特表 2022-542709 ｐＨ測定用の比色センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-06

(54)【発明の名称】ｐＨ測定用の比色センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/78 20060101AFI20220929BHJP

   G01N 21/80 20060101ALI20220929BHJP

   G01N 31/00 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

G01N21/78 A

G01N21/80

G01N31/00 E

G01N31/00 P

G01N31/00 V

G01N31/00 U

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022506742

(86)(22)【出願日】2020-08-03

(85)【翻訳文提出日】2022-03-29

(86)【国際出願番号】 IB2020057318

(87)【国際公開番号】W WO2021024156

(87)【国際公開日】2021-02-11

(31)【優先権主張番号】102019000013878

(32)【優先日】2019-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．テフロン

(71)【出願人】

【識別番号】522044157

【氏名又は名称】ウニべルシタ デッリ ストゥーディ ディ パドバ

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カッペリン、ルカ

(72)【発明者】

【氏名】パストーレ、パオロ

(72)【発明者】

【氏名】バドッコ、デニス

(72)【発明者】

【氏名】パストーレ、アンドレア

【テーマコード（参考）】

2G042

2G054

【Ｆターム（参考）】

2G042BB03

2G042BB04

2G042BB05

2G042BB12

2G042BD01

2G042BD13

2G042BE10

2G042DA08

2G042FA11

2G042FA17

2G042FB07

2G042FC01

2G054CE02

2G054EA06

2G054GA03

2G054GB05

(57)【要約】

本発明は、ＨＳＶ色空間のＨ座標に基づいてｐＨを測定するための比色センサに関するものである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

指示薬と界面活性剤とを含む、比色センサ。

【請求項2】

染料または２つ以上の染料の組み合わせをさらに含む、請求項１に記載の比色センサ。

【請求項3】

前記指示薬は、クレゾールレッド、メタクレゾールパープル、チモールブルー、カーマイン、テトラブロモフェノールブルー、メチルオレンジ、２－４－ジニトロフェノール、ブロモフェノールブルー、コンゴーレッド、エチルオレンジ、アリザリンバイオレットＮ、ブロモクレゾールグリーン、メチルレッド、プロピルレッド、クロロフェノールレッド、ベーシックグリーン４、ブロモフェノールレッド、ニトラジンイエロー、パープルピロカテコールバイオレット、ブライトイエロー、ナイルレッド、レサズリン、オーリン、ブロモチモールブルー、フェノールレッド、オレンジＩＩ、フェノールフタレイン、キシレノールブルー、ナイルブルー、およびチアゾールイエローを含む群から選択される、請求項１または２に記載の比色センサ。

【請求項4】

前記界面活性剤は、カチオン性界面活性剤である、請求項１～３のいずれか一項に記載の比色センサ。

【請求項5】

前記界面活性剤は、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムｐ－トルエンスルホン酸塩（ＣＴＡｐＴｓ）である、請求項１～４のいずれか一項に記載の比色センサ。

【請求項6】

ｐＨの変化を伴う化学反応を引き起こすことができる１つまたは複数の添加剤をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の比色センサ。

【請求項7】

ａ）前駆体の加水分解のステップ、
ｂ）カチオン性界面活性剤の添加のステップ、
ｃ）撹拌しながら、適切な溶媒に溶解した前記指示薬の溶液の添加のステップ、または、
ｄ）適切な溶媒に溶解した前記指示薬の溶液および適切な溶媒に溶解した１つ、２つ、またはそれ以上の染料の溶液の添加のステップ
を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の比色センサの調製物を得るための方法。

【請求項8】

前記前駆体は、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＥＳ）、エチルトリエトキシシラン（ＥＴＥＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＦＴＭＳ）、オクチルトリエトキシシラン（オクチル－ＴＥＯＳ）、ドデシル－トリエトキシシラン（ドデシル－ＴＥＯＳ）、ヘキサデシル－トリメトキシシラン、ジルコニウムテトラプロポキシド（ＺＴＰ）、３－メタクリロキシプロピル－トリメトキシシラン（ＭＡＰＴＭＳ）、チタンテトラプロポキシド（ＴＴＰ）、チタンイソプロポキシド（ＴＴＩＰ）を含む群から選択される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ステップａ）は、約２．００のｐＨまでの酸の添加のステップを含む、請求項７または８に記載の方法。

