(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量・薄型で集積性が高い呈色ガス検知チップを提供する。【解決手段】化学反応層１０と、反応呈色層２０とを含む。化学反応層は、被検ガスと反応して化学変化が生じる反応領域１３ａ，１３ｂを含み、反応呈色層は、対応して設けられた呈色面２２ａ，２２ｂと、反応領域に接触する反応面２３ａ，２３ｂとを含み、反応呈色層は、反応面の化学変化に対応して呈色反応が起こるように、呈色指示薬をさらに含む。被検物に直接付与又は静置するだけでリアルタイムな検知ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応層と、反応呈色層とを含み、
前記化学反応層は、被検ガスと反応して化学変化が生じる少なくとも１つの反応領域を含み、前記化学反応層の前記反応呈色層から離隔する側はガス取込み面であり、
前記反応呈色層は、対応して設けられた呈色面と、反応面とを含み、前記反応面は、前記化学反応層の前記反応領域に接触し、前記反応呈色層は、前記反応面の前記化学変化に対応して呈色反応が起こるように、呈色指示薬をさらに含むことを特徴とする呈色ガス検知チップ。
【請求項２】
複数の仕切り部を含み、前記化学反応層は、複数の第１領域を含むように、これらの仕切り部によって分割され、前記反応呈色層は、複数の第２領域を含むように、これらの仕切り部によって分割され、且つ、前記第２領域と前記第１領域は互いに対応するように積み重ねられることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項３】
前記呈色面に反射防止フィルムが設けられることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項４】
前記ガス取込み面に遮水性を有する通気性フィルムが設けられることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項５】
前記通気性フィルムと前記化学反応層との間に、ガス選別機能を有する少なくとも１つの拡散フィルムが挟設されることを特徴とする請求項４に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項６】
前記拡散フィルムは吸着分子を含むことを特徴とする請求項５に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項７】
前記拡散フィルムはグラフェンを含むことを特徴とする請求項５に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項８】
前記通気性フィルムと前記化学反応層との間に、２つの拡散フィルムが挟設され、２つの前記拡散フィルムの間に吸着層が挟設されることを特徴とする請求項５に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項９】
前記ガス取込み面にガス選別機能を有する少なくとも１つの拡散フィルムが形成されることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項１０】
前記ガス取込み面に少なくとも１つのフィルム層が設けられ、前記フィルム層は遮水性を有する通気性フィルム、吸着層、ガス選別機能を有する拡散フィルム及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項１１】
前記呈色面に比色ブロックが設けられることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項１２】
前記化学変化は、酸化還元反応、酸塩基反応、酵素触媒反応、金属触媒反応、縮合反応、加水分解反応、付加反応、脱離反応、置換反応、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項１３】
前記呈色指示薬は、酸塩基指示薬、発色性溶媒和物、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項１４】
前記呈色指示薬なる組成物は、水和物、沈殿物、金属錯体及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【請求項１５】
前記化学反応層と前記反応呈色層が１層の構造として構成されることを特徴とする請求項１に記載の呈色ガス検知チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知チップに関し、特に、軽量・薄型で集積性が高い呈色ガス検知チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスの流量と種類を検知するガス検知装置の軽量化と薄型化が進むにつれて、検知装置はサイズが１センチ以下まで大幅に縮小しているチップの形態として定着しており、しかもその他の装置への集積性も大幅に向上している。一方、このようにその他の装置に統合されていたガス検知チップは構造が複雑であり、一般に、その内部に複数のセンサーアレイを含む。現行の半導体技術によってアレイ中の各センサーの電流伝送に対し独立的な制御が実現し、バスに関連する問題も解消されているが、温度が高く、消費電力量が大きい等の欠点は依然として克服されていない。
【０００３】
