JP2008510989A - 較正可能な流量検出器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、液体流中の低分子物質を検出するための検出器の信頼性の高い較正のためのデバイス及び方法に属する。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
Description
本発明は、微小透析プローブ、フィルタユニット、発酵槽、細胞懸濁液、化学反応器、人間、組織又は動物からの液体流中の化学物質の定量及び定性のためのデバイスに属する。
このデバイスは、発酵槽、細胞懸濁液及び化学反応器における化学的及び／又は生物学的過程の自動的な調節及び制御のための機器の一部品としても働きうる。
液体クロマトグラフィの年間世界市場は、１９６０年代の初めから今日に至るまで、大規模に成長してきている。この分野におけるマーケットリーダは、Pharmacia & Upjohn AB、Applied Biosystems Inc、Bioanalytical Systems、Hitachi Instruments、及び Waters Corporationのような企業群である。
この発展に並行して、微小透析プローブなどの道具が、患者及び動物のインビボモニタリングのために製造されてきている。この分野で活動している企業は、CMA Microdialys AB（スウェーデン）及び SpectRx Inc（米国）を含んでいる。
化学的過程及び発酵槽のモニタリング及び制御を含む第３の分野は、発展中である。この分野で活動中の企業は、例えば、Applikon（オランダ）、YSI Inc（米国）、及び Trace Biotech Ag（ドイツ）である。最後の企業は、無菌条件下の発酵槽からのサンプリングをするための微小透析のようなデバイスを開発している。
上述の３分野の共通点は、これら全てが、検出系であって、好ましくはフロースルー型検出器のタイプのものに依存していることである。異なるタイプのフロースルー型検出器を使用すると、いくつかの重要な化学物質が、異なるタイプの測定マトリックス中、例えば、限定はしないが、発酵培養液、血液、脳脊髄液、尿などの中で、同定及び定量されうる。
フロースルー型セルの較正は、微小透析プローブ、フィルタユニット、発酵槽、細胞懸濁液、化学反応器、人間、組織又は動物からの液体流中の化学物質の定性及び定量において、正確な測定結果を得るために必要である。較正の必要性は、上述の液体流中に存在しているマトリックス中の成分を原因とした汚染及び／又は液体流マトリックスの組成の時間依存性変動がフロースルー型セルからの測定結果に及ぼす影響に由来している。後者の液体流マトリックス組成の変動は、化学反応器、発酵槽、細胞懸濁液、及び、細胞、組織、人間、動物、植物、微生物、又は菌類のような有機体内での化学的又は生物学的過程の結果として生じうる。
化学的測定機器の較正が、標準添加法と呼ばれている一般的に受け入れられている手法、即ち、既知量の分析される予定の物質を分析されるべきサンプル溶液中に添加することにより行われうることは、既に一般的に知られている。この手法は、第１の測定が何の添加もされない純粋なサンプルについて行われ、続いて、１回（又はそれより多く）の新たな測定が、今度は既知の標準の添加を含んだサンプルについて行われることに基づいている。上述の物質の量は、次いで、数学的な手法により正確に計算されうる。
この方法の問題点は、それが煩雑で、時間を浪費し、かなりの手仕事を要求することである。
１９９５年以来、新しいタイプのバイオセンサ技術、SIRE バイオセンサ、が開発されてきているが、それは認識要素の注入に基づいている（特許文献１（１９９９）、特許文献２（２００１）、特許文献３（２００４））。この技術は、化学物質の測定に通常関連する多くの技術的問題を解決してきた。本発明は、注入可能な酵素を試薬として使用できるため、好ましくは上述の技術と統合されうるが、新しい技術的構築に基づいている点で異なっており、それは、液体流中の化学物質の定性及び定量において生じる問題を、新規であり且つ思いもよらない方法で解決する。
これまでは、フロースルー型検出器の較正で発生する問題を強力かつ自動化可能な方法で解決する技術的解決法は、殆ど提案されてこなかった。
本発明は、較正の問題を、全く新しい方法で解決する。本発明の最も重要な利点は、特には、低分子量の物質が高い信頼性で較正されたフロースルー型検出器で定性及び定量されうるという事実、並びに、この検出器がサンプル出口と直接に接続されうるという事実である。
瑞国特許第５１０７３３号明細書
米国特許第６２１４２０６号明細書
米国特許第６７０６１６０号明細書
発明の要約
本発明は、２つのフロースルー型チャンバを分離している膜から成り、第１フロースルー型チャンバは、検出器並びに液体流のための１つの入口及び１つの出口を含み、第２フロースルー型チャンバは、複数の液体流のための少なくとも２つの入口及び液体流のための少なくとも１つの出口を有していることを特徴とするデバイスである。
