JP2006514307A - 電気化学センサーにおける使用のためのポリマー膜 - Google Patents

電気化学センサーにおける使用のためのポリマー膜 Download PDF

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Abstract

生物学的サンプル中の分析物の検出および／または測定において夾雑物によって引き起こされる干渉を減少させるための方法であって、この方法は、化学センサーのポリマー膜のポリマー体成分としてカルボキシル化ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ−ＣＯＯＨ）を含む化学センサーを提供する工程を包含する。目的の分析物および夾雑物を含有する生物学的サンプルは、センサーのポリマー膜のポリマー体成分としてＰＶＣ−ＣＯＯＨを含む化学センサーと接するように配置される。次いで、生物学的サンプル中の目的の分析物は、夾雑物による干渉なく、化学センサーによって測定および／または検出される。

Description

本発明は、電気化学センサーの分野に関し、特に分析サンプル中の夾雑物によって引き起こされるこのようなセンサーの測定阻害を減少させることに関する。
（背景情報）
研究者および臨床医はしばしば、生物学的サンプルにおける種々の分析物の濃度を測定する必要がある。これら分析物としては、溶存気体（例えば、二酸化炭素）、イオン（例えば、水素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、リチウム、アンモニウム、およびマグネシウム）ならびに生物学的に活性な分子（例えば、尿素）が挙げられる。多くの場合、生物学的サンプルは、外来診療（ｏｆｆｉｃｅ ｖｉｓｉｔ）の間または外科手術中に患者から採取した体液である。適切な診断および処置はしばしば、その測定の正確性およびサンプルが得られるスピードに依存する。
電気化学センサーシステムは、生物学的サンプル中の分析物の濃度を測定するために使用され得る分析ツールである。この電気化学センサーは、物理的変換器、例えば、少なくとも一つの半透膜によって分析サンプルから分離されている金属電極を備える。この膜は、所定の電気化学センサーに選択性を与える。膜成分の適切な選択は、全血のような複合サンプル中の分析物を正確に検出および測定し得る電気化学センサーを可能とする。
分析サンプル中にしばしば存在する特定の夾雑物は、上記膜全体に拡散し、かつ上記金属電極に干渉することによって上記電気化学センサーの正確性を損ない得る。イオン選択性電極（ＩＳＥ）の場合、この夾雑物は、例えば、麻酔のチオペンタールナトリウム（チオペンタール）のような薬物種であり得る。ＩＳＥ上のこのような夾雑物の結果は、サンプル中の夾雑物の濃度に依存して緩やかな干渉から臨床的に重要なものにまで及び得る。
（発明の要旨）
本発明は、生物学的サンプルにおける分析物の検出および／または測定のために使用される電気化学センサー上の夾雑物によって引き起こされる干渉を減少させるための方法を提供する。本発明による電気化学センサーは、例えば、親油性アニオン性薬物種により汚染された分析サンプルのアッセイの後、電圧の大きな負の変化を示さない。さらに、本発明による電気化学センサーは、膜抵抗の大きさの減少を示し、このことは、センサーの安定性およびセンサー測定の再現性のために重要である。本発明により組み立てられた電気化学センサーは、サンプルをアッセイした後すぐに回復される安定なベースラインを示し、これは、より短時間の測定時間を生じる。これらのより短い測定時間は、このような電気化学センサーを組み込む分析装置の増加した処理能力をもたらし得る。
一般に、一つの局面において、本発明は、生物学的サンプルにおける分析物の検出および／または測定において少なくとも一つの夾雑物によって引き起こされる干渉を減少するための方法を特徴とする。本方法は、化学センサーおよびポリマー膜を備える電極を提供する工程を包含する。上記ポリマー膜は、ポリマー成分としてカルボキシル化ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ−ＣＯＯＨ）を含み、化学センサーと生物学的サンプルとの間に位置される。この電極は、少なくとも一つの夾雑物および少なくとも一つの分析物を含む生物学的サンプルと接触され、そしてこの分析物が、検出されおよび／または測定される。ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのポリマー膜は、夾雑物によって引き起こされる生物学的サンプル中の分析物の検出および／または測定への干渉を減少させる。
本発明のこの局面の実施形態は、以下の特徴を含み得る。ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのポリマー膜に、電極への干渉を防がれる夾雑物は、親油性アニオン種を含み得る。この夾雑物は、麻酔薬または鎮痛剤であり得る。より具体的には、この夾雑物は、チオペンタールナトリウム（チオペンタール）であっても、フェニトイン、イブプロフェン、フェノプロフェン、サリチレート、バルプロエートまたはε−アミノ−カルポエートであり得る。電極によって測定されたおよび／または検出された分析物は、無機カチオンであり得る。上記分析物はまた、溶存気体であっても、炭水化物、ペプチド、脂質、ヌクレオチド、または尿素のような生物学的代謝物であってもよい。生物学的サンプル自体は、血液または尿のような体液であり得る。ポリマー膜中に含まれるＰＶＣ−ＣＯＯＨは、０．１重量％〜５重量％のカルボキシル基を含み得る。
本発明の前述および他の物質、局面、特徴ならびに利点は、以下の明細書および特許請求の範囲からより明白となる。
（定義）
