JP2009258024A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガスセンサに関し、さらに詳しくは、例えばメタン資化細菌などの有機物資化細菌が有する有機物代謝機能を利用したガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor, and more particularly, to a gas sensor using an organic substance metabolism function possessed by organic substance-utilizing bacteria such as methane-utilizing bacteria.
揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などの生活環境における有害ガス物質、食品鮮度臭気、ガス成分などの検出・測定が可能なガスセンサや、計測技術の開発が望まれている。 Development of a gas sensor capable of detecting and measuring harmful gas substances such as volatile organic compounds (VOC) in the living environment, food freshness odor, gas components, and measurement technology is desired.
一般に、ガス計測では半導体素子を用いた半導体式ガスセンサなどの無機デバイスが用いられている。このような無機デバイスを用いたガスセンサのガス検出原理は、ガス種が半導体デバイスに吸着されることにより、半導体デバイス表面の特性変化を検出するものである。しかし、このようなガスセンサでは、ガス種に対する選択性が必ずしも高くはない。このため、このような無機デバイスを用いたガスセンサは、上述した揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などの生活環境における有害ガス物質、食品鮮度臭気、ガス成分などの検出・測定には不向きなものであった。 In general, an inorganic device such as a semiconductor gas sensor using a semiconductor element is used for gas measurement. The gas detection principle of such a gas sensor using an inorganic device is to detect a change in characteristics of the surface of the semiconductor device by adsorbing a gas species to the semiconductor device. However, such a gas sensor does not necessarily have high selectivity for the gas type. For this reason, a gas sensor using such an inorganic device is not suitable for detection and measurement of harmful gas substances such as the volatile organic compounds (VOC) described above, food freshness odor, and gas components. It was.
この他に、メタンガスやエタンガスを微生物を用いて測定する微生物センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような微生物センサでは、メタンガスやエタンガスの状態では有機物代謝機能を応答性良く発揮させることはできず、メタンやエタンなどのガスを液相中で一旦メタノールやエタノールに変化させる操作が必要であった。加えて、この微生物センサで室内大気中の揮発性有機化合物の個別測定濃度を計測しようとする場合、培養液中に被測定用の気体をバブリングしかつ撹拌するなどして濃度分布が起きないようする工夫が必要であった。このため、このような微生物センサでは、直接、メタンガスやエタンガスなどの気体を測定する能力が著しく低く実用的なものではない。
そこで、本発明の主たる目的は、有機物資化細菌を用いて有機化合物をガスの状態で、ガス種に対する選択性が高く、しかも感度よく検出・測定することができるガスセンサを提供することにある。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a gas sensor that uses an organic substance-assimilating bacterium to detect an organic compound in a gas state, has high selectivity for a gas species, and can detect and measure with high sensitivity.
本発明の他の目的は、検出操作が簡単で使い捨てが可能なガスセンサを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a gas sensor that is simple in detection operation and can be disposable.
本発明の特徴は、ガスセンサであって、互いに対向する一対の電極と、これら一対の電極間に配置されたメディエータと、メディエータに接触するように担持された有機物資化細菌と、メディエータおよび有機物資化細菌に接触するように配置された還元剤と、を備えることを要旨とする。 A feature of the present invention is a gas sensor, a pair of electrodes facing each other, a mediator disposed between the pair of electrodes, an organic substance-assimilating bacterium supported so as to contact the mediator, the mediator, and the organic substance And a reducing agent disposed so as to come into contact with the bacterium.
還元剤としては、前記有機物資化細菌の代謝産物、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸などを用いることができる。 As the reducing agent, metabolites of the organic substance-assimilating bacteria, alcohols, aldehydes, ketones, carboxylic acids, and the like can be used.
有機物資化細菌としては、メタン資化細菌を用いることが好ましいが、この他に各種の有機物資化細菌を適用することができる。 As the organic substance-assimilating bacterium, methane-assimilating bacteria are preferably used, but various other organic substance-assimilating bacteria can be applied.
