性能低下を回避して長寿命を実現 小型酸素センサー：銀溶出がない新規の参照極を開発

産業技術総合研究所（産総研）は、テクノメディカや東北大学、富士シリシア化学および、筑波大学らと共同で、新規開発の参照極を用い、連続使用が可能な「長寿命小型酸素センサー」を開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

酸素センサーの大きさは直径2.5mm、従来のほぼ半分に

　産業技術総合研究所（産総研）は2024年8月、テクノメディカや東北大学、富士シリシア化学および、筑波大学らと共同で、新規開発の参照極を用い、連続使用が可能な「長寿命小型酸素センサー」を開発したと発表した。

　従来の小型酸素センサーは、基板上に「作用極」や「対極」、「参照極」を設け、これらの電極を電解液やガラス透過膜で覆う構造となっている。作用極と対極には白金（Pt）が用いられており、この間を流れる電流値を測定すれば血中の酸素分圧を測定できる。この時、参照極と作用極間に一定電圧を印加することによって、測定精度を保証している。

　ただ、参照極に銀／塩化銀（Ag／AgCl）を用いる従来の小型酸素センサーでは、ここから溶出した銀が作用極上に析出して汚染される。このため、正確な酸素分圧を測定できないなど課題もあった。

　研究グループは今回、酸素センサーの参照極にプルシアンブルーを高分散担持したグラフェン被覆多孔性シリカ球（PB／G／PSS）を用いた。具体的には、比表面積の大きな多孔性シリカ球の表面を、導電性のあるグラフェンで被覆した。さらに、塩化銀と比べ溶解度積が約10³¹分の1と低い酸化還元反応を示すプルシアンブルーを担持することで、参照極に求められる特性を実現した。電極はプリント印刷で形成している。酸素センサーの大きさも、PB／G／PSSを参照極にすることで直径は2.5mmとなり、従来の半分にできるという。

長寿命酸素センサーのメカニズム［クリックで拡大］ 出所：産総研

　試作した酸素センサーを用い、酸素分圧90mmHgの水溶液を連続的に流通させて、電流値がどのように変化するかを測定した。参照極にPB／G／PSSを用いた酸素センサーは、5日間で約−8nAと安定した電流値を示した。作用極上への析出物も確認できなかったという。一方、参照極にAg／AgClを用いた酸素センサーは、20時間後の電流値が約−13nAまで変化。作用極上に銀が析出していることも分かった。

酸素センサーの寿命と測定による銀の析出［クリックで拡大］ 出所：産総研

　研究グループは今後、開発した小型酸素センサーを血液ガス分析装置に組み込んでいく予定である。これにより、医療現場での連続分析が可能となる。

　今回の研究成果は、産総研化学プロセス研究部門ナノ空間設計グループの伊藤徹二主任研究員、長谷川泰久研究グループ長らと、テクノメディカ方式開発部の吉田朗子主任ら、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の西原洋知教授（多元物質科学研究所兼務）ら、富士シリシア化学の井澤謙一研究開発グループリーダーら、筑波大学大学院医学学位プログラム小児外科学分野の藤井俊輔医師（現在は東京都立病院機構東京都立小児総合医療センター）らによるものである。