JPS6015019B2 - Reference electrode consisting of a field effect transistor - Google Patents
Reference electrode consisting of a field effect transistorInfo
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- JPS6015019B2 JPS6015019B2 JP54072875A JP7287579A JPS6015019B2 JP S6015019 B2 JPS6015019 B2 JP S6015019B2 JP 54072875 A JP54072875 A JP 54072875A JP 7287579 A JP7287579 A JP 7287579A JP S6015019 B2 JPS6015019 B2 JP S6015019B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ゲート絶縁型電界効果トランジスター(以下
、FETと称する)からなる比較電極および該比較電極
を具備するイオン測定システムに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a comparison electrode made of a gate-insulated field effect transistor (hereinafter referred to as FET) and an ion measurement system equipped with the comparison electrode.
FETを用いたイオンセンサーは1970王のBerg
veldの発表〔lEEE Tra船.Bio−Med
.Eng.Vol.BME−17,70(1970)〕
により、また1978王の松尾・江刺の発表〔EEET
偽ns.Bio−Med.Eng.Vol.BME−2
5,184(1978)〕により知られ、次のような特
徴を有することが認められている。Ion sensor using FET was developed by King Berg in 1970.
Announcement of veld [lEEE Tra ship. Bio-Med
.. Eng. Vol. BME-17, 70 (1970)]
In 1978, King Matsuo and Esashi announced [EEET
Fake ns. Bio-Med. Eng. Vol. BME-2
5, 184 (1978)] and is recognized to have the following characteristics.
ィ IC製造技術を用いて製造するので小型化,複合化
が容易である。例えば、0.5側×0.5側のシリコン
チップ上に数個のセンサーを作ることもできる。ロ 同
様の理由で、量産化が容易であり、したがって経済的に
安価なものとなる。Since it is manufactured using IC manufacturing technology, it is easy to miniaturize and integrate. For example, several sensors can be made on a 0.5 side x 0.5 side silicon chip. (b) For the same reason, mass production is easy and therefore economically inexpensive.
ハ 同じ方法でゲート感応膜を変えることにより種々の
イオンについて測定が可能となる。C. By changing the gate sensitive membrane using the same method, it becomes possible to measure various ions.
ニ 小型化してもセンサー自身が増布素子としての機能
を持っているため出力インピーダンスが低く、簡単な回
路で安定な測定が可能である。D. Even if the sensor is miniaturized, the output impedance is low because the sensor itself functions as a multiplication element, and stable measurement is possible with a simple circuit.
また、電極間及び電極と測定回路間の絶縁が通常の微小
電極のように高い程度を要求されないのでセンサーのパ
ッケージが容易である。このような特徴のために、FE
Tからなるイオンセンサーは微小センサーもしくは複合
センサーとして注目されており、生体のモニタリングや
血液分析等の医療用,生化学や生理学等の実験用、また
は安価なディスポーザブル用のセンサーとして期待され
ている。しかしながら、かかるイオンセンサーを用いて
測定を行なうためには被検液のイオン濃度に無関係に一
定の電位差を示す比較電極が是非とも必要となるが、従
来用いられている液絡式の比較電極では微小化には限度
があり、かかる比較電極を使用する限り、FETイオン
センサーを小型化することには限界があった。In addition, the sensor can be easily packaged because the insulation between the electrodes and between the electrodes and the measurement circuit is not required to be as high as in ordinary microelectrodes. Because of these characteristics, FE
Ion sensors consisting of T are attracting attention as microsensors or composite sensors, and are expected to be used as sensors for medical purposes such as biological monitoring and blood analysis, for experiments in biochemistry and physiology, or as inexpensive disposable sensors. However, in order to perform measurements using such an ion sensor, a reference electrode that exhibits a constant potential difference regardless of the ion concentration of the sample solution is absolutely necessary, but the conventional liquid junction type reference electrode There is a limit to miniaturization, and as long as such a reference electrode is used, there is a limit to miniaturization of the FET ion sensor.
かかる問題を解決するために、本発明者らはすでにゲー
ト部表面が疎水性有機高分子膜で被覆されてなるFET
からなる比較電極を完成し、出願中(特磯昭52一15
0093号,特公昭58一25221号公報)である。In order to solve this problem, the present inventors have already developed an FET in which the gate surface is coated with a hydrophobic organic polymer film.
Completion of a comparison electrode consisting of
No. 0093, Japanese Patent Publication No. 58-25221).
この比較電極を用いることにより、FETイオンセンサ
ーと比較電極とが一体となった、非常に小型イオン測定
システムが得られるようになったのである。例えば、一
片のシリコンチップ上にイオンセンサーと比較電極、そ
れに測定システムを作動させるに必要な擬似電極を組込
むことが可能であり、従来技術ではなし得なかったイオ
ン測定システムの超小型化を達成することができたので
ある。しかしながら−、この比較電極ではゲート部表面
を被覆する疎水性膜が直接被検液と接するため、被検液
中に含まれている蛋白質等の成分が吸着しやすく、これ
により電位が変動することが認められた。By using this reference electrode, it has become possible to obtain a very compact ion measurement system in which the FET ion sensor and the reference electrode are integrated. For example, it is possible to incorporate an ion sensor, a reference electrode, and the pseudo electrodes necessary to operate the measurement system on a single silicon chip, achieving ultra-miniaturization of the ion measurement system that was not possible with conventional technology. I was able to do that. However, in this reference electrode, since the hydrophobic membrane covering the gate surface is in direct contact with the test liquid, components such as proteins contained in the test liquid are likely to be adsorbed, which may cause the potential to fluctuate. was recognized.
