JP2006170722A - 危険有害性物質センサユニットおよびセンシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】危険有害性物質を高精度かつリアルタイムに識別することができ、識別のために危険有害性物質に測定者が近接する必要のない危険有害性物質センサユニットおよびセンシングシステムを提供する。
【解決手段】カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記カプセルに取り付けられ前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記カプセル（Ａ）内に収納された警告表示物質（Ｄ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて前記警告表示物質（Ｄ）を前記カプセル（Ａ）の外に放出させる表示物質放出手段（Ｅ）と、を少なくとも構成要素としてセンサユニットを構成する。また、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて位置情報を発信する位置情報発信手段（Ｇ）を必要に応じて組み合わせ使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、新規な危険有害性物質センサユニットおよびそれを用いたセンシングシスムに関するもので、さらに詳しくは、危険有害性物質を探知すると、その危険有害性物質の存在領域を警告表示物質または／および位置情報信号により確認可能状態にするカプセル型のセンサユニットおよびそれを用いたセンシングシステムに関するものである。

人類の生活圏には、人工、天然を問わず様々な危険有害性物質が存在し、これらを周囲環境から識別し、安全策を講じる必要がある。従来、危険有害性物質を識別するために、さまざまな識別方法が提案されている。具体的には、非特許文献１〜４に記載のように、対象となる危険有害性物質を直接採集（吸引）し、濃縮などの前処理をした後に、赤外線吸光分析（ＩＲ）装置、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）装置、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）装置などの分析機器により分析し識別する方法や、危険有害性物質と接触すると化学反応を起こして変色する識別試薬を含んだ収集管や試験紙を用いて、対象とする危険有害性物質の濃度が視覚的に識別する方法や、危険有害性物質を検知する各種センサを危険有害性物質に接触させてセンサの抵抗変化や静電容量変化を電気的に読み取ることにより識別する方法が提案されている。また、近年、地雷による民間人の犠牲が問題となっているが、この地雷を検知するために、地雷の起爆源であるＴＮＴを検知する方法として、ＴＮＴに反応する化学物質を薄膜化した薄膜センサなどの各種化学センサを用いて検知する方法が提案されている（非特許文献５）。なお、この地雷の所在の検知に関しては、周知のように、地雷容器の材質や形状をレーダーや金属探知器などで探知識別する方法が用いられている。

「匂いセンサの最近の進歩（その１）」ＡＲＯＭＡ ＲＥＳＥＲＣＨ Ｎｏ．１４ （Ｖｏｌ．４／Ｎｏ．２ ２００３） ｐｐ１７４−１７７ 「匂いセンサの最近の進歩（その２）」ＡＲＯＭＡ ＲＥＳＥＲＣＨ Ｎｏ．１４ （Ｖｏｌ．４／Ｎｏ．３ ２００３） ｐｐ２６３−２７１ 「センサを用いた匂いの判別や認識」静電気学会誌 ２６，３（２００２）Ｌ１４−Ｌ１８ "Ａ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｏｄｅｒ Ｐｌｕｍｅｓ" Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｎｅｗｓ ＆ Ｆｅａｔｕｒｅｓ, Ａｕｇｕｓｔ １, １９９９ ｐｐ５３１−５３６ "Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｎｏｓｅｓ" Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｍａｒｃｈ １, ２００３ ｐｐ９９−１０５

前記従来技術の内、分析機器を使った方法の場合は、判定速度が遅い、危険有害性物質が存在する場所での識別ができないなどのリアルタイム性に欠けるという問題点がある。また、収集管や試験紙を用いた方法や、各種センサを用いた方法は、リアルタイムに測定はできるものの検出感度や危険有害性物質を特異的に個別に識別するまでは至っていない。これらの方法で、特に問題であるのは、危険有害性物質を比較的高精度に測定できたとしても、広範な領域のどこに危険有害性物質が所在しているか不明な場合には、効果を発揮することができない点にある。もし、広範な領域から危険有害性物質の存在している場所を特定しようとした場合は、測定機器またはセンサを持って順に走査しなければならないからである。

唯一、非特許文献４に記載の技術では、匂いセンサを搭載したロボット車により匂いの流れを逆に辿り、匂いの源を特定する構成が開示されている。しかしながら、この方法では、比較的広い領域に匂いが流れを形成する程度の量が危険有害性物質源から放出されていなければ、役に立たない。つまり、匂いの漏洩量が少なかったり、気流や風がない場合には、匂いの拡散がなく、ロボット車による匂いの追尾ができない。

また、地雷のＴＮＴを化学センサにて検知する方法では、ＴＮＴを含む雰囲気ガスあるいは水をサンプリングするために、ある程度の近さまで地雷原に近づかなければならない。そもそも、この方法では、少なくとも地雷原の概略の位置が判明していなければ、測定プローブをＴＮＴを含むガスや水に触れさせることができないので、地雷原の位置を捜索するには不適である。

さらに、地雷をレーダーや金属探知器にて探知識別する方法では、対象とする危険有害性物質（地雷中のＴＮＴ等）以外の物質を検知してしまうことがあり、目的とする物質（地雷）の検知確率が低いという問題点がある。

