JPS6248188B2 - - Google Patents
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- JPS6248188B2 JPS6248188B2 JP54078467A JP7846779A JPS6248188B2 JP S6248188 B2 JPS6248188 B2 JP S6248188B2 JP 54078467 A JP54078467 A JP 54078467A JP 7846779 A JP7846779 A JP 7846779A JP S6248188 B2 JPS6248188 B2 JP S6248188B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はゲート絶縁型電界効果トランジスタ構
造を有する水素イオン感応FET変換器(以下
FET変換器という)を用いたガスセンサの製造
方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a hydrogen ion sensitive FET converter (hereinafter referred to as a hydrogen ion sensitive FET converter) having a gate insulated field effect transistor structure.
This paper relates to a method for manufacturing a gas sensor using a FET converter (FET converter).
炭酸ガス、アンモニアガスなどのガス濃度測定
は工業用途において重要である。また、近年医
学、生理学分野において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、一細胞中の炭酸ガス濃度の測定が
重要な知見を与えるし、また医学においては、麻
酔患者や重症患者、回復室の患者の血中炭酸ガス
濃度の継続的な測定が緊急事態の発見に役立つて
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炭酸ガスセ
ンサが必要とされる。 Measuring the concentration of gases such as carbon dioxide and ammonia gas is important in industrial applications. Furthermore, in recent years, the measurement of gas concentrations in living organisms has begun to be considered important in the fields of medicine and physiology. For example, in physiology, measuring the carbon dioxide concentration in a single cell provides important information, and in medicine, it is urgent to continuously measure the blood carbon dioxide concentration of anesthesia patients, critically ill patients, and patients in the recovery room. It helps in discovering the situation. Such a purpose requires an extremely small carbon dioxide sensor that can be inserted into cells or blood vessels.
上記目的のために従来より用いられていた炭酸
ガスセンサは微小なPH感応ガラス電極を使用した
ものである。このセンサは第1図に模式的に示す
ようにPH感応ガラス電極1とAg−AgCl比較電極
2と重炭酸ソーダ(NaHCO3)水溶液3及びガス
透過膜4で構成されSeveringhansタイプの炭酸
ガスセンサと呼ばれている。このセンサは水に溶
解した炭酸ガスが解離してH+イオンとHCO3 -イ
オンを生じることを利用している。すなわち
CO2は水に溶解すると炭酸を生じ、その解離に
よつてH+イオンを生成する。 Carbon dioxide sensors conventionally used for the above purpose use minute PH-sensitive glass electrodes. As schematically shown in Fig. 1, this sensor is composed of a PH-sensitive glass electrode 1, an Ag-AgCl reference electrode 2, a sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) aqueous solution 3, and a gas permeable membrane 4, and is called a Severinghans type carbon dioxide sensor. There is. This sensor utilizes the fact that carbon dioxide gas dissolved in water dissociates to produce H + ions and HCO 3 - ions. That is, when CO 2 dissolves in water, it produces carbonic acid, and its dissociation produces H + ions.
H2O+CO2H2CO3H++HCO3 - (1)
したがつて、溶存CO2の濃度とH+イオン濃度
との間にはつぎのような関係がある。 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + +HCO 3 - (1) Therefore, the following relationship exists between the concentration of dissolved CO 2 and the concentration of H + ions.
〔HCO3 −〕〔H+〕/CO2=K (2)
一方、溶存CO2の濃度は気相CO2の分圧Pco2に
比例する。 [ HCO3 - ][H + ]/ CO2 =K (2) On the other hand, the concentration of dissolved CO2 is proportional to the partial pressure Pco2 of gaseous CO2 .
〔CO2〕=αPco2 (3)
これらの式を用い、−log〔H+〕=PH、logK=
pKとするといわゆるHenderson−Hasselbalchの
式としてよく知られている関係を導くことができ
る。 [CO 2 ]=αPco 2 (3) Using these equations, −log[H + ]=PH, logK=
If pK is used, a relationship well known as the so-called Henderson-Hasselbalch equation can be derived.
log(Pco2)=−PH+log〔HCO3 -〕+pK
−logα (4)
ここで、水溶液中にNaHCO3等の重炭酸イオン
を生ずる電解質やCO2以外のH+イオン源が含ま
れていない場合、〔H+〕=〔HCO3 -〕の関係が成立
するので
log(Pco2)=−2PH+pK−logα (5)
となる。一定の温度下ではKもαも定数であるの
で(5)式は
PH=−1/2log(Pco2)+constant (6)
となる。一方、溶液中に、溶存CO2に比べて過剰
のNaHCO3が溶解している場合〔HCO3 -〕も一定
となるので(4)式より
PH=−log(Pco2)+constant (7)
となる。以上の説明から明らかなように、溶液の
PHは炭酸ガスの分圧の対数に比例して変化する。
このことを利用してPH感応電極によつて溶存CO2
量を定量することができる。ここでNaHCO3等の
電解質の効果は(6)式と(7)式の比較から明らかなよ
うに、PHとlog(Pco2)間の比例関係の比例係数を
2倍にすること、即ちPH電極の出力を2倍にする
ことにある。log (Pco 2 ) = -PH + log [HCO 3 - ] + pK - log α (4) Here, if the aqueous solution does not contain an electrolyte that produces bicarbonate ions such as NaHCO 3 or a source of H + ions other than CO 2 , [H + ]=[HCO 3 − ] holds, so log(Pco 2 )=−2PH+pK−logα (5). Since both K and α are constants under a constant temperature, equation (5) becomes PH=−1/2log(Pco 2 )+constant (6). On the other hand, if an excess of NaHCO 3 compared to dissolved CO 2 is dissolved in the solution, [HCO 3 - ] also remains constant, so from equation (4), PH=-log(Pco 2 )+constant (7) Become. As is clear from the above explanation, the solution
PH changes in proportion to the logarithm of the partial pressure of carbon dioxide.
