JP2000501499A

JP2000501499A - 光ファイバーセンサの製造方法およびそれによって提供される新規センサ

Info

Publication number: JP2000501499A
Application number: JP9511255A
Authority: JP
Inventors: アール．セイフェルト，ケビン; リンチ，ローリー; ケイ．ジョンソン，デブラ; カルラ，ジョナサン; フォウラー，ウイリアム
Original assignee: オプティカルセンサーズインコーポレイテッド
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 2000-02-08
Also published as: CA2231113C; CA2231113A1; WO1997009609A1; EP0848813A1; US5656241A; EP0848813A4; US5900215A

Abstract

(57)【要約】サンプル流体における目的のパラメーターを検出または測定するための光ファイバーセンサの製造方法が提供される。このパラメーターは、ｐＨ、溶解したガス（例えば、O₂またはCO₂）の濃度などを含む。センシング化学物質(20)は、接着剤層(16)により、細長い光ファイバーデバイス(10)の遠位端に固定される。この接着剤層は、代表的にはアクリル接着剤組成物からなる。上述の方法を用いて作製された新規な光センサもまた提供される。

Description

【発明の詳細な説明】光ファイバーセンサの製造方法およびそれによって提供される新規センサ技術分野本発明は、一般に、サンプル流体中の一つあるいは一つより多くのパラメーターを測定するための光ファイバーセンサに関する。より詳細には、本発明は、このような光学センサを製造するための新規な製造方法およびそれによって製造されるセンサに関する。センサは、pHの測定ならびに酸素および二酸化炭素のようなガスの検出および定量に有用である。背景化学センサは、医学、科学的研究、工業用途などの多様な領域において使用されることが、一般的に知られている。光ファイバーおよび電気化学的アプローチは、遠隔位置におけるパラメーターの濃度を、検出および／または測定することが所望される状況において使用されることが、一般に知られている。光ファイバー化学センサの構造、性質、機能および操作上の詳細は周知であり、例えば、Hi rschfeldの米国特許第4,577,109号、Kaneの米国特許第4,785,814号、およびBlay lockの米国特許第4,842,783号、ならびにSeitz、「光ファイバーに基づく化学センサ」、Analytical Chemistry 、第56巻、第1号、16A〜34A、1984年に記載されている。このような刊行物は、化学センサが分析物と相互作用するような方式で、化学センサを、光ファイバー導波管(waveguide)、電気化学的ガスセンサなどと一体化することが公知であることを一般的に記載している。この相互作用の結果、光学的性質が変化し、この変化は、光ファイバー導波管などを通じて精査され、そして検出される。化学センサ組成物のこれらの光学的性質には、代表的には、色の変化または色の強度変化が包含される。このタイプのシステムにおいては、モニターされるパラメーターの特に微細な変化を検出することが可能であり、それによって特に感度の高い遠隔モニタリング能が提供される。光ファイバーセンサの遠位端（distal end）に導入される化学センサ組成物は、しばしば、膜として形成され、この膜は導波管デバイスまたはオプトローデ（optrode）の遠位先端にしっかりと取り付けられる。この一般的なタイプのガスセンサは、血流などの中の酸素および二酸化炭素のようなガス濃度をモニターするのにおいて有用である。ときにはpHのような他のパラメーターをモニターするセンサを与えることもまた望ましい。カリウム、ナトリウム、カルシウム、および金属イオンのようなイオン濃度もまた検出され得る。典型的な光ファイバーセンサ装置では、センサ物質は、一つあるいは一つより多くのタイプの支持手段による補助により、ほぼ遠位の位置に配置される。支持手段は、パラメーター感受性インジケーター（例えば、蛍光染料など）と、モニター、測定、および／または検出に供される物質との間の相互作用を生じさせるようなものでなくてはならない。この点について、公知のアプローチは、マイクローカプセル化を取り込んだ透過性の膜および複合体を使用する方法を包含する。れている。その特許は、インジケーター物質が溶液形態で提供され、外部環境とは膜によって分離された装置を開示している。このアプローチは、最近では、同様の分野の、たくさんの他の人たちによって迫随されている。別のアプローチは、シラン化技術を用いてインジケーター組成物を光ファイバーの先端に結合させるものである。この方法は、一般に多孔性ガラスビーズのシラン化、続くインジケーター物質とガラスビーズから伸びる官能基との共有結合（一般に、シロキサン結合を通じて行われる。例えば、Klainerらの米国特許第5 ,354,825号に示される）、および続くガラスビーズの光ファイバーへの取付けを包含する。しかし、この技術は、いくらかの欠点を受ける。例えば、ガラスビーズのファイバーへの取付けは、ビーズの大きさが小さいため、および、ガラスの細孔が容易に塞がれるため、困難であり得る。加えて、このようなタイプのセンサは、シロキサン結合の加水分解により、ガラスの溶出およびインジケーターの浸出が起こるため、過度に水溶液に曝すことはできない。さらに他の技術は、上記で参照した、Klainerらの米国特許第5,354,825号に記載のように光活性ポリマーを光ファイバーの先端へと直接、結合させることを包含する。この方法は効果的であるが、それにも関わらず、当該分野では、信頼でき、高感度で、実行が簡単で、そして製造業のために容易にスケールアップできるインジケーター物質を光ファイバーセンサ装置へ提供する代替方法への要求が残っている。本発明は、このような方法を提供し、そしてインジケーター組成物（本明細書中では、「センシング化学物質（sensing chemistry）」ということもある）を光ファイバーセンサの遠位端に固定するための接着剤層を用いることを包含する。この方法は、簡単なコーティングおよび硬化手順を含み、従って、簡単に実施される。加えて、新規方法はセンサ先端の幾何学的形状の制御を可能とし、ファイバー先端の保護層を与え、そして、センシング領域に組み込まれた物質、例えば、インジケーターおよび参照染料など、の空間的区画を可能とする。本明細書で詳細に説明されるように、この方法は、また、インジケーター含有組成物が結合し得る利用可能な表面積を増加させることによって、センサ先端でのより多くのインジケーターの使用を可能とし、そして、化学結合、機械的接着のいずれか、もしくは両方を通じて、インジケーター組成物のセンサ表面への良好な接着を提供する。このように、インジケーター組成物の浸出および／または層剥離の可能性が最少限度である、とても信頼でき、高感度なセンサ装置が提供される。上記に引用された参考文献に加えて、次のものは、光ファイバーセンサのインジケーター物質を提供する方法に関連する： SchironeらのAnalytica Chimica Acta、第232巻、337〜344頁、1990年、Motel lierらのSensors and Actuators B、第11巻、467〜473頁、1993年、MorenoらのA nalytica Chimica Acta、第230巻、35〜40頁、1990年、Wolfbeisらの、Fresnius Z. Anal.Chem.、第334巻、162〜165頁、1989年、WolfbeisらのSPIE Optlcal Fib ers in Medicine III、第906巻、42〜48頁、1988年、および、HirschfeldらのAn alyst、第112巻、1159〜1163頁、1987年、これらはすべて、染料が充填された多孔性ビーズまたはイオン交換樹脂が光ファイバーに結合したセンサに関連する。一般に、本発明は、イオン効果およびガラスの溶出に敏感であることが見出されたこれらのセンサと比較して、有利であることが見出された。 WaltらのAnal. Chem.、第58巻、1427〜1430頁、1986年、WaltらのAnal. Chem. 、第59巻、437〜439頁、1987年、Huiらの米国特許第5,277,872号、ヨーロッパ特許公報第481,740号は、シランプライマーをインジケーター物質と光ファイバーとの結合に使うことを記載する。これらのセンサと対照的に、本発明は、一般的に任意の所定の表面上に一様に堆積することが困難な、加水分解的に不安定な物質の使用を避ける。 PetersonらのAnal. Chem.、第52巻、864〜869頁、1980年、PetersonらのJ. Bi omechanical Eng.