JP3369564B2 - 温度安定性のある流体較正システム - Google Patents
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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、パッケージ化され、温度安定性の
ある標準化乃至較正装置に関する。さらに詳細には、対
象成分（species of interest）が溶解した可逆的な補
償用リザーバ、あるいは独立した温度依存源を設けて、
システムが使用される温度範囲全域に亘ってのサンプル
用媒体の温度依存性を補償することにより、較正用サン
プル媒体中に溶解した対象ガス成分の濃度を安定化させ
る方法およびシステムに関する。
ある標準化乃至較正装置に関する。さらに詳細には、対
象成分（species of interest）が溶解した可逆的な補
償用リザーバ、あるいは独立した温度依存源を設けて、
システムが使用される温度範囲全域に亘ってのサンプル
用媒体の温度依存性を補償することにより、較正用サン
プル媒体中に溶解した対象ガス成分の濃度を安定化させ
る方法およびシステムに関する。
II.関連技術の説明
診断医療の分野は、より洗練された複雑なものへと急
速に向かいつつある。例えば、手術の際、または外傷を
処置する際、患者の状態を好転させ、または安定化させ
るべく適切な緊急処置を適時に行うことができるよう
に、患者の現在の状態に応じて、迅速または即座に診断
上の決定を行う能力が極めて重要となっている。血液中
の酸素の分圧（pO2）および二酸化炭素の分圧（pCO2）
は、呼吸不全、吸入療法の効率、腎臓機能および他の生
命維持に必要な体の機能を即座に把握できる極めて重要
なものの例である。このような方法は、臨床試験室に定
置した機器を利用して特定の温度でパラメータを測定す
ることにより行われる。しかし、これらの機器は、特定
の温度においてのみ正確な較正装置によって定期的に較
正して作動させるものである。従って、機器の較正およ
び使用は、較正用流体を開放し、機器を較正し、さらに
特定の既知の温度、例えば37℃で機器を作動させること
が重要である。一般的な制御用または較正用流体系の特
定の組成では、酸素および二酸化炭素の標準または既知
の平衡分圧が温度依存性であり、このため、較正は、特
定の温度でのみ行われる。従って、設計温度以外の温度
で較正装置を開いて使用すると、はっきりとした誤差量
が読み込まれることがある。代替的に、ガス状のCO2お
よびO2を使用して機器を較正することができるが、この
場合、該ガスを貯蔵するために圧縮ガス用シリンダが必
要となる。
速に向かいつつある。例えば、手術の際、または外傷を
処置する際、患者の状態を好転させ、または安定化させ
るべく適切な緊急処置を適時に行うことができるよう
に、患者の現在の状態に応じて、迅速または即座に診断
上の決定を行う能力が極めて重要となっている。血液中
の酸素の分圧（pO2）および二酸化炭素の分圧（pCO2）
は、呼吸不全、吸入療法の効率、腎臓機能および他の生
命維持に必要な体の機能を即座に把握できる極めて重要
なものの例である。このような方法は、臨床試験室に定
置した機器を利用して特定の温度でパラメータを測定す
ることにより行われる。しかし、これらの機器は、特定
の温度においてのみ正確な較正装置によって定期的に較
正して作動させるものである。従って、機器の較正およ
び使用は、較正用流体を開放し、機器を較正し、さらに
特定の既知の温度、例えば37℃で機器を作動させること
が重要である。一般的な制御用または較正用流体系の特
定の組成では、酸素および二酸化炭素の標準または既知
の平衡分圧が温度依存性であり、このため、較正は、特
定の温度でのみ行われる。従って、設計温度以外の温度
で較正装置を開いて使用すると、はっきりとした誤差量
が読み込まれることがある。代替的に、ガス状のCO2お
よびO2を使用して機器を較正することができるが、この
場合、該ガスを貯蔵するために圧縮ガス用シリンダが必
要となる。
小型で容易に携帯可能であり、温度依存性がほとんど
なく、周囲温度が適切な範囲で上記した診断用装置のよ
うな装置を正確に較正することのできる較正装置が必要
であることは明らかである。これは、勿論、様々な用途
用の成分の媒体中で、溶解若しくは解離して含有された
対象ガス成分の量を温度的に安定化させるのに適用され
るものである。これに関連して、特に酸素について、既
に使用されている１つの手法は、比較的大量の酸素を溶
解する能力を有し、生物学的媒体に関して安定である相
対的に不活性な流体を使用することである。このような
化合物の１成分としては、パーフルオロカーボンとして
知られているフッ化有機化合物である。他の装置または
手法として、二酸化炭素のような成分の分圧を安定化さ
せ緩衝化するものが提案されている。これらは、通常は
水相を使用するが、上記のものと組み合せた場合、パー
フルオロカーボン相と乳化され得る。
なく、周囲温度が適切な範囲で上記した診断用装置のよ
うな装置を正確に較正することのできる較正装置が必要