本発明は、生物学的サンプル中の分析物の検出および／測定のために使用される電気化学センサー上の夾雑物によって引き起こされる干渉を減少させるための方法を提供する。特に、本発明は、ポリマー膜のポリマー成分としてカルボキシル化ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ−ＣＯＯＨ）を有する電気化学センサーを記載する。本発明による電気化学センサーは、溶存気体（例えば、二酸化炭素）、イオン（例えば、水素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、リチウム、アンモニウム、およびマグネシウム）ならびに生物学的代謝物（例えば、尿素）を含む複数の分析物を検出するように構成され得る。
本発明による電気化学センサーは、電気化学センサーシステムに組み込まれ得る。図１を参照すると、本発明による一つの実施形態において、電気化学センサーシステム１は、生物学的サンプルが、電気化学センサーシステム１に導入される入口２を有する。蠕動ポンプ４は、入口２を通して電極カード６に、体液サンプルのようなサンプルを移動させる。電極カード６は、一以上の電極８を備え、これら電極８は、サンプル中の目的の分析物を検出および測定する。電気インターフェイス１０は、電極カード６をマイクロプロセッサ１２に接続する。電極カード６からのシグナルは、マイクロプロセッサ１２を通過しシグナルの保存および表示を可能とする。マイクロプロセッサ１２からのシグナルは、電極カード６を通過し、電極の極性化電圧のような測定条件を制御することを可能とする。本発明による一つの実施形態において、サンプルの入り口２および電極カード６は、電気化学センサーシステム１の残りの構成要素から取り外され、かつ使用後に交換され得る使い捨てカートリッジ１３内に収納される。
図２を参照すると、本発明による一つの実施形態において、電極カード６は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）から作製される、強固な、実質的に長方形のカードを備える。チャネル２０は、電極カード６内に配置され、そこを通って生物学的サンプルまたは参考の溶液が、流れ得る。一以上の電極８が、チャネル２０内に埋め込まれ得る。サンプルが電極カード６を通過する場合、サンプルはチャネル２０を通って、かつ電極８上を流れ、目的の分析物の検出および／または測定を可能とする。
図２を参照すると、電極カード６へ組み込まれ得る電極８は、イオン選択性電極（ＩＳＥ）１００、溶存気体を分析するための電極（気体電極）、および酵素ベースの検出システムを使用する電極（酵素電極）を含む。例えば、電極は、ナトリウム２６、カルシウム２８、カリウム３０、ｐＨ３２、リチウム３４、マグネシウム３６、アンモニウム３８、二酸化炭素４０、および尿素４２を検出し得る。
図３を参照すると、本発明による一つの実施形態において、ＩＳＥ １００は、金属構成要素１０５、内部溶液層１１０、およびポリマー膜１１５を備える。金属構成要素１０５は、電極カード６のＰＶＣ内に埋め込まれ、そして内部溶液層１１０は、金属構成要素１０５の露出された末端を覆う。内部溶液層１１０は、例えば、２−［Ｎ−モルホリノ］エタンスルホン酸（ＭＥＳ）緩衝液を含み得る。ポリマー膜１１５は、電極カード６のチャネル２０を通過する分析サンプル（例えば、体液サンプル）から内部溶液層１１０を分離するイオン選択性膜である。ポリマー膜１１５の組成は、特定のイオンについてＩＳＥ １００の選択性を決定する。本発明による特定の実施形態において、ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、ポリマー膜１１５の構成要素である。
図２を参照すると、分析サンプル中のイオンの濃度を測定するために、ＩＳＥ １００は、参考電極４４とタンデムに作用しなければならない。ＩＳＥ １００が、検出するように設計されるイオンが、分析サンプル中に存在する場合、内部溶液層１１０（図３に例示される）中の分析物の濃度と、分析サンプル中のその濃度との間の差に依存して、電位が、ポリマー膜１１５にまたがって生じる。ＩＳＥ １００と参考電極４４との間の電位差は、分析サンプル中の測定されるイオンの濃度の対数変化と直接的に比例する。
図４を参照すると、本発明による一つの実施形態において、気体電極の一つの型である、二酸化炭素（ＣＯ２）電極４０は、金属構成要素１２５、内部溶液層１３０、およびポリマー膜１３５を備える。ＣＯ２電極４０は、ＣＯ２電極４０の内部溶液層１３０が、重炭酸塩緩衝液であることを除いて、ＩＳＥ １００と機能的に類似する。図２を参照すると、ＩＳＥ １００と異なり、ＣＯ２電極４０は、ｐＨ電極３２とタンデムに作用すべきである。
図４を再度参照すると、ＣＯ２は、ＣＯ２電極４０のポリマー膜１３５を透過し、内部溶液層１３０の重炭酸塩緩衝液に溶解し、緩衝液のｐＨを変化させ、これはＣＯ２電極４０の電位を変化させる。しかし、ｐＨ電極３２の内部溶液層は、分析サンプル中のＣＯ２によって影響を受けず、そのためｐＨ電極の電位は、一定に保持される。ＣＯ２電極４０とｐＨ電極３２との間の電位差は、サンプル中のＣＯ２濃度に比例する。本発明による一つの実施形態において、ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、ＣＯ２電極４０のポリマー膜１３５の構成要素であり得る。
