JP2002514753A

JP2002514753A - 光学分光用サンプルセル

Info

Publication number: JP2002514753A
Application number: JP2000548707A
Authority: JP
Inventors: リチャードエイ．デュッサウルト，; ウイリアムアール．エッペス，; ロナルドエス．シャーラック，
Original assignee: Bayer Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2002-05-21
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: CA2330556A1; DK1078243T3; DE69910006D1; ES2204123T3; EP1078243B1; EP1078243A1; ATE246352T1; JP4315596B2; AU3530799A; US6188474B1; DE69910006T2; WO1999058954A1

Abstract

(57)【要約】分光法で使用するためのサンプルセル（１００）は、２つのセル部分（４８、５２）を備え、これらは手動で調整可能であり、使用者は、サンプルセルの流路（１６）の断面構造を、少なくとも２つの別の形状の間で変え得る。第１の位置において、流路は、小さな通路長を与え、そこを通る高速の流体流れが生じるような、小さな断面積を有する。これにより、小さなサンプル容量の使用が可能になり、そして懸濁したサンプル（例えば、血液）の光学測定が容易になる。第２の位置において、流路は、クロットが流路を通過し得、そしてクリーニングを容易にし得るような大きな断面を有する。流路の調整は、セル部分を相互にスライド運動することによって達成される。一実施態様において、平面の接合面（４９、５３）は、相互にスライドする。別の実施態様において、接合面（２４９、２５３）は、間の空いた関係で重ねられ、そしてその間の距離は変えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）（１．発明の分野）本発明は、サンプルの分析物含有量の分光化学的な測定に関し、より詳細には
、血液のような懸濁媒体の分析物分析のための分光サンプルセルに関する。

【０００２】（２．背景情報）分光化学分析は、広範な分野であり、この分野において、任意の相（液体、固
体、気体または血漿）中の物質の組成および特性は、エネルギーとの相互作用（
例えば、吸収、発光または放射）から発生する電磁スペクトルから決定される。
分光法として公知の、分光化学分析の１つの局面は、放射エネルギーと目的の物
質との相互作用を含む。このような物質−放射相互作用の研究に使用される特定
の方法は、多くの下位分野の分光法を規定する。特に、液体物質の光学吸収スペ
クトルが測定される一分野が、吸収分光法として公知である。吸収スペクトルは
、光の波長の関数としての、光減衰（吸光度による）の分布である。簡単な分光
計において、研究されるべきサンプル物質（通常は、気体または液体である）は
、透明な容器（これはまた、キュベットまたはサンプルセルとして公知である）
に入れられる。既知の波長λ（すなわち、紫外線、赤外線、可視光など）および
強度Ｉ₀の平行光が、キュベットの一側面に入射される。出てくる光の強度Ｉを
測定する検出器は、キュベットの反対側に配置される。サンプルの厚さは、距離
ｄであり、これは光がサンプルを通って伝わる距離である。濃度ｃを有する、単
一の均質な物質からなるサンプルの場合、サンプルを透過する光は、ベールの法
則として知られる周知の関係式に従い、この関係式は、ある程度、光路長ｄが短
くなるほど光の吸収が小さくなることを示す。λ、Ｉ₀、Ｉ、ｄ、ｃ、が既知の
場合、吸光係数として公知の量が決定され得る。

【０００３】ＯＤ（λ）＝ｃ^*ε（λ）^*ｄここで、 ε（λ）は、波長λにおける物質の吸光係数である；ＯＤ（λ）は、波長λにおけるサンプルの光学密度である（ＯＤ＝−Ｌｏｇ（（
透過（出てきた）光／入射光）の比）（−Ｌｏｇ₁₀Ｉ／Ｉ₀）；ｃは、物質の濃度である；ｄは、光が通過するサンプルの通路長または厚さである。

【０００４】ベールの法則は、数種の異なる物質ｊ（各々が、既知の吸光係数ε_j、および
相対濃度ｃ_jを有する）の混合物であるサンプルを考える場合、有用である。こ
のような場合、サンプルの光学密度は、以下の式により得られる：ＯＤ（λ）＝Σｃ_j ^*ε（λ）^*ｄ。

【０００５】逆に、サンプル混合物の光学密度スペクトルＯＤ（λ）、および各成分物質の
吸光係数が与えられた場合、成分物質の未知の相対濃度が決定され得る。各成分
物質は、その純粋な形態の時と同じ吸光係数を保持する、すなわち、吸光係数を
変えるような化学反応は起こらない、と仮定されることにもまた留意されたい。

【０００６】従って、所定の物質の吸収スペクトルが既知の場合、サンプル中のその存在お
よび濃度が決定され得る。

【０００７】最適な光路長は、様々な因子に依存する。一般に、比較的短い通路長が好まし
い。なぜなら、比較的大きい光学密度、吸光度または光散乱特性を有する、より
少ないサンプル量が使用でき、そしてサンプル（例えば、血液）の光学測定が容
易になり得るからである。しかし、数千分の１インチ程の短い通路長が全血サン
プルに使用される場合、問題が起こる傾向がある。濾過していないヒトの血液は
、様々な成形要素（細胞凝集体、タンパク質／フィブリン鎖、合成繊維、クロッ
トなど）を含み得、これは、細いサンプルセルに導入される場合、サンプルセル
中で引っかかることになり得る。これらの「クロット」は、洗浄液または続くサ
ンプルの流れを妨げ得、光学測定に悪影響を及ぼし得る。高速の空気または液体
をこのサンプルセルに通した場合、これらのクロットは時折除去され得る。漂白
剤またはペプシンを含有するクリーニング溶液の導入はまた、サンプルセルから
のタンパク質およびフィブリンの除去に効果的であり得る。しかし、これらのク
リーニング溶液は、このような試剤への曝露に耐えられ得るシステムにのみで使
用され得る。いくつかの場合において、これらのクロットを除去するために、サ
ンプルセルを交換または分解し、手で清掃する必要があり得る。

