JPH04223B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH04223B2
JPH04223B2 JP58233365A JP23336583A JPH04223B2 JP H04223 B2 JPH04223 B2 JP H04223B2 JP 58233365 A JP58233365 A JP 58233365A JP 23336583 A JP23336583 A JP 23336583A JP H04223 B2 JPH04223 B2 JP H04223B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
gas
silicone rubber
reference electrode
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58233365A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60125558A (en
Inventor
Makoto Yano
Michihiro Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Koden Corp
Original Assignee
Nippon Koden Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Koden Corp filed Critical Nippon Koden Corp
Priority to JP58233365A priority Critical patent/JPS60125558A/en
Publication of JPS60125558A publication Critical patent/JPS60125558A/en
Publication of JPH04223B2 publication Critical patent/JPH04223B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/4162Systems investigating the composition of gases, by the influence exerted on ionic conductivity in a liquid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は先端にゲート部と、他端に電極部を有
する細長状のゲート絶縁型電界効果トランジスタ
構造を有する水素イオン感応FET変換器を使用
したSeveringhausタイプのガスセンサに関する
ものである。 炭酸ガス、アンモニアガスをはじめとするガス
濃度測定は工業用途において重要な事はいうまで
もないが、近年医学分野において生体中のガス濃
度を測定することが重要視されはじめている。例
えば医学においては、麻酔患者や、重症患者、回
復室の患者の血中ガス濃度の継続的な測定が緊急
事態の発見に役立つている。かかる目的には血管
中や筋肉組織中に挿入して用いることのできる直
径2mm以下の極めて小さいガスセンサが必要とさ
れる。 上記目的には従来より微小なガラス電極を用い
たSeveringhausタイプのガスセンサが用いられ
ている。しかしながらガラス電極を小型化した場
合には次のような問題が生じることが知られてい
る。 (a) ガラス膜の抵抗値が約10MΩであるため高入
力抵抗値の増巾器が必要である。 (b) ガラス膜は薄いため機械的強度が低い。 (c) 電極面積が小さくなるためガラス膜の抵抗値
が高くなる。 そのため測定装置が大型で複雑となり、かつ電
極そのものがもろくてこわれやすいため、特に生
体組織に挿入して生体中のガス濃度を測定するセ
ンサとしては実用上問題があつた。 一方ガラス電極の代りに金属酸化物の固体PH電
極を用いた炭酸ガスセンサが特開昭47−17495号
などに開示されている。このセンサはガラス電極
を用いたガスセンサより小型で、かつ細く、生体
組織に挿入して使用するセンサとして好適ではあ
るが、 (a) 固体電極を用いているためにセンサが非可撓
性である。 (b) 小型化により電気抵抗が高くなる。 などの欠点を有している。そのため小型化にも限
度があつた。 このような問題はガラス電極及び固体電極の代
りに特公昭57−43863号に記載されたゲート絶縁
型電界効果トランジスタ構造を有する水素イオン
感応FET変換器(以下PH−ISFETという)を用
いることによつて解放された。かかるPH−
ISFETを用いたガスセンサは特開昭57−40641号
に記載されているようにPH−ISFETと、PH−
ISFETのゲート部に近接してその基板上に蒸着
された比較電極と、PH−ISFETと比較電極にリ
ード線を接続して、このPH−ISFETと比較電極
とを収容する絶縁管と、上記PH−ISFETのゲー
ト部を絶縁管に設けた開孔部に位置せしめて、リ
ード線を管に沿つて延在させ、管の内壁とリード
線接続部間に充填して、管を閉塞する電気絶縁樹
脂と、PH−ISFETのゲート部と比較電極の両方
にまたがるように被覆されたガスを吸収すること
により水素イオン濃度が変化する電解液を含む親
水性ポリマー層及び少なくとも上記ポリマー層全
体を被覆するガス透過性膜から構成されたガスセ
ンサである。 上記ガスセンサは生体内に挿入して用いるガス
センサとして好適なものである。しかしながらPH
−ISFETは絶対値で通常10-5〜10-6V/Lux程度
の光感応性を有しており、PH−ISFETを用いた
ガスセンサンを手術中の監視などに用いる場合、
手術の際には手術灯にて数千ルクス〜数万ルクス
もの照明を受けるために、PH−ISFETの光感応
性は実用上大きな障害となる。 PH−ISFETの光感応性を解消するため、PH−
ISFETのゲート部に黒色に着色した親水性のポ
リマーを被覆することが特開昭53−146693号に記
載されている。しかし上記提案はISFETを用い
たイオンセンサの光感応性を交渉するためのもの
であり、ガスセンサに関するものではない。ガス
センサに用いるPH−ISFETとして黒色に着色し
た親水性ポリマーをゲート部に被覆したPH−
ISFETを用いることによりガスセンサの光感応
性を解消させることは原理的には可能である。そ
の場合、PH−ISFETのゲート部と比較電極とを
黒色に着色したガス吸収液含有親水性ポリマーで
被覆し、その外側を透過性膜で被覆することにな
る。しかし、この方法でガスセンサの光感応性を
減少させるには以下の如き問題点が存在すること
が明らかとなつた。 (1) PH−ISFETの光感応性はゲート部のみでな
く、電極部を含めてSi基板全体に存在する。従
つて上記のようにゲート部のみを黒色ポリマー
で被覆しても光感応性を皆無にすることは困難
である。 (2) Severinghaus型のガスセンサにおいてはガ
ス吸収液の微小のPH変化を利用してガスの濃度
を測定する。したがつてガス吸収液のPHがガス
濃度以外の因子によつて変化することを避ける
ことが必要である。しかし、黒色顔料の多くは
化学的に不安定で長期間の保存中に、例えば空
気酸化等によつて酸性を示すようになり、ガス
センサとしての特性の変化を招くことが多い。
したがつてPH−ISFETの光感応性を解消する
ためゲート部に黒色に着色した親水性のポリマ
ーを被覆したPH−ISFETを用いたガスセンサ
は実用上問題である。 本発明者らはPH−ISFETを用いた
Severinghausタイプのガスセンサの光感応性を
解消した実用的なガスセンサを提供するため鋭意
検討した結果、本発明に到達したものである。す
なわち本発明のガスセンサは先端にゲート部と他
端に電極部を有する細長状のゲート絶縁型電解効
果トランジスタ構造の水素イオン感応FET変換
器と、上記変換器のゲート部に隣接して設けた
Ag−AgCl比較電極と、リード線を接続したFET
変換器と比較電極を収容する絶縁管と、FET変
換器と比較電極を絶縁管に設けた開口部に位置せ
しめてリード線を管に沿つて延在させ該リード線
の他端にコネクタを接続し、少くとも管の内壁と
リード線接続部間に充填して管を閉塞する電気絶
縁樹脂と、FET変換器のゲート部と比較電極の
両方にまたがるように被覆したガスを吸収するこ
とにより水素イオン濃度が変化する電解液を含有
する親水性ポリマー層と、上記親水性ポリマー層
全体と少くともFET変換器が収容された絶縁管
の表面全体を被覆した400〜1200nmの光の透過
率が10%以下で、かつ窒素ガス透過係数(p)の
膜厚(d)による商(p/d)が2.5×10-7〔cm3
(STP)/cm2・sec・cmHg〕以上である次式を満
足するカーボンブラツクを含有する膜厚10μm〜
200μmの黒色シリコーンゴムからなるガス透過
性膜で構成されたガスセンサである。 0.01≦dc/s≦0.50、c≦0.50 但しdはシリコーンゴムの膜厚(μm)、sは
シリコーンゴム中に含有されるカーボンブラツク
の体面積平均粒子径(Å)、cはシリコーンゴム
中のカーボンブラツクの重量分率である。 次に本発明のガスセンサの一実施例を図面にて
説明する。第1図は本発明のガスセンサに用いる
PH−ISFETの一例を示す平面図である。このPH
−ISFET1は、例えば幅0.4mm、長さ3〜4mmの
細長形状のもので、一端部にゲート部2を、他端
部にドレイン端子3、ソース端子4を具える。ゲ
ート部2は第2図に第1図のA−A断面図を示す
ように、シリコン基板5にドレイン拡散領域6及
びソース拡散領域7を形成し全体を酸化膜9及び
表面安定化膜10で順次に被覆して構成する。こ
の表面安定化膜10には窒化シリコン(Si3N4)、
アルミナ(Al2O3)、五酸化タンタル(Ta2O5
などの膜の一つが利用でき、上記膜を有するセン
サは水素イオンに感応する。実際表面安定化膜に
1000Å程度の窒化シリコン膜を使用するとPH1〜
PH13の範囲で従来のガラス電極とほとんど変らな
