JP6678395B2

JP6678395B2 - イオンセンサ

Info

Publication number: JP6678395B2
Application number: JP2015094565A
Authority: JP
Inventors: 晶子鈴木; 哲義小野; 淳史岸岡; 雅文三宅
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: JP2016211927A

Description

本発明は、電解質分析に用いられるイオンセンサに関する。

電解質分析装置は、例えば血液や尿などの生体サンプル（以下、試料と称する）に含まれるナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンなどの特定のイオン成分の定量に応用されている。生体液中の特定イオン濃度は、生体の代謝反応と密接な関係にあり、特定イオン濃度の測定により、高血圧症状、腎疾患、神経障害等の種々の診断が可能になる。試料中のイオンの検出に用いられる方法の一つに、試薬および試料が通過する流路を備えたイオンセンサを用いて、試料中の特定イオンを測定するものが知られている。

このようなイオンセンサの安定性を維持するために、特許文献１にはイオン交換膜の微視的な空孔に内部溶液の水が浸入しサンプル流路側へ移動することを防ぐために、イオン交換膜の試料と接触しない面に二液混合系エポキシ樹脂を用いて被覆処理したイオンセンサが開示されている。

また、特許文献２には陰イオン選択性電極の安定な保管容器を提供することを目的として、陰イオン選択性電極の試料と接する面に、水、親水性高分子、電解質、疎水性化合物の何れかを含有する保湿部材が設けられ、保湿部材設けられた試料が流れる空間が密閉された陰イオン選択性電極が水蒸気供給源となる部材と共に収納され密閉可能な陰イオン選択性電極の保管容器が開示されている。

特開２００３−２０７４７６号公報特開２０００−３２９７２８号公報

特許文献１の方式では、イオン交換膜の片面に接着剤を塗布する必要があるため、イオンセンサの製造の工程が複雑化する。

また、特許文献２の方式では、密閉容器内に水蒸気供給源を置くため、保管容器内は湿潤環境に維持し、イオン感応膜の特性を維持することができるが、イオンセンサの外側に結露が発生する可能性がある。特に、イオンセンサ内に設けられた内部電極は金属が使用されているため、結露による錆びが生じるとイオンセンサの性能に影響を与える可能性があった。

本発明は上記課題に鑑み、イオンセンサ内の内部溶液（内部ゲル液）の揮発を簡易な構成で防止すると共に、内部電極に影響を与えないための梱包部材で覆ったイオンセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本願発明の手段は以下の通りである。すなわち、フロー型イオンセンサ本体と、前記フロー型イオンセンサ本体の外周部を覆い、少なくとも一つの開口部を有するボトムケースと、前記ボトムケースの開口部を覆う蓋部と、を備え、前記ボトムケースは、前記フロー型イオンセンサの厚みに相当する深さを有するセンサ収容部と、前記センサ収容部の一部に形成されフロー型イオンセンサの流路周囲に設けられた凹部に係合するリブを有することを特徴としている。

本発明によれば、簡易な包装によりイオンセンサ流路から内部溶液（内部ゲル液）の水分揮発を防止し、一度梱包したら開封するまで内部溶液内の水分量を一定に保ち続けることが可能なイオンセンサを提供することができる。

さらに、イオンセンサ流路からの水分の揮発を防止することで、梱包容器内部の結露を防ぎ、イオンセンサ表面に露出した内部電極への水滴の付着や錆びを防止したイオンセンサを提供することができる。

イオンセンサ本体図イオンセンサ断面図（前面）イオンセンサ断面図（側面）イオンセンサ斜視図第一の実施例におけるイオンセンサ梱包例正面図第一の実施例におけるイオンセンサ梱包例側面図（縦）第一の実施例におけるイオンセンサ梱包例側面図（横）第一の実施例におけるイオンセンサ梱包状態での質量変化第二の実施例におけるイオンセンサ梱包例第二の実施例におけるイオンセンサ梱包例

以下、図面を参照して本発明を実施例により詳細に説明する。まず、本発明によるイオンセンサの梱包実施例について説明する。

図１は、本発明における直方体状のフローセル型イオンセンサを示す図である。図１の上端ａ−ａ’と下端ａ−ａ’を結んだ面の断面図を図２とし、図１のｂ−ｂを結んだ面の断面図を図３とする。

