JP2711225B2 - 化学センサを用いた方法のための改善されたデータ採集方法 - Google Patents
化学センサを用いた方法のための改善されたデータ採集方法Info
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Description
【０００１】
【従来の技術】本発明は、概括すると、化学センサから
データを採集する方法に関する。本発明方法は、化学セ
ンサからモニターされた読み取り値における変動を排除
するものであり、この変動は化学センサの構成における
変動による結果であるか、または幾つかのセンサ間およ
びこれらに接続したモニター装置の間の場所から場所(s
tation - station) の変動による結果生じるものであろ
う。
データを採集する方法に関する。本発明方法は、化学セ
ンサからモニターされた読み取り値における変動を排除
するものであり、この変動は化学センサの構成における
変動による結果であるか、または幾つかのセンサ間およ
びこれらに接続したモニター装置の間の場所から場所(s
tation - station) の変動による結果生じるものであろ
う。
【０００２】公知の化学センサは血液培養バイアルにお
ける変化をモニターするために血液培養びんと組み合わ
せて利用される。公知のように、培養基を含むバイアル
へ少量の血液を注入する。化学センサはバイアルの内部
に位置している。次いで、バイアルをインキュベート
し、細菌の増殖についてモニターする。
ける変化をモニターするために血液培養びんと組み合わ
せて利用される。公知のように、培養基を含むバイアル
へ少量の血液を注入する。化学センサはバイアルの内部
に位置している。次いで、バイアルをインキュベート
し、細菌の増殖についてモニターする。
【０００３】公知化学センサは様々なタイプのセンサを
含み、これらは培養基内での変化に基づく光吸収または
蛍光強度が変化する。輻射線を化学センサへ向け、得ら
れた発光強度をモニターする。血液培養基は化学センサ
からの発光強度における変化を検知するために一定期間
にわたって発光をモニターすることにより試験される。
血液サンプルが“ 陽性 "で細菌を有する場合、これは
発光が時間とともに変化することが予想される。公知シ
ステムにおいて、変化の有無を測定するために一定の日
数をかけて発光をモニターしている。モニターされた発
光はある日数間は比較的変化が少ないが、その後著しく
変化してサンプルに細菌が存在することを証明する。こ
のような公知のシステムは広く利用されており、大きな
成功を経験してきた。
含み、これらは培養基内での変化に基づく光吸収または
蛍光強度が変化する。輻射線を化学センサへ向け、得ら
れた発光強度をモニターする。血液培養基は化学センサ
からの発光強度における変化を検知するために一定期間
にわたって発光をモニターすることにより試験される。
血液サンプルが“ 陽性 "で細菌を有する場合、これは
発光が時間とともに変化することが予想される。公知シ
ステムにおいて、変化の有無を測定するために一定の日
数をかけて発光をモニターしている。モニターされた発
光はある日数間は比較的変化が少ないが、その後著しく
変化してサンプルに細菌が存在することを証明する。こ
のような公知のシステムは広く利用されており、大きな
成功を経験してきた。
【０００４】しかしながら、これらのシステムには幾つ
かの欠点があり、なぜなら化学センサを使用する試験シ
ステムは一般に与えられた時間で何百ものサンプルを試
験する。特定の化学センサからモニターされた発光はセ
ンサに隣接する光源、化学センサ自体および化学センサ
に隣接する光検知器の間で変動が変化する。すなわち、
与えられた読み取り値のいずれか一つに基づいてあるび
んが陽性かまたは陰性かを絶対的に測定することは従来
のシステムでは不可能であった。むしろ、時間内におけ
るいずれか一時点での発光はサンプルバイアルの状態に
関して僅かな情報をもたらすだけである。発光を一定期
間にわたってモニターし陽性サンプルを示す発光におけ
る変化を検出するべきである。
かの欠点があり、なぜなら化学センサを使用する試験シ
ステムは一般に与えられた時間で何百ものサンプルを試
験する。特定の化学センサからモニターされた発光はセ
ンサに隣接する光源、化学センサ自体および化学センサ
に隣接する光検知器の間で変動が変化する。すなわち、
与えられた読み取り値のいずれか一つに基づいてあるび
んが陽性かまたは陰性かを絶対的に測定することは従来
のシステムでは不可能であった。むしろ、時間内におけ
るいずれか一時点での発光はサンプルバイアルの状態に
関して僅かな情報をもたらすだけである。発光を一定期
間にわたってモニターし陽性サンプルを示す発光におけ
る変化を検出するべきである。
【０００５】一般的サンプルバイアルと比較して比較的
前から調製されたサンプルバイアルで問題が生じた。た
とえば、サンプルバイアルを金曜日に調製し、月曜日に
試験するかもしれない。このようないわゆる“ 遅くな
った(late) "サンプルバイアルにおいては、サンプルバ
イアルはすでに陽性に変わり、すべての変化が起こり、
そして発光の変化を検出するためにモニターすることが
無駄である可能性がある。これ以上の変化はなく、した
がってモニターはサンプルバイアルが陽性であるという
指標を示すであろう変化を何ら検知しない。
前から調製されたサンプルバイアルで問題が生じた。た
とえば、サンプルバイアルを金曜日に調製し、月曜日に
試験するかもしれない。このようないわゆる“ 遅くな
った(late) "サンプルバイアルにおいては、サンプルバ
イアルはすでに陽性に変わり、すべての変化が起こり、
そして発光の変化を検出するためにモニターすることが
無駄である可能性がある。これ以上の変化はなく、した
がってモニターはサンプルバイアルが陽性であるという
指標を示すであろう変化を何ら検知しない。
【０００６】さらに、先行技術のセンサの読み取りを妨
害する変動とともに、第一の場所での第一のセンサから
のサンプルについての陽性の読み取り値が他の場所での
他のサンプルについての陰性の読み取り値と大体等しい
値になる可能性がある。この理由のために、いずれかの
読み取り値の絶対値を信頼することはできない。この事
実を考えれば、遅くなったバイアルについて上述した問
題は、遅くなったバイアルが陽性であると検出する失敗
につながる。
害する変動とともに、第一の場所での第一のセンサから
のサンプルについての陽性の読み取り値が他の場所での
他のサンプルについての陰性の読み取り値と大体等しい
値になる可能性がある。この理由のために、いずれかの
読み取り値の絶対値を信頼することはできない。この事
実を考えれば、遅くなったバイアルについて上述した問
題は、遅くなったバイアルが陽性であると検出する失敗
につながる。
【０００７】センサへ向けられている二つの別々の波長
の輻射線に基づいて各センサからの二つの読み取り値を
採集することにより場所−場所間のまたはセンサ−セン
サ間の変動の問題を取り扱うことが提案されている。こ
のような先行技術システムは、場所−場所間のまたはセ
ンサ−センサ間の変動を、これら二つの読み取り値の比
をとることにより排除することを期待している。しかし
ながら、場所内およびセンサ内での変動は波長が変わる
と変化することがわかった。したがって、先行技術のよ
うな二つの波長に基づく比の使用は上述した問題を完全
には解決しない。波長の変化に伴う変動は波長の変化を
最少に維持する場合最も小さい。しかしながら、小さな
波長の変化を利用すると、二つの波長でセンサへ向かう
輻射線からの発光における変化もまた二つの波長間で小
さい。二つの近接する波長発光の直接比は一般に事実上
１に等しく、何らの関連する情報もこの比によりもたら
されない。すなわち、一般に二つの波長からの化学セン
サの外側に向けられた発光の強度の直接比を用いても何
らの有用な結果も達成されない。先行技術による比の使
用は、検出された発光に効果を有するセンサまたは装置
における変動を排除しない。
の輻射線に基づいて各センサからの二つの読み取り値を
採集することにより場所−場所間のまたはセンサ−セン
サ間の変動の問題を取り扱うことが提案されている。こ
のような先行技術システムは、場所−場所間のまたはセ
ンサ−センサ間の変動を、これら二つの読み取り値の比
をとることにより排除することを期待している。しかし
ながら、場所内およびセンサ内での変動は波長が変わる
と変化することがわかった。したがって、先行技術のよ
うな二つの波長に基づく比の使用は上述した問題を完全
には解決しない。波長の変化に伴う変動は波長の変化を
最少に維持する場合最も小さい。しかしながら、小さな
波長の変化を利用すると、二つの波長でセンサへ向かう
輻射線からの発光における変化もまた二つの波長間で小
さい。二つの近接する波長発光の直接比は一般に事実上
１に等しく、何らの関連する情報もこの比によりもたら
されない。すなわち、一般に二つの波長からの化学セン
サの外側に向けられた発光の強度の直接比を用いても何
らの有用な結果も達成されない。先行技術による比の使