い53〜56mV/PHの界面電位が得られる。 第3図は上記PH−ISFETを用いた本発明の
Severinghausタイプのガスセンサの断面図であ
り、このセンサはポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン、
ナイロン11、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレ
フタレートなどの可撓性の絶縁管11、例えば生
体内に挿入可能なカテーテルの先端にAg−AgCl
線からなる比較電極12とPH−ISFET1をそれ
ぞれ離して収容している。上記比較電極は特開昭
57−40641号に示すようにAg−AgClをPH−
ISFETの表面に蒸着したものでもよい。上記Ag
−AgCl比較電極の一部とPH−ISFET1のゲート
部2は絶縁管11の先端開口に露出させて収容し
ている。上記比較電極12及びPH−ISFET1に
接続された各リード線13は絶縁被覆し、絶縁管
内を通してその後端部(図示せず)から導出させ
る。なお絶縁管11の先端開口は、PH−ISFET
1を破損から保護するため、これよりも若干突出
させるとともに例えば生体内に容易に挿入できる
よう斜めに切り欠いて形成する。そしてPH−
ISFET1とAg−AgCl比較電極12のリード線接
続部と絶縁管内壁との〓間に電気絶縁樹脂14、
例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂などを充填し
て少くとも絶縁管の先端部を閉塞している。上記
電気絶縁樹脂は絶縁管の内部全域に充填すること
が好ましい。第4図は本発明のガスセンサの他の
例であり、絶縁管11の側面に設けた開孔にAg
−AgCl比較電極12とPH−ISFET1を収容して
いる。そして上記開孔とPH−ISFETのゲート部
2及び比較電極の一部で形成される空間を残して
電気絶縁樹脂14を管内に充填して絶縁管の開孔
部を閉塞している。 PH−ISFET1のゲート部2と比較電極12の
両方にまたがるようにガスを吸収することにより
PHの変化する電解液を含んだ親水性ポリマー層1
5が設けられている。このポリマー層の厚さは乾
燥状態で1〜10μmが好ましい。ポリマー層の厚
さが10μm以上になると応答速度が小さくなり、
また1μm以下ではシグナルが不安定になる。し
たがつてポリマー層は薄く均一である必要があ
る。 ここで用いるポリマーは適度な吸水性(測定温
度37℃で60重量%以上)を持ち、COOH基など
の有機酸基や塩基基を実質的に含まない、言い換
えれば2mol%以下(全モノマーユニツトに対し
て)であることが重要である。吸水性が低いと応
答速度が低くなり、また有機酸基や塩基基を含む
と感度が低下する。このようなポリマーとしては
ポリビニルアルコール(以下PVAという)、セル
ロース、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、
ポリビニルピロリドン、寒天、デンプン等や電解
質ポリマー等がある。これらのポリマーは他のモ
ノマーと共重合されていてもよく、また可塑剤等
を含んでいてもよい。これらのポリマーのうち
で、特にPVAが安定性の面で優れている。 またこのポリマー層に含まれる電解質はポリマ
ーに対し濃度が低いと感度低下が起りやすくシグ
ナルが不安定となる。また濃度が大きいと応答速
度の低下が起る。したがつて電解液量は上記トラ
ブルの起らない程度含ませることが必要である。
例えば炭酸ガスセンサの場合にはポリマー水溶液
に対しNaHCO3を0.01〜1Mol、NaClを0.1〜
2Mol含ませることが好ましい。このような電解
質を含むポリマー層は、ポリマーと電解質を共に
溶解するような溶媒、例えば水で溶解してこれを
塗布、乾燥すればよい。また、あらかじめポリマ
ー単独の溶液を塗布したり、ゲート上で重合して
得られたポリマー層を要すれば架橋した後、電解
質に浸漬、膨潤させた後、乾燥させてもよい。い
づれの場合も乾燥は膨潤状態の厚みを保持させる
ため凍結乾燥が好ましい。 上記親水性ポリマー層15は更にガス透過性の
着色シリコーンゴム16で被覆されている。上記
ガス透過膜は光に感応することなく長時間常に安
定した正しい測定値を示すためにはガス透過膜は (1) ガスセンサの90%応答時間が120g少以下で
あること。 (2) ガスセンサの光感度が2000Luxの白色光に対
して1mV以下であること。 の性能を有している必要がある。なおここでガス
センサの90%応答時間とはガスセンサを37℃以
下、36mmHgの該が2分圧下から72mmHg分圧下に
移した瞬間からガスセンサの出力が平衡値の90%
に達する迄の時間と定義される。ガスセンサの出
力としてはガスの分圧の表示値をとる。またガス
センサの光感度は次のようにして測定される。タ
ングステンランプから照度2000Luxなる距離にPH
−ISFETのゲート面がランプに向う方向にガス
センサを置いてガスセンサの出力をソース電位と
して取り出す。ドレイン電流は30μAに固定して
おく。この時のタングステンランプをガスセンサ
に照射した時としない時のガスセンサの出力差を
もつてガスセンサの光感度とする。 本発明者らは上記2条件を満足するガス透過膜
を探索すべく、従来よりよく知られているガス透
過膜であるテトラフロロエチレン、トリフロロエ
チレン、ヘキサフロロプロピレン、クロロトリフ
ロロエチレン等のフロロカーボン系の重合体なら
びに共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリペンテン−1等のポリオレフイン及びシリコ
ーンなどに染料あるいは顔料を添加して光透過性
とガス透過性について検討した。その結果顔料を
ポリマー中に加えていくと、光透過性は低下する
けれどもガス透過性も同時に低下するので、顔料
添加後も十分なガス透過性を有するのは元来ガス
透過性の高いシリコーンゴムが有利である。上記
シリコーンゴムで上に述べたガスセンサとしての
要求性能、すなわち90%応答時間120秒以下、光
感度1mV/2000lux以下という条件を満たすた
めには室温での窒素ガス透過率が2.5×10-7cm3
(STP)/cm2・sec・cmHg以上で、かつ400〜1200
mμの波長範囲での光透過率が10%以下であるシ
リコーンゴム膜をガス透過膜として用いればPH−
ISFETの光感応性を解消できることが見出され
た。上に記した窒素ガスの透過率は膜面積1cm2
膜の両面における窒素ガス分圧差1cmHgのとき
に1秒間に膜を透過する窒素ガスの容積を標準状
態(STP;0℃、1気圧)の容積に換算したも
のである。さらに窒素ガスの透過率が2.5×10-7
cm3(STP)/cm2・sec・cmHg以上で、かつ400〜
1200mμの光の透過率が10%以下であるシリコー
ンゴム膜としては次の(1)、(2)および(3)式の条件を
満足するカーボンブアツク含有シリコーンゴム膜
であることを見出した。 10≦d≦200 (1) 0.01≦dc/s≦0.50 (2) c≦0.50 (3) ここでsはカーボンブラツクの体面積平均粒子
径をオングストローム単位で表示したもの、dは
シリコーンゴム膜の厚みをマイクロメートル単位
で表示したもの、cはシリコーンゴム膜中のカー
ボンブラツクの重量分率である。 なおカーボンブラツクの体面積平均粒子径は(4)
式で定義される。 d=Σnidi3/Σnidi2 (4) ここでdiは電子顕微鏡で観測されたカーボンブ
ラツク各粒子の粒子径(Å)、niは粒子径diの粒
子の個数である。diは50オングストローム間隔に
区切られる。 (1)式は本発明のガスセンサに使用されるシリコ
ーンゴム膜の厚みの範囲を示す。すなわちシリコ
ーンゴム膜の厚みとしては10μmから200μmの範
囲であることが必要である。シリコーンゴム膜の
厚みがこの範囲以上ではガス透過率が低くなりす
ぎる。またセンサ全体の外径が大きくなりすぎる
ので、例えば患者の血管中に本センサを留置する
ような場合に患者の苦痛が大きくなるので好まし
くない。厚みが上記の範囲以下になると膜にピン
ホールが生成しやすくなり、また機械的強度が低
下するので好ましくない。 (2)および(3)式はシリコーンゴム膜中のカーボン
ブラツクの含有率の範囲を定めている。すなわち
カーボンブラツクの含有率は0.01s/dから0.5s/
dの範囲で、かつcは0.5を越えない範囲である
ことが必要である。カーボンブラツクの含有率が
(2)式の範囲以下になると400〜1200mμでの光透
過率が10%以上となるので好ましくない。またカ
ーボンブラツクの含有率が(2)式の範囲以上になる
とシリコーンゴム膜のガス透過率が低くなり、ま
たシリコーンゴム膜の成形が困難となつたり、仮
に成形できても機械的強度の不十分なものとなる
ので好ましくない。上記ガス透過性膜16は、浸
し塗り、スプレー塗りによる方法等を用いて第3
図bのように被覆することができる。ガス透過性
膜は十分な応答速度を得らために均一で薄い膜で
あることが必要である。そのためには第3図aに
示すように上記着色シリコーンゴム17で先端を
閉じたガス透過性のチユーブを絶縁管表面の少な
くともPH−ISFET全域に被覆することもできる。
また絶縁管の側壁に開口を設けたセンサでは第4
図のようにチユーブ状のシリコーンゴムを絶縁管
に被覆することができる。この方法は細長形のセ
ンサの場合ガスセンサを小型化することができ好
ましい方法である。 このようにして作製されたガスセンサの親水性
ポリマー層は乾燥しているためこのままでは作動
しないので上記センサを水中もしくは水蒸気中で
親水性ポリマーを吸湿、膨潤させてから用いられ
る。このセンサは一たん乾燥しても、水に長時間
浸漬することにより再び使用可能となるが、直ち
に使用するためにはセンサを水中で保存すること
が好ましい。第5図は親水性ポリマーを予め吸
湿、膨潤させるための保存容器に収容されたガス
センサの例である。このガスセンサは可撓管の先
端にPH−ISFETとAg−AgCl比較電極を突出させ