Taking advantage of this fact, dissolved CO 2 can be removed using a PH-sensitive electrode.
The amount can be quantified. Here, as is clear from the comparison of equations (6) and (7), the effect of electrolytes such as NaHCO 3 is to double the proportionality coefficient of the proportional relationship between PH and log(Pco 2 ), that is, PH The purpose is to double the output of the electrode.
炭酸ガスのように水に溶けて水素イオンを生成
し水溶液のPHを変化させるガスは次に示すように
多くのものがある。 There are many gases such as carbon dioxide that dissolve in water to generate hydrogen ions and change the pH of the aqueous solution, as shown below.
CO2+H2OH++HCO3 -
NH3+H2ONH4 ++OH-
SO2+H2OH++HSO3 -
2NO2+H2O2H++NO3 -+NO2 -
X2+H2O2H++XO-+X-(X=Cl、Br、l)
また、上述のように水に溶けはじめて水素イオ
ンを生成するものではなくても、ある程度以上の
蒸気圧を有する酸類についてもPH感応ガラス電極
による定量分析が可能である。例えば酢酸ガスは
水に溶けて水素イオンを生成する。CO 2 +H 2 OH + +HCO 3 - NH 3 +H 2 ONH 4 + +OH - SO 2 +H 2 OH + +HSO 3 - 2NO 2 +H 2 O2H + +NO 3 - +NO 2 - X 2 +H 2 O2H + +XO - +X - ( (X = Cl, Br, l) Furthermore, as mentioned above, even if acids do not begin to dissolve in water to generate hydrogen ions, quantitative analysis using a PH-sensitive glass electrode is possible for acids that have a vapor pressure above a certain level. . For example, acetic acid gas dissolves in water and produces hydrogen ions.
CH3COOHH++CH3COO-
この様な反応を利用すれば、アンモニアガスセ
ンサはガス透過性膜、アンモニウムイオンを有す
る塩又はポリイオンを含む水相、Ag−AgCl電極
及びPH感応電極から作製することができる。 CH 3 COOHH + + CH 3 COO -Using such a reaction, an ammonia gas sensor can be fabricated from a gas-permeable membrane, an aqueous phase containing a salt or polyion with ammonium ions, an Ag-AgCl electrode, and a PH-sensitive electrode. can.
また亜硫酸ガスセンサは亜硫酸イオンを有する
塩又はポリイオンを含む水相を用いればよい。 Further, the sulfur dioxide gas sensor may use an aqueous phase containing a salt or polyion containing sulfite ions.
このような原理を用いた種々のガスセンサは医
学、生理学分野、特に生体中のガス濃度測定に用
いる場合、生体組織に挿入して使用される。その
ため、上記ガスセンサを小型化する、言い換えれ
ばPH感応電極を小型化する必要がある。しかしな
がら従来のガラス電極を小型化した場合、次のよ
うな問題が生じることが知られている。 Various gas sensors using such a principle are inserted into living tissue when used in the medical and physiological fields, particularly for measuring gas concentrations in living bodies. Therefore, it is necessary to downsize the gas sensor, or in other words, downsize the PH-sensitive electrode. However, it is known that the following problems occur when conventional glass electrodes are miniaturized.
(a) ガラス膜の抵抗値が約10MΩであるため高入
力抵抗値の増巾器が必要である。(a) Since the resistance value of the glass membrane is approximately 10MΩ, an amplifier with a high input resistance value is required.
(b) ガラス膜は薄いため機械的強度が低い。(b) Glass membranes are thin and have low mechanical strength.
(c) 電極面積が小さくなるため、ガラス膜の抵抗
値が高くなる。(c) Since the electrode area becomes smaller, the resistance value of the glass film increases.
そのため、測定装置が大型で複雑となり、かつ
電極そのものがもろくてこわれやすいため、特に
生体組織に挿入して生体中のガス濃度を測定する
センサとしては実用上問題があつた。 As a result, the measuring device is large and complicated, and the electrode itself is fragile and easily damaged, which poses practical problems, particularly as a sensor for measuring gas concentrations in living organisms by inserting them into living tissues.
一方ガラス電極の代りに金属酸化物の固体PH電
極を用いた炭酸ガスセンサが米国特許第3719576
号などに開示されている。このセンサはガラス電
極を用いたセンサより小型で、かつ細く、生体組
織に挿入して使用するセンサとして好適ではある
が
(a) 固体電極を用いているためにセンサが非可撓
性である。 On the other hand, a carbon dioxide sensor using a solid PH electrode made of metal oxide instead of a glass electrode is disclosed in US Patent No. 3719576.