このように従来の危険有害性物質を識別する方法では、識別精度が不十分であり、測定のリアルタイム性に劣る場合があり、さらに重要なことは識別のために危険有害性物質に測定者が近接しなければならないという問題がある。特に識別対象が地雷である場合には、識別作業中に爆発が起きれば、測定者の死傷につながるため、安全かつ正確な識別方法が希求されているのが現状である。

本発明者らは、上記従来の問題点を解決するために鋭意検討を重ねたところ、次のような知見を得るに至った。すなわち、センサを測定者の手元に置くのではなく、簡易かつ精度の高いセンサと、染料、顔料及び塗料の１種以上や着色発煙物質などの警告表示物質または／および位置信号発信手段をカプセルに搭載しておき、このカプセルの多数個を危険有害性物質の所在が疑われる領域に散布し、カプセルが危険有害性物質に近づき該危険有害性物質をセンサが検知した場合に、警告表示物質を周囲に放出させるか、位置信号を発信するか、さらには警告表示物質を周囲に放出させるとともに位置信号を発信するように設定することにより、測定者が危険有害性物質に近づくことなく、リアルタイムで危険有害性物質の所在を識別することができ、しかも、識別後、その危険有害性物質の所在位置を継続的に明示できることを、知るに至った。

本発明は、前記知見に基づいてなされたもので、本発明に係る危険有害性物質センサユニットは、カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ前記危険有害性物質と特異的に結合する危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記カプセルに取り付けられ前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記カプセル（Ａ）内に収納された警告表示物質（Ｄ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて前記警告表示物質（Ｄ）を前記カプセル（Ａ）の外に放出させる表示物質放出手段（Ｅ）と、を具備してなることを特徴とする。

また、本発明にかかる危険有害性センサユニットの他の構成は、カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ危険有害性物質と特異的に結合する危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて位置情報を発信する位置情報発信手段（Ｇ）と、を具備してなることを特徴とする。

本発明の危険有害性物質センシングシステムは、前記いずれかの危険有害性物質センサユニットを用いることを特徴とする。

本発明になる危険有害性物質センサユニットおよびそれを用いた危険有害性物質センシングシステムは、その対象物質を安全に感度よく捕らえることができ、また、染料、顔料及び塗料の１種以上などの警告表示物質を周囲に放出させるか、位置信号を発信するか、さらには警告表示物質を周囲に放出させるとともに位置信号を発信することにより、測定者が危険有害性物質に近づくことなく、リアルタイムで危険有害性物質の所在位置を遠隔から確認することができる。

以下、本発明の危険有害性物質センサユニットおよびそれを用いた危険有害性物質センシングシステムについて詳しく説明する。
前述のように、本発明に係る第１の危険有害性物質センサユニットは、カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ前記危険有害性物質と特異的に結合する危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記カプセルに取り付けられ前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記カプセル（Ａ）内に収納された警告表示物質（Ｄ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて前記警告表示物質（Ｄ）を前記カプセル（Ａ）の外に放出させる表示物質放出手段（Ｅ）と、を具備してなることを特徴とするものである。

前記危険物質特異的認識物質（Ｂ）とセンサ（Ｃ）は、前記カプセル（Ａ）の外表面に取り付けられていても良いが、識別性能を劣化させないために、カプセル（Ａ）の内部に収納しておくことが望ましい。内部に収納した場合に、危険物質特異的認識物質（Ｂ）の一部がカプセル（Ａ）の表面に露出する構造であってもかまわない。また、カプセル（Ａ）内部に収納された危険物質特異的認識物質（Ｂ）を１本以上の配管等の連通手段を介してカプセル（Ａ）の表面に接続する構造としてもよい。危険物質特異的認識物質（Ｂ）をカプセル内部に収納する場合は、カプセル（Ａ）は危険物質を透過させる特性を有することが好ましく、危険物質特異的認識物質（Ｂ）が一部露出や連通手段等によりカプセル（Ａ）表面に接続していない場合は、カプセル（Ａ）は危険物質透過性を有することが必要である。この危険物質透過性は、カプセル（Ａ）の材質を選択することにより達成しても良いし、構造的に対応しても良い。後述するように、気液透過性の材料や多孔性材料から構成することによって達成可能であるし、形状的に多孔構造とすることによっても達成可能である。

また、前記警告表示物質（Ｄ）は、カプセル（Ａ）の外部に取り付けて置いても良いし、カプセル（Ａ）の内部に収納しておいても良い。危険有害性物質が検知されるまで警告表示物質（Ｄ）が不用意に放出されないように、警告表示物質（Ｄ）はカプセル（Ａ）の内部に収納しておく方が望ましい。

前記表示物質放出手段（Ｅ）は、警告表示物質（Ｄ）を収納する容器（ｅ１）と、該容器（ｅ１）を破壊する容器破壊手段（ｅ２）とから構成してもよい。この場合、後述のように、カプセル（Ａ）を多孔性構造あるいは多孔性材質から構成しておけば、前記容器（ｅ１）の破壊後、前記警告表示物質（Ｄ）が前記カプセル（Ａ）を透過して該カプセル（Ａ）の外部に放出されることになり、目的を達することができる。

