JP2730798B2 - 携帯用診断システムのための温度制御 - Google Patents

携帯用診断システムのための温度制御

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JP2730798B2
JP2730798B2 JP50374994A JP50374994A JP2730798B2 JP 2730798 B2 JP2730798 B2 JP 2730798B2 JP 50374994 A JP50374994 A JP 50374994A JP 50374994 A JP50374994 A JP 50374994A JP 2730798 B2 JP2730798 B2 JP 2730798B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 I.発明の分野 本発明は、一般に、分析精度上、試料温度の制御が重
要である生物学的試料の電気化学的分析に基づく携帯用
診断システムを対象とし、特に、携帯用診断システムに
用いる取り外し可能かつ使い捨て可能な試料採取カート
リッジの温度制御のためのシステムに関する。該システ
ムはいかなる温度測定装置および使い捨て可能な試料採
取カートリッジの間に接触を要せず、所定のセットポイ
ントまでの迅速な温度上昇と正確な制御を行うことがで
きる。
II.関連技術 例えば、血液試料中のpO2、pCO2および電解質の分析
のような、溶液中の電気活性種の濃度決定のための電気
化学的または電解的方法を用いる方法および装置は周知
である。これらの器具は、通常、一対の電気化学的ハー
フセルを備え、その１はセンサまたは試料ハーフセルと
して、他は基準電極または基準ハーフセルとして用いら
れる。液体に溶解したガス種の濃度決定の場合のよう
に、電気化学的分析においても、分析が行われる際の温
度を知る必要がある。伝統的に、例えば、血中ガスの分
析は、分析室に恒久的に設置された分析装置へ試料を持
ち込んで行われてきた。そのような分析装置では、試料
分析時の温度の制御が恒温槽あるいはそれに類するもの
により容易に行われることはいうまでもない。これは、
小型の携帯用装置の場合には、勿論、当てはまらない。
それゆえ、携帯用血中ガス分析装置や他の類似の装置
における、製造容易で迅速に安定化し、しかも正確な試
料温度制御への経済的な接近の必要性がある。
従って、本発明の主たる目的は、携帯用分析装置とと
もに用いられる、簡単で応答が迅速であり、試料温度を
正確に制御しうる温度制御システムを提供することにあ
る。
本発明のさらなる目的は、使い捨てのテストカートリ
ッジに非接触であり、それゆえ長期間の繰り返し使用に
より構成要素が磨損して信頼性を損なうことがない温度
計測システムを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、使い捨てカートリッジ式
の電気化学セル試料採取装置用の温度制御システムを提
供することであり、該カートリッジは試料の環境を加熱
するためのそれ自身の安価な抵抗性加熱要素を担持する
ものである。
本発明のまたさらなる目的は、そのような使い捨てカ
ートリッジに直接接続することを要しない温度センサを
使用する、使い捨てカートリッジ用の温度制御システム
を提供することである。
これらの、また他の目的は、以下の説明および図面に
従って当業者に明らかとなるであろう。
発明の要約 本発明は、制御された温度の下で測定を行うことが必
要な、携帯用の医学的診断装置または他の携帯用電気化
学的分析装置のための、正確で安価な温度制御装置を提
供する。好適な実施例では、使い捨てカートリッジは試
料チャンバを含む電気化学的検出セルを有する。当該使
い捨てカートリッジはセンサチップ上にそれ自身の抵抗
性加熱要素を備え、所要の電気的入／出力接続を有する
端子板へプラグインする。チップの反対側または外側の
表面は少なくとも部分的に大気に晒される。測定セルの
チップの外面の温度を検出する別個のセンサプローブが
設けられ、検出された温度は、制御用セットポイントを
有するように設計され、使い捨てカートリッジが携帯用
診断装置に挿入される際、抵抗性加熱要素をサーモスタ
ット的に制御して所望のセル温度に迅速に到達させ正確
に制御する通常の温度制御回路と共に用いられる信号を
生成するために使用される。その温度検出プローブはス
ピードと正確性を結びつける、あるタイプの走査型赤外
熱電対プローブが好ましい。
図面の簡単な説明 図面では、一貫して、同様の部分には同様の参照符号
を付す。
図1Aは器械サブアッセンブリの部分斜視図であり、本
発明の試料測定カートリッジ温度制御システムを示す。
図1Bは図1Aに示すサブアッセンブリの分解斜視図であ
る。
図２は図1Aおよび1Bに示すシステムの一部分の拡大断
面図である。
図３は図４の実質的に３−３線に沿った断面図であ
る。
図４は図1Aおよび1Bに示すシステムの平面図である。
図５は本発明に係るカートリッジの電気化学セル中の
誘引外傷性温度刺激反応を含む試料溶液の温度制御を示
すコンピュータで作成したプロットである。
詳細な説明 いくつかの図面に示した器機サブアッセンブリは、血
液ガス分析のような分析的決定を行うためのより大きい
携帯用器械の部分である。該器械は、カートリッジに付
属する試料ポートへ注入される試料を受け入れて電気化
学的測定を行うように設計された調整済みの電気化学セ
ルを含む使い捨てカートリッジを使用する。カートリッ
ジを構成する一体的電気化学セルはセンサチップ上に搭
載され、同じくセンサチップ部材上に形成されることが
望ましい抵抗性加熱要素を含む。加熱要素への電気的入