、第102巻、141〜146頁、1980年、MaherらのJournal of Testi ng and Evaluation、443〜452頁、19983年、LiuらのOptics Letters、第17巻、1 815〜1817頁、1992年、JonesらのApplied Spectroscopy、第45巻、1271頁、1991 年、JonesらのAnal. Chem.、第60巻、404〜406頁、1988年、および、WolfbeisらのMikrochim. Acta、第108巻、133〜141頁、1992年は、センサ化学物質を、中空糸および／または透析膜が使用される光ファイバー装置に結合するための方法を記載する。 Gourleyの米国特許第5,120,510号は、装置の先端に配置されたポリマー性マトリクス内に蛍光染料を含有する光ファイバーセンサを記載する。接着剤層は、ガラススリーブを、ファイバー先端に結合して装置の遠位端の剛性または強度を増加させるために含まれている。発明の開示従って、本発明の第１の目的は、感度と信頼性を改良した光ファイバーセンサを製造するための新規方法を提供することによって、当該分野における上記要求に対応することである。本発明の他の目的は、硬化性の接着剤組成物層と光ファイバーの先端とを結合すること、そのようにして与えられた接着剤層を部分的にまたは完全に硬化すること、および、接着剤層を、インジケーター含有組成物、すなわち、「センシング化学物質」を含有する組成物の外部層でコーティングすることを包含する、光センサの製造方法を提供することによって、これらの要求に対応することである。本発明のさらに他の目的は、接着剤層、センシング層、またはその両方へ、参照染料を組み込むことを包含するような方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、本明細書で開示され、そして請求された技術を用いて調製される新規な光センサを提供することである。本発明のさらなる目的は、血液中のpH，pPO₂またはpCO₂の測定のような、生理学的流体中の種々のパラメーターを測定するのに有用であるようなセンサを提供することにある。本発明のさらなる目的、利点および新規な特徴は、一部は以下の説明で述べられ、そして一部は、以下を検討することによって当業者に明らかになり、あるいは本発明を実施することによって習得され得る。本発明のひとつの局面において、光ファイバーの先端に、連続的に二つあるいはそれより多くの物質の層を与えることを包含する、光ファイバーセンサの製造方法が提供される。最内層（innermost layer）は、むき出しのファイバー表面および、もし、存在するなら、クラッディング物質に接着する接着剤層である。接着剤層は、いくつかの種類の染料もしくはインジケーター物質、好ましくは、実質的に分析物−非感受性の参照染料を含有することができ、そして、付加層の付与に先だって、部分的にまたは完全に硬化されるポリマー性材料を含む。この接着剤層を覆っているのは、付加層であり、分析物−感受性の物質（本明細書では「センシング化学物質」とよばれることもある）を含有している。付加層は、場合によって存在し得るが、このような層が含まれるかどうかは、例えば、センサの最終用途、「センシング化学物質」に含まれる物質などの多くの要因に依存する。内側の接着剤層の形状は、それに付与されるセンシング層の幾何学的形状を制御し、そして、最適なセンサのシグナル強度および接着を得るため、操作され得る。接着剤層とセンシング層との間に必ずしも共有結合ではない、優れた機械的接着が存在するセンサが製造され得る。機械的接着は、センシング層の内側接着剤物質への直接的堆積、センシングおよび接着剤層の幾何学的形状、および、これらの層のために選択された物質の結果として生じる。本発明の他の局面において、前述の方法によって製造されるセンサが提供される。これらのセンサは、ファイバー先端に与えられた層へ組み込まれる物質に依存して多様な目的に使用され得るが、それらは、主として、生理学的流体中、特に血液中の酸素濃度、二酸化炭素濃度およびpHの測定に使用される。図面の簡単な説明この説明において、添付の図面が参照される。ここで：図１は、本発明に従ってセンサデバイスを製造する１方法の概略図である。図２、３、４および５は、本発明の技術を用いて製造されたセンサの種々の構成を概略図形態で表す。本発明を実施するための態様定義：本発明のセンサおよび方法を開示し、説明する前に、本発明が、特定のセンサ様式、特定のインジケーター組成物、または個別の接着剤に限定されず、これらが、もちろん変更され得ることを理解すべきである。本明細書で用いられる用語は、個別の実施態様を説明する目的でのみ用いられ、限定することを意図しないこともまた理解されるべきである。本明細書および添付の請求の範囲において用いられる単数形「a」、「an」および「the」は、文脈から明らかにそうでないことが示されない限り、複数の指示物を包含することに留意すべきである。従って、例えば、「インジケーター物質」について言及するとき、適切なインジケーター物質の混合物が包含され、「接着剤物質」について言及するとき、２種またはそれ以上の接着剤が包含され、「接着剤層」または「内部接着剤層」について言及するとき、２種またはそれ以上の接着剤層が包含され、「センシング層」または「外部センシング層」について言及するとき、２種またはそれ以上のセンシング層が包含される、などである。本発明の説明および請求項において、以下の用語は、以下に述べる定義に従って使用される。本明細書中で用いられる用語「光ファイバー手段」とは、１本の光ファイバーまたは１束の光ファイバーをいう。光ファイバーに適切な材料は以下で概説される。本明細書中で用いられる用語「サンプル流体」は、本明細書中で開示されたセンサを用いて、pHのようなパラメーターに関して、あるいは、酸素、二酸化炭素などの気体の存在または濃度について、のいずれかについて分析され得る、液体または気体状の物質をいう。一般的に、本明細書中で製造されたセンサを用いて分析される「サンプル流体」は、血液のような生理学的流体である。「インジケーター組成物」、「インジケーター物質」または「インジケーター成分」中の用語「インジケーター」は、分析されるサンプル中の、目的のパラメーターに対して感受性である種をいう。例えば、酸素インジケーターは、一般的に、適切な波長の光に曝されたとき、測定可能な蛍光シグナル（これは、酸素インジケーターが曝される酸素に感受性である（すなわち、酸素により消光される））を発する、有機化合物（organic chemical compound）および／または有機金属化合物である。pHを測定するために、一般的に、インジケーターは、pH感受性の、蛍光染料またはいくつかの他の蛍光物質である。用語「参照物質」または「参照染料」は、分析されるサンプル中の、目的のパラメーターに対して実質的に非感受性の種を意図し、そしてこれは、インジケーター物質と組み合わせて使用される。例えば、酸素センサと組み合わせて使用される参照染料は、代表的には、特定の波長の光に曝されたとき、測定可能な蛍光シグナル（これは、酸素インジケーターが曝される酸素に対して実質的に非感受性である（すなわち、酸素により有意に消光されない））を発する、化合物である。本明細書中で使用される用語「センシング化学物質」は、組み合わせ物において、サンプル流体中の目的のパラメーター測定を可能にする成分を含む組成物をいう。例えば、「pHセンシング化学物質」は、pH測定を可能にする化学成分を含む組成物を意図し、一方、「酸素センシング化学物質」は、pO₂測定を可能にする化学成分を含む組成物を意図する。本明細書において用いられる用語「ポリマー」は、オリゴマー性物質およびポリマー性物質の両方（すなわち、２個またはそれ以上のモノマー単位を含む化合物）を包含することを意図する。この用語はまた、「コポリマー性」物質（すなわち２種またはそれ以上の異なるモノマー単位を含む物質）も包含することを意図する。同様に、用語「過フッ素化ポリエーテル」結合は、少なくとも２つの過フッ素化エーテルマー単位（ether mer unit）（すなわち、通常存在する各水素原子がフッ素原子で置換されているエーテルマー単位）を含む結合を意味することが意図される。用語「ウレタン」は、本明細書においてその従来の意味で用いられ、繰り返し -O-(CO)-NH-結合を含む有機化合物を表す。用語「ウレタンアクリレートポリマー」は、アクリレートまたはアクリルアミド末端（-(CO)-R-CR'=CH₂；ここで、R はNHまたはOであり、そしてR'は水素または低級アルキルである）を有するウレタンオリゴマーの重合により誘導されるウレタンポリマーを意味することを意図する。用語「ポリエーテル含有ウレタン」は、上記で定義した繰り返しウレタン単位と共に、繰り返しエーテル結合[-(CH₂)_n-O-]を含むポリマーを意味することを意図する（ここでｎは１より大きい整数であり、代表的には、１と６も含めて１から６までの範囲であり、最も代表的には１、２または３である）。