JP2021081429A - 化学センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の比色センサを改善する方法を提供する。【解決手段】基板１０と、基板の第１収容空間１１に露出するように設けられる第１比色センサアレイと、基板の第２収容空間１２に設けられる第２比色センサアレイとを含む化学センサであって、第２収容空間には液体分子を遮断し気体分子の通過を許容する隔離層がコーティングされ、第１比色センサアレイは被験物の揮発部分及び非揮発部分によって第１初期色から第１指示色に変わり、第２比色センサアレイは当該被験物の当該揮発部分によって第２初期色から第２指示色に変わる。このようにして、被験物の揮発部分の情報及び非揮発部分の情報を同時に得ることができる。【選択図】図１
Description
本発明は、化学センサに関し、特に比色センサアレイを有する化学センサに関する。
比色センサ（Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ）は、化学反応が誘発する色の変化を利用して、被験物質の化学情報を取得する１種の化学センサである。現在、環境監視、食品監視、他の化学監視等分野に幅広く用いられる。
従来の比色センサとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがあり、被験物質の存在及びその濃度の一方又は両方を測定する比色センサである。実質的に連続する反射層と、前記反射層にコーティングされる検出層とを含み、前記検出層は少なくとも１種のポリマー成分を含み、前記被験物質に接触すると前記検出層の光学的厚さが変わる。前記検出層によってコーティングされる実質的に連続する反射層の屈折率と前記検出層の屈折率は異なる。
上記の従来技術で優れた発色効果を得ているが、改善する余地がある。
本発明は、従来の比色センサを改善することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するためになされるものであり、基板と、第１比色センサアレイと、第２比色センサアレイとを含む化学センサを開示する。当該基板は第１収容空間と、第２収容空間とを有し、当該第１比色センサアレイは当該基板の当該第１収容空間に露出するように設けられる。当該第２比色センサアレイは当該基板の当該第２収容空間に設けられ、且つ当該第２収容空間には、液体分子を遮断し気体分子の通過を許容する隔離層がコーティングされる。当該第１比色センサアレイは少なくとも１つの第１検知材料を含み、当該第２比色センサアレイは少なくとも１つの第２検知材料を含み、当該基板を被験物に設置する時に、当該第１比色センサアレイは被験物の揮発部分及び非揮発部分によって第１初期色から第１指示色に変わり、当該第２比色センサアレイは当該被験物の当該揮発部分によって第２初期色から第２指示色に変わる。
本発明では、第１比色センサアレイが被験物の揮発部分及び非揮発部分を検知して第１指示色を取得し、第２比色センサアレイが被験物の揮発部分を検知して第２指示色を取得し、第１指示色と第２指示色を比較して分析することにより、被験物の揮発部分の情報及び非揮発部分の情報を同時に得ることができる。
次に、図面を参照して、本発明の技術内容を詳細に説明する。
図１、図２が参照されるとおり、本発明は、基板１０と、第１比色センサアレイ２０と、第２比色センサアレイ３０とを含む化学センサを開示する。基板１０は第１収容空間１１と、第２収容空間１２とを有する。第１比色センサアレイ２０は基板１０の第１収容空間１１に露出するように設けられる。第２比色センサアレイ３０は基板１０の第２収容空間１２に設けられ、且つ第２収容空間１２に隔離層４０がコーティングされ、隔離層４０は被験物中の液体分子を遮断し気体分子の通過を許容し、隔離層４０の素材は多孔質ポリウレタンフィルム、多孔質ポリエチレンフィルム、多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルム、繊維状の高密度ポリエチレン通気性フィルム等遮水性と通気性のあるものから選ばれ、且つ基板１０は透明なポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなってもよい。