本発明に係るガスセンサによれば、有機化合物をガスの状態で、ガス種に対する選択性が高く、しかも感度よく検出・測定することができる。また、本発明によれば、検出操作が簡単で使い捨てが可能なガスセンサとすることができる。 The gas sensor according to the present invention can detect and measure an organic compound in a gas state with high selectivity to a gas species and with high sensitivity. Further, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that is easy to detect and disposable.
以下、本発明の各実施の形態に係るガスセンサについて説明する。 The gas sensor according to each embodiment of the present invention will be described below.
（第１の実施の形態）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態に係るガスセンサを示している。なお、図１は本実施の形態に係るガスセンサの概略構成を示す断面図、図２はガスセンサの平面図、図３はガスセンサを用いた電流出力型の検出回路を示す図である。
(First embodiment)
1 to 3 show a gas sensor according to a first embodiment of the present invention. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the gas sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of the gas sensor, and FIG. 3 is a diagram showing a current output type detection circuit using the gas sensor.
本実施の形態に係るガスセンサ１は、本発明に有機物資化細菌としてメタン資化細菌を適用したものである。 The gas sensor 1 according to the present embodiment is obtained by applying a methane-assimilating bacterium as an organic substance-assimilating bacterium to the present invention.
図１に示すように、ガスセンサ１は、支持基体としての筐体２と、この筐体２内の底部に配置されカソード電極４と、カソード電極４の上に配置された固体電解質膜５と、固体電解質膜５の上に配置されたアノード電極６と、アノード電極６の上に配置され、メディエータと還元剤とを含むメディエータ含浸層７と、メディエータ含浸層７の上に配置された細菌固定粒子８と、を備えて大略構成されている。
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 includes a
図１に示すように、筐体２は、容器状の筐体本体２ａと、筐体本体２ａの上部開口部を閉塞する蓋体２ｂとから構成されている。筐体本体２ａの底部には、底部を貫通する複数の空気導入口２１が形成されている。また、図１および図２に示すように、蓋体２ｂには窓状のガス透過部９が設けられている。このガス透過部９は、蓋体２ｂの外側から筐体２内に被検出ガスを透過させる機能を有する。これら筐体本体２ａおよび蓋体２ｂは、電気絶縁性を有する材料で形成されている。具体的には、構成材料として、ガラス、合成樹脂（ＰＤＭＳ樹脂、ポリイミド、ポリアミド系樹脂など）、シリコン、セラミックスなどで形成することができる。例えば、筐体２を作製する場合は、ＭＥＭＳ加工技術を用いて微細加工することができる。なお、ガス透過部９の外側面を閉塞する空気遮断シールを予め貼り付けておき、ガスセンサ１でガスの検出・測定を行う際にこの空気遮断シールを剥離する構成としてもよい。
As shown in FIG. 1, the
本実施の形態におけるガス透過部９は、蓋体２ｂに矩形状に開口された窓部２２に、蓋体２ｂと同等の厚さを有する連続多孔質なセラミックス板を、嵌め合わせて固定されたものである。ガス透過部９として用いることができるその他の材料としては、連続多孔質なガラス、金属メッシュなどがある。
The gas
なお、本実施の形態では、容器状の筐体本体２ａと蓋体２ｂとからなる筐体２を支持基体として適用したが、ガラス、合成樹脂（ＰＤＭＳ樹脂、ポリイミド、ポリアミド系樹脂など）、シリコン、セラミックスなどでなる基板を支持基体として用いてもよい。この場合、基板上に、順次、カソード電極４、固体電解質膜５、アノード電極６、メディエータ含浸層７、細菌固定粒子８を重ね合わせるように配置させ、これらの積み上げ構造体を電気絶縁性を有する樹脂膜などで覆い、細菌固定粒子８が外気と接触可能に設けられた構成としてもよい。
In the present embodiment, the
本実施の形態で用いるメタン資化細菌は、Ｉ型、Ｘ型、II型の３種類を用いることができる。 As the methane-utilizing bacterium used in the present embodiment, three types of type I, type X and type II can be used.