また、前記表示物質放出手段（Ｅ）は、警告表示物質（Ｄ）を収納する容器（ｅ１）と、該容器（ｅ１）と前記カプセル（Ａ）とを破壊する破壊手段（ｅ３）とから構成してもよい。この場合、前記カプセル（Ａ）を特に多孔性とする必要はない。破壊が可能な構造もしくは破壊可能な材質から構成しておけばよい。

前記カプセル（Ａ）は、危険有害性物質を内部に透過可能とするために多孔性構造を有していてもよい。

前記多孔性構造のカプセル（Ａ）を形成するにはプラスチックが製造コスト的に好適であるが、使用目的からして環境中に放置されることが避けがたいので、プラスチックの中でも生分解性樹脂を用いることが望ましい。生分解性樹脂としては、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、ポリエステルアミド、セルロース及びその誘導体、ビニルポリマーなどがあるが、これらに限定されるものではなく、また、強度の補強として、各種フィラーの混合や各種樹脂を混合してもよい。また、この生分解性樹脂には、合成物に限らず、天然物も使用可能である。例えば、比較的剛直かつ可撓性のある植物繊維を編んでカプセルを形成することも可能である。そのようなものの具体物としては、竹ひごを丸かご状に編んで、これをカプセルとして使用することも可能である。

前記カプセル（Ａ）を多孔性構造に形成する代わりに、気液透過性材料から構成しても良い。気液透過性材料としては、公知の材料を用いて差し支えないが、できるだけ環境に負荷のない材質を選択することが大切である。

本発明に用いるカプセル（Ａ）は、危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）、センサ（Ｃ）、警告表示物質（Ｄ）、そして必要に応じ後述の電源（Ｆ）を包含することができれば、その大きさは、特に限定されるものではないが、操作性から考えると、直径が５〜２０ｃｍ程度のものが好ましい。

前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）としては、多種多様な危険有害性物質に対応する他種類の物質が考えられるが、従来公知の特異的認識物質は、基本的に全て、本発明の危険有害性物質特異的認識物質として用いることが可能である。危険有害性物質が地雷内部から放出される化学物質、例えば、ＴＮＴ（トリニトロトルエン）またはその誘導体、ＲＤＸ(Ｈｅｘｏｇｅｎ Ｔ−４)、Ｐｌａｓｔｉｃ（Ｃ−４）、ニトロセルロース、ヘキソーゲンである場合、このＴＮＴまたはその誘導体等を特異的に認識する特異抗体分子や、ＴＮＴまたはその誘導体等に特異的に結合するアプタマー（アプタマ核酸）を危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）として好適に用いることができる。アプタマーを危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）として用いてＴＮＴまたはその誘導体等を検知する場合には、アプタマーの分子を水晶振動子センサユニット表面に固定化し、ＴＮＴまたはその誘導体等がこれらの分子にトラップされることによる振動の変化を検知する。

前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）としては、その他に、抗体、分子鋳型なども使用可能であり、いずれも高い認識精度を発揮可能である。前記分子鋳型を危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）として用いる場合は、認識分子の形を凹型に刷り込んだ分子薄膜を水晶振動子センサ表面に形成させて、ＴＮＴまたはその誘導体等をこの分子薄膜にトラップさせる。この分子鋳型用の薄膜としては、チオール膜やポリピロール膜などがある。

前記センサ（Ｃ）としては、従来公知の化学物質センサ、匂いセンサ等を使用可能であり、ＱＣＭ（水晶振動子マイクロバランス）も同様に使用可能である。化学物質センサ及び匂いセンサには、半導体センサが使用されており、この半導体センサとしては、酸化物半導体センサ、化合物半導体センサ、固体電解質センサ等が挙げられる。半導体センサの種類としては、酸化錫（ＳｎＯ₂）系と酸化亜鉛（ＺｎＯ）系や酸化タングステン（ＷＯ₃）系等が用いられる。これらの半導体センサには、センシング感度を上げるために、アルミニウムなどの異種金属をドープしても良い。化合物半導体としては、IIIとＶ族（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等）の組み合わせやＩＶ族同士（ＳｉＣ）の組み合わせのものがあり、いずれを用いてもよい。固体電解質センサとしてはリチウム、カリウム、バリウムなどの炭酸塩が用いられる。いずれのセンサにおいても、危険有害性物質を捕らえられた場合の振動周波数変化や抵抗値変化あるいは、危険有害性物質が物理的に吸着する際の吸着熱や化学反応を伴う反応熱を電気的信号に変換する形態をとる。

