JP2989496B2 - サンプル液の定量分析方法 - Google Patents

サンプル液の定量分析方法

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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、本質的に溶媒が除去さ
れたサンプルを照射し、サンプルおよびサンプルキャリ
ヤーから拡散反射される照射線を検出することによる、
サンプル液の定量分析法に関する。

【0002】さらに、本発明は、サンプルキャリヤーに
のせられた本質的に溶媒が除去されたサンプルを照射
し、サンプルから放出される照射線が検出デバイスによ
り検出されるサンプル液の分析用システムを含む。さら
には、本発明は拡散反射する金属層がキャリヤー上に存
在する本発明のシステムに用いられるサンプルキャリヤ
ーを包含する。

【0003】

【従来の技術】サンプル中の物質についての情報をうる
ために、固体、薄層クロマトグラムまたは乾燥残渣を赤
外線で照射(illuminate)し、反射された照射線を分析
するサンプル液の定性分析法が当該技術分野において知
られている。ドイツ特許出願公開第42 33 321
号明細書の開示において、サンプル液をプラスチック製
キャリヤーに適用し、続いて乾燥する微量分析が記載さ
れている。この開示には、乾燥残渣の層の厚さをできる
限り大きく、かつできる限り平らな構造にしようとする
ことを目的とする測定が記載されている。記載されてい
るシステムを用いて乾燥残渣の一部のみを赤外線照射
し、正反射された照射線を分析する。照射線は乾燥残渣
の一部のみを通るので、乾燥残渣の正確に定められた大
きさ(dimensions)が保証されうるばあいにのみ定量分析
は可能となるが、実際にはきわめて時間もかかる。

【0004】さらに、液体の分析法において、たとえば
果汁をガラス繊維のフリース(glassfiber fleece)に適
用し、反射された赤外線の検出によって分析することが
当該技術分野において記載されている。このばあいに
は、照射線はフリースの上層を透過するのみである。こ
の方法では定量的な評価を経験的に較正しなければなら
ず、ガラス繊維のフリースの変化しうる微細構造は干渉
(interference)をひきおこすために、誤差の影響をうけ
やすい。また、スキャナーを用いて薄層クロマトグラム
の分析を行なうばあいでも、照射線はサンプルの正確に
きめられた部分を透過するわけではなく、経験的な較正
が必要である。

【0005】特表平2−15981号公報(WO90/
15981)はサンプル液が適用されるフィルター材料
(material)の乾燥に関する。乾燥残渣の均一性に不利な
影響を与える乾燥を行なう際に、サンプルの成分の調節
されない移動が生じるので、この出願では乾燥工程が中
心的な問題であった。特表平2−15981号公報に記
載された分析法では、照射線はサンプルの一部分のみを
透過し、よって前記分析法は定量微量分析には適してい
ない。

【0006】従来の技術は、サンプルから反射された赤
外線の測定を用いてサンプル液を定量分析するばあい
は、サンプル調製の際に複雑な測定が行なわれるばあい
にのみ可能である、という欠点を有している。とくに、
物質の混合物が存在するばあいに従来の技術で知られて
いる方法を用いても定量分析を適切に行なうことはでき
なかった。

【0007】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、既知の方法
の欠点をもたない乾燥されたサンプル液を定量分析する
ための方法およびシステムを提供することを目的とす
る。とくにサンプルの調製が分析結果に重大である必要
はなく、複雑な測定を要するものでもない。当然、既知
の方法における正確さが少量のサンプル容量に対しても
高められる。さらには、複数の分析物を同時に定量分析
することを可能とすることが本発明の目的である。

【0008】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定量のサン
プル液をサンプルキャリヤーの表面に適用する工程、溶
媒含量が20重量%未満である乾燥残渣をえるためにサ
ンプル液を乾燥する工程、乾燥残渣が円すい形の照射線
内に完全に位置されるように赤外線および/または可視
の範囲のスペクトルから円すい形の照射線で乾燥残渣を
照射する工程、乾燥残渣およびサンプルキャリヤーから
拡散反射された照射線を検出する工程、およびサンプル
液の1または複数の成分の濃度を計算するために検出さ
れた照射線を分析する工程からなるサンプル液の定量分
析方法、ならびに所定量のサンプル液をサンプルキャリ
ヤーの表面に適用する工程、溶媒含量が20重量%未満
である乾燥残渣をえるためにサンプル液を乾燥する工
程、乾燥残渣が円すい形の照射線内に完全に位置される
ように赤外線および/または可視の範囲のスペクトルか
ら円すい形の照射線で乾燥残渣を照射する工程、乾燥残
渣およびサンプルキャリヤーから正反射された照射線を
検出する工程、およびサンプル液の1または複数の成分
の濃度を計算するために検出された照射線を分析する工
程からなるサンプル液の定量分析方法を提供する。

【0009】前記方法の好ましい実施態様において、サ
ンプルキャリヤーの表面に50μlより小さい、好まし
くは0.1〜10μlのサンプル液を密着性の(cohere
nt)形態で適用する、サンプル液が体液である、使用す
る照射線が0.3〜25μmの範囲の波長を有する、使
用する照射線が2.5〜25μmの範囲の波長を有す
る、サンプル液が本質的にはサンプルキャリヤーの表面
に浸透することができない、複数の測定が同じ測定位置
で時間をおいて行なわれ、その測定結果から反応速度が
決定される、所定量のサンプルを適用し、続いて一部の
サンプル量、好ましくは50%より多いサンプル量をサ
ンプルキャリヤーから除去することにより、サンプルキ
ャリヤーの表面にサンプル液が適用される、サンプルの
適用および一部のサンプルの除去が同じデバイスで行な
われる、サンプルキャリヤーの表面にサンプル液が残る
ように、サンプルを吸収スタンプを用いて吸収するこ
と、サンプルキャリヤーの表面に該スタンプを押しあ
て、そして該表面から該スタンプを持ち上げることによ
り、サンプルキャリヤーの表面へのサンプル液の適用を
行なう、および/またはサンプル液の乾燥特性を変える
ために、サンプル液に界面活性剤、タンパク質または高
分子物質を添加する。

