JP5160939B2 - ガスセンサ装置 - Google Patents
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在するため、その中には特にマーカを多く含んでいる。呼気に含まれるマーカの例としては、生活習慣病等の原因である酸化ストレスに起因するエタン及びペンタン、気管支炎等の呼吸疾患によるNO及びCO、胃炎等の消化器疾患に起因するH2、糖尿病によるアセトン等がある。生体情報の中では、呼気のサンプリングが最も簡単である。このことから、呼気ガスをセンシングする、個人の健康管理のためのシステムが特に求められている。
−構成−
図1(A)、(B)及び(C)に、本発明の第1の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置10の平面図、正面図及び側面図をそれぞれ示す。なお、以下に説明する呼気ガスセンサ装置10の構成要素のうち、特に記載が無いものに関しては、その構成材料は、その動作温度の範囲ではガスを漏洩せず、変質も変形もしない材料で構成されているものとする。さらに、その材料は、動作温度の範囲においてはガスを発生しない材料であるものとする。
第1のセンシング部160aは以下のようにして製造される。
第2のセンシング部160bもセンシング部160aと同様に製造される。ただしMePc溶液に代えて、例えば、DAF−2のような、検出対象の特定化学物質とのみ反応する選択能を有する蛍光分子溶液を用いてCNTの表面修飾を行なう。これにより、CH基及び蛍光分子により表面修飾されるCNTを含む第2のセンシング部160bを得る。
第3のセンシング部160cも第1のセンシング部160aと同様に製造される。ただし切断したフィルタのCNTへのMePc溶液滴下を行なわない。これによりCH基が表面に修飾されたCNTを含む第3のセンシング部160aが得られる。
<呼気ガスセンサ装置10による呼気ガスセンシングの手順>
以降、呼気ガスセンサ装置10の操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置10の動作を説明する。なお、ここでは呼気ガスセンサ装置10に含まれるセンシング部160は新規に作成されたものか、又は、再生済であるものとする。さらに、スライダ42は開状態であるものとする。この時、シャッタつまみ26は図5(A)に示すように、開孔部16の背面側の端部16bに設定される。
以降、センシング部160等の再生のための操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置10の動作を説明する。
以下に、第1の実施の形態に基づく実施例について説明する。
CNTガスセンサ素子132aを以下に述べる方法により製造した。
第2のセンシング部160bの製造方法を以下に示す。はじめに、第1のセンシング部160aの製造方法と同様に、CNTのCH基修飾を行なった。次に、CNTのDAF−2による表面修飾を行なった。ジメチルスルホキシド(Dimethyl Sulfoxide。以下「DMSO」と呼ぶ。)550μL中にDAF−2を1mg展開したDAF−2の5mmoL溶液をリン酸緩衝液(0.1mol/L)で500倍に希釈し(約10μmol/L)した。この溶液中10μLをピペットにより、切断後のメンブレンフィルタ上CNT表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第2のセンシング部160bとした。その後の処理はCNTガスセンサ素子132aと同様である。
第3のセンシング部160cの製造方法は、第1のセンシング部160aの製造方法における、CNTのCH基修飾と同様である。以上により得た平板状試料を第3のセンシング部160cとした。その後の処理はCNTガスセンサ素子132aと同様である。
CNTガスセンサ素子132の特性評価方法を次に示す。図1に示す呼気ガスセンサ装置10を、平らなところに静置した。スライダ42を開とした。図2に示すキャップ81を外し、呼気導入部材80に校正用ガスとして窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ窒素ガスを呼気収集ボックス12内へ導入した。同時に、キャップ85及び87を外し、呼気収集ボックス12の中に既に封入されていた気体を排気口部材84及び86を介して排気した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材84及び86にキャップ85及び87をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材80から外して、直ちに、呼気導入部材80にキャップ81をはめ、呼気導入部材80を閉とした。前述した攪拌作業を5分間行なった後、呼気ガスセンサ装置10を平らなところに静置した。
評価方法(1)と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置10によるNOを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法(1)と同様であり、ペンタンに代えてNOを使用した。
評価方法(1)と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置10によるアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法(1)と同様であり、ペンタンに代えてアセトンを使用した。
評価方法(1)と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置10によるペンタン、NO、及びアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。1ppmの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、ペンタン標準ガスと同様に希釈されたNO標準ガス、及び、アセトン標準ガスとを、それぞれ、等量用意して混合する。この混合ガスと窒素ガスとを3:7の割合で混合することにより、ペンタン濃度100ppb、NO濃度100ppb、及びアセトン濃度100ppbのセンシング対象ガスとした。
評価方法(4)の実験の後、電源スイッチ30及び測定スイッチ32をOFFし、スライダ42を閉とした。再生スイッチ34をONし、キャップ87を取外し排気口部材86から呼気収集ボックス12内の気体を排気した。5分経過後、再生スイッチ34をOFFした。キャップ83を取外し、外気導入部材82に窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ、窒素ガスを呼気収集ボックス12内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところでテドラーバックを外気導入部材82からはずし、直ちにキャップ83及び87により、外気導入部材82及び排気口部材86を閉とした。
評価方法(1)において、表示装置36は、ペンタン98ppb、NO0ppb、アセトン0ppbを表示した。
