JPH02183145A - Optical fiber sensor - Google Patents

Optical fiber sensor

Info

Publication number
JPH02183145A
JPH02183145A JP759889A JP759889A JPH02183145A JP H02183145 A JPH02183145 A JP H02183145A JP 759889 A JP759889 A JP 759889A JP 759889 A JP759889 A JP 759889A JP H02183145 A JPH02183145 A JP H02183145A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
reagent layer
reagent
measured
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP759889A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2732878B2 (en
Inventor
Hideki Nakamura
英樹 中村
Hiroshi Sugise
杉瀬 博司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Terumo Corp filed Critical Terumo Corp
Priority to JP1007598A priority Critical patent/JP2732878B2/en
Publication of JPH02183145A publication Critical patent/JPH02183145A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2732878B2 publication Critical patent/JP2732878B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To achieve a rise in sensitivity and a higher response speed by forming a tip part curved in an optical fiber sensor in which light is introduced to a reagent layer through an optical fiber to measure a nature of an object to be measured by light obtained from the reagent layer. CONSTITUTION:An optical fiber 100 comprises a long-sized core 101, a clad 102 and a jacket 103 and the tip part 110 thereof is formed so curved as to make a part of a ball. A reagent layer 104 and a permselective film 105 covering the layer is formed on a spherical face of the tip 110. Here, the reagent layer 104 contains a material which causes a sort of optical change in reaction with a material to be measured and the permselective film 105 has functions to block material other than that to be measured and a reaction interfering substance from reaching the reagent layer 104 from outside and to prevent the reagent layer from spilling out. In this manner, a surface curved to hold the reagent allows a coating of a larger surface area with an even thickness for the reagent layer 104 and the permselective film 105, thereby realizing a higher sensitivity and a higher response speed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、被測定物の性状を測定するセンサ。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a sensor that measures the properties of an object to be measured.

より具体的には、光ファイバを用いて物質の性状を光学
的に測定する光ファイバセンサに関する。
More specifically, the present invention relates to an optical fiber sensor that optically measures the properties of a substance using an optical fiber.

[従来の技術] 近年、主に遠隔測定を目的とした光ファイバセンサが種
々考案されてぎた。とくに、測光方法や光フアイバ自体
の発達によって、センサの微小化が可能となってきた。
[Prior Art] In recent years, various optical fiber sensors have been devised mainly for the purpose of remote measurement. In particular, advances in photometry methods and optical fibers have made it possible to miniaturize sensors.

光ファイバセンサは、光ファイバの先端に位置する測定
対象物質自体の光学的情報(例えば、吸光度、蛍光強度
など)を光ファイバを介して直接的に得るものと、測定
対象物質との反応など、それによって何らかの変化を受
ける試薬を光フアイバ先端に固定しその試薬の光学的情
報を得ることによって間接的に測定対象物質の情報を得
るものとに分類できる。前者では、被測定物が光学的情
報を持つ物質(例えば色素)に限られる。
Optical fiber sensors are those that directly obtain optical information (e.g., absorbance, fluorescence intensity, etc.) of the substance to be measured located at the tip of the optical fiber, and those that directly obtain optical information (e.g., absorbance, fluorescence intensity, etc.) of the substance to be measured located at the tip of the optical fiber. It can be classified as a method in which information on the substance to be measured is obtained indirectly by fixing a reagent that undergoes some change to the tip of an optical fiber and obtaining optical information about the reagent. In the former, the object to be measured is limited to a substance having optical information (for example, a dye).

後者では、より広い範囲の測定対象物質に対して応用が
可能である0例えば、液体または気体中の酸素濃度の測
定では、酸素は光学的情報に乏しいので、蛍光などの発
光の強度が酸素によって弱められる消光現象を利用する
ことによって測定を行うことができる。たとえば、ピレ
ンなどの蛍光物質からの蛍光は酸素によって強度が減少
されることを利用して5光フアイバの先端に蛍光物質を
試薬として固定しこれから発せられる蛍光の強度を検知
することによって周囲の酸素濃度を測定する方法がある
。これらの場合、蛍光物質を励起するための光源からの
光と蛍光物質から発する蛍光をそれぞれ別の、または単
一の光ファイバが伝送する。実際の酸素濃度測定を可能
にするには、試薬が含まれる層が高い酸素透過係数を持
つことが要求され、そのため試薬を固定する種々の方法
が提案されてきた。たとえば、 (1)シリコーンポリマの中に蛍光物質を溶解する方法
(特許公報 昭59−24379) 。
The latter method can be applied to a wider range of substances to be measured. Measurements can be made by taking advantage of the weakened extinction phenomenon. For example, taking advantage of the fact that the intensity of fluorescence from a fluorescent substance such as pyrene is reduced by oxygen, it is possible to fix the fluorescent substance as a reagent at the tip of a five-optical fiber and detect the intensity of the fluorescence emitted from the fluorescent substance, thereby detecting the surrounding oxygen. There are ways to measure concentration. In these cases, separate or single optical fibers transmit the light from the light source for exciting the fluorescent substance and the fluorescence emitted from the fluorescent substance. To enable actual oxygen concentration measurements, the layer containing the reagent is required to have a high oxygen permeability coefficient, and therefore various methods for immobilizing the reagent have been proposed. For example, (1) a method of dissolving a fluorescent substance in a silicone polymer (Patent Publication No. 59-24379).

