ガスセンサ装置
【課題】個人で容易に呼気中の特定ガスを検出可能なガスセンサ装置を提供する。
【解決手段】呼気ガスセンサ装置１０は、呼気収集ボックス１２と、呼気収集ボックス１２に試料ガスを導入する外気導入部２４と、呼気収集ボックス１２内に設けられ、特定化学物質を吸着して電気的抵抗が変化するＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃと、ＣＮＴガスセンサ４０ａ等の電気抵抗の変化を検出する検出部と、呼気収集ボックス１２の内部の気体を外部に排出する排気部２８および２９とを含む。ＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃは、それぞれ、測定対象の特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されるＣＮＴ構造体を含む。呼気収集ボックス１２内部を２つの空間に分離するシャッタ４１をさらに設けてもよい。
【解決手段】呼気ガスセンサ装置１０は、呼気収集ボックス１２と、呼気収集ボックス１２に試料ガスを導入する外気導入部２４と、呼気収集ボックス１２内に設けられ、特定化学物質を吸着して電気的抵抗が変化するＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃと、ＣＮＴガスセンサ４０ａ等の電気抵抗の変化を検出する検出部と、呼気収集ボックス１２の内部の気体を外部に排出する排気部２８および２９とを含む。ＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃは、それぞれ、測定対象の特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されるＣＮＴ構造体を含む。呼気収集ボックス１２内部を２つの空間に分離するシャッタ４１をさらに設けてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気をセンシングする呼気ガスセンサ装置に関し、特に、複数種類のガス成分を一度に検出することが可能な呼気ガスセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の日本は高齢化社会を迎え、社会全体の健康への関心は高まる一方である。これに関連し、健康管理、疾病予防及び治療に関する技術の向上が求められている。
【０００３】
健康管理などの方法として、例えば、個人で手軽に且つ迅速に健康状態をチェックできるシステムがあげられる。個人の健康状態を把握するために容易にサンプリングできる生体情報としては、血液、尿、汗、唾液、呼気等がある。これらの構成成分のうちある特定の物質は、体調不良、疾病になる可能性が高い何かの兆候、又は既に患っている疾病に起因して発生したり、その量が変化したりする場合があり、その量の変化を知ることで個人の健康状態を把握できる可能性が高い。このような物質をマーカと呼ぶ。マーカのモニタリングが、健康管理及び疾病の早期発見、早期治療に役立つ。
【０００４】
生体情報のうち、呼気は、肺の中において毛細血管中の血液と薄膜を隔てて近接して存
在するため、その中には特にマーカを多く含んでいる。呼気に含まれるマーカの例としては、生活習慣病等の原因である酸化ストレスに起因するエタン及びペンタン、気管支炎等の呼吸疾患によるＮＯ及びＣＯ、胃炎等の消化器疾患に起因するＨ２、糖尿病によるアセトン等がある。生体情報の中では、呼気のサンプリングが最も簡単である。このことから、呼気ガスをセンシングする、個人の健康管理のためのシステムが特に求められている。
【０００５】
呼気ガスセンシングでは、呼気ガスに含まれるマーカの濃度はｐｐｂ〜ｐｐｍレベルであり、高感度のセンシングが求められる。さらに、個人が操作するため、誰でも簡単に出来、かつ、大掛かりな設備が不要なセンシングが求められる。
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、半導体センサがアセトンを吸着する成分で構成されており、半導体センサの抵抗変化により、呼気中のアセトン濃度を測定することが出来る。具体的には、高温時、半導体センサを構成する酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物が呼気中の酸素分子を吸着する。これにより呼気中のアセトンが濃縮される。さらに、半導体センサを構成する、白金、ロジウム、及びパラジウムから選定した元素を含む、タングステン、モリブデン、クロム系酸化物は、アセトンを吸着して酸化する。その後半導体センサを低温にすることにより、酸化されたアセトンは酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物に吸着される。この吸着が酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物のエネルギーバンド状態を変化させる。この結果、半導体センサの抵抗が低下する。
【０００７】
この半導体センサを内部に設けた筐体を含む装置において、筐体に呼気を吸引させると、本装置はアセトン濃度を表示する。この装置によれば、簡単な操作によりｐｐｍレベルのアセトン濃度を検出することが可能である。そのため、糖尿病に関して、この装置を個人の健康管理、さらには疾患予防及び治療に利用することが出来る。
【特許文献１】特開２００１−３１８０６９号公報
【非特許文献１】齋藤理一郎、「カーボンナノチューブの概要と課題」、機能材料、 ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．５、ｐ６−１４、２００１年５月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の半導体センサは、アセトン以外の呼気成分を検出することが出来ない。したがって、糖尿病以外の疾患に関する情報を得ることが出来ない。
【０００９】
これを解決する方法として、例えば、ガスクロマトグラフィー（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｈｏｇｒａｐｈｙ。以下「ＧＣ」と呼ぶ。）等がある。ＧＣは一度の測定で複数の成分を検出することが出来る。しかし、高価で大型の装置であること、並びに、サンプリング及び操作においてＧＣに関する知識が必要である等の理由により、ＧＣは個人が自身で健康管理を行なうのには適していない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型のガスセンサ装置を提供することである。
【００１１】
この発明の他の目的は、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型であって、しかも一度の測定により測定対象ガス中の複数のガス成分を高感度で選択的にセンシングすることが可能なガスセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面に係るガスセンサ装置は、内部に空間が形成された筐体と、この筐体に設けられ、筐体内部の空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、化学物質センシング素子に電気的に結合され、化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、筐体に設けられ、筐体内部の空間の気体を筐体外部に排出するための排気手段とを含む。化学物質センシング素子は、特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む。
【００１３】
好ましくは、カーボンナノ構造体は、カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ。以下「ＣＮＴ」と呼ぶ。）を含む。
【００１４】
ＣＮＴはグラファイト構造を有する、直径がナノオーダーのチューブ状炭素材料である。ＣＮＴは非常に安定な構造で、その内部ではΠ電子結合に基づく高速な電子移動を許容する導電性を示し、構造によっては金属線よりも優れた導体となる。非特許文献１によれば、ＣＮＴに化学物質分子が付着すると、電子移動が起こり起電力が発生する。言い換えれば、ＣＮＴの２点間に、電位差、すなわち、電気抵抗の変化が生じる。この電気抵抗の変化を検出すれば、化学物質のセンシングが可能となる。さらに、ＣＮＴのナノ構造により、ＣＮＴによるセンシングに対し優れた応答性及び検出下限が期待でき、上記化学物質センシング素子は高感度で優れた応答性を有するといえる。このため、ＣＮＴを検出下限ｐｐｍ〜ｐｐｂレベルを必要とする呼気ガスセンシングに利用することが出来る。加えて、高感度であることから、センシング対象物質を付着させるためのセンシング基体のサイズを比較的小さくすることが出来る。同じ理由で、少量の試料ガスで測定することが出来る。本装置のサイズを比較的小さくすることができる。さらに、ガスが検出されたか否かが電気的抵抗の変化で検出できるため、既に確立されている電気技術を用いて、操作が容易な形で呼気ガスの検出結果を出力できる。また、ＣＮＴは表面修飾されており、表面修飾に用いられる物質は、その分子構造及び電気的特性により特定の化学物質と選択的に結合するように、測定対象の化学物質に対応して選択される。そのために、目的の呼気ガス成分を選択的に検出できる。
【００１５】
その結果、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型の呼気ガスセンサ装置を提供することができる。
【００１６】
好ましくは、特定化学物質はアセトンであり、表面修飾されるカーボンナノ構造体は、アルキル基（以下「ＣＨ基」と呼ぶ。）により表面修飾されている。本願発明者は、このようにＣＨ基により表面修飾されたＣＮＴを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のアセトンを検出することが出来、その感度は検出下限１００ｐｐｂ以下であることを確認した。アセトンは糖尿病に関するマーカである。すなわち、本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のアセトンのセンシングを行なうことが出来る。
【００１７】
好ましくは、特定化学物質はペンタンであり、カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている。さらに好ましくは、金属錯体は金属フタロシアニン（以下「ＭｅＰｃ」と呼ぶ。）からなる。
【００１８】
本願発明者は、ＭｅＰｃにより表面修飾されたＣＮＴを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のペンタンを検出することが出来、その感度は検出下限１００ｐｐｂ以下であることを確認した。
【００１９】
本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のペンタンのセンシングを行なうことが出来る。
【００２０】
好ましくは、特定化学物質は一酸化窒素であり、カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている。好ましくは、蛍光分子はジアミノフルオレセイン−２（Ｄｉａｍｉｎｏｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ−２。以下「ＤＡＦ−２」と呼ぶ。）からなる。
【００２１】
本願発明者は、ＤＡＦ−２により表面修飾されたＣＮＴを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のＮＯを検出することが出来、その感度は検出下限１００ｐｐｂ以下であることを確認した。
【００２２】
本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のＮＯのセンシングを行なうことが出来る。
【００２３】
好ましくは、ガスセンサ装置は、複数個の化学物質センシング素子を含む。これら複数個の化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む。検出手段は、複数の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む。
【００２４】
各化学物質センシング素子は、異なる特定化学物質の吸着量に応じてその電気的抵抗を変化させる。検出手段は、各化学物質センシング素子の電気抵抗変化を個別に検出する。各表面修飾材料が、呼気中の異なるマーカと各々選択的に結合するものであるため、ユーザは各マーカのセンシング結果を、同時にかつ個別に知ることができる。操作は化学物質センシング素子が１つのときと同じでよい。したがって、簡単な手順により、一度の呼気測定により複数種類の疾患に関する情報を得ることが出来る。
【００２５】
好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体内部に形成された空間内に設けられ、化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより化学物質センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む。
【００２６】
本装置によれば、化学物質センシング素子表面に吸着された物質を除去することが出来る。このため、本ガスセンサ装置によるガスセンシングを繰返し行なうことが出来る。
【００２７】
好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体の内部の空間のうち、化学物質センシング素子が設けられた第１の空間と、それ以外の第２の空間との間に設けられ、第１の空間と第２の空間とを分離する閉状態と、第１の空間と第２の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む。
【００２８】
本ガスセンサ装置において、再生手段により、化学物質センシング素子表面に吸着された物質が除去される。この場合、筐体が外部に対し閉の状態であれば、除去された物質が筐体内に拡散し、筐体内壁を汚染する。分離手段は、閉状態では、筐体内の空間を、化学物質センシング素子が設けられた第１の空間と、それ以外の第２の空間とに分離する。この結果、閉状態にしておけば、化学物質センシング素子から除去された物質が第２の空間に拡散することが防止でき、筐体内壁の汚染を防ぐことが出来る。
【００２９】
より好ましくは、試料ガス導入手段は、第１の空間に試料ガスを導入するように筐体に設けられている。ガスセンサ装置はさらに、筐体に設けられ、第２の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む。
【００３０】
分離手段を閉状態としておいて試料ガス導入手段により試料ガスを第１の空間に導入すると、試料ガスが化学物質センシング素子にはすぐには接しない。測定開始とともに分離手段を開状態とすることで、試料ガスが化学物質センシング素子に接し、特定化学物質が化学物質センシング素子に吸着する。吸着開始のタイミングを所望のタイミングにすることができ、測定が正確に行なえる。測定終了後、化学物質センシング素子の再生時には、分離手段を閉手段としておくことで、素子から脱離した化学物質が筐体内部の空間全体に拡散することが防止できる。この状態で外気導入手段によって第２の空間に不活性な気体を導入すると、分離手段がない場合より迅速にこれら気体を第２の空間から排出し、外気を導入することが出来る。
【００３１】
さらに好ましくは、分離手段は、筐体の内部に設けられ、第１の空間と第２の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む。スライド式のシャッタという簡便な構造で、筐体内壁の汚染を防ぐことができる。
【００３２】
好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体内に設けられ、筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む。
【００３３】
好ましくは、ガスセンサ装置はさらに、試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む。
【００３４】
好ましくは、ガスセンサ装置はさらに、外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む。
【００３５】
