JPS5868661A - Device for measuring gas concentration - Google Patents

Device for measuring gas concentration

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JPS5868661A
JPS5868661A JP56168274A JP16827481A JPS5868661A JP S5868661 A JPS5868661 A JP S5868661A JP 56168274 A JP56168274 A JP 56168274A JP 16827481 A JP16827481 A JP 16827481A JP S5868661 A JPS5868661 A JP S5868661A
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JP
Japan
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tube
sensor
connector
filled
lead wire
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Pending
Application number
JP56168274A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Yano
誠 矢野
Michihiro Nakamura
通宏 中村
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.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4141Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases

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Abstract

PURPOSE:To enable to perform a high-temperature disinfection, by a method wherein a comparision electrode is adhered to a gate part of a pH-sensitive semiconductor sensor, the sensor is housed in a flexible tube, a lead wire is connected to a connector at the rear end of the tube, the inside of the tube is filled with an insulating resin, and the forward end is covered with a gas permeable film. CONSTITUTION:A comparision electrode 31 comprising Ag/AgCl is deposited to a gate part 22 of a pH-sensitive semiconductor sensor 2, and the gate part 22 is exposed at a forward end of a flexible polyester tube 40 to house the sensor 21 and a lead wire 45 for the sensor and the comparision electrode therein, a core wire 48 such as stainless steel is inserted for reinforcing, and the inside of the tube 40 is filled with an electric insulating resin 42 for curing. The lead wire 45 is then joined to a pin 47 for connector, the tube 40 and the pin 47 are set to a mold forming device, silicon resin is poured into for curing to form a connector part 49. After a part 46 is formed with PVC at the part 49, a forward end 43 is filled with a hydrophilic polymer such as PVC containing an electrolytic aqueous solution such as NaCl, and the whole periphery of the forward end of the tube 40 is covered with a gas permeable teflon film 44. This obtains a device which is used for measuring CO2 concentration in a living body, can perform a high- pressure steam disinfection, and is high-sensitive.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゲート絶縁型電界効果トランジスタ構造を有す
る半導体の水素イオンセンサを用いたガス濃度測定装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gas concentration measuring device using a semiconductor hydrogen ion sensor having an insulated gate field effect transistor structure.

炭酸ガス、アンモニアガスなどのガス濃度測定は工業用
途において重要である。また、近年医学。
Measuring the concentration of gases such as carbon dioxide and ammonia gas is important in industrial applications. Also, medicine in recent years.

生理学分野において、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。例えば生理学においては、
−細胞中の炭酸カス濃度の測定が重要な知見を与えるし
、また医学においては、麻酔患者や重症患蓄9回復室の
患者の血中炭酸ガス濃度の継続的な測定が緊急事態の発
見に役立っている。かかる目的には細胞中、又は血管中
に挿入して用いることのできる換めて小さいガス濃度測
定装置が必要とされる・ 本発明者らは上記目的のために半導体の水素イオン濃度
を用いたガス濃度測定装置を特開昭56−2546号に
提案した・かかる装置は第1図に示すように半導体の水
素イオン童/す21の表面にI Ag−=AgC4!1M引をゲート部に近接して蒸着し
、このセンサを一本の管40の内部にFETのゲート部
22が管の先端に位置するように収容して、センサと〜
−Ag CJに接続したリード線45を管に沿って延在
させるとともに、上記リード線接続部と管の内壁間に電
気絶縁樹脂10を充填して管の先端を閉塞し、さらに電
解液を含む親水性ポリマー43をセンサのゲート感応膜
とAg−AgCJの一部にまたがるように被覆し、その
上にガス透過性膜44を被覆している。この装置は小型
化により電気抵抗が尚くなるという従来のガラス電極や
固体電極の欠点を解消したものであり、特に医療用途に
適した装置である・ 上記装置は主として医療用途に用いるため員圧蒸気滅細
しなければならない、しかしながらこの装置はA漏の苛
酷な条件下にさらした場合実用上全く使用不能となる場
合が多く櫓めで問題であ”つた、したがって高圧蒸気滅
菌に耐える装置の開発か要望されている。
In the field of physiology, the measurement of gas concentrations in living organisms is beginning to be considered important. For example, in physiology,
- Measuring the concentration of carbon dioxide in cells provides important knowledge, and in medicine, continuous measurement of the concentration of carbon dioxide in the blood of anesthesia patients and patients in the recovery room for critically ill patients can help detect emergencies. It's helpful. For this purpose, a relatively small gas concentration measuring device that can be inserted into cells or blood vessels is required. The present inventors used the hydrogen ion concentration of semiconductors for the above purpose. A gas concentration measuring device was proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-2546. As shown in FIG. This sensor is housed inside a single tube 40 with the gate part 22 of the FET located at the tip of the tube, and the sensor and...
- A lead wire 45 connected to the Ag CJ is extended along the tube, and an electrically insulating resin 10 is filled between the lead wire connection portion and the inner wall of the tube to close the tip of the tube, and further contains an electrolyte. A hydrophilic polymer 43 is coated over the gate sensitive membrane of the sensor and part of the Ag-AgCJ, and a gas permeable membrane 44 is coated thereon. This device eliminates the shortcomings of conventional glass electrodes and solid electrodes, such as increased electrical resistance due to miniaturization, and is particularly suitable for medical applications. However, this equipment often became completely unusable when exposed to severe conditions of A leakage, which caused problems with the tower.Therefore, it was necessary to develop equipment that could withstand high-pressure steam sterilization. or requested.