【0010】さらに本発明は、照射線が300nm〜2
5μmの範囲であり、集束のためのデバイス(focussing
devise)を有する照射線源、少なくとも部分的領域で入
射された照射線を拡散反射するまたは正反射するサンプ
ルキャリヤー、サンプルキャリヤーにサンプル液を適用
するためのドージングデバイス、サンプルから放出され
た照射線のための検出デバイスおよび検出デバイスのシ
グナルを分析するためのデバイスを有するサンプル液の
定量分析用システムであって、サンプルキャリヤー上の
乾燥されたサンプルが照射線源からの照射線によって完
全に覆われるように、サンプル液のドージングと集束
(forcussing)とが互いにつり合わされる定量分析用シ
ステムならびにサンプルキャリヤーの少なくとも1つの
表面が、反射層でコーティングされ、コーティングされ
た表面が200μmより小さく、好ましくは0.5〜5
0μmの平均深さの粗さ(roughness) を有することを特
徴とするサンプルキャリヤーを提供する。

【0011】前記システムの好ましい実施態様におい
て、サンプルキャリヤーが少なくとも部分的に金属でコ
ーティングされる、サンプル液の適用される表面が、用
いる照射線に対して少なくとも部分的に透明であり、該
表面の反対側に照射線を拡散反射するまたは正反射する
層が備えられる、サンプルキャリヤーが、200μmよ
り小さく、好ましくは0.5〜50μmの平均深さの粗
さを有する、サンプルキャリヤーが0.5μmより小さ
い深さの粗さを有する、サンプルキャリヤーがサンプル
液を吸収しうる1または複数のくぼみを有する、検出デ
バイスが各スペクトル範囲に対して1または複数の半導
体検出器を有する、検出デバイスが赤外顕微鏡である、
サンプルキャリヤーが複数のサンプル適用部位を有す
る、および/または試薬がサンプルキャリヤーの1また
は複数の部位に適用される。

【0012】前記サンプルキャリヤーの好ましい実施態
様において、粗さの平均深さが0.5μmより小さい、
1または複数のくぼみがサンプルキャリヤーの少なくと
も1つの表面に存在する、くぼみに試薬が置かれる、サ
ンプルキャリヤーの材料が0.3〜25μmの範囲の照
射線に対して少なくとも部分的に透明である、試薬が反
射層のコーティングの反対側に位置される、コーティン
グされた表面がなめらかなゾーンと粗いゾーンとからな
る、粗いゾーンが円形であり、1〜20mmの直径を有
する、および/または、サンプル適用のための表面に少
なくとも部分的に親水性コーティングおよび/または疎
水性コーティングが備えられる。

【0013】

【実施例】本発明は、所定量のサンプル液をサンプルキ
ャリヤーの表面に適用する工程、溶媒含量が20重量%
未満である乾燥残渣をえるためにサンプル液を乾燥する
工程、乾燥残渣が円すい形の照射線内に完全に位置され
るように赤外線および/または可視の範囲のスペクトル
ら円すい形の照射線で乾燥残渣を照射する工程、乾燥
残渣およびサンプルキャリヤーから拡散反射された照射
線を検出する工程、およびサンプル液の1または複数の
成分の濃度を計算するために検出された照射線を分析す
る工程からなるサンプル液の定量分析方法に関する。

【0014】さらに本発明は本発明の方法を行なうシス
テムおよび本発明のシステムで用いるのに適したサンプ
ルキャリヤーに関する。

【0015】本発明の方法では、少量のサンプル液をサ
ンプルキャリヤーの表面に適用し、続いてそれを乾燥す
る。サンプル液の適用はマイクロピペットで行なうこと
ができる。サンプル量としては好ましくは50μm未
満、とくに0.1〜10μmの間の量が用いられる。サ
ンプル液の乾燥残渣全体が分析されるので、この方法で
はサンプル量を最適にして用いる。

【0016】1μl未満のサンプル量は、充分に適切な
精度でかろうじてピペットで入れられうるのみである。
これは、表面張力(40〜70dyne/cm)および
粘度(1.2〜1.9cP)が広い範囲にわたって変化
するヒト血清などのサンプル材料(material)にとりわけ
当てはまる。ピペッティング操作は、比較的多量のサン
プル、たとえば10μlが適用され、液体が広がったの
ちに、大きい割合、たとえば9.5μlが吸引により除
去されサンプルキャリヤーにサンプルを適用するのに好
適であることがわかっている。

【0017】このばあいでは、結果をゆがめうる空気が
側面から吸い上げられないように、ドージング針(dosin
g needle) はキャリヤー表面に直接接触しなくてはなら
ない。吸引は、液体を適用したものと同じピペッティン
グ針を用いて行なうことができる。

【0018】記載したピペッティング操作によれば、き
わめて少量を正確にドージングすることが可能となり、
さらには本発明の分析方法に好適な比較的広く、平らな
サンプルスポットを生じる。

【0019】ドージング操作のさらなる実施態様では、
所定量のサンプルを適用し、数秒〜1分待ったのちに、
サンプルの大部分を吸引により除去する。この操作によ
ると、待ち時間の間にサンプルが適用された液滴の縁で
サンプルがすでに乾き始めるという利点がある。吸引後
に残っている液体残渣を乾燥する間に、分析にとくに好
適な乾燥残渣の構造が形成される。

【0020】少量のサンプル容量にする別の方法は、測
定部位から適用した過剰のサンプル液をとくに排出(dra
in off) することである。これは、たとえば毛細管現象
によって液体を吸収するサンプルキャリヤーのくぼみを
組み入れる(integrate) ことによって達成される。測定
部位に残っているサンプル液の量は、総サンプル容積か
らくぼみの容積を引くことにより決定される。

【0021】また、トランスファープリント法(transfe
r print method) も本発明の方法に必要である少量のサ
ンプル容量をドージングするために適する。この方法で
は、スタンプがサンプル液で湿らされ、そのスタンプが
調節された圧力でサンプルキャリヤーに押される。その
スタンプをサンプルキャリヤーからもち上げると、スタ
ンプの材料、適用する圧力、サンプル液およびキャリヤ
ーの材料によってある量のサンプルがキャリヤーに残
る。とくに、スタンプの材料およびサンプルキャリヤー
に適用される圧力は、適用される量のサンプルが所定の
値となるような方法で、実験により較正されうる。