本ガスセンサ装置において、試料ガス及び外部気体を筐体に導入する際、除湿手段による除湿を行なう。このことにより、筐体内への水分の浸入を防ぎ、化学物質センシング素子表面への水分の吸着を抑える。水分はガスセンシングに対する阻害物質である。水分除去により、高感度、高精度の測定を行なうことが出来る。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように本発明に係るガスセンサ装置によれば、簡単な操作で特定化学物質の測定を行なうことが出来る。そのセンシングは、物質選択性を有し、高精度、及び高感度である。さらに、高感度であるため、ガスセンサ装置を小型にすることができる。本装置を用いて呼気ガスセンシングを行なうことにより、個人が日常的に健康管理を行なうことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置について説明する。以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同一である。したがって、それらについての詳しい説明は繰返さない。
【００３８】
［第１の実施の形態］
−構成−
図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に、本発明の第１の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置１０の平面図、正面図及び側面図をそれぞれ示す。なお、以下に説明する呼気ガスセンサ装置１０の構成要素のうち、特に記載が無いものに関しては、その構成材料は、その動作温度の範囲ではガスを漏洩せず、変質も変形もしない材料で構成されているものとする。さらに、その材料は、動作温度の範囲においてはガスを発生しない材料であるものとする。
【００３９】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、呼気ガスセンサ装置１０は、正面１１及び裏面（裏面は図１には現れていない。）、右側面７２（図１（Ａ）及び（Ｂ）における右側の側面）、左側面（図１には現れていないが、図１（Ａ）及び（Ｂ）における左側の側面を左側面とする。）、並びに上面１３及び下面（図１には現れていない。）とを有する直方体形状の、中空の筐体である呼気収集ボックス１２を含む。呼気収集ボックス１２は、縦４〜６ｃｍ、横１６〜２０ｃｍ、奥行４〜６ｃｍ程度のサイズであることが好ましい。
【００４０】
呼気収集ボックス１２において、右側面７２には開孔部１６が形成されている。開孔部１６は、呼気収集ボックス１２内外を貫通し、後述するシャッタつまみの移動を可能にするために設けられる。
【００４１】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、いずれも正面１１上に設けられた電源スイッチ３０、呼気センシングの開始／終了の指示を受けるための測定スイッチ３２、後述するＣＮＴガスセンサの再生の開始／終了の指示を受けるための再生スイッチ３４、呼気センシングの結果を表示するための表示装置３６、及び呼気センシングの測定に関する校正処理を行なう際に操作される校正ボタン３７を含む。
【００４２】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、右側面７２にそれぞれ設けられた、呼気を呼気収集ボックス１２の内部に導入するための呼気導入部２２、外気を呼気収集ボックス１２の内部に導入するための外気導入部２４、及び呼気収集ボックス１２の内部に設けられ、呼気収集ボックス１２の内部の空間をＣＮＴガスセンサが設けられた空間とそれ以外の部分とに分離するための後述するシャッタ、当該シャッタを開孔部１６を介して外部から操作して開閉させるために設けられたシャッタつまみ２６、及び、開孔部１６に設けられた、開孔部１６を閉塞するためのシール部材６４を含む。
【００４３】
シール部材６４は、開孔部１６の上辺及び下辺に固定された一対の可撓性のあるゴム辺を含む。この一対のゴム辺の当接する部分にシャッタつまみ２６の基部が挿入され、内部のシャッタの端部に接続される。このため、シャッタつまみ２６の基部はできるだけ薄いものであることが望ましい。シャッタつまみ２６、シャッタ及びシール部材６４の詳細については後述する。
【００４４】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、呼気収集ボックス１２の左側面に設けられた、呼気収集ボックス１２の内部のガス及び空気を排出するための排気部２８及び２９を含む。
【００４５】
図２に、図１（Ａ）に示す断面２−２における矢視方向断面図を、図３に、図１（Ｂ）に示す断面３−３における矢視方向断面図を、それぞれ示す。なお、図２及び図３は、上記したシャッタが開状態の場合を示す。
【００４６】
図２及び図３を参照して、呼気収集ボックス１２の右側面７２の、上面１３の近傍及び下面の近傍には、開孔部１４及び１５が形成されている。右側面７２の、開孔部１４及び１５の間の部分に、上記した開孔部１６が形成されている。左側面の上面１３の近傍及び下面の近傍には、開孔部１８及び２０がそれぞれ形成されている。
【００４７】
呼気導入部２２は、パイプ状で、一端が開孔部１４の内部にはめ込まれた呼気導入部材８０と、可撓性があるゴムにより構成され、呼気導入部材８０の他端を着脱可能に被覆するためのキャップ８１と、呼気導入部材８０の内孔内に設けられ、呼気に含まれる水分を除去するための除湿部８８とを含む。除湿部８８は、実質的に乾燥剤であり、シリカゲル若しくは高分子ポリマーまたはその両者で構成されるのが好ましい。
【００４８】
外気導入部２４は、パイプ状で、一端が開孔部１５の内部に外側からはめ込まれた外気導入部材８２と、可撓性があるゴムにより構成され、外気導入部材８２の他端を着脱可能に被覆するためのキャップ８３と、外気導入部材８２の内孔内に設けられ、呼気に含まれる水分を除去するための除湿部８９とを含む。除湿部８９も実質的に乾燥剤であり、シリカゲル若しくは高分子ポリマー又はその双方で構成されるのが好ましい。
【００４９】
シャッタつまみ２６は、一対のシール部材６４の当接する部分７０を貫通するように設けられた基部と、この基部に接続されたつまみ部分とを有し、基部は呼気収集ボックス１２の内部において、後述するシャッタのスライダの側部に接続される。
【００５０】
排気部２８及び２９は、それぞれ、パイプ状で、一端が開孔部１８及び２０にそれぞれ外側からはめ込まれた排気口部材８４及び８６と、可撓性があるゴムにより構成され、排気口部材８４及び８６の他端をそれぞれ着脱可能に被覆するためのキャップ８５及び８７とを含む。後述するように呼気収集ボックス１２の内部の空間は、呼気が導入される、ＣＮＴガスセンサが設けられていない一方の空間部分と、ＣＮＴガスセンサが設けられている他方の空間部分とにシャッタにより分離されるが、排気部２８及び２９はそれぞれ、これら一方及び他方の空間部分の気体を外部に排出するような位置に設けられる。
【００５１】
呼気ガスセンサ装置１０は、さらに、呼気収集ボックス１２の上部内壁に設けられ、呼気収集ボックス１２内に導入された試料ガスを攪拌するための複数の攪拌装置４４を含む。攪拌装置４４は、実質的には複数枚の羽と、当該羽を回転可能に保持する回転軸とを含むファンである。攪拌装置４４の羽の差し渡し直径は１〜１．５ｃｍ程度であることが好ましい。
【００５２】
これらファンの各々は、複数枚の羽を有する。その羽のうち、一枚の先端が他の羽より比重の重い材料で構成されている。羽の回転面が呼気収集ボックス１２の長手方向とほぼ平行になるようにこれらファンを設置する。呼気収集ボックス１２を手に持ち、呼気収集ボックス１２全体をその長手方向に沿って振動させると、羽の重みの違いにより生ずる回転モーメントでファンが回転し、呼気収集ボックス１２の内部の試料ガスが攪拌され、一様の分布となって測定が早く完了し、その信頼性も向上する。
【００５３】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、呼気収集ボックス１２の底部内壁に固定された基板５０と、基板５０の上面に接するように設けられた断熱板５２と、断熱板５２の上面に設けられた、内部にヒータ６２を有する加熱板５４とを含む。加熱板５４は、後述するように、センサの中枢であるセンシング部に付着した特定化学物質をセンシング部から脱離させるために使用される。この脱離により、センシング部は再び特定化学物質を検出する機能を獲得する。このように、センシングの機能を回復させる処理を「再生」と呼ぶ。
【００５４】
呼気ガスセンサ装置１０は、さらに、加熱板５４の上面に接するように設けられ、呼気収集ボックス１２内に導入された試料ガス中の、それぞれ特定の化学物質を検出するための３個のＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃを含む。これらＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃは、それぞれ、試料ガス中の特定化学物質を吸着するためのＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃを含む。３つのＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃは、それぞれ、異なる特定化学物質を選択的に検出するためのものである。ＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃ、並びにＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ及び１３４ｃについての詳細は後述する。なお、以下ではＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃを包括的にＣＮＴガスセンサ４０、ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ及び１３４ｃを包括的にＣＮＴガスセンサ素子１３２と呼ぶことがある。
【００５５】
呼気ガスセンサ装置１０は、さらに、呼気収集ボックス１２の内部を、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とに分離したり、連通させたりするために、呼気収集ボックス１２の内部で正面側と背面側との方向にスライド可能に設けられた、スライド式のシャッタ４１を含む。シャッタ４１は、詳細には図示していないが、呼気収集ボックス１２の内部の長手方向の内径とほぼ同じ長さの、長手方向が呼気収集ボックス１２の長手方向と一致するように配置された複数個の短冊状の部材をスダレ状に組合わせ、これら部材が形成する面から少なくとも下方向に柔軟に湾曲できる構造となっているスライダ４２と、スライダ４２を正面側及び背面側にスライド可能に保持するよう、呼気収集ボックス１２の内部の両側面に形成された一対のスライダガイド４３と、スライダ４２を背面側にスライドさせてＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とを連通させたときに、スライダ４２を収納するように呼気収集ボックス１２の内部の背面側に設けられたスライダ収納部４６とを含む。スライダ４２の２つの側辺の内、右側面７２側はシャッタつまみ２６の基部の先端に結合されている。シャッタつまみ２６を開孔部１６内部でスライドさせると、スライダ４２がそれに伴ってスライドし、呼気収集ボックス１２の内部を、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とに分離する状態と、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とを連通する状態との間で変化させることができる。
【００５６】
呼気ガスセンサ装置１０による測定の際には、最初にスライダ４２を閉じ、試料ガスを呼気収集ボックス１２の内部に導入する。その後、スライダ４２を開け、ＣＮＴガスセンサ４０の周辺の空間にその試料ガスを導入する。スライダ４２は呼気収集ボックス１２の内部空間を２つに分離するためのものなので、スライダ４２が閉じているときには、スライダ４２を構成する部材の間の隙間がなくなるようにスライダ４２を形成することが望ましい。
【００５７】
スライダガイド４３は、呼気収集ボックス１２の内壁の内、右側面側及び左側面側の、開孔部１６に対応する位置に形成され、スライダ４２をスライド方向に沿って移動可能に保持するためのものである。スライダ収納部４６は、スライダ４２が呼気収集ボックス１２の内部の空間を連通させる位置に移動させたときに、スライダ４２の大部分を収納することができるようにスライダガイド４３に連続して設けられ、かつ、呼気収集ボックス１２の内部の背面側において空間を上部と下部との２つに分離するように形成されている。スライダ収納部４６は、呼気収集ボックス１２の内部において半円形に湾曲してその底部に達するように形成されており、スライダ４２を開いたときには、スライダ４２の後部部分がこの部分に収納される。シャッタつまみ２６、スライダ４２、スライダガイド４３及びスライダ収納部４６についての詳細は後述する。
【００５８】
図４は、スライダ４２が閉状態の時の呼気ガスセンサ装置１０の概略斜視図を示す図であり、図５（Ａ）及び（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示す５Ａ−５Ａ線における矢視方向断面図を、図５（Ｂ）は、図１（Ｂ）及び図５（Ａ）に示す５Ｂ−５Ｂ線における矢視方向断面図を、図５（Ｄ）は、図１（Ｂ）に示す５Ｂ−５Ｂ線、及び、図５（Ｃ）に示す５Ｄ−５Ｄ線における矢視方向断面図を、それぞれ示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）はスライダ４２が閉状態の場合を、図５（Ｃ）及び（Ｄ）は開状態の場合を、それぞれ示す。
【００５９】
なお、図の理解を容易にする目的のために、図４及び図５では、呼気収集ボックス１２、シャッタつまみ２６、スライダ４２、スライダガイド４３、及びスライダ収納部４６のみを示す。
【００６０】
図４、並びに、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、シャッタつまみ２６を開孔部１６の正面１１側の端部１６ａまで移動させた場合、スライダ４２の正面１１側の端面が呼気収集ボックス１２の正面側の内壁に当接する。この状態においては、呼気収集ボックス１２の内部空間は、スライダ４２及びスライダ収納部４６により、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間と、それ以外の空間とに分離される。
【００６１】
図５（Ｃ）及び（Ｄ）を参照して、シャッタつまみ２６を、開孔部１６の背面側の端部１６ｂまで移動させた場合、スライダ４２の背面側部分は、スライダ収納部４６の内部に収納される。この状態では、呼気収集ボックス１２の内部でスライダ４２により分離されていた２つの空間が連通する。
【００６２】
図２から分かるように、呼気導入部２２は、呼気収集ボックス１２の内部の空間の内で、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられていない空間部分に呼気を導入するような位置に形成されている。一方、外気導入部２４は、呼気収集ボックス１２の内部の空間の内で、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられている空間部分に外気を導入するような位置に形成されている。シャッタ４１を閉じた状態で呼気導入部２２から呼気収集ボックス１２内部に導入された呼気は、シャッタ４１を開けた状態とすることによりＣＮＴガスセンサ素子１３２と接触する。
【００６３】
図６は、呼気ガスセンサ装置１０の出力を得るための電気回路の構成を説明するための概略ブロック図である。図６において、太い矢印はパワーラインを、細い矢印はシグナルラインをそれぞれ示す。図６を参照して、呼気ガスセンサ装置１０は、後述する電源から表示変換装置１１２及び表示装置３６への電力供給を制御するための電源スイッチ３０、電源からＣＮＴガスセンサ４０への電力供給を制御するための測定スイッチ３２、電源から加熱板５４への電力供給を制御するための再生スイッチ３４、表示装置３６、校正ボタン３７、ＣＮＴガスセンサ４０、及び加熱板５４の他に、ＣＮＴガスセンサ４０の出力を表示装置３６に表示するよう変換するための表示変換装置１１２と、これらに電力を供給するための電源１１０とを含む。
【００６４】
