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センサー素子およびこれを用いた外部刺激測定装置並びに外部刺激の測定方法 新技術説明会

国内特許コード P110004094
整理番号 K053P105
掲載日 2011年7月6日
出願番号 特願2007-514713
登録番号 特許第5120808号
出願日 平成18年4月24日(2006.4.24)
登録日 平成24年11月2日(2012.11.2)
国際出願番号 JP2006308556
国際公開番号 WO2006118077
国際出願日 平成18年4月24日(2006.4.24)
国際公開日 平成18年11月9日(2006.11.9)
優先権データ
  • 特願2005-133431 (2005.4.28) JP
発明者
  • 宮田 隆志
  • 浦上 忠
  • 大川 香織
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 学校法人 関西大学
発明の名称 センサー素子およびこれを用いた外部刺激測定装置並びに外部刺激の測定方法 新技術説明会
発明の概要 外部刺激に応じた体積変化を、簡便且つ確実に、センサーシステムを構築する上で取り扱いやすい光学的情報に転換可能な光学特性分子導入刺激応答性ゲルおよびこれを用いた外部刺激測定装置並びに外部刺激の測定方法を提供する。 蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子を、当該蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子の含有量が、上記光学特性分子導入刺激応答性ゲル内の蛍光発色団を有する分子の濃度、または、上記光学特性分子導入刺激応答性ゲル内の可視光若しくは紫外光を吸収する分子の濃度が、上記光学特性分子導入刺激応答性ゲルの蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度と、略比例するような範囲となるように刺激応答性ゲルに導入する。
従来技術、競合技術の概要

pH、温度、イオン濃度などの外部刺激に応じて膨潤または収縮により体積変化を起こす刺激応答性ゲルはセンサー素子等として高い可能性を持っている。従来、その体積変化は主に顕微鏡による体積測定や天秤などによる重量測定による評価が中心であった。しかし、かかる方法では、実際に刺激応答性ゲルをセンサー素子として利用して新しいシステムを構築する場合には取り扱いの上で大きな障害となる。


そこで最近では、このような問題を解決するために、刺激応答性ゲル内にシリカ粒子などの微粒子を配列し、これによって生じる構造色を利用したシステムが報告されている(例えば、非特許文献1、特許文献1等参照。)。この方法では、刺激応答性ゲルが外部刺激によって膨潤率を変化させるとシリカ粒子の間隔が変化して、構造色の波長や強度が変化することを利用して、体積変化を光学的変化に変換する。また、かかる微粒子を並べた刺激応答性ゲルから当該微粒子のみを溶解して規則正しい孔を並べることによっても同様に構造色が現れるので、かかる方法によって体積変化を光学的変化に変換するシステムも報告されている(例えば、特許文献2等参照。)。


また、刺激応答性ゲルの体積変化自体を光学的情報に変換するものではないが、2枚の透明な板の間に刺激応答性ゲル粒子を並べて光を照射し、刺激応答性ゲル粒子の体積変化によって光の透過率を変化させる光学素子やセンサについての報告がある(例えば、特許文献3、4、5、6等参照。)。これらの報告では、色材が分散されている刺激応答性ゲル粒子を用いることについて記載されており、刺激応答性ゲル粒子が膨潤すると、2枚の板の間には膨潤したゲル粒子が充満し、光はすべてゲル粒子中の顔料等に吸収されるため着色状態となり、一方ゲル粒子が収縮した状態では、ゲル粒子が2枚の板の間の空間を占める割合が非常に小さくなり、光は殆ど顔料等に吸収されずに透過するため消色状態となることを利用することが記載されている。
【特許文献1】
特表2001-505236号公報(平成13年(2001)4月17日公開)
【特許文献2】
特開2004-27195号公報(平成16年(2004)1月29日公開)
【特許文献3】
特開2000-266676号公報(平成12年(2000)9月29日公開)
【特許文献4】
特開平11-228850号公報(平成11年(1999)8月24日公開)
【特許文献5】
特開2001-33832号公報(平成13年(2001)2月9日公開)
【特許文献6】
特開2005-10490号公報(平成17年(2005)1月13日公開)
【非特許文献1】
J.H.Holtz,S.A.Asher,Nature,389,829-832(1997)

