专利名称：一氧化氮检测元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测混合气体中所含的微量的一氧化氮的一氧化氮检测元件。
背景技术：
一氧化氮(以下，也记为NO)自从被发现作为肌肉舒缓因子的主体而发挥作用以来，其生理机能得到阐明，研究着作为神经信息传递物质或传染病的标记的利用。特别是，在呼出气体中的NO气体分析，作为近年来持续增加的哮喘或过敏引起的气管炎的标记而备受注目。利用该分析法，能够不对患者增加负担，进行非侵袭性的疾病诊断。已知呼出气体中的NO气体浓度，正常成年人为2ppb 20ppb，而在哮喘或过敏症等气管炎时大约增大至3倍。另外，小孩呼出气体中的NO气体浓度，低于正常成年人的NO气体浓度。因此，需要测定呼出气体中的NO气体浓度。如果实现能够测定微量浓度的NO气体的小型且简易的测定器，能够在患者的气管炎程度判定、哮喘治疗药的给药量等哮喘的治疗方针的确定中利用。 以往，呼出气体中的NO气体测定是通过在减压下使患者的呼出气体与臭氧反应，激发该呼出气体中所含的NO气体的一部分，检测其返回基态时发出的光而进行的。但是，该化学发光法中，存在需要臭氧发生装置等昂贵的周边装置、其保存管理困难的问题。为了使哮喘患者在医院或在自家每日测定呼出气体中的NO气体浓度，进行哮喘的自我管理，需要一种廉价、小型、气体选择性优异、能够迅速地测定、高灵敏度的NO气体测定器。近年来，报道了如下方法:在真空腔室内，使以溶胶、凝胶法制作的二氧化硅膜中所含有的四磺基噻吩基卟啉钴(以下记为Co{T(5-ST)P})与NO气体反应，使用紫外可见光分光测定器检测与Co{T(5-ST)P}配位结合的NO (例如，参照非专利文献I)。根据本方法，为了实现NO气体的选择性，在Co {T (5-ST) P}的存在下使硅酸乙酯以24小时缓慢水解，在玻璃基板上涂布所得到的溶液，使其干燥，形成含有Co{T(5-ST)P}的非晶二氧化硅膜。使用该膜作为NO传感器，成功地在传感器温度200°C检测出17ppm的NO气体。另外，报道了如下方法:在四苯基卟啉钴(5，10, 15，20-四苯基_21!1，23!1-卟啉钴，以下记为CoTPP)的氯仿溶液中浸溃多孔玻璃板之后，使其干燥，由此形成CoTPP载持于多孔玻璃板上的NO传感器(例如，参照非专利文献2)。根据该报道，将该传感器装入用油扩散泵抽真空得到的反应装置中，用红外分光测定装置或紫外可见光分光测定器检测NO气体。报道有使用在溶胶、凝胶玻璃中封入细胞色素C得到的NO传感器光学地检测NO气体的方法(例如，参照专利文献I)。报道了在将作为蛋白质的细胞色素C作为NO传感器时，通过将该传感器维持在低氧环境或无氧环境中能够防止该蛋白质的经时劣化的方法(参照专利文献2)。现有技术文献专利文献
专利文献1:日本特表2008-530527号公报专利文献2:日本特表2008-530534号公报非专利文献非专利文献1:Hiromichi ARAI 等，“Optical Detection of Nitrogen Monoxideby Metal PorphineDispersed Amorphous Silica Film”，日本化学会速報誌，CHEMISTRYLETTERS, 1988 年，pp.521-524非专利文献2:宫本诚、花里善夫，《2 卜f卜9 7工二；7工>J >h-j: U'
2卜寸>錯体(:杉If 6 NO吸着杉J: σ' NO接触分解特性》，日本化学会誌，1998年，Νο5,ρρ338-34
发明内容
发明所要解决的课题在利用卟啉的现有的NO气体传感器中，存在对传感器反复照射光来进行NO的检测时传感器的性能容易经时地劣化的课题。其中，“劣化”是指关于能够检测微量NO气体的变化的大小，传感器的NO灵敏度降低的意思。本发明的目的在于提供一氧化氮检测元件，其能够测定气体中所含的数PPb级的微量NO气体，并能够抑制经时的性能劣化。用于解决课题的方法为了解决现有的课题，本发明涉及一种一氧化氮检测元件，其在表面具有色素和自由基捕获剂，该色素具有卟啉骨架且作为中心金属具有2价的钴。在本发明中，优选上述一氧化氮检测元件包括基体和在上述基体的表面所形成的探测膜，在上述探测膜内，含有上述色素和上述自由基捕获剂。具体而言，上述探测膜含有一氧化氮检测颗粒和高分子粘接剂，上述一氧化氮检测颗粒可以是在无机颗粒的表面使上述色素和上述自由基捕获剂吸附而形成的。或者，上述探测膜可以是通过在高分子粘接剂的内部分散上述色素和上述自由基捕获剂而形成的膜。另外，在本发明中，优选上述一氧化氮检测元件还具有载体，在上述载体的表面，载持有上述色素和上述自由基捕获剂。本发明还涉及一种一氧化氮检测装置，其包括:上述一氧化氮检测元件；气体导入部，使上述一氧化氮检测元件的上述表面与可能含有一氧化氮的测定气体接触；投光部，对上述表面照射光；和受光部，接受从上述表面反射的光或透过上述表面的光。此外，本发明还涉及一种一氧化氮检测方法，其包括:将上述一氧化氮检测元件初始化的第一工序；在第一工序之后，对上述一氧化氮检测元件的上述表面照射光并测定上述表面的光吸收率的第二工序；在第二工序之后，使上述一氧化氮检测元件的上述表面与可能含有一氧化氮的测定气体接触的第三工序；在第三工序之后，对上述表面照射光并测定上述表面的光吸收率的第四工序；和通过比较在第四工序中得到的上述光吸收率和在第二工序中得到的上述光吸收率，确定上述测定气体所含的一氧化氮浓度的第五工序。