【0022】スタンプ用にとくに考慮される材料として
は、綿−ウールスワブ、フェルトまたはフォームラバー
でコーティングされたパッドおよび液体に対して適した
吸収能を有するほかの材料があげられる。

【0023】本発明の範囲内でサンプル液として適する
液体は、乾燥後に固体残渣を残すものである。たとえ
ば、水のサンプル(water samples) 、分離工程でえられ
る画分、食物および自然産物でありうる。本発明の方法
では、たとえば血液、血漿、溶血産物(haemolysate) 、
血清、尿、唾液または涙液などが、臨床診断の分野にお
いてとくに有利に用いられうる。本発明の方法で分析さ
れうる分析物は、とくにグルコース、タンパク質、ホル
モン、グリセリド、脂質、酵素、薬学的薬剤および薬
物、そして電解質などの有機分子である。

【0024】サンプル液は消極的に乾燥することができ
る。すなわち1種の溶媒または複数の溶媒を蒸発するこ
とによって乾燥することができる。また、特定のデバイ
スによって積極的に調節することもできる。乾燥するこ
とは、たとえば、送風、加熱、真空(vacuum)またはマイ
クロ波照射線の適用によって達成されうる。

【0025】サンプルの乾燥はサンプルキャリヤーを振
動させながら好適に行なうこともできる。この方法では
乾燥残渣の高さについて好ましい影響を与えうる。さら
に乾燥残渣の形状に好ましい影響を与える可能性とし
て、サンプルに補助物質を加えることがあげられる。と
くに、界面活性剤などの界面活性物質およびタンパク質
も好ましいと示されている。また、乾燥時間は、乾燥し
たサンプルに変化がおこり再現性のない結果が出るとい
けないので、測定は約30分から最高5時間の時間帯で
行なわなければならない。

【0026】たとえば尿のばあいのように塩を含有する
サンプル液を分析するばあいには、結晶の形成を抑制す
るタンパク質やほかの高分子物質の添加がとくに勧めら
れる。

【0027】均一で密着性の乾燥残渣は前記補助物質の
添加によって達成されうる。

【0028】サンプル液に存在する溶媒は、異なる物質
の混合物でありうると同様に1種の物質でありうる。考
えられる溶媒としては、たとえば水、従来の技術で知ら
れている有機溶媒および無機溶媒である。本発明の意味
する溶媒とは、ほかの物質を溶解することのできる低分
子物質として一般的に理解される。「溶媒」という用語
は溶解を達成するために添加される物質に限定されず、
サンプルが天然に生じるばあいは、むしろ溶媒の機能を
果す物質をも包含する。

【0029】本発明の方法の利点は、広範に溶媒を除去
することであり、別の状況では分析物の吸収をすっかり
カバーするであろう照射線の妨害吸収(interfering abs
orptions)がこのように溶媒を除去することにより大き
く排除される。

【0030】本発明では、サンプル液を完全には乾燥せ
ず、部分的にのみ乾燥する。約1〜20%の溶媒含量の
残渣が好適である。完全に乾燥すると、再現性のある分
光試験を妨げる無定形の粉末が形成される。

【0031】前記の乾燥法のうちの1つによりえられる
乾燥残渣の形態は、定量分析を妨げることなく、本発明
の方法における広い限度内で変化しうる。したがって、
たとえば表面をなめらかにするために乾燥残渣をプレス
したり、または鋳型にプレスしたりするような特別な測
定は必ずしも必要ではない。このことは、乾燥残渣の形
態が乾燥方法やサンプル液のタイプに相当依存してお
り、部分的に調節されうるのみであるということと同様
に重要なことである。しかしながら、液体が広がること
を限定するために、または特定の形態の乾燥残渣が好都
合にえられる乾燥法を用いるために、くぼみにあるサン
プル液を乾燥することは本発明の利点ともなりうる。

【0032】本発明の様相として主要なものに、サンプ
ル液が乾燥のために適用されるサンプルキャリヤーの表
面がある。本発明のサンプルキャリヤーの表面は、本質
的にはサンプル液がそこへ浸透できないように作製され
る。しかしながら、実際の表面はいずれもある多孔性を
有するので、液体は常にわずかながら表面へ浸透する。
本発明では低い多孔性により、測定ビームによる照射か
らほんのわずかの量のサンプル液(たとえば1%より小
さい)が取り除かれるのみの表面が用いられる。

【0033】前記表面は、たとえば金属製または金属で
コーティングされたプラスチック製の表面でありうる。
第1の変形では、サンプルキャリヤーの表面は測定する
照射線を拡散反射するように作製される。このような表
面は、アルミニウム、銀、プラチナ、金などの金属また
は真鍮などの合金の表面をそれらが顕微鏡的に平らであ
るが、平均深さ約0.5〜200μmの粗さを有するよ
うに処理することによりえられうる。このような深さの
粗さは、たとえば適する粒子サイズを有する砂でそれぞ
れの表面をサンドブラストすることによって、または研
摩材料で表面をざらざらにすることによって達成するこ
とができる。本発明では、良好に反射し、たとえばクロ
ム、銀、プラチナおよびとくには金からなる金属の薄層
が粗い基体上にコーティングされている表面が、サンプ
ルキャリヤーの表面として好ましい。金属層は蒸発によ
り析出されるかまたはスパッタされるために通常きわめ
て薄いので、キャリヤー材料は測定する照射線が拡散反
射するのを確実にするように常に粗さを有していなけれ
ばならない。粗さの好ましい平均深さは約0.5〜50
μmの範囲である。

【0034】一方、本発明では0.5μm未満の平均深
さの粗さもまた好適でありうることがわかった。これ
は、反射する照射線の強度の増加をもたらす、散乱させ
るセンター(scattering center) の数が多くなるからで
ある。分析の問題に対して、測定の感度および精度が最
適となるように、表面の粗さの深さ、反射される照射線
の検出角度(表面に対する垂線について)および放たれ
る照射線の強度をマッチさせうる。