本発明音らは、上記装置の高圧蒸気滅菌中の状馨を詳細
に検討した結果、■センサ、 Ag−kgcj及びコネ
クタピンとリード線の接結部が高温条件下で外れ易くな
ること、及び■リード縁収容管の内−トが起りやすいこ
とを見い出し、史に鋭iM検討した結果本発明番こ@達
したものである。すなわち本発明ハ半導体の水素イオン
センサのゲート部に近接して比較電極を接着し、このセ
ンサを一本の管の先端に収容して、この管の横端部にコ
ネクタを設け、かつ上記センサと比較電極のリード線接
続部と管及びコネクタの内壁で形成される内部空間に電
気絶縁性樹脂を充填し、この管の少くとも先端部の全周
をガス透過性膜で被覆しで、この膜とイオンセンサのゲ
ート感応膜と比較電極で外部空間を形成するとともに、
Cの外部空間に電解液を含む親水性ポリマーを充填した
ガス濃度測定装置である。
As a result of a detailed study of the condition of the above-mentioned device during high-pressure steam sterilization, the inventors of the present invention found that: (1) the connection between the sensor, Ag-kgcj, connector pin, and lead wire is likely to come off under high-temperature conditions, and (2) It was discovered that internal failure of the lead edge receiving tube is likely to occur, and the present invention was arrived at after thorough investigation. That is, in the present invention, a reference electrode is bonded close to the gate of a semiconductor hydrogen ion sensor, this sensor is housed in the tip of a tube, a connector is provided at the lateral end of this tube, and the sensor is The internal space formed by the lead wire connection of the reference electrode and the inner wall of the tube and connector is filled with an electrically insulating resin, and at least the entire circumference of the tip of the tube is covered with a gas permeable membrane. While forming an external space with the membrane, the gate sensitive membrane of the ion sensor, and the reference electrode,
This is a gas concentration measuring device in which the external space of C is filled with a hydrophilic polymer containing an electrolyte.

本発明の特長はセンサと比較電極とコネクタピンのリー
ド線接結部を樹脂に完全に埋め込んrごことにある。か
かる特長により高温の条件下においでもリード線の接結
部が外れたす、リード線間がショートしたりすることが
なく装置の耐久性を著しく向上させることが可能となっ
たのである。
A feature of the present invention is that the sensor, reference electrode, and connector pin lead wire connecting portions are completely embedded in resin. These features have made it possible to significantly improve the durability of the device by preventing the joints of the lead wires from coming off or causing short circuits between the lead wires even under high-temperature conditions.

上記装置は、さらに管の先端からコネクタ間に袖強用の
芯線を延在させることが好ましい、かかる芯線により高
温条件下での管の変形を防止することができるとともに
管方向の引っ張り強度が向上し、かつセンサの破損をも
防止することができる− 次に本発明装置の一実施例を図面にて説明する。
In the above device, it is preferable that a core wire for sleeve strength is further extended from the tip of the tube to between the connectors. Such a core wire can prevent the tube from deforming under high temperature conditions and improve the tensile strength in the tube direction. In addition, damage to the sensor can be prevented.Next, an embodiment of the device of the present invention will be described with reference to the drawings.