(2)可塑剤を含むポリマ中に蛍光物質を溶解する方法
(オーストリア公開特許公報A4248/82)、(3
)多孔質支持体上に吸着固定する方法(国際出1jlp
Hl:T US82101418) ナトがある。
(2) A method of dissolving a fluorescent substance in a polymer containing a plasticizer (Austrian Patent Publication A4248/82), (3
) A method of adsorption and immobilization on a porous support (Kokusai Shi 1jlp
Hl:T US82101418) There is a nato.

(4)また、光源からの光(例えば、光ファイバで伝送
される)と試薬層の面との間に特定の角度を持たせるこ
とによって、光源からの光が試薬層とこれを固定する材
料との界面で反射して光検出器にはいることを防ぐとい
う考案(オーストリア公開特許公報A2955/84)
がある。
(4) Also, by creating a specific angle between the light from the light source (e.g., transmitted by an optical fiber) and the surface of the reagent layer, the light from the light source can be directed to the reagent layer and the material that fixes it. A device that prevents reflection from entering the photodetector at the interface with
There is.

(5)さらに1表面積を大きくするために光ファイバの
先端を光ファイバの長さ方向に対して斜めに切断しその
断面に試薬層を設ける方法が考えられる。
(5) In order to further increase the surface area, a method can be considered in which the tip of the optical fiber is cut obliquely to the longitudinal direction of the optical fiber and a reagent layer is provided on the cross section.

酸素以外の測定対象物質の測定では、pHなどのイオン
濃度を測定するための光ファイバセンサも種々考案され
ている。たとえば、 (6)イオン濃度に応じて蛍光分光学的な特性が変化す
る色素を光ファイバの先端に固定し、周囲のイオン濃度
を測定する方法がある。
In the measurement of target substances other than oxygen, various optical fiber sensors have been devised for measuring ion concentrations such as pH. For example, (6) there is a method in which a dye whose fluorescence spectroscopic properties change depending on the ion concentration is fixed to the tip of an optical fiber and the surrounding ion concentration is measured.

水素イオン濃度(pH)を対象にした光学式のセンサに
おける蛍光体等の色素の同定方法を列挙すると、 (7)キャリア膜にセルロースを用いて、蛍光体と共重
合可能なモノマとをセルロースの網目の中で共重合させ
て、セルロースと、蛍光体とモノマとの共重合体とは互
いに化学的に結合していない、いわゆる相互侵入網目構
造をとる方法(アメリカ合衆国特許公報4,588,5
18)、(8)セルロースに官能基を形成した物に共有
結合をもって蛍光体を結合せしめる方法(ドイツ特許公
報334383B  、 ”アナリティカル・ケミスト
リー 、 1982年第54巻第821〜823頁、 
 ”IEEE)ランザクションズ・オンΦバイオメディ
カルΦエンジニアリング’ 19B!3年第BNE 3
3巻第117〜132頁)。
Listing methods for identifying dyes such as fluorescent substances in optical sensors that target hydrogen ion concentration (pH) are as follows: (7) Cellulose is used as the carrier film, and a monomer that can be copolymerized with the fluorescent substance is mixed with cellulose. A method in which cellulose, a copolymer of a phosphor, and a monomer are copolymerized in a network to form a so-called interpenetrating network structure in which they are not chemically bonded to each other (U.S. Pat. No. 4,588,5
18), (8) A method of bonding a phosphor with a covalent bond to cellulose with a functional group (German Patent Publication 334383B, "Analytical Chemistry, 1982, Vol. 54, pp. 821-823,"
“IEEE) Transactions on Φ Biomedical Φ Engineering’ 19B! 3rd Year BNE 3
3, pp. 117-132).

(8)イオン交換膜にイオン結合をもって蛍光体を結合
せしめる方法(特開昭130−88449)、(10)
シランカップリング剤などを介して共有結合をもって蛍
光体を光ファイバなどのガラス面に直接結合せしめる方
法(特開昭130−100037 、 ”アナリティカ
ル・サイエンス°’、1987年第3@第7〜9頁)な
どがある。
(8) Method of bonding a phosphor to an ion exchange membrane through ionic bonding (Japanese Unexamined Patent Publication No. 130-88449), (10)
A method of directly bonding a phosphor to the glass surface of an optical fiber through a covalent bond via a silane coupling agent, etc. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 130-100037, "Analytical Science °', 1987, No. 3 @ No. 7 to 9) page) etc.

[発明が解決しようとする課題] 前述の提案(1)および(2)においてはセンサ形状の
記述はなく、特定もされていない、また、提案(3)に
おいては多孔質支持体を用いるため光ファイバと試薬層
との間に空隙が生じ、このため反射−散乱による光量の
損失は犬きく、またチューブ状外包物を必要とするため
センサ形状がこれによって規制される。センサの微小化
を企図するならば、光源からの光と蛍光とが同一の光フ
ァイバによって伝送されることが望ましく、二本の(一
対の)光ファイバを用いる方法(3)においては微小化
に限界がある。
[Problems to be solved by the invention] In the above-mentioned proposals (1) and (2), the shape of the sensor is neither described nor specified, and in proposal (3), since a porous support is used, light A void is created between the fiber and the reagent layer, which increases the loss of light quantity due to reflection-scattering, and requires a tubular envelope, which limits the sensor shape. If miniaturization of the sensor is planned, it is desirable that the light from the light source and the fluorescence be transmitted through the same optical fiber. There is a limit.