であることは明らかである。これは、勿論、様々な用途
用の成分の媒体中で、溶解若しくは解離して含有された
対象ガス成分の量を温度的に安定化させるのに適用され
るものである。これに関連して、特に酸素について、既
に使用されている１つの手法は、比較的大量の酸素を溶
解する能力を有し、生物学的媒体に関して安定である相
対的に不活性な流体を使用することである。このような
化合物の１成分としては、パーフルオロカーボンとして
知られているフッ化有機化合物である。他の装置または
手法として、二酸化炭素のような成分の分圧を安定化さ
せ緩衝化するものが提案されている。これらは、通常は
水相を使用するが、上記のものと組み合せた場合、パー
フルオロカーボン相と乳化され得る。
1990年10月26日に出願され、本発明と同一の譲渡人が
譲り受けた同時係属中の出願番号07/604,666号には、所
定範囲の周囲温度、例えば、約20℃〜30℃の間で、溶解
した酸素の相対濃度を安定に維持する能力を有するパー
フルオロカーボンを含み、且つパーフルオロカーボンを
基材として使用する装置を使用する１つの手法が開示さ
れている。水相中の二酸化炭素の分圧を緩衝化する薬剤
として、特定量の１以上のCO2錯体形成剤、例えば、エ
チレンジアミン、HCO3 -、Ca++およびOH-等を含有する水
溶液相を使用し、CO2を錯体化することによって温度変
化に対する感度を低減させるものがある。本出願におい
て使用される物質に関し、本発明を適切に遂行するた
め、または説明するために必要と考えられるあらゆる情
報は、それらを参照してここに援用する。
譲り受けた同時係属中の出願番号07/604,666号には、所
定範囲の周囲温度、例えば、約20℃〜30℃の間で、溶解
した酸素の相対濃度を安定に維持する能力を有するパー
フルオロカーボンを含み、且つパーフルオロカーボンを
基材として使用する装置を使用する１つの手法が開示さ
れている。水相中の二酸化炭素の分圧を緩衝化する薬剤
として、特定量の１以上のCO2錯体形成剤、例えば、エ
チレンジアミン、HCO3 -、Ca++およびOH-等を含有する水
溶液相を使用し、CO2を錯体化することによって温度変
化に対する感度を低減させるものがある。本出願におい
て使用される物質に関し、本発明を適切に遂行するた
め、または説明するために必要と考えられるあらゆる情
報は、それらを参照してここに援用する。
本発明は、媒体中に溶解または解離して含有された対
象ガス成分の分圧を可逆的に制御する単純かつ正確な方
法に関するものであり、これは二酸化炭素のような成分
に適用し得る時間／温度安定性を示す。従って、例え
ば、ある範囲の周囲温度に対し機器を迅速かつ正確に較
正するのに使用し得る予めパッケージ化された較正装置
の設計が可能となる。
象ガス成分の分圧を可逆的に制御する単純かつ正確な方
法に関するものであり、これは二酸化炭素のような成分
に適用し得る時間／温度安定性を示す。従って、例え
ば、ある範囲の周囲温度に対し機器を迅速かつ正確に較
正するのに使用し得る予めパッケージ化された較正装置
の設計が可能となる。
発明の要旨
本発明により、周囲温度が適切な範囲内であれば、サ
ンプルの温度が変化した場合でも、サンプル媒体中のガ
スの濃度を安定させて使用することが可能なパッケージ
化されたシステムを得ることが可能であることが判明し
た。このシステムでは、所定量の１以上の対象ガスを含
むとともに、可逆的平衡にある付加的な補償源が別個に
使用される。付加的な供給源、すなわち「リザーバ」
は、サンプル用液体に接触する雰囲気を含むパッケージ
の雰囲気中で、１以上の対象ガスの分圧の変化を制御す
る能力を提供するものである。分圧が変化することによ
り、意図した範囲に対して較正サンプル中の１以上の対
象ガスにおける溶解度の変化を正確に補償することがで
きる。このシステムを使用して、対象成分の分圧の変化
を温度変化の関数として制御することもできる。
ンプルの温度が変化した場合でも、サンプル媒体中のガ
スの濃度を安定させて使用することが可能なパッケージ
化されたシステムを得ることが可能であることが判明し
た。このシステムでは、所定量の１以上の対象ガスを含
むとともに、可逆的平衡にある付加的な補償源が別個に
使用される。付加的な供給源、すなわち「リザーバ」
は、サンプル用液体に接触する雰囲気を含むパッケージ
の雰囲気中で、１以上の対象ガスの分圧の変化を制御す
る能力を提供するものである。分圧が変化することによ
り、意図した範囲に対して較正サンプル中の１以上の対
象ガスにおける溶解度の変化を正確に補償することがで
きる。このシステムを使用して、対象成分の分圧の変化
を温度変化の関数として制御することもできる。
サンプル媒体封入体およびリザーバはともに、これら
の外側に配置されて液密性でガス透過性の中空封入体
（パッケージ）に内蔵されている。そして、この中空封
入体に封入された共通の雰囲気に対してガス成分が交換
される。リザーバの平衡は、より温度依存性があるよう
に設計され、その容器は、１以上の対象ガスに対してサ
ンプルよりも透過性があるように設計されている。すな
わち、温度変化に対してより迅速に反応し、このため、
