JP2012508378A - 光学式酸素センサ用キャリブレーションカード - Google Patents

Abstract

光学式センサをキャリブレーションするためのキャリブレーションカード１０及びカード１０を用いる方法である。カード１０は、（i）第一の酸素感受性フルオロフォア４１の露出をほぼ０％酸素に限定するように構成され配置された第一の酸素感受性フルオロフォア４１と、（ii）第二のフルオロフォアの集合体４２を酸素の環境濃度にさらすように構成され配置された第二のフルオロフォアの集合体４２とを有する。

Description

本発明は、２００８年１１月７日に出願された米国特許仮出願番号６１／１１２，４３４号の利益を主張している。

背景技術
光学式センサは、被分析物の、特に酸素の濃度を、パッケージ又は容器内で測定する広く利用される方法である。簡単に言えば、被分析物の感受性フルオロフォアをパッケージ又は容器内に配置し、フルオロフォアをパッケージ又は容器内で平衡化し、フルオロフォアを放射エネルギーで励起し、そしてその励起フルオロフォアから放出される発光量を測定することによって、パッケージ又は容器内の被分析物の濃度が測定される。そのような光学式センサは、ドイツレーゲンスブルクにあるプリゼンツ・プリシジョン・センシング社（Presents Precision Sensing, GmbH）を含む数多くの供給業者から入手することができる。

そのような光学式センサは、被分析物の感受性フルオロフォアを被分析物の既知の濃度を有するガスにさらして、被分析物のそれらの既知濃度での発光を検知することによってセンサの二点キャリブレーションを可能とするキャリブレーションモードで共通にプログラムされている（すなわち、０％の被分析物を有する承認されたタンクガスでフラッシュされた容器にフルオロフォアを配置又は挿入して、発光を測定し、その後、９０％の被分析物を有する承認されたタンクガスでフラッシュされた容器にフルオロフォアを配置又は挿入して、発光を測定する）。

このキャリブレーション方法は光学式センサを正確にキャリブレーションするのに効果的であるが、多くの時間を要すとともに費用がかかる。

したがって、光学式センサを正確にかつ正確にキャリブレーションするための費用のかからないシステム及び方法の実質的な必要性が存在している。

発明の概要
本発明の第一の側面は、光学式センサをキャリブレーションするのに用いるキャリブレーションカードである。キャリブレーションカードは、（i）環境から隔離されているとともに第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体から酸素を除去するために有効な酸素除去物質と流体連通する第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体と、（ii）第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体を酸素の環境濃度にさらすために環境と流体連通する第二の酸素感受性フルオロフォア、とを少なくとも有する。

本発明の第二の側面は、キャリブレーションモードを有する、光学式酸素センサをキャリブレーションする方法であって、次に示す段階を有している。
（Ａ）（i）環境から隔離されているとともに第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体から酸素を除去するために有効な酸素除去物質と流体連通する第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体であって、第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる酸素濃度が既知の低い値である第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体と、（ii）第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体を酸素の環境濃度にさらすために環境と流体連通する第二の酸素感受性フルオロフォア、とを少なくとも有するキャリブレーションカードを入手する段階と、
（Ｂ）光学式センサをキャリブレーションモードに設定する段階と、
（Ｃ）酸素濃度の測定値が酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる既知の酸素濃度と相関性があるような、第一及び第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体のそれぞれから酸素濃度の測定値を連続して取得する段階と、を有する。

図面の簡単な説明
本発明の一つの実施形態の平面図である。 図１に記載された本発明の側面図である。 線３−３に沿っており、かつ０％の酸素領域を有する、図１及び２に記載された本発明の一部の拡大側面断面図である。 線３−３に沿っており、かつ２１％の酸素領域を有する、図１及び２に記載された本発明の一部の拡大側面断面図である。

好適な実施形態の詳細な説明
定義
本明細書では、特許請求の範囲を含み、“酸素バリア”という用語は、（メタル層のような）酸素を通さない材料層、又は（プラスチックフィルムのような）酸素の通過を著しく妨げる材料層を意味する。