【０００８】全血の光学測定は、多くの問題点によってさらに複雑になり得る。ヘモグロビ
ンの小さな「キャリア」（測定されるべき光吸収成分）である赤血球が、漿液中
に懸濁されている場合、光散乱（等方性ではない）媒体が生じる。これは、これ
らの細胞が懸濁している赤血球の細胞内液および漿液の、異なる屈折率が原因で
ある。このような場合、ベールの法則は厳密に適合し得ず、そしてサンプル中の
光散乱は、分光光度測定において著しい誤差を生じ得る。

【０００９】全血中の光散乱の程度は、多数の通常発生する状態（例えば、血漿タンパクお
よび脂質含量の変動、赤血球の形態（サイズおよび形状）、赤血球濃度（単位容
量あたりの赤血球の数）、細胞ルローの形成、および赤血球の配向）に影響され
る。

【００１０】ルロー形成は、全血サンプルが、赤血球が、「積み重ね」または「鎖」を形成
しながら規則的な様式で融合してすぐに静止したままにされた場合に起こる。こ
の現象は、部分的に、血清中に存在する赤血球およびコロイドの二凹型の形状が
原因であり、これは、全血の光学特性に顕著に影響する。いくつかの例外（例え
ば、特定の動物の血液、および細胞形態学／漿液化学におけるまれな変異）が存
在するが、この現象は通常、ほとんどの全血サンプルにおいて起こる。これらの
ルロー「鎖」が形成する速度は、赤血球濃度に強く依存している。

【００１１】ルロー形成は可逆的な現象である。あるタイプのチャネルを通して流れるよう
に、血液サンプルが混合、撹拌または作製される場合、生じるこの流体内のせん
断力によって、ルロー鎖は分解および破壊される。血流が止められると、もう一
度鎖が形成される。長期間放置した場合、これらのルロー鎖は沈み、最終的に血
球および血清の分離（層別化）が生じる。

【００１２】ルロー形成は、所定の血液サンプル中で観測される光散乱の量を変化させる。
従って、この影響をなくすか、または防止するかのいずれかの手段を実施するこ
とが重要となる。ルロー鎖が形成されるのを防止する１つの方法は、血液を小さ
なチャネルを通して強制的に流すことである。フローチャネル（ｆｌｏｗｃｈ
ａｎｎｅｌ）を通る際の異なる速度（速度勾配）により生じる剪断力が、もし十
分に高ければ、ルロー鎖の形成を妨げる傾向がある。しかし、このアプローチの
欠点は、比較的に小さなチャネルの使用により、詰まり、凝固などになる傾向を
不利に悪化させることである。

【００１３】考えられる別の要因は、分析物測定中に赤血球が、「特定の方向に配向する」
かどうかである。赤血球は、比較的速い速度で狭いチャネルを通って流れる間、
特定の様式で特定の方向に配向するようになる傾向がある。「正常の」赤血球は
、両凹状（ｂｉ−ｃｏｎｃａｖｅ）（すなわち、ドーナッツのような形状；端よ
りも中央が薄い）であり、そして幅が約８ミクロン（８×１０^-6メートル）、厚
さが２ミクロンの寸法をとる。単一の正常の赤血球は、もし比較的速い速度の層
流を受けているキャリア流体中で懸濁されるなら、流体中の異なる速度により生
じる剪断力によって作用される。この細胞の非対称の形状のために、これらの力
が、いくつかのランダムでない様式で細胞を、特定の方向に配向させる傾向にあ
る。赤血球のこの特定の方向への配向は、マスフロー（全血）内で起こり、そし
てフローセルのサイズおよび形状、特に比較的小さなまたは制限された開口部を
有するフローセルの使用により影響を受ける。

【００１４】赤血球が、ランダムな方向を向いているサンプルの全血を通過する光透過量は
、細胞が特定の方向を向いているもの（すなわち、ランダムでない）とは顕著に
異なる。従って、赤血球のこの局面は、全血サンプルの分光学的分析物測定をさ
らに複雑にする傾向がある。

【００１５】前記の困難性を克服するため、および血液サンプル中の分析物の正確な光学測
定を提供するための１つの試みは、ＢａｙｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆ
Ｍｅｄｆｉｅｌｄ，ＭＡ製の８００Ｓｅｒｉｅｓ分析器として公知の計測器に
より具現化されている。この計測器により、溶解した血液サンプルを使用した分
光光度測定を行う。この溶解プロセスは、赤血球の細胞膜を破り、細胞内部の流
体（主に、ヘモグロビン）を周りの血清へと放出させる。この赤血球を溶解させ
ることにより、このサンプルを比較的均質および等方性（すなわち、本質的に非
光散乱）にする。次いで、上記のベールの法則が、分析物濃度を決定するために
効果的に適用され得る。

【００１６】超音波細胞破壊器により提供される超音波エネルギーは、典型的に、赤血球を
溶解するために使用される。このアプローチの欠点は、これらの細胞破壊器は、
コストがかかり、場所をとり、維持が必要であり、そしてサンプル中に泡が発生
し得ること（予想不可能な光散乱が発生し、誤差を誘発する）である。また、こ
の溶解プロセスは、サンプルの血清の化学的性質を変化させる。このことにため
に、溶解血液分光光度計と、それらの測定のために全血に必要とされる他のセン
サ技術とを組み合わせた一体型の機器が、分析のためのさらなるサンプル容積を
必要とする。これらのシステムにおいて、サンプルは、機器内に吸引され、次い
で２つのセグメントに「分け」、溶解させるためのサンプルの一部分と全血分析
のための他の部分とを効率的に単離する。

【００１７】従って、詰まりを避ける改良された分光サンプルセルには、特別な洗浄剤なし
で容易に洗浄され得、測定、洗浄、充填などを含む種々の操作モードを最適化し
、高価でなく、そして光学測定の再現性のための安定した機械的環境を提供する
必要性が存在する。

