JP6997240B2 - ガス検知型シール - Google Patents

Description

本発明は、シールに関し、特に、ガスを検知でき、軽量薄型の構造で利用しやすいガス検知型シールに関する。

近年、人体の健康状態はガスの代謝によって検知できることが、ますます多くの研究によって証明されている。例えば、糖尿病患者がはき出したガスからはアセトンが検出される。したがって、これらの情報をリアルタイムに記録できれば、利用者は自分の健康状態をリアルタイムに知ることができる。

関連の技術として、例えば、特許文献１には、中国の伝統的医学理論に基づく健康状態監視装置、システム及び方法が開示されている。これによれば、匂い検知器を用いて、被監視の利用者から匂い情報を取得し、顔画像データ、舌質画像データ、音声情報、脈波データ等その他の情報と組み合わせることによって、中国の伝統的医学知識を持たなくても、利用者に対する健康状態の監視を低コストで実現できる。

しかしながら、上記の特許に係る匂い検知器等のガス検知装置は、体積が大きいだけでなく、正常に動作するために電力の供給が必要であるため、利用者の日常生活に影響を与えるだけでなく、操作しにくく、時間と場所の制限なしに監視することはできないため、その適用範囲が制限されている。

中国発明特許公開第ＣＮ１０８５９７６２１Ａ号

本発明の第１の目的は、体積が大きく、動作するのに継続的な電力供給が必要であるという従来のガス検知装置の欠点を解消することである。

本発明の第２の目的は、軽量薄型の構造で利用しやすいガス検知型装置を提供することである。

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って、ガス検知型シールを提供する。当該ガス検知型シールは、積み重ねて設けられた粘着層と、反応呈色層と、化学反応層とを含み、ただし、当該化学反応層は、被検ガスと反応して化学変化が生じる少なくとも１つの反応領域を含み、当該化学反応層の当該被検ガスに近い側はガス取込み面であり、当該反応呈色層は、対応して設けられた呈色面と、反応面とを含み、当該反応面は当該化学反応層の当該反応領域に接触し、当該反応呈色層は、当該反応面の当該化学変化に対応して呈色反応が起こるように、呈色指示薬を含み、さらに、当該粘着層は、当該反応呈色層又は当該化学反応層以上の面積を有し、且つ、当該粘着層は当該反応呈色層の当該呈色面に、又は当該化学反応層の当該反応呈色層から離隔する側に設けられる。

これにより、本発明のガス検知型シールは、従来のガス検知装置と比べ、少なくとも以下の利点を有する。
（１）本発明のガス検知型シールは、化学反応層に設けられた反応領域によって、被検ガスと反応することで、化学変化が生じる。当該化学変化は、反応呈色層における呈色指示薬の反応によって異なる色を示し、利用者は色の変化を直接目視で観察するか、又は従来のデータベースを利用し、色の変化を分析・判断する方法で検出結果を得ることができるため、一層利用しやすくなる。

（２）当該ガス検知型シールのガス取込み面を外側に向けて物体に付与すると、周囲環境からガスの変化を検知できる。同ガス取込み面を内側に向けて物体に付与すると、物体自体の匂いを検知できるため、従来の技術と比べて、本発明のガス検知型シールの適用範囲が広くなる。例えば、身動きが不自由な患者の大腿又は鼠径部位に付与して尿意を検知でき、有毒ガスが存在する環境で作業する時、利用者に周囲環境の変化を注意させるように、腕又は手の背側に付与するように利用できる。また、関連の文献によれば、糖尿病患者はき出したガスには多くのアセトンが含まれ、腎臓疾患を抱える患者がはき出したガスに多くのアンモニアが含まれているため、長期間にわたって又は短期間で監視を行うことができる。そして、人体に関連する上記の用途のほかに、本発明のガス検知型シールは、動物又は植物にも適用する。例えば、生産・販売、又は成長中に、色の変化によって監視を実現する。

本発明の第１実施例に係るガス検知型シールの第１利用形態の概略図である。 本発明の第２実施例に係るガス検知型シールの第１利用形態の概略図である。 本発明の第１実施例に係るガス検知型シールの第２利用形態の概略図である。 本発明の第２実施例に係るガス検知型シールの第２利用形態の概略図である。 本発明のガス検知型シールを人体に適用して検知を行うことの概略図である。 本発明のガス検知型シールを植物に適用して検知を行うことの概略図である。 本発明の第３実施例に係るガス検知型シールの第１利用形態の概略図である。 本発明の第４実施例に係るガス検知型シールの第１利用形態の概略図である。 本発明の第５実施例に係るガス検知型シールの第１利用形態の概略図である。

