CN105223252A - 一种钠、钾、氯离子生化分析干片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钠、钾、氯离子生化分析干片及其制备方法，属于血气生化传感器技术领域，用于检测体液中的钠、钾、氯离子浓度。干片包括：支撑层、钠离子选择电极、钾离子选择电极、氯离子选择电极、中间层、盐桥、顶层。每个钠、钾、氯离子生化分析干片有两片钠、钾、氯离子选择电极，相互对应。测试时通过盐桥的渗透作用相互接触，离子选择电极连通，形成回路。本发明干片能克服传统离子选择电极存在的操作复杂、使用和维护成本高、响应慢、不易携带等缺点，可同时测量待测液中钠、钾、氯离子浓度，操作简单、响应速度快、体积小、便于携带，且制备工序简单、生产成本低，适合大批量工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及血气生化传感器技术领域，特别是涉及一种钠、钾、氯离子生化分析干片及其制备方法。
背景技术
现代医学的发展，特别是临床危重病人的抢救，需要对人体的电解质进行检验，体液中钠、钾、氯离子浓度为检验的重要指标之一。病理条件下，细菌、病毒等会引起体液容量、组成和酸碱度发生改变，造成人体内水、电解质和酸碱平衡紊乱，从而影响人体器官的正常生理功能，甚至危及患者生命。因此，检测水、电解质和酸碱平衡的生物化学检验已成为临床许多疾病诊断、治疗评估和预后判断的重要依据。
目前检测体液中钠、钾、氯离子浓度采用离子选择电极。传统离子选择性电极的内参比溶液一般采用电解质溶液，只能在较低的温度、压力下工作，其制作成本较高，使用和维护复杂、不易携带，无法满足手术、急诊、野外救护等场合的需求，也无法适应家庭医疗、现代医疗体外诊断器械模式的趋势。新型的检测手段是采用干式离子选择电极进行检测，具有操作简单、测量准确、时间短、取样少，有效避免了交叉感染对测试效果的影响。
中国专利CN104316584A公开了一种测量多项离子浓度的传感器及其制备方法，能够同时测量钠、钾、氯离子浓度，但其离子浓度测量范围有限，且反应电极与接触电极之间需要导线相连，工艺相对复杂。
现有专利基本采用丝网印刷技术制备电极，但丝网印刷制得的金属层纯度不够，且表面不均匀，会影响电势的稳定性和响应时间。现有固态离子选择电极中，均选用聚氯乙烯作为离子选择膜的高分子粘结剂（专利CN101852761A、CN104330449A、CN102636532A、CN101871912A、CN102558724A），聚氯乙烯具有较高的强度和化学稳定性，且价格便宜，但其必须添加增塑剂才能确保离子选择膜响应，随着时间的推移，增塑剂和溶解在其中的载体会一起从离子选择膜中渗漏出来，导致离子选择膜响应下限变差，寿命变短。
发明内容
本发明提供一种钠、钾、氯离子生化分析干片及其制作方法，所制备干片测量精度高，长期稳定性好，响应时间短，且结构简单、体积小，制备工艺简单、生产成本低，适合大批量生产。
本发明钠、钾、氯离子生化分析干片包括：支撑层、钠离子选择电极、钾离子选择电极、氯离子选择电极、中间层、顶层和盐桥。制备工艺如下：（1）制备金属/金属盐薄片电极；（2）在电极上涂布配制好的参比层溶液和离子选择膜溶液并干燥制备钠、钾离子选择电极，在电极上涂布高分子膜溶液制备氯离子选择电极；（3）在顶层设进液口和导气孔，中间层设液池，盐桥密封于中间层和顶层之间；（4）分别取两片钠、钾、氯离子选择电极与支撑层、中间层粘接组装成干片。
本发明中支撑层起保护和支撑离子选择电极作用，顶层设有进液口和导气孔，中间层设有液池，盐桥密封于中间层和顶层之间。
支撑层、中间层和顶层选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚酯非导电高分子材料；盐桥为滤纸材料。
钠、钾离子选择电极包括：电极、参比层、离子选择膜。氯离子选择电极包括：电极、高分子膜。