用は、検出された発光に効果を有するセンサまたは装置
における変動を排除しない。
【０００８】
【発明の概略】発明者は、化学センサへ向かう輻射線源
に対し二つの近接した間隔の波長を使用すると、これら
の向かった輻射線から生ずる発光強度I1および I2 につ
いての絶対読み取り値を得ることができることを見出し
た。この読み取り値を値S についての式へ入れ、その際
式は化学センサまたは接続する装置における変動のため
に読み取り値において何らかの変動が生ずるのを排除す
る。すなわち、特定サンプルバイアルが細菌増殖を証明
するかどうかを検出するのに利用することのできる化学
センサからの絶対読み取り値が提供される。
に対し二つの近接した間隔の波長を使用すると、これら
の向かった輻射線から生ずる発光強度I1および I2 につ
いての絶対読み取り値を得ることができることを見出し
た。この読み取り値を値S についての式へ入れ、その際
式は化学センサまたは接続する装置における変動のため
に読み取り値において何らかの変動が生ずるのを排除す
る。すなわち、特定サンプルバイアルが細菌増殖を証明
するかどうかを検出するのに利用することのできる化学
センサからの絶対読み取り値が提供される。
【０００９】量Ｓを計算するために以下の式：
【数１】 を使用する。
【００１０】Ｓの値を経時的にモニターする。以下に示
すようにＳの値はセンサ−センサ間または場所−場所間
の変動が変化しても変化しない。すなわち、いずれの時
点でもＳの絶対読み取り値がその時点で特定サンプルバ
イアルが陽性に変わっているかどうかの指標を示す。特
定の“ 遅くなった "サンプルバイアルは受け取った時
すでに陽性であり、技術者は初期読み取り値と計算結果
Ｓからこの事実を測定することができるであろう。
すようにＳの値はセンサ−センサ間または場所−場所間
の変動が変化しても変化しない。すなわち、いずれの時
点でもＳの絶対読み取り値がその時点で特定サンプルバ
イアルが陽性に変わっているかどうかの指標を示す。特
定の“ 遅くなった "サンプルバイアルは受け取った時
すでに陽性であり、技術者は初期読み取り値と計算結果
Ｓからこの事実を測定することができるであろう。
【００１１】本発明の主な特徴は、比量Ｓについてのこ
の計算を発見したことである。この量は特定のサンプル
バイアルが陽性か陰性かどうかの絶対指標を提供するも
のである。発明者は、以下のように数学的証明によりこ
れを示す。しかしながら、多分重要であるように、本出
願にも含まれている実験の結果がサンプルバイアルの状
態の信頼性のある指標が比量Ｓの計算により達成される
ことを示している。
の計算を発見したことである。この量は特定のサンプル
バイアルが陽性か陰性かどうかの絶対指標を提供するも
のである。発明者は、以下のように数学的証明によりこ
れを示す。しかしながら、多分重要であるように、本出
願にも含まれている実験の結果がサンプルバイアルの状
態の信頼性のある指標が比量Ｓの計算により達成される
ことを示している。
【００１２】いずれかの読み取り値の絶対値が場所−場
所間の変動またはセンサ−センサ間の変動を伴って変化
する先行技術システムを用いると、あるバイアルが陽性
であるといういずれかの読み取り値に基づいて測定を行
うことはできない。本発明システムを用いると、あるバ
イアルがすでに陽性になっている場合、初期の読み取り
値からそうであることを測定することができる。初期読
み取り値がバイアルが陰性であることを示す場合、バイ
アルを先行技術におけるように、一定時間にわたって試
験し、陽性サンプルを指示するＳ値における変化をモニ
ターする。先行技術システムを用いると、発光における
変化を探すので危険があるかもしれない。サンプルバイ
アルがすでに陽性に変わっていた場合、発光には何の変
化も起こらず、すなわちバイアルは決して陽性であると
同定されない。
所間の変動またはセンサ−センサ間の変動を伴って変化
する先行技術システムを用いると、あるバイアルが陽性
であるといういずれかの読み取り値に基づいて測定を行
うことはできない。本発明システムを用いると、あるバ
イアルがすでに陽性になっている場合、初期の読み取り
値からそうであることを測定することができる。初期読
み取り値がバイアルが陰性であることを示す場合、バイ
アルを先行技術におけるように、一定時間にわたって試
験し、陽性サンプルを指示するＳ値における変化をモニ
ターする。先行技術システムを用いると、発光における
変化を探すので危険があるかもしれない。サンプルバイ
アルがすでに陽性に変わっていた場合、発光には何の変
化も起こらず、すなわちバイアルは決して陽性であると
同定されない。
【００１３】ここにおいて、量Ｓがどんな変動も排除し
そして絶対読み取り値を提供するということがわかるで
あろう。以下の数学的説明に加えて、以下に記載する実
験上の証拠により信頼性のある絶対値が計算されること
がわかるであろう。本発明の特徴を説明するために、波
長依存性およびpH依存性透過率Ｔ（λ、ｐＨ）、および
添加された発蛍光団の吸収率Ｒ（λ）を要する吸収性セ
ンサ物質を用いたセンサ物質を仮定する。化学センサへ
向かう波長λにおける与えられた光電力Ｐ（λ）は光検
知器の応答度ｒで発光強度光電流Ｉ（λ、ｐＨ）を生
じ、そして以下に示す有効領域の前に透過率ＴＥの発光
フィルターを有する：
そして絶対読み取り値を提供するということがわかるで
あろう。以下の数学的説明に加えて、以下に記載する実
験上の証拠により信頼性のある絶対値が計算されること
がわかるであろう。本発明の特徴を説明するために、波
長依存性およびpH依存性透過率Ｔ（λ、ｐＨ）、および
添加された発蛍光団の吸収率Ｒ（λ）を要する吸収性セ
ンサ物質を用いたセンサ物質を仮定する。化学センサへ
向かう波長λにおける与えられた光電力Ｐ（λ）は光検
知器の応答度ｒで発光強度光電流Ｉ（λ、ｐＨ）を生
じ、そして以下に示す有効領域の前に透過率ＴＥの発光
フィルターを有する：
【数２】 この方程式において、ＴＦ（λ）は発光源とセンサの間
のスペクトルフィルターの透過率である。量ｇは化学セ
ンサの特定の幾何学的形状および状態に関連する一定因
子である。したがって、ｇは波長の変化に対して変化し
ないであろう。発光は二つの波長λ1 およびλ2 でセン
サへ向かう輻射線から読み取られる。λ1 およびλ2 の
間の差に対し、二つの波長からの発光I1および I2 の差
は化学センサからの発光の第一の微分係数に比例する。
第一の微分係数は測定されるべき化学パラメーター、す
なわちこの場合ｐＨ値と比較的密接に関連する。
のスペクトルフィルターの透過率である。量ｇは化学セ
ンサの特定の幾何学的形状および状態に関連する一定因
子である。したがって、ｇは波長の変化に対して変化し
ないであろう。発光は二つの波長λ1 およびλ2 でセン
サへ向かう輻射線から読み取られる。λ1 およびλ2 の
間の差に対し、二つの波長からの発光I1および I2 の差
は化学センサからの発光の第一の微分係数に比例する。
第一の微分係数は測定されるべき化学パラメーター、す
なわちこの場合ｐＨ値と比較的密接に関連する。
【００１４】二つの発光は方程式により定義される：
【数３】 および
【数４】 これらの方程式をS についての方程式へ代入すると、次
の式が得られる：
の式が得られる：
【数５】 この方程式において、Ｐ(λ)量はλ1およびλ2の間で一
定であると仮定されている。二つの波長が近接するよう
に選択されるならば、これは妥当な仮定である。さら
に、 Ｔf（λ）量もまた二つの波長が非常に近接するこ
とを維持するならば、ほぼ等しいと仮定することができ
る。すなわち、これらの量は方程式において削除するこ
とができる。さらに、ＴA（λ）量は簡単に Ｔ1および
Ｔ2へ短縮され、そしてＲ（λ）量は簡単にＲ1およびＲ
2へ短縮された。
定であると仮定されている。二つの波長が近接するよう
に選択されるならば、これは妥当な仮定である。さら
に、 Ｔf（λ）量もまた二つの波長が非常に近接するこ
とを維持するならば、ほぼ等しいと仮定することができ
る。すなわち、これらの量は方程式において削除するこ
とができる。さらに、ＴA（λ）量は簡単に Ｔ1および
Ｔ2へ短縮され、そしてＲ（λ）量は簡単にＲ1およびＲ
2へ短縮された。
【００１５】Ｓについての上述の方程式はまた光源電力
Ｐ（λ）における場所−場所間の変動および長時間の変
化が計算されたＳ値において何らの影響も与えないとい
うことを示す。換言すれば、これらの人為的結果(artif
act)はすべて削除される。同様の削除が、センサの位置
における小さな変化（因子ｇ）、光検知器内でのエイジ
ング効果（因子ｒ）および発光フィルター透過率におけ
る場所−場所間の差異（因子ＴＥ）に関して行われる。
Ｐ（λ）における場所−場所間の変動および長時間の変
化が計算されたＳ値において何らの影響も与えないとい
うことを示す。換言すれば、これらの人為的結果(artif
act)はすべて削除される。同様の削除が、センサの位置
における小さな変化（因子ｇ）、光検知器内でのエイジ
ング効果（因子ｒ）および発光フィルター透過率におけ
る場所−場所間の差異（因子ＴＥ）に関して行われる。