本発明は、２つのフロースルー型チャンバを分離している膜から成り、第１フロースルー型チャンバは、検出器並びに液体流のための１つの入口及び１つの出口を含み、第２フロースルー型チャンバは、複数の液体流のための少なくとも２つの入口及び液体流のための少なくとも１つの出口を有していることを特徴とするデバイスである。
この発明は、本発明に係るデバイスが、標準の添加による較正又は標準添加の手法を用いない通例の較正に使用される方法にも関する。
この発明は、本発明に係るデバイスが、特には、液体クロマトグラフィ（例えば、キャピラリＬＣ、ＨＰＬＣ、ＦＰＬＣ、アフィニティクロマトグラフィ及びゲル濾過）における液体流中の物質の定量及び定性、並びに、限定はしないが、微小透析プローブ、フィルタユニット、発酵槽、細胞懸濁液、化学反応器、人間、組織又は動物からの液体流中のグルコース、ラクテート、スクロース、エタノール、メタノール、アスコルビン酸、ラクトース、マルトース、リンゴ酸、クエン酸又は酢酸などの低分子物質の、標準添加により較正された検出に使用される方法にも関する。
図面の簡単な説明
図１は、本発明に係るデバイスの主要スケジュールを示している。測定されるべき物質を含んだ液体流は、入口Ａからフロースルー型チャンバＢへと案内される。入口Ｃを通って、緩衝液のみを又は緩衝液と既知量の測定されるべき物質とを含んだ液体流が案内される。両液体流は、フロースルー型チャンバＢ内で混合される。測定されるべき物質は、膜Ｆを通ってフロースルー型チャンバＧ中へと拡散し、そこで、このチャンバに入口Ｊを通って導入された試薬、例えば酵素と反応することができる。この物質又は酵素反応で消費／生成される基質／生成物は、検出器Ｈと接触すると、測定信号を発生する。フロースルー型チャンバＧ中の液体は、出口Ｋを通って排出される。フロースルー型チャンバＢ中の液体は、出口Ｅを通って排出される。フロースルー型チャンバＧの入口Ｊ及び出口Ｋは逆にすることが可能であり、それにより流れは互いに逆向きに流れる。
図１は、本発明に係るデバイスの主要スケジュールを示している。測定されるべき物質を含んだ液体流は、入口Ａからフロースルー型チャンバＢへと案内される。入口Ｃを通って、緩衝液のみを又は緩衝液と既知量の測定されるべき物質とを含んだ液体流が案内される。両液体流は、フロースルー型チャンバＢ内で混合される。測定されるべき物質は、膜Ｆを通ってフロースルー型チャンバＧ中へと拡散し、そこで、このチャンバに入口Ｊを通って導入された試薬、例えば酵素と反応することができる。この物質又は酵素反応で消費／生成される基質／生成物は、検出器Ｈと接触すると、測定信号を発生する。フロースルー型チャンバＧ中の液体は、出口Ｋを通って排出される。フロースルー型チャンバＢ中の液体は、出口Ｅを通って排出される。フロースルー型チャンバＧの入口Ｊ及び出口Ｋは逆にすることが可能であり、それにより流れは互いに逆向きに流れる。
発明の詳細な説明
本発明の一側面によると、本デバイスは、１つの及び各々のフロースルー型チャンバが０．１乃至５０００μｌの範囲内のチャンバ容積を有していることを特徴とする。
本発明の一側面によると、本デバイスは、１つの及び各々のフロースルー型チャンバが０．１乃至５０００μｌの範囲内のチャンバ容積を有していることを特徴とする。
別の側面によると、本デバイスは、検出器が、白金製の作用電極、銀製の参照電極、及び白金又は銀製の対電極を含んだ３極式電流測定システムからなることを特徴とする。
更なる側面によると、本発明に係るデバイスは、作用電極が、銀／塩化銀参照電極ポテンシャルよりも＋２００乃至＋１０００ｍＶ高いポテンシャルを有することを特徴とする。
本発明の更なる側面によると、緩衝液、サンプル、標準の添加を経て加えられたサンプル、又は標準のみから受け取られた個々の測定信号が、SIRE バイオセンサの概念により規定されるように、バックグラウンド補償され且つ較正された、定量的及び定性的な測定結果を計算するのに使用される。
本発明の更なる側面によると、本デバイスは、磁気ロッド又はパドルからなる混合装置Ｄ（図１）を装備し、それらは機械的な動作又は回転磁場によって内部的又は外部的に操作されることを特徴とする。
本発明の更なる側面によると、本デバイスは、デバイスの温度制御のための発熱又は冷却素子を装備し、５乃至８０℃の範囲内の一定の温度を保つことを特徴とする。これは、とりわけ、デバイスの周囲の領域の温度変動が、ひいては測定信号に影響を与える膜Ｆ（図１）を越える拡散に影響を与えないことを、確実にするであろう。
本発明の更なる側面によると、本デバイスは、温度変動時において、ソフトウェアによって測定信号を数学的に補償するための温度センサを装備していることを特徴とする。
一側面によると、測定原理は、検出器Ｈ（図１）が、本特許出願において先に述べた SIRE バイオセンサであることに基づいている。