このほかに、構造がシンプルなガス検知装置が知られている。例えば、特許文献１には、主に平面型インダクタンス静電容量共振器と、ガス吸収材とを含むガスセンサーが開示されている。平面型インダクタンス静電容量共振器はインダクタンス電極と、静電容量電極とを含み、静電容量電極がインダクタンス電極に接続されている。ガス吸収材は静電容量電極の少なくとも一部に接続されている。上記の構成によれば、ガス吸収材は被検ガスの濃度変化に基づいて平面型インダクタンス静電容量共振器の共振周波数を変更することで、被検ガスの濃度変化を検出できる。
【０００４】
かかるガス検知装置には依然として電力の供給が必要であるため、その適用範囲は制限されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】台湾特許公開第Ｉ３７４２６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、従来の電力消費型ガス検知チップは動作時温度が高く、消費電力量が大きく、測定するのに電力の供給が必要であるため、その適用範囲が大いに制限されているという欠点を解消することである。
【０００７】
本発明の第２の目的は、軽量・薄型で集積性が高いガス検知チップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するためになされるものであって、呈色ガス検知チップを提供する。当該呈色ガス検知チップは、化学反応層と、反応呈色層とを含む。当該化学反応層は、被検ガスと反応して変化が生じる少なくとも１つの反応領域を含み、当該化学反応層の当該反応呈色層から離隔する側はガス取込み面であり、当該反応呈色層は、対応して設けられた呈色面と、反応面とを含み、当該反応面は、当該化学反応層の当該反応領域に接触し、当該反応呈色層は、当該反応面の化学変化に対応して呈色反応が起こるように、呈色指示薬をさらに含む。
【発明の効果】
【０００９】
これにより、本発明の呈色ガス検知チップは、化学反応層に設けられた反応領域によって被検ガスと反応することで、化学変化が生じる。当該化学変化は反応呈色層における呈色指示薬の反応によって異なる色を示す。利用者は、従来のデータベースを利用するか、情報をデータにした上で色の弁別をすることができる。これにより、本発明の呈色ガス検知チップは電力を消費することなく検知が完了でき、しかも構造がシンプルで軽量・薄型であるため、被検物に直接付与又は静置するだけでリアルタイムな検知ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る呈色ガス検知チップの第１形態の概略図である。
【図２】本発明に係る呈色ガス検知チップの第２形態の概略図である。
【図３】本発明に係る呈色ガス検知チップの第３形態の概略図である。
【図４】本発明に係る呈色ガス検知チップの第４形態の概略図である。
【図５】本発明に係る呈色ガス検知チップの第５形態の概略図である。
【図６】本発明に係る呈色ガス検知チップの第６形態の概略図である。
【図７】本発明に係る呈色ガス検知チップの呈色面の概略図である。
【図８】本発明の一つの実施例による呈色ガス検知チップの製造方法の概略図である。
【図９】本発明の別の実施例による呈色ガス検知チップの製造方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の詳細な内容を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る呈色ガス検知チップの第１形態の概略図である。当該呈色ガス検知チップは、主に化学反応層１０と、化学反応層１０に対して互いに積み重ねられた反応呈色層２０と、複数の仕切り部３０とを含む。
【００１２】
本実施例において、化学反応層１０は、複数の第１領域を含むように、これらの仕切り部３０によって分割される。説明の便宜上、図１の実施例で、図１に示す第１領域１１ａ、１１ｂを例にして説明する。第１領域１１ａ、１１ｂのそれぞれが、反応呈色層２０の側から離隔するガス取込み面１２ａ、１２ｂと、反応領域１３ａ、１３ｂとを含み、被検ガスＧはガス取込み面１２ａ、１２ｂより反応領域１３ａ、１３ｂに入り、反応領域１３ａ、１３ｂは被検ガスＧと反応して化学変化が生じる。反応領域１３ａ、１３ｂには、異なる目的ガスと反応するように、それぞれが異なる種類の化学物質を含んでもよい。例えば、一部の反応領域１３ａ、１３ｂがアルカンと反応し、一部の反応領域１３ａ、１３ｂがアルコール類と反応し、また一部の反応領域１３ａ、１３ｂが硫化物と反応する。これらの仕切り部３０は、隣り合う第１領域１１ａ、１１ｂで起こる反応が互いに影響し合わないように、隣り合う第１領域１１ａ、１１ｂを分割する。さらに、当該化学変化は、酸化還元反応、酸塩基反応、酵素触媒反応、金属触媒反応、縮合反応（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）、加水分解反応（ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ）、付加反応（ａｄｄｉｔｉｏｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）、脱離反応（ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）、置換反応（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）、又はこれらの組み合わせであってもよく、これらに限定されるものではない。一つの非限定的な実施例として、本発明に適用する酸化還元反応は、エタノールをアセトアルデヒド又は酢酸に酸化する反応が挙げられ、酵素触媒はグルコースオキシダーゼ（ｇｌｕｃｏｓｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）が挙げられ、金属触媒は白金触媒が挙げられる。
