JPS59183729A - 生体用電極及びその製法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はボーラログラフィを応用して生体中の成分′？
ｉ：宿１極反応で定量するために用いる関電極（便用電
極）表ｔｎ１の改良に関する。さらに詳しくは生［水中
に関電極を挿入して生体中の成分′？ｉ：直接連続的に
定温するために用いる金属間電極の改良に関する。

（従来技術） 従来より、金、白金、イリジウムや銀、銅等の貴金属あ
るいは蛍属製関電極を生体中に挿入して生体を介して銀
／塩化銀電極、カロメル電極等の不関電、極との１１１
１に微小電圧を印加して関市、極表面で醐化堰元反応を
行い、そこに生ずる酸化１買元１１ｔ、流、（例えば酸
素の場合還元電流）から生体中の成分（例えば酸素〕の
農度を求める方法が行わｎている。

体内に関電極を挿入すると嵜１枠表面に血液成分等の何
層するＨｌｖる血液汚れによる性能の低下が生じる。ま
たボーラログラフィはＩＰｌ電極と測電溶液との間の被
測定成分の濃度勾配による拡散電流を基本としているが
、生体は絶えず脈動等の運動を繰り返しており・従来の
金属電極ではこの脈動等の影響を強く受け、生体中に金
属ｒ！ＡＸ極を挿入して測定する方式では正確に定量を
行うことは困難であった。これらの欠点を解消するもの
として関′也極、不閃市、極及び電解質液をチューブ中
に内蔵し、チューブの少くとも一部に測定対象物が透過
する選択透過膜を備えた削る複合電極が提案されている
。しかしこのような複合電極は一本の電極とこｎらをか
こむ側１−液とを内蔵するチューブから構成されるため
電極形態が大きく、例えば太い血管のような特定の部位
にしか挿入できず、かつ生体の侵襲（生体の損傷、生体
への過度の刺激等）が大きいという欠点を有している。

一方上記欠点を解消する他の方法として間型極表面をポ
リヒドロキシエチルメタアクリレート、セロファン等の
親水性高分子からなる親水性、水彰潤選択透過換で被覆
し膜にとりこまｎた水を介して被測定物例えば酸素を電
極表面に到達せしめる方法も提案されている。しかし水
膨測候で゛電極面を被覆すると僕の膨潤状態により測定
感度が変化するため精度を高め難いこと、乾燥するとも
ろくなり破損が起り易いこと、水蒸気滅菌を行うと安定
性が低下し、工業的な殺菌法としては水蒸気滅菌し得な
いことなどの欠点を有している。本発明者らは上記欠点
を解消した間型極′？ｉ：提供すべく先に平均孔径２θ
Ａ〜０７μｍの微細孔を有する薄い緻密層を有する最外
層とこれに連続して一体化した平均孔径θ？７！＋ｍ以
上の微細孔を有する内層とからなるセルロースアセテー
ト俟で被覆した生体電極を提案した（特願昭Ａｒｔ−１
’ｌｌ／３’１号等）。

この゛電極は直径１００μ前後の金属間電極表面を平均
孔径コＯＡ〜０７μｍの微細孔を有する薄い緻密層を有
する最外層と平均孔径ａｔμｍ以上の微細孔を有する内
層とが一体化したセルロースアセテート多孔質模で被覆
されているため、開光極表面と被測定液との間に安定し
た接触状態が作り出され、組織あるいは血液の動きに影
響さｎることなく、精度がよく、電極面に於ける測定成
分消費の小さい生体電極であり、被覆膜が生体電極を覆
っているため電極の血液汚れによる性能低下が少なく、
かつ多孔質の内層に含まれた水により速かに酸素ガスの
電極面への拡散が行われるため応答性にも優れている。

該’ａ極はこのような優れた特徴を有するがセルロース
アセテートとしてアセチル化度がｌＩＯ％以下のものを
採用しており、アセチル化度かり０％以下の場合は非晶
質部分がセルロースアセテートの大部分を占めるため耐
熱性に劣り、ｇＯＣ以上の熱水処理により模溝造の変化
、誤強力の低下等が著しく、閃電極の定格値（一定の被
測定物濃度に対する酸化達元電流出力値）の変動、換の
破損、損傷等が起り易いという欠点がある□ しかるに臨床応用においては滅菌は不可欠であり、その
中では残存有害物のないこと、簡便性から高圧水蒸気滅
菌が多く用いられ局方（日本薬局処方）ではｌ：ｌθＣ
ＸコＯ分の高圧水蒸気滅菌が規定されている。したがっ
て該電極は性能低下を我慢して上記条件で水蒸気滅菌を
行うか、ＥＯＧ、ホルマリン等高圧水蒸気滅菌法に較べ
不便な滅菌法が限定されるという欠点を有する。

