JP2009544936A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
ガス流に暴露されるように配置されたセンシング素子を備え、該センシング素子は、
作用電極と、
対電極と、
作用電極と対電極との間に延在するイオン交換材料の層とを備え、
それによって、イオン交換層とガス流との接触が、作用電極と対電極との間に電気的接触を形成する、センサが提供される。
電極は、基板の表面に配置することができ、イオン交換材料の層は、電極および基板表面を覆って延在する。代替的に、イオン交換材料は、基板に直接適用することができ、電極は、イオン交換層の表面に配置される。これには、機械的強度、および経路長のさらなる制御を与える基部の薄層を提供するという利点がある。
電極の電気絶縁を改善するためには、ガス流と接触するように配置されていない電極の部分(すなわち、電極の非動作部分)を、誘電体材料でコーティングし、電極の活性部分が暴露したままになるようにパターン化することができる。
Tw=(Tm×Ao)+Te
式中、Tw=湿潤厚さ(μm)
Tm=メッシュ織り厚さ(μm)、
Ao=空間率(%)、
Te=エマルジョン厚さ(μm)である。
ガス流を、作用電極と対電極との間に延在するイオン交換材料の層に当てるステップと、
作用電極および対電極全体に電位を印加するステップと、
電位の印加によって作用電極と対電極との間に流れる電流を測定するステップと、
測定した電流の流れから、ガス流中の標的物質の濃度の示度を測定するステップとを含む方法が提供される。
呼気を、作用電極と対電極との間に延在するイオン交換材料の層に当てるステップと、
作用電極および対電極全体に電位を印加するステップと、
電位の印加によって作用電極と対電極との間に流れる電流を測定するステップと、
測定した電流の流れから、呼気流中の標的物質の濃度の示度を測定するステップとを含む方法が提供される。
Claims (35)
- ガス流中の標的物質を感知するためのセンサであって、
該ガス流に暴露されるように配置されたセンシング素子を備え、該センシング素子は、
作用電極と、
対電極と、
該作用電極と該対電極との間に延在するイオン交換材料の層と
を備え、それによって、該イオン交換層と該ガス流との接触が、該作用電極と該対電極との間に電気的接触を形成する、センサ。 - 前記イオン交換材料は、イオノマ、特にスルホン化テトラフルオロエチレン共重合体である、請求項1に記載のセンサ。
- 前記イオン交換層は、メソ多孔性材料を含む、請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記メソ多孔性材料は、ゼオライトであり、より具体的には、ゼオライト13、ゼオライト4A、またはそれらの混合物である、請求項3に記載のセンサ。
- 前記メソ多孔性材料は、微細分散体として分散される、請求項3または請求項4のうちのいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記イオン交換材料は、水、または凝縮水蒸気を含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記標的物質は、酸性物質、より具体的には、二酸化炭素であるか、または水である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記ガス流が前記センシング素子に当たるように導かれるコンジットをさらに備える、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記コンジットは、患者が息を吐き出し得るマウスピースを備える、請求項8に記載のセンサ。
- 前記作用電極および前記対電極は、点、線、環、および平面状の表面から選択された形態である、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記作用電極および前記対電極のうちの一方または両方は、複数の電極部分を備える、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記作用電極および前記対電極の両方は、格子組みパターンで配列された複数の電極部分を備える、請求項11に記載のセンサ。
- 前記電極部分は、同心円状のパターンで配列される、請求項11に記載のセンサ。
- 前記対電極の表面積は、前記作用電極の表面積よりも大きい、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記対電極と前記作用電極との表面積の比率は、少なくとも2:1、好ましくは少なくとも5:1である、請求項14に記載のセンサ。
- 前記電極は、不活性基板上に支持される、請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載のセンサ。
- 各電極は、元素周期表の第VIII族、銅、銀、および金から選択された金属、好ましくは金またはプラチナを含む、請求項1〜請求項16のいずれか1項に記載のセンサ。
- 各電極の一部を覆って配置された絶縁材料の層をさらに備え、該絶縁層は、各電極の一部がガス流に直接接触したままになるように形成される、請求項1〜請求項17のいずれか1項に記載のセンサ。
- 基準電極をさらに備える、請求項1〜請求項18のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記電極は、基板上に載置され、該電極は、厚膜スクリーン印刷、スピン/スパッタコーティング、または可視/紫外線/レーザフォトリソグラフィによって該基板に適用される、請求項1〜請求項19のいずれか1項に記載のセンサ。
- 1つ以上の電極が複数の層で構成され、その外層は、電気化学的めっきによって適用された純金属の層である、請求項1〜請求項20のいずれか1項に記載のセンサ。
- 前記電極上に直接当たる前記ガス流を加熱するヒータをさらに備える、請求項1〜請求項21のいずれか1項に記載のセンサ。
- 水蒸気を含むガス流中の標的物質を感知する方法であって、
該ガス流を、作用電極と対電極との間に延在するイオン交換材料の層に当てることと、
該作用電極および該対電極全体に電位を印加することと、
該印加された電位の結果として、該作用電極と対電極との間の電流を測定することと、
該測定された電流から、該ガス流中の該標的物質の濃度の示度を測定することと
を含む、方法。 - 前記標的物質は、二酸化炭素のような酸性物質、水蒸気、またはそれらの組み合わせである、請求項23に記載の方法。
- 前記作用電極および前記対電極全体に定電圧が印加される、請求項23または請求項24に記載の方法。
- 前記作用電極および前記対電極全体に可変電圧が印加される、請求項23または請求項24に記載の方法。
- 前記可変電圧は、残留電位と、反応閾値電位を超える電位との間で交互に切り換わる、請求項26に記載の方法。
- 前記電圧は、0.1Hz〜20kHzの周波数でパルス化される、請求項27に記載の方法。
- 患者の呼気中の標的物質の濃度を測定する方法であって、
該呼気を、作用電極と対電極との間に延在するイオン交換材料の層に当てることと、
該作用電極および該対電極全体に電位を印加することと、
該印加された電位の結果として、該作用電極と該対電極との間の電流を測定することと、
該測定された電流から、該呼気流中の標的物質の濃度の示度を測定することと
を含む、方法。 - 前記標的物質は、水および/または二酸化炭素である、請求項29に記載の方法。
- 前記方法は、患者の肺機能の測定に適用され、より具体的には、喘息、COPDまたはARDSを患った患者の肺機能の測定に適用される、請求項29または請求項30に記載の方法。
- 患者の通常呼吸がモニタリングされる、請求項29〜請求項31のうちのいずれか1項に記載の方法。
- ガス流の組成をモニタリングするためのシステムであって、
請求項1〜請求項22のうちのいずれか1項に記載のセンサと、
該センサからの出力を受信するためのマイクロコントローラと、
ディスプレイと
を備え、該マイクロコントローラは、分析したガス流中の標的物質の濃度の連続像を該ディスプレイ上に作り出すようにプログラムされる、システム。 - 前記センサは、患者の呼気に暴露されるように適合される、請求項33に記載のシステム。
- 前記標的物質は、水および/または二酸化炭素である、請求項33または請求項34に記載のシステム。
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