和約92％溶劑。利用傳統(tǒng)的技術鑄膜并固化，制備的膜對鉀離子具有選擇性功能。實施例4固化質量損失在固化過程中，由于本發(fā)明的膜不含溶劑，因此沒有質量損失。反之，現(xiàn)有技術離子選擇性膜，由于是使用溶劑制成，當溶劑蒸發(fā)時質量損失明顯。固化質量損失(CML)是在固化過程中表示膜質量損失百分數(shù)的一個數(shù)，因此是本發(fā)明的膜與現(xiàn)有技術膜之間有意義的信息和可測量的差別。CML可以根據(jù)在溶劑基混合物各個組分的相關濃度除以100減溶劑的百分濃度來計算。當然，這假設溶劑完全除去。在固化前，CML也可以通過一定量溶劑基膜溶液的稱重和后來在固化過程中產(chǎn)生的完全固化膜稱重經(jīng)驗地確定。表2提供了現(xiàn)有技術的膜與本發(fā)明沒有溶劑膜的CML計算值。本發(fā)明膜的CML理論值0％，CML測量值一般為小于10％，優(yōu)選小于1％，更優(yōu)選小于0.1％。表2固化質量損失當膜固化時，與質量損失相似的是膜的體積損失。本發(fā)明膜的體積損失很小，如果有的話，在固化后體積有變化。反之，對比例的膜顯示出體積損失為91.6％(鉀離子選擇性膜)，和89.3％(銨離子選擇性膜)。對傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜的體積損失沒有進行測量。實施例5水吸收指數(shù)本發(fā)明的膜與現(xiàn)有技術有機離子選擇性的膜存在顯著差別，這是因為它們大大地降低了吸收水的趨勢。上面已經(jīng)討論了這種差別的功能重要性。這種差別的有用測量是水吸收指數(shù)(WAI)。WAI是通過在室溫下把已知質量的膜樣品置入蒸餾水中24小時來測定。在24小時后，該樣品再稱重，如果有的話，質量再以膜原來質量的百分數(shù)表示。然后，根據(jù)各自的WAI可以比較膜的差別。雖然WAI是水吸收量隨意選擇地測量，但是，它是一個與不同膜的水親合力成正比且表明不同膜的水親合力差別的簡單而通用的測試。根據(jù)打算使用的特殊離子選擇性膜，與WAI相似的如上的其它的測試也可以使用。例如，在體溫下，在一周的期間內，利用象水溶液那樣的血漿吸收指數(shù)未能表明，在植入生物傳感器電極一周的期間，不同配方膜的變形程度。使用含目的離子的溶液也可以進行目的離子選擇性膜的測試，在許多情況下，除含目的離子外，還可含其它添加劑，如不希望離子的螯合劑、pH緩沖劑和/或防腐劑溶液。雖然WAI提供了一種簡單而通用的比較基礎，但是，對所研究的膜更具體的其它溶液可用于比較加速水吸收的測試，能夠更迅速檢測膜之間的差別。參見實施例7。本發(fā)明的膜吸收水比現(xiàn)有技術的離子選擇性膜少得多，因此在與水溶液接觸時更加穩(wěn)定，正如下表3所示出的。通常，本發(fā)明的膜的WAI為小于0.5％，優(yōu)選小于0.1％，更優(yōu)選小于0.05％。表3水吸收指數(shù)(WAI)<tablesid="table4"num="004"><table>膜WAI(％)沒有溶劑鈣離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜0.69沒有溶劑鉀離子選擇性膜＜0.2傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜0.95沒有溶劑銨離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的銨離子選擇性膜0.72</table></tables>為了清楚地說明表3列出的結果，如果1000毫克干膜用作原料，在水中24小時后，本發(fā)明的膜的重量在1000毫克和1002毫克之間，而傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜在水中24小時后的重量為1009.5毫克。實施例6水質量損失本發(fā)明膜的另一個優(yōu)點是，由于它們不吸收水達到適宜程度，它們同樣不發(fā)生因吸收水和/或滲透性產(chǎn)生的瀝濾作用造成膜組分的損失。反之，傳統(tǒng)的溶劑基離子選擇性膜實際上有質量損失，大概是由于在與水接觸24小時的過程中內部的膜組分流失的原因。