JP2002501191A

JP2002501191A - 反射材料を備えた光学センサおよびそのような光学センサを作製するための方法

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Publication number: JP2002501191A
Application number: JP2000528856A
Authority: JP
Inventors: スティーブンエム．バーナード，; トーマスシー．コリンズ，; リチャードダブリュー．メイソン，; ルドルフイー．スロバセック，; スーザンエル．クッドモア，; クリスチャンマンクホルム，; ケビンジェイ．サリバン，
Original assignee: Bayer Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2002-01-15
Also published as: WO1999037997A1; US20010012539A1; US6254831B1; EP1051607A1; AU1777999A; CA2318948A1

Abstract

(57)【要約】支持体および検出層を含む光学センサが提供され、その検出層が、（ａ）ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度が、分析物の量の変動に伴って変化するルミネッセンス材料と、（ｂ）ルミネッセンス材料の励起および発光波長の高効率反射を有する反射材料と、（ｃ）ルミネッセンス材料および反射材料を共に支持および保持するためのポリマーバインダと、を含む。そのような光学センサは、高散乱試料中のガス状、イオン性、および非イオン性分析物の検出に都合良く使用され得る。そのような光学センサの作製のための方法もまた提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、概して光学センサおよび光学センサを作製するための方法に関する
。より詳細には、本発明は、ルミネッセンス検出器に基づく光学センサに関し、
そのルミネッセンス検出器は、ルミネッセンス材料を含む同じ層に高反射材料を
含む。典型的に、ルミネッセンス材料および反射材料を含むこの層は、光学セン
サの外部表面を形成し、分析される材料を含む混合物と直接的に接触する。

【０００２】（背景）蛍光またはリン光材料に基づく光学センサは、血液および海水のような液体試
料中の様々なガスおよびイオン性材料を検出する場合に使用するとして公知であ
る。典型的に酸素センサは、試料中の分析物ガスによるセンサ内でのルミネッセ
ンス材料のルミネッセンスの消光に基づく。ＭａｃＣｒａｉｔｈらによるＪ．Ｓ
ｏｌ−Ｇｅｌ−Ｓｃｉ．ａｎｄＴｅｃｈ．，８，１０５３−１０６１頁（１９
９７）およびその参考文献に記載されるように分析物濃度に関するルミネッセン
ス信号における変更は、Ｓｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒの式によって記述される。Ｉ₀／Ｉ＝１＋Ｋ_SV［分析物］ここでＩ₀は分析物が存在しないときのルミネッセンス信号であり、Ｋ_SVは、感度を決定するＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ消光定数である。信頼性のある分析のた
めに、直線的関係、またはルミネッセンス信号と、ガス状または溶解した形態の
ガスの分圧のような量との間で応答することは好ましい。

【０００３】または、そのような光学センサは、蛍光色素を使用し得、その蛍光色素は吸光
度特性を変化させ、よって試料または内部センサｐＨに従って、プロトン化また
は脱プロトン化の発光量を間接的に変化させる。そのようなセンサの２つの実施
例は、米国特許第５，５０６，１４８号に記載される色素ヒドロキシピレントリ
スルホン酸を有するＣＯ₂センサと、ＡｌｄｅｒらによるＷＯ９５−３０１４８において記載される色素フルオレセインを有するｐＨセンサと、を含み、両者は
、本明細書中で参考として援用する。

【０００４】これらの光学センサにおいて、ルミネッセンス材料の励起および発光波長に対
して透明である基板が、典型的に使用される。このタイプの基板は、基板上にル
ミネッセンス材料を含む薄いセンサコーティングまたは層を、試料と接触させる
ことを可能とする。一方、励起光がセンサコーティングに到達すること、および
ルミネッセンス材料によって生成された発光信号が透明な基板を介して検出され
ることを可能にする。概して光学センサに対するこのアプローチに関し、血液、
およびミルクのような特定の試料は、励起光を吸収、分散、または反射する傾向
があり、発光信号の一方がセンサ検出層に戻り、あるいは透明基板を通過して検
出光学装置に戻るため、信頼できる分析の測定を達成することが困難である。光
学的な妨害の他のタイプは、光学センサおよび試料のまわりの外界条件からの迷
光、第１センサの付近に位置付けられた第２光学センサからの迷光、およびバル
ク試料からの蛍光（すなわち血液の場合におけるビリルビン蛍光）である。

【０００５】この問題を解決するための１つのアプローチは、検知層または検出層上の第２
コーティング層を配置しなければならなかった、従って検知層と試料との間に分
離層を挿入する。典型的に、この第２コーティング層によって、励起光および発
光信号を吸収、遮断して、これらが試料に到達することを妨げる。従って励起光
および発光信号の吸収、散乱、または反射に対するヘマトクリット効果によるい
かなる試料に誘起された変化も、実質的に減少される。

【０００６】検知層上の第２層の使用は、蛍光に基づいたセンサであり、検知層上に積層ま
たはコーティングされた不透明であるが透過性第２層を作製する化学的処理を利
用するセンサに関して記載されてきた。例えば、Ｏｆｆｅｎｂａｃｈｅｒらによ
る米国特許第５，０９１，８００号は、架橋ポリビニルアルコール、またはセロ
ファンから作られるイオン透過性被覆膜の使用を開示し、そのセロファンは型で
引き伸ばされ、さらに不透明膜を形成するために一連の化学処理を介して銀、金
、または白金のコロイド粒子を含浸させる。従ってこの不透明膜は、別の処理工
程において検知層上に配置される。Ｙａｆｕｓｏらによる米国特許番号第４，９
１９，８９１号、第５，０７５，１２７号、第５，０８１，０４１号および第５
，０８１，０４２号は、検知層上の不透明第２層の他の例を記載し、ここで不透
明第２層または被覆層は、カーボンブラックのような非反射性不透明材料を含浸
させたイオン透過性被覆膜であり、あるいは代替的にフタロシアニン銅またはカ
ーボンブラックのような非反射性不透明材料を含むセルロース系樹脂のコーティ
ングである。

【０００７】しかし、これらセンサは、その作製において追加の層を要求することに関連し
た欠点を有する。試料と検出層との間の第２層の導入は、分析物と検出層との間
の必要な接触を不利に遮断または抑制する傾向がある。この欠点を克服するため
に第２層は、分析物に対して高透過性でなければならず、検出層に十分に接着し
なければならない。第２処理工程の増加した費用および透過性の問題に加えて、
物質組成および物質特性における変化は、作製において検知層と不透明層との間
、および使用において不透明層と試料との間の材料適合性を考慮する場合、この
第２不透明層を特に問題にする。

【０００８】検知層と試料との間に挿入される第２層または被覆層のこれら余分な複雑性お
よび不利さは、共通の譲受人によって同日出願された「ＯｐｔｉｃａｌＳｅｎ
ｓｏｒａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＯｐｅｒａｔｉｏｎ」と題される米国同
時係属出願第号（本明細書中で参考として十分に援用され、以下で「Ｃｈ
ｉｒｏｎＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」と称する）に記載されるよ
うな２つ以上の異なる分析可能な材料または分析物の検出のための単一光学セン
サにおいて、２つ以上の異なる検知層が存在する場合に増加する。これら異なる
各検知層は、恐らく各検知層について異なる、整合した第２層または被覆層を要
する。さらに不透明第２層または被覆層の、処理、化学的性質、および透過性は
、複雑さを加え、一貫した生産方式で制御することはより困難である。

【０００９】光学センサの代替的な型式は、ルミネッセンスにおける差異よりも吸光度の差
異に基づく。吸光度に基づくこれらのセンサは典型的に、分析される試料に対す
る検知層の露出後、励起光がその検知層を介して透過することを要求する。その
分析は、センサの透過または吸光度スペクトルにおける変化を使用し、あるいは
不透明試料の場合、センサの反射スペクトルにおける変化を使用することによっ
て実行される。吸光度に基づくセンサの検出過程は一般に、例えば、ルミネッセ
ンスのためのセンサよりも複雑さが小さい。なぜなら吸光度波長（ａｂｓｏｒｂ
ａｎｃｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）のみが分析物に入るのみであるためである。
２次的な発光波長が存在しないため、光散乱効果のための複雑さは、単一の波長
に制限される。しかし、ルミネッセンス検知は、ただ１つの波長よりもむしろ２
つの別個波長（すなわち励起および発光）に部分的に依存することを部分的には
原因として、より明確で顕著により敏感である。従ってルミネッセンス検知は、
吸光分析よりもかなり低い分析物検出レベルで、吸収分析よりも小さな試料体積
で動作する。