【請求項10】

前記界面活性剤／前記前駆体の比が好ましくは約０．１１～０．３８ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体に含まれるような量で前記界面活性剤が添加される、請求項７～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

ステップｃ）またはステップｄ）において、ｐＨの変化を伴う化学反応を引き起こすことができる１つまたは複数の添加剤が添加される、請求項７～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

請求項１～６のいずれか一項に記載のセンサを複数個備える、比色センサアレイ。

【請求項13】

各比色センサは、他のセンサに対して、異なる指示薬および／または異なる１つまたは複数の染料を含む、請求項１２に記載の比色センサアレイ。

【請求項14】

各比色センサは、異なる濃度の界面活性剤を含む、請求項１２または１３に記載の比色センサアレイ。

【請求項15】

各比色センサは、異なる濃度のＯｒＭｏＳｉｌ前駆体を含む、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の比色センサアレイ。

【請求項16】

指示薬と、界面活性剤と、場合によっては１つ、２つ、または複数の染料との調製物を含む比色センサのアレイであって、
その表面全体にわたる一定量ではない量の界面活性剤および／または溶媒を特徴とする、比色センサのアレイ。

【請求項17】

固体支持体に、請求項１～６のいずれか一項に記載の比色センサを複数個取り付けるステップを含み、前記少なくとも１つの比色センサは、異なる指示薬および／または異なる染料を含む、および／または異なる濃度の界面活性剤および／または異なる濃度のＯｒＭｏＳｉｌ前駆体を含む、および／または異なる量の溶媒を使用して作製される、および／または１つまたは複数の添加剤を含む、請求項１２～１６のいずれか一項に記載のアレイを調製する方法。

【請求項18】

溶液の分析物を測定する方法であって、
前記分析物を、請求項１～６のいずれか一項に記載の比色センサまたは請求項１２～１７のいずれか一項に記載の比色センサアレイと接触させて配置するステップと、
前記比色センサまたは前記比色センサアレイの写真画像を取得するステップと、
各画像の一部のＨ座標を取得するステップと
を含む、方法。

【請求項19】

前記Ｈ座標を取得する前記ステップはオンラインで行われる、請求項１７または１８に記載の方法。

【請求項20】

前記分析物は、ｐＨ、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化硫黄、アミン、エチレン、二酸化硫黄、グルコース、糖である、請求項１７または１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電子センサの分野での用途を見出すものである。

【背景技術】

【0002】

比色センサ（ＣＳＡ＝比色センサアレイ）は、広く言えば、手元の分析物の濃度に応じて特定の色を帯びる敏感な分子の存在を特徴とする、都合よく支持された膜で構成される。

【0003】

指示薬分子の固定化は、ＣＳＡの分析性能において重要な役割を果たす。

【0004】

文献では、使用されるアレイには、酢酸セルロース、ゾルゲル、ＰＶＣ、アクリル－メタクリル共重合体、およびＳｉＯ_２／ＺｒＯ_２－スチレン系ベースの様々な化合物が含まれる。

【0005】

使用される様々な戦略には、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅなどのイオン交換樹脂での染料の保持、またはスチレン／ジビニルベンゼン共重合体、セルロース、または酢酸セルロースなどの材料への吸着が含まれる。

【0006】

最後に、ポリアクリルアミド、アガロース、またはポリアミドなどの様々なポリマーを使用して、膜との共有結合を作ることもできる。

【0007】

後者の場合、浸出の問題は解決されているが、応答時間は非常に長い（＞＞３分）。

【0008】

適切な色空間の選択は、ｐＨメーターに匹敵する精度のセンサを作る目的でも同様に重要である。

【0009】

この態様は、装置による画像の取得に関連する問題、使用される堆積技術によるセンサの不均一性の問題、および浸出による指示薬の濃度の変動を最小限に抑えることができるため、非常に便利である。