【0035】さらには、本発明の方法は正反射される照
射線を用いて行なうことができることも明らかになっ
た。このばあいの本発明の実施態様では、すでに記載し
たような表面を用いるが、それらの平均深さの粗さは有
意な分散が生じないほど小さいものを用いる。金、銀、
プラチナまたは真鍮の金属コーティングがとくに適す
る。

【0036】正反射された照射線を分析する分析法で
は、表面に対する垂線から5〜85°未満の角度で照射
線を放ち、同じ角度で反射された照射線を検出する。イ
ンテグラルな測定(integral measurement)を可能にす
るために、キャリヤー表面上のサンプルスポットが入射
線(incident radiation)により完全に覆われることも本
発明の実施態様では重要である。正反射する表面を用い
るこの実施態様ではほかの工程は拡散反射を用いる測定
の工程に対応する。したがって、本発明には以下の方法
もまた含まれる。すなわち、本発明は所定量のサンプル
液をサンプルキャリヤーの表面に適用する工程、溶媒含
量が20重量%未満である乾燥残渣をえるためにサンプ
ル液を乾燥する工程、乾燥残渣が円すい形の照射線内に
完全に位置されるように赤外線および/または可視の範
囲のスペクトルから円すい形の照射線で乾燥残渣を照射
する工程、乾燥残渣およびサンプルキャリヤーから正反
射された照射線を検出する工程、およびサンプル液の1
または複数の成分の濃度を計算するために検出された照
射線を分析する工程からなるサンプル液の定量分析方法
に関する。

【0037】キャリヤーの材料は前記金属または合金の
いずれかからなりうるかまたはポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリ
スチレンなどのプラスチックからもまた製造されること
ができる。プレスされるか鋳込まれるサンプルキャリヤ
ーまたはキャリヤー材料は製造工程のなかで適した表面
の粗さを直接的に提供されうる。

【0038】本発明のさらなる実施態様では、サンプル
キャリヤーは少なくとも部分的には用いる照射線が透過
できるように作製される。この適用にはたとえば、赤外
線の範囲ではCaF2 、ZnSe、ポリエチレンおよび
ペルフルオロポリエチレンが考えられる。可視範囲のス
ペクトルにおける測定では、ガラス、ポリスチレンおよ
びポリアクリレートなどの材料が考えられる。照射線を
透過するキャリヤーの下側は、前記材料を用いる金属コ
ーティング(metallization) により拡散反射または正反
射が可能となる。この実施態様のサンプルキャリヤーで
は、反射層と試薬層とがキャリヤーにおいて反対側に位
置することができ、したがって反射層が腐食薬と直接接
触しないので、とくに試薬のコーティングに用いること
ができる。

【0039】本発明の方法を行なうためには300nm
〜25μm、好ましくは2.5〜25μmの照射線の波
長を用いることができる。赤外線を表すこの照射線の範
囲は赤外線範囲の周囲も含むことを意味する。前記のタ
イプの照射線を発し、集束することは従来の技術におい
て適切に記載されている。連続スペクトルを有する照射
線源を用いることができる。しかしながら、本発明の範
囲においてビーム線を集束することを乾燥残渣の大きさ
につり合わせるということは明らかである。サンプルキ
ャリヤーの表面上の乾燥残渣の大きさは、サンプル液の
タイプと表面の特質に依存する。本発明では測定の間乾
燥残渣は完全に照射される照射線ビームの中に存在す
る。これによってインテグラルな測定が可能となる。

【0040】インテグラルな測定とは、乾燥残渣の全体
が照射され、乾燥残渣からまたはキャリヤーから反射ま
たは散乱された照射線の少なくとも一部分が、測定アレ
ンジメントによって決められた空間角度(spatial angl
e) で検出されることとして考えられる。拡散反射また
は正反射する表面と組み合わせたインテグラルな測定に
よって定量分析測定が可能になる。

【0041】検出器としては、用いる波長の範囲のため
の従来から知られている検出器が照射線の検出に適して
いる。たとえば、液体チッ素またはペルチエ要素(Pelti
er elements)で冷却されうる半導体検出器も適する。水
銀−カドミウム−テルル化物検出器または重水素化され
た硫酸トリグリシン(deuterated triglycine sulfate)
を用いる検出器が好ましく用いられうる。本発明では乾
燥残渣全体からの照射線が検出器を通過する。所望によ
り、たとえば放物面鏡または集束レンズのような集束す
るためのデバイスをその間に置くことも可能である。赤
外顕微鏡も使うことができるが、本発明では乾燥残渣お
よびキャリヤーから拡散反射されたまたは正反射された
照射線を捕獲するために、通常はコレクティングデバイ
ス(collecting device) を前に置かなければならない。
乾燥残渣から放出された照射線のほんの一部が捕獲され
るばあいも本発明には適するが、該照射線は乾燥残渣全
体からの代表的な寄与から構成されなければならない。

【0042】照射線の発生および検出は古典的な格子
(classical grating)またはプリズムの分光計で達成さ
れうる。しかしながら、従来から知られるフーリエ変換
分光計が好ましい。

【0043】本発明の方法では、実質的に溶媒が除去さ
れた分析サンプルの薄層が表面に存在する。薄い層の厚
さのサンプルによって、用いられる測定ビームが測定の
定量的評価に決定的に重要となるサンプルのすべての層
を透過することが可能となる。本発明によるデバイスに
おいて測定するビームは、サンプルキャリヤーの反射す
る表面で偏光(deflect) される前に、サンプル内で数回
散乱され、ばあいによってはサンプルにおいてさらに多
数に散乱されたあと、そこから検出器に達する。効果的
な光路(light pass)がサンプル内で増加するので、伝達
アレンジメントに比べてシグナル収量における増加がこ
れによって導かれる。さらに、反射するサンプル表面を
粗くすることによって拡散された照射線の収量が増加す
る。

【0044】サンプルから実質的に溶媒が除去されるこ
とによって測定の感度はさらに増加する。この方法によ
ると1または複数の溶媒による妨害となる照射線の吸収
(interfering radiation absorptions) が減少する。感
度の増加も引き起こす溶媒の蒸発のために乾燥残渣中の
成分が濃縮されるということはさらなる効果である。