发明的效果根据本发明的一氧化氮检测元件，能够抑制在反复照射光来检测NO时经时地性能劣化，能够显著地可靠性良好地测定微量NO气体浓度。


图1是本发明的实施方式I中的一氧化氮检测元件的剖面示意图；图2是表示构成图1的探测膜11的材料的关系的放大示意图；图3是表示含有本发明的一氧化氮检测元件IOA的一氧化氮检测装置的示意图；图4是表示该实施方式I的一氧化氮检测元件的紫外、可见光反射光谱；图5是表不将该实施方式I的一氧化氮检测兀件暴露于Ippm-NO气体前后的光反射率的变化的曲线图；图6是表示将该实施方式I的一氧化氮检测元件暴露于Ippm-NO气体中测得的光吸收率与NO灵敏度和NO应答时间的关系的曲线图；图7是表示将该实施方式I的一氧化氮检测元件暴露于Ippm-NO气体中测得的每单位面积的钴原子数与NO灵敏度和NO应答时间的关系的曲线图；图8是表示该实施方式I的一氧化氮检测元件的活性色素率和标准化差分光反射率的经时变化(短时间)的曲线图；图9是表示该实施方式I的一氧化氮检测元件的活性色素率和标准化差分光反射率的经时变化(长时间)的曲线图；图10是表示构成本发明的实施方式2涉及的一氧化氮检测元件的材料的关系的放大示意图；图11为表示构成本发明的实施方式3涉及的一氧化氮检测元件的材料的关系的放大示意图。
具体实施例方式以下，基于各实施方式说明本发明的一氧化氮检测元件及其制造方法。(实施方式I)图1是实施方式I中的一氧化氮检测元件IOA的剖面示意图。在该图中，探测膜11固定于基体12的表面。基体12的表面预先形成图案，划分为探测膜部111和周边部112。探测膜11形成在探测膜部111上。图2是表示构成图1的探测膜11的材料的关系的放大示意图。在该图中，在无机颗粒101的表面，载持有色素102和自由基捕获剂105，由此构成一氧化氮检测颗粒100。其中，色素102和自由基捕获剂105优选通过存在非离子性表面活性剂104而抑制凝集，分别分散，载持于无机颗粒101的表面。一氧化氮检测颗粒100彼此利用高分子粘接剂103互相结合成为一体，构成探测膜11。而且探测膜11同样利用高分子粘接剂103粘接于基体12的表面而被固定。以下详细说明构成一氧化氮检测元件的材料。(色素)本发明中使用含有卟啉配位化合物的色素102。这里，卟啉配位化合物是指具有卟啉骨架、在该卟啉骨架的中心具有金属的配位化合物。上述卟啉骨架可以以各种取代基进行修饰。在卩卜啉配位化合物的吸光光谱中，在光学波长400nm 450nm的区域(紫外光区域)具有Soret光带(也被称为B-光带)吸收和在光学波长500nm以上的区域(可见光区域)具有Q光带吸收。在卟啉配位化合物的选择上，能够考虑摩尔吸光系数和NO灵敏度的关系。中心金属的氧化还原电位对卟啉配位化合物的中心金属和NO气体的结合产生影响。根据The Porphyrin Volume III edited by David Dolphyin ACADEMIC PRESS INC.，ppl4_15，一般而言，Soret光带的摩尔吸光系数约为IO5 (M—1.cnT1)，Q光带的摩尔吸光系数约为IO3
(IVT1.CnT1 )。为了检测呼出气体中数ppb 数IOOppb的NO气体，发明人考虑优选利用摩尔吸光系数大的Soret光带的吸收光谱的变化，进行了各种研究。摩尔吸光系数具有与NO灵敏度、即与NO气体浓度成比例增大的关系。因此，在卟啉配位化合物之中，优选使用具备有对称性的分子结构的卟啉配位化合物。这是由于以具备对称性高的分子结构的卟啉配位化合物能够提高Soret光带中的吸收,而对称性低则B卜啉配位化合物在Soret光带的吸收降低。Q光带中的吸收与Soret光带中的吸收相比，难以影响卟啉配位化合物的分子结构，但摩尔吸光系数低至IO4 (M-1.cm—1)以下。为了提高啉配位化合物的NO灵敏度，可以考虑(I)选择卟啉配位化合物的中心金属和(2)通过改变卟啉骨架所具有的取代基对处于卟啉结构的中心部的大环状π共轭系供给电子(供电子性)、或吸引η共轭系的电子(吸电子性)。(I)中心金属研究作为中心金属具有铁(Fe)、Mn (锰)、钴(Co)、Ni (镍)、Zn (锌)的卟啉配位化合物所显示的NO灵敏度的结果，判明了将除了钴以外的元素作为中心金属的卟啉配位化合物，与NO气体的反应性差，NO灵敏度低。另一方面，判明了将钴作为中心金属的卟啉配位化合物显示高的NO灵敏度。Co(II)TPP时，Soret光带中的摩尔吸光系数为2.8X IO5(Μ—1.cnT1)，另一方面，Q光带中的摩尔吸光系数为1.2X104 (M—1.cnT1)。因此，在本发明中，利用作为中心金属具有2价的钴的卟啉配位化合物。具有各种金属的卟啉配位化合物所显示的与NO气体的反应性的差异，推测取决于中心金属的氧化还原电位与NO气体的氧化还原电位之差。(2)取代基接着，选择中心金属为钴并且具有对称性高的分子结构的卟啉配位化合物，研究卟啉骨架中的取代基对NO灵敏度的效果。该研究中使用的钴卟啉配位化合物=CoTP(Xi)P