第2図は本発明のガス濃度測定装置に用いるPH感応の
半導体センサ21の一例を示す平面図である。このセン
サ21は、例えば幅0.4簡、長さ5〜4簡の細長形状
のもので、一端部にゲート部22を、他端部にドレイン
端子23、ダース端子24を^える・ゲート部22は第
S図に第2図のムーム断面図を示すように、シリコン基
板25にドレイン拡散領域26及び号−ス拡散領域27
、f形成し全体を酸化膜29及び表面安定化膜30で順
次に被覆して構成する。この表向安定化膜30には窒化
シリコン(85N4) 、アt5 i t (”ItO
す、五酸化タンタル(Ta20g)などの膜の一つが利
用でき、上記展を有するセンサは水素イオンに感応する
・第4図は上記センサ21のゲート部22に近接して、
比較電極31を半導体イオンセンサ上に接着した一例を
示す平面図である。この比較電極31は、第5図に第4
図のB−B断面図で示すように、例えば銀52及び塩化
銀65で構成されでいる。
FIG. 2 is a plan view showing an example of the PH-sensitive semiconductor sensor 21 used in the gas concentration measuring device of the present invention. This sensor 21 is elongated and has a width of 0.4 cm and a length of 5 to 4 cm, and has a gate part 22 at one end, and a drain terminal 23 and a dozen terminals 24 at the other end. Reference numeral 22 indicates a drain diffusion region 26 and a drain diffusion region 27 in the silicon substrate 25, as shown in FIG.
, f are formed and the entire surface is sequentially covered with an oxide film 29 and a surface stabilizing film 30. This surface stabilizing film 30 is made of silicon nitride (85N4), at5 it ("ItO
One of the membranes such as tantalum pentoxide (Ta20g) can be used, and the sensor having the above-mentioned structure is sensitive to hydrogen ions.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a comparison electrode 31 bonded onto a semiconductor ion sensor. This comparison electrode 31 is shown in FIG.
As shown in the BB sectional view in the figure, it is made of, for example, silver 52 and silver chloride 65.

上記〜−AgCJは蒸着とメッキ及び電解により作製す
ることができる。しかしなから通常銀はイオンセンサの
表面安定化層30との接着性が愚いため銀と表面安定化
層との間にそのどちらにも良く接着する接着m34を設
けることが好ましい。この接着@54としては、例えば
表面安定化層が窒化シリコンの場合クロム、クロム銅、
ニッケル等ヲ用いることができる。2Bはチャネルスト
ツノく層である・上述の窒化シリコン層60に設けた接
着層54及び〜−AgCj層52,55の辱さはセンサ
の安定性、耐久性に大きな影梼を与える。そのため窒化
シリコン50上に設けられる接着層34の厚みは100
〜1,000kが好ましい、接着層の厚みが100λ以
下では接着側の接着効果が不十分である1また1、00
0k以上では接着層の蒸着時間を長くするのみで何らメ
リットがないばかりでなく、熱的なひずみによりはがれ
やすくなる。また接着層上に設けら第1る銀@52の厚
さ及び塩化銀層53の厚さは、あまり薄いとセンサの作
製直後には正常に作動しても長時間保存後には測定が不
安定でドリフトが激しく使用が不可能となる。したかつ
て充分な耐久性を得るには銀層の厚さを5μ以上、Ag
CNtaの厚さを1μ以上とすることが好ましい。
The above -AgCJ can be produced by vapor deposition, plating, and electrolysis. However, since silver usually has poor adhesion to the surface stabilizing layer 30 of the ion sensor, it is preferable to provide an adhesive m34 between the silver and the surface stabilizing layer that adheres well to both. For example, when the surface stabilizing layer is made of silicon nitride, this adhesion@54 may include chromium, chromium copper,
Nickel etc. can be used. Reference numeral 2B is a channel block layer.The adhesive layer 54 and the ~-AgCj layers 52 and 55 provided on the silicon nitride layer 60 have a large impact on the stability and durability of the sensor. Therefore, the thickness of the adhesive layer 34 provided on the silicon nitride 50 is 100 mm.
~1,000K is preferable; if the thickness of the adhesive layer is less than 100λ, the adhesive effect on the adhesive side is insufficient.1 or 1,00
If it is 0k or more, not only will the deposition time of the adhesive layer be lengthened, but there will be no advantage, and it will be easily peeled off due to thermal strain. Furthermore, if the thickness of the first silver layer 52 and the silver chloride layer 53 provided on the adhesive layer are too thin, even if the sensor operates normally immediately after fabrication, measurement will become unstable after long storage. Drift is severe and it becomes impossible to use. In order to obtain sufficient durability, the thickness of the silver layer must be 5μ or more, Ag
It is preferable that the thickness of CNta is 1 μ or more.