【0010】

しかしながら、これらの現象が存在する場合、彩度の値は大幅に低くなり、色空間の選択だけでは解決されない、識別されたｐＨの誤差の増加を引き起こす。

【0011】

ｐＨ測定の背景技術で見つけられるすべてのＣＳＡは、複数の問題：
１．狭い測定範囲、および／または、
２．低いｐＨ予測精度（誤差＞＞０．０２ｐＨ単位）、および／または、
３．長い応答時間、および／または、
４．非可逆性、および／または、
５．ｐＨ＞９における浸出、
の影響を受ける。
非特許文献１は、ｐＨ指示薬と界面活性剤を含むゾルベースの薄いＴＥＯＳゲルフィルムで作られたｐＨセンサのいくつかの改良について説明している。信号は分光光度計の使用を伴うため、比色ではない。したがって、比色センサについては説明していない。比色信号は、ＲＧＢ、ＨＳＶなどの色座標によって提供される。
非特許文献２および非特許文献３では、ｐＨ値を読み取るための各スポットでの様々な個別の指示薬の使用について説明している。反対に、本発明の装置には、界面活性剤濃度の変調があるので、各スポットは、較正位置の変位を生じる異なる界面活性剤濃度によって特徴付けられる。界面活性剤の変調は、広範囲のｐＨで使用できる指標ｐＫａの変化を生み出す。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Ｉｓｓａ Ｍ Ｅｌ Ｎａｈｈａｌら、「界面活性剤の存在下でのゾルゲル法光学ＢＴＢ ｐＨセンサ（Ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｐｔｉｃａｌ ＢＴＢ ｐＨ ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ）」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２０１２年１２月）

【非特許文献2】ＧＨ Ｍｏｈｒｅｔら、「指示薬と不活性染料の組み合わせによる光学センサ材料のカラーバリエーションの適応と、織物および非織物センサ層でのそれらの使用（Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｏｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ａｎｄ ｉｎｅｒｔ ｄｙｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｕｓｅ ｉｎ ｗｏｖｅｎ ａｎｄ ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ ｓｅｎｓｏｒ ｌａｙｅｒｓ）」、Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ、２０１５年１月）

【非特許文献3】ＳＯＮＩＡ ＣＡＰＥＬ－ＣＵＥＶＡＳら、「ｐＨを決定するための人工ニューラルネットワークを使用したコンパクトな光学機器（Ａ ｃｏｍｐａｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｐＨ）」、ＳＥＮＳＯＲＳ、１２巻、５号、２０１２年５月２２日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明の執筆者らは、驚くべきことに、背景技術のセンサの限界を解決し、克服する比色センサを得ることが可能であることを発見した。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の第１の目的は、比色指示薬および界面活性剤を含む比色センサである。

【0015】

本発明の一態様では、このセンサは、染料または第２の酸塩基指示薬とすることができる着色種を添加することによって最適化される。

【0016】

本発明の特定の一態様によれば、２つまたは２つを超える添加染料とすることができる。

【0017】

例えば、使用される染料は、ブロモクレゾールグリーンおよびメチルレッドとすることができる。

【0018】

本発明の一態様によれば、さらなる染料は、好ましくはＣＩＥ－ｘｙｚ色空間を使用する方法によって識別される適切な濃度で添加される。この平面には、特定の反転点で検量線の傾きを反転させる色点が含まれている。

【0019】

本発明の第２の目的では、複数の比色センサを含む比色センサアレイが記載されている。

【0020】

第３の目的では、本発明は、センサおよび比色センサアレイを調製するための方法を説明する。

【0021】

第４の目的では、本発明の比色センサアレイを使用することによって分析物を測定するための方法が記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1A】テトラブロモフェノールブルー（ＴＢＢ）／ブロモチモールブルー（ＢＢ）（上）またはＴＢＢ／フェノールレッド（ＰＲ）（下）を様々なモル比で、手作業で堆積されたスポットのアレイで構成されるＣＳＡの画像を示している。モル比は矢印の方向に下から上に向かって増加し、ｐＨは左から右に向かって増加する。

【図1B】ＣＳＡ較正セルの構成要素：ａ）カメラ、ｂ）６つのＬＥＤ Ｄ６５が円形に配置されているカメラのハウジング、ｃ）センサを挿入できる円形支持体を示している。

【図2】例として、指示薬ＴＢＢ、ＢＢ、およびＰＲの検量線を示している。検量線の繰り返しは、本発明のセンサの可逆性を検証している。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の目的のために、スポット（またはセンサ）という用語は、支持体上に指示薬および界面活性剤を含む調製物の塗布から生じる、好ましくは円形の領域として意図されている。実際、それは単一のセンサを表している。