このため、血液等の体液中における測定,醗酵培養液,
工業排水等の蛋白質や種々のスケ−ルの付着しやすい系
での測定には実用上なお問題があることが判明した。そ
こで、本発明者らは、かかる欠点を克服し、実用的に満
足のできる、安定な測定が可能な比較電極を得るため、
鋭意検討を行なった結果、疎水性膜を被覆したFET比
較電極に、さらに含水性ゲル膜を被覆することが有効で
あることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発
明はゲート部表面が疎水性有機高分子膜で被覆されたF
ETからなる比較電極において、疎水性有機高分子膜上
にさらに含水性ゲル膜が設けられてなることを特徴とす
る比較電極であり、さらに本発明はかかる比較電極を用
いるイオン測定システムであって、(i)被検液中のイ
オンに感応する、FETからなるイオンセンサー(ii
) 擬似電極および
(iii) ゲート部表面が疎水性有機高分子膜で被覆
されたFETからなる比較電極から構成されたイオン測
定システムにおいて、それぞれの構成要素が含水性ゲル
膜で被覆されてなることを特徴とするイオン測定システ
ムである。For this reason, measurements in body fluids such as blood, fermentation culture fluids,
It has been found that there are practical problems in measurements in systems where proteins and various scales tend to adhere, such as industrial wastewater. Therefore, in order to overcome such drawbacks and obtain a reference electrode that is practically satisfactory and capable of stable measurements, the present inventors
As a result of intensive studies, it was discovered that it is effective to further coat the FET reference electrode coated with a hydrophobic membrane with a hydrous gel membrane, and the present invention was achieved. That is, the present invention provides an F material whose gate surface is coated with a hydrophobic organic polymer film.
A reference electrode made of ET, characterized in that a hydrous gel film is further provided on a hydrophobic organic polymer film, and the present invention also provides an ion measurement system using such a reference electrode. , (i) an ion sensor consisting of an FET that is sensitive to ions in the test liquid (ii)
) In an ion measurement system consisting of a pseudo electrode and (iii) a reference electrode consisting of an FET whose gate surface is coated with a hydrophobic organic polymer film, each component is coated with a hydrous gel film. This is an ion measurement system featuring:
本発明の比較電極は、FET素子、疎水性有機高分子膜
および含水性ゲル膜からなる。The comparison electrode of the present invention consists of an FET element, a hydrophobic organic polymer film, and a hydrogel film.
本発明において用いられFET素子は、米国特許第4,
020,83び号、侍開昭52−26,292号等に記
載されているゲート絶縁型のFETである。かかるFE
Tのゲート絶縁膜は、通常酸化シリコンまたは窒化シリ
コンで形成されているが、なかでも酸化シリコン膜の上
層にさらに窒化シリコン膜を形成した2層構造のものが
好ましく、かかる構造の膜でゲート部周辺まで被覆され
ていることが比較電極の絶縁上有利である。本発明の比
較電極はかかるFETのゲート絶縁膜上に疎水性有機高
分子膜が被覆されている。本発明における疎水性有機高
分子膜は30℃における膜の平衡含水率が0.5重量%
以下のものをいい、非イオン感応性である。かかる疎水
性膜が被覆された比較電極はゲート部表面上に被検液が
接触することがないため、界面電位の発生がなく、比較
電極として使用できるのである。本発明において、疎水
性有機高分子膜を形成する素材としては、エチレン、プ
ロピレン等のオレフイン、テトラフロロヱチレン、トリ
フロロエチレン、ヘキサフロロプロピレン、モノクロロ
トリフロロェチレン、灘化ピニリデン等の織素系モノマ
−、スチレン、ジビニルベンゼン、クロロスチレン、ク
ロロメチルスチレン、メトキシスチレン等のスチレン系
モノマー、塩化ビニル、塩化ビニリデン、クロロプレン
、ヘキサクロルブタジエン等のハロゲン化オレフイン、
ジェン、アクリロニトリル等の単量体の単独重合または
これらの単量体を主成分として共重合して得られる重合
体が好ましい。ゲート絶縁膜上に疎水性有機高分子膜を
形成する方法としては、(i)疎水性有機高分子を適当
な溶媒に溶解し、得られた溶液をゲート部表面に塗布し
、しかる後溶媒を蒸発することにより形成させる方法。
あるいは(ii)疎水性有機高分子を製造することがで
きるモノマー又は一部重合物を含有するモノマー溶液を
ゲート部表面に適用し、紫外線重合等により重合を行な
い、高分子膜を形成させる方法などが挙げられる。なか
でも後者の方法が好ましい。また、ゲート絶縁膜上に形
成される膜の厚さは500A〜lrが好ましい。これよ
り薄いと膜にピンホールを生じやすく、またこれより厚
いとシグナルが不安定となる。本発明においては、前記
の疎水性有機高分子膜の上にさらに含水性ゲル膜が設け
られる。The FET device used in the present invention is described in U.S. Pat.
This is a gate insulated FET described in No. 020,83, Samurai Kaisho 52-26,292, etc. Such FE
The gate insulating film of T is usually formed of silicon oxide or silicon nitride, but it is particularly preferable to have a two-layer structure in which a silicon nitride film is further formed on the silicon oxide film. It is advantageous for the insulation of the comparison electrode to be covered to the periphery. In the comparison electrode of the present invention, the gate insulating film of such an FET is coated with a hydrophobic organic polymer film. The hydrophobic organic polymer membrane in the present invention has an equilibrium water content of 0.5% by weight at 30°C.
The following are non-ion sensitive. A comparison electrode coated with such a hydrophobic film does not come into contact with the test liquid on the surface of the gate portion, so no interfacial potential is generated and it can be used as a comparison electrode. In the present invention, the materials forming the hydrophobic organic polymer film include olefins such as ethylene and propylene, woven materials such as tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, hexafluoropropylene, monochlorotrifluoroethylene, and pnylidene nada. styrene monomers such as styrene, divinylbenzene, chlorostyrene, chloromethylstyrene, and methoxystyrene; halogenated olefins such as vinyl chloride, vinylidene chloride, chloroprene, and hexachlorobutadiene;
Polymers obtained by homopolymerization of monomers such as DEN, acrylonitrile, etc. or copolymerization using these monomers as main components are preferred. The method for forming a hydrophobic organic polymer film on a gate insulating film is as follows: (i) Dissolve a hydrophobic organic polymer in an appropriate solvent, apply the resulting solution to the gate surface, and then remove the solvent. Method of formation by evaporation.
