JP2001509428A - バイオセンサの再生 - Google Patents
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Abstract
Description
して同センサの有効寿命を長くする方法及び装置に関する。
の手段を備えた、血液又は血清の分析物の連続的な分析のための装置に関する。
ばしば病棟から離れた場所に配置されている研究室内で前記試料を分析すること
によって行われる。例えば、グルコースの分析のためには、現場すなわち病棟内
での測定に有用な市販の特定の試薬スティックがある。このような測定の精度は
疑わしく、最良でも10乃至20%の誤差があり得る。
ることが多い。更に、人間の介入による誤差の危険性が明白であり、この点に関
する精度の低さもまた当然に欠点である。
的物質と相互作用する部分を有し且つ該相互作用の結果として前記生物学的な物
質のあるパラメータの変化を示す信号を発生する能力を有するあらゆる手段を意
味している。
P、グリセロール、クレアチニン及びピルビン酸塩のような分析物が、酵素の固
定化に基づくバイオセンサ技術を使用して分析されるとき、センサ表面は、適正
なセンサ応答を達成するのに十分なある時間中ある量の試料にさらされるであろ
う。表面の汚れによって、センサの応答は次第に低下することがよく知られてい
る。このこともまた、前記露呈及び表面と試料内に存在する物質との間の相互作
用の結果である。そのため、試料の化学的及び物理的組成は重要であり、試料i
.a.は、赤血球、血小板、高分子、電解質、脂質、酸化還元化合物等を含んで
いる。酵素カラム技術に基づくバイオセンサ内での酵素固定化のための支持材料
は、試料内に存在する物質によって汚染されることも知られている。
使用される場合には、この膜もまた、このような物質によって汚染される。この
汚染は、バイオセンサの寿命及び安定性を実質的に減ずることによってセンサの
応答性に影響を及ぼす。
酸素消費量又は過酸化水素生成物の測定である電流測定に基づいている。しかし
ながら、還元/酸化物質との干渉によって、長時間ドリフト、度重なる較正の必
要性及び短寿命のような問題が生じる。試料採取過程に関して、実際の測定の前
に、例えば、透析のような特定のステップを導入することによって、血液が実際
のセンサ内に入る前に同血液を調節する装置がある。透析カセットは新しい測定
ができるようになる前に交換しなければならないので、これは、より解決しにく
い問題であり且つより費用がかかるものでもある。
て分析物が分解されるときの熱の生成を利用することによる。この所謂酵素熱量
計の原理は、US−4,021,307によって知られている。しかしながら、
種々の血球、血小板、タンパク質等の如き血液構成成分の吸着により、血球は固
定化された酵素を含むカラムを急速に詰まらせるので、ここに開示された酵素熱
量計は、全血を直接測定するのには適していない。この作用は、血液を少なくと
も10倍に希釈することによってある程度まで回避することができるが、この希
釈によって測定感度が著しく低下する。しかしながら、このような測定は、希釈
液の余分の供給を必要とするであろう。カラムの詰まりを減じる別の方法は、1
0μmより大きい気孔の大きさの特別の超多孔質の支持材料を使用することであ
る。しかしながら、アガロースによって作られたこの支持部材は、この技術分野
において使用される一般的な支持材料好ましくはガラスよりも軟らかく、従って
、血液試料によって圧縮されてカラムを順次急速に詰まらせるある程度の危険性
が(時には)ある。
る信頼性の高い方法及び装置が現在のところ存在しない。
チン及びピルビン酸塩のような分析物に関して、全血を分析する改良された方法
であって、従来技術による方法の欠点を緩和した方法を提供することを目的とし
ている。
によるセンサを再生することによってセンサの汚れの減少に備えることによって
延ばすことができる。本発明による方法は、請求項1に規定されている。
た全血の長期間に亘る測定のための装置であって、サンプリングされた血液の流
れが極めて低速に保持される装置もまた提供される。本発明による装置は、請求
項12に規定されている。