Ｉ型のメタン資化細菌としては、メタノマナス・アルバス〔Methanomonas albus (ATCC33003, NCIB 11123 )〕、メチロマナス・アギル〔Methylomonas agile (ATCC35068, NCIB 11124 ) 〕、メチロバクタ・ルテウス〔Methylobacter luteus (ATCC49878, NCIB 11914 )〕、メチロバクタ・ホワイテンブリイ〔Methylobacter whittenburyi (ATCC51738, NCIB 11128 )〕などを用いることができる。 Examples of type I methane-utilizing bacteria include Methanomonas albus (ATCC33003, NCIB 11123), Methylomonas agile (ATCC35068, NCIB 11124), Methylobacter luteus (ATCC49878, NCIB 11123). Methylobacter whittenburyi (ATCC51738, NCIB 11128)] and the like can be used.
Ｘ型のメタン資化細菌としては、メチロコッカス・カプソルタス・バス〔Methylococcus capsultus Bath (ATCC33009, NCIB 11132 )〕を用いることができる。 As the X-type methane-utilizing bacterium, Methylococcus capsultus bath (ATCC33009, NCIB 11132) can be used.
II型のメタン資化細菌としては、メチロシヌス・スポリウム〔Methylosinus sporium (ATCC35069, NCIB 11126 ) 〕、メチロシヌス・トリコスポリウム〔Methylosinus trichosporium OB3b (ATCC35070, NCIB 11131 ) 〕、メチロシスティス・パルバス〔Methylocystis parvus (ATCC35066, NCIB 11129 )〕などを用いることができる。 Type II methane-utilizing bacteria include Methylosinus sporium (ATCC35069, NCIB 11126), Methylosinus trichosporium OB3b (ATCC35070, NCIB 11131), Methylocystis parvas [66, NCIB 11129)] can be used.
還元剤としては、メタン資化細菌の代謝物である、メタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸、コハク酸などや、電子伝達体である、還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチド （ＮＡＤＨ）、ジュロキノールなどや、他のアルコール、他のアルデヒド、ケトン、カルボン酸を用いることができる。なお、この還元剤は、メディエータ含浸層７における細菌固定粒子８に近い表面部分に配置することが好ましが、メディエータ含浸層７内にメディエータと混在させてもよい。
Reducing agents include metabolites of methane-utilizing bacteria, such as methanol, formaldehyde, formic acid, and succinic acid, and electron carriers such as reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and juroquinol. Alcohols, other aldehydes, ketones and carboxylic acids can be used. The reducing agent is preferably disposed on the surface portion of the mediator-impregnated
細菌固定粒子８は、細菌固定担体にメタン資化細菌を担持もしくは外気と接触可能に封止した粒子である。細菌固定担体としては、例えば、活性炭、活性炭素繊維などの炭素系担体、セライト、カオリンなどの鉱物質担体、多孔質セラミックス担体、無機質系中空ビーズ、樹脂架橋連続気泡発泡体や、これらの混合物を用いることができる。
The bacteria-fixed
メディエータとしては、ベンジル・バイオロジェン〔Benzyl Viologen ( Ｅ０’＝ −０．４６Ｖ )〕、メチレン・ブルー〔Methylen blue (Ｅ０’＝＋０．０１１Ｖ)〕、ブリリアント・クレジル・ブルー〔Brilliant Cresyl Blue (Ｅ０’＝＋０．０４７Ｖ)〕、チオニン〔Thionine (Ｅ０’＝＋０．０６Ｖ) 〕、5-メチル・フェナジニウム〔5-Methyl phenazinium（Ｅ０’＝ ＋０．０８Ｖ）〕、N,N,N’,N’,-テトラメチル-ｐ-フェニレンジアミン〔N,N,N’,N’,-Tetramethyl-p-phenylendiamine ( Ｅ０’＝＋０．２６Ｖ)〕などを用いることができる。 Mediators include Benzyl Viologen (E0 ′ = − 0.46V), Methylene Blue (E0 ′ = + 0.011V), Brilliant Cresyl Blue (E0). '= + 0.047V)], thionine [Thionine (E0' = + 0.06V)], 5-methylphenazinium (E0 '= + 0.08V)], N, N, N', N ' , -Tetramethyl-p-phenylenediamine [N, N, N ′, N ′,-Tetramethyl-p-phenylendiamine (E0 ′ = + 0.26V)] and the like can be used.