【００１８】（発明の要旨）本発明の実施態様に従って、サンプルセルは、流体サンプル中の分析物の分光
光学測定での使用のために提供される。サンプルセルは、注入口から、測定領域
を通って、放出口へ流体を連絡するために適合された、そこを通って延びるサン
プル経路を備え、このサンプルセルは、サンプルが測定領域に存在する間、分析
物の測定に適合される予め決められた光路長を有する第１位置と、流体経路から
サンプルを洗浄するために適合される予め決められた他の経路長を有する第２位
置との間を選択的に調整することが可能である。

【００１９】上記およびその他の特徴ならびに本発明の利点は、以下の本発明の種々の局面
の詳細な説明を添付の図面と組合せて読むことで、より容易に明らかとなる。

【００２０】（好ましい実施態様の詳細な説明）添付の図面に記載される図を参照すると、本明細書の例示的な実施態様は、本
明細書中以下に詳細に記載される。説明を明瞭とするために、添付の図面に示さ
れる同じ特徴は、代替の実施態様で示されるように同じ参照番号および同じ特徴
で表示し、または図面において動きを表すために同じ参照番号で表示する。

【００２１】簡単に説明すると、本発明は、分光光学法で使用するためのサンプルセル１０
０を備え、少なくとも２つの別々の配置または位置の間で、そのサンプルセル流
体経路１６の断面形状を、使用者が変化させることが可能となるように相互に調
整できる２つのセル部分４８および５２を備える。第１位置において、流体経路
１６（図５Ａ）は、比較的短い経路長を提供し、そこを通って高速度の流速を発
生させるために比較的小さな断面積で提供され得る。短い経路長により、比較的
少ないサンプル容積の使用を可能にし、血液（比較的高い光学密度、吸光度また
は光散乱特性を有する）のようなサンプルの光学測定を容易にする。第２位置に
おいて、流体経路１６’（図５Ｂ）は、より大きな凝塊または血塊が流体経路を
通過することを可能にし、サンプルセル１００の洗浄を容易にさせるようにより
大きな断面積を提供する。セル部分４８および５２は、スライド可能で、互いに
流動性の密着した係合で維持されることで、流体経路１６の調整が、セル部分４
８および５２の互いに対してスライド運動により達成される。１実施態様におい
て、セル部分は、ほぼ平面の接合面４９および５３に沿って係合し、そしてこの
調整は、互いに対して接合面をスライドさせることによって達成される。別の実
施態様において、接合面２４９および２５３（図１１）は、互いに対して配置す
ることで重ねられ、そしてこの調整は、それらの間の距離を変化させることで達
成される。

【００２２】本開示の全体にわたって、用語「光」とは、約１００〜３０，０００ｎｍの可
視または近可視領域（遠紫外線放射、紫外線放射、可視光線放射、紫外線放射、
遠赤外線放射を含む）内の波長λの電磁放射をいう。同様に、本開示全体にわた
って、用語「光学的な」とは、本明細書中で定義されるような光に関連するか、
または利用するものとして定義される。

【００２３】ここで、図面を詳細に参照すると、図１Ａ〜１Ｃに示されるように、サンプル
セルまたはキュベット１０の主な目的は、サンプルを制御された形状内に閉じ込
め、その間に、イルミネーションおよび、後の相互作用光強度の検出を可能にす
ることである。

【００２４】図１Ａを詳細に参照すると、簡単な分光光度計２０において、サンプル１８は
、キュベットまたはサンプルセル１０に配置される。公知の波長、λ（すなわち
、紫外、赤外、可視など）および強度Ｉ₀の平行光は、光源２２より発生され、
そしてキュベットの一方向から入射する。典型的に、強度Ｉの励起光は、レンズ
２４を通過し、そして検出器２５によって測定される。

【００２５】図１Ｂに示されるように、サンプルセル１０内のサンプル１８の厚さは、光が
伝搬しなければならない距離ｄである。濃度ｃを有する単一で均質の物質からな
るサンプルにおいて、サンプルを透過する光は、上記のようにベールの法則に従
う傾向にあり、サンプル内の分析物の存在および濃度を測定することを可能にす
る。

【００２６】典型的に、図１Ｃに示されるように、２枚の対向面のセルは、測定のために使
用される光の波長を透過する平らな「窓」またはパネル２６からなる。これらの
窓は、少なくとも所定の光学測定ゾーンまたは領域３０で透明である。示される
ように、測定ゾーン３０は、好ましくは、図１Ｃに示されるサンプル１８のディ
スク形状部分によって表示されるように、実質的に円形領域を含む。

【００２７】ここで図２を参照すると、本発明は、全血分光光度計と、全血を測定のために
使用する他のセンサ技術とを組み合わせる一体型機器（示さず）を使用するよう
な、単一で比較的単純なサンプル送達システム２８を可能にする。本明細書で使
用される、用語「下流」とは、収集装置または貯蔵装置から、送達システム２８
を通過して、容器３２に排出させるような、流体フローの方向をいう。用語「上
流」とは、下流方向と反対の方向をいう。サンプル送達システム２８は、示され
るように、従来のサンプル収集デバイスまたはシリンジ３６を備える上流末端で
の流体連絡係合に適合した従来のサンプル吸入器プローブ３４を備える。吸入器
プローブは、試薬バルブ３８とその下流末端で連絡し、次に例えば、可撓性管状
材料（示さず）のような導管により規定される流体経路４０と部分的に連絡する
。試薬バルブ３８はまた、示されるように較正および洗浄流体貯蔵容器４２のア
レイと係合する。この試薬バルブは、一般的に当業者に公知の装置である。バル
ブ３８は、従来の様式で操作して、選択的に容器アレイ４２から較正／洗浄流体
、およびシリンジ３６内に分配したサンプル１８を流体経路４０に連結させる。
本発明の光学サンプルセル１００および種々の追加のシステムセンサ４４は、試
薬バルブ３８の下流で流体経路４０内に配置される。システムセンサ４４は、当
業者に一般的に公知の多数の個々のセンサ（例えば、カルシウム、塩素イオン、
酸素、二酸化炭素、グルコース、ｐＨ、ＢＵＮなどの分析物のためのイオン選択
電極および発光センサを含む、例えば、種々の電気化学、光学、または電気的な
センサ）を含み得る。流体ポンプ４６（例えば、従来のぜん動のポンプ）はまた
、流体経路に沿って、好ましくは、示されるようにシステムセンサ４４の下流に
配置され、そしてサンプルまたは較正／洗浄流体を、送達システム２８を通じて
汲み上げるのに役に立つ。流体経路４０は、排出容器３２で終端する。あるいは
、送達システム２８は、本明細書中以下で議論される様式において、サンプル１
８および較正／洗浄流体を、個々の分析物の測定および較正／洗浄配列のために
サンプル１００を通して移動させるのに役に立つ。