かしながら、この詳細な説明及び特定の実施形態は、本発明の好ましい実施形態
を示しているけれども、例示のためにのみ提供されたものである。なぜならば、
本発明の精神及び範囲に含まれる種々の変更及び変形がこの詳細な説明から当業
者に明らかとなるであろうからである。
。
2を含んでいる。カニューレ4は、チューブ8及びポンプ10に接続されている
適切なコネクタ6(以下で説明する)を介して他の装置の構成要素に接続されて
おり、ポンプ10は、制御された流速で装置内へと種々の流体を抜き取るために
設けられている。このポンプは、多重チャネルポンプであり且つサンプリング装
置2からの血液のための第1の入力12と、緩衝液貯蔵装置15からの緩衝液の
ための第2の入力14と、凝固防止剤の貯蔵装置17からの凝固防止剤のための
第3の入力16と、を有している。凝固防止剤は、ライン9を介してカテーテル
4の先端近くの場所におけるライン8内の試料の流れ内へと供給される。
ン22を介してポンプ10から供給される試料のための一つの入力21と、ライ
ン24を介して供給される緩衝液のための一つの入力23とを有している。2つ
の出力、すなわち流体を分析部分へと給送するライン25aに接続される第1の
出力と流体を廃棄物として排出するためのライン25bに接続する第2の出力と
も設けられている。弁20は、ライン22からの流体(すなわち、この実施形態
においては血液)がライン24からの緩衝液の流れ内へと射出されるのを許容す
るように設計されている。
ためにヘパリンによって被覆されている。
ある種類の流れの通路に配置される感知部分を有するならば、いかなるバイオセ
ンサのタイプを使用しても良いことが考えられるけれども、所謂酵素リアクタ(
ER)26内で行なうことができる。従って、液体内に単に浸漬されるタイプの
センサは、本発明と共に使用するのには適していないであろう。好ましい実施形
態においてはERが使用されており、以下においてより詳細に説明する。
ト50をも含んでいる。インターフェース55が、制御ユニット50と装置内の
構成要素との間に接続されていて、ポンプ10と弁20とに、各々、制御信号が
ライン52及び54を介して供給される。従って、種々の独立して作動する流路
内のポンピング速度は、増加されても良いし減じられても良く、バイオセンサか
らの信号に応答して制御ユニットによって発せられたコマンドによって弁20が
種々の位置間で切り換えられる。バイオセンサ26からの信号を増幅し且つポン
プ及び弁への適当な制御コマンドを発するためにこのようにして得られた情報を
使用する制御ユニットに更に伝達するために、ライン58によってインターフェ
ースに前記信号を給送するための増幅器56が設けられている。
素が固定化されたガラス又は硬質ポリマー樹脂のビーズのような支持材料を含ん
でいる。酵素の固定化は、標準的なプロセスであり、本発明の一部分を構成せず
、従って、ここでは詳細に説明しない。
タ30は同カラムの入口に配置されており、他方のサーミスタ32はカラムの出
口に配置されている。カラムに入る流体は、カラム内のビーズ上に固定化された
酵素と反応し始め、それによって、熱を発生して流体の温度を上昇させるであろ
う。入口及び出口の各々での温度を監視すること及び温度を時間に関して積分す
ることによって、得られた積分値は、例えば、流体内のグルコースの濃度に関係
する反応熱に対応するであろう。発熱又は吸熱を伴うかもしれず且つカラム内で
起こる非特有反応が起こるため、温度変動が補償されなければならない。リアク
タを熱的に安定させることは、上記のための一つの方法であるが、他の方法及び
他の手段によって達成することもでき、本発明にとって重大なことではない。
いる装置の実施形態が図示されている。この装置は以下のように動作する。
によって装置のチューブに接続されている。最初に、ポンプが、ライン8を通り
、ライン22を介して血液を抜き取り、弁20を介して廃棄のために排出ライン
25bへと送り、緩衝液15からの緩衝液が、ライン18を介して弁20を通り
、ライン25aを介して酵素リアクタ26内へと抜き取られる。緩衝液がセンサ
内を通過するときに、センサから得られた連続的に測定された信号はバックグラ
