JPH0310327B2 - - Google Patents
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- JPH0310327B2 JPH0310327B2 JP57075578A JP7557882A JPH0310327B2 JP H0310327 B2 JPH0310327 B2 JP H0310327B2 JP 57075578 A JP57075578 A JP 57075578A JP 7557882 A JP7557882 A JP 7557882A JP H0310327 B2 JPH0310327 B2 JP H0310327B2
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-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/14542—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1468—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means
- A61B5/1477—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means non-invasive
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、組織の活動を記録し組織に作用する
のに使用する医学的プローブに関する。特に関係
するのは、電極プローブまたはトランスジユーサ
と称され、医学的研究や人体医学において、組織
の電気的活動、代謝活動、血液の流れ、イオンや
分子の変化等を測定しあるいはこれらに作用する
ために使用される薄膜プローブである。
のに使用する医学的プローブに関する。特に関係
するのは、電極プローブまたはトランスジユーサ
と称され、医学的研究や人体医学において、組織
の電気的活動、代謝活動、血液の流れ、イオンや
分子の変化等を測定しあるいはこれらに作用する
ために使用される薄膜プローブである。
薄膜プローブは、設計および寸法の変更が可能
であるため、多数回の記録に特に適切である
（Electroenceph. Clin. Neurophysiol.47、629−
631、1979年発行のオー・プロハスカ、エフ・パ
ツフア、ピー・フアンドナ、エツチ・ペツチエの
「Ａ−16−fold semi−microelectrode for
intracortical recording of field potentialsと題
する論文）。
であるため、多数回の記録に特に適切である
（Electroenceph. Clin. Neurophysiol.47、629−
631、1979年発行のオー・プロハスカ、エフ・パ
ツフア、ピー・フアンドナ、エツチ・ペツチエの
「Ａ−16−fold semi−microelectrode for
intracortical recording of field potentialsと題
する論文）。
AT−SP 342、189に記載される１つの周知の
医学的電極は、一端に接触電極を担持する非導電
体より成り、そしてこの接触電極は非導電体内の
リードに接続される。加えて、個々の再使用可能
の電極の回りには、非導電体材料の使捨て包囲体
が取り付けられている。カバー内には、接触電極
に隣接し、使捨て包囲体の少なくとも１つの孔に
よつて外部領域に通じ、かつ粘性の電解液が充た
されたキヤビテイが配されている。
医学的電極は、一端に接触電極を担持する非導電
体より成り、そしてこの接触電極は非導電体内の
リードに接続される。加えて、個々の再使用可能
の電極の回りには、非導電体材料の使捨て包囲体
が取り付けられている。カバー内には、接触電極
に隣接し、使捨て包囲体の少なくとも１つの孔に
よつて外部領域に通じ、かつ粘性の電解液が充た
されたキヤビテイが配されている。
この点における問題は、組織が次のような由々
しい不利益をもたらす金属または金属間化合物電
極および／またはトランスジユーサと直接接触す
ることにある。すなわち、 (a) 電極インピーダンスおよび電極面積のため
（Springer Verl.、ベルリン、1961年、発行の
ハー・ヨツト・フエツター著
Elektrochemische Kinetik参照）、電極の技術
的小形化の可能性が制御されること。
しい不利益をもたらす金属または金属間化合物電
極および／またはトランスジユーサと直接接触す
ることにある。すなわち、 (a) 電極インピーダンスおよび電極面積のため
