薄膜インジケータを有する、有機蒸気吸着剤保護装置
吸着媒体保護装置は、気体注入口、気体排出口、及び薄膜多層インジケータを有するエンクロージャを含む。薄膜多層インジケータは、気体注入口から気体排出口に向かって流れる、目的の蒸気を吸着することができる、吸着媒体に近接する。インジケータは、蒸気の存在下で光学的厚さが変化する多孔質検出層を含み、これは、半反射層と蒸気に対する透過性の反射層との間に位置する。媒体の少なくとも一部と蒸気との間において、適用された蒸気濃度で平衡化され、蒸気は、反射層から検出層へと通過し、検出層の光学的厚さを十分に変えて、半反射層を通じて見たときに、インジケータの外観に認識可能な変化を生じることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機蒸気吸着保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
使い捨て個人用レスピレータ、動力付き空気浄化レスピレータ、危険物スーツ、及び他の望ましくない物質の存在の保護装置をユーザーに警告をするために、様々な、化学、光学、又は電子インジケータが提案されてきた。例えば、サポート終了日インジケータ（“ＥＳＬＩ”）は、このような装置の濾過要素が、飽和状態に近づいているか、又は特定の物質に対して無効であることを警告することができる。個人保護又は呼吸保護（場合によってはセンサ又はインジケータ一般、あるいは特にＥＳＬＩ）に関する特許及び出願としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２、特許文献２３、及び特許文献２４、並びに特許文献２５が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第１，５３７，５１９号（ヤブリック（Yablick））
【特許文献２】米国特許第３，９６６，４４０号（ロバーツ（Roberts））
【特許文献３】米国特許第４，１４６，８８７号（マグナンテ（Magnante））
【特許文献４】米国特許第４，１５４，５８６号（ジョーンズ（Jones）ら）
【特許文献５】米国特許第４，１５５，３５８号（マックアリスター（McAllister）ら）
【特許文献６】米国特許第４，３２６，５１４号（エイアン（Eian））
【特許文献７】米国特許第４，４２１，７１９号（バーレイ（Burleigh））
【特許文献８】米国特許第４，５３０，７０６号（ジョーンズ（Jones））
【特許文献９】米国特許第４，５９７，９４２号（ミースレル（Meathrel））
【特許文献１０】米国特許第４，６８４，３８０号（Leichnitz）
【特許文献１１】米国特許第４，８４７，５９４号（ステッター（Stetter））
【特許文献１２】米国特許第５，２９７，５４４号（メイ（May）ら）
【特許文献１３】米国特許第５，３２３，７７４（Fehlauer）
【特許文献１４】米国特許第５，３７６，５５４号（Vo-Dinh（ヴォー・ディン））
【特許文献１５】米国特許第５，５１２，８８２号（ステッター（Stetter）ら）
【特許文献１６】米国特許第５，６６６，９４９号（デーべ（Debe）ら‘９４９）
【特許文献１７】米国特許第５，６５９，２９６号（デーベ（Debe）ら‘２９６）
【特許文献１８】米国特許第６，３７５，７２５ Ｂ１号（バーナード）
【特許文献１９】米国特許第６，４９７，７５６ Ｂ１（クラド（Curado）ら）
【特許文献２０】米国特許第６，７０１，８６４ Ｂ２（ワトソン，ジュニア（Watson, Jr.）ら）
【特許文献２１】特許出願公開番号ＵＳ ２００４／０１３５６８４ Ａ１（スタインサル（Steinthal）ら）
【特許文献２２】特許出願公開番号ＵＳ ２００４／０１８９９８２ Ａ１（Ｇａｌａｒｎｅａｕら）
【特許文献２３】特許出願公開番号ＵＳ ２００４／０２２３８７６ Ａ１（キロロス（Kirollos）ら）
【特許文献２４】特許出願公開番号ＵＳ ２００５／０１８８７４９ Ａ１（カスター（Custer）ら）
【特許文献２５】ＰＣＴ公開特許出願国際公開第２００４／０５７３１４ Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
センサ及びインジケータに関するが、ＥＳＬＩには関連しない他の特許及び特許出願としては米国特許第５，６１１，９９８号（Aussenegg（オーセネグ）ら）、第５，７８３，８３６号（リゥ（Liu）ら）、同６，００７，９０４号（Ｓｃｈｏｗｏｔｚｅｒら）、同６，１３０，７４８号（クルガー（Krueger）ら）、同６，２４８，５３９号（ガディリ（Ghadiri）ら、米国特許出願公開第ＵＳ ２００４／０１８４９４８ Ａ１号（ラコウ（Rakow）ら、及び米国法廷発明登録第Ｈ１４７０（ユーイング（Ewing）ら）が挙げられる。
【０００５】
上述のセンサ又はインジケータのいくつかは、電子装置及び電力の必要性、望ましくない複雑又は高価な設計、不十分な感度、又はただ１つ若しくは僅かな物質のみへの感度などの欠点を有する。また、いくつかのセンサ又はインジケータは、液体又は蒸気を検出するために使用可能であるとして開示されているが、固体による収着の程度を検出するために有用であるという開示はなされていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明は、１つの態様では、気体注入口、気体排出口、及び薄膜多層インジケータを含む保護装置であって、
Ａ）前記エンクロージャは、注入口から排出口へと流れる目的の蒸気を吸着することができる、吸着媒体を含み、
Ｂ）前記薄膜多層インジケータであって、
ｉ） ｉｉ）とｉｉｉ）との間に位置する、光学的厚さが、前記蒸気の存在で変化する多孔質検出層、
ｉｉ）浸透しない、前記エンクロージャの外側から見える半反射層及び、
ｉｉｉ）前記蒸気に対して透過性の反射層、を含み、かつ
Ｃ）前記反射層は媒体に十分に近く、その結果、前記媒体の少なくとも一部と前記蒸気の間の適用される蒸気濃度が平衡になると、前記蒸気は、前記媒体から前記反射層を通過して前記検出層に入り、前記検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときの前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じることができる、保護装置を提供する。
【０００７】
Ａ）エンクロージャを提供する工程であって、
ｉ）前記エンクロージャを通じて流れる目的の蒸気を吸着する吸着媒体を含む空間と、
ｉｉ）薄膜多層インジケータであって、
ａ） ｂ）とｃ）との間に位置する、光学的厚さが、蒸気の存在で変化する多孔質検出層と、
ｂ）前記エンクロージャの外側から見える、半反射層と、
ｃ）前記蒸気に透過性の反射層、とを含む薄膜多層インジケータとを含むエンクロージャを提供する工程と、
Ｂ）媒体の少なくとも一部と前記蒸気の間の適用される蒸気濃度が平衡になると、前記蒸気は、前記反射層から前記検出層を通過して検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときの前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じるように、前記エンクロージャ内の前記媒体を、前記反射層に十分近くに配置する工程と、
Ｃ）前記エンクロージャを密閉する工程、とを含む、本発明における別の態様での、保護装置を作製する方法。
【０００８】
開示される薄膜多層インジケータは、反射層側から透過性であり、半反射層側から認識可能な比色分析変化を提供することができる。これによって、多くの場合使い捨て個人用レスピレータカートリッジに使用される、多孔質炭素媒体などの固体吸着媒体にインジケータが接触するか近位にある一方、溶媒蒸気の検出が可能である。インジケータは、媒体が蒸気と平衡したときに、電力による光源、光学検出器、又はスペクトル分析器を必要とせずに、インジケータの外観において、鮮やかで、容易に視覚的に認識可能な変化（即ち、比色分析の変化）を提供することができる。インジケータは、低コスト、使い易さ、堅牢性、及び多様な目的の蒸気に関する広域スペクトルを含む利点を提供することができる。
【０００９】
本発明のこれら及び他の態様は、以下の「発明を実施するための形態」から明らかになるであろう。しかし、上記要約は、請求された主題に関する限定として決して解釈されるべきではなく、主題は、手続処理中に補正され得る添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】薄膜多層サポート終了日インジケータを備えた、交換可能な吸着カートリッジを有する、レスピレータの斜視図。
【図２】図１のレスピレータでの使用のための、炭素を充填した交換可能なカートリッジの部分断面側面図。
【図３】薄膜多層サポート終了日インジケータを備えた、使い捨て個人用呼吸装置の、部分断面斜視図。
【図４】薄膜多層インジケータの概略断面図。
【図５ａ】穿孔フォトレジストでコーティングされた薄膜多層インジケータ前駆体の概略側面図。
【図５ｂ】穿孔フォトレジストでコーティングされた薄膜多層インジケータ前駆体の概略平面図。
【図６ａ】アルミニウム反射層がエッチングによって穿孔され、フォトレジストが取り除かれた後の、図５ａの前駆体の概略側面図。
【図６ｂ】アルミニウム反射層がエッチングによって穿孔され、フォトレジストが取り除かれた後の、図５ｂの前駆体の概略平面図。
【図７】様々な吸着媒体の近くに搭載された、開示される薄膜多層インジケータの概略側面図。
【図８】様々な吸着媒体の近くに搭載された、開示される薄膜多層インジケータの概略側面図。
【図９】様々な吸着媒体の近くに搭載された、開示される薄膜多層インジケータの概略側面図。
【図１０】様々な薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１１】様々な薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１２】様々な薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１３】アルミニウム反射層及びポリマー検出層を通じてレーザー除去された孔の顕微鏡写真。
【図１４】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１５】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１６】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１７】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１８】薄膜多層インジケータを横断して移動する着色した波面の黒−白レンダリング。
【図１９】薄膜多層インジケータを横断して移動する着色した波面の黒−白レンダリング。
【図２０】いくつかの蒸気からの負荷への薄膜多層インジケータの反応を示すプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で説明される用語は、次のように定義される。
【００１２】
「目的の蒸気」とは、周囲空気（即ち、呼吸する空気）から取り除くことが好ましい有機、又は無機蒸気を意味する。
【００１３】
「被検質」は、即ち、化学的、又は生化学的分析において検出される、特定の目的の蒸気、又は他の構成成分を意味する。
【００１４】
「光学的に応答性である」とは、物品又は検出層に関して使用された場合、物品又は検出層が、被検質が存在する場合に、光学的厚さ（即ち、物理的厚さ、又は屈折率）、反射率、位相シフト、偏光、複屈折、又は光透過率の変化などの、検出可能な光学特性における応答性の変化を呈することを意味する。
【００１５】
「エンクロージャ」とは、中に吸着部材を配置することができるカートリッジ、カプセル、パウチ、格納容器、ハウジング、又は他の構造体を意味し、保存又は輸送のために必要な場合は密封され、後に取り付け及び使用のために開封され、その後に目的の蒸気を吸着するために使用される。
【００１６】
「反射性である」とは、層に関して使用された場合、層が可視光線を反射することを意味する。
【００１７】
「半反射層」とは、第２反射層と関連し、第２反射層よりも低い反射率と高い光透過性を有し、例えば、干渉色を提供するために第２反射層と離れた関係で使用され得る、第１反射層を意味する。
【００１８】
「蒸気透過性である」とは、一方の側が多孔質層と流体連通する反射層に関して使用される場合、反射層のもう一方の側が、１０００ｐｐｍスチレンモノマー蒸気を含み、２０Ｌ／分で流れる空気流に１５分晒されたとき、十分なスチレンモノマーが反射層を通過して、これによって検出層において光学的に応答性の変化が起こることを意味する。
【００１９】
「多孔質」とは、材料に関して使用されるとき、堆積全体を通じて孔の接続網（これは、例えば、開口、隙間空間、又は他のチャネルであってよい）を有することを意味する。
【００２０】
「寸法」とは、孔に関して使用されるとき、円形の横断面を有する孔の直径、又は非円形の横断面を有する孔を横断して形成されることがある最も長い横断面の弦の長さを意味する。
【００２１】
「ミクロ孔質」とは、材料に関して使用されるとき、材料が多孔質であり、平均孔径が約０．３〜１００ナノメートルであることを意味する。
【００２２】
「連続的」とは、材料の層に関して使用されるとき、非多孔質であり、蒸気透過性ではないことを意味する。
【００２３】
「半連続的」とは、材料の層に関して使用するとき、層が多孔質であり、蒸気透過性であることを意味する。
【００２４】
「非連続的」とは、材料の層に関して使用されたとき、層が、所与の平面内で少なくとも２つの分離した別個の材料の島を有し、その間に空間を有するか、又は所与の平面内で、少なくとも２つの分離した別個の空間（湖（lakes））をその間の材料と共に有し、及び層が蒸気透過性であることを意味する。
【００２５】
開示される装置は、様々な目的の蒸気を検出するために使用されてもよい。典型的な目的の蒸気としては、水蒸気、気体、及び揮発性有機化学化合物が挙げられる。典型的な有機化学化合物としては、アルカン類、シクロアルカン類、芳香族化合物類、アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、ハロカーボン類、アミン類、有機酸類、シアン酸類、ニトレート類、及び二トリル類、例えば、ｎ−オクタン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、アセトン、エチルアセテート、二硫化炭素、四塩化炭素、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、メチルクロロホルム、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、２−エトキシエタノール、酢酸、２−アミノピリジン、エチレングリコールモノメチルエーテル、トルエン−２，４−ジイソシアネート、ニトロメタン、及びアセトニトリル、を含む置換、非置換炭素化合物が挙げられる。
【００２６】
図１に関し、個人用レスピレータ１は、１組の交換可能な空気浄化レスピレータカートリッジ３が上部に搭載されるフェースマスク２を含む。カートリッジ３はそれぞれ、図１には示されない吸着材料（例えば、活性炭）のエンクロージャの役割を果たす。各カートリッジ３の前側カバー４は、気体注入口として機能する多数の開口５を含み、周囲空気が外部環境からカートリッジ３へと流入することを可能にし、吸着材料を通過し、カートリッジ３からの気体排出口及びフェースマスク２への注入口として機能する通路（図１には表示されない）を通過する。各カートリッジ３の側壁６は、これを通じてフェースマスク２の着用者が薄膜多層インジケータ８を見ることができる、透明なビューポート（viewing port）７を含む。各インジケータ８は、カートリッジ３の１つ以上の湾曲する領域の周囲を包み、様々な視角からの改善された可視性を提供し、カートリッジ３がレスピレータ１のいずれかの側の上に取り付けられることを可能にすることがある。インジケータ８は光学的に応答性であり、暴露状態で吸着材料が蒸気と平衡になった場合に、視覚的に認識可能な比色分析の変化を経験し、したがって着用者がカートリッジ又はカートリッジ３を交換する時期を認識するのを助ける。呼気は、呼気バルブ９を通じて、レスピレータ１から出る。インジケータは、様々な呼吸の保護装置に使用することが可能である。例えば、インジケータはまた、単一のカートリッジレスピレータ又は動力付き空気浄化レスピレータ内に配備されることもできる。
【００２７】
図２は、レスピレータカートリッジ３の部分断面側面図である。所望により、開口部５は、例えば使用前に取り外すことができる、取り外しカバー（図１及び図２に示されない）を使用して、使用まで密封され得る。吸収性材料２１の底床は、開口５から排出口２３へと通過する目的の蒸気を吸収又は吸着する。ポスト２７上に搭載される一方向吸入バルブ２５は、呼気がカートリッジ３に入るのを防ぐ。ねじ付きの、又は好ましくは差し込みコネクタ（１つ又は複数）２９は、カートリッジ３をマスク２に取り外し可能に連結するために使用され得る。側壁６は、薄膜多層インジケータ８を覆う透明なビューポート７を含む。ポート７は、ビューポート７の近位に位置するインジケータ８の半反射層（図２に表示されない）を通じて周囲光をインジケータ８に入れ込むことができる。所望により、取り外し可能又は交換可能な遮蔽物又は他の被覆（図２に示されない）が、ポート７を、塗料又は泡のスプレーしぶき、ほこり、又は他の掩蔽から保護するために、任意に使用することが可能である。ポート７及びインジケータ８に入る周囲光は、吸着材料２１の近位に位置するインジケータ８内の蒸気透過性反射層（図２に表示されない）により、ビューポート７を通じて戻る。インジケータ８の外観の視覚的に認識可能な変化（例えば、緑から赤へなどの色の変化、白若しくは黒から有色へ、又は有色から白若しくは黒へなどの色の出現又は消失、あるいは白から黒へ、又は黒から白へ）が、インジケータ８の下の吸着材料２１が、暴露状態で蒸気と平衡になったことを示すとき、カートリッジ３は取り除かれ、新しいカートリッジ３と交換される。蒸気の流路の全長を覆うようにインジケータ８を構成することにより、外観変化（即ち、色の変化）の「フロント」は、吸着材料２１を通じ、インジケータ８を超える蒸気の流れと共に進行する。進行する外観変化のフロントは、単にサポート終了日ではなく、むしろカートリッジ３の残存耐用年数を示し（棒ゲージ又は燃料計など）、特に、残存耐用年数が、インジケータ８を超える、空間的に広がる蒸気のフロントの浸透と直線的に比例するために、カートリッジ３を設計するように適切な注意が払われる。あるいは、インジケータ８は、望ましい残存耐用年数のパーセンテージにおいてのみ警告を与えるためだけに、流路の末端部に向かって配置され得る。インジケータ８又はビューポート７は、所望により、インジケータ８の外観における変化の視覚的認識を助けるために、パターン又は参照色を含んでもよい。前述のように、インジケータ８における外観変化は、周囲光の下で視覚的に観察され得る。あるいは、インジケータ８が、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの外部光源を使用して照明され、カートリッジ３の周辺に搭載される光検出器を使用して光電子信号をもたらし、評価することができる。周囲光の下で見ても、又は外部光源及び検出器を使用して見ても、化学的検出の幅は、所望によって、様々な方法で増やすことができる。例えば、蒸気流路を横断する小さなインジケータの配列が使用されてもよい。各インジケータは、異なる多孔質検出層材料を含むことができる（例えば、シリカ検出層、プラズマ化学蒸着（「ＰＣＶＤ」）によって適用される検出層、及び固有ミクロ孔質を有するポリマー（「ＰＩＭｓ」）から成る検出層、全て以下で論じられる）。また、一連のインジケータは、一連の異なる化学処理を用いて処理された同じ検出層材料（例えば、シリカ）を含む吸着特性の範囲をもたらすことができる。多孔質シリカは、例えば、孔により高い疎水性特性を付与するために、様々なアルキルシランで処理することが可能である。
【００２８】