本明細書では、特許請求の範囲を含み、“フルオロフォア”という用語は、特定波長のエネルギーを吸収し、その結果、異なる特定波長のエネルギーを放出するような官能基を有する分子（例えば、蛍光分子）を意味する。

本明細書では、特許請求の範囲を含み、“酸素感受性フルオロフォア”という用語は、酸素にさらすと、その酸素量に比例して蛍光レベルが変化するフルオロフォアを意味する。

構造
図１及び２を参照し、本発明の第一の側面は、光学式酸素センサ（図示なし）をキャリブレーションするのに用いられるキャリブレーションカード１０である。キャリブレーションカード１０は、（i）環境から隔離されているとともに第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体４１から酸素を除去するために有効な酸素除去物質５１と流体連通する第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体４１と、（ii）第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体４２を酸素の環境濃度にさらすために環境と流体連通する第二の酸素感受性フルオロフォア４２、とを有する。

図３Ａ及び３Ｂは、キャリブレーションカード１０の1つの実施形態における構造上の要素を示している。図３Ａ及び３Ｂに示されるように、キャリブレーションカード１０は、サポート層２０とカバー層７０との間に挟まれるとともに、横方向に間隔を置いて配置された第一及び第二の酸素感受性フルオロフォア４１及び４２（まとめてフルオロフォアの集合体４０と呼ぶ）を有する。第一のフルオロフォアの集合体４１は、中間層５０の酸素除去部５１によって横方向に取り囲まれている。第二のフルオロフォアの集合体４２は、サポート層２０中のチャンネル２９を介して周囲環境にさらされており、かつ中間層５０の不活性部５２によって横方向に取り囲まれている。接着剤層３０及び６０は、サポート層２０及びカバー層７０をそれぞれ中間層５０に固定する。

キャリブレーションカード１０は、上端１０ａ、下端１０ｂ、右側端１０ｒ、左側端１０ｓ、上部主要面１０ｖ、及び下部主要面１０ｗを有している。カード１０は、長さ約４から２０ｃｍ、幅約４から２０ｃｍ、そして１ｃｍより薄い厚さを有することが望まれる。これより小さなカード１０は、紛失又は置き忘れされやすく、またこれより大きなカード１０は不必要にかさばったものになる。カード１０は、長さ約６から１０ｃｍ、幅４から８ｃｍ、３ｃｍより薄い厚さを有するのが好ましく、さらには、標準的なクレジットカード（つまり、長さ約８．５ｃｍ、幅約５．５ｃｍ、厚さ約１ｍｍ）の寸法に一致することが最も好ましい。

カード１０は、可とう性を有し得る一方、耐久性があり、かつ耐摩耗性を有しなければならない。

サポート層２０は、カード１０に対して構造的完全性の大半を与える。サポート層２０は、必要に応じて、透明、半透明、又は不透明でよい。サポート層２０は、酸素がカード１０に浸透して酸素除去中間層５１と接触する割合を減少させるために、酸素バリアとしても機能すべきである。好適な材料は、具体的にはプラスチックであるが、これに限らない。

中間層５０は、第一のフルオロフォアの集合体４１を横方向に取り囲む第一部分５１と、第二のフルオロフォアの集合体４２を横方向に取り囲む第二部分５２とを有する。中間層５０の第一部分５１は、カード１０に浸透する酸素を除去するために有効な、第一のフルオロフォアの集合体４１に隣接する酸素除去材（図示なし）を有する。酸素除去フィルムを含む、様々な種類の酸素除去製品が知られており市販されている。そのような酸素除去フィルムのファミリーが、南カリフォルニアのダンカンにあるクライオバック社の密閉空気部門（The Sealed Air division of Cryovac）から、「Cryovac Freshness Plus（登録標章）」（クライオバック・フレッシュニス・プラス）オーエス・フィルムの指定で入手可能である。本発明の使用に適した酸素除去フィルムは、具体的には、クライオバック社の密閉空気部門が販売しているＯＳ２０３０及びＯＳ２０３０ＡＦの二つである。