【００２８】図３〜５を参照すると、本発明は、全血または溶血（ヒト）の移動しているか
、または流れているサンプル内の種々の分析物の濃度を測定するために適合され
る分光光度計の使用を最適化したサンプルセル１００を含む。サンプルセル１０
０は、流れを最適化して閉塞を取り除く手段、一方でまた血液（全血または溶血
）あるいは高い光学密度の他のサンプルの光学的な分析物の測定のために、フロ
ーおよび光路長を最適化する手段を提供する。

【００２９】図３に示されるように、１実施態様において、このサンプルセルは、３つの構
成要素、すなわち第１またはベース部分４８、流体シールまたはガスケット５０
、および第２またはカバー部分５２を備える。ベース部分４８は、凹面の入口凹
部５４および出口凹部５６を備え、これらはそれぞれ入口開口部５５および出口
開口部５７で終端する。ガスケット５０は、サンプルセルフロー経路１６を構成
する開口部５４および５６の両方の周囲との重ね合わせた配列のための大きさお
よび形状を有する伸張したカットアウトまたはスロット５８を備え、このサンプ
ルセルフロー経路１６は、サンプルセル１００が図４に示されるように組み立て
られるとき、入口凹部５４から光学測定領域３０を通って、出口凹部５６へ伸び
る（図５Ａ）。また、示されるように、接合面５３は、より詳細に本明細書の以
下で議論される、中空であるか、または実質的に凹面である凹部５９を備える。

【００３０】図４に示されるように、構成要素４８、５０および５２は、互いの頂部にシー
ル可能におよびスライド可能に載せられるか、または積層される。言い換えれば
、ベース部分４８およびカバー部分５２は、互いに対してスライド可能であり、
一方流体密着（すなわち、気体密着および液体密着）したシールは、それらの間
で、維持される。示されるように、ガスケット５０は、それぞれ、部分４８の接
合面４９と部分５２の接合面５３との間に圧縮され得、この流体密着した係合を
容易にする。しかし、接合面４９および５３は、十分な平滑さ、および均一性を
有して提供され得るので、ガスケット５０を使用しなくても、十分なスライド可
能性、シール可能性を提供する。部分４８および５２の両方とも、幅広い範囲の
製造方法を用いて、多数の適切な材料から製造され得る。例えば、部分４８およ
び５２は、ガラス、結晶、石英、サファイアまたは高分子可塑性材料から製造さ
れ得る。好ましい実施態様において、部分４８および５２は、適切な熱可塑性材
料（例えば、アクリル、ポリカーボネート、超高分子重量または低密度ポリエチ
レン、ポリアクリロニトリルなど）を射出成形することにより製造され得る。シ
ール材料は、ＤｕＰｏｎｔＤｏｗＥｌａｓｔｏｍｅｒｓＣｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎから入手可能な商標ＶＩＴＯＮとして販売されているヒドロフルオロカー
ボンエラストマーのようなエラストマーであり得る。特定の材料の選択は、それ
らの機械特性、化学特性および光学特性に基づいてなされ得る。

【００３１】ベース部分４８およびカバー部分５０は、適切な支持手段（示さず）により、
示されるような接合係合で維持される。光学測定領域３０での接合面４９と５３
との間の距離（その表面と直交する光学経路ｐに沿ってとられる）は、光路長ｄ
と定義される（図５Ａ）。光路長ｄは、種々の手段により（例えば、ベース部分
４８およびカバー部分５２との間に高精度のスペーサーおよびシムを挿入するこ
とにより）予め測定され得る。あるいは、一方または両方の接合面４９および５
３は、光学測定領域に凹部を作成し、所望の経路長ｄを設定し得る。例えば、面
４９は、光学測定領域３０に凹部を作成し得る。当業者は、このような凹部部分
が、実質的に、平面であり、そして測定領域３０内の接合面に向かい合って平行
であるべきであり、比較的に一定の光路長ｄを提供することを理解する。

【００３２】ここで、図５Ａを参照すると、サンプルセル１００を通って延びる流体流路４
０（図２）の一部は、セル流路１６と呼ばれる。この路１６は、入口開口５５、
凹部開口５４、測定帯３０、出口凹部５６、凹部５９および出口開口５７を備え
る。示されるように、サンプルセル１００は、第１測定または閉鎖位置に配置さ
れ、ここで、最適路長ｄが光学測定帯３０内に維持される。最適路長ｄは、多く
の因子を考慮することによって決定される。考慮すべきいくつかの重要な因子に
は、分光光度計の光源強度、検出システム特性（例えば、利用可能なダイナミッ
クレンジ、ＳＮ比、分解能および感度）、ならびに問題の波長領域におけるサン
プル物質の濃度および吸収特性（吸光係数）が挙げられる。