次に、本発明の詳細な内容を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係るガス検知型シールの第１利用形態の概略図である。当該ガス検知型シールは、主に、化学反応層１０と、化学反応層１０に対して互いに積み重ねられた反応呈色層２０と、粘着層３０とを含む。さらに、仕切り部４０を含む。

化学反応層１０は、複数の第１領域１１ａと、１１ｂとを含むように、仕切り部４０によって分割され、第１領域１１ａ、１１ｂは、反応領域１３ａと、１３ｂとを含み、反応領域１３ａ、１３ｂは（矢印に示すように）被検ガスと反応して化学変化が生じる。これらの反応領域１３ａ、１３ｂには、異なる目的ガスと反応するように、それぞれが異なる種類の化学物質を含んでもよい。例えば、一部の反応領域１３ａ、１３ｂがアルカンと反応し、一部の反応領域１３ａ、１３ｂがアルコール類と反応し、また一部の反応領域１３ａ、１３ｂが硫化物と反応する。仕切り部４０は、隣り合う第１領域１１ａ、１１ｂで起こる反応が互いに影響し合わないように、隣り合う第１領域１１ａと、１１ｂとを間隔する。さらに、当該化学変化は、酸化還元反応、酸塩基反応、酵素触媒反応、金属触媒反応、縮合反応（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）、加水分解反応（ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ）、付加反応（ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）、脱離反応（ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）、置換反応（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）、又はこれらの組み合わせであってもよく、これらに限定されるものではない。一つの非限定的な例として、本発明に適用する酸化還元反応は、エタノールをアセトアルデヒド又は酢酸に酸化する反応が挙げられ、酵素触媒はグルコースオキシダーゼ（ｇｌｕｃｏｓｅ ｏｘｉｄａｓｅ）が挙げられ、金属触媒は白金触媒が挙げられる。

これによって、例えば、反応領域１３ａ、１３ｂにヒドラジン（Ｈ_２Ｎ－ＮＨ_２）が塗布されている場合、二酸化炭素を含む被検ガスが、ヒドラジンが塗布された上記の反応領域１３ａ、１３ｂと反応する時、Ｈ_２ＮＮＨＣＯＯＨを生成し、酸化還元指示薬クリスタルバイオレット（Ｃｒｙｓｔａｌ ｖｉｏｌｅｔ）を利用して呈色させる。

これらの反応領域１３ａ、１３ｂで起こる反応が不可逆的な反応である場合、これによって生じる反応結果は経過情報として取り扱う。経過情報とは、全ての吸着された当該被検ガスの関連情報を記録すること、即ち、結果が現れるまでの過程を指す。また、これらの反応領域１３ａ、１３ｂでガスの吸着後にまた脱着する現象が生じる場合、当該反応は可逆的な反応であり、リアルタイムな情報として取り扱う。リアルタイムな情報とは、現時点の情報を指し、より具体的には、一部の反応は一定の期間だけ維持するため、その前の情報は記録にできず、現時点の情報だけが残ることを指す。そのため、設計の段階では、これらの反応領域１３ａ、１３ｂでの化学反応が可逆的なものであるように、拡散係数を適宜調整してガスの吸着と脱着の速度を制御することで、経過情報及びリアルタイムな情報の両方を同時に記録できる。

本発明において、第１領域１１ａ、１１ｂの当該被検ガスに近い側はガス取込み面１２ａ、１２ｂとして定義される。一つの実施形態において、ガスが直接これらの反応領域１３ａ、１３ｂに入るため干渉又はダメージが生じるのを避けるように、ガス取込み面１２ａ、１２ｂに設けられた保護層をさらに含んでもよい。

反応呈色層２０も、複数の第２領域２１ａと、２１ｂとを含むように、仕切り部４０によって分割され、第２領域２１ａ、２１ｂと、第１領域１１ａ、１１ｂとは互いに対応するように積み重ねられ、且つ、第２領域２１ａ、２１ｂは反応面２３ａ、２３ｂと、呈色面２２ａ、２２ｂとを含み、反応面２３ａ、２３ｂは化学反応層１０のこれらの反応領域１３ａ、１３ｂに接触し、呈色面２２ａ、２２ｂはこれらの反応領域１３ａ、１３ｂから離隔するように設けられ、呈色面２２ａ、２２ｂから色の変化を観察できる。