メディエータやメタン資化細菌を含ませるメディエータ含浸層７の材料としては、活性炭および活性炭素繊維、セライト、カオリン等の鉱物質担体、多孔質セラミックス担体、無機質系中空ビーズ、樹脂架橋連続気泡発泡体、およびこれらの混合物を用いることができる。
Examples of the material for the mediator impregnated
なお、本実施の形態では、メタン資化細菌をメディエータとともにメディエータ含浸層７に含ませたが、メタン資化細菌はメディエータ含浸層７の上に積層した図示しない細菌固定担体層に含ませる構成としてもよい。
In this embodiment, the methane-assimilating bacteria are included in the mediator-impregnated
固体電解質膜５を構成する固体電解質材料としては、パーフルオロスルホン酸系カチオン交換膜、スチレン−ジビニルベンゼン系カチオン交換膜などのプロトン選択透過膜を用いることができる。
As the solid electrolyte material constituting the
カソード電極４は、カーボンで形成され固体電解質膜５側の表面に貴金属触媒が配されている。アノード電極６は、カーボン（蒸着膜もしくは繊維）で形成されている。また、筐体本体２ａの外側に導出されたカソード電極４のリード端子４ａやアノード電極６のリード端子６ａは、金属、もしくは炭素等の導体で形成されている。
The
以上、本実施の形態に係るガスセンサ１の構成について説明したが、このガスセンサ１を用いることにより、メタン資化細菌の持つ有機化合物を酸化する機能を用いてアルカンやアルケンなどの有機化合物を検出・測定することが可能である。なお、被検出用の有機化合物としては、以下のような有機化合物を挙げることができる。 The configuration of the gas sensor 1 according to the present embodiment has been described above. By using the gas sensor 1, an organic compound such as alkane or alkene can be detected and used with a function of oxidizing an organic compound possessed by methane-utilizing bacteria. It is possible to measure. Examples of organic compounds to be detected include the following organic compounds.
（検出可能な有機化合物）：メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘプタン、プロピレン、酸化プロピレン、ベンゼン、フェノール、トルエン、ｐ−ヒドロキシ・トルエン、安息香酸、エチルベンゼン、ｏ−ヒドロキシエチルベンゼン、２−フェニルエタノール、フェニル酢酸、１−フェニルヘプタン、１−ヒドロキシ−１−フェニルヘプタン、１−フェニルヘプタン−７−アルデヒド、１−オキソ−１−フェニルヘプタン、桂皮酸（Cinnamic acid）、ｍ−クロロトルエン、ベンジルアルコール、メタもしくはパラ配位のメチルベンジルアルコール、ヒドロキシヘプタン酸、ｍ−クレゾール、メタおよｂパラ配位のヒドロキシベンズアルデヒド、ｏ−クロロトルエン、５−メチル−１，３−ベンゼンジオール
細菌固定粒子８に担持されたメタン資化細菌は、本来、メタンからメタノールへの変換を触媒する酵素であるメタンモノオキシゲナーゼ（ＭＭＯ）を有している。しかし、このＭＭＯのみでは、アルカン（ＣｎＨ２ｎ＋２）やアルケン（ＣｎＨ２ｎ）などに属する揮発性有機化合物のガスを速やかに変換（酸化）することはできない。このＭＭＯは、メタン以外のアルカンやアルケンでも第一段階で酸化を促進させる反応速度が遅い。したがって、メタン資化細菌のみを用いてガスセンサを構成した場合、揮発性有機化合物のガスを検出・測定しようとしても、反応速度が遅すぎるため応答性が低くガスセンサとして実用的ではない。
(Detectable organic compound): methane, ethane, propane, butane, heptane, propylene, propylene oxide, benzene, phenol, toluene, p-hydroxytoluene, benzoic acid, ethylbenzene, o-hydroxyethylbenzene, 2-phenylethanol, Phenylacetic acid, 1-phenylheptane, 1-hydroxy-1-phenylheptane, 1-phenylheptane-7-aldehyde, 1-oxo-1-phenylheptane, cinnamic acid, m-chlorotoluene, benzyl alcohol, Meta or para coordinated methylbenzyl alcohol, hydroxyheptanoic acid, m-cresol, meta and b para coordinated hydroxybenzaldehyde, o-chlorotoluene, 5-methyl-1,3-benzenediol supported on bacterial fixed
図４は、アルケンであるプロピレン（Ｃ３Ｈ６）をメタン資化細菌のみにより酸化させて酸化プロピレン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）を生成させた場合（図中○で示す）と、メタン資化細菌に還元剤としてのメタノールを添加して酸化プロピレン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）を生成させた場合（図中△で示す）との経時変化を比較した図である。
4, the case where propylene is the alkene (