ウンドか又はゼロレベルを形成し、緩衝液の流れは、この用途においては「バッ
クグラウンド液」と称されるだろう。バックグラウンド流の速さは、0.1〜1
0ml/分の範囲で変化するかも知れず、好ましくは1ml/分である。
される。特定の条件のためには他の比率が考えられるけれども、通常は1:1の
試料と凝固防止剤との比が使用されるであろう。凝固防止剤は、ライン9内に圧
送され且つカテーテル4の先端の近くの試料流通ライン8内へと射出される。
用しても良いが、現在のところ殆どの場合に10μlが適切であることが証明さ
れた)が緩衝液の流れの中の液体プラグとして入れられるのに十分な期間、血液
が緩衝液内へと向け直されるという作用に対する「射出モードへの切り換え」と
いうコマンドが弁20に与えられる。この「血液プラグ」は、熱的に安定された
媒体内で、試料は制御された温度を得、次いでER26内へと入る。
ースは酵素と反応し初め、それによって反応熱を放出する。この酵素反応は、極
めて迅速なプロセスである。リアクタ内の材料に付着する傾向がある種々の血球
、血小板、タンパク質の如き血液内の他の構成成分が吸着し始めるであろう。し
かしながら、この後者のプロセスは、拡散を制御した酵素反応と比較して遅いプ
ロセスである。小さいグルコース分子は、高分子及び血液中の他の大きな成分よ
りも遙かに速く拡散する。
明するように、絶対的に必要ではないけれども、この時点では、好ましくは、試
料全体がリアクタ内に入るべきである、)内で起こっている酵素反応によって生
じる温度上昇を受けるであろう。
、制御ユニットに伝達され、この制御ユニットは、温度上昇信号に応答してポン
プ10に対して「緩衝液流の速度上昇」コマンドを発して、緩衝液の流速を5〜
100%、好ましくは10〜50%、最も好ましくは15〜30%だけ増すよう
にプログラムされている。
の間の適切な比率を規定することによって、血球、タンパク質等のより大きな構
成成分がER26の内側の活性表面上に吸着する機会を有する前に洗い流される
と同時に、関心のあるより小さい分子が反応を検知することができる程度まで十
分な時間、酵素と反応することを可能にする状況を作り出すことができる。
簡単な実験によってなされ且つ当業者によって容易になされる。
入れば十分かもしれない。開始信号の検知はトリガーのために使用されない。そ
の代わりに、ある時間すなわち試料がバックグラウンド流内への射出された後に
リアクタに正に到達するのに要する時間が実験的に決定される。この時間は、次
いで、制御ユニット内にプログラムされ、流れの増大のためのスタート時点とし
て使用される。この時間は、もちろん、試料の種々の小部分がリアクタに入るよ
うに選択することができる。流れの増大が開始されたときに極めて少ない小部分
のみが入るならば信号は低くなることに注目すべきであるが、殆どの場合には、
試料の体積よりも実質的により大きいリアクタの空間の体積によって、試料全体
がリアクタに到達するであろう。
で、流れを増す前に、5秒以下のような短い時間待つことを可能にすることもで
きる。従って、実際には、ある時間間隔があり、この間に流れの増大を達成する
ことができる。パラメータの実際の組合わせは、個々の装置各々に対して実験的
に見つけなければならず、当業者は発明的な作業無しでこれらのパラメータを見
つけることができるであろう。
ピーク値が記録されるまで維持され、この時点で、流れは、ポンプ10への「通
常の流れへの復帰」コマンドによって減じられ、それによって、緩衝液の付加的
な流れを止めるであろう。増加した流速のパルス間隔は、10〜60秒とするこ
とができ、20〜40秒が好ましい。
された浴に浸すことによって除去することができる。
定することを望む時には、オペレータがメニューから「射出」コマンドを選択し
てもよいし、または予め選択された時点においてコマンドを発するようにコンピ
ュータをプログラムしても良い。このコマンドは、試料(血液)の流れが、所望
の試料体積すなわち10μlを射出するのに十分な時間、緩衝液の流れ内に給送
されるように弁を設定するであろう。次いで、この弁は、通常モードへとリセッ
トされ、すなわち血液が廃棄物として排出される。形状、流れ等の如き装置のパ