的结构由以下的化学式表示。
权利要求
1.一种一氧化氮检测元件，其特征在于: 在表面具有色素和自由基捕获剂，其中，所述色素具有卟啉骨架，且作为中心金属具有2价的钴。
2.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述自由基捕获剂为硝酸灵化合物。
3.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述自由基捕获剂相对于所述色素的摩尔比为0.3 100。
4.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述一氧化氮检测元件包括基体和在所述基体的表面所形成的探测膜， 在所述探测膜内含有所述色素和所述自由基捕获剂。
5.如权利要求4所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述基体为塑料基板、陶瓷基板、金属基板、纸、织造布或无纺布。
6.如权利要求4所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述探测膜含有一氧化氮检测颗粒和高分子粘接剂， 所述一氧化氮检测颗粒是在无机颗`粒的表面使所述色素和所述自由基捕获剂吸附而形成的。
7.如权利要求6所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述无机颗粒为二氧化硅或α -氧化铝，或者为两种颗粒的混合物。
8.如权利要求6所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述高分子粘接剂的玻璃化转变温度为_150°C以上、150°C以下。
9.如权利要求4所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述探测膜是通过在高分子粘接剂的内部分散所述色素和所述自由基捕获剂而形成的。
10.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述一氧化氮检测元件还具有载体， 在所述载体的表面载持有所述色素和所述自由基捕获剂。
11.如权利要求10所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述载体为滤纸、无纺布或织造布。
12.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述色素为四苯基卟啉钴或四甲氧基苯基卟啉钴，或者为两种化合物的混合物。
13.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述色素为四羟基苯基卟啉钴。
14.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 所述一氧化氮检测元件的Soret (索雷)光带的最大光吸收率为10%以上、30%以下。
15.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 在含有所述色素的所述表面，每单位面积的钴原子数为IO15个/cm2以上、IO16个/cm2以下。
16.如权利要求1所述的一氧化氮检测元件，其特征在于: 在进行一氧化氮的检测时，对含有所述色素的所述表面照射光学波长400nm以上、450nm以下的光。
17.一种一氧化氮检测装置，其特征在于，包括: 权利要求1所述的一氧化氮检测元件； 气体导入部，使所述一氧化氮检测元件的所述表面与可能含有一氧化氮的测定气体接触； 投光部，对所述表面照射光；和 受光部，接受从所述表面反射的光或透过所述表面的光。
18.一种一氧化氮检测方法，其特征在于，包括: 将权利要求1所述的一氧化氮检测元件初始化的第一工序； 在第一工序之后，对所述一氧化氮检测元件的所述表面照射光并测定所述表面的光吸收率的第二工序； 在第二工序之后，使所述一氧化氮检测元件的所述表面与可能含有一氧化氮的测定气体接触的第三工序； 在第三工序之后，对所述表面照射光并测定所述表面的光吸收率的第四工序；和通过比较在第四工序中得到的所述光吸收率和在第二工序中得到的所述光吸收率，确定所述测定气体所含的一氧化氮浓度的第五工序。
全文摘要
本发明提供一种一氧化氮检测元件，其能够测定气体中所含的数ppb级的微量NO气体，能够抑制经时的性能劣化。该一氧化氮检测元件在表面具有色素和自由基捕获剂，其中，该色素具有卟啉骨架且作为中心金属具有2价的钴。上述一氧化氮检测元件包括基体(12)和在上述基体的表面所形成的探测膜(11)，能够在上述探测膜内含有上述色素和上述自由基捕获剂。
文档编号G01N31/00GK103154725SQ20118003796
公开日2013年6月12日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年8月3日
发明者平中弘一, 定冈芳彦, 板垣吉晃 申请人:松下健康医疗器械株式会社, 国立大学法人爱媛大学