【００３３】その上、赤血球配向は、細胞濃度および形態、つまりサンプルフロー速度およ
びフローチャンネル形状の関数である。細胞配向は、これらの変数を比較的高い
剪断力状態を発生するように調整することによって、制御され得ることが経験的
に実証されている。有利に、このような高い剪断力は、赤血球配向を促進する傾
向がある。本発明の光路長ｄは、従って、好ましくは、十分に小さいように予め
決定され、その結果、他のフロー状態が制御され、細胞は配向するようになる。
この配向は、分析物測定の間、予測可能な光散乱特性を生じるのに役立ち、全血
のサンプル１８を使用して正確な分析物測定を容易にする。

【００３４】これらの因子のバランスを保ち、本発明のサンプルセル１００は、約０．００
３〜０．００４インチ、好ましくは約０．００３５インチの範囲内に、光路長ｄ
を提供され得る。この比較的小さい光路長ｄは、高い光学密度のサンプル（例え
ば、全血または溶解血（ｌｙｓｅｄｂｌｏｏｄ））の測定を容易にする。その
上、サンプルセル１００が、示されるようにこの測定位置に配置される場合、測
定帯３０にわたる流路１６の横断面積（光学路Ｐに対して平行でありかつ下流方
向に対して横断する断面として本明細書中で定義される）は、比較的小さく、好
ましくは、約０．０００１７５平方インチ以下である。この断面積は、約７ミク
ロリットル／秒（μｌ／秒）ほどの、流量容積において、所望の剪断力を生じる
のに十分な流速を提供し、全血の光学測定を容易にする傾向がある。

【００３５】図５Ｂを参照すると、カバー部分５２は、ベース部分４８に関して滑らせるこ
とができるように移動され、従って５２’として示される。示されるように、サ
ンプルセル１００は、その第２または開口位置に配置され、ここで、カバー部分
５２の凹部５９は、ベース部分４８の光学測定帯３０へ移動されている。この移
動は、任意の適切な手段（例えば、空気シリンダーまたは他の空気デバイス、リ
ニアステッパー／ＤＣモーター、ソレノイドなど）によって、あるいは手動操作
によって実施される。この開口位置にある場合、流路１６’は、測定帯３０の近
傍において、光路Ｐに平行である比較的大きな路長ｄ’、および比較的大きな横
断断面を提供される。

【００３６】サンプルセル１００の操作は、分析物測定のために、図５Ａに示すような測定
位置へのカバー５２を移動する工程を包含する。これは、光学測定帯３０内の比
較的小さい所定の断面領域および光路長ｄを提供し、従って、血液のサンプル１
８は、比較的高い赤血球の速度および剪断力で、通り抜ける。本明細書中上述し
たように、これらの局面は、有利にルロー形成を減少し、そして全血サンプルに
おける赤血球配向を促進する傾向があるが、高い光学密度サンプル（例えば、全
血または溶解血）の光学測定を容易にする光路長ｄを提供する。

【００３７】このサンプルを分析した後、カバー５２は、ベース４８に関して、第２または
洗浄位置へ移動され、ここで、洗浄流体は流路へ供給されて、引き続くサンプル
１８のためにサンプルセル１００を洗浄し得る。多くの洗浄順序オプションは、
セル１００によって容易にされる。例えば、洗浄順序は、閉鎖測定位置における
サンプルセルから始まり得る。このため、光学測定帯外のサンプルを洗浄するた
めの比較的高い洗浄流体速度が提供される。このサンプルセルは、次いで、洗浄
の間、開口位置へ切り換えられ得る。開口位置における洗浄によって、比較的大
きな障害物（例えば、フィブリン、血餅、合成繊維、または他の集合など）の除
去が可能となる。その上、障害物を取り除くのを援助する必要がある場合、サン
プルセル１００は、洗浄順序の間の開口位置と閉鎖位置との間で、前後に交替さ
れ得る。

【００３８】ここで、図６を参照すると、本発明の代替の実施態様が、サンプルセル２００
として示され、これは、多くの点で、サンプルセル１００と同様または類似であ
る。サンプルセル２００は、ベースまたは本体部分２４８を備える。管状サンプ
ル流路２１６は、ベース２４８を通って延び、入口部分８２および出口部分８４
を備え、これらはそれぞれ、サンプル入口開口２５５および出口開口２５７を有
する。示すように、このサンプルセルは、好ましくは空気デバイスであり、そし
て本明細書中以下に記載するように、流体インレット６２を備え、流体インレッ
ト６２は、その開口位置と閉鎖位置との間でセル２００を作動させるための空気
または類似の流体の圧力の使用を容易にする。

【００３９】図７を参照すると、サンプルセル２００は、ほぼ平面の表面６３およびその中
に配置されるキャビティまたはトラフ６０を有する本体２４８を備える。キャビ
ティ６０は、ベース２４８の中央位置または座位６５の３つの側面を実質的に囲
むように、表面６３の面内においてほぼ「Ｕ」または蹄鉄の形状である。このキ
ャビティは、ベース２４８内部の予め決定された深さへ延び、実質的に平面の底
壁部分６７で終端し、この底壁部分６７は、接合表面２４９（図８）（これは本
明細書中以下に記載される）へほぼ平行に配置されている。部分６７は、座位６
５の周りにほぼ等距離で配置される一連のスルー孔６６を備える。各スルー孔６
６は、中央軸ａ（図１０）を備え、中央軸ａは、好ましくは、底壁部分６７へ実
質的に直交して延びる。リフティングシュー６１は、キャビティ６０内部で滑ら
せることができる位置決めのための、大きさおよび形状にされる。一連のガイド
ピン６４は、シュー６１に沿って予め決定された位置で間隔を開けて配置され、
その結果、対応するスルー孔６６を通って滑ることができるようにかつ同軸上に
伸びる。ガイドピン６４および孔６６を備える、シュー６１およびキャビティ６
０は、予め決定された寸法で提供され、この寸法は、軸ａによって規定される軸
方向における、キャビティ６０内のシュー６１の移動の予め決定された範囲を提
供するのに十分であり、このことは、本明細書中以下に記載される。