【0024】

現在の目的では、比色センサアレイ（または単にアレイ、またはＣＳＡ＝比色センサアレイ）という用語は、同じ支持体上の複数のスポットの組として意図されている。

【0025】

したがって、本発明の第１の目的は、比色指示薬および界面活性剤の調製物を含む比色センサである。

【0026】

より具体的には、このセンサは、有機－無機高分子膜の形態である。

【0027】

この調製物は、以下に詳述するように、特にゾルの形態で調製された直後に、固体の多孔質支持体上に堆積および吸着される。

【0028】

本発明の一態様によれば、記載されたセンサは、指示薬と、染料（これはまた指示薬とすることができる）と、界面活性剤との調製物を含む。

【0029】

本発明の特定の一態様によれば、２つまたは２つを超える添加染料があり得る。

【0030】

例えば、使用される染料は、ブロモクレゾールグリーンおよびメチルレッドとすることができる。

【0031】

本発明の目的のために、堆積物の支持体は、例えば、平均多孔度が０．２μｍである多孔性ＰＶＤＦ膜である（例えば、Ｂｉｏ－Ｒａｄによって販売されている）。

【0032】

有利なことに、支持体の多孔度（ＰＶＤＦ０．２ｍｍ、テフロン２．０ｍｍ）を変えることにより、センサの動力学、したがって応答時間を改善することが可能である。

【0033】

膜（ゾルの形態）の調製に関して、これは、前駆体、指示薬とその溶媒、界面活性剤、および酸性または塩基性水（Ｍｉｌｌｉ－Ｑ）を含む。

【0034】

前駆体
以下の前駆体：ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＥＳ）、エチルトリエトキシシラン（ＥＴＥＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＦＴＭＳ）、エチルトリエトキシシラン（オクチル－ＴＥＯＳ）、ドデシルトリエトキシシラン（ドデシル－ＴＥＯＳ）、ヘキサデシルトリメトキシシランを本発明の目的に使用することができる。

【0035】

本特許出願の好ましい一態様では、少なくとも２つの前駆体が膜の調製のために使用され、そのうちの１つはＴＥＯＳである。

【0036】

さらにより好ましくは、膜は、ＴＥＯＳ／オクチル－ＴＥＯＳから出発して調製される。

【0037】

このような前駆体が存在するため、この調製物はＯｒＭｏＳｉｌとも呼ばれる。

【0038】

指示薬
単一センサの較正感度は、ΔＨ／ΔｐＨ比に依存し、ここで、ΔＨは、指示薬の解離型と非解離型のＨ値の差の値であり、ΔｐＨは、Ｈ座標が変化するｐＨ範囲である。

【0039】

ΔＨの可能な最大値は、指示薬の選択に依存するが、０．５５の値を超えることはほとんどない。

【0040】

本発明の目的のために、指示薬は、クレゾールレッド、メタクレゾールパープル、チモールブルー、カーマイン、テトラブロモフェノールブルー、メチルオレンジ、２－４－ジニトロフェノール、ブロモフェノールブルー、コンゴーレッド、エチルオレンジ、アリザリンバイオレットＮ、ブロモクレゾールグリーン、メチルレッド、プロピルレッド、クロロフェノールレッド、ベーシックグリーン４、ブロモフェノールレッド、ニトラジンイエロー、パープルピロカテコールバイオレット、ブライトイエロー、ナイルレッド、レサズリン、オーリン、ブロモチモールブルー、フェノールレッド、オレンジＩＩ、フェノールフタレイン、キシレノールブルー、ナイルブルー、チアゾールイエローを含む群から選択される。

【0041】

広いｐＨ範囲で機能する指示薬は、ブロモフェノールブルー（ｐＨ＝１．５０－６．５０）、ブロモクレゾールグリーンおよびメチルレッドの混合物（ｐＨ＝２．００－８．００）、およびブロモチモールブルー（ｐＨ＝５．８０－１３．５０）である。

【0042】

それらはすべて、補色間の遷移によって特徴付けられる。

【0043】

溶媒
本発明の目的のために、溶媒は、ほとんどすべての指示薬に対してエタノールである。

【0044】

ニトラジンイエローとブライトイエローには、その代わりに、２－メトキシエタノールが必要である。

【0045】

界面活性剤
本発明の目的のために、界面活性剤はカチオン性界面活性剤でなければならず、したがって、特に塩基性環境において、シラノール基と負に帯電した指示薬分子との間の反発を最小限に抑えることができる。