キャリブレーションカード１０の寿命は、カード１０に使用される酸素除去材の有効寿命によって決定される。カードの寿命を延ばすためには、紫外光にさらされる場合等で選択的に活性化可能な酸素除去材を使用することが一般的に望ましい。クライオバック社の密閉空気部門が販売しているＯＳ２０３０及びＯＳ２０３０ＡＦの二つは、紫外光によって選択的に活性化されるフィルムである。

中間層５０の第二部分５２は、様々な種類のプラスチックを含んだ、様々な好適な不活性材料から選択された不活性材料である。

図示されていない別の実施形態では、フルオロフォアの集合体４０は2つの中間層５０の間に挟まれており、それからサポート層２０に積層される。

接着剤層３０及び６０は、様々なホットメルト接着剤及び粘着材を含んだ、プラスチック層の積層で用いるのに適した様々な接着剤から選択される。サポート層２０、中間層５０、及びカバー層７０が熱接合可能な場合は、これらの接着剤層を使用しないで済ませることも可能である。

様々な被分析物の感受性フルオロフォアが知られており、ミズーリ州のセントルイスにあるシグマアルドリッチ社（Sigma-Aldrich）を含んだ多くの供給源から広く入手することが出来る。例えば、ルテニウム酸素感受性発光インジケータ組成物が、国際公開第２００７／１２０６３７号パンフレットに開示及び記載されている。好適なフルオロフォアは、白金ポルフィリンである。酸素感受性発光インジケータとして、ルテニウム混合物よりも白金ポルフィリンを使用する利点は、（i）周囲光に対して感度がより小さいこと、（ii）紫外光以外の波長において励起能力があること、（iii）感度が増大していること、及び（iv）劣化期間がより長いこと、である。

カバー層７０は、カード１０に対する付加的な構造的完全性を与えるとともに、フルオロフォアの集合体４０及び中間層５０のための保護カバーとしての機能を果たす。カバー層７０は、フルオロフォアの集合体４０がエネルギーを吸収かつ放出するような特定波長においては少なくとも、透明又は半透明である必要がある。カバー層７０は、酸素がカード１０に浸透して酸素除去中間層５１と接触する割合を減少させるために、酸素バリアとしても機能すべきである。好適な材料は、具体的にはプラスチックであるが、これに限らない。好適なプラスチックは、マイラー及びポリエチレンテレフタレートである。

カード１０の上部主要面１０ｖには、第一のフルオロフォアの集合体４１をわずかの酸素にさらされたフルオロフォアとして識別するための第一のマーク８１（例えば、０％、ゼロ、低、最小等）、及び第二のフルオロフォアの集合体４２を酸素の環境濃度にさらされたフルオロフォアとして識別するための第二のマーク８２（例えば、２１％、２１、高、最大、大気）（第一のマークと第二のマークをまとめてマークと呼ぶ）が記されている。

使用
キャリブレーションカード１０は、キャリブレーションモードを有しており、光学式酸素センサ（図示なし）を迅速にかつ容易にキャリブレーションするために用いられる。カリブレーションカード１０を用いて、光学式酸素センサ（図示なし）のキャリブレーションが有する段階は、単に、（１）光学式センサをキャリブレーションモードに設定する段階と、（２）酸素濃度の測定値が酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる既知の酸素濃度と相関性があるような、酸素感受性フルオロフォアの集合体４１及び４２のそれぞれから酸素濃度の測定値を連続して取得する段階と、のみである。

測定値の元となる酸素感受性フルオロフォア４１又は４２に対する酸素濃度の測定値の相関関係は、様々な方法で得られる。一つの方法は、光学式酸素センサ（図示なし）に予め入力された所定のシーケンスで酸素濃度の測定値を得ることである。第二の方法は、酸素感受性フルオロフォアの集合体４１及び４２のどちらが検知されたかを示すのに有効な測定値が毎回得られる度に、光学式センサ（図示なし）に付加的なデータを提供することである。さらに、第三の方法は、検知された酸素感受性フルオロフォアの集合体４１及び４２が測定時にさらされている酸素濃度を示すのに有効な測定値が得られる度に、光学式酸素センサ（図示なし）に付加的なデータを提供することである。