It is disclosed in the issue. This sensor is smaller and thinner than a sensor using a glass electrode, and is suitable for use as a sensor inserted into living tissue, but (a) the sensor is inflexible because it uses a solid electrode.
(b) 小型化により電気抵抗が高くなる。(b) Electrical resistance increases due to miniaturization.
などの欠点を有している。そのため小型化にも限
度があつた。It has drawbacks such as: Therefore, there was a limit to miniaturization.
このような問題はガラス電極及び固体電極の代
りに最近開発されたゲート絶縁型電界効果トラン
ジスタ構造を有する水素イオン感応FET変換器
を用いることによつて解決された。かかるPH感応
FET変換器を用いたガスセンサは本願出願人が
特開昭53−149396号に開示したようにPH感応
FET変換器と比較電極を離間してチユーブ内に
挿入し、リード線接続部と管壁間に電気絶縁樹脂
を注入して管を閉塞し、チユーブ先端にガス透過
性膜を被覆して、この膜と管壁で形成される空間
に電解液を注入した構造である。しかし上記
FET変換器を用いたガスセンサは構造上解決す
べき種々の問題点があつた。すなわち、
(a) ガスセンサを小型化するためには電解液室を
小さくする必要があるが、そうするとこの室に
封入される電解液量が少なくなる。そのため測
定中の電解液の洩れや蒸発により長時間の連続
測定が困難である。 These problems have been solved by using a recently developed hydrogen ion sensitive FET converter having a gate insulated field effect transistor structure instead of glass and solid electrodes. Such PH sensitivity
Gas sensors using FET converters are PH sensitive as disclosed by the applicant in Japanese Patent Application Laid-open No. 149396/1983.
The FET converter and reference electrode are separated and inserted into the tube, electrically insulating resin is injected between the lead wire connection and the tube wall to close the tube, and the tip of the tube is covered with a gas permeable membrane. It has a structure in which electrolyte is injected into the space formed by the membrane and tube wall. But above
Gas sensors using FET converters have various structural problems that need to be solved. That is, (a) in order to downsize the gas sensor, it is necessary to make the electrolyte chamber smaller, but this will reduce the amount of electrolyte sealed in this chamber. Therefore, continuous measurement over a long period of time is difficult due to leakage or evaporation of the electrolyte during measurement.
(b) 電解液として高分子電解質溶液を使用する場
合には、かかる高分子には陽イオン電解質と電
解液保持体を兼ねさせているので、かかる系で
は高分子電解質による緩衝作用のため、とくに
低ガス濃度での感度が低下する不都合が起こ
る。(b) When a polymer electrolyte solution is used as the electrolyte, the polymer serves both as a cationic electrolyte and as an electrolyte holder, so in such a system, due to the buffering effect of the polymer electrolyte, This causes the disadvantage that the sensitivity at low gas concentrations decreases.
PH感応FET変換器を用いたガスセンサの上記
欠点を解消した炭酸ガスセンサが松尾らにより第
18回日本ME学会大会(昭和54年5月)で提案さ
れた。このセンサは第2図に示すようにPH感応
FET変換器5の表面にAg−AgCl比較電極6を蒸
着してガラス管7内に挿入し、リード線接続部と
チユーブ内壁間に電気絶縁樹脂8を充填してチユ
ーブを閉塞し、ガス透過性膜10とAg−AgCl及
びFETのゲート部との間に形成された空間9に
重炭酸ソーダ水溶液を封入した構造である。また
上記センサは次のようにして製作される、すなわ
ちFET変換器5の表面にAg−AgCl比較電極6を
蒸着した後、FET変換器のゲート部と比較電極
の一部にまたがるようにしてアルミニウムを蒸着
し、その表面にガス透過膜用の弗素樹脂を被覆
し、次に電解によりアルミニウム層を除去して、
弗素樹脂被覆とFET変換器のゲート部と比較電
極の一部との間に空間を形成した後、この空間に
注射器で電解液を注入して、注入孔をシリコン樹
脂で封鎖する。しかし上記電解液注入空間形成時
に比較電極の銀がアルミニウムで汚染され、その
結果シグナルが不安定となる上、製造法が複雑な
ため再現性のあるセンサを製作することが極めて
困難であつた。 Matsuo et al. have developed a carbon dioxide gas sensor that eliminates the above-mentioned drawbacks of gas sensors using PH-sensitive FET converters.
It was proposed at the 18th Japan ME Society Conference (May 1978). This sensor is PH sensitive as shown in Figure 2.
An Ag-AgCl comparison electrode 6 is vapor-deposited on the surface of the FET converter 5 and inserted into the glass tube 7, and an electrically insulating resin 8 is filled between the lead wire connection part and the inner wall of the tube to close the tube and make it gas permeable. It has a structure in which a sodium bicarbonate aqueous solution is sealed in a space 9 formed between the membrane 10 and the Ag-AgCl and gate portions of the FET. The above sensor is manufactured in the following manner. After depositing the Ag-AgCl comparison electrode 6 on the surface of the FET converter 5, aluminum is evaporated, the surface is coated with a fluororesin for a gas permeable membrane, and then the aluminum layer is removed by electrolysis.