表示変換装置１１２は、電源１１０からの電力供給を受けて稼動し、ＣＮＴガスセンサ４０の出力及び校正ボタン３７の出力を受ける様に接続されており、校正ボタン３７が押下された際の、ＣＮＴガスセンサ４０の出力値をゼロ点とし、当該ゼロ点に対するＣＮＴガスセンサ４０の出力電圧の変化量を、測定対象である特定化学物質の濃度として表示装置３６に表示可能な信号に変換して出力するためのものである。本実施の形態では、表示変換装置１１２は、予め用意された、３つのＣＮＴガスセンサ４０から与えられる電圧の変化量と、それらに対応する３つの特定化学物質の濃度との対応テーブルを記憶しており、入力される電圧変化に基づきテーブルルックアップによってそれぞれそれら特定化学物質の濃度を算出するものとする。
【００６５】
図７に、ＣＮＴガスセンサ４０の概略ブロック図を示す。図７を参照して、ＣＮＴガスセンサ４０は、図６に示す電源１１０からの電力供給を受ける直流電源１３０と、直流電源１３０のプラス端子に一端が接続されたＣＮＴガスセンサ素子１３２と、ＣＮＴガスセンサ素子１３２の他端と直流電源１３０のマイナス端子との間に接続された負荷抵抗１３４と、ＣＮＴガスセンサ素子１３２及び負荷抵抗１３４の接点に接続された入力を持ち、この接点の電位変化を増幅するための増幅器１３６と、この電位変化を検出するための検出装置１３８とを含む。なお、検出装置１３８の出力は、図６に示す表示変換装置１１２の入力に接続される。
【００６６】
図８に、ＣＮＴガスセンサ素子１３２の平面図を示す。図８を参照して、ＣＮＴガスセンサ素子１３２は、基板１６２と、基板１６２上に板状に作製され、試料ガスのうちの特定化学物質を吸着させ検出するための、ＣＮＴからなるセンシング部１６０と、基板１６２上に形成され、センシング部１６０の両端にそれぞれ接続された銀ペースト１６４及び１６６と、基板１６２上に、銀ペースト１６４及び１６６にそれぞれ接続するように設けられ、センシング部１６０の両端の電位差を外部に出力する電極１６８及び１７０とを含む。電極１６８は図７に示す直流電源１３０のプラス端子に接続される。電極１７０は図７に示す負荷抵抗１３４及び増幅器１３６に接続される。
【００６７】
なお、ここでは、３つのセンシング部１６０（１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃ）は、それぞれ、ペンタン、ＮＯ、アセトンを選択的に吸着するものとし、後述するように、センシング部１６０ａはＣＨ基及びＭｅＰｃにより表面修飾されたＣＮＴを、センシング部１６０ｂはＣＨ基及び蛍光分子により表面修飾されたＣＮＴを、センシング部１６０ｃはＣＨ基により表面修飾されたＣＮＴを、それぞれ含む。なお、以下ではセンシング部１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃを包括的にセンシング部１６０と呼ぶことがある。
【００６８】
ＭｅＰｃ、蛍光分子及びＣＨ基は、特定化学物質とのみ反応する選択能を有し、３つのセンシング部１６０は、それぞれ、雰囲気中の異なる特定化学物質を吸着する。これらセンシング部１６０に電流を通したときのセンシング部１６０の抵抗値は、センシング部１６０に物質が吸着したか否かにより異なる。したがって、図７に示すＣＮＴガスセンサ４０により、雰囲気中の異なる特定化学物質を選択的に検出できる。すなわち、呼気をＣＮＴガスセンサ４０周辺に導入し、増幅器１３６の出力を検出装置１３８で測定することにより、呼気中の特定化学物質を選択的に検出できる。
【００６９】
―第１のセンシング部１６０ａの製造方法―
第１のセンシング部１６０ａは以下のようにして製造される。
【００７０】
容器に用意されたエタノール溶液に市販の分散ＣＮＴ（ＣＮＴが分散する液体）を投入する。容器に超音波発生装置により超音波を照射する。容器内において、ＣＮＴはエタノール溶液中に均一に分離分散する。上記工程で得たＣＮＴ分散液を、フィルタフォルダを用いて吸引濾過する。その後、当該フィルタ及びフィルタ上のＣＮＴを放置してエタノールを揮発させる。当該フィルタを適当な大きさに切断する。切断したフィルタのＣＮＴに、予め溶液に希釈したＭｅＰｃ溶液を滴下し、ＣＮＴ表面に付着させる。これにより、ＣＨ基及びＭｅＰｃにより表面修飾されたＣＮＴを含む第１のセンシング部１６０ａを得る。
【００７１】
―第２のセンシング部１６０ｂの製造方法―
第２のセンシング部１６０ｂもセンシング部１６０ａと同様に製造される。ただしＭｅＰｃ溶液に代えて、例えば、ＤＡＦ−２のような、検出対象の特定化学物質とのみ反応する選択能を有する蛍光分子溶液を用いてＣＮＴの表面修飾を行なう。これにより、ＣＨ基及び蛍光分子により表面修飾されるＣＮＴを含む第２のセンシング部１６０ｂを得る。
【００７２】
―第３のセンシング部１６０ｃの製造方法―
第３のセンシング部１６０ｃも第１のセンシング部１６０ａと同様に製造される。ただし切断したフィルタのＣＮＴへのＭｅＰｃ溶液滴下を行なわない。これによりＣＨ基が表面に修飾されたＣＮＴを含む第３のセンシング部１６０ａが得られる。
【００７３】
−動作−
＜呼気ガスセンサ装置１０による呼気ガスセンシングの手順＞
以降、呼気ガスセンサ装置１０の操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置１０の動作を説明する。なお、ここでは呼気ガスセンサ装置１０に含まれるセンシング部１６０は新規に作成されたものか、又は、再生済であるものとする。さらに、スライダ４２は開状態であるものとする。この時、シャッタつまみ２６は図５（Ａ）に示すように、開孔部１６の背面側の端部１６ｂに設定される。
【００７４】
図９に、呼気ガスセンサ装置１０による呼気の測定方法を説明するための図を示す。図２及び図９を参照して、排気部２８及び２９のキャップ８５及び８７をはずし、呼気収集ボックス１２内の気体を、排気口部材８４及び８６から排気できるようにする。呼気導入部２２のキャップ８１を外し、呼気導入部材８０から試料ガスを導入する。呼気導入部材８０から導入される試料ガスにより、呼気収集ボックス１２内は陽圧となり、呼気収集ボックス１２内に封入されていた気体は外部へ排気される。試料ガス導入の際、除湿部８８により、試料ガスの水分が除去される。
【００７５】
その後キャップ８１、８５及び８７により、呼気導入部材８０並びに排気口部材８４及び８６を閉じることにより、呼気収集ボックス１２内に試料ガスを保持する。
【００７６】
図１０に示すように、試料ガスの成分分布を一定にする目的で、呼気ガスセンサ装置１０を保持してその長手方向に沿って振動させる。
【００７７】
このとき、呼気収集ボックス１２内では、図２及び図３に示す攪拌装置４４は、羽の質量の相違によって羽の回転モーメントが生じ、回転する。この結果、呼気収集ボックス１２内に封入された呼気が回転する羽により攪拌され、呼気中のガス成分の分布がより一様になる。ここでは振動作業を５分間続けて行なった後、呼気収集ボックス１２を水平な場所に１分間静置することとする。１分間の静置後、電源スイッチ３０をＯＮする。
【００７８】
図６及び図７を参照して、表示変換装置１１２及び表示装置３６に電力が供給され、表示装置３６は初期画面を表示する。
【００７９】
その後、測定スイッチ３２をＯＮする。３つのＣＮＴガスセンサ４０がそれぞれ以下のように稼動する。電源１１０から直流電源１３０に電力供給がなされる。直流電源１３０は、ＣＮＴガスセンサ素子１３２と負荷抵抗１３４とを直列接続したものの両端に一定電圧をかける。図８を参照して、センシング部１６０を構成するＣＮＴの表面に試料ガス中の特定化学物質が付着すると、電極１６８、及び１７０間の電気抵抗が変化する。その変化を増幅器１３６の出力電圧の変化として検出装置１３８により検出する。
【００８０】
前述したように、ＣＮＴの表面修飾材料による、吸着物質に対する選択能により、各センシング部１６０には特定化学物質が吸着する。その量は、試料ガス内の特定化学物質の濃度に比例すると考えられる。その結果、試料ガス内の特定化学物質の濃度がＣＮＴガスセンサ素子１３２における出力電圧変化として検出される。
【００８１】
３つのセンシング部１６０のＣＮＴ表面にそれぞれ修飾されたＭｅＰｃ、蛍光分子及びＣＨ基は、それぞれ異なる特定化学物質を選択的に吸着する。このため、３つのＣＮＴガスセンサ素子１３２の各々について、電気抵抗の変化量を知ることにより、呼気中のそれら特定化学物質の存在の有無及び濃度を確認できる。
【００８２】
検出装置１３８により検出された出力電圧変化は表示変換装置１１２に出力される。ここでは、出力電圧変化及び特定化学物質濃度は、具体的には以下のように算出され測定されることとする。センシング部１６０等に吸着しない不活性なガスを校正用ガスとして、特定化学物質の検出時と同様の操作により出力電圧を検出装置１３８により予め検出する。この時、校正ボタン３７を押下することにより、表示変換装置１１２は、当該出力電圧をゼロ点に設定する。その後測定スイッチ３２をＯＦＦにする。試料ガスを呼気収集ボックス１２に導入して前述の操作を行い、測定スイッチ３２をＯＮにする。検出装置１３８等は試料ガスに対する出力電圧を検出する。表示変換装置１１２は、入力される出力電圧とゼロ点との差異（出力電圧変化）を算出する。表示変換装置１１２は、さらに、算出した出力電圧変化をキーとして対応テーブルからルックアップすることにより、当該特定化学物質の濃度を算出する。算出した特定化学物質の濃度に応じて、表示変換装置１１２は信号変換処理の後、表示装置３６に表示可能な信号を出力する。表示装置３６には、例えば、ペンタン、ＮＯ、及びアセトンの各濃度がｐｐｂ単位で表示される。
【００８３】
表示装置３６により当該特定化学物質の濃度を確認した後、電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＦＦし、測定を終了する。
【００８４】
＜センシング部１６０の再生手順＞
以降、センシング部１６０等の再生のための操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置１０の動作を説明する。
【００８５】
図２を参照して、シャッタつまみ２６を、図５（Ｂ）に示す開孔部１６の正面１１側の端部１６ａに移動させる。呼気収集ボックス１２内において、ＣＮＴガスセンサ４０の周辺部と他の空間とが分離される。
【００８６】
再生スイッチ３４をＯＮした後、キャップ８７を外し、排気口部材８６からの排気を可能にする。この状態で、図１０に示す攪拌処理と同様にして、呼気ガスセンサ装置１０を振動させる。加熱板５４に電力が供給され、ヒータ６２による加熱が開始される。加熱板５４の加熱により、センシング部１６０が５０℃〜７０℃になると、センシング部１６０に吸着した特定化学物質等は脱離する。脱離した物質は気体の対流作用により上昇する傾向にあるが、スライダ４２によりこれが抑制される。このため脱離した物質は呼気収集ボックス１２の内壁全体には拡散しない。加熱によりＣＮＴガスセンサ４０の周辺部の気体は膨張し、排気口部材８６から呼気収集ボックス１２外部へ移動する。
【００８７】
再生スイッチ３４をＯＮしてから５分経過後、再生スイッチ３４をＯＦＦする。ヒータ６２は加熱を停止する。
【００８８】
キャップ８３をはずし、直ちに外気導入部材８２から不活性ガスを呼気収集ボックス１２の内部に導入する。この際、除湿部８９により、不活性ガスからは水分が除去される。不活性ガスを導入することにより、スライダ４２により分離されたＣＮＴガスセンサ４０の周辺部は陽圧となり、ＣＮＴガスセンサ４０の周辺部の気体がさらに排気口部材８６から外部へ排出される。この操作を、外気導入部材８２から呼気収集ボックス１２内に導入された不活性ガスが、排気口部材８６から外部へ排出される程度まで継続する。その後キャップ８３及び８７により、外気導入部材８２及び排気口部材８６を閉じる。
【００８９】
上記作業により、再生によりセンシング部１６０から脱離した物質は、呼気収集ボックス１２内を汚染すること無く外部へ排出される。ＣＮＴガスセンサ４０の周辺部には不活性ガスが導入される。このため、次回の呼気ガスセンシングまでセンシング部１６０はクリーンな状態を保持できる。
【００９０】
［実施例］
以下に、第１の実施の形態に基づく実施例について説明する。
【００９１】
―ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの製造方法―
ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａを以下に述べる方法により製造した。
【００９２】
第１のセンシング部１６０ａの製造方法を以下に示す。初めにＣＮＴのＣＨ基修飾を行なった。分散ＣＮＴ（エーナ社製）を、ビーカーに用意したエタノール溶液に投入した後、このビーカーを、１０ｋＨｚ、８Ｗの超音波洗浄器内に設置し、ビーカー内試料に対し超音波照射を分散ＣＮＴがエタノール溶液全体に分散するまで行なった。分散後、分散ＣＮＴを含むエタノール溶液について、穴径０．２μｍのＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）メンブレンフィルタ（ミリポア製。以下単に「フィルタ」と呼ぶ。）を装着したフィルタフォルダ及び濾過鐘により吸引濾過を行なった。フィルタ上に残ったＣＮＴを、エタノールを揮発させるため、フィルタごと３時間放置し、ＣＨ基により修飾されたＣＮＴを得た。放置後、フィルタを２ｃｍ×０．７ｃｍのサイズに切断した。
【００９３】
次に、ＣＮＴの金属錯体による表面修飾を行なった。Ｃｕフタロシアニン（東京化成工業製）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で溶解し、０．１ｍＭのＣｕフタロシアニン溶液を調製した。その後、Ｃｕフタロシアニン溶液５マイクロリットルをピペットにより、切断後のフィルタ上カーボンナノ構造体表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第１のセンシング部１６０ａとした。
【００９４】
図８を参照して、絶縁性材料から成る基板１６２の上に第１のセンシング部１６０ａを設置し、銀ペースト１６４及び１６６によりこれを基板１６２と接続した。さらに同じ銀ペースト１６４及び１６６により０．５ｍｍφの金の細線を接続し、これを電極１６８及び１７０とし、ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの製造を終了した。製造したＣＮＴガスセンサ素子１３２ａを呼気ガスセンサ装置１０へ導入した。
【００９５】
―ＣＮＴガスセンサ素子１３２ｂの製造方法―
第２のセンシング部１６０ｂの製造方法を以下に示す。はじめに、第１のセンシング部１６０ａの製造方法と同様に、ＣＮＴのＣＨ基修飾を行なった。次に、ＣＮＴのＤＡＦ−２による表面修飾を行なった。ジメチルスルホキシド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ。以下「ＤＭＳＯ」と呼ぶ。）５５０μＬ中にＤＡＦ−２を１ｍｇ展開したＤＡＦ−２の５ｍｍｏＬ溶液をリン酸緩衝液（０．１ｍｏｌ／Ｌ）で５００倍に希釈し（約１０μｍｏｌ／Ｌ）した。この溶液中１０μＬをピペットにより、切断後のメンブレンフィルタ上ＣＮＴ表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第２のセンシング部１６０ｂとした。その後の処理はＣＮＴガスセンサ素子１３２ａと同様である。
【００９６】
――ＣＮＴガスセンサ素子１３２ｃの製造方法―
第３のセンシング部１６０ｃの製造方法は、第１のセンシング部１６０ａの製造方法における、ＣＮＴのＣＨ基修飾と同様である。以上により得た平板状試料を第３のセンシング部１６０ｃとした。その後の処理はＣＮＴガスセンサ素子１３２ａと同様である。
【００９７】
―評価方法（１）ペンタン濃度―
ＣＮＴガスセンサ素子１３２の特性評価方法を次に示す。図１に示す呼気ガスセンサ装置１０を、平らなところに静置した。スライダ４２を開とした。図２に示すキャップ８１を外し、呼気導入部材８０に校正用ガスとして窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ窒素ガスを呼気収集ボックス１２内へ導入した。同時に、キャップ８５及び８７を外し、呼気収集ボックス１２の中に既に封入されていた気体を排気口部材８４及び８６を介して排気した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材８４及び８６にキャップ８５及び８７をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材８０から外して、直ちに、呼気導入部材８０にキャップ８１をはめ、呼気導入部材８０を閉とした。前述した攪拌作業を５分間行なった後、呼気ガスセンサ装置１０を平らなところに静置した。