【００１６】ＴまたはＲにおける変化によるＳの微分係
数は以下のように示される：
数は以下のように示される：
【数６】 この方程式における第一および第二の項、すなわちｄＴ
の項は、センサのｐＨ依存性吸収材における変化による
計算された量Ｓにおける変動を示している。方程式にお
ける第三および第四の項、すなわちｄＲ項は発蛍光団に
おける変動に関する。波長λ1 およびλ2 の差が小さく
保たれている場合、第一および第二の項を相互に削除し
そして第三および第四の項を相互に削除することを示す
ことができる。まず、第一にｄＴ項を調べる。
の項は、センサのｐＨ依存性吸収材における変化による
計算された量Ｓにおける変動を示している。方程式にお
ける第三および第四の項、すなわちｄＲ項は発蛍光団に
おける変動に関する。波長λ1 およびλ2 の差が小さく
保たれている場合、第一および第二の項を相互に削除し
そして第三および第四の項を相互に削除することを示す
ことができる。まず、第一にｄＴ項を調べる。
【００１７】量Ｔは方程式により吸収率Ａに関連する：
【数７】 この方程式をdS方程式の二つのｄＴ項へ代入すると、次
の方程式が得られる：
の方程式が得られる：
【数８】 この方程式は以下の条件が適用される場合、０である：
【数９】 センサの吸収率Ａは次の式により記載されうる：
【数１０】 その際、ａはセンサ物質の波長およびpH依存性吸収係数
であり、ｃは吸収性材料の濃度であり、ｈはその有効厚
さである。センサ吸収係数A における製造関連変動（pr
oduction related variation）は、ｃにおける変動およ
び／またはｈにおける変動の結果である。すなわち、ｃ
およびｈにおける両方の変化に対する変化Ａは次のよう
である。
であり、ｃは吸収性材料の濃度であり、ｈはその有効厚
さである。センサ吸収係数A における製造関連変動（pr
oduction related variation）は、ｃにおける変動およ
び／またはｈにおける変動の結果である。すなわち、ｃ
およびｈにおける両方の変化に対する変化Ａは次のよう
である。
【００１８】
【数１１】 最後の二つを置換して次の式が得られる。
【００１９】
【数１２】 すなわち、ｄｃおよび／またはｄｈのための上述の方程
式の電位的変動はａ（λ）と比例するであろう。二つの
波長の差が小さく保たれれば、ａ（λ）は僅かに変化す
るだけである。ｈ，ｄｃ，ｃおよびｄｈの量に関し、こ
れらはいずれか一つの与えられたセンサに対し一定であ
ろう。これらの量がセンサ間で変化するとはいえ、特定
のセンサに対しては一定である。すなわち、二つの波長
が一つの試験システムで一つのセンサへ向かうので、こ
れらの量が試験された波長の両方ともに対し全て等しい
ということが仮定できる。ａ（λ）量を二つの波長に対
して等しいと仮定することができるので、ｄＡ量が二つ
の波長に対して等しいと仮定することができる。二つの
波長を非常に近接に保つのでこの仮定を行うことができ
る。すなわち、二つのｄＡ項は等しく、したがって二つ
のｄＴ項を相互に削除することができる。
式の電位的変動はａ（λ）と比例するであろう。二つの
波長の差が小さく保たれれば、ａ（λ）は僅かに変化す
るだけである。ｈ，ｄｃ，ｃおよびｄｈの量に関し、こ
れらはいずれか一つの与えられたセンサに対し一定であ
ろう。これらの量がセンサ間で変化するとはいえ、特定
のセンサに対しては一定である。すなわち、二つの波長
が一つの試験システムで一つのセンサへ向かうので、こ
れらの量が試験された波長の両方ともに対し全て等しい
ということが仮定できる。ａ（λ）量を二つの波長に対
して等しいと仮定することができるので、ｄＡ量が二つ
の波長に対して等しいと仮定することができる。二つの
波長を非常に近接に保つのでこの仮定を行うことができ
る。すなわち、二つのｄＡ項は等しく、したがって二つ
のｄＴ項を相互に削除することができる。
【００２０】多くの電位化学センサ物質において、イソ
ベスティック点(isobestic points)は、測定されるべき
化学パラメーターが変化につれて第一の微分係数の最大
変化を示す。それ故、発明者はイソベスティック点に対
して近くに間隔をとった二つの波長λ1 およびλ2 を選
択するのが好ましい。
ベスティック点(isobestic points)は、測定されるべき
化学パラメーターが変化につれて第一の微分係数の最大
変化を示す。それ故、発明者はイソベスティック点に対
して近くに間隔をとった二つの波長λ1 およびλ2 を選
択するのが好ましい。
【００２１】ここにおいて我々はｄＳについての方程式
においてｄＲ項を調べるであろう。もし我々がｄＴ項の
計算におけるのと同じ段階を続け、そして発蛍光団の吸
光係数Ｒが簡単な方程式：
においてｄＲ項を調べるであろう。もし我々がｄＴ項の
計算におけるのと同じ段階を続け、そして発蛍光団の吸
光係数Ｒが簡単な方程式：
【数１３】 により発蛍光団の透過率Ｔに関連すると考えると、発蛍
光団における製造関連変動のためにＳにおいて変動が得
られる：
光団における製造関連変動のためにＳにおいて変動が得
られる：
【数１４】 この変動は次の条件下に排除されうる。
【００２２】
【数１５】 この条件はまたλ1 およびλ2 の間の波長の差が非常に
小さく保たれている場合最も良好に近似する。
小さく保たれている場合最も良好に近似する。
【００２３】すなわち、量Ｓを計算し、そして二つの波
長を比較的近くに保つことにより、センサ吸収材もしく
は発蛍光団におけるロット−ロット間の(lot-to-lot)変
動ならびに装置における場所−場所間の変動による発光
の変動を削除することもできる。この読み取り値を達成
することができる。上述したように、読み取り値はその
曲線の第一の微分係数が測定されるべき化学パラメータ
ーを変えるにしたがって最大変数を示すセンサ物質の発
光曲線においてある位置で選択される波長を用いて読み
取りを行うことが重要である。これをより詳細に以下に
説明する。
長を比較的近くに保つことにより、センサ吸収材もしく
は発蛍光団におけるロット−ロット間の(lot-to-lot)変
動ならびに装置における場所−場所間の変動による発光
の変動を削除することもできる。この読み取り値を達成
することができる。上述したように、読み取り値はその
曲線の第一の微分係数が測定されるべき化学パラメータ
ーを変えるにしたがって最大変数を示すセンサ物質の発
光曲線においてある位置で選択される波長を用いて読み
取りを行うことが重要である。これをより詳細に以下に
説明する。
【００２４】発明者は、二つの波長が１００ｎｍ未満の
量で間隔をあけているのが好ましいことを測定した。さ
らに、二つの波長が１０ｎｍ以上の量で間隔をあけるの
が好ましい。より少ない波長差を選択する場合、発光を
測定しそして量Ｓを計算するのに使用する全ての電気構
成部品すべてにおいて現実的なものであるノイズが二つ
の波長間の発光強度における小さな変化を妨害しはじめ
るかもしれない。したがって、理想的には波長をできる
かぎり近くするとはいえ、電気構成部品における現実で
は、少なくとも１０ｎｍの差を維持するのが好ましい。
最も好ましくは、波長は約２０ｎｍ程間をあける。
量で間隔をあけているのが好ましいことを測定した。さ
らに、二つの波長が１０ｎｍ以上の量で間隔をあけるの
が好ましい。より少ない波長差を選択する場合、発光を
測定しそして量Ｓを計算するのに使用する全ての電気構
成部品すべてにおいて現実的なものであるノイズが二つ
の波長間の発光強度における小さな変化を妨害しはじめ
るかもしれない。したがって、理想的には波長をできる
かぎり近くするとはいえ、電気構成部品における現実で
は、少なくとも１０ｎｍの差を維持するのが好ましい。
最も好ましくは、波長は約２０ｎｍ程間をあける。
【００２５】波長を選択する特定領域に関して、波長は
物質のイソベスティック点付近であるように選択される
のが好ましい。物質のイソベスティック点は測定される
べき化学パラメーターの値に依存する点で、センサは比
較的一定した発光強度を有するが、しかし第一の微分係
数において最大の変化を示す。センサ物質のイソベステ
ィック点は測定されるべき化学パラメーターを変えるこ
とにより実験的に測定するのが最も良く、そして幾つか
の試験を行って以下に検討するように曲線を展開する。
これらの曲線はイソベスティック点を示すであろう。
物質のイソベスティック点付近であるように選択される
のが好ましい。物質のイソベスティック点は測定される
べき化学パラメーターの値に依存する点で、センサは比
較的一定した発光強度を有するが、しかし第一の微分係
数において最大の変化を示す。センサ物質のイソベステ
ィック点は測定されるべき化学パラメーターを変えるこ
とにより実験的に測定するのが最も良く、そして幾つか
の試験を行って以下に検討するように曲線を展開する。
これらの曲線はイソベスティック点を示すであろう。
【００２６】最も好ましい実施態様において、発明者は
イソベスティック点以上および以下に等しく間隔をあけ
た点を選択する。しかしながら、二つの点がイソベステ
ィック点よりやや上であるかまたはイソベスティック点