ラメータが良好に規定されている場合には、流れの増大が開始されるべき時間T
を予め設定することができる。従って、試料の射出の後の経過時間がTに等しい
ときに、コンピュータによって増加が開始される。
信号の勾配すなわち十分な大きさの温度上昇が起こったときに、流れの増大が開
始される。
マンドを発することによって、初期ポンプスピードP0が5〜100%、好まし くは10〜50%、最も好ましくは15〜30%に対応するファクタだけポンプ
スピードを増すことによってなされる。従って、流れ増大(またはパルス)モー
ドでのポンプスピードは、P=P0+XP0である。
P0へと戻される。
オペレータが開始した測定ができるようにコンピュータに戻る。
めのコネクタ装置が示されている。
示されている雄型部品と、全体が符号104によって示されている雌型部品とを
含んでいる。
端に設けられている。
その内径は、カテーテル106の内腔110の内径よりも大きい。これらの内径
の比は、2〜3:1であるのが好ましい。更に、スチールチューブ108は、外
側基端が尖った切断エッジ112が形成されるように、すなわち基端の外側面が
若干円錐形にされるように、ギザギザが付けられるか又は研磨されている。
14内に挿入され且つその中心に固定される。ソケット114は、円形/円筒形
開口すなわち穴116を有する円筒状部材を含んでおり、この円筒状部材の内面
は、若干テーパーが付けられており且つその中心にはチューブ108が前記開口
の深さの何分の一かの距離だけ突出している。従って、チューブ108の切断エ
ッジ112は、前記開口116の底部118とその外周端縁120との間の領域
のどこかに配置されている。テーパーは、底部118の直径が外周端縁120の
直径よりも若干少なくなるようになされている。
心に配置されており、その外径は、雌型部品104の開口の内側に緩く嵌合して
いる。カテーテル106の端面124は、円筒形部材122の端面126と面一
になっている。チューブ108は、雄型部品と雌型部品とが結合されたときに尖
った端縁112がカテーテル106の端面を貫通する程度まで雌型部品の底部1
18から遠く離れて延びている。
112がカテーテル106の端面124内へと食い込むような十分に弾力性の又
は軟らかい材料によって作られている。これによって、患者から測定装置への血
液の移送における信頼性があり且つ安全な接続が提供される。カテーテルのため
の適切な材料は、例えば、軟質のPVC/シリコーンである。
適切な係止装置の例は、ルアー(登録商標)タイプの係止装置である。
間の接続部に流れ断面積の突然の変化がある。このことは、流通経路の詰まりを
防止するか又は緩和するという意味において必須である。この原理は公知である
。
続を設けることによって、大きい容積116が流通経路から排除される。このこ
とは、血液がチューブ108に入る前にこのような大容積を通り過ぎなければな
らない場合に、血液の成分が前記容積116の内面に吸着するための十分な時間
があるという意味で重要である。図3においては、通常のルアー係止装置タイプ
のカップリングを含んでいるコネクタが示されている。雄型部品102と雌型部
品104とは、デッドスペース119を形成するように接続される。血液がカッ
プリングの内側の大きなデッドスペース119に入るときに、流速が著しく減少
して血液の成分がコネクタの内面に付着し且つ最終的にコネクタを詰まらせる時
間を与えることは自明である。
とは同時に考えられる。しかしながら、チューブの尖った端縁は図示したように
雄型部品の「内側」に配置された場合に保護されるので、第1の実施形態が好ま
しい。
尖ったエッジを設けることであり且つこれらの部品が接続されたときに、実際に
はエッジが材料内へ食い込むような必要な軟らかさ又は弾性をカテーテルが有す
ることである。例えば、あるタイプのねじとナットとからなるコネクタ又はバヨ
ネットタイプのカップリングを考えることができる。
径4mmの酵素リアクタであった。
るであろう。サーミスタの一例がVictory Eng. Inc.から得ら
れた。
た。信号の値はボルトで与えられている。
。試料(血液)の体積は5μlであり、基準線信号を検知がなされる前後におい
