JPH0572202A - ガス検出素子及びその製造方法及びその使用方法 - Google Patents

ガス検出素子及びその製造方法及びその使用方法

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JPH0572202A
JPH0572202A JP3054727A JP5472791A JPH0572202A JP H0572202 A JPH0572202 A JP H0572202A JP 3054727 A JP3054727 A JP 3054727A JP 5472791 A JP5472791 A JP 5472791A JP H0572202 A JPH0572202 A JP H0572202A
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Masao Yafuso
ヤフソ マサオ
Mark Z Holody
ゼノン ホロデイ マーク
Thomas P Maxwell
パトリツク マツクスウエル トーマス
Thomas G Hacker
グレン ハツカー トーマス
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 媒体、例えば血液中のガス、例えば二酸化炭
素濃度を検出するのに有効な検出素子の製造方法、及び
集成検出素子を提供する。 【構成】 この方法の一つの実施態様において、検出用
配合剤、ポリマー先駆物質及び架橋剤を含んでなる検出
用組成物の先駆物質を、透明なガス不透過性固体ディス
クと不透明なガス透過性フィルムとの間に両者と接して
配置し、そしてこの検出用組成物の先駆物質の量からガ
ス検出用組成物を形成する工程を含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、媒体中のガス濃度を検
出するのに有効なガス検出素子、及びこの検出素子を製
造する方法に関する。特に本発明は、水性媒体例えば血
液中のガス例えば二酸化炭素の濃度を検出するのに有効
なガス検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】媒体中例えば流体媒体中のガス濃度例え
ば分圧を測定することは多くの状況下で有用である。こ
の一つの例は血液中のガス例えば二酸化炭素、酸素等の
濃度を測定することである。最近、リアルタイムでこの
ような測定をおこなうことに関心があつまりその結果処
置すべき患者の現在の状態を効果的にモニターすること
ができるようになった。蛍光ベースのセンサーがリアル
タイムで血液中のガスを検出するのに利用されている。
例えば米国特許第 4,640,820号及び再発行特許第31,879
号には、蛍光ベースのセンサーが体外血液ループにおい
て用いられることの記述がある。これらの特許の内容を
そっくりそのまま参照してここに組入れている。
【０００３】米国特許第 4,824,789号には、血液中のガ
ス濃度を測定するのに有用な検出用組成物とセンサーが
開示されている。この特許によれば、有用な検出用組成
物を光ファイバーの光学的平面上に配置してセンサーを
形成する。検出用組成物は架橋ポリマー第二相中に分散
した水性第一相を含んでなる。水性第一相は染料、例え
ば pＨ感受性染料を含む。ガス透過性で且つイオン不透
過性である、好ましくはシリコンベースの架橋ポリマー
第二相は疎水性ヒュームドシリカ粒子のような疎水性充
填剤を含む。更にこれらの検出用組成物は水溶性のデキ
ストラン及びポリビニルアルコールのような１つ以上の
乳化促進剤を含むことができる。この特許には、光ファ
イバーの光学的平面上に検出用組成物の先駆物質を保持
するために、センサーを製造する間テフロンスリーブを
光ファイバーに付けて用いることが記述されている。更
にこのセンサーは検出用組成物を光学的に絶縁するため
にカーボンブラックで含浸したセルロースのような不透
明上塗りを含む。
【０００４】血液分析用に使用する使い捨てカセットが
最近注目されている、すなわち患者間の汚染を防ぎそし
てセンサーシステムの高価な部品、例えば光学的部品や
エレクトロニクス部品を直接血液にさらさないようにす
るからである。米国特許出願第 229,617号に１つの使い
捨てカセットシステムが開示されている。
【０００５】このような使い捨てカセットは、検出素子
を少なくとも１部配置するくぼんだウェル又はキャビテ
ィを含む。この検出素子を血液にさらすと検出用配合剤
例えば蛍光染料が血液中の注目ガスの濃度変化に応じて
変る信号を発する。このカセットウェル及び血液から距
離を保って置く信号伝送器、例えば光ファイバーは血液
中のガス濃度を解析するプロセッサーにこの信号を送
る。
【０００６】これらカセットを使用する場合の１つの問
題は、血液中のガス濃度測定値がばらつき及び／又は不