より両方ともやや下であってもよいことは理解されるで
あろう。
イソベスティック点以上および以下に等しく間隔をあけ
た点を選択する。しかしながら、二つの点がイソベステ
ィック点よりやや上であるかまたはイソベスティック点
より両方ともやや下であってもよいことは理解されるで
あろう。
【００２７】本発明による第二の方法において、化学セ
ンサへ向かう二つの全く別の波長の輻射線源から得られ
る発光をモニターする。二つの光源のうちの一つの強度
は二つの発光強度が等しくなるまで調節される。次い
で、二つの輻射線源の強度を測定し、そして式：
ンサへ向かう二つの全く別の波長の輻射線源から得られ
る発光をモニターする。二つの光源のうちの一つの強度
は二つの発光強度が等しくなるまで調節される。次い
で、二つの輻射線源の強度を測定し、そして式：
【数１６】 から比を見出す。
【００２８】この比は、特定サンプルバイアルが細菌増
殖を証明する陽性であるかどうかの絶対読み取り値を提
供するものである。上述の強度方程式から、二つの発光
強度が等しい場合、以下の条件が存在することが明らか
である：
殖を証明する陽性であるかどうかの絶対読み取り値を提
供するものである。上述の強度方程式から、二つの発光
強度が等しい場合、以下の条件が存在することが明らか
である：
【数１７】 また、 Ｓ＊についての第二の式を用いる方法は、Ｓに
ついての第一の式を用いる方法と等しい。ここでも、こ
れらの方法の両方ともが化学センサの構造における変動
による妨害またはセンサへ輻射線が向かうのに使用する
装置およびセンサから出る発光を読み取る装置から生じ
る場所−場所間の変動による妨害もなく、特定サンプル
バイアルが細菌増殖を証明するかどうかの指標を提供す
るものである。
ついての第一の式を用いる方法と等しい。ここでも、こ
れらの方法の両方ともが化学センサの構造における変動
による妨害またはセンサへ輻射線が向かうのに使用する
装置およびセンサから出る発光を読み取る装置から生じ
る場所−場所間の変動による妨害もなく、特定サンプル
バイアルが細菌増殖を証明するかどうかの指標を提供す
るものである。
【００２９】上述のように、本発明の式はセンサに接続
する装置における場所−場所間の変化から予想される変
動またはセンサ自体に関する変動を排除することを示
す。本発明方法を遂行するための幾つかのシステムを以
下に記載する。
する装置における場所−場所間の変化から予想される変
動またはセンサ自体に関する変動を排除することを示
す。本発明方法を遂行するための幾つかのシステムを以
下に記載する。
【００３０】本発明のこれらのおよび他の特徴が以下の
明細書および図面から最も良く理解され、これらのうち
次のものが簡単な記載である。
明細書および図面から最も良く理解され、これらのうち
次のものが簡単な記載である。
【００３１】
【発明の構成および効果】図１は強度読み取りに基づく
公知化学センサを用いた基本的検出理論を説明する。発
光強度をモニターし、蓄積し、そして各サンプルバイア
ルについて時間に対しプロットする。発光強度値におけ
る変化たとえば線Ｐに対する時間E において示される変
化は、特定のサンプルバイアルが“ 陽性 "であり、細
菌増殖があることを示す。その発光強度を変化させない
比較的真っ直ぐな線Ｎは陰性サンプルバイアルについて
予想される読み取り値の代表的なものであろう。
公知化学センサを用いた基本的検出理論を説明する。発
光強度をモニターし、蓄積し、そして各サンプルバイア
ルについて時間に対しプロットする。発光強度値におけ
る変化たとえば線Ｐに対する時間E において示される変
化は、特定のサンプルバイアルが“ 陽性 "であり、細
菌増殖があることを示す。その発光強度を変化させない
比較的真っ直ぐな線Ｎは陰性サンプルバイアルについて
予想される読み取り値の代表的なものであろう。
【００３２】しかしながら、従来技術のシステムでは、
細菌増殖を証明するその時点で線Pからの強度に関係す
る値Ｘが変化するので問題が生じる。すなわち、これも
陽性である第二のびんは、その発光値の全てが線Ｎによ
り示される陰性サンプルバイアルに対する全ての読み取
り値より下であることもある。これは第二のびんが細菌
増殖の証明を開始する時点Ｅの前および後の両方を含
む。すなわち、特定サンプルバイアルについての発光読
み取りをどのような時点でも探し、サンプルバイアルが
陽性であるかどうかを測定することができない。むし
ろ、各々のサンプルバイアルを一定期間にわたってモニ
ターし、発光における変化を求めなくてはならない。サ
ンプルバイアルが不適切な長さの時間後に試験場所へ送
られる場合、問題が生じる。このようなサンプルバイア
ルは細菌増殖を経る地点Ｅをすでに過ぎて試験場所に到
着するかもしれない。その変化の後で、発光読み取り値
にわずかな追加の変化があるだけかもしれない。このよ
うなサンプルを単にモニターされた変化のみに基づい
て、このサンプルが陽性であることを予想することは困
難である。読み取り値の絶対値が僅かな情報のみ提供す
るだけなので、そのバイアルに関してどのような測定を
行うことも困難である。
細菌増殖を証明するその時点で線Pからの強度に関係す
る値Ｘが変化するので問題が生じる。すなわち、これも
陽性である第二のびんは、その発光値の全てが線Ｎによ
り示される陰性サンプルバイアルに対する全ての読み取
り値より下であることもある。これは第二のびんが細菌
増殖の証明を開始する時点Ｅの前および後の両方を含
む。すなわち、特定サンプルバイアルについての発光読
み取りをどのような時点でも探し、サンプルバイアルが
陽性であるかどうかを測定することができない。むし
ろ、各々のサンプルバイアルを一定期間にわたってモニ
ターし、発光における変化を求めなくてはならない。サ
ンプルバイアルが不適切な長さの時間後に試験場所へ送
られる場合、問題が生じる。このようなサンプルバイア
ルは細菌増殖を経る地点Ｅをすでに過ぎて試験場所に到
着するかもしれない。その変化の後で、発光読み取り値
にわずかな追加の変化があるだけかもしれない。このよ
うなサンプルを単にモニターされた変化のみに基づい
て、このサンプルが陽性であることを予想することは困
難である。読み取り値の絶対値が僅かな情報のみ提供す
るだけなので、そのバイアルに関してどのような測定を
行うことも困難である。
【００３３】本発明は、特定サンプルバイアルがその時
点で陽性であるかまたは未だに陰性であるかを予知する
ために与えられたいずれの時点でも調べることができる
絶対値を提供する読み取りを行うことにより、いわゆる
“遅くなった"サンプルバイアルを同定することができ
るようにするものである。
点で陽性であるかまたは未だに陰性であるかを予知する
ために与えられたいずれの時点でも調べることができる
絶対値を提供する読み取りを行うことにより、いわゆる
“遅くなった"サンプルバイアルを同定することができ
るようにするものである。
【００３４】発明者は、モニターした強度の差とモニタ
ーした強度の合計の比を含む量を計算することにより上
記で検討した問題を解決した。好ましくは、モニターし
た強度は異なった波長の二つの輻射線源を化学センサに
向けさせそして発生する発光の強度を測定することによ
り測定される。波長は小差の間隔とし、二つの波長間の
発光スペクトルが測定されるべき化学パラメーターの変
化とともに最大の変化を示す領域であるように選択され
る。二つの波長のこの領域における著しい変化のため
に、二つの発光の間に十分な差が存在し、このためサン
プルバイアルにおける培養物の状態の指標が発光により
もたらされるであろう。
ーした強度の合計の比を含む量を計算することにより上
記で検討した問題を解決した。好ましくは、モニターし
た強度は異なった波長の二つの輻射線源を化学センサに
向けさせそして発生する発光の強度を測定することによ
り測定される。波長は小差の間隔とし、二つの波長間の
発光スペクトルが測定されるべき化学パラメーターの変
化とともに最大の変化を示す領域であるように選択され
る。二つの波長のこの領域における著しい変化のため
に、二つの発光の間に十分な差が存在し、このためサン
プルバイアルにおける培養物の状態の指標が発光により
もたらされるであろう。
【００３５】測定されるべき量Ｓは、以下の計算により
いずれの場所−場所間変動またはセンサ−センサ間変動
のためのいかなる干渉をも排除したことがわかる。さら
に、図３によりもたらされる実験的証拠は本発明方法が
うまく行くことを明らかにしている。
いずれの場所−場所間変動またはセンサ−センサ間変動
のためのいかなる干渉をも排除したことがわかる。さら
に、図３によりもたらされる実験的証拠は本発明方法が
うまく行くことを明らかにしている。
【００３６】比Ｓは以下のように計算される：
【数１８】 （式中、I1および I2は波長λ1およびλ2で測定される
発光光電流である。)本発明の主な特徴は絶対読み取り
値を提供し変動を排除するこの式の発見である。吸収率
Ｒ（λ）の添加された発蛍光団を有する化学センサへ向
けられた与えられた波長λは、応答度ｒで活性領域の前
面に透過率ＴＥの発光フィルターを備えた光検知器にお