用語「前駆体」は、本明細書において、重合および／または架橋したとき、所望のポリマーを生じる化合物を意味するように用いられる。例えば、用語「過フッ素化ウレタンポリマー前駆体」は、例えば、水分、照射、架橋剤、またはそれらの混合物で処理されたとき、以下により詳細に記載されるような「過フッ素化ウレタンポリマー」を生じる化合物を意味する。本明細書中で化合物を記載する際に、用語「低級アルキル」は、従来の意味で用いられ、これは、１個〜６個の炭素原子を有するアルキル基(例えば、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、t-ブチルなど) を意味する。「低級アルキレン」は、１個〜６個の炭素原子を含有する二官能性の飽和分枝状または非分枝状炭化水素鎖を意味し、例えば、メチレン(-CH₂-)、エチレン(-CH₂CH₂-)、プロピレン(-CH₂-CH₂-CH₂-)などを包含する。用語「アルキルアリーレン」は、１個または２個の単環式の芳香族部分(これは、未置換のフェニル環であるか、または１個〜４個の置換基(例えば、低級アルキル、ハロゲン、ニトロなど)を含有するかのいずれかである)を含有する二官能性の炭化水素部分である。「アルキルアリーレン」結合基はまた、この芳香環に隣接する低級アルキレンスペーサーを含み得、ここで、通常存在する水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換され得る。用語「オレフィン」は、その従来の意味で用いられ、二重結合を含む分予物(m olecular entity)を意味する；本発明の好ましいオレフィン性種は、一般式-(CO )-R-CR'=CH₂（ここで、RはNHまたはOであり、そしてR'は水素または低級アルキル）で表される、少なくとも１つの末端を含む分子物である。本発明の方法の概要：以下に詳細に説明されるように、本発明は、光ファイバーの先端部上に２種またはそれ以上の層を堆積させることを含み；サンプル中の目的のパラメーターの測定を可能にするのは、これらの層の組成物である。はじめに、光学的シグナルをサンプル流体から検出手段へ連絡するように働く光ファイバー手段が提供される。この光ファイバー手段は、代表的には、１本の長い光ファイバーを含むが、平行に集束された（associate）、１束の光ファイバーを含み得る。適切なファイバー基材物質（substrate material）の例として、ガラス、プラスチック、ガラス／ガラス複合体、およびガラス／プラスチック複合体のファイバー導波管が挙げられる。光ファイバーの重要な特徴は、光学的シグナルの減衰である。それゆえ、天然の材料から調製された際に受容できないレベルの遷移金属不純物を含有するガラスは、大きな吸収損失を生じる。受容可能な品質のシリカファイバーは、精製された出発物質（例えば、四塩化ケイ素および四塩化ゲルマニウム）から、ファイバーへの延伸の従来のガラス溶融技術を用いて調製され得る。一般的に、必ずしも必要ではないが、このファイバーには、クラッディング手段が提供される。当業者に理解されるように、このクラッディング手段は、そうでなければもろいファイバーに構造的サポートを提供し、そしてまた、ファイバーに沿って伝達される光をガイドするコーティングも提供するように働く。本発明の場合、クラッディング手段は、代表的には、ポリマー性フルオロアクリレートのようなフルオロポリマーを含む。しかし、このクラッディング手段はまたガラスから構成されてもよく、またはポリスチレン、ポリイミド、もしくは他の任意の適切なプラスチック材料から構成されてもよい。接着剤層を堆積させる前に、所望であれば、このファイバー先端部領域は、例えば、すすぐかまたは洗浄により、または多くの技術（例えば、コロナ、プラズマ、エッチングなど）による活性化によって、前処理されてもよい。所望ならば、他の表面処理方法もまた使用し得；一般的には、このような方法は、最内層の接着を増強させるように選択される。最内層は、代表的には、簡単な浸漬コーティング手順により、ファイバー先端部上に堆積される。この層は、接着剤物質、好ましくは光硬化性の接着剤物質を含む。ファイバーまたはクラッディング物質と、センシング化学物質を含む層との間に提供される接着が十分である限り、広範な接着剤物質が使用され得る。最内層の物質が、センサを構築するために使用される任意の他の物質、および、明らかに、最内層自体に組み込まれる他の成分（例えば、参照染料など）と、物理的または化学的に適合することもまた必要である。好ましい接着剤物質の例として、ポリウレタン、ポリウレタン前駆体、アクリレート化ポリウレタン、アクリレート化ポリウレタン前駆体、アクリレート、エポキシ樹脂、アクリレート化エポキシ樹脂、およびシリコーンが挙げられ（しかし、これらに限定されない）、ウレタンベースの接着剤およびウレタンアクリレート接着剤が特に好ましい。放射線硬化性物質は、一般的には、上記のものと同様に好ましいが、別の技術を用いて硬化され得る物質（例えば、水分硬化性接着剤または熱硬化性接着剤）もまた使用し得る。本明細書中で、最内層を調製するために使用され得る特定の市販の接着剤の例放射線硬化性の、脂肪族ウレタンアクリレートおよび芳香族ウレタンアクリレートおよびエポキシアクリレート（商品名：CN 950、960、970、980、104、111、1 レタンアクリレート；Loctiteから入手可能なウレタンアクリレート3321、3311 、3211および3301；Echo Inc.から入手可能なアクリレートおよびメタクリレートエポキシおよびウレタン；ならびに、Cargi11 Inc.から入手可能なエポキシおよ脂。他の成分もまた、同様に接着剤層に組み込まれ得る（代表的には、接着剤、外層の成分、センシング層、およびファイバーまたはクラッディング物質と適合する任意の物質）。例えば、接着剤層は、硬化を促進させるために架橋剤を含有してよい。あるいは、またはさらに、接着剤層を用いて、分析物の測定に使用される２種の染料物質の内の１種を組み込み得る。特定のタイプの測定に２種の染料（例えば、種感受性のインジケーター物質および種感受性でない参照染料）が用いられる場合、シグナルを増強させそして／または分析物との接触を最小にするために、参照染料を最内層に組み込むことが望ましい。１種の接着剤層ではなく、２種またはそれ以上の接着剤層を堆積させることが望ましい。この様式では、さらなる表面領域が生成され、そこに、センシング層が結合し得、次いで、クラッディング上の接着剤層の丸い側面の周辺の機械的な接着およびより多くのインジケーターがファイバー先端部に存在することを可能にする。さらなるインジケーターの存在は、所定の任意の測定に対する応答中に得られるシグナルを増強する。硬化の前に内部接着剤層を成型することまたは形成すること、先端部の幾何学的形状を変化させること、さらに、代表的にはさらなる層が結合する表面領域を最適化させることが望ましい。この方法において、複数の接着剤層の使用により、ファイバー先端部にセンシング層を機械的に結合させることが可能になる。一般的に、光ファイバー先端部に存在する接着剤の厚さは、約15〜約200ミクロンの範囲にある。次いで、この接着剤層は、水分、熱または好ましくは紫外線照射を用いて、部分的または完全に硬化される（あるいは、いくつかの場合、単純に時間の経過によって硬化させてもよい）。紫外線硬化について、コートされた先端部は、所定の波長の放射線に、および所望の程度の硬化を達成するために選択された時間および強度で曝される。コートされた先端部は、好ましくは均一な様式で、そして好ましくはファイバーを通してではなく外的な供給源からの紫外光に曝される。いくつかの場合では、最内層のみを部分的に硬化させて、反応性表面を得、次いで次の物質の層を共有結合し得るようにすることが望ましい。完全に硬化された最内層について、次の層は化学的よりも機械的に接着され；部分的に硬化された最内層について、次の層の接着は、化学的および機械的の両方であり得る。ファイバー先端部上に最内層が提供され、所望の幾何学的形状に形成され、部分的または完全に硬化された後、さらなる接着剤層が提供され得、次いで、次なる層が堆積され得る。これは、所望の測定（例えば、pH、血液ガス濃度など）を行うのに必要な「センシング」物質を含む。所望であれば、さらなるセンシング層が存在してもよい。図１は、本発明の方法をスキーム的な形態で示す。ファイバーを、その上に存在するクラッディング12と一緒に、エレメント10で示す。工程（１）では、ファイバーは、上記のようにすすぎまたは他の処理によって調製される。工程（２）では、このファイバー先端部に接着剤溶液14が塗布され、最内層16が生じる。この内部接着層16は、センシング層の幾何学的形状を制御し、そしてセンサの接着およびシグナルの強度を最適にするのに重要なエレメントである。本明細書に前述されたように、この層の形状および厚さは、塗布パラメーターにより操作され、所望の幾何学的形状を得ることができる。