（Springer Verl.、ベルリン、1961年、発行の
ハー・ヨツト・フエツター著
Elektrochemische Kinetik参照）、電極の技術
的小形化の可能性が制御されること。
(b) ポーラログラフ記録のため（Intersci Publ.、
ニューヨーク、1952年、発行のアイ・エム・コ
ルソフおよびジエイ・ジエイ・リンガン著
Polarographie参照）組織に電流が流れ、この
ため組織が刺激され、あるいは傷つけられるこ
と。
ニューヨーク、1952年、発行のアイ・エム・コ
ルソフおよびジエイ・ジエイ・リンガン著
Polarographie参照）組織に電流が流れ、この
ため組織が刺激され、あるいは傷つけられるこ
と。
(c) 細胞外イオンおよび分子濃度が、稀にしか存
在しないある条件下のみにおいて記録可能であ
ること。
在しないある条件下のみにおいて記録可能であ
ること。
(d) イオンの濃度の変化が、組織内の大電位記録
に作用することがあることがしばしばあるこ
と、例えばCl-濃度の変化は、Ag／AgCl電極
の電極電位変化を惹起する。
に作用することがあることがしばしばあるこ
と、例えばCl-濃度の変化は、Ag／AgCl電極
の電極電位変化を惹起する。
本発明のプローブによると、この種の不利益は
低減されるが、本発明のプローブは少なくとも１
つの電極またはトランスジユーサ２を、絶縁基板
７，１１により支持された絶縁カバー６により囲
繞して少なくとも１つの小孔（アパーチヤー）４
を有するチヤンバ１を形成し、室内に気体およ
び／または流体および／または固体の媒体３を充
填して成るものである。しかして、カバーの厚さ
は0.5μｍないし10μｍの範囲、好ましくは3μｍで
あり、チヤンバ１は最高30μｍの高さ５を有し、
絶縁カバーは、SiO2、SiOx、Si3N4、SiOxN4、
TiO2、Ta2O5または上述の材料の匹敵する機械
的または電気的性質を有する類似の材料の少なく
とも１種より成る。
低減されるが、本発明のプローブは少なくとも１
つの電極またはトランスジユーサ２を、絶縁基板
７，１１により支持された絶縁カバー６により囲
繞して少なくとも１つの小孔（アパーチヤー）４
を有するチヤンバ１を形成し、室内に気体およ
び／または流体および／または固体の媒体３を充
填して成るものである。しかして、カバーの厚さ
は0.5μｍないし10μｍの範囲、好ましくは3μｍで
あり、チヤンバ１は最高30μｍの高さ５を有し、
絶縁カバーは、SiO2、SiOx、Si3N4、SiOxN4、
TiO2、Ta2O5または上述の材料の匹敵する機械
的または電気的性質を有する類似の材料の少なく
とも１種より成る。
主要な新しい効果は、電極またはトランスジユ
ーサおよび被試験物質（例えば組織）間の接触を
設定する物質を包含する室１と、１つのプローブ
上の複数の室の多重の検査により得られるもので
ある。しかして、薄膜技術の使用によりもたらさ
れる小形化が特に重要である。
ーサおよび被試験物質（例えば組織）間の接触を
設定する物質を包含する室１と、１つのプローブ
上の複数の室の多重の検査により得られるもので
ある。しかして、薄膜技術の使用によりもたらさ
れる小形化が特に重要である。
以下図面を参照して本発明を説明する。図面に
は好ましい具体例が例示されているが、本発明は
図示の配置および手段に限定されるものではな
い。
は好ましい具体例が例示されているが、本発明は
図示の配置および手段に限定されるものではな
い。
第１図には、「薄膜バツフアチヤンバ」と称さ
れる隆起したチヤンバ１が示されている。チヤン
バ１は薄い絶縁被覆層６により形成されており、
該層が薄膜バツフアチヤンバ１の外形を定めてい
る。層６は、0.5μｍ〜10μｍ厚好ましくは3μｍ厚
を有し、次の材料、すなわち、SiO2、SiOx、
Si3N4、SiOxN4、TiO2、Ta2O5または匹敵する
機械的および電気的性質を有する類似の材料の少
なくとも１種より作られる。層６は、少なくとも
１つの電極またはトランスジユーサ２を囲繞する
ように絶縁基板７上に直接支持される。
れる隆起したチヤンバ１が示されている。チヤン
バ１は薄い絶縁被覆層６により形成されており、
該層が薄膜バツフアチヤンバ１の外形を定めてい
る。層６は、0.5μｍ〜10μｍ厚好ましくは3μｍ厚
を有し、次の材料、すなわち、SiO2、SiOx、
Si3N4、SiOxN4、TiO2、Ta2O5または匹敵する
機械的および電気的性質を有する類似の材料の少
なくとも１種より作られる。層６は、少なくとも
１つの電極またはトランスジユーサ２を囲繞する
ように絶縁基板７上に直接支持される。
層６は、媒体３を被試験物質９と連通させる少
