JP6391087B2

JP6391087B2 - 吸着装置及び分析装置

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Publication number: JP6391087B2
Application number: JP2014134783A
Authority: JP
Inventors: 李　相錫; 相錫李; 英俊宮下; 悟岸田; 雅志關
Original assignee: Toshiba TEC Corp; Tottori University
Current assignee: Toshiba TEC Corp; Tottori University
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: JP2016011929A

Description

本発明の実施形態は、吸着装置及び分析装置に関する。

現在、代謝反応及び生化学的病態メカニズム等を、呼気中に含まれる揮発性物質の濃度とその変動とから明らかにする研究が進んでいる。

例えば、呼気中のエタン、ペンタン及び過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）は、酸化ストレスとの相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、脂質酸化、喘息又は気管支炎という症状が現れてくる。

また、呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）及びＨ₂Ｏ₂は、肺疾患との相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、喘息又は慢性閉塞性肺炎の症状が見られる。

呼気中の水素（Ｈ₂）及びカーボンアイソトープは、胃腸疾患との相関が高い。呼気中のこれらの濃度が高くなると、消化不良、胃炎又は十二指腸潰瘍の症状が見られる。

また、呼気中のアセトンは、代謝異常との相関が高い。呼気中のアセトン濃度が高くなると、糖尿病の症状が見られる。他方、健康なヒトと比較して呼気中のアセトン濃度が低いヒトは、メタボリック症候群の傾向が見られる。

上述した関係は、痛みを伴わない簡便的な早期病床診断への応用が期待されている。しかしながら、呼気中に含まれる揮発性物質の濃度は、ppm（parts by million）からppb（parts by billion）レベルである。それ故、呼気成分を定量分析するためには、高い分解能を持つ分析装置が必要となる。

この分析装置としては、カラムを利用して呼気中の成分を分離し、分離した成分を光イオン化検出器などで検出するガス分析装置が一般的に知られている。この分析装置は、十分な分解能を有している。しかしながら、この分析装置は、寸法が大きく、価格も高いため、小さな個人病院では導入することが困難である。このことが、呼気分析が普及しない原因となっている。

また、他の分析手法として、金属錯体が特定の分子を選択的に吸着する性質を利用した技術が知られている。例えば、或るマンガンフタロシアニンは、アセトンに対する吸着能が高い。カーボンナノチューブからなる導電性基体は、このマンガンフタロシアニンで表面修飾すると、マンガンフタロシアニンのアセトン吸着量に応じて電気伝導度が変化する。従って、このマンガンフタロシアニンで表面修飾した導電性基体を備えたセンサは、呼気中のアセトン濃度の測定に利用可能である。

しかしながら、金属錯体は、化学構造が類似した分子に対してほぼ等しい吸着能を示す。また、導電性基体の表面が平坦でない場合には、この表面を金属錯体により均一に修飾することは困難である。不均一な表面修飾は、正確な測定を困難にする。

特開２０１０−１０７３１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、寸法が小さく且つ高い精度での分析が可能な分析装置を実現可能とすることにある。

実施形態によれば、シリコンからなる基材と、前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、アルカリイオンを含まないガラスからなり、前記基材に直接接合され、前記複数のカーボンナノチューブ束を収容した中空構造を前記基材とともに形成している封止部材であって、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第１及び第２貫通孔が設けられている封止基材とを具備した吸着装置が提供される。

他の実施形態によれば、前記吸着装置と、前記吸着装置を支持する支持体と、前記支持体に支持された前記吸着装置に流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路とを具備した分析装置が提供される。