【００１３】
これによって、１つの反応領域１３ａ、１３ｂにヒドラジン（Ｈ２Ｎ−ＮＨ２）が塗布されている場合、二酸化炭素を含む被検ガスＧが、ヒドラジンが塗布された上記の反応領域１３ａ、１３ｂと反応する時、Ｈ２ＮＮＨＣＯＯＨを生成し、酸化還元指示薬クリスタルバイオレット（Ｃｒｙｓｔａｌ  ｖｉｏｌｅｔ）を利用して呈色させる。本発明の一つの実施形態において、当該呈色ガス検知チップはガスが直接反応領域１３ａ、１３ｂに入るため干渉又はダメージが生じるのを避けるように、ガス取込み面１２ａ、１２ｂに設けられた（不図示の）保護層をさらに含んでもよい。
【００１４】
反応呈色層２０も、複数の第２領域を含むように、これらの仕切り部３０によって分割される。説明の便宜上、図１の実施例で、図１に示す第２領域２１ａ、２１ｂを例にして説明する。第２領域２１ａ、２１ｂと、第１領域１１ａ、１１ｂとは互いに対応するように積み重ねられ、且つ、第２領域２１ａ、２１ｂのそれぞれは呈色面２２ａ、２２ｂと、化学反応層１０の反応領域１３ａ、１３ｂに接触する反応面２３ａ、２３ｂとを含む。反応呈色層２０は呈色指示薬を含み、これによって、反応領域１３ａ、１３ｂは化学反応のために当該化学変化が生じる時、反応領域１３ａ、１３ｂに接触する反応呈色層２０は、当該化学変化に対応して呈色反応が起こる。
【００１５】
本実施例において、仕切り部３０は、隣り合う第１領域１１ａと１１ｂ、及び、第２領域２１ａと２１ｂを分割する隔壁であり、これによって、ガス取込み面１２ａに入る被検ガスＧと反応領域１３ａの反応が、隣り合う反応領域１３ｂに影響を与えることはなく、反応領域１３ａで起こる反応が反応面２３ａ及び呈色面２２ａだけに影響を与え、反応面２３ｂ及び呈色面２２ｂに対する影響はない。また、本実施例において、化学反応層１０と反応呈色層２０は互いに独立的な２層の構造であるが、別の実施例において、化学反応層１０と反応呈色層２０は１層の構造であってもよく、即ち化学反応層１０と反応呈色層２０は１層に統合されてもよい。
【００１６】
当該呈色指示薬なる組成物は、水和物、沈殿物、金属錯体及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。例えば、水和物である場合は、乾燥の塩化コバルト（ＩＩ）が湿気と接触してピンク色の水和物を生成するものであってもよい。沈殿物である場合は、酢酸鉛が硫化水素と接触して黒色の硫化鉛沈殿物を生成するものであってもよい。金属錯体である場合は、酸素とヘモグロビン中の鉄イオンが配位結合を形成して赤色を呈するものであってもよい。本発明に適用する「呈色指示薬」は特に限定されるものではない。例えば、当該呈色指示薬は、酸塩基指示薬、発色性溶媒和物、又はこれらの組み合わせであってもよい。なお、本発明に適用する当該酸塩基指示薬は特に限定されるものではなく、一つの非限定的な実施例として、ブロモチモールブルー（Ｂｒｏｍｏｔｈｙｍｏｌ  Ｂｌｕｅ）、フェノールフタレイン等の呈色試薬であってもよい。
【００１７】
図２は、本発明に係る呈色ガス検知チップの第２形態の概略図である。図２が参照されるとおり、第２形態は上記の第１形態をベースにして、呈色面２２ａ、２２ｂに設けられた反射防止フィルム４０をさらに含む。反射防止フィルム４０を設けることで、利用者は外部から、装置を利用して又は目視観察で呈色面２２ａ、２２ｂにおける色の変化を確認し、干渉を避けることができる。
【００１８】
又は、図３が参照されるとおり、本発明の第３形態において、内部の反応に対する外部環境の干渉を緩和するために、遮水性を有する通気性フィルム５０がさらに設けられてもよい。図３で、第２形態の構造に通気性フィルム５０を加えたものであるが、別の実施例において、上記の第１形態の構造に通気性フィルム５０を加えるものであってもよく、特に限定されるものではない。本実施例において、通気性フィルム５０は、化学反応層１０のガス取込み面１２ａ、１２ｂに設けられている。
【００１９】
図４は、図３に示す第３形態の構造に拡散フィルム６０を加えたものである。図４に示す第４形態において、通気性フィルム５０と化学反応層１０との間に、特定のガスを選別する効果を得るために、ガス選別機能を有する拡散フィルム６０が１層以上挟設されてもよい。拡散フィルム６０が複数層設けられた場合、拡散フィルム６０のそれぞれが、異なるガスを対象とするように設定してもよい。また、これらの拡散フィルム６０にガスが拡散する経路を調整して、分子の大小によって拡散速度が変更することで分子の大小に基づく選別の効果を得るように、本実施例において、拡散フィルム６０のそれぞれにグラフェン７０を添加してもよい。
【００２０】
さらに、本発明の呈色ガス検知チップでより効率的にガス分子が吸着するという目的を達成するために、拡散フィルム６０に（不図示の）吸着分子を含んでもよい。当該吸着分子は、任意の、吸着機能を有する液体、コロイド、細孔、又は繊維性フィルムであってもよい。具体的には、一つの非限定的な例において、当該吸着分子としてグリセリンを利用できる。又は、別の非限定的な例において、当該吸着分子として細孔を用い、細孔の特性を利用してサイズの大きなガス分子をスクリーニングする。又は、別の実施形態において、図５に示すように、直接２つの拡散フィルム６０の間に、吸着分子を含む吸着層８０を設けてもよく、これによって優れた吸着効果を得られる。