【0045】化学測定法を用いてえられたスペクトルを
分析することにより、多成分分析を行なうことができ
る。化学測定法は従来から知られており、たとえばパー
シャル−リースト−スクエアーズ(Partial-least-squar
es) (PLS)法、主成分回帰(principle component r
egression)(PCR)およびニューロナルネット(N
N)などの多成分分析を行なうために用いられうる。混
合物中の1または複数の分析物を測定するための可能な
評価法は、たとえばデー・ハッランド(D. Haaland)著
のソサエティ・オブ・フォト・オプティカル・インスト
ルメンテーション・エンジニアー(Society of Photo O
ptical Instrumentation Engineers(SPIE))第1575
巻、第8回国際フーリエ変換分光法会議、1991年、
87〜95頁(vol. 1575, 8th International Confere
nce on Fourier Transform Spectroscopy (1991) pages
87-95)に記載されている。本発明の方法の利点は、化
学測定法を用いると2つまたはそれより多くの複数の分
析物が同時に検出されうるということである。

【0046】本発明はまた、サンプル液の定量分析用シ
ステムを包含し、そのシステムは照射線が300nm〜
25μmの範囲である照射線源、少なくとも部分的な領
域では照射線を拡散反射するサンプルキャリヤー、サン
プル液をサンプルキャリヤーに適用するドージングデバ
イス、サンプルから放出される照射線のための検出デバ
イスおよび検出デバイスのシグナル用評価デバイスから
なり、サンプル液のドージング、サンプルキャリヤーお
よび集束が、サンプルが照射線源からの照射線により完
全に覆われるようにつり合わされることにより特徴づけ
られる。

【0047】本発明のシステムでは、集束およびドージ
ングがつり合わされる。赤外線または可視範囲の照射線
の集束は、CaF2 、KCl、KBrおよび他の材料か
らなるレンズが測定されるスペクトル範囲において適す
る透過性を有する赤外線範囲で用いられなければならな
い、レンズシステムおよび絞りを用いて達成されうる。

【0048】本発明に重要な要件、すなわち照射線源か
らの円すい形の線内にサンプルが完全に位置するという
ことは、サンプルの大きさを適当に限定することによっ
て達成されうる。これは、テストキャリヤーに当たる円
すい形の線よりも小さいテストキャリヤーの表面上のあ
る領域を占める、少量のサンプル液を適用することによ
ってのみなされうる。適用される液体によって占められ
る領域は液体のタイプと、とくにその粘性および表面張
力による一方、他方では表面の性状にも依存する。した
がって、表面はその特性を変えるために処理されうる。
テストキャリヤーの表面は、サンプル液が適用されるく
ぼみを有するように、機械的に修飾されうる。たとえ
ば、くぼみはテストキャリヤーの表面に対して垂直に形
成される縁(edge)または傾斜している縁を有することが
できる。また、球状のセグメントまたはパラボロイドセ
グメントの形態でくぼみを有することも可能である。

【0049】サンプルキャリヤーのとくに好ましい実施
態様は、選ばれた部位が粗くされているなめらかな表面
を有する。粗くされたゾーンは好ましくは円形状を有
し、測定ビームの照射線の円すい形よりもいく分小さ
い。このサンプルキャリヤーの実施態様は、サンプル液
の広がりを粗くしたゾーンに限定するという利点を有す
る。したがって、比較的多量のサンプルを小さい表面ゾ
ーンに適用することも可能であり、これによって円すい
形の照射線中で調べられる物質の濃度を高濃度にするこ
とが可能となる。サンプルキャリヤーの好ましい実施態
様では、粗くされたゾーンは1〜20mmの直径を有す
る。

【0050】キャリヤー上のサンプル液の広がりは、表
面が適切にコーティングされたキャリヤーによってもな
されうる。サンプル液を受けるよう意図されたゾーンは
親水的にコーティングされうる。同様に、サンプルの適
用ゾーンの周囲を疎水性コーティングを行なうことより
サンプルの広がりを限定することも可能である。たとえ
ば、ポリテトラフルオロエチレンのマスクを噴霧するこ
とができるが、これは水性のサンプル液に対する疎水性
のバリヤーである。

【0051】チオール基は金表面とよく結合するので、
末端にチオール基で有するアルキル鎖は金の表面をコー
ティングするのに適する。親水性のコーティングのため
には、たとえば硫酸基、リン酸残基またはカルボキシル
基を有するアルキル鎖を用いる。疎水性コーティングの
ためには、より長いアルキル鎖または有機残基を有する
アルキル鎖が好ましく用いられる。表面のコーティング
形成および適する物質については、たとえばサイエン
ス、252巻、1164〜1167頁と同様にジャーナ
ル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイティ(J. Am.
Chem. Soc. )、111巻、321〜335頁(198
9)に記載されている。

【0052】置換されてもよいアルキル鎖を表面に結合
するほかの方法は、金属の表面に直接結合する反応性の
中間体を放出する光反応を用いる方法である。

【0053】円すい形の照射線が乾燥残渣を完全に覆
い、通常ではサンプルキャリヤーの表面の乾燥残渣に隣
接する位置も照射するので、実際には検出されるシグナ
ルがキャリヤー表面上の情報を含まないようにするのは
不可能であろう。分析に重要なスペクトル領域(spectra
l regions)においていかなる妨害(interference)も引き
起こさない材料が、サンプルキャリヤーおよびとくには
その表面のために選ばれうる。前記材料が測定に用いる
波長の範囲で一定の吸収をするばあいは、これは測定さ
れるスペクトルから差し引くことができる。とくに、適
用されるコーティングは単一分子であり、そのために測
定されるシグナルへのそれらのかかわりは無視しうるの
で、記載された表面のコーティングは重大な妨害シグナ
ル(interfering signal)を示さない。

【0054】さらに本発明はえられる少なくとも1つの
表面が200μmより小さい、好ましくは0.5〜50
μmの深さの粗さを有するということにより特徴づけら
れるキャリヤーの少なくとも1つの表面に反射層が適用
されるサンプルキャリヤーに関する。

