JPS59131156A - ガスセンサ− - Google Patents
ガスセンサ−Info
- Publication number
- JPS59131156A JPS59131156A JP58006120A JP612083A JPS59131156A JP S59131156 A JPS59131156 A JP S59131156A JP 58006120 A JP58006120 A JP 58006120A JP 612083 A JP612083 A JP 612083A JP S59131156 A JPS59131156 A JP S59131156A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- electrode
- light
- hydrophilic polymer
- sensor
- 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
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/788—Of specified organic or carbon-based composition
- Y10S977/795—Composed of biological material
- Y10S977/796—Composed of biological material for electrical or electronic purpose
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は先端にゲート部と、他端に電極部を有する細長
状のゲート絶縁型電界効果トランジスタ構造を有するイ
オンセンサー(以下I 8 FETという)を使用した
ガスセンサーに関するものである。
状のゲート絶縁型電界効果トランジスタ構造を有するイ
オンセンサー(以下I 8 FETという)を使用した
ガスセンサーに関するものである。
炭酸ガス、アンモニアガスをはじめとするガス濃度測定
は工業用途において重要な事はいうまでもないが、近年
医学、生理学分野においても、生体中のガス濃度を測定
することが重要視されはじめている。例えば生理学にお
いては、−細胞中のガス濃度の測定が重要な知見を与え
、又医学においては、麻酔患者や、重症患者9回復室の
患者の血中ガス濃度の継続的な測定が緊急事態の発見に
役立っている。かかる目的には細胞中、又は血管中に挿
入して用いることのできる極めて小さいガスセンサーが
必要とされる。
は工業用途において重要な事はいうまでもないが、近年
医学、生理学分野においても、生体中のガス濃度を測定
することが重要視されはじめている。例えば生理学にお
いては、−細胞中のガス濃度の測定が重要な知見を与え
、又医学においては、麻酔患者や、重症患者9回復室の
患者の血中ガス濃度の継続的な測定が緊急事態の発見に
役立っている。かかる目的には細胞中、又は血管中に挿
入して用いることのできる極めて小さいガスセンサーが
必要とされる。
上記目的には従来微小なガラス電極を用いたガスセンサ
ーが提案されでいる。
ーが提案されでいる。
しかしながら医学、生理学分野において使用されるガス
センサーは、生体内、例えば血管に挿入されて使用され
るため生体挿入部は直径2mm以下にする必要があるが
、ガラス電極は、そのサイズに限界があるとともにこわ
れ易いため取扱いが困難である。また、ガラス膜の電極
抵抗が大きくなるため別に高入力抵抗増巾器を設ける必
要があり、電極抵抗も大きいため絶縁が難しく不要な雑
音を誘導しやすいなど実用上解決すべき多くの問題点を
有していた。
センサーは、生体内、例えば血管に挿入されて使用され
るため生体挿入部は直径2mm以下にする必要があるが
、ガラス電極は、そのサイズに限界があるとともにこわ
れ易いため取扱いが困難である。また、ガラス膜の電極
抵抗が大きくなるため別に高入力抵抗増巾器を設ける必
要があり、電極抵抗も大きいため絶縁が難しく不要な雑
音を誘導しやすいなど実用上解決すべき多くの問題点を
有していた。
本願出願人は、従来のガラス電極を使用したガスセンサ
ーの欠点を解消するため、半導体の電界効果を利用した
l5FETを用いたガスセンサーを特開昭56−254
6号に提案している。かかるカスセンサーはガスを吸収
することによりイオン濃度(例えばpH)の変化するガ
ス吸収液にそのイオンに感応するl5FETのゲート部
を接触させ、該ガス吸収液の外側をガス透過性膜で被覆
することにより作製することができる。上記ガスセンサ
ーに用いるI 8 FETは、 IC技術を用いて作製
された絶縁ゲート型電界効果トランジスタ構造を有して
おり、該トランジスタのゲート部に、イオン交換物質、
酵素等を含む化学選択性の膜を形成した極めて小形なも
ので、この化学選択性の膜表面における電解質との界面