いて発光強度光電流Ｉ（λ、ｐＨ）を生じ、これは以下
の方程式により与えられる：
発光光電流である。)本発明の主な特徴は絶対読み取り
値を提供し変動を排除するこの式の発見である。吸収率
Ｒ（λ）の添加された発蛍光団を有する化学センサへ向
けられた与えられた波長λは、応答度ｒで活性領域の前
面に透過率ＴＥの発光フィルターを備えた光検知器にお
いて発光強度光電流Ｉ（λ、ｐＨ）を生じ、これは以下
の方程式により与えられる：
【数１９】 方程式（２）において、ｇは化学センサの特定の幾何学
的形状および状態に関係する一定係数である。発光は波
長λ1 およびλ2 でセンサへ向かう輻射線から読み取ら
れる。
的形状および状態に関係する一定係数である。発光は波
長λ1 およびλ2 でセンサへ向かう輻射線から読み取ら
れる。
【００３７】方程式（２）から二つの発光が方程式によ
り定義される：
り定義される：
【数２０】 および
【数２１】 方程式（１）へ方程式（３）および（４）を代入すると
次のようになる：
次のようになる：
【数２２】 方程式（５）において、Ｐ（λ）量はλ1 およびλ2 間
で一定であると仮定される。二つの波長を近接するよう
に選択するならば、これは妥当な仮定である。さらに、
ＴＦ（λ）量もまた二つの波長が非常に近いことを維持
するならばほぼ等しいと仮定されうる。すなわち、これ
らの量は方程式（５）において削除された。さらに、Ｔ
Ａ（λ）量は簡単にＴ１およびＴ２へ短縮された。ま
た、Ｒ（λ）量も簡単にＲ１およびＲ２へ短縮された。
で一定であると仮定される。二つの波長を近接するよう
に選択するならば、これは妥当な仮定である。さらに、
ＴＦ（λ）量もまた二つの波長が非常に近いことを維持
するならばほぼ等しいと仮定されうる。すなわち、これ
らの量は方程式（５）において削除された。さらに、Ｔ
Ａ（λ）量は簡単にＴ１およびＴ２へ短縮された。ま
た、Ｒ（λ）量も簡単にＲ１およびＲ２へ短縮された。
【００３８】ＴまたはＲにおける変化のために、Ｓの微
分係数は次のように示すことができる：
分係数は次のように示すことができる：
【数２３】 二つのｄＴ項はセンサのｐＨ依存性吸収材のためにセン
サ発光において変動があり、そしてその中で変動する。
二つのｄＲ項は発蛍光団による変動に関する。二つのｄ
Ｔ項および二つのｄＲ項は一定の条件で削除することが
明らかである。ここで最初に二つのｄＴ項を調べる。
サ発光において変動があり、そしてその中で変動する。
二つのｄＲ項は発蛍光団による変動に関する。二つのｄ
Ｔ項および二つのｄＲ項は一定の条件で削除することが
明らかである。ここで最初に二つのｄＴ項を調べる。
【００３９】量Ｔは方程式により吸光度Ａに関連するこ
とが明らかになる：
とが明らかになる：
【数２４】 方程式（７）を方程式（６）の二つのｄＴ成分へ代入す
ると二つのｄＴ成分について次の式が得られる：
ると二つのｄＴ成分について次の式が得られる：
【数２５】 方程式（８）は以下の条件が適用される場合、０であ
る：
る：
【数２６】 センサの吸光度Ａは次式で記載される：
【数２７】 その際、ａはセンサ物質の波長およびｐＨ依存性吸収係
数であり、ｃは物質の濃度であり、ｈは有効厚さであ
る。センサ吸光度Ａにおける製造関連変動がｃまたはｈ
における変動から得られる。すなわち、我々は、以下に
示すようにｃおよびｈにおける両方の変化についての方
程式の微分係数を行うであろう：
数であり、ｃは物質の濃度であり、ｈは有効厚さであ
る。センサ吸光度Ａにおける製造関連変動がｃまたはｈ
における変動から得られる。すなわち、我々は、以下に
示すようにｃおよびｈにおける両方の変化についての方
程式の微分係数を行うであろう：
【数２８】 方程式（１１）へ方程式（１０）を代入すると次のもの
が得られる：
が得られる：
【数２９】 すなわち、方程式（６）のｄＴ項による電位変動はａ
（λ）に比例することがわかる。二つの利用する波長に
おける差が小さく保たれる場合、ａ（λ）は僅かに変化
するだけであろう。上述のように、ｈ，ｄｃ，ｃおよび
ｄｈ量は一つのセンサへ向かう二つの波長に対してすべ
て等しいであろう。すなわち、方程式（６）の二つのｄ
Ｔ項を相互に削除すると仮定することができる。
（λ）に比例することがわかる。二つの利用する波長に
おける差が小さく保たれる場合、ａ（λ）は僅かに変化
するだけであろう。上述のように、ｈ，ｄｃ，ｃおよび
ｄｈ量は一つのセンサへ向かう二つの波長に対してすべ
て等しいであろう。すなわち、方程式（６）の二つのｄ
Ｔ項を相互に削除すると仮定することができる。
【００４０】ここでも、好ましくは二つの波長は、化学
パラメーターの変化とともに発光曲線の最初の微分係数
が著しい領域で近接した間隔になるように選択される。
このようにして、波長における差が小さくても二つの波
長間の発光における差はより明白であろう。これと量Ｓ
の本発明の計算と組み合わせると、その時点で特定サン
プルバイアルが陽性または陰性であるかどうかの絶対的
指標を提供するであろう。
パラメーターの変化とともに発光曲線の最初の微分係数
が著しい領域で近接した間隔になるように選択される。
このようにして、波長における差が小さくても二つの波
長間の発光における差はより明白であろう。これと量Ｓ
の本発明の計算と組み合わせると、その時点で特定サン
プルバイアルが陽性または陰性であるかどうかの絶対的
指標を提供するであろう。
【００４１】ここにおいて、ｄＳについての方程式にお
けるｄＲ項を調べる。ｄＴ項を計算するのと同じ段階を
行い、発蛍光団の吸収率Ｒが簡単な方程式により発蛍光
団の透過率Ｔに関連することを考えると、
けるｄＲ項を調べる。ｄＴ項を計算するのと同じ段階を
行い、発蛍光団の吸収率Ｒが簡単な方程式により発蛍光
団の透過率Ｔに関連することを考えると、
【数３０】 発蛍光団内に製造関連変動のためにＳに変動が得られ
る。
る。
【００４２】
【数３１】 この変動は条件下に排除されうる。
【００４３】
【数３２】 適合するこの条件については、Ｒ１はＲ２と等しく、そ
してｄＡF1はｄＡF2と等しくなければならない。これら
の条件はλ1 とλ2 の間の波長差が非常に小さく保たれ
た場合、最も良く近似する。
してｄＡF1はｄＡF2と等しくなければならない。これら
の条件はλ1 とλ2 の間の波長差が非常に小さく保たれ
た場合、最も良く近似する。
【００４４】図２は、センサへ向かう輻射線の変化する
波長に対しプロットした吸収材透過率のプロットであ
る。この図に示す幾つかの曲線は、様々なサンプルバイ
アルを表し、これは測定される化学パラメーターすなわ
ちｐＨ値における変動のために変化する。
波長に対しプロットした吸収材透過率のプロットであ
る。この図に示す幾つかの曲線は、様々なサンプルバイ
アルを表し、これは測定される化学パラメーターすなわ
ちｐＨ値における変動のために変化する。
【００４５】たとえば、図２に示すような曲線を展開さ
せるために、単独型のセンサを用い、このタイプのセン
サを波長を変えながら試験する量の濃度を変える。図２
に示す各曲線は別のサンプルバイアル、または一本のバ
イアル内で条件を変えたものを表す。波長を変え、そし
て発光強度を各バイアルまたはセンサ条件に対して読み
取る。一例として、同一のセンサを含む幾つかのサンプ
ルをｐＨ濃度の変化に対応するセンサに対して異なった
pH濃度で試験する。曲線を各バイアルについてプロット
し、そして図２のグラフが得られる。全ての曲線が交差
する点がイソベスティック点である。この方法に代わ
り、一つのサンプルバイアルをｐＨ濃度を変えるであろ
う物質の供給源と連結してもよい。ｐＨ濃度を上昇する
ように調節し、曲線が各増加した濃度に対し生ずる。
せるために、単独型のセンサを用い、このタイプのセン
サを波長を変えながら試験する量の濃度を変える。図２
に示す各曲線は別のサンプルバイアル、または一本のバ
イアル内で条件を変えたものを表す。波長を変え、そし
て発光強度を各バイアルまたはセンサ条件に対して読み
取る。一例として、同一のセンサを含む幾つかのサンプ
ルをｐＨ濃度の変化に対応するセンサに対して異なった
pH濃度で試験する。曲線を各バイアルについてプロット
し、そして図２のグラフが得られる。全ての曲線が交差
する点がイソベスティック点である。この方法に代わ
り、一つのサンプルバイアルをｐＨ濃度を変えるであろ
う物質の供給源と連結してもよい。ｐＨ濃度を上昇する
ように調節し、曲線が各増加した濃度に対し生ずる。
【００４６】本発明が扱う主な問題は、センサ物質がロ
ットの製造とともに変化するであろうことである。すな
わち、最初の期間に製造されたセンサのタイプは最初の
タイプのセンサと同一であるべきであるが、しかししば
らくしてから製造されるセンサのタイプと全く別であ
る。
ットの製造とともに変化するであろうことである。すな
わち、最初の期間に製造されたセンサのタイプは最初の
タイプのセンサと同一であるべきであるが、しかししば
らくしてから製造されるセンサのタイプと全く別であ
る。
【００４７】曲線の一般的形状が二つの向かい合った羽
と中心を持つ蝶のようであるということに注意すべきで