実施形態に係る分析装置を概略的に示す図。図１の分析装置が含んでいる吸着装置の平面図。図２の吸着装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。図２及び図３の吸着装置の分解斜視図。図２乃至図４の球チャック装置が含んでいるカーボンナノチューブ束を概略的に示す斜視図。カーボンナノチューブ束の配置と呼気の流れとの関係の一例を概略的に示す平面図。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示す分析装置１は、呼気に含まれる特定成分、例えば揮発性有機化合物の濃度を分析するための装置である。ここで、検体は、典型的にはヒトの呼気であるが、ヒトを除く動物の呼気であってもよい。また、揮発性有機化合物は、例えば、エタン、ペンタン又はアセトンである。

分析装置１は、吸着装置２と、支持体３と、脱着装置４と、導管５ａ及び５ｂと、測定装置６とを含んでいる。

吸着装置２は、複数のカーボンナノチューブ束を収容した中空構造を有している。これらカーボンナノチューブ束は、呼気中の１以上の物質、即ち、上記成分を物理吸着する。吸着装置２には、その内部空間と外部空間とを連絡する一対の貫通孔が設けられている。吸着装置２の詳細な構造については、後で説明する。

支持体３は、吸着装置２を支持している。支持体３は、吸着装置２を着脱可能に支持していてもよく、着脱不可能に支持していてもよい。

脱着装置４は、上記物質のカーボンナノチューブ束からの脱着を生じさせる。脱着装置４は、例えば、カーボンナノチューブ束又は吸着装置２への加熱、加振若しくは光照射、カーボンナノチューブ束が収容された空間に対する減圧若しくは気体及び液体などの流体の流通、又はそれらの２以上の組み合わせにより、上記物質のカーボンナノチューブ束からの脱着を生じさせる。ここでは、一例として、脱着装置４は抵抗加熱器であるとする。

導管５ａの一端は、吸着装置２の一方の貫通孔に接続されている。導管５ａは、被検体の口から吸着装置２へと呼気を導いて、呼気に含まれる上記１以上の物質をカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路を構成している。

導管５ｂの一端は、吸着装置２の他方の貫通孔に接続されている。導管５ｂの他端は、測定装置６に接続されている。導管５ｂは、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を吸着装置２から測定装置６へと導く第２流路を構成している。

測定装置は、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を定量する。測定装置は、例えば、ガスクロマトグラフである。

この分析装置１による分析では、先ず、導管５ａを介して吸着装置２の内部空間へ呼気を供給するとともに、吸着装置２の内部空間から導管５ｂを介して呼気を排出する。呼気が吸着装置２の内部空間を流通すると、カーボンナノチューブ束は、呼気中に含まれる物質の一部を吸着する。カーボンナノチューブ束が十分な量の物質を吸着した後、吸着装置２の内部空間への呼気の供給及び吸着装置２の内部空間からの呼気の排出を停止する。

次いで、脱着装置４を作動させる。カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、脱着装置４を作動させると、カーボンナノチューブ束は、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、吸着装置２の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、呼気中の上記物質の濃度と比較して高くなる。

その後、吸着装置２の内部空間内のガスを、導管５ｂを介して測定装置６へと供給する。例えば、導管５ａを介して吸着装置２の内部空間へ不活性ガスを供給して、高い濃度で上記物質を含有したガスを、吸着装置２の内部空間から導管５ｂへ介して測定装置６へと送り出す。測定装置６は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。

呼気が含んでいる成分の多くは、窒素、酸素、二酸化炭素及び水蒸気である。呼気中の揮発性有機化合物の濃度は１％以下に過ぎない。そのため、呼気をそのままの状態でガスクロマトグラフを用いた分析に供しても、高い精度で定量分析することはできない。

これに対し、この分析装置１では、上記物質の濃度を高めたガスを測定装置６へ供給する。そのため、例えば、測定装置６の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置６は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。

また、カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、吸着装置２は、繰り返し使用することができる。なお、吸着装置２は、１回の分析毎に新品に交換してもよい。

更に、吸着装置２では、金属錯体などによる化学吸着ではなく、カーボンナノチューブ束による物理吸着を利用するので、金属錯体による表面修飾などに起因した不均一を生じない。それ故、分析精度がこの不均一性の影響を受けることはない。