Alternatively, (ii) a method in which a monomer solution containing a monomer or a partially polymerized product capable of producing a hydrophobic organic polymer is applied to the gate surface, and polymerization is performed by ultraviolet polymerization etc. to form a polymer film. can be mentioned. Among these, the latter method is preferred. Further, the thickness of the film formed on the gate insulating film is preferably 500A to lr. If it is thinner than this, pinholes are likely to occur in the membrane, and if it is thicker than this, the signal becomes unstable. In the present invention, a hydrous gel film is further provided on the hydrophobic organic polymer film.
本発明において、「含水性」とは、膜の平衡含水率(3
0℃)が20〜2000重量%(好ましくは、50〜3
00重量%)の範囲にあることを意味する。なお、平衡
舎水率は下記によって求められる。腰lの水の甲量
平衡含水率(重量%)=乾燥した膜の重量×100含水
性ゲル膜の平衡含水率が2の重量%以下の場合には、(
i)ゲートと液の間の導通が不充分となり、ノイズをひ
ろいやすくなること、(iilゲルと液間の界面電位が
生じやすくなること、(iii)ゲルの表面に蛋白質等
の吸着が起りやすくなる等のため、好ましくない。In the present invention, "water content" refers to the membrane's equilibrium water content (3
0°C) is 20 to 2000% by weight (preferably 50 to 3
00% by weight). In addition, the equilibrium water rate is calculated as follows. Volume of water equivalent to waist 1 Equilibrium water content (wt%) = Weight of dry membrane x 100 If the equilibrium water content of the hydrous gel film is 2 wt% or less, (
i) Conductivity between the gate and the liquid becomes insufficient, making it easier to spread noise, (iii) interfacial potential between the gel and the liquid is more likely to occur, (iii) proteins, etc. are more likely to be adsorbed on the surface of the gel. This is not desirable because it causes
また、逆に平衡含水率が高い膜では膜の機械的強度が低
くなる傾向にあるが、本発明の比較電極を筒の中に入れ
る等により保護すれば機械的強度が低いものでも用いる
ことができる。しかしながら、平衡舎水率が200の重
量%以上の膜は好ましくない。含水性ゲル膜に用いられ
る素材としては、特に制限はない。例えば、
{ィ} コロィダルシリカ,水酸化ィルミニゥムゲル等
の無機系ハイドロゲル{0} セルロース系
し一 ポリピニルアルコール,ポリビニルピロリドン,
ポリアクリル酸,ポリメタクリレ酸,ポリアクリルアミ
ドまたはポリメタクリルアミド等の水溶性ポリマーがジ
ビニル系モノマーの共重合により水に不溶化されたもの
、あるいは光,放射線等により三次元架橋されたもの9
アクリル酸,メタクリル酸,アクリルアミド,メタク
リルアミド等の親水性単量体を主成分とする共重合体等
の種々の無機系,有機系の素材から含水性ゲル膜を得る
ことができる。Conversely, membranes with high equilibrium water content tend to have low mechanical strength; however, if the reference electrode of the present invention is protected, such as by placing it in a cylinder, it can be used even with low mechanical strength. can. However, membranes having an equilibrium water content of 200% by weight or more are not preferred. There are no particular limitations on the material used for the hydrogel membrane. For example, {i} Inorganic hydrogels such as colloidal silica and ilminium hydroxide gel {0} Cellulose-based polypyrinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone,
Water-soluble polymers such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylamide, or polymethacrylamide made insoluble in water by copolymerization with divinyl monomers, or three-dimensionally crosslinked by light, radiation, etc. 9
Hydrous gel films can be obtained from various inorganic and organic materials such as copolymers whose main components are hydrophilic monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, and methacrylamide.
特に、含水性ゲル膜の素材として親水性アクリル酸ェス
テルまたは親水性メタクリル酸ェステルを構成成分とす
る重合体を用いることは、これらの重合体が抗血栓性に
すぐれているので、本発明の比較電極を血液中のイオン
測定に用いる場合に非常に有効である。親水性アクリル
酸ェステルまたは親水性のメタクリル酸ェステルとして
は、アクリル酸またはメタクリル酸と2以上のヒドロキ
シル基を持つ、炭素数1〜100の多価アルコールとの
ェステルが望ましく、例えばエチレングリコール,プロ
ピレングリコール,ブチレングリコール,1,4−ジヒ
ドロキシゴタン,グリセリン.ジエチレングリコール,
トリエチレングリコール,ポリエチレングリコール,ポ
リプロピレングリコール等とのモノェステルなどが挙げ
られる。本発明における含水性ゲル膜はこれらの単量体
を構成成分とする重合体から形成されるが、かかる重合
体はこれらの単量体の単独重合体だけでなく、これらの
単量体を一成分として前述の含水率を有するように製造
された共重合体であってもよい。In particular, the use of polymers containing hydrophilic acrylic esters or hydrophilic methacrylic esters as a material for the hydrogel membrane is advantageous in comparison with the present invention, since these polymers have excellent antithrombotic properties. This is very effective when using the electrode to measure ions in blood. The hydrophilic acrylic acid ester or hydrophilic methacrylic acid ester is preferably an ester of acrylic acid or methacrylic acid and a polyhydric alcohol having 2 or more hydroxyl groups and having 1 to 100 carbon atoms, such as ethylene glycol or propylene glycol. , butylene glycol, 1,4-dihydroxygothane, glycerin. diethylene glycol,
Examples include monoesters with triethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc. The hydrogel film in the present invention is formed from a polymer containing these monomers as constituent components, but the polymer is not only a homopolymer of these monomers, but also a monopolymer of these monomers. A copolymer manufactured to have the above-mentioned water content as a component may also be used.