作為在實施例5之后的步驟，在水中浸泡24小時的膜表面干燥后，于空氣中干燥24小時除去殘留的水分。然后干燥的膜再稱重，每一種浸泡和干燥膜的質量與浸泡在水中之前它原來的質量進行比較。如表4所示，傳統(tǒng)的膜有質量損失，而本發(fā)明的膜沒有顯示出明顯的質量變化。表4水質量損失(WML)<tablesid="table5"num="005"><table>膜WML(％)沒有溶劑鈣離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜0.45沒有溶劑鉀離子選擇性膜＜0.2傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜0.61沒有溶劑銨離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的銨離子選擇性膜0.54</table></tables>為清楚地說明表4的結果，如果1000毫克干膜用作原料，本發(fā)明膜在水中24小時后，隨后在空氣干燥24小時后的重量在1000毫克和998毫克之間，而傳統(tǒng)鉀離子選擇性膜在水中24小時后，接著在空氣中干燥24后的重量為993.9毫克。實施例7離子溶液吸收當通過它們測量溶液來測量現(xiàn)有技術膜的變形時，比WAI也許更有意義的是含目標離子的這些膜的膜的溶液吸收。也就是說，傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜與鈣溶液接觸時比與脫離子水接觸時增加更多的質量。這是假設由于膜中離子選擇性劑與溶液中離子的親合力的緣故。當膜吸收水時，據(jù)認為離子也進入膜與膜的活性拼料相互作用。然后，內部的離子積累也可以導致更多水的積累。其結果是膜吸收溶液使結構變形和功能受到損失。反之，本發(fā)明的膜沒有顯示出明顯的離子溶液吸收。實際上，本發(fā)明的沒有溶劑的膜無論是與離子溶液還是與脫離子水接觸，都沒有顯示出可測量的差別。通過將膜樣品置入含4毫克毫克當量(meq)的膜對該離子是具有選擇性的離子的溶液中測定離子溶液吸收。膜在室溫下于該離子溶液中停留24小時，然后吸干并稱重?，F(xiàn)有技術的膜顯示出明顯增加了質量，而在本發(fā)明的膜中質量的增加在檢測限或檢測限附近。表5離子溶液吸收(ISA)<tablesid="table6"num="006"><table>膜ISA(％)沒有溶劑鈣離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜2.37沒有溶劑鉀離子選擇性膜＜0.2傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜1.83沒有溶劑銨離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的銨離子選擇性膜1.16</table></tables>實施例8離子溶液停留在實施例7的離子吸收實驗中，膜是用空氣干燥24小時后再稱重。在干燥24小時后，傳統(tǒng)膜從離子溶液中保留質量，而本發(fā)明的膜沒有顯示出明顯的質量變化。表6離子溶液保留(ISR)<tablesid="table7"num="007"><table>膜ISR(％)沒有溶劑鈣離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的鈣離子選擇性膜0.39沒有溶劑鉀離子選擇性膜＜0.2傳統(tǒng)的鉀離子選擇性膜0.47沒有溶劑銨離子選擇性膜＜0.1傳統(tǒng)的銨離子選擇性膜0.47</table></tables>上述實施例證明，本發(fā)明離子選擇性膜取得了顯著進展，這些實施例僅是本發(fā)明有代表性的一些方案。本發(fā)明準確的范圍只由下述的權利要求來界定。權利要求1．一種制備離子選擇性膜的方法，該方法包括步驟提供包括聚合物和至少一種提供離子選擇性的添加劑的膜組分；將上述的組分混合，生成沒有添加溶劑的混合物；和從上述混合物生成離子選擇性膜。2．按權利要求1的方法，其中聚合物含有氯乙烯。3．按權利要求2的方法，其中聚合物是聚氯乙烯。4．按權利要求2的方法，其中聚合物是氯乙烯的共聚物。5．按權利要求4的方法，其中所述的共聚物含有乙酸乙烯酯。