前記警告表示物質（Ｄ）としては、環境中に放出される都合上、環境を汚染することの少ない生分解性物質、あるいは、人体等に無害で一定期間で拡散、蒸発、気化等により消滅する物質を用いることが好ましい。また、その形態としては、粉末状または溶液状の染料、顔料及び塗料の１種以上か、粉末状または溶液状の着色発煙物質であることが好ましい。染料、顔料及び塗料の１種以上を用いた場合には、その後、比較的長期に渡って危険有害性物質の所在位置を明示し続けることができる。そのため、即時に危険有害性物質を処理できない場合でも、その場所に近づかないように周囲を封鎖するなどにより被害の防止が可能になる。警告表示物質（Ｄ）の色彩としては、特に限定されるものではないが、蛍光色を含むなど離れた場所からも容易に認識できることが好ましい。生分解性樹脂物質のマトリックス樹脂としては、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、ポリエステルアミド、セルロース及びその誘導体、ビニルポリマーなどがあるが、これに限定されるものではない。

前記危険有害性物質としては、天然、人工を問わず、様々な有害物質が対象となるが、有害物質が鉱毒や廃棄物から流出した毒素などの露出状態のものばかりでなく、地雷の起爆源であるＴＮＴなどの容器の中に納められている危険有害性物質も、本発明の対象である。この場合、容器が気密にシーリングされている場合は、識別対象として扱うことはできない。地雷の場合は、識別対象となる危険有害性物質は、地雷のケーシングから漏洩するＴＮＴ（トリニトロトルエン）またはその誘導体である。

前記センサ（Ｃ）、容器破壊手段（ｅ２）および破壊（ｅ３）を駆動するために、電源を使用する場合、それぞれ別々の電源を用意しても良いし、一つの電源（Ｆ）にて対応させても良い。この電源（Ｆ）としては、使用目的からして発電能力を持つことが望ましく、そのようなものとしては、太陽電池や、振動蓄電型電池が好適である。太陽電池を電源として用いる場合は、カプセル（Ａ）の外表面に貼着することが好ましい。振動蓄電型電池の場合は、カプセル（Ａ）の内壁に板バネなどの振動を増幅する部材を介して取り付けておくことが望ましい。

前記警告表示物質（Ｄ）を収納可能な容器（ｅ１）としては、プラスチックフィルム製の袋や、ガラスカプセルなどの破壊容易なものが好適に使用できる。この容器（ｅ１）に対する容器破壊手段（ｅ２）としては、プラスチックフィルム製の袋を破裂させる電気ヒューズや、ガラスカプセルに対するバネ機構などが使用できる。前記バネ機構としては、バネ部材の先端にハンマー様のおもりをつけておき、このバネ部材を付勢状態でトリガー固定しておき、前記電源を駆動源として前記トリガーを外す機構が用いられる。その他、同様の作用を行えるのであれば、容器（ｅ１）の材質や形状にも、容器破壊手段（ｅ２）の機構にも限定はない。例えば、生分解性プラスチックでカプセル（Ａ）を二重壁構造に形成し、容器（ｅ１）とカプセル（Ａ）とを一体構造にしても良い。この場合、警告表示物質（Ｄ）は中心部空間に充填してもよいし、外周部空間に充填しても良い。これに対応して、危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）、センサ（Ｃ）などの他の構成要素は、二重壁構造の外周部の空間に収納するか、中心部の空間に収納する。そして、この場合、例えば、二重構造のカプセル（Ａ）の少なくとも一部を薄く形成しておき、その薄厚部分を物理的打撃力もしくは熱衝撃力を発揮する容器破壊手段（ｅ２）により破壊することによって、警告表示物質（Ｄ）をカプセル（Ａ）の外部に放出し、危険有害性物質の所在を顕示する。

また、前記容器破壊手段（ｅ２）は、機械的に容器を破壊する手段に限らず、前記容器（ｅ１）も機械的に破壊容易でなくてもよい。たとえば、前記容器（ｅ１）として、簡易の圧力容器等も使用可能である。容器（ｅ１）として圧力容器を用いる場合には、容器破壊手段（ｅ２）を、圧力容器に接続した１本以上のチューブ（配管）とこのチューブに取り付けられた弁とから構成することも可能である。このチューブは、カプセル（Ａ）の表面ないしは外側に開口するようにカプセル内に布設する。この場合、チューブの弁は熱により溶解して開栓するタイプでも良いし、簡易な電磁弁でも良い。弁が開状態になれば、圧力容器内の警告表示物質（Ｄ）はチューブ（配管）から勢いよく放出され、カプセル（Ａ）の外側に散布されることになる。また、圧力容器の変形形態として、容器とこの容器に投入可能に設置された発泡剤とから構成した形態も可能である。危険物質を検知した時に前記発泡剤が容器内の警告表示物質（Ｄ）に投入され、容器内で発泡することにより容器内を陽圧にし、その圧力により容器が破壊され、カプセルの多数の孔から又は配管等を介して、警告表示物質（Ｄ）がカプセル（Ａ）の外側に放出される。

本発明に係る危険有害性物質センサユニットを構成するカプセル（Ａ）やセンサ（Ｃ）や警告表示物質（Ｄ）を始めとする各構成要素は、容易に生分解性材料から構成可能なものはもちろんのこと、できるだけ多くの構成要素を生分解性材料もしくは環境汚染性の低い材料から構成することが大切である。生分解性材料などの環境汚染性の少ない材料により本発明にかかるセンサユニットを構成すれば、危険有害性物質の存在が疑われる地域であれば、いかなる場所であっても、環境汚染を心配することなく、本発明のセンサユニットを広域に散布することができ、それによって、より正確に危険有害性物質の所在を特定することが可能になる。