（発明の目的） 本発明は上記特願昭！；Ａ−／り／　／、７７号の改良
に関するものであり、該出願に示された電極の優れた性
能を保持しつつ、上記局方に規定される高圧水蒸気滅菌
に耐えられる電極を提供することにあり、かつ該電極の
生産性に優れた製法を提供することにある。

（発明の構成）、 即ち本発明はアセチル化度ダＯ％〜４（−％の角質化し
たセルロースアセテート多孔質候で金属電極の少くとも
°電極面を被覆した生体用電極にあり、また、水と相溶
性を有する溶剤を用いたアセチル化度１ＩＯＮＩＩコ％
のセルロースアセテート溶液からなるドープを金悶甫極
の電極面に付着させ水中に浸漬して脱溶媒する工程を１
回又は複数回行なって少くとも電極表面に多孔置換を形
成させた後、該膜を乾燥角質化させることを特徴とする
生体用電極の製法にある。

アセチル化度がｌＩＯ％より低いと先に述べたように高
圧水蒸気滅菌で膜構造の変化、膜強度の低下が生じ好ま
しくない。

アセチル化度がダニ％をこえるとセルロースアセテート
溶液の金属電極表面への付着性が恋く、歩留りが極端に
低下し、かつ映性能の再現性も低下する。従って工業と
しての生産性、均質性を向上させるためにアセチル化度
はｌｌ２％以下である必要がある。

本発明でいう角質化とはアセチル化度ｌＩＯ〜ｔＩ２％
のセルロースアセテート多孔質膜を電極上に形成した後
、水を多量に含んだ状態から乾燥熱処理することにより
セルロースアセテート中に存在する水酸基間の水素結合
を助成し、強固な多孔質構造とすることを意味し、これ
により高圧水蒸気滅菌性、角質化前より向上しり膜強度
が得られるものである。角質化の程度は例えば氷酢酸吸
収量等により確められ、本発明における角質化さｎた換
としては氷酢酸吸収量が７７７％（対乾燥重量）以下で
あることが好ましく、ＳＯ％以下であることがエリ好ま
しい。就中該氷酢酸吸収量が３０％以下であることがよ
り好ましい。

電極面上に形成され角質化された多孔質膜としては生体
中の被測定物質を透過せしめ電極面汚れ等の原因となる
血球成分あるいは目的によっては蛋白質等をも阻止する
ものであわば用いることができるが測定対象物が血中酸
素等のガス成分である場合は平均孔径コＯＡ〜０７μｍ
の緻密多孔質外層とこれに連続して一体化した平均孔径
θりμｍ以上の空隙を有する内層からなる候が好ましく
用いられる。緻密多孔質外層の平均孔径が一〇Ａ未満で
あると乾燥状態の電極を血管中あるいは組織中に挿入し
た場合、水俟層の形成が遅れ、安定した応答が得られる
までに時間がかかるＣ 一方該平均孔径が０７μｍより大きくなると血液中の血
球成分が孔を透過あるいは孔をふさぐため、ガス成分の
透過が悪くなる。この観点からｊ−ＯＡ　−０，１μｍ
がより好ましい。さらに内層の空隙の平均孔径も電極感
度及び膜強度に影響し、ガス成分の速やかな拡散を可能
ならしめるためには平均孔径ａりμｍ以上であることが
好ましく、僕の強力とガス成分の拡散性からＳμｍ以下
であることが好ましい。

なお、本発明でいう電極面とは金属電極の絶縁被覆され
ていない部分をいい、被覆ワイヤを切断した切断面があ
ってもよく、先端部に近い側面の被覆部分をはいだ部分
でもよい。

ますダＯ−ダコ％のアセチル化度のセルロースアセテー
ト溶液を調製するが、この溶液を得るためにはアセチル
化度ダＯＮケ一％のセルロースアセテートを溶剤に溶解
してもよく、アセチル化度が４１コ％以上のセルロース
アセテートを溶解して溶液とし、熟成によりアセチル化
度Ｂ＋θ〜ダコ％の範囲に入るようにしてもよい。

本発明で用いる水と相溶性を有する溶剤としては水と相
溶性′？ｒ：有し、セルロースアセテート全溶解する溶
剤であれは何でも用い得るが好ましくはギ酸、酢酸又は
トリフルオロ酢酸が好ましく用いらｎる。中でもギ酸が
より好ましく用いらｎる。セルロースアセテート浴液の
固形分濃度は金属電極面への付着作業性から選定される
が付層作業を常温で行う場合は２〜ｌθ％が好ましく、
ｓ−ｇ％がより好ましい。作業時溶液温度が低くなると
好ましいＩＩＡ度範囲は低濃度側にシフトする１頃同に
ある。