図３は、部分断面図の使い捨て個人用レスピレータ３０を示している。装置３０は、例えば、薄膜ＥＳＬＩを含むように改善された、米国特許６，２３４，１７１ Ｂ１（スプリンゲット（Springett）ら）に示されるような、使い捨てマスクであることが可能である。装置３０は、一般的に、外側カバーウェブ３２、吸着粒子３３、及び内側カバーウェブ３４から構成される、カップ形状のシェル又はレスピレータ本体３１を有する。溶接縁部３５は、これらの層を保持し、装置３０の縁部を超える漏れを低減する、顔の封止領域をもたらす。アルミニウムなどの金属の曲げ易く非常に柔らかい鼻バンド３６により、漏れは更に低減される。装置３０は、透明のビューポート３７、及び吸着粒子３３に隣接する薄膜多層インジケータ３８を含む。装置３０はまた、タブ４０によって装置３０に締結される、調節可能なヘッド及びネックストラップ３９、並びに呼気バルブ４１も含む。このようなレスピレータの構成に関する更なる詳細は、当業者に周知である。
【００２９】
図４は、透明基材４３及び吸着媒体４８に隣接する薄膜多層インジケータ４２の概略図を示す。インジケータ４２は、半反射層４４、多孔質検出層４５、及び蒸気透過反射層４６を含む。媒体４８の少なくとも一部と目的の蒸気の間の、適用される蒸気の濃度における平衡化の際、又はその直後に、蒸気は孔４７を通じて検出層４５に入ることができる。検出層４５は好適な材料から構成され、又は好適な構造で構成され、目的の蒸気への暴露の際に、層の光学的厚さは変化する（即ち、増える）。生じる光学的厚さの変化は、インジケータ４２の視覚的に知覚可能な外観の変化をもたらす。この変化は、外側から、つまり基材４３を通じてインジケータ４２を見ることによって観察できる。光線４９ａによって表される周囲光の一部は、基材４３を通過し、光線４９ｂとして半反射層４４から反射し、基材４３を通じて戻り、次に基材４３の外側に出る。周囲光線４９ａの別の部分は、基材４３、半反射層４４、及び検出層４５を通過し、反射層４６から光線４９ｃとして反射する。光線４９ｃは、検出層４５、半反射層４４、及び基材４３を通過して戻り、次に基材４３の外を通過する。検出層４５に適切な初期又は変化した厚さが選択され、層４４及び４６が十分に平坦な場合、次に、インジケータ４２、並びに光４９ｂ及び４９ｃのような光線内で干渉色が作られ、又は破壊され、インジケータ４２の外観の視覚的に認識可能な変化が、半反射層４４を通じて見たときに明らかになる。したがって、電力付き光源、光学検出器、又はスペクトル分析などの外部機器は、インジケータ４２の状態を評価するために必要ではないが、このような外部機器は、所望に応じて使用されてもよい。
【００３０】
開示される装置は、様々な吸着媒体を使用してもよい。吸着媒体は、意図される使用条件下に存在すると予想される目的の蒸気を吸着することができる。吸着媒体は、望ましくは空気又は他の気体が滞りなく流れて通過するのを可能にするほど十分に多孔質であり、微粉固体の形状（例えば、粉、ビーズ、フレーク、粒剤、又は粒塊）又は多孔質の固体（例えば、連続気泡）であってもよい。好ましい吸着媒体材料としては、活性炭；アルミニウム及び吸着により目的の蒸気を除去できる他の金属酸化物；粘土並びに、酢酸などの酸性溶液、又は水性酸化ナトリウムなどのアルカリ性溶液；モレキュラーシーブ、及び他のゼオライト；シリカなどの他の無機吸着剤；「スチロソーブ（Styrosorbs）」（例えば、Ｖ．Ａ．Ｄａｃａｎｋｏｖ及びＰ．Ｔｓｙｕｒｕｐａ、純粋応用化学（Pure and Appl.）、第６１巻、ｐｐ１８８１〜８９（１９８９）、並びにＬ．Ｄ．Ｂｅｌｙａｋｏｖａ、Ｔ．Ｉ．Ｓｃｈｅｖｃｈｅｎｋｏ、Ｖ．Ａ．Ｄａｖａｎｋｏｖ、及びＭ．Ｐ．Ｔｓｙｕｒｕｐａ、アドバンスコロイド及び界面科学（Adv. in Colloid and Interface Sci.）、第２５巻、ｐｐ２４９〜６６、（１９８６）に記載される）として知られる高度に架橋されたスチレンポリマーなどの超架橋システムを含む有機吸着剤などが挙げられる。活性炭及びアルミニウムは特に好ましい吸着媒体である。例えば、目的の蒸気の混合を吸収するために、吸着媒体の混合物が使用され得る。微粉形状である場合、吸着粒子寸法は、多様に変化することができ、通常、部分的に意図された使用条件に基づいて選択される。一般的な指針として、微粉吸着媒体粒子の寸法は、約４〜約３０００マイクロメートル平均直径、例えば約３０〜約１５００マイクロメートル平均直径の間で変化してよい。異なる寸法範囲を有する吸着媒体粒子の混合物もまた使用されてよい（例えば、吸着媒体粒子の二峰性混合物、又は上流層のより大きな吸着粒子及び下流層のより小さな吸着粒子を使用した多層構成）。例えば、米国特許第３，９７１，３７３号（ブラウン（Braun）ら）、同４，２０８，１９４号（ネルソン（Nelson））、及び同４，９４８，６３９号（ブルーカー（Brooker）ら）、及び米国特許出願公開ＵＳ ２００６／００９６９１１ Ａ１（ブレイ（Brey）ら）などに記載される、好適な結合剤（例えば、結合炭素）と組み合わせた吸着媒体、又は好適な支持体の上部又は内部に捕捉された吸着媒体もまた使用されてよい。
【００３１】
インジケータは剛性であってもよく、可撓性であってもよい。可撓性のインジケータは、破断することなく十分に曲げることができ、その結果１つ以上のロール加工工程を使用して作製することができ、例えば、図１に示される吸着媒体エンクロージャの角部の周囲を、必要であれば、使用中に曲げることができる。インジケータは、フィルム、又はバルク接着剤、機械的挿入、熱接着、超音波溶接、及びこれらの組み合わせを含む、様々な技術を使用して、フィルターハウジング又は他の支持体に取り付けることができる。
【００３２】
基材は任意であるが、存在する場合は、薄膜インジケータのための好適に透明な支持体を提供することができる、様々な材料であってよい。基材は剛性であってもよく（例えば、ガラス）又は可撓性であってもよい（例えば、１つ以上のロール加工工程で処理されてよいプラスチックフィルム）。好適に透明なプラスチックなどの可撓性の材料で作製される場合、基材が望ましく十分に低い蒸気透過性を有し、これによって目的の蒸気は、半反射層を通じて検出層の内部に、又は外部に透過しない。基材が省略される場合、半反射層はこのような蒸気の透過を妨げる、又は防ぐのに十分なほど不透過性であるべきである。多孔質の基材は、所望により、反射層及び吸着媒体の間に配置されることが可能である。例えば、目的の蒸気は、吸着媒体から透過性基材、及び反射層を通じ、そこから検出層へと入ることが可能である。
【００３３】
半反射層及び反射層は、それぞれ、拡散又は好ましい正の光反射をもたらす様々な材料から作製され得、これらは適当に離間したとき協調して、容易に視覚的に知覚可能なインジケータの外観の変化をもたらす。好適な半反射層、及び反射層の材料としては、アルミニウム、クロム、金、ニッケル、シリコン、銀、パラジウム、プラチナ、チタニウム、及びこれらの金属を含む合金；酸化クロム、酸化チタン、及び酸化アルミニウムなどの金属酸化物；並びに米国特許第５，６９９，１８８号（ギルバート（Gilbert）ら）、同５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）ら）、及び同６，０４９，４１９号（ウィートリー（Wheatley）ら）、並びに公開済みＰＣＴ出願ＷＯ ９７／０１７７８（アウダーカーク（Ouderkirk）ら）に記載される、（複屈折の多層光学フィルムを含む）多層光学フィルムが挙げられる。反射層、及び半反射層は、同じか、又は異なってよい。「透過性ナノ粒子反射体（PERMEABLE NANOPARTICLE REFLECTOR）」、と題された同時係属中の米国特許出願第１１／５３０，６１９号に記載されるように、反射層を形成するために、金属ナノ粒子コーティング（例えば、金属ナノ粒子インク）が使用されてもよい。
【００３４】
半反射層は、反射層ほど反射せず、いくらかの入射光線を透過する。半反射層は、例えば、約２〜約５０ｎｍの物理的厚さ、５００ｎｍで約２０〜約８０％の光透過率、５００ｎｍで約８０〜約２０％の反射率を有してよい。半反射層は、それ自体蒸気に対して不透過性であってよく（その場合、望ましく連続的である）、任意に好適な基材上にコーティングされるか、そうでなければ隣接する。半反射層はまた、蒸気に対して透過性であってもよく（その場合、例えば、非連続的又は半連続的であってよい）、好適に蒸気不透過性の基材上にコーティングされるか、そうでなければ隣接する。検出層に隣接する半反射層の面は、望ましくは約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である。
【００３５】
反射層は、例えば、約１〜約５００ｎｍの物理的厚さ、５００ｎｍで約０〜約８０％の光透過率、５００ｎｍで約１００〜約２０％の反射率を有してよい。反射層は好ましくは多孔質、パターン付き、非連続的、半連続的、又は別の方法で十分に透過性であり、これによって蒸気は吸着媒体から、反射層を通じて検出層に入る。望ましい多孔質又は不連続性は、好適な堆積技術を通じて、又は、選択的エッチング、反応性イオンエッチング、若しくはパターン付きレーザーアブレーションなどの適切な後堆積加工を通じて達成される。反射層はまた、上記の同時係属中の米国特許出願第１１／５３０，６１９号に記載されるように、蒸気透過金属ナノ粒子層を堆積させることによっても形成され、稠密なナノ粒子の蒸気透過層を形成し、ナノ粒子の間の隙間によって孔がもたらされた。所望により、形状、文字、記号、又はメッセージの形で、反射層に断絶が形成されてもよい。これにより、目的の蒸気への暴露の際に認識可能なパターンが現れ、又は消えることができる。見る人は、このようなパターンの色の対照的な色を認識する方が、インジケータフィルム全体における比色分析の変化を認識するよりも容易であると感じることがある。
【００３６】
検出層の混合物は、均質、又は不均質であってよく、例えば、無機化合物の混合物、有機化合物の混合物、又は無機及び有機化合物の混合物から作製することが可能である。構成成分の混合物から作製される検出層は、被検質群の改善された検出をもたらすことがある。検出層は、望ましくは、吸着媒体の蒸気収着特性と同様な、蒸気収着特性をもたらすように選択された、孔径、又は表面積の範囲を有する。好適な多孔性は、米国特許第６，５７３，３０５ Ｂ１号（タンホースト（Thunhorst）ら）に記載されるものなどのような、高内相エマルションから作製されるフォームなどの多孔質の材料を使用して得ることができる。多孔性はまた、ミクロ孔質材料を作製するために二酸化炭素のフォーミングを介して（「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、２００１、３４巻、ｐｐ．８７９２〜８８０１を参照）又はポリマーブレンドのナノ相分離（「Ｓｃｉｅｎｃｅ」、１９９９、２８３巻、ｐ５２０参照）によって得ることもできる。一般的に、孔の直径は、好ましくは、望ましいインジケータ着色のピーク波長よりも小さい。例えば約０．５〜約２０ｎｍ、０．５〜約１０ｎｍ、０．５〜約５ｎｍの平均孔径のナノサイズの孔が好ましい。
【００３７】
典型的な無機検出層材料としては、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚さの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む。例えば、無機検出層材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタン、酸窒化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、ゼオライト、又はこれらの組み合わせであってもよい。多孔質シリカは、堅牢性及び湿式エッチング処理との適合性のために、特に望ましい無機検出層材料である。
【００３８】
多孔質シリカは、例えば、ゾルゲルプロセス法を用いて調製することができ、有機テンプレートを用いて、又は用いずに調製できる。代表的な有機テンプレートとしては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩などのアニオン性又は非イオン性界面活性剤、ポリ（エチレンオキシド−ｃｏ−プロピレンオキシド）ブロックコポリマー及び他の界面活性剤又は又は当業者に明らかなポリマーが挙げられる。ゾルゲル混合物は、ケイ酸塩に変えてもよく、有機テンプレートは取り除かれてシリカ内の網状組織をミクロ孔質のままにしてもよい。典型的な多孔質シリカ材料は、オガワ（Ogawa）ら、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、ｐｐ１１４９〜１１５０、クレスジ（Kresge）ら、Ｎａｔｕｒｅ、３５９巻、ｐｐ７１０〜７１２（１９９２）、ジア（Jia）ら、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、３３（２）巻、２０２〜２０３（２００４）、及び米国特許第５，８５８，４５７号（ブリンカー（Brinker）ら）に記載されている。様々な有機分子もまた、有機テンプレートとして使用することができる。例えば、グルコース及びマンノースなどの糖類が、多孔質シリケートを生成するための有機テンプレートとして使用されてもよい（ウェイ（Wei）ら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、１０巻、ｐ３１３（１９９８）を参照）。有機置換シロキサン又は有機−ビス−シロキサンがゾルゲル組成物に含まれて、ミクロ孔質をより疎水性にし、水蒸気の収着を制限してもよい。プラズマ化学蒸着もまた、多孔質無機検出材料を生成するのに使用され得る。この方法論は一般的に、ガス状前駆体からプラズマを形成し、プラズマを基材上に堆積して非晶質ランダム共有結合網状層を形成し、次に非晶質ランダム共有結合網状層を加熱して、ミクロ孔質非晶質ランダム共有結合網状層を形成することによって被検質検出層を形成する工程を含む。このような材料の例は、米国特許第６，３１２，７９３号（グリル（Grill）ら）及び米国特許出願番号第１１／２７５，２７７号、２００５年１２月２１日出願、発明の名称「プラズマ堆積多孔質被検質検出層（PLASMA DEPOSITED MICROPOROUS ANALYTE DETECTION LAYER）」に記載される。
【００３９】
典型的な有機検出層材料としては、疎水性のアクリレート及びメタクリレート、二官能性モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、及びこれらの混合物又は組み合わせを含むモノマーのクラスから調製される、又は調製することができるポリマー、コポリマー（ブロックコポリマーを含む）、並びにこれらの混合物が挙げられる。上述の米国特許出願公開第ＵＳ ２００４／０１８４９４８ Ａ１号は、このようなモノマーの広範な一覧表を含み、更なる詳細に関する参照が付される。固有ミクロ孔質を有する上述のポリマー（ＰＩＭｓ）は、特に望ましい検出層を提供する。ＰＩＭｓは、典型的には、ミクロ孔質の固体を形成する非網状ポリマーである。これらの典型的に、高度に剛性で回旋状の分子構造のために、ＰＩＭｓは、空間を有効に満たすことができず、したがって開示されるミクロ構造を提供する。好適なＰＩＭｓとしては、バッド（Budd）らの「固有ミクロ孔質のポリマー（ＰＩＭｓ）：堅牢で、溶解処理可能な、有機ミクロ孔質材料（Polymers of intrinsic microporosity（PIMs）: robust, solution-processable, organic microporous materials）」（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００４、ｐｐ２３０〜２３１）が挙げられるが、これに限らない。ＰＩＭｓは更にバッド（Budd）ら（ジャーナルオブマテリアルズケミストリー（J. Mater.Chem.）、２００５、１５、ｐｐ．１９７７〜１９８６）、マキューン（McKeown）ら（Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２００５、１１、９巻、２６１０〜２６２０）、及びＰＣＴ国際公開特許ＷＯ２００５／０１２３９７ Ａ２（マキューン（McKeown）ら）に開示される。
【００４０】
有機検出層内の１つ以上のポリマーは、少なくとも部分的に架橋されていてよい。機械的安定性及び、一定の被検質に対する感度を向上するため、いくつかの実施形態では、架橋は望ましい。架橋は、１つ以上の多官能性モノマーを検出層に組み込むこと、検出層を、例えば電子ビーム若しくはγ線処理にかけること、検出層に配位化合物、又はイオン化合物を加えること若しくは形成すること、又は検出層に水素結合を形成すること、により達成することができる。１つの代表的な実施形態では、その後多孔質検出層を生成するために、架橋系から抽出されてもよい、ポロゲンの存在下で実行される。好適なポロゲンとしては、直鎖アルカン（例えば、デカン）又は芳香族（例えば、ベンゼン又はトルエン）などの、不活性有機分子が挙げられるが、これらに限定されない。他の架橋ポリマーとしては、上述の、高度に架橋されたスチレンポリマーが挙げられる。
【００４１】
所望により、検出層材料は、その表面特性又は吸着特性を変性するために処理されてもよい。無機検出層のミクロ孔質を、好適なオルガノシラン化合物に暴露することなどにより、様々なこのような処理を使用することが可能である。検出層も、あるいは代わりに、好適な接着促進材料（例えば、チタニウム又は別の好適な金属から作製される連結層）と共に処理され、半反射層又は反射層及び検出層の間の接着を促進することが可能である。このような処理はまた、検出層との接着を促進するために、半反射層又は反射層にも施されてよい。
【００４２】
多くの用途において、検出層は望ましく疎水性である。これは、水蒸気（又は液体水）が、検出層の光学的厚さを変化させ、例えば有機溶媒蒸気の検出など、被検質の検出を妨げる可能性を低減する。
【００４３】
検出層は、単一の層又は２つ以上の副層から作製されてもよい。副層は、様々な構成を有してよい。例えば、これらは積み重ねられてもよく、又は横並びに構成されてもよい。副層は、目的の異なる蒸気を吸収するために選択される異なる材料で作製されてもよい。層又は一連の副層の１つは、非連続であるか、又はパターン付きであってもよい。パターンは、被検質に暴露する際に、色の付いた画像、言葉、又はメッセージを作ること、あるいは取り除くことが可能で、これによってユーザーにとって容易に識別可能な警告をもたらす。層又は副層は、特定の被検質に対して反応性の１つ以上の部分を、並びに同じ被検質に対して非反応性の１つ以上の部分を提供することによって形成することが可能である。例えば、被検質が吸収されるまで、光学上の厚さにおいて見かけ上の差がないほど十分に薄いパターンつきの層を作製することにより、反応性材料のパターンもまた、より大きな非反応性副層上に堆積することができる。米国特許番号第６，０１０，７５１号に記載されるように、検出層の厚さもまた、パターン付きであってよい。これは、パターンが消える（例えば、より薄い一部がより厚い一部と同じ厚さまで膨張する場合）のを、又は現れる（例えば、一部が隣接する一部を下回る厚さまで収縮する場合）のを可能にする。
【００４４】
開示される装置は、所望に応じ、追加の層、又は要素を含んでもよい。例えば、吸着剤充填コンポジットの多孔質層（例えば、上記の米国特許第４，２０８，１９４号などに記載されるフィブリル化されたＰＴＦＥのマトリックスに含まれる、活性炭粒子のウェブ）が、反射層と吸着媒体との間に配置されてインジケータ内に浸透する蒸気を均質化するか、ないしは別の方法で吸着媒体における状態に対するインジケータの反応を和らげる。
【００４５】
開示される装置は、有機蒸気レスピレータ、動力付き空気浄化レスピレータ（ＰＡＰＲｓ）、防護服、集合保護フィルター（collective protection filter）、及び当業者には周知の他の用途を含む、様々な用途に使用されてよい。
【００４６】
本発明は、以下の具体的実施例において更に例示されるが、その中での全ての部及びパーセンテージは、他に指示がない限り重量基準である。以下表１に示される略語は、いくつかの実施例で使用された。
【００４７】
【表１】
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