6．按權利要求4的方法，其中所述的共聚物含有乙烯醇。7．按權利要求1的方法，其中所述的添加劑是一種增塑劑。8．按權利要求7的方法，其中所述的增塑劑選自由芳香族醚、脂肪族-芳香族醚、己二酸酯、癸二酸酯、苯二甲酸酯、月桂酸酯、戊二酸酯和磷酸酯組成的組。9．按權利要求1的方法，其中所述的添加劑是一種離子選擇性劑。10．按權利要求1的方法，其中所述的膜組分包括一種以上述添加劑。11．按權利要求10的方法，其中所述的膜組分包括一種增塑劑和一種離子選擇性劑。12．按權利要求11的方法，其中所述的膜組分進一步包括選自由增塑劑改性劑、活性拼料、離子遷移率增強劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、表面活性改性劑、親脂劑和中間固定劑組成組的一種添加劑。13．按權利要求1的方法，其中上述混合步驟包括在一均化器中混合上述組分。14．按權利要求1的方法，其中上述混合步驟包括加熱上述組分。15．按權利要求1的方法，其中上述成形步驟包括把上述混合物擠在適宜使用所述的膜的裝置上。16．按權利要求1的方法，其中所述的成形步驟包括注塑所述的混合物生成所述的膜。17．按權利要求1的方法，還包括生物分子與所述的組分反應生成所述的生物分子與在所述的膜表面處的所述的膜之間的一個鍵。18．按權利要求17的方法，其中上述生物分子選自由酶類、受體類、激素類、核酸和抗體組成的組。19．按權利要求1的方法，進一步包括所述的膜的表面與包括生物分子的含水物料接觸，生成包括沒有溶劑層和含水層的兩層離子選擇性膜。20．按權利要求19的方法，其中所述的生物分子選自由酶類、受體類、激素類、核酸和抗體組成的組。21．沒有溶劑的離子選擇性膜，所述的膜包括膜組分，所述的膜組分包括一種聚合物和至少一種提供離子選擇性性質的添加劑，所述的膜是沒有溶劑制成。22．按權利要求21的膜，其中所述的聚合物含有氯乙烯。23．按權利要求22的膜，其中所述的聚合物是聚氯乙烯。24．按權利要求22的膜，其中所述的聚合物是氯乙烯的共聚物。25．按權利要求24的膜，其中所述的共聚物包括乙酸乙烯酯。26．按權利要求24的膜，其中所述的共聚物包括乙烯醇。27．按權利要求25的膜，其中所述的添加劑是一種增塑劑。28．按權利要求27的膜，其中所述的增塑劑選自由芳香族醚、脂肪族-芳香族醚、己二酸酯、癸二酸酯、苯二甲酸酯、月桂酸酯、戊二酸酯和磷酸酯組成組。29．按權利要求21的膜，其中所述的添加劑是一種離子選擇性劑。30．按權利要求21的膜，其中所述的膜組分包括一種以上的添加劑。31．按權利要求30的膜，其中所述的膜組分包括一種增塑劑和一種離子選擇性劑。32．按權利要求31的膜，其中所述的膜組分進一步包括選自由增塑劑改性劑、活性拼料、離子遷移率增強劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、表面活性改性劑、親脂劑和中間固定劑組成組的一種添加劑。33．按權利要求21的膜，其中固化質量損失小于10％。34．按權利要求33的膜，其中固化質量損失小于1％。35．按權利要求21的膜，水吸收指數(shù)小于0.5％。36．按權利要求35的膜，水吸收指數(shù)小于0.1％。37．按權利要求21的膜，進一步包括鍵接到上述膜表面上的生物分子。38．按權利要求37的膜，其中所述的生物分子選自由酶類、受體類、激素類、核酸和抗體組成的組。39．按權利要求21的膜，進一步包括與所述的膜表面接觸的一層包括生物分子的含水物料。40．按權利要求39的膜，其中所述的生物分子選自由酶類、受體類、激素類、核酸和抗體組成的組。41．在一種改進的生物傳感器裝置中，該生物傳感器裝置包括一電極、所述的電極包括一離子選擇性膜，其特征是沒有溶劑的離子選擇性膜，所述的膜包括膜組分，所述的組分包括一種聚合物和至少一種提供離子選擇性性質的添加劑，所述的膜是沒有溶劑制成。全文摘要本發(fā)明提供了沒有用擠出溶劑制成的離子選擇性膜,和這種膜的制備方法。本發(fā)明的膜少孔,對水呈惰性,有較長的存放期和適宜大量制備有效膜。文檔編號B01D71/00GK1302223SQ99806501公開日2001年7月4日申請日期1999年3月29日優(yōu)先權日1998年4月6日發(fā)明者馬丁·J·帕特科申請人:馬丁·J·帕特科