【００９８】
電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＮした。ここでは、ＣＮＴガスセンサ４０ａにおいて、直流電源１３０により流した電流は２００μＡであり、ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの初期抵抗はＲｏ＝２０ｋΩであった。検出装置１３８の検出の頻度は１秒毎で、６０秒間のうちに検出したＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの出力電圧の平均を表示変換装置１１２に出力するものとした。他のＣＮＴガスセンサについても同様の条件で測定を行った。図１に示す校正ボタン３７を押下することにより、表示変換装置１１２においてこの入力値を初期値と設定した。その後校正ボタン３７の押下を停止し、測定スイッチ３２をＯＦＦにした。
【００９９】
次に、テドラーバッグに封入したペンタン濃度１００ｐｐｂのセンシング対象ガスを、窒素ガス封入時と同様に呼気収集ボックス１２内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材８４及び８６にキャップ８５及び８７をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材８０から外して、直ちに、呼気導入部材８０にキャップ８１をはめ、呼気導入部材８０を閉とした。
【０１００】
なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。１ｐｐｍの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、窒素ガスとを１：９の割合で混合することにより、ペンタン標準ガスを希釈し、ペンタン濃度１００ｐｐｂのセンシング対象ガスとした。
【０１０１】
攪拌作業を５分間行なった後、呼気ガスセンサ装置１０を平らなところに静置した。この状態で、測定スイッチ３２をＯＮし表示装置３６に表示されるペンタン、ＮＯ及びアセトン濃度を確認した。
【０１０２】
―評価方法（２）ＮＯ濃度―
評価方法（１）と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置１０によるＮＯを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法（１）と同様であり、ペンタンに代えてＮＯを使用した。
【０１０３】
―評価方法（３）アセトン濃度―
評価方法（１）と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置１０によるアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法（１）と同様であり、ペンタンに代えてアセトンを使用した。
【０１０４】
―評価方法（４）ペンタン、ＮＯ、及びアセトン濃度―
評価方法（１）と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置１０によるペンタン、ＮＯ、及びアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。１ｐｐｍの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、ペンタン標準ガスと同様に希釈されたＮＯ標準ガス、及び、アセトン標準ガスとを、それぞれ、等量用意して混合する。この混合ガスと窒素ガスとを３：７の割合で混合することにより、ペンタン濃度１００ｐｐｂ、ＮＯ濃度１００ｐｐｂ、及びアセトン濃度１００ｐｐｂのセンシング対象ガスとした。
【０１０５】
―評価方法（５）再生処理―
評価方法（４）の実験の後、電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＦＦし、スライダ４２を閉とした。再生スイッチ３４をＯＮし、キャップ８７を取外し排気口部材８６から呼気収集ボックス１２内の気体を排気した。５分経過後、再生スイッチ３４をＯＦＦした。キャップ８３を取外し、外気導入部材８２に窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ、窒素ガスを呼気収集ボックス１２内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところでテドラーバックを外気導入部材８２からはずし、直ちにキャップ８３及び８７により、外気導入部材８２及び排気口部材８６を閉とした。
【０１０６】
ここで評価方法（１）と同様の攪拌作業を行った後、電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＮし、表示装置３６に表示されるペンタン、ＮＯ及びアセトン濃度を確認した。
【０１０７】
―評価結果―
評価方法（１）において、表示装置３６は、ペンタン９８ｐｐｂ、ＮＯ０ｐｐｂ、アセトン０ｐｐｂを表示した。
【０１０８】
評価方法（２）において、表示装置３６は、ペンタン０ｐｐｂ、ＮＯ１００ｐｐｂ、アセトン０ｐｐｂを表示した。
【０１０９】
評価方法（３）において、表示装置３６は、ペンタン１ｐｐｂ、ＮＯ０ｐｐｂ、アセトン１００ｐｐｂを表示した。
【０１１０】
評価方法（４）において、表示装置３６は、ペンタン９９ｐｐｂ、ＮＯ１０１ｐｐｂ、アセトン１０２ｐｐｂを表示した。
【０１１１】
評価方法（５）において、表示装置３６は、ペンタン０ｐｐｂ、ＮＯ０ｐｐｂ、アセトン０ｐｐｂを表示した。
【０１１２】
上記の結果により、本呼気ガスセンサ装置は、ペンタン、ＮＯ及びアセトンの存在の確認が可能で、その検出下限はそれぞれ１００ｐｐｂ以下であることがわかった。さらに、これら特定化学物質が混合していても、１００ｐｐｂレベルで検出可能であり、一度の測定で複数種類の呼気中マーカを検出できることを確認した。さらに、再生処理後、各特定化学物質濃度はゼロレベルを示し、センシング部１６０等における電気抵抗変化はほとんど認められなかった。このことから、再生処理により、センシング部１６０等に吸着された物質が除去されていることがわかった。
【０１１３】
以上のように、本ガスセンサ装置によれば、一度の測定で複数の特定化学物質に対して行なうことが出来る。そのセンシングは、物質選択性を有し、高精度、及び高感度である。呼気のセンシングを行なう場合、複数種類の化学物質センシング素子を含むことにより、たとえば、糖尿病、生活習慣病及び呼吸疾患等、複数の疾患に関する情報を得ることが出来る。
【０１１４】
装置に呼気を導入し、ボタンを押すと、特定化学物質の濃度が表示される。このように簡単な操作で情報を得ることが出来る。さらに、高感度であるため、センシング基体及び装置の呼気収集ボックスを小型にすることができる。これらのことから個人が日常的に健康管理を行なう一方法として、本装置は有効に利用することが出来るといえる。
【０１１５】
特に、スライダ４２を設けたことにより、測定と再生とを繰返しても測定性能が劣化する可能性は小さいということができる。
【０１１６】
［変形例］
上記実施の形態において、金属錯体としてＭｅＰｃを挙げたが、本発明において、金属錯体はこれに限定されない。一般的な金属錯体又はその誘導体であって、上記したようにＣＮＴに表面修飾されることが可能であり、吸着物質に対し物質選択性を有するものであれば良い。
【０１１７】
本発明において、第１のセンシング部１６０ａの製造方法におけるＣＮＴの表面修飾材料はＣｕフタロシアニンに限定されない。Ｃｏフタロシアニン、Ｎｉフタロシアニン、Ｆｅフタロシアニン及びポルフィリンなどであても良い。
【０１１８】
上記実施の形態において、ＣＮＴガスセンサは複数であり、それぞれが異なる特定化学物質を検出し、各出力電圧の変化に基づいて個別に算出された濃度が個別に表示される。しかし、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、２つのＣＮＴガスセンサにより、基準とする物質及びマーカの濃度比を算出し、当該濃度比に基づいてマーカの濃度レベルが分かるような表示をしても良い。すなわち、基準となる物質の濃度でマーカ濃度を規格化してもよい。
【０１１９】
具体的な例を以下に示す。呼気ガスセンサ装置は、呼気に高い比率で含まれる成分を検出するための第１のＣＮＴガスセンサと、微量に含まれるマーカを検出するための第２のＣＮＴガスセンサとを含む。呼気に高い比率で含まれる成分の濃度に対するマーカ濃度の比率（以下「濃度比」と呼ぶ。）に関し、予め、レベル分けをしておく。例えば、低濃度〜高濃度まで３段階のレベルがあり、それぞれ、健康な人の呼気における平均的な濃度比の数値範囲、呼吸疾患を発症した人の平均的な濃度比の数値範囲、及び、両者の中間の数値範囲であったとする。表示変換装置は予め当該レベル分けに必要な情報を記憶している。表示変換装置は、第１及び第２のガスセンサからの入力信号により濃度比を算出し、当該濃度比が前述の３レベルのいずれに該当するか判定し、判定結果に基づき表示装置に信号を出力する。表示装置は、例えば、濃度比が健康な人の呼気と同等であれば緑色、発症した人と同等であれば赤色、両者の中間であれば黄色の表示を行なう。この場合であっても、ユーザは自身の（この場合は呼吸疾患に関する）健康状態のチェックを行なうことができる。
【０１２０】
呼気ガスセンサ装置は、さらに、これら第１及び第２のＣＮＴガスセンサに加え、同様の２対で一体のＣＮＴガスセンサを他に含んでもよい。これらの他のセンサのうちマーカ検出用のセンサは、他のマーカ検出用センサと異なるマーカを検出する。その結果、一度の測定により複数種類のマーカの濃度レベルを確認することが出来る。
【０１２１】
上記実施の形態では、加熱板５４はヒータ６２を含み、センシング部を加熱することにより吸着した物質を除去するものとした。しかし、本発明はそのような態様に限定されない。例えば、再生装置は可視光ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であり、１ｍＷの可視光をセンシング部に所定の時間照射することにより、吸着した物質を除去する態様であっても良い。別の例として、再生装置はガスフローを行なうための装置であっても良い。この場合、例えば、図２を参照して、呼気ガスセンサ装置１０において、スライダ４２を閉、排気部２９を開（キャップ８７をはずす）の状態とする。外気導入部２４から当該再生装置により不活性ガスを特定の圧力により一定時間注入する。当該ガスが外気導入部２４から排気部２９の方向にフローすることにより、センシング部に吸着した物質が脱離し、筐体１２外部に排気される。
【０１２２】
上記実施の形態では、呼気収集ボックス１２の内部に導入される呼気及び外気から水分を除去するための乾燥剤を、呼気導入部２２及び外気導入部２４内部に設けている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されず、呼気収集ボックス１２内部に呼気又は外気が導入される以前にそれらから水分を除去するものであれば、どのようなものをどのような位置に設けてもよい。例えば呼気導入部２２および外気導入部２４の、呼気収集ボックス１２と連結されていない端部に、カートリッジ形式のマウスピースを接続するようにし、その中に乾燥剤を設けるようにしてもよい。
【０１２３】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置１０の３面図である。
【図２】図１（Ａ）に示す断面２−２における呼気ガスセンサ装置１０の矢視方向断面図である。
【図３】図１（Ｂ）に示す断面３−３における呼気ガスセンサ装置１０の矢視方向断面図である。
【図４】呼気ガスセンサ装置１０の斜視図である。
【図５】図１（Ｂ）に示す断面５Ａ−５Ａ、及び５Ｂ−５Ｂにおける呼気ガスセンサ装置１０の概略矢視方向断面図である。
【図６】呼気ガスセンサ装置１０のパワーライン及びシグナルラインを説明するための概略ブロック図である。
【図７】ＣＮＴガスセンサ４０の構成図である。
【図８】ＣＮＴガスセンサ素子１３２の構成図である。
【図９】呼気ガスセンサ装置１０による呼気中の特定化学物質を測定する方法を説明するための図である。
【図１０】呼気収集ボックス１２内の試料ガスを攪拌する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０ 呼気ガスセンサ装置
１２ 呼気収集ボックス
２２ 呼気導入部
２４ 外気導入部
２６ シャッタつまみ
２８、２９ 排気部
８０、８２ 導入部材
８１、８３、８５、８７ キャップ
８４、８６ 排気口部材
３０、３２、３４ スイッチ
３６ 表示装置
３７ 校正ボタン
４０ ＣＮＴガスセンサ
４１ シャッタ
４２ スライダ
４３ スライダガイド
４４ 攪拌装置
４６ スライダ収納部
５０、１６２ 基板
５２ 断熱板
５４ 加熱板
６２ ヒータ
６４ シール部材
１１２ 表示変換装置
１３０ 直流電源
１３２ ＣＮＴガスセンサ素子
１３４ 負荷抵抗
１３６ 増幅器
１３８ 検出装置
１６０ センシング部
１６４、１６６ 銀ペースト
１６８、１７０ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気をセンシングする呼気ガスセンサ装置に関し、特に、複数種類のガス成分を一度に検出することが可能な呼気ガスセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の日本は高齢化社会を迎え、社会全体の健康への関心は高まる一方である。これに関連し、健康管理、疾病予防及び治療に関する技術の向上が求められている。
【０００３】
健康管理などの方法として、例えば、個人で手軽に且つ迅速に健康状態をチェックできるシステムがあげられる。個人の健康状態を把握するために容易にサンプリングできる生体情報としては、血液、尿、汗、唾液、呼気等がある。これらの構成成分のうちある特定の物質は、体調不良、疾病になる可能性が高い何かの兆候、又は既に患っている疾病に起因して発生したり、その量が変化したりする場合があり、その量の変化を知ることで個人の健康状態を把握できる可能性が高い。このような物質をマーカと呼ぶ。マーカのモニタリングが、健康管理及び疾病の早期発見、早期治療に役立つ。
【０００４】
生体情報のうち、呼気は、肺の中において毛細血管中の血液と薄膜を隔てて近接して存
在するため、その中には特にマーカを多く含んでいる。呼気に含まれるマーカの例としては、生活習慣病等の原因である酸化ストレスに起因するエタン及びペンタン、気管支炎等の呼吸疾患によるＮＯ及びＣＯ、胃炎等の消化器疾患に起因するＨ２、糖尿病によるアセトン等がある。生体情報の中では、呼気のサンプリングが最も簡単である。このことから、呼気ガスをセンシングする、個人の健康管理のためのシステムが特に求められている。
【０００５】
呼気ガスセンシングでは、呼気ガスに含まれるマーカの濃度はｐｐｂ〜ｐｐｍレベルであり、高感度のセンシングが求められる。さらに、個人が操作するため、誰でも簡単に出来、かつ、大掛かりな設備が不要なセンシングが求められる。
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、半導体センサがアセトンを吸着する成分で構成されており、半導体センサの抵抗変化により、呼気中のアセトン濃度を測定することが出来る。具体的には、高温時、半導体センサを構成する酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物が呼気中の酸素分子を吸着する。これにより呼気中のアセトンが濃縮される。さらに、半導体センサを構成する、白金、ロジウム、及びパラジウムから選定した元素を含む、タングステン、モリブデン、クロム系酸化物は、アセトンを吸着して酸化する。その後半導体センサを低温にすることにより、酸化されたアセトンは酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物に吸着される。この吸着が酸化錫、酸化亜鉛及び酸化インジウム系化合物のエネルギーバンド状態を変化させる。この結果、半導体センサの抵抗が低下する。
【０００７】
この半導体センサを内部に設けた筐体を含む装置において、筐体に呼気を吸引させると、本装置はアセトン濃度を表示する。この装置によれば、簡単な操作によりｐｐｍレベルのアセトン濃度を検出することが可能である。そのため、糖尿病に関して、この装置を個人の健康管理、さらには疾患予防及び治療に利用することが出来る。