電位の変化を検出して、電解質中の特定イオン濃度や酵
素に働く特定物質等を測定するものである。このような
イオンセンサの具体的構造に関しで、本願出願人は既に
、特公昭57−43863号に提案した。
ーの欠点を解消するため、半導体の電界効果を利用した
l5FETを用いたガスセンサーを特開昭56−254
6号に提案している。かかるカスセンサーはガスを吸収
することによりイオン濃度(例えばpH)の変化するガ
ス吸収液にそのイオンに感応するl5FETのゲート部
を接触させ、該ガス吸収液の外側をガス透過性膜で被覆
することにより作製することができる。上記ガスセンサ
ーに用いるI 8 FETは、 IC技術を用いて作製
された絶縁ゲート型電界効果トランジスタ構造を有して
おり、該トランジスタのゲート部に、イオン交換物質、
酵素等を含む化学選択性の膜を形成した極めて小形なも
ので、この化学選択性の膜表面における電解質との界面
電位の変化を検出して、電解質中の特定イオン濃度や酵
素に働く特定物質等を測定するものである。このような
イオンセンサの具体的構造に関しで、本願出願人は既に
、特公昭57−43863号に提案した。
しかしながらI 8 FETは光に感応するという欠点
があり、l8FETを利用したガスセンサーを手術中の
監視などに用いる場合にはl8FETの光感応性は大き
な問題である。I 8 FETの光感応性の絶対値はそ
れほど大きくなく通常10−10 V/Lux程度であ
るが、医療用では測定される変化量が小さいことと、手
術の際には手術灯にで数千ルクス〜数万ルクスもの照明
を受けるために、l8FETの光感応性は実用上火きな
障害となる。
があり、l8FETを利用したガスセンサーを手術中の
監視などに用いる場合にはl8FETの光感応性は大き
な問題である。I 8 FETの光感応性の絶対値はそ
れほど大きくなく通常10−10 V/Lux程度であ
るが、医療用では測定される変化量が小さいことと、手
術の際には手術灯にで数千ルクス〜数万ルクスもの照明
を受けるために、l8FETの光感応性は実用上火きな
障害となる。
本願出願人はI 8 FETの光感応性を解消するため
、I 8 FETのゲート部に黒色に着色した親水性の
ポリマーを被覆することを特開昭53−146695号
に提案している。しかしながら上記提案はイオンセンサ
ーの光感応性を解消するためのものであり、該ポリマー
はガスは透過せずイオンが透過゛するものである。
゛ 本発明者らはI 8 FETを用いたガスセンサーに光
不透過性のガス透過膜を用いることによりl8FE’l
’の光感応性を解消できることに着目し、従来−公知の
ガス透過膜、例えばテトラフロロエチレン、トリフロロ
エチレン、ヘキサフロロプロピレン、クロロトリフロロ
エチレン等の重合体、′共重合体の弗素樹脂、ポリエチ
レン、ポ゛リプロピレン、ポリベンテンー1等のポリオ
レフイ′ン及びシリコン樹脂なε′に染料あるいは顔料
を添加して光透過性とガス透過性について検討したとこ
ろ顔料や染料をポリ→−中に加えていくと、ポリマーの
ガス透′過性は低下し、また顔料や染料の濃度が高く”
なりすぎるとポリマーはもろくなる。ポリマーの顔料も
しくは染料の濃度を低くしたまま光透過性を低くすると
、ポリマーの膜厚が大きぐなるためガス透過性が悪くな
る。またガス透過膜の膜厚が大きくなることは、センサ
ーのサイズが大きくなり好ましくないという欠点があっ
た。したがって従来公知のガス透過膜に単に着色すると
いうことではガスセンサーの光感応性を解消することが
できない。
、I 8 FETのゲート部に黒色に着色した親水性の
ポリマーを被覆することを特開昭53−146695号
に提案している。しかしながら上記提案はイオンセンサ
ーの光感応性を解消するためのものであり、該ポリマー
はガスは透過せずイオンが透過゛するものである。
゛ 本発明者らはI 8 FETを用いたガスセンサーに光
不透過性のガス透過膜を用いることによりl8FE’l
’の光感応性を解消できることに着目し、従来−公知の
ガス透過膜、例えばテトラフロロエチレン、トリフロロ
エチレン、ヘキサフロロプロピレン、クロロトリフロロ
エチレン等の重合体、′共重合体の弗素樹脂、ポリエチ
レン、ポ゛リプロピレン、ポリベンテンー1等のポリオ
レフイ′ン及びシリコン樹脂なε′に染料あるいは顔料
を添加して光透過性とガス透過性について検討したとこ
ろ顔料や染料をポリ→−中に加えていくと、ポリマーの
ガス透′過性は低下し、また顔料や染料の濃度が高く”
なりすぎるとポリマーはもろくなる。ポリマーの顔料も
しくは染料の濃度を低くしたまま光透過性を低くすると
、ポリマーの膜厚が大きぐなるためガス透過性が悪くな
る。またガス透過膜の膜厚が大きくなることは、センサ
ーのサイズが大きくなり好ましくないという欠点があっ
た。したがって従来公知のガス透過膜に単に着色すると
いうことではガスセンサーの光感応性を解消することが