イオンセンサ本体１の内部には、測定対象の液体が流れる流路２、流れる液体に接触するよう流路に設けられたイオン感応膜３、イオン感応膜３に生じる電位を出力する内部電極４、内部電極４とイオン感応膜を電気的に導通させる内部溶液（内部ゲル液）を収容するための空間５が設けられている。自動分析装置では、搭載したイオンセンサの内部電極４から電位を取得して、測定対象物の分析を実行する。そのため内部電極４はイオンセンサの外部に露出するように配置されており、電極の周囲は内部電極コネクタ７によりおおわれている。

流路２は、図１の紙面に対して垂直方向にセンサ本体１を横断するように形成されており、直径は約１ｍｍである。イオンセンサ本体１内部には、Ａｇ／ＡｇＣｌからなる内部電極４が設置されており、内部電極４は空間５内の内部溶液（内部ゲル液）を介して、イオン感応膜３と電気的に導通している。内部電極の電位を測定することにより、流路２の中を流れる液体中に含まれるイオン濃度を測定することができる。

図３の流路２の端部周囲には凹部６と凸部８が形成されている。自動分析装置にイオンセンサを設置する場合、この凹部６および凸部８に系合する形状の流路コネクタ（凸形流路コネクタおよび凹形流路コネクタ）を自動分析装置側に設けておく。凸形流路コネクタと凹部６を係合させ、凹形流路コネクタと凸部８を係合させることにより、測定対象の液体を流路２内に流すことが可能となる。また、同形状のイオンセンサを複数個連結し、それぞれのイオンセンサで異なるイオン成分を測定することも可能である。その場合は、凹部６に対して、隣接する他のイオンセンサの凸部８が係合することで、流路を介して測定対象物を複数のイオンセンサで分析することが可能となる。

イオン感応膜３は流路側に凸になるように配置されている。イオン感応膜３の一方側は流路２の穴を介して流路中を流れる液体と接触しており、イオン感応膜３の他の一方側は空間５内に満たされた内部溶液（内部ゲル液）に接触している。

図４は、凸部８を上に向けてイオンセンサを置いた場合の斜視図である。凸部８の内部には直径１ｍｍの流路２が形成されており、その周囲に液洩れ防止用のＯ−リング９を設けてある。

このようなイオンセンサに対し、従来の梱包は、イオンセンサ１の全体を覆うような直方体のハードケースと、流路の開口部を覆うゴムキャップからなっていた。ハードケースにより、輸送時および保管時に外部からイオンセンサ本体に衝撃が伝わり、イオンセンサが破損することを防ぐことができる。また、ゴムキャップで流路２の開口部をふさぐことにより、イオンセンサ内部の内部溶液（内部ゲル液）の揮発を防止することができる。

従来の梱包方法でも、もちろん現状の保管寿命を確保する効果は達成されているが、例えば将来的にイオンセンサを小型化するニーズが生じた場合や、イオンセンサの保管寿命を延長する必要が生じた場合には、現状の梱包方法では内部ゲル液の揮発を十分に防ぐことができない可能性がある。とくに、内部ゲル液内の水分が揮発すると、内部ゲル液の体積が縮小し、内部電極とイオン感応膜の間の導通性が失われる可能性がある。イオンセンサの小型化に伴い、内部溶液（内部ゲル液）の体積の減少が性能に与える影響は大きいと考えられる。

さらに、イオンセンサに設けられた内部電極の素材には錆びやすい金属が使用されているため、梱包容器内に結露が発生すると電極の性能が劣化する可能性がある。特に、イオンセンサは保管時と輸送時に大きな温度変化が生じることがある。具体的には、およそ４０℃に近い温度環境下で輸送された後に、約７℃程度まで冷やされた環境下（ユーザー先の冷蔵庫等）に保管される場合がある。この幅で保管温度が変化した場合、梱包容器内に水蒸気が多く含まれていると、イオンセンサ表面に結露が生じ、イオンセンサ上部に露出した内部電極に水滴が付着することによる錆びが生じる。これはノイズの原因となり、正確な測定ができなくなる恐れがある。また、梱包材内部の結露は、イオンセンサ本体の景観も損ねる可能性もあるため、結露は防止する必要がある。