正確となることである。例えばこのようなカセット式血
液ガスセンサーはドリフトを示す、すなわちある一定の
ガス濃度を表す信号が時間とともに変動しあるいはずれ
てしまうことである。更に検出素子を本来の場所、例え
ばカセットのウェルに組み立ててしまえば、検出素子を
カセットに装着する前に選別することができなくなる。
それ故、無規格検出素子がカセットに装着されかねな
い。そして別の血液成分用の多くの異なる検出素子を一
緒に含む集成カセットを試験したあとになってはじめて
不適当なものであると決めることになる。この時点では
カセット全体を捨てることになり実質的な浪費である。
【０００７】このようなカセットに用いる新規な検出素
子及び／又は検出素子の新規な製造方法を提供すること
はきわめて有用である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】媒体例えば血液中のガ
ス例えば二酸化炭素の濃度を検出するのに有用である新
規の検出素子、そしてこの検出素子を製造する方法を見
出した。本検出素子は実質的な利点を提供する。例え
ば、これらの検出素子を最終のセンサーホルダー例えば
カセットに封入する前に、検出素子を集成して次いで適
格品であることを保証するための試験をしあるいは選別
することができる。これは、信頼性のあるそしてばらつ
きのないガス濃度を測定できる高品質センサーを作るた
めの必要なコストと時間を低減できるという点で有利で
ある。その上、本検出素子は信号がドリフトしやすい傾
向を著しく減らすことができる。検出素子を製造する本
方法は簡単であって比較的容易におこなうことができ
る。無規格検出素子の量がかなり減り、そして検出素子
を別のセンサー部品と一緒に封入する前に試験しあるい
は選別することができるので、無規格検出素子の製造コ
ストを大巾に低減できる。
【０００９】１つの一般的態様において、本発明は集成
ガス検出素子を提供する。この集成素子は、透明なガス
不透過性の好ましくはガラスで作る固体ディスク；不透
明なガス透過性の好ましくはポリマーを含むフィルム；
そして固体ディスクとフィルムの間に両者と接して配置
するガス検出用組成物の量を含んでなる。このガス検出
用組成物はガス透過性で且つ光透過性の高分子物質、そ
して検出用配合剤を含んでなる。この検出素子を集成し
たあと検出素子をセンサーホルダー、すなわちカセット
内にある１つの開口面を有するキャビティ又はウェルの
中に少なくとも一部配置できるような大きさにする。従
って、この集成検出素子をセンサーに封入する前に集成
検出素子を試験し及び／又は選別することができる。こ
の事前選別は無規格検出素子が原因となる廃品の量を低
減できるという利点がある。従って、センサーカセット
全部をスクラップとするよりは不合格検出素子だけを捨
てればよい。
【００１０】本発明の別な一般的態様において、媒体中
のガス濃度を検出するのに有用な検出素子を製造する方
法を提供する。この方法は、透明なガス不透過性固体デ
ィスクと不透明なガス透過性フィルムの間に両者と接し
て検出用組成物の先駆物質の量を配置することを含んで
なる。この検出用組成物の先駆物質は検出用配合剤とポ
リマー先駆物質とを含んでなる。検出用組成物はこの検
出用組成物の先駆物質の量から作る。
【００１１】検出素子を作り、そしてその性能を決める
ために選別しあるいは試験したあと、開口面好ましくは
単一の開口面をもち、実質的に透明なセンサーホルダー
内にあるキャビティ又はウェルの中に検出素子を少なく
とも一部配置することが好ましい。ガス濃度をモニター
すべき媒体にフィルムをさらし、そして検出用組成物か
ら距離をおいた固体ディスクの面をこの媒体と直接接触
しないように実質的に保護するように検出素子を特定の
方向に向けるのが好ましい。
【００１２】本発明の別な態様は新規な検出用組成物の
先駆物質及び新規の検出用組成物を提供する。検出用組
成物の先駆物質は、溶解した検出用配合剤を含む分散水
性液、ポリマー先駆物質、そして分散水性液の維持を容
易にするに十分な量の、ヒドロキシアルキルセルロース
及びそれらの混合物から選ぶ親水性分散助剤とを含んで
なる。検出用組成物は、ガス透過性で且つ光透過性の高
分子物質、溶解した検出用組成物を含む分散水性液、そ
して検出用組成物を作るのに先立って検出用組成物の先
駆物質中に分散する水性液の維持を容易にするに十分な
量の、ヒドロキシアルキルセルロース及びそれらの混合
物から選ぶ親水性分散助剤とを含んでなる。先行技術で
用いる水溶性デキストラン又はポリビニルアルコールよ
りはむしろヒドロキシアルキルセルロース、特にヒドロ
キシエチルセルロースを使うことによって、本発明のセ
ンサー特に二酸化炭素センサーの信号がドリフトしやす
い傾向を実質的に減らすことができる。
【００１３】本発明のこれら及び別の態様を図面ととも
