JPH03180750A - 化学センサ用セル及びそれを備えた化学センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被検対象としてガス濃度やイオン濃度を測定す
るための化学センサに関し、特に医療用として用いられ
、滅菌可能でありインビボ。

インビトロ、エクスビボにおいて使用可能な化学センサ
用セル及びそれを備えた化学センサに関する。

［従来の技術］ この種の化学センサとして、イオン選択性電極を用いた
ｐＨセンサ等のものやＯ２，ＣＯ□等のガス電極を用い
たものが知られている。例えば、ｐＨセンサ等には、従
来、ガラス電極、液膜型電極やイオン選択性電界効果ト
ランジスタ（ＩＳＦＥＴ）等のイオン電極を備え、イオ
ン感応膜により感応作動するようになっており、医療用
センサとしてよく使用され、特に、近年では化学センサ
を生体中に、又は、血液体外循環回路中に直接、挿入し
て使用し、血液中のイオン濃度をモニタリングするもの
が公知である。

この際、生体中、又は回路中においては、化学センサと
細波等とが接触せざる得ないので化学センサをインビボ
、インビトロ、エクスビボ等生体系に用いるためには化
学センサ自体をその使用前に滅菌することが必要である
。滅菌には、一般にγ線滅菌、ＥＯＧ滅菌、オートクレ
ーブ滅菌等があるが、γ線滅菌では感応部の破壊、ＥＯ
Ｇ滅菌では反応物の付着やエチレンオキサイド（ＥＯ）
との反応等の問題があるため、そのような問題がないオ
ートクレーブ滅菌がよく用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の化学センサにあっては、オー
トクレーブ滅菌によるも、それに起因して、化学センサ
を構成するイオン電極の不良が起こり、例えば感度、応
答速度等の特性が劣化し、経時変化が増大する等、問題
があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、
その目的は、化学センサの使用に際し、例えば、オート
クレーブ滅菌を行なう必要がある場合にも、イオン電極
に対しては、オートクレーブ滅菌による影響が及ばない
ようにし、従ってイオン電極の特性の劣化、経時変化の
増大等の不良が起きないようにする等、イオン電極やガ
ス電極等の被検対象電極を別個に評価できるようにした
化学センサ用セル及びそれを備えた化学センサを提供す
るにある。

［課題を解決するための手段］ 上記従来の課題を解決するために、本発明は、被検対象
が流れることが可能な流体流路に設けられ、被検対象感
応膜を有する化学センサ用セルであって、内部に形成さ
れた流体流路を流れる被検対象に接することが可能であ
るとともに、外部に露出してなる前記被検対象感応膜を
少なくとも１つ有する構成を特徴とする化学センサを提
案するものである。

上記構成においては、前記流体流路内が無菌化されてな
る構成を特徴とする化学センサ用セルが提案される。

また、本発明は、上記構成の化学センサ用セルの外部に
露出してなる前記被検対象感応膜に被検対象電極を装着
した構成を特徴とする化学センサを提案するものである
。

［作　用］ 上記構成の本発明に係る化学センサ用セルでは、内部に
形成された流体流路を流れる被検対象に接することが可
能であるとともに、外部に露出してなる被検対象感応膜
を有しているので、例えば、イオンを被検対象とする化
学センサにあって、その化学センサがオートクレーブ滅
菌を必要とする場合にも、化学センサ用セルのみを滅菌
し、流体流路内を無菌化すればよく、例えば、被検対象
感応膜に被検対象電極を装着した化学センサにあっては
、被検対象電極をなすイオン電極が流体流路に直接、接
触しないのでイオン電極の滅菌が不要となり、従って滅
菌に伴うイオン電極の不良を防止し、所期の安定化時間
が短くなる等の感度、応答速度等の特性が劣化するよう
なことなく良好に保持され、経時変化も増大しない等、
化学センサ用セルと化学センサとを別個に評価でき、精
度の高い測定やセンシングが可能であり、耐久性も向上
する。

［実施例〕 以下、本発明の化学センサの第１の実施例を第１及び第
２図を参照して具体的に説明する。

第１図はイオンを被検対象とする滅菌可能な化学センサ
システムに用いられる化学センサの断面図を示す。この
化学センサは、化学センサ用セルを構成する流路セルｌ
と電極体２とより別体に構成されている。