After forming a space between the fluororesin coating, the gate part of the FET converter, and a part of the reference electrode, an electrolytic solution is injected into this space using a syringe, and the injection hole is sealed with silicone resin. However, when forming the electrolyte injection space, the silver of the reference electrode becomes contaminated with aluminum, resulting in unstable signals, and the manufacturing method is complicated, making it extremely difficult to produce a sensor with reproducibility.
したがつて本発明の目的は長期間常に安定した
正しい測定値を示すガスセンサの製造方法を提供
することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gas sensor that always provides stable and correct measurement values over a long period of time.
本発明の他の目的は生体中に挿入できる小型の
ガスセンサの製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a small gas sensor that can be inserted into a living body.
本発明の別の目的は製造が容易で多量生産に適
したガスセンサの製造方法を提供することであ
る。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gas sensor that is easy to manufacture and suitable for mass production.
本発明はゲート絶縁型電界効果トランジスタ構
造を有する水素イオン感応FET変換器のゲート
部に近接してその基板上に比較電極を配置する工
程、該FET変換器と比較電極に接着されたリー
ド線の接続部を絶縁する工程、リード線を接続し
たFET変換器のゲート部と比較電極の一部が可
撓性チユーブの開孔部に位置するように収容し、
かつ少くともチユーブ内壁とリード線接続部間に
電気絶縁樹脂を充填してチユーブを閉塞する工
程、FET変換器のゲート部と比較電極の一部を
電解質を含む非電解質性の親水性ポリマーで被覆
する工程、該親水性ポリマーを乾燥する工程、該
乾燥した該親水性ポリマー層の表面にガス透過性
ポリマーを被覆する工程および該親水性ポリマー
層を吸湿させる工程よりなる水素イオン感応
FET変換器を用いたガスセンサの製造方法であ
る。 The present invention relates to a step of arranging a reference electrode on a substrate of a hydrogen ion sensitive FET converter having a gate insulated field effect transistor structure in close proximity to the gate thereof, and a step of arranging a reference electrode on a substrate of a hydrogen ion sensitive FET converter having a gate insulated field effect transistor structure. The step of insulating the connection part is to accommodate the gate part of the FET converter to which the lead wire is connected and a part of the reference electrode to be located in the opening part of the flexible tube.
and a process of filling at least an electrically insulating resin between the inner wall of the tube and the lead wire connection part to close the tube, and coating a part of the gate part of the FET converter and the reference electrode with a non-electrolytic hydrophilic polymer containing an electrolyte. a step of drying the hydrophilic polymer, a step of coating the surface of the dried hydrophilic polymer layer with a gas permeable polymer, and a step of allowing the hydrophilic polymer layer to absorb moisture.
This is a method for manufacturing a gas sensor using a FET converter.
第3図は本発明のガスセンサに用いるPH感応
FET変換器21の一例を示す平面図である。こ
のFET変換器21は、例えば幅0.4mm、長さ5mm
の細長形状のもので、一端部にゲート部22を、
他端部にドレイン端子23、ソース・端子24を
具える。かかるFET変換器の具体的構造は、本
願出願人が提案した特開昭54−66194号に記載さ
れている。ゲート部22は第4図に第3図のA−
A断面図を示すように、シリコン基板25にドレ
イン拡散領域26及びソース拡散領域27を形成
し全体を酸化膜29及び窒化シリコン膜30で順
次に被覆して構成する。上記膜を有するセンサは
水素イオンに感応する。 Figure 3 shows the PH sensitivity used in the gas sensor of the present invention.
2 is a plan view showing an example of a FET converter 21. FIG. This FET converter 21 has a width of 0.4 mm and a length of 5 mm, for example.
It has an elongated shape with a gate part 22 at one end,
A drain terminal 23 and a source terminal 24 are provided at the other end. The specific structure of such a FET converter is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-66194, which was proposed by the applicant of the present invention. The gate portion 22 is shown in FIG. 4 and A- in FIG. 3.
As shown in cross-sectional view A, a drain diffusion region 26 and a source diffusion region 27 are formed in a silicon substrate 25, and the entire structure is sequentially covered with an oxide film 29 and a silicon nitride film 30. The sensor with the membrane described above is sensitive to hydrogen ions.
第5図は上記FET変換器21のゲート部22
に近接して、比較電極31をFET基板上に配置
した一例を示す平面図である。比較電極は第5図
に示すようにFET基板上に蒸着して一体化して
も、あるいは比較電極をFET基板上に載置して
もよい。この比較電極31は第6図に第5図のB
−B断面図を示すように、例えば銀32及び塩化
銀33で構成されている。上記Ag−AgClは蒸着
とメツキ及び電解により作製することができる。
Ag−AgCl層は例えばFET表面のSi3N4層上に銀
層を蒸着あるいはメツキにより設け、これを、さ
らにNaCl溶液中でSi3N4上に蒸着されたAg極を陽
極にして電解を行なうことにより銀層の表面が塩
素化されてAg−AgCl比較電極を作製することが
できる。また比較電極の形状及び配置も重要でゲ
ート部と比較電極間の距離L(第5図)が大きい
と誘導によるノイズをひろいやすくなるのでゲー
ト部と比較電極の間の距離Lは2mm以下にするこ
とが好ましい。この距離が2mm以下ではノイズは
実用上全く問題がない。比較電極のリード線接続
部とFETのゲート部間との短絡を防ぐため比較
電極はFET変換器の形状と同様の細長状の形状
とし、その端部にリード線を接続して、ゲート部
とリード線接続部との間の距離を可能な限り大き
くすることが好ましい。 FIG. 5 shows the gate section 22 of the FET converter 21.