【0055】本発明では、サンプル液を適用する表面が
光を拡散反射するということが重要である。本発明の深
さを有する粗さは研摩剤、サンドブラスト、エッチング
などで表面を処理することにより作られうる。前述のよ
うに、サンプルキャリヤーはキャリヤー材料およびそれ
らに適用される反射層からなりうる。

【0056】さらなる例示において検出される分析物と
特徴的な方法(manner)で反応する異なる試薬がサンプル
キャリヤーに位置する。これらの試薬は好ましくはサン
プルキャリヤーのくぼみに位置する。とくに重要なこと
は、酵素、電解質、ホルモン、タンパク質およびほかの
分析物に対する試薬を加えることで、きわめて低濃度で
のみ生じる分析を行なうことができるということであ
る。酵素のばあいでは、順番に検出される色素(dyes)を
放出するために、たとえば酵素活性が利用されうる。

【0057】本発明の方法は、反応速度、とくに酵素反
応の反応速度の測定にも適する。これは、たとえば試薬
または酵素が置かれた、表面がコーティングされたサン
プルキャリヤーを用いてその表面上で行なうことができ
る。サンプル液が適用されると、試薬または酵素が溶解
し、サンプルの成分と反応する。反応速度を決定するた
めに、本発明の方法にしたがって一定間隔でくり返し測
定を行ない、これから試験された反応の速度が決定され
る。サンプル液がキャリヤー上で部分的に乾燥している
ばあいでも、反応速度が決定されうることがわかってい
る。

【0058】試薬がサンプルキャリヤー上で用いられる
ばあいには、このような実施態様としては試薬が不活性
なキャリヤーの層に置かれるサンプルキャリヤーが好ま
しい。たとえば、キャリヤー材料としてプラスチックが
用いられるのであれば、試薬の作用による金属コーティ
ングの腐食を防ぐために、好ましくは試薬の反対側にサ
ンプルキャリヤーの金属コーティングが設けられる。

【0059】すでに記載した、サンプル液が浸透できな
いかまたは実質的にはほとんど浸透しないサンプルキャ
リヤーに加えて、サンプル液が浸透する吸収層を有する
サンプルキャリヤーも本発明では用いることができる。
円すい形の照射線で覆われるサンプルの量が明確に定め
られた値であると考えることは定量的な評価には重要で
ある。これは、測定するビームの吸収層への透過の深さ
に再現性があり、測定するビームで覆われている領域の
サンプル容量にもまた再現性のあるばあいには、吸収層
のばあいでも達成されうる。たとえば血中グルコース用
テストストリップの分野では、サンプル液が適用される
と所定量の液体が吸収され、過剰の液体が隣接する吸収
層に移る吸収層が知られている。このアレンジメント
は、たとえば上層が所定量の液体を吸収することがで
き、この層の下に光学的バリヤー層、たとえば二酸化チ
タンの光学的バリヤー層が位置し、この下に過剰のサン
プル液を吸収する第2の吸収層が設置されている多層の
テストストリップが用いられるものでありうる。このよ
うなアレンジメントは、たとえば欧州特許第04348
00号明細書(EP-B-O 434800)によって知られている。

【0060】吸収層を有する前記アレンジメントを用い
ると、ピペットで入れられた量から少量のサンプルを分
離することができる。かろうじてピペットで入れられう
るより少量のサンプルは、本発明の分析方法を用いても
良好に分析されることができるので有利である。したが
って、吸収層を有する適切なアレンジメントによれば定
量分析が可能となる。

【0061】さらに好ましいサンプルキャリヤーの実施
態様は、液体を吸収するためのリザーバーと連結してい
るサンプル適用ゾーンを有する。サンプル適用ゾーンと
は、好ましくはチャンネルを経由してリザーバーと連結
している照射線にアクセス可能な(accessible)サンプル
キャリヤーにおけるくぼみである。このばあいには、リ
ザーバーに存在する液体は照射線にアクセス可能ではな
いということが決定的に重要である。たとえば、リザー
バーがキャリヤーの表面上のくぼみであるが、円すい形
の照射線には覆われないばあいがあげられる。

【0062】リザーバーを有する前記サンプルキャリヤ
ーの実施態様は、ピペットでは不正確にかろうじてピペ
ットで入れられうるような少量を、容易にドージングで
きるサンプル容量から分析のために分離することが可能
となるので、好都合である。

【0063】図1は乾燥残渣およびサンプルキャリヤー
からの拡散反射を測定するためのアレンジメントを示
す。なお、図1は、あくまでも光線の到達状況を模式的
に示した図であり、本発明に関して照射線が平行光線で
あることに限定するものではない。乾燥残渣1は表面全
体が金属でコーティングされた粗くされたサンプルキャ
リヤー2上に位置している。照射線源3により放出され
た照射線のビームは、乾燥残渣1の上方にある凹面鏡4
の開口部を通過する。照射線は乾燥残渣からおよび表面
から拡散反射され、検出器5の上方にある凹面鏡4によ
って反射される。照射線源3から放出された照射線のビ
ームは広範に及ぶので乾燥残渣1を完全に覆い、サンプ
ルキャリヤー2の一部分をも照射する。

【0064】図2aおよび2bは、本発明のシステムに
用いられうるサンプルキャリヤー10を示す。約200
nmの厚さを有する金の層をポリスチレン製のキャリヤ
ー材料の上にスパッターする。サンプルキャリヤーの中
央にあるくぼみ11は直径2.5mm、深さ0.5mm
を有する。キャリヤー材料は約5μmの平均深さの粗さ
を有する。

【0065】図2cでは複数のくぼみ11を有するサン
プルキャリヤー10が示されている。このアレンジメン
トは、たとえば複数のヒトの血液サンプルを分析するば
あいまたは1つのソースからのサンプル材料を異なる複
数の試薬と混合するばあいに好都合である。

【0066】図3はサンプルキャリヤーの異なる実施態
様を示す。図3aおよび3dのサンプルキャリヤー20
は金から作られた金属のフィルム22が適用されるポリ
スチレン製のキャリヤー層21を有する。サンプルキャ
リヤーのくぼみ23は不活性物質、たとえば二酸化チタ
ンまたはシリカゲル製の吸収層で満たされる。吸収層は
サンプル中の拡散散乱を増大するのと同様に液体の均一
な広がりを達成するために働く。吸収層は薄いので、用
いられる照射線が透過することができる。