力は走査赤外線熱電対のような非接触温度検出装置によ
りサーモスタット的に制御され、該検出装置はセンサチ
ップ外表面の温度を監視し、通常の温度制御回路を通し
て抵抗性加熱要素への入力を制御する。開示されている
特定の実施例は、勿論、当業者によってさらに広範に適
用されうるユニークな特徴および原理の単なる例示であ
る。
従って、図1Aおよび1Bは、斜視図としてかつ一部は模
式図として、取り外し可能なカートリッジおよびカート
リッジ受入れ保持装置と共に取り外し可能なカートリッ
ジのための温度制御システムを含み、より大きい装置と
一体となるべき器械サブアッセンブリを示す。該システ
ムは、参照符号10により一般的に示す器械サブアッセン
ブリハウジングを備え、それは当該ハウジングの開口ま
たは孔12を用いて、より大きい携帯用器械（図示せず）
の主たるボディに固定される。図1Bによって最も良く示
されるように、ハウジング10は、さらに、図示しない螺
子によって、電気コネクタまたは端子ブロック18を受入
れかつ保持するために接続ブロック16を備える。コネク
タ18は、参照符号22により一般的に示される取り外し可
能なカートリッジシステムを物理的に保持し、かつ必要
に応じて分析器械（図示せず）の主要部分と電気的に接
続する複数の電気的入力／出力端子20を有する。
コネクタ要素18は、周知の態様で作動する箱24で示さ
れた従来の温度制御回路に一対の導体26、28に接続され
ている。これを模式的に示す。温度制御システムに対す
る温度検出入力は、好ましくは赤外線走査熱電対装置の
形の非接触温度センサにより与えられるか、または温度
を迅速かつ正確に検出するプローブ30により与えられ
る。プローブ30はコンジット32により温度制御回路に接
続される。プローブから受け取られた信号は温度制御回
路により処理され、典型的には約37℃、すなわち体温の
如き応用例によって定められる設定セットポイント制御
温度に対応する値と比較される。
ハウジング10は、取り外し可能な試料用カートリッジ
システム22に嵌合しそれを滑動自在に受入れるように形
成された一対の一体的保持具34を備える。試料用カート
リッジは、図1Bの分解図に示されるように、勿論、頂部
部材40、センサチップ42およびベース部材44を含む。頂
部部材40はさらに、実験的に証明する目的のために温度
プローブを受入れるのに用いるポート46を含む。試料受
入れポートは参照符号47で示される位置にある。図２か
ら図４に示すように、頂部部材40は凹部を備え、それは
センサチップ42と共に、試料を保持すべき容積48を形成
する。チップ42はさらに参照符号50で示される複数の電
極を含みかつ曲折した抵抗加熱要素52を担持する。前記
加熱要素52はカートリッジ22の凹部54へのプラグイン時
にコネクタ18を用いて導線26および28に電気的に接続さ
れる。下部部材、すなわちベース部材44にはチップ42を
受け入れるように凹部が形成されており、さらにチップ
42の外表面を露呈するために外部窓となる中央開口56を
備える。前記開口56は、温度検出の目的でプローブ30が
チップ42の外表面60を直線的に臨むための開口58と一直
線に置かれる。
プローブ30は適当な走査赤外線センサあるいはこれに
類するものであってよい。例えば、マサチューセッツ州
ニュートンのエクサージェン社（Exergen Corporatio
n）からの発売に係るIR t/c が利用可能である。この
ようなプローブは、携帯用計測器械の製造に先立って製
造されかつ事前に定量検定され、観測表面温度を、例え
ば、37℃±0.2℃に、繰り返し、迅速かつ正確に制御で
きるように準備することができる。プローブ30により検
出された温度から作られる信号はコンジット32により制
御回路24へ伝達され、次いで、曲折した抵抗加熱要素52
のエネルギ出力を変更すべく導体26、28における電力を
周知の方法で制御する。
動作に際して、新しい使い捨てカートリッジは、開口
54中で電気接続が正しく行われ、カートリッジが耳部34
により所定の位置に保持されるように携帯用器械に挿入
される。この動作に関連して、温度制御システムが受け
部54へのカートリッジの挿入により自動的に付勢され
る。当該システムは所望の時間遅れ回路または他の付勢
装置を備えることができる。勿論、当該装置をインスツ
ルメント・スイッチ（図示せず）のような他の手段によ
り周知の方法で制御してもよい。
図５は、コンピュータで作成したグラフであり、好適
な実施例に従って、使い捨てカートリッジの電気化学セ
ル容積48の溶液温度を制御する本発明の温度制御システ
ムの能力を示す。プローブと温度制御回路は電気化学セ
ル中の溶液温度を、安定時、約37.5℃に制御すべく設計
されている。図５の時間−温度のプロットは、横軸に沿
う時間プロットで付勢後約10秒における装置の応答を示
す。図５のプロットのための温度データは、ポート46か
らセルに挿入された温度プローブにより得られた。プロ
ーブによって検出される実際の温度は、セル中の実際の
溶液温度を表すように、制御回路中で数学的に補償され
てもよい。挿入した温度プローブを用いている時間−温
度プロファイルはいかなる場合においても大変似通って
おり、システムの制御性能を表している。図５から諒解
されるように、温度は約25℃の環境温度から32秒のマー
クに示される約37.5℃の制御温度まで上昇した。約71秒
として示されているマークにおいて、ポート47から約5c
cの氷水を注入してシステムにショックを与えた。１〜
２秒以内に温度はサイクルの最低温度である約11℃に低
下した。その後の回復は極めて速く、約35秒以内に再び
約37.5℃の制御点に到達した。図５は、本発明に基づく