〜−AgO1膚は倒えばセンサ表面の8!sNa Hi
m上にクロム層を薄く蒸着した後、その上に銀層を蒸着
あるいはメッキにまり設鴫これを、さらにNaC1溶液
中でAg極をliI極にして電解を行なうことにより銀
−の表面が塩素化されて〜−AgC−比較電極を作製す
ることができる。特に銀層を厚くする場合にはまず蒸着
法によってうすい銀層を作りその上にメッキ法によつ工
十分な厚みの銀P11を形成させることか好ましい、ま
た比較[&の形状及び配置も嵐要で7一ト部と比較電極
間の距離L(第5図)が大きいと誘導によるノイズをひ
ろいやすくなるのでゲート部と比較電極の間の距離りは
2■以下にするCとが好ましい。この距離か2■以下で
はノイズは実用上全く問題がない。比較1ullのリー
ド線接続部とセンサのゲート部間との短絡を防ぐため比
較電極はセンサの形状と同様のm長状の形状することが
好ましい。
~-AgO1 skin is 8 on the sensor surface when it falls down! sNa Hi
After a thin chromium layer is deposited on the chromium layer, a silver layer is deposited or plated on top of the chromium layer, and this is further electrolyzed in a NaCl solution using the Ag electrode as a liI electrode, so that the silver surface becomes chlorinated. can be used to prepare a ~-AgC-comparison electrode. In particular, when thickening the silver layer, it is preferable to first form a thin silver layer by vapor deposition and then form a sufficiently thick silver layer P11 by plating. In short, if the distance L (FIG. 5) between the gate part and the comparison electrode is large, noise due to induction will be easily picked up, so it is preferable that the distance between the gate part and the comparison electrode be 2 or less. At this distance of 2 cm or less, noise poses no practical problem. In order to prevent a short circuit between the lead wire connection portion of the comparison 1ull and the gate portion of the sensor, it is preferable that the comparison electrode has an m-long shape similar to the shape of the sensor.

第6図は本発明のガス濃度測定装置の構成を示す要部断
面図である。このセンサはポリエチレン。
FIG. 6 is a sectional view of essential parts showing the configuration of the gas concentration measuring device of the present invention. This sensor is made of polyethylene.

ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン。Polypropylene, polytetrafluoroethylene.

シリコン、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管40、例えばカテー
テルの先端部内に第4図及び第5図1 に示す比較電極ij+を基板上に接着したPH@応半導
体センサ21をそのゲート部22を1140の先端開口
に露出させて収答しでいる。上記比較電極31及゛びイ
オンセンサ21に接続された各リード線45は絶縁被覆
し、絶縁管内を通してその後端部に設けたコネクタピン
47に接結する。なお絶縁管40の先端開口は、イオン
センサ21fl−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。そしてイオンセンサ
21と比較電極51のリード線接続部と絶縁管及びコネ
クタ内壁で形成される空間に電気絶縁樹脂42を充填し
て絶縁管を閉塞している。この場合、電気絶縁性樹脂と
してはエポキシ、シリコーン、ポリ塩化ビニル、ナイロ
ン、ポリウレタン、ポリプロピレン等を用いることがで
きる。
Silicone, nylon 11. A flexible tube 40 made of polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, etc., for example, a catheter, has a reference electrode ij+ shown in FIGS. 22 is exposed and accommodated in the tip opening of 1140. Each lead wire 45 connected to the reference electrode 31 and ion sensor 21 is insulated and passed through an insulated tube and connected to a connector pin 47 provided at the rear end. The opening at the tip of the insulating tube 40 is made to protrude slightly from the ion sensor 21fl in order to protect it from damage, and is cut out diagonally so that it can be easily inserted into a living body, for example. Then, the space formed by the lead wire connection portion of the ion sensor 21 and the comparison electrode 51, the insulating tube, and the inner wall of the connector is filled with electrically insulating resin 42 to close the insulating tube. In this case, epoxy, silicone, polyvinyl chloride, nylon, polyurethane, polypropylene, etc. can be used as the electrically insulating resin.

pH感応イオンセンサ21のゲート部22と比較電極5
10両方にまたがるようにガスを吸収することにより一
の変化する電解液を含んだ親水性ポリマーfi 43が
設けられている。このポリマー側の厚さは乾燥状態で1
〜10μが好ましい、このポリマ一層の厚さが10μ以
上になると応答速度が小さくなり、また1μ以下ではシ
グナルが不安定になる。したがってポリマ一層は躊く均
一である必要がある。
Gate section 22 of pH sensitive ion sensor 21 and comparison electrode 5
A hydrophilic polymer fi 43 containing an electrolyte that changes by absorbing gas is provided across both 10 and 10. The thickness of this polymer side is 1
The thickness of this polymer layer is preferably 10 μm or more. If the thickness of this polymer layer is 10 μm or more, the response speed becomes low, and if it is less than 1 μm, the signal becomes unstable. Therefore, the polymer layer must be very uniform.

ここで用いるポリマーは適度な吸水性(測定湿度57℃
で60ム鰍%以上)を持ち、0OOH基などの有機酸基
や塩基基を実質的に含まない、甘い換えれば2mO!%
以下(全モノマーユニットに対して)であることがm9
であ、る、吸水性が低いと応答速度が低くなり、また有
機酸裁や塩基基を含むと感度が低下する。このようなポ
リマーとしではポリビニルアルコール(以TPVA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。
The polymer used here has moderate water absorption (measured humidity: 57°C).
(more than 60%) and contains virtually no organic acid groups or base groups such as 0OOH groups, to put it mildly, it is 2mO! %
m9 or less (for all monomer units)
If the water absorption is low, the response speed will be low, and if it contains an organic acid or base group, the sensitivity will be decreased. Examples of such polymers include polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as TPVA), cellulose, and polyhydroxyethyl methacrylate.