サンプル容器内で起こる変化を調節する。リザーバ内の
媒体中の対象成分の分圧の増加または減少をもたらす温
度変化により、共通の雰囲気中の当該成分の分圧が対応
して増加または減少することとなる。このことにより、
サンプルにその後に生じる変化を予め補償する。
の外側に配置されて液密性でガス透過性の中空封入体
（パッケージ）に内蔵されている。そして、この中空封
入体に封入された共通の雰囲気に対してガス成分が交換
される。リザーバの平衡は、より温度依存性があるよう
に設計され、その容器は、１以上の対象ガスに対してサ
ンプルよりも透過性があるように設計されている。すな
わち、温度変化に対してより迅速に反応し、このため、
サンプル容器内で起こる変化を調節する。リザーバ内の
媒体中の対象成分の分圧の増加または減少をもたらす温
度変化により、共通の雰囲気中の当該成分の分圧が対応
して増加または減少することとなる。このことにより、
サンプルにその後に生じる変化を予め補償する。
動作に際し、一般的な場合を例として使用すると、周
囲の温度、すなわち、サンプルおよびリザーバを含むパ
ッケージ全体の温度が上昇するにつれて、サンプル中の
対象ガス成分の溶解度が減少する。これはリザーバにお
いても同様である。１以上の対象ガスの濃度がサンプル
中で変化しないよう保持するために、リザーバは、１以
上のガスを所定量パッケージ内の共通雰囲気中に放出
し、該共通雰囲気中のこれらのガスの分圧を上昇させる
ことによってサンプルの反応を制御する。これにより、
サンプル容器の透過性の外殻を介してガスを放出させる
熱力学的な駆動力が抑制される。換言すれば、１以上の
対象ガスがリザーバの外殻を透過してサンプル媒体から
消失する速度よりも、パッケージ雰囲気内の対象ガスの
分圧が増加する速度の方が幾分速く、このため、ガスが
サンプルから放出されてサンプル封入体の壁を介して拡
散する熱力学的駆動力が抑制される。逆に、システムが
冷却してサンプル媒体中の対象ガスの溶解度が増加する
と、リザーバは、上記の加熱時の現象を反転させるよう
に作用する。すなわち、サンプル媒体における再吸収よ
りもパッケージ雰囲気からリザーバの媒体への再吸収が
幾分速く起こり、その結果、共通の雰囲気中の関連する
１以上のガスの分圧が低下して、共通の雰囲気中の１以
上の対象ガスをサンプル封入体を透過させてサンプル媒
体中に溶解させる駆動力が抑制される。これにより、設
計した限定された周囲温度範囲全域に亘って、温度変化
の方向に関係なく、サンプル媒体中の対象成分の濃度が
維持される。
囲の温度、すなわち、サンプルおよびリザーバを含むパ
ッケージ全体の温度が上昇するにつれて、サンプル中の
対象ガス成分の溶解度が減少する。これはリザーバにお
いても同様である。１以上の対象ガスの濃度がサンプル
中で変化しないよう保持するために、リザーバは、１以
上のガスを所定量パッケージ内の共通雰囲気中に放出
し、該共通雰囲気中のこれらのガスの分圧を上昇させる
ことによってサンプルの反応を制御する。これにより、
サンプル容器の透過性の外殻を介してガスを放出させる
熱力学的な駆動力が抑制される。換言すれば、１以上の
対象ガスがリザーバの外殻を透過してサンプル媒体から
消失する速度よりも、パッケージ雰囲気内の対象ガスの
分圧が増加する速度の方が幾分速く、このため、ガスが
サンプルから放出されてサンプル封入体の壁を介して拡
散する熱力学的駆動力が抑制される。逆に、システムが
冷却してサンプル媒体中の対象ガスの溶解度が増加する
と、リザーバは、上記の加熱時の現象を反転させるよう
に作用する。すなわち、サンプル媒体における再吸収よ
りもパッケージ雰囲気からリザーバの媒体への再吸収が
幾分速く起こり、その結果、共通の雰囲気中の関連する
１以上のガスの分圧が低下して、共通の雰囲気中の１以
上の対象ガスをサンプル封入体を透過させてサンプル媒
体中に溶解させる駆動力が抑制される。これにより、設
計した限定された周囲温度範囲全域に亘って、温度変化
の方向に関係なく、サンプル媒体中の対象成分の濃度が
維持される。
典型的には、サンプル媒体および／またはリザーバ用
媒体は、錯体形成剤または緩衝剤を含有するか、または
これらを含有しない選択的溶剤の溶液である。CO2が対
象成分である場合、リザーバおよびサンプル媒体をとも
に、CO2の水溶液とすることができる。例えば、サンプ
ルのpHが7.4であり、リザーバのpHが8.6に緩衝化された
系では、20℃〜30℃の範囲では良好な温度／濃度または
（pCO2）安定性を示すが、リザーバのpHが9.0を超える
場合には、（pCO2）の温度依存性が大きくなる。しかし
ながら、本発明は、媒体として溶液を使用することに限
定されるものではない。すなわち、媒体として、ガス成
分を取り込んで放出する性質を示すゲルまたは固体を使
用するようにしてもよい。ゲルは、コラーゲンまたはア
ガロースのような天然材料を基材とするものであっても
よいし、または、所望の平均分子量の重合体のような合
成材料を基材とするものであってもよい。固体は、対象
成分を可逆的に受容する平均分子量が高い重合体、また
は他の材料を含むものであってもよい。勿論、サンプル