図５は、本発明による別の実施形態を例示し、分析サンプル中の生物学的代謝物（例えば、炭水化物、ペプチド、脂質、ヌクレオチド、尿素など）の存在および濃度を検出するための酵素電極１５０を例示する。酵素電極１５０は、電極カード６および複合膜１６０内に埋め込まれた金属構成要素１５５を備え、これは、金属構成要素１５５と電極カード６内のチャネル２０を通って流れる分析サンプルとの間に配置される。複合膜１６０は、チャネル２０に隣接する外側拡散膜１６５、酵素層１７０、イオン選択性ポリマー膜１７５、および金属構成要素１５５に隣接する内部溶液層１８０を備える。外側拡散膜１６５は、酵素層１７０への分析物の拡散を制御し、チャネル２０における分析サンプルとの直接的な接触から酵素電極１５０の他の構成要素を保護する。酵素層１７０は、少なくとも一つの酵素、またはいくつかの酵素の混合物、タンパク質、および安定剤を含み得、特定の分析物と反応する。この分析物が、外側拡散膜１６５を通って拡散する場合、酵素層１７０中の酵素と反応し、イオン選択性ポリマー膜１７５を通って移動し得る化学副産物を産生し得る。尿素センサーの場合、化学副産物は、例えば、アンモニウムイオンであり得る。電位は、分析サンプル中の目的の分析物の濃度に比例している化学副産物の濃度に依存して複合膜１６０にまたがって生じる。本発明による一つの実施形態において、ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、イオン選択性ポリマー膜１７５の構成要素である。
図３を再び参照すると、ＩＳＥのポリマー膜は、目的の分析物に対するＩＳＥ １００の選択性を制御する。ポリマー膜１１５は、少なくとも以下の４つの要素を含む：ポリマー、可塑剤、イオン透過担体、および親油性塩添加物。
本発明による一つの実施形態において、ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、ポリマー膜１１５のポリマー成分である。ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）で置換されているその塩素原子の割合を有するポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）ポリマー体である。本発明による一つの実施形態において、ＰＶＣ−ＣＯＯＨを、０．１重量％と５重量％との間で含み得、そして本発明の特定の実施形態において、このＰＶＣ−ＣＯＯＨは、１．８重量％ＣＯＯＨを含む。このＰＶＣ−ＣＯＯＨは、分析サンプル中の親油性アニオン種（例えば、鎮痛剤および麻酔薬のような）が、ポリマー膜１１５を浸透することを妨げ、かつＩＳＥ １００に干渉する。このような親油性アニオン種としては、例えば、チオペンタールナトリウム（チオペンタール）、フェトイン、イブプロフェン、フェノプロフェン、サリチレート、バルプロエート、およびε−アミノ−カプロエートが挙げられ得る。ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、別のポリマー（例えば、ＨＭＷ−ＰＶＣまたはポリウレタンのような）と混合され、上記ポリマー膜のポリマー構成要素を形成し得る。本発明の特定の実施形態において、ＰＶＣ−ＣＯＯＨは、別のポリマーと混合されず、上記ポリマー膜のただ一つのポリマー構成要素である。
ＰＶＣ−ＣＯＯＨを含むポリマー膜１１５はまた、固体プラットホームに対して増強された接着特性も示す。これは電気化学センサーの長い寿命および潜在的な安定性のために重要である。さらに、そのポリマー膜１１５にＰＶＣ−ＣＯＯＨを使用する電気化学センサーは、下の実施例６に例示されるように、相対的に極性のあるポリマー膜１１５によって生じる膜抵抗の顕著な減少に起因して、より良好な電位安定性およびセンサー測定の再現性を示す。ＰＶＣ−ＣＯＯＨセンサーの精度および正確性は、下の実施例７に例示されるように、高分子量のポリ塩化ビニル（ＨＭＷ−ＰＶＣ）に基づくセンサーを含む既知のＩＳＥに匹敵する。
ポリマー膜１１５の可塑剤構成要素は、効率的なイオン伝達を得るために必要である上記膜内におけるイオンの移動性を提供する。可塑剤は、上記ポリマー構成要素と互換性を有さねばならず、かつイオン透過担体のための溶剤でなければならない。この可塑剤はまた、水中に十分に不溶解性であり、その結果、ポリマー膜１１５の表面と接触する水溶性サンプルへ顕著に移動しないものでなければならない。また、上記可塑剤は、上記電極の保管寿命まで実質的に非揮発性であることが望ましい。有用な可塑剤としては、ビス（２−エチルヘキシル）セバシン酸（ＤＯＳ）およびｏ−ニトロフェニルオクチルエーテル（ＮＰＯＥ）が挙げられる。
上記ポリマー膜１１５に用いられるイオン透過担体は、特定のイオンに選択的に会合することが可能である。このイオン透過担体の本特徴は、ＩＳＥのイオン選択性の原因である。ナトリウムＩＳＥについて適切なイオン透過担体の例としては、メチルモネンシンエステル、カリックスアーレン誘導体、および他のナトリウム感受性化合物が挙げられる。単環式抗生物質（例えば、バリノマイシンのような）は、カリウムＩＳＥのためのイオン透過担体として用いられ得る。カルシウムＩＳＥのためのイオン透過担体は、例えば、（−）−（Ｒ，Ｒ）−Ｎ，Ｎ’−（ビス（１１−エトキシカルボニル）ウンデシル）−Ｎ，Ｎ’−４，５−テトラメチル−３，６−ジオキサオクタメチレンジアミド；ジエチルＮ，Ｎ’−［（４Ｒ，５Ｒ）−４，５−ジメチル−１，８−ジオキソ−３，６−ジオキサオクタメチレン］−ビス（１２−メチルアミノドデカノエート）（ＥＴＨ １００１）であり得る。ｐＨ電極および／または二酸化炭素電極のために適切なイオン透過担体の例は、トリドデシルアミン（ＴＤＤＡ）である。
ポリマー膜１１５に用いられる親油性塩添加物は、膜抵抗と減少し、アニオン干渉を減少するように働く。有用な親油性塩添加物としては、例えば、テトラキス（４−クロロフェニル）ホウ酸カリウム（ＫＴｐＣＩＰＢ）およびテトラキス［３，５−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ホウ酸カリウム（ＫＴＴＦＰＢ）が挙げられる。しかし、親油性塩添加物は、上記ポリマー膜１１５の機能に常に必須ではなく、特定の分析物が、標的にされる場合、取り除かれ得る。