不透過性の半反射層、多孔質シリカ検出層、及び蒸気透過性反射層を含む多層フィルムインジケータは以下のように調製された。ガラススライドは最初に、ＡｕＰｄ（６０：４０Ａｕ／Ｐｄ質量比）ターゲットを備えたデントン・バキューム・デスクＩＩ（Denton Vacuum Desk II）スパッタコーターを使用してスパッタコーティングされ、およそ５ｎｍ厚さの半反射層を提供した。スパッタコーティング電力及び、コーティング持続時間は、１３．３Ｐａ（１００ミリトール）の真空下で、それぞれ、３５ミリアンペア、及び２０秒であった。多孔質フィルムは、ゾルゲル溶液ディップコーティングによって、半反射層上に堆積された。シリカゾルは、２段階の加水分解プロセスを使用して調製された。段階１では、２３１．６部のテトラエトキシラン、１９５．２部の無水エタノール、１７．２８部の脱イオン水、及び０．７１５部の０．００７ＮのＨＣＬが容器の中で混合され、攪拌されると同時に６０℃で９０分間加熱されてシリカゾルを形成した。段階２では、１２２．９７部の、段階１のシリカゾル、１７．５０部の０．０７ＮのＨＣＬ及び５．７５部の脱イオン水がビーカー中で混合され、外部から加熱することなく１５分間攪拌された。結果として得られるゾルゲル溶液は、更に１５分間攪拌されると同時に５０℃で加熱され、次に２６３．３２部の無水エタノールで希釈された。エチルセルロースを組み込むコーティング溶液は、２５．２５部の段階２のゾルゲル溶液、２５．００部のイソプロピルアルコール、及び１．７１部のＥＴＨＯＣＥＬ（商標）の標準２０プレミアム（Standard 20 Premium）エチルセルロース（ダウ・ケミカル社（Dow Chemical Company））を混合し、蓋付き容器内で一晩（１６時間）攪拌し、エチルセルロースを完全に溶解することによって調製された。
【００４９】
ＡｕＰｄコーティングガラススライドは、コーティング工程中の結露を防ぐために、３０％より低い相対湿度に維持されたエンクロージャ内で、１０ｃｍ／分の引き抜き速度を用い、コーティング溶液中でディップコーティングされた。これはゾルゲルコーティングをスライドの両面に適用した。コーティングは透明であったため、これは両方の面上に留まり、一方の面上のコーティングが多孔質検出層を作るために使用され、他方の面上のコーティングが最終的な表示面上に存在することが可能であった。コーティングされた試料を、湿度が制御されたエンクロージャで、２分間乾燥させた。コーティングされたスライドは、次にベルト炉内にて３０分間の加熱サイクルを用いて４００℃で加熱された（１１分間の熱上昇時間、４００℃で８分間の維持時間、及び１１分間の冷却時間を含む）。有機物の完全な脱水及び熱分解を確認するために、スライドは、空気雰囲気の箱型炉内で、２時間の４００℃までの加熱時間、４００℃の１時間の維持時間、及び空気雰囲気に戻すための１０時間の冷却時間を含む、１３時間の加熱サイクルを使用して再加熱された。スライドの一方の面上のシリカ層は次に、０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）のマーク５０（Mark 50）蒸発コーター、並びにチタニウム層にはＴ−２００３号９９．９９５％純粋真空蒸着等級６ｍｍ×６ｍｍペレット（セラック社（Cerac, Inc.）より）、及びアルミニウム層にはＡ−２０４９、９９．９９％純粋真空蒸着等級６ｍｍ×６ｍｍペレット（これもまたセラック社（Cerac, Inc.）より）を使用して、１０ｎｍ厚さのＴｉ連結層、及び１００ｎｍ厚さのアルミニウム反射層でコーティングされた。
【００５０】
アルミニウム反射層を蒸気透過性にするために、湿潤化学エッチングによるフォトリソグラフィ方法が使用された。ヘキサメチルジシラザン接着促進剤（Ｊ．Ｔ．ベーカー（J. T.Baker）より）がアルミニウム層上に２５００ｒｐｍでスピンコーティングされ、続いてＰＲ １８１３ポジ型フォトレジスト（シプレイＬ．Ｌ．Ｃ（Shipley, LLC））のスピンコーティングされた層は、４０００ｒｐｍで適用され、１．３マイクロメートル厚さのフィルムをもたらした。フォトレジストは、９６℃で３０分間ベーキングされ、次にフォトマスクを通じ、１４ｍＷ／ｍ２の紫外線強度で、スライドの２区域に渡って、紫外線に９秒間露光された。第１区域では、１０マイクロメートルのピッチで離間した３マイクロメートルの規則的な配列を有する、低エッチフォトマスク（low etch photomask）を使用した。第２区域では、５マイクロメートルのピッチで離間した３マイクロメートルの規則的な配列を有する、高エッチフォトマスク（high etch photomask）を使用した。光への露光の後、スライドは、ＭＦ３１９現像液（これもまたシプレイ社Ｌ．Ｌ．Ｃ（Shipley, LLC）より）に４５秒間浸漬され、次に１２０℃で３０分間ハードベーキング（hardbaked）された。現像液は、照射された孔の領域で、ポジ型フォトレジストを除去し、図５ａ及び図５ｂに示されるような、物品５０をもたらし、ここで５２は最終的な薄膜多層インジケータを示し、５３は５２がこれを通じて見えるガラス基材を示し、５４は、Ａｕ／Ｐｄ半反射層を示し、５５は多孔質シリカ検出層を示し、５６は、アルミニウム反射層を示し、５７はフォトレジスト５８中の孔を示す。
【００５１】
アルミニウム層５６の湿式エッチングは、５００ミリリットルの濃縮されたＨ３ＰＯ４、１９．４ミリリットルの凝縮されたＨＮＯ３、９６．８ミリリットルの凝縮された酢酸、３２．２ミリリットルのＨ２Ｏ、及び０．６ミリリットルのエチレングリコールを混合して作製される酸性エッチング溶液を用いて、３２℃で９０秒間実行された。エッチングされたフィルムは、脱イオン水で直ちに洗浄された。Ｔｉ層は次に、１００ミリリットルの０．１ Ｍ ＥＤＴＡ、８ミリリットルの濃縮されたＮＨ4ＯＨ及び２０ミリリットルの３０％Ｈ２Ｏ２を混合して作製される塩基性エッチング溶液を使用してエッチングされた。エッチングされたフィルムは再び、脱イオン水中で直ちに洗浄された。最後に、残ったフォトレジスト５８は、アルミニウム層５６を１１６５リムーバー（これもまたシプレイ社Ｌ．Ｌ．Ｃ（Shipley, LLC）より）を使用して、アルミニウム層５６から剥し、図６ａ及び図６ｂに示されるような、完成した薄膜多層インジケータ６０を提供し、ここで６６は蒸気透過性アルミニウム反射層を示し、６７は、アルミニウム層６６内の孔を示す。
【００５２】
（実施例２）
実施例１の薄膜インジケータ６０は、３つの異なる蒸気の通路を用いて、評価された。第１蒸気通路は、図７に示される。有機蒸気を含有する空気流７２が、ガラス基材５３の上で、インジケータ６０を横切って流れた。蒸気透過性アルミニウム反射層６６に対して配置される、不織布カーボン紙７４の小さな断片により、空気流７２の有機蒸気の通路が、多孔質シリカ検出層５５に到達することが可能になった。光源７７からの光線７６などの入射光線が、半反射層５４によって第１の反射光線７８として反射され、アルミニウム層６６によって、第２の反射光線７８ｂとして反射された。第２の蒸気通路は図８に示される。図８は図７と似ているが、有機蒸気を含有する空気流７２が、蒸気透過性のアルミニウム反射層６６に対して配置されたガラスウール８４の断片を通じ、多孔質シリカ検出層５５に到達した。第３の蒸気通路は図９に示されている。図９は、図７及び図８と似ているが、有機蒸気を含有する空気流７２は、可撓性でミクロ孔質の、炭素充填不織布ウェブ９４を通じて多孔質シリカ検出層５５に到達した。ウェブ９４は、約５００ｇ／ｍ２（有効炭素密度約０．２２ｇ／ｃｃに対応する）の、ココナツの殻から得られる４０×１４０メッシュ活性炭顆粒（パシフィック・アクチベーティッド・カーボン社（Pacific Activated Carbon Co.）より）を含み、これは、米国特許出願公開第ＵＳ２００６／００９６９１１ Ａ１（ブレイ（Brey）ら）に記載される通りに調製される、ＩＲＯＧＲＡＮ（商標）ＰＳ４４０−２００熱可塑性ポリウレタンから作製される弾性繊維ウェブ全体を通じて分散された。サンプルスペクトルは、白色光源、光ファイバー反射プローブ、及びスペクトロメーターを使用して観察された。図１０は、各蒸気通路におけるｐｐｍトルエン負荷との対比における波長シフトのプロットを示し、図７、図８、及び図９に示される蒸気通路にそれぞれ対応する曲線Ａ、Ｂ、及びＣを有する。図１０に示されるように、３つの蒸気通路全てが、所与のトルエン負荷レベルにおいて、同様の波長シフトを示した。曲線Ｃはまた、インジケータ６０が、ミクロ孔質の炭素充填ウェブと吸着の競争関係にある場合でもその性能を維持することも示している。
【００５３】
所望により、薄膜インジケータ６０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの外部光源を使用して照明され得、また、光検出器を使用して評価され得る。図１１は、波長の関数として、薄膜インジケータ６０の、５０ｐｐｍ（曲線Ｂ）及び２０００ｐｐｍ（曲線Ｃ）トルエンにおけるトルエン蒸気に対する初期反応（曲線Ａ）を測定することにより作製される、捕捉されたサンプルスペクトルを示す。図１２は、図１１の得られた試料スペクトルと、ＬＥＤスペクトルのガウス近似を掛け、適した光検出器を使用して測定される光強度（任意の単位で）の変化を算定することによって得られるシミュレーションを示す。検出器が受ける信号（例えば、ＰＮ、ＰＩＮ、又はＬＥＤの波長に適合するように選択される分光応答度を有するアバランシェフォトダイオード）は、ＬＥＤ／サンプルスペクトルを結合することによって決定される。初期信号（図１１、及び図１２の曲線Ａ）は緑ＬＥＤで５１２カウントに正規化され、青ＬＥＤの検出された信号は、５０ｐｐｍトルエンへの暴露において、２１任意単位で減少し、およそ５：１の信号：ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が、標準的なコンポーネントを使用して得られる。Ｓ／Ｎ比は、より厚いシリカ層をインジケータ内に組み込むことによって更に改善され、初期サンプルスペクトルを狭めることができる。全体的な薄膜インジケータの厚さの変化はまた、ＬＥＤスペクトル出力に関するピークシフトポジションの最適化のためになされてもよい。図１１及び図１２の曲線Ｃは、２０００ｐｐｍトルエンで、予測された反応を示した。
【００５４】
以下に示される実施例では、センサの特性における変化を測定するために、光源及びスペクトロメーターが使用された。しかしながら、開示されたインジケータは、周囲照明下で容易に見られ得ることが理解される。
【００５５】
（実施例３）
薄膜インジケータは、検出層として固有ミクロ孔質のポリマー（ＰＩＭｓ）を、反射層及び検出層に孔を空けるためにレーザーを使用する。
【００５６】
ＰＩＭポリマーの調製。ＰＩＭポリマーは、一般的に、アドバンストマテリアルズ（Advanced Materials）、２００４、１６巻、第５号、ｐｐ４５６〜４５９の中でバッド（Budd）らによって報告される手続きに従って、モノマーＢＣ及びモノマーＦＡから調製した。９．０グラムのＢＣを、５．２８ｇのＦＡ、１８．０ｇの炭酸カリウム、及び１２０ミリリットルのＤＭＦと混合し、混合物を、７０℃で２４時間反応させた。得られたポリマーを、ＴＨＦ内に融解し、メタノールから３回沈殿させ、次に、室温の真空下で乾燥させた。６１，８００の分子量（Ｍｗ）を有する黄色い固体の生成物が得られた。
【００５７】
レーザー処理された孔を有するＰＩＭサンプル。ガラススライドは、Ａｕ／Ｐｄ質量比６０：４０を有するＡｕＰｄターゲットを備えた、デントン（DENTON）（商標）バキュームデスクＩＩ（デントンバキューム社（Denton Vacuum））のスパッタコーターを使用して、Ａｕ／Ｐｄの５ｎｍ厚さの層でスパッタコーティングした。スパッタコーティング電力及びコーティング持続時間は、１３．３Ｐａ（１００ミリトール）の真空下で、それぞれ、３５ミリアンペア、及び２０秒であった。ＰＩＭポリマーは次に、Ａｕ／Ｐｄ層に３，０００ｒｐｍでコーティングされる、クロロベンゼン中に上記のＰＩＭポリマーを有する４％の溶液を使用して、Ａｕ／Ｐｄ層上にスピンコーティングされた。１００ｎｍ厚さのアルミニウム層は次に、０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）からのマーク−５０（Mark-50）蒸発コーター、及びセラック社（Cerac Inc）から入手される６×６ｍｍペレット形状の金属ターゲットを使用して、ＰＩＭポリマーに堆積された。サンプルは次に、フェムト秒機械加工を用いてレーザー切除され、アルミニウム及びＰＩＭポリマー層を通じて円錐の孔の配列を作った。アルミニウム層に近接する穴径は、およそ１３マイクロメートルであり、Ａｕ／Ｐｄ層付近では、約５マイクロメートルまで狭まっていた。レーザー切除された孔（測定値データがより容易に見えるように、明るくされている）の写真が、図１３に示されている。
【００５８】
有機蒸気の吸着に関して、得られた薄膜フィルムインジケータの、ミクロ孔質炭素と競う能力を評価するため、インジケータを、実施例２のミクロ孔質炭素充填ウェブの小断片上に配置し、蒸気透過性アルミニウム反射層は、ウェブ及びそのミクロ孔質炭素に接触した。炭素充填ＢＭＦウェブは、ココナツの殻から得られる４０×１４０メッシュ活性炭顆粒（パシフィック・アクチベーティッド・カーボン社（Pacific Activated Carbon Co.）より）を含み、これは、米国特許出願公開第ＵＳ ２００６／００９６９１１ Ａ１（ブレイ（Brey）ら）に記載される通りに調製される、ＩＳＯＧＲＡＮ（商標）ＰＳ４４０−２００熱可塑性ポリウレタンから作製される弾性繊維ウェブ全体を通じて分散された。繊維ウェブは、約０．２２ｇ／ｃｍ３の炭素密度に対応し、１７マイクロメートル有効繊維直径、及び５００ｇ／ｍ２炭素含有濃度を有した。３２Ｌ／分で流れる１０００ｐｐｍのシクロヘキサンと均衡するとき、この不織布ウェブ層の炭素は、炭素１ｇ当たり約０．２１ｇのシクロヘキサンを吸着する。トルエン蒸気が炭素充填層を通過し、インジケータを越える間、インジケータは照明され、スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用して、ガラス基材を通じて観測された。図１４に示されるように、曲線Ａ及び曲線Ｂはそれぞれ、初期信号及び５０ｐｐｍトルエンでの信号を表しており、約２７ｎｍのピーク信号波長シフトが観測された。これは、ＰＩＭポリマー検出層が、ミクロ孔質炭素の熱力学的競争下に置かれたときに、その吸着機能性を維持したことを示した。
【００５９】
（実施例４）
薄膜フィルムインジケータは、検出層として固有ミクロ孔質のポリマー（ＰＩＭｓ）、Ａｕ／Ｐｄ半反射層、及び銀ナノ粒子反射層を使用して調製された。実施例３の方法を使用し、ガラススライドは、Ａｕ／Ｐｄの５ｎｍの層でスパッタコーティングされ、続いてＡｕ／Ｐｄ層上へとＰＩＭポリマーの層をスピンコーティング（７５０ｒｐｍ）した。次に、銀ナノ粒子懸濁液をＰＩＭポリマー層へと適用することにより、２つの異なるインジケータが調製された。ハリマ社（Harima Corporation）からのＮＰＳ−Ｊ銀ナノ粒子懸濁液（テトラデカン内で６０％）を使用して、インジケータＡが調製された。粒子の、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析は、直径において、およそ２〜１０ｎｍの寸法分布を示した。０．０８ｇの量の、受領したままのナノ粒子懸濁液は、２ミリリットルのヘプタンと混合されて、約３．３％の銀を含有する、希釈された懸濁液をもたらした。希釈された懸濁液は、ＰＩＭフィルムに５００ｒｐｍでスピンコーティングされ、５００ｎｍにおいて、１００ｎｍ厚さのアルミニウム参照層に対して約６２％の反射率を有する蒸気透過性反射層をもたらした。インジケータＢは、日本ペイント社（Nippon Paint Corporation）（アメリカ）からのＳＶＥ １０２銀ナノ粒子懸濁液（エタノール中において３０％、３０ｎｍ平均粒径）を使用して調製された。０．７ｇの量の受領したままの懸濁液が、２ミリリットルのエタノールと混合され、約９．１％の銀を含有する希釈された懸濁液をもたらした。希釈された懸濁液は、ＰＩＭフィルムに１０００ｒｐｍでスピンコーティングされ、５００ｎｍにおいて、１００ｎｍの厚さのアルミニウム参照層に対して約７０％の反射率を有する蒸気透過性反射層をもたらした。
【００６０】
インジケータは、実施例３の方法を使用して評価され、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質の炭素と競争する能力を判断した。図１５において、曲線Ａ及び曲線Ｂはそれぞれ、インジケータＡの初期信号及び５０ｐｐｍトルエンにおける信号を表している。同様に、図１６において、曲線Ａ及び曲線Ｂはそれぞれ、インジケータＢの初期信号及び５０ｐｐｍトルエンにおける信号を表している。インジケータＡは、５０ｐｐｍトルエンの負荷を受けたとき、約２０ｎｍのピーク信号波長シフト（約５６４ｎｍ〜約５８４ｎｍ）を呈した。インジケータＢは、５０ｐｐｍトルエンの負荷を受けたとき、約１７ｎｍのピーク信号波長シフト（約５４４ｎｍ〜約５６１ｎｍ）を呈した。インジケータＡ及びインジケータＢの双方は、ミクロ孔質炭素との熱力学的な競争下に置かれたとき、吸着機能性を維持した。
【００６１】
（実施例５）
実施例３の方法を使用して、ＰＩＭポリマーは、モノマーＢＣ及びＦＡから調製された。実施例３の方法を使用して、１ｍｍ厚さのガラススライドは、Ａｕ／Ｐｄの５ｎｍ厚さの層で、スパッタコーティングされ、続いてＰＩＭポリマーの層が、Ａｕ／Ｐｄ層に（１５００ｒｐｍで）スピンコーティングされた。実施例４の方法を使用し（インジケータＢ）、希釈されたＳＶＥ １０２銀ナノ粒子懸濁液がＰＩＭフィルムにスピンコーティングされ、蒸気透過性ナノ粒子反射層をもたらした。生じる薄膜インジケータは、ガラススライドを通して視覚的に観察したときに、黄緑色の外観を有した。ダイマックス社（Dymax Corporation）からの、ダイマックス（DYMAX）（商標）ＯＰ−４−２０６４１Ａ号ＵＶ硬化性光学接着剤を使用して、インジケータを透明なポリカーボネート樹脂から作製した濾過カートリッジの内部側壁に接着し、蒸気透過性ナノ粒子反射層は、カートリッジの内側に面した。カートリッジは、４５．７ｇの活性炭吸着剤で充填された。インジケータ／吸着剤の基底界面に十分な蒸気の流れを確保するため、インジケータのすぐ上及び上流のカートリッジカバーに、いくつかの小さな孔が空けられた。カートリッジは、６４Ｌ／分で流れる、乾燥した空気（ＲＨ３％未満）中の５０ｐｐｍトルエンを使用して負荷された。インジケータは、ポリカーボネートカートリッジを通じ、基底深さの５０〜６０％で、１ｍｍ未満の照明領域直径を有する光ファイバー反射プローブ及び海洋光学スペクトロメーターを使用して観察された。トルエン負荷開始から６〜１６時間後、インジケータは、合計で１４ｎｍの、緩やかな着色の赤方偏移を呈する。カートリッジ内のインジケータの位置を考慮すると、インジケータの反応のタイミング及び大きさは、カートリッジ排出口に配置される、ＲＡＥシステム社（RAE Systems Inc.）からの、ＭＵＬＴＩＲＡＥ（商標）ＩＲ光イオン化検知器（photo-ionization detector）を使用して得られる、別々に回収される濃度データと一致する。インジケータデータ及びＩＲ光イオン化検知器データは、図１７にプロットされた。
【００６２】
第２カートリッジは、同じ方法で組み立てられ、６４Ｌ／分で流れる乾燥した空気（３％ＲＨ未満）で５００ｐｐｍのスチレンが負荷された。デジタルブルー社（Digital Blue Corporation）からのＱＸ５（商標）コンピュータ顕微鏡が、インジケータが観察されたときに、最初に緑色に見えるように角度を調節され、スチレン蒸気を負荷されたときの、インジケータの外観を記録するために使用される。負荷が進むにつれ、インジケータの最初の緑色の着色は、カートリッジの注入口から、その排出口に向かって移動する変色フロント（color change front）に沿って、オレンジ色に変化した。最初の緑色の着色のＲＧＢヒストグラムの結果は、平均値ｒ＝１４５、ｇ＝１９１、及びｂ＝１２１になった。インジケータが、緑色からオレンジ色に変化することによってスチレンに反応した後の、ヒストグラム値は、ｒ＝２０８、ｇ＝１７９、及びｂ＝１２７であった。図１８は、実験の途中の、インジケータの色の白黒レンダリングを示し、蒸気の波面進行（wavefront progression）及び外観を例示している。緑色及びオレンジ色の可視部分は、文字Ｇ及びＯで確認され、波面は文字Ｗで確認され、スチレンの流れ方向は文字Ｓで確認される。
【００６３】
（実施例６）