【特許文献１】特開２００１−３１８０６９号公報
【非特許文献１】齋藤理一郎、「カーボンナノチューブの概要と課題」、機能材料、 ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．５、ｐ６−１４、２００１年５月号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の半導体センサは、アセトン以外の呼気成分を検出することが出来ない。したがって、糖尿病以外の疾患に関する情報を得ることが出来ない。
【０００９】
これを解決する方法として、例えば、ガスクロマトグラフィー（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｈｏｇｒａｐｈｙ。以下「ＧＣ」と呼ぶ。）等がある。ＧＣは一度の測定で複数の成分を検出することが出来る。しかし、高価で大型の装置であること、並びに、サンプリング及び操作においてＧＣに関する知識が必要である等の理由により、ＧＣは個人が自身で健康管理を行なうのには適していない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型のガスセンサ装置を提供することである。
【００１１】
この発明の他の目的は、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型であって、しかも一度の測定により測定対象ガス中の複数のガス成分を高感度で選択的にセンシングすることが可能なガスセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面に係るガスセンサ装置は、内部に空間が形成された筐体と、この筐体に設けられ、筐体内部の空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、化学物質センシング素子に電気的に結合され、化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、筐体に設けられ、筐体内部の空間の気体を筐体外部に排出するための排気手段とを含む。化学物質センシング素子は、特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む。
【００１３】
好ましくは、カーボンナノ構造体は、カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ。以下「ＣＮＴ」と呼ぶ。）を含む。
【００１４】
ＣＮＴはグラファイト構造を有する、直径がナノオーダーのチューブ状炭素材料である。ＣＮＴは非常に安定な構造で、その内部ではΠ電子結合に基づく高速な電子移動を許容する導電性を示し、構造によっては金属線よりも優れた導体となる。非特許文献１によれば、ＣＮＴに化学物質分子が付着すると、電子移動が起こり起電力が発生する。言い換えれば、ＣＮＴの２点間に、電位差、すなわち、電気抵抗の変化が生じる。この電気抵抗の変化を検出すれば、化学物質のセンシングが可能となる。さらに、ＣＮＴのナノ構造により、ＣＮＴによるセンシングに対し優れた応答性及び検出下限が期待でき、上記化学物質センシング素子は高感度で優れた応答性を有するといえる。このため、ＣＮＴを検出下限ｐｐｍ〜ｐｐｂレベルを必要とする呼気ガスセンシングに利用することが出来る。加えて、高感度であることから、センシング対象物質を付着させるためのセンシング基体のサイズを比較的小さくすることが出来る。同じ理由で、少量の試料ガスで測定することが出来る。本装置のサイズを比較的小さくすることができる。さらに、ガスが検出されたか否かが電気的抵抗の変化で検出できるため、既に確立されている電気技術を用いて、操作が容易な形で呼気ガスの検出結果を出力できる。また、ＣＮＴは表面修飾されており、表面修飾に用いられる物質は、その分子構造及び電気的特性により特定の化学物質と選択的に結合するように、測定対象の化学物質に対応して選択される。そのために、目的の呼気ガス成分を選択的に検出できる。
【００１５】
その結果、個人の使用に対応可能な程度に操作手順が簡単で、かつ比較的小型の呼気ガスセンサ装置を提供することができる。
【００１６】
好ましくは、特定化学物質はアセトンであり、表面修飾されるカーボンナノ構造体は、アルキル基（以下「ＣＨ基」と呼ぶ。）により表面修飾されている。本願発明者は、このようにＣＨ基により表面修飾されたＣＮＴを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のアセトンを検出することが出来、その感度は検出下限１００ｐｐｂ以下であることを確認した。アセトンは糖尿病に関するマーカである。すなわち、本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のアセトンのセンシングを行なうことが出来る。
【００１７】
好ましくは、特定化学物質はペンタンであり、カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている。さらに好ましくは、金属錯体は金属フタロシアニン（以下「ＭｅＰｃ」と呼ぶ。）からなる。
【００１８】
本願発明者は、ＭｅＰｃにより表面修飾されたＣＮＴを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のペンタンを検出することが出来、その感度は検出下限１００ｐｐｂ以下であることを確認した。
【００１９】
本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のペンタンのセンシングを行なうことが出来る。
【００２０】
好ましくは、特定化学物質は一酸化窒素であり、カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている。好ましくは、蛍光分子はジアミノフルオレセイン−２（Ｄｉａｍｉｎｏｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ−２。以下「ＤＡＦ−２」と呼ぶ。）からなる。
【００２１】
本願発明者は、ＤＡＦ−２により表面修飾されたＣＮＴを用いたガスセンサ装置により、試料ガス中のＮＯを検出することが出来、その感度は検出下限１００ｐｐｂ以下であることを確認した。
【００２２】
本ガスセンサ装置によれば、高感度、及び、高いマーカ選択性により呼気中のＮＯのセンシングを行なうことが出来る。
【００２３】
好ましくは、ガスセンサ装置は、複数個の化学物質センシング素子を含む。これら複数個の化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む。検出手段は、複数の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む。
【００２４】
各化学物質センシング素子は、異なる特定化学物質の吸着量に応じてその電気的抵抗を変化させる。検出手段は、各化学物質センシング素子の電気抵抗変化を個別に検出する。各表面修飾材料が、呼気中の異なるマーカと各々選択的に結合するものであるため、ユーザは各マーカのセンシング結果を、同時にかつ個別に知ることができる。操作は化学物質センシング素子が１つのときと同じでよい。したがって、簡単な手順により、一度の呼気測定により複数種類の疾患に関する情報を得ることが出来る。
【００２５】
好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体内部に形成された空間内に設けられ、化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより化学物質センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む。
【００２６】
本装置によれば、化学物質センシング素子表面に吸着された物質を除去することが出来る。このため、本ガスセンサ装置によるガスセンシングを繰返し行なうことが出来る。
【００２７】
好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体の内部の空間のうち、化学物質センシング素子が設けられた第１の空間と、それ以外の第２の空間との間に設けられ、第１の空間と第２の空間とを分離する閉状態と、第１の空間と第２の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む。
【００２８】
本ガスセンサ装置において、再生手段により、化学物質センシング素子表面に吸着された物質が除去される。この場合、筐体が外部に対し閉の状態であれば、除去された物質が筐体内に拡散し、筐体内壁を汚染する。分離手段は、閉状態では、筐体内の空間を、化学物質センシング素子が設けられた第１の空間と、それ以外の第２の空間とに分離する。この結果、閉状態にしておけば、化学物質センシング素子から除去された物質が第２の空間に拡散することが防止でき、筐体内壁の汚染を防ぐことが出来る。
【００２９】
より好ましくは、試料ガス導入手段は、第１の空間に試料ガスを導入するように筐体に設けられている。ガスセンサ装置はさらに、筐体に設けられ、第２の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む。
【００３０】
分離手段を閉状態としておいて試料ガス導入手段により試料ガスを第１の空間に導入すると、試料ガスが化学物質センシング素子にはすぐには接しない。測定開始とともに分離手段を開状態とすることで、試料ガスが化学物質センシング素子に接し、特定化学物質が化学物質センシング素子に吸着する。吸着開始のタイミングを所望のタイミングにすることができ、測定が正確に行なえる。測定終了後、化学物質センシング素子の再生時には、分離手段を閉手段としておくことで、素子から脱離した化学物質が筐体内部の空間全体に拡散することが防止できる。この状態で外気導入手段によって第２の空間に不活性な気体を導入すると、分離手段がない場合より迅速にこれら気体を第２の空間から排出し、外気を導入することが出来る。
【００３１】
さらに好ましくは、分離手段は、筐体の内部に設けられ、第１の空間と第２の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む。スライド式のシャッタという簡便な構造で、筐体内壁の汚染を防ぐことができる。
【００３２】
好ましくは、ガスセンサ装置は、筐体内に設けられ、筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む。
【００３３】
好ましくは、ガスセンサ装置はさらに、試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む。
【００３４】
好ましくは、ガスセンサ装置はさらに、外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む。
【００３５】
本ガスセンサ装置において、試料ガス及び外部気体を筐体に導入する際、除湿手段による除湿を行なう。このことにより、筐体内への水分の浸入を防ぎ、化学物質センシング素子表面への水分の吸着を抑える。水分はガスセンシングに対する阻害物質である。水分除去により、高感度、高精度の測定を行なうことが出来る。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように本発明に係るガスセンサ装置によれば、簡単な操作で特定化学物質の測定を行なうことが出来る。そのセンシングは、物質選択性を有し、高精度、及び高感度である。さらに、高感度であるため、ガスセンサ装置を小型にすることができる。本装置を用いて呼気ガスセンシングを行なうことにより、個人が日常的に健康管理を行なうことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置について説明する。以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同一である。したがって、それらについての詳しい説明は繰返さない。
【００３８】
［第１の実施の形態］
−構成−
図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に、本発明の第１の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置１０の平面図、正面図及び側面図をそれぞれ示す。なお、以下に説明する呼気ガスセンサ装置１０の構成要素のうち、特に記載が無いものに関しては、その構成材料は、その動作温度の範囲ではガスを漏洩せず、変質も変形もしない材料で構成されているものとする。さらに、その材料は、動作温度の範囲においてはガスを発生しない材料であるものとする。
【００３９】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、呼気ガスセンサ装置１０は、正面１１及び裏面（裏面は図１には現れていない。）、右側面７２（図１（Ａ）及び（Ｂ）における右側の側面）、左側面（図１には現れていないが、図１（Ａ）及び（Ｂ）における左側の側面を左側面とする。）、並びに上面１３及び下面（図１には現れていない。）とを有する直方体形状の、中空の筐体である呼気収集ボックス１２を含む。呼気収集ボックス１２は、縦４〜６ｃｍ、横１６〜２０ｃｍ、奥行４〜６ｃｍ程度のサイズであることが好ましい。
【００４０】
呼気収集ボックス１２において、右側面７２には開孔部１６が形成されている。開孔部１６は、呼気収集ボックス１２内外を貫通し、後述するシャッタつまみの移動を可能にするために設けられる。
【００４１】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、いずれも正面１１上に設けられた電源スイッチ３０、呼気センシングの開始／終了の指示を受けるための測定スイッチ３２、後述するＣＮＴガスセンサの再生の開始／終了の指示を受けるための再生スイッチ３４、呼気センシングの結果を表示するための表示装置３６、及び呼気センシングの測定に関する校正処理を行なう際に操作される校正ボタン３７を含む。
【００４２】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、右側面７２にそれぞれ設けられた、呼気を呼気収集ボックス１２の内部に導入するための呼気導入部２２、外気を呼気収集ボックス１２の内部に導入するための外気導入部２４、及び呼気収集ボックス１２の内部に設けられ、呼気収集ボックス１２の内部の空間をＣＮＴガスセンサが設けられた空間とそれ以外の部分とに分離するための後述するシャッタ、当該シャッタを開孔部１６を介して外部から操作して開閉させるために設けられたシャッタつまみ２６、及び、開孔部１６に設けられた、開孔部１６を閉塞するためのシール部材６４を含む。
【００４３】
シール部材６４は、開孔部１６の上辺及び下辺に固定された一対の可撓性のあるゴム辺を含む。この一対のゴム辺の当接する部分にシャッタつまみ２６の基部が挿入され、内部のシャッタの端部に接続される。このため、シャッタつまみ２６の基部はできるだけ薄いものであることが望ましい。シャッタつまみ２６、シャッタ及びシール部材６４の詳細については後述する。
【００４４】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、呼気収集ボックス１２の左側面に設けられた、呼気収集ボックス１２の内部のガス及び空気を排出するための排気部２８及び２９を含む。
【００４５】
図２に、図１（Ａ）に示す断面２−２における矢視方向断面図を、図３に、図１（Ｂ）に示す断面３−３における矢視方向断面図を、それぞれ示す。なお、図２及び図３は、上記したシャッタが開状態の場合を示す。
【００４６】
図２及び図３を参照して、呼気収集ボックス１２の右側面７２の、上面１３の近傍及び下面の近傍には、開孔部１４及び１５が形成されている。右側面７２の、開孔部１４及び１５の間の部分に、上記した開孔部１６が形成されている。左側面の上面１３の近傍及び下面の近傍には、開孔部１８及び２０がそれぞれ形成されている。
【００４７】
呼気導入部２２は、パイプ状で、一端が開孔部１４の内部にはめ込まれた呼気導入部材８０と、可撓性があるゴムにより構成され、呼気導入部材８０の他端を着脱可能に被覆するためのキャップ８１と、呼気導入部材８０の内孔内に設けられ、呼気に含まれる水分を除去するための除湿部８８とを含む。除湿部８８は、実質的に乾燥剤であり、シリカゲル若しくは高分子ポリマーまたはその両者で構成されるのが好ましい。