共重合成分としては、例えば、スチンレ,メチルメタク
リレート等の疎水性単量体,アクリル酸,メタクリル酸
,アクリルアミド,Nービニルピロリドン等の親水性の
単量体が用いられる。共重合体中において、親水性の(
メタ)アクリル酸ェステルを含め、親水性単量体の割合
は、通常20モル%以上、好ましくは50モル%以上で
ある。本発明における含水性ゲル膜の素材としては、前
述の共重合体のなかでも、スチレンまたはメテチルメタ
クリレートを構成成分とする疎水性重合体とヒドロキシ
ェチルメタクリレート等の親水性単量体とを共重合して
得られた櫛型ブロック共重合体が好ましい。上記疎水性
重合体とは、末端に重合性二重結合を有する分子量50
0以上のものであり、通常はポリスチレンまたはポリメ
チルメタクリレートである。櫛型ブロック共重合体はか
かる末端に二重結合を有する疎水性重合体の存在下、ヒ
ドロキシェチルメタクリレ−ト等の疎水性単量体を共重
合することにより得られるAmBnなる骨格(A,親水
性重合体を与える疎水性単量体単位、B:末端に重合性
二重結合を有する疎水性重合体単位、mおよびnは任意
の整数である)で表わされる共重合体であり、好ましく
は、ヒドロキシェチルメタクリレートの含有量40〜9
5重量%のものである。かかる櫛型共重合体そのものは
、特開昭49−90743号,特関昭50−15079
3号等に記載されている。本発明は、疎水性有機高分子
膜上にさらにかかる櫛型共重合体膜を形成することによ
って、血液中に含有される蛋白質による測定値の不安定
性を防ぐと共に、血液生成も防ぐことが可能になり、安
定な比較電極を得ることができる。また、櫛型プレック
共重合体膜は、疎水性重合体部分の存在により、親水性
単量体の単独重合体膜に比べて強度が上昇しているので
、耐久の点でも優れている。疎水性有機高分子膜上に含
水性ゲル膜を形成する方法としては、‘ィ}含水性ゲル
膜を形成する重合体を非水浴煤中に溶解し、このなかに
疎水性有機高分子膜を被覆したFET電極を浸潰し、こ
れを引き上げて乾燥することにより膜を形成する方法、
{o}水熔性重合体については、重合体の水溶液を作成
し、必要ならばそのなかに少量の架橋剤を加え、かかる
水溶液中に該電極を浸潰し、これを引き上げて加熱,光
照射等の架橋処理を行ないつつ、膜を形成する方法およ
びし一重合体単量体溶液(または、一部重合物を含有す
る単量体溶液)中に該電極を浸潰し、該電極の疎水性有
機高分子膜上に単量体溶液層を形成し、加熱または紫外
線照射等により単量体を重合させて、含水性ゲル膜を形
成する方法などが挙げられる。As the copolymerization component, for example, hydrophobic monomers such as stinhle and methyl methacrylate, and hydrophilic monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, and N-vinylpyrrolidone are used. In the copolymer, hydrophilic (
The proportion of hydrophilic monomers including meth)acrylic acid ester is usually 20 mol% or more, preferably 50 mol% or more. Among the copolymers mentioned above, the material for the hydrogel film in the present invention is a combination of a hydrophobic polymer containing styrene or methethyl methacrylate and a hydrophilic monomer such as hydroxyethyl methacrylate. A comb-shaped block copolymer obtained by polymerization is preferred. The above-mentioned hydrophobic polymer has a molecular weight of 50 and has a polymerizable double bond at the end.
0 or more, usually polystyrene or polymethyl methacrylate. The comb-shaped block copolymer has an AmBn skeleton (A , a hydrophobic monomer unit giving a hydrophilic polymer, B: a hydrophobic polymer unit having a polymerizable double bond at the end, m and n are arbitrary integers), Preferably, the content of hydroxyethyl methacrylate is 40 to 9
5% by weight. Such a comb-shaped copolymer itself is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 49-90743 and Tokusei No. 50-15079.
It is stated in No. 3, etc. By forming such a comb-shaped copolymer film on a hydrophobic organic polymer film, the present invention can prevent instability of measured values due to proteins contained in blood and also prevent blood formation. As a result, a stable reference electrode can be obtained. Furthermore, the comb-shaped plex copolymer film has increased strength compared to a homopolymer film of hydrophilic monomers due to the presence of the hydrophobic polymer portion, and is therefore superior in terms of durability. As a method for forming a hydrophobic gel film on a hydrophobic organic polymer film, the polymer forming the hydrophobic gel film is dissolved in non-water bath soot, and the hydrophobic organic polymer film is placed in the soot. A method of forming a film by immersing a coated FET electrode, pulling it up and drying it;
{o} For water-meltable polymers, create an aqueous solution of the polymer, add a small amount of crosslinking agent to it if necessary, immerse the electrode in the aqueous solution, pull it out, heat it, and irradiate it with light. A method of forming a membrane while performing a crosslinking treatment such as Examples include a method in which a monomer solution layer is formed on a polymer film, and the monomers are polymerized by heating or ultraviolet irradiation to form a hydrous gel film.