FIG. 3 is a plan view showing an example in which a comparison electrode 31 is placed on the FET substrate in close proximity to the FET substrate. The comparison electrode may be integrally deposited on the FET substrate as shown in FIG. 5, or the comparison electrode may be placed on the FET substrate. This comparison electrode 31 is shown in FIG.
As shown in the -B cross-sectional view, it is made of, for example, silver 32 and silver chloride 33. The above Ag-AgCl can be produced by vapor deposition, plating, and electrolysis.
For example, the Ag-AgCl layer is formed by depositing or plating a silver layer on the Si 3 N 4 layer on the FET surface, and then electrolyzing this layer in a NaCl solution using the Ag electrode deposited on the Si 3 N 4 as an anode. By doing so, the surface of the silver layer is chlorinated and an Ag-AgCl comparison electrode can be produced. The shape and arrangement of the reference electrode are also important; if the distance L between the gate part and the reference electrode (Fig. 5) is large, it will be easier to pick up noise due to induction, so the distance L between the gate part and the reference electrode should be 2 mm or less. It is preferable. When this distance is 2 mm or less, noise poses no practical problem. In order to prevent a short circuit between the lead wire connection part of the reference electrode and the gate part of the FET, the reference electrode has an elongated shape similar to the shape of the FET converter, and the lead wire is connected to the end of the reference electrode to prevent a short circuit between the lead wire connection part of the reference electrode and the gate part of the FET. It is preferable to make the distance between the lead wire connection part and the lead wire connection part as large as possible.
第7図は本発明のガスセンサの構成を示す要部
断面図である。このセンサは可撓性のチユーブ4
0の先端部内に第5図及び第6図に示す比較電極
31を基板上に蒸着したPH感応FET変換器21
をそのゲート部22をチユーブ40の先端開口に
露出させて収容している。上記比較電極31及び
FET変換器21に接続された各リード線41は
絶縁被覆し、チユーブ内を通してその後端部(図
示せず)から導出させる。なおチユーブ40の先
端開口は、FET変換器21を破損から保護する
ため、これよりも若干突出させるとともに、例え
ば生体内に容易に挿入できるよう斜めに切り欠い
て形成する。そしてFET変換器21と比較電極
31のリード線接続部とチユーブ内壁との隙間に
電気絶縁樹脂42、例えばエポキシ樹脂やシリコ
ン樹脂などを充填してチユーブの先端部を閉塞し
ている。 FIG. 7 is a sectional view of essential parts showing the configuration of the gas sensor of the present invention. This sensor is a flexible tube 4
A PH-sensitive FET converter 21 in which a reference electrode 31 shown in FIGS. 5 and 6 is deposited on a substrate within the tip of the
is housed with its gate portion 22 exposed at the tip opening of the tube 40. The reference electrode 31 and
Each lead wire 41 connected to the FET converter 21 is insulated and passed through the tube and led out from the rear end (not shown). The opening at the tip of the tube 40 is made to protrude slightly beyond this in order to protect the FET converter 21 from damage, and is cut out diagonally so that it can be easily inserted into a living body, for example. Then, the gap between the lead wire connection portion of the FET converter 21 and the reference electrode 31, and the inner wall of the tube is filled with electrically insulating resin 42, such as epoxy resin or silicone resin, to close the tip of the tube.
PH感応FET変換器21のゲート部22と比較
電極31の両方にまたがるようにガスを吸収する
ことによりPHの変化する電解液を含んだ親水性ポ
リマー層43が設けられている。このポリマー層
の厚さは湿潤状態で0.5〜100μ、好ましくは0.1
〜10μが適当である。このポリマー層の厚さが
100μ以上になると応答速度が小さくなり、また
0.5μ以下ではシグナルが不安定になる。したが
つてポリマー層は薄く均一である必要がある。 A hydrophilic polymer layer 43 containing an electrolytic solution whose pH changes by absorbing gas is provided so as to span both the gate portion 22 of the PH-sensitive FET converter 21 and the comparison electrode 31 . The thickness of this polymer layer is 0.5-100μ in wet state, preferably 0.1
~10μ is appropriate. The thickness of this polymer layer is
If it exceeds 100μ, the response speed will decrease and
Below 0.5 μ, the signal becomes unstable. Therefore, the polymer layer needs to be thin and uniform.
ここで用いるポリマーは適度な吸水性例えば温
度37℃で60重量%以上であることが好ましい。吸
水性が低いと応答速度が低くなる。このようなポ
リマーとしてはポリビニルアルコール(以下
PVAという)、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
等がある。これらのポリマーは他のモノマーと共
重合されていてもよく、また可塑剤等を含んでい
てもよい。これらのポリマーのうちで、特に
PVAが安定性の面で優れている。 The polymer used here preferably has an appropriate water absorbency, for example, 60% by weight or more at a temperature of 37°C. If the water absorption is low, the response speed will be low. Such polymers include polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as
PVA), cellulose, polyhydroxyethyl methacrylate, polyvinylpyrrolidone, agar, etc. These polymers may be copolymerized with other monomers and may also contain plasticizers and the like. Among these polymers, especially
PVA is superior in terms of stability.