次に、吸着装置２について詳細に説明する。
図２乃至図４に示すように、吸着装置２は、吸着装置本体２１と、封止部材２２とを含んでいる。

吸着装置本体２１は、図５に示すように、基材２１１と、複数のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを含んでいる。

基材２１１は、例えば薄板状である。基材２１１は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。基材２１１の材料としては、例えば、シリコン、ガラス、酸化マグネシウム、サファイア、又は酸化アルミニウムを使用することができる。ここでは、一例として、基材２１１はシリコン基板であるとする。基材２１１としてシリコン基板を使用した場合、吸着装置本体２１の製造に、例えば、半導体プロセスで利用されている技術及び装置を利用することができる。

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１の一方の主面から伸びている。ここでは、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１の一方の主面に対して略垂直な方向に延びている。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、真っ直ぐに伸びていてもよく、撓んでいてもよい。

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、その長さ方向に各々が伸びた多数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブは、例えば、シングルウォールチューブである。カーボンナノチューブは、アームチェアチューブ、ジグザグチューブ、及びカイラルチューブの何れであってもよい。

カーボンナノチューブの長さは、例えば、５０μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。カーボンナノチューブの直径は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ間の距離は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の径は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さは、例えば、５０μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置している。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間の距離は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１上の複数の単位領域から伸びている。これら単位領域の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域からなる。具体的には、単位領域の各々は、複数のサブ領域からなり、典型的には回転対称性を有している。各サブ領域は、回転軸から外側へ向けて伸びた形状を有している。

ここでは、図６に示すように、単位領域２１１０の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄからなる。サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの各々は、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状、具体的には、単位領域２１１０の中心側の端が反対側の端と比較して曲率半径がより小さい液滴形状を有している。サブ領域２２１０ａの長さ方向Ｄａは、サブ領域２１１０ｃの長さ方向Ｄｃに対して平行である。サブ領域２２１０ｂの長さ方向Ｄｂは、サブ領域２１１０ｄの長さ方向Ｄｄに対して平行である。方向Ｄａ及びＤｃは、方向Ｄｂ及びＤｄに対して垂直である。

方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。この場合、方向Ｄａが直線Ｌに対して成す角度θａは、例えば、０°より大きく且つ９０°未満の範囲内とする。また、この場合、方向Ｄｂが直線Ｌに対して成す角度θｂは、例えば、９０°より大きく且つ１８０°未満の範囲内とする。更に、この場合、方向Ｄｃが直線Ｌに対して成す角度θｃは、例えば、１８０°より大きく且つ２７０°未満の範囲内とする。そして、この場合、方向Ｄｄが直線Ｌに対して成す角度θｄは、例えば、２７０°より大きく且つ３６０°未満の範囲内とする。ここでは、角度θａ、θｂ、θｃ及びθｄは、それぞれ、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°である。

なお、直線Ｌは、図２乃至図４に示す貫通孔ＴＨ１及びＴＨ２の開口のうち、吸着装置２の内部空間側に位置した開口の中心を通る直線である。方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いていなくてもよい。また、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄは、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状を有していなくてもよい。

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ全体に亘り、高さ方向に垂直な断面の形状が、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とそれぞれほぼ等しい。図６に示す単位領域２１１０は、基材２１１上で縦横に配列している。図２乃至図４に示すように、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄから各々がなる単位構造２１２も、単位領域２１１０の配列に対応して基材２１１上で縦横に配列している。

ここでは、単位領域２１１０の各々を４つのサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄで構成しているが、単位領域２１１０の各々は、２つ、３つ、又は５つ以上のサブ領域で構成してもよい。或いは、単位領域２１１０の各々は、連続した１つの領域であってもよい。