多くの場合、含水性ゲル膜と疎水性有機高分子膜は接着
性が悪いので、カテーテル全体を含水性ゲルで包んだり
、保護筒の中にセンサー及び比較電極を入れてから保護
筒の中に含水性ゲル層を作ることが望ましい。疎水性有
機高分子膜上に形成される含水性ゲル膜の厚さは10仏
〜3肋が好ましい。この範囲より膜の厚さが薄いと膜の
機械的強度が弱くなり、はがれたり、ピンホールができ
やすくなるので好ましくない。また、膜の厚さがこれよ
り厚いと、乾燥によって泡をかみやすくなり、また泡を
かんだ場合再び膨潤により電気的な接触を保つことが困
難となる。以上のようにして得られたFETからなる比
較電極を用い、被検液中のイオンに感応するETからな
るイオンセンサーおよび擬似電極と組み合わせることに
よりイオン測定システムを構成することができる。In many cases, hydrogel membranes and hydrophobic organic polymer membranes have poor adhesion, so the entire catheter is wrapped in hydrogel, or the sensor and reference electrode are placed inside the protective tube before being placed inside the protective tube. It is desirable to create a hydrous gel layer. The thickness of the hydrous gel film formed on the hydrophobic organic polymer film is preferably 10 to 3 thicknesses. If the thickness of the film is thinner than this range, the mechanical strength of the film will be weakened, making it easy to peel off or form pinholes, which is not preferable. Furthermore, if the film is thicker than this, it becomes easy to form bubbles due to drying, and if bubbles are formed, they swell again, making it difficult to maintain electrical contact. An ion measurement system can be constructed by using the comparison electrode made of FET obtained as described above and combining it with an ion sensor made of ET and a pseudo electrode that are sensitive to ions in the test liquid.
かかるイオン測定システムにおいて、FETイオンセン
サー、擬似電極も比較電極と同様舎水性ゲル膜で被覆さ
れていることが好ましいことを認めた。イオン測定シス
テムの回路の1例を第1図に示した。第1図において、
Aは前述のFETからなる比較電極、BはFETからな
るイオンセンサーであり、それぞれそのゲート部を測定
液と接触させる。さらに液の電位を一定にするための擬
似電極Eを液と電気的に薮触せしめ、A,Bそれぞれの
FETのドレイン電圧を一定にし、定電流回路C,C′
でそれぞれ一定の電流を流し、その時のイオンセンサー
と比較電極のFETのソース電位の差を電位計Dで測定
することにより、測定対称であるイオンの濃度を測定す
ることができる。イオンシステムに用いられるFETか
らなるイオンセンサ−は米国特許第402083び号、
特関昭52−26292号等に記載されているものが用
いられる。また、擬似電極としては、良導体であればど
のようなものでもよく、液に対して電位は一定している
必要がないので、金属線や金属箔,導電塗料等を用いる
ことができる。また、生体中の測定においては、銀−塩
化銀等からなる皮ふ電極を用いてもよい。イオン測定シ
ステムとして、第2図に示すごとく多くのFETイオン
センサー(B〜B3)を同時に一つのFETからなる比
較電極Aと擬似電極Eによって作動させるシステムとす
ることが可能である。上記のイオン測定システムにおい
て、FETイオンセンサーとFET比較電極および擬似
電極は多くの場合一体化されていることが望ましい。It has been found that in such an ion measurement system, it is preferable that the FET ion sensor and the pseudo electrode are also coated with a water-based gel membrane, similar to the reference electrode. An example of the circuit of the ion measurement system is shown in FIG. In Figure 1,
A is a comparison electrode made of the above-mentioned FET, and B is an ion sensor made of an FET, the gates of which are brought into contact with the measuring liquid. Furthermore, the pseudo electrode E for making the potential of the liquid constant is brought into electrical contact with the liquid, and the drain voltage of each FET A and B is made constant, and the constant current circuits C and C'
By applying a constant current to each of the electrodes and measuring the difference in source potential between the ion sensor and the reference electrode FET using an electrometer D, the concentration of the ion to be measured can be measured. Ion sensors consisting of FETs used in ion systems are disclosed in U.S. Patent No. 402,083;
Those described in Tokusekki No. 52-26292 and the like are used. Further, as the pseudo electrode, any material may be used as long as it is a good conductor, and since the potential with respect to the liquid does not need to be constant, a metal wire, metal foil, conductive paint, etc. can be used. Furthermore, in measurements in a living body, a skin electrode made of silver-silver chloride or the like may be used. As an ion measurement system, as shown in FIG. 2, it is possible to use a system in which many FET ion sensors (B to B3) are operated simultaneously by a comparison electrode A and a pseudo electrode E, which are each made of one FET. In the above ion measurement system, it is desirable that the FET ion sensor, the FET comparison electrode, and the pseudo electrode be integrated in many cases.
例えば、一枚のシリコンチップ上に作ることも可能であ
る。しかしながら、FETセンサー上の含水性ゲル膜の
厚さは、その応答時間の関係により薄い方(10仏以下
)が好ましいのに対し、比較電極の方はむしろある程度
厚みのある方(5〜100仏)が機械的強度、安定性の
面から好ましい。このような例を第3図に示す。第3図
でBはイオン感応性FETセンサーAは本発明のFET
比較電極であり、Eは銀−塩化銀よりなる擬似電極であ
ると共にFETのサポートを廉ねているものである。こ
れらは束ねて、中空体Fの中に入れられ、ゲート部を含
む先端を除いて電気絶縁樹脂Gで覆われる。ゲート部は
ざらに含水性ゲル膜が被覆される。この時、図のように
比較電極FETの方に含水性ゲルを厚く被覆したり、中
空体でガバーすることによ、、FETを機械的な衝撃よ
りまもることができる。以上の如くして得られた本発明
のFET比較電極は、表面に含水性ゲル膜が存在するた
め、被検液中に含まれている蛋白質等の成分の影響を受
けることなく、正しい測定値が安定して得られることが
認められた。また、かかる比較電極を用い、それぞれが
含水性ゲル膜で被覆されたFETイオンセンサーおよび
擬似電極と組合せることにより得られたイオン測定シス
テムは4・型でかつ正確な測定のできるシステムであり
、特に同一シリコンチップ上に形成したイオン測定シス
テムはイオンセンサーと比較電極が非常に近傍にあるた
め、生体電位や電磁誘導によるノイズも少なく、常に安
定したシグナルを得ることができる。以下、実施例によ
り本発明をさらに具体的に説明する。For example, it can be made on a single silicon chip. However, while it is preferable for the thickness of the hydrous gel film on the FET sensor to be thinner (less than 10 mm) due to its response time, the reference electrode should rather have a certain thickness (5 to 100 mm thick). ) is preferred from the viewpoint of mechanical strength and stability. Such an example is shown in FIG. In Figure 3, B is an ion-sensitive FET sensor, and A is an FET of the present invention.