工程（３）において、最内層が硬化され、次いで、センシング化学物質18が調製され、そして工程（４）において、センシング化学物質が塗布され、センシング層20が提供される。工程（５）では、センシング化学物質を含む外層が硬化される。別の方法では、センシング層は、まずフィルムとしてキャストされ得、次いで、ファイバー先端部に接着され得る。図２〜図５は、ここで開示されそして請求の範囲に記載された技術を用いて製造され得る種々の形状のセンサをスキーム的形態で示す。図２では、ファイバー 22は、その上に存在するクラッディング24、その上に堆積された最内接着剤層26 を有するものとして、接着剤物質の上に存在する２つのセンシング層28および30 と共に示される。図３では、ファイバーはエレメント32として、その上に存在するクラッディング物質34、内部接着剤層36およびセンシング層38と共に示される。エレメント40は、ポリマー性物質から構成される分析物選択性外層を表し、これは、以下で説明するように、一般的には、二酸化炭素センサ中に存在するが、必ずしも必要ではない。図４では、実質的に図１のスキームにて調製されるようなセンサが示され、これと共に、クラッディングがその上の44に存在するエレメント42として示されるファイバー、ファイバー先端部領域のまわりに堆積し、46と表示された丸い内部接着剤層、およびこれらの上に堆積するセンシング化学物質の薄層48を示す。図５は、実質的に同じセンサを表し、ファイバーは、その上にクラッディング52を有するエレメント50として存在するが、この場合、接着剤は、図４の形状における程は丸くない、相対的に薄い層54に形成され、そしてその上に堆積されたセンシング層56を有する。 pHセンサ： pHセンサとして使用するために、センシング層は、pH測定に使用されるべきデバイスに必要な「センシング化学物質」を含む。一般的に、ただし、必ずしも必要ではないが、第１センシング層は中間層として作用し、存在するさらなるセンシング層は第１センシング層と同じ化学組成を有する。これらの層の成分は、サンプル流体中のpH測定が可能になるように選択され；好適な成分は、PCT公報発行番号WO 94/28786（タイトル「Optical Sensor for Measuring pH in Fluids」）に記載される成分である。完全性の目的のために、上記文献中に記載されるセンシング化学物質について、以下で簡単に説明する。 pHの測定のために、センシング層は、疎水性、蛍光ポリマー、必要ではないが好ましくは、(a)疎水性、ポリエーテル含有ウレタンオレフィン前駆体、および( b)モノマー性蛍光インジケーター種のコポリマーであって、ウレタンオレフィン前駆体対蛍光種の比が、約6.6〜8.0の範囲、好ましくは約7.2〜7.8の範囲、そして最も好ましくは約7.2〜7.4の範囲の組成物のpKaを提供するように計算されるコポリマーを含む蛍光ポリマー組成物から処方される。これは、次に、生理学的な範囲のpH測定での使用のために組成物を最適化する。このコポリマーの好ましい分子量は、約1000から25,000までの範囲であり、より好ましくは、約1800から5000までの範囲であり、そして最も好ましくは、約18 00から2500までの範囲である。このウレタンオレフィン前駆体は繰り返しウレタン単位、繰り返しエーテル結合、および一般式-R-(CO)-CR'=CH₂で表されるオレフィン末端を含み、ここでRおよびR'は、先に定義した通りである（すなわち、ＲはＮＨまたはＯであり、そしてＲ’は水素または低級アルキルである）；異なる末端のRおよびR'は同一である必要はない（すなわち、Rは一方の末端でOであり得、かつ他の末端でNHであり得る。同様に、R'は、一方の末端でHであり得、かつ別の末端でCH₃であり得る）こともまた留意されるべきである。好ましいウレタンオレフィン前駆体は、一般構造式で表され、ここで、RおよびR'は先に定義したとおりであり；ｎは典型的には１から約６までの範囲であり；Arは、単環式芳香族部分（好ましくはフェニル）であり、非置換であるか、または１個から４個の置換基で置換されているかのいずれかであり、この置換基は、重合またはpHセンサにおける硬化したポリマーの使用を妨害しないように選択され、例えば、低級アルキル、ハロゲン、ニトロなどであり；そしてＸは、約２個から100個、好ましくは10個から50個、最も好ましくは15個から25個の、構造［-(CH₂)_n-O-］（ここでｎは１またはそれ以上の整数であり、典型的には１から６であり、より典型的には２または３、すなわち(-CH₂ -CH₂-O-)、(-CH₂-CH₂-CH₂-O-)であり、またはその組合せである）を有する繰り返しマー(mer)単位を含むポリエーテル結合である。これらのポリエーテル結合は、さらに、追加の-CO-NH-Ar-NH-CO₂-(CH₂)_n-R-(CO)-CR'=CH₂基で置換され得、三官能性ウレタンオレフィン前駆体を提供する。ウレタンオレフィン前駆体の合成法は、同一人に譲渡された、「硬化された過フッ素化ウレタンポリマーの架橋ガス透過性膜、およびそれを用いて製作された光学ガスセンサ」という題名の、 Olsteinの米国特許第5,453,248号および対応するPCT公報第WO 93/18391号に、詳細に記載されている。簡単に述べると、この方法は、一般式（ここでＸは上記で定義されたのと同様）で表されるイソシアネート末端化合物を、末端イソシアネート部分をオレフィン末端で置き換えることによって、ウレタンオレフィン前駆体に転換することを包含する。このイソシアネート末端出発物質は、所望のオレフィンモノマーまたはオリゴマー、すなわち、ヒドロキシ− またはアミン−末端アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド［例えばヒドロキシエチルメタクリレート（この場合ｎ＝２）］と反応 0）（例えば、9454、9455、9734、および9467、ならびにRCC-12-893、Photomers 6230および6264）はまた、例えば、Monomer-Polymer and Dajec Laboratories， Inc．(Trevose、PA)およひHenkel Corporation(Ambler、PA)からそれぞれ市販されている。共重合可能な蛍光モノマー化学種は、実質的に、pHに対して感受性である任意の蛍光染料または物質であり得、ウレタンオレフィン前駆体と共重合することが可能になるように修飾され得る。典型的な好ましい修飾は、反応性である部分（例えば、アクリレート、アクリルアミド、アリルエステル、アリルアミドなど）の蛍光モノマー性種への組み込みを包含する。その結果、それにより、蛍光種はポリマー鎖の骨格に組み込まれる。ここで有用な蛍光モノマー性種の例には、フルオレセインおよびフルオレセイン誘導体、例えば、カルボキシフルオレセイン、フルオレセインアクリルアミド、フルオレセインイソチオシアネート、クマリン、セミナフトローダフルオレセイン、セミナフトフルオレセイン、ナフトフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、およびジクロロフルオレセインなどが包含され、これらは、コポリマーへの組み込みを促進するのに効果的な反応性部位も有する。 pHセンサ中にセンシング層を提供するためのコーティング溶液は、ウレタンオレフィン前駆体と、蛍光モノマー種とを、光開始剤とともに適切な溶媒中で混合することにより調製される。溶解した固形分の全量は、代表的に、約50重量％〜 90重量％の範囲である。一般に、コーティング溶液は、溶液100ｇあたり、おおよそ、50ｇ〜90ｇのウレタンオレフィン前駆体、１×10^-3ｇ〜0.5ｇの光開始剤、および0.05ｇ〜５ｇの蛍光モノマーを含む。好ましい溶媒には、メタノールおよびエタノールのような水混和性の低沸点溶媒、ならびに酢酸エチルのような一部水混和性の溶媒が包含される。ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドなどのような、より高沸点を有する水混和性の極性溶媒もまた用いられ得る。好ましい高沸点溶媒は、ジメチルスルホキシドであり、約10〜50重量％で用いられる。適切な架橋剤、特に、任意の二官能性または多官能性アクリレートが添加され得る。このような架橋剤の例には、 CH₂=CR'-COR-X'-RCO-CR'=CH₂ およびが包含され、ここでRおよびR'は上記に定義されたとおりであり、ｍは１、２、または３であり、そしてX'は、上記に定義されたポリエーテル置換基、または約２個〜20個の炭素原子を有する炭化水素基、好ましくはアルキレン基である。適切な光開始剤は、当業者に周知のラジカル光開始剤である。