またこのポリマー層に含まれる電解質液量は、
ポリマーに対し濃度が低いと感度低下が起りやす
くシグナルが不安定となる。また濃度が大きいと
応答速度の低下が起る。したがつて電解液量は上
記トラブルの起らない程度含ませることが必要で
ある。このような電解質を含むポリマー層は、ポ
リマーと電解質を共に溶解するような溶媒、例え
ば水で溶解して、これを塗布、乾燥すればよい。
また、あらかじめポリマー単独の溶液を塗布した
り、ゲート上で重合して得られたポリマー層を、
要すれば架橋した後、電解質溶液に浸漬、膨潤さ
せた後乾燥してもよい。いづれの場合も乾燥は膨
潤状態の厚みを保持させるために凍結乾燥が好ま
しい。 Also, the amount of electrolyte contained in this polymer layer is
If the concentration is low relative to the polymer, a decrease in sensitivity tends to occur and the signal becomes unstable. Moreover, if the concentration is large, the response speed will decrease. Therefore, it is necessary to contain the electrolyte in an amount that does not cause the above-mentioned troubles. A polymer layer containing such an electrolyte may be formed by dissolving the polymer in a solvent that dissolves both the polymer and the electrolyte, such as water, and applying and drying the solution.
In addition, a polymer layer obtained by applying a solution of polymer alone in advance or polymerizing on the gate,
If necessary, after crosslinking, it may be immersed in an electrolyte solution, swollen, and then dried. In either case, freeze-drying is preferred in order to maintain the thickness of the swollen state.
上記親水性ポリマー層43は更にガス透過性ポ
リマー44で被覆されている。 The hydrophilic polymer layer 43 is further coated with a gas permeable polymer 44.
このポリマーは公知のガス透過性膜を使用する
ことができる。それらは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およ
び共重合体の弗素樹脂、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリペンテン−1、等のポリオレフイン
及びシリコン樹脂などである。この中でとくに好
ましいのはポリテトラフルオロエチレン及びシリ
コン樹脂であり、前者を用いると経時変化の少な
いセンサが、また後者を用いると応答時間の短か
いセンサが得られる。また膜の厚さは強度、応答
時間の面から弗素樹脂、オレフイン樹脂では3〜
20μ、シリコン樹脂等のゴムでは50〜300μが好
ましい。 A known gas permeable membrane can be used for this polymer. These include, for example, fluorocarbon resins such as polymers and copolymers such as tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, hexafluoropropylene, and chlorotrifluoroethylene, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polypentene-1, and silicone resins. Among these, polytetrafluoroethylene and silicone resin are particularly preferred; the former provides a sensor with little change over time, and the latter provides a sensor with a short response time. In addition, from the viewpoint of strength and response time, the thickness of the film is 3 to 3.
For rubber such as silicone resin, 50 to 300μ is preferable.
ガス透過性膜44のコーテイング法としては、
浸し塗り、スプレー塗り、真空蒸着、紫外線重
合、プラズマ重合、スパツタリングによる方法等
を用いることができる。ガス透過性膜は十分な応
答速度を得るために均一で薄い膜であることが必
要であり、とくにポリテトラフロロエチレンやポ
リエチレン・ポリプロピレンのようなゴム状でな
いポリマーは薄膜である必要があり、真空蒸着、
紫外線重合、プラズマ重合、スパツタリング法等
の気相重合法をとることが望ましい。 The coating method for the gas permeable membrane 44 is as follows:
Methods such as dip coating, spray coating, vacuum deposition, ultraviolet polymerization, plasma polymerization, and sputtering can be used. Gas-permeable membranes need to be uniform and thin in order to obtain sufficient response speed, and in particular non-rubber-like polymers such as polytetrafluoroethylene and polyethylene/polypropylene need to be thin. vapor deposition,
It is preferable to use a gas phase polymerization method such as ultraviolet polymerization, plasma polymerization, or sputtering method.
このようにして作成されたガスセンサーの親水
性ポリマー層は乾燥しているためこのままでは作
動しないので上記センサを水中もしくは水蒸気中
で親水性ポリマーを吸湿、膨潤させてから用いら
れる。このセンサーは一たん乾燥しても、水に長
時間浸漬することにより再び使用可能となる。 The hydrophilic polymer layer of the gas sensor produced in this way is dry and will not work as it is, so the sensor is used after the hydrophilic polymer absorbs moisture and swells in water or steam. Even if this sensor dries out, it can be used again by immersing it in water for a long time.
上記ガスセンサは次のようにして製作すること
ができる。 The above gas sensor can be manufactured as follows.
(1) 第3図に示すPH感応FET変換器21の表面
に第5図のように比較電極31を配置する。
(第5図では蒸着している。)
(2) 次に比較電極31とFET変換器21にリー
ド線41を取り付ける。比較電極をFET変換
器の表面に載置する場合は、比較電極とFET
変換器は予じめリード線を接続しておいた方が
取り扱い上好ましい。次に比較電極とFET変
換器のリード線接続部の周辺をエポキシ樹脂4
5で絶縁(第8図)した後、カテーテル40内
にFET変換器21のゲート部22が先端開孔
部に位置するように収容する。そしてリード線
取り付け部とカテーテル内壁面にエポキシ樹脂
46を注入してカテーテル先端を閉塞する。
(第9図)
(3) ゲート部と比較電極の一部を親水性ポリマー
43で被覆して乾燥する。(第10図)このと
き、上記ポリマーはゲート部の全面と比較電極
の一部にまたがるように被覆しなければならな
い。(1) A comparison electrode 31 is placed on the surface of the PH-sensitive FET converter 21 shown in FIG. 3 as shown in FIG. 5.