図５は、本発明における梱包容器で梱包したイオンセンサの正面図である。梱包容器はボトムケース１０と蓋部（トップシート）１１からなる。ボトムケース１０は、イオンセンサの外形に沿った形状を有するセンサ収容部１８が内部に形成されており、一面は大きく開口している。センサ収容部１８は横向きでイオンセンサを収容可能な形状を有しており、その深さはイオンセンサの厚みとほぼ等しい。より詳細にいえば、イオンセンサを凹部が設けられた側面を下にして横向きでセンサ収容部１８に入れたときに、凸部の上面が収容部の高さに位置するように配置されている。

梱包する際には、ボトムケース１０のセンサ収容部内にイオンセンサを入れ、開口部にアルミ等からなるトップシート１１をかぶせ、外周を熱で封止してイオンセンサを密閉する。トップシート１１には製造年月日や、保管期限等のイオンセンサ情報を記載することも可能であり、本発明におけるイオンセンサを購入したオペレータはトップカバーに記載された事項を参照して、内部に含まれたイオンセンサの情報を取得したり、使用計画を立てることができる。イオンセンサを使用する場合には、オペレータはトップシート１１を剥がし、ボトムケース１０内からイオンセンサを取り出して装置にセットする。

図６は、上記方法で梱包したイオンセンサの断面図（縦）、図７は梱包したイオンセンサの断面図（横）である。ボトムケース１０には、イオンセンサの凹部６にあたる位置にリブ１２が形成されている。ボトムケース１０にイオンセンサを収納したときに、当該リブ１２がイオンセンサの凹部６に係号することにより、流路２の一端をふさぐ。流路２の他端はトップシート１０によりふさがれる。ボトムケースとトップシートはいずれも水蒸気バリア性の高い素材で形成されるので、梱包容器に収容するだけで、流路２から内部溶液内の水が蒸発することを防ぐことができ、イオンセンサを安定性良く保管することができる。ボトムケースおよびトップカバーの具体的な素材については後述する。

さらに、ボトムケースおよびトップシート１０はイオンセンサの筺体の外形に沿って大きく空間を設けることなくイオンセンサを収容できる形態としている。イオンセンサ内の内部溶液（内部ゲル液）の容積は３〜１０ｃｍ^３程度であり、内部溶液（内部ゲル液）の水の揮発を防止する為には、イオンセンサの周囲に設けられる空間は内部溶液（内部ゲル液）の容積に対して１１０〜１８０％程度であることが望ましいためである。これにより、流路２以外の部分（例えば、イオンセンサ筺体部分や、イオンセンサ筺体と電極コネクタの接続部分等）から内部ゲル液の水分が揮発することをできるだけ抑制することが可能となる。

さらに、ボトムケースにはリブ１２を挟んで二つの隙間部１３が設けられている。イオンセンサを使用するオペレータは、隙間部１３に指を入れることによってボトムケース１０からイオンセンサを簡単に取り出すことができる。なお、隙間部１３は１つだけ設けるようにしても良いし、３つ以上形成するようにしても良いが、あまりに多く形成するとその空間分だけ内部ゲル液が揮発する空間を許容することとなるため、望ましくは二か所である。

さらに、ボトムケース１０には、隙間部１３とは別に電極コネクタを収容する電極収容部１４が形成されている。電極コネクタはイオンセンサの筺体から突出するように形成されているため、電極コネクタを固定することによって、保管中や搬送中にイオンセンサがボトムケース内で移動することがなく、イオンセンサを安定して保管、輸送することができる。

さらに、ボトムケースはその外周につば１５が設けられている。オペレータやこのつば１２を持つことによって取扱を用意にすることができる。

さらに、ボトムケースは透過性のある素材で形成されていることが望ましい。透過性のある素材で形成されていることにより、ボトムケースの側面あるいは底面から内部のイオンセンサの様子を観察することが可能となる。例えば、イオンセンサの側面に記載されている情報を目視で確認したり、イオンセンサの筺体の色を確認したりすることが可能となる。

本実施例においては、ボトムケース１０とトップカバー１１が密閉性の高い材質で形成されており、かつ、流路２の出入り口をふさぐ形状を有していることにより、イオンセンサ内部の内部溶液（内部ゲル液）の水分の揮発を防止し、内部溶液（内部ゲル液）充填後の水分量を長期間維持することができる。また、イオンセンサ流路からの水分の揮発を防ぐことにより、梱包容器内側の結露も防止することができ、イオンセンサ上部に露出しているＡｇ／ＡｇＣｌからなる内部電極コネクタ７の端子に水滴が付着し、性能が劣化することも防止することができる。更にイオンセンサの一端に突出した形状として設けられている電極部を保持する収納部を設けていることにより、搬送中や保管中において梱包容器内に収容されているイオンセンサの姿勢が安定する。