本発明で用いる電極としては金、白金、イリジウム等の
貴金属、あるいは銀、銅等の金属のワイヤが好ましく用
いられ、該ワイヤの直径は生体への侵襲２小さくするた
めに＆′ｉ−〇〜３００μｍ程度であり、可撓性がある
ことが好ましい。

ワイヤは電極面と計器等へつながる導線との結合部以外
は絶縁されている必要があり、例えばウレタン、ニゲキ
シ、ガラス等でワイヤ側部が被覆絶縁され、ている。

被覆絶縁され７Ｘ：貴金属あるいは金属ワイヤの例えば
先端を切断し、それ？すぐ、あるいは必要に応じて該切
断面（電極面〕を洗浄後・セルロースアセテート溶液を
例えば浸漬等により該電極面に付着させ、水中に浸漬し
て脱溶媒する工程を１回又は複数回行って電極面にセル
ロースアセテート候を形成きせる。換の孔径のコントロ
ールは溶液濃度、再生浴（水浴）温、再生タイミング等
の条件を適宜選択することにより行うことができる。ア
セチル化度が’１２％をこえると電極表面への付着、孔
径のフントロールが難しく、又・付着させても応答感度
が極端に低下する。これを乾燥、角質化することにより
本発明の生体用電極が得られる。

角質化は例えば熱風乾燥機中で乾燥することにより行い
得る。膜の含水率がＳＯ％以下程度になると急速に角質
化が進む。この場合乾燥条件、時間は所望の角質化の程
度にあわせ適宜選択すればよいが、水を多量に含んだ換
を１００Ｃ以上の高温で乾燥させると水が沸騰し、その
影響で膜が破壊されるあるいは漠構造が変わる懸念があ
るため１０θＣより低い温度で乾燥角質化を行い、含水
率が１９％以下に７：ｃつた段階でｔｏｏＣ以上の温度
で熱処理すると換の破壊や変質もなく角質化された良好
な侯で破壊さｎ。

た゛電極が得らｎる。

乾燥角質化をｌＯ〜ｑｏＣで行ない角質化後の熱処理を
７．２０〜／４０７）：でｌ〜Ｓ分程度行うことが好ま
しい。

上記工程で再生脱溶媒に用いる水としてはイオン交換水
を用いろことが好ましく、脱溶媒促進のためｌ１ｏ−ｔ
ｏｃの温水を用いるのが好ましい。

得られた多孔質俟電極は必要に応じてそのま”ｆ　又４
１セルロースアセテートの再活性が進まない条件例えば
ＳＯＣ以下の水に浸頷、あるいはさらに減比脱泡吸水化
を行って高庄蒸気滅菌して冥用に供することができる。

（実施例） 以下に生体内酸素分用測定用酸素電極を例にとり本発明
′ｆｒ：さらに詳細に説明する。

（効　果） 本発明により得られる生体用電極は換が高圧水蒸気滅菌
可能であり、高圧水蒸気滅菌処理しても膜強度、定格値
の変動の少ない生体用電極が得られる。

さらにアセチル化度の４２％より大きいセルロースアセ
テート溶液に較べて製模工程が容易となり一生産性も向
上する。

本発明の生体用電極は酸素電極を主体として説明したが
他の生体成分のボーラログラフイ測定にも応用でき、酸
素電極等にも応用可能である０ 実施例 アセチル化度ｑ夕０％のトリアセテートを固形分感度Ｓ
％で９ｇ％ギ酸に溶解し均一な溶液とした。これをダＯ
Ｃで熟成し各々アセチル化度ｌＩユ３％、ダＩｓ％、弘
ｏ、　ｇ％、ダ０．　／％、３ｑＳ％のセルロースアセ
テートギ酸溶液（ドープ）を得た。尚アセチル化度の測
定はアルカリケン化法によ−）た。別にポリウレタン換
で７０μｍの厚さで被覆した直径７００μの９９ｑ％白
金線の先端を鋭利な刃物で長さ方向に直角に切断し、新
しい白金断面を露出させ他端はウレタン被栓をはがし、
接続端子とした白金線を用意しｙ、：　、−この白金線
の先端を上記ドープに接触させ先端に該ドープを付着さ
せた后速かにＳＯＣのイオン父換水中に浸偵し、脱溶媒
して膨簡模を付層せしめた０ この段階に於てアセチル化度ｌＩ２．！ｒ％のドープか
らの付着は困難をきわめ安定した付着状態を得るのに他
の何倍かの時間を要し、熟成なしのアセチル化度１Ｉｔ
ｉ、ｏ％のドープでは満足な付着状態は得られなかった
。又ダθＳ％のものについてはこの工程を二面くり返し
たものを作成した。

次に膨潤膜のついた白金線を再度各々光に接触させたの
と同じドープに接触せしめ、該膜上にさらにドープを付
滑させコクＣで１０秒風乾した后ｒｏｃのイオン交換水
中に浸漬し白金線先端に再成換を形成した。

これをイオン交換水でよく洗浄した后、３０Ｃの熱風乾
燥機で含水量ｇ％になるまで乾燥し、次いで／ＡＯＣの
乾燥キュアーをＳ分間行ない、角質化したアセチルセル
ローズ多孔質膜が先端にイ」第１した白金市ａｉｉ１ｉ
を得た。こわらの白金電極の先端を顕微鏡で観察した結
果逆厚は、コ回付層のもので３０〜３Ｓμｍ　ｓ　Ｊ回
付着のもので（ドープのアセチル化度ダ０８％）ｌＩｏ
〜ｌＩ３μｍであった。

膜の表面及び断面を電子顕微鏡で観察した結果、緻密層
の平均孔径０３μ、厚さ約２〜３μであり・これに連続
一体化した内層は平均孔径３、３−　’４θμの多孔質
層であった。

これらの電極の先端をＳＯＣのイオン交換水中で３０分
処理し、先端被覆膜の空孔中に含水させた。各々の一部
は電極の他端を間型極接続端子に接続し銀／塩化銀電極
を不関電極として３７υの空気と平衡した生理食塩水即
ち酸素ガス、分圧約／！０ｍｍｋｇに対する出力を測定
した。

残りの電極をイオン　イオン交換水中に浸漬し１こまま
オートクレーブに入れ／、２０Ｊ：で２０分間高圧蒸気
滅菌した。

滅菌后の被覆多孔模の形状を顕微鏡下で観察した結果、
了セチル化度３９３％の７セチルセルローズよりなるも
のは全てＩＩ　Ｏ，／％のアセチルセルローズよりなる
ものの一部のものの換は破損又は損傷していた。

これらの滅菌上りの′＠″Ｌ極の他極の他端を間型極依
続端子に接続し銀／塩化銀電極を不関寅１極として１．
？？Ｃ空気と平衡した生理食塩水即ち酸素ガス分王約／
りｏ　ｍ　Ｈ９に対する出力を測足した結果アセチル化
度ダａＯ％、＋　ｏ、　ｇ％、ダ／Ｓ％のものでセルロ
ースアセテートを２回付増させたもの番まθ、２０θ×
１０　Ｎ／、ｌＯＯ×／　０−”　Ａでありアセチル化
度ダθＳ％のもので３回付Ｎざぜたもののそれは０．　
／　！；　ＯＸ　／ρ−７〜θ！；ＡＯ×１０”−”Ａ
であり各々対応するアセチル化度の俟２つけて滅菌しな
かったものの値と殆んど差異がなかった。又それらの動
揺影響はいずれも７０％以内であった。

一万ア七チル化度３９５％のものの出力は滅菌処理前は
０．．３００Ｘ１０−’〜／コＯＸ　／　０−？Ａ　。

動揺影響が２０％以内であったものが高田水蒸気滅菌後
は出力ＯＡ；００×／θ−“〜３．左θＸ　／　０−”
Ａ・動揺影響がｇθ〜１００％となり・水か気滅し］処
理による出力の変化及び電極間のブレが非常に大きく、
動揺影響も非常に大きくなって使用に耐える゛電極の収
率が大巾に低下した。

尚動揺影響は検体として生理食塩水を用い、これを攪拌
した場合の出力Ａ、攪拌しない場合とＡ２から次式で算
出した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　アセチル化度グ０〜ダ、２％の角質化したセルロー
   スアセテート多孔質膜で金属電極の少くとも電極向を被
   覆した生体用布枠 ユ　水と相溶性を有する溶剤にＪ：るアセチル化度ダＯ
   〜ダ２％のセルロースアセテート溶液を金属電極の少く
   とも電極面を被覆するよう付着させ、水中に浸漬して脱
   溶謀する工程を１回又は複数回行って少くとも電極向に
   多孔質挨を形成させた後、該摸を乾燥角質化させること
   を特徴とする生体用電極の製法 ３、　乾燥角質化′ｆｉ：ｌθθＣより低い温度で行い
   、かつ乾燥角質化後、さらに／　００Ｃ以上の温度で処
   理することを特徴とする特許請求の範囲第二項記載の生
   体用電極の製法