できない。
本発明者らは顔料あるいは染料が均一にまざり、光透過
度が低く、かつガス透過度も低下しないガス透過膜につ
いて鋭意検討したところ、シリコンゴムのみが本発明の
目的に適用できることを見い出した。このシリコンゴム
はモノマーあるいはプレポリマーの状態で着色材料とま
く練り合せた後、膜状に成型することができる。着色材
料としではカーボンブラック、シアニンブラック、油煙
等の顔料を用いることが好ましい。着色シリコンゴムは
通常液状もしくはペースト状のシリコンゴλに粒径30
μ以下のカーボンブラックを1%以上添加し、よく醜練
してから膜状もしくはチューブ状に成型して砂泥させる
こ゛とが最適である。粒径が30μ以上では膜がもろく
なるとともに、ピンホールが発生する恐れがある。カー
ボンブラックは膜がもろくならない程度まで添加するこ
とができる。通常1〜50%、好ましくは1〜20%で
ある。硬化は一液型のシリコン樹脂では加熱もしくは水
分の添加により行なわれる。二液型のシリコン樹脂では
プレポリマーに硬化剤を加えることによってなされる。
度が低く、かつガス透過度も低下しないガス透過膜につ
いて鋭意検討したところ、シリコンゴムのみが本発明の
目的に適用できることを見い出した。このシリコンゴム
はモノマーあるいはプレポリマーの状態で着色材料とま
く練り合せた後、膜状に成型することができる。着色材
料としではカーボンブラック、シアニンブラック、油煙
等の顔料を用いることが好ましい。着色シリコンゴムは
通常液状もしくはペースト状のシリコンゴλに粒径30
μ以下のカーボンブラックを1%以上添加し、よく醜練
してから膜状もしくはチューブ状に成型して砂泥させる
こ゛とが最適である。粒径が30μ以上では膜がもろく
なるとともに、ピンホールが発生する恐れがある。カー
ボンブラックは膜がもろくならない程度まで添加するこ
とができる。通常1〜50%、好ましくは1〜20%で
ある。硬化は一液型のシリコン樹脂では加熱もしくは水
分の添加により行なわれる。二液型のシリコン樹脂では
プレポリマーに硬化剤を加えることによってなされる。
この場合は硬化剤の方にもあらかしめ顔料を分散してお
くと二液の混合の不完全による色のむらを防ぐことが出
来好ましい。
くと二液の混合の不完全による色のむらを防ぐことが出
来好ましい。
さらにこのガス透過膜はガス透過性と光不透過性の両者
を共に満たすもので、光透過率が10%以下で、窒素ガ
スの0℃ガス透過係数(P)と膜厚(d)による商(P
/d)が2.5 X 10−’ [(yj (8TP
)/Ca・8cmHg〕以上であるようなガス透過膜で
ある。
を共に満たすもので、光透過率が10%以下で、窒素ガ
スの0℃ガス透過係数(P)と膜厚(d)による商(P
/d)が2.5 X 10−’ [(yj (8TP
)/Ca・8cmHg〕以上であるようなガス透過膜で
ある。
(ガス透過係数の単位中ctR(8TP )は0℃1気
圧でのガスの体積である)。ここで光透過率とは400
〜1200gの波長を有する光の平均透過率である。
圧でのガスの体積である)。ここで光透過率とは400
〜1200gの波長を有する光の平均透過率である。
光透過率が10%以上では光の影響が大きく実用上問題
である。また(P/d)が2,5X10以下ではガス透
過性が低く問題である。光透過率は膜そのものをはがし
、ミクロデンジツメ−ターで測定することができる。ま
た窒素ガスのガス透過係数はガス透過量(標準状態での
体積)×膜厚/(膜面積)×(時間)×(両面の差圧)
により定義される値であり、例えはガス透過膜チューブ
の内側に窒素ガスを供給し外側に窒素ガス以外の気体を
満たし、膜を透過する窒素ガスの量をガスクロマトグラ
フィにより定量すれば測定できる。光の透過率、ガス透
過係数ともにガス透過膜に穴(とくにピンホール)のな
い状態で測定を行なうことが盛装である。
である。また(P/d)が2,5X10以下ではガス透
過性が低く問題である。光透過率は膜そのものをはがし
、ミクロデンジツメ−ターで測定することができる。ま
た窒素ガスのガス透過係数はガス透過量(標準状態での
体積)×膜厚/(膜面積)×(時間)×(両面の差圧)
により定義される値であり、例えはガス透過膜チューブ
の内側に窒素ガスを供給し外側に窒素ガス以外の気体を
満たし、膜を透過する窒素ガスの量をガスクロマトグラ
フィにより定量すれば測定できる。光の透過率、ガス透
過係数ともにガス透過膜に穴(とくにピンホール)のな
い状態で測定を行なうことが盛装である。
次に本発明のガスセンサーの一実施例を図面にて説明す
る。
る。
l8FET1はカテーテル2中にそのゲート部3がカテ
ーテルの外部に露出するように埋込まれ、カテーテル中
に埋込まれた電極部4と該電極に連結されるエナメル線
はカテーテル内部に充填された絶縁材料5(例えばエポ
キシ樹脂)にて絶縁される。カテーテル中にはまたI
S FETと共にAg−Ag0tからなる比較電極6が
