[发明专利]膜和具有膜的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于传感器的膜，涉及传感器，尤其涉及电化学传感器，还涉及制造膜的方法，尤其是制造用于传感器的膜的方法。

背景技术

为监测化学、药物、生物化学或生物技术的过程，经常应用传感器测量与各过程相关的参数。例如，该参数可以是过程中特定分析物的浓度，还可以是温度、pH值或光学变量，如浊度或介质中的粒子浓度或细胞浓度。

经常用作该用途的传感器是电化学传感器，如电位传感器或安培传感器。一系列电化学传感器，如用于测定在液体被测介质中的分析物浓度的传感器，具有被膜从该被测介质中分隔出的电解质室。在用于测定液体中气体浓度的传感器中，如在电化学O₂、Cl₂、CO₂、H₂S、NH₃或SO₂传感器中，该膜用作扩散屏障，分析物通过该扩散屏障从被测介质扩散至电解质室中。

在被监测的过程中，可存在微生物，如细菌、藻类或菌类，该微生物倾向于在与该过程有关的表面上形成生物膜，因此也倾向于在用于过程监测和/或控制的传感器的表面上、尤其也倾向于在与该被测介质接触的膜上形成生物膜。这样的生物膜可影响并破坏测量结果。

从现有技术中，如DE 10 2007 049013 A1中可知，特定的涂层会避免或延迟这样的沉积物生成。然而，存在以下的风险：这样的涂层不能经受消毒或高压灭菌的热负荷和化学负荷，尤其是过程中的消毒（SIP=Sterilization In Place原位消毒）或采用侵蚀性化学方法的清洁，因此，在进行化学、生物、药物或生物技术过程中时常需要的类型的清洁和/或消毒后，不再能够以充分的程度阻止传感器膜上生物膜的生长。

发明内容

本发明的目的是提供用于前文所述类型的传感器的膜，一方面，该膜具有抗菌效果（下文也被称为杀生物效果），另一方面，该膜具有可灭菌性，可采用化学方法清洁，可经受高温高压作用，且在这种情况下可经受热负荷和化学负荷。

具有抗菌或杀生物效果的膜指如下的一种膜：所述膜适合于破坏有害生物体、阻止有害生物体、转变有害生物体成无害生物体、避免由于有害生物体引起的破坏或以一些其它方式与有害生物体抗争的化学、物理或生物方法。用这种办法，阻止或至少延迟生物膜在该膜上的生长。

通过膜、尤其是用于传感器中的应用的膜实现该目的，该膜具有杀生物效果，含有一种或多种如下组分：封装在两亲性壳核结构中的银纳米粒子、抗菌性硅烷、具有抗菌端基的聚合物、具有改性端基的聚季铵盐和杀生物作用的嵌段共聚物。

这样的膜对侵蚀剂具有耐性，如在消毒情况下、在高压灭菌情况下、在热负荷情况下和/或在机械负荷情况下对腐蚀性或氧化性清洁剂具有耐性。

该膜可包含基本材料、尤其是热塑体或弹性体，所述一种或多种组分与该基本材料共价地键合。

例如，所述基本材料可以是单组分或多组分的硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯、聚砜、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或碳纤维复合材料。

在可选的实施例中，所述一种或多种组分可以通过壳核结构与所述基本材料相结合。在壳核结构中，将具有实际抗菌效果的组分嵌入壳核结构中，如嵌入聚氨基酸结构中，该壳核结构封装了该组分，与环境隔开。在该实施方式中，该壳核结构或共价地键合至基本材料的组分被嵌入基本材料中和/或被键合至基本材料。这样，具有抗菌效果的膜的组分被键合入和/或至所述膜。

所述壳核结构可包含聚氨基酸，如聚赖氨酸，或聚氨基酸的衍生物，或者可包含适用于络合物形成的官能基团，如巯基基团或氨基基团。

具有银纳米粒子的两亲性壳核结构可包含一种或多种如下组分：两亲性聚赖氨酸衍生物、聚乙烯亚胺衍生物、聚甘油衍生物、两亲性嵌段共聚物、星形聚合物和梳形聚合物。

抗菌硅烷的一个实例是二甲基十八烷基[3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基]氯化铵（DOTPAC）。

聚乙二醇、聚唑啉或聚二甲基硅氧烷中的至少一种聚合物可形成具有抗菌端基的聚合物的基础，其中，如季铵化合物、磷基团或硫基团可包含该抗菌端基。

本发明进一步的目标是用于测定气体或流体被测介质中的分析物，尤其是气体分析物的浓度的传感器，尤其是电化学传感器，其中该传感器具有至少一个被起扩散屏障作用的膜从被测介质中分隔出的电解质室，其中如上文所述实施该膜。