媒体は、リザーバ媒体と異なるものであってもよいし、
または、同じものであってもよい。物質は、周囲温度を
まさに超える温度で液化のような相変化するようなもの
であってもよい。
媒体は、錯体形成剤または緩衝剤を含有するか、または
これらを含有しない選択的溶剤の溶液である。CO2が対
象成分である場合、リザーバおよびサンプル媒体をとも
に、CO2の水溶液とすることができる。例えば、サンプ
ルのpHが7.4であり、リザーバのpHが8.6に緩衝化された
系では、20℃〜30℃の範囲では良好な温度／濃度または
（pCO2）安定性を示すが、リザーバのpHが9.0を超える
場合には、（pCO2）の温度依存性が大きくなる。しかし
ながら、本発明は、媒体として溶液を使用することに限
定されるものではない。すなわち、媒体として、ガス成
分を取り込んで放出する性質を示すゲルまたは固体を使
用するようにしてもよい。ゲルは、コラーゲンまたはア
ガロースのような天然材料を基材とするものであっても
よいし、または、所望の平均分子量の重合体のような合
成材料を基材とするものであってもよい。固体は、対象
成分を可逆的に受容する平均分子量が高い重合体、また
は他の材料を含むものであってもよい。勿論、サンプル
媒体は、リザーバ媒体と異なるものであってもよいし、
または、同じものであってもよい。物質は、周囲温度を
まさに超える温度で液化のような相変化するようなもの
であってもよい。
好適な実施例では、この発明の典型的な形態は封止さ
れたパッケージであり、これは可撓性のポリホイル（po
ly−foil）の袋体とすることができ、ガスを充填するが
大気圧を超えて加圧しないものとする。このパッケージ
の内部には、サンプルまたは較正媒体を封入したガス透
過性の重合体容器のような袋体が収容されている。付加
的に、液密性でガス透過性の封入体が、可逆的に利用可
能な付加的な量の１以上の対象ガスを内蔵するリザーバ
の形態で設けられる。
れたパッケージであり、これは可撓性のポリホイル（po
ly−foil）の袋体とすることができ、ガスを充填するが
大気圧を超えて加圧しないものとする。このパッケージ
の内部には、サンプルまたは較正媒体を封入したガス透
過性の重合体容器のような袋体が収容されている。付加
的に、液密性でガス透過性の封入体が、可逆的に利用可
能な付加的な量の１以上の対象ガスを内蔵するリザーバ
の形態で設けられる。
図面の簡単な説明
図面中、同一の参照符号は、図面全体に亘って同一の
構成要素を示す際に使用される。
構成要素を示す際に使用される。
図１は、補償用リザーバがある場合とない場合のシス
テムについて、パッケージから取り出した際のサンプル
の温度に対する37℃で測定したサンプル媒体の二酸化炭
素の分圧（pCO2）をグラフにより示すものである。
テムについて、パッケージから取り出した際のサンプル
の温度に対する37℃で測定したサンプル媒体の二酸化炭
素の分圧（pCO2）をグラフにより示すものである。
図２は、補償用リザーバがある場合とない場合の図１
と同様の装置について、パッケージから取り出した際の
サンプルの温度に対する37℃で測定したサンプル媒体の
pHをグラフにより示すものである。
と同様の装置について、パッケージから取り出した際の
サンプルの温度に対する37℃で測定したサンプル媒体の
pHをグラフにより示すものである。
図３は、対象成分CO2の熱力学的性質に基づいた理論
的な応答面を示すものであり、パッケージから取り出し
た際のサンプルの温度、およびパッケージ内のリザーバ
に随伴する変数の１つ、すなわちリザーバのpHに対し
て、37℃で分析したサンプル媒体のpCO2をプロットした
ものである。
的な応答面を示すものであり、パッケージから取り出し
た際のサンプルの温度、およびパッケージ内のリザーバ
に随伴する変数の１つ、すなわちリザーバのpHに対し
て、37℃で分析したサンプル媒体のpCO2をプロットした
ものである。
図４は、可能なシステム構成の概略図である。
詳細な説明
本発明の技術的思想は、可逆的な溶解度および透過能
が既知のガス成分と溶液に関する熱力学的原理からモデ
ル化可能であることが理解されよう。例として、この詳
細な説明の好適な、または具体的な実施例では、ガス状
の二酸化炭素（CO2）を、溶解または錯体化された関連
する較正成分とするシステムを企図するものであり、そ
の濃度の制御を試みるものである。CO2は、通常、緩衝
化された水溶液に含有させ、血液のガス較正または制御
のために、酸素を含有する所定量のパーフルオロカーボ
ンを基材とする媒体と共に使用される。前記媒体は２つ
の相が密接に接触しているが混合されていない比較的細
長いサンプルチューブ内に封止される。例えば、タイゴ
ン（Tygon、米国Stoneware社の登録商標）からなるサン
プルチューブは、さらに実質的に気密性で可撓性の袋体
中に内蔵されている。袋体とは、可撓性のパッケージを
表すものであり、これは実質的に気密性の組織を付与す
るアルミニウムホイルからなる１以上の層を備える層状
のポリエチレンとすることができ、内圧は、バルーンの
場合、外部大気圧と略等しくするが、これを超えて膨ら