上記実施の形態において、金属錯体としてMePcを挙げたが、本発明において、金属錯体はこれに限定されない。一般的な金属錯体又はその誘導体であって、上記したようにCNTに表面修飾されることが可能であり、吸着物質に対し物質選択性を有するものであれば良い。
12 呼気収集ボックス
22 呼気導入部
24 外気導入部
26 シャッタつまみ
28、29 排気部
80、82 導入部材
81、83、85、87 キャップ
84、86 排気口部材
30、32、34 スイッチ
36 表示装置
37 校正ボタン
40 CNTガスセンサ
41 シャッタ
42 スライダ
43 スライダガイド
44 攪拌装置
46 スライダ収納部
50、162 基板
52 断熱板
54 加熱板
62 ヒータ
64 シール部材
112 表示変換装置
130 直流電源
132 CNTガスセンサ素子
134 負荷抵抗
136 増幅器
138 検出装置
160 センシング部
164、166 銀ペースト
168、170 電極
Claims (14)
- 内部に空間が形成された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の前記空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、
前記筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、
前記化学物質センシング素子に電気的に結合され、前記化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、
前記筐体に設けられ、前記空間内部の気体を前記筐体外部に排出するための排気手段とを含み、
前記化学物質センシング素子は、前記特定化学物質を吸着する物質により表面修飾された複数のカーボンナノ構造体が分散した部材を含み、
前記特定化学物質はアセトンであり、前記物質はアルキル基である、ガスセンサ装置。 - 前記カーボンナノ構造体は、前記物質により表面修飾されているカーボンナノチューブを含む、請求項1に記載のガスセンサ装置。
- 内部に空間が形成された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の前記空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、
前記筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、
前記化学物質センシング素子に電気的に結合され、前記化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、
前記筐体に設けられ、前記空間内部の気体を前記筐体外部に排出するための排気手段とを含み、
前記化学物質センシング素子は、前記特定化学物質を吸着する物質により表面修飾された複数のカーボンナノ構造体が分散した部材を含み、
前記特定化学物質はペンタンであり、前記カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている、ガスセンサ装置。 - 前記金属錯体は金属フタロシアニンからなる、請求項3に記載のガスセンサ装置。
- 内部に空間が形成された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の前記空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、
前記筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、
前記化学物質センシング素子に電気的に結合され、前記化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、
前記筐体に設けられ、前記空間内部の気体を前記筐体外部に排出するための排気手段とを含み、
前記化学物質センシング素子は、前記特定化学物質を吸着する物質により表面修飾された複数のカーボンナノ構造体が分散した部材を含み、
前記特定化学物質は一酸化窒素であり、前記カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている、ガスセンサ装置。 - 前記蛍光分子はジアミノフルオレセイン−2(Diaminofluorescein−2)からなる、請求項5に記載のガスセンサ装置。
- 複数個の化学物質センシング素子を含み、当該複数個の化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含み、
当該複数個の化学物質センシング素子のうちの1つは、前記アセトンを選択的に吸着する前記アルキル基で表面修飾された前記カーボンナノ構造体を含む前記化学物質センシング素子であり、
前記検出手段は、前記複数個の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ装置。 - 前記筐体の前記空間内に設けられ、前記化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより前記センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む、請求項1〜請求項7のいずれかに記載のガスセンサ装置。
- 前記筐体の内部の前記空間のうち、前記化学物質センシング素子が設けられた第1の空間と、それ以外の第2の空間との間に設けられ、前記第1の空間と前記第2の空間とを分離する閉状態と、前記第1の空間と前記第2の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む、請求項1〜請求項8のいずれかに記載のガスセンサ装置。
- 前記試料ガス導入手段は、前記第2の空間に試料ガスを導入するように前記筐体に設けられており、
前記ガスセンサ装置はさらに、前記筐体に設けられ、前記第1の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む、請求項9に記載のガスセンサ装置。 - 前記分離手段は、前記筐体の内部に設けられ、前記第1の空間と前記第2の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む、請求項10に記載のガスセンサ装置。
- 前記筐体内に設けられ、前記筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む、請求項1〜請求項11のいずれかに記載のガスセンサ装置。
- さらに、前記試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項1〜請求項12のいずれかに記載のガスセンサ装置。
- さらに、前記外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項10又は請求項11に記載のガスセンサ装置。
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