JP2011529577A - 検体濃度の光学測定システムおよび方法 - Google Patents
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- G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
- G01N2021/7786—Fluorescence
Abstract
【選択図】図2
Description
[0001] 本願は、2008年7月28日に出願された米国仮特許出願第61/084,100号の優先権を主張する。この特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。
[0003] 本発明は、検体濃度の測定システムおよび方法に関する。更に特定すれば、本発明は位相に基づくプロトコル(phase-based protocol)を用いて検体濃度の測定を可能にする微小センサおよびセンサ・インターフェース・モジュールに関する。
[0005] 放射線源による光センサの励起に基づいて、この光センサの発光特性を測定するために、フォトルミネセンス検知が用いられている。フォトルミネセンス検知は、例えば、蛍光物質のフォトルミネセンス寿命、検体の濃度、フォトルミネセンス強度、またはその他の化学的パラメータを測定するために用いることができる。フォトルミネセンス検知を用いてこれらのパラメータを検出するデバイスは、通例、振幅に基づくプロトコル、時間に基づくプロトコル、または位相に基づくプロトコルを用いて、所望のパラメータを求める。
[0073] この式では、バクテリアおよび酸素が左側にあり、この式から酸素濃度の変化を監視することにより、存在するバクテリアに直接比例するこの反応全体の速度が効果的に監視される。
Claims (43)
- 検体濃度測定デバイスであって、
センサであって、変換器と通信する少なくとも1つの指示薬分子を備えている、センサと、
前記センサと通信するセンサ・インターフェース・モジュールであって、マイクロコントローラを備えている、センサ・インターフェース・モジュールと、
を備えており、前記センサ・インターフェース・モジュールが、前記少なくとも1つの指示薬分子の励起放出の時間ドメイン測定を容易にする、検体濃度測定デバイス。 - 請求項1記載のデバイスにおいて、前記センサが光センサである、デバイス。
- 請求項2記載のデバイスにおいて、前記光センサが放射線源を備えている、デバイス。
- 請求項3記載のデバイスにおいて、前記放射線源が発光ダイオード(LED)を備えている、デバイス。
- 請求項4記載のデバイスにおいて、前記LEDが、青色LED、紫色LED、および赤色LEDの内いずれか1つを備えている、デバイス。
- 請求項1記載のデバイスにおいて、前記センサ・インターフェース・モジュールが、前記センサと前記センサ・インターフェース・モジュールとの間における通信を可能にするインターフェースを備えている、デバイス。
- 請求項6記載のデバイスにおいて、前記インターフェースがアナログ・インターフェースを備えている、デバイス。
- 請求項1記載のデバイスであって、更に、外部データ・システムを備えている、デバイス。
- 請求項8記載のデバイスであって、更に、前記センサ・インターフェース・モジュールと前記外部データ・システムとの間における通信を可能にするインターフェースを備えている、デバイス。
- 請求項1記載のデバイスにおいて、前記少なくとも1つの指示薬分子が、コンプレックス・トリス(4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)ルテニウム(II)過塩素酸塩、ランタニド系指示薬、および芳香族炭化水素の内いずれか1つを含む、デバイス。
- 請求項10記載のデバイスにおいて、前記ランタニド系指示薬が、ユーロピニウムおよびテルビウム・コンプレックスの内いずれか1つを含む、デバイス。
- 請求項1記載のデバイスにおいて、前記少なくとも1つの指示薬分子が前記センサに隣接する、デバイス。
- 請求項1記載のデバイスにおいて、前記センサおよび前記センサ・インターフェース・モジュールが、回路ボード上に設けることができ、この回路ボードを用いて通信する、デバイス。
- 検体濃度測定方法であって、
センサを選択するステップと、
前記センサに隣接して指示薬分子を設けるステップと、
前記検体に基づいて刺激波形を発生するステップと、
前記指示薬分子を励起するステップと、
前記励起された指示薬分子に対する前記検体の応答特性に基づいて、この検体の特性を検出するステップと、
前記検体濃度を判定するステップと、
を備えている、方法。 - 請求項14記載の方法において、刺激波形を発生する前記ステップが、電圧波形を正弦波のように近似するステップを含む、方法。
- 請求項14記載の方法であって、更に、前記刺激波形および前記応答波形をオーバーサンプリングするステップを備えている、方法。
- 請求項14記載の方法であって、更に、前記刺激波形と前記応答波形との間における位相遅延を判定するステップを備えている、方法。
- 請求項14記載の方法において、前記指示薬分子を励起する前記ステップが、前記指示薬分子を照射するステップを含む、方法。
- 請求項17記載の方法であって、更に、前記指示薬分子のフォトルミネセンス放射を検出するステップを備えている、方法。
- 請求項14記載の方法において、センサを選択する前記ステップが、光センサを選択するステップを含む、方法。
- 請求項14記載の方法であって、更に、前記刺激波形を用いて放射線源を駆動するステップを備えている、方法。
- 検体濃度測定デバイスであって、
所定の周波数の周期的ディジタル信号を出力し、刺激波形と応答波形との間における位相差を計算するように構成されているマイクロコントローラと、
