JP2013192946A

JP2013192946A - 光ファイバの被分析物検出器

Info

Publication number: JP2013192946A
Application number: JP2013056140A
Authority: JP
Inventors: John Eastman; イーストマンジョン
Original assignee: Mocon Inc
Current assignee: Modern Controls Inc
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2013-09-30
Also published as: EP2642278B1; EP2642278A3; US11293866B2; EP2642278C0; US20130251593A1; EP2642278A2

Abstract

【課題】容易に組立ができ、被分析物濃度を即座に測定可能な装置を提供する。
【解決手段】ルーメン内で、光ファイバフィラメント５０の末端５１とニードル２０の末端２１との間に粘着せずに封入される被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブ７０を有する光ファイバ被分析物検出ニードル装置。プローブ７０は、ニードル２０のポートを通して外部環境とのスムーズな流体連結を有する。
【選択図】図１

Description

記載なし

フォトルミネセンス検出器又はプローブは、一般的に包装や容器の頭隙のような密封空間である規定の空間内の、一般的に酸素である被分析物濃度を測定するために、広く採用される手法である。例えば、米国特許出願公開第２００９／００２９４０２号明細書、第２００８／８２４２８７０号明細書、第２００８／２１５２５４号明細書、第２００８／１９９３６０号明細書、第２００８／１９０１７２号明細書、第２００８／１４８８１７号明細書、第２００８／１４６４６０号明細書、第２００８／１１７４１８号明細書、第２００８／００５１６４６号明細書、及び第２００６／０００２８２２号明細書、並びに米国特許第７，５６９，３９５号明細書、第７，５３４，６１５号明細書、第７，３６８，１５３号明細書、第７，１３８，２７０号明細書、第６，６８９，４３８号明細書、第５，７１８，８４２号明細書、第４，８１０，６５５号明細書、及び第４，４７６，８７０号明細書を参照のこと。

簡潔に述べると、包装又は容器内の被分析物濃度は、被分析物に感受性を示すルミネセンスプローブを包装又は容器内に置き、プローブを包装又は容器内で平衡させ、プローブを放射エネルギで励起させ、そして励起したプローブによって放出される放射エネルギが対象分析物の存在によって消光される範囲を測定することによって、測定できる。このような光学センサは独レーゲンスブルグのプリゼンツプリシジョンセンシング社（PreSens Precision Sensing, GmbH）、米国テキサス州ダラスのオキシセンス社（Oxysense）、及び、アイルランドコーク州のルクセルバイオサイエンス社（Luxcel Biosciences, Ltd）を含む、多くのメーカーから入手可能である。

規定の空間の即座の検査を可能にするために、フォトルミネセンスプローブは光ファイバのフィラメントの末端の被覆としてもたらされることが可能で、フィラメントはニードルのルーメン（lumen）に通され、対象分析物透過性を示す封止材料によってルーメン内の定位置に保護するように維持される。生体組織内の酸素濃度を測定するのに使用するための、このような光ファイバの検出ニードル装置の一例は、開示全体が参照をもってここに導入される、米国特許出願公開第２００９／００７５３２１号明細書に記載されている。

米国特許出願公開第２００９／００７５３２１号明細書に記載されるような、光ファイバの検出ニードル装置は規定される空間内の被分析物濃度の即座の測定に効果的であるが、それらは組み立てるのが困難で、検査される規定の空間との流体連結内に置かれた後の反応が遅い。

米国特許出願公開第２００９／００２９４０２号明細書米国特許出願公開第２００８／８２４２８７０号明細書米国特許出願公開第２００８／２１５２５４号明細書米国特許出願公開第２００８／１９９３６０号明細書米国特許出願公開第２００８／１９０１７２号明細書米国特許出願公開第２００８／１４８８１７号明細書米国特許出願公開第２００８／１４６４６０号明細書米国特許出願公開第２００８／１１７４１８号明細書米国特許出願公開第２００８／００５１６４６号明細書米国特許出願公開第２００６／０００２８２２号明細書米国特許第７，５６９，３９５号明細書米国特許第７，５３４，６１５号明細書米国特許第７，３６８，１５３号明細書米国特許第７，１３８，２７０号明細書米国特許第６，６８９，４３８号明細書米国特許第５，７１８，８４２号明細書米国特許第４，８１０，６５５号明細書米国特許第４，４７６，８７０号明細書米国特許出願公開第２００９／００７５３２１号明細書