さらに詳しくは、この試験では、メタン資化細菌の細胞懸濁液を含む反応混合物として、メタン資化細菌を（３．４６×１０−２ｍｇ dry-cell ｍｌ−２）、プロピレンを１１２μｍｏｌ、酸素を１０３μｍｏｌを、還元剤としてのメタノールを０．４ｍＭを添加したリン酸緩衝液（２２ｍｍｏｌ）を、ｐＨ７．０、温度３０℃の条件で測定している。 More specifically, in this test, as a reaction mixture containing a cell suspension of methane-utilizing bacteria, methane-utilizing bacteria (3.46 × 10 −2 mg dry-cell ml −2 ), propylene 112 μmol, oxygen Is phosphate buffer (22 mmol) to which 0.4 mM of methanol as a reducing agent is added, under the conditions of pH 7.0 and temperature of 30 ° C.
図４に示すように、還元剤（メタノール）を添加した場合は、測定開始から５分以内にに酸化プロピレンが０．６ｍｍｏｌを越えて測定されている。一方、還元剤を加えない場合は、１０分経過しても０．１ｍｍｏｌ程度で反応応答性が低いものであった。このことから、本実施の形態に係るガスセンサ１は、還元剤を備えた構成であるため、ガスセンサ１として、応答性が高く感度が良好であり、確実な検出結果を得ることが可能となる。これに対して、還元剤を含まない場合は、応答性が低く速やかに検出結果を得ることはできない。 As shown in FIG. 4, when a reducing agent (methanol) is added, propylene oxide is measured to exceed 0.6 mmol within 5 minutes from the start of measurement. On the other hand, when no reducing agent was added, the reaction responsiveness was low at about 0.1 mmol even after 10 minutes. From this, since the gas sensor 1 which concerns on this Embodiment is a structure provided with the reducing agent, as the gas sensor 1, it is highly responsive, a sensitivity is favorable, and it becomes possible to obtain a reliable detection result. On the other hand, when the reducing agent is not included, the response is low and the detection result cannot be obtained quickly.
本実施の形態では、細菌固定粒子８が接触するメディエータ含浸層７に、アルカンやアルケンを還元する還元剤が配されているため、アルカンやアルケンを初期の段階で還元して酸化反応を速やかにさせることができる。
In the present embodiment, a reducing agent that reduces alkane or alkene is disposed in the mediator-impregnated
ここで、メタン資化細菌として、メチロシヌス・トリコスポリウム（Methylosinus trichosporium OB3b）を用いたアルカンの酸化工程の一例を、メタン（ＣＨ４）を用いて説明する。下記の反応工程を示す反応式は、メタンの酸化工程を模式的に示している。
上記反応式に示すように、本実施の形態に係るガスセンサ１では、ガス透過部９を透過して細菌固定粒子８に到達したメタンは、メディエータ含浸層７の表面に配された還元剤から２つ電子を受け取る。この結果、メタン（ＣＨ４）は、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）を生成する。このように、メタンが還元剤から２電子を受け取ることにより、速やかにメタノールに変化する。メタンからメタノールへ変化する反応式は、下記の通りである。
As shown in the above reaction formula, in the gas sensor 1 according to the present embodiment, methane that has passed through the gas
ＣＨ４＋２Ｈ＋＋２ｅ−＋Ｏ２→ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ
次に、メタン資化細菌は、上記のように生成されたメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を、上記反応工程を示した式に示すようにメタン資化細菌が持つ酵素Ｉの作用により、ホルムアルデヒド（酸化メチレン；ＨＣＯＨ）に変化させると共に２電子を放出する。
CH4 + 2H + + 2e − + O 2 → CH 3 OH + H 2 O
Next, the methane-utilizing bacterium uses methanol (CH 3 OH) produced as described above to formaldehyde (oxidation) by the action of the enzyme I possessed by the methane-utilizing bacterium as shown in the equation showing the reaction step. Methylene; HCOH) and two electrons are emitted.