埋込まれでいる。l8FETのゲート部及び比較電極の
一部はガスを吸収することによってイオン濃度の変化す
るガス吸収液を含有する親水性ポリマー7に接している
。この親水性ポリマーとしてはポリビニルアルコール(
PVA )。
ーテルの外部に露出するように埋込まれ、カテーテル中
に埋込まれた電極部4と該電極に連結されるエナメル線
はカテーテル内部に充填された絶縁材料5(例えばエポ
キシ樹脂)にて絶縁される。カテーテル中にはまたI
S FETと共にAg−Ag0tからなる比較電極6が
埋込まれでいる。l8FETのゲート部及び比較電極の
一部はガスを吸収することによってイオン濃度の変化す
るガス吸収液を含有する親水性ポリマー7に接している
。この親水性ポリマーとしてはポリビニルアルコール(
PVA )。
セルロース、ポリヒドロキシエチル、メタクリレート、
ポリビニルピロリドン、寒天等や電解質ポリマー等があ
るがとくにPVAが好ましい。カテーテルの他端はセン
サー測定回路に連結するためのコネクター(図示せず)
が接続されている。この親水性ポリマー7はさらに上述
のシリコンゴム8により覆われている。
ポリビニルピロリドン、寒天等や電解質ポリマー等があ
るがとくにPVAが好ましい。カテーテルの他端はセン
サー測定回路に連結するためのコネクター(図示せず)
が接続されている。この親水性ポリマー7はさらに上述
のシリコンゴム8により覆われている。
上記シリコンゴムは少くともカテーテルの先端部(例え
ば先端から5〜10α)の全周を被うことが作業が容易
で、かつガス透過膜の確実な被覆ができ好ましい。
ば先端から5〜10α)の全周を被うことが作業が容易
で、かつガス透過膜の確実な被覆ができ好ましい。
実施例
I 8 FETのゲート感応膜に8isNaを有するp
Hセンサー(長さ5簡巾400μ)と鎖線を塩素化して
作成シたAg−AgC1比較電極をナイロンカテーテル
(直径0.6 wg )に埋込み、その上にNaHOO
g を含むPVム水溶液を塗布し、さらにその上に種
々の光透過率とガス透過率を有するシリコンゴムを被覆
した第1図に示す炭酸ガスセンサーを作製し炭酸ガスセ
ンサーとして使用できるか否かを検討した結果を表−1
に示す。
Hセンサー(長さ5簡巾400μ)と鎖線を塩素化して
作成シたAg−AgC1比較電極をナイロンカテーテル
(直径0.6 wg )に埋込み、その上にNaHOO
g を含むPVム水溶液を塗布し、さらにその上に種
々の光透過率とガス透過率を有するシリコンゴムを被覆
した第1図に示す炭酸ガスセンサーを作製し炭酸ガスセ
ンサーとして使用できるか否かを検討した結果を表−1
に示す。
なお、シリコンゴムとしては信越化学■のRTV44K
Tを用いた。光感度はタングステンランプにて測定した
。また試料/I66は1)etakta社(西独)製8
i1iconkautsehuk 8ehlauche
00501−■tの赤色のシリコンチューブを用いた
。
Tを用いた。光感度はタングステンランプにて測定した
。また試料/I66は1)etakta社(西独)製8
i1iconkautsehuk 8ehlauche
00501−■tの赤色のシリコンチューブを用いた
。
第1図は本発明のガスセンサーの断面図である。
1・・・・・・ I S FE’l’
2・・・・・・カテーテル3・・・・・・ゲート部
4・・聞電極部5・・・・・・絶縁材料
6・・曲比較電極7・・・・・・親水性ポリマー
8・・曲シリコンゴム特許出願人 株式会社
り ラ し 代理人 弁理士本多 堅 第1図
2・・・・・・カテーテル3・・・・・・ゲート部
4・・聞電極部5・・・・・・絶縁材料
6・・曲比較電極7・・・・・・親水性ポリマー
8・・曲シリコンゴム特許出願人 株式会社
り ラ し 代理人 弁理士本多 堅 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、先端にゲート部と他端に電極部を有する細長状のゲ
ート絶縁型電界効果トランジスタ構造を有するイオンセ
ンサーの該ゲート部に隣接して比較電極を設け、該ゲー
ト部と比較電極の一部をガスを吸収する仁とによりイオ
ン濃度が変化するガス吸収液を含有する親水性ポリマー
で被覆するとともに、該親水性ポリマーの表面を400
〜1200gの光の透過率が10%以下で、かつ窒素ガ
ス透過係数(P)の膜厚(d)による商(P/d) b
s 2,5 X 1 o−’(cIr(8TP)/cj
I−8−csHg)以上であるシリコンゴムで被覆した
ことを特徴とするガスセンサー。 2、イオンセンサーと比較電極が可撓性の細管の先端に
収容されてなる特許請求の範囲第1項記載のガスセンサ
ー。 3、シリコンゴムが粒径30μ以下のカーボンブラック
を1%以上含有してなる特許請求の範囲第1項記載のガ
スセンサー。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58006120A JPS59131156A (ja) | 1983-01-17 | 1983-01-17 | ガスセンサ− |