なくとも１つの小孔（アパーチヤー）４を有す
る。このようにすることにより新しい効果が得ら
れた。すなわち、小孔４は、被試験物質９直接接
触するのでプローブの実際の電極またはトランス
ジユーサとなり点状の局部的記憶ないし作用を可
能にする。他方、先にプローブの性質を決定して
いた金属または金属化合物電極は、こゝではずつ
と大きくできる。何故ならば、電極は、被試験物
質９とはもはや直接接触せず、薄膜チヤンババツ
フア１内の媒体３により間接的にのみ接続するか
らである。このようにして、電極インピーダンス
により惹起される記録の擾乱は1/1000まで減ずる
ことができる。
なくとも１つの小孔（アパーチヤー）４を有す
る。このようにすることにより新しい効果が得ら
れた。すなわち、小孔４は、被試験物質９直接接
触するのでプローブの実際の電極またはトランス
ジユーサとなり点状の局部的記憶ないし作用を可
能にする。他方、先にプローブの性質を決定して
いた金属または金属化合物電極は、こゝではずつ
と大きくできる。何故ならば、電極は、被試験物
質９とはもはや直接接触せず、薄膜チヤンババツ
フア１内の媒体３により間接的にのみ接続するか
らである。このようにして、電極インピーダンス
により惹起される記録の擾乱は1/1000まで減ずる
ことができる。
絶縁基板７の性質および形状は種々変えること
ができる。硬質または軟質いずれでもよく、丸
形、不平坦、針状または円筒状いずれでもよい。
ができる。硬質または軟質いずれでもよく、丸
形、不平坦、針状または円筒状いずれでもよい。
第２図は、薄膜バツフアチヤンバ１の他の可能
な形式を示すもので、室形状は、基板７中に凹部
１０を腐食により形成することにより得られる。
このプローブは、その他の面では同じである。
な形式を示すもので、室形状は、基板７中に凹部
１０を腐食により形成することにより得られる。
このプローブは、その他の面では同じである。
第３図は、「サンドウイツチ様設計」の室構造
を示すもので、凹部１２は、基板７により支持さ
れた絶縁層１１中に腐食により形成される。第２
図および第３図の両変形においては、凹部１０お
よび１２は薄い絶縁層６により被覆され、そして
この絶縁層に孔が腐食により形成される。第３図
のプローブは、その他の点では同じである。
を示すもので、凹部１２は、基板７により支持さ
れた絶縁層１１中に腐食により形成される。第２
図および第３図の両変形においては、凹部１０お
よび１２は薄い絶縁層６により被覆され、そして
この絶縁層に孔が腐食により形成される。第３図
のプローブは、その他の点では同じである。
電極およびトランスジユーサ２は、図面に示さ
れるように、薄膜バツフアチヤンバの高さよりも
相当薄い厚さを有する。
れるように、薄膜バツフアチヤンバの高さよりも
相当薄い厚さを有する。
製造に薄膜技術法を利用する薄膜形態の利点
は、非常に小さい領域内に薄膜室を任意の数互に
隣接してあるいは互に重ねて非常に精密に配置で
きることである。薄膜形態は、記憶または作用値
および組織の構造間の正確な相関を可能にするか
ら、このことは実際の応用にきわめて重要であ
る。この精密さならびに電極およびトランスジユ
ーサ領域の多重配置のため、新しい効果が得られ
る。すなわち、組織の異なる活動およびパラメー
タ変化間の結合を示すことができ、また上述のプ
ロセスの空間的分離を表わすことができる。
は、非常に小さい領域内に薄膜室を任意の数互に
隣接してあるいは互に重ねて非常に精密に配置で
きることである。薄膜形態は、記憶または作用値
および組織の構造間の正確な相関を可能にするか
ら、このことは実際の応用にきわめて重要であ
る。この精密さならびに電極およびトランスジユ
ーサ領域の多重配置のため、新しい効果が得られ
る。すなわち、組織の異なる活動およびパラメー
タ変化間の結合を示すことができ、また上述のプ
ロセスの空間的分離を表わすことができる。
薄膜バツフアチヤンバ１内の媒体３は、記録可
能または作用可能なパラメータを決定する。媒体
３は、気体および／または液体および／または固
体物質、例えば電解液またはイオン交換体または
両者の組合せより成り得る。記録または作用モー
ドには電極またはトランスジユーサ物質２の選択
が同様に重要である。これは、貴金属、好ましく
は金または白金、または金属間化合物または金属
塩とし得、もつとも適当なのはAg／AgClであ
る。これらはまた、熱電対または抵抗熱量計とし
て、または少なくとも２つの電極またはトランス
ジユーサで媒体３とともに電気化学的電池を形成
するようにして実施できよう。このようにするこ
とにより、本質的に新しい効果が生ずる。すなわ
ち、ポーラログラフ記録により惹起される電流
は、薄膜バツフアチヤンバ１内を流れ、組織の機