単位領域２１１０と単位構造２１２との間には、図５に示す下地層２１３が介在している。下地層２１３は、バリア層２１３ａと触媒層２１３ｂとを含んでいる。

バリア層２１３ａは、触媒層２１３ｂを構成している材料が基材２１１へと拡散するのを抑制する。バリア層２１３ａは、例えば、アルミナ、二酸化シリコン、五酸化タンタル、又は酸化ハフニウムからなる。バリア層２１３ａは、単位領域２１１０と単位構造２１２との間にのみ存在しているが、基材２１１の主面全体を覆うように設けてもよい。バリア層２１３ａは省略することができる。

触媒層２１３ｂは、カーボンナノチューブ生成のシード及びその成長を促進する触媒としての役割を果たす。触媒層２１３ｂは、単位領域２１１０と単位構造２１２との間にのみ存在している。触媒層２１３ｂは、例えば、鉄などの金属からなる。

封止部材２２は、例えば薄板状である。封止部材２２は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。ここでは、一例として、封止部材２２はガラス板であるとする。封止部材２２としてガラス板を使用した場合、後述する凹部や貫通孔の形成が容易である。また、基材２１としてシリコン基板を使用し、封止部材２２としてガラス板を使用した場合、接着剤なしでそれらを接合することができる。

図４に示すように、封止部材２２は、その一方の主面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３と、溝ＧＲ１及びＧＲ２とを有している。凹部ＲＳ３は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２との間に位置している。溝ＧＲ１は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡している。溝ＧＲ２は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２とを連絡している。

ここでは、２つの溝ＧＲ１で凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ１の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。また、ここでは、２つの溝ＧＲ２で凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ２の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。

封止部材２２は、凹部ＲＳ３の底面が単位構造２１２と向き合うように基材２１に接合されている。封止部材２２は、図３に示すように、基材２１とともに中空構造を形成している。具体的には、この中空構造において、図４に示す凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３は、それぞれ、図２及び図３に示すチャンバＣＨ１乃至ＣＨ３を形成している。図４に示す溝ＧＲ１及びＧＲ２は、それぞれ、図２に示すように、チャンバＣＨ１及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ１、及び、チャンバＣＨ２及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ２を構成している。なお、単位構造２１２は、チャンバＣＨ３内に位置している。

図４に示すように、封止部材２２は、凹部ＲＳ１及びＲＳ２の底部に対応した位置に、第１貫通孔ＴＨ１及び第２貫通孔ＴＨ２を有している。貫通孔ＴＨ１は、チャンバＣＨ１を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ２は、チャンバＣＨ２を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ１の数は２以上であってもよい。また、貫通孔ＴＨ２の数も２以上であってもよい。

封止部材２２には、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設けなくてもよい。即ち、封止部材２２の基材２１１と向き合う面は、平坦であってもよい。この場合、例えば、基材２１１の封止部材２２と向き合う面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設ける。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、凹部ＲＳ３の底面に配置する。

封止部材２２は省略することができる。例えば、図１に示す分析装置１が、吸着装置本体２１を収容し且つ吸着装置２について上述した中空構造と同様の機能を有している容器を含んでいる場合、封止部材２２は省略してもよい。或いは、図１に示す分析装置１が、封止部材２２と同様の機能を有している部材、即ち、基材２１１と組み合わせることによりカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを収容する中空構造を形成する部材を含んでいる場合、封止部材２２は省略してもよい。

この吸着装置２は、例えば、以下の方法によって製造する。
先ず、図３乃至図５に示す吸着装置本体２１を準備する。即ち、基材２１１上に、図５に示すバリア層２１３ａ及び触媒層２１３ｂをこの順に形成する。バリア層２１３ａ及び触媒層２１３ｂの各々は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。次いで、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、カーボンナノチューブを生成及び成長させる。触媒層２１３ｂの存在により、カーボンナノチューブを生成及び成長は、触媒層２１３ｂの位置で選択的に生じる。その結果、カーボンチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄが得られる。