図１、図２が参照されるとおり、本発明は、基板１０と、第１比色センサアレイ２０と、第２比色センサアレイ３０とを含む化学センサを開示する。基板１０は第１収容空間１１と、第２収容空間１２とを有する。第１比色センサアレイ２０は基板１０の第１収容空間１１に露出するように設けられる。第２比色センサアレイ３０は基板１０の第２収容空間１２に設けられ、且つ第２収容空間１２に隔離層４０がコーティングされ、隔離層４０は被験物中の液体分子を遮断し気体分子の通過を許容し、隔離層４０の素材は多孔質ポリウレタンフィルム、多孔質ポリエチレンフィルム、多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルム、繊維状の高密度ポリエチレン通気性フィルム等遮水性と通気性のあるものから選ばれ、且つ基板１０は透明なポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなってもよい。
第１比色センサアレイ２０は少なくとも１つの第１検知材料を含む。第２比色センサアレイ３０は少なくとも１つの第２検知材料を含む。当該第１検知材料及び当該第２検知材料はそれぞれ独立的に、メチルレッド、コンゴレッド、ブロモフェノールブルー、ブロモクレゾールパープル、ブロモクレゾールグリーン、クレゾールレッド、フェノールレッド、チモールフタレイン、レサズリン、ｐ−ニトロフェノール、ブロモチモールブルー、チモールブルー、ニュートラルレッド、クリスタルバイオレット、４−（４−ニトロベンジル）ピリジン、ピロカテコールバイオレット、クロロフェノールレッド、ニトラジンイエロー、ブロモフェノールレッド、ｍ−クレゾールパープル、エリオクロムブラックＴ（Ｅｒｉｏｃｈｒｏｍｅ ｂｌａｃｋ Ｔ）、サフラニン、ルシフェリン、エオシンＹ（Ｅｏｓｉｎ ｙｅｌｌｏｗ）、ブリリアントグリーン（Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ ｇｒｅｅｎ）、チタンエロー、ビクトリアブルーＢ、カルミン、リトマス、クルクミン、アントシアニン、アリザリンレッドＳ、アリザリンイエローＲ、インジゴカルミン、ナイルブルーＡ、オレンジＧ、エオシンＢ、３’，３’’，５’，５’’−テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、ブロモキシレノールブルー、フェノールブルー、ディスパースオレンジ２５、アクリジンオレンジ、ディスパースオレンジ３、ディスパースレッド１、ブロモピロガロールレッド、ジアミノジフェニルスルホン、アミノフルオレセイン、ムレキシド、２，６−ジクロロインドフェノール、ピロカテコールバイオレット、前記化合物のナトリウム塩又は混合物等から選ばれる呈色試薬を含む。
当該第１検知材料及び当該第２検知材料はそれぞれ独立的に、ステアリルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルホルマール、ポリ酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブテン樹脂、ポリエチレングリコール、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、セルロースナノファイバー（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ、略称ＣＮＦ）、シロキサン等から選ばれる分子バリア性材を含んでもよく、当該分子バリア性材は当該第１検知材料及び当該第２検知材料の目的被験分子との反応速度に影響を与え、当該分子バリア性材の選択によって、反応速度を調整し、使用上のニーズを満たすことができる。
図３Ａが参照されるとおり、第１比色センサアレイ２０は被験物５０の揮発部分５１及び非揮発部分５２によって第１初期色から第１指示色に変わり、第２比色センサアレイ３０は被験物５０の揮発部分５１によって第２初期色から第２指示色に変わる。基板１０を被験物５０に設置する時に、第１比色センサアレイ２０は当該第１指示色を表示し、第２比色センサアレイ３０は当該第２指示色を表示する。
図３Ｂが参照されるとおり、本発明はハードウェアデバイス６０をさらに含み、ハードウェアデバイス６０は画像キャプチャ６１を有し、画像キャプチャ６１は当該第１指示色及び当該第２指示色の一方の画像を取得し、ハードウェアデバイス６０は当該画像と予め設定されたデータベース７０の比較結果に基づいて被験物５０に関する成分情報を提供する。つまり、被験物５０から基板１０を取り出した後、画像キャプチャ６１を基板１０に合わせると、当該第１指示色及び当該第２指示色を取得して、被験物５０の成分情報を得ることができる。