このような光開始剤の例には、α-アルコキシデオキシベンゾイン、α,α-ジアルコキシデオキシベンゾイン、α,α-ジアルコキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2,2-ジアルキルアセトフェノン、ベンゾフェノン、ヂオキサントン、ベンジル(benzil)、およびRadiation Curing of Polymers II、D.R.Randell編（The Royal Society of Chemistry、1991)、46〜53頁、前出、H.J.Hagemanら、「種々の重合および架橋プロセスのための光開始剤および光触媒」によって同定された他の化合物が包含される。センシング層中のpHセンシング化学物質はまた、好ましくは、得られるシグナルを増加させるために、粒子状の二酸化チタンを含む。一般的に、ファイバー先端への付与の前に、約１重量％〜10重量％の二酸化チタンが、均一に、ポリマー性組成物全体に、分散される。本発明のpHセンサの外側のセンシング層を形成するのに使用される組成物は、一般的に、以下を含む：50〜90重量％のポリマー；0.05〜1.0重量％の蛍光モノマー；および0.05〜1.0重量％の光開始剤、センシング層の残りは、適切な溶媒を含む。上記で引用した、Olsteinの米国特許第5,536,783号に記載された、内部接着剤での蛍光コポリマーの使用に関する、前記の実施態様が、一般的に好ましい。しかし、当業者には、本発明の方法論は、他のタイプのインジケーター含有組成物（例えば、ここで蛍光染料または他のタイプのインジケーター材料がポリマーマトリクスに捕まれ（entrapped）、またはイオン的に結合する（イオン交換樹脂のように））にも同様に応用（extend）されることが理解される。次いで、すでに存在する内部接着剤層を有するファイバー先端は、代表的には接着剤を提供するのに使用される類似の先端コーティング技術を用いて、前記溶液でコーティングされて、センシング化学物質を含有する外部層を生じさせる。次いで、接着剤に関して記載したのと同様に、所定の波長および強度の紫外線照射を使用して、硬化を行う。最初のセンシング層が提供される後、次いで、同じ方法論を用いて、最初の層と同一のさらなるセンシング層を提供することが（必須ではないが）好ましい。センシング層の各々は、一般的には、約10〜約50ミクロンの厚みの範囲である。本発明の酸素センサの外部センシング層を形成するのに使用される組成物は、一般的に以下を含む：80〜99重量％のポリマー；0.05〜1.0重量％の蛍光モノマー；および0.05〜1.0重量％の光開始剤、センシング層の残りは、適切な溶剤を含む。酸素センサの最内層は、一般的に、95〜100重量％の接着剤および0.05〜1 .0重量％の参照染料を含み、接着剤層の残りは適切な溶剤を含む。一旦調製され、上記の層が硬化すると、次いで、このpHセンサは、使用の前に、センサコーティングを水和させるために、生理食塩水溶液中に貯蔵される。酸素センサ：酸素センサについて、センシング層は、代表的には、唯一の外部層としての役割を果たし、そして酸素濃度を測定するのに有用な成分を含む。センシング層には、任意の組成物が使用され得、そしてそこに含まれる成分はｐＯ₂の測定を可能にするが、以下のように、化学物質は、米国特許題5,453,248号（上記で引用）に記載されたものが、好ましい。ｐＯ₂の測定のために、センシング層は、好ましくは、硬化した過フッ素化ウレタンポリマーのマトリクスを含む組成物から形成される；好ましくは、過フッ素化ウレタンポリマーは、過フッ素化ポリウレタンアクリレート前駆体を架橋剤で架橋して形成される過フッ素化ポリウレタンアクリレートである。一般的には、このような前駆体は、以下の構造式を有する：ここで、Arは、単環式の芳香族部分であり、Xは、約２個〜100個、好ましくは10 個〜50個、最も好ましくは15個〜25個の過フッ素化モノマー繰り返しマー単位を有する過フッ素化ポリエーテル結合であり、該過フッ素化モノマー繰り返しマー単位は、(-CF₂O-)構造、(-CF₂CF₂O-)構造、またはこれらの組み合わせを有する。好ましくは、Arはフェニルであり、これは、未置換であるか、または１個〜４個の置換基で置換されているかのいずれかであり、この置換基は、重合またはこのセンサでの硬化ポリマーの使用を妨害しないように選択される。このような置換基には、例えば、低級アルキル(C₁〜C₆)、ハロゲン、ニトロなどが挙げられる。式（Ｉ）の前駆体は、水または有機ジオールHO-R¹-OHにこで、R¹は、約２個〜 20個の炭素原子を有する炭化水素置換基であり、そしてここで、通常存在する水素原子の一部または全部は、フッ素原子で置換されている)を用いて架橋され得る。好ましくは、R¹は、アルキレン結合基、すなわち、約１個〜６個の炭素原子を含有するアルキレン結合基、または１個または２個の単環式の芳香族部分を含有し、そして芳香族部分の数に依存して、２個または３個の低級アルキレンスペーサー基も含有するアルキルアリーレン結合基であって、ここで、通常存在する水素原子の一部または全部は、フッ素原子で置換されている。有機ジオールの例には、ビスフェノールＡおよびヘキサフルオロビスフェノールＡが挙げられる。好ましい実施態様では、式（Ｉ）の前駆体は、末端イソシアネート部分、−N ＝C＝Oを、アクリレート末端、−NH−COO-(CH₂)_n−(C0)−CH＝CH₂(ここで、ｎは、代表的には１〜約６の範囲である)と置換することにより、硬化前に、過フッ素化ウレタンアクリレート前駆体に転化される。これは、ジイソシアネート前駆体（Ｉ）を、例えば、ヒドロキシメチルメタクリレートにの場合、ｎは１である )、ヒドロキシエチルメタクリレート（この場合、ｎは２である）などと反応させることにより達成され得る。このようにして得た過フッ素化ウレタンアクリレート前駆体は、次の構造式を有する：本実施態様の変形例では、式（Ｉ）のジイソシアネート末端前駆体は、ビニル末端前駆体を提供するためおよび架橋を可能とするために、ヒドロキシ末端およびビニル末端を有する事実上任意の化合物(代表的には、約２個〜10個の炭素原子を含有する)と反応し得る。上記場合において、架橋を行うための適切な光開始剤、すなわち、式(II)の過フッ素化ウレタンアクリレート前駆体を硬化するのに適切な光開始剤には、本発明の技術を使用して製作され得る、pHセンサについて上述したラジカル光開始剤、すなわち、α-アルコキシデオキシベンゾイン、α,α-ジアルコキシデオキシベンゾイン、α,α-ジアルコキシアセトフェノンなどが挙げられる。センシング化学物質が式(II)の構造を有する過フッ素化ウレタンアクリレート前駆体をベースとする場合には、センシング層は、これらの前駆体のみならず、直前に記載した光開始剤もまた含む。他の実施態様では、式(Ｉ)のジイソシアネート末端前駆体は、次式を有するエポキシ末端前駆体に転化される： (III) ここで、Ar、X、およびｎは、上記に定義されたものと同様である。この転化は、式(Ｉ)の前駆体と、以下の構造式を有する化合物(すなわち、ｎが１のとき、グリシドール)の２当量との反応により容易に達成され得る：この場合にはまた、酸素センシング化学物質に適切な光開始剤を含むことが必要である。この場合に適切な光開始剤は、カチオン性光開始剤（例えば、スルホニるような有機金属錯体など)である。酸素センサのセンシング層はまた、上記のポリマー性マトリクスに組み込まれているインジケーター成分を含む。インジケーターは、一般に、ポリマーマトリクス内に物理的に組み込まれるが、このマトリクスと共有結合していてもよい。インジケーターは、代表的には、酸素により消光し得る発光性物質である有機金属または無機錯体である。Ｏ₂測定に有用な、適切なガス感受性インジケーターの例は、ルテニウム(II)、オスミウム(II)、イリジウム(III)、ロジウム、レニウム、およびクロム(III)と、2,2'-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、4,7- ジフェニル(1,10-フェナントロリン)、4,7-ジメチル-1,10-フェナントロリン、4 ,7-ジスルホン化ジフェニル-1,10-フェナントロリン、2,2'-ビ-2-チアゾリン、2 ,2'-ビチアゾール、5-ブロモ-1,10-フェナントロリン、および5-クロロ-1,10-フェナントロリンとの錯体、ならびにVO(II)、Cu(II)、白金(II)、および亜鉛(II)と、エチオポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、メソポルフィリンIXジメチルエステル、プロトポルフィリンIXジメチルエステル、およびオクタエチルポルフィリンとの錯体が挙げられる。酸素センサを製作するのに好ましいガス感受性インジケーターは、ルテニウム錯体である。酸素センサでは、参照染料がまた使用されることが好ましいが、外部層よりは、最内層に組み込まれて、シグナルを増強し、そして／または分析物との接触を最小化する。