て収容したカテーテル部20と、リード線13が
接続されるコネクタ22と、カテーテル部の端部
に取着された栓体23と、カテーテル部が挿入さ
れる鞘状の保護管24及び栓体と保護管を液密に
密着させる回転ロツク25で構成されている。 カテーテル部20は第3図に示すように細長い
可撓性のチユーブの先端にPH−ISFETとAg−
AgCl比較電極が収容されている。PH−ISFETと
比較電極に接続されたリード線13はチユーブの
内壁に沿つて延在させてチユーブ他端の開口より
取り出されている。 コネクタ22には複数のコネクタピン21が設
けられており該ピンに上述のリード線がハンダ2
6により接続される。該コネクタのリード線接続
部側は円柱状に形成されておりその中にピンが固
定されている。該円柱状の外周にはネジ27が設
けられている。 栓体23は円筒状の形状をしており、該栓体に
カテーテル部20が挿通される。そして栓体の一
端はネジ27により上記コネクタ22と螺嵌され
る。円筒状の栓体の内部空間には電気絶縁樹脂2
8が充填され、カテーテル部20を形成するチユ
ーブの端部とリード線がこの中に埋没固定されて
いる。栓体の他端部には回転ロツク止め用のフラ
ンジ29が設けられており、そこに円筒状の回転
ロツク25がはめられている。回転ロツク25の
端部は上記フランジ29で係止されるよう構成さ
れている。また円筒状の回転ロツクの内周にはラ
セン状の突出体30が設けられている。 保護管24は耐熱性の樹脂からなる一端が閉止
された鞘状の形状を有しており、該保護管の開口
には上記回転ロツク25の内周に設けたラセン状
の突出体30と係合する回転ロツク受け31が設
けられている。この保護管内には検知されるべき
ガスに対する共役イオンを溶存する溶液32が入
れられている。 保護管内に入れられる共役イオンとは、ガスが
酸性の場合はそれと共役関係にある塩基イオン、
ガスが塩基性の場合はそれと共役関係にある酸イ
オンを意味する。例えばCO2センサの場合共役イ
オンとはHCO3 -及びCO3 2-イオンである。これら
のイオンを含む溶液は例えばNaHCO3
KHCO3、(NH4)HCO3、Na2CO3、K2CO3
(NH42CO3等の塩類を溶媒に溶かすことによつ
て調製できる。SO2センサの場合、共役イオンは
HCO3 -及びSO3 2-であるのでNaHSO3、KHCO3
(NH4)HCO3、Na2CO3、K2CO3、(NH42CO3
等を用いればよい。NO2センサの場合共役イオ
ンとしてはNO3 -とNO2 -の2種があるが、この
うち少くとも1種を含む溶液を用いればよい。そ
のような溶液は例えばNaNO3、KNO3
NH4NO3、NaNO2、KNO2、NH4NO2のうち少
くとも一種の塩を溶媒に溶存させることによつて
調製される。同様にハロゲンガスセンサの場合に
は例えばNaX、KX、NH4X、NaXO、KXO、
NH4XO(X=Cl、Br、I)のうち少くとも一種
の塩を溶媒に溶存させることによつて目的とする
溶液が調製される。これらの共役イオンを含有す
る溶液はガスセンサを構成する親水性ポリマーに
含まれる電解液として用いられている。上記保護
管内に入れられる溶液の組成は上記電解液として
用いられている溶液の組成と同じものでもかまわ
ないが、必ずしも同じである必要はない。例えば
CO2センサの場合、電解液としては通常NaHCO3
とNaClを溶かした水溶液が用いられるが、CO2
センサの保護管内に入れる溶液としては上記と同
じ組成の溶液を用いてもよいが、NaHCO3のみ
の水溶液やKHCO3のみの水溶液を用いてもかま
わない。 上記共役イオンの溶液中に含まれる共役イオン
の濃度は通常0.01から5モル/の範囲である。
またこの溶液の溶媒としては、水、エチレングリ
コール、ジエチレングリコール、プロピレングリ
コール、プロピレンカーボネート等の極性溶媒も
しくはそれらの混合溶媒が用いられる。 水性溶液を入れた保護管の中にカテーテル部の
先端に取着したセンサの感応部が水性溶液に浸漬
するようにカテーテル部を収容した後、栓体に設
けた回転ロツク25を保護管を開口端に設けた回
転ロツク受け31と係合させることにより栓体に
設けたフランジ29の側面に保護管の開口端を、
またフランジの他の側面に回転クロツクの端部を
密着させて栓体23と保護管24を液密に連結す
ることができる。 上記保護管に収容されたガスセンサは高圧水蒸
気滅菌を施された後、湿潤状態で保存される。保
護管から取り出されたセンサは例えば第6図に示
すように血管33内に挿入した留置カテーテル3
4内に挿入される。そして留置カテーテルに設け
たフランジ35に回転ロツク25を係合させるこ
とによりガスセンサを留置カテーテルに液密に挿
入することができる。上記ガスセンサのコネクタ
ピン21はモニタ(図示せず)に連結され、第7
図の回路により血液中のガス濃度を測定すること
ができる。 この回路はソースフオロワー回路であり、比較
電極12は接地されている。ドレイン6には一定
電圧VDが加えられ、ドレイン6とソース7間に
は定電流回路36により一定の電流が流れてい
る。ガスセンサが測定液、例えば血管内に挿入さ
れるとガス透過膜16を透過したガスは親水性ポ
リマー層15に含まれる電解液に吸収されて電解
液の水素イオン濃度を変化させ、上記ポリマー層
に露出されたPH−ISFET1のゲート部分2の界
面電位を変化させる。この界面電位の変化に伴つ
てソース電位VSが変化する。従つて出力端子3
7と比較電極12間の電位を測定することにより
ポリマー層の水素イオン濃度、言い換えれば溶液
中のガス濃度を測定することができる。 実施例 1 ゲート感応膜にSi3N4を有する第1図に示すPH
−ISFET(長さ5mm巾400μ)と銀線を塩素化して
作製したAg−AgCl比較電極をナイロンカテーテ
ル(直径0.6mm)の先端開口内に埋込み、その上
にNaHCO3を含むPVA水溶液を塗布し、さらに
体面積平均粒子径720Åのカーボンブラツクとシ
リコーンRTVを用いて作つた厚さ100μmでカー
ボンブラツクの含有量の異なる8種類の着色シリ
コーンを作つて、それらを上記PVA膜の表面に
被覆して第3図bに示す炭酸ガスセンサを作製し
た。上記8種類のガスセンサの性能を表−1に示
す。
The present invention relates to a Severinghaus type gas sensor using a hydrogen ion sensitive FET converter having an elongated gate insulated field effect transistor structure having a gate portion at one end and an electrode portion at the other end. It goes without saying that measuring the concentration of gases such as carbon dioxide and ammonia gas is important in industrial applications, but in recent years, measuring gas concentrations in living organisms has begun to be viewed as important in the medical field. For example, in medicine, continuous measurement of blood gas concentrations in anesthesia patients, critically ill patients, and patients in recovery rooms helps detect emergencies. Such a purpose requires an extremely small gas sensor with a diameter of 2 mm or less that can be inserted into blood vessels or muscle tissue. Conventionally, a Severinghaus type gas sensor using a minute glass electrode has been used for the above purpose. However, it is known that the following problems occur when glass electrodes are downsized. (a) Since the resistance value of the glass membrane is approximately 10MΩ, an amplifier with a high input resistance value is required. (b) Glass membranes are thin and have low mechanical strength. (c) The resistance value of the glass film increases because the electrode area becomes smaller. As a result, the measuring device becomes large and complicated, and the electrode itself is fragile and easily damaged, which poses practical problems, especially as a sensor that is inserted into living tissue to measure the gas concentration in the living body. On the other hand, a carbon dioxide sensor using a metal