ポリビニルピロリドン、寒天、デンプン等や電解簀ポリ
マー等かある。これらのポリマーは他のモノマーと共嵐
合されていてもよく、またoJWi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。このPVAの血合度は500〜30
,000が好ましい・PVAのpolymer cha
in中には下式に小すごとく、正常なマ1nyl al
cohol unit (B)の他に、末端アルデヒド
基(A)、ケトン基(C)、酢酸ビニル4i (D)。
Examples include polyvinylpyrrolidone, agar, starch, and electrolyte polymers. These polymers may be co-combined with other monomers and may also contain oJWi agents, etc. Among these polymers, PVA is particularly excellent in terms of stability. The blood level of this PVA is 500-30
,000 is preferable・PVA polymer cha
During the in, there is a small amount of normal breasts as shown below.
In addition to the cohol unit (B), a terminal aldehyde group (A), a ketone group (C), and vinyl acetate 4i (D).

A        B       CC=0 LH。A CC=0 LH.

D            E および末端カルボキシル基(E)等の含カルボニルhe
tero unrtが含まれている。これらのhete
ro unitのうち末端アルデヒド基およびゲトン基
はケト−エノール異性化によってエノール型となり、そ
れが弱い酸基として作用する。酢酸ビニル基はケン化さ
れて酢酸を生じる。また末端カルボキシル基はそのまま
で酸として作用する。このように、これらの含カルボニ
ルhetero unitはいずれも酸基としての作用
を有し、ガスセンサーの感度低下をもたらす・従って1
本発明のガスセンサー用としてはこれら全ての含カルボ
ニルbetero unitの含有率が至上ツマーユニ
ットに対して2 moj%以下のPVムを使用すること
が望ましい。またPVムは他Oモノマー、例えばビニル
ピロリドン、炭酸ビニレンなどが共血合された共重合体
でもよい、 PVム及びビニルアルコール共重合体はJ
ffi化されている方が乾燥に対する安定性がよい。上
記JjEl剤としては。
D E and carbonyl-containing he such as terminal carboxyl group (E)
Contains tero unrt. These hete
The terminal aldehyde group and getone group of the ro unit become an enol type by keto-enol isomerization, which acts as a weak acid group. Vinyl acetate groups are saponified to produce acetic acid. Further, the terminal carboxyl group acts as an acid as it is. In this way, all of these carbonyl-containing hetero units act as acid groups and cause a decrease in the sensitivity of the gas sensor.
For the gas sensor of the present invention, it is desirable to use a PV membrane in which the content of all of these carbonyl-containing betaro units is 2 moj% or less relative to the highest total unit. In addition, PVmuth may be a copolymer in which other O monomers such as vinylpyrrolidone and vinylene carbonate are copolymerized.
The ffi type has better stability against drying. As the above JjEl agent.

エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチ
ロールプロパン、5−メチル−1,3,5−ペンタント
リオール、ブタンジオール、トリエチレングリコール、
ジプロピレングリコール、グリセリン、ポリヒニルピロ
リドン等を用いることができる7 上記親水性ポリマ一層45におけるポリマーの含有It
(ポリマー/(ポリマー十可搬剤)の比率)は乾燥状飯
で50嵐絋%以上、95皇樵%以下が好ましい、ポリマ
ー含有率がこれより小さいと吸水性の低下や形態保持性
の低下により、長期の使用や保存の際ゲートと比較!極
間の電気的接触が切れやすくなる。ポリマーの含有率が
95%以上になると、乾燥状態で放置したときに感度及
び応答速度が低下しやすくなる またこのポリマ一層に含まれる電解責液臆は、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。また濃度か大きいと応答速度の低下が起る
。したがって電解液域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。仇えば炭酸ガスセンサの場合
にはポリマーに対しNaHOOsを0.01〜1 mo
J%NaCjを0.1〜2moJ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一層は、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。
Ethylene glycol, diethylene glycol, trimethylolpropane, 5-methyl-1,3,5-pentanetriol, butanediol, triethylene glycol,
Dipropylene glycol, glycerin, polyhinylpyrrolidone, etc. can be used.7 Polymer content in the hydrophilic polymer single layer 45
(Ratio of polymer/(polymer + transport agent)) is preferably 50% or more and 95% or less in dry rice.If the polymer content is smaller than this, water absorption and shape retention will decrease. Compared to gates for long-term use and storage! The electrical contact between the poles is likely to break. When the content of the polymer exceeds 95%, the sensitivity and response speed tend to decrease when left in a dry state.Also, the electrolyte contained in this polymer layer tends to decrease the sensitivity when the concentration is low relative to the polymer. This is likely to occur and the signal becomes unstable. Also, if the concentration is high, the response speed will decrease. Therefore, it is necessary to contain the electrolytic solution to an extent that does not cause the above-mentioned troubles. For example, in the case of a carbon dioxide sensor, 0.01 to 1 mo of NaHOOs is added to the polymer.
A polymer layer containing such an electrolyte, which preferably contains 0.1 to 2 moJ of NaCj, is applied after being dissolved in a solvent that dissolves both the polymer and the electrolyte, such as water.