実施例３の方法を使用して、ＰＩＭポリマーは、モノマーＢＣ及びＦＡから調製された。０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）「マーク５０（Mark 50）」蒸発器及びＴ−２００３号チタニウムペレット（９９．９９５％の純度、６ｍｍ×６ｍｍ（セラック社（Cerac, Inc.）より）を使用し、洗浄されたガラススライドは、１０ｎｍ厚さの半反射Ｔｉ層によって金属化された。クロロベンゼン中にＰＩＭポリマーを有する４％の溶液が、Ｔｉ層上に、１０００ｒｐｍでスピンコーティングされた。実施例４の方法（インジケータＢ）を使用し、希釈されたＳＶＥ １０２銀ナノ粒子懸濁液がＰＩＭフィルムにスピンコーティングされ、蒸気透過性の反射層をもたらした。銀の堆積の後に、フィルムサンプルは、１５０℃で、空気中で１時間に渡って加熱された。得られた薄膜インジケータは、ガラススライドを通して視覚的に観察されたとき、緑色の外観を有した。インジケータを追加のガラススライド層に接着するために、ダイマックス（DYMAX）（商標）からの、ＯＰ−４−２０６４１Ａ号ＵＶ硬化性光学接着剤が使用された。得られたガラススライドの積み重ね体は、透明なポリカーボネートプラスチックから作製される濾過カートリッジの内部側壁に接着された。次に、米国特許第４，１５３，６６１号（リー（Ree）ら）及び米国特許第４，２０８，１９４号の実施例１に記載されるような方法を使用し、水性ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）粒子分散物と、粉末状の活性炭粒子を混合することによって生地が形成される。生地は、挽かれ、乾燥されるが、カレンダリングされず、フィブリル化されたＰＩＦＥのマトリックス中に定置される、活性炭粒子の複合ウェブをもたらした。炭素複合ウェブの層は、ガラススライド積み重ね体の上端部に取り付けられ、折り畳まれて、多孔質ナノ粒子反射層を覆う。残った濾過カートリッジ容積は、次に４５．８ｇの活性炭吸着剤を充填された。インジケータ／吸着剤の基底界面に十分な蒸気の流れを確保するため、インジケータのすぐ上及び上流のカートリッジカバーに、いくつかの小さな孔が空けられた。カートリッジは、流速３２Ｌ／分の乾燥した空気（３％ＲＨ未満）中の２００ｐｐｍスチレンを負荷された。周囲照明を使用し、トレンドネット（TRENDnet）（商標）モデルＴＶ−ＩＰ２０１Ｗワイヤレスカメラ（トレンドネット社（TRENDnet Company）より）が、インジケータが観察されたときに、最初に緑色に見えるように角度を調節され、スチレン蒸気を負荷されたときの、インジケータの外観を記録するために使用される。実験が進むと共に、インジケータの色は、最初の緑色から、濃い赤に変わり、色の変化は最初に濾過カートリッジの注入口付近に現れ、カートリッジの排出口に向かって移動した。蒸気の流れが止まったとき、波面はわずかにぼやけたが、カートリッジの排出口に近づきも、遠ざかりもしなかった。最初の緑色のＲＧＢヒストグラムの結果は、平均値ｒ＝３０、ｇ＝９９、及びｂ＝５１となった。インジケータが、緑色から赤色に変化することによってスチレンに反応した後の、ヒストグラム値は、ｒ＝９７、ｇ＝５６、及びｂ＝６６であった。図１９は、実験の途中のインジケータの色の白黒レンダリングを示し、蒸気の波面進行（wavefront progression）及び外観を例示している。炭素吸着剤は、文字Ｃで確認され、緑色及び赤色の可視部分は、文字Ｇ及びＯで確認され、波面は、文字Ｗで確認され、スチレンの流れ方向は、文字Ｓで確認される。波面は、図１８のインジケータ及び吸着媒体の間に炭素複合ウェブを含まない濾過カートリッジを含んだ波面よりも著しく均一である。
【００６４】
（実施例７）
実施例６の方法を使用し、１０ｎｍ厚さのチタニウム半反射層は、蒸発によって洗浄されたガラススライド上にコーティングされた。Ｔｉコーティングガラススライドは、次に平面電極上に取り付けられた。次に電極が、ルーツブロアー（Roots blower）及び乾燥機械式ポンプと直列のターボ分子ポンプを備えた、アルミニウム真空チャンバーの中に取り付けられた。チャンバーは閉じられ、基本圧力の０．０６７Ｐａ（０．０００５トール）まで減圧された。テトラメチルシラン、酸素、及びブタジエンの気体の混合物がそれぞれ、毎分１００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）、１００ｓｃｃｍ、及び１６０ｓｃｃｍの流速でチャンバーに導入された。モデルＡＭＮ３０００インピーダンス整合ネットワーク（プラズマサーム社（PlasmaTherm Inc.）から）を通して動作するモデルＲＦ５０Ｓの高周波電源（ＲＦパワープロダクツ（RF Power Products）から）を使用して、平面電極に電力を供給することによりプラズマが形成された。プラズマが動作する間、供給される電力は７５ワットに維持され、チャンバーの圧力は４．９３Ｐａ（３７ｍＴｏｒｒ）に維持された。０．７６８マイクロメートル厚さを有する、プラズマを堆積した有機薄膜を生成するために、堆積は１４分間実行された。プラズマを堆積された薄膜は、真空炉で４５０℃の温度にて１時間アニールされ、チタン半反射層上にミクロ孔質薄膜検出層をもたらした。０．０４７５ｇの量のシルバーナノインク（SILVER NANOINK）（商標）メタノール中の銀ナノ粒子スラリー（ＬｏｔＳＡｇ０３１０２７Ｗ、韓国のアドバンストナノプロダクツ（Advanced Nano Products）社から）が、追加の２ミリリットルのメタノールによって希釈され、希釈された懸濁液をもたらし、これは、薄膜検出層上に１５００ｒｐｍでスピンコーティングされた。得られたスピンコーティングされた銀ナノ粒子層は、乾燥され、薄膜検出層上に蒸気透過性薄膜銀ナノ粒子反射層を生成した。
【００６５】
得られたインジケータの、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質炭素と競争する能力を評価するため、インジケータは、実施例６で使用された炭素複合ウェブの小断片上に配置され、透過性反射層は、炭素複合ウェブと接触した。スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用し、ガラス基材を通してインジケータの外観が観察され、センサの色合いを評価した。センサは、炭素複合ウェブを通過する、トルエン、メチルエチルケトン、及びエチルベンゼンの蒸気ストリームに暴露された。トルエン及びメチルエチルケトンストリームは、５％未満の相対湿度に維持され、エチルベンゼンストリームは、８２％の相対質量に維持された。図２０に結果が示され、ここで、曲線Ａ、Ｃ、及びＤはそれぞれ、観測された波長シフトとの対比における、メチルエチルケトン、トルエン、及びエチルベンゼン蒸気の濃度を示しており、ここで、曲線Ｂは、炭素複合ウェブが使用されなかった場合の、観測された波長シフトとの対比におけるトルエン蒸気の濃度を示している。図２０における結果は、開示されるインジケータが、２００ｐｐｍ蒸気密度において、約６〜１６ｎｍの波長シフトを、２０００ｐｐｍ蒸気密度において、約１２〜２１ｎｍの波長シフトを呈したことを示している。曲線Ｂ及びＣはまた、開示されるインジケータ内の多孔質検出層が、ミクロ孔質炭素との熱力学的な競争下に置かれた場合であっても、吸着能力を維持したことを示している。
【００６６】
（実施例８）
実施例３の方法を使用し、ＰＩＭポリマーは、モノマーＢＣ及びＦＡから調製された。０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）「マーク５０（Mark 50）」蒸発器及び、Ｔ−２００３号チタニウムペレットを使用し、洗浄されたガラススライドは１０ｎｍ厚さの半反射Ｔｉ層によって金属化された。クロロベンゼン中にＰＩＭポリマーの４％の溶液が、Ｔｉ層上に、２０００ｒｐｍでスピンコーティングされた。実施例４（インジケータＢ）の方法を使用し、希釈されたＳＶＥ１０２銀ナノ粒子懸濁液は、ＰＩＭフィルムにスピンコーティングされ、室温の真空下で１２時間に渡って乾燥され、チタン半反射層と蒸気透過性金属ナノ粒子反射層との間に位置する、ＰＩＭ検出層を備える多層薄膜インジケータをもたらした。インジケータは、ガラススライド及び半反射層を通して視覚的に観察されたとき、緑色の外観を有していた。
【００６７】
インジケータの、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質炭素と競争する能力を判断するため、インジケータは、実施例２で使用された炭素充填不織布ウェブ９４の小断片上に配置された。３２Ｌ／分で流れる、１０００ｐｐｍのシクロヘキサンと平衡状態で、層中の炭素は、炭素１グラム当たり０．２１ｇのシクロヘキサンを吸着する。インジケータの外観は、スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用して、ガラス基材を通じて観察され、乾燥した空気（３％ＲＨ未満）中、及び８５％の相対質量で測定された。インジケータは、８５％の相対湿度において、乾燥した空気と比較し、３ｎｍのみのスペクトルシフトを呈し、したがってインジケータは、高湿度状態に対して一般的に感度が低いことを示した。次に、８５％の相対質量雰囲気を維持すると同時に、炭素充填不織布ウェブが、２０ｐｐｍでスチレン蒸気に暴露された。インジケータは、２３ｎｍスペクトルシフトを呈し、インジケータが、湿度の高い被検質ストリームに暴露されるミクロ孔質炭素との熱力学的競争に置かれた場合に、その吸着機能性を維持したことを示した。
【００６８】
（実施例９）
実施例６の方法を使用して、１０ｎｍ厚さのチタン半反射層は、２つの洗浄されたガラススライド上に蒸気でコーティングされた。６２，９００の重量平均分子量（Ｍｗ）を有するＰＩＭポリマーは、実施例３の方法、並びにモノマーＢＣ及びＦＡを使用して調製された。６０／４０クロロベンゼン／テトラヒドロピラン混合物中にＰＩＭを含む３．２％の溶液が、コーティングされたガラススライドのＴｉ層上に、１０００ｒｐｍでスピンコーティングされた。１．０ｇの量のシルバージェット（SILVERJET）（商標）ＤＧＰ ４０ＬＴ−２５Ｃ銀ナノ粒子（メタノール中で４３．２５％、韓国のアドバンストナノプロダクツ（Advanced Nano Products）社から）が、２ミリリットルのメタノールに加えられ、１６．８％の固体を含む希釈された懸濁液をもたらした。希釈された懸濁液は、６００ｒｐｍで、ＰＩＭ層上の各コーティングされたスライド上にスピンコーティングされた。１つのスライドが次に空気乾燥され、インジケータＡとして確認された。もう一方のスライドは、１５０℃で空気中で１時間加熱され、銀粒子を部分的に焼結し、インジケータＢとして確認された。インジケータＢは、１００ｎｍ厚さのアルミニウム参照層に対し、５００ｎｍにおいて、約３９％の反射率を有した。
【００６９】
両インジケータの、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質の炭素と競争する能力を判断するため、各スライドのコーティングされた側は、実施例２で使用された炭素を負荷されたウェブ９４の小断片に対して配置され、透過性ナノ粒子反射体は、炭素充填ウェブと接触した。インジケータは、スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用し、ガラス基材、及び半反射層を通して観察された。インジケータは、炭素充填ウェブを通過する、５０ｐｐｍのトルエン蒸気ストリームに暴露された。インジケータＡのスペクトルピークは５３２ｎｍから５５８ｎｍにシフトし、インジケータＢのスペクトル最小値は６０９ｎｍから６２９ｎｍにシフトし、各場合において、インジケータは、ミクロ孔質炭素との熱力学的競争下に置かれたときに吸着の機能性を維持することを示した。
【００７０】
上記に引用した全ての特許及び特許出願は、背景技術の項にあるものを含めて、その全内容が参照により本書に組み込まれる。対立が生じる場合は、本文献が優先する。
【００７１】
本発明の数多くの実施形態を記載してきた。本発明から逸脱することなく、様々な修正を実施できることは理解されよう。したがって、その他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機蒸気吸着保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
使い捨て個人用レスピレータ、動力付き空気浄化レスピレータ、危険物スーツ、及び他の望ましくない物質の存在の保護装置をユーザーに警告をするために、様々な、化学、光学、又は電子インジケータが提案されてきた。例えば、サポート終了日インジケータ（“ＥＳＬＩ”）は、このような装置の濾過要素が、飽和状態に近づいているか、又は特定の物質に対して無効であることを警告することができる。個人保護又は呼吸保護（場合によってはセンサ又はインジケータ一般、あるいは特にＥＳＬＩ）に関する特許及び出願としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２、特許文献２３、及び特許文献２４、並びに特許文献２５が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第１，５３７，５１９号（ヤブリック（Yablick））
【特許文献２】米国特許第３，９６６，４４０号（ロバーツ（Roberts））
【特許文献３】米国特許第４，１４６，８８７号（マグナンテ（Magnante））
【特許文献４】米国特許第４，１５４，５８６号（ジョーンズ（Jones）ら）
【特許文献５】米国特許第４，１５５，３５８号（マックアリスター（McAllister）ら）
【特許文献６】米国特許第４，３２６，５１４号（エイアン（Eian））
【特許文献７】米国特許第４，４２１，７１９号（バーレイ（Burleigh））
【特許文献８】米国特許第４，５３０，７０６号（ジョーンズ（Jones））
【特許文献９】米国特許第４，５９７，９４２号（ミースレル（Meathrel））
【特許文献１０】米国特許第４，６８４，３８０号（Leichnitz）
【特許文献１１】米国特許第４，８４７，５９４号（ステッター（Stetter））
【特許文献１２】米国特許第５，２９７，５４４号（メイ（May）ら）
【特許文献１３】米国特許第５，３２３，７７４（Fehlauer）
【特許文献１４】米国特許第５，３７６，５５４号（Vo-Dinh（ヴォー・ディン））
【特許文献１５】米国特許第５，５１２，８８２号（ステッター（Stetter）ら）
【特許文献１６】米国特許第５，６６６，９４９号（デーべ（Debe）ら‘９４９）
【特許文献１７】米国特許第５，６５９，２９６号（デーベ（Debe）ら‘２９６）
【特許文献１８】米国特許第６，３７５，７２５ Ｂ１号（バーナード）
【特許文献１９】米国特許第６，４９７，７５６ Ｂ１（クラド（Curado）ら）
【特許文献２０】米国特許第６，７０１，８６４ Ｂ２（ワトソン，ジュニア（Watson, Jr.）ら）
【特許文献２１】特許出願公開番号ＵＳ ２００４／０１３５６８４ Ａ１（スタインサル（Steinthal）ら）
【特許文献２２】特許出願公開番号ＵＳ ２００４／０１８９９８２ Ａ１（Ｇａｌａｒｎｅａｕら）
【特許文献２３】特許出願公開番号ＵＳ ２００４／０２２３８７６ Ａ１（キロロス（Kirollos）ら）
【特許文献２４】特許出願公開番号ＵＳ ２００５／０１８８７４９ Ａ１（カスター（Custer）ら）
【特許文献２５】ＰＣＴ公開特許出願国際公開第２００４／０５７３１４ Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
センサ及びインジケータに関するが、ＥＳＬＩには関連しない他の特許及び特許出願としては米国特許第５，６１１，９９８号（Aussenegg（オーセネグ）ら）、第５，７８３，８３６号（リゥ（Liu）ら）、同６，００７，９０４号（Ｓｃｈｏｗｏｔｚｅｒら）、同６，１３０，７４８号（クルガー（Krueger）ら）、同６，２４８，５３９号（ガディリ（Ghadiri）ら、米国特許出願公開第ＵＳ ２００４／０１８４９４８ Ａ１号（ラコウ（Rakow）ら、及び米国法廷発明登録第Ｈ１４７０（ユーイング（Ewing）ら）が挙げられる。
【０００５】
上述のセンサ又はインジケータのいくつかは、電子装置及び電力の必要性、望ましくない複雑又は高価な設計、不十分な感度、又はただ１つ若しくは僅かな物質のみへの感度などの欠点を有する。また、いくつかのセンサ又はインジケータは、液体又は蒸気を検出するために使用可能であるとして開示されているが、固体による収着の程度を検出するために有用であるという開示はなされていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明は、１つの態様では、気体注入口、気体排出口、及び薄膜多層インジケータを含む保護装置であって、
Ａ）前記エンクロージャは、注入口から排出口へと流れる目的の蒸気を吸着することができる、吸着媒体を含み、
Ｂ）前記薄膜多層インジケータであって、
ｉ） ｉｉ）とｉｉｉ）との間に位置する、光学的厚さが、前記蒸気の存在で変化する多孔質検出層、
ｉｉ）浸透しない、前記エンクロージャの外側から見える半反射層及び、
ｉｉｉ）前記蒸気に対して透過性の反射層、を含み、かつ
Ｃ）前記反射層は媒体に十分に近く、その結果、前記媒体の少なくとも一部と前記蒸気の間の適用される蒸気濃度が平衡になると、前記蒸気は、前記媒体から前記反射層を通過して前記検出層に入り、前記検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときの前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じることができる、保護装置を提供する。
【０００７】
Ａ）エンクロージャを提供する工程であって、
ｉ）前記エンクロージャを通じて流れる目的の蒸気を吸着する吸着媒体を含む空間と、
ｉｉ）薄膜多層インジケータであって、
ａ） ｂ）とｃ）との間に位置する、光学的厚さが、蒸気の存在で変化する多孔質検出層と、
ｂ）前記エンクロージャの外側から見える、半反射層と、
ｃ）前記蒸気に透過性の反射層、とを含む薄膜多層インジケータとを含むエンクロージャを提供する工程と、
Ｂ）媒体の少なくとも一部と前記蒸気の間の適用される蒸気濃度が平衡になると、前記蒸気は、前記反射層から前記検出層を通過して検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときの前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じるように、前記エンクロージャ内の前記媒体を、前記反射層に十分近くに配置する工程と、
Ｃ）前記エンクロージャを密閉する工程、とを含む、本発明における別の態様での、保護装置を作製する方法。
【０００８】
開示される薄膜多層インジケータは、反射層側から透過性であり、半反射層側から認識可能な比色分析変化を提供することができる。これによって、多くの場合使い捨て個人用レスピレータカートリッジに使用される、多孔質炭素媒体などの固体吸着媒体にインジケータが接触するか近位にある一方、溶媒蒸気の検出が可能である。インジケータは、媒体が蒸気と平衡したときに、電力による光源、光学検出器、又はスペクトル分析器を必要とせずに、インジケータの外観において、鮮やかで、容易に視覚的に認識可能な変化（即ち、比色分析の変化）を提供することができる。インジケータは、低コスト、使い易さ、堅牢性、及び多様な目的の蒸気に関する広域スペクトルを含む利点を提供することができる。
【０００９】
本発明のこれら及び他の態様は、以下の「発明を実施するための形態」から明らかになるであろう。しかし、上記要約は、請求された主題に関する限定として決して解釈されるべきではなく、主題は、手続処理中に補正され得る添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】薄膜多層サポート終了日インジケータを備えた、交換可能な吸着カートリッジを有する、レスピレータの斜視図。
【図２】図１のレスピレータでの使用のための、炭素を充填した交換可能なカートリッジの部分断面側面図。
【図３】薄膜多層サポート終了日インジケータを備えた、使い捨て個人用呼吸装置の、部分断面斜視図。
【図４】薄膜多層インジケータの概略断面図。
【図５ａ】穿孔フォトレジストでコーティングされた薄膜多層インジケータ前駆体の概略側面図。
【図５ｂ】穿孔フォトレジストでコーティングされた薄膜多層インジケータ前駆体の概略平面図。
【図６ａ】アルミニウム反射層がエッチングによって穿孔され、フォトレジストが取り除かれた後の、図５ａの前駆体の概略側面図。
【図６ｂ】アルミニウム反射層がエッチングによって穿孔され、フォトレジストが取り除かれた後の、図５ｂの前駆体の概略平面図。
【図７】様々な吸着媒体の近くに搭載された、開示される薄膜多層インジケータの概略側面図。
【図８】様々な吸着媒体の近くに搭載された、開示される薄膜多層インジケータの概略側面図。
【図９】様々な吸着媒体の近くに搭載された、開示される薄膜多層インジケータの概略側面図。
【図１０】様々な薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１１】様々な薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１２】様々な薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１３】アルミニウム反射層及びポリマー検出層を通じてレーザー除去された孔の顕微鏡写真。