ボトムケースの材質は、水蒸気透過度が１２．０ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下のものを使用する。材質の具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル（結晶化）、ビニリデンクロライドコポリマー、ポリエチレンテレフタレート（二軸延伸）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル（無可塑）、ポリクロロトリフロロエチレン、ポリテトラフロロエチレン、ポリエチレン（密度０．９２）、ポリエチレン（密度０．９５５）、ポリプロピレン、ナイロン１１、ナイロン１２、塩酸ゴム、ポリフェニルサルファイド等が挙げられる。これらの材質の単体でボトムケースを形成しても良いし、複数の素材を組み合わせて多層化しても良い。

本実施例では、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンをフィルム状にして多層化した材質を使用し、厚さ１ｍｍ以下の熱成形により、イオンセンサ梱包用容器を作成した。この材質の水蒸気透過度は０．５ｇ／ｍ^２・２４ｈである。

当該容器による保管安定化の効果を確認するために、一般的な梱包素材であるポリスチレン樹脂等（水蒸気透過度は１２．２ｇ／ｍ^２・２４ｈ）で成形された直方体のハードカバーを用いたイオンセンサ梱包用容器内に収容されたイオンセンサ（比較例１）、ゴムキャップにより流路の両端を覆った方式のイオンセンサ（比較例２）を用い、経過日数における梱包状態での重量変化の比較を行った。なお、イオンセンサ内部の内部溶液（内部ゲル液）の水分が揮発すると、内部溶液（内部ゲル液）の体積が収縮するため、内部電極およびイオン感応膜との導通性が失われる可能性がある。よって、イオンセンサ内部の水分を維持することは、イオンセンサの寿命の維持に大きく貢献するものである。

図８は、本実施例における梱包用容器内に収容されたイオンセンサと、比較例１，２のイオンセンサ全体の質量（ｍｇ）の変化を示す図である。

製品保管寿命（１４ヶ月）経過後は、比較例１が４０ｍｇの質量減少、比較例２が１１０ｍｇの質量減少となった。これらの質量変化は、イオンセンサ内部の水分蒸発量とほぼ同義であり、重量変化分に相当する量の水分が内部ゲル液から揮発したと考えることができる。

一方、本実施例における梱包容器を用いた場合、梱包後２週間の質量変化はおよそ１０ｍｇ程度であったが、その後２年経過しても同じ質量を維持することができた。そのため、イオンセンサ内部の内部溶液（内部ゲル液）の水分蒸発量は１０ｍｇ程度に抑えられていると言える。詰まり、本実施例における梱包放棄を使用することで、従来の保管期間中でも製造直後の内部溶液（内部ゲル液）とほぼ同量を維持することが可能となり、イオンセンサを小型化した場合でも性能を維持することが可能となる。また、およそ２年に渡って保管した場合、比較例２のイオンセンサの水分蒸発量は１６０ｍｇまで増えるが、本実施例を用いた場合は水分蒸発量を１０ｍｇに抑えることが可能となる。上記より、本法による梱包方式を使用することで、従来のイオンセンサの保管寿命を延長することが可能となる。

本発明における他の実施例を、図９および図１０を用いて説明する。

図９および図１０は、イオンセンサの梱包容器内に高吸水性樹脂からなる調湿部を設けた場合を示す図である。

高吸水性樹脂は、高湿度条件では吸湿し、低湿度条件では徐々に放湿するという、周りの湿度に応じて吸水と脱水を繰り返す性質がある。よって、イオンセンサの保管温度の変化により、梱包材内部の空気の吸水と脱水を繰り返すことで、常に一定の保管湿度を維持することができる。このような高吸水性樹脂には、ポリアクリル酸塩系、ポリスルホン酸塩系、無水マレイン酸塩系、ポリアクリルアミド系、ポリエチレンオキシド系、ポリアスパラ銀酸塩系、ポリグルタミン酸塩系、ポリアルギン酸塩系、でんぷん系、セルロース系等が挙げられる。