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、ゲート上で血合して得られたポリマ一層
を要すれば架橋した後、電解Wi浴溶液浸漬、膨潤させ
た後乾燥してもよい。いづれの場合も乾燥はil調状態
の厚みを保持させるため凍結乾燥が好ましい・ 上紀管の少くとも先端部の全周ばガス透過性ポリマー4
4で被覆されている・ このポリマーは公知のガス透過性膜を使用することかで
きる。それらは例えば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
ロエチレン等の嵐合体オヨび共重合体の弗素樹脂、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリペンテン−11等のポ
リオレフィン及びシリコン樹脂などである。この中でと
くに好ましいのはポリテトラフルオロエチレン及びシリ
コン樹脂でありs frtj者を用いると経時変化の少
ないセンサが、また後6を用いると応答時間の短かいセ
ンサが得られる。また膜の厚さは強度、応答時間の面か
ら弗素樹脂、オレフィン樹脂では6〜20μ、シリコン
樹脂等のゴムでは50〜′500μが好ましい。
Alternatively, you can apply a solution of the polymer alone in advance, or if necessary, crosslink a single layer of polymer obtained by combining on the gate, immerse it in an electrolytic Wi bath solution, swell it, and then dry it. good. In either case, freeze-drying is preferable in order to maintain the thickness of the tube in an il-like state.
4. This polymer can be coated with a known gas permeable membrane. These include, for example, fluorocarbon resins such as Arashi coalescent copolymers such as tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, hexafluoropropylene, and chlorotrifluoroethylene, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and polypentene-11, and silicone resins. Particularly preferred among these are polytetrafluoroethylene and silicone resin; use of sfrtj produces a sensor with little change over time, and use of sfrtj yields a sensor with short response time. In terms of strength and response time, the thickness of the film is preferably 6 to 20 μm for fluororesins and olefin resins, and 50 to 500 μm for rubbers such as silicone resins.

ガス透過性膜44のコーティング法としては、浸し塗り
、スプレー塗り、真空蒸着、紫外線血合。
Coating methods for the gas permeable membrane 44 include dipping, spraying, vacuum deposition, and ultraviolet light coating.

プラズマ真合、スパッタリングによる方法等を用いるこ
とができる。ガス透過i!lI:膜は十分な応答速度を
得るために均一で薄い膜であることが必要であり、とく
にポリテトラフロロエチレンやポリエチレン、ポリプロ
ピレンのようなゴム状でないポリマーは薄膜である必要
があり、真空蒸着、紫外線皇合、プラズマ真合、スパッ
タリング法等の気相本合法をとることが望ましい。さら
に先端を閉じたガス透過性のチューブをセンサの少なく
ともゲート部領域に被覆しチューブの他端をセンサと液
密に固定することもできる。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。
Methods such as plasma deposition and sputtering can be used. Gas permeation i! lI: The film needs to be uniform and thin in order to obtain a sufficient response speed. In particular, non-rubber-like polymers such as polytetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene need to be thin films, and vacuum evaporation It is preferable to use a vapor phase method such as , ultraviolet light method, plasma method, or sputtering method. Furthermore, it is also possible to cover at least the gate region of the sensor with a gas-permeable tube with a closed end, and to fix the other end of the tube to the sensor in a fluid-tight manner. This method is a preferred method because it allows the gas sensor to be miniaturized in the case of an elongated sensor.

上記管の内部にはその先端からコネクタまで管の変形を
防止する補強用の芯線48が延在している。この芯線は
管が曲がる程度の曲げ剛性を有していればよく1例えば
直径0.05〜0.20■のステンレスis、タングス
テン線、モリブデン林、チタン線等を用いることができ
る。
A reinforcing core wire 48 extends inside the tube from its tip to the connector to prevent deformation of the tube. This core wire only needs to have bending rigidity to the extent that the tube can be bent. For example, stainless steel wire, tungsten wire, molybdenum wire, titanium wire, etc. with a diameter of 0.05 to 0.20 square meters may be used.

このようにして作成された装置の親水性ポリマ一層は乾
燥しで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木性ポリマーを吸湿、膨潤
させてから用いられる。このセンサは−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
、Iiiら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・本発明のセンサは長時間の水中保存に
よってもベースラインのドリフト、応答速度、11度の
低下は起らない。
Since the hydrophilic polymer layer of the device thus produced is dry, it will not work as it is, so the sensor is used after the hydrophilic polymer absorbs moisture and swells in water or water vapor. Even if this sensor is 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 use in III et al. No baseline drift, response speed, or 11 degree decrease occurs even after storage in water.