次に、図４Ａから図５Ｃで本発明の化学センサの実際の用途を例示的に説明する。２１ｓｔ Ｃｅｎｔｕｒｙ ＨｅａｌｔｈＣａｒｅ，Ｉｎｃ．が提供するマルチビタミン錠（Ｍｅｇａ Ｍｕｌｔｉ ｆｏｒ Ｍｅｎ）を２００ｇの脱イオン水に溶解し、不溶物を濾過し、濾過後の溶液を被験物５０とする。図４Ａは被験物５０に設置される第１比色センサアレイ２０の検知模式図であり、図４Ｂは第１比色センサアレイ２０が被験物５０に設置されない初期状態の写真であり、図４Ｃは第１比色センサアレイ２０が被験物５０に設置されて８分間後の写真である。第１比色センサアレイ２０が被験物５０に設置されると、被験物５０の揮発部分５１及び非揮発部分５２は第１比色センサアレイ２０によって吸収され、当該第１検知材料が使用する呈色試薬と分子バリア性材によって、第１比色センサアレイ２０はそれぞれの当該第１初期色からそれぞれの当該第１指示色に変わる。図５Ａは被験物５０に設置される第２比色センサアレイ３０の検知模式図であり、図５Ｂは第２比色センサアレイ３０が被験物５０に設置されない初期状態の写真であり、図５Ｃは第２比色センサアレイ３０が被験物５０に設置されて１９時間後の写真である。第２比色センサアレイ３０が被験物５０に設置されると、隔離層４０は被験物５０を遮断し気体分子の通過のみを許容するため、被験物５０の揮発部分５１のみが隔離層４０を通過して、第２比色センサアレイ３０によって吸収され、当該第２検知材料が使用する呈色試薬と分子バリア性材によって、第２比色センサアレイ３０はそれぞれの当該第２初期色からそれぞれの当該第２指示色に変わる。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃが参照される。図６Ａに示すように、第１比色センサアレイ２０（第２比色センサアレイ３０を使用してもよい）は被験物５０に近い検知位置に設置される。図６Ｂは第１比色センサアレイ２０が当該検知位置に設置されない初期状態の写真であり、図６Ｃは当該検知位置に設置されて４８時間後の第１比色センサアレイ２０の写真である。当該検知位置に設置される第１比色センサアレイ２０は被験物５０に接触していないため、被験物５０の揮発部分５１のみが気流を通じて第１比色センサアレイ２０に吸収され、当該第１検知材料が使用する呈色試薬と分子バリア性材によって、第１比色センサアレイ２０はそれぞれの当該第１初期色からそれぞれの当該第１指示色に変わる。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃが参照されるとおり、別の実施例では、基板１０は第１板体１０１と、第２板体１０２とを有する。第１板体１０１は第１収容空間１１を設けるために用いられ、第２板体１０２は第２収容空間１２を設けるために用いられ、且つ第１板体１０１と第２板体１０２との間に角度θが形成され、角度θは１８０°に近いようにしてもよく（図７Ａを参照）、このようにして画像が取得しやすくなる。又は、角度θが約４０°〜８０°であってもよく（図７Ｂを参照）、角度θが４０°〜８０°である場合に、第１板体１０１を直接被験物５０に設置すればよく、第２板体１０２は被験物５０に設置されずに済む。第１比色センサアレイ２０が第１収容空間１１に設けられ且つ第１板体１０１に位置し、第１比色センサアレイ２０Ａが第２収容空間１２に設けられ且つ第２板体１０２に位置するため、第１比色センサアレイ２０で被験物５０の揮発部分及び非揮発部分を検知して当該第１指示色を取得し、第１比色センサアレイ２０Ａで被験物５０の揮発部分を検知して当該第２指示色を取得する。当該実施例では、隔離層４０は必ずしも設置するとは限らないが、場合によって第２収容空間１２に設けられてもよい。
上述した内容から分かるように、本発明は少なくとも次の利点を有する。
１．第１比色センサアレイが露出しており被験物に接触し、第２比色センサアレイが被験物の気体分子に接触するが被験物の液体分子に接触しないため、第１比色センサアレイは人間の味覚器官（舌）のように機能し、第２比色センサアレイは人間の臭覚器官（鼻）のように機能する。したがって、本発明の化学センサは第１比色センサアレイ及び第２比色センサアレイを設けることで、人間の臭覚器官及び味覚器官をシミュレーションすることができる。
２．第１板体と第２板体との間の角度は、使用時に検知と画像取得の両方に対応するように変更することができる。
１．第１比色センサアレイが露出しており被験物に接触し、第２比色センサアレイが被験物の気体分子に接触するが被験物の液体分子に接触しないため、第１比色センサアレイは人間の味覚器官（舌）のように機能し、第２比色センサアレイは人間の臭覚器官（鼻）のように機能する。したがって、本発明の化学センサは第１比色センサアレイ及び第２比色センサアレイを設けることで、人間の臭覚器官及び味覚器官をシミュレーションすることができる。
２．第１板体と第２板体との間の角度は、使用時に検知と画像取得の両方に対応するように変更することができる。
１０ 基板