【００１０】吸光度に基づくセンサの１つの変化は、試薬層を有する多重層設計で、そこで
、分析物が試薬と反応して検出可能種を形成し、その検出可能種は検出層に拡散
し、そこでＣｌｅｍｅｎｔによる米国特許番号４，０４２，３３５号に記載され
るように、検出可能種の量が測定される。それはまた光学センサにおいて、全部
で３以上の層になるように拡散層のような追加の層を含む。典型的にこの型式の
光学センサは、スライドフレームホルダに透過基板を有する反射率に基づく測定
システムを使用する。これらセンサの特定の測定要件に対して、二酸化チタン（
ＴｉＯ₂）のような反射可能な不透明材料を含む分離した光ブロッキング層が、多重層の１つとして、Ｐｒｚｙｂｙｌｏｗｉｃｚらによる米国特許第３，９９２
，１５８号、およびＣｌｅｍｅｎｔによる米国特許第４，０４２，３３５号に記
載され、両者を本明細書中に参考として援用し、ならびに以下全てＡｒａｉらに
よる米国特許第４，７８１，８９０号、第４，８９５，７０４号、欧州特許第１
４２，８４９Ｂ１号に記載されてきた。あるいは、Ｐｒｚｙｂｙｌｏｗｉｃｚら
による米国特許第３，９９２，１５８号に記載されるように、不透明材料は拡張
層内にあり得る。Ａｒａｉらによる米国特許第４，８９５，７０４号は、試薬ま
たは登録層を含む親水性層において、検出可能種を測定するために使用される波
長で、光透過率を２．５〜１０％の範囲にするために、二酸化チタンのような光
散乱性粒子を取り込むことをを記載する。

【００１１】あるものは、発光検知層にＴｉＯ₂を取り込み得るが、所望の応答スピードを有しながら、光学的干渉を効率的に遮断するように不透明である、酸素センサの
作製において不成功であることが、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６７，３１６０〜３１
６６頁（１９９５）においてＫｌｉｍａｎｔらによって示唆された。

【００１２】（本発明の要旨）本発明の１つの局面は、支持体および検出層を含む光学センサに関連し、検出
層は、（ａ）分析物の量の変動に応じて、ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度
が変動するルミネッセンス材料と、（ｂ）ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率的な反射率を有す
る反射材料と、（ｃ）ルミネッセンス材料および反射材料をともに支持および保持するポリマ
ーバインダと、を含む。

【００１３】１つの実施態様において、本発明の光学センサの検出層は、０．２〜１５ミク
ロンの厚さを有する。好適な実施態様において、検出層は、０．５〜１０ミクロ
ンの厚さを有する。より好適な実施態様において、検出層は、１〜８ミクロンの
厚さを有する。

【００１４】１つの実施態様において、本発明の反射材料が検出層の重量の５〜６５％の量
で存在する。好適な実施態様において、反射材料が検出層の重量の１０〜５０％
の量で存在し、さらに好適には、検出層の重量の３０〜５０％の量で存在する。

【００１５】本発明の１つの実施態様において、反射材料は顔料である。本発明に使用する
ための適切な反射顔料には、限定されないが、二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化
アンチモン、硫酸バリウム、および酸化マグネシウム、が挙げられる。二酸化チ
タンまたはその市販の均等物は特に好ましい反射顔料である。

【００１６】本発明の好適な実施態様において、検出層は、分析物を含む試料または混合物
と接触するために適用される光学センサの外部層である。本局面の特定の好適な
実施態様において、光学センサは、単一層光学センサとして支持体および検出層
から成る。

【００１７】１つの実施態様において、ルミネッセンス材料は、蛍光材料または蛍光を生成
する材料の組み合わせである。別の実施態様において、ルミネッセンス材料は、
リン光材料である。好適な実施態様において、ルミネッセンス材料は、オクタエ
チルポルフィリン白金である。

【００１８】１つの実施態様において、本発明のポリマーバインダは、疎水性バインダを含
む。好適な実施態様において、ポリマーバインダは、メタクリレートに基づくポ
リマーまたはコポリマーを含む。特に好適な実施態様において、ポリマーバイン
ダは、エチルヘキシルメタクリレートおよびメチルメタクリレートのコポリマー
である。

【００１９】１つの実施態様において、支持体は、ルミネッセンス材料の励起および発光の
波長に対して実質的に透明である。好適な実施態様において、支持体は透明な可
撓性プラスチックフィルムである。

【００２０】１つの実施態様において分析物はガスである。１つの実施態様において、分析
物ガスは酸素である。１つの実施態様において、分析物は、イオン性材料である
。別の実施態様において、分析物は、非イオン性材料である。

【００２１】本発明の別の局面は、光学センサを作製するための方法に関連し、（ａ）支持体を提供する工程と、（ｂ）支持体上に液体混合物をコーティングし
、続いて支持体の一方の側上に、本明細書に記載されるように固体検出層を形成
するために液体混合物を乾燥する工程と、を含む。

【００２２】その方法の実施態様の１つにおいて、光学センサが、支持体上にパターン化さ
れてコーティングされた２つ以上の検出層を含む。その方法の好適な実施態様に
おいて、支持体上にパターン化されてコーティングされた２つ以上の検出層は、
２つ以上の異なる分析物の濃度を検知することが可能である。その方法の別の実
施態様において、支持体上にパターン化されてコーティングされた２つ以上の検
出層は、分析物と接触するために適合された光学センサの外部層である。その方
法の好適な実施態様において、光学線センサの外部層として支持体上にパターン
化されてコーティングされた２つ以上の検出層は、試料における２つ以上の分析
物と接触するために適合される。

【００２３】その方法の１つの実施態様において、検出層は、ポリマーバインダのガラス転
移点より高く加熱され、さらに硬化プロセスにおいて、外界条件まで冷却される
。

【００２４】（本発明の詳細な説明）図１に示されるように本発明は、支持体１２、および検出層１４を含む光学セ
ンサ１０に関連し、検出層は、（ａ）分析物の量の変動に応じて、ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度
が変動するルミネッセンス材料２と、（ｂ）ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率反射率を有する反
射材料６と、（ｃ）試料分析物にアクセスし得る検知環境において、ルミネッセンス材料２
、および反射材料６をともに支持および保持するためのポリマーバインダ４と、
を含む。

【００２５】サンプル内の様々な分析可能な材料または分析物の量を測定する場合に使用す
るための、ルミネッセンスに基づく光学センサ１０において、励起波長は発光を
誘起するために選択される。この励起波長は典型的に、ルミネッセンス材料２の
吸収スペクトル、ならびに励起光源の効率および信頼性の考慮に基づいて選択さ
れる。

【００２６】同様に発光波長は、ルミネッセンスの強度を測定するために選択される。典型
的にこの発光波長は、ルミネッセンス材料２のルミネッセンス発光スペクトル、
ならびに発光検出デバイスの効率および信頼性の考慮に基づいて選択される。

【００２７】本明細書中で使用される「光」という用語は、紫外、可視、および赤外領域の
波長範囲にわたる放射を意味する。ルミネッセンスに基づく光学センサ１０に関
して、４００ｎｍと７５０ｎｍとの間の可視領域の分散した部分は、典型的に励
起および発光検出波長の両方に利用される。本明細書中で使用される「ルミネッ
センス」という用語は、分子の電子的に励起された状態からの放射性散逸によっ
て発光された光を意味する。本明細書中で使用される「蛍光」という用語は、同
一多重度の状態間の、典型的には分子の最低励起一重項状態と一重項基底状態と
の間のルミネッセンスを意味する。本明細書中で使用される「リン光」という語
は、異なった多重度の状態間の、典型的には最低励起三重項状態と一重項基底状
態との間のルミネッセンスを意味する。