ある。中心点はセンサの特定の型についてのイソベステ
ィック点である。センサにおける変動または場所−場所
間の変動とともに、この“蝶 "形状は上方へまたは下方
へ動く。すなわち、センサ物質における第二の生産ロッ
トを有する第二のサンプルバイアルは、第一のセンサに
ついての読み取り値の全てからその発光において ．２
ダウンシフトするだけで第一のサンプルバイアルと全く
同じ曲線を有する。この事実のために、発光の読み取り
値を利用する先行技術システムは、いずれか一回の読み
取り値でどのような測定も行うことは不可能であった。
と中心を持つ蝶のようであるということに注意すべきで
ある。中心点はセンサの特定の型についてのイソベステ
ィック点である。センサにおける変動または場所−場所
間の変動とともに、この“蝶 "形状は上方へまたは下方
へ動く。すなわち、センサ物質における第二の生産ロッ
トを有する第二のサンプルバイアルは、第一のセンサに
ついての読み取り値の全てからその発光において ．２
ダウンシフトするだけで第一のサンプルバイアルと全く
同じ曲線を有する。この事実のために、発光の読み取り
値を利用する先行技術システムは、いずれか一回の読み
取り値でどのような測定も行うことは不可能であった。
【００４８】先行技術において領域ＥＸおよびＥＭが読
み取りを行う化学センサとともにしばしば利用されてい
ることは注意すべきである。また、イソベスティック点
が曲線の勾配において比較的高い変化の領域であり、Ｅ
ＸおよびＥＭ領域から間があいているということも注意
すべきである。
み取りを行う化学センサとともにしばしば利用されてい
ることは注意すべきである。また、イソベスティック点
が曲線の勾配において比較的高い変化の領域であり、Ｅ
ＸおよびＥＭ領域から間があいているということも注意
すべきである。
【００４９】図３は上述の本発明を用いて試験したサン
プルの結果である。発光は比較的予想可能であり、陽性
および陰性対照物に対し一定であるばかりでなく、これ
らはまた陽性および陰性間のこれらのサインを変える。
すなわち、本発明方法を用いると、最初の読み取り値は
特定サンプルがすでに陽性であるかどうかの非常に良好
な指標を提供するであろう。図３に示す結果は陽性であ
るとわかっている四つのびんおよび四つの対照びんにお
いて四回試験することにより達成された。明らかなよう
に、利用される波長はわずか２０ｎｍの距離で間をあけ
ているだけとはいえ、陽性および陰性バイアル間に明ら
かな差が得られ、さらに測定した発光強度から絶対的予
想を行うことができる。
プルの結果である。発光は比較的予想可能であり、陽性
および陰性対照物に対し一定であるばかりでなく、これ
らはまた陽性および陰性間のこれらのサインを変える。
すなわち、本発明方法を用いると、最初の読み取り値は
特定サンプルがすでに陽性であるかどうかの非常に良好
な指標を提供するであろう。図３に示す結果は陽性であ
るとわかっている四つのびんおよび四つの対照びんにお
いて四回試験することにより達成された。明らかなよう
に、利用される波長はわずか２０ｎｍの距離で間をあけ
ているだけとはいえ、陽性および陰性バイアル間に明ら
かな差が得られ、さらに測定した発光強度から絶対的予
想を行うことができる。
【００５０】さらに、サインが変化するので、比の計算
と対照したものとして差の計算のみに頼ることができ
る。この変動は波長がイソベスティック点から動くよう
に選択されると、確実でないかもしれない。波長がイソ
ベスティック点から離れるので、計算された値のサイン
が陽性および対照物の間でこれ以上変化しないと思われ
る。
と対照したものとして差の計算のみに頼ることができ
る。この変動は波長がイソベスティック点から動くよう
に選択されると、確実でないかもしれない。波長がイソ
ベスティック点から離れるので、計算された値のサイン
が陽性および対照物の間でこれ以上変化しないと思われ
る。
【００５１】本発明の別の特徴において、第二の理論を
用いて量Ｓを計算することができる。第二の理論におい
て、小さい波長差により間隔をあけた二つの輻射線源を
サンプルバイアルへ向ける。生じる発光強度を再び測定
し比較する。発生する発光強度が等しくない場合、びん
へ向かう輻射線源の一つの強度を調節する。この調節を
発光強度が等しくなるまで続ける。この時点で、サンプ
ルバイアルへ向かう二つの輻射線源の強度を測定する。
用いて量Ｓを計算することができる。第二の理論におい
て、小さい波長差により間隔をあけた二つの輻射線源を
サンプルバイアルへ向ける。生じる発光強度を再び測定
し比較する。発生する発光強度が等しくない場合、びん
へ向かう輻射線源の一つの強度を調節する。この調節を
発光強度が等しくなるまで続ける。この時点で、サンプ
ルバイアルへ向かう二つの輻射線源の強度を測定する。
【００５２】その時点で方程式（３）および（４）で計
算されたＩ量がこれら二つの波長に対し等しいので、方
程式（３）および（４）（上記計算に使用される他の仮
定）からこの特定の状況下で次の方程式を得る：
算されたＩ量がこれら二つの波長に対し等しいので、方
程式（３）および（４）（上記計算に使用される他の仮
定）からこの特定の状況下で次の方程式を得る：
【数３３】 Ｐ1およびＰ2は測定され調節された強度である。量Ｔお
よびＲは上述のものと同じ意味である。次いで次式と等
しいものとして量 Ｓ＊を計算すると、
よびＲは上述のものと同じ意味である。次いで次式と等
しいものとして量 Ｓ＊を計算すると、
【数３４】 最初のＳ値と等価である Ｓ＊の値に達し、特定サンプ
ルバイアルが陰性または陽性であるかどうかを測定する
のに有用である。
ルバイアルが陰性または陽性であるかどうかを測定する
のに有用である。
【００５３】方程式（１６）および（１７）を用いるこ
とにより、方程式（１７）におけるＳ＊についての計算
は以下のように方程式（５）におけるＳについての計算
と同じである：
とにより、方程式（１７）におけるＳ＊についての計算
は以下のように方程式（５）におけるＳについての計算
と同じである：
【数３５】 すなわち、この第二の理論は第一のものと同じである。
ここでも、波長は非常に近接して保たれ、勾配の最初の
微分係数が変化している領域付近に中心を置く。好まし
い領域はイソベスティック点付近の領域である。
ここでも、波長は非常に近接して保たれ、勾配の最初の
微分係数が変化している領域付近に中心を置く。好まし
い領域はイソベスティック点付近の領域である。
【００５４】ここに本発明の目的を達成するための幾つ
かのシステムを記載する。
かのシステムを記載する。
【００５５】図４に示すシステム２０は、波長同調可能
な狭いバンドフィルター２２を介して輻射線のビームを
センサ物質２４へ向ける光源２１を有する。狭いバンド
フィルターの中心波長は二つの好ましい波長の間のある
地点に位置する。好ましくは、中心波長はセンサ物質の
イソベスティック点に位置する。音響−光学的、電気−
光学的、圧−電気的または他の同調可能なフィルターが
好適な装置である。センサ物質24から発生する輻射線は
光学レンズ系２５、発光フィルター２６および光検知器
２７へ向かう。
な狭いバンドフィルター２２を介して輻射線のビームを
センサ物質２４へ向ける光源２１を有する。狭いバンド
フィルターの中心波長は二つの好ましい波長の間のある
地点に位置する。好ましくは、中心波長はセンサ物質の
イソベスティック点に位置する。音響−光学的、電気−
光学的、圧−電気的または他の同調可能なフィルターが
好適な装置である。センサ物質24から発生する輻射線は
光学レンズ系２５、発光フィルター２６および光検知器
２７へ向かう。
【００５６】高い強度の再発生する光を有するセンサの
構成のために、簡単な光ダイオードを光検知器として使
用することができる。蛍光センサに対しては高感度光検
知器たとえば光電子増倍管が必要であるかもしれない。
光検知器27の信号出力をＤＣ／ＡＣスプリッター２８へ
送る。スプリッター２８のＡＣ出力をロックイン（ｌｏ
ｃｋ−ｉｎ）増幅器２９の信号入力と接続する。ＡＣ出
力はＳを計算する場合に異なった項と等価である。ロッ
クイン増幅器２９の出力を比ユニット３０の一つの入力
へ送る。比ユニット３０の別の入力はスプリッター２８
のＤＣ出力と接続する。ＤＣ出力は計算値Ｓにおける合
計の１／２と等しい。すなわち、比ユニット３０はＳを
計算するのに必要な測定値を提供する。比ユニット３０
の出力をデータ獲得ユニット３１へ送る。実施態様はま
たドライバー３３を含み、これは波長同調フィルター２
２と接続している。フィルター２２はロックイン増幅器
２９の対照出力と接続したトリガー出力を有する。この
実施態様および他のすべての実施態様において、コンピ
ューターを比ユニットおよびデータ獲得ユニットと置き
換えることができる。
構成のために、簡単な光ダイオードを光検知器として使
用することができる。蛍光センサに対しては高感度光検
知器たとえば光電子増倍管が必要であるかもしれない。
光検知器27の信号出力をＤＣ／ＡＣスプリッター２８へ
送る。スプリッター２８のＡＣ出力をロックイン（ｌｏ
ｃｋ−ｉｎ）増幅器２９の信号入力と接続する。ＡＣ出