oxide solid PH electrode instead of a glass electrode is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 17495/1983. This sensor is smaller and thinner than a gas sensor using a glass electrode, making it suitable for use as a sensor inserted into living tissue; however, (a) the sensor is inflexible because it uses a solid electrode; . (b) Electrical resistance increases due to miniaturization. It has drawbacks such as: Therefore, there was a limit to miniaturization. These problems can be solved by using a hydrogen ion sensitive FET converter (hereinafter referred to as PH-ISFET) having a gate insulated field effect transistor structure described in Japanese Patent Publication No. 57-43863 instead of glass electrodes and solid electrodes. He was released. Such PH−
Gas sensors using ISFET are PH-ISFET and PH-
A reference electrode is deposited on the substrate near the gate of the ISFET, a lead wire is connected to the PH-ISFET and the reference electrode, and an insulating tube houses the PH-ISFET and the reference electrode. - Electrical insulation where the gate of the ISFET is positioned in the opening provided in the insulating tube, the lead wire is extended along the tube, and the tube is filled between the inner wall of the tube and the lead wire connection part to close the tube. A hydrophilic polymer layer containing a resin and an electrolyte whose hydrogen ion concentration changes by absorbing gas, which is coated so as to span both the gate part of the PH-ISFET and the reference electrode, and at least the entirety of the polymer layer. This is a gas sensor composed of a gas permeable membrane. The above gas sensor is suitable for use as a gas sensor inserted into a living body. However, PH
-ISFET usually has a photosensitivity of about 10 -5 to 10 -6 V/Lux in absolute value, and when using a gas sensor using PH-ISFET for monitoring during surgery, etc.
During surgery, the light sensitivity of the PH-ISFET is a major obstacle in practical use, as it receives illumination of several thousand to tens of thousands of lux from a surgical light. In order to eliminate the photosensitivity of PH-ISFET, PH-
JP-A-53-146693 describes coating the gate portion of an ISFET with a hydrophilic polymer colored black. However, the above proposal is for negotiating the photosensitivity of ion sensors using ISFETs, and is not related to gas sensors. PH-ISFET used in gas sensors has a black-colored hydrophilic polymer coated on the gate.
In principle, it is possible to eliminate the photosensitivity of gas sensors by using ISFETs. In that case, the gate part of the PH-ISFET and the reference electrode are coated with a gas-absorbing liquid-containing hydrophilic polymer colored black, and the outside thereof is coated with a permeable membrane. However, it has become clear that there are the following problems in reducing the photosensitivity of a gas sensor using this method. (1) Photosensitivity of PH-ISFET exists not only in the gate part but also in the entire Si substrate including the electrode part. Therefore, even if only the gate portion is coated with a black polymer as described above, it is difficult to completely eliminate photosensitivity. (2) Severinghaus type gas sensors measure gas concentration using minute PH changes in gas absorption liquid. Therefore, it is necessary to prevent the pH of the gas absorption liquid from changing due to factors other than the gas concentration. However, many black pigments are chemically unstable and become acidic during long-term storage, for example due to air oxidation, which often leads to changes in the characteristics of the pigment as a gas sensor.
Therefore, a gas sensor using a PH-ISFET whose gate portion is coated with a hydrophilic polymer colored black to eliminate the photosensitivity of the PH-ISFET is a practical problem. The inventors used PH-ISFET.
The present invention was arrived at as a result of extensive research aimed at providing a practical gas sensor that eliminates the photo-sensitivity of Severinghaus type gas sensors. That is, the gas sensor of the present invention includes a hydrogen ion sensitive FET converter having an elongated gate insulated field effect transistor structure having a gate portion at one end and an electrode portion at the other end, and a hydrogen ion sensitive FET converter provided adjacent to the gate portion of the converter.