【００２８】本発明における光学センサ１０の応答を測定するための適切なデバイスは、図
２に記載される。測定装置１４０は、フローセルアセンブリ６０、ならびに光源
および検出器のサブシステム１００を含む。光源および検出器のサブシステム１
００に対して、ＬＥＤ光源１５２およびレンズ１５４は、フィルタ１６２を介し
て光ファイバスプリッタ１８０（ＡｍｅｒｉｃａｎＬａｕｂｓｃｈｅｒＣｏ
ｒｐ．，Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ，ＮＹから入手可能であり、０．４８５の開口
数を有する）の一方の脚１８２に励起光を進ませるために使用される。ファイバ
ケーブル８０および脚１８４に沿ってセンサ１０から戻るルミネッセンス光信号
は、フォトダイオード１７２（ＨａｍａｍａｔｓｕＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，
Ｂｒｉｄｇｅｗａｔｅｒ，ＮＪから入手可能）による検出前に、フィルタ１６
８および開口部１５８を通過する。発光検出器１７２の出力電流は、Ｓｔａｎｆ
ｏｒｄＲｅｓｅａｒｃｈＳＲ５７０電流プリアンプ（ＳｔａｎｆｏｒｄＲ
ｅｓｅａｒｃｈＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡから入
手可能な）のようなプリアンプ１７４で増幅され、電圧に変換され、分析におけ
る使用のために記録される。ｐＨを検知する色素フルオロセインを光学センサ１
０の検出層１４に使用する場合に対して、実施例５に記載されているように、Ｐ
ａｎａｓｏｎｉｃ（登録商標）青色ＬＥＤ（Ｄｉｇｉ−Ｋｅｙ，ＴｈｉｅｆＲ
ｉｖｅｒＦａｌｌｓ，ＭＮから入手可能なＰ３８９ＮＤ）が光源１５２として
使用された。４８５ｎｍ中心波長２２ｎｍ半値幅フィルタ（ＯｍｅｇａＯｐｔ
ｉｃａｌ，Ｂｒａｔｔｌｅｂｏｒｏ，ＶＴから入手可能）がフィルタ１６２とし
て使用され、５３５ｎｍ中心波長３５ｎｍ半値幅フィルタ（これもまたＯｍｅｇ
ａＯｐｔｉｃａｌ，Ｂｒａｔｔｌｅｂｏｒｏ，ＶＴから入手可能）がフィルタ
１６８として使用された。ルミネッセンス材料２として異なる色素を使用する各
個々のセンサ検出層１４は、それに独自の好適なＬＥＤ光源１５２、励起干渉フ
ィルタ１６２、および発光干渉フィルタ１６８を要求することは明白である。

【００２９】光学センサ１０のルミネッセンス検出層１４が、分析物を測定するためにフロ
ーセルアセンブリ６０によって試料と接触させられる場合、生成され、そして引
き続いて光ファイバ装置８０によって励起および検出のサブシステム１００に伝
達される光学発光信号は、存在する分析物の量と関係付けられる必要がある。こ
の測定の間、多くの光学干渉が、試料と励起光および発光光との間で発生し得る
。これらの干渉は：試料層に到達する励起光または発光された光のいずれか一方
の吸収；センサ１０または検出層１４を介して試料に通過し、検出層１４に戻っ
た、励起光の散乱または反射；および検出層１４から試料に発光され、検出層１
４および支持体１２を介し、引き続いて発光検出光学装置に戻った励起光の散乱
または反射、を含む。これらの干渉は、試料の性質に依存して、発光信号を有意
に変更するために結合され得る。典型的にこれらの干渉は４つの要素ほど大きく
ないが、干渉は、分析物の測定において有意な不確実性をさらに導入し得る。別
のタイプの光学干渉は、測定時期の間、フローセルアセンブリ６０において存在
するような光学センサ１０および試料の周りの外界条件からの迷光、またはセン
サ上の第１検出層１４付近に配置された第２検出層１４からの迷光である。

【００３０】分析物とルミネッセンス材料との間の相互作用に有意に影響することなくこれ
らの光学干渉を克服するために本発明は、検出層１４においてルミネッセンス材
料２に加えられた反射材料６を含む。この反射材料６は、ルミネッセンス材料の
励起および発光の波長の高効率反射率を提供する。適切な反射材料は顔料、およ
び赤色の（ｂｌｕｓｈ）、または空隙のあるポリマー、ならびにそれらの組み合
わせである。反射材料としての赤色または空隙のポリマーは、例えば、Ｐｒｚｙ
ｂｙｌｏｗｉｃｚらによる、前述の米国特許第３，９９２，１５８号、およびＣ
ｌｅｍｅｎｔによる第４，０４２，３３５号に記載される。適切な反射顔料には
、限定されないが、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化マ
グネシウム、硫酸バリウム、および酸化アルミニウムのような無機材料が挙げら
れる。特に好適な反射顔料は、二酸化チタン（ルチル、アナターゼ、ブルッカイ
ト型のいずれか）、および赤色または空隙のあるポリマー顔料である。顔料形態
における赤色または空隙のあるポリマーは、典型的に外見において白色であり、
固体ポリマーにおいて微視的空隙によって散乱する光からその高効率的反射率を
取得し、有機溶媒または水に難溶性、または不溶性を有する。これらの性質によ
っても、ポリマーが支持体に検出層を適用するために使用されるコーティング混
合物に適合させる。そのような市販品の例は、ＭＡＲＴＩＮＳＷＥＲＫＧｍｂ
Ｈ，Ｂｅｒｋｈｅｉｍ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄから入手可能な「ＰＥＲＧＯＰ
ＡＫ（登録商標）Ｍ２」である。本明細書で使用される「高効率反射」という用
語は、ＲｏｆｆｅｙｉｎＰｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ
ＳｕｒｆａｃｅＣｏａｔｉｎｇｓ，Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，
１９８５，１１０−１１７頁、およびその参考文献（全て本明細書で参考とし
て十分援用する）に従って測定された酸化マグネシウムについての１００％反射
率と比較して、光の波長の７５％より大きい反射率を有する材料を呼ぶ。

【００３１】反射材料６の高効率反射率は、センサ１０または検出層１４と接触した試料と
の光学的相互作用を減少するため検出層１４において内部光バリアとして作用す
る機能を提供する。反射材料６の追加は、反射する励起光によって発光信号をも
高め、反射する励起光は、他の観点ではで試料に透過度分だけ散逸し得、ルミネ
ッセンス材料２に戻り、およびルミネッセンス発光を支持体１２を介して後方に
、１００における検出光学装置へ反射することによって発光信号を高める。反射
材料６による発光信号の向上は、本発明の特に重要な特徴で、薄い検出層１４に
非反射性吸収性材料よりもむしろ反射材料６を加える利益と一致する。反射材料
６は光が試料に到達することを妨げ、吸収材料も妨げ得るが、反射材料６は、発
光信号を高めるための反射光という重要な追加的特徴を有し、これは非反射性吸
収性材料からは得られない。

【００３２】高効率反射材料６による、ルミネッセンスに基づく光学センサ１０の励起およ
び発光の波長の反射パーセントは、比較的高いことが好ましい。好適な反射パー
セントは、本明細書で引用された参考文献に従って測定して、光学センサに関心
の光の波長の反射９０％より大きい反射を有する反射材料である。特に好適な反
射材料は、９８％よりも大きな反射を有する反射材料である。

【００３３】本発明の反射顔料の粒子サイズは、ルミネッセンス応答の均一性に影響し得、
特に５ミクロン以上の平均直径を有する大粒子が５ミクロン以下の厚さを有する
薄い検出層において使用される場合にそうである。反射顔料のための適切な粒子
サイズは、０．０５〜５ミクロンまでの範囲における平均直径を有する。好適な
ものは、０．１〜０．５ミクロンまでの範囲における平均直径を有する粒子サイ
ズである。ＴｉＯ₂の有用な形態は、Ｔｉ−Ｐｕｒｅ（登録商標）であり、いくつかの乾燥グレードおよびスラリーにおいて、ＥＩｄｕＰｏｎｔｄｅＮ
ｅｍｏｕｒｓ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能である。ＴｉＯ₂顔料は、様々なグレードにおいてＫｒｏｎｏｓＩｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ，
からも入手可能である。