【0067】図3bおよび3eは金のフィルム32がポ
リスチレン製のキャリヤー層31に位置するサンプルキ
ャリヤー30を示す。二酸化チタン製の薄い吸収層33
は金のフィルム32上にエレベーションとしてかぶせら
れる。サンプル液の広がりはこの層の吸収特性によって
エレベーションの領域に限定される。

【0068】キャリヤー材料に試薬を有する本発明の実
施態様では、たとえば試薬が吸収層に埋め込まれ、そこ
に固定されることができる。サンプルが適用されると、
いっせいに広がり、試薬との混合がおこる。反射する金
属層は、このばあい少なくとも部分的には透明なキャリ
ヤーの吸収層の反対側に位置することが好ましい。

【0069】図3cおよび3fではサンプルキャリヤー
40のさらなる実施態様が示されている。キャリヤー層
41はポリスチレン製であり、金のフィルム42がそこ
に適用される。ポリテトラフルオロエチレンの層43は
金のフィルム42上に位置され、サンプル液が適用され
うる凹部44を有する。ポリテトラフルオロエチレンは
強い疎水性の特性を有するので、親水性のサンプル液は
凹部44を越えて移動することはできない。

【0070】以下に実施例をあげて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるもの
ではない。

【0071】実施例1 血清中のグルコース測定についての比較 ディスペンサーを用いて血清サンプルから5μlの血清
を吸引した。吸引した5μlのうちの1μlを、約5μ
mの平均深さの粗さを有するサンプルキャリヤーの平ら
で拡散反射する表面の直径2.5mm、深さ0.5mm
のくぼみにピペットで入れた。サンプルキャリヤーの材
料は金めっきの真鍮であった。サンプルキャリヤーを3
0分間室温で放置し、その結果液滴を乾燥した(乾燥残
渣の溶媒含量:5%未満)。乾燥残渣を図1のアレンジ
メントを含むシステムを用いる拡散反射で統合的に(int
egrally)に測定した。

【0072】グルコース濃度測定は、PLS(パーシャ
ル−リースト−スクエアズ)法が適用される950〜1
200cm-1波数の間のスペクトルから領域を選択し
た。

【0073】図4はグルコース測定の方法を比較したデ
ータを示す。対照の方法(ヘキソキナーゼ法)の濃度
(mg/dl)をX軸にとった。PLS法によるIRス
ペクトルから決定されたグルコース用予測モデルをY軸
にとった。黒い点は予測モデルを発展させるために用い
た較正を示す。白い点は、較正データのセットの一部で
はなく、スペクトルにもとづいて予測された未知のサン
プルを示す。直線の白いまるの偏差はこの方法の正確さ
(accuracy)の印象を示す。

【0074】未知のサンプルのための予測の正確さは古
典的な酵素法に匹敵する。

【0075】実施例2 血清中のトリグリセリドの測定についての比較 任意の血清サンプルからディスペンサーによって5μl
の血清を吸引した。吸引した5μlのうちの1μlを、
直径2.5mm、深さ0.5mmのくぼみにピペットで
入れた。キャリヤーの材料は、約5μmの平均深さの粗
さを有する金めっきした真鍮である。サンプルキャリヤ
ーを30分間、液滴が乾燥するまで室温で放置した(乾
燥残渣の溶媒含量:5%未満)。そののち、適用した血
清サンプルを図1のアレンジメントを含むシステムを用
いる拡散反射で統合的に測定した。えられたスペクトル
を、1700〜1800cm-1の間に加えて2800〜
3080cm-1の間の波数の範囲で分析し、これからP
LS法を用いて予測モデルを確立した。

【0076】図5には、GPO−PAP法を用いるヒタ
チ(Hitachi) 704臨床アナライザー(日立社製)にお
ける対照の測定と比較してトリグリセリドを測定したデ
ータを示す。黒点は予測モデルを発展させるために用い
られた較正サンプルである。白点は、予測モデルにもと
づいてY軸にえられた未知のサンプルの濃度を示す。こ
の本発明にしたがいPLS法を用いて行なわれた方法の
精度は、古典的な酵素法を用いて行われた方法の精度と
匹敵する。

【0077】実施例3 毛細血管血中のグルコースの試薬を用いない測定につい
ての比較 図6、図7および図8は本発明の方法によって測定され
たグルコースとヒタチ(Hitachi) 704臨床アナライザ
ー(日立社製)を用いたばあいとの比較を示す。本発明
による測定では、調製したサンプルを約0.5〜1μm
の平均深さの粗さを有する金めっきっした真鍮のキャリ
ヤーに適用し、標準の室内条件下で乾燥した。分析には
960〜1200cm-1の波数が選択された。分析は
「パーシャル−リースト−スクエアズ(PLS)」法に
したがって多変量統計を用いて行なわれた。

【0078】図6は本発明の方法を較正するために用い
られた毛細血管血の測定値を示す。プロットされた線か
らの測定点の小さな偏りによって用いた方法が良好に一
致することがわかる。図中の縦軸にはスペクトルを分析
物の濃度に適合させるPLS法によりえられた濃度を示
す。

【0079】図7は未処理の毛細血管血に対する対照の
測定法と本発明の方法とを比較したものである。測定は
未知の濃度のグルコースを有するサンプルを用いて行な
われ、図6で示された予測モデルを用いて分析した。本
発明の方法と対照の測定法との間に明らかな相関関係が
みられうる。

【0080】図中、縦軸には図6で示された予測モデル
により予測されるグルコース濃度が示される。

【0081】図8は一連の溶血産物の測定結果を示す。
溶血は全血に精製水を添加することによって行なった。
このことによって細胞の成分が放出される方法において
細胞のバーストをおこした。溶血産物は、遠心分離を用
いて細胞の破片を除去することによって処理されたサン
プルから単離した。測定は未知の濃度のグルコースを有
する溶血された毛細血管血で行なった。この測定も対照
の測定方法と明らかな相関関係を示す。