【００４８】
外気導入部２４は、パイプ状で、一端が開孔部１５の内部に外側からはめ込まれた外気導入部材８２と、可撓性があるゴムにより構成され、外気導入部材８２の他端を着脱可能に被覆するためのキャップ８３と、外気導入部材８２の内孔内に設けられ、呼気に含まれる水分を除去するための除湿部８９とを含む。除湿部８９も実質的に乾燥剤であり、シリカゲル若しくは高分子ポリマー又はその双方で構成されるのが好ましい。
【００４９】
シャッタつまみ２６は、一対のシール部材６４の当接する部分７０を貫通するように設けられた基部と、この基部に接続されたつまみ部分とを有し、基部は呼気収集ボックス１２の内部において、後述するシャッタのスライダの側部に接続される。
【００５０】
排気部２８及び２９は、それぞれ、パイプ状で、一端が開孔部１８及び２０にそれぞれ外側からはめ込まれた排気口部材８４及び８６と、可撓性があるゴムにより構成され、排気口部材８４及び８６の他端をそれぞれ着脱可能に被覆するためのキャップ８５及び８７とを含む。後述するように呼気収集ボックス１２の内部の空間は、呼気が導入される、ＣＮＴガスセンサが設けられていない一方の空間部分と、ＣＮＴガスセンサが設けられている他方の空間部分とにシャッタにより分離されるが、排気部２８及び２９はそれぞれ、これら一方及び他方の空間部分の気体を外部に排出するような位置に設けられる。
【００５１】
呼気ガスセンサ装置１０は、さらに、呼気収集ボックス１２の上部内壁に設けられ、呼気収集ボックス１２内に導入された試料ガスを攪拌するための複数の攪拌装置４４を含む。攪拌装置４４は、実質的には複数枚の羽と、当該羽を回転可能に保持する回転軸とを含むファンである。攪拌装置４４の羽の差し渡し直径は１〜１．５ｃｍ程度であることが好ましい。
【００５２】
これらファンの各々は、複数枚の羽を有する。その羽のうち、一枚の先端が他の羽より比重の重い材料で構成されている。羽の回転面が呼気収集ボックス１２の長手方向とほぼ平行になるようにこれらファンを設置する。呼気収集ボックス１２を手に持ち、呼気収集ボックス１２全体をその長手方向に沿って振動させると、羽の重みの違いにより生ずる回転モーメントでファンが回転し、呼気収集ボックス１２の内部の試料ガスが攪拌され、一様の分布となって測定が早く完了し、その信頼性も向上する。
【００５３】
呼気ガスセンサ装置１０はさらに、呼気収集ボックス１２の底部内壁に固定された基板５０と、基板５０の上面に接するように設けられた断熱板５２と、断熱板５２の上面に設けられた、内部にヒータ６２を有する加熱板５４とを含む。加熱板５４は、後述するように、センサの中枢であるセンシング部に付着した特定化学物質をセンシング部から脱離させるために使用される。この脱離により、センシング部は再び特定化学物質を検出する機能を獲得する。このように、センシングの機能を回復させる処理を「再生」と呼ぶ。
【００５４】
呼気ガスセンサ装置１０は、さらに、加熱板５４の上面に接するように設けられ、呼気収集ボックス１２内に導入された試料ガス中の、それぞれ特定の化学物質を検出するための３個のＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃを含む。これらＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃは、それぞれ、試料ガス中の特定化学物質を吸着するためのＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃを含む。３つのＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃは、それぞれ、異なる特定化学物質を選択的に検出するためのものである。ＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃ、並びにＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ及び１３４ｃについての詳細は後述する。なお、以下ではＣＮＴガスセンサ４０ａ、４０ｂ、及び４０ｃを包括的にＣＮＴガスセンサ４０、ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａ、１３２ｂ及び１３４ｃを包括的にＣＮＴガスセンサ素子１３２と呼ぶことがある。
【００５５】
呼気ガスセンサ装置１０は、さらに、呼気収集ボックス１２の内部を、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とに分離したり、連通させたりするために、呼気収集ボックス１２の内部で正面側と背面側との方向にスライド可能に設けられた、スライド式のシャッタ４１を含む。シャッタ４１は、詳細には図示していないが、呼気収集ボックス１２の内部の長手方向の内径とほぼ同じ長さの、長手方向が呼気収集ボックス１２の長手方向と一致するように配置された複数個の短冊状の部材をスダレ状に組合わせ、これら部材が形成する面から少なくとも下方向に柔軟に湾曲できる構造となっているスライダ４２と、スライダ４２を正面側及び背面側にスライド可能に保持するよう、呼気収集ボックス１２の内部の両側面に形成された一対のスライダガイド４３と、スライダ４２を背面側にスライドさせてＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とを連通させたときに、スライダ４２を収納するように呼気収集ボックス１２の内部の背面側に設けられたスライダ収納部４６とを含む。スライダ４２の２つの側辺の内、右側面７２側はシャッタつまみ２６の基部の先端に結合されている。シャッタつまみ２６を開孔部１６内部でスライドさせると、スライダ４２がそれに伴ってスライドし、呼気収集ボックス１２の内部を、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とに分離する状態と、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間とそれ以外の空間とを連通する状態との間で変化させることができる。
【００５６】
呼気ガスセンサ装置１０による測定の際には、最初にスライダ４２を閉じ、試料ガスを呼気収集ボックス１２の内部に導入する。その後、スライダ４２を開け、ＣＮＴガスセンサ４０の周辺の空間にその試料ガスを導入する。スライダ４２は呼気収集ボックス１２の内部空間を２つに分離するためのものなので、スライダ４２が閉じているときには、スライダ４２を構成する部材の間の隙間がなくなるようにスライダ４２を形成することが望ましい。
【００５７】
スライダガイド４３は、呼気収集ボックス１２の内壁の内、右側面側及び左側面側の、開孔部１６に対応する位置に形成され、スライダ４２をスライド方向に沿って移動可能に保持するためのものである。スライダ収納部４６は、スライダ４２が呼気収集ボックス１２の内部の空間を連通させる位置に移動させたときに、スライダ４２の大部分を収納することができるようにスライダガイド４３に連続して設けられ、かつ、呼気収集ボックス１２の内部の背面側において空間を上部と下部との２つに分離するように形成されている。スライダ収納部４６は、呼気収集ボックス１２の内部において半円形に湾曲してその底部に達するように形成されており、スライダ４２を開いたときには、スライダ４２の後部部分がこの部分に収納される。シャッタつまみ２６、スライダ４２、スライダガイド４３及びスライダ収納部４６についての詳細は後述する。
【００５８】
図４は、スライダ４２が閉状態の時の呼気ガスセンサ装置１０の概略斜視図を示す図であり、図５（Ａ）及び（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示す５Ａ−５Ａ線における矢視方向断面図を、図５（Ｂ）は、図１（Ｂ）及び図５（Ａ）に示す５Ｂ−５Ｂ線における矢視方向断面図を、図５（Ｄ）は、図１（Ｂ）に示す５Ｂ−５Ｂ線、及び、図５（Ｃ）に示す５Ｄ−５Ｄ線における矢視方向断面図を、それぞれ示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）はスライダ４２が閉状態の場合を、図５（Ｃ）及び（Ｄ）は開状態の場合を、それぞれ示す。
【００５９】
なお、図の理解を容易にする目的のために、図４及び図５では、呼気収集ボックス１２、シャッタつまみ２６、スライダ４２、スライダガイド４３、及びスライダ収納部４６のみを示す。
【００６０】
図４、並びに、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、シャッタつまみ２６を開孔部１６の正面１１側の端部１６ａまで移動させた場合、スライダ４２の正面１１側の端面が呼気収集ボックス１２の正面側の内壁に当接する。この状態においては、呼気収集ボックス１２の内部空間は、スライダ４２及びスライダ収納部４６により、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられた空間と、それ以外の空間とに分離される。
【００６１】
図５（Ｃ）及び（Ｄ）を参照して、シャッタつまみ２６を、開孔部１６の背面側の端部１６ｂまで移動させた場合、スライダ４２の背面側部分は、スライダ収納部４６の内部に収納される。この状態では、呼気収集ボックス１２の内部でスライダ４２により分離されていた２つの空間が連通する。
【００６２】
図２から分かるように、呼気導入部２２は、呼気収集ボックス１２の内部の空間の内で、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられていない空間部分に呼気を導入するような位置に形成されている。一方、外気導入部２４は、呼気収集ボックス１２の内部の空間の内で、ＣＮＴガスセンサ４０が設けられている空間部分に外気を導入するような位置に形成されている。シャッタ４１を閉じた状態で呼気導入部２２から呼気収集ボックス１２内部に導入された呼気は、シャッタ４１を開けた状態とすることによりＣＮＴガスセンサ素子１３２と接触する。
【００６３】
図６は、呼気ガスセンサ装置１０の出力を得るための電気回路の構成を説明するための概略ブロック図である。図６において、太い矢印はパワーラインを、細い矢印はシグナルラインをそれぞれ示す。図６を参照して、呼気ガスセンサ装置１０は、後述する電源から表示変換装置１１２及び表示装置３６への電力供給を制御するための電源スイッチ３０、電源からＣＮＴガスセンサ４０への電力供給を制御するための測定スイッチ３２、電源から加熱板５４への電力供給を制御するための再生スイッチ３４、表示装置３６、校正ボタン３７、ＣＮＴガスセンサ４０、及び加熱板５４の他に、ＣＮＴガスセンサ４０の出力を表示装置３６に表示するよう変換するための表示変換装置１１２と、これらに電力を供給するための電源１１０とを含む。
【００６４】
表示変換装置１１２は、電源１１０からの電力供給を受けて稼動し、ＣＮＴガスセンサ４０の出力及び校正ボタン３７の出力を受ける様に接続されており、校正ボタン３７が押下された際の、ＣＮＴガスセンサ４０の出力値をゼロ点とし、当該ゼロ点に対するＣＮＴガスセンサ４０の出力電圧の変化量を、測定対象である特定化学物質の濃度として表示装置３６に表示可能な信号に変換して出力するためのものである。本実施の形態では、表示変換装置１１２は、予め用意された、３つのＣＮＴガスセンサ４０から与えられる電圧の変化量と、それらに対応する３つの特定化学物質の濃度との対応テーブルを記憶しており、入力される電圧変化に基づきテーブルルックアップによってそれぞれそれら特定化学物質の濃度を算出するものとする。
【００６５】
図７に、ＣＮＴガスセンサ４０の概略ブロック図を示す。図７を参照して、ＣＮＴガスセンサ４０は、図６に示す電源１１０からの電力供給を受ける直流電源１３０と、直流電源１３０のプラス端子に一端が接続されたＣＮＴガスセンサ素子１３２と、ＣＮＴガスセンサ素子１３２の他端と直流電源１３０のマイナス端子との間に接続された負荷抵抗１３４と、ＣＮＴガスセンサ素子１３２及び負荷抵抗１３４の接点に接続された入力を持ち、この接点の電位変化を増幅するための増幅器１３６と、この電位変化を検出するための検出装置１３８とを含む。なお、検出装置１３８の出力は、図６に示す表示変換装置１１２の入力に接続される。
【００６６】
図８に、ＣＮＴガスセンサ素子１３２の平面図を示す。図８を参照して、ＣＮＴガスセンサ素子１３２は、基板１６２と、基板１６２上に板状に作製され、試料ガスのうちの特定化学物質を吸着させ検出するための、ＣＮＴからなるセンシング部１６０と、基板１６２上に形成され、センシング部１６０の両端にそれぞれ接続された銀ペースト１６４及び１６６と、基板１６２上に、銀ペースト１６４及び１６６にそれぞれ接続するように設けられ、センシング部１６０の両端の電位差を外部に出力する電極１６８及び１７０とを含む。電極１６８は図７に示す直流電源１３０のプラス端子に接続される。電極１７０は図７に示す負荷抵抗１３４及び増幅器１３６に接続される。
【００６７】
なお、ここでは、３つのセンシング部１６０（１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃ）は、それぞれ、ペンタン、ＮＯ、アセトンを選択的に吸着するものとし、後述するように、センシング部１６０ａはＣＨ基及びＭｅＰｃにより表面修飾されたＣＮＴを、センシング部１６０ｂはＣＨ基及び蛍光分子により表面修飾されたＣＮＴを、センシング部１６０ｃはＣＨ基により表面修飾されたＣＮＴを、それぞれ含む。なお、以下ではセンシング部１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃを包括的にセンシング部１６０と呼ぶことがある。
【００６８】
ＭｅＰｃ、蛍光分子及びＣＨ基は、特定化学物質とのみ反応する選択能を有し、３つのセンシング部１６０は、それぞれ、雰囲気中の異なる特定化学物質を吸着する。これらセンシング部１６０に電流を通したときのセンシング部１６０の抵抗値は、センシング部１６０に物質が吸着したか否かにより異なる。したがって、図７に示すＣＮＴガスセンサ４０により、雰囲気中の異なる特定化学物質を選択的に検出できる。すなわち、呼気をＣＮＴガスセンサ４０周辺に導入し、増幅器１３６の出力を検出装置１３８で測定することにより、呼気中の特定化学物質を選択的に検出できる。
【００６９】
―第１のセンシング部１６０ａの製造方法―
第１のセンシング部１６０ａは以下のようにして製造される。
【００７０】
容器に用意されたエタノール溶液に市販の分散ＣＮＴ（ＣＮＴが分散する液体）を投入する。容器に超音波発生装置により超音波を照射する。容器内において、ＣＮＴはエタノール溶液中に均一に分離分散する。上記工程で得たＣＮＴ分散液を、フィルタフォルダを用いて吸引濾過する。その後、当該フィルタ及びフィルタ上のＣＮＴを放置してエタノールを揮発させる。当該フィルタを適当な大きさに切断する。切断したフィルタのＣＮＴに、予め溶液に希釈したＭｅＰｃ溶液を滴下し、ＣＮＴ表面に付着させる。これにより、ＣＨ基及びＭｅＰｃにより表面修飾されたＣＮＴを含む第１のセンシング部１６０ａを得る。
【００７１】
―第２のセンシング部１６０ｂの製造方法―
第２のセンシング部１６０ｂもセンシング部１６０ａと同様に製造される。ただしＭｅＰｃ溶液に代えて、例えば、ＤＡＦ−２のような、検出対象の特定化学物質とのみ反応する選択能を有する蛍光分子溶液を用いてＣＮＴの表面修飾を行なう。これにより、ＣＨ基及び蛍光分子により表面修飾されるＣＮＴを含む第２のセンシング部１６０ｂを得る。
【００７２】
―第３のセンシング部１６０ｃの製造方法―
第３のセンシング部１６０ｃも第１のセンシング部１６０ａと同様に製造される。ただし切断したフィルタのＣＮＴへのＭｅＰｃ溶液滴下を行なわない。これによりＣＨ基が表面に修飾されたＣＮＴを含む第３のセンシング部１６０ａが得られる。
【００７３】
−動作−
＜呼気ガスセンサ装置１０による呼気ガスセンシングの手順＞
以降、呼気ガスセンサ装置１０の操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置１０の動作を説明する。なお、ここでは呼気ガスセンサ装置１０に含まれるセンシング部１６０は新規に作成されたものか、又は、再生済であるものとする。さらに、スライダ４２は開状態であるものとする。この時、シャッタつまみ２６は図５（Ａ）に示すように、開孔部１６の背面側の端部１６ｂに設定される。
【００７４】