【００３４】使用される反射材料６の量は、試料および迷光からの光学干渉を受容可能レベ
ルまで減少させるほど十分であるべきで、そこでは、ルミネッセンス強度および
分析物の量間の十分な相関が、透明水性試料または高度に混濁した血液試料のい
ずれが使用されるかに関係なくセンサ測定システムにおいて達成される。反射材
料６の特定量は、例えば、特定の使用されるルミネッセンス材料２およびポリマ
ーバインダ４のルミネッセンス性質、検知層の最終的厚さ、ならびに除去される
べき光学干渉の程度に依存して変動する。例えば、試料から発生する光学干渉を
５０％減少するために、コーティングは、センサ励起および発光収集光学装置が
、０．４８５の開口数を有する場合、関心のある波長において約２の測定された
吸光度または光学密度（Ｏ．Ｄ．）を有するべきである。また例えば、試料から
発生する光学干渉を９０％減少するためには、コーティングは、励起および発光
装置が０．４８５の開口数を有する場合、関心のある波長において約４の測定さ
れた吸光度または光学密度値を有するべきである。薄い検出層１４については、
これは、厚い検出層１４よりも材料的により高いパーセントの反射顔料６を要す
る。検出層１４における反射材料６の適切な重量パーセントは、検出層の重量の
５〜６５％の範囲にあり、これはこれらが、標準的なコーティング技術によるコ
ーティング溶液の適用を妨げるほど十分にはそれらを過度に変更させず、または
ルミネッセンス感度、定量的応答、試料における分析物に対するかなり急速な応
答時間、の所望の組み合わせを変更させないようにである。好適に、検出層１４
に対する重量の反射材料６の重量パーセントは、１０〜５０％であり、より好適
には、３０％〜５０％である。より大きなパーセントが可能であるが、特定のま
たは所望の検知環境においてルミネッセンス材料２をともに支持および保持する
、ポリマーバインダ４の性質をかなり妥協または損失しないために、またはコー
ティングレオロジーを妨げるために注意しなければならない。

【００３５】ルミネッセンスに基づく光学センサ１０の検出層１４における反射材料６の存
在は、検出層１４上のいかなる追加的コーティング層のための必要性を排除する
。好適な実施態様において、検出層１４は、分析物を含む試料または混合物と接
触するために適合される光学センサ１０の外部層であり、従って光学センサ上の
試料側に適用される。特定の好適な実施態様において、検出層１４は、光学セン
サ１０の支持体１２上に存在する唯一の層である。

【００３６】ガス状、イオン性、および非イオン性分析物に応答して濃度により変化する発
光信号を提供するために役立つ多くのルミネッセンス材料２は、従来的かつ当該
分野で周知であり、本発明において使用され得る。１つの実施態様において、本
発明のルミネッセンス材料は、蛍光材料である。適切な蛍光材料には、限定され
ないが、フルオレセインからの色素、ローダミンおよびピレン族を含む。本発明
の１つの実施態様において、ｐＨを検知するために使用される蛍光色素は、フル
オレセインである。別の実施態様において、二酸化炭素ガスの存在によって引き
起こされるｐＨ変化を検知するために使用される蛍光色素は、ヒドロキシピレン
トリスルホン酸である。

【００３７】別の別れた実施態様において、本発明のルミネッセンス材料はリン光材料であ
る。例えば、好適な実施態様において、リン光材料は酸素ガスの測定に利用され
る。適切なリン光材料には、一連のポルフィリンからの色素が挙げられる。好適
な実施態様において、リン光材料は、オクタエチルポルフィリン白金である。

【００３８】ルミネッセンス材料２の量は、分析物濃度に依存する発光信号を提供するため
に十分であるべきあり、その発光信号は、使用される特定のセンサ測定システム
において使用するために十分な強度である。検出層１４におけるルミネッセンス
材料２の特定量は、例えば、使用される特定のルミネッセンス材料２の量子収量
特性、測定された分析物、および使用されるセンサ測定システムの他の構成要素
に依存して変化する。概して、ルミネッセンス色素材料は、全検出層１４組成の
中で小さな部分を構成する。典型的にこの範囲は、０．０１〜３重量％である。

【００３９】ルミネッセンス検出層１４の厚さは、例えば、溶媒マトリックスおよび使用さ
れた堆積方法におけるポリマー成分の特定のレオロジーのような様々な理由によ
って変動する。適切な検出層１４の厚さは、０．２〜１５ミクロンの範囲である
。好ましくは、検出層１４の厚さは、０．５〜１０ミクロンの範囲にあり、その
ため、これはより急速な応答速度を促進することに貢献する。より好適には、検
出層１４は、１〜８ミクロンの範囲で厚さを有する。厚膜または薄膜に亘って確
立されるポテンシャルを信頼する電位差測定の電気化学センサとは異り、光学セ
ンサ１０はルミネッセンス材料（露出および埋め込み）全てを試料環境に露出す
るためのバルク平衡現象に依存する。

【００４０】検出層１４におけるルミネッセンス材料２および反射材料６の適切な分配は、
従来の粉砕プロセスにおいて、従来の粉砕プロセスで得ら得るような実質的に均
一な分配、ならびに、例えば、反射材料の表面上へのルミネッセンス材料の吸着
から得られ得、または反射材料の表面にルミネッセンス材料の化学的結合から入
手され得るような実質的に不均一な分配を含む。ルミネッセンス材料２、および
反射材料６は、検出層１４において好適には両者とも均一に分配される。これは
従来の可視光顕微鏡および蛍光顕微鏡の両者を組み合わせ、不均一輝度領域を識
別ことによって確認され得る。

【００４１】光学センサ１０および試料間の相互作用において、試料における分析物に対す
る検出層１４の透過率、およびルミネッセンス材料２に与えられた環境は、迅速
かつ再現性のある測定のために制御する重要なパラメータである。透過率性質を
改良するために、ならびに検出層に対する増加した機械的一体性および安定性、
検出層の支持体に対する増加した接着を提供するために（特に分析物を含む試料
と接触する間、および測定期間の間）、検出層１４に追加的材料を加えることは
時には有用である。しかし、これは所望の特定の性質を有するようにポリマーバ
インダ４を最初に慎重に選択することによって避けられ得る。ホモポリマー、コ
ポリマー、ターポリマー、およびより複雑なポリマーは、ポリ（アミド）、ポリ
（アクリルアミド）、ポリ（スチレン）、ポリ（アクリレート）、ポリ（アルキ
ルアクリレート）、ポリ（ニトリル）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ビニルアル
コール）、ポリ（ジエン）、ポリ（エステル）、ポリ（カーボネート）、ポリ（
シロキサン）、ポリ（ウレタン）、ポリ（オレフィン）、ポリ（イミド）、およ
びそれらのヘテロポリマーの組み合わせ、ならびにセルロース系およびそれの誘
導体から成る群から所望の特定の性質を有するように処方され得る。そのような
ポリマーの例および生成方法は、米国特許第５，３８７，３２９号において見出
され得、本明細書中に参考として援用する。検出層１４は、好適には測定される
液体試料に不溶性である。

【００４２】例えば、酸素センサに対する実施態様において、検出層１４は、疎水性バイン
ダを含む。ｐＨまたは水素イオンのような多くの分析物は水に基づく試料または
混合物中にあり、光学センサに対する試料の急速な濡れのために、親水性ポリマ
ーバインダを検出層に添加すると利益を得るが、酸素センサに対する要求は、異
なるタイプのポリマーバインダ４が好ましい。この特定の実施態様において、ポ
リマーバインダは疎水性バインダを含む。適切な疎水性バインダには、限定され
ないが、ポリ（スチレン）、ポリ（エステル）、ポリ（オレフィン）、ポリ（ア
クリレート）、ポリ（アルキルアクリレート）、ポリ（ニトリル）、ポリ（塩化
ビニル）、ポリ（ジエン）、ポリ（カーボネート）、ポリ（シロキサン）、ポリ
（ウレタン）、およびそれらのヘテロポリマーの組み合わせ、のようなポリマー
材料が挙げられる。好適な実施態様において、疎水性ポリマーバインダは、メタ
クリレートポリマーまたはコポリマーを含む。特に好適な実施態様において、疎
水性ポリマーバインダは、エチルヘキシルメタクリレートおよびメチルメタクリ
レートのコポリマーである。

【００４３】励起波長が検出層１４に有効に入射するために、および発光信号が検出層１４
から移動し、そして検出装置に到達するために支持体１２を介して移動するため
に、支持体１２自体からの最小干渉が存在することが重要である。典型的に支持
体１２は、実質的にルミネッセンス材料２の励起およびルミネッセンス材料２の
発光波長に対して透明である。典型的な使用において、例えばルミネッセンス材
料２がオクタエチルポルフィリン白金である場合、典型的な励起波長は５３５ｎ
ｍであり、信号検出のための典型的な発光波長は６５０ｎｍである。測定システ
ム１４０において各光学センサ１０に対する励起および発光の特定波長は、それ
に対して支持体１２が実質的に透明であることが必要な実際の波長である。適切
な支持体１２には、制限されないが、可撓性プラスチックフィルム、ガラス板、
ならびに光ファイバおよび導波管の形態でのガラスおよびプラスチックが挙げら
れる。好適な実施態様において、支持体１２は、ルミネッセンス材料２の励起お
よび発光の波長に対して実質的に透明な可撓性プラスチックフィルムである。適
切なプラスチックフィルムには、制限されないが、例えば、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎ
ｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ（Ｄｕｐｏｎｔ）によりＭＹＬＡＲ（登録商標）の商
標として販売されているような、およびＣｈｉｒｏｎＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎにおいて記載されているようなポリエチレンテレフタレートのよ
うなポリエステルを含む。さらに支持体１２に対する使用可能物は、ガラス製の
顕微鏡用スライド、ＡＣＬＡＲ（登録商標）（Ａｌｌｉｅｄ−Ｓｉｇｎａｌ，Ｉ
ｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ，ＮＪから入手可能なポリ［トリクロロフルオロ
エチレン］プラスチックフィルムの商標）、およびＳＡＲＡＮ（登録商標）（Ｄ
ｏｗＢｒａｎｄｓＬ．Ｐ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩから入手可能なポリ［塩
化ビニリデン］プラスチックフィルムのための商標）材料である。