に以下詳細に説明する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、媒体例えば流
体媒体、特に血液中のガス濃度を検出するのに有用な、
集成二酸化炭素検出素子あるいは集成酸素検出素子のよ
うな集成ガス検出素子を提供する。この集成検出素子
は、透明なガス不透過性固体ディスク及び不透明なガス
透過性フィルムを含んでなる。ガス検出用組成物の量を
この固体ディスクとフィルムとの間に両方とも接して配
置する。ガス検出用組成物は、ガス透過性で且つ光透過
性の、そして好ましくは実質的にイオン不透過性である
高分子物質と検出用配合剤とを含んでなる。検出用組成
物が二酸化炭素を検出するのに有用である場合、溶解し
た検出用配合剤を含む分散水性液を有する検出用組成物
が好ましい。本検出用組成物中の水性液はマイクロコン
パートメントで分散しているのが好ましく、最大横断寸
法すなわち直径が約５ミクロン以下のマイクロコンパー
トメントで分散しているのが更に好ましい。検出用配合
剤は、モニターすべき媒体中の注目ガスの濃度変化に応
じて変る信号を発するものが好ましく、光学的信号を発
するものが更に好ましい。ガス検出素子を集成したあ
と、開口面そして好ましくは単一の開口面をもち、セン
サーホルダー好ましくはセンサーカセット内にあるキャ
ビティ又はウェルの中に集成ガス検出素子を少なくとも
一部配置できるような大きさに集成ガス検出素子を作
る。
【００１５】本検出素子では信号がドリフトしやすい傾
向はむしろ減る。以下に記述する血液中の二酸化炭素濃
度を周期的にモニターするのに用いる本発明の二酸化炭
素検出素子においてこの低減傾向は特に顕著である。通
常、この二酸化炭素検出素子を二酸化炭素が実質的に存
在しない環境に保管しておく。使用に際して、二酸化炭
素をわずかにあるいはまったく含まない薬用塩類又は別
の物質に検出素子をさらす。濃度測定をおこなうたびに
約５分間、二酸化炭素の正常な濃度（分圧）範囲、例え
ば約２０〜６０mmHgである血液に検出素子を接触させ
る。このような特別にむずかしい使用状態において、信
号のドリフトがむしろ減る傾向にあることを本検出素子
は示す。
【００１６】固体ディスクは透明でガス不透過性であ
る。それ故、固体ディスクは検出用配合剤からの信号、
好ましくは光学的信号を素通りさせ、一方モニターすべ
き媒体からの注目ガスのセンサーホルダー内への拡散を
低減しあるいは実質的になくすることができる。このよ
うな拡散があると測定すべきガス濃度の精度が下がるの
で拡散は不利である。固体ディスク用の特に有用な材質
はガラスである。固体ディスクは、ディスクの厚さで一
定の距離を保ち実質的に互に平行である向かいあった端
面を含むのが好ましい。上述したように、センサーホル
ダーのキャビティの中に少なくとも一部ぴたりとはめ込
むような大きさにディスクを作るのが好ましい。ディス
クは直円柱の形状とすることができる。１つの実施態様
において、ディスクの厚さは約 0.005〜約0.1 インチ
（0.13〜2.54mm）の範囲、そして好ましくは直径が約0.
05〜約0.5 インチ（1.3 〜12.7mm）である。
【００１７】フィルムは不透明でガス透過性である。こ
のフィルムは検出用組成物に対し実質的に光学的な絶縁
をなす。この光学的な絶縁によって検出用配合剤からの
集束した又は一次信号をカセット内の別の検出素子から
の干渉をうけることなく、以下に述べるように伝送して
解析することが可能となる。結局、このような光学的絶
縁によって本検出素子を用いて得られるガス濃度測定値
の精度と信頼度は上がることになる。フィルムはモニタ
ーすべき注目ガスに対して十分な透過性が必要である。
このガスの透過性により媒体からの注目ガスは検出用組
成物と接触し、そして検出素子と相互に作用することが
可能となる。フィルムは不透明化剤と組合わせたポリマ
ーから作るのが好ましい。
【００１８】ポリマーが本システムの機能あるいはモニ
ターする媒体に実質的な有害作用を及ぼさなければ、適
当なポリマーはどれも有用なフィルムに含めることがで
きる。選んだポリマーは、最終の検出素子の一部として
ガス濃度を検出するのに使えることはもとより、検出素
子の本製造方法に必要とされる十分な構造上の結合性と
耐久性を有する比較的薄い膜となるものが好ましい。特
に有用な実施態様において、このフィルムはフッ素含有
ポリマー、好ましくはポリフルオロ炭化水素、ポリフル
オロカーボン及びこれらの混合物から選ぶポリマーを含
み、そしてポリテトラフルオロエチレンが特に好まし
い。フィルムは実質的に固体ディスクより薄い、すなわ
ちガス透過性を増すことが好ましい。フィルムの厚さが
固体ディスクの約１〜約２０％の範囲であるのが更に好
ましい。固体ディスクと同様に、フィルムが実質的に互
に平行である向かい合う端面を含むのが好ましい。固体