(In Fig. 5, it is vapor deposited.) (2) Next, the lead wire 41 is attached to the comparison electrode 31 and the FET converter 21. When placing the reference electrode on the surface of the FET converter, the reference electrode and FET
For handling purposes, it is preferable to connect the lead wires to the converter in advance. Next, apply epoxy resin 4 to the area around the reference electrode and the lead wire connection part of the FET converter.
After insulating at step 5 (FIG. 8), the FET converter 21 is housed in the catheter 40 so that the gate part 22 is located at the distal end opening. Then, epoxy resin 46 is injected into the lead wire attachment portion and the inner wall surface of the catheter to close the catheter tip.
(Figure 9) (3) Cover the gate part and a part of the reference electrode with hydrophilic polymer 43 and dry. (FIG. 10) At this time, the polymer must cover the entire surface of the gate portion and a portion of the reference electrode.
(4) 次に乾燥した親水性ポリマー層43をガス透
過性膜44で被覆する。(第7図)
(5) このようにして作製したガスセンサはこのま
までは作動しないので水中又は水蒸気中で親水
性ポリマーを吸湿、膨潤させる。(4) Next, the dried hydrophilic polymer layer 43 is covered with a gas permeable membrane 44. (Figure 7) (5) Since the gas sensor produced in this way will not work as it is, the hydrophilic polymer is allowed to absorb moisture and swell in water or steam.
上記センサは次に例えば特開昭52−26292号に
記載された測定回路を用いて被測定液中のガス濃
度を測定することができる。すなわちガスセンサ
が測定液、例えば血管内に挿入されるとガス透過
膜44を透過したガスは親水性ポリマー層43に
含まれる電解液に吸収されて電解液の水素イオン
濃度を変化させ、上記ポリマー層に露出された
FET変換器21のゲート部分22の界面電位を
変化させる。この回路はソースフオロア回路を用
いているため界面電位の変化がそのまま出力電圧
として取り出され、この電位を測定することによ
り、ポリマー層の水素イオン濃度、言い換えれば
溶液中のガス濃度を測定することができる。 The above-mentioned sensor can then measure the gas concentration in the liquid to be measured using, for example, the measuring circuit described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-26292. That is, when the gas sensor is inserted into a measurement liquid, for example, a blood vessel, the gas that has passed through the gas permeable membrane 44 is absorbed by the electrolyte contained in the hydrophilic polymer layer 43, changing the hydrogen ion concentration of the electrolyte, and the polymer layer exposed to
The interface potential of the gate portion 22 of the FET converter 21 is changed. Since this circuit uses a source follower circuit, changes in the interfacial potential are directly extracted as an output voltage, and by measuring this potential, the hydrogen ion concentration in the polymer layer, in other words, the gas concentration in the solution can be measured. .
実施例 1
PH感応FET変換器の表面に第5図及び第6図
に示すようにAg層を蒸着し、その上にさらに電
解メツキによりAgCl層を形成した後、カテーテ
ル内に挿入した。カテーテル内壁とFET変換器
及び比較電極のリード線接続部との隙間にエポキ
シ樹脂を封入した後、センタのゲート部と比較電
極の一部を10μの0.1NとNaClと0.1NのNaHCO3
を含む、ケン化度98%のポリビニルアルコール
(重合度1700)層で被覆した。更に上記PVA層を
デイツプコート法により厚さ50μのシリコン樹脂
で被覆して炭酸ガスセンサを作製した。Example 1 An Ag layer was deposited on the surface of a PH-sensitive FET transducer as shown in FIGS. 5 and 6, and an AgCl layer was further formed thereon by electrolytic plating, followed by insertion into a catheter. After sealing epoxy resin into the gap between the inner wall of the catheter and the FET converter and reference electrode lead wire connections, the center gate and part of the reference electrode were soaked with 10μ of 0.1N NaCl and 0.1N NaHCO3.
It was coated with a layer of polyvinyl alcohol (degree of polymerization 1700) with a degree of saponification of 98%. Furthermore, the above PVA layer was coated with a silicone resin having a thickness of 50 μm using a dip coating method to produce a carbon dioxide gas sensor.
上記ガスセンサを水中に浸漬してPVA層が37
℃での含水率が60%以上となるまで膨潤させた。 The above gas sensor is immersed in water and the PVA layer is 37 cm.
It was allowed to swell until the moisture content at ℃ reached 60% or more.
かかるセンサを25℃で5%及び12%の炭酸ガス
を含む窒素気流中に挿入して測定したところシグ
ナルの差が18mV(理論値22mV)50%応答速度
30秒の優れた炭酸ガスセンサが得られた。またこ
のセンサは室温中で昼夜安定した出力を維持し、
またこのガスセンサは一たん乾燥させても50℃の
水中に2時間浸漬することにより再び使用可能と
なつた。 When this sensor was inserted into a nitrogen stream containing 5% and 12% carbon dioxide gas at 25°C and measured, the signal difference was 18 mV (theoretical value 22 mV), and the response rate was 50%.