【００４４】本発明は、様々な分析物の測定に適合される。１つの実施態様において、分析
物は酸素のようなガスであり、別の実施態様では、分析物は二酸化炭素のような
ガスである。一方で、さらに第３実施態様において、分析物はイオン性材料、お
よび特に水素イオンである。測定のための他の適切なイオン性材料には、限定さ
れないが、水酸化物イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイ
オン、リチウムイオン、および水溶液試料環境において見られる乳酸、クレアチ
ニン、および尿素のような小さな代謝物分子の酸性または塩基性の荷電形態が挙
げられる。

【００４５】本発明の別の局面は、光学センサを作製するための方法に関連し、その方法は
、（ａ）支持体を提供すること（ｂ）本明細書に記載されるように支持体の一方
の面上で、検出層をコーティングすることを含む。

【００４６】光学センサ１０の多重検出層１４について単一の支持体１２を使用して異なる
分析物を測定することがしばしば望ましい。光学センサを作製するための方法の
１つの実施態様において、光学センサ１０は、支持体１２上にパターン化されて
コーティングされた２つ以上の検出層１４を含む。典型的にこのパターンは、単
一サポート１２上の狭い幅を有する平行ストライプまたは平行コーティングであ
る。その方法の好適な実施態様において、支持体上にパターン化されてコーティ
ングされた２つ以上の検出層１４は、２つ以上の異なる分析物の濃度を検出する
ことが可能である。

【００４７】光学センサ１０を作製する場合、制御するための唯一の単一コーティングプロ
セスを有することが望ましく、特に、異なる検出層１４が単一支持体１２上にコ
ーティングされる予定の場合は、そうである。光学センサを作製するための方法
の１つの実施態様において、支持体上にパターン化されてコーティングされた２
つ以上の検出層１４は、分析物と接触するために適合される光学センサ１０の外
部層である。その方法の好適な実施態様において、光学センサ１０の外部層とし
て支持体１２上にパターン化されてコーティングされた２つ以上の検出層１４は
、２つ以上の異なる分析物と接触するために適合される。

【００４８】検出層１４に対する透過率のようなより一貫したバインダ性質を提供するため
に、その層から合成プロセスの間に発達され得る残留応力を除去することが望ま
しくあり得る。光学センサを作製する方法の実施態様の１つにおいて、検出層（
ポリマーバインダを含む）は、ポリマーバインダのガラス転移温度よりも高温に
加熱され、次に外界条件まで冷却される。本明細書で使用される場合は、用語「
外界条件」は、事務所または作業環境の典型的な温度および湿度の範囲を意味す
る。このプロセスは通常ポリマー硬化と呼ばれ、他の代替可能工程を含み得る。

【００４９】以下の実施例は本発明を説明する。しかし、これらの実施例は、本発明の範囲
を限定するものとして解釈されるべきでないことが理解される。

【００５０】（実施例）（比較例１）約１ｇのメタクリレートコポリマー（モル比１：９でエチルヘキシルメタクリ
レートおよびメチルメタクリレートのモノマーから作製される）および２０ｍｇ
のオクタエチルポルフィリン白金（ＯＥＰ）を、２ｇのクロロホルムに溶解し、
カバーガラス上にスピンコーティングした。そのコーティングされたセンサを、
次いで減圧乾燥機に入れ、１０５℃で１時間加熱し、次いで終夜室温まで徐々に
冷却させた。そのスピンコーティング検出層の厚さは、０．５〜１．０ミクロン
の範囲にあった。共通の譲受人に対する同時係属中の米国特許出願第０８／６１
７，７１４号（本明細書中で参考として援用する）に記載されるように、トノメ
ータ測定された液体試料に対するセンサのルミネッセンス応答の大きさは、光信
号振幅変化として測定した。

【００５１】図３は、発光性強度比（Ｆ₀／Ｆ）対変動する酸素レベルのＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットを示す。透明な液体標準較正溶液が測定された場合、Ｓｔｅｒ
ｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットは、変動する酸素レベルに対してルミネッセンス強度
比の直線的応答を与える。しかし不透明な血液試料が測定され、そして酸素を含
まない透明液体標準溶液により決定されるＦ₀値が使用された場合、応答曲線は、試料中の全ヘモグロビン（ＴＨｂ）に依存して次第に置換される。

【００５２】（実施例１）約１ｇのエチルヘキシルメタクリレートおよびメチルメタクリレートコポリマ
ー（比較例１に記載された）、１ｇの二酸化チタン（ＤｕＰｏｎｔからＴｉ−
Ｐｕｒｅ（登録商標）乾燥グレードＲ−７００として入手可能なＴｉＯ₂）、１０ｍｌのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、および１０のタングステンカーバイ
ドビーズを、ガラスジャーに加えられ、栓をして、そして終夜粉砕された。６ｍ
ｇのＯＥＰを３ｍｌの粉砕された混合物に加え、ボルテックス混合によって激し
く撹拌された。二酸化チタンを有する色素混合物から得られる検出層は、「Ｏｐ
ｔｉｃａｌＳｅｎｓｏｒａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＯｐｅｒａｔｉｏｎ
」と題されたＣｈｉｒｏｎＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（本明細書
中先に参考として援用した）に記載された堆積方法を使用してＭＹＬＡＲ（登録
商標）ポリエステルフィルム支持体に適用され、約８ミクロンの乾燥厚さを提供
した。次いでそのセンサを、減圧乾燥機に入れ、１０５℃で１時間加熱し、次い
で終夜室温まで徐々に冷却させた。図４の結果は、図３と比較して、トノメータ
測定された血液試料が、検出層にＴｉＯ₂を含む光学センサが使用された場合、透明な液体較正溶液について導出したＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ関係に対応する
ルミネッセンス応答（Ｆ₀／Ｆ）を与えることを示す点は、各個々の点で血液または液体標準溶液の３つの別個の試料測定の平均を表す。

【００５３】（比較例２）ＴｉＯ₂を添加しない比較コントロール溶液は、６ｍｇのＯＥＰ、３００ｍｇのメタクリレートコポリマー（比較例１に記載されるように）、および３ｍｌの
ＴＨＦをガラスシンチレーションバイアルに加え、終夜その得られた混合を溶解
させることによって調製した。検出層は、約４ミクロンの乾燥厚さを提供するよ
うに、実施例１のようにＭＹＬＡＲ（登録商標）ポリエステルフィルム基板上に
作製し、先に記載したように、引き続いて１０５℃で１時間加熱し、次いで冷却
した。図４と対照的に、これらのコントロールセンサは、単なる水溶液の較正後
、血液試料によって引き起こされたかなりの誤差を示した。他の物理的性質を、
図５および表１においてコントロール材料に対して記述する。図５においてコン
トロールセンサによる酸素レベルにおける工程変化に対する応答は、約０．７秒
で９０％完了することがわかった。