前記第１の危険性物質センサユニットに、さらに、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて位置情報信号を発信する位置情報発信手段（Ｇ）を装着しても良い。この位置情報発信手段（Ｇ）としては無線信号を持続的ないし間欠的に発信可能な周知の無線チップを用いることができる。

前記位置情報発信手段（Ｇ）を装着すれば、目視可能な範囲をさらに超えたより広大な範囲が探索可能となる。自動車等の移動手段に無線受信機能とＧＰＳ（全地球測位システム）機能等の信号位置割り出し機能とを組み込んでおき、広大な範囲にカプセルを散布した後、危険性物質を検知したカプセルからの無線信号を受信すれば、即座に、その発信位置に向かい、確認することができる。この場合、前記警告表示物質（Ｄ）の放出も同時に行うようにしておけば、発信位置に近づいた後は、さらに目視により危険性物質の所在位置を確認することができる。

前記構成のセンサユニットにおいて、警告表示物質（Ｄ）による検出を行わず、位置情報発信手段（Ｇ）のみにより危険有害性物質の検出も可能である。そのような構成に限定したのが、本発明の第２の危険有害性物質センサユニットである。すなわち、本発明の第２の危険有害性物質センサユニットは、カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ危険有害性物質と特異的に結合する危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて位置情報を発信する位置情報発信手段（Ｇ）と、を具備してなることを特徴とする。

この第２のセンサユニットでは、検出を無線信号のみによって行うので、カプセルを破壊する必要もなく、カプセル設計の自由度が高く、製造が容易となる。また、検知したときに信号を発する設定以外に、受信機能を付与しておき、コントロールセンターからの信号を受けて、任意に信号を発することを可能にしておけば、探索の完了した区域に残存するセンサユニットを回収することも可能になる。その場合には、センサユニットを構成する材料を特に生分解性材料に限定する必要はなくなる。

本発明の危険有害性物質センシングシステムは、前記第１もしくは第２のセンサユニットを用いることに特徴があり、いかなる地理的環境下においても、安全、かつ確実に危険有害性物質を検出することを可能とするシステムである。

以下、本発明の実施例を説明するが、以下に示す実施例は、本発明を好適に説明する例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。

（実施例１）
図１は、本発明に係る危険有害性物質センサユニットの第１の実施例を示す断面構成図である。図中、符号１は、カプセル（カプセル（Ａ））であり、このカプセル１は生分解性プラスチック製の断面楕円状の球状殻体であり、多数の孔１ａが形成されている。このカプセル１の中央にはカプセル１内を２室に仕切る中央仕切壁２が形成されている。

前記中央仕切壁２により仕切られた一方の室にはプラスチックフィルム製の袋体（容器（ｅ１））３に充填された染料（警告表示物質（Ｄ））４が収納されており、他方の室には、電源（Ｆ）としての振動蓄電型電池５と、表面に危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）６が塗布されたセンサ（Ｃ）７とが設けられている。前記振動蓄電型電池５はバネ部材８を介してカプセル１の内壁に固定されており、カプセル１が搬送中もしくは散布された場合に生じる振動が微弱であった場合でも、バネ部材８によって振動が増幅され、電池５の蓄電が行われるようになっている。前記センサ７は、カプセル１の壁面に平行に形成された部分的仕切壁９によって支持されており、前記電池５から電源の供給を受けるようになっている。前記危険有害性物質特異的認識物質６としては、例えば、危険有害性物質がＴＮＴである場合、このＴＮＴまたはその誘導体を特異的に認識する特異抗体分子や、ＴＮＴに特異的に結合するアプタマー（アプタマ核酸）を用いる。アプタマーを危険有害性物質特異的認識物質６として用いてＴＮＴを検知する場合には、センサ７として水晶振動しセンサユニットを用いる。この場合、アプタマーの分子を水晶振動子センサユニット表面に固定化し、ＴＮＴまたはその誘導体がこれらの分子にトラップされることによる振動の変化を検知する。

前記中央仕切壁２の中心部分には連絡孔２ａが形成されており、この連絡孔２ａを中心にした中央仕切壁２の前記染料４側には、ヒューズ材１０が染料４を収納している袋体３に密着するようにして、固定されている。このヒューズ材１０が取り付けられている中央仕切壁２の反対面にはスイッチ装置１１が取り付けられており、このスイッチ装置１１には前記電池５からの電力線が接続され、その出力電力線が前記ヒューズ材１０に接続されている。さらに、このスイッチ装置１１には前記センサ７からの信号線が接続され、センサ７から検知信号が送られると、それに反応して前記電池５からの電力を前記ヒューズ材１０に流すように設定されている。なお、前記構成において、ヒューズ材１０とスイッチ装置１１とは、容器破壊手段（ｅ２）を構成している。