提案(4)においては試薬層を固定する面はあくまでも
平面であり、光ファイバセンサとして利用した場合、こ
うした微小な平面に試薬層を均一にかつ必要十分な強度
をもって固定することは困難であるばかりか、感度を向
上するための有効な手段である試薬層の表面積を大きく
することはでさない。
In proposal (4), the surface on which the reagent layer is fixed is just a flat surface, and when used as an optical fiber sensor, it is difficult to fix the reagent layer uniformly and with sufficient strength on such a small flat surface. Alternatively, it is not possible to increase the surface area of the reagent layer, which is an effective means for improving sensitivity.

提案(5)においては界面での光反射がより大きくなり
光量の損失が増大するばかりか、微小な部位に均一な試
薬層を形成することが甚だ困難である。さらに、試薬層
と被測定媒体の間に選択透過膜または保護膜を設ける場
合もまた。均一な膜を設けることが困難である。また、
光ファイバの先端部の形状は鋭角となるためファイバセ
ンサを被測定部位に導く際にこの膜が破れ易くなる。
In proposal (5), not only does the light reflection at the interface become larger and the loss of light quantity increases, but it is extremely difficult to form a uniform reagent layer in a minute area. Furthermore, a selectively permeable membrane or a protective membrane may be provided between the reagent layer and the medium to be measured. It is difficult to provide a uniform film. Also,
Since the tip of the optical fiber has an acute angle, the membrane is likely to be torn when the fiber sensor is guided to the measurement site.

提案(6)のセンサについても、前述の酸素センサと同
様の問題点を抱えている。
The sensor of proposal (6) also has the same problems as the aforementioned oxygen sensor.

提案(7)〜(lO)については、いずれの方法も、試
薬層の形状については特定していない。
Regarding proposals (7) to (lO), none of the methods specifies the shape of the reagent layer.

本発明は、このような従来技術の問題点を企図してなさ
れたものであり、高い感度、速い応答速度、優れた再現
性を有する、物質の性状の測定を目的とした微小な光フ
ァイバセンサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the problems of the prior art, and provides a microscopic optical fiber sensor for measuring the properties of substances, which has high sensitivity, fast response speed, and excellent reproducibility. The purpose is to provide

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、被測定物に影響される試薬を含む試薬
層と、それを先端部に有する光ファイバとを有し、光フ
ァイバを通して試薬層へ光を導き、その試薬層から得ら
れる光を再び光ファイバを通して導くことにより、被測
定物の性状の測定に使用される光ファイバセンサにおい
て、先端部は、少なくとも一つの曲面に形成されている
ことにより測定できるものである。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, the present invention includes a reagent layer containing a reagent that is affected by an object to be measured, and an optical fiber having the reagent layer at its tip, and transmits light to the reagent layer through the optical fiber. In an optical fiber sensor that is used to measure the properties of an object to be measured by guiding the light obtained from the reagent layer through an optical fiber, the tip portion is formed with at least one curved surface. It is possible.

本発明の一つの特徴によれば1曲面は光ファイバのコア
と実質的に同じ材質で形成されている光ファイバセンサ
を含む。
According to one feature of the invention, the curved surface includes an optical fiber sensor formed of substantially the same material as the core of the optical fiber.

本発明の他の一つの特徴によれば、曲面を形成する材料
と光ファイバとが実質的に同じ屈折率を有することを特
徴とする光ファイバセンサを含む。
Another feature of the invention includes an optical fiber sensor characterized in that the material forming the curved surface and the optical fiber have substantially the same refractive index.

ここで、r試薬層」とは、被測定媒体中の測定対象物質
となんらかの反応を生じ光学的な情報の変化を生じうる
試薬が、薄膜状、あるいは多層状に分布した層であり、
たとえば、試薬を含有するマイクロカプセルなどの微粒
子が分散した層もこれに含まれる。ざらに「曲面」とは
、球面、楕円体面、放物面などの幾何学的な曲面の他に
、これら幾何学的な面が複合された曲面も含む。
Here, the term "r-reagent layer" refers to a layer in which a reagent that can react with the substance to be measured in the medium to be measured and cause a change in optical information is distributed in the form of a thin film or multilayer;
For example, this includes a layer in which fine particles such as microcapsules containing a reagent are dispersed. Roughly speaking, the term "curved surface" includes not only geometric curved surfaces such as spherical surfaces, ellipsoidal surfaces, and paraboloid surfaces, but also curved surfaces that are composites of these geometric surfaces.

また1曲面は凸状だけでなく凹状に形成されていてもよ
い。
Moreover, one curved surface may be formed not only in a convex shape but also in a concave shape.

ざらに、試薬層が固定された曲面の材質と光ファイバの
コアの材質とが実質的に同一であることが望ましい。
Generally speaking, it is desirable that the material of the curved surface to which the reagent layer is fixed is substantially the same as the material of the core of the optical fiber.

ここにいう、r材質」とは、各材料の主に屈折率などの
光学的性質1表面エネルギーなど互いの界面における性
質を称し、r材質が実質的に同一」であるとは、各材料
が互いに同一である場合も含むこととする。
Here, the term ``r-material'' refers to the properties of each material at their mutual interface, mainly optical properties such as refractive index, surface energy, etc., and ``r-materials are substantially the same'' means that each material is This also includes cases where they are the same.