FET with Ag-AgCl reference electrode and lead wire connected
An insulated tube that accommodates a converter and a reference electrode, a FET converter and a reference electrode that are positioned in an opening provided in the insulated tube, a lead wire extended along the tube, and a connector connected to the other end of the lead wire. However, at least the electrical insulating resin filled between the inner wall of the tube and the lead wire connection part to close the tube, and the gas coated across both the gate part of the FET converter and the reference electrode can be absorbed to absorb hydrogen. A hydrophilic polymer layer containing an electrolyte with varying ion concentration and a transmittance of 10 for light in the wavelength range of 400 to 1200 nm covering the entire surface of the insulating tube containing the hydrophilic polymer layer and at least the FET converter. % or less, and the quotient (p/d) of the nitrogen gas permeability coefficient (p) by the film thickness (d) is 2.5×10 -7 [cm 3
(STP)/ cm2・sec・cmHg] A film containing carbon black that satisfies the following formula and has a thickness of 10 μm or more
This gas sensor consists of a gas permeable membrane made of 200μm black silicone rubber. 0.01≦dc/s≦0.50, c≦0.50 where d is the film thickness of the silicone rubber (μm), s is the body area average particle diameter (Å) of carbon black contained in the silicone rubber, and c is the Weight fraction of carbon black. Next, an embodiment of the gas sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 is used in the gas sensor of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a PH-ISFET. This PH
-ISFET 1 is elongated and has a width of 0.4 mm and a length of 3 to 4 mm, for example, and has a gate portion 2 at one end, and a drain terminal 3 and a source terminal 4 at the other end. As shown in FIG. 2, which is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. Constructed by sequential coating. This surface stabilizing film 10 includes silicon nitride (Si 3 N 4 ),
Alumina (Al 2 O 3 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 )
One of the following membranes can be used, and a sensor having such a membrane is sensitive to hydrogen ions. Actual surface stabilization film
If a silicon nitride film of about 1000 Å is used, the pH will be 1~
In the PH range of 13, an interfacial potential of 53 to 56 mV/PH, which is almost the same as that of conventional glass electrodes, can be obtained. Figure 3 shows the structure of the present invention using the above PH-ISFET.
Cross-sectional view of a Severinghaus type gas sensor, which includes polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, silicone,
A flexible insulating tube 11 made of nylon 11, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, etc., such as Ag-AgCl at the tip of a catheter that can be inserted into a living body.
A comparison electrode 12 made of a wire and a PH-ISFET 1 are housed separately from each other. The above reference electrode is made by JP-A-Sho.
As shown in No. 57-40641, Ag−AgCl is PH−
It may be deposited on the surface of the ISFET. Above Ag
A part of the -AgCl comparison electrode and the gate part 2 of the PH-ISFET 1 are housed in an exposed state in the opening at the tip of the insulating tube 11. Each lead wire 13 connected to the reference electrode 12 and the PH-ISFET 1 is insulated and led out from the rear end (not shown) through an insulated tube. Note that the opening at the tip of the insulating tube 11 is for PH-ISFET.
In order to protect 1 from damage, it is made to protrude slightly from this point and is cut out diagonally so that it can be easily inserted, for example, into a living body. And PH-
An electrical insulating resin 14 is inserted between the lead wire connection part of the ISFET 1 and the Ag-AgCl reference electrode 12 and the inner wall of the insulating tube.
For example, at least the tip of the insulating tube is closed by filling it with epoxy resin or silicone resin. It is preferable that the electrically insulating resin is filled throughout the interior of the insulating tube. FIG. 4 shows another example of the gas sensor of the present invention, in which Ag
-AgCl reference electrode 12 and PH-ISFET 1 are accommodated. Then, the opening of the insulating tube is closed by filling the tube with electrically insulating resin 14, leaving a space formed by the opening, the gate part 2 of the PH-ISFET, and a part of the comparison electrode. By absorbing gas across both the gate part 2 of PH-ISFET 1 and the comparison electrode 12.
Hydrophilic polymer layer 1 containing electrolyte with changing pH
5 is provided. The thickness of this polymer layer is preferably 1 to 10 μm in a dry state. When the thickness of the polymer layer is 10 μm or more, the response speed decreases.
Furthermore, the signal becomes unstable below 1 μm. Therefore, the polymer layer needs to be thin and uniform. The polymer used here has moderate water absorption (more than 60% by weight at a measurement temperature of 37°C) and is substantially free of organic acid groups and base groups such as COOH groups, in other words less than 2 mol% (based on all monomer units). ) is important. If the water absorption is low, the response speed will be low, and if it contains organic acid groups or basic groups, the sensitivity will be decreased. Such polymers include polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA), cellulose, polyhydroxyethyl methacrylate,
Examples include polyvinylpyrrolidone, agar, starch, and electrolyte polymers. These polymers may be copolymerized with other monomers and may also contain plasticizers and the like. Among these polymers, PVA is particularly superior in terms of stability. Furthermore, if the electrolyte contained in this polymer layer has a low concentration relative to the polymer, sensitivity tends to decrease and the signal becomes unstable. Moreover, if the concentration is large, the response speed will decrease. Therefore, it is necessary to contain the electrolyte in an amount that does not cause the above-mentioned troubles.
For example, in the case of a carbon dioxide sensor, add 0.01 to 1 mol of NaHCO 3 and 0.1 to 1 mol of NaCl to the polymer aqueous solution.
It is preferable to include 2Mol. A polymer layer containing such an electrolyte may be formed by dissolving the polymer and the electrolyte in a solvent such as water, applying the solution, and drying the solution. Alternatively, a solution of the polymer alone may be applied in advance, or a polymer layer obtained by polymerization on the gate may be crosslinked if necessary, immersed in an electrolyte to swell, and then dried. In either case, freeze-drying is preferred in order to maintain the thickness of the swollen state. The hydrophilic polymer layer 15 is further coated with a gas-permeable colored silicone rubber 16. In order for the above gas permeable membrane to always show stable and accurate measurement values for a long time without being sensitive to light, the gas permeable membrane must (1) have a 90% response time of the gas sensor of less than 120g; (2) The light sensitivity of the gas sensor shall be 1 mV or less for 2000 Lux white light. It is necessary to have the performance of Note that the 90% response time of a gas sensor means that the output of the gas sensor is 90% of the equilibrium value from the moment the gas sensor is moved from 37°C or below and 36 mmHg to 72 mmHg partial pressure.
is defined as the time it takes to reach . The output of the gas sensor is the displayed value of the partial pressure of the gas. Further, the photosensitivity of the gas sensor is measured as follows. PH at a distance where the illumination intensity is 2000Lux from the tungsten lamp
-Place the gas sensor in the direction where the ISFET gate face faces the lamp and take out the output of the gas sensor as the source potential. The drain current is fixed at 30μA. The difference in the output of the gas sensor when the gas sensor is irradiated with the tungsten lamp and when it is not is taken as the optical sensitivity of the gas sensor. In order to search for a gas-permeable membrane that satisfies the above two conditions, the present inventors investigated fluorocarbons such as tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, etc., which are conventionally well-known gas-permeable membranes. polymers and copolymers, polyethylene, polypropylene,
Light transmittance and gas permeability were investigated by adding dyes or pigments to polyolefins such as polypentene-1 and silicones. As a result, when a pigment is added to a polymer, the light transmittance decreases, but the gas permeability also decreases at the same time, so silicone rubber, which originally has high gas permeability, has sufficient gas permeability even after adding the pigment. is advantageous. In order to satisfy the above-mentioned requirements for the silicone rubber as a gas sensor, that is, 90% response time of 120 seconds or less and photosensitivity of 1 mV/2000 lux or less, the nitrogen gas permeability at room temperature must be 2.5 x 10 -7 cm. 3
(STP)/ cm2・sec・cmHg or more and 400 to 1200
PH-
It has been found that the photosensitivity of ISFET can be eliminated. The nitrogen gas permeability described above is based on a membrane area of 1 cm 2 ,
The volume of nitrogen gas permeating through the membrane in 1 second when the nitrogen gas partial pressure difference between the two sides of the membrane is 1 cmHg is converted to the volume under standard conditions (STP; 0° C., 1 atm). Furthermore, the permeability of nitrogen gas is 2.5×10 -7
cm 3 (STP)/cm 2・sec・cmHg or more and 400~
It has been found that a silicone rubber film having a transmittance of 1200 mμ of light of 10% or less is a carbon book-containing silicone rubber film that satisfies the following conditions (1), (2), and (3). 10≦d≦200 (1) 0.01≦dc/s≦0.50 (2) c≦0.50 (3) Here, s is the body area average particle diameter of carbon black expressed in angstroms, and d is the diameter of the silicone rubber film. The thickness is expressed in micrometers, and c is the weight fraction of carbon black in the silicone rubber film. The body area average particle diameter of carbon black is (4)
Defined by Eq. d=Σnidi 3 /Σnidi 2 (4) where di is the particle diameter (Å) of each carbon black particle observed with an electron microscope, and ni is the number of particles with particle diameter di. di is separated into 50 angstrom intervals. Equation (1) indicates the range of thickness of the silicone rubber film used in the gas sensor of the present invention. That is, the thickness of the silicone rubber film needs to be in the range of 10 μm to 200 μm. If the thickness of the silicone rubber film exceeds this range, the gas permeability will be too low. Furthermore, the outer diameter of the entire sensor becomes too large, which is undesirable because, for example, when the sensor is placed in a patient's blood vessel, the patient will experience great pain. If the thickness is less than the above range, pinholes are likely to be formed in the film and the mechanical strength is reduced, which is not preferable. Equations (2) and (3) define the range of carbon black content in the silicone rubber film. In other words, the carbon black content is from 0.01s/d to 0.5s/d.