反応呈色層２０に呈色指示薬が含まれているため、これらの反応領域１３ａ、１３ｂは反応のために変化が生じる時、これらの反応領域１３ａ、１３ｂに接触する反応呈色層２０は、当該化学変化に対応して呈色反応が起こる。

ただし、当該呈色指示薬なる組成物は、水和物、沈殿物、金属錯体及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。例えば、水和物である場合は、乾燥の塩化コバルト（ＩＩ）が湿気と接触してピンク色の水和物を生成するものであってもよい。沈殿物である場合は、酢酸鉛が硫化水素と接触して黒色の硫化鉛沈殿物を生成するものであってもよい。金属錯体である場合は、酸素とヘモグロビン中の鉄イオンが配位結合を形成して赤色を呈するものであってもよい。本発明に適用する「呈色指示薬」は特に限定されるものではない。例えば、当該呈色指示薬は、酸塩基指示薬、発色性溶媒和物、又はこれらの組み合わせであってもよい。なお、本発明に適用する当該酸塩基指示薬は特に限定されるものではなく、一つの非限定的な実施例として、ブロモチモールブルー（Ｂｒｏｍｏｔｈｙｍｏｌ Ｂｌｕｅ）、フェノールフタレイン等の呈色試薬であってもよい。

本実施形態において、仕切り部４０は、隣り合う第１領域１１ａと１１ｂ、及び、第２領域２１ａと２１ｂを分割する隔壁であり、これによって、ガス取込み面１２ａに入る当該被検ガスと反応領域１３ａの反応が、隣り合う反応領域１３ｂに影響を与えることはなく、反応領域１３ａで起こる反応が反応面２３ａ及び呈色面２２ａだけに影響を与え、反応面２３ｂ及び呈色面２２ｂに対する影響はない。また、本実施例において、化学反応層１０と反応呈色層２０は互いに独立的な２層の構造であるが、別の実施例において、化学反応層１０と反応呈色層２０は１層の構造であってもよく、即ち化学反応層１０と反応呈色層２０は１層に統合されてもよい。

粘着層３０は、化学反応層１０の反応呈色層２０から離隔する側に設けられる。本実施形態において、ガス取込み面１２ａ、１２ｂに近い側を指す。粘着層３０は、主に当該ガス検知型シールに粘着特性を付与するために設けられるため、実際の状況に応じて、粘着層３０の片面だけに粘着特性を付与するか、又は両面ともに粘着特性を付与してもよい。又は、付与対象又は物体２の特性に応じて適切な材料、例えば、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ、略称ＰＶＡ）を選択してもよく、これに限定されるものではない。

本実施形態において、当該目的被検ガスは対象又は物体２から発しているため、粘着層３０は、当該被検ガスが粘着層３０を通してガス取込み面１２ａ、１２ｂを介して化学反応層１０に入って、化学反応層１０におけるこれらの反応領域１３ａ、１３ｂと反応するように、通気性を有することが好ましい。

図２は、本発明の第２実施例に係るガス検知型シールの概略図である。図２が参照されるとおり、上記の実施例に係る利用形態と同じように、これも対象又は物体２の発する被検ガスを検知するために利用される。なお、第２実施例は、粘着層３０の設けられた位置に関して、上記の第１実施例と相違する。本実施形態において、粘着層３０は反応呈色層２０の呈色面２２ａ、２２ｂに設けられ、且つ、当該ガス検知型シールが対象又は物体２に堅牢に付与できるように、粘着層３０の面積は反応呈色層２０又は化学反応層１０の面積より大きくしてもよい。

図３は、本発明の第１実施例に係るガス検知型シールの第２利用形態の概略図であり、図４は、第２実施例に係るガス検知型シールの第２利用形態の概略図である。図３、図４が参照されるとおり、（矢印に示すように）周囲環境からガスの変化を検知するために当該ガス検知型シールを対象又は物体２に付与する。図３、図４に示すガス検知型シールは上記の実施例と基本的に同じ構成であるため、ここで詳細な説明は省略される。なお、本利用形態において、当該被検ガスがこれらの反応領域１３ａ、１３ｂと順調に反応できるように、反応呈色層２０は、当該被検ガスが反応呈色層２０を通して化学反応層１０に入るように、通気性を有することが好ましい。