能に望ましくない作用を及ぼさない。
能または作用可能なパラメータを決定する。媒体
３は、気体および／または液体および／または固
体物質、例えば電解液またはイオン交換体または
両者の組合せより成り得る。記録または作用モー
ドには電極またはトランスジユーサ物質２の選択
が同様に重要である。これは、貴金属、好ましく
は金または白金、または金属間化合物または金属
塩とし得、もつとも適当なのはAg／AgClであ
る。これらはまた、熱電対または抵抗熱量計とし
て、または少なくとも２つの電極またはトランス
ジユーサで媒体３とともに電気化学的電池を形成
するようにして実施できよう。このようにするこ
とにより、本質的に新しい効果が生ずる。すなわ
ち、ポーラログラフ記録により惹起される電流
は、薄膜バツフアチヤンバ１内を流れ、組織の機
能に望ましくない作用を及ぼさない。
薄膜バツフアチヤンバプローブの１つの可能な
実施例が第４図に示されている。この実施例にあ
つては、絶縁基板７は、応用または作業を容易に
するため、他の絶縁性および／または導電性補助
基板２０上に装着されよう。しかして、この補助
基板は、導体１４が配置された絶縁性支持体１３
上に支持されている。絶縁基板７上の導体８は、
支持体１３上の導体１４に導線１５により電気的
に接続されている。導体１４ならびに薄膜バツフ
アチヤンバ１内の電極またはトランスジユーサへ
の簡単、迅速かつ確実な電気的接触を保証するた
め、接触プラグ１６が絶縁支持体１３上に取り付
けられており、導体１４に電気的に接続されるよ
うになされている。上述の配置体を絶縁材料１
７、好ましくは合成プラスチツク樹脂または同等
物で適当に注成することによつて、絶縁材料１７
と絶縁基板７により容器１８が形成される。しか
して、基板７上に薄膜バツフアチヤンバ１が位置
づけられている。容器１８は上方が開放されてお
り、任意封止できる。この形式は、組織培養の研
究に特に適当であり、培養は容器内に収容され
る。プローブは他の点では同じである。
実施例が第４図に示されている。この実施例にあ
つては、絶縁基板７は、応用または作業を容易に
するため、他の絶縁性および／または導電性補助
基板２０上に装着されよう。しかして、この補助
基板は、導体１４が配置された絶縁性支持体１３
上に支持されている。絶縁基板７上の導体８は、
支持体１３上の導体１４に導線１５により電気的
に接続されている。導体１４ならびに薄膜バツフ
アチヤンバ１内の電極またはトランスジユーサへ
の簡単、迅速かつ確実な電気的接触を保証するた
め、接触プラグ１６が絶縁支持体１３上に取り付
けられており、導体１４に電気的に接続されるよ
うになされている。上述の配置体を絶縁材料１
７、好ましくは合成プラスチツク樹脂または同等
物で適当に注成することによつて、絶縁材料１７
と絶縁基板７により容器１８が形成される。しか
して、基板７上に薄膜バツフアチヤンバ１が位置
づけられている。容器１８は上方が開放されてお
り、任意封止できる。この形式は、組織培養の研
究に特に適当であり、培養は容器内に収容され
る。プローブは他の点では同じである。
薄膜バツフアチヤンバの他の可能な実施例が、
第５図に断面で示さいれている。絶縁基板７は針
状形状を有する。絶縁基板７は、絶縁性および／
または導電性の他の基板２０上に支持されてお
り、そしてこの他の基板は絶縁基板７と同じ針様
形状を有している。このようにすることにより、
組織の損傷は阻止される。導体８および１４の非
絶縁部分ならびに電気接続線１５および１９は、
絶縁材料１７により埋め込まれる。プローブは、
その他の点は同じである。
第５図に断面で示さいれている。絶縁基板７は針
状形状を有する。絶縁基板７は、絶縁性および／
または導電性の他の基板２０上に支持されてお
り、そしてこの他の基板は絶縁基板７と同じ針様
形状を有している。このようにすることにより、
組織の損傷は阻止される。導体８および１４の非
絶縁部分ならびに電気接続線１５および１９は、
絶縁材料１７により埋め込まれる。プローブは、
その他の点は同じである。
本発明のさらに他の可能な実施例が第６図に示
されている。絶縁基板７または絶縁性および／ま
たは導電性の基板２０は、円筒形状を有してい
る。他のすべての特徴は、第５図と関連して説明
したのと同じである。
されている。絶縁基板７または絶縁性および／ま
たは導電性の基板２０は、円筒形状を有してい
る。他のすべての特徴は、第５図と関連して説明
したのと同じである。
第５図および第６図は、特に、体内に深く位置
する組織領域すなわち深い脳組織、皮下組織部分
等を研究に適当である。
する組織領域すなわち深い脳組織、皮下組織部分
等を研究に適当である。
第４図のプローブの変形が第７図に示されてい