电极。本发明电极包括金属层和金属盐层。金属盐层与金属层形成界面电位，具有稳定的电势响应。金属层金属选自金、银、铜、汞、铂、镍，金属盐选自金属层金属的不溶性金属盐。金属盐层可使用金属层的氧化物，例如金属卤化物。优选电极银/氯化银电极。
电极金属层附着于不导电高分子材料表面，为提高电极的稳定性、缩短响应时间，本发明可以采用真空镀膜、化学镀或电镀的方式制备金属层，优选化学镀法。使用化学镀法，金属层表面均匀，可瞬间建立相界之间的平衡，形成稳定的响应电势，缩短响应时间。金属盐层可以采用化学氧化的方法制得，使用氯化铁或高锰酸钾溶液对金属层进行氧化。
参比层。参比层主要成分包括：非导电高分子粘结剂、表面活性剂、灭菌剂、分散剂、金属盐。
为确保离子选择电极具有较好的测试精度和长期稳定性，金属盐选用氯化钠和氯化钾按固定比例配合使用，配比范围1:1~8:1，氯化钠和氯化钾为5:1时，离子选择电极具有最佳响应。
为保证参比层与离子选择膜的结合强度，防止离子选择电极响应信号准确性和长期稳定性降低，参比层含水量不能过高或过低，参比层最优含水量为30%~40%。
本发明通过控制参比层的干燥时间、温度、湿度固定参比层金属盐配比和含水量，最优干燥条件：温度25℃、相对湿度50%、时间40min。
钠、钾离子选择膜。钠、钾离子选择膜主要成分包括：高分子粘结剂、离子载体、载体溶剂、阴离子干扰剂和表面活性剂。
为降低增塑剂的用量，减少载体流失，提升离子选择膜的长期稳定性，本发明所使用的高分子粘结剂为丙烯酸酯类材料。其物理和机械性能可控，可减少增塑剂的使用，同时其优异的物理性能可提升离子选择膜与固态电解质参比层的粘附性能，改善离子选择电极的响应信号的稳定性。丙烯酸酯具有较低的扩散系数，有利于获得更广的检测范围，且较小的扩散系数有利于载体均匀分散和抑制载体流失，消除载体流失对响应电势的影响，提升了测试的准确性。丙烯酸酯类粘结剂选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸正癸酯中的一种或几种，优选：甲基丙烯酸甲酯，占离子选择膜总质量的15%~35%。
氯离子选择电极高分子膜。本发明中用高分子膜取代了传统氯离子选择电极中的参比液和离子选择膜，高分子膜是均匀微孔结构，孔径1~3μm，具有较好的纵向扩散系数和渗透性，同时对电极具有保护作用。
高分子膜主要成分包括：粘结剂、溶剂、挥发性溶剂、增塑剂、表面活性剂。
粘结剂选自聚酰胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚醚酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、醋酸纤维素、丙酸纤维素和丁酸纤维素中的一种或几种，占高分子膜总质量的30%~50%。
增塑剂选自邻苯二甲酸酯类、癸二酸酯类、邻硝基苯辛醚、2-乙基己酯、磷酸三苯酯、三辛磷酸酯和芳基双磷酸酯中的一种或几种，占高分子膜总质量的30%~60%。
为确保高分子膜的渗透性能，需采用溶剂和挥发性溶剂配合使用的方式制备。溶剂与挥发性溶剂由于沸点不同，高分子膜干燥后会形成均匀的微孔，使高分子膜具有较好的渗透性。溶剂选自二氯甲烷、四氯乙烷、二甲基酰胺、二甲基亚砜。挥发性溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、甲苯、四氢呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、四氯化碳。通过使用不同沸点溶剂、调节溶剂与挥发性溶剂的配比，控制高分子膜形成固定孔径且均匀的微孔。溶剂与挥发性溶剂的配比优选3:1，优选溶剂与挥发性溶剂分别为：四氢呋喃和二氯甲烷。
表面活性剂要求具有较好的分散性和流平性，选自有机硅或硅氧烷类表面活性剂中的一种或几种。
