JP2018536867A - 血液中尿素の検出を改善するための混合したイオノフォアイオン選択性電極 - Google Patents
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Abstract
Description
E=E0+(RT/nF)・ln[aI]
で記述することができる。
E=E0+S log[aI+ΣKI,J(aJ)(zI/zJ)]
(式中、aIはやはり一次イオンの活性であり、aJも任意の二次イオンの活性である)、である。
上記したように、本発明は、とりわけ、測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイを提供し、当該センサアレイは、第1のイオン選択性電極を含む2つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、当該第1のイオン選択性電極は、(a)第1のイオノフォア及び(b)少なくとも1つの更なるイオノフォアを含む膜を含み、当該第1のイオノフォアは、第1のイオン選択性電極以外のセンサアレイにおける任意のイオン選択性電極中に存在しない。
センサアレイの1つの興味深い実施形態では、第1のイオン選択性電極は、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される。特に、第1のイオン選択性電極は、アンモニウム選択性電極である。
本発明はまた、上で定義したセンサアレイを動作させる方法も提供し、その方法は、
i.センサアレイを1種以上のリンス溶液及び、任意選択で1種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、当該リンス溶液のそれぞれは当該第1のイオノフォアが選択する傾向があるイオンを実質的に欠いている、ステップと、
ii.続いてそのセンサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む。
イオン選択性電極は、典型的には、導電性材料の電極層を支持する電気絶縁材料の基材上に設けられ、その上に、イオン選択性電極のイオン選択性膜が配置される、平面電極デバイスである。
本発明は、膜を含むアンモニウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、(a)アンモニウム選択性イオノフォア、及び(b)カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む。
本発明は、膜を含むリチウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、(a)リチウム選択性イオノフォア、及び(b)カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む。
本発明は、膜を含むマグネシウム選択性電極を更に提供し、その膜は、ポリマーと、(a)マグネシウム選択性イオノフォア、及び(b)カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む。
本発明は、上で定義したアンモニウム選択性電極を備える尿素センサを更に提供する(「アンモニウム選択性電極」の項を参照されたい)。
(i)膜を含むアンモニウム選択性電極であって、その膜は、ポリマーと、(a)アンモニウム選択性イオノフォア、及び(b)カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極と、
(ii)電極を被覆する酵素層であって、当該酵素層がポリマー及びウレアーゼを含む、酵素層と、
(iii)任意選択で酵素層を被覆する外層と、を含む。
サンプリングに続いて適用されるリンス溶液が測定可能な量のアンモニウム(及び/又は尿素)を含むアンモニウム選択性電極を(おそらくは尿素センサの一部として)備える従来の複数回使用のセンサアレイとは異なり、本発明のアンモニウム選択性電極の電極膜中に他のイオノフォア(複数可)を含有させると、リンス溶液におけるアンモニウム並びに尿素の使用を回避することができる。
図1に示す本発明によるアンモニウム選択性電極デバイスは、米国特許第6,805,781号に記載されているように、平面小型化電極デバイスを特徴とすることができるタイプである。図示した電極デバイスは、PVCのポリマー支持体1上に設けられている。その支持体を貫通している直径0.01mmの孔にスルーホールプリンティングによる接点材料として白金ペースト2が充填されている。この充填は、支持体の一方の側にある金ペーストの下側接触面3と、支持体のもう一方の側にある金ペーストの上側接触面4との間に電気的接触を媒介する。白金ペーストの上側接触面4は、ナトリウムバナジウムブロンズペーストの参照系5と接触している。白金ペーストはブロンズペーストによって完全に被覆されている。参照系の上には、第1のイオノフォア及び少なくとも第2のイオノフォアを含むイオン選択性PVC膜6が、参照系5を完全に被覆するように適用されている。PVC膜の上には、ウレアーゼの酵素層7がある。電極デバイスの直径は約1.5mmである。電極デバイスの使用中、下側接触面3は、通常の測定機器と、例えば外部導電体を介して、接続されている。
酵素層及び外層が存在していないことを除いて、実施例1の記載に従ってアンモニウム選択性電極を調製した。
図4は、複数回使用のセンサアレイの動作に関するものであり、多用途センサアレイにおける尿素センサの電極応答を示す図である。複数回使用のセンサアレイの尿素センサは、実施例1に記載されているように製造され、バリノマイシン含有量は30mol%であった。センサは、ウレアーゼ含有バイオセンサ膜で更に被覆して尿素に対して感受性をもたせた。センサアレイは、センシング能力(sensing capability)を提供する1つのセンサアレイと、較正及び測定を実行するための必要な溶液をすべて含有している1つの溶液パックと、を保持した改良血液ガス分析器に取り付けた。更に、その分析器は、溶液の流れを制御する一組のソフトウェアプログラムを備えている。尿素センサは、尿素含有溶液で較正されるが、リンス溶液には、この物質とアンモニウムイオンも欠けている。リンス溶液に曝されると、電極は、複数回使用のセンサアレイに統合された適切な参照電極に対して測定された電位を確立する。リンス電位のいくつかの読取値をコンピュータメモリに記憶させる。較正溶液(これら由来のシグナルは示されていない)及びサンプルを順に導入して、それぞれの電位値を得る。尿素濃度の3つの異なるレベル(10mM、20mM、及び42mMの尿素)に関するシグナルを図4に示す。各サンプルに関して、尿素の濃度は、登録及び保存されたリンス電位値及びサンプルから得られた電位値を考慮して計算する。差分シグナルは引き算によって得られ、一連のアルゴリズムを用いて尿素濃度を得る。