力はＳを計算する場合に異なった項と等価である。ロッ
クイン増幅器２９の出力を比ユニット３０の一つの入力
へ送る。比ユニット３０の別の入力はスプリッター２８
のＤＣ出力と接続する。ＤＣ出力は計算値Ｓにおける合
計の１／２と等しい。すなわち、比ユニット３０はＳを
計算するのに必要な測定値を提供する。比ユニット３０
の出力をデータ獲得ユニット３１へ送る。実施態様はま
たドライバー３３を含み、これは波長同調フィルター２
２と接続している。フィルター２２はロックイン増幅器
２９の対照出力と接続したトリガー出力を有する。この
実施態様および他のすべての実施態様において、コンピ
ューターを比ユニットおよびデータ獲得ユニットと置き
換えることができる。
【００５７】ロックイン増幅器２９をフィルター走査で
同期化するので、ロックイン増幅器の出力信号は、同調
性フィルターに対する制限波長で得られる光電流Ｉ1お
よびＩ2の差と比例する。固定した走査リフトに対し、
この差は中心点でのセンサ物質透過率の第一の微分係数
に比例するであろう。
同期化するので、ロックイン増幅器の出力信号は、同調
性フィルターに対する制限波長で得られる光電流Ｉ1お
よびＩ2の差と比例する。固定した走査リフトに対し、
この差は中心点でのセンサ物質透過率の第一の微分係数
に比例するであろう。
【００５８】スプリッター２８のＤＣ出力での信号は、
ここで利用される二つの波長間の中心点、好ましくはイ
ソベスティック点でのセンサ物質から得られる平均光強
度と比例する。平均光電流はI1＋ I2 の１／２である。
ここで利用される二つの波長間の中心点、好ましくはイ
ソベスティック点でのセンサ物質から得られる平均光強
度と比例する。平均光電流はI1＋ I2 の１／２である。
【００５９】比ユニット３０において、センサ物質透過
率の第一の微分係数は、イソベスティック点でセンサ物
質の照明に対し得られる平均光強度まで標準化される。
率の第一の微分係数は、イソベスティック点でセンサ物
質の照明に対し得られる平均光強度まで標準化される。
【００６０】比ユニット３０は上述の方程式により量Ｓ
を計算する。
を計算する。
【００６１】図５に幾つかのサンプルバイアルと連結し
た複数のセンサ４４を含む化学センサ配列を示す。輻射
線がファイバー４３により各センサ４４へ向かい、セン
サからの発光をファイバー４５によりバイアルから外側
へ出す。この実施態様において、一つの光源２１、一つ
の同調性フィルター２２、発光フィルター２６および光
検知器２７を利用して励起しそして複数のセンサおよび
サンプルバイアルをモニターする。
た複数のセンサ４４を含む化学センサ配列を示す。輻射
線がファイバー４３により各センサ４４へ向かい、セン
サからの発光をファイバー４５によりバイアルから外側
へ出す。この実施態様において、一つの光源２１、一つ
の同調性フィルター２２、発光フィルター２６および光
検知器２７を利用して励起しそして複数のセンサおよび
サンプルバイアルをモニターする。
【００６２】図５において、波長同調性フィルター２２
は、ファイバー４３を介して複数の化学センサの方向へ
連続して励起線を向けさせる光多重送信器と組み合わさ
れている。
は、ファイバー４３を介して複数の化学センサの方向へ
連続して励起線を向けさせる光多重送信器と組み合わさ
れている。
【００６３】図６は、波長同調性フィルターとして使用
される周期的に傾斜したフィルター６１を備えたシステ
ム６０を示す。このシステムにおいて、輻射線源６２の
ビームは二つの集光レンズ６４および６５によりセンサ
物質６３上に集束される。傾斜する狭いバンドの干渉フ
ィルター６１をレンズ６４および６５の間の輻射線ビー
ムへ挿入する。フィルター６１は転心６８の周囲を周期
的に傾く。通常の入射に対し、干渉フィルターの中心波
長はセンサ物質のちょうどイソベスティック点上に位置
する。図２に示すセンサ物質に対し、イソベスティック
点は４９０ｎｍに位置する。もしこれが図６のシステム
に使用される物質であるなら、通常の入射に対しフィル
ター６１の中心波長は５００ｎｍにセットされるべきで
ある。たとえば、３０°の角度で定期的にフィルターを
傾斜することにより、中心波長はλ2＝５００ｎｍとλ1
＝４８０ｎｍの間に定期的にシフトするであろう。すな
わち、化学センサはイソベスティック点のちょうど上お
よびちょうど下で輻射線源により励起されるであろう。
図６に示す実施態様はまた、フィルター６１を通過する
かもしれない光源６２の長波長光成分をブロックする追
加のフィルター７０も含む。光源６２はランプハウジン
グ７１の内側に備え付けられている。センサ６３からの
光再発生を一端がクランプ７３で固定されているファイ
バー７２により集める。
される周期的に傾斜したフィルター６１を備えたシステ
ム６０を示す。このシステムにおいて、輻射線源６２の
ビームは二つの集光レンズ６４および６５によりセンサ
物質６３上に集束される。傾斜する狭いバンドの干渉フ
ィルター６１をレンズ６４および６５の間の輻射線ビー
ムへ挿入する。フィルター６１は転心６８の周囲を周期
的に傾く。通常の入射に対し、干渉フィルターの中心波
長はセンサ物質のちょうどイソベスティック点上に位置
する。図２に示すセンサ物質に対し、イソベスティック
点は４９０ｎｍに位置する。もしこれが図６のシステム
に使用される物質であるなら、通常の入射に対しフィル
ター６１の中心波長は５００ｎｍにセットされるべきで
ある。たとえば、３０°の角度で定期的にフィルターを
傾斜することにより、中心波長はλ2＝５００ｎｍとλ1
＝４８０ｎｍの間に定期的にシフトするであろう。すな
わち、化学センサはイソベスティック点のちょうど上お
よびちょうど下で輻射線源により励起されるであろう。
図６に示す実施態様はまた、フィルター６１を通過する
かもしれない光源６２の長波長光成分をブロックする追
加のフィルター７０も含む。光源６２はランプハウジン
グ７１の内側に備え付けられている。センサ６３からの
光再発生を一端がクランプ７３で固定されているファイ
バー７２により集める。
【００６４】前述のサンプルシステムは発光強度を利用
する量Ｓを計算するのに特に適する。図７に示されるシ
ステムは、他方、システムへ向かっている輻射線源の強
度を利用する量Ｓ＊の計算に特に適する。
する量Ｓを計算するのに特に適する。図７に示されるシ
ステムは、他方、システムへ向かっている輻射線源の強
度を利用する量Ｓ＊の計算に特に適する。
【００６５】図７において、二つの全く別な光源８１お
よび８２は化学センサ８３へ向かう。好ましくは、異な
った発光中心波長の二つのＬＥＤを利用する。第一の輻
射線源８１および第二の輻射線源８２は矩形波信号発生
装置８４を用いた代わりの方法で操作される。発生器８
４の信号出力は第一の増幅器８５により光源81へ接続さ
れ、そして第二の増幅器８６により光源８２へ接続され
る。増幅器８６の利得はコンピューター８７により調節
される。センサ物質８３からの光再発生を光検知器８８
で測定する。センサ物質８３が発蛍光団を含む場合、発
光フィルター８９はセンサ物質８３と光検知器８８の間
に位置する。光検知器８８の出力は矩形波発生器８４の
トリガー出力と接続した対照入力を有するロックイン増
幅器９０の信号入力へ伝達される。ロックイン増幅器の
信号出力はコンピューター８７へ伝達される。
よび８２は化学センサ８３へ向かう。好ましくは、異な
った発光中心波長の二つのＬＥＤを利用する。第一の輻
射線源８１および第二の輻射線源８２は矩形波信号発生
装置８４を用いた代わりの方法で操作される。発生器８
４の信号出力は第一の増幅器８５により光源81へ接続さ
れ、そして第二の増幅器８６により光源８２へ接続され
る。増幅器８６の利得はコンピューター８７により調節
される。センサ物質８３からの光再発生を光検知器８８
で測定する。センサ物質８３が発蛍光団を含む場合、発
光フィルター８９はセンサ物質８３と光検知器８８の間
に位置する。光検知器８８の出力は矩形波発生器８４の
トリガー出力と接続した対照入力を有するロックイン増
幅器９０の信号入力へ伝達される。ロックイン増幅器の
信号出力はコンピューター８７へ伝達される。
【００６６】光源８１から出た光の一部を第一の光ファ
イバー９２を用いて集め、第一の光ダイオード９３へ向
けさせる。光ダイオード９３の出力を低域濾波器９４を
介してコンピューター８７へ接続する。同様に、第二の
光源８２から出た光の一部を第二の光ファイバー９５に
より集め、光ダイオード９６へ向け、次いで低域濾波器
９７を介してコンピューター８７へ連結する。すなわ
ち、ファイバーは光源８１および８２から向かう輻射線
の一部を採集し測定強度値をコンピューターへ伝えるた
めに配置される。さらに、コンピューター８７は第一の
輻射線源８２の強度を調節して上述のようにこれを変化
させることができ、そのため量Ｓ＊を上述の計算と理論
を用いて計算することができる。
イバー９２を用いて集め、第一の光ダイオード９３へ向
けさせる。光ダイオード９３の出力を低域濾波器９４を
介してコンピューター８７へ接続する。同様に、第二の
光源８２から出た光の一部を第二の光ファイバー９５に