次に、このようにして得られた吸着装置本体２１と、別途用意した封止部材２２とを、図３に示すように接合する。基材２１１がシリコンからなり、封止部材２２がナトリウムイオンなどのアルカリイオンを含まないガラスからなる場合、吸着装置本体２１と封止部材２２とは、例えば、表面活性接合によって接合することができる。吸着装置本体２１と封止部材２２との接合には接着剤を使用することもできるが、それらを直接接合した場合、接着剤に含まれる成分が測定に影響を及ぼすことがない。
以上のようにして、図２乃至図４に示す吸着装置２を得る。

次に、この吸着装置２における呼気の流れ等について説明する。
吸着時には、図２などに示す貫通孔ＴＨ１を介して、吸着装置２の内部空間へ呼気を供給する。

貫通孔ＴＨ１を通過した呼気は、先ず、チャンバＣＨ１に到達する。チャンバＣＨ１とチャンバＣＨ３とは複数の流路ＦＰ１によって接続しているので、呼気の流れは、流路ＦＰ１によって複数の流れへと分けられる。チャンバＣＨ３には複数個所から呼気を供給するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ１近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。

これら流れは、チャンバＣＨ３において合流する。呼気がチャンバＣＨ３を通過する過程で、単位構造２１２を構成しているカーボンナノチューブ束は、呼気が含んでいる１以上の物質を吸着する。

その後、この呼気の流れは、流路ＦＰ２によって複数の流れへと分けられ、チャンバＣＨ２において合流する。チャンバＣＨ３からは複数個所から呼気を排出するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ２近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。

チャンバＣＨ２に到達した呼気は、貫通孔ＴＨ２を介して、吸着装置２の外部へと排出する。

脱着時には、図１に示す脱着装置４を作動させる。図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけであるので、図１に示す脱着装置４を作動させると、図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、図２及び図３に示す吸着装置２の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、呼気中の上記物質の濃度と比較して高くなる。

その後、例えば、貫通孔ＴＨ１を介して吸着装置２の内部空間へ不活性ガスを供給することにより、上記物質を高い濃度で含んだガスを、貫通孔ＴＨ２を介して吸着装置２の外部へと排出する。なお、吸着時と同様に、チャンバＣＨ３内では流速に大きなばらつきを生じることはない。従って、比較的少量の不活性ガスを流通させるだけで、上記物質を高い濃度で含んだガスを排出することができる。

上記の通り、図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、多数のカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ間には隙間がある。それ故、呼気の一部は、チャンバＣＨ３を通過する際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの何れかの内部を通過する。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、その表面だけでなく、内部においても、呼気中の１以上の物質を吸着する。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の内部では、その表面と比較して、吸着した物質の脱着は生じ難い。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、高い吸着効率を示す。

また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置させている。即ち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間に隙間を設けている。それ故、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、呼気の流れを過剰に妨げることがない。

また、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ方向に垂直な断面の形状が、それぞれ、図６に示すサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とほぼ等しい。図６の方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。そして、図２のチャンバＣＨ３における呼気の平均的な流れの方向は、図６の直線Ｌに対して平行である。このような構造を採用すると、呼気の流れが最適化され、高い吸着効率を達成できる。

そして、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、それらが吸着している上記物質のほぼ全量を脱着させることは容易である。

従って、この吸着装置２を使用すると、上記物質の濃度を十分に高めたガスを得ることができる。そのため、例えば、測定装置の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。

以上、分析装置１及び吸着装置２を呼気の分析に利用することを説明したが、分析装置１及び吸着装置２は、呼気以外の気体の分析に利用することも可能である。例えば、分析装置１及び吸着装置２は、燃焼装置の排気ガスの分析にも利用することができる。