よって、組立が容易で、反応が早い光ファイバの検出ニードル装置に対する要望が存在する。

本発明は、光ファイバ被分析物検出ニードル装置である。検出ニードル装置はニードル、少なくとも１つの光ファイバのフィラメント、及び被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブを含む。ニードルは、末端に隣接する少なくとも１つの側面のポートを有する長手方向のルーメンを有する。少なくとも１つの光ファイバフィラメントは、ニードルのルーメン内で密閉して被覆された末端部を有する。被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブは、ルーメン内で、少なくとも１つの光ファイバのフィラメントの末端と、ニードルの末端との間に粘着せずに封入される。プローブは、ニードルの少なくとも１つの側面のポートを通して、外部環境とのスムーズな流体連結を有する。

本発明の一実施形態の分解側面図である。図１に示される発明のアセンブリの末端部の拡大側面図である。図２Ａに示される発明のアセンブリの末端部の上面図である。図１に示される発明のプローブ部品の一部を大きく拡大した断面図である。

構造
概して図１を参照すると、本発明は光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０である。検出ニードル装置１０は、ニードル２０、少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０、及び被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブ７０を含む。

概して図２Ａ及び２Ｂを参照すると、ニードル２０は、ニードル２０の末端２１に隣接する少なくとも１つのポート２８を有する、長手方向のルーメン２９を有する。ポート２８は側面のポート２８が好ましく、少なくとも２つの直径方向に向き合う側面のポート２８が最も好ましい。

ニードル２０は、ルアーロック又はルアースリップ取付具のような、ルアーテーパ取付具４０を介してカラー３０に取付けられるのが好ましい。

少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０は、ニードル２０のルーメン２９内に密封状態で被覆された末端部を有する。光ファイバフィラメント５０はエポキシのような、対象分析物に不浸透性を示す適切なシーリング材６０によって、ニードル２０の内壁（別途番号付けされていない）に密封状態で接着されることで、その少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０がルーメン２９内に固定され、検査される容器又は包装の外部に位置する対象分析物が、ニードル２０の内壁（別途番号付けされていない）と、光ファイバフィラメント５０の外壁（別途番号付けされていない）との間の環状接合面を通って、被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブ７０に到達し汚染することが防止されている。

被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブ７０は、ルーメン２９内で、少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０の末端５１と、ニードル２０の末端２１との間に接着せずに封入され、ニードル２０の少なくとも１つのポート２８を通して、外部環境とのスムーズな流体連結を有する。

図３を参照すると、プローブ７０は、被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素７３でコーティングされたキャリア基材７１を含む。被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素７３は被分析物透過性を示すポリマーマトリックス７２内に埋め込まれているのが好ましい。

キャリア基材７１は、被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素７３を物理的に支持するのに十分な構造的な完全性を持ち、プローブ７０が使用される環境（例えば、高湿度、低湿度、水に浸されている、酸溶液に浸されている、など）に長時間さらすことに耐えられる材料から選定され得る。キャリア基材７１として使用するのに適する材料は、当然ながらプローブ７０が使用される環境に依存し、具体的には、ただし限定はしないが、紙、ワックスペーパ、カード用紙、ボール紙、木、及び木の積層材（wood laminate）のようなセルロースと、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリエチレンテレフタラートなどのプラスチックと、アルミニウム板、アルミホイル、鉄鋼、及びスズなどの金属と、織布及び不織布と、ガラスと、マイラーのようなそれらの様々な組み合わせ及び混合物とを含む。好ましいキャリア基材７１はガラス繊維の不織布である。極度にそれに限定する意図はないが、合成されたフォトルミネセンス色素７３と被分析物透過性を示すポリマーマトリックス７２とは、ガラス繊維のキャリア基材７１の間隙空間内に浸透し、キャリア基材７１の個々の原線維（図示なし）をコーティングすると考えられている。適切なガラス繊維フィルタディスクは、具体的には、ただし限定はしないが、アメリカ合衆国マサチューセッツ州ベッドフォードのミリポア社（Millipore Corporation）の右名称（バインダのないフィルタとしてAPFA、APFB、APFC、APFD、APFF及びAP40、並びにバインダを含むフィルタとしてAP15、AP20、AP25）、フロリダ州オカラのゼフォンインターナショナル社（Zefon International, Inc.）の（バインダのないフィルダとしてIW-AH2100、IW-A2100、IW-AE2100、IW-B2100、IW-C2100、IW-D2100、IW-E2100、及びIW-F2100）及び、ニューヨーク州ポートワシントンのポール社（Pall Corporation）の（バインダのないフィルタとしてA/B、A/C、A/D及びA/E、並びにバインダを含むフィルタとしてMetrigard（商標登録））を含む多くの供給源から広く入手可能である。ガラス繊維のキャリア基材７１は100μmから5,000μmの間、最も好ましくは200μmから2,000μmの間の厚さを有する。