【００５４】（実施例２）様々な量のＴｉＯ₂量を有する検出層を構成するために、２つの初期混合物ＡおよびＢは、混合物Ｂが、ポリマーおよびＴｉＯ₂を組み合わせた重量の５０重量％のＴｉＯ₂も含むことを除いて、同一の色素、ポリマーおよび溶媒比で調製される。混合物Ａ（比較例２におけるコントロールと同一）は、６ｍｇのＯＥＰ
、３００ｍｇのメタクリレートコポリマー（比較例１に記載されるように）、お
よび３ｍｌのＴＨＦをガラスシンチレーションバイアルに加え、その混合物を終
夜溶解させることによって調製した。第２混合物は、１ｇのメタクリレートコポ
リマー（比較例１に記載されるように）、１ｇのＴｉ−Ｐｕｒｅ（登録商標）Ｒ
−７００ＴｉＯ₂、１０ｍｌのＴＨＦ、および１０のタングステン混合ビーズをガラスジャーに加え、栓をし、回転装置で終夜粉砕することにより調製した。
第２工程において６ｍｇの色素（ＯＥＰ）を加え、混合物Ｂにするために３ｍｌ
の第２混合物にボルテックスすることで溶解した。ＡおよびＢ溶液を１：０、３
：１、１：１、１：３、および０：１の比において混合し、次いでＭＹＬＡＲ（
登録商標）ポリエステルフィルム支持体上に検出層を堆積することによって、０
重量％、１２．５重量％、２５重量％、３７．５重量％、および５０重量％のＴ
ｉＯ₂に対応するセンサ（４〜８ミクロンの範囲における厚さを有する）を作製した。次いでそのセンサを、減圧乾燥機に入れ、１０５℃で１時間加熱し、次い
で終夜室温まで徐々に冷却させた。５０％ＴｉＯ₂センサによる酸素レベルの工程変化に対する応答は、図６に示されるように約０．７秒で９０％完了すること
がわかった。これは、図５に先に見られるようなＴｉＯ₂を有さないコントロールセンサと都合良く匹敵することが見られた。従って、光学センサの応答速度は
、検出層へのＴｉＯ₂の添加によって有意には影響されなかった。

【００５５】そのセンサのいくつかの追加的性質は、表１に比較される。光学密度（Ｏ．Ｄ
．）は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒＭｏｄｅｌ５５９ＵＶ／ＶＩＳ分光器
（Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）で表示された波長で検出層を介しての光の伝達によっ
て決定した。全てのセンサについての相対的信号振幅は、一定のプリアンプゲイ
ンおよび２５℃で２１％酸素の標準条件に対しての規格化の後決定した。Ｓｔｅ
ｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ定数は、一連のトノメータ測定された水溶性緩衝試料に対す
る個々のセンサの露出によって決定した。

【００５６】

【表１】表１に見られるように、ＴｉＯ₂でコーティングされた酸素センサは、ＴｉＯ₂ を含まないコントロールセンサよりわずかに低いＫ_SV値を有することが分かった
。この効果は、ＴｉＯ₂の高レベルにおいてのみ観察可能であった。有利にも、これはここで使用されるレベルにおけるＴｉＯ₂は、センサまたは検出層の全透過率に小さな影響のみを有することを示す。ＴｉＯ₂粒子からの反射は、Ｋ_SV値に示されるように、検知された信号を増加させることにおいて、ならびに直線的
応答およびルミネッセンスを消光する感度を維持することにおいて、正味のポジ
ティブな効果を有する正規化された信号振幅から観測された。これらの有利な結
果は、二酸化チタン粒子のような反射材料をルミネッセンス検出層に取り込むこ
とが、光遮断と光散乱とによってルミネッセンス出力を顕著に低下させ、かつル
ミネッセンス消光の結果の均一性および一貫性を妨げるという予測の観点から、
驚くべきことである。

【００５７】（実施例３）第１溶液を、３００ｍｇのメタクリレートコポリマー（比較例１に記載された
ように）、３００ｍｇの「ＰＥＲＧＯＰＡＫ（登録商標）Ｍ２」（ＭＡＲＴＩＮ
ＳＷＥＲＫＧｍｂＨ，Ｂｅｒｋｈｅｉｍ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄから入手
可能）の商品名で販売されている白色または赤色ポリマー顔料、および３ｍｌの
ＴＨＦをガラスシンチレーションバイアルに加え、その得られた混合物をタング
ステンカーバイドビーズとともに終夜粉砕することによって調製した。２ｍｇの
発光酸素検知色素（ＯＥＰ）を、１ｍｌの粉砕した混合物に加え、そして色素を
溶解するためにボルテックスし、ストライプのあるセンサ層を、実施例１に記載
されたようにＭＹＬＡＲ（登録商標）ポリエステルフィルム支持体上に形成し、
１０５℃で１時間熱処理によって硬化させた。光学応答の測定は、比較例１の場
合のように実施された。実施例１におけるＴｉＯ₂の場合と同様に、図７に示されるように血液値は、顕著には曲がっておらず、むしろ液体較正から導出したＳ
ｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ挙動に従うように見える。従って、赤色ポリマー（ポリ
マー顔料「ＰＥＲＧＯＰＡＫ（登録商標）Ｍ２」の形態において）を、血液散乱
効果を減少させる場合、ＴｉＯ₂の代替の反射材料として使用した。

【００５８】（実施例４）第１溶液は、３００ｍｇのメタクリレートコポリマー（比較例１に記載された
ように）、１５０ｍｇの白色ポリマー顔料「ＰＥＲＧＯＰＡＫ（登録商標）Ｍ２
」（ＭＡＲＴＩＮＳＷＥＲＫＧｍｂＨ，Ｂｅｒｋｈｅｉｍ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌ
ａｎｄから入手可能）、１５０ｍｇのＴｉ−Ｐｕｒｅ（登録商標）Ｒ−７００
ＴｉＯ₂、および３ｍｌのＴＨＦをガラスシンチレーションバイアルに加え、終夜タングステンカーバイドビーズとともに得られた混合物を粉砕することにより
調製した。２ｍｇの発光酸素検知色素（ＯＥＰ）を、１ｍｌの粉砕混合物に加え
、色素を溶解するためにボルテックスされる。ストライプ状センサ層を、実施例
１に記載されたようにＭＹＬＡＲ（登録商標）ポリエステルフィルム支持体上に
形成し、１０５℃で１時間の熱処理によって硬化させた。光学応答の測定を、比
較例１におけるように実施した。トノメータ測定された液体較正に対するＳｔｅ
ｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ応答を、トノメータ測定された血液試料に対する応答ととも
に図８にプロットする。実施例１における二酸化チタンを用いる場合、および実
施例３における「ＰＥＲＧＯＰＡＫ（登録商標）Ｍ２」単独の場合と同様に、図
８における血液値は、顕著には曲げられず、液体較正から導出したＦ₀値が使用された場合でさえ、むしろＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ挙動に従う。従ってポリマ
ー顔料「ＰＥＲＧＯＰＡＫ（登録商標）Ｍ２」およびＴｉＯ₂顔料の組み合わせは、血液による散乱効果を減少するために使用された。

【００５９】（比較例３）ＴｉＯ₂が加えられないｐＨ検知層に用いる比較コントロールコーティング溶液は、共有結合的に結合された４−アクリルアミノフルオレセインを有するＮ，
Ｎ−ジメチルアクリルアミドおよびＮ−ｔｅｒｔ−ブチルアクリルアミドのモノ
マーから成るｐＨに敏感なコポリマー５０ｍｇを１ｍｌのＴＨＦにＡｌｄｅｒら
による国際特許出願ＷＯ９５−３０１４８（先に参考として援用した）に記載さ
れた方法で溶解することによって調製した。その検知層を、ＭＹＬＡＲ（登録商
標）ポリエステルフィルム支持体上にストライプ状に「ＯｐｔｉｃａｌＳｅｎ
ｓｏｒａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＯｐｅｒａｔｉｏｎ」と題されたＣｈｉ
ｒｏｎＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎにおいて概略された方法に従っ
て堆積した。溶媒の蒸発後、そのストライプは、その上が塩基性水溶性緩衝試料
によって濡れ、薄緑色になるまで、実質的に無色であった。図９に記載のデータ
に関して、較正および血液試料の両者を、ＣｈｉｒｏｎＤｉａｇｎｏｓｔｉｃ
ｓＭｏｄｅｌ８６０血液ガス分析器（ＣｈｉｒｏｎＤｉａｇｎｏｓｔｉｃ
ｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡから入手可能）で測定し、
その後光学センサ層を用いる蛍光測定を行った。血液および水溶性較正曲線に示
されるように、観測された光学信号に有意のオフセットが存在する。