その後、上記反応により生成されたホルムアルデヒドは、上述したように、メタン資化細菌が持つ酵素IIの作用により、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）を生成して２電子を放出する。 Thereafter, the formaldehyde generated by the above reaction generates formic acid (HCOOH) and releases two electrons by the action of enzyme II possessed by the methane-utilizing bacterium, as described above.
次に、上記反応により生成されたギ酸は、上記した反応工程を示した反応式のように、メタン資化細菌が持つ酵素IIIの作用により、二酸化炭素（ＣＯ２）を生成すると共に２電子を放出する。 Next, the formic acid generated by the above reaction generates carbon dioxide (CO 2 ) and two electrons by the action of enzyme III possessed by methane-utilizing bacteria, as shown in the reaction formula showing the above reaction step. discharge.
このように、メタン資化細菌は、その代謝系の中に、メタノールのようなアルコールを二酸化炭素にまで酸化する過程を持つ。以上のような酵素と代謝物との電気化学的反応から、メタノールを酸化する際に２電子、ホルムアルデヒドを酸化する際に２電子、およびギ酸を酸化する際に２電子を取り出すことができる。この電子数すなわち電流は、メタノール濃度に対応するので、発生した電子を電極を通して検出部で電流値もしくは電圧値として検出すれば、ガスセンサ１で感度の良好なメタンの検出ができる。なお、上記反応式１は、メタン資化細菌および還元剤により、メタンを代謝させる経路でガスセンサ１の作用を説明したが、メタン以外の上記したアルカンやアルケンなどのガスセンサとしても同様の検出ができることは勿論である。 Thus, the methane-utilizing bacterium has a process of oxidizing alcohol such as methanol to carbon dioxide in its metabolic system. From the electrochemical reaction between the enzyme and the metabolite as described above, two electrons can be extracted when oxidizing methanol, two electrons when oxidizing formaldehyde, and two electrons when oxidizing formic acid. Since the number of electrons, that is, the current corresponds to the methanol concentration, the gas sensor 1 can detect methane with good sensitivity if the generated electrons are detected as current values or voltage values through the electrodes by the detection unit. In the above reaction formula 1, the action of the gas sensor 1 has been described in a route for metabolizing methane by methane-utilizing bacteria and a reducing agent. However, the same detection can be performed for gas sensors such as alkanes and alkenes other than methane. Of course.