前記構成において、危険有害性物質が危険有害性物質特異的認識物質６と結合し、これをセンサ７が検知し、電池５から電力が流されるとヒューズ材１０は高温になり溶けると同時に前記プラスチックフィルム製の袋体３を溶かして破壊（破袋）させ、内部の染料４を解放することになる。解放された染料４は、カプセル１の多数の孔１ａを通ってカプセル１の外に流れ出し、遠方からでも確認することができることになる。

（実施例２）
図２は、本発明に係る危険有害性物質センサユニットの第２の実施例を示す断面構成図である。図中、符号２０は、カプセル（カプセル（Ａ））である。このカプセル２０は、生分解性プラスチック製の半割球体２１，２２を組み合わせてなる断面楕円状の球状殻体であり、二重壁構造を有する。前記半割球体２１，２２はＯ−リング状の熱溶融性接着剤２３によって一体的に結合されて、断面楕円状で２重壁構造のカプセル２０を構成している。このカプセル２０の外側の殻体２０ａには多数の孔２０ａ１が形成されている。一方、内側の殻体２０ｂには孔は形成されておらず、内側の殻体２０ｂは警告表示物質（Ｄ）を収納する容器（ｅ１）として、その内部は液密空間となっており、内部には警告表示物質（Ｄ）としての染料２４が充填されている。

前記外側の殻体２０ａの外表面には、太陽電池パネル２５ａが多数貼付されており、これらパネル２５ａにて発生した電力を蓄電する太陽電池蓄電部２５ｂは、前記外側の殻体２０ａと内側の殻体２０ｂとの間の空間に収納されている。これらパネル２５ａと蓄電部２５ｂとから、電源（Ｆ）としての太陽電池２５が構成されている。前記太陽電池の蓄電部２５ｂが収納されている空間には、さらに表面に危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）２６が塗布されたセンサ（Ｃ）２７と、スイッチ装置２８とが取り付けられている。前記センサ２７は、前記蓄電部２５ｂから電源の供給を受けるようになっている。前記危険有害性物質特異的認識物質２６としては、例えば、危険有害性物質がＴＮＴである場合、このＴＮＴまたはその誘導体を特異的に認識する特異抗体分子や、ＴＮＴに特異的に結合するアプタマー（アプタマ核酸）を用いる。アプタマーを危険有害性物質特異的認識物質２６として用いてＴＮＴを検知する場合には、センサ２７として水晶振動しセンサユニットを用いる。この場合、アプタマーの分子を水晶振動子センサユニット表面に固定化し、ＴＮＴまたはその誘導体がこれらの分子にトラップされることによる振動の変化を検知する。

前記Ｏ−リング状の接着剤２３中にはリング状のニクロム線２９が埋め込まれており、その分岐線が前記スイッチ装置２８に接続されている。このスイッチ装置２８には前記蓄電部２５ｂからの電力線が接続されるとともに、前記センサ２７からの信号線が接続されている。このスイッチ装置２８に前記センサ２７から検知信号が送られると、それに反応して前記蓄電部２５ｂからの電力を前記ニクロム線２９に流すように設定されている。なお、前記構成において、ニクロム線２９とスイッチ装置２８とは、破壊手段（ｅ３）を構成している。

前記構成において、危険有害性物質が危険有害性物質特異的認識物質２６と結合し、これをセンサ２７が検知し、太陽電池の蓄電部２５ｂから電力が流されるとニクロム線２９は高温になり、前記接着剤２３を溶かす。その結果、半割球体２１と２２とが分割して、内部の染料２４を解放することになる。解放された染料２４は、カプセル２０の外に流れ出し、遠方からでも確認することができることになる。

前記構成の危険有害性物質センサユニットを用いたセンシングシステムは、危険有害性物質の所在が疑われる領域に多数の前記センサユニットを均一に散布するだけで識別システムが開始される。その後は、危険有害性物質センサユニットが危険有害性物質に近接してセンサが反応すれば、前述のようにして、自動的に染料が散布され、危険位置を容易に特定することができる。

（実施例３）
図３は、本発明に係る危険有害性物質センサユニットの第３の実施例を示す断面構成図である。本発明の実施例１を示す図１と同一構成要素には、同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施例３のセンサユニットの特徴は、前記実施例１の危険有害性物質センサユニットに、前記センサ７の検知信号を受けて無線信号を発信する無線チップ（位置情報発信手段（Ｇ））３０を追加的に装着している点にある。この無線チップ３０には、無線信号を発信するための電力を供給するために、電池５からの電力線が接続されている。さらに、この無線チップ３０には、センサ７からの信号線が接続されている。この無線チップ３０にセンサ７から検知信号が送られると、それに内蔵のスイッチ機構が反応して、無線チップ３０は無線信号を発信する。

本実施例のセンサユニットによれば、危険有害性物質を検知した場合に、染料４がカプセルの外に流れ出し、遠方から確認できるばかりでなく、流れ出した染料４を目視にて確認できないような更に遠方においても、無線信号を受信する機器が有れば、容易に危険有害性物質の所在を確認可能となる。