ディスクの形状及びセンサーホルダーのキャビティの形
状と適合するようにこれらフィルムの端面を形づくるの
が好ましい。これらの端面を円形とすることができる。
１つの実施態様において、フィルムの厚さは約0.0001イ
ンチ（0.0025mm）以上約 0.001インチ(0.025mm）以下、
好ましくは約0.0002〜0.0006インチ (0.005 〜0.015 m
m）である。
【００１９】不透明化剤が所望の光学的絶縁をなし、そ
して本システムの機能あるいはモニターすべき媒体に実
質的な有害作用を及ぼさなければ、不透明化剤はどれを
用いてもよい。本発明に有用な不透明化剤は、カーボン
ブラック、別の炭素ベースの不透明化剤、酸化第二鉄、
金属フタロシアニン等である。これらの不透明化剤が、
所望の不透明度を提供する、すなわち所望の光学的絶縁
をなすのに有効な量でフィルム内に実質的に均一な分散
をしているのが好ましい。特に有用な不透明化剤はカー
ボンブラックである。
【００２０】ガス検出用組成物の高分子物質は、媒体中
の注目ガスに対して透過性であり、そしてこのガス濃度
の測定に用いる光の波長に対して透過性である。更にこ
の検出用組成物を二酸化炭素の検出に用いる場合、この
高分子物質はイオン及び液体の水に対して不透過性であ
るのが好ましい。例えば、検出用組成物が分散水性液中
に溶解しそして好ましくは水性液が緩衝剤を含んでいる
場合、緩衝イオンの濃度は実質的に一定に保たれている
ので、検出用組成物は媒体中の注目ガスの濃度に応答す
るばらつきのない信号を発する。
【００２１】高分子物質が本システムの機能及びモニタ
ーすべき媒体に実質的な有害作用を及ぼさなければ、適
当な高分子物質はどれも本ガス検出用組成物中に用いる
ことができる。実質的にガス及び光に対して透過性そし
て水に対して不透過性であるが故に、シリコーンベース
の高分子物質が好ましい。架橋したシリコーンベースの
高分子物質が最も好ましい。注目ガスが二酸化炭素又は
酸素の場合、高分子物質は架橋ポリジメチルシロキサン
であるのが好ましい。高分子物質の先駆物質（以下ポリ
マー先駆物質という）を１つ以上のモノマー、プレポリ
マー、及びこれらの混合物から選んでよい。二酸化炭素
又は酸素が注目ガスである場合、特に有用なポリマー先
駆物質はペトラーク システムズ（Petrarch Systems）
から市販されているＰＳ443 （商標）のようなビニル基
を末端基とするジメチルシロキサンである。高分子物質
を架橋する場合、架橋剤をポリマー先駆物質と一緒に含
める。架橋剤は、ポリマー先駆物質と反応することがで
きる少なくとも２個の官能基及び／又は高分子物質中に
架橋、例えば重合体鎖間の架橋を形成する部分的に重合
した中間体を含む化合物が好ましい。特に有用な架橋剤
は、とりわけポリマー先駆物質がビニル基を末端基とす
るジメチルシロキサンを含む場合、PetrarchSystemsか
ら市販されているＰＳ123 （商標）のようなメチルヒド
ロ−ジメチルシロキサンコポリマーである。高分子物質
の形成を促進するために１つ以上の触媒を用いることが
できる。そのような触媒の１つは白金である。白金含有
触媒物質の例は Petrarch Systems から市販されている
ＰＣ072 （商標）である。用いる触媒は所望の重合度と
するのに十分な量である必要がある。勿論、触媒は本シ
ステムの機能あるいはモニターすべき触媒に実質的な有
害作用を及ぼさないことが必要である。
【００２２】代りに、スズ誘導体のような触媒を用い
て、アルコキシシランと架橋するシラノール基を末端基
とするシリコーンの縮合重合反応を通してシリコーンベ
ースの高分子物質を作ることができる。
【００２３】分散水性液を含む本ガス検出用組成物に充
填剤を含めることができる。充填剤は検出用組成物中の
分散水性液の安定性及び検出用組成物の強度を増すため
に用いる。充填剤が本システムの機能あるいはモニター
すべき媒体に実質的な有害作用を及ぼさなければ、適当
な充填剤はどれも用いることができる。実施態様の１つ
において、充填剤は疎水性を有する。このような充填剤
は、ガス検出用組成物中に存在する高分子物質の量を基
準として約１〜約２重量パーセントの量で存在するのが
好ましい。特に有用な充填剤は例えば微粒子状の疎水性
ヒュームドシリカである。
【００２４】選んだ検出用配合剤又は複数の配合剤は、
モニターすべき媒体中の注目ガスの濃度変化に応じて変
る信号を発するのに有効なものである。この検出用配合
剤は蛍光指示薬及び吸光度指示薬、特に蛍光指示薬のよ
うな光学的指示薬が好ましい。二酸化炭素濃度を検出す
る場合、用いることができる吸光度指示薬の例はクロロ
フェニルレッド、ブロモクレゾールパープル、ニトロフ
ェノール、ブロモチモールブルー、ペナクロローム(Pen
achlorome)、フェノレッド等を含む。二酸化炭素用の有