ませないものとする。勿論、ガラスアンプルのような剛
性を有する壁の容器をパッケージとして使用してシステ
ムを設計することもできる。
が既知のガス成分と溶液に関する熱力学的原理からモデ
ル化可能であることが理解されよう。例として、この詳
細な説明の好適な、または具体的な実施例では、ガス状
の二酸化炭素（CO2）を、溶解または錯体化された関連
する較正成分とするシステムを企図するものであり、そ
の濃度の制御を試みるものである。CO2は、通常、緩衝
化された水溶液に含有させ、血液のガス較正または制御
のために、酸素を含有する所定量のパーフルオロカーボ
ンを基材とする媒体と共に使用される。前記媒体は２つ
の相が密接に接触しているが混合されていない比較的細
長いサンプルチューブ内に封止される。例えば、タイゴ
ン（Tygon、米国Stoneware社の登録商標）からなるサン
プルチューブは、さらに実質的に気密性で可撓性の袋体
中に内蔵されている。袋体とは、可撓性のパッケージを
表すものであり、これは実質的に気密性の組織を付与す
るアルミニウムホイルからなる１以上の層を備える層状
のポリエチレンとすることができ、内圧は、バルーンの
場合、外部大気圧と略等しくするが、これを超えて膨ら
ませないものとする。勿論、ガラスアンプルのような剛
性を有する壁の容器をパッケージとして使用してシステ
ムを設計することもできる。
水溶性のサンプルは、典型的には、500マイクロリッ
トルのpH7.4の水溶性リン酸緩衝液とする。また、8.0〜
9.0のpH範囲内とする大量の、あるいは5mlの重炭酸塩お
よび炭酸塩含有水溶液を、ポリエチレンまたは他のガス
透過性の材料により作製された別の液密性でガス透過性
の封止されたバッグに入れてパッケージ内に置き、リザ
ーバとして作用させる。リザーバの溶液には、温度に応
じて該溶液のpHを一層変化させる緩衝塩を含有させるよ
うにしてもよい。この実施例では、装置の温度が上昇す
るにつれてリザーバのpHが減少する。このことと、より
暖かい媒体へのCO2の溶解度が減少することとが組み合
わさることにより、リザーバと、共通環境またはパッケ
ージ環境とにより構成されるCO2系の平衡は、パッケー
ジ雰囲気中のCO2分圧がより高くなるようにシフトす
る。パッケージの分圧が増加することにより、サンプル
のCO2がタイゴンチューブを介してパッケージ環境の気
相に放出されてしまうことが回避される。これとは逆
に、パッケージの温度が低下した場合、リザーバのpHお
よびリザーバ中のCO2の溶解度は、サンプルにおけるそ
れらの値より大きい速度で増加することとなる。これに
より、サンプル中で平衡状態にあるCO2の分圧に比し
て、パッケージの共通の雰囲気または気相中のCO2の分
圧がより低くなる。この場合、CO2は、パッケージから
サンプルへと移動し難くなる傾向を示す。従って、選択
された範囲内で温度が変化した場合であっても、その温
度変化が上昇であろうと下降であろうと、サンプル中の
CO2の最終的な濃度は変化しない。
トルのpH7.4の水溶性リン酸緩衝液とする。また、8.0〜
9.0のpH範囲内とする大量の、あるいは5mlの重炭酸塩お
よび炭酸塩含有水溶液を、ポリエチレンまたは他のガス
透過性の材料により作製された別の液密性でガス透過性
の封止されたバッグに入れてパッケージ内に置き、リザ
ーバとして作用させる。リザーバの溶液には、温度に応
じて該溶液のpHを一層変化させる緩衝塩を含有させるよ
うにしてもよい。この実施例では、装置の温度が上昇す
るにつれてリザーバのpHが減少する。このことと、より
暖かい媒体へのCO2の溶解度が減少することとが組み合
わさることにより、リザーバと、共通環境またはパッケ
ージ環境とにより構成されるCO2系の平衡は、パッケー
ジ雰囲気中のCO2分圧がより高くなるようにシフトす
る。パッケージの分圧が増加することにより、サンプル
のCO2がタイゴンチューブを介してパッケージ環境の気
相に放出されてしまうことが回避される。これとは逆
に、パッケージの温度が低下した場合、リザーバのpHお
よびリザーバ中のCO2の溶解度は、サンプルにおけるそ
れらの値より大きい速度で増加することとなる。これに
より、サンプル中で平衡状態にあるCO2の分圧に比し
て、パッケージの共通の雰囲気または気相中のCO2の分
圧がより低くなる。この場合、CO2は、パッケージから
サンプルへと移動し難くなる傾向を示す。従って、選択
された範囲内で温度が変化した場合であっても、その温
度変化が上昇であろうと下降であろうと、サンプル中の
CO2の最終的な濃度は変化しない。
代替的な実施例では、リザーバの溶液のpHの温度依存
性の付加的な効果を伴うことなく、リザーバの媒体中に
おけるCO2の溶解度の温度依存性を利用することができ
る。しかしながら、ガスについてのリザーバの容量をサ
ンプルのものより大きくして、リザーバが、関連する温
度範囲全体に亘ってパッケージの気相を導いて調節する
ことが必要である。リザーバについての評価基準とし
て、１以上のどのような熱力学的温度依存性の性質を選
択したとしても、システムについての基本的な動力学的
