米乐m6官方网站 开发出小型、长寿命的氧气传感器

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”），化学工艺研究部，纳米空间设计组，伊藤哲二，首席研究员，长谷川泰久，Technomedica Co, Ltd方法开发部研究组组长，吉田明子，东北大学材料科学研究所（WPI-AIMR），西原博友教授等（多学科材料科学研究所）与富士西利西亚化学株式会社研究开发组组长井泽健一、筑波大学医学研究科小儿外科藤井俊介博士（现就职于东京都立医院机构、地方独立行政机构东京都立儿童医疗中心）合作，成功开发出小型、长寿命、可连续使用的氧传感器。这个结果是工作电极没有银污染参考极的开发使这成为可能

传统的小型氧传感器存在银离子从银/氯化银(Ag/AgCl)参比电极中洗脱并沉淀在工作电极上的问题，从而无法进行精确测量。我们，普鲁士蓝石墨烯涂层多孔二氧化硅球(PB/G/PSS)作为参比电极，我们成功开发了一种紧凑型氧传感器，可以长时间连续使用而无需离子洗脱。这一结果可应用于医疗环境中的血氧分析，并被认为有助于“提高生活质量”。

该技术的详细信息将于 2024 年 8 月 20 日公布。ACS 应用材料与界面'' 也将出现在封面（补充期刊封面）上。

血气分析仪是一种分析血液中氧气和二氧化碳分压以及 pH 值的测试设备。根据诊断结果，我们了解患者的病情并决定治疗方法。特别是，它作为紧急检测设备发挥着重要作用，可以评估呼吸衰竭等严重疾病患者的状况，并用于急诊室和手术室等紧急医疗环境。此外，使用常用的简单方法（例如脉搏血氧计）很难准确地分析血液，因此其在紧急情况下的医疗环境中的使用受到限制。目前，可连续使用的中大型设备已成为主流，预计2020年市场规模将达到2400亿日元，2027年将达到3500亿日元。

在这种情况下，特别是对于儿童和新生儿的血气分析，需要的是设备小型化并减少所需的样本（血样）量。因此，紧凑型氧传感器的开发正在积极进行。然而，传统的小型氧传感器存在从Ag/AgCl参比电极洗脱的银沉淀在工作电极上的问题，导致无法在短时间内进行精确分析，这一直是小型化的障碍。需要开发一种小型、长寿命的血氧浓度传感器，该传感器可以使用参比电极进行连续测量，从而防止传感器性能恶化。

在此背景下，日本综合技术研究所、TechnoMedica、东北大学、富士西利西亚化学公司和筑波大学一直在合作开发新型参比电极，并致力于开发可连续测量的长寿命紧凑型氧浓度传感器。

小型氧传感器有工作电极，相反，它由参比电极、覆盖三个电极的电解质和透气膜组成，工作电极和对电极均采用铂（图1（a））。通过测量工作电极和对电极之间流动的电流，可以测量工作电极处还原的氧气量，即血液中的氧分压。此时，通过在参比电极和工作电极之间施加恒定电压来保证测量精度。然而，对于传统的小型氧传感器，从Ag/AgCl参比电极洗脱的银沉积在工作电极上（图1（b）），这改变了工作电极和对电极之间流动的电流值，从而无法准确测量氧分压。

我们开发的氧传感器采用石墨烯涂层的多孔二氧化硅球 (PB/G/PSS)，该球以高度分散的状态携带普鲁士蓝作为参比电极，从而可以将传统传感器的尺寸从约 5 厘米缩小到直径 25 毫米，并能够连续使用（图 1(c)）。参比电极需要诸如大表面积、高电导率以及表现出低溶解度氧化还原反应的化学物质等特性。在本研究中，我们在具有大比表面积的多孔二氧化硅球的表面涂覆了导电石墨烯，并溶解度积约为10氯化银³¹通过支持在极短的时间内表现出氧化还原反应的普鲁士蓝，我们成功开发了一种具有参比电极所需特性的材料。我们还通过印刷形成了一个充满颗粒的电极（图1（c））。

图2(a)显示了当连续通过氧分压为90mmHg的水溶液时电流值随时间的变化。当使用PB/G/PSS作为参比电极时，5天内电流值稳定在约-8纳安，并且工作电极上没有观察到沉积物（图2（b））。我们还确认了氧分压与电流值成正比。另一方面，当使用Ag/AgCl作为参比电极时，电流值在20小时内变为约-13纳安，证实银沉积在工作电极上（图2（c））。这些结果表明，通过使用PB/G/PSS参比电极可以实现能够连续测量的紧凑型氧传感器。

新开发的紧凑型、长寿命、可连续使用的氧传感器有望使血气分析仪小型化，并可用于各种紧急情况，例如救护车运送患者时。

未来，我们计划将开发的小型氧传感器整合到血气分析仪中。这将使医疗环境中的持续分析成为可能，并有望有助于改善生活质量。

已出版的杂志：ACS 应用材料与界面
论文标题：使用普鲁士蓝用于小型氧传感器的无污染参比电极
作者：Akiko Yoshida、Kritin Pirabul、Shunsuke Fujii、Zheng-Ze Pan、Takeharu Yoshii、Mutsuhiro Ito、Kenichi Izawa、Yuka Minegishi、Yukinori Noguchi、Norihito Hiyoshi、Kota Takeda、Yasuhisa Hasekawa、Tetsuji Itoh 和 Hirotomo Nishihara
DOI：101021/acsami4c05103
网址：https://pubsacsorg/doi/full/101021/acsami4c05103

工作电极、对电极、参比电极

构成测量氧气浓度的传感器的电极。工作电极是待测氧气发生反应的电极。对电极是电流流过的工作电极的配对电极。参比电极是用作控制施加到工作电极的电位的参比电位的电极。采用新开发的参比电极，通过普鲁士蓝的氧化还原反应可以使参比电极所表现出的电位保持恒定，从而使工作电极和参比电极之间施加的电位保持恒定。[返回来源]

普鲁士蓝

一种深蓝色物质，与铁离子牢固结合形成稳定的化合物。通过使用普鲁士蓝，与传统参比电极不同，污染工作电极的金属离子不会被洗脱。[返回来源]

石墨烯

一种原子厚的片状化合物，其中碳原子以六边形图案连接。具有导电性、导热性和强度优异，用于电极材料。[返回来源]

多孔二氧化硅球

粒径为10至50μm的二氧化硅球，内部有许多孔隙。孔内可负载大量的铁-普鲁士蓝络合物。[返回来源]

溶解度积

微溶于溶液的盐饱和溶液中阴离子和阳离子浓度的乘积。如果温度条件相同，则根据物质的不同，该值将是唯一的。[返回来源]