用な蛍光指示薬は、ヒドロキシピレン３，６，８−三ス
ルホン酸（以下HPTSで表す）又はヒドロキシピレン三ス
ルホン酸、HPTSの誘導体例えば塩、ベータメチルウンベ
リフェロン、フルオレスセイン等を含む。最も好ましい
検出用配合剤を、とりわけ血液中の二酸化炭素濃度を検
出する場合には、HPTS、HPTSの誘導体及びそれらの混合
物から選ぶ。HPTSのアルカリ金属塩及びアルカリ土類金
属塩は有用なHPTS誘導体である。非常に純粋な検出用配
合剤、特にレーザー級HPTS及びレーザー級HPTSの誘導体
は、時間とともに信号がドリフトしやすい傾向を有利に
低減できる、二酸化炭素用検出素子を製造するのにきわ
めて有効である。酸素濃度を検出する場合には、蛍光指
示薬の例は１つ以上の多核芳香族化合物、多核芳香族化
合物の誘導体等を含む。これらの多核芳香族化合物の例
は、デカシクレン、ベンゾギーペリレン及びコロネンを
含む。酸素指示薬はこれら多核芳香族化合物の第三ブチ
ル誘導体の混合物を含むことができる。これらの指示薬
は米国特許第 4,849,172号に詳しく記述されていて、そ
の内容をそっくりそのまま参照してここに組入れる。
【００２５】用いる検出用配合剤が十分に強力な信号を
発する量であれば、注目ガスの濃度を確実に又正確に測
定することができる。
【００２６】二酸化炭素を検出するために、ガス検出用
組成物の水性液を緩衝剤で処理するのが好ましく、炭酸
イオン及び／又は重炭酸イオンベースの緩衝系を用いる
のが更に好ましい。検出用配合剤の応答範囲と適合する
緩衝範囲となるように緩衝剤を選ぶのが好ましい。この
ような範囲は、例えば血液の正常な pＨ範囲によく似て
いてもよい。緩衝剤が本システムの機能あるいはモニタ
ーすべき媒体に実質的な有害作用を及ぼさなければ、適
当な緩衝剤はどれも水性液を処理するために用いること
ができる。このような緩衝剤の例はアルカリ金属炭酸
塩、アルカリ金属重炭酸塩等を含む。水性媒体を所望の
程度に緩衝できる量で緩衝剤を用いる。血液中の二酸化
炭素をヒドロキシピレン三スルホン酸で測定するため
に、 pＨ範囲は約６〜約８が望ましい。
【００２７】水性液を含む本ガス検出用組成物の先駆物
質及びガス検出用組成物は、少なくとも１つの親水性分
散助剤の有効量を更に含むのが好ましい。このような助
剤は、高分子物質を形成するに先立って、このような助
剤は検出用組成物の先駆物質中に分散する水性液の保持
を容易にする。従って、検出用組成物の先駆物質の保存
寿命を延ばすことができる。更にこれらの助剤は水性液
の脱水を遅らせることができる。結局、このような親水
性分散助剤を用いることにより、本発明の集成検出素子
を製造する際の厳しい製造スケジュールに固執する必要
がなくなり又経済的な損失となるスクラップの発生を低
減することになる。
【００２８】親水性分散助剤が本システムの機能あるい
はモニターすべき媒体に実質的な有害作用を及ぼさなけ
れば、適当な親水性分散助剤はどれも用いることができ
る。親水性分散助剤の例は、水溶性デキストラン、ポリ
ビニルアルコール及び類似の物質を含む。用いる親水性
分散助剤の量は重要ではなく、例えば用いる特定の分散
助剤、ポリマー先駆物質及び充填剤によって変えてよ
い。１つの実施態様において、存在する分散助剤の量は
用いる全水性液の約１〜約２重量パーセントの範囲であ
る。
【００２９】本発明の重要な特徴の１つは、先行技術例
えば米国特許第 4,824,789号に記述されている水溶性デ
キストラン又はポリビニルアルコールよりはむしろ親水
性セルロース系分散助剤を用いることである。これらの
セルロース系助剤は水溶性であるのが好ましいが、モニ
ターすべき液媒体中のガスの任意濃度に応答してばらつ
きのない信号を発するガス検出素子を提供する。分散助
剤として用いる親水性のセルロース系物質はヒドロキシ
アルキルセルロース及びこれらの混合物が好ましい。ア
ルキル基は、例えば１個から約５個あるいはそれ以上の
炭素原子を含むことができる。特に有用な分散助剤はヒ
ドロキシエチルセルロースである。
【００３０】二酸化炭素検出用組成物の先駆物質を以下
のようにして作る。また検出用配合剤をポリマー先駆物
質中に組入れるのに水性液を使わずに有機溶剤を用いる
ことを除いて幾分類似の方法で酸素検出用組成物の先駆
物質を作る。二酸化炭素検出配合剤を液体の水の量に溶
解して水性液を作る。必要であれば更に緩衝剤及び／又
は親水性分散助剤をこの水性液に溶解させることもでき
る。ポリマー先駆物質、そして必要であれば充填剤成分
及び重合触媒の所要量をこの水性液と混ぜる。この時点
では架橋剤又は複数の架橋剤を含めない。
【００３１】得られた混合物を例えば機械的ホモジナイ
ザーで激しく攪拌して水性液を分散し、そして最初の検
出用組成物の先駆物質を作る。攪拌後、分散水性液を含