より集め、光ダイオード９６へ向け、次いで低域濾波器
９７を介してコンピューター８７へ連結する。すなわ
ち、ファイバーは光源８１および８２から向かう輻射線
の一部を採集し測定強度値をコンピューターへ伝えるた
めに配置される。さらに、コンピューター８７は第一の
輻射線源８２の強度を調節して上述のようにこれを変化
させることができ、そのため量Ｓ＊を上述の計算と理論
を用いて計算することができる。
【００６７】特定のシステムが本発明方法を達成するた
めに記載されているとはいえ、上述の量を計算するため
の多くの電気回路を利用してもよいことは十分理解され
るべきである。さらに、光源が本発明で利用するのが好
ましいとはいえ、他の輻射線源でも本発明の目標を達成
することができることは理解されるべきである。
めに記載されているとはいえ、上述の量を計算するため
の多くの電気回路を利用してもよいことは十分理解され
るべきである。さらに、光源が本発明で利用するのが好
ましいとはいえ、他の輻射線源でも本発明の目標を達成
することができることは理解されるべきである。
【００６８】本発明は発蛍光団だけを含み吸収材を含ま
ないセンサ、または吸収材だけを含み発蛍光団を含まな
いセンサに対して適用可能である。最近使用される殆ど
の化学センサ物質は発蛍光団と吸収材物質の組み合わせ
たものから調製されており、したがって化学センサ物質
の広いスペクトルがこの分野で見出されるであろう。
ないセンサ、または吸収材だけを含み発蛍光団を含まな
いセンサに対して適用可能である。最近使用される殆ど
の化学センサ物質は発蛍光団と吸収材物質の組み合わせ
たものから調製されており、したがって化学センサ物質
の広いスペクトルがこの分野で見出されるであろう。
【００６９】本発明の好ましい実施態様を記載した。し
かしながら、特定の変更例が本発明範囲内であることは
理解されるべきである。この理由で、特許請求の範囲が
本発明の範囲および目的を決定するために研究される。
かしながら、特定の変更例が本発明範囲内であることは
理解されるべきである。この理由で、特許請求の範囲が
本発明の範囲および目的を決定するために研究される。
【図１】化学センサからの発光についての第一の曲線の
非常に高度な模式図である。
非常に高度な模式図である。
【図２】波長を示す幾つかの曲線のプロットである。
【図３】本発明方法のS 値を示す。
【図４】本発明を行うためのシステムの模式図である。
【図５】本発明方法を行うための第二のシステムの模式
図である。
図である。
【図６】本発明方法を行うための第三のシステムの模式
図である。
図である。
【図７】本発明方法を行うための第四のシステムの模式
図である。
図である。
20 システム 21 光源 22 フィルター 24 センサ物質 25 光学レンズ 27 光検知器 29 増幅器 30 比ユニット
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−33592（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−28772（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−176642（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−11097（ＪＰ，Ｂ２) 国際公開92／4618（ＷＯ，Ａ) 米国特許3273448（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開448923（ＥＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】 以下の工程： （１）化学センサを含むサンプルバイアルを準備し、 （２）前記化学センサへ第一の輻射線を向けさせるが、
前記第一の輻射線は第一の波長であり、 （３）前記化学センサへ第二の輻射線を向けさせるが、
前記第二の輻射線は前記第一の波長と間をあけた第二の
波長であり、 （４）前記第一の輻射線による前記化学センサからの発
光強度をモニターし、 （５）前記第二の輻射線による前記化学センサからの発
光強度をモニターし、 （６）（i）前記第一および前記第二の輻射線による前
記発光強度の差、および（ii）前記第一および第二の輻
射線による前記発光強度の合計の比、を計算して、この
比を用いて特定サンプルバイアルが細菌増殖を証明する
かどうかを測定することからなり、 前記第一及び第二の波長を前記化学センサのイソベステ
ィック点から等しく間をあけるように選択し、 前記工程（２）及び（３）の前記輻射線が一つの輻射線
源から発生し、そして走査フィルタが前記輻射線源及び
前記センサの間に位置し、同走査フィルタが前記イソベ
スティック点に中心バンドを有することを特徴とした、 特定サンプルバイアルが細菌増殖を証明するかどうかの
測定方法。 - 【請求項２】 前記第一及び第二の波長が１００ｎｍ未
満の間をあける、請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記第一及び第二の波長が１０ｎｍより
多くの間をあける請求項２の方法。 - 【請求項４】 前記第一及び第二の波長がほぼ２０ｎｍ
の間をあける請求項３の方法。 - 【請求項５】 前記工程（２）及び（３）の前記輻射線
が一つの輻射線源から発生し、そして傾斜するフィルタ
が前記一つの輻射線源及び前記センサの間に位置する請
求項１の方法。 - 【請求項６】 前記比が特定サンプルが細菌増殖を証明
するかどうかを測定するために一定時間調査される請求
項１の方法。 - 【請求項７】 差の項が比の分子であり、合計の項が分
母である請求項１の方法。 - 【請求項８】 以下の工程： （１）化学センサを含むサンプルバイアルを準備し、 （２）前記科学センサへ第一の輻射線を向けさせるが、
前記第一の輻射線は第一の波長であり、 （３）前記化学センサへ第二の輻射線を向けさせるが、
前記第二の輻射線は前記第一の波長と間をあけた第二の
波長であり、 （４）前記第一の輻射線による前記化学センサからの発
光強度をモニターし、 （５）前記第二の輻射線による前記化学センサからの発
光強度をモニターし、 （６）工程（４）および（５）からの前記モニターした
発光を比較し、前記第一の輻射線の一つの強度を工程
（４）及び（５）の間にモニターした発光強度が等しく
なるまで変え、 （７）工程（６）の後で前記サンプルバイアルへ向かう
前記輻射線の強度を測定し、 （８）工程（７）で測定した第一および第二の輻射線の
強度の差ならびに工程（７）で測定した前記強度の合計
の比を計算し、そして該比を使用して特定サンプルバイ
アルが細菌増殖を証明するとどうかを測定する、 ことからなる特定サンプルが細菌増殖を証明するかどう
かを測定する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US129239 | 1987-12-07 | ||
| US08/129,239 US5580784A (en) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | Data collection apparatus for use with chemical sensors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174694A JPH07174694A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2711225B2 true JP2711225B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=22439046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6235606A Expired - Lifetime JP2711225B2 (ja) | 1993-09-29 | 1994-09-29 | 化学センサを用いた方法のための改善されたデータ採集方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5580784A (ja) |
| EP (1) | EP0645617A3 (ja) |
| JP (1) | JP2711225B2 (ja) |
| AU (1) | AU670891B2 (ja) |
| CA (1) | CA2132271C (ja) |
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1993
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1994
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Patent Citations (1)
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