本明細書及び特許請求の範囲は、イオノフォア、センサ、電極等について時に言及するが、本明細書で定義される生成物及び方法は、1つ、2つ、又はそれを超えるタイプの個々の構成成分又は要素を含み得ることを理解すべきである。2つ以上の異なる構成成分が存在する実施形態では、各構成成分の総量は、個々の構成成分に関して本明細書で定義された量に対応しているべきである。
すなわち、本明細書は以下の発明の開示を包含する:
[1]測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイであって、前記センサアレイは、第1のイオン選択性電極及び第2のイオン選択性電極を含む2つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、前記第1のイオン選択性電極は、(a)第1のイオノフォア及び(b)少なくとも第2のイオノフォアを備える膜を含み、前記第2のイオン選択性電極は、前記第2のイオノフォアを備える膜を含み、前記第1のイオノフォアは、前記第1のイオン選択性電極中以外には、前記センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない、複数回使用センサアレイ。
[2]前記第1のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される、[1]に記載のセンサアレイ。
[3]前記第1のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、例えば尿素センサの一部であるアンモニウム選択性電極である、[2]に記載のセンサアレイ。
[4]前記アンモニウム選択性電極の膜が、ポリマーと、(a)アンモニウム選択性イオノフォア、及び(b)カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む、[3]に記載のセンサアレイ。
[5][1]〜[4]のいずれかに記載のセンサアレイを動作させる方法であって、
i.前記センサアレイを1種以上のリンス溶液及び任意選択で1種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、前記リンス溶液のそれぞれは前記第1のイオノフォアが選択する傾向がある前記イオンを実質的に欠いている、ステップと、
ii.続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む、方法。
[6]ステップi及びiiが、いくつかのサイクルで繰り返される[5]に記載の方法。
[7]前記サンプリングサイクル時間が、15〜60秒である、[6]に記載の方法。
[8]前記第1のイオン選択性電極が、[2]〜[4]のいずれかに記載のものである、[5]〜[7]のいずれかに記載の方法。
[9]膜を含むアンモニウム選択性電極であって、前記膜が、ポリマーと、アンモニウム選択性イオノフォア及びカリウム選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極。
[10][9]に記載のアンモニウム選択性電極と、前記電極を被覆する酵素層とを備える尿素センサであって、前記酵素層は、ポリマー及びウレアーゼと、任意選択で前記酵素層を被覆する外層と、を含む、尿素センサ。
[11]アンモニウム選択性電極を含む2つ以上の異なるイオン選択性電極を備える複数回使用のセンサアレイのためのリンス溶液の使用であって、前記リンス溶液が尿素及びアンモニウムイオンを実質的に欠いている、リンス溶液の使用。
Claims (11)
- 測定チャンバ中に配置された複数回使用のセンサアレイであって、前記センサアレイは、第1のイオン選択性電極及び第2のイオン選択性電極を含む2つ以上の異なるイオン選択性電極を備え、前記第1のイオン選択性電極は、(a)第1のイオノフォア及び(b)少なくとも第2のイオノフォアを備える膜を含み、前記第2のイオン選択性電極は、前記第2のイオノフォアを備える膜を含み、前記第1のイオノフォアは、前記第1のイオン選択性電極中以外には、前記センサアレイ中のいかなるイオン選択性電極中にも存在しない、複数回使用のセンサアレイ。
- 前記第1のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、リチウム選択性電極、及びマグネシウム選択性電極から選択される、請求項1に記載のセンサアレイ。
- 前記第1のイオン選択性電極が、アンモニウム選択性電極、例えば尿素センサの一部であるアンモニウム選択性電極である、請求項2に記載のセンサアレイ。
- 前記アンモニウム選択性電極の膜が、ポリマーと、(a)アンモニウム選択性イオノフォア、及び(b)カルシウム選択性イオノフォア、カリウム選択性イオノフォア、及びナトリウム選択性イオノフォアから選択される更なるイオン選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む、請求項3に記載のセンサアレイ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のセンサアレイを動作させる方法であって、
i.前記センサアレイを1種以上のリンス溶液及び任意選択で1種以上の較正溶液と順に接触させるステップであって、前記リンス溶液のそれぞれは前記第1のイオノフォアが選択する傾向がある前記イオンを実質的に欠いている、ステップと、
ii.続いて前記センサアレイを生体由来のサンプルと接触させるステップと、を含む、方法。 - ステップi及びiiが、いくつかのサイクルで繰り返される請求項5に記載の方法。
- 前記サンプリングサイクル時間が、15〜60秒である、請求項6に記載の方法。
- 前記第1のイオン選択性電極が、請求項2〜4のいずれか一項に記載のものである、請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 膜を含むアンモニウム選択性電極であって、前記膜が、ポリマーと、アンモニウム選択性イオノフォア及びカリウム選択性イオノフォアである2種のイオノフォアと、を含む、アンモニウム選択性電極。
- 請求項9に記載のアンモニウム選択性電極と、前記電極を被覆する酵素層とを備える尿素センサであって、前記酵素層は、ポリマー及びウレアーゼと、任意選択で前記酵素層を被覆する外層と、を含む、尿素センサ。
- アンモニウム選択性電極を含む2つ以上の異なるイオン選択性電極を備える複数回使用のセンサアレイのためのリンス溶液の使用であって、前記リンス溶液が尿素及びアンモニウムイオンを実質的に欠いている、リンス溶液の使用。
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