産業上の利用分野

本発明は、光学特性分子導入刺激応答性ゲルおよびこれを用いた外部刺激測定装置並びに外部刺激の測定方法に関するものであり、特に外部刺激に応じた体積変化を、簡便且つ確実に、光学的情報に転換可能な光学特性分子導入刺激応答性ゲルおよびこれを用いた外部刺激測定装置並びに外部刺激の測定方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
外部刺激に応じて体積変化する刺激応答性ゲルの、外部刺激に応じた体積変化を光学的情報に変換するセンサー素子であって、
当該センサー素子は、刺激応答性ゲルに、光学特性分子が導入されている、光学特性分子導入刺激応答性ゲルからなり、
上記光学特性分子は、蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子であり、
当該光学特性分子導入刺激応答性ゲルにおける、上記蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子の含有量は、上記刺激応答性ゲル内の蛍光発色団を有する分子の濃度、または、上記光学特性分子導入刺激応答性ゲル内の可視光若しくは紫外光を吸収する分子の濃度が、それぞれ、上記光学特性分子導入刺激応答性ゲルの蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度と、略比例するような範囲であり、
上記光学特性分子導入刺激応答性ゲルの体積変化と、蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度との両対数プロットは直線関係にあり、
上記光学特性分子導入刺激応答性ゲルの蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度の測定結果を、体積変化を定量的に示すものとして用いて、外部刺激を測定可能となっていることを特徴とするセンサー素子。

【請求項2】
上記蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子の含有量は、乾燥状態の光学特性分子導入刺激応答性ゲルを100重量%としたときに、0.01重量%以上10重量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のセンサー素子。

【請求項3】
上記蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子の含有量は、乾燥状態の光学特性分子導入刺激応答性ゲルを100重量%としたときに、0.1重量%以上5重量%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサー素子。

【請求項4】
上記蛍光発色団を有する分子、または、可視光若しくは紫外光を吸収する分子は、化学結合により、上記光学特性分子導入刺激応答性ゲルに導入されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のセンサー素子。

【請求項5】
上記光学特性分子は、蛍光発色団を有する分子であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のセンサー素子。

【請求項6】
上記光学特性分子導入刺激応答性ゲルが外部刺激に応じて膨潤または収縮により体積変化する際に、吸収または放出する液体が水または有機溶媒である請求項1ないしのいずれか1項に記載のセンサー素子。

【請求項7】
上記外部刺激は、pH、イオン濃度、熱、電気、認識する分子、生体状態の変化を示すシグナル、磁場または光であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のセンサー素子。

【請求項8】
請求項1ないしのいずれか1項に記載のセンサー素子と、センサー素子が外部刺激に応じて吸収または放出する液体とを含み、当該センサー素子を外部刺激に暴露させて体積変化を起こす試料部と、当該試料部に特定波長の光を照射して、センサー素子の蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度を測定する光学的情報測定部とを少なくとも含むことを特徴とする外部刺激測定装置。

【請求項9】
さらに、上記光学的情報測定部で測定された蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度を電気信号に変換し出力する光学的情報出力部を含むことを特徴とする請求項に記載の外部刺激測定装置。

【請求項10】
さらに、上記光学的情報出力部から出力された電気信号からセンサー素子の体積変化を引き起こした外部刺激の大きさを算出する演算処理部とを備えることを特徴とする請求項に記載の外部刺激測定装置。

【請求項11】
上記演算処理部は、上記蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度に応じた上記外部刺激の大きさを示す検量線を記憶していることを特徴とする請求項10に記載の外部刺激測定装置。

【請求項12】
上記外部刺激は、pH、イオン濃度、熱、電気、認識する分子、生体状態の変化を示すシグナル、磁場または光であることを特徴とする請求項ないし11のいずれか1項に記載の外部刺激測定装置。

【請求項13】
請求項1ないし7のいずれか1項に記載のセンサー素子と、当該センサー素子が外部刺激に応じて吸収または放出する液体とを、大きさの異なる既知の外部刺激に暴露させて、センサー素子に体積変化を起こし、それぞれの大きさの外部刺激に暴露させたセンサー素子に特定波長の光を照射して蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度を測定し、蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度に応じた外部刺激の大きさを示す検量線を決定するステップと、
上記センサー素子と、センサー素子が外部刺激に応じて吸収または放出する液体とを、未知の大きさの外部刺激に暴露させて、暴露させたセンサー素子に特定波長の光を照射して蛍光強度または可視光若しくは紫外光の吸光度を測定するステップと、
測定により得られた蛍光強度または吸光度から、上記検量線を用いて、対応する外部刺激の大きさを決定するステップとを含むことを特徴とする外部刺激の測定方法。

【請求項14】
上記外部刺激は、pH、イオン濃度、熱、電気、認識する分子、生体状態の変化を示すシグナル、磁場または光であることを特徴とする請求項13に記載の外部刺激の測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 変換と制御 領域
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