流路セルｌは、その内部に流体流路を構成する液流路３
が形成されるとともに、その液流路３に接するように被
検対象感応膜を構成するイオン選択性感応膜等の種々の
イオン感応膜４〜７が該液流路３に沿って間隔を置いて
複数、配設されている。８は、液流路３に対し直交方向
に流路セルｌに形成された嵌合凹部であり、この嵌合凹
部８の底部に、イオン感応膜４〜７が、外部に露出した
状態で位置されるようになっている。また、液流路３の
出入口９．９には、リン酸塩緩衝溶液等の水溶液を液流
路３内に充填し、密封するためにゴムキャップ等の栓体
ｔｏ、ｔｏが取り付けられている。

このように構成された流路セル１は、オートクレーブ装
置を用いて、例ば、１２Ｌ’ｃで２０分間、高圧水蒸気
処理を行い滅菌し、液流路セル３内を無菌化した後、使
用するまで密封包装して保存される。

一方、電極体２は、上記イオン感応膜４〜７と対応する
同種のイオン感応膜ｌｌ〜１４を先端部に露出させ、被
検対象電極を構成するイオン電極１５〜１８を流路セル
１の嵌合凹部８に嵌入可能に突出形成してあり、流路セ
ル１に対し、分離状態から装着可能に構成され、装着状
態においては、流路セルｌのイオン感応膜４〜７とイオ
ン電極１５〜１８のイオン感応膜１１〜１４とが接触し
、イオン電極１５〜１８を感応作動するようになってい
る。この電極体２については、滅菌することなく、保存
され、使用時に流路セルｌに装着される。イオン電極１
５〜１８は、導電性基体を構成するグラファイト電極１
９の表面に酸化還元機能膜２０を介して上記イオン感応
膜１１〜１４を被覆して、形成されている。

なお、２２は、イオン電極１５〜１８を保持する保持部
材、２３及び２４は、保持部材２２及び流路セルｌの対
向端部にそれぞれ形成された係合突起及び対応係合凹部
であり、係合突起２３及び対応係合凹部２４の係合によ
り、流路セル１と電極体２との装着状態が適正に保持さ
れるようになっている。

上記流路セルｌは、例えば、次に示すような方法で製造
される。

まず、表１に示す組成のイオン感応膜４〜７を肉厚が０
．５ｍｍのシート状にキャスト法を用いて形成した後、
直径が５ｍｍの円板状にホールポンチを用いて打抜き加
工し、次にポリカーボネート製の流路セルｌの、第２図
に示すように断面円形状に形成された嵌合凹部８に、塩
化メチル−ＴＨＦ溶媒中にポリカーボネート固体とイオ
ン感応膜４〜７の組成成分とを含有する接着剤により、
上記円板状のイオン感応膜４〜７を接着し、５０℃のオ
ーブン中で１日乾燥することにより、流路セル１が得ら
れる。

また、イオン電極１５〜１８は、例えば、次に示すよう
な方法で製造される。

まず、直径が１＋＋＋＋＋＋の丸棒で形成されたグラフ
ァイト電極１９の裏面に被覆銅線２９を銀ペーストで接
続した後、エポキシ樹脂を接着して周囲を被覆絶縁する
とともに、グラファイト電極１９の表面に、電界重合法
を用いて４．４′−ビフェノール重合体膜よりなる酸化
還元機能膜２０を被覆する。次に、上記イオン感応膜４
〜７と同様に、表１に示す組成のイオン感応膜１１−１
４を、直径が３ｍｍの円板状に打抜き、これを、ＴＨＦ
でイオン感応膜１１〜１４の組成成分を溶解した濃厚液
を接着剤として用いて、上記４，４′ビフ工ノール重合
体膜の表面に接着することにより、イオン電極１５〜１
８が得られる。