用語
１０ キャリブレーションカード
１０ａ キャリブレーションカードの上端
１０ｂ キャリブレーションカードの底面
１０ｒ キャリブレーションカードの右側
１０ｓ キャリブレーションカードの左側
１０ｖ キャリブレーションカードの上部主要面
１０ｗ キャリブレーションカードの下部主要面
２０ サポート層
２９ サポート層中の露出チャンネル
３０ 第一の接着剤層
４０ 酸素感受性フルオロフォアの集合体
４１ 第一すなわち０％の酸素感受性フルオロフォアの集合体
４２ 第二すなわち２１％の酸素感受性フルオロフォアの集合体
５０ 中間層
５１ 酸素除去中間層
５２ 不活性中間層
６０ 第二の接着剤層
７０ 透明コート又はカバー層
８０ マーク
８１ ０％酸素にさらされた酸素感受性フルオロフォアの集合体を示す第一のマーク
８２ ２１％酸素にさらされた酸素感受性フルオロフォアの集合体を示す第二のマーク

Claims (22)

1. 光学式センサをキャリブレーションするのに用いるキャリブレーションカードであって、
   （i）第一の酸素感受性フルオロフォラの集合体をほぼゼロ％酸素に限定してさらすために構成され配置された第一の酸素感受性フルオロフォアと、
   （ii）第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体を酸素の環境濃度にさらすために構成され配置された第二の酸素感受性フルオロフォアと、を有するカード。
2. 前記第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体は、周囲環境から隔離されているとともに、前記第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体から酸素を除去するために有効な酸素除去物質と流体連通している、請求項１に記載のキャリブレーションカード。
3. 前記カードの長さが約４ｃｍから２０ｃｍであり、幅が約４ｃｍから２０ｃｍであり、厚さが１ｃｍよりも薄い、請求項１に記載のキャリブレーションカード。
4. 前記カードの長さが約６ｃｍから１０ｃｍであり、幅が約４ｃｍから８ｃｍであり、厚さが３ｍｍよりも薄い、請求項２に記載のキャリブレーションカード。
5. 前記第一及び第二のフルオロフォアの集合体におけるフルオロフォアが同一である、請求項１又は２に記載のキャリブレーションカード。
6. 前記第一及び第二のフルオロフォアの集合体は、酸素バリアのサポート層と酸素バリアの透明カバー層との間に挟まれている、請求項１又は２に記載のキャリブレーションカード。
7. 前記透明カバー層は、ポリエチレンテレフタレートの透明層である、請求項６に記載のキャリブレーションカード。
8. 前記酸素除去物質は、紫外光にさらされることによって活性化される、請求項２に記載のキャリブレーションカード。
9. 酸素除去物質がフィルムに組み込まれている、請求項８に記載のキャリブレーションカード。
10. 前記カードが、前記第一のフルオロフォアの集合体を限定された酸素にさらされるフルオロフォアとして識別するための第一のマークと、前記第二のフルオロフォアの集合体を酸素の環境濃度にさらされるフルオロフォアとして識別するための第二のマークと、を有する請求項１又は２に記載のキャリブレーションカード。
11. 前記第一のマークは少なくとも指示０％を有し、前記第二のマークは少なくとも指示２１％を有する、請求項１０に記載のキャリブレーションカード。
12. 前記第二のフルオロフォアの集合体は、前記サポート層中の少なくとも1つのチャンネルを介して周囲環境と流体連通する、請求項６に記載のキャリブレーションカード。
13. キョリブレーションモードを有する光学式酸素センサをキャリブレーションする方法であって、
    （Ａ）（i）第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体を酸素にさらすことを制限するために構成され配置され、その第一の酸素感受性フルオロフォアがさらされる酸素濃度は既知の低い値である第一の酸素感受性フルオロフォアと、
    （ii）第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体を酸素の環境濃度にさらすために環境と流体連通し、その第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる酸素濃度は既知の高い値である第二の酸素感受性フルオロフォアと、を少なくとも有するキャリブレーションカードを入手する段階と、