上記センサは次に第7図の回路により測定することがで
きる、この回路はソースフォロワ−回路であり、比較電
極51は接地されている・ドレイン26には一定電圧V
Oが加えられ、ドレイン26とソース27間には定電流
回路51により一定の電流が流れている。ガスセンサか
測定液、例えば血管内に挿入されるとカス透過膜44を
透過したガスは親水性ポリマ一層46に含ま口る電解液
に吸収されて電解液の水素イオン濃度を変化させ、上記
ポリマー智に露出された半導体センサ21のゲート部分
22の界面電位を変化させる。この界面電位の変化に伴
ってソース電位Vsか変化する・従って出力端子52と
比較電極61間の電位を測定スることにより、ポリマー
智の水素イオン濃度、1い換えれば溶液中のガス濃度を
測定することができる。
The sensor described above can then be measured by the circuit shown in FIG.
O is applied, and a constant current flows between the drain 26 and the source 27 by a constant current circuit 51. When a gas sensor or a measuring solution is inserted into a blood vessel, for example, the gas that has passed through the gas permeable membrane 44 is absorbed by the electrolytic solution contained in the hydrophilic polymer layer 46, changing the hydrogen ion concentration of the electrolytic solution, The interface potential of the gate portion 22 of the semiconductor sensor 21 exposed to the surface is changed. As the interfacial potential changes, the source potential Vs also changes. Therefore, by measuring the potential between the output terminal 52 and the comparison electrode 61, the hydrogen ion concentration of the polymer layer, or in other words, the gas concentration in the solution, can be determined. can be measured.

実施例 第を図のような構造を有する炭酸ガス濃度測定装置を次
のようにして作成した。まず幅0.4m111゜長さ5
■、厚さ0.15■のpHセンサ21及びAg/Ag’
比較電櫓51のボンディング部にリード縁45を接合し
、リード線及び芯線48を内径0.5m、外径0.65
 waのナイロンカテーテル40中に通す0次にナイロ
ンカテーテルのコネクター側開口部を真空で吸引しなが
ら、イオンセンサ装着側開口部からシリコーン樹脂液を
カテーテル内に吸い込み、カテーテルの内部全体にシリ
コーン樹脂液が満たされたら吸引をやめ、第6図のごと
< FETのゲート部以外がカテーテル内に収納される
よう番こFETの位m1llを固定し、シリコーン樹脂
液が固化する迄静置する・この時FETのゲート部及び
比較電極の先端部がシリコーン樹脂液によって汚染され
な0ように注意することが必要である。シリコーン樹脂
液が固化した後リード線のコネクター側を、コネクター
用ビン47に/Aレンダ接合し、コネクター成型用のモ
ールド成型機にセンサー収納カテーテルとビンをセット
し、成型用の型Gこシリコーンゴム管を流し込み硬化さ
せて、第6図のし1ζ相当する部分を成型し、続いてコ
ネクター46の成型用の型にポリ塩化ビニル樹脂を仕込
んで加熱し、第6図の46に相当する部分を成型する・
かくして作成されたイオンセンサの先端部45を、10
血鼠%のポリビニルアルコール(重合度1700.’7
ン化ft99.8%)、57に1%のエチレングリコー
ル。
Example 1 A carbon dioxide concentration measuring device having the structure shown in the figure was prepared as follows. First of all, width 0.4m 111° length 5
■, pH sensor 21 with a thickness of 0.15■ and Ag/Ag'
The lead edge 45 is joined to the bonding part of the comparison electric tower 51, and the lead wire and core wire 48 are connected to each other with an inner diameter of 0.5 m and an outer diameter of 0.65 m.
Next, while vacuuming the opening on the connector side of the nylon catheter, suck the silicone resin liquid into the catheter from the opening on the side where the ion sensor is attached, and make sure that the silicone resin liquid is completely inside the catheter. When it is filled, stop the suction, and as shown in Figure 6, fix the FET so that everything other than the gate part of the FET is housed in the catheter, and leave it still until the silicone resin liquid solidifies. Care must be taken to ensure that the gate part and the tip of the reference electrode are not contaminated by the silicone resin liquid. After the silicone resin liquid has solidified, the connector side of the lead wire is joined to the connector bin 47 using a /A render, and the sensor storage catheter and the bottle are set in a molding machine for connector molding. Pour the pipe and harden it to mold the part corresponding to 1ζ in Figure 6. Next, fill the mold for molding the connector 46 with polyvinyl chloride resin and heat it to mold the part corresponding to 46 in Figure 6. to mold/
The tip portion 45 of the ion sensor thus created was
Blood rat% polyvinyl alcohol (degree of polymerization 1700.'7
(ft99.8%), 1% ethylene glycol in 57.