【００４０】サンプルセル６０はまた、エラストマー材料またはゴム様材料（例えば、ポリ
ビニルエラストマー）から好ましくは作製される隔壁７０を備える。隔壁７０は
、キャビティ６０の周囲に対してその周囲の周りでの流体密または気密な様式で
、密閉する。好ましい実施態様において、隔壁は、キャビティ６０の周囲から、
軸方向に関して、内向きにほぼ直交に延びる周囲レッジまたはリップ７２に対し
て密閉される。空気チャンバプラグ７４（これは、空気入口６２を備える）は、
シュー６１および隔壁７０と重ね合わされる関係で、キャビティ６０内での受領
のための大きさおよび形状にされる。プラグ７４は、キャビティ６０へのガス密
様式で（例えば、超音波溶接あるいは接着剤またはエポキシ結合剤７７（図１０
）の使用によって）動かないように固定され、その結果、プラグ７４および隔壁
７０は、空気入口６２との流体連結において、ガス密の空気チャンバ７５（図１
０）を形成する。また、表されるように、チューブ支持体７６（空気入口６２を
支持するために提供される）は、ベース２４８の対応するレセプタクル７８内で
の受領のために適合される。可撓性の楕円形ガスケットまたは細長いＯリング８
０はまた、図８に最もよく示されるように提供される。

【００４１】ここで、図８を参照すると、ガイドピン６４は、示されるように、孔６６（図
７）を完全に通って伸びるように適合され、ベース２４８の実質的に平面な整合
表面２４９から突出し、これは、第２部分または窓２５２（図９〜１１）への接
続のためである。一連の支持パッド８６は、表面２４９に沿って、好ましくは各
ガイドピン６４に近接して、間隔を隔てた位置に配置される。サンプル流路２１
６の入口部分８２およおび出口部分８４は、ベース２４８を通って伸び、そして
整合表面２４９内に配置される入口凹部および出口凹部すなわち開口部２５４お
よび開口部２５６で終端する。示されるように、開口部２５４および２５６は、
ガイドピン６４とパッド８６との間の座位６５に実質的に配置される。開口部２
５４および２５６は、互いに予め決定された距離だけ間隔を隔てて配置され、そ
の結果、その間および楕円形チャンネル８２の間に配置される表面２４９の部分
は、サンプルセル２００の光学測定帯３０に窓２２６を形成する。示されるよう
に、楕円形チャンネル８２は、表面２４９内に凹部を設け、そして開口部２５２
および２５６を取り囲むまたは囲む。ガスケット８０は、チャンネル８２内に受
容されるように構成される。

【００４２】ここで、図９を参照すると、窓２５２は、ガイドピン６４の１つと係合して示
されており、一方、その反対の側面において分光光度計２０の一部によって支持
されている。予め決定した加圧力ｆ（これは任意の便利なスプリング手段（示さ
ず）により提供される）は、整合表面２４９に対して実質的に垂直である方向で
、ベース２４８へ印加され、その結果、ガスケット８０は、窓２５２に対して封
着して加圧される。ガスケット８０により囲まれた窓２５２および表面２４９の
部分は、サンプルセル２００の、流路２１６のサンプルチャンバ部分（光学測定
帯３０を含む）を有効に形成する。

【００４３】図１０を参照すると、サンプルセル２００は、その閉鎖位置において示され、
その閉鎖位置において、窓２５２は、実質的に完全にガスケット８０に対して加
圧されており、そして支持パッド８６と係合している。空気チャンバ７５は、名
目上大気圧にある。光路長ｄは、名目上、パッド８６の厚みと同じ厚みである。
サンプルセル１００に関して上で議論したように、光路長ｄは、約０．００３〜
０．００４インチ、好ましくは約０．００３５インチであり得る。

【００４４】ここで、図１１を参照すると、予め決定した流体（すなわち、空気）圧は、空
気入口６２を通って空気チャンバ７５ヘ印加され、これは、チャンバを拡張し、
そしてリフティングシュー６１および窓２５２を力ｆの偏向に対してベース２４
８から離れて偏向するように供する。リフティングシュー６１は、このシューが
底壁部分６７に対して係合するかまたは「底に達する」まで、この拡張によって
移動される。この係合したまたは底に達した部分は、予め決定した路長ｄ’を規
定し、この路長ｄ’は、必要に応じて、約０．０１５〜０．０２５インチほどの
大きさである。サンプルセルは、従って、その開口位置に配置される。この位置
において、ガスケット８０は、図１０において示される閉鎖位置に関して除圧さ
れているにもかかわらず、示されるように、窓２５２との流体封着係合で依然と
して配置される。

【００４５】好ましい実施態様が示され、説明されたが、本発明のサンプルセルのいくつか
の代替の実施態様が想像される。例えば、サンプルセル１００には、複数の別個
の光路長ｄが提供され得る（例えば、表面４９および５３の１つまたは両方に階
段状プロフィールを提供することによって）。この様式で、本発明の単一のサン
プルセルが、別個の吸光特性の比較的広い範囲を有するサンプルを分析するため
に、使用され得る。その上、さらなる改変は、位置の規定を含み、この位置にお
いて、「較正器」を含む既知の路長のセル部分が、測定帯３０内に配置され得る
。この較正器は、ベース４８およびカバー５２のうちの１つまたは両方の部分に
永久的に配置される色素または光学干渉フィルターであり得る。このような特徴
は、機器部品（例えば、光源２２または他の分光光度計構成要素）上で診断を行
う場合、有用であり得る。