図１は、本デバイス全体の主要スケジュールを示している。検出されるべき物質を含んでいる液体流、例えばｐＨ７．４の０．１Ｍリン酸緩衝液は、入口Ａを通って、フロースルー型チャンバＢへと案内される。入口Ｃを通って、緩衝液のみを又は既知量の測定されるべき物質を含んでいる緩衝液、例えば１ｍＭのグルコース又はラクテートを含んだ液体流が案内される。両液体流は、フロースルー型チャンバＢ内で混合される。測定されるべき物質、例えばグルコースは、膜Ｆ、例えば酢酸セルロース製の透析膜（ＭＷＣＯ＝３ｋＤａ）を通ってフロースルー型チャンバＧ中へと拡散し、そこで、上述の物質は、入口Ｊから液体流、例えばｐＨ７．４の０．１Ｍリン酸緩衝液に導入されたグルコースオキシダーゼ又は乳酸オキシダーゼなどの酵素と反応しうる。この物質又は酵素反応で消費／生成された基質／生成物は、検出器Ｈと接触すると、電気化学的又は電流又は光学的測定信号を発生する。フロースルー型チャンバＧ中の液体は、出口Ｋを通って排出される。フロースルー型チャンバＢ中の液体は、出口Ｅを通って排出される。フロースルー型チャンバＧの入口Ｊ及び出口Ｋは、逆にすることが可能であり、それにより逆向きの流れが得られる。
フロースルー型チャンバを通る液体流は、例えば、ポンプの使用又は自発的な流れによって達成されうる。既知の物質又は酵素試薬を含んだ異なる液体流間でのスイッチングは、例えば外部バルブによって行われる。フロースルー型チャンバＢに導入された異なる液体流の混合は、受動的には拡散によって、又は層流／乱流によって、又は磁気ロッド若しくはパドルを用いた攪拌によってなされうる。
フロースルー型セルＢに２つより多くの入口を使用することで、２つより多くの異なる液体流が、上述のフロースルー型セルに、互いに独立に導入される。このことは、外部バルブの数を減らせること、並びに、異なる物質及び異なる濃度の測定されるべき物質がフロースルー型チャンバＢに導入されうることを意味している。従って、複数の物質が分析されうる。さらに、標準添加グラフの一連（２−２００）の測定値が得られ、それにより、より正確な測定結果が得られる。
Claims (11)
- ２つのフロースルー型チャンバを分離している膜を含んでおり、第１フロースルー型チャンバは、電流測定型の検出器並びに液体流のための１つの入口及び１つの出口を含んでおり、第２フロースルー型チャンバは、液体流のための少なくとも２つの入口及び液体流のための少なくとも１つの出口を有しているバイオセンサデバイス。
- 前記膜は、平均断面直径が０．１乃至９００ｎｍのナノ孔を含んだ半透膜であり、例えば酢酸セルロース、ナフィオン、セラミック材料、冶金材料又は高分子材料からなることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
- 前記検出器は、白金又は他の貴金属製の作用電極、銀製の参照電極並びに白金製の対電極、又は銀／塩化銀製の参照及び対電極の複合電極からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
- 前記デバイスを５乃至８０℃の範囲内の一定温度に保持するための発熱又は冷却源を具備したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のデバイス。
- 第２フロースルー型チャンバへの前記入口の何れか１つは、微小透析プローブ、フィルタユニット、発酵槽、細胞懸濁液、化学反応器、人間、組織又は動物からの液体流と接続されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のデバイス。
- 第２フロースルー型チャンバへの前記入口のうちの１つは、緩衝液、洗浄液及び較正溶液の注入のための２つの又はそれより多くの入口をもつバルブの出口と接続されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のデバイス。
- 第２フロースルー型チャンバへの入口のうち３つは、緩衝液、洗浄液及び較正溶液を含んだ液体流に接続されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のデバイス。
- 第２フロースルー型チャンバへの入口は、第２フロースルー型チャンバの一部である内部の混合チャンバへと流れを導くことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のデバイス。
- 前記フロースルー型チャンバの各々は、０．１乃至５０００μｌの範囲内のチャンバ容積を有していることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のデバイス。
- 請求項１乃至９の何れか１項に記載のデバイスが、微小透析プローブ、フィルタユニット、発酵槽、細胞懸濁液、化学反応器、人間、組織又は動物から生じる液体流中の低分子（Ｍｗ ＜ ５ｋＤａ）物質の定性及び／又は定量に使用される方法。
- 請求項１乃至９の何れか１項に記載のデバイスが、発酵槽、細胞懸濁液又は化学反応器中での化学的又は生物学的過程の最適化、制御又は調節に使用される方法。
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