図５は、本発明のガス検知型シールを人体に適用して検知を行うことの概略図であり、図６は、本発明のガス検知型シールを植物に適用して検知を行うことの概略図である。

図５に示すように、利用者は、当該ガス検知型シールを手の背側に付与して皮膚代謝物の発する匂い又は匂いの変化を検知し、目視で観察し又はデータベースと照合することによって身体状態を監視するという目的を達成できるため、その適用分野は迅速なスクリーニング検査及び慢性疾患の長期監視を含む。また、付与位置によって様々な監視効果を実現でき、実際に使用する時は、利用者のニーズに応じて調整できる。例えば、患者の尿の匂いを監視する場合、本発明のガス検知型シールを大腿又は鼠径部位に付与する。糞便の匂いを監視する場合、患者の臀部の付近に付与する。又は、日常生活で簡易な口臭監視をするために口腔の付近に付与する。又は、スポーツ計画又はダイエットを実施中の利用者の場合は、身体の適切な部位に付与してケトン体を監視するように利用できる。このほかにも、臨床現場即時検査（ｐｏｉｎｔ－ｏｆ－ｃａｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ、略称ＰＯＣＴ）又は診療所での診断の目的も達成できる。

本発明のガス検知型シールは、人体に適用するだけでなく、図６に示すように、植物に付与してその発する匂いを監視するようにも利用できる。具体的には、一つの実施例において、例えば、リンゴ、バナナ等の果物は熟成する過程にエチレンを放出するため、本発明のガス検知型シールを適用する場合、生産・販売、及び成長中に監視するように利用できる。

上記の第１実施例及び第２実施例に示す構成に加え、本発明のガス検知型シールは、その他の機能層をさらに含んでもよい。次に、第２実施例の構造に基づいて説明するが、第１実施例も、限定されるものではなく、次に説明する機能層を追加してもよい。

図７は、本発明の第３実施例に係るガス検知型シールである。当該実施例によれば、最も外側に設けられた反射防止フィルム５０をさらに含み、反射防止フィルム５０を設けることで、利用者は外部から、装置を利用して又は目視観察で色の変化を確認し、干渉を避けることができる。

図８は、本発明の第４実施例に係るガス検知型シールであり、図９は、本発明の第５実施例に係るガス検知型シールである。図１、図８及び図９が参照されるとおり、第２実施例の構造と比べて分かるように、図８及び図９のガス検知型シールには、特定のガスを選別する効果を得るように、さらに、ガス選別機能を有する拡散フィルム６０が１層以上設けられている。拡散フィルム６０は、対象又は物体２の表面と化学反応層１０との間に設けられ、即ち、ガス取込み面１２ａ、１２ｂの近傍に設けられる。

拡散フィルム６０が複数層設けられた場合、図９に示すように、各拡散フィルム６０は、それぞれ異なるガスを対象とするように設定してもよい。また、これらの拡散フィルム６０にガスが拡散する経路を調整して、分子の大小によって拡散速度を変更することで分子の大小に基づく選別の効果を得るように、図８及び図９の実施例において、拡散フィルム６０のそれぞれに、サイズが異なるグラフェン７０を添加してもよい。

さらに、本発明のガス検知型シールでより効率的にガス分子が吸着するという目的を達成するために、拡散フィルム６０に吸着分子をさらに含んでもよい。当該吸着分子は、任意の、吸着機能を有する液体、コロイド、細孔、又は繊維性フィルムであってもよい。具体的には、一つの非限定的な例において、当該吸着分子としてグリセリンを利用できる。又は、一つの非限定的な例において、当該吸着分子として細孔を用い、細孔の特性を利用してサイズの大きなガス分子をスクリーニングする。又は、図９の実施例に示すように、直接２つの拡散フィルム６０の間に、吸着分子を含む吸着層８０を設けてもよく、これによって優れた吸着効果を得られる。