て記録した。3回の連続測定を実行した。
Vまで増加しており、検知後の基準線信号も0.15Vから0.34Vへと増加
している。
ら準備された試料をリアクタに導入し且つ通過させた。 試料No. 検知前 検知後 6 0.30 0.31 7 0.29 0.31 この表から分かるように、基準線信号は影響を受けない。
れた時に、緩衝液の流れを15%増加させて応答信号が再び増加し始めたときに
20秒間そのレベルに維持した。 試料No. 検知前 検知後 11 0.23 0.22 12 0.23 0.22 13 0.23 0.22 14 0.22 0.22 15 0.21 0.22 16 0.20 0.22 17 0.21 0.22 18 0.21 0.21 19 0.23 0.21 表から分かるように、9回の連続的な試験を行い、基準線を測定が許される精度
の範囲内の同じレベルまで再生可能に戻した。
が必要な患者又は透析を受けているような患者のクロックサーベイランスをなす
ためのポータブルな装置として設計されるのが好ましい。
へ容易に動かすことができる一体品の装置内に一体化されている。
発明の着想を、発酵基、動物細胞培養基の如き他のタイプの複合的な生物学的/
生化学的培養基のために使用することも同様に可能である。例えば、本発明は、
醸造プロセスにおいて樽内のエタノール又は残留糖分を分析するのに適している
。本発明はまた、例えば、細胞培養基内のアミノ酸又は成長ホルモンのような種
々の物質を分析するために使用することもできる。
もできる。
つ実行することができる。このような変形は、本発明の精神及び範囲からの逸脱
であると考えられるべきではなく、当業者にとって明らかなこのような変形の全
てが請求の範囲内に含まれることを意図されている。
ネクタを示しており、 図4は、本発明の方法における一連のステップを示しているフローチャートで
ある。
Claims (18)
- 【請求項1】 生物学的流体内のある成分の特性又は存在に応答する信号発
生部分を有し且つ選択可能な流速で流体が通過せしめられる流路を有するバイオ
センサを再生する方法であって、 a)応答発生成分を含まない流体のバックグラウンド流を、前記流路内に通過
させることと、 b)選択された時点で、試料アリコートを前記バックグラウンド流内に導入す
ることと、 c)前記試料の少なくとも小部分が前記流路内に入った時点で、バックグラウ
ンド流体の流速を増大させることと、 を含む方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法であって、 センサによって試料の存在を検知すること及び試料の存在の検知の0〜30秒
後、好ましくは0〜20秒後、更に好ましくは0〜10秒後の時点、最も好まし
くは検知後すぐに、流速を増大させること、を含む方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の方法であって、 前記流速が、5〜100%、好ましくは10〜50%、最も好ましくは15〜
30%だけ増大せしめられる方法。 - 【請求項4】 請求項1又は2に記載の方法であって、 前記センサからの信号が予め選択された値に達するまで増大せしめられた流速
を維持することを含む方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の方法であって、 前記予め選択された値が信号ピーク最大値である方法。
- 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一の項に記載の方法であって、 前記増大せしめられた流速が、10〜60秒間、好ましくは20〜40秒間維
持される方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか一の項に記載の方法であって、 前記バックグラウンド流が、0.1〜10ml/分、好ましくは1ml/分で
ある方法。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか一の項に記載の方法であって、 前記流速の増大が、試料全体が前記流路に入ったときに開始される方法。