本実施例のセンサユニットを用いたセンシングシステムとして、自動車等の移動手段に無線受信機能とＧＰＳ（全地球測位システム）機能等の信号位置割り出し機能とを組み込んで、移動可能な無線発信源検知システムを構成し、この無線発信源検知システムを用いた広域検知システムが可能となる。このシステムによれば、広大な範囲にカプセルを散布した後、危険性物質を検知したカプセルからの無線信号を受信することにより、即座に、その発信位置に向かい、確認することができる。この場合、前記染料（警告表示物質（Ｄ））４の放出も同時に行うようにしておけば、前記移動手段が発信源に近づいた後は、さらに目視により危険性物質の所在位置を確認することができる。

（実施例４）
図４は、本発明の第４の実施例を示すもので、この実施例の特徴は、前記構成のセンサユニットにおいて、警告表示物質（Ｄ）と表示物質放出手段（Ｅ）による検出を行わず、位置情報発信手段（Ｇ）のみにより危険有害性物質の検出を行う点にある。

図４において、符号４１はカプセルを示すもので、このカプセル４１は、好ましくは生分解性樹脂による一体成形品であり、サイズとしては、野球ボールやゴルフボール程度の大きさの好適であるが、特に限定はされない。このカプセル４１には、複数の孔４１ａが形成されている。カプセル４１の外表面には、太陽電池パネル４２ａが多数貼付されており、これらパネル４２ａにて発生した電力を蓄電する太陽電池蓄電部４２ｂは、カプセル４１の内壁部の一部に固定されている。これらパネル４２ａと蓄電部４２ｂとから、電源（Ｆ）としての太陽電池４２が構成されている。さらにカプセル４１の内壁部の大部分には、表面に危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）４３が塗布されたセンサ（Ｃ）４４が取り付けられている。

前記センサ４４は、前記蓄電部４２ｂから不図示の電力線を介して電力の供給を受けるようになっている。前記危険有害性物質特異的認識物質４３としては、例えば、危険有害性物質がＴＮＴである場合、このＴＮＴまたはその誘導体を特異的に認識する特異抗体分子や、ＴＮＴに特異的に結合するアプタマー（アプタマ核酸）を用いる。アプタマーを危険有害性物質特異的認識物質４３として用いてＴＮＴを検知する場合には、センサ４４として水晶振動しセンサユニットを用いる。この場合、アプタマーの分子を水晶振動子センサユニット表面に固定化し、ＴＮＴまたはその誘導体がこれらの分子にトラップされることによる振動の変化を検知する。さらにまた、カプセル４１の内壁部の一部には、無線チップ（位置情報発信手段）４５が固定されている。

前記無線チップ４５には、無線信号を発信するための電力を供給するために、前記蓄電部４２ｂから不図示の電力線を介して電力が供給可能となっている。そして、この無線チップ４５には、前記センサ４４から不図示の信号線を介して検知信号が送られるようになっている。この無線チップ４５にセンサ４４から検知信号が送られると、それに内蔵のスイッチ機構が反応して、無線チップ４５は無線信号を発信する。

本実施例のセンサユニットによれば、危険有害性物質を検知した場合に、無線信号が発信されるので、カプセルを目視により確認できない遠方からでも、無線信号を受信する機器が有れば、容易に危険有害性物質の所在を確認可能となる。

本実施例４のセンサユニットを用いたセンシングシステムとして、前記実施例３の場合と同様に、自動車等の移動手段に無線受信機能とＧＰＳ（全地球測位システム）機能等の信号位置割り出し機能とを組み込んで、移動可能な無線発信源検知システムを構成し、この無線発信源検知システムを用いた広域検知システムが可能となる。このシステムによれば、広大な範囲にカプセルを散布した後、危険性物質を検知したカプセルからの無線信号を受信することにより、即座に、その発信位置に向かい、確認することができる。

なお、この実施例４のセンサユニットでは、検出を無線信号のみによって行うので、カプセルを破壊する必要もなく、カプセル設計の自由度が高く、製造が容易となる。また、検知したときに信号を発する設定以外に、受信機能を付与しておき、コントロールセンターからの信号を受けて、任意に信号を発することを可能にしておけば、探索の完了した区域に残存するセンサユニットを回収することも可能になる。その場合には、センサユニットを構成する材料を特に生分解性材料に限定する必要はなくなる。

以上説明したように、本発明の危険有害性物質センサユニットおよびそれを用いた危険有害性物質センシングシステムは、その対象物質を安全に感度よく捕らえることができ、しかも、染料などの警告表示物質を周囲へ放出することにより、対象物質である危険有害性物質の所在位置を遠隔からも目視により容易に確認可能とする。したがって、識別を行うに当たって、識別者を危険にさらすことがなく、取り扱い上安全であり、コンパクトかつ安価に提供することが可能である。

本発明のセンサユニットの第１の実施例を示す断面構成図である。 本発明のセンサユニットの第２の実施例を示す断面構成図である。 本発明のセンサユニットの第３の実施例を示す断面構成図である。 本発明のセンサユニットの第４の実施例を示す断面構成図である。