る。上述のプローブを絶縁材料１７内に適当に埋
め込むことにより、容器１８が形成される。容器
１８は、上方が開放されており、薄膜バツフアチ
ヤンバ１の孔が流入出自在に維持されている。
る。上述のプローブを絶縁材料１７内に適当に埋
め込むことにより、容器１８が形成される。容器
１８は、上方が開放されており、薄膜バツフアチ
ヤンバ１の孔が流入出自在に維持されている。
本発明は特許請求の範囲から逸脱することなく
他の形式で具体化できるものである。
他の形式で具体化できるものである。
第１〜３図は本発明のプローブのチヤンバの３
つの可能な形式を示す断面図、第４〜７図は異な
る形式のプローブの断面図である。 １：チヤンバ、２：電極またはトランスジユー
サ、３：媒体、４：小孔（アパーチヤー）、５：
高さ、６：絶縁被覆層、７：絶縁基板、９：被試
験物質、１０：凹部。
つの可能な形式を示す断面図、第４〜７図は異な
る形式のプローブの断面図である。 １：チヤンバ、２：電極またはトランスジユー
サ、３：媒体、４：小孔（アパーチヤー）、５：
高さ、６：絶縁被覆層、７：絶縁基板、９：被試
験物質、１０：凹部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 組織の活動を記録しまたは活動に作用するよ
うに構成された医学的プローブであつて、絶縁基
板を有し、この絶縁基板上に導電体が被試験材料
に関して絶縁されて配置され、電極またはトラン
スジユーサまで延びているものにおいて、少なく
とも１つの電極またはトランスジユーサが、絶縁
基板上に支持された薄い絶縁被覆層で囲繞され、
該被覆層が前記絶縁基板とともに薄膜バツフアチ
ヤンバを形成し、該薄膜バツフアチヤンバが、媒
体で充填され、かつ前記被覆層に該媒体と被試験
材料を連通させる少なくとも１つの小孔を有して
おり、前記被覆層が0.5μｍないし10μｍの厚さを
有し、前記薄膜バツフアチヤンバが約30μｍ以下
の高さを有することを特徴とする医学的プロー
ブ。 ２ 前記媒体が、気体、液体または固体形式の電
解質およびイオン交換体よりなる群から選択され
る特許請求の範囲第１項記載のプローブ。 ３ 前記被覆層が、SiO2、SiOx、Si3N4、SiOx
N4、TiO2、Ta2O5より成る群から選択された材
料から成る特許請求の範囲第１項記載のプロー
ブ。 ４ 前記薄膜バツフアチヤンバが絶縁基板表面の
凹部であり、前記被覆層が前記凹部の開放側に並
置された特許請求の範囲第１項記載のプローブ。 ５ 前記電極またはトランスジユーサが、金、白
金、金属間化合物、半導体材料および金属塩より
成る群から選択された材料より成る特許請求の範
囲第１項記載のプローブ。 ６ 前記媒体とともに電気化学的電池を形成する
２つの電極またはトランスジユーサを備える特許
請求の範囲第１項記載のプローブ。 ７ 前記電気的接触部材を支持した電気的絶縁体
を有し、各電気的接触部材が、導体を経て前記電
極およびトランスジユーサの１つに電気的に接続
された特許請求の範囲第１項記載のプローブ。 ８ プローブが、前記小孔と整列する開口を有す
る電気絶縁材料内に埋め込まれた特許請求の範囲
第１項記載のプローブ。 ９ 前記絶縁基板とこれを支持する基板が、各々
針状である特許請求の範囲第１項記載のプロー
ブ。 １０ 前記絶縁基板が円筒形状であり、一端で閉
鎖されている特許請求の範囲第１項記載のプロー
ブ。 １１ 少なくとも１つの電極またはトランスジユ
ーサが、電気的絶縁基板に並置された薄い絶縁性
の非金属被覆層より囲繞され、前記電極またはト
ランスジユーサに接続された導電体を備え、前記
被覆層が前記絶縁基板とともに薄膜バツフアチヤ
ンバを形成し、該薄膜バツフアチヤンバが、媒体
で充填されるように適合されており、かつ前記被
覆層に該媒体と被試験材料を連通させる少なくと
も１つの小孔を有し、前記被覆層が0.5μｍないし
10μｍの厚さを有し、前記薄膜バツフアチヤンバ
が30μｍ以下の高さを有し、前記電極またはトラ
ンスジユーサが前記薄膜バツフアチヤンバの高さ
より相当に薄い厚さを有することを特徴とする医
学的試験プローブ。 １２ 前記薄膜バツフアチヤンバが、気体、液体
または固体形式の電解液およびイオン交換体より
成る群から選択された媒体で充たされ、前記被覆
層がSiO2、SiOx、Si3N4、SiOxN4、TiO2、
Ta2O5より成る群から選択された材料より作られ
た特許請求の範囲の第１１項記載のプローブ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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