被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素７３は、被分析物に感受性を示す、いかなる周知のフォトルミネセンス色素７３からも選定され得る。当業者は、光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０の使用目的に基づいて適切な色素７３を選定することが可能である。例えば、適切な酸素感受性を示すフォトルミネセンス色素７３の非包括的なリストは、具体的には、ただし限定はしないが、ルテニウム（II）ビピリジル及びルテニウム（II）ジフェニルフェナノトロリンの複合体、白金（II）オクタエチルポルフィンケトンのようなポルフィリンケトン、白金（II）テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ポルフィンのような白金（II）ポルフィン、パラジウム（II）テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ポルフィンのようなパラジウム（II）ポルフィン、テトラベンゾポルフィリンの燐光性金属複合体、塩素、アザポルフィリン、及びイリジウム（III）もしくはオスミウム（II）の長期減衰（long-decay）ルミネセンス複合体を含む。

一般的に、被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素７３は、適切な被分析物透過性を示すポリマーマトリックス７２と合成される。再び、当業者は、光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０の使用目的に基づいて、適切な被分析物透過性を示すポリマーマトリックス７２を選定することが可能である。例えば、酸素透過性を示すポリマーマトリックス７２として使用するのに適切なポリマーの非包括的なリストは、具体的には、ただし限定はしないが、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、及びいくつかの共重合体を含む。

製造
被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブ７０はこのような要素を製造するために採用される従来の手法で製造することができる。簡潔に述べると、プローブ７０は次のように便宜的に製造できる。（A）被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素７３と、被分析物透過性を示すポリマーマトリックス７２とを酢酸エチルのような有機溶媒（図示なし）中に含むコーティング反応混液（図示なし）を用意し、（B）キャリア基材７１を反応混液（図示なし）に浸すなどして、反応混液をキャリア基材７１の少なくとも１つの主要表面（符号なし）に適用し、そして（C）反応混液（図示なし）を乾燥させ、それにより固体の薄膜コーティングがキャリア基材７１に形成され、プローブ７０を形成する。

概して、有機溶媒（図示なし）中のポリマーマトリックス７２の濃度は、0.1から20%w/wの範囲で、色素７３対ポリマーマトリックス７２の比は1:20から1:10,000w/w、好ましくは1:50から1:5,000w/wの範囲である。

光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０は、次のように組み立てられる。（a）ルアーロック取付具のような適切な取付具４０で、ニードル２０をカラー３０に取付け、（b）ニードル２０のルーメン２９内に嵌るに十分小さいが、ニードル２０のポート２８から抜け出さないほどに十分大きいプローブ７０を入手し、（c）プローブ７０をカラー３０の開口端（別途番号付けされていない）に挿入し、プローブ７０がニードル２０の末端２１に隣接するまで、プローブ７０をニードル２０のルーメン２９に詰め、（d）末端５１を除く少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０の末端部を、未硬化のシーリング材６０でコーティングし、（e）コーティングされた光ファイバフィラメント５０がプローブ７０に隣接するまで、光ファイバフィラメント５０のコーティングされた末端部を、カラー３０及びニードル２０のルーメン２９に通し、そして（f）シーリング材６０を硬化させる。