【００６０】（実施例５）反射顔料を有するｐＨ検出層を構成するために、比較例３における溶液は、Ｔ
ｉ−Ｐｕｒｅ（登録商標）Ｒ−７０６乾燥グレード（これもまたＤｕＰｏｎ
ｔから入手可能な）の形態の２５ｍｇのＴｉＯ₂および、２５ｍｇの白色ポリマー顔料「ＰＥＲＧＯＰＡＫ（登録商標）Ｍ２」とともに供給され、いくつかのタ
ングステンカーバイドビーズとともに栓をされたガラスバイアルに入れ、回転装
置で終夜粉砕された。堆積工程および測定方法は、比較例３に記載された方法と
同じであった。図１０における曲線は、反射顔料の組み合わせが、検知層におい
て使用され、血液分散効果を減少する場合、血液試料と、水溶性較正との間の差
異がほとんどないことを示す。

【００６１】（比較例４）反射材料を加えないＣＯ₂検出層のための比較コントロールコーティング溶液を、実質的に米国特許第５，５０６，１４８号に記載されているように構成し、
エチルセルロース７％溶液（重量で）を、１００ｍｌの７：３トルエン：エタノ
ール混合物に７ｇ溶解することによって調製した。この溶液に２ｍｌの水酸化テ
トラブチルアンモニウム、および５ｍｇのヒドロキシピレントリスルホン酸（Ｈ
ＰＴＳ）を加えた。その溶液を、比較例３に記載されるように、検知層として堆
積した。終夜風乾後、これはＣＯ₂検出のための非常に薄い緑色ストライプを生成した。その検知層は、溶解した二酸化炭素の分圧に敏感であり、等価なＣＯ₂ 分圧とともにトノメータ測定された血液試料に対して露出された場合、増加した
信号を与えた。

【００６２】（実施例６）反射材料を加えた、ＣＯ₂検知層のためのコーティング溶液を、比較例４に記載された塩基性溶液から構成した。エチルセルロース７％溶液（重量で）を７：
３のトルエン：エタノール混合物１００ｍｌに７ｇを溶解することによって調製
した。この第１溶液に２ｍｌのテトラブチルアンモニウムヒドロキシド、および
５ｍｇのヒドロキシピレントリスルホン酸（ＨＰＴＳ）を加える。反射材料を有
するコーティング溶液は、８０ｍｇまたは１６０ｍｇのＴｉ−Ｐｕｒｅ（登録商
標）Ｒ−７０６のようなＴｉＯ₂を１６ｍｌの第２混合物のアリコートにさらに加え、そしていくつかのタングステンボールを含む栓をされたガラスバイアルで
終夜粉砕することによって調製した。その溶液を、比較例３に記載されるように
検知層として堆積させ、終夜空気乾燥後、６．６重量％、１２．５重量％のＴｉ
Ｏ₂を含む検知層を生成した。比較例４で使用された、同様のトノメータ測定された緩衝液試料および血液試料を、蛍光信号値を得るために使用した。血液試料
および水性試料の間の信号オフセットにおけるそのパーセント差異は、図１１に
０％、６．６％、および１２．５％の反射材料を含むセンサに対してプロットさ
れる。血液試料および水性液体較正試料の間の差異は、反射材料の存在、および
増加レベルによって顕著に減少される。

【００６３】本発明は、本発明の特定の、および一般的実施態様を参照して、それらに関し
て詳細に記載されてきたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく様々な変動および改変がなされ得ることが明確である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の光学センサの構成部品の図である。

【図２】図２は、本発明の発光光学センサの出力信号を測定することが可能なテスト装
置の略図である。

【図３】図３は、透明な水性緩衝較正試料、および全ヘモグロビン（ＴＨｂ）の２つの
異なる濃度を有する２つの不透明血液試料を用いた比較例１に示される、酸素セ
ンサのためのルミネッセンス強度比（Ｆ₀／Ｆ）対酸素量（ｍｍｐＯ₂）のＳｔｅ
ｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットである。

【図４】図４は、血液およびトノメータ測定された緩衝液試料の両者に対し、実施例１
に記載された二酸化チタンを含む酸素センサについての、発光強度比対酸素量の
Ｓｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットである。

【図５】図５は、比較例２に記載されたように二酸化チタンを含まない制御酸素センサ
に対する最終ルミネッセンス発光の９０％の達成に対する応答速度を示す。

【図６】実施例２に記載されたように５０％二酸化チタンを含む本発明の酸素センサに
対する最終ルミネッセンス発光の９０％の達成に対する応答速度を示す。

【図７】図７は、血液およびトノメータ測定された緩衝液試料の両者に対し、実施例３
に記載された赤色ポリマーを含む酸素センサに対し、発光強度比対酸素量のＳｔ
ｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットである。

【図８】図８は、血液およびトノメータ測定された緩衝液試料の両者に対し、実施例４
に記載された、赤色ポリマーおよび二酸化チタンの組み合わせを含む酸素センサ
に対する、発光強度比対酸素量のＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットである。