    （Ｂ）光学式センサをキャリブレーションモードに設定する段階と、
    （Ｃ）酸素濃度の測定値が酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる既知の酸素濃度と相関関係があるような、酸素感受性フルオロフォアの集合体のそれぞれから酸素濃度の測定値を連続して取得する段階と、を有する方法。
14. キョリブレーションモードを有する光学式酸素センサをキャリブレーションする方法であって、
    （Ａ）（i）環境から隔離されているとともに第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体から酸素を除去するために有効な酸素除去物質と流体連通し、その第一の酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされている酸素濃度が既知の低い値である第一の酸素感受性フルオロフォアと、
    （ii）第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体を酸素の環境濃度にさらすために環境と流体連通し、その第二の酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる酸素濃度が既知の高い値である第二の酸素感受性フルオロフォアと、を少なくとも有するキャリブレーションカードを入手する段階と、
    （Ｂ）光学式センサをキャリブレーションモードに設定する段階と、
    （Ｃ）酸素濃度の測定値が酸素感受性フルオロフォアの集合体がさらされる既知の酸素濃度と相関関係があるような、酸素感受性フルオロフォアの集合体のそれぞれから酸素濃度の測定値を連続して取得する段階と、を有する方法。
15. 前記（Ｃ）の段階が、所定のシーケンスで酸素感受性フルオロフォアの集合体のそれぞれから酸素濃度の測定値を取得する段階を少なくとも有する、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記（Ｃ）の段階が、
    （１）キャリブレーションモードにある光学式センサを用いて、酸素感受性フルオロフォアの集合体の一方がさらされる酸素濃度を検知する段階と、
    （２）光学式センサに、キャリブレーションカードの酸素感受性フルオロフォアの集合体のどちらが検知されたかを示すダータを供給する段階と、
    （３）キャリブレーションモードにある光学式センサを用いて、酸素感受性フルオロフォアの集合体の他方がさらされる酸素濃度を検知する段階と、を少なくとも有する請求項１３又は１４に記載の方法。
17. 前記（Ｃ）の段階が、
    （１）キャリブレーションモードにある光学式センサを用いて、酸素感受性フルオロフォアの集合体の一方がさらされる酸素濃度を検知する段階と、
    （２）光学式センサに、酸素感受性フルオロフォアの集合体の前記一方がさらされる既知の酸素濃度を示すデータを供給する段階と、
    （３）キョリブレーションモードにある光学式センサを用いて、酸素感受性フルオロフォアの集合体の他方がさらされる酸素濃度を検知する段階と、
    （４）光学式センサに、酸素感受性フルオロフォアの集合体の前記他方がさらされる既知の酸素濃度を示すデータを供給する段階と、を少なくとも有する請求項１３又は１４に記載の方法。
18. 前記カードの長さが約６ｃｍから１０ｃｍ、幅が約４ｃｍから８ｃｍ、厚さが３ｍｍよりも薄い、請求項１３に記載の方法。
19. 酸素感受性フルオロフォアの第一及び第二の集合体が、酸素バリアのサポート層と酸素バリアの透明カバー層との間に挟まれている、請求項１３又は１４に記載の方法。
20. 酸素感受性フルオロフォアの集合体から酸素濃度の測定値を取得する前に、酸素除去物質が紫外光にさらされることによって活性化される、請求項１４に記載の方法。
21. 前記カードが、酸素感受性フルオロフォアの第一の集合体を酸素に全くさらされていない集合体として識別する第一のマークと、酸素感受性フルオロフォアの第二の集合体を酸素の環境濃度にさらされた集合体として識別する第二のマークと、を有する請求項１３又は１４に記載の方法。
22. 前記第一のマークが少なくとも０％の数値を有し、前記第二のマークが少なくとも２１％の数値を有する、請求項２１に記載の方法。

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