JPH0477573B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は血液等の体液、あるいは生体組織中の
酸素ガス分圧を測定する酸素センサ、とくに炭酸
ガスセンサ、PHセンサ等との複合化に好適な小型
の酸素センサに関するものである。 （従来の技術） 血液をはじめとする体液中、あるいは生体組織
中の酸素分圧は、呼吸及び循環状態を表わす重要
な指標の一つである。この酸素分圧はとくに重症
患者や手術中の患者の呼吸管理のために頻繁に測
定されている。酸素分圧は電解液中に陰極と陽極
の一対の電極（クラーク型の酸素センサ）を設け
て、陰極に流れる電流を測定する。しかしながら
上記方法は電解液の攪拌等により電流値が乱れた
り、陰極と陽極間の電気的接触が不安定となるな
どの問題がある。かかる問題を解消するため近年
電解液を親水性高分子により固定化する試みがな
されている。このような電解液固定化用の親水性
高分子としてはセルロース、コロジオン、酢酸セ
ルロース、ポリヒドロキシエチルメタアクリレー
トなどが用いられており、それらは例えば陰極と
陽極に直接コーテイングするか、もしくは陰極と
陽極間を膜で被覆するものであつた。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら後者の方法では血液モニタリング
に適した細長状の小型センサを作製することが不
可能であり、また前者の方法ではセンサの両極に
コーテイングを行なう時、とくにその先端部でコ
ーテイングむらや組立の際のコーテイングのはが
れが生じやすい等の欠点があつた。これを解決す
るため、本発明者らは、特願昭59−225033号にお
いて陰極及び陽極を親水性中空糸で被覆したセン
サを提案した。しかしこのセンサは陰極面積が大
きいため、寿命が短かくなるという欠点があつ
た。 （問題点を解決するための手段） 本発明の目的は上記特願昭59−225033号で提案
した酸素センサの欠点を解消し、寿命の長いセン
サを提供することである。本発明のセンサは陽極
を親水性の中空糸中に収納するとともに、陰極を
親水性の高分子ゲルで被覆したものである。すな
わち、電解液を含有する親水性中空糸で少なくと
も先端部を被覆した陽極と、先端部を親水性の高
分子ゲルで被覆した陰極を電気的に接続（導通）
させ、しかもその表面をガス透過性膜で被覆した
ことを特徴とする酸素センサである。 （実施例） 次に本発明の酸素センサの一実施例を図面にて
説明する。 第１図及び第２図Ａ，Ｂ（第１図のＡ−A′及び
Ｂ−B′断面図）は陽極線１及び陰極線２を２つ
の孔を有するカテーテル（ダブルルーメンカテー
テル）６中に絶縁樹脂７及び８で封入した例を示
している。このセンサの感応部はカテーテルの先
端部から突出して設けられている。このセンサの
陽極線１は親水性の中空糸３に収納され、陰極線
２はゲル化された親水性高分子ゲル４で被覆され
ており、両者は電解液５にて電気的に接続されて
いる。これらの電極は外側を酸素透過性の膜９で
覆われている。そのため酸素は膜９及び親水性ゲ
ル４を通つて陰極２に拡散する。陰極２に達した
酸素はここで還元をうけ、陰極２に達した酸素量
に相当する電流が流れる。陰極２に達した酸素の
量は、外部の酸素濃度、酸素透過性膜９及び親水
性ゲル４の酸素の透過係数に比例する。従つて膜
９及び親水性ゲル４の厚みと、酸素の透過性は測
定中一定に保つ必要がある。親水性ゲル４は測定
中に変形せず、またオートクレーブ滅菌を行なつ
ても厚みや吸水性が変化しない。また親水性ゲル
４は大きな含水率を持つていることが必要であ
る。なぜなら含水率が低くなると液の電気抵抗が
あがり、電流が酸素の量でなく、親水性ゲルに含
まれる電解液の抵抗により決まることになる。か
かる電解液の抵抗を防ぐため、親水性ゲルの含水
率は通常20％以上であることが好ましい。これよ
り含水率が小さくなると、応答速度が遅くなり、
また膜の導電性が悪くなるため測定が不安定とな
る。 上述の含水率は親水性ゲルをたてに半分に切断
して水に浸漬し、表面に付着した水を紙でぬぐ
つて測定した重量をW₁、このゲルの乾燥重量を
W₀とするとW₁−W₀／W₀で表わされる。ゲルが多孔 質である場合、ゲルの材質が疏水性のものであつ
ても、表面の親水化処理により上記の含水率を満
たすものであれば用いることが出来る。 またゲルの厚さは、厚すぎると応答時間の増大
を引きおこすため、通常５〜100μが好ましい。
この親水性ゲル４としては、セルロース、ポリヒ
ドロキシエチルメタアクリレート、エチレンビニ
ルアルコール共重合体等のポリマーゲルが使用で
きる。オートクレーブ滅菌可能なものとしては、
上記ポリマーや、ポリビニルアルコール
（PVA）、ポリアクリルアミド等の水溶性ポリマ
ーを架橋によつて不溶化したものが用いられる。
架橋法としてはポリマーを溶液状でコーテイング
してから、架橋剤もしくは熱、光により架橋する
方法、モノマーと架橋剤を塗布してから重合する
方法等がある。前者の例としてはポリビニルアル
コールをグルタルアルデヒドや重クロム酸塩と光
により架橋する方法や、グリシジルエーテルを共
重合したポリヒドロキシエチルメタアクリレート
を熱処理により架橋する方法、また後者の方法と