このポリマー膜１１５組成物が、ＰＶＣ−ＣＯＯＨ／可塑剤の比率に関して、イオン透過担体および親油性塩添加物の型ならびに割合の適切な選択によって最適化される場合、親油性アニオン薬物夾雑物を排除するポリマー膜１１５の効率は、増強される。例えば、ナトリウムＩＳＥのためのポリマー膜１１５は、２５重量％〜３５重量％のＰＶＣ−ＣＯＯＨ、６０重量％〜７０重量％のＤＯＳ、２重量％〜８重量％のカリックスアーレン誘導体、および１重量％〜３重量％のＫＴＴＦＰＢを含み得る。カリウムＩＳＥのためのこのポリマー膜１１５は、例えば、２５重量％〜３５重量％のＰＶＣ−ＣＯＯＨ、６０重量％〜７０重量％のＤＯＳ、１重量％〜５重量％のバリノマイシン、および０重量％〜１重量％のＫＴｐＣＩＰＢを含み得る。カルシウムＩＳＥのためのこのポリマー膜１１５は、例えば、２５重量％〜３５重量％のＰＶＣ−ＣＯＯＨ、６０重量％〜７０重量％のＤＯＳ／ＮＰＯＥ（１：１）、１重量％〜５重量％のＥＴＨ １００１、および０．２重量％〜２重量％のＫＴｐＣＩＰＢを含み得る。ｐＨ ＩＳＥまたはＣＯ２ ＩＳＥのためのこのポリマー膜１１５は、例えば、２５重量％〜３５重量％のＰＶＣ−ＣＯＯＨ、６０重量％〜７０重量％のＤＯＳ、２重量％〜７重量％のＴＤＤＡ、および１重量％〜４重量％のＫＴｐＣＩＰＢを含み得る。図６は、適切なポリマー膜１１５構成要素の特定の実施形態および、種々の電気化学センサーについてのそのポリマー膜の代表的な重量比率の例を説明する。
図３をさらに参照すると、本発明によるポリマー膜１１５は、溶媒（代表的に、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）またはシクロヘキサン）中に適切量のポリマー体、可塑剤、イオン透過担体、および親油性塩添加物を溶解し、そしてこの溶液を、電極カード６内に埋め込まれた金属構成要素１０５の露出した表面に適用することによって形成され得る。例えば、カリウムＩＳＥは、６３０ｍｇ〜６５０ｍｇの総重量を作製するために図６に示した割合に従って、ＰＶＣ−ＣＯＯＨ（１．８重量％ ＣＯＯＨ）、ＤＯＳ、バリノマイシンおよびＫＴｐＣＩＰＢを混合することによって製造され得る。この混合物を、３ｍＬ〜３．５ ｍＬのＴＨＦ中に溶解し、そして０．７５μＬのこの溶液を、上記電極カード６内に埋め込まれた金属要素１０５（例えば、塩化銀ワイアー）の露出した末端に適用する。一度この溶媒を蒸発させ、各適用の間の適切な乾燥時間をおいて、同一量の膜溶液を、さらに二回適用する。一度この溶媒を、最終の適用から蒸発させると、このポリマー体膜１１５が、形成され、電極カード６に結合される。
本発明によるＩＳＥは、サンプル内の分析物の濃度の変化に起因する分析サンプルの電位の変化を測定する（ミリボルト（ｍＶ）で測定される）。同様に、本発明による気体電極は、サンプル中の溶存気体の分圧の変化に起因する分析サンプルの電位の変化を測定する。当業者が、認識するように、電位値は、ネルンストの式による濃度値または分圧値に関する。本発明による特定の実施形態において、ソフトウェアは、上記電極によって測定される電位値を、測定された分析物の濃度値または分圧値へネルンストの式を用いて変換するために電気化学センサーシステム内に含まれ得る。
別の局面において、本発明は、分析物の検出および／もしくは測定において親油性アニオン種によって干渉されることなく、親油性アニオン種（例えば、チオペンタール）の存在下において体液（例えば、血液）内の分析物の存在を検出するためならびに／またはその分析物の濃度を測定するための方法である。本発明の本方法は、センサーのポリマー膜のポリマー構成成分としてＰＶＣ−ＣＯＯＨを含む体液中の目的の分析物を検出および／または測定するための電気化学センサーを提供する。目的の分析物および親油性アニオン夾雑物を含有する体液サンプルは、センサーのポリマー膜のポリマー構成成分としてＰＶＣ−ＣＯＯＨを含む、電気化学センサーと接触するように配置される。次いで、体液サンプル中の目的の分析物は、低減された親油性アニオン夾雑物による干渉を伴う電気化学センサーによって測定および／または検出される。
以下の実施例は、本発明を例示することを意図するが、本発明を制限することを意図しない。
（実施例１）
図７は、ＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うナトリウムＩＳＥを備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知濃度のナトリウムを含有する分析サンプルを、電極カードへ導入し、そしてこのＩＳＥは、ナトリウムの濃度が１４２ｍＭであると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のナトリウムを含有する溶液へと変え、そしてこのＩＳＥを、１３７ｍＭのナトリウム濃度値へ戻した。
図８は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を有する５つのナトリウムＩＳＥを備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知濃度のナトリウムを含有する分析サンプルを、電極カードへ導入し、そして５つ全てのＩＳＥは、ナトリウムの濃度が１３９ｍＭであると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のナトリウムを含有する溶液へと変え、そして５つ全ての電極を、１３９ｍＭのナトリウム濃度値へ戻した。ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのナトリウムＩＳＥは、チオペンタールで汚染されたサンプルを分析した後、ＨＭＷ−ＰＶＣベースのナトリウムＩＳＥによって示された電位におけるドリフトを示さなかった。これは、親油性アニオン夾雑物によって引き起こされたナトリウム測定との干渉を防止するＰＶＣ−ＣＯＯＨの効力を示す。