It is necessary that d is within the range, and c is within the range of not exceeding 0.5. Carbon black content is
If it falls below the range of formula (2), the light transmittance at 400 to 1200 mμ will be 10% or more, which is not preferable. Furthermore, if the content of carbon black exceeds the range of formula (2), the gas permeability of the silicone rubber membrane will decrease, and the silicone rubber membrane may become difficult to mold, or even if it can be molded, its mechanical strength will be insufficient. This is not desirable because it becomes a problem. The gas permeable membrane 16 is coated with a third layer using a method such as dip coating or spray coating.
It can be coated as shown in Figure b. The gas permeable membrane needs to be uniform and thin in order to obtain a sufficient response speed. To this end, as shown in FIG. 3a, a gas-permeable tube whose tip is closed with the colored silicone rubber 17 can be used to cover at least the entire PH-ISFET surface of the insulating tube.
In addition, in a sensor with an opening in the side wall of the insulating tube, the fourth
As shown in the figure, the insulating tube can be coated with tube-shaped silicone rubber. This method is a preferred method because it allows the gas sensor to be miniaturized in the case of an elongated sensor. The hydrophilic polymer layer of the gas sensor produced in this way is dry and will not work as it is, so the sensor is used after the hydrophilic polymer absorbs moisture and swells in water or steam. Even if this sensor is once dried, it can be used again by immersing it in water for a long time, but it is preferable to store the sensor in water for immediate use. FIG. 5 is an example of a gas sensor housed in a storage container for preliminarily absorbing moisture and swelling a hydrophilic polymer. This gas sensor includes a catheter section 20 that houses a PH-ISFET and an Ag-AgCl reference electrode protruding from the tip of a flexible tube, a connector 22 to which a lead wire 13 is connected, and a connector 22 that is attached to the end of the catheter section. It consists of a stopper 23, a sheath-like protection tube 24 into which the catheter section is inserted, and a rotation lock 25 that brings the stopper and the protection tube into fluid-tight contact. As shown in Fig. 3, the catheter section 20 has a PH-ISFET and an Ag-
An AgCl reference electrode is housed. A lead wire 13 connected to the PH-ISFET and the reference electrode extends along the inner wall of the tube and is taken out from an opening at the other end of the tube. The connector 22 is provided with a plurality of connector pins 21, and the above-mentioned lead wires are connected to the pins with solder 2.
Connected by 6. The lead wire connection side of the connector is formed into a cylindrical shape, and a pin is fixed therein. A screw 27 is provided on the outer periphery of the columnar shape. The plug body 23 has a cylindrical shape, and the catheter portion 20 is inserted through the plug body. One end of the plug is screwed into the connector 22 by a screw 27. The internal space of the cylindrical plug body is filled with electrically insulating resin 2.
8, and the end of the tube forming the catheter section 20 and the lead wire are embedded and fixed therein. A rotation locking flange 29 is provided at the other end of the stopper, into which a cylindrical rotation lock 25 is fitted. The end of the rotary lock 25 is configured to be locked by the flange 29 mentioned above. Further, a helical protrusion 30 is provided on the inner periphery of the cylindrical rotating lock. The protection tube 24 is made of heat-resistant resin and has a sheath-like shape with one end closed, and the opening of the protection tube engages with a helical protrusion 30 provided on the inner periphery of the rotary lock 25. A matching rotary lock receiver 31 is provided. This protective tube contains a solution 32 in which conjugate ions for the gas to be detected are dissolved. The conjugated ions placed in the protective tube are base ions that have a conjugate relationship with the gas if it is acidic,
If the gas is basic, it means an acid ion in a conjugate relationship with it. For example, in the case of a CO 2 sensor, conjugated ions are HCO 3 - and CO 3 2- ions. Solutions containing these ions are, for example, NaHCO 3 ,
KHCO3 , ( NH4 ) HCO3 , Na2CO3 , K2CO3 ,
It can be prepared by dissolving salts such as (NH 4 ) 2 CO 3 in a solvent. For SO2 sensor, the conjugated ion is
Since HCO 3 - and SO 3 2- , NaHSO 3 , KHCO 3 ,
( NH4 ) HCO3 , Na2CO3 , K2CO3 , ( NH4 ) 2CO3
etc. may be used. In the case of a NO 2 sensor, there are two types of conjugated ions, NO 3 - and NO 2 - , and a solution containing at least one of these may be used. Such solutions include, for example, NaNO 3 , KNO 3 ,
It is prepared by dissolving at least one salt among NH 4 NO 3 , NaNO 2 , KNO 2 , and NH 4 NO 2 in a solvent. Similarly, in the case of halogen gas sensors, for example, NaX, KX, NH4X , NaXO, KXO,
A desired solution is prepared by dissolving at least one salt of NH 4 XO (X=Cl, Br, I) in a solvent. A solution containing these conjugated ions is used as an electrolytic solution contained in a hydrophilic polymer that constitutes a gas sensor. The composition of the solution placed in the protective tube may be the same as that of the solution used as the electrolytic solution, but it does not necessarily have to be the same. for example
For CO2 sensors, the electrolyte is usually NaHCO3
An aqueous solution containing NaCl and CO 2 is used.
A solution having the same composition as above may be used as the solution to be placed in the protective tube of the sensor, but an aqueous solution containing only NaHCO 3 or an aqueous solution containing only KHCO 3 may also be used. The concentration of conjugated ions contained in the above-mentioned conjugated ion solution is usually in the range of 0.01 to 5 mol/.
Further, as a solvent for this solution, a polar solvent such as water, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, propylene carbonate, or a mixed solvent thereof is used. After placing the catheter in a protective tube containing an aqueous solution so that the sensitive part of the sensor attached to the tip of the catheter is immersed in the aqueous solution, the rotary lock 25 provided on the stopper is used to open the protective tube. The open end of the protection tube is attached to the side surface of the flange 29 provided on the stopper by engaging with the rotation lock receiver 31 provided at the end.
Furthermore, the stopper 23 and the protective tube 24 can be connected in a liquid-tight manner by bringing the end of the rotary clock into close contact with the other side of the flange. The gas sensor housed in the protection tube is subjected to high-pressure steam sterilization and then stored in a wet state. The sensor taken out from the protective tube is inserted into the indwelling catheter 3 inserted into the blood vessel 33, as shown in FIG.