むこの最初の検出用組成物の先駆物質をある期間、例え
ば約１時間から約２４時間あるいはそれ以上貯蔵するこ
とができ、集成ガス検出素子を作るのに用いる。
【００３２】本発明のガス検出用組成物を作る場合、架
橋剤又は他にあればその薬剤そして重合触媒をこの最初
の検出用組成物の先駆物質に加える。これらを最初の検
出用組成物の先駆物質に入れて静かに攪拌し次のあるい
は最終のガス検出用組成物の先駆物質を作る。
【００３３】この最初の検出用組成物を作ったのち、そ
の量を一枚の不透明フィルムの片面上にのせる。次いで
少なくとも１つの固体ディスクをこの検出用組成物の先
駆物質の上にのせて、検出用組成物の先駆物質を固体デ
ィスクと不透明フィルムとの間に両者と接して配置す
る。複数の固体ディスクをこのように配置してもよい
が、固体ディスクを検出用組成物の先駆物質上に一定の
距離を置いて並べるのが更に好ましい。複数の固体ディ
スクを用いる場合には、検出用組成物の先駆物質を不透
明フィルム上に個々別々に、例えば小滴にして置くこと
ができる。この実施態様において、一枚の不透明フィル
ムから複数のガス検出素子を効率よく製造することがで
きる。次いで検出用組成物の先駆物質を反応させ、例え
ば重合及び／又は架橋させて検出用組成物を作る。固体
ディスクを検出用組成物の一部及び不透明フィルムシー
トの一部と一緒に不透明フィルムシートから取りはず
す、例えば切り取って集成検出素子を作ることができ
る。追加すべき処理、例えば縁取りすることは、検出素
子の不透明フィルム及び検出用組成物の形状を検出用組
成物と接する固体ディスクの面形状と実質的に合わせる
ためには有効である。普通の技法を用いて集成ガス検出
素子を試験し及び／又は選別して、注目ガスの濃度を測
定する検出素子の性能を決めることができる。このよう
な試験は、例えば注目ガスの濃度変化に対して集成ガス
検出素子が発する信号の強さ及び／又は集成ガス検出素
子の応答時間を測定して決めることができる。
【００３４】集成ガス検出素子が合格であれば、次いで
センサーホルダー内の開口面をもつキャビティの中に集
成ガス検出素子を少なくとも一部配置する。集成検出素
子を例えば接着剤でセンサーホルダーに結合するのが好
ましい。固体ディスクを開口面をもつキャビティの底面
に近く且つ面するように置き、そして不透明フィルムが
モニターすべき媒体に向くように検出素子をセンサーホ
ルダーに配置する。
【００３５】センサーホルダーを光ファイバーの近くに
配置するのが好ましい。そうすれば検出用組成物からの
信号を光ファイバーでプロセッサーに伝送することがで
き、媒体中の注目ガスの濃度をこれらの信号に基づいて
測定することができる。
【００３６】以下の例により本発明のいくつかの態様を
説明する。
【００３７】
【実施例】
（例１）0.2ｇのレーザ級ヒドロキシピレントリスルホ
ネート（三ナトリウム塩）、0.25ｇの塩化ナトリウム、
0.042ｇの炭酸ナトリウム及び 6.1ｇのヒドロキシエチ
ルセルロースを６０ccの水に溶解して水溶液を調製し
た。
【００３８】0.3ｇの疎水性ヒュームドシリカの微粒子
（タルコ インク（Tulco, Inc）から市販されているタ
ラノックス500 (Tulanox：商標))を１０ｇのビニル基を
末端基とするジメチルシロキサン（Petrarch Systemsか
ら市販されているＰＳ443 （商標））に混ぜてシリコー
ン配合物を作った。更にこの混合物に極微量（ビニル基
を末端基とするジメチルシロキサンの５０ｇ当り１滴）
の白金含有成分（触媒）(Petrarch Systems から市販さ
れているＰＣ072 （商標))を加えた。
【００３９】2.0ｇの上記水溶液をこのシリコーン配合
物と混ぜ、そしてこの混合物をビルチス２５(Virtis)ホ
モジナイザー内で均質化した。均質混合物の約１０重量
パーセントに等しい量のメチルヒドロ−ジメチルシロキ
サンコポリマー(Petrarch Systems から市販されている
ＰＳ123 （商標））を均質混合物と混ぜて検出用組成物
の先駆物質を作った。
【００４０】厚さ約0.0004インチ（0.01mm）の不透明フ
ィルムの１０×１０cmシートをフレーム又はジグ上に広
げた。この不透明フィルムは、カーボンブラックと混ぜ
たポリテトラフルオロエチレンから作りケミカル ファ
ブリックス コーポレーション（Chemical Fabrics Cor
poration）からＤＦ−1100ブラックテフロン（Blacktef
lon) （商標）として市販されている。検出用組成物の
先駆物質の各小滴を広げたシートの付着できる面に置い
た。
【００４１】厚さ約 0.012インチ（0.30mm）で径 0.120
インチ（3.0mm)の直円柱透明ガラスディスクの平面部分
を直接検出用組成物の先駆物質と接触させて各小滴の上
に置いた。前もってこれらのディスクをアリルトリメト