表 ＫＴｐＣβＰＢ　　　：カリウムテトラキス（ｐ−クロ
ロフェニル）ポレートＢｉｓ（１２−Ｃｒｏｗｎ−４１
：ビス［（１２−クラウン−４）メチル１メチル７０子
ｐｖｃ　　　　　　　　　：ポリ塩化ビニルＤＯ３：　
　ジオクチルセバシン酸エステルＣａ　（ＤＯＰＯ）ｚ
　　：カルシウムビス［ジー（ｎ−オクチルフェニル）
ホスフェート１ＤＯＰＯ：　　シー（ｎ−オクチルフェ
ニル）ネスフェートト 上記構成によれば、電極体２が液流路に接触しないので
、化学センサがオートクレーブ滅菌を必要とする場合に
も、流路セルｌのみを滅菌すればよく、電極体２は、滅
菌が不要となり、従って滅菌に伴うイオン電極１５〜１
８、特に、耐熱性が低い酸化還元機能膜等の不良を防止
し、所期の安定化時間が短くなる等の感度、応答速度等
の特性が劣化することなく良好に保持され、経時変化も
増大しない等、流路セルとイオン電極とを個別に評価で
き、精度の高い測定やセンシングが可能であり、耐久性
も向上する。

次に、本発明の化学センサの第２の実施例を説明する。

第３図に示すように、イオン感応膜３１〜３４を環状に
形成した流路セル３５と固体形の電極体３６とより化学
センサが構成されている。

化学センサ用セルを構成する流路セル３５は、環状スペ
ーサ部材３７とイオン感応膜３１〜３４とが交互に連接
状態に形成されており、例えば、次に示すような方法で
製造される。

まず、表１に示す組成のイオン感応膜３１〜３４を肉厚
が１．０ｍｍのシート状に形成した後、直径が８ｍｍの
ホールポンチで円板状に打抜き加工し、その中央部に直
径５ｍｍの孔を開けて、環状に形成する。

次に、直径が５ｍｍのテフロン棒に、環状スペーサ部材
３７と上記イオン感応膜３１〜３４とを交互に刺すよう
に嵌合し、それらを前記第１の実施例と同様に接着固定
し、乾燥する。乾燥後、テフロン棒を引抜き、そこに形
成された液流路３９の出入端部にコネクター３８．３８
を接着することにより流路セル３５が得られる。

固体型の電極体３６は、ポリイミドフィルム基板４０と
イオン電極４６〜４９とより構成され、イオン電極４６
〜４９は、該基板４０上に、上記イオン感応膜３１〜３
４に対応するように、反応性スパッタリング法を用いて
酸化イリジウム薄層４１（層厚が５０００λ）を形成し
た後、表１に示す組成のイオン感応膜４２〜４５をＴＨ
Ｆ溶媒に溶解し、これを酸化イリジウム薄層４１に塗膜
（膜厚が約２００μｍ）して構成されている。

なお、酸化イリジウム薄層４１の他、酸化ルテニウム、
酸化パラジウム等の酸化物を用い、イオン電極を酸化物
電極としたものが良好である。また、酸化イリジウム薄
層４１の他に、グラファイト含有のコーテイング膜を用
い、この表面に電解重合膜を形成してもよい。

他の構成及び作用、効果は、前記第１の実施例と同様で
ある。

また、上記第２の実施例における流路セル３５の別の製
造方法を、次に説明する。

まず、直径が５ｒｒＩＩＩ＋のテフロン製の丸棒にポリ
カーボネート製の環状スペーサ部材３７を間隔を置いて
並設し、円周方向に沿って粘着テープを貼付した後、表
１に示す組成のうちポリ塩化ビニルをペーストレジン（
平均分子量８００）に替えてなるイオン感応膜３１〜３
４のペーストを環状スペーサ部材３７間に充填する。充
填部を粘着テープで閉塞した後、１３０〜１５０℃のオ
ーブン中でゲル化させることにより、環状にイオン感応
膜３１〜３４が形成され、その後、丸棒を引抜き、コネ
クタ３８を取付けることにより流路セル３５が得られる
。ゲル化の際、その不均一固化を防ぐには丸棒を中心軸
にして回転するとよい。

次に、本発明の化学センサの第３の実施例を第４及び第
５図に基づき説明する。

図中５２は、液流路５１を薄層状に形成してなる流路セ
ルである。例えば、この流路セル５２は、第４図に示す
ように、間口×奥行×肉厚が２５Ｘ１５Ｘ３ｍｍであり
、液流路５１の出入口５３．５３が下方に突設されたポ
リプロピレン（ｐｐ）製の基板５４の奥行方向に沿って
形成された満５５に、表１に示す組成のイオン感応膜５
６〜５９を配設した、間口が１８＋ｎｎ＋、奥行が５開
の矩形の開孔部を有し、肉厚が０．２ｍｍのシリコンゴ
ムシート６０をスペーサとして介在させ、テフロン膜絶
縁したアルミニウム製の外板６１（開口×奥行×肉厚が
２５ＸＩＯＸ０．５ｎ＋ｍ）を、上記基板５４の前端部
分を露出させた状態で接着して構成されている。この外
板６１の部分を恒温用プレート等に密着させると温度制
御が容易となる。

