(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-20
(45)【発行日】2022-01-17
(54)【発明の名称】呈色ガス検知チップ
(51)【国際特許分類】
G01N 31/22 20060101AFI20220107BHJP
【FI】
G01N31/22 121C
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020049804
(22)【出願日】2020-03-19
【審査請求日】2020-05-08
(32)【優先日】2019-03-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(73)【特許権者】
【識別番号】514024712
【氏名又は名称】台湾ナノカーボンテクノロジー股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】TAIWAN CARBON NANO TECHNOLOGY CORPORATION
【住所又は居所原語表記】5F.,NO.50-1, Keyan Rd.,Zhunan Township, Miaoli County, Taiwan(R.O.C.)
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】TRY国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】許 景棟
(72)【発明者】
【氏名】施 純偉
(72)【発明者】
【氏名】李 光哲
(72)【発明者】
【氏名】李 家宏
(72)【発明者】
【氏名】黄 健曜
(72)【発明者】
【氏名】蔡 群賢
(72)【発明者】
【氏名】李 庭鵑
(72)【発明者】
【氏名】蔡 群榮
【審査官】三木 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開平06-242101(JP,A)
【文献】特開2009-168755(JP,A)
【文献】特表2008-516221(JP,A)
【文献】米国特許第05364593(US,A)
【文献】特表2017-501830(JP,A)
【文献】特開2007-278926(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2020/0150048(US,A1)
【文献】特開2018-128391(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2010/0189600(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2007/0251822(US,A1)
【文献】特開2018-004392(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 31/22
(57)【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
は前記反応呈色層
の反対側に位置するガス取込み面
を有し、
前記反応呈色層は、呈色面と、
該呈色面の反対側に位置する反応面とを
有し、
前記反応面は
前記反応領域に接触し、
前記反応呈色層は呈色指示薬を含み、前記呈色指示薬
が前記反応面を介して前記反応領域の前記化学変化に対応して呈色反応を起こす
ことで、前記呈色面から前記呈色指示薬の色の変化を観察することができる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、吸着機能を有する液体、コロイド、細孔、及び繊維性フィルムからなる群から選択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】
【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
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