また、分析装置１及び吸着装置２は、液体の分析に利用することも可能である。上水及び下水などの水の分析に利用することもできる。

吸着装置２は、分析以外の目的で使用することも可能である。例えば、吸着装置２は、空気清浄器に利用して、空気中に存在するＰＭ２．５又は浮遊カビなどの大きさが１００μｍ以下の汚れを吸着させることもできる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
基材と、
前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と
を具備した吸着装置。
［２］
前記基材に接合され、前記複数のカーボンナノチューブ束を収容した中空構造を前記基材とともに形成している封止部材を更に具備し、前記封止部材には、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第１及び第２貫通孔が設けられている［１］に記載の吸着装置。
［３］
前記複数のカーボンナノチューブ束は、前記基材上の複数の単位領域であって、放射状に配置された複数のサブ領域から各々がなる複数の単位領域から伸びている［１］又は［２］に記載の吸着装置。
［４］
前記複数のカーボンナノチューブ束は、前記基材上の複数の単位領域であって、放射状に配置された複数のサブ領域から各々がなる複数の単位領域から伸びており、
前記複数のサブ領域の各々の長さ方向は、そのサブ領域に対して垂直な方向から見た場合に、前記第１貫通孔の前記内部空間側の開口の中心と前記第２貫通孔の前記内部空間側の開口の中心とを通る直線に対して傾いている［２］に記載の吸着装置。
［５］
［１］乃至［４］の何れかに記載の吸着装置を支持する支持体と、
前記支持体に支持された前記吸着装置に流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、
前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路と
を具備した分析装置。

１…分析装置、２…吸着装置、３…支持体、４…脱着装置、５ａ…導管、５ｂ…導管、６…測定装置、２１…吸着装置本体、２２…封止部材、２１１…基材、２１２…単位構造、２１２ａ…カーボンナノチューブ束、２１２ｂ…カーボンナノチューブ束、２１２ｃ…カーボンナノチューブ束、２１２ｄ…カーボンナノチューブ束、２１３…下地層、２１３ａ…バリア層、２１３ｂ…触媒層、２１１０…単位領域、２１１０ａ…サブ領域、２１１０ｂ…サブ領域、２１１０ｃ…サブ領域、２１１０ｄ…サブ領域、ＣＨ１…チャンバ、ＣＨ２…チャンバ、ＣＨ３…チャンバ、Ｄａ…長さ方向、Ｄｂ…長さ方向、Ｄｃ…長さ方向、Ｄｄ…長さ方向、ＦＰ１…流路、ＦＰ２…流路、ＧＲ１…溝、ＧＲ２…溝、Ｌ…直線、ＲＳ１…凹部、ＲＳ２…凹部、ＲＳ３…凹部、ＴＨ１…貫通孔、ＴＨ２…貫通孔、θａ…角度、θｂ…角度、θｃ…角度、θｄ…角度。

Claims

シリコンからなる基材と、
前記基材から伸び、互いから離れて位置した複数のカーボンナノチューブ束と、
アルカリイオンを含まないガラスからなり、前記基材に直接接合され、前記複数のカーボンナノチューブ束を収容した中空構造を前記基材とともに形成している封止部材であって、前記中空構造の内部空間と外部空間とを各々が連絡する第１及び第２貫通孔が設けられている封止基材と
を具備した吸着装置。
前記複数のカーボンナノチューブ束は、前記基材上の複数の単位領域であって、放射状に配置された複数のサブ領域から各々がなる複数の単位領域から伸びている請求項１に記載の吸着装置。
前記複数のカーボンナノチューブ束は、前記基材上の複数の単位領域であって、放射状に配置された複数のサブ領域から各々がなる複数の単位領域から伸びており、
前記複数のサブ領域の各々の長さ方向は、そのサブ領域に対して垂直な方向から見た場合に、前記第１貫通孔の前記内部空間側の開口の中心と前記第２貫通孔の前記内部空間側の開口の中心とを通る直線に対して傾いている請求項１に記載の吸着装置。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の吸着装置と、
前記吸着装置を支持する支持体と、
前記支持体に支持された前記吸着装置に流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、
前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路と
を具備した分析装置。