【0046】

驚くべきことに、１６個の炭素原子の鎖を有する界面活性剤が、例えば、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムｐ－トルエンスルホネート（ＣＴＡｐＴｓ）などの平滑化および不可逆現象を有利に防止できることが見出された。

【0047】

鎖の長さ（Ｃ＝８、１０、１２）のみが異なる類似化合物を使用した安定性テストでは、Ｃ１６より短い鎖での可逆性が不完全であることが示されている。

【0048】

Ｃ１８界面活性剤も同様に最適な感度を有するが、Ｈプロファイル位置の変調は、Ｃ１６よりも狭いｐＨ範囲で発生する。

【0049】

本発明の好ましい一態様では、界面活性剤／前駆体の比、好ましくはＣＴＡｐＴ／前駆体の比は、０．０５～０．４０ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体、好ましくは約０．１１～０．３８ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体でなければならない。

【0050】

染料
本発明の目的のために使用することができる染料は、アシッドグリーン２５、ダイレクトブルー１５、トリパンブルー、メチレンブルーを含む群から選択される。

【0051】

さらに、例えば、テトラブロモフェノールブルー（ＴＢＢ）、インジゴカルミン（ＩＣ）など、その性質によって指示薬でもあるいくつかの染料を使用することができる。

【0052】

本特許出願の第３の目的によれば、センサの調製は、
ａ）前駆体の加水分解のステップ、
ｂ）カチオン性界面活性剤の添加のステップ、
ｃ）撹拌しながら、適切な溶媒に溶解した指示薬の溶液の添加のステップ、または、
ｄ）適切な溶媒に溶解した指示薬の溶液および適切な溶媒に溶解した染料の溶液の添加のステップを含む方法を用いて得られる。

【0053】

ステップａ）において、好ましくは、上記の前駆体は、塩酸の存在下で水に添加される。

【0054】

本発明の好ましい一態様では、２つの前駆体が水に添加され、そのうちの１つはＴＥＯＳである。

【0055】

特に、加水分解触媒の塩酸は、好ましくは、約２．００のｐＨまで添加される。

【0056】

本発明の好ましい一態様では、２つの前駆体は、ＴＥＯＳおよびオクチル－ＴＥＯＳである。

【0057】

加水分解は、相分離がなくなるまで実行され、この目的のために、激しい磁気攪拌が約１時間必要になる場合がある。

【0058】

ステップｂ）において、界面活性剤／前駆体の比が約０．１１～０．３８ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体となるような量で界面活性剤が添加される。

【0059】

ステップｃ）において、溶媒は、好ましくはエタノールまたは２－メトキシエタノールであり、指示薬の関数として都合よく選択される。

【0060】

本発明の特定の一態様によれば、ステップｄ）において、２つまたは２つを超える添加される染料があってもよい。

【0061】

例えば、使用される染料は、ブロモクレゾールグリーンおよびメチルレッドとすることができる。

【0062】

本発明の好ましい一態様では、前駆体、水、塩酸、および界面活性剤（指示薬溶媒を除く）を含むゾルの各グラムの指示薬濃度（ｍｇ）は、概ね次の通りである。

【表1】

【0063】

攪拌を約１０分間行うこともできる。

【0064】

より一般的には、比色センサの調製は、以下から始めて調製することができる。
前駆体 ５．０－６．０ｇ
水 ２．０－２．５ｇ
塩酸 必要に応じて約ｐＨ２．００まで
界面活性剤 ０．４－２．１ｇ
指示薬 ０．８－９．１ｍｇ
溶剤 ６．３－８．１ｇ
染料 ０－３．０ｍｇ

【0065】

いくつかの指示薬の感度を最適化するために、１つまたは２つの染料の溶液（本質的に、互いに独立している指示薬とすることができる）が指示薬のゾルに添加され、このようにして、指示薬および１つまたは２つの染料（または染料（複数可）／指示薬）を含む調製物が得られるステップｄ）を実行することができる。