【００２１】
図６は、本発明に係る呈色ガス検知チップの第６形態の概略図である。図６が参照されるとおり、当該実施形態は、第１形態の構造をベースにして、化学反応層１０のガス取込み面１２ａ、１２ｂにガス選別機能を有する少なくとも１つの拡散フィルム６０が直接形成されたものである。拡散フィルム６０に、ガスがこれらの拡散フィルム６０に拡散する経路を調整するために、グラフェン７０を加えてもよい。本実施形態で、各フィルム層の材質及び機能は前述したのと同じであるため、その説明は省略される。
【００２２】
図７が参照されるとおり、当該実施例は、図１の呈色ガス検知チップを担体９０に固定したものである。担体９０はシールであり、担体９０に第１領域１１ａ、１１ｂ及び第２領域２１ａ、２１ｂに対応する複数の比色ブロック２４が形成される。本実施例において、比色ブロック２４は、少なくとも複数の第１比色ブロック２４１ａ、２４１ｂと、複数の第２比色ブロック２４２ａ、２４２ｂとを含む。ただし、第１比色ブロック２４１ａ、２４１ｂと第２比色ブロック２４２ａ、２４２ｂは異なる色であり、例えば、赤色と黄色であり、しかも第１比色ブロック２４１ａ、２４１ｂのそれぞれが、階調が異なる赤色であり、第２比色ブロック２４２ａ、２４２ｂのそれぞれが、階調が異なる黄色である。図７に示す複数の比色ブロック２４は、説明のために挙げた例に過ぎず、本発明に対する限定を構成しない。さらに、本実施例において、担体９０に二次元ＱＲコード(登録商標)９１と、タグ９２とがさらに設けられる。
【００２３】
図８、図９は、本発明に係る呈色ガス検知チップの製造方法の概略図である。図８は「ボトムアップ（ｂｏｔｔｏｍ  ｕｐ）」の方法を示し、図９は「トップダウン（ｔｏｐ  ｄｏｗｎ）」の方法を示す。
【００２４】
図８の方法によれば、基材として試験紙１００を提供し（ステップ１−１）、試験紙１００の片側に、互いに影響し合わない複数のブロック１０１に分割するように前処理を行う。次に、これらのブロック１０１に順に滴定して反応呈色層２０と化学反応層１０とを設置して、乾燥させて検知部１０２ａを形成し（ステップ１−２）、これによって検知部１０２ａは上記の反応呈色層２０と、化学反応層１０とを含む。次に、隣り合うこれらのブロック１０１に別の検知部１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを形成する。図８に示す呈色ガス検知チップの製造方法は説明のために挙げた例に過ぎず、本発明に対する限定を構成しない。実施例の異なる形態として、化学反応層１０に同様に滴定−乾燥の方法を用いて、ガス選別機能を有する拡散フィルム６０及び／又は吸着層８０を１層以上設置してもよい。実施例の異なる形態として、遮水性を有する通気性フィルム５０を最上方に形成してもよい。実施例の異なる形態として、さらに、試験紙１００の前処理が施されない片側に反射防止フィルム４０を付与してもよい。
【００２５】
図９に別の製造方法が示されている。最初に、４枚の試験紙２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを提供し（ステップ２−１）、試験紙２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄのそれぞれが、互いに影響し合わない複数のブロック２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄを有する。次に、これらのブロック２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄのそれぞれに、異なる検知部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを形成し（ステップ２−２）、検知部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは上記の反応呈色層２０と、化学反応層１０とを含む。次に、試験紙２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを切り取って、検知部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄをそれぞれ分離し、検知部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを基板３００に結合させて（ステップ２−３）、検知部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを基板３００に設置する（ステップ２−４）。ステップ２−５で、ステップ２−３及びステップ２−４を繰り返して、最終的に呈色ガス検知チップを得る（ステップ２−６）。実施例の異なる形態として、必要であれば、化学反応層１０にガス選別機能を有する拡散フィルム６０及び／又は吸着層８０を１層以上設けてもよい。図９に示す呈色ガス検知チップの製造方法は説明のために挙げた例に過ぎず、本発明に対する限定を構成しない。実施例の異なる形態として、例えば、必要であれば、積み重ねられたガス取込み面１２ａ、１２ｂに通気性フィルム５０を付与し、呈色面２２ａ、２２ｂに反射防止フィルム４０を付与してもよい。