C作 用J 先ず2試薬層を有する光センサにおいて、試薬層ならび
にこれと被測定媒体との間に設けられた選択透過膜が均
一性が高く膜が薄いほど高い感度、速い応答速度が得ら
れる。また、試薬層(または選択透過膜)が被測定媒体
と接触する表面積が大きいことが感度を高める要因とな
る。ここで、選択f1過膜は、測定対象物質以外の試薬
と反応しうる物質、あるいはこの反応を阻害する因子/
物質が試薬層に到達することを阻止し、センサとしての
選択性を向上する役目を果たす、同時に選択透過膜は試
薬層の保護、試薬の流…防止の役割も担っている。
C Effect J First, in an optical sensor having two reagent layers, the reagent layer and the selectively permeable membrane provided between it and the medium to be measured have high uniformity, and the thinner the membrane, the higher the sensitivity and the faster the response speed. . Furthermore, the large surface area of the reagent layer (or selectively permeable membrane) in contact with the medium to be measured is a factor that increases sensitivity. Here, the selected f1 membrane is a substance that can react with a reagent other than the substance to be measured, or a factor that inhibits this reaction.
The selectively permeable membrane plays the role of preventing substances from reaching the reagent layer and improving the selectivity of the sensor. At the same time, the permselective membrane also plays the role of protecting the reagent layer and preventing reagent flow.

また、微小な光ファイバセンサにおいては、試薬層と光
ファイバの先端からの距離が近接した部位に設けるほど
光量の損失を最小限にする。したがって、試薬層を直接
光ファイバの先端に結合する方法が考えられる。また、
試薬層を設ける方法で最も簡易で確実な方法は、試薬層
を形成するマトリックス(通常はポリマ類)を試薬とと
もに適当な溶媒に溶解し、この溶液を光ファイバの先端
に塗布し、必要に応じてこの溶媒を乾燥除去する方法で
ある。
In addition, in a minute optical fiber sensor, the loss of the amount of light is minimized as the reagent layer is placed closer to the tip of the optical fiber. Therefore, a method can be considered in which the reagent layer is directly coupled to the tip of the optical fiber. Also,
The simplest and most reliable method for forming a reagent layer is to dissolve the matrix that forms the reagent layer (usually a polymer) together with the reagent in an appropriate solvent, apply this solution to the tip of the optical fiber, and apply the solution as necessary. This method involves drying and removing the solvent.

次に、光ファイバの先端をファイバの長さ方向に垂直な
面で切断し、この断面を前述のような試薬層を形成する
マトリックスの適当な粘度の溶液に直接浸漬し、あるい
はこの溶液を断面に滴下すると、表面張力によって外面
が球面様の試薬層を形成することできる。したがって、
11i出する表面積は事実上大きくなるが、しかしなが
ら試薬層の厚さは凸レンズ様の分布を持ち応答速度が甚
だ遅くなり、再現性に欠く。
Next, the tip of the optical fiber is cut in a plane perpendicular to the length direction of the fiber, and this cross section is directly immersed in a solution of an appropriate viscosity of the matrix forming the reagent layer as described above, or this solution is cut into a cross section. When the reagent is dropped onto a surface, a reagent layer with a spherical outer surface can be formed due to surface tension. therefore,
Although the surface area exposed by 11i becomes larger in practice, the thickness of the reagent layer has a convex lens-like distribution, resulting in extremely slow response speed and lack of reproducibility.

発明者は、鋭意検討の結果、試薬層を結合保持する面を
曲面とすることによって、試薬層および/または選択透
過膜を均一な厚さでかつ表面積を大きく塗布することが
でき、したがって、高い感度、速い応答速度、および優
れた再現性を有する。試薬層の破壊されがたい光ファイ
バセンサを形成することができることを見いだした。
As a result of extensive studies, the inventors discovered that by making the surface that binds and holds the reagent layer curved, the reagent layer and/or selectively permeable membrane can be coated with a uniform thickness and a large surface area. It has sensitivity, fast response speed, and excellent reproducibility. It has been found that it is possible to form an optical fiber sensor in which the reagent layer is resistant to destruction.

[実施例] 第1図は、本発明の一実施例の態様を示す断面図であり
、光ファイバlOOの先端を球状にしたものである。光
ファイバ100は、図示のように、光学的に透明な材料
からなる長尺状のコア10!と、その周面を包囲しコア
101と異なる屈折率を有する材料からなるクラッド1
02と、それらの周面を包囲するジャケット103から
なる。
[Embodiment] FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, in which the tip of the optical fiber lOO is made spherical. As shown in the figure, the optical fiber 100 has a long core 10 made of an optically transparent material! and a cladding 1 surrounding the peripheral surface and made of a material having a refractive index different from that of the core 101.
02 and a jacket 103 surrounding the peripheral surfaces thereof.

その先端部110は、図示のように全体として球の一部
をなすように曲面状に形成されている。先端部110の
球面には、図示のように試薬層104が形成され、これ
を清うように選択透過111105が形成されている。
The tip portion 110 is formed into a curved surface so as to form part of a sphere as a whole, as shown in the figure. As shown, a reagent layer 104 is formed on the spherical surface of the tip 110, and a selective permeation layer 111105 is formed to clean the reagent layer 104.

ざらに外乱光による誤動作を防止したり、外力による破
損を防止するために、先端部以外を図示のようにジャケ
ット103でクラッド1G2の周面を包囲する。
In order to prevent malfunctions caused by ambient light and damage caused by external forces, the peripheral surface of the clad 1G2 is surrounded by a jacket 103 as shown in the figure except for the tip.