１０１ 第１板体
１０２ 第２板体
１１ 第１収容空間
１２ 第２収容空間
２０ 第１比色センサアレイ
２０Ａ 第１比色センサアレイ
３０ 第２比色センサアレイ
４０ 隔離層
５０ 被験物
５１ 揮発部分
５２ 非揮発部分
６０ ハードウェアデバイス
６１ 画像キャプチャ
７０ 予め設定されたデータベース
１０１ 第１板体
１０２ 第２板体
１１ 第１収容空間
１２ 第２収容空間
２０ 第１比色センサアレイ
２０Ａ 第１比色センサアレイ
３０ 第２比色センサアレイ
４０ 隔離層
５０ 被験物
５１ 揮発部分
５２ 非揮発部分
６０ ハードウェアデバイス
６１ 画像キャプチャ
７０ 予め設定されたデータベース
Claims (6)
- 第１収容空間と、第２収容空間とを有する基板と、
前記基板の前記第１収容空間に露出するように設けられ、少なくとも１つの第１検知材料を備える第１比色センサアレイと、
前記基板の前記第２収容空間に設けられ、且つ前記第２収容空間には、液体分子を遮断し気体分子の通過を許容する隔離層がコーティングされ、少なくとも１つの第２検知材料を備える第２比色センサアレイとを含み、
前記基板を被験物に設置する時に、前記第１比色センサアレイは前記被験物の揮発部分及び非揮発部分によって第１初期色から第１指示色に変わり、前記第２比色センサアレイは前記被験物の前記揮発部分によって第２初期色から第２指示色に変わり、前記第１検知材料及び前記第２検知材料はそれぞれ独立的に、メチルレッド、コンゴレッド、ブロモフェノールブルー、ブロモクレゾールパープル、ブロモクレゾールグリーン、クレゾールレッド、フェノールレッド、チモールフタレイン、レサズリン、ｐ−ニトロフェノール、ブロモチモールブルー、チモールブルー、ニュートラルレッド、クリスタルバイオレット、４−（４−ニトロベンジル）ピリジン、ピロカテコールバイオレット、クロロフェノールレッド、ニトラジンイエロー、ブロモフェノールレッド、ｍ−クレゾールパープル、エリオクロムブラックＴ（Ｅｒｉｏｃｈｒｏｍｅ ｂｌａｃｋ Ｔ）、サフラニン、ルシフェリン、エオシンＹ（Ｅｏｓｉｎ ｙｅｌｌｏｗ）、ブリリアントグリーン（Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ ｇｒｅｅｎ）、チタンエロー、ビクトリアブルーＢ、カルミン、リトマス、クルクミン、アントシアニン、アリザリンレッドＳ、アリザリンイエローＲ、インジゴカルミン、ナイルブルーＡ、オレンジＧ、エオシンＢ、３’，３’’，５’，５’’−テトラヨードフェノールスルホンフタレイン、ブロモキシレノールブルー、フェノールブルー、ディスパースオレンジ２５、アクリジンオレンジ、ディスパースオレンジ３、ディスパースレッド１、ブロモピロガロールレッド、ジアミノジフェニルスルホン、アミノフルオレセイン、ムレキシド、２，６−ジクロロインドフェノール、ピロカテコールバイオレット、前記化合物のナトリウム塩又は混合物等から選ばれる呈色試薬を含む、化学センサ。 - 前記第１指示色及び前記第２指示色の一方の画像を取得する画像キャプチャを有するハードウェアデバイスをさらに含み、前記ハードウェアデバイスは前記画像と予め設定されたデータベースの比較結果に基づいて前記被験物に関する成分情報を提供する請求項１に記載の化学センサ。
- 前記基板は前記第１収容空間を設置するための第１板体と、前記第１板体に対して所定の角度を有しており前記第２収容空間を設置するための第２板体とを有する請求項１に記載の化学センサ。
- 前記基板は透明なポリエチレンテレフタラートからなる請求項１に記載の化学センサ。
- 前記第１検知材料及び前記第２検知材料はそれぞれ独立的に、ステアリルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルホルマール、ポリ酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブテン樹脂、ポリエチレングリコール、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、セルロースナノファイバー、シロキサンから選ばれる分子バリア性材を含む請求項１に記載の化学センサ。
- 前記隔離層の素材は多孔質ポリウレタンフィルム、多孔質ポリエチレンフィルム、多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルム、繊維状の高密度ポリエチレン通気性フィルムから選ばれる請求項１に記載の化学センサ。
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