図９では、上記高吸水性樹脂を薄くシート状にし、隙間部１３に高吸水性樹脂調湿部１６を設けた。イオンセンサ保管場所が高温度で、内部ゲル溶液内の水分が揮発しやすい環境下であっても、高吸水性樹脂調湿部１６が発生した水蒸気を吸湿するため、イオンセンサ表面や内部電極に結露水が付着することはない。さらに、高吸水性樹脂調湿部１３の効果により、梱包容器内の湿度は常に一定の範囲でコントロールされることとなるため、仮にイオンセンサが長時間、高温度環境下におかれたとしても、内部ゲル溶液内の水分が大量に揮発することはない。

なお、調湿部は高吸水性樹脂以外で形成されていても良い。その他の例としては例えばＢ型シリカゲルが挙げられる。Ｂ型シリカゲルは高吸水性樹脂と同様に、高湿度条件では空間内の水蒸気を吸湿し、低湿度条件では徐々に放湿する性質がある。図１０に、ボトムケースの隙間１３にＢ型シリカゲル調湿部１７を設けた構成を示す。シート状調湿部１６と同様の調湿作用を持つ為、実施例１での水分蒸発量をさらに低減し、内部電極４への水滴の付着も防止することができる。

本実施例によれば、調湿部が梱包材内部の湿度を一定に維持するため、保管温度の影響を受けることなく、オペレータが梱包容器を開封するまで梱包容器内を一定の湿度に保つことができ、内部ゲル液中の水分が蒸発することを防ぐことができる。

１：イオンセンサ本体
２：流路
３：イオン感応膜
４：内部電極
５：空間
６：凹部
７：内部電極コネクタ
８：凸部
９：Ｏ−リング
１０：ボトムケース
１１：蓋部
１２：リブ
１３：隙間部
１４：電極収容部
１５：つば
１６：高吸水性樹脂調湿部
１７：Ｂ型シリカゲル調湿部

Claims

内部溶液を収容する容器、前記容器の一側面から他の側面に貫通し、測定対象の液体を流通させる流路、前記流路内面に少なくとも一部が露出したイオン交換膜、及び、一部が前記内部溶液と接触し他の一部が前記容器の外部に露出した金属製の内部電極を有し、前記容器の側面であって、流路の両端周囲に凹部及び凸部が形成されたフロー型イオンセンサ本体と、
前記フロー型イオンセンサ本体の外周部を覆い、少なくとも一つの開口部を有するボトムケースと、
前記ボトムケースの開口部を覆う蓋部と、
を備え、
前記ボトムケースは、前記フロー型イオンセンサの厚みに相当する深さを有するセンサ収容部と、前記センサ収容部の一部に形成され前記凹部に係合するリブを有する、
イオンセンサ。
請求項１記載のイオンセンサにおいて、
前記ボトムケースは、水蒸気透過度が１２．０ｇ／ｍ^２・２４ｈ以下の材質で形成された、
イオンセンサ。
請求項１記載のイオンセンサにおいて、
前記ボトムケースは、前記収容部の周囲に形成された少なくとも一つの隙間部と、
前記容器の外部に露出した内部電極を収容する電極収容部を有する、
イオンセンサ。
請求項１記載のイオンセンサにおいて、
前記ボトムケースは、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル（結晶化）、ビニリデンクロライドコポリマー、ポリエチレンテレフタレート（二軸延伸）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル（無可塑）、ポリクロロトリフロロエチレン、ポリテトラフロロエチレン、ポリエチレン（密度０．９２）、ポリエチレン（密度０．９５５）、ポリプロピレン、ナイロン１１、ナイロン１２、塩酸ゴムまたはポリフェニルサルファイド、もしくはこれらの材質の組合せにより形成されている、
イオンセンサ。
請求項１記載のイオンセンサにおいて、
前記蓋部はアルミにより形成され、その表面にイオンセンサ情報記録部を有する、
イオンセンサ。
請求項１記載のイオンセンサにおいて、
前記ボトムケースは少なくとも一部に、容器内の湿度を一定の範囲内に収めるための調湿部材を配置している、
イオンセンサ。
請求項６記載のイオンセンサにおいて、
前記調湿部材は高吸水性樹脂またはＢ型シリカゲルである、
イオンセンサ。
請求項７記載のイオンセンサにおいて、
前記高吸水性樹脂は、ポリアクリル酸塩系、ポリスルホン酸塩系、無水マレイン酸塩系、ポリアクリルアミド系、ポリエチレンオキシド系、ポリアスパラ銀酸塩系、ポリグルタミン酸塩系、ポリアルギン酸塩系、でんぷん系、セルロース系のいずれかである、
イオンセンサ。