試薬層104は、被測定物質と反応して伺らかの光学的
な変化を生じ得る材料を含む、これは、先端部110に
均一に分布されているが、不均一に分布されていてもよ
い、また、薄膜状に形成されてもよく、必ずしも単層で
なく多層状に形成されてもよい、また、マイクロカプセ
ルを分散させたものでもよい、さらに曲率半径も光ファ
イバ101の半径に等しいか大きければよい0選択透過
膜105は、試薬と反応し得る測定対象物質以外の物質
やその反応を阻害する因子ないしは物質が外部から試薬
層104に到達するのを阻止してセンサとしての選択性
を与え、また試薬層104が流出したり、他の物質に付
着したりするのを防止する機能を有する。
The reagent layer 104 contains a material that can react with the analyte to produce a certain optical change, which is uniformly distributed in the tip 110, but may also be non-uniformly distributed. In addition, it may be formed in a thin film form, not necessarily in a single layer but in a multilayer form, or in which microcapsules are dispersed, and the radius of curvature is also equal to the radius of the optical fiber 101. The selectively permeable membrane 105 prevents substances other than the target substance to be measured that can react with the reagent and factors or substances that inhibit the reaction from reaching the reagent layer 104 from the outside, thereby improving selectivity as a sensor. It also has the function of preventing the reagent layer 104 from flowing out or adhering to other substances.

光ファイバ100の先端部の球状部分の曲率半径を光フ
ァイバ!00の半径より大きい場合を第2図に示し、等
しい場合を第3図に示す。
The radius of curvature of the spherical part at the tip of the optical fiber 100 is the optical fiber! The case where the radius is larger than 00 is shown in FIG. 2, and the case where it is equal is shown in FIG.

第4図は光ファイバ100を複数本以上束ねたものの先
端をそろえて、前述の例と同質の球状部分を同様の手段
でそなえたものである。
FIG. 4 shows a bundle of a plurality of optical fibers 100, whose tips are aligned and a spherical portion of the same quality as in the previous example is provided by the same means.

次にセンサの先端の処理について述べる。Next, we will discuss the processing of the tip of the sensor.

例えば1石英ファイバ、ガラスファイバなどの素材は耐
熱性は高いが加工が難かしい、しかし。
For example, materials such as quartz fiber and glass fiber have high heat resistance, but are difficult to process.

高温で溶融が可能な材料なら、曲面としたい部位を局所
的に加熱することによって曲面を作製できる。また、P
MMA (ポリ(メチルメタクリレート))などの熱可
塑性樹脂からコアが形成されているプラスチック光ファ
イバなどの場合は、鋭利な刃物等の切断具によって光フ
ァイバ100を切断し、曲面を形成せしめる材料を溶解
した溶液を光ファイ/<160の先端に固着させ乾燥さ
せたり、この材料を高温に保つことによって得られた溶
融体を光ファイバ100の先端に固着させ冷却すること
により作製できる。
If the material can be melted at high temperatures, a curved surface can be created by locally heating the area where the curved surface is desired. Also, P
In the case of a plastic optical fiber whose core is made of thermoplastic resin such as MMA (poly(methyl methacrylate)), the optical fiber 100 is cut with a cutting tool such as a sharp knife, and the material forming the curved surface is melted. It can be produced by fixing a solution prepared on the tip of the optical fiber 100 and drying it, or by fixing a melt obtained by keeping this material at a high temperature on the tip of the optical fiber 100 and cooling it.

曲面を形成せしめる材料は、光ファイバー00のコア1
01 と同じ材質であることが望ましい、何故ならば、
これらの材料間に屈折率などの光学的な性質に違いがあ
ると、界面での光の反射が生じ、光量損失が生じるから
である。また、表面エネルギーなどの違いは両材料間の
接着性を損ね1強度的に弱くなるという問題を生じ易く
する。
The material forming the curved surface is the core 1 of the optical fiber 00.
It is desirable that the material is the same as 01, because
This is because if there is a difference in optical properties such as refractive index between these materials, light will be reflected at the interface, resulting in loss of light amount. Further, differences in surface energy, etc. impair the adhesion between the two materials, which tends to cause a problem of weakening in strength.

このようにして作製した光ファイバー00の先端(曲面
)に、試薬層104を固着させ、また、必要に応じて試
薬層104と被測定媒体51O(第5図)との間に被測
定物質に対する選択透過[105を介在させるが、この
ような場合にも試薬層104および選択透過膜105を
均一な厚さでかつ塗布面積を大きくすることができる。
A reagent layer 104 is fixed to the tip (curved surface) of the optical fiber 00 produced in this way, and if necessary, a selection for the substance to be measured is made between the reagent layer 104 and the medium to be measured 51O (FIG. 5). Although the permeation layer 105 is interposed, even in such a case, the reagent layer 104 and the selectively permeable membrane 105 can be made to have a uniform thickness and have a large coating area.

また、このようにして塗布された試薬層1G4および選
択透過膜105もしくはいずれかは、鋭利な部分を持ち
がたいので外的な衝撃により破壊されがたい。
In addition, the reagent layer 1G4 and/or the selectively permeable membrane 105 coated in this manner do not have sharp parts and are therefore difficult to be destroyed by external impact.