This is a comparison electrode, and E is a pseudo electrode made of silver-silver chloride and serves as a support for the FET. These are bundled and put into a hollow body F, and covered with electrically insulating resin G except for the tip including the gate part. The gate portion is roughly covered with a hydrous gel film. At this time, the reference electrode FET can be protected from mechanical impact by thickly coating the reference electrode FET with a hydrous gel or covering it with a hollow body, as shown in the figure. Since the FET reference electrode of the present invention obtained as described above has a hydrous gel film on its surface, it is not affected by components such as proteins contained in the test solution, and provides accurate measurement values. was found to be stably obtained. In addition, the ion measurement system obtained by using such a reference electrode in combination with a FET ion sensor and a pseudo electrode each covered with a hydrous gel film is a type 4 system capable of accurate measurement, In particular, in an ion measurement system formed on the same silicon chip, the ion sensor and reference electrode are located very close to each other, so there is little noise due to biopotential or electromagnetic induction, and stable signals can always be obtained. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
実施例 1特閥昭54−66194号(特磯昭52−1
3267叫号)に記載されている方法に従って作成した
FET電極(ゲート表面に窒化シリコン膜を有する)の
ゲート表面をよく洗浄した後、CQ=C(CH3)CO
OC馬CH2CH2Si(OCH3)25%へキサン溶
液に60℃,30分浸潰し、さらにへキサンで超音波洗
浄し、室温蒸気圧のP−クロロメチルスチレン中でキセ
ノンランプ光源をゲート面に照射し、黄色の干渉色を得
るまで紫外線重合を行なった。Example 1 Tokubatsu Sho 54-66194 (Tokuiso Sho 52-1
After thoroughly cleaning the gate surface of the FET electrode (having a silicon nitride film on the gate surface) prepared according to the method described in 3267, CQ=C(CH3)CO
OC horse CH2CH2Si (OCH3) was immersed in a 25% hexane solution at 60°C for 30 minutes, further ultrasonically cleaned with hexane, and the gate surface was irradiated with a xenon lamp light source in P-chloromethylstyrene at room temperature vapor pressure. UV polymerization was carried out until a yellow interference color was obtained.
このようにして得られたFET比較電極を前記特開昭に
記載されている。FETPRセンサーおよび銀−塩化銀
からなる擬似電極と共に第3図のように直径1.65凧
のナイロンカテーテルの中に組込みェポキシ及びシリコ
ン樹脂でボンディング部を絶縁した後、ポリヒドロキシ
ェチルメタアクリレートのアルコ−ル溶液中における浸
糟、乾燥を繰り返しコーティグを行なった。(膜の厚さ
FETセンサー;5一,比較電極100〃)なお、同じ
ポリヒドロキシェチルメタクリレート膜を別に形成し、
平衛含水率を測定したところ約60%であった。かくし
て得られたイオン測定システムを1日水に浸濃安定にし
た後、これを用いて種々の溶液の柵を測定し、ガラス電
極(pHメーター;M−7型PHメーター,ガラス電極
:#102船‐o5T 比較電極:#201血‐05T
,いずれも、堀場製作所製)の測定結果と比較した。The FET reference electrode obtained in this manner is described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. The FETPR sensor and the pseudo electrode made of silver-silver chloride were incorporated into a nylon catheter with a diameter of 1.65 as shown in Figure 3. After insulating the bonding part with epoxy and silicone resin, the - Coating was performed by repeating immersion in a solution and drying. (Membrane thickness FET sensor; 5-1, reference electrode 100) In addition, the same polyhydroxyethyl methacrylate film was formed separately,
When the Heihei moisture content was measured, it was approximately 60%. After stabilizing the ion measurement system thus obtained by immersing it in water for one day, it was used to measure the walls of various solutions using a glass electrode (pH meter; M-7 type PH meter, glass electrode: #102). Ship-o5T Reference electrode: #201 Blood-05T
, both manufactured by Horiba, Ltd.).
第4図に示すように、血液や界面活性剤等の溶液中でも
本発明のイオン測定システムにより測定された値は、ガ
ラス電極での測定値とよい一致を示した。このことから
、本発明の比較電極を組込んだイオン測定システムによ
る測定は正確であることが明らかとなり、該システムが
非常に小型化されていることと併せて、柊常に有用なも
のであることを確認することができた。なお、ポリヒド
ロキシエチルメタアクリレート膜を被覆しない場合には
、第4図に示すように、血液中において正確な値を得る
ことができず、これから疎水性有機高分子膜上にポリヒ
ドロキシェチルメタクリレート膜を形成することが必要
であることが明らかである。実施例 2
実施例1と同様にしてFETセンサー、比較電極及び擬
似電極を組込んだ第3図の如きカテーテルを作成した。As shown in FIG. 4, the values measured by the ion measurement system of the present invention even in solutions such as blood and surfactants showed good agreement with the values measured with the glass electrode. From this, it is clear that measurements by the ion measurement system incorporating the reference electrode of the present invention are accurate, and in addition to the fact that the system is extremely compact, Hiiragi will always find it useful. I was able to confirm that. Note that if the polyhydroxyethyl methacrylate film is not coated, as shown in Figure 4, accurate values cannot be obtained in blood, and the polyhydroxyethyl methacrylate film will be coated on the hydrophobic organic polymer film. It is clear that it is necessary to form a membrane. Example 2 In the same manner as in Example 1, a catheter as shown in FIG. 3 incorporating an FET sensor, a reference electrode, and a pseudo electrode was prepared.