なお、本発明のガス検知型シールは粘着層３０を含む複数層を積み重ねて形成された構造である場合においても、耐水性が不十分な問題はあり得る。そのために、上記の様々な実施例において、内部の化学反応に対する外部環境の干渉を緩和するために、化学反応層１０のガス取込み面１２ａ、１２ｂに近い適切な位置に、遮水性を有する通気性フィルムを設けてもよい。

利用者は、毎回の検知データを情報化するために、当該ガス検知型シールに一次元バーコード又は二次元ＱＲコード（登録商標）等（図５、図６参照）を設計してもよい。このほかに、例えば、撮影の方式で検出結果を取得し、次に分析ソフトウェアを用いて、色の変化を分析して記憶することで、同様に検知データを情報化するという目的は達成できる。さらに、これらの監視データをグループに分けて分類して、ＡＩ機器に学習させて予測と判断を行うこともできる。

さらに、本発明のガス検知型シールに、複数の比色ブロックが設けられてもよい。利用者は色の弁別がしやすく、判断の誤差が減るように、これらの比色ブロックがこれらの反応領域１３ａ、１３ｂに対応して並ぶように設計される。

なお、上記の様々な実施例において、当該被検ガスが化学反応層１０に入ってこれらの反応領域１３ａ、１３ｂと反応することを前提として、化学反応層１０、反応呈色層２０、又はその他の機能層の設置順番は互いに入れ替えてもよい。

２ 対象又は物体
１０ 化学反応層
１１ａ、１１ｂ 第１領域
１２ａ、１２ｂ ガス取込み面
１３ａ、１３ｂ 反応領域
２０ 反応呈色層
２１ａ、２１ｂ 第２領域
２２ａ、２２ｂ 呈色面
２３ａ、２３ｂ 反応面
３０ 粘着層
４０ 仕切り部
５０ 反射防止フィルム
６０ 拡散フィルム
７０ グラフェン
８０ 吸着層

Claims (13)

1. 積み重ねて設けられた粘着層と、反応呈色層と、化学反応層とを含むガス検知型シールであって、
   前記化学反応層は、被検ガスと反応して化学変化が生じる少なくとも１つの反応領域を含み、前記化学反応層は前記反応呈色層の反対側に位置するガス取込み面を有し、該ガス取込み面は前記被検ガスに接触され、
   前記反応呈色層は、反応面と、該反応面の反対側に位置する呈色面とを有し、前記反応面は前記反応領域に接触し、前記反応呈色層は呈色指示薬を含み、前記呈色指示薬が前記反応面を介して前記反応領域の前記化学変化に対応して呈色反応を起こすことで、前記呈色面から前記呈色指示薬の色の変化を観察でき、
   前記粘着層は、前記反応呈色層の前記呈色面に、又は前記化学反応層の前記ガス取込み面に設けられることを特徴とするガス検知型シール。
2. 前記ガス検知型シールの最も外側に反射防止フィルムが設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
3. 前記ガス取込み面に近い側に、ガス選別機能を有する少なくとも１つの拡散フィルムが設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
4. 前記拡散フィルムは、吸着機能を有する液体、コロイド、細孔、及び繊維性フィルムからなる群から選択されることを特徴とする請求項３に記載のガス検知型シール。
5. 前記拡散フィルムはグラフェンを含むことを特徴とする請求項３に記載のガス検知型シール。
6. 前記ガス取込み面に近い側に２つの拡散フィルムが設けられ、２つの前記拡散フィルムの間に吸着層が挟設されることを特徴とする請求項３に記載のガス検知型シール。
7. 前記ガス取込み面に、ガス選別機能を有する少なくとも１つの拡散フィルムが設けられ、ガス選別機能を有する少なくとも１つの前記拡散フィルムは前記ガス取込み面に直接接触することを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
8. 前記ガス取込み面に少なくとも１つのフィルム層が設けられ、前記フィルム層は吸着層、ガス選別機能を有する拡散フィルム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
9. 前記呈色面に比色ブロックが設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
10. 前記粘着層は、前記反応呈色層又は前記化学反応層より面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
11. 前記化学変化は、酸化還元反応、酸塩基反応、酵素触媒反応、金属触媒反応、縮合反応、加水分解反応、付加反応、脱離反応、置換反応、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
12. 前記呈色指示薬は、酸塩基指示薬、発色性溶媒和物、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。
13. 前記呈色指示薬なる組成物は、水和物、沈殿物、金属錯体、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のガス検知型シール。

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