【図１４】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１５】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１６】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１７】追加の薄膜多層インジケータのトルエン負荷（toluene challenge）への反応を示すプロット。
【図１８】薄膜多層インジケータを横断して移動する着色した波面の黒−白レンダリング。
【図１９】薄膜多層インジケータを横断して移動する着色した波面の黒−白レンダリング。
【図２０】いくつかの蒸気からの負荷への薄膜多層インジケータの反応を示すプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で説明される用語は、次のように定義される。
【００１２】
「目的の蒸気」とは、周囲空気（即ち、呼吸する空気）から取り除くことが好ましい有機、又は無機蒸気を意味する。
【００１３】
「被検質」は、即ち、化学的、又は生化学的分析において検出される、特定の目的の蒸気、又は他の構成成分を意味する。
【００１４】
「光学的に応答性である」とは、物品又は検出層に関して使用された場合、物品又は検出層が、被検質が存在する場合に、光学的厚さ（即ち、物理的厚さ、又は屈折率）、反射率、位相シフト、偏光、複屈折、又は光透過率の変化などの、検出可能な光学特性における応答性の変化を呈することを意味する。
【００１５】
「エンクロージャ」とは、中に吸着部材を配置することができるカートリッジ、カプセル、パウチ、格納容器、ハウジング、又は他の構造体を意味し、保存又は輸送のために必要な場合は密封され、後に取り付け及び使用のために開封され、その後に目的の蒸気を吸着するために使用される。
【００１６】
「反射性である」とは、層に関して使用された場合、層が可視光線を反射することを意味する。
【００１７】
「半反射層」とは、第２反射層と関連し、第２反射層よりも低い反射率と高い光透過性を有し、例えば、干渉色を提供するために第２反射層と離れた関係で使用され得る、第１反射層を意味する。
【００１８】
「蒸気透過性である」とは、一方の側が多孔質層と流体連通する反射層に関して使用される場合、反射層のもう一方の側が、１０００ｐｐｍスチレンモノマー蒸気を含み、２０Ｌ／分で流れる空気流に１５分晒されたとき、十分なスチレンモノマーが反射層を通過して、これによって検出層において光学的に応答性の変化が起こることを意味する。
【００１９】
「多孔質」とは、材料に関して使用されるとき、堆積全体を通じて孔の接続網（これは、例えば、開口、隙間空間、又は他のチャネルであってよい）を有することを意味する。
【００２０】
「寸法」とは、孔に関して使用されるとき、円形の横断面を有する孔の直径、又は非円形の横断面を有する孔を横断して形成されることがある最も長い横断面の弦の長さを意味する。
【００２１】
「ミクロ孔質」とは、材料に関して使用されるとき、材料が多孔質であり、平均孔径が約０．３〜１００ナノメートルであることを意味する。
【００２２】
「連続的」とは、材料の層に関して使用されるとき、非多孔質であり、蒸気透過性ではないことを意味する。
【００２３】
「半連続的」とは、材料の層に関して使用するとき、層が多孔質であり、蒸気透過性であることを意味する。
【００２４】
「非連続的」とは、材料の層に関して使用されたとき、層が、所与の平面内で少なくとも２つの分離した別個の材料の島を有し、その間に空間を有するか、又は所与の平面内で、少なくとも２つの分離した別個の空間（湖（lakes））をその間の材料と共に有し、及び層が蒸気透過性であることを意味する。
【００２５】
開示される装置は、様々な目的の蒸気を検出するために使用されてもよい。典型的な目的の蒸気としては、水蒸気、気体、及び揮発性有機化学化合物が挙げられる。典型的な有機化学化合物としては、アルカン類、シクロアルカン類、芳香族化合物類、アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、ハロカーボン類、アミン類、有機酸類、シアン酸類、ニトレート類、及び二トリル類、例えば、ｎ−オクタン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、アセトン、エチルアセテート、二硫化炭素、四塩化炭素、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、メチルクロロホルム、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、２−エトキシエタノール、酢酸、２−アミノピリジン、エチレングリコールモノメチルエーテル、トルエン−２，４−ジイソシアネート、ニトロメタン、及びアセトニトリル、を含む置換、非置換炭素化合物が挙げられる。
【００２６】
図１に関し、個人用レスピレータ１は、１組の交換可能な空気浄化レスピレータカートリッジ３が上部に搭載されるフェースマスク２を含む。カートリッジ３はそれぞれ、図１には示されない吸着材料（例えば、活性炭）のエンクロージャの役割を果たす。各カートリッジ３の前側カバー４は、気体注入口として機能する多数の開口５を含み、周囲空気が外部環境からカートリッジ３へと流入することを可能にし、吸着材料を通過し、カートリッジ３からの気体排出口及びフェースマスク２への注入口として機能する通路（図１には表示されない）を通過する。各カートリッジ３の側壁６は、これを通じてフェースマスク２の着用者が薄膜多層インジケータ８を見ることができる、透明なビューポート（viewing port）７を含む。各インジケータ８は、カートリッジ３の１つ以上の湾曲する領域の周囲を包み、様々な視角からの改善された可視性を提供し、カートリッジ３がレスピレータ１のいずれかの側の上に取り付けられることを可能にすることがある。インジケータ８は光学的に応答性であり、暴露状態で吸着材料が蒸気と平衡になった場合に、視覚的に認識可能な比色分析の変化を経験し、したがって着用者がカートリッジ又はカートリッジ３を交換する時期を認識するのを助ける。呼気は、呼気バルブ９を通じて、レスピレータ１から出る。インジケータは、様々な呼吸の保護装置に使用することが可能である。例えば、インジケータはまた、単一のカートリッジレスピレータ又は動力付き空気浄化レスピレータ内に配備されることもできる。
【００２７】
図２は、レスピレータカートリッジ３の部分断面側面図である。所望により、開口部５は、例えば使用前に取り外すことができる、取り外しカバー（図１及び図２に示されない）を使用して、使用まで密封され得る。吸収性材料２１の底床は、開口５から排出口２３へと通過する目的の蒸気を吸収又は吸着する。ポスト２７上に搭載される一方向吸入バルブ２５は、呼気がカートリッジ３に入るのを防ぐ。ねじ付きの、又は好ましくは差し込みコネクタ（１つ又は複数）２９は、カートリッジ３をマスク２に取り外し可能に連結するために使用され得る。側壁６は、薄膜多層インジケータ８を覆う透明なビューポート７を含む。ポート７は、ビューポート７の近位に位置するインジケータ８の半反射層（図２に表示されない）を通じて周囲光をインジケータ８に入れ込むことができる。所望により、取り外し可能又は交換可能な遮蔽物又は他の被覆（図２に示されない）が、ポート７を、塗料又は泡のスプレーしぶき、ほこり、又は他の掩蔽から保護するために、任意に使用することが可能である。ポート７及びインジケータ８に入る周囲光は、吸着材料２１の近位に位置するインジケータ８内の蒸気透過性反射層（図２に表示されない）により、ビューポート７を通じて戻る。インジケータ８の外観の視覚的に認識可能な変化（例えば、緑から赤へなどの色の変化、白若しくは黒から有色へ、又は有色から白若しくは黒へなどの色の出現又は消失、あるいは白から黒へ、又は黒から白へ）が、インジケータ８の下の吸着材料２１が、暴露状態で蒸気と平衡になったことを示すとき、カートリッジ３は取り除かれ、新しいカートリッジ３と交換される。蒸気の流路の全長を覆うようにインジケータ８を構成することにより、外観変化（即ち、色の変化）の「フロント」は、吸着材料２１を通じ、インジケータ８を超える蒸気の流れと共に進行する。進行する外観変化のフロントは、単にサポート終了日ではなく、むしろカートリッジ３の残存耐用年数を示し（棒ゲージ又は燃料計など）、特に、残存耐用年数が、インジケータ８を超える、空間的に広がる蒸気のフロントの浸透と直線的に比例するために、カートリッジ３を設計するように適切な注意が払われる。あるいは、インジケータ８は、望ましい残存耐用年数のパーセンテージにおいてのみ警告を与えるためだけに、流路の末端部に向かって配置され得る。インジケータ８又はビューポート７は、所望により、インジケータ８の外観における変化の視覚的認識を助けるために、パターン又は参照色を含んでもよい。前述のように、インジケータ８における外観変化は、周囲光の下で視覚的に観察され得る。あるいは、インジケータ８が、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの外部光源を使用して照明され、カートリッジ３の周辺に搭載される光検出器を使用して光電子信号をもたらし、評価することができる。周囲光の下で見ても、又は外部光源及び検出器を使用して見ても、化学的検出の幅は、所望によって、様々な方法で増やすことができる。例えば、蒸気流路を横断する小さなインジケータの配列が使用されてもよい。各インジケータは、異なる多孔質検出層材料を含むことができる（例えば、シリカ検出層、プラズマ化学蒸着（「ＰＣＶＤ」）によって適用される検出層、及び固有ミクロ孔質を有するポリマー（「ＰＩＭｓ」）から成る検出層、全て以下で論じられる）。また、一連のインジケータは、一連の異なる化学処理を用いて処理された同じ検出層材料（例えば、シリカ）を含む吸着特性の範囲をもたらすことができる。多孔質シリカは、例えば、孔により高い疎水性特性を付与するために、様々なアルキルシランで処理することが可能である。
【００２８】
図３は、部分断面図の使い捨て個人用レスピレータ３０を示している。装置３０は、例えば、薄膜ＥＳＬＩを含むように改善された、米国特許６，２３４，１７１ Ｂ１（スプリンゲット（Springett）ら）に示されるような、使い捨てマスクであることが可能である。装置３０は、一般的に、外側カバーウェブ３２、吸着粒子３３、及び内側カバーウェブ３４から構成される、カップ形状のシェル又はレスピレータ本体３１を有する。溶接縁部３５は、これらの層を保持し、装置３０の縁部を超える漏れを低減する、顔の封止領域をもたらす。アルミニウムなどの金属の曲げ易く非常に柔らかい鼻バンド３６により、漏れは更に低減される。装置３０は、透明のビューポート３７、及び吸着粒子３３に隣接する薄膜多層インジケータ３８を含む。装置３０はまた、タブ４０によって装置３０に締結される、調節可能なヘッド及びネックストラップ３９、並びに呼気バルブ４１も含む。このようなレスピレータの構成に関する更なる詳細は、当業者に周知である。
【００２９】
図４は、透明基材４３及び吸着媒体４８に隣接する薄膜多層インジケータ４２の概略図を示す。インジケータ４２は、半反射層４４、多孔質検出層４５、及び蒸気透過反射層４６を含む。媒体４８の少なくとも一部と目的の蒸気の間の、適用される蒸気の濃度における平衡化の際、又はその直後に、蒸気は孔４７を通じて検出層４５に入ることができる。検出層４５は好適な材料から構成され、又は好適な構造で構成され、目的の蒸気への暴露の際に、層の光学的厚さは変化する（即ち、増える）。生じる光学的厚さの変化は、インジケータ４２の視覚的に知覚可能な外観の変化をもたらす。この変化は、外側から、つまり基材４３を通じてインジケータ４２を見ることによって観察できる。光線４９ａによって表される周囲光の一部は、基材４３を通過し、光線４９ｂとして半反射層４４から反射し、基材４３を通じて戻り、次に基材４３の外側に出る。周囲光線４９ａの別の部分は、基材４３、半反射層４４、及び検出層４５を通過し、反射層４６から光線４９ｃとして反射する。光線４９ｃは、検出層４５、半反射層４４、及び基材４３を通過して戻り、次に基材４３の外を通過する。検出層４５に適切な初期又は変化した厚さが選択され、層４４及び４６が十分に平坦な場合、次に、インジケータ４２、並びに光４９ｂ及び４９ｃのような光線内で干渉色が作られ、又は破壊され、インジケータ４２の外観の視覚的に認識可能な変化が、半反射層４４を通じて見たときに明らかになる。したがって、電力付き光源、光学検出器、又はスペクトル分析などの外部機器は、インジケータ４２の状態を評価するために必要ではないが、このような外部機器は、所望に応じて使用されてもよい。
【００３０】
開示される装置は、様々な吸着媒体を使用してもよい。吸着媒体は、意図される使用条件下に存在すると予想される目的の蒸気を吸着することができる。吸着媒体は、望ましくは空気又は他の気体が滞りなく流れて通過するのを可能にするほど十分に多孔質であり、微粉固体の形状（例えば、粉、ビーズ、フレーク、粒剤、又は粒塊）又は多孔質の固体（例えば、連続気泡）であってもよい。好ましい吸着媒体材料としては、活性炭；アルミニウム及び吸着により目的の蒸気を除去できる他の金属酸化物；粘土並びに、酢酸などの酸性溶液、又は水性酸化ナトリウムなどのアルカリ性溶液；モレキュラーシーブ、及び他のゼオライト；シリカなどの他の無機吸着剤；「スチロソーブ（Styrosorbs）」（例えば、Ｖ．Ａ．Ｄａｃａｎｋｏｖ及びＰ．Ｔｓｙｕｒｕｐａ、純粋応用化学（Pure and Appl.）、第６１巻、ｐｐ１８８１〜８９（１９８９）、並びにＬ．Ｄ．Ｂｅｌｙａｋｏｖａ、Ｔ．Ｉ．Ｓｃｈｅｖｃｈｅｎｋｏ、Ｖ．Ａ．Ｄａｖａｎｋｏｖ、及びＭ．Ｐ．Ｔｓｙｕｒｕｐａ、アドバンスコロイド及び界面科学（Adv. in Colloid and Interface Sci.）、第２５巻、ｐｐ２４９〜６６、（１９８６）に記載される）として知られる高度に架橋されたスチレンポリマーなどの超架橋システムを含む有機吸着剤などが挙げられる。活性炭及びアルミニウムは特に好ましい吸着媒体である。例えば、目的の蒸気の混合を吸収するために、吸着媒体の混合物が使用され得る。微粉形状である場合、吸着粒子寸法は、多様に変化することができ、通常、部分的に意図された使用条件に基づいて選択される。一般的な指針として、微粉吸着媒体粒子の寸法は、約４〜約３０００マイクロメートル平均直径、例えば約３０〜約１５００マイクロメートル平均直径の間で変化してよい。異なる寸法範囲を有する吸着媒体粒子の混合物もまた使用されてよい（例えば、吸着媒体粒子の二峰性混合物、又は上流層のより大きな吸着粒子及び下流層のより小さな吸着粒子を使用した多層構成）。例えば、米国特許第３，９７１，３７３号（ブラウン（Braun）ら）、同４，２０８，１９４号（ネルソン（Nelson））、及び同４，９４８，６３９号（ブルーカー（Brooker）ら）、及び米国特許出願公開ＵＳ ２００６／００９６９１１ Ａ１（ブレイ（Brey）ら）などに記載される、好適な結合剤（例えば、結合炭素）と組み合わせた吸着媒体、又は好適な支持体の上部又は内部に捕捉された吸着媒体もまた使用されてよい。
【００３１】
インジケータは剛性であってもよく、可撓性であってもよい。可撓性のインジケータは、破断することなく十分に曲げることができ、その結果１つ以上のロール加工工程を使用して作製することができ、例えば、図１に示される吸着媒体エンクロージャの角部の周囲を、必要であれば、使用中に曲げることができる。インジケータは、フィルム、又はバルク接着剤、機械的挿入、熱接着、超音波溶接、及びこれらの組み合わせを含む、様々な技術を使用して、フィルターハウジング又は他の支持体に取り付けることができる。
【００３２】
基材は任意であるが、存在する場合は、薄膜インジケータのための好適に透明な支持体を提供することができる、様々な材料であってよい。基材は剛性であってもよく（例えば、ガラス）又は可撓性であってもよい（例えば、１つ以上のロール加工工程で処理されてよいプラスチックフィルム）。好適に透明なプラスチックなどの可撓性の材料で作製される場合、基材が望ましく十分に低い蒸気透過性を有し、これによって目的の蒸気は、半反射層を通じて検出層の内部に、又は外部に透過しない。基材が省略される場合、半反射層はこのような蒸気の透過を妨げる、又は防ぐのに十分なほど不透過性であるべきである。多孔質の基材は、所望により、反射層及び吸着媒体の間に配置されることが可能である。例えば、目的の蒸気は、吸着媒体から透過性基材、及び反射層を通じ、そこから検出層へと入ることが可能である。
【００３３】
半反射層及び反射層は、それぞれ、拡散又は好ましい正の光反射をもたらす様々な材料から作製され得、これらは適当に離間したとき協調して、容易に視覚的に知覚可能なインジケータの外観の変化をもたらす。好適な半反射層、及び反射層の材料としては、アルミニウム、クロム、金、ニッケル、シリコン、銀、パラジウム、プラチナ、チタニウム、及びこれらの金属を含む合金；酸化クロム、酸化チタン、及び酸化アルミニウムなどの金属酸化物；並びに米国特許第５，６９９，１８８号（ギルバート（Gilbert）ら）、同５，８８２，７７４号（ジョンザ（Jonza）ら）、及び同６，０４９，４１９号（ウィートリー（Wheatley）ら）、並びに公開済みＰＣＴ出願ＷＯ ９７／０１７７８（アウダーカーク（Ouderkirk）ら）に記載される、（複屈折の多層光学フィルムを含む）多層光学フィルムが挙げられる。反射層、及び半反射層は、同じか、又は異なってよい。「透過性ナノ粒子反射体（PERMEABLE NANOPARTICLE REFLECTOR）」、と題された同時係属中の米国特許出願第１１／５３０，６１９号に記載されるように、反射層を形成するために、金属ナノ粒子コーティング（例えば、金属ナノ粒子インク）が使用されてもよい。
【００３４】
半反射層は、反射層ほど反射せず、いくらかの入射光線を透過する。半反射層は、例えば、約２〜約５０ｎｍの物理的厚さ、５００ｎｍで約２０〜約８０％の光透過率、５００ｎｍで約８０〜約２０％の反射率を有してよい。半反射層は、それ自体蒸気に対して不透過性であってよく（その場合、望ましく連続的である）、任意に好適な基材上にコーティングされるか、そうでなければ隣接する。半反射層はまた、蒸気に対して透過性であってもよく（その場合、例えば、非連続的又は半連続的であってよい）、好適に蒸気不透過性の基材上にコーティングされるか、そうでなければ隣接する。検出層に隣接する半反射層の面は、望ましくは約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である。
【００３５】
反射層は、例えば、約１〜約５００ｎｍの物理的厚さ、５００ｎｍで約０〜約８０％の光透過率、５００ｎｍで約１００〜約２０％の反射率を有してよい。反射層は好ましくは多孔質、パターン付き、非連続的、半連続的、又は別の方法で十分に透過性であり、これによって蒸気は吸着媒体から、反射層を通じて検出層に入る。望ましい多孔質又は不連続性は、好適な堆積技術を通じて、又は、選択的エッチング、反応性イオンエッチング、若しくはパターン付きレーザーアブレーションなどの適切な後堆積加工を通じて達成される。反射層はまた、上記の同時係属中の米国特許出願第１１／５３０，６１９号に記載されるように、蒸気透過金属ナノ粒子層を堆積させることによっても形成され、稠密なナノ粒子の蒸気透過層を形成し、ナノ粒子の間の隙間によって孔がもたらされた。所望により、形状、文字、記号、又はメッセージの形で、反射層に断絶が形成されてもよい。これにより、目的の蒸気への暴露の際に認識可能なパターンが現れ、又は消えることができる。見る人は、このようなパターンの色の対照的な色を認識する方が、インジケータフィルム全体における比色分析の変化を認識するよりも容易であると感じることがある。
【００３６】
検出層の混合物は、均質、又は不均質であってよく、例えば、無機化合物の混合物、有機化合物の混合物、又は無機及び有機化合物の混合物から作製することが可能である。構成成分の混合物から作製される検出層は、被検質群の改善された検出をもたらすことがある。検出層は、望ましくは、吸着媒体の蒸気収着特性と同様な、蒸気収着特性をもたらすように選択された、孔径、又は表面積の範囲を有する。好適な多孔性は、米国特許第６，５７３，３０５ Ｂ１号（タンホースト（Thunhorst）ら）に記載されるものなどのような、高内相エマルションから作製されるフォームなどの多孔質の材料を使用して得ることができる。多孔性はまた、ミクロ孔質材料を作製するために二酸化炭素のフォーミングを介して（「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、２００１、３４巻、ｐｐ．８７９２〜８８０１を参照）又はポリマーブレンドのナノ相分離（「Ｓｃｉｅｎｃｅ」、１９９９、２８３巻、ｐ５２０参照）によって得ることもできる。一般的に、孔の直径は、好ましくは、望ましいインジケータ着色のピーク波長よりも小さい。例えば約０．５〜約２０ｎｍ、０．５〜約１０ｎｍ、０．５〜約５ｎｍの平均孔径のナノサイズの孔が好ましい。