次に、図３を用いて本実施の形態に係るガスセンサ１を組み込んだガス検出装置１０について説明する。
Next, the
図３に示すように、このガス検出装置１０は、ガスセンサ１にオペアンプ１２を使った電流−電圧変換回路１１を接続して構成されている。この電流−電圧変換回路１１の入力は電流で、出力は電圧である。
As shown in FIG. 3, the
ガスセンサ１内に導入された揮発性有機化合物（例えば、メタン）は、上記したように還元剤の作用によりアルコール（例えば、メタノール）に変化する。このアルコールは、メタン資化細菌に取り込まれ、細胞内の各酵素（Ｉ、II、III）と反応して、電子を放出する。このメディエータ含浸層７に含まれるメディエータが電子を捕捉し、電極表面で放出して電流が発生する。この電流は、抵抗１３を通じてオペアンプ１２の出力側へ流れる。この電流をＩとすると、抵抗１３における帰還抵抗はＲなのでオペアンプ１２の出力側には−Ｉ×Ｒの電圧が発生する。この電圧を検出することにより、ガスセンサ１において揮発性有機化合物が代謝されたことが認識でき、ガスの検出が可能となる。
The volatile organic compound (for example, methane) introduced into the gas sensor 1 is changed to alcohol (for example, methanol) by the action of the reducing agent as described above. This alcohol is taken up by methane-utilizing bacteria and reacts with intracellular enzymes (I, II, III) to release electrons. The mediator contained in the mediator-impregnated
被検出ガスがメタンである場合は、各酵素（Ｉ、II、III）による各反応においてそれぞれ電子が放出されるが、メタンの代謝過程の物質が被検出ガスである場合は、メタンに比べて電子の放出量が少なくなり、電流−電圧変換回路１１から出力される電圧波形は、メタンでの電流−電圧変換回路１１と異なる波形となる。この波形は各酵素（Ｉ、II、III）によるどの段階で反応が開始したかによって異なるものである。この波形の分析を行うことにより、被検出ガスの種類も特定することが可能となる。すなわち、本実施の形態に係るガスセンサ１によれば、ガス種に対する選択性を高めることが可能となる。
When the gas to be detected is methane, electrons are released in each reaction by each enzyme (I, II, III), but when the substance in the metabolic process of methane is the gas to be detected, compared to methane The amount of emitted electrons is reduced, and the voltage waveform output from the current-
以上、本実施の形態に係るガスセンサ１およびそれを用いたガス検出装置１０によれば、有機化合物をガスの状態で、ガス種に対する選択性が高く、しかも感度よく検出・測定することが可能となる。
As described above, according to the gas sensor 1 and the
また、本実施の形態に係るガスセンサ１において、筐体２をＭＥＭＳ加工技術を用いて微細加工することにより、電流−電圧変換回路１１とガスセンサ１との実装の効率が飛躍的に向上でき、低コストかつ確実な検出が行え、しかも使い捨てが可能なガスセンサとすることができる。
Further, in the gas sensor 1 according to the present embodiment, the mounting efficiency of the current-
さらに、本実施の形態に係るガスセンサ１では、ガスを溶液に溶解させてから検出する手間がなく、ガス状態の有機物を直接検出することができる。このため、本実施の形態に係るガスセンサ１によれば、簡単な操作でガス検出・測定を行える。 Furthermore, in the gas sensor 1 according to the present embodiment, there is no need to detect after dissolving the gas in the solution, and the organic substance in the gas state can be directly detected. For this reason, according to the gas sensor 1 which concerns on this Embodiment, gas detection and a measurement can be performed by easy operation.
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るガスセンサについて図５を用いて説明する。なお、本実施の形態において上記第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
A gas sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図５に示すように、本実施の形態に係るガスセンサ１では、筐体本体２ａの深さを上記第１の実施の形態の筐体本体２ａの深さよりやや深く形成し、底部に開口部を一切設けない構成となっている。そして、この筐体本体２ａの内底に酸化剤３が充填されている。この酸化剤３の上に、電子受容体としてのカソード電極４が配置されている。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態の構成と同様である。
As shown in FIG. 5, in the gas sensor 1 according to the present embodiment, the depth of the
本実施の形態に係るガスセンサ１では、酸化剤３として、ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムなどを用いることができる。このように、本実施の形態では、筐体本体２ａの底部に開口部を設けずに、内底に酸化剤３を内在させたことにより、揮発性有機化合物のみならず溶液系の有機化合物の検出・測定も可能となる。
In the gas sensor 1 according to the present embodiment, potassium hexacyanoferrate (III) can be used as the
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
It should not be understood that the descriptions and drawings which form part of the disclosure of the above-described embodiments limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、上記各実施の形態では、筐体２を有する構造のガスセンサ１について説明したが、基板形状のガスセンサや環状構造のガスセンサ１など、各種の構造のガスセンサとすることもできる。
For example, in each of the above embodiments, the gas sensor 1 having the structure having the
また、上記各実施の形態では、還元剤として、メタン資化細菌の代謝物である、メタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸、コハク酸などの他に、実質的に還元機能を有する各種の還元剤を適用することが可能である。また、この還元剤の配置位置は、実質的にメタン資化細菌の近傍であれば、メディエータ含浸層７内でなくてもよい。
In each of the above-described embodiments, various reducing agents having a substantially reducing function are applied as reducing agents, in addition to methanol, formaldehyde, formic acid, succinic acid, and the like, which are metabolites of methane-utilizing bacteria. It is possible. Further, the position of the reducing agent may not be in the mediator impregnated
さらに、上記各実施の形態では、炭化水素を資化する細菌として、メタン資化細菌を適用したが、アルコールを資化する細菌など各種のものを適用することが可能である。 Further, in each of the above-described embodiments, methane-utilizing bacteria are applied as bacteria that assimilate hydrocarbons, but various kinds of bacteria such as bacteria that assimilate alcohol can be applied.