要件として、リザーバがサンプル環境より温度の変化に
対して幾分速く応答する必要があることに変わりはな
い。これは、相対的な容積、組成、リザーバ中およびサ
ンプル中における１以上の対象ガスの相対的な溶解度、
pHの制御に基づくものとすることができる。さらに、１
以上の対象ガスがサンプル容器に対するよりも速い速度
でリザーバの封入体に対して拡散出入するように、サン
プルおよびリザーバ封入体に対する異なる透過性を利用
することに基づくものとすることができる。さらに、必
要であれば、各較正成分をそれぞれ収容する内部容器を
個別に設けることができ、または、本発明の技術的思想
を特定の応用に向けて、これらの全てを単一の溶液また
は乳剤中に含ませることができることが理解されよう。
性の付加的な効果を伴うことなく、リザーバの媒体中に
おけるCO2の溶解度の温度依存性を利用することができ
る。しかしながら、ガスについてのリザーバの容量をサ
ンプルのものより大きくして、リザーバが、関連する温
度範囲全体に亘ってパッケージの気相を導いて調節する
ことが必要である。リザーバについての評価基準とし
て、１以上のどのような熱力学的温度依存性の性質を選
択したとしても、システムについての基本的な動力学的
要件として、リザーバがサンプル環境より温度の変化に
対して幾分速く応答する必要があることに変わりはな
い。これは、相対的な容積、組成、リザーバ中およびサ
ンプル中における１以上の対象ガスの相対的な溶解度、
pHの制御に基づくものとすることができる。さらに、１
以上の対象ガスがサンプル容器に対するよりも速い速度
でリザーバの封入体に対して拡散出入するように、サン
プルおよびリザーバ封入体に対する異なる透過性を利用
することに基づくものとすることができる。さらに、必
要であれば、各較正成分をそれぞれ収容する内部容器を
個別に設けることができ、または、本発明の技術的思想
を特定の応用に向けて、これらの全てを単一の溶液また
は乳剤中に含ませることができることが理解されよう。
本発明に係る技術的思想に基づき設定されたシステム
は、周囲温度の範囲内、例えば、約20℃〜30℃で、対象
ガスについて安定した全体的濃度を示すよう設定するこ
とができる。実際的な観点では、このことは、例えば、
サンプル較正装置を開放できること、当該範囲内のあら
ゆる温度で周囲の環境に露呈できること、較正が不正確
性であるという懸念を伴うことなく、適切な時間内で使
用することができることを意味する。従って、本発明に
よれば、温度の影響に関し、溶剤媒体の上部の蒸気相に
おける当該構成成分の分圧に予想される変化を補償する
ことにより、測定温度における溶液のあらゆる揮発性の
構成成分の平衡溶解度を人工的に制御することができ
る。本発明によれば、液体、ゲルまたは固体中に溶解す
るガス成分の量が温度に応じて変化することを打ち消す
手段が提供される。
は、周囲温度の範囲内、例えば、約20℃〜30℃で、対象
ガスについて安定した全体的濃度を示すよう設定するこ
とができる。実際的な観点では、このことは、例えば、
サンプル較正装置を開放できること、当該範囲内のあら
ゆる温度で周囲の環境に露呈できること、較正が不正確
性であるという懸念を伴うことなく、適切な時間内で使
用することができることを意味する。従って、本発明に
よれば、温度の影響に関し、溶剤媒体の上部の蒸気相に
おける当該構成成分の分圧に予想される変化を補償する
ことにより、測定温度における溶液のあらゆる揮発性の
構成成分の平衡溶解度を人工的に制御することができ
る。本発明によれば、液体、ゲルまたは固体中に溶解す
るガス成分の量が温度に応じて変化することを打ち消す
手段が提供される。
例示的な実施例によれば、溶解した対象成分は、二酸
化炭素（CO2）並びに水溶液中での温度およびpHに対す
るその関係によって例証される。ただし、同一または他
の成分類の溶液中で多くの他の対象ガス成分について類
似する結果をもたらすために、このような原理は当業者
によって敷衍され得る。
化炭素（CO2）並びに水溶液中での温度およびpHに対す
るその関係によって例証される。ただし、同一または他
の成分類の溶液中で多くの他の対象ガス成分について類
似する結果をもたらすために、このような原理は当業者
によって敷衍され得る。
システムの１つの概要を図４に示す。これは、大気圧
と略等しい内圧を有するとともに、ガス、特には窒素、
酸素および二酸化炭素を含む大気の分子が通過すること
を概ね阻止するポリホイルからなる可撓性の袋体型パッ
ケージである、参照符号10で示すパッケージを備える。
パッケージ10は、一般に11で示す封入容器であるサンプ
ルリザーバを内蔵する。同様に、密接に接触してはいる
が乳化または混合はしていない、液体較正溶液または相
12および13を個別に内蔵する。この観点では、相12は、
パーフルオロカーボン材料に可逆的に溶解した酸素を含
み、この酸素が、較正システムにおけるO2の供給源とし
て作用する。一般的には、血液ガスを分析するために
は、pO2は、例えば、10〜約200mmHgの範囲とする。次
に、相12は、ある成分の添加物を含有し得る水と可逆的