「A Ratiometric Fluorescence Method to Measure Oxygen」という題名の、Kaneらの米国特許第5、462、880号に説明されているように、適切な参照染料は、代表的には、比較的、酸素によって消光され得ない有機発光物質であり(すなわち、酸素感受性インジケーターよりも実質的に小さいシュテルン―フォルマー(Stern Volmer)定数(K_sv)を有し；一般に、参照染料のK_svは、酸素感受性インジケーターのK_svよりも、少なくとも0.05小さくすべきである)、これは、酸素インジケーター染料の蛍光スペクトルから容易に識別され得る蛍光発光スペクトルを有し、そして酸素感受性インジケーターの光ドリフト速度に非常に合致する、比較的安定な光ドリフト速度を有する。参照染料の例には、多核芳香族化合物(例えば、ペリレン誘導体、フルオレセイン、およびフルオレセイン誘導体( 例えば、カルボキシフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、ジクロロフルオレセインなど))が包含される。このような参照染料の好ましい例には、 N,N'-ビス(2,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシイミド）およびN,N'-ビス(2,6-キシリジル)-3,4,9,10-ペリレン-ビス（ジカルボキシイミド）(DXP)がある。センシング層中の酸素センシング化学物質はまた、好ましくは、得られるシグナルを増加させるために、粒子状二酸化チタンを含む。前記のpHセンサと同様に、二酸化チタンは、好ましくは、ファイバー先端への付与の前にポリマー性組成物全体に均一に分散される。上記のように、二酸化チタンは、一般に、センシング層の全体の組成物に対して、約１〜10重量％の間の量で含まれる。代表的には、酸素センシング層は、上記のような単純な浸漬コーティング方法（すなわち、既に存在しそして硬化された接着剤層を有するファイバーを液侵することによる）を使用して、前記の成分を含有する組成物中で提供される。一般に、コーティング組成物は高温（代表的には45℃程度かまたはそれ以上）に維持される。温度は、最適な幾何学的形状を維持するように制御される。所定の波長の紫外線放射に曝露することにより、再び硬化を行う。所望であれば、さらなるセンシング層が、同じ技術を用いて堆積（deposit）され得る。一旦調製され、上記の層が硬化すると、このように形成されたｐＯ₂センサは、次いで、生理食塩水溶液中に貯蔵される。二酸化炭素センサ：本発明の方法論はまた、ｐＣＯ₂を測定するのに使用される光ファイバーセンサの調製を含むように応用され得る。pHおよび酸素センサに関して上述したものと同様の製造技術が使用される。すなわち、内部接着剤層が光学ファイバーの遠位端に付与され、そしてインジケーター成分を含むセンシング層がその上に堆積される。好ましい二酸化炭素センサにおいて、インジケーター成分は、蛍光染料を含み、これは親水性ポリマーに連結（すなわち、このようなポリマーに捕まるかまたは共有結合するかのいずれか）する。適切な蛍光染料は一般に（しかし必要ではないが）、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、フルオレセインアクリルアミド、フルオレセインイソチオシアネート、クマリン、セミナフタローダフルオレセイン、セミナフタフルオレセイン、ナフタ-フルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸およびジクロロフルオレセインからなる群から選択される。接着剤層、センシング層、またはその両方はまた、分析を受けるサンプル流体中の二酸化炭素濃度に実質的に非感受性の参照染料を含み得る。本発明の技術を使用して調製される二酸化炭素センサは、好ましくは、外部層の上に堆積され、シリコーンまたはフルオロポリマーなどのような分析選択的ポリマー性材料からなる、さらなる層を有する。本明細書中に開示された技術および請求の範囲に記載された技術を使用して製作されたセンサが、グルコース決定、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンの測定などを含む、広範に多様な文脈で使用され得ることが当業者には理解される。また、本発明は、主に、血液中の分析物の測定に関して記載されているが、本発明の方法を使用して作成されるセンサは、任意の数のサンプルのタイプにおけるパラメーターの広い範囲を評価するのに使用され得る。従って、本発明は、その特定の好ましい実施態様に関して記載されているが、前の記載および以下の実施例が例示を意図しそして発明の範囲を限定することを意図していないことが理解される。本発明の範囲内における他の局面、利点および改変は、この発明の属する分野の当業者には明らかである。実施例以下の実施例は、本発明の化合物をどの様に作成しそして使用するかの完全な開示および記載を当業者に提供するために記載される。数字（例えば、量、温度など）に関する正確さを確実にするための努力がなされたが、多少の誤差および偏差が釈明されるべきである。他に示されない限り、部は重量部であり、温度は ℃であり、そして圧力は大気圧かまたはその近くである。すべての溶媒はHPLCグレードを購入し、そして、適切であれば、溶媒および試薬は、一般の技術を使用して純度を分析した。ウレタンプレポリマー；Polysciences、Inc．（Warrington、PA）からヒドロキシプロピルメタクリルアミドおよびヒドロキシエチルメタクリレート；Aldrich （Milwaukee、WI）からメチルスルホキシド；Ciba-Geigy（Hawthorne、NY）から Dar 過フッ素化ポリウレタンプレポリマー；GFS Chemicals（columbus、0H）からトリス（4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン）ルテニウム(II)；Loctite（N ewington、CT）から接着剤3321および3211；およびN,N'-ビス（2,6-キシリジル）-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシイミド）は、H.Langhals、Chem.Ber.1 18 :4641(1985)に従い、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物（Aldrich ）との反応における2,5-ジ-tert-ブチルアニリンの、Aldrich（Milwaukee、WI）からの2,6-ジメチルアナイリンでの置換により調製した。実施例１ pH センサの調製および評価この実施例の目的は、アクリル化ウレタン接着剤の硬化した内部層およびpHセンシング化学物質を含む外部層を有するpHセンサを調製することであった。使用したファイバーは、硬質ポリマークラッディングに結合した純粋なシリカコアを含むSpectran Specialty Optic's（Avon、CT）HCN/H High NA HCSであった。ファイバーをエタノールで洗浄した後風乾することによりプレ処理した。Lo ctite adhesive 3211を、ウェルに置いた。ファイバーをホルダー中に入れ、そして先端をコーティングするために、接着剤の中に下げた。ファイバーを接着剤ウェルから引き揚げ、そして接着剤でコーティングされたファイバーを窒素下で、Oriel mercuryarc lampを用いて硬化した。以下の成分を含有するpHセンシング化学物質の溶液を調製した：ポリウレタンキシプロピルメタクリルアミドの反応により調製した）、メチルスルホキシド中の75重量％、１ｇ；フルオレセインアクリルアミド、30μLエタノール中1.2mg；およびDarocur 1173、３μL。次いで、硬化した接着剤内部層を有するファイバーを、ホルダーに入れ、そして接着剤が完全にカバーされるまでpHセンシング化学物質を含有するウェル中に下げた。pH化学物質ウェルからファイバーを引き揚げ、そして上記のように硬化を行った。次いで、使用前にコーティングを水和するために硬化したファイバー先端を生理食塩水中に入れた。次いで、この様に調製されたpHセンサをpH応答性、スチーム滅菌に対する安定性（上昇圧力および温度限界(challenge)）およびサンプル流体剪断力について評価した。センシング化学物質は、スチーム滅菌および過剰な剪断カへの曝露の後も、性能の低下なく付着したままである。実施例２反射源を含むpHセンサの調製および評価この実施例の目的は、アクリル化ウレタン接着剤の硬化した内部層、ならびに pHセンシング化学物質、およびシグナルレベルを増強するための反射源（reflec tive source）を含む外部層を有するpHセンサを調製することであった。二酸化チタン（40重量％メチルスルホキシド中50mg）をpHセンシング化学物質に含めて、実施例１と同様にセンサを調製した。得られたセンサを上記のようにテストし、そして同じ結果を示した。実施例３酸素センサの調製および評価この実施例の目的は、アクリル化ウレタン接着剤の硬化した内部層、ならびに酸素センシング化学物質および実質的に酸素に非感受性の参照染料を含む外部層を有する酸素センサを調製することであった。