そして、光ファイバフィラメント５０の隣接端（図示なし）を必要な電子機器に接続することができる。

使用
光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０は、一般的に密閉空間である、規定の空間（図示なし）内の被分析物濃度を、速やかに、容易に、正確に、そして確実に測定するのに使用できる。簡潔に述べると、光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０は、次のようにして規定の空間（図示なし）内の被分析物濃度を測定するために使用できる。（A）ニードル２０の末端部を青果物鮮度保持包装の形成、充填、及び密封機械（図示なし）の密封機構（図示なし）に隣接して置くなどして、ニードル２０の末端部を検査される規定の空間（図示なし）との流体連結状態とし、又は密封された包装（図示なし）をニードル２０の末端部で気密状態で貫通し、（B）（i）プローブ７０を少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０に伝達される励起放射に長時間繰り返しさらし、（ii）少なくともいくらかさらした後、励起したプローブ７０によって放出されて少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０に伝達される放射を測定し、（iii）励起に繰り返しさらし放出を計測する間の時間の経過を測定し、（iv）周知の変換アルゴリズムに基づいて、少なくともいくつかの測定された放出を被分析物濃度に変換することで、規定の空間（図示なし）内の被分析物濃度を確認する。このような変換アルゴリズムは周知で、当業者によってすぐに開発可能である。

同様の方法で、光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０は、一般的に密閉空間である、規定の空間（図示なし）内の被分析物濃度の変化を、速やかに、容易に、正確に、そして確実に観測するのに使用できる。簡潔に述べると、光ファイバ被分析物検出ニードル装置１０は、次のようにして規定の空間（図示なし）内の被分析物濃度を測定するために使用できる。（A）ニードル２０の末端部を青果物鮮度保持包装の形成、充填、及び密封機械（図示なし）の密封機構（図示なし）に隣接して置くなどして、ニードル２０の末端部を検査される規定の空間（図示なし）との流体連結状態とし、又は密封された包装（図示なし）をニードル２０の末端部で気密状態で貫通し、（B）（i）プローブ７０を少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０に伝達される励起放射に長時間繰り返しさらし、（ii）少なくともいくらかさらした後、励起したプローブ７０によって放出されて少なくとも１つの光ファイバフィラメント５０に伝達される放射を測定し、（iii）励起に繰り返しさらし放出を計測する間の時間の経過を測定し、（iv）周知の変換アルゴリズムに基づいて、少なくともいくつかの測定された放出を被分析物濃度に変換することで、規定の空間（図示なし）内の被分析物濃度を確認し、そして、（C）（i）少なくとも２つの確認された被分析物濃度、及びそれらの通知された濃度の間の時間間隔と、（ii）段階（B）で得られたデータから計算される、規定の空間内の被分析物濃度の変化率とのうち少なくとも１つを通知する。測定された放出を被分析物濃度に変換するのに使用される変換アルゴリズムは周知で、当業者によってすぐに開発可能である。

励起されたプローブ７０によって放出される放射は、強度及び／又は寿命（減衰率、位相シフト又は異方性）に関して計測され、寿命の計測は、色素７３が被分析物によって消光された範囲の測定を介して、被分析物濃度を定めようとするときに、より正確で確実な測定技術として概して好ましい。

１０光ファイバ被分析物検出ニードル装置
２０ニードル
２１ニードルの末端
２８ニードルのポート
３０カラー
４０ルアーロック型取付具
５０光ファイバフィラメント
５１光ファイバフィラメントの末端
６０シーリング材
７０被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブ
７１キャリア基材
７２ポリマーマトリックス
７３被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素

Claims

（ａ）中空の末端があるニードルであって、前記末端に隣接する少なくとも１つの側面のポートを有する長手方向のルーメンを有するニードル、
（ｂ）前記ルーメン内に密封状態で被覆された末端部を有する、少なくとも１つの光ファイバフィラメント、及び、
（ｃ）前記ルーメン内で、前記少なくとも１つの光ファイバフィラメントの末端部と、前記ニードルの前記末端との間に接着せずに封入される、被分析物に感受性を示すフォトルミネセンスプローブを含み、
（ｄ）前記プローブは前記ニードルの前記少なくとも１つの側面のポートを通して、外部環境とのスムーズな流体連結を有する、
光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記ニードルは先端が鋭いニードルである、請求項１の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記ニードルは先端が丸いニードルである、請求項１の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記プローブは少なくともキャリア基材を含み、該キャリア基材は被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素を支える、請求項１の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記キャリア基材はガラス繊維のキャリア基材である、請求項４の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素は、酸素感受性を示すフォトルミネセンス色素である、請求項５の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素は、被分析物透過性を示す疎水性ポリマーマトリックス内に埋め込まれている、請求項４の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。
前記被分析物に感受性を示すフォトルミネセンス色素は、酸素感受性を示す遷移金属錯体である、請求項７の光ファイバの被分析物検出ニードル装置。