平衡にある量のCO2である。典型的な例は、溶液のpHを
約7.4とするリン酸緩衝液である。CO2の分圧（pCO2）の
好適な範囲は、約５〜約100mmHgである。一般的な較正
溶液の容積は、500マイクロリットル（μｌ）とする。
パッケージ10は、ポリエチレン等からなる別の封入体
（リザーバ）14をさらに内蔵する。リザーバ14の容積
は、約8.0〜9.0のpH範囲に緩衝化した500μｌの重炭酸
塩および炭酸塩含有水溶液に対して遥かに大きく、例え
ば、５ミリリットル（ml）である。該リザーバ14は、二
酸化炭素の比較的大きいリザーバとして作用する。リザ
ーバ溶液は、リザーバ14中で、温度に依存してpHを変化
させる緩衝塩を含有するものであってもよい。
と略等しい内圧を有するとともに、ガス、特には窒素、
酸素および二酸化炭素を含む大気の分子が通過すること
を概ね阻止するポリホイルからなる可撓性の袋体型パッ
ケージである、参照符号10で示すパッケージを備える。
パッケージ10は、一般に11で示す封入容器であるサンプ
ルリザーバを内蔵する。同様に、密接に接触してはいる
が乳化または混合はしていない、液体較正溶液または相
12および13を個別に内蔵する。この観点では、相12は、
パーフルオロカーボン材料に可逆的に溶解した酸素を含
み、この酸素が、較正システムにおけるO2の供給源とし
て作用する。一般的には、血液ガスを分析するために
は、pO2は、例えば、10〜約200mmHgの範囲とする。次
に、相12は、ある成分の添加物を含有し得る水と可逆的
平衡にある量のCO2である。典型的な例は、溶液のpHを
約7.4とするリン酸緩衝液である。CO2の分圧（pCO2）の
好適な範囲は、約５〜約100mmHgである。一般的な較正
溶液の容積は、500マイクロリットル（μｌ）とする。
パッケージ10は、ポリエチレン等からなる別の封入体
（リザーバ）14をさらに内蔵する。リザーバ14の容積
は、約8.0〜9.0のpH範囲に緩衝化した500μｌの重炭酸
塩および炭酸塩含有水溶液に対して遥かに大きく、例え
ば、５ミリリットル（ml）である。該リザーバ14は、二
酸化炭素の比較的大きいリザーバとして作用する。リザ
ーバ溶液は、リザーバ14中で、温度に依存してpHを変化
させる緩衝塩を含有するものであってもよい。
リザーバ14は、CO2または他の対象ガス成分に対し
て、サンプルリザーバ11に比して高い透過性を有する。
このため、両リザーバ11、14の外側にあるパッケージ10
内の対象成分の相対分圧は、大きさおよび時間の両方と
も、リザーバ11内の物質の反応ではなく、リザーバ14内
の物質の反応によって決定される。前記したように、補
償システムの一般的な熱力学的設計は、パッケージ10お
よびサンプル溶液13の温度が上昇し、サンプル中のCO2
の溶解度が減少するにつれて、リザーバ14がCO2ガスを
パッケージ雰囲気中に放出することを回避することに基
づく。すなわち、この際にパッケージ10内の雰囲気中の
CO2の分圧が上昇し、これに伴い、サンプル水溶液13がC
O2を放出しようとする組成的な熱力学的駆動力を消失さ
せるというものである。逆に、システムが冷却された場
合、リザーバはその作用を反転させて、パッケージ10内
の雰囲気からCO2ガスを受け取り、これによりパッケー
ジ10中のCO2の分圧を低下させ、パッケージ10内の雰囲
気中のCO2をサンプル中に溶解させようとするあらゆる
駆動力を消失させる。
て、サンプルリザーバ11に比して高い透過性を有する。
このため、両リザーバ11、14の外側にあるパッケージ10
内の対象成分の相対分圧は、大きさおよび時間の両方と
も、リザーバ11内の物質の反応ではなく、リザーバ14内
の物質の反応によって決定される。前記したように、補
償システムの一般的な熱力学的設計は、パッケージ10お
よびサンプル溶液13の温度が上昇し、サンプル中のCO2
の溶解度が減少するにつれて、リザーバ14がCO2ガスを
パッケージ雰囲気中に放出することを回避することに基
づく。すなわち、この際にパッケージ10内の雰囲気中の
CO2の分圧が上昇し、これに伴い、サンプル水溶液13がC
O2を放出しようとする組成的な熱力学的駆動力を消失さ
せるというものである。逆に、システムが冷却された場
合、リザーバはその作用を反転させて、パッケージ10内
の雰囲気からCO2ガスを受け取り、これによりパッケー
ジ10中のCO2の分圧を低下させ、パッケージ10内の雰囲
気中のCO2をサンプル中に溶解させようとするあらゆる
駆動力を消失させる。
リザーバ装置の動作がパッケージ10内の雰囲気を調節
する限り、大きさおよび時間の両者の点で、装置は非常
に良好に作動する。これを図１に示す。この図１から明
らかなように、リザーバを利用する場合、pCO2は、約15
℃〜30℃の範囲のデータ点で殆ど一定である。リザーバ
がない場合、pCO2は、鋭敏な対称性、すなわち、急激な
変化を示している。同様に、図２は、同一の温度範囲で
のpHについて同じ現象を示すものである。リザーバがな
い場合、温度が15℃から30℃に上昇するにつれて、溶液
からのCO2の喪失を伴いながらpHが増加することが分
る。