- 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一の項に記載の方法であって、 試料が試料源から連続的に抜き取られ、分析されないときには同試料は廃棄物
として廃棄される方法。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれか一の項に記載の方法であって、 前記試料が任意に凝固防止剤と予め混合される血液である方法。
- 【請求項11】 請求項10に記載の方法であって、 前記凝固防止剤が、1:1の比率で血液と予め混合される方法。
- 【請求項12】 採用されたセンサの本来の再生によって増加された寿命を
有する、生物学的流体内の分析物の連続的な監視のための装置であって、 a)選択可能な流速で流体が通過せしめられる流路と、同流路内に配置され且
つ生物学的流体のある成分又は特性に応答する信号発生部分と、を有するバイオ
センサ(26,30,32)と、 b)前記生物学的流体の試料を提供するためのサンプリング装置(4)と、 c)選択可能な流速で前記流路内にバックグラウンド流体の流れを通過させる
ための手段(10,15,18,24)と、 d)結合した流れを提供するために、選択可能な時点で前記バックグラウンド
流体の流れ内に前記試料を射出する手段(20,50,55)と、 e)前記信号発生部分に洗浄作用を行うために、前記流路内への試料の通過中
の選択可能な時点で、前記結合された流れの流速を増大させる手段(50,55
)と、 f)前記信号発生部分からの信号を提供するための手段(30,32)と、 を含む装置。 - 【請求項13】 請求項12に記載の装置であって、 前記サンプリング装置が、人間又は動物の血管内に挿入可能なカテーテル(4
)と、同カテーテルを当該装置に接続するチューブ(8)とを含む、装置。 - 【請求項14】 請求項12又は13に記載の装置であって、 選択可能な流速でバックグラウンド流体の流れを前記流路に通すための前記手
段が、ポンプ(10)と適当なチューブ(18,24)とを含む装置。 - 【請求項15】 請求項12、13又は14に記載の装置であって、 前記試料を前記バックグラウンド流体の前記流れ内へ射出するための前記手段
が、射出モード及び廃棄物廃棄モード間で切り換え可能な弁(20)を含む装置
。 - 【請求項16】 請求項12〜15のうちのいずれか一の項に記載の装置で
あって、 前記流速を増大せしめるための手段が、前記センサーからの信号に応答するよ
うにプログラムされた制御ユニット(50)を含む装置。 - 【請求項17】 請求項12〜16のうちのいずれか一の項に記載の装置で
あって、 前記信号発生部分からの信号を提供するための前記手段が、少なくとも一つの
サーミスタ(30,32)を含む装置。 - 【請求項18】 請求項12〜17のいずれか一の項に記載の装置であって
、 前記サンプリング装置(4)を前記ポンプ(10)に接続するためのコネクタ
(100)を更に含み、 同コネクタが、 雄型部品(102)及び雌型部品(104)と、 内径を有し且つ前記雄型部品(102)及び雌型部品(104)のうちの一つ
の中心に挿入され且つ同部品(102;104)の端面(118)から突出して
いるスチールような硬質材料のチューブ(108)と、 前記雄型部品(102)及び雌型部品(104)のうちの他方の中心に挿入さ
れ且つ前記チューブ(108)の内径よりも実質的に小さい内径を有し、本質的
に平坦な端面(126)を有する軟質材料のカテーテル(106)と、 を更に含み、 前記チューブの突出端部が、鋭い外周端縁(112)を形成するように研磨さ
れており、 前記チューブ(108)及び前記カテーテル(106)の各々の雄型又は雌型
部品内での位置が、前記雄型と雌型部品とが結合されたときに、前記鋭い端縁(
112)が前記カテーテル(106)内に穿刺されて流体密な接続が形成される
ようになされている装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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