前記周期的ディジタル信号を周期的電圧波形に変換するように動作可能なディジタル/アナログ変換器と、
前記周期的電圧波形を平滑化し、前記刺激波形を出力するように動作可能なロー・パス・フィルタと、
前記刺激波形を周期的電流波形に変換し、放射線源を駆動するように動作可能な電圧/電流変換器であって、前記放射線源が指示薬分子上に放射する、電圧/電流変換器と、
光電変換器からの電流を前記応答波形に変換するように動作可能なバンドパス・トランスインピーダンス増幅器であって、前記指示薬分子からの放射が光電変換器に入射する、バンドパス・トランスインピーダンス増幅器と、
を備えており、前記位相差が、前記指示薬分子に局限的な検体濃度の関数である、デバイス。 - 請求項21記載のデバイスにおいて、前記周期的ディジタル信号が、9kHzから11kHzの範囲の周波数を有する、デバイス。
- 請求項21記載のデバイスにおいて、前記マイクロコントローラが、更に、検体濃度の計算に関するパラメータを、前記デバイスの外部にある装置とシリアルに伝達するように構成されている、デバイス。
- 請求項21記載のデバイスにおいて、当該デバイスが外部デバイスと通信する、デバイス。
- 請求項24記載のデバイスにおいて、前記外部デバイスがデータ収集システムを備えている、デバイス。
- 請求項21記載のデバイスにおいて、前記放射線源が発光ダイオードを備えている、デバイス。
- 請求項21記載のデバイスにおいて、前記マイクロコントローラが、更に、以下のようにして、前記ディジタル出力バス上に前記周期的ディジタル信号を出力するように構成されている、デバイス。
(a)前記マイクロコントローラが、濃度データを取り込む命令を受信するのを待ち、前記命令が前記マイクロコントローラのシリアル入力ポートに送信される。
(b)前記マイクロコントローラが、前記ディジタル出力バス上にランプ信号を出力する。
(c)前記マイクロコントローラが、前記ディジタル出力バスに、所定の周波数の量子化正弦波を表す信号を出力する。
(d)前記マイクロコントローラが、前記ディジタル出力バスをスタンバイ値に設定する。 - 請求項21記載のデバイスにおいて、前記マイクロコントローラが、更に、伝達関数を用いて、前記位相差を検体濃度値に変換するように構成されている、デバイス。
- 請求項28記載のデバイスにおいて、前記伝達関数が、温度、圧力、および湿度の内いずれか1つの従属変数を含む、デバイス。
- 検体濃度センサであって、
請求項21記載のデバイスを備えており、このデバイスが検体に隣接する、検体濃度センサ。 - 請求項30記載の検体濃度センサにおいて、前記検体がO2であり、前記放射線源がLEDを備えており、前記光電変換器がフォトダイオードを備えており、前記指示薬分子が、O2が存在する場合に、フォトルミネセンス消光を呈する、検体濃度センサ。
- 検体濃度判定方法であって、
マイクロコントローラの出力上に、周期的ディジタル出力信号を発生するステップと、
前記周期的ディジタル出力信号を平滑化駆動電流波形に変換するステップであって、前記平滑化駆動電流波形が、前記周期的ディジタル出力信号と同じ周波数である、ステップと、
前記平滑化駆動電流によって放射線源を駆動するステップであって、前記放射線源からの放射が指示薬分子に入射する、ステップと、
光電変換器によって、前記指示薬分子の放射線励起を検出するステップであって、前記光電変換器が、前記平滑化駆動電流波形と同じ周波数の波形を出力する、ステップと、
前記平滑化駆動電流波形と前記出力された光電変換器波形との間における位相差を測定するステップと、
を備えており、前記位相差が、前記指示薬分子に局限的な検体濃度と相関がある、方法。 - 請求項32記載の方法において、前記検体がO2であり、前記放射線源がLEDを備えており、前記光電変換器がフォトダイオードを備えており、前記指示薬分子が、O2が存在する場合に、フォトルミネセンス消光を呈する、方法。
- 検体濃度測定方法であって、
センサを選択するステップと、
前記センサに隣接して指示薬分子を設けるステップと、
前記検体に基づいて刺激波形を発生するステップと、
前記指示薬分子を励起するステップと、
前記励起した指示薬分子に対するその応答特性に基づいて、前記検体の特性を検出するステップと、
前記検体濃度を判定するステップと、
を備えている、方法。 - 請求項34記載の方法であって、更に、前記刺激波形および前記応答波形をオーバーサンプリングするステップを備えている、方法。
- 請求項34記載の方法であって、更に、前記刺激波形と前記応答波形との間における位相遅延を判定するステップを備えている、方法。
- 請求項34記載の方法において、前記指示薬分子を励起するステップが、前記指示薬分子を照射するステップを含む、方法。
- 請求項37記載の方法であって、更に、前記指示薬分子のフォトルミネセンス放射を検出するステップを備えている、方法。
- 請求項34記載の方法において、センサを選択する前記ステップが、光センサを選択するステップを含む、方法。
- 請求項34記載の方法であって、更に、前記刺激波形によって放射線源を駆動するステップを備えている、方法。
- 媒体内における酸素の存在を判定する方法であって、
酸素センサを選択するステップと、
前記センサに指示薬分子を供給するステップと、
前記センサを媒体内に配置するステップと、
センサ・インターフェース・モジュールから位相変調信号を前記センサに送信するステップと、
前記位相変調信号の変化率を判定するステップと、
前記媒体内における酸素濃度を判定するステップと、
を備えている、方法。 - 請求項41記載の方法において、前記媒体が、水、血液、および空気の内いずれか1つを含む、方法。
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