【００２６】
これによって、本発明に係る呈色ガス検知チップを利用して被検肉製品が変質しているかどうかを検出する場合は、当該被検肉製品と本発明に係る呈色ガス検知チップを同時に密閉した環境に所定の時間に亘って静置し、当該被検肉製品の発する匂い（例えば、アンモニア）が化学反応層１０のガス取込み面１２ａ、１２ｂより取り込まれて、反応領域１３ａ、１３ｂと反応が起こって化学変化が生じる。次に、反応呈色層２０の反応面２３ａ、２３ｂは化学反応層１０の反応領域１３ａ、１３ｂに接触して、反応呈色層２０に含まれた呈色指示薬が当該化学変化に対応して特定の色を示し、利用者は呈色面２２ａ、２２ｂから、目視観察で又は装置を利用してこれを弁別する。データベースに記憶されている変質の肉製品が呈する色と同じである場合は、当該被検肉製品が変質していることが示される。又は、利用者はさらに色校正を行って検量線と照合して、アンモニア濃度を換算することで弁別してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０                                                    化学反応層
１００                                                  試験紙
１０１                                                  ブロック
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ                  検知部
１１ａ、１１ｂ                                          第１領域
１２ａ、１２ｂ                                          ガス取込み面
１３ａ、１３ｂ                                          反応領域
２０                                                    反応呈色層
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ                  試験紙
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ                  ブロック
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ                  検知部
２１ａ、２１ｂ                                          第２領域
２２ａ、２２ｂ                                          呈色面
２３ａ、２３ｂ                                          反応面
２４                                                    比色ブロック
２４１ａ、２４１ｂ                                      第１比色ブロック
２４２ａ、２４２ｂ                                      第２比色ブロック
３０                                                    仕切り部
３００                                                  基板
４０                                                    反射防止フィルム
５０                                                    通気性フィルム
６０                                                    拡散フィルム
７０                                                    グラフェン
８０                                                    吸着層
９０                                                    担体
９１                                                    二次元ＱＲコード
９２                                                    タグ
【図１】
2020153987.tif 000003
【図２】
2020153987.tif 000004
【図３】
2020153987.tif 000005
【図４】
2020153987.tif 000006
【図５】
2020153987.tif 000007
【図６】
2020153987.tif 000008
【図７】
2020153987.tif 000009
【図８】
2020153987.tif 000010
【図９】
2020153987.tif 000011
【外国語明細書】
2020153987000001.pdf