このカテーテルの比較電極とカテーテル内壁との間に5
%寒天水溶液を注入し、令却してゲル化させる。さらに
このカテーテルを下記に示す方法により製造したスチレ
ン・ヒドロキシェチルメタクリレート櫛型ブロック共重
合体の0.5重量%ジメチルホルムアミド溶液をディッ
プコートした複合電極により、実施例1と同様に種々の
pHの溶液を測定したところ良好な直線関係が得られた
。また、このセンサーを大の血液中に入れて血液のpH
を測定したところ、通常の比較電極を用いた場合に比べ
低ノイズの測定結果が得られた。測定後の血栓付着は殆
んど見られなかった。スチレン・ヒドロキシェチルメタ
クリレート櫛型プ。5 between the reference electrode of this catheter and the inner wall of the catheter.
% agar aqueous solution and let it cool to gel. Furthermore, this catheter was coated with a composite electrode dip-coated with a 0.5% by weight dimethylformamide solution of a styrene/hydroxyethyl methacrylate comb block copolymer manufactured by the method shown below, and the catheter was coated with various pH values in the same manner as in Example 1. A good linear relationship was obtained when the solution was measured. In addition, this sensor can be inserted into a large amount of blood to determine the pH of the blood.
When measured, lower noise was obtained compared to when using a normal reference electrode. Almost no thrombus adhesion was observed after measurement. Styrene/hydroxyethyl methacrylate comb type.
ック共重合体の合成方法は次の通りである。スチレンを
プチルリチウムを開始剤、エチレンオキサィドを停止剤
にてアニオン重合して得られた重合体にメタクリル酸ク
ロリドを反応させて得られた下記の式で表わされる単量
体(分子量14,000)10夕をジメチルホルムアミ
ド120の‘に溶解した。このものに、152のヒドロ
キシエチルメタクリレート、0.05夕のエチレングリ
コールジメタクリレートおよび0.2夕のジイソプロピ
ルパーオキシジカーボネートを加えてガラスアンプルに
仕込み、60qoで3独特間重合を行ない、上式の単量
体からなる構成成分を17.3重量%含有する共重合体
(平衡舎水率41.4%)を得た。The method for synthesizing the block copolymer is as follows. A monomer (molecular weight 14, 000) was dissolved in 120 g of dimethylformamide. To this, 152 hydroxyethyl methacrylate, 0.05 ml of ethylene glycol dimethacrylate and 0.2 ml of diisopropyl peroxydicarbonate were added and charged into a glass ampoule, and 3 unique polymerization was carried out at 60 qo. A copolymer containing 17.3% by weight of monomer components (equilibrium water content: 41.4%) was obtained.
第1図は本発明において用いられるイオン測定システム
の回路図、第2図は複合イオン測定システムの回路図お
よび第3図は中空部村中に収納された本発明のイオン測
定システムを示す概略図である。
また、第4図は本発明のイオン測定システムで種々の溶
液のpHを測定して得られた値とガラス電極で測定して
得られた値との関係を示す図である。
第1〜第3図において、Vo……ドレィン電圧、V.V
,,V2,V3・・・・・・ソース電圧の差、A・・・
・・・比較電極、B,B,,&,B3…・・・イオンセ
ンサー、C,〇…………定電流回路、D……電流計、E
・・・・・・擬似電極、F・・・・・・中空体、G・・
・・・・電気絶縁層、日・・・・・・ポリヒドロキシェ
チルメタクリレートゲル第4図において、1,1′……
リン酸緩衝液、2・・・・・・舷stingSendr
oys緩衝液十7%ァルブミン、3……HEsting
Sendroys十1%HEPES(N一2−ヒドロ
キシエチルピベラジンーN′−2−ェタンスルホン酸)
、4,4′……大のACD血、5・・・・・・比sti
ngSendroys緩衝液+0.5%フイブリノーゲ
ン、6……HastingSeMroys+1%メ チ
レ ンフ ルー、7 ……HastingSeMroy
s十0.5%ラゥリル硫酸ナトリウム、8,8′……H
astingSendroの緩衝液、9,9′……人血
清、10,10′・・・・・・塔地、11,11′・・
・・・・ボラツクス標準緩衝液、0・・・・・・ポリヒ
ドロキシヱチルメタクリレート膜を被覆した比較電極を
組込んだイオン測定システムによる測定値とガラス電極
による測定値との関係を示すプロットである。
●.…・・前記のイオン測定システムとしてポリヒドロ
キシェチルメタクリレート膜を被覆しない比較電極を組
込んだ場合の前記と同様の関係を示すプロットである。
第1図
第2図
第3図
第4図Fig. 1 is a circuit diagram of the ion measurement system used in the present invention, Fig. 2 is a circuit diagram of the combined ion measurement system, and Fig. 3 is a schematic diagram showing the ion measurement system of the present invention housed in a hollow space. It is. Moreover, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the values obtained by measuring the pH of various solutions with the ion measuring system of the present invention and the values obtained by measuring with a glass electrode. In FIGS. 1 to 3, Vo...drain voltage, V. V
,,V2,V3... Difference in source voltage, A...
...Reference electrode, B, B,, &, B3...Ion sensor, C,〇...Constant current circuit, D...Ammeter, E
...Pseudo electrode, F...Hollow body, G...