システムが所望の制御温度を回復する速度と、制御温度
が維持される正確性を適切に示している。
チップ42は、通常、温度制御を容易にし回復を速くす
るため、熱容量がかなり小さい薄いセラミックで作成さ
れる。接続導体を伴った曲折した抵抗加熱要素は、通
常、スクリーン印刷用の厚手フィルムか、または周知の
メタライジング技術の一つを用いてチップの表面に搭載
される。このような抵抗性ヒータは、パーマロイ（好適
には、ニッケル80％と鉄20％の組成を有する合金の一
種）のような任意の既存材料で作成してもよい。その材
料を好みの形状の厚いまたは薄いフィルムとしてデポジ
ットすればよい。チップ42それ自体は任意のセラミック
または他の適宜は誘電体材料であれば、それが電気化学
セルとなり、かつ本発明に係る加熱システムによる温度
制御の下に置かれる両面からする基準に合致する限り、
いかなる材料であってもよい。
以上、本発明を詳細に説明したが、それは特許法を遵
守し、かつ新規な原理を適用して実施例を望むままに組
立てかつ使用するために必要な情報を当業者に提供する
ためである。本発明は特別に異なった装置によりまた多
様な変形の下で実施可能であるが、それらは本発明自体
の範囲を逸脱するものではないことを理解すべきであ
る。
例えば、抵抗性加熱要素52は遠隔ミリメータ波発生装
置または他の放射加熱装置により置換することができ
る。勿論、本発明は、温度制御を必要とするが電気化学
セルを必要としない装置で使用してもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−128346（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−199218（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−287144（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−501873（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】携帯用診断システムのための使い捨てカー
    トリッジ試料採取ユニットの温度を制御する温度制御シ
    ステムであって、 試料容積を包含する手段と、 対向して配置された内面および外面を有するセンサ基板
    であって、該内面は前記試料容積に接触し、１以上の電
    気化学セル手段であってその中に置かれた試料に関して
    １種以上の測定を行うための電気化学セル手段を有し、
    前記センサ基板はさらに一体的な電気ヒータ手段を有す
    る、センサ基板と、 前記ヒータ手段に電気エネルギを伝導する電気導体手段
    と、をさらに備える使い捨てカートリッジと、 前記使い捨てカートリッジを着脱自在に受け入れて、よ
    り大きい携帯用診断装置に電気的に接続する装着手段
    と、 前記カートリッジへの直接接触または前記加熱要素への
    直接露呈をすることなく前記センサ基板の表面温度を検
    出し、かつ検出温度に関連する電気信号を生成する温度
    検出手段と、 ヒータ手段への電気的入力を前記検出温度に基づいて設
    定された制御温度に制御する制御手段と、 を備える温度制御システム。
  2. 【請求項２】前記温度検出手段が赤外線プローブであ
    る、請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】前記電気ヒータ手段がセンサ基板の１表面
    と一体的に構成されてなる抵抗ヒータである請求項１に
    記載のシステム。
  4. 【請求項４】前記電気ヒータ手段が厚膜抵抗であり、前
    記センサ基板が絶縁体チップである、請求項３に記載の
    システム。
  5. 【請求項５】温度検出が行われる前記表面は、前記電気
    化学セル手段を担持する面とは反対側の前記センサ基板
    の表面である、請求項１に記載のシステム。
  6. 【請求項６】温度検出が行われる前記表面は、前記厚膜
    抵抗を担持する面とは反対側の前記センサ基板の表面で
    ある、請求項４に記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記温度検出手段が赤外線プローブであ
    る、請求項４に記載のシステム。
  8. 【請求項８】前記温度検出手段が赤外線プローブであ
    る、請求項５に記載のシステム。
  9. 【請求項９】前記温度検出手段が赤外線プローブであ
    る、請求項６に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】前記温度制御装置が、前記使い捨てカー
    トリッジを前記装着手段に接続することにより付勢され
    る該温度制御装置を付勢する手段を備える、請求項１に
    記載のシステム。
  11. 【請求項１１】前記温度制御装置が、前記使い捨てカー
    トリッジを装着手段に接続することにより付勢される該
    温度制御装置を付勢する手段を備える、請求項６に記載
    のシステム。
JP50374994A 1992-05-21 1993-05-13 携帯用診断システムのための温度制御 Expired - Lifetime JP2730798B2 (ja)

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US886,616 1992-05-21
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