It is inserted within 4. By engaging the rotation lock 25 with the flange 35 provided on the indwelling catheter, the gas sensor can be inserted into the indwelling catheter in a fluid-tight manner. The connector pin 21 of the gas sensor is connected to a monitor (not shown), and the seventh
The gas concentration in blood can be measured by the circuit shown in the figure. This circuit is a source follower circuit, and the comparison electrode 12 is grounded. A constant voltage V D is applied to the drain 6 , and a constant current flows between the drain 6 and the source 7 by a constant current circuit 36 . When the gas sensor is inserted into a liquid to be measured, for example, a blood vessel, the gas that has passed through the gas permeable membrane 16 is absorbed by the electrolyte contained in the hydrophilic polymer layer 15, changing the hydrogen ion concentration of the electrolyte and causing the polymer layer to The interface potential of the exposed gate portion 2 of the PH-ISFET 1 is changed. As the interface potential changes, the source potential V S changes. Therefore, output terminal 3
By measuring the potential between the reference electrode 7 and the reference electrode 12, the hydrogen ion concentration in the polymer layer, in other words, the gas concentration in the solution can be measured. Example 1 PH shown in Figure 1 with Si 3 N 4 in the gate sensitive film
- An Ag-AgCl reference electrode prepared by chlorinating an ISFET (length 5 mm width 400 μ) and a silver wire was embedded in the tip opening of a nylon catheter (diameter 0.6 mm), and a PVA aqueous solution containing NaHCO 3 was applied onto it. Furthermore, eight types of colored silicone with a thickness of 100 μm and different carbon black contents were made using carbon black with a body area average particle diameter of 720 Å and silicone RTV, and these were coated on the surface of the PVA film. A carbon dioxide sensor shown in FIG. 3b was manufactured. Table 1 shows the performance of the eight types of gas sensors mentioned above.

【表】 シリコーンゴム膜中のカーボンブラツク含有率
が上昇すると共に光透過率(波長800nmでの値)
が減少し、PCO2センサの光感度が低下する。カ
ーボンブラツクが約10wt%以上で800nmでの透
過率が10%以下となり、それに伴つてPCO2セン
サの光感度は1mV/2000lux以下となる。一方
窒素ガスの透過速度はカーボンブラツク含有率の
増加とともに減少し、50wt%で2.9×10-7cm3
cm2・sec・cmHgとなる。この時のPCO2センサの
90%応答時間は110秒であり実用に耐え得る。し
かしカーボンブラツクの含有率が60wt%以上に
なると得られるシリコーンゴム膜の機械的強度が
極めて小さく、そのためにPCO2センサとして実
用に耐えなかつた。 実施例 2 体面積平均粒子径が120Åのカーボンブラツク
の含有量の異なる10種類の黒色化された厚さ
102μmのシリコーンゴム膜をガス透過膜として
用い、実施例1と同一の方法で第3図bに示す炭
酸ガスセンサを製造した。上記10種類の炭酸ガス
センサの性能を表−2に示す。
[Table] As the carbon black content in the silicone rubber film increases, the light transmittance (value at a wavelength of 800 nm)
decreases, and the light sensitivity of the PCO 2 sensor decreases. When carbon black is about 10 wt% or more, the transmittance at 800 nm is less than 10%, and accordingly, the light sensitivity of the PCO 2 sensor is less than 1 mV/2000 lux. On the other hand, the permeation rate of nitrogen gas decreases as the carbon black content increases, and at 50 wt%, the permeation rate of nitrogen gas decreases to 2.9 × 10 -7 cm 3 /
cm2・sec・cmHg. At this time, the PCO 2 sensor
The 90% response time is 110 seconds, which is suitable for practical use. However, when the content of carbon black exceeds 60 wt%, the mechanical strength of the resulting silicone rubber film is extremely low, making it unsuitable for practical use as a PCO 2 sensor. Example 2 Ten types of blackened thicknesses with different carbon black contents with a body area average particle diameter of 120 Å
A carbon dioxide sensor shown in FIG. 3b was manufactured in the same manner as in Example 1 using a 102 μm silicone rubber membrane as a gas permeable membrane. Table 2 shows the performance of the 10 types of carbon dioxide sensors mentioned above.

【表】 この場合、カーボンブラツクの粒子径が実施例
1で用いたものより小さいので、カーボンブラツ
クの含有率が1.5wt%で400〜1200mμの光透過率
が10%以下となる。この場合もカーボンブラツク
の含有率が60wt%以上で、シリコーンゴム膜の
機械的強度が小さくなり実用に耐えないものとな
る。 実施例 3 体面積平均粒子径120Åのカーボンブラツクで
黒色化された厚さ180μmのシリコーンゴム膜を
用いて製造された実施例1及び2と同様な炭酸ガ
スセンサの性能を表−3に示した。
[Table] In this case, since the particle size of carbon black is smaller than that used in Example 1, the light transmittance from 400 to 1200 mμ is 10% or less when the carbon black content is 1.5 wt%. In this case as well, if the carbon black content is 60 wt% or more, the mechanical strength of the silicone rubber film becomes so low that it becomes unusable. Example 3 Table 3 shows the performance of a carbon dioxide gas sensor similar to Examples 1 and 2, which was manufactured using a 180 μm thick silicone rubber film blackened with carbon black having a body area average particle diameter of 120 Å.

【表】 この場合は、シリコーンゴム膜の厚みが実施例
2に比べて約1.8倍となつている。そのためにカ
ーボンブラツク含有率が0.7wt%ですでに光透過
率が10%以下となる。一方膜厚の増加によりガス
透過率が減少し、そのためにカーボンブラツクの
含有率が40および50wt%ではシリコーンゴム膜
の機械的強度は十分であるにもかゝわらずガス透
過率が2.5×10-7cm3/cm2・sec・cmHg以下となり、
PCO2センサとしての90%応答時間が120秒を越え
る。 実施例 4 第5図に示される保護管に0.1MのNaHCO3
含む水溶液を入れ、この中に第3図aの炭酸ガス
カテーテル部をさし込み密栓した。このようにし
て密栓された炭酸ガスセンサに120℃高圧水蒸気
滅菌を1時間施した後、室温になる迄放冷した
後、カテーテル部を保護管から取り出した。PH−
ISFETと比較電極を収容したカテーテル部の先
端を5%(36mmHg)のCO2と平衡状態にある37
℃の水中に浸漬し、第7図に示す回路でソース電
位の経時変化を測定した。その結果浸漬してから
10分、1時間、24時間後のソース電位のドリフト
はそれぞれ+5mV、+5mV、+6mVであつ
た。即ち、炭酸ガスセンサのドリフトは測定開始
後10分以内におさまり、その後のドリフトは24時
間で+1mVであつた。 比較例 第5図に示される保護管内に単なる蒸留水を入
れ、この中に実施例4と同様の炭酸ガスセンサの
カテーテル部をさし込み、密栓した後、実施例1
と同様の滅菌を行なつた。滅菌後保護管を室温ま
で放冷し、実施例1と同様の条件でソース電位の
変化を測定したところ、測定開始後10分、1時
間、24時間後のソース電位のドリフト値はそれぞ
れ+45mV、+92mV、+143mVであつた。
[Table] In this case, the thickness of the silicone rubber film is approximately 1.8 times that of Example 2. Therefore, when the carbon black content is 0.7wt%, the light transmittance is already less than 10%. On the other hand, as the film thickness increases, the gas permeability decreases, and for this reason, when the carbon black content is 40 and 50 wt%, the gas permeability is 2.5 × 10, although the mechanical strength of the silicone rubber film is sufficient. -7 cm 3 /cm 2・sec・cmHg or less,
90% response time as a PCO 2 sensor exceeds 120 seconds. Example 4 An aqueous solution containing 0.1M NaHCO 3 was placed in the protective tube shown in FIG. 5, and the carbon dioxide catheter part shown in FIG. 3a was inserted into the tube and the tube was tightly plugged. The thus sealed carbon dioxide gas sensor was subjected to high-pressure steam sterilization at 120° C. for 1 hour, and then allowed to cool to room temperature, after which the catheter portion was taken out from the protective tube. PH−
The tip of the catheter section containing the ISFET and reference electrode was equilibrated with 5% (36 mmHg) CO 37
It was immersed in water at a temperature of .degree. C., and the change in source potential over time was measured using the circuit shown in FIG. After soaking the result
The source potential drifts after 10 minutes, 1 hour, and 24 hours were +5 mV, +5 mV, and +6 mV, respectively. That is, the drift of the carbon dioxide sensor subsided within 10 minutes after the start of measurement, and the subsequent drift was +1 mV over 24 hours. Comparative Example Simply distilled water was placed in the protective tube shown in Fig. 5, and the catheter part of the carbon dioxide sensor similar to that in Example 4 was inserted into the tube, and after sealing the tube, Example 1
The same sterilization was performed. After sterilization, the protective tube was allowed to cool to room temperature and the change in source potential was measured under the same conditions as in Example 1. The drift values of the source potential were +45 mV, 10 minutes, 1 hour, and 24 hours after the start of measurement, respectively. They were +92mV and +143mV.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のガスセンサに用いるPH−
ISFETの平面図であり、第2図は第1図に示す
PH−ISFETのA−A断面図であり、第3図及び
第4図は本発明のガスセンサの要部断面図であり
第5図は保護管内に収容したガスセンサの断面図
であり、第6図は本発明のガスセンサを血管内に
挿入した状態を示す断面図であり、第7図は本発
明のガスセンサを用いた電気回路図である。 1……PH−ISFET、2……ゲート部、3……
ドレイン端子、4……ソース端子、11……絶縁
管、12……Ag−AgCl比較電極、13……リー
ド線、15……親水性ポリマー層、16……ガス
透過性膜(着色シリコーンゴム)。
Figure 1 shows the PH- used in the gas sensor of the present invention.