0、I MaNaHCO&、 IMノNa(Jlを含む
水溶液中に浸漬し、引き上げた後凍結乾燥により水分を
除去する・次いで、この先端部に一万の閉じたシリコー
ンゴム管44をかぶせる。これによって、第6図のよう
な、カテーテル内及びコネクター内の全てが芯線によっ
て補強されたシリコーン樹脂で充填された装置が完成す
る。
Immerse it in an aqueous solution containing 0, I MaNaHCO &, IM no Na (Jl) and remove the moisture by freeze drying after pulling it up. Next, cover this tip with a closed silicone rubber tube 44 of 10,000. By this, A device is completed, as shown in FIG. 6, in which the inside of the catheter and the inside of the connector are all filled with silicone resin reinforced with core wires.

このようにして作成された装置20本を120℃の^圧
水蒸気中で1時間滅菌処理したところ、故障率は0%で
、且つカテーテル部の変形は起らなかった・ 比較例 第1図に示したような、カテーテル中央部及びコネクタ
ー内部か空洞となっている炭酸ガス濃度測定装置センづ
−を作成した。この場合、使用材料は実施例1と同じで
あるが、シリコーン樹脂の充填はイオンセンサ装着部に
限定された。
When 20 devices created in this way were sterilized in 120°C ^pressure steam for 1 hour, the failure rate was 0% and no deformation of the catheter part occurred. Comparative Example Figure 1 A carbon dioxide concentration measuring device sensor as shown in the drawing was created, with a hollow space in the center of the catheter and inside the connector. In this case, the materials used were the same as in Example 1, but the silicone resin filling was limited to the ion sensor mounting part.

このようにして作成された装置20本を120℃の高圧
水蒸気中で1時間滅菌処理したところ、故障率は70%
でめった。故障の原因は主にハンダ部の断線及びリード
線部のショートであった。また全てのイオンセンサのカ
テーテル部の変形が著しかった。
When 20 devices created in this way were sterilized in high-pressure steam at 120°C for 1 hour, the failure rate was 70%.
I failed. The main cause of the failure was a break in the solder part and a short in the lead wire part. In addition, the catheter parts of all ion sensors were significantly deformed.

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

第1図は従来のガス濃度測定装置の断面図、第2図は半
導体イオンセンサの平面図、第5図は第2図のA−A断
面図、第4図は基板表面に比較電極を接着したイオンセ
ンサの平向図、第5図は第4図のB −BIIFrdi
i図、第6因は本発明装置の断面図%第7図は本発明装
置を使用する電気回路図である。 第1図 第2図 第4図 第6図 7 第71図 44  43
Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional gas concentration measuring device, Figure 2 is a plan view of a semiconductor ion sensor, Figure 5 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 2, and Figure 4 is a reference electrode bonded to the substrate surface. The top view of the ion sensor shown in Fig. 5 is B-BIIFrdi in Fig. 4.
Figure i, the sixth factor is a sectional view of the device of the present invention. Figure 7 is an electrical circuit diagram using the device of the present invention. Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 6 Figure 7 Figure 71 44 43

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 半j1体の水素イオンセンサのゲート部に近接し
て比較電極を接着し、このセンサを一本の管の先端に収
容して、この管の後端部にコネクタを設け、かつ上記セ
ンサと比較電極のリード線接続部と管及びコネクタの内
壁で形成される内部空間に電気絶縁性樹脂を充填し、こ
の管の少くとも先端部の全周をガス透過性膜で被覆して
、この膜とイオンセンサのゲート感応膜と比較電極で外
部空間を形成するとともに、この外部空間に電解液を含
む親水性ポリマーを充填したことを特徴とするガス濃度
測定装置。 2、管の内部に補強用の芯縁を管の先端からコネクタま
で延在させたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のガス濃度測定装置。
[Claims] 1. A reference electrode is glued close to the gate of a half-body hydrogen ion sensor, the sensor is housed in the tip of a tube, and a connector is attached to the rear end of the tube. The inner space formed by the lead wire connection part of the sensor and reference electrode and the inner wall of the tube and connector is filled with an electrically insulating resin, and at least the entire circumference of the tip of the tube is covered with a gas permeable membrane. A gas concentration measuring device characterized in that an external space is formed by this film, a gate sensitive film of an ion sensor, and a reference electrode, and this external space is filled with a hydrophilic polymer containing an electrolyte. 2. The gas concentration measuring device according to claim 1, wherein a reinforcing core edge is provided inside the tube and extends from the tip of the tube to the connector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005057201A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-23 Testo Ag Method for producing a ph measuring probe and probe for measuring ph
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JP2009505045A (en) * 2005-08-08 2009-02-05 ミクロガン ゲーエムベーハー Semiconductor sensor

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