例 PMMA製のプラスチック光ファイバ(クラッド径0.
5mm)を2mの長さに鋭利な刃物で切断し、片端にP
MMAのジメチルホルムアミド溶液を浸漬して乾燥し、
これを数回繰り返してその端面をほぼ球面とした。この
球面をトリス(2,2°−ビピリジン)ルテニウム(I
I )塩化物20厘N、ポリビニルピロリドンlO%の
水溶液中に浸漬し、乾燥し、はぼ均一な厚さを有する薄
層を形成させることができた。さらにその上から、ポリ
ビニルピロリドン層が露出しないように、シリコーンR
TV()−レシリコーン製)の10%トルエン溶液から
シリコーンの薄層を形成させた。この例は、第1図にそ
の概略を示すよう゛な形状を呈した。シリコーンが硬化
した後、1週間水に浸漬したが、膜厚等の形状に著しい
変化はなかった。このように作製した#素濃度測定用光
ファイバプローブは、たとえば、第5図に示すような光
学測定装置に接続して使用される。
Example: PMMA plastic optical fiber (cladding diameter 0.
5mm) to a length of 2m with a sharp knife, and one end is marked with P.
immersed in dimethylformamide solution of MMA and dried;
This was repeated several times to make the end surface almost spherical. This spherical surface is defined as tris(2,2°-bipyridine)ruthenium(I)
I) Immersed in an aqueous solution of 20 N chloride and 10% polyvinylpyrrolidone and dried to form a thin layer with a fairly uniform thickness. Furthermore, from above, silicone R was applied to prevent the polyvinylpyrrolidone layer from being exposed.
A thin layer of silicone was formed from a 10% toluene solution of TV (Resilicone). This example had a shape as shown schematically in FIG. After the silicone had hardened, it was immersed in water for one week, but there was no significant change in the film thickness or shape. The thus prepared optical fiber probe for # elementary concentration measurement is used by being connected to an optical measuring device as shown in FIG. 5, for example.

第5図は本実施例で用いた光学測定装置の例を示す図で
ある。電源501で駆動されるキセノンランプなどの光
源502より発せられた光が非球面レンズ503により
集束され、干渉フィルタ5G4にて波長440n層付近
の光のみ透過される。さらに、凸レンズ505にてこの
波長440n層付近の光は集束され、二色性鏡508に
て全反射される。全反射された光は対物レンズ50?に
て集束され、光ファイバ100のコア101に入射され
る。入射された光は光ファイバ100のプローブ509
に到達する。プローブ509に到達した光は、例えば第
1図のコア101を通り試薬層104を照射する。照射
された試薬層104は、この例では波長1110nsに
て発光し、その開口端より発散する0発散した光は前と
同じ光路を逆に向い対物レンズ507にて集束され二色
性鏡506を透過し、凸レンズ511および512にて
集束され、干渉フィルタ5!3を透過する。透過した波
長810nmの光のみ光電子増倍管514に入射される
。入射された光は光電子増倍管514にて光電子に変換
され、開管514内にて増倍される。これによる電気信
号をプリアンプ518にて増幅し。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the optical measuring device used in this example. Light emitted from a light source 502 such as a xenon lamp driven by a power source 501 is focused by an aspherical lens 503, and only light having a wavelength of around 440n layer is transmitted through an interference filter 5G4. Further, the light having a wavelength of around 440n is focused by the convex lens 505 and totally reflected by the dichroic mirror 508. Is the totally reflected light the objective lens 50? The light is focused at and input into the core 101 of the optical fiber 100. The incident light passes through the probe 509 of the optical fiber 100.
reach. The light that has reached the probe 509 passes through the core 101 in FIG. 1, for example, and irradiates the reagent layer 104. The irradiated reagent layer 104 emits light at a wavelength of 1110 ns in this example, and the zero-divergent light that diverges from its opening end follows the same optical path as before, is focused by an objective lens 507, and is focused by a dichroic mirror 506. The light passes through, is focused by convex lenses 511 and 512, and passes through the interference filter 5!3. Only the transmitted light with a wavelength of 810 nm is incident on the photomultiplier tube 514. The incident light is converted into photoelectrons by the photomultiplier tube 514 and multiplied within the open tube 514 . The electrical signal resulting from this is amplified by a preamplifier 518.

A/Dコンバータ51?にてデジタル信号に変換する。A/D converter 51? Convert it to a digital signal.

変換されたデジタル信号はさらに演算装置(コンピュー
タ)518にて処理され1表示装置(CRT)519に
表示されるのである。
The converted digital signal is further processed by an arithmetic unit (computer) 518 and displayed on a display device (CRT) 519.

本装置により血液中の酸素濃度を人工肺装置によって変
化させながら1発光強度の変化を観察したところ、発光
強度と酸素濃度との間にシュテルンーフォルマーの式が
成立し、応答速度は20秒以内と非常に速かった。
When we observed changes in luminescence intensity using this device while changing the oxygen concentration in the blood using an artificial lung device, we found that the Stern-Volmer equation was established between luminescence intensity and oxygen concentration, and the response speed was within 20 seconds. It was very fast.

塩!1 一方、第6図は従来例を示す図である。プラスチック光
ファイバ120を鋭利に切断し、透明もしくは半透明で
屈折率が互いに異なる材料で指示薬層104を包むよう
に選択透過膜105を作製し、球面とすることなしに、
実施例と同様な手技で光フアイバプローブを作製したと
ころ、ポリビニルピロリドン層、シリコーン層は共に均
一な厚さにならず、1週間の水への浸漬によって一部が
膨潤した形となった。
salt! 1 On the other hand, FIG. 6 is a diagram showing a conventional example. The plastic optical fiber 120 is sharply cut, and the selective transmission film 105 is made so as to wrap the indicator layer 104 with a transparent or translucent material having different refractive indexes, without making it spherical.
When an optical fiber probe was prepared using the same technique as in the example, both the polyvinylpyrrolidone layer and the silicone layer did not have uniform thickness, and some parts swelled after being immersed in water for one week.