図９に、呼気ガスセンサ装置１０による呼気の測定方法を説明するための図を示す。図２及び図９を参照して、排気部２８及び２９のキャップ８５及び８７をはずし、呼気収集ボックス１２内の気体を、排気口部材８４及び８６から排気できるようにする。呼気導入部２２のキャップ８１を外し、呼気導入部材８０から試料ガスを導入する。呼気導入部材８０から導入される試料ガスにより、呼気収集ボックス１２内は陽圧となり、呼気収集ボックス１２内に封入されていた気体は外部へ排気される。試料ガス導入の際、除湿部８８により、試料ガスの水分が除去される。
【００７５】
その後キャップ８１、８５及び８７により、呼気導入部材８０並びに排気口部材８４及び８６を閉じることにより、呼気収集ボックス１２内に試料ガスを保持する。
【００７６】
図１０に示すように、試料ガスの成分分布を一定にする目的で、呼気ガスセンサ装置１０を保持してその長手方向に沿って振動させる。
【００７７】
このとき、呼気収集ボックス１２内では、図２及び図３に示す攪拌装置４４は、羽の質量の相違によって羽の回転モーメントが生じ、回転する。この結果、呼気収集ボックス１２内に封入された呼気が回転する羽により攪拌され、呼気中のガス成分の分布がより一様になる。ここでは振動作業を５分間続けて行なった後、呼気収集ボックス１２を水平な場所に１分間静置することとする。１分間の静置後、電源スイッチ３０をＯＮする。
【００７８】
図６及び図７を参照して、表示変換装置１１２及び表示装置３６に電力が供給され、表示装置３６は初期画面を表示する。
【００７９】
その後、測定スイッチ３２をＯＮする。３つのＣＮＴガスセンサ４０がそれぞれ以下のように稼動する。電源１１０から直流電源１３０に電力供給がなされる。直流電源１３０は、ＣＮＴガスセンサ素子１３２と負荷抵抗１３４とを直列接続したものの両端に一定電圧をかける。図８を参照して、センシング部１６０を構成するＣＮＴの表面に試料ガス中の特定化学物質が付着すると、電極１６８、及び１７０間の電気抵抗が変化する。その変化を増幅器１３６の出力電圧の変化として検出装置１３８により検出する。
【００８０】
前述したように、ＣＮＴの表面修飾材料による、吸着物質に対する選択能により、各センシング部１６０には特定化学物質が吸着する。その量は、試料ガス内の特定化学物質の濃度に比例すると考えられる。その結果、試料ガス内の特定化学物質の濃度がＣＮＴガスセンサ素子１３２における出力電圧変化として検出される。
【００８１】
３つのセンシング部１６０のＣＮＴ表面にそれぞれ修飾されたＭｅＰｃ、蛍光分子及びＣＨ基は、それぞれ異なる特定化学物質を選択的に吸着する。このため、３つのＣＮＴガスセンサ素子１３２の各々について、電気抵抗の変化量を知ることにより、呼気中のそれら特定化学物質の存在の有無及び濃度を確認できる。
【００８２】
検出装置１３８により検出された出力電圧変化は表示変換装置１１２に出力される。ここでは、出力電圧変化及び特定化学物質濃度は、具体的には以下のように算出され測定されることとする。センシング部１６０等に吸着しない不活性なガスを校正用ガスとして、特定化学物質の検出時と同様の操作により出力電圧を検出装置１３８により予め検出する。この時、校正ボタン３７を押下することにより、表示変換装置１１２は、当該出力電圧をゼロ点に設定する。その後測定スイッチ３２をＯＦＦにする。試料ガスを呼気収集ボックス１２に導入して前述の操作を行い、測定スイッチ３２をＯＮにする。検出装置１３８等は試料ガスに対する出力電圧を検出する。表示変換装置１１２は、入力される出力電圧とゼロ点との差異（出力電圧変化）を算出する。表示変換装置１１２は、さらに、算出した出力電圧変化をキーとして対応テーブルからルックアップすることにより、当該特定化学物質の濃度を算出する。算出した特定化学物質の濃度に応じて、表示変換装置１１２は信号変換処理の後、表示装置３６に表示可能な信号を出力する。表示装置３６には、例えば、ペンタン、ＮＯ、及びアセトンの各濃度がｐｐｂ単位で表示される。
【００８３】
表示装置３６により当該特定化学物質の濃度を確認した後、電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＦＦし、測定を終了する。
【００８４】
＜センシング部１６０の再生手順＞
以降、センシング部１６０等の再生のための操作手順、および、各手順における呼気ガスセンサ装置１０の動作を説明する。
【００８５】
図２を参照して、シャッタつまみ２６を、図５（Ｂ）に示す開孔部１６の正面１１側の端部１６ａに移動させる。呼気収集ボックス１２内において、ＣＮＴガスセンサ４０の周辺部と他の空間とが分離される。
【００８６】
再生スイッチ３４をＯＮした後、キャップ８７を外し、排気口部材８６からの排気を可能にする。この状態で、図１０に示す攪拌処理と同様にして、呼気ガスセンサ装置１０を振動させる。加熱板５４に電力が供給され、ヒータ６２による加熱が開始される。加熱板５４の加熱により、センシング部１６０が５０℃〜７０℃になると、センシング部１６０に吸着した特定化学物質等は脱離する。脱離した物質は気体の対流作用により上昇する傾向にあるが、スライダ４２によりこれが抑制される。このため脱離した物質は呼気収集ボックス１２の内壁全体には拡散しない。加熱によりＣＮＴガスセンサ４０の周辺部の気体は膨張し、排気口部材８６から呼気収集ボックス１２外部へ移動する。
【００８７】
再生スイッチ３４をＯＮしてから５分経過後、再生スイッチ３４をＯＦＦする。ヒータ６２は加熱を停止する。
【００８８】
キャップ８３をはずし、直ちに外気導入部材８２から不活性ガスを呼気収集ボックス１２の内部に導入する。この際、除湿部８９により、不活性ガスからは水分が除去される。不活性ガスを導入することにより、スライダ４２により分離されたＣＮＴガスセンサ４０の周辺部は陽圧となり、ＣＮＴガスセンサ４０の周辺部の気体がさらに排気口部材８６から外部へ排出される。この操作を、外気導入部材８２から呼気収集ボックス１２内に導入された不活性ガスが、排気口部材８６から外部へ排出される程度まで継続する。その後キャップ８３及び８７により、外気導入部材８２及び排気口部材８６を閉じる。
【００８９】
上記作業により、再生によりセンシング部１６０から脱離した物質は、呼気収集ボックス１２内を汚染すること無く外部へ排出される。ＣＮＴガスセンサ４０の周辺部には不活性ガスが導入される。このため、次回の呼気ガスセンシングまでセンシング部１６０はクリーンな状態を保持できる。
【００９０】
［実施例］
以下に、第１の実施の形態に基づく実施例について説明する。
【００９１】
―ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの製造方法―
ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａを以下に述べる方法により製造した。
【００９２】
第１のセンシング部１６０ａの製造方法を以下に示す。初めにＣＮＴのＣＨ基修飾を行なった。分散ＣＮＴ（エーナ社製）を、ビーカーに用意したエタノール溶液に投入した後、このビーカーを、１０ｋＨｚ、８Ｗの超音波洗浄器内に設置し、ビーカー内試料に対し超音波照射を分散ＣＮＴがエタノール溶液全体に分散するまで行なった。分散後、分散ＣＮＴを含むエタノール溶液について、穴径０．２μｍのＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）メンブレンフィルタ（ミリポア製。以下単に「フィルタ」と呼ぶ。）を装着したフィルタフォルダ及び濾過鐘により吸引濾過を行なった。フィルタ上に残ったＣＮＴを、エタノールを揮発させるため、フィルタごと３時間放置し、ＣＨ基により修飾されたＣＮＴを得た。放置後、フィルタを２ｃｍ×０．７ｃｍのサイズに切断した。
【００９３】
次に、ＣＮＴの金属錯体による表面修飾を行なった。Ｃｕフタロシアニン（東京化成工業製）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で溶解し、０．１ｍＭのＣｕフタロシアニン溶液を調製した。その後、Ｃｕフタロシアニン溶液５マイクロリットルをピペットにより、切断後のフィルタ上カーボンナノ構造体表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第１のセンシング部１６０ａとした。
【００９４】
図８を参照して、絶縁性材料から成る基板１６２の上に第１のセンシング部１６０ａを設置し、銀ペースト１６４及び１６６によりこれを基板１６２と接続した。さらに同じ銀ペースト１６４及び１６６により０．５ｍｍφの金の細線を接続し、これを電極１６８及び１７０とし、ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの製造を終了した。製造したＣＮＴガスセンサ素子１３２ａを呼気ガスセンサ装置１０へ導入した。
【００９５】
―ＣＮＴガスセンサ素子１３２ｂの製造方法―
第２のセンシング部１６０ｂの製造方法を以下に示す。はじめに、第１のセンシング部１６０ａの製造方法と同様に、ＣＮＴのＣＨ基修飾を行なった。次に、ＣＮＴのＤＡＦ−２による表面修飾を行なった。ジメチルスルホキシド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ。以下「ＤＭＳＯ」と呼ぶ。）５５０μＬ中にＤＡＦ−２を１ｍｇ展開したＤＡＦ−２の５ｍｍｏＬ溶液をリン酸緩衝液（０．１ｍｏｌ／Ｌ）で５００倍に希釈し（約１０μｍｏｌ／Ｌ）した。この溶液中１０μＬをピペットにより、切断後のメンブレンフィルタ上ＣＮＴ表面に滴下した。以上により得た平板状試料を第２のセンシング部１６０ｂとした。その後の処理はＣＮＴガスセンサ素子１３２ａと同様である。
【００９６】
――ＣＮＴガスセンサ素子１３２ｃの製造方法―
第３のセンシング部１６０ｃの製造方法は、第１のセンシング部１６０ａの製造方法における、ＣＮＴのＣＨ基修飾と同様である。以上により得た平板状試料を第３のセンシング部１６０ｃとした。その後の処理はＣＮＴガスセンサ素子１３２ａと同様である。
【００９７】
―評価方法（１）ペンタン濃度―
ＣＮＴガスセンサ素子１３２の特性評価方法を次に示す。図１に示す呼気ガスセンサ装置１０を、平らなところに静置した。スライダ４２を開とした。図２に示すキャップ８１を外し、呼気導入部材８０に校正用ガスとして窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ窒素ガスを呼気収集ボックス１２内へ導入した。同時に、キャップ８５及び８７を外し、呼気収集ボックス１２の中に既に封入されていた気体を排気口部材８４及び８６を介して排気した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材８４及び８６にキャップ８５及び８７をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材８０から外して、直ちに、呼気導入部材８０にキャップ８１をはめ、呼気導入部材８０を閉とした。前述した攪拌作業を５分間行なった後、呼気ガスセンサ装置１０を平らなところに静置した。
【００９８】
電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＮした。ここでは、ＣＮＴガスセンサ４０ａにおいて、直流電源１３０により流した電流は２００μＡであり、ＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの初期抵抗はＲｏ＝２０ｋΩであった。検出装置１３８の検出の頻度は１秒毎で、６０秒間のうちに検出したＣＮＴガスセンサ素子１３２ａの出力電圧の平均を表示変換装置１１２に出力するものとした。他のＣＮＴガスセンサについても同様の条件で測定を行った。図１に示す校正ボタン３７を押下することにより、表示変換装置１１２においてこの入力値を初期値と設定した。その後校正ボタン３７の押下を停止し、測定スイッチ３２をＯＦＦにした。
【００９９】
次に、テドラーバッグに封入したペンタン濃度１００ｐｐｂのセンシング対象ガスを、窒素ガス封入時と同様に呼気収集ボックス１２内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところで、排気口部材８４及び８６にキャップ８５及び８７をはめて排気を停止した。次に、テドラーバックを呼気導入部材８０から外して、直ちに、呼気導入部材８０にキャップ８１をはめ、呼気導入部材８０を閉とした。
【０１００】
なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。１ｐｐｍの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、窒素ガスとを１：９の割合で混合することにより、ペンタン標準ガスを希釈し、ペンタン濃度１００ｐｐｂのセンシング対象ガスとした。
【０１０１】
攪拌作業を５分間行なった後、呼気ガスセンサ装置１０を平らなところに静置した。この状態で、測定スイッチ３２をＯＮし表示装置３６に表示されるペンタン、ＮＯ及びアセトン濃度を確認した。
【０１０２】
―評価方法（２）ＮＯ濃度―
評価方法（１）と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置１０によるＮＯを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法（１）と同様であり、ペンタンに代えてＮＯを使用した。
【０１０３】
―評価方法（３）アセトン濃度―
評価方法（１）と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置１０によるアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。センシング対象ガスの作成方法は、評価方法（１）と同様であり、ペンタンに代えてアセトンを使用した。
【０１０４】
―評価方法（４）ペンタン、ＮＯ、及びアセトン濃度―
評価方法（１）と同様の方法により、呼気ガスセンサ装置１０によるペンタン、ＮＯ、及びアセトンを含むセンシング対象ガスの測定を行なった。なお、センシング対象ガスは以下の要領で作製した。１ｐｐｍの濃度に窒素で希釈されたペンタン標準ガスと、ペンタン標準ガスと同様に希釈されたＮＯ標準ガス、及び、アセトン標準ガスとを、それぞれ、等量用意して混合する。この混合ガスと窒素ガスとを３：７の割合で混合することにより、ペンタン濃度１００ｐｐｂ、ＮＯ濃度１００ｐｐｂ、及びアセトン濃度１００ｐｐｂのセンシング対象ガスとした。
【０１０５】
―評価方法（５）再生処理―
評価方法（４）の実験の後、電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＦＦし、スライダ４２を閉とした。再生スイッチ３４をＯＮし、キャップ８７を取外し排気口部材８６から呼気収集ボックス１２内の気体を排気した。５分経過後、再生スイッチ３４をＯＦＦした。キャップ８３を取外し、外気導入部材８２に窒素ガスを封入したテドラーバックを接続した。テドラーバックに外部から圧力をかけ、窒素ガスを呼気収集ボックス１２内へ導入した。テドラーバックがしぼんだところでテドラーバックを外気導入部材８２からはずし、直ちにキャップ８３及び８７により、外気導入部材８２及び排気口部材８６を閉とした。
【０１０６】
ここで評価方法（１）と同様の攪拌作業を行った後、電源スイッチ３０及び測定スイッチ３２をＯＮし、表示装置３６に表示されるペンタン、ＮＯ及びアセトン濃度を確認した。
【０１０７】
―評価結果―
評価方法（１）において、表示装置３６は、ペンタン９８ｐｐｂ、ＮＯ０ｐｐｂ、アセトン０ｐｐｂを表示した。
【０１０８】
評価方法（２）において、表示装置３６は、ペンタン０ｐｐｂ、ＮＯ１００ｐｐｂ、アセトン０ｐｐｂを表示した。
【０１０９】
評価方法（３）において、表示装置３６は、ペンタン１ｐｐｂ、ＮＯ０ｐｐｂ、アセトン１００ｐｐｂを表示した。
【０１１０】
評価方法（４）において、表示装置３６は、ペンタン９９ｐｐｂ、ＮＯ１０１ｐｐｂ、アセトン１０２ｐｐｂを表示した。
【０１１１】
評価方法（５）において、表示装置３６は、ペンタン０ｐｐｂ、ＮＯ０ｐｐｂ、アセトン０ｐｐｂを表示した。
【０１１２】
上記の結果により、本呼気ガスセンサ装置は、ペンタン、ＮＯ及びアセトンの存在の確認が可能で、その検出下限はそれぞれ１００ｐｐｂ以下であることがわかった。さらに、これら特定化学物質が混合していても、１００ｐｐｂレベルで検出可能であり、一度の測定で複数種類の呼気中マーカを検出できることを確認した。さらに、再生処理後、各特定化学物質濃度はゼロレベルを示し、センシング部１６０等における電気抵抗変化はほとんど認められなかった。このことから、再生処理により、センシング部１６０等に吸着された物質が除去されていることがわかった。