キシシラン、カップリング剤、及びヘキサンに溶かした
白金含有触媒の溶液で処理した。ディスクを据えて得ら
れた複合品を室温で一晩静置し、次いでビニル基を末端
基とするジメチルシロキサンとメチルヒドロジメチルシ
ロキサンのコポリマー混合物を更に６５℃で約９０分硬
化させて、水溶液の分散マイクロコンパートメントを有
する架橋シリコーンベースポリマーを含んでなる検出用
組成物を作った。
【００４２】個々の二酸化炭素検出素子をガラスディス
ク／検出用組成物／シートからなる複合品から切り取っ
た。各検出素子は一枚のガラスディスク、不透明フィル
ムの概して円形をした部分、及びその間にはさんだ検出
用組成物の薄層を含む。この検出素子を縁取りして、不
透明フィルムと検出用組成物の層をもっときっちりとガ
ラスディスクの円形に合わせた。検出用組成物と接触し
ていないガラスディスクの面をメタノールで洗った。
【００４３】普通の試験方法を用いて、それぞれの集成
二酸化炭素検出素子を試験し、人血中の二酸化炭素濃度
を正確且つ確実に検出するための性能を測定する。これ
らの集成二酸化炭素検出素子は満足すべきものである。
【００４４】次に透明なシリコーンベース接着剤を用い
て、これらの二酸化炭素検出素子の１つを、ポリカーボ
ネートカセット内に作った径 0.125インチ(3.2mm）で深
さ0.010 ± 0.001インチ（0.254 ± 0.025mm）の直円柱
の開口面をもつウエルの中に接着する。ガラスディスク
をウエルの底面と面するようにする。検出素子をカセッ
トに接着する前に、ウエルの壁に下塗剤である、ダウ
ケミカルカンパニィ(Dow Chemical Company ）から市販
されている Dow1205（商標）を塗布して検出素子とポリ
カーボネートカセット間の接着を容易にする。
【００４５】出来上った二酸化炭素センサーはフィルム
と接触する血液中の二酸化炭素濃度を測定するのに有効
である。
【００４６】図１，２及び３は上記述した検出素子の製
法、及びガス濃度の測定におけるその使用法を示してい
る。図１において、ガラスディスクの厚さをフィルムの
厚さよえかなり厚くしてあるが、相対的な厚さはほぼ正
確に示してある。ディスクとフィルム間の検出用組成物
は中間の厚さである。図２と図３においては、説明の都
合上ガラスディスク、不透明フィルム及び検出用組成物
すべての厚さを等しくしてある。
【００４７】図１を参照して、分解したガス検出素子１
０は不透明フィルムを広げたシート１２、ガラスディス
ク１４，１５、そして検出用組成物の先駆物質の小滴１
６，１７を含む。図１に示すように検出用組成物の先駆
物質の小滴１６，１７を広げたシート１２上に配置す
る。次いでガラスディスク１４，１５をそれぞれ検出用
組成物の先駆物質からなる小滴１６，１７の上面にの
せ、そしてこの先駆物質を硬化させて検出用組成物とす
る。図２，３を参照して、広げたシート１２から切出し
そして縁取りしてガラスディスク１４の円形状に合うよ
うにした集成ガス検出素子２０は、不透明フィルム２
１、検出用組成物２２及びガラスディスク１４を含む。
検出用組成物２２を不透明フィルム２１とガラスディス
ク１４の両方と結合させる。
【００４８】検出素子２０が血液中の二酸化炭素濃度を
測定するセンサーとして使用するのに適格であるかを試
験する。
【００４９】図２，３に示すように、この集成ガス検出
素子２０をセンサーホルダー２６のウエル２４の中に配
置し、そして透明なシリコーンベース接着剤の層２７を
用いてその場所に接着する。一面が開放であるウエル２
４は直円柱の側壁２５及び円形底面２８を含む。ウエル
２４の寸法は、集成ガス検出素子２０とシリコーンベー
ス接着層２７が完全にウエル２４を占める大きさであ
る。ガラスディスク１４がウエル２４の底面２８に面す
るように集成ガス検出素子２０をウエル２４の中に配置
する。不透明フィルム２１は、センサーホルダー２６の
内面３０と比較して盛り上がる露出面２９を含む。不透
明フィルム２１は検出組成物２２がモニターすべき媒
体、例えば血液と直接接触するのを実質的に防いでい
る。
【００５０】図３を参照して、透明ポリカーボネート材
料でできたセンサーホルダー２６を光ファイバー３２に
隣接して配置する。検出用組成物２２中の蛍光を発する
検出用配合物を励起し、そして不透明フィルム２１と接
触する媒体中の二酸化炭素濃度の信号を発するように、
光ファイバー３２は光伝送装置３４から適当な波長の励
起光を供給する。更に米国再発行特許第31,879号及び米
国特許第 4,557,900号に記述されているように、この光
ファイバー３２は検出用配合剤から発する信号を伝送
し、この送られた信号を処理し又は解析する受光装置３
６にこの信号を通し媒体中の二酸化炭素濃度を求める。
上記米国特許第 4,557,900号の内容をそっくりそのまま