This is a plan view of ISFET, and Figure 2 is shown in Figure 1.
3 and 4 are cross-sectional views of essential parts of the gas sensor of the present invention; FIG. 5 is a cross-sectional view of the gas sensor housed in a protective tube; and FIG. 7 is a sectional view showing a state in which the gas sensor of the present invention is inserted into a blood vessel, and FIG. 7 is an electrical circuit diagram using the gas sensor of the present invention. 1...PH-ISFET, 2...Gate section, 3...
Drain terminal, 4... Source terminal, 11... Insulating tube, 12... Ag-AgCl reference electrode, 13... Lead wire, 15... Hydrophilic polymer layer, 16... Gas permeable membrane (colored silicone rubber) .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 先端にゲート部と他端に電極部を有する細長
状のゲート絶縁型電界効果トランジスタ構造の水
素イオン感応FET変換器と、上記変換器のゲー
ト部に隣接して設けたAg−AgCl比較電極と、リ
ード線を接続したFET変換器と比較電極を収容
する絶縁管と、FET変換器と比較電極を絶縁管
に設けた開口部に位置せしめてリード線を管に沿
つて延在させ該リード線の他端にコネクタを接続
し、少くとも管の内壁とリード線接続部間に充填
して管を閉塞する電気絶縁樹脂と、FET変換器
のゲート部と比較電極の両方にまたがるように被
覆したガスを吸収することにより水素イオン濃度
が変化する電解液を含有する親水性ポリマー層
と、上記親水性ポリマー層全体と少くともFET
変換器が収容された絶縁管の表面全体を被覆した
400〜1200nmの光の透過率が10%以下で、かつ
窒素ガス透過係数(p)の膜厚(d)による商(p/
d)が2.5×10-7〔cm3(STP)/cm2・sec・cmHg〕
以上である次式を満足するカーボンブラツクを含
有する膜厚10μm〜200μmの黒色のシリコーンゴ
ムからなるガス透過性膜で構成されたガスセン
サ。 0.01≦dc/s≦0.50 c≦0.50 但しd:シリコーンゴムの膜厚(μm) s:シリコーンゴム中に含有されるカーボンブラ
ツクの体面積平均粒子径(Å) c:シリコーンゴム中のカーボンブラツクの重量
分率。
[Scope of Claims] 1. A hydrogen ion sensitive FET converter having an elongated gate insulated field effect transistor structure having a gate portion at one end and an electrode portion at the other end; An Ag-AgCl reference electrode, an FET converter with lead wires connected to it, and an insulated tube that houses the reference electrode, and the FET converter and reference electrode are placed in the opening provided in the insulated tube, and the lead wires are placed along the tube. An electrical insulating resin that extends and connects a connector to the other end of the lead wire, fills at least between the inner wall of the tube and the lead wire connection part to close the tube, and both the gate part of the FET converter and the reference electrode. a hydrophilic polymer layer containing an electrolytic solution whose hydrogen ion concentration changes by absorbing gas, and a hydrophilic polymer layer containing an electrolyte whose hydrogen ion concentration changes by absorbing gas, and at least a FET
The entire surface of the insulating tube containing the transducer is coated.
The transmittance of light from 400 to 1200 nm is 10% or less, and the quotient (p/
d) is 2.5×10 -7 [cm 3 (STP)/cm 2・sec・cmHg]
A gas sensor comprising a gas permeable membrane made of black silicone rubber and having a thickness of 10 μm to 200 μm and containing carbon black that satisfies the following formula. 0.01≦dc/s≦0.50 c≦0.50 where d: Silicone rubber film thickness (μm) s: Body area average particle diameter of carbon black contained in silicone rubber (Å) c: Carbon black contained in silicone rubber Weight fraction.
JP58233365A 1983-12-09 1983-12-09 Gas sensor Granted JPS60125558A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58233365A JPS60125558A (en) 1983-12-09 1983-12-09 Gas sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58233365A JPS60125558A (en) 1983-12-09 1983-12-09 Gas sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60125558A JPS60125558A (en) 1985-07-04
JPH04223B2 true JPH04223B2 (en) 1992-01-06

Family

ID=16953995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58233365A Granted JPS60125558A (en) 1983-12-09 1983-12-09 Gas sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60125558A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105449A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 国立大学法人東京大学 Gas sensor
US9546948B2 (en) 2012-01-13 2017-01-17 The University Of Tokyo Gas sensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015122463A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Membrane and method of making a membrane

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59131156A (en) * 1983-01-17 1984-07-27 Kuraray Co Ltd Gas sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59131156A (en) * 1983-01-17 1984-07-27 Kuraray Co Ltd Gas sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105449A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 国立大学法人東京大学 Gas sensor
US20140346042A1 (en) * 2012-01-13 2014-11-27 The University Of Tokyo Gas sensor
JPWO2013105449A1 (en) * 2012-01-13 2015-05-11 国立大学法人 東京大学 Gas sensor
US9250210B2 (en) * 2012-01-13 2016-02-02 The University Of Tokyo Gas sensor
US9546948B2 (en) 2012-01-13 2017-01-17 The University Of Tokyo Gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60125558A (en) 1985-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0114077B1 (en) Gas sensor
US4409980A (en) Gas sensor with pH-sensitive FET transducer
US5354449A (en) pH electrode
US4340457A (en) Ion selective electrodes
AU748570B2 (en) Device
US5939610A (en) Ion concentration measuring apparatus with internal calibration fluid reservoir
JPH06194336A (en) Gas sensor
JPH0374951B2 (en)
US5346604A (en) Self-activating chemical sensor system
JPS5855453B2 (en) Kogata Kenchiki
JPH04223B2 (en)
KR900002502B1 (en) Gelatinized member for use in electrode for measuring ion
TW200928359A (en) Reference electrode
JPS6248188B2 (en)
JP6678395B2 (en) Ion sensor
JPH0416216Y2 (en)
JPS5868661A (en) Device for measuring gas concentration
JPS5897346A (en) Apparatus for measuring gas concentration of tissue
US20240041364A1 (en) Reference electrode & ion selective membrane
JPH0368691B2 (en)
JP2995724B2 (en) Packaging method for synthetic resin blood collection tubes
JPH0367220B2 (en)
JPS61144562A (en) Gas sensor
JPS61225642A (en) Chemical substance measuring apparatus
JPH0137606Y2 (en)