【００３７】
典型的な無機検出層材料としては、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚さの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む。例えば、無機検出層材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタン、酸窒化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、ゼオライト、又はこれらの組み合わせであってもよい。多孔質シリカは、堅牢性及び湿式エッチング処理との適合性のために、特に望ましい無機検出層材料である。
【００３８】
多孔質シリカは、例えば、ゾルゲルプロセス法を用いて調製することができ、有機テンプレートを用いて、又は用いずに調製できる。代表的な有機テンプレートとしては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩などのアニオン性又は非イオン性界面活性剤、ポリ（エチレンオキシド−ｃｏ−プロピレンオキシド）ブロックコポリマー及び他の界面活性剤又は又は当業者に明らかなポリマーが挙げられる。ゾルゲル混合物は、ケイ酸塩に変えてもよく、有機テンプレートは取り除かれてシリカ内の網状組織をミクロ孔質のままにしてもよい。典型的な多孔質シリカ材料は、オガワ（Ogawa）ら、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、ｐｐ１１４９〜１１５０、クレスジ（Kresge）ら、Ｎａｔｕｒｅ、３５９巻、ｐｐ７１０〜７１２（１９９２）、ジア（Jia）ら、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、３３（２）巻、２０２〜２０３（２００４）、及び米国特許第５，８５８，４５７号（ブリンカー（Brinker）ら）に記載されている。様々な有機分子もまた、有機テンプレートとして使用することができる。例えば、グルコース及びマンノースなどの糖類が、多孔質シリケートを生成するための有機テンプレートとして使用されてもよい（ウェイ（Wei）ら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、１０巻、ｐ３１３（１９９８）を参照）。有機置換シロキサン又は有機−ビス−シロキサンがゾルゲル組成物に含まれて、ミクロ孔質をより疎水性にし、水蒸気の収着を制限してもよい。プラズマ化学蒸着もまた、多孔質無機検出材料を生成するのに使用され得る。この方法論は一般的に、ガス状前駆体からプラズマを形成し、プラズマを基材上に堆積して非晶質ランダム共有結合網状層を形成し、次に非晶質ランダム共有結合網状層を加熱して、ミクロ孔質非晶質ランダム共有結合網状層を形成することによって被検質検出層を形成する工程を含む。このような材料の例は、米国特許第６，３１２，７９３号（グリル（Grill）ら）及び米国特許出願番号第１１／２７５，２７７号、２００５年１２月２１日出願、発明の名称「プラズマ堆積多孔質被検質検出層（PLASMA DEPOSITED MICROPOROUS ANALYTE DETECTION LAYER）」に記載される。
【００３９】
典型的な有機検出層材料としては、疎水性のアクリレート及びメタクリレート、二官能性モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、及びこれらの混合物又は組み合わせを含むモノマーのクラスから調製される、又は調製することができるポリマー、コポリマー（ブロックコポリマーを含む）、並びにこれらの混合物が挙げられる。上述の米国特許出願公開第ＵＳ ２００４／０１８４９４８ Ａ１号は、このようなモノマーの広範な一覧表を含み、更なる詳細に関する参照が付される。固有ミクロ孔質を有する上述のポリマー（ＰＩＭｓ）は、特に望ましい検出層を提供する。ＰＩＭｓは、典型的には、ミクロ孔質の固体を形成する非網状ポリマーである。これらの典型的に、高度に剛性で回旋状の分子構造のために、ＰＩＭｓは、空間を有効に満たすことができず、したがって開示されるミクロ構造を提供する。好適なＰＩＭｓとしては、バッド（Budd）らの「固有ミクロ孔質のポリマー（ＰＩＭｓ）：堅牢で、溶解処理可能な、有機ミクロ孔質材料（Polymers of intrinsic microporosity（PIMs）: robust, solution-processable, organic microporous materials）」（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００４、ｐｐ２３０〜２３１）が挙げられるが、これに限らない。ＰＩＭｓは更にバッド（Budd）ら（ジャーナルオブマテリアルズケミストリー（J. Mater.Chem.）、２００５、１５、ｐｐ．１９７７〜１９８６）、マキューン（McKeown）ら（Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２００５、１１、９巻、２６１０〜２６２０）、及びＰＣＴ国際公開特許ＷＯ２００５／０１２３９７ Ａ２（マキューン（McKeown）ら）に開示される。
【００４０】
有機検出層内の１つ以上のポリマーは、少なくとも部分的に架橋されていてよい。機械的安定性及び、一定の被検質に対する感度を向上するため、いくつかの実施形態では、架橋は望ましい。架橋は、１つ以上の多官能性モノマーを検出層に組み込むこと、検出層を、例えば電子ビーム若しくはγ線処理にかけること、検出層に配位化合物、又はイオン化合物を加えること若しくは形成すること、又は検出層に水素結合を形成すること、により達成することができる。１つの代表的な実施形態では、その後多孔質検出層を生成するために、架橋系から抽出されてもよい、ポロゲンの存在下で実行される。好適なポロゲンとしては、直鎖アルカン（例えば、デカン）又は芳香族（例えば、ベンゼン又はトルエン）などの、不活性有機分子が挙げられるが、これらに限定されない。他の架橋ポリマーとしては、上述の、高度に架橋されたスチレンポリマーが挙げられる。
【００４１】
所望により、検出層材料は、その表面特性又は吸着特性を変性するために処理されてもよい。無機検出層のミクロ孔質を、好適なオルガノシラン化合物に暴露することなどにより、様々なこのような処理を使用することが可能である。検出層も、あるいは代わりに、好適な接着促進材料（例えば、チタニウム又は別の好適な金属から作製される連結層）と共に処理され、半反射層又は反射層及び検出層の間の接着を促進することが可能である。このような処理はまた、検出層との接着を促進するために、半反射層又は反射層にも施されてよい。
【００４２】
多くの用途において、検出層は望ましく疎水性である。これは、水蒸気（又は液体水）が、検出層の光学的厚さを変化させ、例えば有機溶媒蒸気の検出など、被検質の検出を妨げる可能性を低減する。
【００４３】
検出層は、単一の層又は２つ以上の副層から作製されてもよい。副層は、様々な構成を有してよい。例えば、これらは積み重ねられてもよく、又は横並びに構成されてもよい。副層は、目的の異なる蒸気を吸収するために選択される異なる材料で作製されてもよい。層又は一連の副層の１つは、非連続であるか、又はパターン付きであってもよい。パターンは、被検質に暴露する際に、色の付いた画像、言葉、又はメッセージを作ること、あるいは取り除くことが可能で、これによってユーザーにとって容易に識別可能な警告をもたらす。層又は副層は、特定の被検質に対して反応性の１つ以上の部分を、並びに同じ被検質に対して非反応性の１つ以上の部分を提供することによって形成することが可能である。例えば、被検質が吸収されるまで、光学上の厚さにおいて見かけ上の差がないほど十分に薄いパターンつきの層を作製することにより、反応性材料のパターンもまた、より大きな非反応性副層上に堆積することができる。米国特許番号第６，０１０，７５１号に記載されるように、検出層の厚さもまた、パターン付きであってよい。これは、パターンが消える（例えば、より薄い一部がより厚い一部と同じ厚さまで膨張する場合）のを、又は現れる（例えば、一部が隣接する一部を下回る厚さまで収縮する場合）のを可能にする。
【００４４】
開示される装置は、所望に応じ、追加の層、又は要素を含んでもよい。例えば、吸着剤充填コンポジットの多孔質層（例えば、上記の米国特許第４，２０８，１９４号などに記載されるフィブリル化されたＰＴＦＥのマトリックスに含まれる、活性炭粒子のウェブ）が、反射層と吸着媒体との間に配置されてインジケータ内に浸透する蒸気を均質化するか、ないしは別の方法で吸着媒体における状態に対するインジケータの反応を和らげる。
【００４５】
開示される装置は、有機蒸気レスピレータ、動力付き空気浄化レスピレータ（ＰＡＰＲｓ）、防護服、集合保護フィルター（collective protection filter）、及び当業者には周知の他の用途を含む、様々な用途に使用されてよい。
【００４６】
本発明は、以下の具体的実施例において更に例示されるが、その中での全ての部及びパーセンテージは、他に指示がない限り重量基準である。以下表１に示される略語は、いくつかの実施例で使用された。
【００４７】
【表１】
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
不透過性の半反射層、多孔質シリカ検出層、及び蒸気透過性反射層を含む多層フィルムインジケータは以下のように調製された。ガラススライドは最初に、ＡｕＰｄ（６０：４０Ａｕ／Ｐｄ質量比）ターゲットを備えたデントン・バキューム・デスクＩＩ（Denton Vacuum Desk II）スパッタコーターを使用してスパッタコーティングされ、およそ５ｎｍ厚さの半反射層を提供した。スパッタコーティング電力及び、コーティング持続時間は、１３．３Ｐａ（１００ミリトール）の真空下で、それぞれ、３５ミリアンペア、及び２０秒であった。多孔質フィルムは、ゾルゲル溶液ディップコーティングによって、半反射層上に堆積された。シリカゾルは、２段階の加水分解プロセスを使用して調製された。段階１では、２３１．６部のテトラエトキシラン、１９５．２部の無水エタノール、１７．２８部の脱イオン水、及び０．７１５部の０．００７ＮのＨＣＬが容器の中で混合され、攪拌されると同時に６０℃で９０分間加熱されてシリカゾルを形成した。段階２では、１２２．９７部の、段階１のシリカゾル、１７．５０部の０．０７ＮのＨＣＬ及び５．７５部の脱イオン水がビーカー中で混合され、外部から加熱することなく１５分間攪拌された。結果として得られるゾルゲル溶液は、更に１５分間攪拌されると同時に５０℃で加熱され、次に２６３．３２部の無水エタノールで希釈された。エチルセルロースを組み込むコーティング溶液は、２５．２５部の段階２のゾルゲル溶液、２５．００部のイソプロピルアルコール、及び１．７１部のＥＴＨＯＣＥＬ（商標）の標準２０プレミアム（Standard 20 Premium）エチルセルロース（ダウ・ケミカル社（Dow Chemical Company））を混合し、蓋付き容器内で一晩（１６時間）攪拌し、エチルセルロースを完全に溶解することによって調製された。
【００４９】
ＡｕＰｄコーティングガラススライドは、コーティング工程中の結露を防ぐために、３０％より低い相対湿度に維持されたエンクロージャ内で、１０ｃｍ／分の引き抜き速度を用い、コーティング溶液中でディップコーティングされた。これはゾルゲルコーティングをスライドの両面に適用した。コーティングは透明であったため、これは両方の面上に留まり、一方の面上のコーティングが多孔質検出層を作るために使用され、他方の面上のコーティングが最終的な表示面上に存在することが可能であった。コーティングされた試料を、湿度が制御されたエンクロージャで、２分間乾燥させた。コーティングされたスライドは、次にベルト炉内にて３０分間の加熱サイクルを用いて４００℃で加熱された（１１分間の熱上昇時間、４００℃で８分間の維持時間、及び１１分間の冷却時間を含む）。有機物の完全な脱水及び熱分解を確認するために、スライドは、空気雰囲気の箱型炉内で、２時間の４００℃までの加熱時間、４００℃の１時間の維持時間、及び空気雰囲気に戻すための１０時間の冷却時間を含む、１３時間の加熱サイクルを使用して再加熱された。スライドの一方の面上のシリカ層は次に、０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）のマーク５０（Mark 50）蒸発コーター、並びにチタニウム層にはＴ−２００３号９９．９９５％純粋真空蒸着等級６ｍｍ×６ｍｍペレット（セラック社（Cerac, Inc.）より）、及びアルミニウム層にはＡ−２０４９、９９．９９％純粋真空蒸着等級６ｍｍ×６ｍｍペレット（これもまたセラック社（Cerac, Inc.）より）を使用して、１０ｎｍ厚さのＴｉ連結層、及び１００ｎｍ厚さのアルミニウム反射層でコーティングされた。
【００５０】
アルミニウム反射層を蒸気透過性にするために、湿潤化学エッチングによるフォトリソグラフィ方法が使用された。ヘキサメチルジシラザン接着促進剤（Ｊ．Ｔ．ベーカー（J. T.Baker）より）がアルミニウム層上に２５００ｒｐｍでスピンコーティングされ、続いてＰＲ １８１３ポジ型フォトレジスト（シプレイＬ．Ｌ．Ｃ（Shipley, LLC））のスピンコーティングされた層は、４０００ｒｐｍで適用され、１．３マイクロメートル厚さのフィルムをもたらした。フォトレジストは、９６℃で３０分間ベーキングされ、次にフォトマスクを通じ、１４ｍＷ／ｍ２の紫外線強度で、スライドの２区域に渡って、紫外線に９秒間露光された。第１区域では、１０マイクロメートルのピッチで離間した３マイクロメートルの規則的な配列を有する、低エッチフォトマスク（low etch photomask）を使用した。第２区域では、５マイクロメートルのピッチで離間した３マイクロメートルの規則的な配列を有する、高エッチフォトマスク（high etch photomask）を使用した。光への露光の後、スライドは、ＭＦ３１９現像液（これもまたシプレイ社Ｌ．Ｌ．Ｃ（Shipley, LLC）より）に４５秒間浸漬され、次に１２０℃で３０分間ハードベーキング（hardbaked）された。現像液は、照射された孔の領域で、ポジ型フォトレジストを除去し、図５ａ及び図５ｂに示されるような、物品５０をもたらし、ここで５２は最終的な薄膜多層インジケータを示し、５３は５２がこれを通じて見えるガラス基材を示し、５４は、Ａｕ／Ｐｄ半反射層を示し、５５は多孔質シリカ検出層を示し、５６は、アルミニウム反射層を示し、５７はフォトレジスト５８中の孔を示す。
【００５１】
アルミニウム層５６の湿式エッチングは、５００ミリリットルの濃縮されたＨ３ＰＯ４、１９．４ミリリットルの凝縮されたＨＮＯ３、９６．８ミリリットルの凝縮された酢酸、３２．２ミリリットルのＨ２Ｏ、及び０．６ミリリットルのエチレングリコールを混合して作製される酸性エッチング溶液を用いて、３２℃で９０秒間実行された。エッチングされたフィルムは、脱イオン水で直ちに洗浄された。Ｔｉ層は次に、１００ミリリットルの０．１ Ｍ ＥＤＴＡ、８ミリリットルの濃縮されたＮＨ4ＯＨ及び２０ミリリットルの３０％Ｈ２Ｏ２を混合して作製される塩基性エッチング溶液を使用してエッチングされた。エッチングされたフィルムは再び、脱イオン水中で直ちに洗浄された。最後に、残ったフォトレジスト５８は、アルミニウム層５６を１１６５リムーバー（これもまたシプレイ社Ｌ．Ｌ．Ｃ（Shipley, LLC）より）を使用して、アルミニウム層５６から剥し、図６ａ及び図６ｂに示されるような、完成した薄膜多層インジケータ６０を提供し、ここで６６は蒸気透過性アルミニウム反射層を示し、６７は、アルミニウム層６６内の孔を示す。
【００５２】
（実施例２）
実施例１の薄膜インジケータ６０は、３つの異なる蒸気の通路を用いて、評価された。第１蒸気通路は、図７に示される。有機蒸気を含有する空気流７２が、ガラス基材５３の上で、インジケータ６０を横切って流れた。蒸気透過性アルミニウム反射層６６に対して配置される、不織布カーボン紙７４の小さな断片により、空気流７２の有機蒸気の通路が、多孔質シリカ検出層５５に到達することが可能になった。光源７７からの光線７６などの入射光線が、半反射層５４によって第１の反射光線７８として反射され、アルミニウム層６６によって、第２の反射光線７８ｂとして反射された。第２の蒸気通路は図８に示される。図８は図７と似ているが、有機蒸気を含有する空気流７２が、蒸気透過性のアルミニウム反射層６６に対して配置されたガラスウール８４の断片を通じ、多孔質シリカ検出層５５に到達した。第３の蒸気通路は図９に示されている。図９は、図７及び図８と似ているが、有機蒸気を含有する空気流７２は、可撓性でミクロ孔質の、炭素充填不織布ウェブ９４を通じて多孔質シリカ検出層５５に到達した。ウェブ９４は、約５００ｇ／ｍ２（有効炭素密度約０．２２ｇ／ｃｃに対応する）の、ココナツの殻から得られる４０×１４０メッシュ活性炭顆粒（パシフィック・アクチベーティッド・カーボン社（Pacific Activated Carbon Co.）より）を含み、これは、米国特許出願公開第ＵＳ２００６／００９６９１１ Ａ１（ブレイ（Brey）ら）に記載される通りに調製される、ＩＲＯＧＲＡＮ（商標）ＰＳ４４０−２００熱可塑性ポリウレタンから作製される弾性繊維ウェブ全体を通じて分散された。サンプルスペクトルは、白色光源、光ファイバー反射プローブ、及びスペクトロメーターを使用して観察された。図１０は、各蒸気通路におけるｐｐｍトルエン負荷との対比における波長シフトのプロットを示し、図７、図８、及び図９に示される蒸気通路にそれぞれ対応する曲線Ａ、Ｂ、及びＣを有する。図１０に示されるように、３つの蒸気通路全てが、所与のトルエン負荷レベルにおいて、同様の波長シフトを示した。曲線Ｃはまた、インジケータ６０が、ミクロ孔質の炭素充填ウェブと吸着の競争関係にある場合でもその性能を維持することも示している。
【００５３】
所望により、薄膜インジケータ６０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの外部光源を使用して照明され得、また、光検出器を使用して評価され得る。図１１は、波長の関数として、薄膜インジケータ６０の、５０ｐｐｍ（曲線Ｂ）及び２０００ｐｐｍ（曲線Ｃ）トルエンにおけるトルエン蒸気に対する初期反応（曲線Ａ）を測定することにより作製される、捕捉されたサンプルスペクトルを示す。図１２は、図１１の得られた試料スペクトルと、ＬＥＤスペクトルのガウス近似を掛け、適した光検出器を使用して測定される光強度（任意の単位で）の変化を算定することによって得られるシミュレーションを示す。検出器が受ける信号（例えば、ＰＮ、ＰＩＮ、又はＬＥＤの波長に適合するように選択される分光応答度を有するアバランシェフォトダイオード）は、ＬＥＤ／サンプルスペクトルを結合することによって決定される。初期信号（図１１、及び図１２の曲線Ａ）は緑ＬＥＤで５１２カウントに正規化され、青ＬＥＤの検出された信号は、５０ｐｐｍトルエンへの暴露において、２１任意単位で減少し、およそ５：１の信号：ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が、標準的なコンポーネントを使用して得られる。Ｓ／Ｎ比は、より厚いシリカ層をインジケータ内に組み込むことによって更に改善され、初期サンプルスペクトルを狭めることができる。全体的な薄膜インジケータの厚さの変化はまた、ＬＥＤスペクトル出力に関するピークシフトポジションの最適化のためになされてもよい。図１１及び図１２の曲線Ｃは、２０００ｐｐｍトルエンで、予測された反応を示した。
【００５４】
以下に示される実施例では、センサの特性における変化を測定するために、光源及びスペクトロメーターが使用された。しかしながら、開示されたインジケータは、周囲照明下で容易に見られ得ることが理解される。
【００５５】
（実施例３）
薄膜インジケータは、検出層として固有ミクロ孔質のポリマー（ＰＩＭｓ）を、反射層及び検出層に孔を空けるためにレーザーを使用する。
【００５６】