...Electrical insulating layer, day...Polyhydroxyethyl methacrylate gel In Figure 4, 1,1'...
Phosphate buffer, 2...StingSendr
oys buffer 17% albumin, 3...HEsting
Sendroys 11% HEPES (N-2-hydroxyethylpiverazine-N'-2-ethanesulfonic acid)
, 4, 4'... large ACD blood, 5... ratio sti
ngSendroys buffer + 0.5% fibrinogen, 6...HastingSeMroys+1% methylene flue, 7...HastingSeMroy
s10.5% sodium lauryl sulfate, 8,8'...H
astingSendro buffer, 9,9'...Human serum, 10,10'...Toji, 11,11'...
... Borax standard buffer, 0 ... Plot showing the relationship between the values measured by an ion measurement system incorporating a reference electrode coated with a polyhydroxyethyl methacrylate membrane and the values measured by a glass electrode. be. ●. This is a plot showing the same relationship as above when a reference electrode not covered with a polyhydroxyethyl methacrylate film is incorporated as the ion measurement system.
Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4
Claims (1)
界効果トランジスターからなる比較電極において、疎水
性有機高分子膜上にさらに含水性ゲル膜が設けられてな
ることを特徴とする比較電極。 2 含水性ゲル膜が親水性アクリル酸エステルまたは親
水性メタクリル酸エステルを構成成分とする重合体から
なる含水性ゲル膜である特許請求の範囲第1項記載の比
較電極。 3 親水性アクリル酸エステルまたは親水性メタクリル
酸エステルを構成成分とする重合体がスチレンまたはメ
チルメタクリレートを構成成分とする疎水性重合体とヒ
ドロキシエチルメタクリレートとを共重合して得られた
櫛形ブロツク共重合体である特許請求の範囲第2項記載
の比較電極。 4 (i)被検液中のイオンに感応する、ゲート絶縁型
電界効果トランジスターからなるイオンセンサー(ii)
擬似電極および (iii)ゲート部表面が疎水性有機高分子膜で被覆され
た電界効果トランジスターからなる比較電極から構成さ
れたイオン測定システムにおいて、それぞれの構成要素
が含水性ゲル膜で被覆されてなることを特徴とするイオ
ン測定システム。 5 含水性ゲル膜が親水性アクリル酸エステルまたは親
水性メタクリル酸エステルを構成成分とする重合体から
なる含水性ゲル膜である特許請求の範囲第4項記載のイ
オン測定システム。 6 親水性アクリル酸エステルまたは親水性メタクリル
酸エステルを構成成分とする重合体がスチレンまたはメ
チルメタクリレートを構成成分とする疎水性重合体とヒ
ドロキシエチルメタクリレートとを共重合して得られた
櫛型ブロツク共重合体である特許請求の範囲第5項記載
のイオン測定システム。 7 構成要素(i),(ii)および(iii)が同一中空部
材中に収納されてなる特許請求の範囲第4項記載のイオ
ン測定システム。 8 比較電極を被覆する含水性ゲル膜の厚さがイオンセ
ンサーを被覆する含水性ゲル膜の厚さよりも大である特
許請求の範囲第4項記載のイオン測定システム。[Claims] 1. In a reference electrode consisting of a field effect transistor whose gate surface is covered with a hydrophobic organic polymer film, a hydrogel film is further provided on the hydrophobic organic polymer film. Characteristic comparison electrode. 2. The comparative electrode according to claim 1, wherein the hydrous gel film is a hydrous gel film made of a polymer containing a hydrophilic acrylic ester or a hydrophilic methacrylic ester as a constituent component. 3. A comb-shaped block copolymer obtained by copolymerizing a hydrophilic acrylic ester or hydrophilic methacrylic ester as a constituent with a hydrophobic polymer containing styrene or methyl methacrylate as a constituent and hydroxyethyl methacrylate. The reference electrode according to claim 2, which is a composite electrode. 4 (i) Ion sensor consisting of an insulated gate field effect transistor that is sensitive to ions in the test liquid (ii)
In an ion measurement system consisting of a pseudo electrode and (iii) a reference electrode consisting of a field effect transistor whose gate surface is coated with a hydrophobic organic polymer film, each component is coated with a hydrophobic gel film. An ion measurement system characterized by: 5. The ion measurement system according to claim 4, wherein the hydrous gel film is a hydrous gel film made of a polymer containing a hydrophilic acrylic ester or a hydrophilic methacrylic ester as a constituent component. 6 A comb-shaped block copolymer obtained by copolymerizing a hydrophilic acrylic ester or hydrophilic methacrylic ester as a constituent with a hydrophobic polymer containing styrene or methyl methacrylate as a constituent and hydroxyethyl methacrylate. The ion measurement system according to claim 5, which is a polymer. 7. The ion measurement system according to claim 4, wherein the components (i), (ii), and (iii) are housed in the same hollow member. 8. The ion measuring system according to claim 4, wherein the thickness of the hydrous gel film covering the reference electrode is greater than the thickness of the hydrous gel film covering the ion sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP54072875A JPS6015019B2 (en) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | Reference electrode consisting of a field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP54072875A JPS6015019B2 (en) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | Reference electrode consisting of a field effect transistor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS55164348A JPS55164348A (en) | 1980-12-22 |
JPS6015019B2 true JPS6015019B2 (en) | 1985-04-17 |
Family
ID=13501936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP54072875A Expired JPS6015019B2 (en) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | Reference electrode consisting of a field effect transistor |
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Country | Link |
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JP (1) | JPS6015019B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB2145280B (en) * | 1983-08-19 | 1987-12-02 | Emi Ltd | Vapour sensor |
JP6506592B2 (en) * | 2015-04-01 | 2019-04-24 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Sensor device |
-
1979
- 1979-06-08 JP JP54072875A patent/JPS6015019B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS55164348A (en) | 1980-12-22 |
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