７１〜７４は、イオン電極であり、このイオン電極７１
〜７４として、第１〜３の実施例と同様のものを用いる
こともできるが、図中に示すイオン選択性電界効果トラ
ンジスタを用いると小型化が果され、かつ高精度測定が
可能となる。

なお、６２は、電極体、６３〜６６は、前記イオン感応
膜５６〜５９と対応するイオン感応膜、６７はイオン電
極７１〜７４を保持する保持部材である。この保持部材
６７は、前記流路セル５２の基板５４の前端露出部５４
ａに通しビスねじ６８等により装着されるようになって
いる。

他の構成及び作用効果は、前記第１の実施例と同様であ
る。

次に、本発明者は、上記実施例の効果を確認するために
吹下の実験を行なった。

［実験例］ まず、第１の実施例と同様の流路セル１を密封包装から
取出し被検液が循環する回路に取付けた後、電極体２を
流路セル１に装着固定した。

次に、流路セル１の下流側に基準電極として飽和塩化ナ
トリウム飽和カロメル電極（ＳＳＣＥ）とコモンとして
ｐｔ電極を設置し、５ＳＣＥと各イオン電極１５〜１８
とを差動型エレクトロメータに接続して起電力の測定を
行った。被検液（３７℃）のイオン濃度を変化させた際
の起電力と濃度との関係を、表２に示す。その結果、劣
化は、はとんどみられなかった。

表　　　２ また、応答時間は、ｐＨセンサが５秒以内、Ｎａ、にセ
ンサは１０秒以内Ｃａセンサは１５秒以内であり、迅速
であった。更に、セットアツプ後、被検液を流し始めて
から平衡値に対して±０−５ｍＶ以内で安定電位を発生
するまでの初期安定化時間も５分以内であり、非常に迅
速であった。

以上、実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変
更しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上記各実施例では、イオンを被検対象とする化
学センサについて説明したが、これに限定されるもので
はなく、被検対象感応膜をガス感応膜とし、被検対象電
極をガス電極とする、ガスが被検対象となるような化学
センサにも可能な範囲で適用される。

［発明の効果１ 以上、説明したように本発明に係る化学センサ用セルに
よれば、内部に形成された液流路を流れる被検対象に接
することが可能であるとともに、外部に露出してなる被
検対象感応膜を有しているので、例えば、イオンを被検
対象とする化学センサにあって、その化学センサがオー
トクレブ滅菌を必要とする場合にも、化学センサ用セル
のみを滅菌し、流体流路内を無菌化すればよく、例えば
、被検対象感応膜に被検対象電極を装着した化学センサ
にあっては、被検対象電極をなすイオン電極の滅菌が不
要となり、従って滅菌に伴うイオン電極の不良を防止し
、所期の安定化時間が短くなる等の感度、応答速度等の
特性が劣化するようなことなく良好に保持され、経時変
化も増大しない等、化学センサ用セルと化学センサとを
別個に評価でき、精度の高い測定やセンシングが可能で
あり、耐久性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化学センサの第１の実施例を示す縦断
正面図、第２図は第１図に示す流路セルの平面図、第３
図は第２の実施例を示す縦断正面図、第４図は第３の実
施例を示す斜視図、第５図は第４図の５−５線断面図で
ある。 ３．３９．５１・・・液流路 ４〜８．１１〜１４．３１〜３４．４２〜４５．５６〜
５９．６３〜６６・・・イオン感応膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検対象が流れることが可能な流体流路に設けら
   れ、被検対象感応膜を有する化学センサ用セルであって
   、内部に形成された流体流路を流れる被検対象に接する
   ことが可能であるとともに、外部に露出してなる前記被
   検対象感応膜を少なくとも１つ有することを特徴とする
   化学センサ用セル。
2. （２）前記流体流路内が無菌化されてなることを特徴と
   する請求項１に記載の化学センサ用セル。
3. （３）請求項１又は２に記載の化学センサ用セルの外部
   に露出してなる前記被検対象感応膜に被検対象電極を装
   着したことを特徴とする化学 センサ。