【０１１３】
以上のように、本ガスセンサ装置によれば、一度の測定で複数の特定化学物質に対して行なうことが出来る。そのセンシングは、物質選択性を有し、高精度、及び高感度である。呼気のセンシングを行なう場合、複数種類の化学物質センシング素子を含むことにより、たとえば、糖尿病、生活習慣病及び呼吸疾患等、複数の疾患に関する情報を得ることが出来る。
【０１１４】
装置に呼気を導入し、ボタンを押すと、特定化学物質の濃度が表示される。このように簡単な操作で情報を得ることが出来る。さらに、高感度であるため、センシング基体及び装置の呼気収集ボックスを小型にすることができる。これらのことから個人が日常的に健康管理を行なう一方法として、本装置は有効に利用することが出来るといえる。
【０１１５】
特に、スライダ４２を設けたことにより、測定と再生とを繰返しても測定性能が劣化する可能性は小さいということができる。
【０１１６】
［変形例］
上記実施の形態において、金属錯体としてＭｅＰｃを挙げたが、本発明において、金属錯体はこれに限定されない。一般的な金属錯体又はその誘導体であって、上記したようにＣＮＴに表面修飾されることが可能であり、吸着物質に対し物質選択性を有するものであれば良い。
【０１１７】
本発明において、第１のセンシング部１６０ａの製造方法におけるＣＮＴの表面修飾材料はＣｕフタロシアニンに限定されない。Ｃｏフタロシアニン、Ｎｉフタロシアニン、Ｆｅフタロシアニン及びポルフィリンなどであても良い。
【０１１８】
上記実施の形態において、ＣＮＴガスセンサは複数であり、それぞれが異なる特定化学物質を検出し、各出力電圧の変化に基づいて個別に算出された濃度が個別に表示される。しかし、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、２つのＣＮＴガスセンサにより、基準とする物質及びマーカの濃度比を算出し、当該濃度比に基づいてマーカの濃度レベルが分かるような表示をしても良い。すなわち、基準となる物質の濃度でマーカ濃度を規格化してもよい。
【０１１９】
具体的な例を以下に示す。呼気ガスセンサ装置は、呼気に高い比率で含まれる成分を検出するための第１のＣＮＴガスセンサと、微量に含まれるマーカを検出するための第２のＣＮＴガスセンサとを含む。呼気に高い比率で含まれる成分の濃度に対するマーカ濃度の比率（以下「濃度比」と呼ぶ。）に関し、予め、レベル分けをしておく。例えば、低濃度〜高濃度まで３段階のレベルがあり、それぞれ、健康な人の呼気における平均的な濃度比の数値範囲、呼吸疾患を発症した人の平均的な濃度比の数値範囲、及び、両者の中間の数値範囲であったとする。表示変換装置は予め当該レベル分けに必要な情報を記憶している。表示変換装置は、第１及び第２のガスセンサからの入力信号により濃度比を算出し、当該濃度比が前述の３レベルのいずれに該当するか判定し、判定結果に基づき表示装置に信号を出力する。表示装置は、例えば、濃度比が健康な人の呼気と同等であれば緑色、発症した人と同等であれば赤色、両者の中間であれば黄色の表示を行なう。この場合であっても、ユーザは自身の（この場合は呼吸疾患に関する）健康状態のチェックを行なうことができる。
【０１２０】
呼気ガスセンサ装置は、さらに、これら第１及び第２のＣＮＴガスセンサに加え、同様の２対で一体のＣＮＴガスセンサを他に含んでもよい。これらの他のセンサのうちマーカ検出用のセンサは、他のマーカ検出用センサと異なるマーカを検出する。その結果、一度の測定により複数種類のマーカの濃度レベルを確認することが出来る。
【０１２１】
上記実施の形態では、加熱板５４はヒータ６２を含み、センシング部を加熱することにより吸着した物質を除去するものとした。しかし、本発明はそのような態様に限定されない。例えば、再生装置は可視光ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であり、１ｍＷの可視光をセンシング部に所定の時間照射することにより、吸着した物質を除去する態様であっても良い。別の例として、再生装置はガスフローを行なうための装置であっても良い。この場合、例えば、図２を参照して、呼気ガスセンサ装置１０において、スライダ４２を閉、排気部２９を開（キャップ８７をはずす）の状態とする。外気導入部２４から当該再生装置により不活性ガスを特定の圧力により一定時間注入する。当該ガスが外気導入部２４から排気部２９の方向にフローすることにより、センシング部に吸着した物質が脱離し、筐体１２外部に排気される。
【０１２２】
上記実施の形態では、呼気収集ボックス１２の内部に導入される呼気及び外気から水分を除去するための乾燥剤を、呼気導入部２２及び外気導入部２４内部に設けている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されず、呼気収集ボックス１２内部に呼気又は外気が導入される以前にそれらから水分を除去するものであれば、どのようなものをどのような位置に設けてもよい。例えば呼気導入部２２および外気導入部２４の、呼気収集ボックス１２と連結されていない端部に、カートリッジ形式のマウスピースを接続するようにし、その中に乾燥剤を設けるようにしてもよい。
【０１２３】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る呼気ガスセンサ装置１０の３面図である。
【図２】図１（Ａ）に示す断面２−２における呼気ガスセンサ装置１０の矢視方向断面図である。
【図３】図１（Ｂ）に示す断面３−３における呼気ガスセンサ装置１０の矢視方向断面図である。
【図４】呼気ガスセンサ装置１０の斜視図である。
【図５】図１（Ｂ）に示す断面５Ａ−５Ａ、及び５Ｂ−５Ｂにおける呼気ガスセンサ装置１０の概略矢視方向断面図である。
【図６】呼気ガスセンサ装置１０のパワーライン及びシグナルラインを説明するための概略ブロック図である。
【図７】ＣＮＴガスセンサ４０の構成図である。
【図８】ＣＮＴガスセンサ素子１３２の構成図である。
【図９】呼気ガスセンサ装置１０による呼気中の特定化学物質を測定する方法を説明するための図である。
【図１０】呼気収集ボックス１２内の試料ガスを攪拌する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０ 呼気ガスセンサ装置
１２ 呼気収集ボックス
２２ 呼気導入部
２４ 外気導入部
２６ シャッタつまみ
２８、２９ 排気部
８０、８２ 導入部材
８１、８３、８５、８７ キャップ
８４、８６ 排気口部材
３０、３２、３４ スイッチ
３６ 表示装置
３７ 校正ボタン
４０ ＣＮＴガスセンサ
４１ シャッタ
４２ スライダ
４３ スライダガイド
４４ 攪拌装置
４６ スライダ収納部
５０、１６２ 基板
５２ 断熱板
５４ 加熱板
６２ ヒータ
６４ シール部材
１１２ 表示変換装置
１３０ 直流電源
１３２ ＣＮＴガスセンサ素子
１３４ 負荷抵抗
１３６ 増幅器
１３８ 検出装置
１６０ センシング部
１６４、１６６ 銀ペースト
１６８、１７０ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間が形成された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の前記空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、
前記筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、
前記化学物質センシング素子に電気的に結合され、前記化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、
前記筐体に設けられ、前記空間内部の気体を前記筐体外部に排出するための排気手段とを含み、
前記化学物質センシング素子は、前記特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む、ガスセンサ装置。
【請求項２】
前記カーボンナノ構造体は、前記物質により表面修飾されているカーボンナノチューブを含む、請求項１に記載のガスセンサ装置。
【請求項３】
前記特定化学物質はアセトンであり、前記物質はアルキル基である、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項４】
前記特定化学物質はペンタンであり、前記カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項５】
前記金属錯体は金属フタロシアニンからなる、請求項４に記載のガスセンサ装置。
【請求項６】
前記特定化学物質は一酸化窒素であり、前記カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項７】
前記蛍光分子はジアミノフルオレセイン−２（Ｄｉａｍｉｎｏｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ
−２）からなる、請求項６に記載のガスセンサ装置。
【請求項８】
複数個の前記化学物質センシング素子を含み、当該複数個の前記化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含み、
前記検出手段は、前記複数の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項９】
前記筐体の前記空間内に設けられ、前記化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより前記センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１０】
前記筐体の内部の前記空間のうち、前記化学物質センシング素子が設けられた第１の空間と、それ以外の第２の空間との間に設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間とを分離する閉状態と、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む、請求項９のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１１】
前記試料ガス導入手段は、前記第１の空間に試料ガスを導入するように前記筐体に設けられており、
前記ガスセンサ装置はさらに、前記筐体に設けられ、前記第２の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む、請求項１０に記載のガスセンサ装置。
【請求項１２】
前記分離手段は、前記筐体の内部に設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む、請求項１１に記載のガスセンサ装置。
【請求項１３】
前記筐体内に設けられ、前記筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１４】
さらに、前記試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１５】
さらに、前記外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１】
内部に空間が形成された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の前記空間に試料ガスを導入するための試料ガス導入手段と、
前記筐体内に設けられた、雰囲気中の特定化学物質を吸着することにより電気抵抗が変化する化学物質センシング素子と、
前記化学物質センシング素子に電気的に結合され、前記化学物質センシング素子の電気抵抗の変化を検出するための検出手段と、
前記筐体に設けられ、前記空間内部の気体を前記筐体外部に排出するための排気手段とを含み、
前記化学物質センシング素子は、前記特定化学物質に対応して選択される物質により表面修飾されたカーボンナノ構造体を含む、ガスセンサ装置。
【請求項２】
前記カーボンナノ構造体は、前記物質により表面修飾されているカーボンナノチューブを含む、請求項１に記載のガスセンサ装置。
【請求項３】
前記特定化学物質はアセトンであり、前記物質はアルキル基である、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項４】
前記特定化学物質はペンタンであり、前記カーボンナノ構造体は、金属錯体又はその誘導体により表面修飾されている、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項５】
前記金属錯体は金属フタロシアニンからなる、請求項４に記載のガスセンサ装置。
【請求項６】
前記特定化学物質は一酸化窒素であり、前記カーボンナノ構造体は、一酸化窒素と選択的に結合する蛍光分子により表面修飾されている、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項７】
前記蛍光分子はジアミノフルオレセイン−２（Ｄｉａｍｉｎｏｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ
−２）からなる、請求項６に記載のガスセンサ装置。
【請求項８】
複数個の前記化学物質センシング素子を含み、当該複数個の前記化学物質センシング素子は、互いに異なる特定化学物質を選択的に吸着する物質で表面修飾されたカーボンナノ構造体を含み、
前記検出手段は、前記複数の化学物質センシング素子の各電気抵抗の変化を個別に検出するための手段を含む、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ装置。
【請求項９】
前記筐体の前記空間内に設けられ、前記化学物質センシング素子に対して加熱、光照射又はガスフローを行なうことにより前記センシング素子表面に吸着された物質を脱離させるための再生手段をさらに含む、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１０】
前記筐体の内部の前記空間のうち、前記化学物質センシング素子が設けられた第１の空間と、それ以外の第２の空間との間に設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間とを分離する閉状態と、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通させる開状態との間で状態を変化させるための分離手段をさらに含む、請求項９のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１１】
前記試料ガス導入手段は、前記第１の空間に試料ガスを導入するように前記筐体に設けられており、
前記ガスセンサ装置はさらに、前記筐体に設けられ、前記第２の空間に外部の気体を導入するための外気導入手段をさらに含む、請求項１０に記載のガスセンサ装置。
【請求項１２】
前記分離手段は、前記筐体の内部に設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間との間に設けられたスライド式のシャッタを含む、請求項１１に記載のガスセンサ装置。
【請求項１３】
前記筐体内に設けられ、前記筐体内部の気体を攪拌するための攪拌手段をさらに含む、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１４】
さらに、前記試料ガス導入手段に関連して設けられ、試料ガスの除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【請求項１５】
さらに、前記外気導入手段に関連して設けられ、外部気体の除湿を行なうための除湿手段を含む、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のガスセンサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２５７７７２（Ｐ２００９−２５７７７２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０３７２８（Ｐ２００８−１０３７２８）
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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