【0066】

本発明の好ましい態様では、性能が改善される指示薬と染料との間の比率は、以下の表に報告されているものとすることができる。
０．０１＜ｎ_ＴＢＢ／ｎ_ＸＢ＜０．１９
０．１８＜ｎ_ＴＢＢ／ｎ_ＭＲ＜０．３５
０．１８６＜ｎ_ＴＢＢ／ｎ_ＰＲ＜０．３２４
ＴＢＢ＝テトラブロモフェノールブルー
ＸＢ＝キシレノールブルー
ＭＲ＝メチルレッド
ＰＲ＝フェノールレッド

【0067】

本発明の一態様によれば、ステップｃ）またはｄ）において、ｐＨの変化を伴う化学反応を引き起こすことができる１つまたは複数の添加剤を添加することができる。

【0068】

この目的のために、塩化パラジウム（ＩＩ）および／またはジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）を添加することができる。

【0069】

次に、（ステップｃ）またはステップｄ）から）得られた溶液を支持膜、好ましくはＰＶＤＦ上に堆積させ、重合が完了するまで、ある期間、例えば３日間、光から保護された乾燥した場所に保存する。

【0070】

本発明の目的のために、堆積は、直径数ｍｍのスポットを形成するように行われる。

【0071】

各スポットに堆積するゾルの量は、約９０～１０５μｇ、好ましくは約９５μｇである。

【0072】

それぞれが指示薬を含むスポット（単一のセンサ）または複数のスポット（したがって、比色センサアレイを形成する）が、支持体上に堆積される。

【0073】

アレイでは、各スポットは、界面活性剤の濃度および／または使用される溶媒の量、および／または指示薬および／または添加される添加剤について、他のスポットと区別される。

【0074】

本発明の一態様によれば、アレイは、センサを含むことができ、そのセンサのそれぞれは、異なる濃度の前駆体を含み、好ましい一態様では、異なる濃度のＯｒＭｏＳｉｌ前駆体を含む。

【0075】

ＣＳＡ調製プロセスは、ステップｃ）またはステップｄ）の後に、較正ステップで終了することができ、堆積手順は時間および空間において再現可能であるため、このステップは製造業者によって実行される。

【0076】

次に、支持体は、
ｐＨ＝１で約２分間維持した後、水（Ｍｉｌｌｉ－Ｑ）で洗浄するステップと、
ｐＨ＝１２で約２分間維持した後、水（Ｍｉｌｌｉ－Ｑ）で洗浄するステップと、
ｐＨ＝１で約２分間維持した後、水（Ｍｉｌｌｉ－Ｑ）で洗浄するステップにさらされる。

【0077】

較正中、ＨＳＶ色空間のＨ座標が平衡に達するまで、支持体を様々な酸性ｐＨから塩基性ｐＨの緩衝液に約３０～４０秒間浸漬させる。

【0078】

本発明の別の一態様によれば、上記の方法のステップａ）およびステップｂ）は、ＴＥＯＳおよび３－メタクリルオキシプロピル－トリメトキシシラン（ＭＡＰＴＭＳ）を含む第１のゾルと、ジルコニウムテトラプロポキシド（ＺＴＰ）およびメタクリル酸を含む第２のゾルとを調製するステップに置き換えることができる。

【0079】

第２のゾルは、ＺＴＰの代替として、チタンテトラプロポキシド（ＴＴＰ）および／またはチタンイソプロポキシド（ＴＴＩＰ）を含むことができる。

【0080】

各ゾルの加水分解ステップの後、２つのゾルは共に混合される。

【0081】

本発明の別の一態様によれば、比色センサアレイは、互いに物理的に分離および間隔を置いて配置された複数のスポットを含まず、代わりに、支持体の表面全体に一定量ではない量の、例えば、支持体の寸法の１つに沿って連続的に増加または減少して変化する、界面活性剤および／または溶媒を特徴とする、連続調製物（ゾル相の膜）（以下、ＳＴＲＩＰと呼ばれる）を含むように調製することができる。

【0082】

本発明のさらなる一態様によれば、異なる指示薬によって特徴付けられるいくつかのＳＴＲＩＰを並べて配置することができる。

【0083】

本発明の比色センサは、ｐＨを測定するだけでなく、例えば、アミン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化硫黄、グルコース、糖を含む他の分析物を測定するのにも適している。