このように作製した、酸素濃度測定用光フアイバプロー
ブを第5図のような光学測定装置に接続して、血液中の
酸素濃度を人工肺装置によって変化させながら、発光強
度の変化を観察したところ、発光強度と酸素濃度との間
にシュテルン−7ォルマーの式は成立するものの、その
傾きは実施例の約2分の1であった。また、応答速度も
30秒と遅かった。
The optical fiber probe for oxygen concentration measurement prepared in this way was connected to an optical measurement device as shown in Figure 5, and changes in luminescence intensity were observed while the oxygen concentration in the blood was changed by an artificial lung device. Although the Stern-7-Wolmer equation was established between the emission intensity and the oxygen concentration, the slope was about half that of the example. Furthermore, the response speed was slow at 30 seconds.

ここで、シュテルンーフォルマーの式は、Fo/F=1
+Kqτo  [Q] ±1+Ko [Q] で表わされる。但し Foは消光物質が存在しないときの発光強度Fは発光強
度 KQは消光反応速度係数 τ0は消光物質が存在しないときの発光寿命[Q]は消
光物質の濃度 Koはシュテルンーフォルマーの消光係数である。
Here, the Stern-Volmer equation is Fo/F=1
It is expressed as +Kqτo [Q] ±1+Ko [Q]. However, Fo is the emission intensity in the absence of a quencher F is the emission intensity KQ is the quenching reaction rate coefficient τ0 is the emission lifetime [Q] in the absence of a quencher is the concentration of the quencher Ko is the Stern-Volmer extinction coefficient be.

[発明の効果] 以上詳述したように、本発明は、光ファイバの先端に試
薬層を施し、この試薬層から生ずる光の強度、スペクト
ル、発光寿命などを検知することにより、試薬層に接す
る被測定媒体中の気体濃度、pH1各種イオン濃度、温
度などを測定することを目的とした光ファイバセンサに
おいて、試薬層が固定された面が少なくとも一つの曲面
からなることを特徴としたものであるから、試薬層ある
いは/およびその外側の、すなわち被測定媒体と接する
側の選択透過膜を均一な厚さで、より薄く形成すること
が可能となり、かつその表面積も大きくすることができ
る。したがって、感度の上昇、応答速度の向上が得られ
るばかりか、先端部の破損もしにくくなる。
[Effects of the Invention] As detailed above, the present invention provides a reagent layer at the tip of an optical fiber, and detects the intensity, spectrum, luminescence lifetime, etc. of light generated from this reagent layer. An optical fiber sensor intended for measuring gas concentration, pH, various ion concentrations, temperature, etc. in a medium to be measured, characterized in that the surface to which the reagent layer is fixed consists of at least one curved surface. Therefore, the reagent layer and/or the selectively permeable membrane on the outside thereof, that is, on the side in contact with the medium to be measured, can be formed to have a uniform thickness and be thinner, and its surface area can also be increased. Therefore, not only the sensitivity and the response speed are improved, but also the tip part is less likely to be damaged.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は1本発明による光ファイバセンサの一実施例を
示す断面図。 12図ないし第4図は本発明の別の実施例を示す断面図
、 第5図は実施例で用いた光学測定装置の概略図。 第6図は従来技術による比較例を示す断面図である。 ′部分の符号の説明 ・・・光ファイバ ・・・コア ・・・クラッド ・・・ジャケット ・・・試薬層 ・・・選択透過膜 ・・・光ファイバ束 ・・・半球 ・・・キセノンランプ用電源 ・・・キセノンランプ ・・・非球面レンズ ・・・干渉フィルタ(440nm) ・・・凸レンズ ・・・二色性鏡 ・・・対物レンズ ・・・プローブ ・・・被測定媒体(血液) ・・・凸レンズ ・・・凸レンズ ・・・干渉フィルタ(810nm) ・・・光電子増倍管 ・・・高圧電源 ・・・プリアンプ ・・・A/Dコンバータ ・・・演算装置(コンピュータ) ・・・表示装置(CRT) 第1図
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an optical fiber sensor according to the present invention. 12 to 4 are cross-sectional views showing another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic diagram of an optical measuring device used in the embodiment. FIG. 6 is a sectional view showing a comparative example according to the prior art. Explanation of the symbols for the ' part...Optical fiber...Core...Clad...Jacket...Reagent layer...Selective transmission membrane...Optical fiber bundle...Hemisphere...For xenon lamps Power source...Xenon lamp...Aspherical lens...Interference filter (440nm)...Convex lens...Dichroic mirror...Objective lens...Probe...Measurement medium (blood)・Convex lens ・Convex lens ・Interference filter (810nm) ・Photomultiplier tube ・High voltage power supply ・Preamplifier ・A/D converter ・Arithmetic unit (computer) ・Display Device (CRT) Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、被測定物に影響される試薬を含む試薬層と、 該試薬層を先端部に有する光ファイバとを有し、 該光ファイバを通して前記試薬層へ光を導き、該試薬層
から得られる光を該光ファイバを通して導くことにより
、前記被測定物の性状の測定に使用される光ファイバセ
ンサにおいて、 前記先端部は、少なくとも一つの曲面に形成されている
ことを特徴とする光ファイバセンサ。 2、前記曲面は、前記光ファイバのコアと実質的に同じ
材質で形成されていることを特徴とする請求項1に記載
の光ファイバセンサ。 3、前記曲面を形成する材料は、前記光ファイバのコア
と実質的に同じ屈折率を有することを特徴とする請求項
1または2に記載の光ファイバセンサ。
[Claims] 1. A reagent layer containing a reagent that is affected by an object to be measured, and an optical fiber having the reagent layer at its tip, which guides light to the reagent layer through the optical fiber, and An optical fiber sensor used for measuring the properties of the object to be measured by guiding light obtained from the reagent layer through the optical fiber, characterized in that the tip portion is formed into at least one curved surface. optical fiber sensor. 2. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the curved surface is made of substantially the same material as the core of the optical fiber. 3. The optical fiber sensor according to claim 1 or 2, wherein the material forming the curved surface has substantially the same refractive index as the core of the optical fiber.
JP1007598A 1989-01-09 1989-01-09 Optical fiber sensor Expired - Fee Related JP2732878B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1007598A JP2732878B2 (en) 1989-01-09 1989-01-09 Optical fiber sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1007598A JP2732878B2 (en) 1989-01-09 1989-01-09 Optical fiber sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02183145A true JPH02183145A (en) 1990-07-17
JP2732878B2 JP2732878B2 (en) 1998-03-30