（実施例２）
図９は、ＨＭＷ−ＰＶＣを含むポリマー膜を伴うカリウムＩＳＥを備える電極カードからのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知濃度のカリウムを含有する分析サンプルを、この電極カードへ導入し、上記ＩＳＥは、カリウムの濃度が３．２ｍＭであると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のカリウムを含有する溶液へと変え、そして上記ＩＳＥを、２．８ｍＭのカリウム濃度値へ戻した。
図１０は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を有する５つのカリウムＩＳＥを備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知濃度のカリウムを含有する分析サンプルを、電極カードへ導入し、そして５つ全てのＩＳＥは、カリウムの濃度が３．３ｍＭであると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のカリウムを含有する溶液へと変え、そして５つ全ての電極を、３．３ｍＭのカリウム濃度値へ戻した。チオペンタールで汚染されたサンプルを分析した後、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのカリウムＩＳＥは、ＨＭＷ−ＰＶＣベースのカリウムＩＳＥによって示された電位ドリフトと比較した場合、極めて僅かの電位ドリフトを示した。これは、親油性アニオン夾雑物によって引き起こされたカリウム測定との干渉を防止するＰＶＣ−ＣＯＯＨの効力を示す。
（実施例３）
図１１は、ＨＭＷ−ＰＶＣを含むポリマー膜を伴うカルシウムＩＳＥを備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知濃度のカルシウムを含有する分析サンプルを、上記電極カードへ導入し、上記ＩＳＥは、カルシウムの濃度が０．９３ｍＭであると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のカルシウムを含有する溶液へと変え、そしてこのＩＳＥを、０．８１ｍＭのカルシウム濃度値へ戻した。
図１２は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を有する５つのカルシウムＩＳＥを備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知濃度のカルシウムを含有する分析サンプルを、電極カードへ導入し、そして５つ全てのＩＳＥは、カルシウムの濃度が０．８７ｍＭであると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のカルシウムを含有する溶液へと変え、そして５つ全ての電極を、０．８５ｍＭ、０．８５ｍＭ、０．８６ｍＭ、０．８６ｍＭ、および０．８５ｍＭのカルシウム濃度値へ戻した。チオペンタールで汚染されたサンプルを分析した後、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのカルシウムＩＳＥは、ＨＭＷ−ＰＶＣベースのカルシウムＩＳＥによって示されるほどの大きな電位ドリフトを示さなかった。これは、親油性アニオン夾雑物によって引き起こされたカルシウム測定との干渉を防止するＰＶＣ−ＣＯＯＨの効力を示す。
（実施例４）
図１３は、ＨＭＷ−ＰＶＣを含むポリマー膜を伴うｐＨ電極を備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。既知ｐＨの緩衝液を含有する分析サンプルを、この電極カードへ導入し、上記電極は、ｐＨがｐＨ７．６３であると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一の緩衝液を含有する溶液へと変え、そしてこの電極を、ｐＨ７．６８のｐＨ値へ戻した。
図１４は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を有する５つのｐＨ電極を備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応うちの一つのグラフ表示である。既知のｐＨの緩衝液を含有する分析サンプルを、電極カードへ導入し、そして５つ全ての電極は、ｐＨがｐＨ７．６６であると測定した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一緩衝液を含有する溶液へと変え、そして５つの電極を、ｐＨ７．６８のｐＨ値へ戻した。チオペンタールで汚染されたサンプルを分析した後、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのｐＨ電極は、ＨＭＷ−ＰＶＣベースｐＨ電極よって示されるほどの大きな電位ドリフトを示さなかった。これは、親油性アニオン夾雑物によって引き起こされたｐＨ測定との干渉を防止するＰＶＣ−ＣＯＯＨの効力を示す。
（実施例５）
図１５は、ＨＭＷ−ＰＶＣを含むポリマー膜を伴うＣＯ２電極を備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。緩衝液を含有する分析サンプルを、この電極カードへ導入した。この溶液におけるＣＯ２の分圧の二つの測定値を得、結果を、６６ｍｍ Ｈｇの値を生じるように平均化した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一の緩衝液を含有する溶液へと変え、そしてこの電極を、１１５ｍｍ ＨｇのＣＯ２分圧値へ戻した。