【0084】

この場合、指示薬の調製に、ｐＨの変化、したがって個別のスポットの色の変化を伴う化学反応を引き起こす、塩化パラジウム（ＩＩ）またはジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）などの添加剤をさらに含む必要がある場合がある。

【0085】

第４の目的では、本発明の比色センサアレイを使用することによって分析物を測定するための方法が記載されている。

【0086】

特に、この分析物は、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化硫黄、アミン、エチレン、二酸化硫黄、グルコース、糖を含む、ｐＨまたは他の分析物とすることができる。

【0087】

その結果、記載された方法は、ｐＨ、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化硫黄、アミン、エチレン、二酸化硫黄、グルコース、糖の存在を検出することを可能にする。

【0088】

本発明の好ましい一態様では、記載されたセンサはｐＨセンサである。

【0089】

本発明の目的のために、ｐＨ測定は、ＨＳＶ色空間の色相プロファイル（Ｈ）に基づく。

【0090】

本発明によれば、分析物と接触した後、前記センサまたは前記アレイ（すなわち、前記アレイの各センサ）の写真画像が取得される。

【0091】

各画像の一部のＨ座標は、好ましくは、各スポットの最も均質で飽和した部分のピクセルの中央値として取得される。

【0092】

Ｄ６５ ＬＥＤ（中程度の日光）で一定の照明が維持される場合、色座標の取得が最適化されることが好ましい。

【実施例1】

【0093】

膜の調製
２つのバイアルが調製され、そのうちの１つは最低の界面活性剤濃度（約０．１１ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体；低）に対応し、もう１つは最高の界面活性剤濃度（約０．３８ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体；高）に対応し、以下から始まる。

【0094】

【表2】

【0095】

使用される各指示薬のｍｇ単位の量は、２つのバイアルで同じである。

【表3】

【0096】

２つのバイアルから、指示薬溶液が添加されると、中間の界面活性剤濃度を有するすべての可能なアレイが得られる。２つのバイアル（低、高）の溶媒の量は、界面活性剤の変調範囲全体でＨとｐＨのシグモイドの同様の勾配を可能にするために異なる。

【実施例2】

【0097】

測定の可逆性
図２は、本発明の系の可逆性を検証するためのアッセイの結果を示している。

【0098】

図示のテストでは、プロファイルはすでにコンディショニングサイクルを経ており、システムの可逆性が高いことを示している。フィッティングは、ＴＢＢ＝テトラブロモフェノールブルー、ＢＢ＝ブロモチモールブルー、ＰＲ＝フェノールレッドの実験点（５つの同一スポットで実行された各指示薬で約１５０）に関連している。実験データは、センサをｐＨ１～１２の様々な緩衝液に浸漬することによって得られる。ｐＨ＝６．８６５での実験点は、小数点以下３桁までの標準緩衝液を使用して取得され、実験データのフィッティングと完全に一致する。

【実施例3】

【0099】

識別されたｐＨの誤差の計算と、スポット数の増加に伴う誤差の減少
ＴＢＢ指示薬と濃度０．３８ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体のＣＴＡｐＴｓ界面活性剤とを備えた単一スポットセンサを使用すると、Ｓ_ｐＨと呼ばれるｐＨ予測誤差は、ｐＨ＝２．２０で０．０１２に等しい。

【0100】

同一のスポットが２つしかない場合は、Ｓ_ｐＨ＝０．００８に減少する。

【0101】

０．１１～０．３８ｇ_{ＣＴＡｐＴｓ}／ｇ_前駆体の範囲のＣＴＡｐＴｓの濃度が異なる１５個のスポットを追加することにより、ｐＨ＝２とｐＨ＝４の間の範囲全体を通して同じ精度が得られる。スポットの直径は３ｍｍであるため、スポットの数を増やしてもセンササイズの観点から問題は起こらない。