ＰＩＭポリマーの調製。ＰＩＭポリマーは、一般的に、アドバンストマテリアルズ（Advanced Materials）、２００４、１６巻、第５号、ｐｐ４５６〜４５９の中でバッド（Budd）らによって報告される手続きに従って、モノマーＢＣ及びモノマーＦＡから調製した。９．０グラムのＢＣを、５．２８ｇのＦＡ、１８．０ｇの炭酸カリウム、及び１２０ミリリットルのＤＭＦと混合し、混合物を、７０℃で２４時間反応させた。得られたポリマーを、ＴＨＦ内に融解し、メタノールから３回沈殿させ、次に、室温の真空下で乾燥させた。６１，８００の分子量（Ｍｗ）を有する黄色い固体の生成物が得られた。
【００５７】
レーザー処理された孔を有するＰＩＭサンプル。ガラススライドは、Ａｕ／Ｐｄ質量比６０：４０を有するＡｕＰｄターゲットを備えた、デントン（DENTON）（商標）バキュームデスクＩＩ（デントンバキューム社（Denton Vacuum））のスパッタコーターを使用して、Ａｕ／Ｐｄの５ｎｍ厚さの層でスパッタコーティングした。スパッタコーティング電力及びコーティング持続時間は、１３．３Ｐａ（１００ミリトール）の真空下で、それぞれ、３５ミリアンペア、及び２０秒であった。ＰＩＭポリマーは次に、Ａｕ／Ｐｄ層に３，０００ｒｐｍでコーティングされる、クロロベンゼン中に上記のＰＩＭポリマーを有する４％の溶液を使用して、Ａｕ／Ｐｄ層上にスピンコーティングされた。１００ｎｍ厚さのアルミニウム層は次に、０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）からのマーク−５０（Mark-50）蒸発コーター、及びセラック社（Cerac Inc）から入手される６×６ｍｍペレット形状の金属ターゲットを使用して、ＰＩＭポリマーに堆積された。サンプルは次に、フェムト秒機械加工を用いてレーザー切除され、アルミニウム及びＰＩＭポリマー層を通じて円錐の孔の配列を作った。アルミニウム層に近接する穴径は、およそ１３マイクロメートルであり、Ａｕ／Ｐｄ層付近では、約５マイクロメートルまで狭まっていた。レーザー切除された孔（測定値データがより容易に見えるように、明るくされている）の写真が、図１３に示されている。
【００５８】
有機蒸気の吸着に関して、得られた薄膜フィルムインジケータの、ミクロ孔質炭素と競う能力を評価するため、インジケータを、実施例２のミクロ孔質炭素充填ウェブの小断片上に配置し、蒸気透過性アルミニウム反射層は、ウェブ及びそのミクロ孔質炭素に接触した。炭素充填ＢＭＦウェブは、ココナツの殻から得られる４０×１４０メッシュ活性炭顆粒（パシフィック・アクチベーティッド・カーボン社（Pacific Activated Carbon Co.）より）を含み、これは、米国特許出願公開第ＵＳ ２００６／００９６９１１ Ａ１（ブレイ（Brey）ら）に記載される通りに調製される、ＩＳＯＧＲＡＮ（商標）ＰＳ４４０−２００熱可塑性ポリウレタンから作製される弾性繊維ウェブ全体を通じて分散された。繊維ウェブは、約０．２２ｇ／ｃｍ３の炭素密度に対応し、１７マイクロメートル有効繊維直径、及び５００ｇ／ｍ２炭素含有濃度を有した。３２Ｌ／分で流れる１０００ｐｐｍのシクロヘキサンと均衡するとき、この不織布ウェブ層の炭素は、炭素１ｇ当たり約０．２１ｇのシクロヘキサンを吸着する。トルエン蒸気が炭素充填層を通過し、インジケータを越える間、インジケータは照明され、スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用して、ガラス基材を通じて観測された。図１４に示されるように、曲線Ａ及び曲線Ｂはそれぞれ、初期信号及び５０ｐｐｍトルエンでの信号を表しており、約２７ｎｍのピーク信号波長シフトが観測された。これは、ＰＩＭポリマー検出層が、ミクロ孔質炭素の熱力学的競争下に置かれたときに、その吸着機能性を維持したことを示した。
【００５９】
（実施例４）
薄膜フィルムインジケータは、検出層として固有ミクロ孔質のポリマー（ＰＩＭｓ）、Ａｕ／Ｐｄ半反射層、及び銀ナノ粒子反射層を使用して調製された。実施例３の方法を使用し、ガラススライドは、Ａｕ／Ｐｄの５ｎｍの層でスパッタコーティングされ、続いてＡｕ／Ｐｄ層上へとＰＩＭポリマーの層をスピンコーティング（７５０ｒｐｍ）した。次に、銀ナノ粒子懸濁液をＰＩＭポリマー層へと適用することにより、２つの異なるインジケータが調製された。ハリマ社（Harima Corporation）からのＮＰＳ−Ｊ銀ナノ粒子懸濁液（テトラデカン内で６０％）を使用して、インジケータＡが調製された。粒子の、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析は、直径において、およそ２〜１０ｎｍの寸法分布を示した。０．０８ｇの量の、受領したままのナノ粒子懸濁液は、２ミリリットルのヘプタンと混合されて、約３．３％の銀を含有する、希釈された懸濁液をもたらした。希釈された懸濁液は、ＰＩＭフィルムに５００ｒｐｍでスピンコーティングされ、５００ｎｍにおいて、１００ｎｍ厚さのアルミニウム参照層に対して約６２％の反射率を有する蒸気透過性反射層をもたらした。インジケータＢは、日本ペイント社（Nippon Paint Corporation）（アメリカ）からのＳＶＥ １０２銀ナノ粒子懸濁液（エタノール中において３０％、３０ｎｍ平均粒径）を使用して調製された。０．７ｇの量の受領したままの懸濁液が、２ミリリットルのエタノールと混合され、約９．１％の銀を含有する希釈された懸濁液をもたらした。希釈された懸濁液は、ＰＩＭフィルムに１０００ｒｐｍでスピンコーティングされ、５００ｎｍにおいて、１００ｎｍの厚さのアルミニウム参照層に対して約７０％の反射率を有する蒸気透過性反射層をもたらした。
【００６０】
インジケータは、実施例３の方法を使用して評価され、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質の炭素と競争する能力を判断した。図１５において、曲線Ａ及び曲線Ｂはそれぞれ、インジケータＡの初期信号及び５０ｐｐｍトルエンにおける信号を表している。同様に、図１６において、曲線Ａ及び曲線Ｂはそれぞれ、インジケータＢの初期信号及び５０ｐｐｍトルエンにおける信号を表している。インジケータＡは、５０ｐｐｍトルエンの負荷を受けたとき、約２０ｎｍのピーク信号波長シフト（約５６４ｎｍ〜約５８４ｎｍ）を呈した。インジケータＢは、５０ｐｐｍトルエンの負荷を受けたとき、約１７ｎｍのピーク信号波長シフト（約５４４ｎｍ〜約５６１ｎｍ）を呈した。インジケータＡ及びインジケータＢの双方は、ミクロ孔質炭素との熱力学的な競争下に置かれたとき、吸着機能性を維持した。
【００６１】
（実施例５）
実施例３の方法を使用して、ＰＩＭポリマーは、モノマーＢＣ及びＦＡから調製された。実施例３の方法を使用して、１ｍｍ厚さのガラススライドは、Ａｕ／Ｐｄの５ｎｍ厚さの層で、スパッタコーティングされ、続いてＰＩＭポリマーの層が、Ａｕ／Ｐｄ層に（１５００ｒｐｍで）スピンコーティングされた。実施例４の方法を使用し（インジケータＢ）、希釈されたＳＶＥ １０２銀ナノ粒子懸濁液がＰＩＭフィルムにスピンコーティングされ、蒸気透過性ナノ粒子反射層をもたらした。生じる薄膜インジケータは、ガラススライドを通して視覚的に観察したときに、黄緑色の外観を有した。ダイマックス社（Dymax Corporation）からの、ダイマックス（DYMAX）（商標）ＯＰ−４−２０６４１Ａ号ＵＶ硬化性光学接着剤を使用して、インジケータを透明なポリカーボネート樹脂から作製した濾過カートリッジの内部側壁に接着し、蒸気透過性ナノ粒子反射層は、カートリッジの内側に面した。カートリッジは、４５．７ｇの活性炭吸着剤で充填された。インジケータ／吸着剤の基底界面に十分な蒸気の流れを確保するため、インジケータのすぐ上及び上流のカートリッジカバーに、いくつかの小さな孔が空けられた。カートリッジは、６４Ｌ／分で流れる、乾燥した空気（ＲＨ３％未満）中の５０ｐｐｍトルエンを使用して負荷された。インジケータは、ポリカーボネートカートリッジを通じ、基底深さの５０〜６０％で、１ｍｍ未満の照明領域直径を有する光ファイバー反射プローブ及び海洋光学スペクトロメーターを使用して観察された。トルエン負荷開始から６〜１６時間後、インジケータは、合計で１４ｎｍの、緩やかな着色の赤方偏移を呈する。カートリッジ内のインジケータの位置を考慮すると、インジケータの反応のタイミング及び大きさは、カートリッジ排出口に配置される、ＲＡＥシステム社（RAE Systems Inc.）からの、ＭＵＬＴＩＲＡＥ（商標）ＩＲ光イオン化検知器（photo-ionization detector）を使用して得られる、別々に回収される濃度データと一致する。インジケータデータ及びＩＲ光イオン化検知器データは、図１７にプロットされた。
【００６２】
第２カートリッジは、同じ方法で組み立てられ、６４Ｌ／分で流れる乾燥した空気（３％ＲＨ未満）で５００ｐｐｍのスチレンが負荷された。デジタルブルー社（Digital Blue Corporation）からのＱＸ５（商標）コンピュータ顕微鏡が、インジケータが観察されたときに、最初に緑色に見えるように角度を調節され、スチレン蒸気を負荷されたときの、インジケータの外観を記録するために使用される。負荷が進むにつれ、インジケータの最初の緑色の着色は、カートリッジの注入口から、その排出口に向かって移動する変色フロント（color change front）に沿って、オレンジ色に変化した。最初の緑色の着色のＲＧＢヒストグラムの結果は、平均値ｒ＝１４５、ｇ＝１９１、及びｂ＝１２１になった。インジケータが、緑色からオレンジ色に変化することによってスチレンに反応した後の、ヒストグラム値は、ｒ＝２０８、ｇ＝１７９、及びｂ＝１２７であった。図１８は、実験の途中の、インジケータの色の白黒レンダリングを示し、蒸気の波面進行（wavefront progression）及び外観を例示している。緑色及びオレンジ色の可視部分は、文字Ｇ及びＯで確認され、波面は文字Ｗで確認され、スチレンの流れ方向は文字Ｓで確認される。
【００６３】
（実施例６）
実施例３の方法を使用して、ＰＩＭポリマーは、モノマーＢＣ及びＦＡから調製された。０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）「マーク５０（Mark 50）」蒸発器及びＴ−２００３号チタニウムペレット（９９．９９５％の純度、６ｍｍ×６ｍｍ（セラック社（Cerac, Inc.）より）を使用し、洗浄されたガラススライドは、１０ｎｍ厚さの半反射Ｔｉ層によって金属化された。クロロベンゼン中にＰＩＭポリマーを有する４％の溶液が、Ｔｉ層上に、１０００ｒｐｍでスピンコーティングされた。実施例４の方法（インジケータＢ）を使用し、希釈されたＳＶＥ １０２銀ナノ粒子懸濁液がＰＩＭフィルムにスピンコーティングされ、蒸気透過性の反射層をもたらした。銀の堆積の後に、フィルムサンプルは、１５０℃で、空気中で１時間に渡って加熱された。得られた薄膜インジケータは、ガラススライドを通して視覚的に観察されたとき、緑色の外観を有した。インジケータを追加のガラススライド層に接着するために、ダイマックス（DYMAX）（商標）からの、ＯＰ−４−２０６４１Ａ号ＵＶ硬化性光学接着剤が使用された。得られたガラススライドの積み重ね体は、透明なポリカーボネートプラスチックから作製される濾過カートリッジの内部側壁に接着された。次に、米国特許第４，１５３，６６１号（リー（Ree）ら）及び米国特許第４，２０８，１９４号の実施例１に記載されるような方法を使用し、水性ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）粒子分散物と、粉末状の活性炭粒子を混合することによって生地が形成される。生地は、挽かれ、乾燥されるが、カレンダリングされず、フィブリル化されたＰＩＦＥのマトリックス中に定置される、活性炭粒子の複合ウェブをもたらした。炭素複合ウェブの層は、ガラススライド積み重ね体の上端部に取り付けられ、折り畳まれて、多孔質ナノ粒子反射層を覆う。残った濾過カートリッジ容積は、次に４５．８ｇの活性炭吸着剤を充填された。インジケータ／吸着剤の基底界面に十分な蒸気の流れを確保するため、インジケータのすぐ上及び上流のカートリッジカバーに、いくつかの小さな孔が空けられた。カートリッジは、流速３２Ｌ／分の乾燥した空気（３％ＲＨ未満）中の２００ｐｐｍスチレンを負荷された。周囲照明を使用し、トレンドネット（TRENDnet）（商標）モデルＴＶ−ＩＰ２０１Ｗワイヤレスカメラ（トレンドネット社（TRENDnet Company）より）が、インジケータが観察されたときに、最初に緑色に見えるように角度を調節され、スチレン蒸気を負荷されたときの、インジケータの外観を記録するために使用される。実験が進むと共に、インジケータの色は、最初の緑色から、濃い赤に変わり、色の変化は最初に濾過カートリッジの注入口付近に現れ、カートリッジの排出口に向かって移動した。蒸気の流れが止まったとき、波面はわずかにぼやけたが、カートリッジの排出口に近づきも、遠ざかりもしなかった。最初の緑色のＲＧＢヒストグラムの結果は、平均値ｒ＝３０、ｇ＝９９、及びｂ＝５１となった。インジケータが、緑色から赤色に変化することによってスチレンに反応した後の、ヒストグラム値は、ｒ＝９７、ｇ＝５６、及びｂ＝６６であった。図１９は、実験の途中のインジケータの色の白黒レンダリングを示し、蒸気の波面進行（wavefront progression）及び外観を例示している。炭素吸着剤は、文字Ｃで確認され、緑色及び赤色の可視部分は、文字Ｇ及びＯで確認され、波面は、文字Ｗで確認され、スチレンの流れ方向は、文字Ｓで確認される。波面は、図１８のインジケータ及び吸着媒体の間に炭素複合ウェブを含まない濾過カートリッジを含んだ波面よりも著しく均一である。
【００６４】
（実施例７）
実施例６の方法を使用し、１０ｎｍ厚さのチタニウム半反射層は、蒸発によって洗浄されたガラススライド上にコーティングされた。Ｔｉコーティングガラススライドは、次に平面電極上に取り付けられた。次に電極が、ルーツブロアー（Roots blower）及び乾燥機械式ポンプと直列のターボ分子ポンプを備えた、アルミニウム真空チャンバーの中に取り付けられた。チャンバーは閉じられ、基本圧力の０．０６７Ｐａ（０．０００５トール）まで減圧された。テトラメチルシラン、酸素、及びブタジエンの気体の混合物がそれぞれ、毎分１００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）、１００ｓｃｃｍ、及び１６０ｓｃｃｍの流速でチャンバーに導入された。モデルＡＭＮ３０００インピーダンス整合ネットワーク（プラズマサーム社（PlasmaTherm Inc.）から）を通して動作するモデルＲＦ５０Ｓの高周波電源（ＲＦパワープロダクツ（RF Power Products）から）を使用して、平面電極に電力を供給することによりプラズマが形成された。プラズマが動作する間、供給される電力は７５ワットに維持され、チャンバーの圧力は４．９３Ｐａ（３７ｍＴｏｒｒ）に維持された。０．７６８マイクロメートル厚さを有する、プラズマを堆積した有機薄膜を生成するために、堆積は１４分間実行された。プラズマを堆積された薄膜は、真空炉で４５０℃の温度にて１時間アニールされ、チタン半反射層上にミクロ孔質薄膜検出層をもたらした。０．０４７５ｇの量のシルバーナノインク（SILVER NANOINK）（商標）メタノール中の銀ナノ粒子スラリー（ＬｏｔＳＡｇ０３１０２７Ｗ、韓国のアドバンストナノプロダクツ（Advanced Nano Products）社から）が、追加の２ミリリットルのメタノールによって希釈され、希釈された懸濁液をもたらし、これは、薄膜検出層上に１５００ｒｐｍでスピンコーティングされた。得られたスピンコーティングされた銀ナノ粒子層は、乾燥され、薄膜検出層上に蒸気透過性薄膜銀ナノ粒子反射層を生成した。
【００６５】
得られたインジケータの、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質炭素と競争する能力を評価するため、インジケータは、実施例６で使用された炭素複合ウェブの小断片上に配置され、透過性反射層は、炭素複合ウェブと接触した。スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用し、ガラス基材を通してインジケータの外観が観察され、センサの色合いを評価した。センサは、炭素複合ウェブを通過する、トルエン、メチルエチルケトン、及びエチルベンゼンの蒸気ストリームに暴露された。トルエン及びメチルエチルケトンストリームは、５％未満の相対湿度に維持され、エチルベンゼンストリームは、８２％の相対質量に維持された。図２０に結果が示され、ここで、曲線Ａ、Ｃ、及びＤはそれぞれ、観測された波長シフトとの対比における、メチルエチルケトン、トルエン、及びエチルベンゼン蒸気の濃度を示しており、ここで、曲線Ｂは、炭素複合ウェブが使用されなかった場合の、観測された波長シフトとの対比におけるトルエン蒸気の濃度を示している。図２０における結果は、開示されるインジケータが、２００ｐｐｍ蒸気密度において、約６〜１６ｎｍの波長シフトを、２０００ｐｐｍ蒸気密度において、約１２〜２１ｎｍの波長シフトを呈したことを示している。曲線Ｂ及びＣはまた、開示されるインジケータ内の多孔質検出層が、ミクロ孔質炭素との熱力学的な競争下に置かれた場合であっても、吸着能力を維持したことを示している。
【００６６】
（実施例８）
実施例３の方法を使用し、ＰＩＭポリマーは、モノマーＢＣ及びＦＡから調製された。０．００１３Ｐａ（１×１０−５トール）の基本圧力で動作する、ＣＨＡインダストリーズ（CHA Industries）「マーク５０（Mark 50）」蒸発器及び、Ｔ−２００３号チタニウムペレットを使用し、洗浄されたガラススライドは１０ｎｍ厚さの半反射Ｔｉ層によって金属化された。クロロベンゼン中にＰＩＭポリマーの４％の溶液が、Ｔｉ層上に、２０００ｒｐｍでスピンコーティングされた。実施例４（インジケータＢ）の方法を使用し、希釈されたＳＶＥ１０２銀ナノ粒子懸濁液は、ＰＩＭフィルムにスピンコーティングされ、室温の真空下で１２時間に渡って乾燥され、チタン半反射層と蒸気透過性金属ナノ粒子反射層との間に位置する、ＰＩＭ検出層を備える多層薄膜インジケータをもたらした。インジケータは、ガラススライド及び半反射層を通して視覚的に観察されたとき、緑色の外観を有していた。
【００６７】
インジケータの、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質炭素と競争する能力を判断するため、インジケータは、実施例２で使用された炭素充填不織布ウェブ９４の小断片上に配置された。３２Ｌ／分で流れる、１０００ｐｐｍのシクロヘキサンと平衡状態で、層中の炭素は、炭素１グラム当たり０．２１ｇのシクロヘキサンを吸着する。インジケータの外観は、スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用して、ガラス基材を通じて観察され、乾燥した空気（３％ＲＨ未満）中、及び８５％の相対質量で測定された。インジケータは、８５％の相対湿度において、乾燥した空気と比較し、３ｎｍのみのスペクトルシフトを呈し、したがってインジケータは、高湿度状態に対して一般的に感度が低いことを示した。次に、８５％の相対質量雰囲気を維持すると同時に、炭素充填不織布ウェブが、２０ｐｐｍでスチレン蒸気に暴露された。インジケータは、２３ｎｍスペクトルシフトを呈し、インジケータが、湿度の高い被検質ストリームに暴露されるミクロ孔質炭素との熱力学的競争に置かれた場合に、その吸着機能性を維持したことを示した。
【００６８】
（実施例９）
実施例６の方法を使用して、１０ｎｍ厚さのチタン半反射層は、２つの洗浄されたガラススライド上に蒸気でコーティングされた。６２，９００の重量平均分子量（Ｍｗ）を有するＰＩＭポリマーは、実施例３の方法、並びにモノマーＢＣ及びＦＡを使用して調製された。６０／４０クロロベンゼン／テトラヒドロピラン混合物中にＰＩＭを含む３．２％の溶液が、コーティングされたガラススライドのＴｉ層上に、１０００ｒｐｍでスピンコーティングされた。１．０ｇの量のシルバージェット（SILVERJET）（商標）ＤＧＰ ４０ＬＴ−２５Ｃ銀ナノ粒子（メタノール中で４３．２５％、韓国のアドバンストナノプロダクツ（Advanced Nano Products）社から）が、２ミリリットルのメタノールに加えられ、１６．８％の固体を含む希釈された懸濁液をもたらした。希釈された懸濁液は、６００ｒｐｍで、ＰＩＭ層上の各コーティングされたスライド上にスピンコーティングされた。１つのスライドが次に空気乾燥され、インジケータＡとして確認された。もう一方のスライドは、１５０℃で空気中で１時間加熱され、銀粒子を部分的に焼結し、インジケータＢとして確認された。インジケータＢは、１００ｎｍ厚さのアルミニウム参照層に対し、５００ｎｍにおいて、約３９％の反射率を有した。