図１６は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を有する４つのＣＯ２電極を備える電極カードから記録したクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。緩衝液を含有する分析サンプルを、この電極カードへ導入した。この溶液におけるＣＯ２の分圧の二つの測定値を４つの電極の各々を用いて得、そして各電極についての結果を、６７．９ｍｍ Ｈｇ、６８．０ｍｍ Ｈｇ、６８．０ｍｍ Ｈｇ、および６８．２ｍｍ Ｈｇの値を生じるように平均化した。時刻ｔにおいて、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一緩衝液を含有する溶液へと変え、そして４つの電極を、７０．４ｍｍ Ｈｇ、６８．８ｍｍ Ｈｇ、６８．８ｍｍ Ｈｇおよび７３．４ ｍｍ ＨｇのＣＯ２分圧値へ戻した。ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのＣＯ２電極は、チオペンタールで汚染されたサンプルを分析した後、ＨＭＷ−ＰＶＣベースＣＯ２電極よって示すドリフトと比較した場合、極僅かの電位ドリフトを示す。これは、親油性アニオン夾雑物によって引き起こされたＣＯ２測定との干渉を防止するＰＶＣ−ＣＯＯＨの効力を示す。
（実施例６）
図１７は、当該分野で公知のように、ポリマー体構成要素としてＨＭＷ−ＰＶＣを含むＩＳＥポリマー膜のバルク膜抵抗のグラフ表示である。図１７によると、このＨＭＷ−ＰＶＣ膜は、約２．４×１０７Ωのバルク膜抵抗を有する。比較すると、図１８は、本発明によるポリマー体構成要素としてＰＶＣ−ＣＯＯＨを含むＩＳＥポリマー膜のバルク膜抵抗が、約１．２５×１０６Ωであること示し、これは、ＨＭＷ−ＰＶＣを含むＩＳＥのバルク膜抵抗よりも１９分の１未満である。このバルク膜抵抗を低下させることによって、そのポリマー膜内にＰＶＣ−ＣＯＯＨを用いて製造したＩＳＥは、測定の向上した安定性および再現性を示す。
（実施例７）
図１９は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含むポリマー膜を伴う５つのナトリウムＩＳＥを備える電極カードによって決定された全血サンプル中のナトリウム濃度値と、ＨＭＷ−ＰＶＣを含むポリマー膜を伴う公知のナトリウムＩＳＥによって決定された全血サンプル中のナトリウム濃度値とを比較するグラフ表示である。広範なナトリウムレベルを示す９９個の異なる全血サンプルについてのナトリウム濃度値を、ＨＭＷ−ＰＶＣベースのナトリウムＩＳＥを用いて最初に決定し、次いでＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのナトリウムＩＳＥを用いて決定した。図１９によって示すように、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのナトリウムＩＳＥから得た上記値は、ＨＭＷ−ＰＶＣベースのナトリウムＩＳＥを用いて得た値とよく相関し（ｒ＝０．９９８３）、これは、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのナトリウムＩＳＥが、公知のナトリウム電極と匹敵する精度および正確性をもってナトリウムを測定することを示す。
図２０は、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのカリウムＩＳＥを用いる同様の実験を示す。広範なカリウムレベルを示す１２７個の異なる全血サンプルについてのカリウム濃度値を、ＨＭＷ−ＰＶＣベースのカリウムＩＳＥを用いて最初に決定し、次いでＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのカリウムＩＳＥを用いて決定した。図２０によって示されるように、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのカリウムＩＳＥから得た上記値は、ＨＭＷ−ＰＶＣベースの電極を用いて得た値とよく相関し（ｒ＝０．９９９５）、これは、ＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのカリウムＩＳＥが、公知のカリウム電極と匹敵する精度および正確性をもってカリウムを測定することを示す。
（実施例８）
図２１は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのナトリウムＩＳＥの時間経過に対する安定性のグラフ表示である。１日目、既知濃度のナトリウムを含有する分析サンプルを、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含むポリマー膜を伴う５つのナトリウムＩＳＥを備える電極カードへ導入し、そしてナトリウムの濃度を、測定した。次いで、この分析サンプルを、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールを加えた同一濃度のナトリウムを含有する溶液へと変え、そしてこのナトリウムの濃度を再度、測定した。チオペンタール干渉に起因する電極の電位におけるドリフトを示す二つの測定値間の差（△ＥＭＦ）を、算出し、そしてこの分析サンプルを、上記センサーカードから取り除いた。上記手順を、２日目、４日目、６日目、９日目、１２日目、１４日目、および２０日目に繰り返し、そして△ＥＭＦ値を算出した。図２１に例示するように、チオペンタールのような親油性アニオン種が、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨベースのナトリウムＩＳＥに対して有する効果は、電極の寿命の全体にわたって非常に小さくあり続ける。