An excellent carbon dioxide gas sensor was obtained that lasted for 30 seconds. Additionally, this sensor maintains stable output day and night at room temperature.
Furthermore, even if this gas sensor had been dried once, it could be used again by immersing it in water at 50°C for 2 hours.
第1図はガラス電極を用いた炭酸ガスセンサの
測定原理を説明する模式図であり、第2図はPH感
応FET変換器を用いた従来の炭酸ガスセンサの
要部断面図であり、第3図は本発明のガスセンサ
に用いるPH感応FET変換器の平面図である。第
4図は第3図に示すFET変換器のA−A断面図
であり、第5図は第3図に示すFET変換器の表
面に比較電極を蒸着した平面図であり、第6図は
第5図に示すFET変換器のB−B断面図であ
る。第7図は本発明方法で製作されたガスセンサ
の要部断面図であり、第8図〜第10図は本発明
のガスセンサの製造方法を説明する要部断面図で
ある。
Fig. 1 is a schematic diagram explaining the measurement principle of a carbon dioxide sensor using a glass electrode, Fig. 2 is a sectional view of the main part of a conventional carbon dioxide sensor using a PH-sensitive FET converter, and Fig. 3 is a schematic diagram illustrating the measurement principle of a carbon dioxide gas sensor using a glass electrode. FIG. 2 is a plan view of a PH-sensitive FET converter used in the gas sensor of the present invention. FIG. 4 is a sectional view taken along the line A-A of the FET converter shown in FIG. 3, FIG. 5 is a plan view of the FET converter shown in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB of the FET converter shown in FIG. 5. FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a gas sensor manufactured by the method of the present invention, and FIGS. 8 to 10 are cross-sectional views of main parts for explaining the method of manufacturing a gas sensor of the present invention.
Claims (1)
する水素イオン感応FET変換器のゲート部に近
接してその基板上に比較電極を配置する工程、該
FET変換器と比較電極に接続されたリード線の
接続部を絶縁する工程、リード線を接続した
FET変換器のゲート部と比較電極の一部が可撓
性チユーブの開孔部に位置するように収容し、か
つ少くともチユーブ内壁とリード線接続部間に電
気絶縁樹脂を充填してチユーブを閉塞する工程、
FET変換器のゲート部と比較電極の一部を電解
質を含む非電解質性の親水性ポリマーで被覆する
工程、該親水性ポリマーを乾燥する工程、該乾燥
した親水性ポリマー層の表面にガス透過性ポリマ
ーを被覆する工程、および該親水性ポリマー層を
吸湿させる工程よりなる水素イオン感応FET変
換器を用いたガスセンサの製造方法。1. A step of arranging a reference electrode on the substrate close to the gate portion of a hydrogen ion sensitive FET converter having a gate insulated field effect transistor structure,
The process of insulating the connection part of the lead wire connected to the FET converter and reference electrode.
The gate part of the FET converter and a part of the reference electrode are housed in the opening of the flexible tube, and at least the inner wall of the tube and the lead wire connection part are filled with electrically insulating resin. the process of occlusion;
A process of coating the gate part of the FET converter and a part of the reference electrode with a non-electrolytic hydrophilic polymer containing an electrolyte, a process of drying the hydrophilic polymer, and a process of making the surface of the dried hydrophilic polymer layer gas permeable. A method for manufacturing a gas sensor using a hydrogen ion sensitive FET converter, comprising a step of coating a polymer and a step of making the hydrophilic polymer layer absorb moisture.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7846779A JPS562546A (en) | 1979-06-20 | 1979-06-20 | Gas sensor using fet and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7846779A JPS562546A (en) | 1979-06-20 | 1979-06-20 | Gas sensor using fet and its manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS562546A JPS562546A (en) | 1981-01-12 |
| JPS6248188B2 true JPS6248188B2 (en) | 1987-10-13 |
Family
ID=13662816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7846779A Granted JPS562546A (en) | 1979-06-20 | 1979-06-20 | Gas sensor using fet and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS562546A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5740641A (en) * | 1980-08-25 | 1982-03-06 | Kuraray Co Ltd | Gas sensor |
| JPS59131156A (en) * | 1983-01-17 | 1984-07-27 | Kuraray Co Ltd | Gas sensor |
| US4535778A (en) * | 1983-05-13 | 1985-08-20 | Ancet Corporation | Method and apparatus for detecting blood gas |
| NL8602242A (en) * | 1986-09-05 | 1988-04-05 | Stichting Ct Voor Micro Elektr | METHOD FOR MANUFACTURING A REFET OR A CHEMFET, AND THE MANUFACTURED REFET OR CHEMFET |
| JP3839744B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-11-01 | 松下冷機株式会社 | thermostat |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53149396A (en) * | 1977-06-01 | 1978-12-26 | Kuraray Co | Gas sensor |
| US4180771A (en) * | 1977-12-02 | 1979-12-25 | Airco, Inc. | Chemical-sensitive field-effect transistor |
-
1979
- 1979-06-20 JP JP7846779A patent/JPS562546A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS562546A (en) | 1981-01-12 |
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