【図９】図９は、比較例３に記載されるように、反射材料を用いず作られたｐＨセンサ
の水溶性較正緩衝液および血液試料に対する応答を示す。

【図１０】図１０は、実施例５に示されるように、赤色ポリマーおよび二酸化チタンの組
み合わせを用いて作られたｐＨセンサの緩衝液および血液試料の応答を示す。

【図１１】図１１は、比較例４において反射材料を用いずに、実施例６におけるような反
射材料を用いて作られた場合の、二酸化炭素センサを用い、血液および水溶性ト
ノメータ測定された試料で観測されたルミネッセンス信号間のパーセント差異を
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者メイソン，リチャードダブリュー．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02054，ミリス，カーブストリート 222 (72)発明者スロバセック，ルドルフイー．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02056，ノーフォーク，キングストリート 60 (72)発明者クッドモア，スーザンエル．アメリカ合衆国マサチューセッツ 01568，アップトン，ウィリアムズストリート 41 (72)発明者マンクホルム，クリスチャンアメリカ合衆国マサチューセッツ 01970，セイラム，ギフォードコート 12 (72)発明者サリバン，ケビンジェイ．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02052，メッドフィールド，インディアンヒルロード 63 Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA09 BA13 BA16 CA01 CA03 DA02 DA05 EA01 EA02 GA07 GA08 GB21 JA03 KA02 KA05 LA01 NA01 2G054 AA01 AA02 CA01 CA08 CD01 EA03 EB01 FA27 GA03 GA04 GB02 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体および検出層を含む光学センサであって、該検出層が
、（ａ）分析物の量の変動に応じて、ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度
が変動するルミネッセンス材料と、（ｂ）該ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率的な反射率を有
する反射材料と、（ｃ）ポリマーバインダと、を含む、光学センサ。
【請求項２】前記検出層が、０．２〜１５ミクロンの厚さを有する、請求
項１に記載の光学センサ。
【請求項３】前記検出層が、０．５〜１０ミクロンの厚さを有する、請求
項１に記載の光学センサ。
【請求項４】前記検出層が、１〜８ミクロンの厚さを有する、請求項１に
記載の光学センサ。
【請求項５】前記反射材料が、前記検出層の重量の５〜６５％の量で存在
する、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項６】前記反射材料が、前記検出層の重量の１０〜５０％の量で存
在する、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項７】前記反射材料が、前記検出層の重量の３０〜５０％の量で存
在する、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項８】前記反射材料が顔料である、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項９】前記反射材料が、二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチモ
ン、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、およびそれらの組み合わせから成る群か
ら選択される、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項１０】前記反射材料が、二酸化チタンを含む、請求項１に記載の
光学センサ。
【請求項１１】前記反射材料が、赤色（ｂｌｕｓｈ）ポリマー顔料を含む
、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項１２】前記反射材料が、赤色ポリマー顔料、および無機顔料の組
み合わせを含む、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項１３】前記検出層が、前記分析物を含有する混合物との接触に適
応された前記光学センサの最外部の層である、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項１４】前記光学センサが、前記支持体および前記検出層から成る
、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項１５】前記ルミネッセンス材料が、蛍光材料である、請求項１に
記載の光学センサ。
【請求項１６】前記ルミネッセンス材料が、アクリジン、フルオレセイン
、ローダミン、およびピレンから成る群から選択される、請求項１に記載の光学
センサ。
【請求項１７】前記ポリマーバインダが、ポリ（アミド）、ポリ（アクリ
ルアミド）、ポリ（スチレン）、ポリ（アクリレート）、ポリ（アルキルアクリ
レート）、ポリ（ニトリル）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）
、ポリ（ジエン）、ポリ（エステル）、ポリ（カーボネート）、ポリ（シロキサ
ン）、ポリ（ウレタン）、ポリ（オレフィン）、ポリ（イミド）、およびそれら
のヘテロポリマーの組み合わせ、ならびにセルロース系およびそれの誘導体から
成る群から選択される１つ以上のポリマーを含む、請求項１に記載の光学センサ
。
【請求項１８】前記ポリマーバインダが、エチルセルロースを含む、請求
項１に記載の光学センサ。
【請求項１９】前記ポリマーバインダが、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミ
ド、およびＮ−ｔｅｒｔ−ブチルアクリルアミドのコポリマーを含む、請求項１
に記載の光学センサ。
【請求項２０】前記ルミネッセンス材料が、リン光材料である、請求項１
に記載の光学センサ。
【請求項２１】前記ルミネッセンス材料が、オクタエチルポルフィリン白
金である、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項２２】前記ポリマーバインダが、ポリ（アクリレート）、ポリ（
アルキルアクリレート）、ポリ（スチレン）、ポリ（ニトリル）、ポリ（塩化ビ
ニル）、ポリ（ジエン）、ポリ（エステル）、ポリ（カーボネート）、ポリ（シ
ロキサン）、ポリ（ウレタン）、ポリ（オレフィン）、およびそれらのヘテロポ
リマーの組み合わせ、から成る群から選択される１つ以上のポリマーを含む、請
求項２０に記載の光学センサ。
【請求項２３】前記ポリマーバインダが、エチルヘキシルメタクリレート
、およびメチルメタクリレートのコポリマーを含む、請求項２０に記載の光学セ
ンサ。
【請求項２４】前記支持体が、前記ルミネッセンス材料の励起および発光
波長に対して実質的に透明である、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項２５】前記支持体が、可撓性プラスチックフィルムである、請求
項２４に記載の光学センサ。
【請求項２６】前記分析物がガスである、請求項１に記載の光学センサ。
【請求項２７】前記ガスが、アンモニア、二酸化炭素、および酸素から成
る群から選択される、請求項２６に記載の光学センサ。
【請求項２８】前記分析物がイオン性材料である、請求項１に記載の光学
センサ。
【請求項２９】前記分析物が非イオン性材料である、請求項１に記載の光
学センサ。
【請求項３０】光学センサを作製する方法であって、該方法は、（ａ）支持体を提供する工程と、（ｂ）該支持体上に液体混合物をコーティングし、続いて該液体混合物を乾燥
して該支持体の一方の面上に固体検出層を形成する工程と、を含み、該検出層が
、（ｉ）分析物の量の変化に応じて、ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度
が変化するルミネッセンス材料と、（ｉｉ）前記ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率的な反射率
を有する反射材料と、（ｉｉｉ）ポリマーバインダと、を含む、方法。
【請求項３１】前記検出層が、０．２〜１５ミクロンの厚さを有する、請
求項３０に記載の方法。
【請求項３２】前記検出層が、０．５〜１０ミクロンの厚さを有する、請
求項３０に記載の方法。
【請求項３３】前記検出層が、１〜８ミクロンの厚さを有する、請求項３
０に記載の方法。
【請求項３４】前記反射材料が、前記検出層の重量の５から６５％の量で
存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】前記反射材料が、前記検出層の重量の１０から５０％の量
で存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】前記反射材料が、前記検出層の重量の３０から５０％の量
で存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】前記光学センサが、前記支持体上にパターン化されてコー
ティングされた２つ以上の検出層を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】前記検出層が、２つ以上の異なる分析物の濃度を検知可能
である、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】前記反射材料が顔料である、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】前記反射材料が、二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチ
モン、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、およびこれらの組み合わせから成る群
から選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】前記反射材料が、二酸化チタンを含む、請求項３０に記載
の方法。
【請求項４２】前記反射材料が、赤色ポリマー顔料を含む、請求項３０に
記載の方法。
【請求項４３】前記反射材料が、赤色ポリマー顔料、および無機顔料の組
み合わせを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４４】前記検出層が、前記分析物を含有する混合物との接触に適
応された前記光学センサの外部の層である、請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】前記光学センサが、前記支持体および前記検出層から成る
、請求項３０に記載の方法。
【請求項４６】前記２つ以上の検出層が、前記分析物との接触のために適
用される前記光学センサの最外部層である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】前記２つ以上の検出層が、２つ以上の異なる分析物との接
触のために適用される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】前記ルミネッセンス材料が、蛍光材料である、請求項３０
に記載の方法。
【請求項４９】前記ルミネッセンス材料が、アクリジン、フルオレセイン
、ローダミン、およびピレンから成る群から選択される、請求項４８に記載の方
法。
【請求項５０】前記ルミネッセンス材料が、リン光性材料である、請求項
３０に記載の方法。
【請求項５１】前記ルミネッセンス材料が、オクタエチルポルフィリン白
金である、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】前記ポリマーバインダが、ポリ（アミド）、ポリ（アクリ
ルアミド）、ポリ（アクリレート）、ポリ（アルキルアクリレート）、ポリ（ス
チレン）、ポリ（ニトリル）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）
、ポリ（ジエン）、ポリ（エステル）、ポリ（カーボネート）、ポリ（シロキサ
ン）、ポリ（ウレタン）、ポリ（オレフィン）、ポリ（イミド）、およびそれら
のヘテロポリマーの組み合わせ、ならびにセルロース系およびそれの誘導体から
成る群から選択される１つ以上のポリマーを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５３】前記ポリマーバインダが、エチルヘキシルメタクリレート
およびメチルメタクリレートのコポリマーを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５４】前記ポリマーバインダが、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミ
ドおよびＮ−ｔｅｒｔ−ブチルアクリルアミドのコポリマーを含む、請求項３０
に記載の方法。
【請求項５５】前記ポリマーバインダは、エチルセルロースを含む、請求
項３０に記載の方法。
【請求項５６】前記検出層が、前記ポリマーバインダのガラス転移点より
高く加熱され、次いで外界条件まで冷却される、請求項３０に記載の方法。
【請求項５７】前記支持体が、前記ルミネッセンス材料の励起および発光
波長に対して実質的に透明である、請求項３０に記載の方法。
【請求項５８】前記支持体が、可撓性プラスチックフィルムである、請求
項５７に記載の方法。
【請求項５９】前記分析物がガスである、請求項３０に記載の方法。
【請求項６０】前記ガスが、アンモニア、二酸化炭素、および酸素から成
る群から選択される、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】前記分析物がイオン性材料である、請求項３０に記載の方
法。
【請求項６２】前記分析物が非イオン性材料である、請求項３０に記載の
方法。
【請求項６３】支持体および検出層を含む光学センサであって、該検出層
が、（ａ）分析物の量の変動に応じて、ルミネッセンス材料のルミネッセンス強度
が変動するルミネッセンス材料と、（ｂ）該ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率的な反射率を有
する反射材料であって、該反射材料が、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモ
ン、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、および赤色ポリマー顔料から成る群から
選択される１つ以上の反射材料を含む、反射材料と、（ｃ）ポリマーバインダと、を含む、光学センサ。
【請求項６４】酸素ガスの量を分析する際に使用するための光学センサで
あって、支持体および検出層を含み、該検出層が、（ａ）オクタエチルポルフィリン白金と、（ｂ）該オクタエチルポルフィリン白金の励起および発光の波長の高効率の反射
を有する反射材料であって、該反射材料が、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、
および赤色ポリマー顔料から成る群から選択された１つ以上の反射材料を含む、
反射材料と、（ｃ）エチルヘキシルメタクリレートおよびメチルメタクリレートのコポリマー
、を含む、光学センサ。
【請求項６５】二酸化炭素ガスの量を分析する際に使用するための光学セ
ンサであって、支持体および検出層を含み、該検出層が、（ａ）アクリジン、フルオレセイン、ローダミン、およびピレンから成る群か
ら選択される、ルミネッセンス材料と、（ｂ）該ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率の反射率を有す
る反射材料であって、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、
および赤色ポリマー顔料から成る群から選択された１つ以上の反射材料を含む反
射材料と、（ｃ）エチルセルロースと、を含む、光学センサ。
【請求項６６】試料のｐＨを分析する際に使用するための光学センサであ
って、検出層および支持体を含み、該検出層は、（ａ）アクリジン、フルオレセイン、ローダミン、およびピレンから成る群か
ら選択されるルミネッセンス材料と、（ｂ）該ルミネッセンス材料の励起および発光の波長の高効率の反射を有する
反射材料であって、該反射材料が、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、
および赤色ポリマー顔料から成る群から選択された１つ以上の反射材料と、（ｃ）Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドおよびＮ−ｔｅｒｔ−ブチルアクリル
アミドのコポリマーと、を含む、光学センサ。