使用したファイバーは、硬質ポリマークラッディングに結合した純粋なシリカコアを含むSpectran Specialty Optic's（Avon、CT）HCN/H High NA HCSであった。ファイバーをエタノールで洗浄した後風乾することによりプレ処理した。 Loctite adhesive 3321を、ウェルに置いた。ファイバーをホルダー中に入れ、そして先端をコーティングするために、接着剤の中に下げた。ファイバーを接着剤ウェルから引き揚げ、そして接着剤でコーティングされたファイバーを窒素下で、Oriel mercuryarc lampを用いて硬化した。以下の成分を含有する酸素センシング化学物質および参照染料の溶液を調製した：過フッ素化ポリウレタンメタクリレートプレポリマー（Fluorolink Ｂ過フッ素化ポリウレタンプレポリマーとヒドロキシエチルメタクリレートの反応により調製した）、３ｇ；トリス(4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン)ルテニウム(II)、800μL塩化メチレン中9.0mg；N,N'-ビス(2,6-キシリジル)-3,4,9,10- ぺリレンビス（ジカルボキシイミド）、400μL塩化メチレン中0.92mg；および得た。次いで、硬化した接着剤内部層を有するファイバーを、ホルダーに入れ、そして接着剤が完全にカバーされるまで酸素センシング化学物質を含有するウェル中に下げた。酸素化学物質ウェルからファイバーを引き揚げ、そして上記のように硬化を行った。次いで、硬化したファイバー先端を生理食塩水の貯蔵溶液中に入れた。次いで、この様に調製された酸素センサを、スチーム滅菌に対する酸素応答性安定性（上昇圧力および温度限界）、およびサンプル流体剪断力について評価した。センシング化学物質は、スチーム滅菌および過剰な剪断力への曝露の後も、性能の低下なく付着したままである。実施例４区分された参照染料を有する酸素センサの調製および評価この実施例の目的は、実質的に酸素に非感受性の参照染料を含むアクリル化ウレタン接着剤の硬化した内部層および酸素センシング化学物質を含む外部層を有する酸素センサを調製することであった。使用したファイバーは、硬質ポリマークラッディングに結合した純粋なシリカコアを含むSpectran Specialty Optic's（Avon、CT）HCN/H High NA HCSであった。ファイバーをエタノールで洗浄した後風乾することによりプレ処理した。参照染料（N,N'-ビス(2,6-キシリジル)-3,4,9,10-ペリレンビス (ジカルボキシイミド))、塩化メチレン65μL中0.6mgと、Loctite adhesive 3321、１ｇとをブレンドし、そしてウェル中に置いた。塩化メチレンを空気流で除去した。その後前記の混合物をウェル中に入れ、92〜100％の固体調製物を得た。ファイバーをホルダー中に入れ、そして先端をコーティングするために、接着剤の中に下げた。ファイバーを接着剤ウェルから引き揚げ、そして接着剤でコーティングされたファイバーを窒素下で、Oriel mercuryarc lampを用いて硬化した。以下の成分を含有する酸素センシング化学物質の溶液を調製した：過フッ素化ポリウレタンメタクリレートプレポリマー（Fluorolink Ｂ過フッ素化ポリウレタンプレポリマーとヒドロキシエチルメタクリレートの反応により調製した）、３ｇ；トリス(4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン)ルテニウム(II)、800 μ 去し、92〜100％の固体調製物を得た。次いで、硬化した接着剤内部層を有するファイバーを、ホルダーに入れ、そして接着剤が完全にカバーされるまで酸素センシング化学物質を含有するウェル中に下げた。酸素化学物質ウェルからファイバーを引き揚げ、そして上記のように硬化を行った。次いで、硬化したファイバー先端を生理食塩水貯蔵溶液中に入れた。得られたセンサを上記のようにテストし、実質的に同様の結果を得た。実施例５反射源を含む酸素センサの調製および評価この実施例の目的は、実質的に酸素に非感受性の参照染料を含むアクリル化ウレタン接着剤の硬化した内部層、ならびに酸素センシング化学物質およびシグナルレベルを増強するための反射源を含む外部層を有する酸素センサを調製することであった。二酸化チタン（0.15g）を酸素センシング化学物質に含めて、実施例３および４と同様にセンサを調製した。得られたセンサを上記のようにテストし、そして実質的に同様の結果を得た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リンチ，ローリーアメリカ合衆国ミネソタ 55346，エデンプレイリー，マリアンドライブ 6970 (72)発明者ジョンソン，デブラケイ. アメリカ合衆国ミネソタ 55304，アンドバー，エヌ．ダブリュー．，ウレンストリート 16821 (72)発明者カルラ，ジョナサンアメリカ合衆国ミネソタ 55416，セントルイスパーク，ハイウェイ 100 エス．ナンバー624 2516 (72)発明者フォウラー，ウイリアムアメリカ合衆国ミネソタ 55407，ミネアポリス，サウス，ノコミスアベニュー 4925

Claims

【特許請求の範囲】１．サンプル流体における目的のパラメーターを検出または測定するための光ファイバーセンサの製造方法であって、（ａ）遠位先端部と、該遠位先端部からのシグナルを受信し、かつ該シグナルを検出手段にリレーするための近位セクションとを有する細長い光ファイバー手段であって、該光ファイバー手段の表面が該遠位先端部で露出する、光ファイバー手段を提供する工程：（ｂ）該光ファイバー手段の該遠位先端部で該露出した表面上に接着剤組成物を塗布し、所望の形状に形成され得る接着剤層をその上に提供する工程であって、該接着剤組成物が、硬化し、そして架橋剤、または光、またはその両方で硬化すると基材に結合するように選択される、工程；（ｃ）必要に応じて該接着剤層を所望の形状に形成する工程；（ｄ）該接着剤層を所定の程度まで硬化させる工程；（ｅ）該接着剤層上にインジケーター組成物を塗布し、その上にセンシング層を形成する工程であって、該インジケーター組成物が、該サンプル流体における目的のパラメーターに対して感受性であり、そしてそれに関連するシグナルを提供するインジケーター成分を含む、工程；および（ｆ）必要に応じて該センシング層を硬化させる工程；を包含する方法。２．前記接着剤組成物がアクリル接着剤を含む、請求項１に記載の方法。３．前記アクリル接着剤がウレタンアクリレートを含む、請求項２に記載の方法。４．前記接着剤層が、工程（ｄ）において完全に硬化されず、その結果、該層が表面反応性を保持し、前記インジケーター組成物が該層に共有結合する、請求項１に記載の方法。５．前記接着剤層を形成し、その所望の形状を生じる工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。６．前記センシング層が前記接着剤層の形状に適合する、請求項５に記載の方法。７．工程（ｄ）が前記接着剤層を紫外線照射に曝すことにより実施される、請求項１に記載の方法。８．前記センシング層が紫外線照射に曝すことにより硬化される、請求項１に記載の方法。９．前記接着剤組成物がさらに架橋剤を含有し、そして工程（ｄ）が時間の経過、熱の付与、またはその両方により起こる、請求項１に記載の方法。１０．前記目的のパラメーターがｐＨであり、前記インジケーター組成物が、親水性のポリエーテル含有ウレタンオレフィン前駆体と共重合可能なモノマー性蛍光インジケーター種とのコポリマーを含有する蛍光ポリマー性組成物を含む、請求項１に記載の方法。１１．前記蛍光インジケーター種が、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、フルオレセインアクリルアミド、フルオレセインイソチオシアネート、クマリン、セミナフトローダフルオレセイン、セミナフトフルオレセイン、ナフトフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、およびジクロロフルオレセインからなる群より選択され、該種が、前記ウレタンオレフィン前駆体と共重合できるように修飾されている、請求項１０に記載の方法。１２．前記目的のパラメーターが酸素濃度であり、前記インジケーター組成物が硬化した過フッ素化ウレタンポリマーのポリマー性マトリクスおよび、その中に取り込まれた酸素感受性インジケーター成分を含む、請求項１に記載の方法。１３．