【００４６】本発明のサンプルセルは、従って、先行技術に関して、多くの利点を提供する
。特に、セルは、種々の操作モードについて最適化され、全血の最適化された光
学測定を可能にし、一方、それはまた、最適化された洗浄などを容易にし、目詰
まりに関連する困難を軽減する。その上、本発明は、実質的に、「溶血剤（ｈｅ
ｍｏｌｙｚｅｒ）」、ならびにサンプルを溶血部分および全血部分に分割するた
めに必要とされる関連した水硬性成分（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎ
ｔ）の必要性を排除する。これは、システムコスト、サイズを有利に減少させ、
そして全体のシステムハードウエアの信頼性を増加させる傾向となる。さらに、
溶解工程の除去は、有利に、サンプルの完全性を維持する。これは、同一のサン
プル容積において他のセンサーによってなされるべき測定（これについて全血が
要求される）が可能となり、分析のために必要とされる全サンプル容積を効率的
に減少させる。なおさらに、本発明のサンプルセルが全血サンプルの光学測定を
容易にすると同時に、それはまた、有利に、高い光学密度または光散乱特性を有
する他のサンプル（例えば、溶血サンプル）の測定を可能にする。従って、本発
明は、溶血サンプルおよび全血サンプルの両方の光学測定の２つの機能性を提供
する。

【００４７】本発明はまた、多数の血液サンプルを流す場合に起る傾向にある大きなタンパ
ク質形成を排除するための特別な洗浄剤の必要性を実質的に軽減し得る。さらに
、このような形成をクリアする工程は、マニュアルユーザーの介入なしに、自動
的に実施され得る。

【００４８】その上、本発明は、全ての測定センサー、流体操作構成要素（バルブ、チュー
ビングなど）、および較正液体を、限定された使用の使い捨て「カートリッジ」
へ組み込む機器へ都合良く組み込まれ得る。有利なことに、このような構成は、
ユーザーに、センサーおよび流体のメンテナンスを必要としないシステムを提供
する。サンプルまたは薬剤流体と接触する全てのシステム構成要素は、カートリ
ッジがだめになる際に、処分され得る。

【００４９】その上、サンプルセル１００および２００の第１および第２部分の予め決定さ
れた寸法（これは、光路長ｄを規定するために予め決定された位置の間で移動可
能な、剛性構成要素の使用によって提供される）は、安定な力学的環境を光学測
定の再現性に提供する。本発明のサンプルセルはまた、製造において比較的安価
である。

【００５０】本発明は、吸光分光法における使用のために記載された。しかし、当業者は、
本発明の調節可能サンプルセルは、本発明の精神および範囲を逸脱することなし
に、種々の他の分光化学分析技術（例えば、ルミネセンス、または電磁気スペク
トル放射測定）と組み合わせて使用され得ることを理解するべきである。

【００５１】その上、サンプルセル２００は、空気デバイス（これは、空気または他の流体
の圧力を使用して、第２部分２５２に関して第１部分２４８を移動させる）とし
て記載されたが、任意の適切なデバイスまたは技術が、本発明の精神および範囲
を逸脱することなしに、このような移動を実施するために使用され得る。例えば
、任意の適切な手段（例えば、空気シリンダー、リニアアクチュエーターまたは
ステッパー／ＤＣモーター、ソレノイドなど）または、手動操作さえも利用され
得る。

【００５２】上記の説明は、主に、例示の目的のためと解釈される。本発明は、その例示的
実施態様に関して示されそして説明されたが、上記および種々の他の変形、省略
ならびにその形態および詳細における追加は、本発明の精神および範囲を逸脱す
ることなしに、その中でなされ得ることが、当業者に理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】図１Ａは、先行技術のサンプルセルおよび分光光度計の一部の概略側立面図で
ある。