参照してここに組入れる。
【００５１】測定期間中、この集約検出素子２０は、不
透明フィルム２１と接触する血液中の二酸化炭素の正し
い濃度をばらつきのない、すなわちドリフトのない信号
として発する。
【００５２】（例２）検出用組成物の先駆物質が蛍光酸
素指示薬、ビニル基を末端基とするジメチルシロキサン
及びシリコーンベースの架橋剤を含むことを除いて例１
の内容を繰返した。
【００５３】例２の検出素子が血液中の酸素濃度を検出
するために用いることを除いて、例２の集合検出素子を
図３及び二酸化炭素検出素子に関して述べたようにして
作る。測定の期間中、例２の集合検出素子は不透明フィ
ルムと接触する血液中の酸素の正しい濃度を満足な信号
として発する。
【００５４】本発明をいくつかの特定な例及び実施態様
で説明したが本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】集成する本検出素子の実施態様を示す断面図で
ある。
【図２】センサーカセットに接着する集成検出素子を示
す断面図である。
【図３】媒体中のガス濃度を検出するために有用な信号
を提供するために用いる、センサーカセットに接着した
検出素子を示す略図である。
【符号の説明】 １０…分解したガス検出素子 １２…不透明フィルムのシート 14, 15…ガラスディスク 16, 17…検出用組成物の先駆物質の小滴 ２０…集成検出素子 ２１…不透明フィルム ２２…検出用組成物 ２４…ウエル ２５…ウエルの側壁 ２６…センサホルダー ２７…接着剤の層 ２８…ウエルの底面 ２９…露出面 ３０…センサーホルダーの内面 ３２…光ファイバー ３４…光伝送装置 ３６…受光装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク ゼノン ホロデイ アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000， セント ポール，スリーエム センター （番地なし） (72)発明者 トーマス パトリツク マツクスウエル アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000， セント ポール，スリーエム センター （番地なし） (72)発明者 トーマス グレン ハツカー アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000， セント ポール，スリーエム センター （番地なし）

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明なガス不透過性固体ディスク；不透
    明なガス透過性フィルム；そして該固体ディスクと該フ
    ィルムとの間に両者と接して配置する、ガス透過性及び
    光透過性の高分子物質と検出用配合剤とを含んでなるガ
    ス検出用組成物の量；を含んでなるガス検出素子を集成
    し、集成ガス検出素子をセンサーホルダー内にある開口
    面を有するキャビティの中に少なくとも一部配置できる
    ような大きさにした前記集成ガス検出素子。
  2. 【請求項２】 該固体ディスクをガラスで作る請求項１
    記載の集成ガス検出素子。
  3. 【請求項３】 該フィルムが不透明化剤と、そしてポリ
    フルオロ炭化水素、ポリフルオロカーボン及びそれらの
    混合物からなる群から選んだポリマーとを含む請求項１
    記載の集成ガス検出素子。
  4. 【請求項４】 該ポリマーがポリテトラフルオロエチレ
    ンである請求項３記載の集成ガス検出素子。
  5. 【請求項５】 該高分子物質がシリコーンベースであっ
    て架橋している請求項１記載の集成ガス検出素子。
  6. 【請求項６】 該高分子物質中に分散している水性液中
    に該検出用配合剤を溶解した請求項１記載の集成ガス検
    出素子。
  7. 【請求項７】 該高分子物質は実質的にイオン不透過性
    であり、該水性液を緩衝剤で処理しそして該検出用配合
    剤は該水性液の pＨ値が変わると変化する信号を発する
    のに有効である請求項６記載の集成ガス検出素子。
  8. 【請求項８】 該水性液の pＨ値が約６〜約８の範囲で
    あり、そして該集成ガス検出素子は血液中の二酸化炭素
    濃度を検出するのに有効である請求項６記載の集成ガス
    検出素子。
  9. 【請求項９】 該ガス検出用組成物が疎水性充填剤と親
    水性分散助剤とを含む請求項６記載の集成ガス検出素
    子。
  10. 【請求項１０】 血液中の酸素濃度を検出するのに有効
    である請求項１記載の集成ガス検出素子。
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