高分子膜的干燥条件会直接影响膜微孔大小和均匀性，因此需要控制高分子膜的干燥条件。高分子膜溶液直接涂布于电极上后，需要在20~40℃、相对湿度20%~50%环境下干燥40~80min，优选干燥工艺是：温度25℃、相对湿度25%、时间60min。
每个钠、钾、氯离子生化分析干片有两片相同的钠、钾、氯离子选择电极，且位置相互对应。测试时，电极自身电势相互抵消，响应电势稳定性提高。
区别于现有专利中离子选择电极，本发明主要优点有：（1）可同时测量待测液中钠、钾、氯离子浓度，操作简单，大大提升了工作效率；（2）通过调整参比层中氯化钠和氯化钾配比、控制参比层pH和含水量，选用丙烯酸酯为钠、钾离子选择膜的高分子粘结剂，提升钠、钾离子选择电极的测量精度和长期稳定性；（3）氯离子选择电极高分子膜采用溶剂与挥发性溶剂配合使用，控制溶剂与挥发性溶剂的配比和干燥工艺，使高分子膜生成固定孔径且均匀的微孔结构，提升氯离子选择电极的测量精度、稳定性和响应速度，使氯离子生化分析干片测量精度高，稳定性好；（4）制备的金属/金属盐薄片电极表面均匀，大大缩短钠、钾、氯离子生化分析干片响应时间，7s之内可以建立平衡，形成稳定的响应电势；（4）结构简单、体积小，大小为10mm×10mm，易于集成化，可开发成超微型生化分析干片，且制备工艺简单，成本低廉，适于大规模工业化生产。
附图说明
图1为钠、钾、氯离子生化分析干片示意图。
图2为钠、钾、氯离子选择电极示意图。
图3为钠、钾、氯离子生化分析干片测试已知浓度溶液响应电势。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，钠、钾、氯离子生化分析干片，包括支撑层1、钠离子选择电极2、钾离子选择电极3、氯离子选择电极4、中间层5、盐桥6、顶层7。
如图2所示，钠离子选择电极包括：银层21、氯化银层22、参比层23、钠离子选择膜24；钾离子选择电极包括：银层31、氯化银层32、参比层33、钾离子选择膜34；氯离子选择电极包括：银层41、氯化银层42、高分子膜43。
具体实施步骤如下。
用化学镀的方法在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面镀银层，制备银层21、31、41。
将银层21、31、41前2/3段采用化学法进行氧化。将需要氧化部位的接触电极浸泡在0.1mol/L氯化铁溶液中60s后，取出用纯水清洗干净并干燥，既得到氯化银层22、32、42。
参比层涂布。将6g聚乙烯醇，1g甘油，5g氯化钠，1g氯化钾，0.02g杀菌剂，0.004g表面活性剂H212溶解于100g水中，分别涂布于氯化银层22、32上，干燥条件：25℃、相对湿度50%环境下干燥40min。
钠离子选择膜涂布。将0.1g甲基丙烯酸甲酯，0.1g邻硝基苯辛醚，0.004gN,N,N,N’-四环己基-1,2苯基二氧二乙酰胺，0.003g四苯硼钠，0.005g表面活性剂H212溶解于丙酮中，将其涂布于参比层23上，并室温干燥。
钾离子选择膜涂布。将0.1g甲基丙烯酸甲酯，0.15g邻硝基苯辛醚，0.006g双[(苯-15-冠醚-4)-4′-甲基]庚二酸酯，0.005g四苯硼钠，0.005g表面活性剂H212溶解于丙酮中，将其涂布于参比层33上，并室温干燥。
高分子膜涂布。将0.1g聚酰胺，0.2g磷酸三苯酯，0.005g表面活性剂H212溶解于1mL二氯甲烷和3mL四氢呋喃中，将其涂布于氯化银层42上，并在25℃、相对湿度25%环境下干燥40min。
将盐桥6密封与中间层5和顶层7之间。
钠、钾离子选择膜、高分子膜干燥完后，分别取两片钠、钾、氯离子选择电极2、3、4与中间层5按照开孔位置对齐并粘接，固化后再与支撑层1粘接组装成干片。
钠、钾、氯离子生化分析干片长期保存条件为：-18~-10℃。
