[发明专利]具有微孔电解质层的气体传感器

说明书

本发明涉及用于测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的电化学传感器，其制造方法，以及使用该电化学传感器测定溶于含水测量介质中的气体被分析物的方法。本发明特别涉及电化学传感器通过可透气的且离子不透过的覆盖层从空间上与含水测量介质分开的反应空间。

用于分析体液的测量系统是临床上相关分析方法的重要组成部分。该特别的焦点是迅速且准确测量被分析物，测定所谓的即时参数(Point-of-care parameters)。即时测试(Point-of-care tests)具有优点：在短时间后已能获得结果，这是因为一方面不必将样品送到专业实验室，另一方面不必考虑实验室的时间安排。主要在重病监护室和在麻醉室以及在门诊部进行即时测试。这些人们所说的“急诊参数”尤其包括血液气体值(pCO₂、pO₂)、pH、电解质值(例如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-)以及某些代谢物值。

例如测试条或者其它带有多用途传感器的医疗分析仪可用来进行这类即时测试，从而将针对该实施的人工耗费减至最少。从样品制备到测试的结果，用于即时应用的测量装置通常是几乎全自动的，并且仅需要少量和简单的用户干预。它们能够包括一次性以及重复测量待测定的参数。

电化学传感器已证明特别适于测量气体被分析物，例如溶于全血或其它含水介质中的氧或二氧化碳。电化学传感器使被分析物得以借助于两个或更多个的电极来测量，电极中的至少一个是在其上待测定的被分析物发生电化学改变(例如被氧化或还原)的工作电极。

例如能够使用包括至少一个工作电极和至少一个对电极的电流传感器来进行含水测量介质中氧或其分压(pO₂)的测量。在克拉克型电极中，可透气的和基本上不渗透离子和液体的膜通常在空间上将样品空间与内部的电解质空间分开。内部的电解质空间充满容纳工作电极和对电极的电解质溶液。

例如能够使用包括至少一个测量电极和至少一个参比电极的电位传感器来进行液体或气体中二氧化碳或其分压(pCO₂)的测量。在Severinghaus型电极中，将CO₂分压的测量转化为pH测量。这通常需要在空间上被可透气的且基本上不渗透离子的膜与含水测量介质分开的反应空间。在该反应空间中测量pH，这由待测样品的各pCO₂值来确定。在该反应空间(内部电解质)中的缓冲液的预定温度和浓度下，该反应空间的pH仅取决于样品的CO₂分压。能够以各种各样的方式检测pH，例如借助于使用离子选择玻璃电极或者离子敏感或离子选择的场效应晶体管(ISFET)、pH敏感的固态体系(例如贵金属/贵金属氧化物体系)、氧化还原体系(醌氢醌电极)等的电化学测量链进行电位监测。

在电化学传感器的准备中一项重要标准是是其使用期限。在这方面需要实现在传感器投入使用之前长期的储存期限以及长期的使用期限。为了保证长期的储存期限，应当干燥即基本上无水地储存位于电化学传感器中的电极，和直到传感器投入使用前不久才与液体内部电解质接触。为了获得至少500次测量或者3到4周的使用期限，传感器的各层还必须彼此匹配。至关重要的是它们不应该变得彼此分离或形成裂纹，例如由于溶胀。

在电化学传感器关于即时测试的准备另外的重要标准是其尺寸。为了测定急诊参数通常提供少量样品(例如100μl或更低)。如果要用少量样品测定大量参数，单个电极及其彼此间距必须尽可能小。

EP 0 805 973 B1公开了一种装置以及用于测量样品中气体浓度的方法。所用的装置是包括工作电极、对或参比电极、电解质层和气体渗透膜的电化学传感器，电解质层由光成型的(fotogeformt)蛋白质明胶组成。为了避免由金制成的负极极化的工作电极(阴极)被源于由银制成的对电极(阳极)的带正电的银离子过早的沾染，通过明胶层电接触的两个电极之间的距离必须至少为1mm。

US 5,387,329描述了一种平面电化学氧传感器，其中溶胀率小于其干燥体积两倍的可溶胀聚合物被用作吸湿的电解质，并且在这种情况下形成可渗透水和阳离子的亲水电解质层。在该文献中优选的可溶胀的聚合物是也即一种磺化的四氟乙烯聚合物，载有锂的磺酸根基团赋予该聚合物离子性能并导致锂离子被银离子交换。在具有银对电极的电流氧传感器中，这降低了银离子至工作电极的有效迁移速度。