【実施例4】

【0102】

本発明に係るＣＳＡアレイの調製
ＯｒＭｏＳｉｌゾルは、主成分：４．０３ｇのＴＥＯＳ、０．６５ｇのドデシル－ＴＥＯＳ、１．５８ｇのＭｉｌｌｉ－Ｑ水、および０．５５ｇのｐＨ＝２．０３のＨＣｌ水溶液をこの順序で混合することによって調製された。室温で磁気撹拌下において４０～４５分後、相分離が消失したため、最初の濁った溶液は透明になった。次に、１．７５ｇのＣＴＡｐＴｓカチオン性界面活性剤を添加し、続いて３０分間撹拌した。次に、ｐＨ指示薬溶液を、さらに５分間撹拌しながらゾルに添加した。ＢＢ（ブロモチモールブルー）、ＴＢＢ（テトラブロモフェノールブルー）、およびＰＲ（フェノールレッド）の溶液は、それぞれ５０．５、７９．７、２８．７ｍｇの指示薬を６．４０ｇのエタノールに混合することによって得られた。各ゾル溶液の総重量は８．５６ｇである。次に、個々の指示薬のゾルが都合よく混合された。ＰＲおよびＢＢバイアルに添加されるゾルＴＢＢの量は、０ｇ、０．３ｇ、０．７ｇ、１．１ｇ、１．６ｇ、２．１ｇ、２．７ｇ、３．７ｇ、および５．４ｇに対応し、それぞれＴＢＢモル／指示薬の比：０、０．０２６、０．０６１、０．０９６、０．１４０、０．１８４、０．２３６、０．３２４、０．４７３に対応する。

【0103】

ＰＶＤＦ支持体（６×３．５×０．１ｃｍ）は、ＯｒＭｏＳｉｌゾルが２０±２℃で鋼棒（直径１．６ｍｍのファイルベース）を介して上に堆積された固体支持体として使用された。較正は、本特許出願の記載に従って実施された。

【0104】

このようにして得られたアレイを図１に示す。

【0105】

上記の説明から、本発明によって提供される利点は、当業者にはすぐに明らかになるであろう。

【0106】

まず、説明したセンサは、ｐＨ測定に関連する予測誤差を大幅に低減し、これは、界面活性剤濃度の変調により、電位差測定の典型的な予測誤差（＜０．０２ｐＨ単位）に匹敵する。

【0107】

非補色間の遷移を特徴とする指示薬の場合、染料の添加が実際にｐＨ測定の精密さと精度の向上につながる範囲が特定されている。

【0108】

特に、使用する指示薬のｐＫａが変調されるため、広いｐＨ範囲（最大７ ｐＨ単位）で高精度を提供できるセンサが得られた。

【0109】

さらに、センサは可逆的であるため、再利用できる。

【0110】

ｐＨ測定は、約１０秒の応答時間で実行される。

【0111】

測定に使用されるＨＳＶ色空間（色相、彩度、明度）のＨ座標（色相）は、他の色空間と比較して、安定しており、計算が簡単で、市販の装置から簡単に取得でき、指示薬の濃度、膜の厚さ、照明の変化により、より良好な精度を維持する。

【0112】

注目に値する利点は、メーカーが膜の較正を１回だけ実行できることである。

【0113】

さらに、同じ組成のスポットは、時間と空間で同一のプロファイルを有し、電位差測定法に比べて時間を節約できる。

【0114】

この装置は、ＰＶＤＦなどの多孔質支持体を使用しているため、オンライン測定にも役立ち、実際、表面張力を低下させる界面活性剤により、ＰＶＤＦシートの反対側からもＯｒｍｏｓｉｌが浸透する可能性があり、濁ったサンプルのｐＨ測定も可能になる。

【0115】

また、この装置は、溶液のイオン強度が高いためにガラスの電極接合電位が大幅に変動する海水（ｐＨ＝７．０－８．５）での測定に適している。

【0116】

１０～３０℃の範囲での較正プロファイルの温度依存性は無視できることが証明されている。

【0117】

ＴＥＯＳと３－メタクリロキシプロピル－トリメトキシシラン（ＭＡＰＴＭＳ）を含む第１のゾルと、ジルコニウムテトラプロポキシド（ＺＴＰ）とメタクリル酸を含む第２のゾルとの調製に基づく膜を含む本発明の態様では、本発明のセンサの適用可能性はｐＨ＝１３に達し、その代わりにｐＨメーターは、ｐＨ＞１１およびｐＨ＞１２ですでに高アルカリ性誤差の影響を受け、応答時間は非常に遅くなり、１分を超え始める。

【0118】

スポットのサイズは非常に小さく（直径約１ｍｍ）、ポータブルで低コストのセンサを調製できる。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】