Family

ID=11670241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1007598A Expired - Fee Related JP2732878B2 (en) 1989-01-09 1989-01-09 Optical fiber sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2732878B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06186165A (en) * 1992-08-21 1994-07-08 Boehringer Mannheim Gmbh Photoinduction analysis element for measuring analyte
WO1995033207A1 (en) * 1994-05-31 1995-12-07 Kanagawa Academy Of Science And Technology Optical fiber and its manufacture
JP2012145583A (en) * 2004-07-02 2012-08-02 Bayer Healthcare Llc Light guide inspection sensor to be used for determining test body in fluid sample, and method for manufacturing the same
JP2013217737A (en) * 2012-04-06 2013-10-24 Honda Motor Co Ltd Oxygen concentration measurement apparatus in fuel cell
CN104515771A (en) * 2014-12-25 2015-04-15 贵州大学 Heavy metal optical fiber sensor based on spectral developing method and preparation method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2023017823A1 (en) * 2021-08-11 2023-02-16

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6370151A (en) * 1986-09-08 1988-03-30 シ−・ア−ル・バ−ド・インコ−ポレ−テッド Luminescent oxygen sensor based on lanthanide complex
WO1988006287A1 (en) * 1987-02-20 1988-08-15 Terumo Kabushiki Kaisha Probe for measuring concentration of dissolved oxygen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6370151A (en) * 1986-09-08 1988-03-30 シ−・ア−ル・バ−ド・インコ−ポレ−テッド Luminescent oxygen sensor based on lanthanide complex
WO1988006287A1 (en) * 1987-02-20 1988-08-15 Terumo Kabushiki Kaisha Probe for measuring concentration of dissolved oxygen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06186165A (en) * 1992-08-21 1994-07-08 Boehringer Mannheim Gmbh Photoinduction analysis element for measuring analyte
WO1995033207A1 (en) * 1994-05-31 1995-12-07 Kanagawa Academy Of Science And Technology Optical fiber and its manufacture
JP2012145583A (en) * 2004-07-02 2012-08-02 Bayer Healthcare Llc Light guide inspection sensor to be used for determining test body in fluid sample, and method for manufacturing the same
JP2013217737A (en) * 2012-04-06 2013-10-24 Honda Motor Co Ltd Oxygen concentration measurement apparatus in fuel cell
CN104515771A (en) * 2014-12-25 2015-04-15 贵州大学 Heavy metal optical fiber sensor based on spectral developing method and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2732878B2 (en) 1998-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4321057A (en) Method for quantitative analysis using optical fibers
US5640470A (en) Fiber-optic detectors with terpolymeric analyte-permeable matrix coating
US5378432A (en) Optical fiber pH microsensor and method of manufacture
EP0521128B1 (en) Method and apparatus for optically measuring concentration of an analyte
US5340715A (en) Multiple surface evanescent wave sensor with a reference
US5156976A (en) Evanescent wave sensor shell and apparatus
US4834496A (en) Optical fiber sensors for chemical detection
US4560248A (en) Fibre optic sensor with bonded dye
JP2557353B2 (en) Optical device
US4824206A (en) Modular fiber optic chemical sensor
JP2009133844A (en) Biosensor, method for manufacturing the same and sensor measurement system
GB2182141A (en) Assay apparatus
US7539363B2 (en) Fiber optic probe for detecting the presence or absence of one or more substances within a medium
US5271073A (en) Optical fiber sensor and method of manufacture
US5164588A (en) Method and apparatus for sensing ambient conditions at locations along an optical fiber transmission path
US5854863A (en) Surface treatment and light injection method and apparatus
JPH02183145A (en) Optical fiber sensor
US5129022A (en) Method and apparatus for providing reference signals from points along an optical fiber transmission path
US6582658B1 (en) Fiber optic moisture sensor
JPH01263537A (en) Fiber-shaped sensor and evaluating device thereof
US7616844B2 (en) Fabrication of fiber optic probes
JP2006125920A (en) Optical fiber type sensor head and measuring apparatus using it
Lieberman Recent progress in intrinsic fiber optic chemical sensing
JP3299150B2 (en) Optical fiber sensor and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees