JPS63212332A

JPS63212332A - 測定用プローブの製造方法

Info

Publication number: JPS63212332A
Application number: JP63036426A
Authority: JP
Inventors: マーチン・ギユンター; ロタル・ラツプ
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1988-09-05
Also published as: SG76790G; DE3760300D1; EP0279004A1; US4900381A; EP0279004B1

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】〔発明の技術分野〕本発明は、測定用プローブを製造するための方法に関す
るものであり、とりわけ、選択性膜を有する少なくとも
１つのセンサーと、前記センサーの少なくとも一部をカ
バーし、にかわで前記センサーに固定された外装を備え
た、水素指数（ｐ　Ｈ）、血液酸素分圧（ｐｏｚ）、炭
酸ガス分圧＜ｐｃｏ□）、といった血液パラメータに対
する残血的測定（ｉｎｖａｓｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍ
ｅｎｔ）のための光学プローブに関するものである。

血液パラメータの残血的測定用プローブは、色素を含ん
だゲルゾーン（ｚｏｎｅ）で終端する光ファイバーを具
備した少なくとも１つのセンサーから構成されている。

該色素の光学的濃度やその他の光学パラメータは、測定
すべき血液パラメータ（例えば、水素指数）によって異
なる０色素を含むゲルのもう一方の側には、リフレクタ
が配置されている。光ファイバーの端部、ゲル、及びリ
フレクタは、半透過性エンベロープ（例えば、水素指数
用センサーの場合には、水素イオン透過性エンベロープ
）で包囲され、ゲルを所定位置に保持するようになって
いる。

この光ファイバーからの光は、色素を含んでいるゲルを
通過し、前記リフレクタによって反射され、もう一度該
ゲルを通り、光ファイバーを介して適当な検出器に送ら
れ、そこで、光の減衰または色素によって生じる他の光
学パラメータの変化が測定される。この減衰や変化は、
測定すべき血液パラメータの関数であり、減衰、吸収、
または他の光学パラメータと血液パラメータの変化との
関係については、衆知のところである。

こうしたプローブを患者の動脈に挿入することにより、
色素によって、水素指数、血液酸素分圧、炭酸ガス分圧
といった各種血液パラメータの測定ができるようになっ
ている。

ファイバーオプティックスによる水素指数測定に関する
さらに詳細な説明については、１９８０年５月発行のＪ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。

１４１頁“生理学的用途のための小型ファイバーオプテ
ィック式水素指数センサー（Ａ　ＭｉｎｉａｔｕｒｅＦ
ｉｂｅｒ　０ｐｔｉｃ　ｐＨ５ｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｏｌｏｇｉｃａｌＵｓｅ）”に見受けられる
。

単一のプローブに複数のセンサーまたはセンサーと安定
化コアを組み合わせねばならない場合には、重大な問題
が生じることになる。１つ以上の組法パラメータを測定
しなければならないとか、センサーの安定化が必要にな
る場合がこれに当る。

この場合、単数または複数のセンサーと安定化コアの両
方または一方を機械的に結合する必要がある。これは、
プローブの前方端をカバーし、イオン（水素指数センサ
ーの場合）または気体分子（血液酸素分圧センサーまた
は炭酸ガス分圧センサーの場合）が、センサーの透過性
エンベロープに達し、それを通過して、色素を含むゲル
内に拡散するように、適当な穿孔が施された外装（ｓｈ
ｅａ−ｔｈ）を用いることによって可能になる。咳外装
は、にかわすなわち接着剤（以下仮ににかわと総称する
）で固定しなければならない。

最も重要な問題は、にかわをセンサーに塗布すると、に
かわには、センサーに沿って移動すなわちはう傾向があ
り、この結果、選択性膜の拡散ゾーン、すなわち、ダイ
を含んでいるゲルの領域内における透過性エンベロープ
の表面に広がってしまうということである。結果として
、イオンまたは気体分子の選択性膜への到達が、不可能
または困難になる。こうしたプローブは、感度が無くな
ったり、あるいは、半時間かそれ以上にもなる非常に長
い時定数を有し、使用不能となる。

〔発明の目的〕

本発明の主たる目的は、外装の単数または複数のセンサ
への固定時に、にかわが移動すなわち流れて、選択性膜
の表面に広がるのを防ぐ、測定用プローブの製造法を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、上記の問題は、下記ステップに従うこ
とによって解決される：（１）　　センサーの選択性膜を（１，１）硬化性で、（１，２）前記にかわに対する耐性を備え、（１，３）
前記にかわとプローブの部材のどちらをも冒すことのな
い溶剤に溶けるカバー材料でカバーする。

（２）　　外装を前記にかわでセンサーに固定する。

（３）　　カバー材料を前記溶剤で選択性膜から溶解さ
せる。

通常、拡散ゾーン、すなわち、色素を含んだゲルをおお
う選択性膜をカバーしないようにした外装は、それぞれ
、特定の血液パラメータを測定することを目的とした、
いくつかのセンサーの端部にゆるくかぶせられる。次に
、カバー材料が選択性膜（拡散ゾーンの領域）につけら
れ、硬化する。

前記カバー材料は、気硬性（ａｉｒ−ｈａｒｄｅｎａｂ
ｌｅ）であることが望ましい、カバー材料が硬化すると
、適当な開口部からセンサーと外装の間へにかわが送り
込まれる。該開口部は、例えば、外装の前方端に設けて
もよいし、特別な穴であってもかまわない。次に、にか
わ、例えば、二成分にかわまたはエポキシが、センサー
をはって、外装内部に流れ込み、センサーと該外装を装
着する６選択性膜は、にかわに対し耐性のカバー材料で
カバーされているわけであり、にかわが表面をおおうこ
とはない。にかわが硬化すると、カバー材料は、にかわ
にもプローブの部材にも害を及ぼすことのない、できれ
ば、流体の、前記溶剤によって溶かされる。

望ましい実施例では、この溶剤は水であるが、アルコー
ルのような他の流体であっても、にかわまたはプローブ
の部材を冒さない。この目的によく適ったカバー材料は
、例えば、Ｎａ＝ＳｉＯ＝及びＮａｚ　ｓｔｏ、から成
るけい酸塩、あるいはに、ＳｉＯ，及びに、ＳｉＯ，か
ら成るけい酸塩といった、けい酸塩である。この要件を
満たす他の材料は、ゼラチン、またはペクチン、または
ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の融成物（ｍｅｌｔ
）のような有機物である。前記ポリエチレングリコール
は、４０℃〜５０℃の温度範囲で融解されて、選択性膜
に塗布され、室温で硬化する。さらににかわが硬化する
と、ＰＥＧが水で溶解される。

もちろん、上述の方法は、複数の光学センサーを含むプ
ローブに限定されたものではない。例えば、１つ以上の
センサーと、例えばワイヤ等の安定化コアでプローブを
構成することも可能である。

このワイヤは、拡散ゾーンの領域における単数または複
数のセンサーの安定化に用いられる。通常、拡散ゾーン
は、色素を含むゲル（膜でカバーされている）から成り
、機械的にあまり安定していない。

この新しい方法は、光学式プローブ以外のプローブの製
造にも利用することが可能である。例えば、センサーが
、選択性膜でカバーされたイオン感応性電界効果トラン
ジスタ（ＩＳＦＥＴ）で構成される場合にも適用可能で
ある。

この新しい方法は、一連の処理ステップが上述の順序と
異なる場合にも適用可能である。例えば、カバー材料が
硬化すると、センサーににかわを塗布し、それから、外
装をセンサーにかぶせる（センサーに外装をかぶせてか
らカバー材料やにかわを用いる既述の処理とは対照的で
ある）ことも可能である。

本発明による方法の主たる長所は、センサーを部分的に
カバーして、安定化させ、にかわがセンサーの選択性膜
の表面に広がらないように、従って、プローブの特性に
影響を与えないようにして、センサーににかわで固定さ
れた外装を有するプローブが製造できる点である。もう
１つの長所は、この方法の実施が極めて容易であり、と
りわけ、時間も付加的ツールも最小限ですむという点で
ある。さらにもう１つの長所は、にかわの適用量が正確
でなくてもかまわないという点である。さらに、必要と
される材料は、極めて安価であり、処理が容易である。

もちろん、この新しい方法は、単一のセンサー（安定化
コアさえ具備しない）とにかわで前記センサーへ固定さ
れる外装のみでプローブが構成される場合にも適用し得
るものである。

〔発明の実施例〕

第１図には、例えば、水素指数値のような血液バラメー
クに対する残血的測定用システムが示されている。光送
信装置１の光を、光ファイバー２の中へ導入する（矢印
２ａ参照）。患者の体内で折れる可能性がなく、ガンマ
線で殺菌できるという長所を備えた、プラろチック類の
ファイバーを利用するのが望ましい。通常、光パルス列
を用いるが、これは、厳密な要件ではない、光は、光カ
ップラ３を通って、患者の動脈内への挿入を意図したセ
ンサーの先端４に達する。センサーの先端４には、赤い
フェノールのような色素を動かぬように封じ込めたゲル
が含まれている。前記色素は、血液の水素指数（あるい
は、他の場合には、血液酸素分圧、炭酸ガス分圧）の値
に左右される少なくとも１つの光学パラメータ、できれ
ば、光の強度を変調する。変調された光は、反射によっ
て前記光ファイバーに送り込まれ、光カップラ３を通っ
て、受光装置５に達する（矢印５ａ参照）。

第２図には、第１図によるシステムを用いた光センサー
の先端４の詳細が示されている。光ファイバー６に導入
された光は色素を含むゲル７に達する。前記色素、例え
ば、赤いフェノールでその吸収スペクトルは、血液の水
素指数の値によって決まる０次に、光は、リフレクタ８
によって反射される。このリフレクタは、プラチナのよ
うな金属製であることが望ましく、この金属表面のゲル
７側が磨かれている。システム全体が選択性膜すなわち
エンベロープ９に納められているが、この膜は、水素イ
オン用のｐＨ電極の場合には、イオンまたはガス分子に
対し透過性であり、こうしたイオン／気体分子が色素を
含むゲルに達することができるようになっている。膜９
は、光ファイバー６及びリフレクタ−８へにかわ１０で
固定されている。膜９に望ましい材料は、セルロースの
ような親水性材料である。

第３図は、例えば、水素指数、血液酸素分圧、炭酸ガス
分圧といった各種血液パラメータを測定するための２つ
の光学センサーを含む、光学プローブの端部の透視図で
ある。各センサーは、第２図の例で既述のファイバー、
色素を含むゲル、リフレクタ、及び透過性または選択性
の膜から構成されている０例えば、水素指数センサーは
、全体が数字１１で示されているが、光ファイバー１２
、拡散ゾーン１３（この例では、色素を含むゲルは図示
せず）、及び、リフレクタ１４から構成されている。

センサー全体は、選択性膜１５で包囲されている。

血液酸素分圧センサーは、全体が数字１７で示されてい
る。血液酸素分圧センサーの代りに、炭酸ガス分圧セン
サーを用いることも可能である。プローブには、安定化
コア、この場合にはワイヤ１６も設けられており、とり
わけ拡散ゾーンの領域におけるプローブの機械的安定性
が保証されている。

２つのセンサー、水素指数センサー１１及び血液酸素分
圧センサー１７は、例えば、二成分にかわのようなにか
わで、センサー１１及び１７とワイヤ１６への固定され
た、例えば、ポリイミド製外装のような外装置８によっ
て包囲されている。前記外装には、患者の血液を拡散ゾ
ーンに接触させることができるように、少なくとも１つ
の開口部が備わっていなければならない０図示の例では
、外装置８は、２つの部分１８ａ及び１８ｂから成り、
これらは、単一センサー等の拡散ゾーンをカバーしてい
ない。

血液パラメータを測定するため、患者の動脈へプローブ
全体（参照番号１９）の挿入を意図したものが望ましい
、従って、このプローブの外径は、極めて小さいもので
なければならない、第３図のプローブは、外径が０．４
〜０．７ｆｉである（単一センサーの外径は、約０．１
２ｍｍ）　、もちろん、患者の静脈へプローブを挿入す
ることも可能である。

光ファイバーは、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）
光導体が望ましい。

もちろん、第３図の機械的設計は、２つの血液パラメー
タセンサーを組み合わせねばならない場合の適用に限定
されるものではない、３つ以上のセンサーを組み合わせ
ることも可能であり；１つだけしかセンサーを含んでい
ないプローブでさえ、外装で包囲することができるが、
この場合、前記外装が十分な機械的安定性を保証するこ
とになる。

（下記の例では一第６図及び第７図参照−１拡散ゾーン
の領域における機械的安定性も保証する、もう１つの外
装について説明を行うことにする。）第３図の主要機械
設計を施したもう１つのプローブは、２つの光ファイバ
ーから成り、その一方は、伝送装置からの光を拡散ゾー
ンへ導き、もう一方は、反射光を導いて、受光装置に送
り出す（第１図に示す構成とは異なっている）。

第４図は、第３図に示すプローブの縦断面図である。こ
の縦断面図によれば、プローブの外側端は、右手側にあ
り、第３図のように左手側にはない。

第４図の′ｉａ断面図には、説明のため、２つの光学セ
ンサー１１及び１７シか示されておらず、安定化ワイヤ
は示されていない。水素指数センサーの部材である、光
ファイバー１２、リフレクタ１４（磨かれた表面を有す
るプラチナワイヤ）及び、選択性膜１５は、第３図に示
すところと同じである。第４図の図面には、拡散ゾーン
における色素を含むゲルが示されており、１３′で表示
されている。血液酸素分圧センサー１７の主要機械的設
計は、水素指数センサー１１と同じである。

第４図には、外装工８の部分１８ａ及び１８ｂをにかわ
でセンサーに固定する効果が示されている。にかわ２０
は、センサーに沿って流れ、拡散ゾーン、すなわち、選
択性膜の表面に広がるが、これによって、プローブが使
用不能になる、すなわち、その時定数が許容できない値
にまで増大する。この効果は、例えば、最初に外装をセ
ンサーにかぶせ、それから、適当な開口部を介してにか
わを塗布するのか、あるいは、最初にセンサーににかわ
を塗布してから、センサーに外装をかぶせるのかといっ
た、製造ステップの順序によって左右される。

第５ａ〜５０図は、第４図と同様の縦断面図であるが、
“製造工程の終了後、選択性膜かにかわを免れるので、
時定数ができる限り短縮されることが保証される”とい
う本発明による方法を示している。用いられている参照
番号は、第３図及び第４図と同じである（ただし、これ
らの図は新しい方法を示すものではない）。

第５ａ図によれば、外装工８の２つの部分１８ａ及び１
８ｂが光学センサーにかぶせられる。けい酸塩溶液２１
が拡散ゾーンに広がり、その全体をカバーする。けい酸
塩が（空気の影響で）硬化すると、第１５ｂ図に示すよ
うに、外装工８の開口部からにかわが送り込まれる。け
い酸塩が硬化したばかりなので、にかわ２２は、センサ
ーの拡散ゾーンに広がることができない。例えば、部分
１８ｂの前部穴（参照番号２３）と部分１８ａのモニタ
ー側の開口部（第５ｂ図には不図示）の両方、または、
一方からにかわを送り込むことができる。

けい酸塩の配給量によっては、にかわが、センサーの内
側に沿って流れ込む可能性がある（矢印２４で示す）。

これは、けい酸塩がセンサーの外側表面しかカバーしな
い、例えば、矢印２４の領域がけい酸塩でおおわれてい
ないような場合にも、起り得ることである。一方、セン
サーの拡散ゾーン全体がけい酸塩でカバーされることも
あり得るが、この場合には、にかわは、その内側表面に
沿って入り込むことができない。

にかわ２２が硬化すると、けい酸塩２１は水で溶解され
る。水によってプローブのコンポーネントのどれかが冒
されるということはない、第５Ｃ図には、けい酸塩を除
去した後の、プローブの端部が示されている。この場合
、外装工８は光学センサーに完全に固定されているが、
拡散ゾーンはカバーしていない、従って、血液パラメー
タセンサーの時定数は影響を受けない、すなわち、測定
すべき値はできるだけ迅速に表示することができる。こ
の方法全体が侵食性の溶剤や温度の上昇を必要としてい
ない。また、血液凝固に対する医療用途においては危険
を生じる可能性のあるプローブ内の空洞がないことも保
証される。さらに、硬化したにかわ２２が鋭いエツジを
形成することもないので、患者の体内へプローブを挿入
しても危険がない。

第６図には、けい酸塩の溶解前における、もう１つの外
装を備えたプローブが示されている。

２つのセンサー２５及び２６は、選択性膜２７及び２８
で包囲されているが、これらは、それぞれ、リフレクタ
３１及び３２だけでな（、色素を含んだゲル２９及び３
０もカバーしている。送信装置／受光装置の側では、こ
れらセンサーは、ケーブル用外装３３によって包囲され
ている。先端用外装３４は、金属製、特にステンレスス
チール製であり、２つの開口部３５ａ及び３５ｂを備え
ていて、血液がセンサーの選択性膜に達することができ
るようになっている。

さらに、拡散ゾーンの頭載における良効なａ械的安定性
も保証されている。

第６図の図面の場合、にかわ３６は硬化したばかりのと
ころだが、けい酸塩３７はまだ水に溶けていない。第５
ａ〜５０図の例と同様、けい酸塩によって選択製膜が保
護されているので、にかわがその表面に広がることはで
きない。

第６図に示すプローブの製造工程は、第５ａ〜５Ｃ図に
示すプローブに対する工程とほぼ同じである。すなわち
、けい酸塩が硬化すると、外装３４の先端開口部３８と
付加開口部３９からにかわが送り込まれる。

第７図は、第６図のプローブの透視図であり、外装３４
とその開口部３５ａ及び３５ｂの改良結果が示されてい
る。この図には、にかわも、けい酸塩も示されていない
。

〔発明の効果〕

本発明による方法の主たる長所は、センサーを部分的に
カバーして、安定化させ、にかわがセンサーの選択性膜
の表面に広がらないように、従って、プローブの特性に
影響を与えないようにして、センサーににかわで固定さ
れた外装を有するプローブが製造できる点である。もう
１つの長所は、この方法の実施が極めて容易であり、と
りわけ、時間も、付加的ツールも最小限ですむという点
である。さらにもう１つの長所は、にかわの通用量が正
確でなくてもかまわないという点である。さらに、必要
とされる材料は、極めて安価であり、処理が容易である
。

もちろん、この新しい方法は、単一のセンサー（安定化
コアさえ具備しない）とにかわで前記センサーへ固定さ
れる外装のみでプローブが構成される場合にも適用し得
るものである。従って実用に供して有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される血液パラメータ測定のため
の光学システムのブロック図、第２図は単一センサの縦
断面図、第３図は複数のセンサを有する光学プローブの
透視図、第４図は欲せざるにかわの流れを説明した前記
光学プローブの縦断面図、第５ａ図〜第５ｃ図は本発明
の一実施例の方法を説明するための前記プローブの翼端
の縦断面図、第６図は別の型の外装を有する別のプロー
ブの縦断面図、第７図は第６図のプローブの透視図であ
る。１：光送信装置；　　２：光ファイバー；３：光カプラ
；　　　４：　（センサーの）先端；５：受光装置；　
　　６：光ファイバー；７：　（色素を含む）ゲル；

Claims

【特許請求の範囲】

（１）接着剤によって外装を添付する第１の部材群を載
置する第１の領域と第２の部材群を載置し、前記第１の
領域に近接する第２の領域を有する測定用プローブを製
造する方法において、前記接着剤を前記第２の領域に入
らないように前記外装を前記接着剤で添付するようにし
た下記の（イ）〜（ハ）のステップより成る測定用プロ
ーブの製造方法。（イ）前記第２の領域をカバー材で被うステップ該カバ
ー材料は硬化性と、前記接着剤に対する耐性とを有し、
前記第１、第２の部材及び前記接着剤のいずれをも冒す
ことのなく、且つ前記カバー材料の硬化を妨げない溶剤
で溶解する。（ロ）前記接着剤によって前記第１の領域に前記外装を
添付し前記接着剤を固化させるステップ。（ハ）前記溶剤により前記カバー材料を溶解するステッ
プ。
（２）下記の（イ）〜（ハ）のステップより成るｐＨ、
ｐＯ＿２、あるいはｐＣＯ＿２等の血液パラメータの観
血的測定を行う部材を載置した測定用プローブ、特に光
学プローブの製造方法、該光学プローブは少なくとも１
つのセンサを有し、該センサは選択性膜と少なくとも該
センサの１部分を被覆し接着剤によって該センサに固定
される外装を有する。（イ）前記センサの前記選択性膜をカバー材料でカバー
するステップ、カバー材料は、硬化性で前記接着剤に対
する耐性を有し、前記部材及び前記接着剤のいずれをも
冒さない溶剤に溶解する。（ロ）前記外装を前記センサに前記接着剤で固定するス
テップ。（ハ）前記溶剤により前記選択性膜から前記カバー材料
を溶解するステップ。