【0082】図中、縦軸には図6で示された予測モデル
により予測されるグルコース濃度が示される。

【0083】

【発明の効果】本発明によれば、サンプルの調製が分析
結果に影響を与えることなく、複雑な測定を要せずに少
量のサンプル液から分析物を正確に定量分析する方法を
提供するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図1】拡散反射における測定のためのアレンジメント
を説明する概略図である。

【図2】単純な構成のサンプルキャリヤーを示す図であ
る。

【図3】サンプルキャリヤーの拡張された図である。

【図4】ヒト血清中のグルコース濃度についての本発明
による分析方法と従来の測定法よりえられたデータを比
較したグラフである。

【図5】ヒト血清中のトリグリセリド濃度についての本
発明による分析方法と従来の測定法よりえられたデータ
を比較したグラフである。

【図6】毛細血管血中のグルコース濃度についての本発
明による分析方法と従来の測定法よりえられたデータを
比較した較正のためのグラフである。

【図7】未処理の毛細血管血中のグルコース濃度につい
ての図6で示された予測モデルにより予測される濃度と
従来の測定法よりえられたデータを比較したグラフであ
る。

【図8】溶血された毛細血管血中のグルコース濃度につ
いての図6で示された予測モデルにより予測される濃度
と従来の測定法よりえられたデータを比較したグラフで
ある。

【符号の説明】

1 乾燥残渣 2 サンプルキャリヤー 3 照射線源 4 凹面鏡 5 検出器 10 サンプルキャリヤー 11 くぼみ 20 サンプルキャリヤー 21 キャリヤー層 22 金属フィルム 23 くぼみ 30 サンプルキャリヤー 31 キャリヤー層 32 金属フィルム 33 吸収層(エレベーション) 40 サンプルキャリヤー 41 キャリヤー層 42 金属フィルム 43 疎水性層 44 凹部

フロントページの続き (72)発明者 ユエルゲン バックハウス ドイツ連邦共和国、デー−68535 エデ ィンゲン−ネカーハウゼン スタレンベ ッヒ 11 (72)発明者 ラインホールト ミシュラー ドイツ連邦共和国、デー−67063 ルー トビッヒシャーフェン ジーゼルシュト ラーセ 3 (56)参考文献 特開 平1−196539(JP,A) 特開 平4−283651(JP,A) 特開 平2−22428(JP,A) 特開 昭63−139253(JP,A) 特開 平4−249736(JP,A) 特開 平3−94165(JP,A) 特開 平4−119965(JP,A) 実開 昭48−6890(JP,U) 実開 昭60−106165(JP,U) 特表 平4−506402(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定量のサンプル液をサンプルキャリヤ
    ーの表面に適用する工程、 溶媒含量が20重量%未満である乾燥残渣をえるために
    サンプル液を乾燥する工程、 乾燥残渣が円すい形の照射線内に完全に位置されるよう
    に赤外線および/または可視の範囲のスペクトルから円
    すい形の照射線で乾燥残渣を照射する工程、 乾燥残渣およびサンプルキャリヤーから拡散反射された
    照射線を検出する工程、およびサンプル液の1または複
    数の成分の濃度を計算するために検出された照射線を分
    析する工程からなるサンプル液の定量分析方法。
  2. 【請求項2】 所定量のサンプル液をサンプルキャリヤ
    ーの表面に適用する工程、 溶媒含量が20重量%未満である乾燥残渣をえるために
    サンプル液を乾燥する工程、 乾燥残渣が円すい形の照射線内に完全に位置されるよう
    に赤外線および/または可視の範囲のスペクトルから円
    すい形の照射線で乾燥残渣を照射する工程、 乾燥残渣およびサンプルキャリヤーから正反射された照
    射線を検出する工程、 およびサンプル液の1または複数の成分の濃度を計算す
    るために、検出された照射線を分析する工程からなるサ
    ンプル液の定量分析方法。
  3. 【請求項3】 サンプルキャリヤーの表面に50μlよ
    り小さい、好ましくは0.1〜10μlのサンプル液を
    密着性の形態で適用する請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 所定量のサンプルを適用し、続いて一部
    のサンプル量、好ましくは50%より多いサンプル量を
    サンプルキャリヤーから除去することにより、サンプル
    キャリヤーの表面にサンプル液が適用される請求項1ま
    たは2記載の方法。
  5. 【請求項5】 サンプルキャリヤーの表面にサンプル液
    が残るように、サンプルを吸収スタンプを用いて吸収す
    ること、サンプルキャリヤーの表面に該スタンプを押し
    あて、そして該表面から該スタンプを持ち上げることに
    より、サンプルキャリヤーの表面へのサンプル液の適用
    を行なう請求項1または2記載の方法。
  6. 【請求項6】 サンプル液の乾燥特性を変えるために、
    サンプル液に界面活性剤、タンパク質または高分子物質
    を添加する請求項1または2記載の方法。
  7. 【請求項7】 照射線が300nm〜25μmの範囲で
    あり、集束のためのデバイスを有する照射線源、 少なくとも部分的領域で入射された照射線を拡散反射す
    るまたは正反射するサンプルキャリヤー、 サンプルキャリヤーにサンプル液を適用するためのドー
    ジングデバイス、 サンプルから放出された照射線のための検出デバイスお
    よび検出デバイスのシグナルを分析するためのデバイス
    を有するサンプル液の定量分析用システムであって、 サンプルキャリヤー上の乾燥されたサンプルが照射線源
    からの照射線によって完全に覆われるように、サンプル
    液のドージングと集束とが互いにつり合わされる定量分
    析用システム。
  8. 【請求項8】 サンプルキャリヤーが、200μmより
    小さく、好ましくは0.5〜50μmの平均深さの粗さ
    を有する請求項7記載のシステム。
  9. 【請求項9】 サンプルキャリヤーが0.5μmより小
    さい深さの粗さを有する請求項7記載のシステム。
  10. 【請求項10】 サンプルキャリヤーの少なくとも1つ
    の表面が、反射層でコーティングされ、コーティングさ
    れた表面が200μmより小さく、好ましくは0.5〜
    50μmの平均深さの粗さを有することを特徴とするサ
    ンプルキャリヤー。
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