本明細書中に記載されるものの変更物、改変物、および他の実施物が、特許請求するような本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者に思い浮かぶ。従って、本発明は、先述の例示的な記載によって限定されないが、代わりに以下の特許請求の範囲の精神および範囲によって限定される。
図面中、同じ参照文字は一般に、異なる視野からの同一の部分をいう。また、図面は、必ずしも、等倍縮尺である必要はないが、本発明の原理を説明する場合は、一般に強調される。
図１は、本発明による電気化学センサーシステムの実施形態の構成要素の模式図であり、このセンサーは、電極カードおよびサンプル入口を伴うセンサーカートリッジ、蠕動ポンプ、ならびにマイクロプロセッサを備える。 図２は、本発明による電極カードの一つの実施形態の正面図を示す。 図３は、本発明によるイオン選択性電極（ＩＳＥ）の一つの実施形態の断面図を示す。 図４は、本発明による二酸化炭素（ＣＯ２）電極の一つの実施形態の断面図を示す。 図５は、本発明による酵素電極の一つの実施形態の断面図を例示する。 図６は、４つの異なるＩＳＥについてポリマー成分およびそのそれぞれの重量％の例を含む表である。 図７は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールナトリウム（チオペンタール）で汚染されたナトリウム含有サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、高分子量のポリ塩化ビニル（ＨＭＷ−ＰＶＣ）を含有するポリマー膜を伴うナトリウムＩＳＥを備える電極カードのクロノポテンシオメトリー（ｃｈｒｏｎｏｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ）反応のグラフ表示である。 図８は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたナトリウム含有サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、本発明によるカルボキシル化ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ−ＣＯＯＨ）を含有するポリマー膜を伴う５つのナトリウムＩＳＥを備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図９は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたカリウム含有サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、ＨＭＷ−ＰＶＣ含有ポリマー膜を伴うカリウムＩＳＥを備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１０は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたカリウム含有サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨ含有ポリマー膜を伴う５つのカリウムＩＳＥを備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１１は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたカルシウム含有サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、ＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うカルシウムＩＳＥを備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１２は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたカルシウム含有サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴う５つのカルシウムＩＳＥを備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１３は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたｐＨ緩衝化サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、ＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うｐＨ電極を備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１４は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたｐＨ緩衝化サンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴う５つのｐＨ電極を備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１５は、１０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたサンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、ＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うＣＯ２電極を備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 １０ｍｇ／ｄＬチオペンタールで汚染されたサンプルのアッセイ前後で得られた測定値と共に、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴う４つのＣＯ２電極を備える電極カードのクロノポテンシオメトリー反応のグラフ表示である。 