また、上記各実施の形態では、細菌固定担体として有機物資化細菌を粒子状の構造体に含ませてなる細菌固定粒子８としたが、この構造に限定されるものではなく、各種の固定構造を採用することができる。
In each of the above-described embodiments, the bacteria-immobilized
さらに、上記各実施の形態では、電極同士を上下平行に配置したが、対向する一対の電極であればよく、様々な配置構造を採用することが可能である。 Furthermore, in each of the above embodiments, the electrodes are arranged in parallel in the vertical direction, but a pair of electrodes facing each other may be used, and various arrangement structures can be employed.
１ ガスセンサ
２ 筐体
２ａ 筐体本体
２ｂ 蓋体
４ カソード電極
４ａ、６ａ リード端子
５ 固体電解質膜
６ アノード電極
７ メディエータ含浸層
８ 細菌固定粒子
９ ガス透過部
１０ ガス検出装置
１１ 電圧変換回路
１２ オペアンプ
１３ 抵抗
２１ 空気導入口
２２ 窓部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記一対の電極のうち一方の前記電極に接触するように配置されたメディエータと、
前記メディエータに接触するように配置され、かつ内部に有機物資化細菌が配置された細菌固定担体と、
前記メディエータおよび前記有機物資化細菌に接触するように配置された還元剤と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。 A pair of electrodes facing each other;
A mediator disposed to contact one of the pair of electrodes;
A bacteria-fixing carrier that is disposed so as to contact the mediator and in which organic substance-assimilating bacteria are disposed;
A reducing agent arranged to contact the mediator and the organic assimilating bacteria;
A gas sensor comprising:
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130075279A1 (en) * | 2009-12-08 | 2013-03-28 | Cambrian Innovation, Inc. | Microbially-based sensors for environmental monitoring |
| US11150213B2 (en) | 2011-06-14 | 2021-10-19 | Cambrian Innovation Inc. | Biological oxygen demand sensors |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5722551A (en) * | 1980-07-16 | 1982-02-05 | Ajinomoto Co Inc | Method for measuring methane by microbiological electrode |
| JPH11174017A (en) * | 1997-12-08 | 1999-07-02 | Akebono Brake Res & Dev Center Ltd | Aicroorganism electrode and microorganism sensor |
-
2008
- 2008-04-18 JP JP2008109474A patent/JP2009258024A/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5722551A (en) * | 1980-07-16 | 1982-02-05 | Ajinomoto Co Inc | Method for measuring methane by microbiological electrode |
| JPH11174017A (en) * | 1997-12-08 | 1999-07-02 | Akebono Brake Res & Dev Center Ltd | Aicroorganism electrode and microorganism sensor |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130075279A1 (en) * | 2009-12-08 | 2013-03-28 | Cambrian Innovation, Inc. | Microbially-based sensors for environmental monitoring |
| US9046478B2 (en) * | 2009-12-08 | 2015-06-02 | Cambrian Innovation Inc. | Microbially-based sensors for environmental monitoring |
| JP2015158520A (en) * | 2009-12-08 | 2015-09-03 | カンブリアン イノベーション エルエルシー | Microbially-based sensors for environmental monitoring |
| US9551685B2 (en) | 2009-12-08 | 2017-01-24 | Cambrian Innovation Inc. | Microbially-based sensors for environmental monitoring |
| US11150213B2 (en) | 2011-06-14 | 2021-10-19 | Cambrian Innovation Inc. | Biological oxygen demand sensors |
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