前記インジケーター成分が、ルテニウム(II)、オスミウム(II)、イリジウム(III)、ロジウム、レニウムおよびクロム(III)と、2,2'-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジメチル-1,10- フェナントロリン、4,7-ジスルホン化ジフェニル-1,10-フェナントロリン、2,2' -ビ-2-チアゾリン、2,2'-ビチアゾール、5-ブロモ-1,10-フェナントロリン、および5-クロロ-1,10-フェナントロリンとの錯体、ならびにVO(II)、Cu(II)、白金 (II)、および亜鉛(II)と、ポルフィリン、エチオポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、メソポルフィリンIXジメチルエステル、プロトポルフィリンIXジメチルエステルおよびオクタエチルポルフィリンとの錯体からなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。１４．前記接着剤層が、酸素濃度と実質的に独立したシグナルを提供する参照染料をさらに含み、外側センシング層が、サンプル流体が該外側センシング層を通って浸透し、該接着剤層と接触し得るような層である、請求項１２に記載の方法。１５．前記参照染料が、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、ジクロロフルオレセイン、N,N'-ビス(2,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）、およびN,N'-ビス (2,6-キシリジル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）からなる群から選択される蛍光有機化合物である、請求項１４に記載の方法。１６．前記センシング層が、酸素濃度と実質的に独立したシグナルを提供する参照染料をさらに含み、外側センシング層が、サンプル流体が該外側センシング層を通って浸透し、前記接着剤層と接触し得るような層である、請求項１２に記載の方法。１７．前記参照染料が、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、ジクロロフルオレセイン、N,N'-ビス(2,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）、およびN,N'-ビス (2,6-キシリジル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）からなる群から選択される蛍光有機化合物である、請求項１６に記載の方法。１８．前記光ファイバー手段が１本の光ファイバーを含む、請求項１に記載の方法。１９．前記１本の光ファイバーにクラッディング材料の外層が備えられる、請求項１８に記載の方法。２０．工程（ｅ）の前に工程（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）が繰り返され、２つ以上の接着剤層が提供される、請求項１に記載の方法。２１．工程（ｆ）および（ｇ）が繰り返され、２つ以上の外側センサ層が提供される、請求項１に記載の方法。２２．工程（ｆ）および（ｇ）が繰り返され、２つ以上の外側センサ層が提供される、請求項２０に記載の方法。２３．工程（ｅ）において前記インジケーター組成物が粒状二酸化チタンを含むように調製される、請求項１に記載の方法。２４．工程（ｅ）または工程（ｆ）の実施後に、分析物選択的ポリマー性材料からなる外層を前記センシング層に付与する工程（ｇ）をさらに包含する、請求項１に記載の方法。２５．サンプル流体における目的のパラメーターを検出または測定するための光ファィバーセンサであって、サンプル流体と接触するように適合された遠位端と、該遠位端からのシグナルを受信し、かつ該シグナルを検出手段にリレーするための近位端とを有する細長い光ファイバー手段；該光ファイバー手段の該遠位端に結合した接着剤層；および該接着剤層に積層されたセンシング層であって、該サンプル流体における目的のパラメーターに対して感受性であり、そしてそれに関連するシグナルを提供するインジケーター成分を含む、センシング層；を備える光ファイバーセンサ。２６．前記接着剤層がアクリル接着剤を含む、請求項２５に記載のセンサ。２７．前記アクリル接着剤がウレタンアクリレートを含む、請求項２６に記載のセンサ。２８．前記目的のパラメーターがｐＨであり、前記インジケーター組成物が、親水性のポリエーテル含有ウレタンオレフィン前駆体と共重合可能なモノマー性蛍光インジケーター種とのコポリマーを含有する蛍光ポリマー性組成物を含む、請求項２５に記載のセンサ。２９．前記蛍光インジケーター種が、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、フルオレセインアクリルアミド、フルオレセインイソチオシアネート、クマリン、セミナフトローダフルオレセイン、セミナフトフルオレセイン、ナフトフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、およびジクロロフルオレセインからなる群より選択され、該種が、前記ウレタンオレフィン前駆体と共重合できるように修飾されている、請求項２８に記載のセンサ。３０．前記目的のパラメーターが酸素濃度であり、前記インジケーター組成物が硬化した過フッ素化ウレタンポリマーのポリマー性マトリクスおよび、その中に取り込まれた酸素感受性インジケーター成分を含む、請求項２５に記載のセンサ。３１．前記インジケーター成分が、ルテニウム(II)、オスミウム(II)、イリジウム(III)、ロジウム、レニウムおよびクロム(III)と、2,2'-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジメチル-1,10- フェナントロリン、4,7-ジスルホン化ジフェニル-1,10-フェナントロリン、2,2' -ビ-2-チアゾリン、2,2'-ビチアゾール、5-ブロモ-1,10-フェナントロリン、および5-クロロ-1,10-フェナントロリンとの錯体、ならびにVO(II)、Cu(II)、白金 (II)、および亜鉛(II)と、ポルフィリン、エチオポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、メソポルフィリンIXジメチルエステル、プロトポルフィリンIXジメチルエステルおよびオクタエチルポルフィリンとの錯体からなる群から選択される、請求項３０に記載のセンサ。３２．前記接着剤層が、酸素濃度と実質的に独立したシグナルを提供する参照染料をさらに含み、前記センシング層が、サンプル流体が該センシング層を通って浸透し、該接着剤層と接触し得るような層である、請求項３０に記載のセンサ。３３．前記参照染料が、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、ジクロロフルオレセイン、N,N'-ビス(2,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）、およびN,N'-ビス (2,6-キシリジル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）からなる群から選択される蛍光有機化合物である、請求項３２に記載のセンサ。３４．前記センシング層が、酸素濃度と実質的に独立したシグナルを提供する参照染料をさらに含み、該センシング層が、サンプル流体が該センシング層を通って浸透し、前記接着剤層と接触し得るような層である、請求項３０に記載のセンサ。３５．前記参照染料が、フルオレセイン、カルボキシフルオレセイン、ヒドロキシピレントリスルホン酸、ジクロロフルオレセイン、N,N'-ビス(2,5-ジ-tert-ブチルフェニル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）、およびN,N'-ビス (2,6-キシリジル)-3,4,9,10-ペリレンビス（ジカルボキシミド）からなる群から選択される蛍光有機化合物である、請求項３４に記載のセンサ。３６．前記光ファイバー手段が１本の光ファイバーを含む、請求項２５に記載のセンサ。３７．前記１本の光ファイバーがクラッディング手段で包まれる、請求項３６に記載のセンサ。３８．前記接着剤層と前記センシング層との間に挟まれた１つ以上のさらなる接着剤層をさらに備える、請求項３０に記載のセンサ。３９．前記センシング層上に堆積される１つ以上のさらなるインジケーター含有層をさらに備える、請求項３０に記載のセンサ。４０．前記センシング層上に堆積される１つ以上のさらなるインジケーター含有層をさらに備える、請求項３８に記載のセンサ。４１．前記インジケーター組成物が粒状二酸化チタンを含むように調製される、請求項２５に記載のセンサ。４２．前記センシング層上に堆積される分析物選択的ポリマー性材料の外層をさらに備える、請求項２５に記載のセンサ。４３．前記光ファイバー手段がさらにクラッディング手段を含む、請求項１に記載の方法。４４．工程（ｂ）において前記接着剤組成物が前記クラッディング手段の曝露した表面上に付与される、請求項４３に記載の方法。