図１７は、ＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うＩＳＥについての膜抵抗の大きさのグラフ表示である。 ＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴うＩＳＥについてのバルク（ｂｕｌｋ）膜抵抗のグラフ表示である。 図１９は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴う５つのナトリウムＩＳＥを含む電極カードによって決定されたナトリウム濃度値とＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うナトリウムＩＳＥによって決定された全血サンプル中のナトリウム濃度値とを比較するグラフ表示である。 図２０は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴う５つのカリウムＩＳＥを含む電極カードによって決定されたカリウム濃度値とＨＭＷ−ＰＶＣを含有するポリマー膜を伴うナトリウムＩＳＥによって決定された全血サンプル中のナトリウム濃度値とを比較するグラフ表示である。 図２１は、本発明によるＰＶＣ−ＣＯＯＨを含有するポリマー膜を伴うナトリウムＩＳＥの経時的な電位における負のドリフト（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｒｉｆｔ）のグラフ表示である。

Claims (23)

  1. 生物学的サンプル中の少なくとも一つの分析物を検出または測定している間に少なくとも一つの夾雑物により引き起こされる干渉を減少させるための方法であって、該方法は、以下：
    センサーおよびポリマー膜を備える電極を提供する工程であって、該ポリマー膜は、カルボキシル化ポリ塩化ビニルを含む、工程；
    該電極と少なくとも一つの夾雑物および少なくとも一つの分析物を含有する該生物学的サンプルとを接触させる工程；ならびに
    該生物学的サンプル中の該少なくとも一つの分析物を検出または測定する工程であって、ここで該少なくとも一つの分析物の検出または測定は、該生物学的サンプル中の該少なくとも一つの夾雑物により引き起こされる干渉が実質的に無く、ここで該少なくとも一つの夾雑物は、親油性アニオン種を含む工程、を包含する方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、ここで前記ポリマー膜は、前記化学センサーと前記生物学的サンプルとの間に配置される、方法。
  3. 前記親油性アニオン種は、麻酔薬を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記親油性アニオン種は、鎮痛剤を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記親油性アニオン種は、チオペンタールナトリウムを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記親油性アニオン種は、フェニトイン、イブプロフェン、フェノプロフェン、サリチレート、バルプロエート、およびε−アミノ−カプロエートよりなる群のうちのある構成成分を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記分析物は、無機カチオンを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記無機カチオンは、ナトリウムを含む、請求項８に記載の方法。
  9. 前記無機カチオンは、カリウムを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記無機カチオンは、カルシウムを含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記無機カチオンは、水素を含む、請求項８に記載の方法。
  12. 前記無機カチオンは、リチウムを含む、請求項８に記載の方法。
  13. 前記無機カチオンは、アンモニウムを含む、請求項８に記載の方法。
  14. 前記無機カチオンは、マグネシウムを含む、請求項８に記載の方法。
  15. 前記分析物は、溶解している気体を含む、請求項１に記載の方法。
  16. 前記溶解している気体は、二酸化炭素を含む、請求項１６に記載の方法。
  17. 前記分析物は、生物学的代謝物を含む、請求項１に記載の方法。
  18. 前記生物学的代謝物は、尿素を含む、請求項１８に記載の方法。
  19. 請求項１８に記載の方法であって、ここで前記生物学的代謝物は、炭水化物、ペプチド、脂質、およびヌクレオチドよりなる群のうちのある構成成分を含む、方法。
  20. 前記カルボキシル化ポリ塩化ビニルは、０．１重量％〜５重量％のカルボキシル基を含有する、請求項１に記載の方法。
  21. 前記生物学的サンプルは、体液を含む、請求項１に記載の方法。
  22. 前記生物学的サンプルは、血液を含む、請求項２２に記載の方法。
  23. 前記生物学的サンプルは、尿を含む、請求項２２に記載の方法。
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