【００６９】
両インジケータの、有機蒸気の吸着に関してミクロ孔質の炭素と競争する能力を判断するため、各スライドのコーティングされた側は、実施例２で使用された炭素を負荷されたウェブ９４の小断片に対して配置され、透過性ナノ粒子反射体は、炭素充填ウェブと接触した。インジケータは、スペクトロメーター及び光ファイバー反射プローブを使用し、ガラス基材、及び半反射層を通して観察された。インジケータは、炭素充填ウェブを通過する、５０ｐｐｍのトルエン蒸気ストリームに暴露された。インジケータＡのスペクトルピークは５３２ｎｍから５５８ｎｍにシフトし、インジケータＢのスペクトル最小値は６０９ｎｍから６２９ｎｍにシフトし、各場合において、インジケータは、ミクロ孔質炭素との熱力学的競争下に置かれたときに吸着の機能性を維持することを示した。
【００７０】
上記に引用した全ての特許及び特許出願は、背景技術の項にあるものを含めて、その全内容が参照により本書に組み込まれる。対立が生じる場合は、本文献が優先する。
【００７１】
本発明の数多くの実施形態を記載してきた。本発明から逸脱することなく、様々な修正を実施できることは理解されよう。したがって、その他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体注入口、気体排出口、及び薄膜多層インジケータを含むエンクロージャを含む保護装置であって、
Ａ）前記エンクロージャは、前記注入口から前記排出口へと流れる目的の蒸気を吸着することができる、吸着媒体を含み、
Ｂ）前記薄膜多層インジケータは、
ｉ） ｉｉ）とｉｉｉ）との間に位置する、光学的厚さが、前記蒸気の存在で変化する多孔質検出層、
ｉｉ）前記エンクロージャの外側から見える半反射層及び、
ｉｉｉ）前記蒸気に対して透過性の反射層、を含み、かつ
Ｃ）前記反射層は前記媒体に十分に近く、その結果、前記媒体の少なくとも一部と前記蒸気の間の適用される蒸気濃度が平衡になると、前記蒸気は、前記媒体から前記反射層を通過して前記検出層に入り、前記検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときの前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じることができる、保護装置。
【請求項２】
前記蒸気が存在する場合、前記インジケータ内で干渉色が作られる、又は破壊される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記インジケータが、動力付き光源も光学検出器もスペクトル分析器も必要とせずに、外観での比色分析の変化をもたらす、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記インジケータが、外部光源を使用して照明され、光検出器を使用して評価される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
変色フロントが、前記媒体を通じ、インジケータを越える前記蒸気の流れと共に進行する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置が、空気浄化レスピレータカートリッジを構成する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
蒸気通路を横断するインジケータの配列を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記インジケータが、１つ以上のロール加工工程を使用して作製することができるように、可撓性であり、破断することなく十分に曲げることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記インジケータが、基材を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記エンクロージャが、前記インジケータを覆う透明なビューポートを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記媒体が、微粉固体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記媒体が炭素を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記検出層が、前記媒体が有するような蒸気吸着特性をもたらすために選択される、孔径又は表面積の範囲を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記インジケータが、視覚的に認識可能な着色を有し、前記検出層が、前記インジケータ着色ピーク波長よりも小さな孔径を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記検出層が、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚ささの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記検出層が、プラズマ化学蒸着によって形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記検出層が、疎水性（メタ）アクリレート、二官能性モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、又はこれらの混合物又は組み合わせから調製される、又は調製することができる、ポリマー、コポリマー又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記検出層が、固有ミクロ孔質を有するポリマーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記検出層が、ビス−カテコール及びフッ素化アレーンのポリマーを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記半反射層及び反射層が、金属若しくは金属酸化物、又は多層光学フィルムを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出層に隣接する半反射層の面は、約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記反射層と吸着媒体の基底との間の、吸着剤充填コンポジットの多孔質層を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の装置を含む、レスピレータ。
【請求項２４】
Ａ）エンクロージャを提供する工程であって、
ｉ）前記エンクロージャを通じて流れる目的の蒸気を吸着する吸着媒体を含む空間と、
ｉｉ）薄膜多層インジケータであって、
ａ） ｂ）とｃ）との間に位置する、光学的厚さが、蒸気の存在で変化する多孔質検出層と、
ｂ）前記エンクロージャの外側から見える、半反射層と、
ｃ）前記蒸気に透過性の反射層、とを含む薄膜多層インジケータとを含むエンクロージャを提供する工程と、
Ｂ）前記媒体の少なくとも一部が前記蒸気によって飽和する際、蒸気が前記反射層から、前記検出層へと通過し、前記検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときに、前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じるように、前記エンクロージャ内の前記媒体を、前記反射層に十分近くに配置する工程と、
Ｃ）前記エンクロージャを密閉する工程、とを含む、保護装置を作製する方法。
【請求項２５】
前記装置が、空気浄化レスピレータカートリッジを構成する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記インジケータが、可撓性であり、破断することなく曲げることができる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記エンクロージャが、前記インジケータを覆う透明なビューポートを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記媒体が、微粉固体を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記媒体が炭素を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記検出層が、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚ささの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
プラズマ化学蒸着によって前記検出層を形成する工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記検出層が、疎水性（メタ）アクリレート、二官能性モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、又はこれらの混合物又は組み合わせから調製される、又は調製することができる、ポリマー、コポリマー又はこれらの混合物を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記検出層が、固有ミクロ孔質を有するポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記検出層が、ビス−カテコール及びフッ素化アレーンのポリマーを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記半反射層及び反射層が、金属若しくは金属酸化物、又は多層光学フィルムを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記検出層に隣接する半反射層の面は、約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３７】
前記反射層と吸着媒体の基底の間に、吸着剤充填コンポジットの多孔質層を配置する工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
前記エンクロージャを、レスピレータに取り付ける工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項１】
気体注入口、気体排出口、及び薄膜多層インジケータを含むエンクロージャを含む保護装置であって、
Ａ）前記エンクロージャは、前記注入口から前記排出口へと流れる目的の蒸気を吸着することができる、吸着媒体を含み、
Ｂ）前記薄膜多層インジケータは、
ｉ） ｉｉ）とｉｉｉ）との間に位置する、光学的厚さが、前記蒸気の存在で変化する多孔質検出層、
ｉｉ）前記エンクロージャの外側から見える半反射層及び、
ｉｉｉ）前記蒸気に対して透過性の反射層、を含み、かつ
Ｃ）前記反射層は前記媒体に十分に近く、その結果、前記媒体の少なくとも一部と前記蒸気の間の適用される蒸気濃度が平衡になると、前記蒸気は、前記媒体から前記反射層を通過して前記検出層に入り、前記検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときの前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じることができる、保護装置。
【請求項２】
前記蒸気が存在する場合、前記インジケータ内で干渉色が作られる、又は破壊される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記インジケータが、動力付き光源も光学検出器もスペクトル分析器も必要とせずに、外観での比色分析の変化をもたらす、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記インジケータが、外部光源を使用して照明され、光検出器を使用して評価される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
変色フロントが、前記媒体を通じ、インジケータを越える前記蒸気の流れと共に進行する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置が、空気浄化レスピレータカートリッジを構成する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
蒸気通路を横断するインジケータの配列を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記インジケータが、１つ以上のロール加工工程を使用して作製することができるように、可撓性であり、破断することなく十分に曲げることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記インジケータが、基材を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記エンクロージャが、前記インジケータを覆う透明なビューポートを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記媒体が、微粉固体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記媒体が炭素を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記検出層が、前記媒体が有するような蒸気吸着特性をもたらすために選択される、孔径又は表面積の範囲を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記インジケータが、視覚的に認識可能な着色を有し、前記検出層が、前記インジケータ着色ピーク波長よりも小さな孔径を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記検出層が、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚ささの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記検出層が、プラズマ化学蒸着によって形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記検出層が、疎水性（メタ）アクリレート、二官能性モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、又はこれらの混合物又は組み合わせから調製される、又は調製することができる、ポリマー、コポリマー又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記検出層が、固有ミクロ孔質を有するポリマーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記検出層が、ビス−カテコール及びフッ素化アレーンのポリマーを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記半反射層及び反射層が、金属若しくは金属酸化物、又は多層光学フィルムを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出層に隣接する半反射層の面は、約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記反射層と吸着媒体の基底との間の、吸着剤充填コンポジットの多孔質層を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の装置を含む、レスピレータ。
【請求項２４】
Ａ）エンクロージャを提供する工程であって、
ｉ）前記エンクロージャを通じて流れる目的の蒸気を吸着する吸着媒体を含む空間と、
ｉｉ）薄膜多層インジケータであって、
ａ） ｂ）とｃ）との間に位置する、光学的厚さが、蒸気の存在で変化する多孔質検出層と、
ｂ）前記エンクロージャの外側から見える、半反射層と、
ｃ）前記蒸気に透過性の反射層、とを含む薄膜多層インジケータとを含むエンクロージャを提供する工程と、
Ｂ）前記媒体の少なくとも一部が前記蒸気によって飽和する際、蒸気が前記反射層から、前記検出層へと通過し、前記検出層の光学的厚さを十分に変えて、前記半反射層を通じて見たときに、前記インジケータの外観に視覚的に認識可能な変化を生じるように、前記エンクロージャ内の前記媒体を、前記反射層に十分近くに配置する工程と、
Ｃ）前記エンクロージャを密閉する工程、とを含む、保護装置を作製する方法。
【請求項２５】
前記装置が、空気浄化レスピレータカートリッジを構成する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記インジケータが、可撓性であり、破断することなく曲げることができる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記エンクロージャが、前記インジケータを覆う透明なビューポートを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記媒体が、微粉固体を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記媒体が炭素を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記検出層が、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚ささの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
プラズマ化学蒸着によって前記検出層を形成する工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記検出層が、疎水性（メタ）アクリレート、二官能性モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、又はこれらの混合物又は組み合わせから調製される、又は調製することができる、ポリマー、コポリマー又はこれらの混合物を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記検出層が、固有ミクロ孔質を有するポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記検出層が、ビス−カテコール及びフッ素化アレーンのポリマーを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記半反射層及び反射層が、金属若しくは金属酸化物、又は多層光学フィルムを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記検出層に隣接する半反射層の面は、約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３７】
前記反射層と吸着媒体の基底の間に、吸着剤充填コンポジットの多孔質層を配置する工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
前記エンクロージャを、レスピレータに取り付ける工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２０１０−５０２３７５（Ｐ２０１０−５０２３７５Ａ）
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２７４８２（Ｐ２００９−５２７４８２）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７６２８７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３３６４７
【国際公開日】平成２０年３月２０日（２００８．３．２０）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７６２８７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３３６４７
【国際公開日】平成２０年３月２０日（２００８．３．２０）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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