符号の説明

１，２０，４１ カプセル（カプセル（Ａ））
３ プラスチックフィルム製の袋体（容器（ｅ１））
４，２４ 染料（警告表示物質（Ｄ））
５ 振動蓄電型電池（電源（Ｆ））
６，２６，４３ 危険有害性物質特異的認識物質（危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ））
７，２７，４４ センサ（センサ（Ｃ））
８ バネ部材
１０ ヒューズ材（表示物質放出手段（Ｅ））
１１，２８ スイッチ装置（表示物質放出手段（Ｅ））
２３ Ｏ−リング状の熱溶融性接着剤
２５，４２ 太陽電池（電源（Ｆ））
２９ ニクロム線（表示物質放出手段（Ｅ））
３０，４５ 無線チップ（位置情報発信手段）

Claims (28)

1. カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ危険有害性物質と特異的に結合する危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記カプセル（Ａ）内に収納された警告表示物質（Ｄ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて前記警告表示物質（Ｄ）を前記カプセル（Ａ）の外に放出させる表示物質放出手段（Ｅ）と、を具備してなる危険有害性物質センサユニット。
2. 前記カプセル（Ａ）が前記危険物質透過性を有するとともに、前記危険物質特異的認識物質（Ｂ）とセンサ（Ｃ）が前記カプセル（Ａ）内に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の危険有害性物質センサユニット。
3. 前記警告表示物質（Ｄ）が前記カプセル（Ａ）内に収納されていることを特徴とする請求項１または２に記載の危険有害性物質センサユニット。
4. 前記表示物質放出手段（Ｅ）が、警告表示物質（Ｄ）を収納する容器（ｅ１）と、該容器（ｅ１）を破壊する容器破壊手段（ｅ２）とから構成され、前記容器（ｅ１）の破壊後、前記警告表示物質（Ｄ）が前記危険物質透過性カプセル（Ａ）を透過して該カプセル（Ａ）の外部に放出されることを特徴とする請求項３に記載の危険有害性物質センサユニット。
5. 前記表示物質放出手段（Ｅ）が、警告表示物質（Ｄ）を収納する容器（ｅ１）と、該容器（ｅ１）と前記カプセル（Ａ）とを破壊する破壊手段（ｅ３）とから構成されていることを特徴とする請求項３に記載の危険有害性物質センサユニット。
6. 前記カプセル（Ａ）が多孔性構造を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
7. 前記多孔性構造のカプセル（Ａ）が生分解性樹脂から構成されていることを特徴とする請求項６に記載の危険有害性物質センサユニット。
8. 前記カプセル（Ａ）が気液透過性材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
9. 前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）がアプタマーであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
10. 前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が抗体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
11. 前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が分子鋳型であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
12. 前記センサ（Ｃ）がＱＣＭ（水晶振動子マイクロバランス）であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
13. 前記センサ（Ｃ）が半導体センサであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
14. 前記センサ（Ｃ）が酸化物半導体センサであることを特徴とする請求項１３に記載の危険有害性物質センサユニット。
15. 前記センサ（Ｃ）が化合物半導体センサであることを特徴とする請求項１３記載の危険有害性物質センサユニット。
16. 前記センサ（Ｃ）が固体電解質センサであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
17. 前記警告表示物質（Ｄ）が生分解性物質から構成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
18. 前記警告表示物質（Ｄ）が染料、顔料及び塗料の１種以上であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
19. 前記警告表示物質（Ｄ）が着色発煙物質であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
20. 前記危険有害性物質が地雷内部から放出される化学物質であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
21. 前記地雷内部から放出される化学物質がＴＮＴ（トリニトロトルエン）またはその誘導体であることを特徴とする請求項２０に記載の危険有害性物質センサユニット。
22. 前記カプセル（Ａ）には前記センサ（Ｃ）、容器破壊手段（ｅ２）および破壊手段（ｅ３）の少なくともいずれか一つを駆動する電源（Ｆ）がさらに搭載されていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の危険有害性物質センサユニット。
23. 前記電源（Ｆ）が太陽電池であることを特徴とする請求項２２に記載の危険有害性物質センサユニット。
24. 前記電源（Ｆ）が振動蓄電型の電源であることを特徴とする請求項２２に記載の危険有害性物質センサユニット。
25. さらに、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて位置情報信号を発信する位置情報発信手段（Ｇ）が装着されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の危険性物質センサユニット。
26. カプセル（Ａ）と、該カプセル（Ａ）に取り付けられ危険有害性物質と特異的に結合する危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）と、前記危険有害性物質特異的認識物質（Ｂ）が前記危険有害性物質と特異的に結合したことを検知するセンサ（Ｃ）と、前記センサ（Ｃ）の検知信号を受けて位置情報を発信する位置情報発信手段（Ｇ）と、を具備してなる危険有害性物質センサユニット。
27. 請求項１〜２５のいずれか１項記載の危険有害性物質センサユニットを用いた危険有害性物質センシングシステム。
28. 請求項２６に記載の危険有害性物質センサユニットを用いた危険有害性物質センシングシステム。

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