しては、ヒドロキシエチルメタアクリレートとエ
チレングリコールジメタアクリル酸エステルの混
合液を塗布後重合させる方法等がある。 このゲルは、均質な含水ゲルであつても不均質
な多孔性のゲルであつてもかまわないが、後者の
方がオートクレーブ滅菌に耐えるような硬い素材
でも酸素透過性を高くすることができるために好
ましい。このような多孔質の親水ゲルには、架橋
されたPVAやEVA、ポリスルホン、アセテート
樹脂などがあり、これらは人工腎臓用、逆浸透に
用いられている膜と本質的に同じものであり、同
様の方法で作ることができる。 ３は陽極線を被覆する親水性の中空糸であり、
主として電解液を固定する役をはたしている。電
解液は陽極において陰イオンが消費される。その
ため中空糸で保持できる電解液の量がセンサの寿
命を決定する。従つて中空糸の体積及び含水率は
大きい方が寿命の点から好ましいが、あまり体積
を大きくするとセンサの体積が大きくなるので、
通常厚みは50〜1000μが適当である。 このような中空糸３の材質は、上述の親水性ゲ
ル４と同じものが使用できる。 上記カテーテルに収納される陰極２は金、白
金、銀等の貴金属線、また陽極には銀、鉛線等が
用いられるが、通常陰極には白金、陽極には銀が
用いられる。 これらの陰極と陽極は図面に示すように、先端
部においてカテーテル６より露出し、内部電解液
５によつて電気的につながつている。内部電解液
も、上述の中空糸３、あるいは親水ゲル４と同じ
く電解液を含んだ親水性ゲルであるが、この部分
の変形は応答にあまり大きな影響を与えないので
電解液ゲル４に示した材質の他、未架橋PVA等
の比較的熱や外力に弱いゲルをも用いることがで
きる。 またカテーテル６は電気的な絶縁が良好である
ことが必要で、通常ポリアミド、ポリエステル、
ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹
脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂が用いられる。 カテーテル６への２つの極の挿入は、カテーテ
ル作製後行なつてもよいし、陰極と陽極を配置後
カテーテルの成型を行なつてもよい。 ９はガス透過性膜であり、一般にポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ４弗化エチレン、シリ
コン樹脂等のガス透過性の大きいものが用いられ
る。 ７は陰極の絶縁を完全にするための二重絶縁で
あり、８はセンサのたわみをなくするための芯材
である。 本発明の酸素センサは電解液が親水性ポリマー
からなる中空糸で固定されているために耐オート
クレーブ性を有する。また先端に感応部があり、
またその感応部を短かく作ることが出来るために
血管、臓器等の小さな部分での酸素濃度の測定に
適している。 またこのセンサを３以上の孔を有するカテーテ
ルの２つの孔を用いて作製し、他の孔に他のセン
サを収納することにより容易に多重センサを作製
することができる。 以下実施例及び比較例により本発明を詳しく説
明する。 実施例及び比較例 長さ６cm、直径0.1mmの白金線を外径0.4mm、内
径0.2mmのナイロン11製のカテーテル間に埋め込
み、チユーブ内の空〓をエポキシ樹脂で充填した
後、白金線の先端を斜めにカツトして、断面を露
出させ、次いで露出いた先端を親水性ポリマーで
コーテイングし、0.05M NaHCO₃、0.1M NaCl
水溶液を親水性ポリマーに吸収させて陰極を作製
した。 一方上記水溶液を含浸させた中空糸に長さ７
cm、直径0.2mmの銀線を収容して陽極を作製した。
上記陰極と陽極を第１図に示す直径0.5mmと0.3mm
の２つの孔を有する外径1.2mmのシリコンカテー
テルをヘキサンで膨潤させた後、各孔に陽極と陰
極を埋め込んで絶縁樹脂で固定し、さらに陰極と
陽極に先端を封止した外径0.7mm、膜厚0.1mm、長
さ３mmのシリコンチユーブをかぶせ、シリコン接
着剤でカテーテルに固定して酸素センサを作製し
た。このセンサを120℃水蒸気中で30分処理し、
その応答を測定した結果を表−１に示す。

【表】

【表】 （発明の効果） 以上のように本発明の酸素センサは高い安定
性、長時間の寿命、良好な応答性を示し、またオ
ートクレーブを行なつても電流値や応答速度に大
きな変化が見られず、さらに良好な耐久性を有し
ており実用上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酸素センサの断面図であり、
第２図は第１図のＡ−A′、Ｂ−B′の各断面図で
ある。 １……陽極線、２……陰極線、３……中空糸、
４……親水ゲル、５……電解液。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電解液を含有する親水性中空糸で少くとも先
   端部が被覆された陽極線と、先端部が親水性ゲル
   で被覆された陰極線をチユーブ内に収容して、該
   中空糸をチユーブの先端から突出させ、しかも該
   陽極線を被覆した中空糸と陰極線の先端部を電気
   的に接触させて、その表面をガス透過性膜で被覆
   したことを特徴とする酸素センサ。