【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのサンプルセルの一部の分解図である。

【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａのサンプルセルの斜視図である。

【図２】図２は、本発明のサンプルセルで使用するために適合される流体送達システム
の概略図である。

【図３】図３は、本発明のサンプルセルの分解斜視図である。

【図４】図４は、第１位置における本発明のサンプルセルの斜視図である。

【図５Ａ】図５Ａは、図４の５Ａ〜５Ａに沿ってとられた断面立面図である。

【図５Ｂ】図５Ｂは、第２位置における本発明のサンプルセルの図５Ａのものと類似の図
である。

【図６】図６は、本発明のサンプルセルの代替の実施態様の斜視正面図である。

【図７】図７は、図６のサンプルセルの分解斜視正面図である。

【図８】図８は、図７のサンプルセルの部分的に分解した斜視背面図である。

【図９】図９は、図６（それと共に、使用される用具の一部を含む）の９〜９に沿って
とられるサンプルセルの断面図である。

【図１０】図１０は、第１位置にサンプルを備えた、拡大スケールでの図９の断面サンプ
ルの一部の上面図である。

【図１１】図１１は、第２位置にあるサンプルセルを備えた、図１０のものと類似の図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，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，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 100 ＢａｙｅｒＲｏａｄ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ 15205，ＵＳＡ (72)発明者シャーラック，ロナルドエス．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02146，ブルックリン，コルボーンクレセント 121 Ｆターム(参考） 2G045 CA25 CA26 FA13 FA23 FA25 FA26 FA27 FA34 FA37 HA06 HA20 JA08 JA11 JA20 2G057 AA01 AB01 AB02 AB03 AB06 AC01 BA01 BA05 BB01 BB02 BB06 2G059 AA05 BB13 CC16 EE01 EE11 EE12 FF12 GG00 HH01 HH02 HH03 JJ01 JJ11 KK01 LL02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体サンプル中の分析物の分光測定において使用するための
サンプルセルであって、該サンプルセルが、流体を、入口から測定領域を経由して出口まで連絡するように適合された該サ
ンプルセルを通って伸長するサンプル経路であって、該サンプルセルは、第１位
置と第２位置との間で選択的に調整可能であり、該第１部分は分析物測定に適合
された所定の光路長を有し、一方、該サンプルは該測定領域内に配置され、そし
て第２位置は該測定領域からの該サンプルのクリーニングに適合された所定の他
の通路長を有する、サンプル経路、を備える、サンプルセル。
【請求項２】前記サンプルセルが、全血サンプル中の分析物の分光測定に
使用するために適合される、請求項１に記載のサンプルセル。
【請求項３】前記サンプルセルが、溶解した血液のサンプル中の分析物の
分光測定に使用するために適合される、請求項１に記載のサンプルセル。
【請求項４】請求項１に記載のサンプルセルであって、前記選択的調整が
、前記所定の光路長が前記所定の他の通路長より短くなるように、前記流路のサ
イズおよび形状を選択的に調整する、サンプルセル。
【請求項５】請求項１に記載のサンプルセルであって、所定のサンプル流
量で、前記第１位置が前記第２位置より大きい流速を提供するように、前記選択
的調整が前記流路のサイズおよび形状を選択的に調整する、サンプルセル。
【請求項６】請求項１に記載のサンプルセルであって、第２流れ要素にス
ライド可能にかつ密閉して係合される第１流れ要素であって、該第１流れ要素は
前記選択的調整を行うために、該第２要素に関してスライド可能である、第１流
れ要素、をさらに備える、サンプルセル。
【請求項７】請求項６に記載のサンプルセルであって、前記第１流れ要素
および前記第２流れ要素は接合面に沿ってスライド可能にかつ密閉して係合され
、該接合面は前記選択的調整を行うために互いに関してスライド可能である、サ
ンプルセル。
【請求項８】前記接合面が実質的に平面である、請求項７に記載のサンプ
ルセル。
【請求項９】ガスケットが、前記実質的に平面の接合面間に配置される、
請求項７に記載のサンプルセル。
【請求項１０】請求項７に記載のサンプルセルであって、前記サンプル経
路が、前記実質的に平面の接合面の少なくとも１つの実質的に凹型の部分を備え
、該凹型部分は、前記第１位置と前記第２位置との間の前記選択的調整の間、前
記測定領域からのおよび該測定領域への選択的移動に適合される、サンプルセル
。
【請求項１１】請求項６に記載のサンプルセルであって、前記第１流れ要
素および前記第２流れ要素が、互いに重なった関係で配置される接合面を備え、
ここで、該接合面間の距離は前記選択的調整が行われるように変えられる、サン
プルセル。
【請求項１２】前記接合面が実質的に平面である、請求項１１に記載のサ
ンプルセル。
【請求項１３】請求項１１に記載のサンプルセルであって、前記第１流れ
要素が、前記第２流れ要素内に配置された少なくとも１つのスルーホールとのス
ライド可能な係合に適合された、少なくとも１つのガイドピンを備える、サンプ
ルセル。
【請求項１４】請求項１３に記載のサンプルセルであって、該サンプルセ
ルがさらに、前記接合面間に配置された弾力性ガスケットを備え、該弾力性ガス
ケットが、前記第１位置と前記第２位置との間の選択的調整の間、前記接合面が
互いに密閉して係合されたままにするために、選択的に拡張および接触するよう
適合される、サンプルセル。
【請求項１５】請求項１４に記載のサンプルセルであって、前記弾力性ガ
スケットは、前記第１要素を前記第１位置の方にバイアスするように適合され、
該サンプルセルはさらに、該弾力性ガスケットのバイアスに逆らって、該第１要
素を前記第２位置の方にバイアスするように適合されたバイアス手段を備える、
サンプルセル。
【請求項１６】前記バイアス手段が空気式である、請求項１５に記載のサ
ンプルセル。
【請求項１７】請求項１６に記載のサンプルセルであって、前記バイアス
手段が、前記少なくとも１つのスルーホールを通して前記少なくとも１つのガイ
ドピンをスライドするために選択的に圧力を付与し、前記第１流れ要素の接合面
が前記第２流れ要素の接合面から離れて移動するように適合された隔壁を備え、
ここで、該サンプルセルが前記第２位置まで移動する、サンプルセル。
【請求項１８】溶解血液または全血の流体サンプル中の分析物の分光測定
に使用するためのサンプルセルであって、該サンプルセルが、以下：第１流れ要素および第２流れ要素であって、該第１および第２流れ要素は、こ
れらの接合面に沿って互いにスライド可能にかつ密閉して係合され、ここで、該
第１流れ要素は、第１位置と第２位置との間で、該第２流れ要素に関して選択的
に調整されるように適合される、第１および第２流れ要素；流体サンプルを、入口から測定領域を経由して出口まで連絡するための該サン
プルセルを通って伸長する、サンプル経路であって、該サンプル経路は、少なくとも１つの接合面の実質的に凹型部分を備え、該凹
型部分は、該選択的調整の間の該測定領域へのおよび該測定領域から離れる選択
的移動に適合され、ここで、該測定領域からのサンプルをクリーニングするため
に、該サンプルセルは該第１位置にある場合、該測定領域は分析物測定に適合さ
れた所定の光路長を有し、そして該サンプルセルが該第２位置に配置される場合
、他の通路長は該光路長より長い、サンプル経路、を備える、サンプルセル。
【請求項１９】流体サンプル中の分析物の存在を分光測定するための方法
であって、該方法は、以下：（ａ）サンプルセルを通って伸長するサンプル経路を備えるサンプルセルを提
供する工程であって、該サンプル経路は、流体サンプルを、入口から測定領域を
経由して出口まで連絡するよう適合され、該サンプルセルは、第１位置と第２位
置との間で選択的に調整可能であり、該第１位置は分析物測定に適合された所定
の光路長を有し、一方、該サンプルは該測定領域に配置され、該第２位置は該測
定領域からの該サンプルのクリーニングに適合された所定の他の通路長を有する
、工程；（ｂ）該サンプルセルを該第１位置に調整する工程；（ｃ）流体サンプルを該測定領域に挿入する工程；（ｄ）該サンプル中の該分析物の存在を分光測定する工程；（ｅ）該サンプルセルを該第２位置に調整する工程；および（ｆ）該測定領域から該サンプルをクリーニングする工程、を包含する、方法。
【請求項２０】請求項１９に記載の方法であって、前記選択的調整が、前
記所定の光路長が前記所定の他の通路長より短くなるように、前記流れ通路のサ
イズおよび形状を選択的に調整し、その結果、所定の流れ容量で、前記第１位置
が前記第２位置より大きい流速を提供する、方法。