钠、钾、氯离子生化分析干片使用方法，从低温环境下取出时需要在常温下放置1h后使用，测试时保持测试温度37±0.1℃。测试时将干片插入测试槽中，两边孔分别滴加参比液和测试液，所需样本10~15μL，测试时间小于30s。
为了更好的说明本发明的优点，本发明提供1组实验数据，具体如下。
实例1，用钠、钾、氯离子生化分析干片测试已知浓度溶液（钠离子浓度140mmol/L、钾离子浓度5mmol/L、氯离子浓度110mmol/L）响应电势，测试结果如图3所示。
以上所述只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钠、钾、氯离子生化分析干片及其制备方法，其特征在于：所述钠、钾、氯离子生化分析干片包括支撑层、绝缘层、盐桥、电极、参比层、钠离子选择电极、钾离子选择电极、氯离子选择电极；所述钠、钾、氯离子生化分析干片的主要制备步骤包括，（1）制备银/氯化银薄片电极；（2）在电极上涂布配制好的参比层溶液和离子选择膜溶液并干燥制备钠、钾离子选择电极，电极上涂布高分子膜溶液制备氯离子选择电极；（3）在顶层设进液口和导气孔，中间层设液池，盐桥密封于中间层和顶层之间；（4）分别取两片钠、钾、氯离子选择电极与支撑层、中间层组装粘接。
2.根据权利要求1所述钠、钾、氯离子选择电极，其特征在于：所述钠、钾离子选择电极包括电极、参比层、离子选择膜；所述氯离子选择电极包括电极、高分子膜。
3.根据权利要求2所述钠、钾离子选择电极参比层，其特征在于：所述钠、钾离子选择电极参比层包括非导电高分子粘结剂、表面活性剂、灭菌剂、分散剂、金属盐；金属盐选用氯化钠和氯化钾复配，配比为1:1~8:1，占参比层总质量的20%~50%。
4.根据权利要求2所述钠、钾离子选择电极参比层，其特征在于：所述钠、钾离子选择电极参比层附着于钠、钾离子选择电极的电极上，干燥温度20~50℃、干燥环境相对湿度20%~50%、干燥时间30~100min，参比层pH范围为5~8.5，参比层含水量30%~40%。
5.根据权利要求2所述钠、钾离子选择膜，其特征在于：所述钠、钾离子选择膜包括高分子粘结剂、阴离子干扰剂、载体、载体溶剂、表面活性剂；钠、钾离子选择膜高分子粘结剂选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸正癸酯中的一种或几种，占离子选择膜总质量的15%~35%。
6.根据权利要求2钠、钾离子选择膜，其特征在于：所述钠、钾离子选择膜附着于干燥后参比层上。
7.根据权利要求2所述氯离子选择电极高分子膜，其特征在于：所述氯离子选择电极高分子膜包括粘结剂、溶剂、挥发性溶剂、增塑剂、表面活性剂；氯离子选择电极高分子膜粘结剂选自聚酰胺、聚烯烃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚醚酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、醋酸纤维素、丙酸纤维素和丁酸纤维素中的一种或几种，占高分子膜总质量的30%~50%；氯离子选择电极高分子膜溶剂选自二氯甲烷、四氯乙烷、二甲基酰胺和二甲基亚砜中的一种或几种；氯离子选择电极高分子膜挥发性溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、甲苯、四氢呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯和四氯化碳中的一种或几种；氯离子选择电极高分子膜溶剂与挥发性溶剂的配比1:1~4:1。
8.根据权利要求2所述氯离子选择电极高分子膜，其特征在于：所述氯离子选择电极高分子膜附着于电极上，干燥条件：温度20~40℃、相对湿度20%~50%、时间40~80min。
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