US06/567,559 US4474183A (en) | 1983-01-17 | 1984-01-03 | Gas sensor |
EP84100455A EP0114077B1 (en) | 1983-01-17 | 1984-01-17 | Gas sensor |
DE8484100455T DE3483536D1 (de) | 1983-01-17 | 1984-01-17 | Gasfuehler. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58006120A JPS59131156A (ja) | 1983-01-17 | 1983-01-17 | ガスセンサ− |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59131156A true JPS59131156A (ja) | 1984-07-27 |
JPH0365491B2 JPH0365491B2 (ja) | 1991-10-14 |
Family
ID=11629643
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58006120A Granted JPS59131156A (ja) | 1983-01-17 | 1983-01-17 | ガスセンサ− |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4474183A (ja) |
EP (1) | EP0114077B1 (ja) |
JP (1) | JPS59131156A (ja) |
DE (1) | DE3483536D1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60125558A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-04 | Kuraray Co Ltd | ガスセンサ |
Families Citing this family (20)
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US4716887A (en) * | 1985-04-11 | 1988-01-05 | Telectronics N.V. | Apparatus and method for adjusting heart/pacer rate relative to cardiac pCO2 to obtain a required cardiac output |
US4921591A (en) * | 1987-10-13 | 1990-05-01 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Ion sensors and their divided parts |
US5124130A (en) * | 1990-05-22 | 1992-06-23 | Optex Biomedical, Inc. | Optical probe |
US5204265A (en) * | 1990-10-15 | 1993-04-20 | Puritan-Bennett Corporation | Method of stabilizing a carbon dioxide sensor |
US5117827A (en) * | 1990-10-26 | 1992-06-02 | Sandhill Scientific, Inc. | Apparatus and method for ambulatory reflux monitoring |
WO1992019150A1 (en) * | 1991-05-03 | 1992-11-12 | Innerspace, Inc. | Direct insertable tissue probe |
US5271398A (en) * | 1991-10-09 | 1993-12-21 | Optex Biomedical, Inc. | Intra-vessel measurement of blood parameters |
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US6572745B2 (en) * | 2001-03-23 | 2003-06-03 | Virotek, L.L.C. | Electrochemical sensor and method thereof |
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