する限り、大きさおよび時間の両者の点で、装置は非常
に良好に作動する。これを図１に示す。この図１から明
らかなように、リザーバを利用する場合、pCO2は、約15
℃〜30℃の範囲のデータ点で殆ど一定である。リザーバ
がない場合、pCO2は、鋭敏な対称性、すなわち、急激な
変化を示している。同様に、図２は、同一の温度範囲で
のpHについて同じ現象を示すものである。リザーバがな
い場合、温度が15℃から30℃に上昇するにつれて、溶液
からのCO2の喪失を伴いながらpHが増加することが分
る。
CO2系に関する既知の熱力学的データから、数学的モ
デルとして本発明の概念をさらに示すと、図３における
複雑な面形状となる。この図３は、較正サンプルとして
の500マイクロリットルの緩衝水溶液と、より高いpH
（7.4に対して約8.5）の5mlのリザーバとを備える装置
での系を説明するものである。他の２つの軸は、パッケ
ージを理論上開放する温度、および37℃で分析した場合
のサンプルのpCO2を表す。このプロットは、リザーバの
pHが、分析温度でサンプルのpCO2に著しい影響を与える
ことを示唆するものである。リザーバ中の8.5範囲のpH
は、サンプル中のpCO2の温度依存性を排除するようであ
り、その一方で、例えば、リザーバpHが７または10であ
る系が温度依存性のあるpCO2値を示すことは明らかであ
る。
デルとして本発明の概念をさらに示すと、図３における
複雑な面形状となる。この図３は、較正サンプルとして
の500マイクロリットルの緩衝水溶液と、より高いpH
（7.4に対して約8.5）の5mlのリザーバとを備える装置
での系を説明するものである。他の２つの軸は、パッケ
ージを理論上開放する温度、および37℃で分析した場合
のサンプルのpCO2を表す。このプロットは、リザーバの
pHが、分析温度でサンプルのpCO2に著しい影響を与える
ことを示唆するものである。リザーバ中の8.5範囲のpH
は、サンプル中のpCO2の温度依存性を排除するようであ
り、その一方で、例えば、リザーバpHが７または10であ
る系が温度依存性のあるpCO2値を示すことは明らかであ
る。
例えば、システムの温度が上昇するにつれてリザーバ
のpHが低下し、このこととリザーバ中のCO2の溶解度が
低下することとが組み合わさることにより、リザーバと
パッケージ環境とにより構成されるCO2系の平衡は、パ
ッケージ雰囲気中のCO2分圧がより高くなるようにシフ
トするというシステムが設定可能となる。この分圧の上
昇により、サンプルが気相へとCO2を放出することが防
止される。その後、パッケージの温度が低下した場合、
リザーバのpHおよびリザーバ中のCO2の溶解度が上昇
し、共通気相中のCO2の分圧が低下する。換言すれば、
選択された範囲内で温度が変化した場合であっても、そ
の温度変化が上昇であろうと下降であろうと、サンプル
中のCO2の最終的な濃度は変化しない。
のpHが低下し、このこととリザーバ中のCO2の溶解度が
低下することとが組み合わさることにより、リザーバと
パッケージ環境とにより構成されるCO2系の平衡は、パ
ッケージ雰囲気中のCO2分圧がより高くなるようにシフ
トするというシステムが設定可能となる。この分圧の上
昇により、サンプルが気相へとCO2を放出することが防
止される。その後、パッケージの温度が低下した場合、
リザーバのpHおよびリザーバ中のCO2の溶解度が上昇
し、共通気相中のCO2の分圧が低下する。換言すれば、
選択された範囲内で温度が変化した場合であっても、そ
の温度変化が上昇であろうと下降であろうと、サンプル
中のCO2の最終的な濃度は変化しない。
変化の時間速度に関してリザーバがサンプルを調節し
なければ、サンプル中のCO2の濃度は、温度が変化した
後、即座にはその平衡値とはならない。気相、サンプル
およびリザーバを含むシステム全体の平衡が変化後の温
度で再度確立されることによって始めて、これは所望の
レベルに戻ることとなろう。
なければ、サンプル中のCO2の濃度は、温度が変化した
後、即座にはその平衡値とはならない。気相、サンプル
およびリザーバを含むシステム全体の平衡が変化後の温
度で再度確立されることによって始めて、これは所望の
レベルに戻ることとなろう。
リザーバ中のCO2の溶解度が温度に依存することのみ
を利用し、リザーバのpHを温度に依存して変化させる必
要のない装置を設計することもできる。複数の溶解した
ガスを有し、その１以上の分圧の制御を試みる装置の使
用に際し、この原理を適用することもできる。これは、
単一のパッケージ内に複数のサンプルと複数の補償用リ
ザーバとを含むものとし得る。勿論、濃度、添加物およ
び緩衝液は、そのような状況に対する必要性に応じて、
任意に設計乃至調整することができる。この発明の原理
により可変となる付加的なパラメータには、パッケージ
中の気相の容積、リザーバの相対的な容積および組成、
リザーバ中のガスの溶解度、サンプルの組成、およびサ
ンプル中のガスの溶解度が含まれる。
を利用し、リザーバのpHを温度に依存して変化させる必
要のない装置を設計することもできる。複数の溶解した
ガスを有し、その１以上の分圧の制御を試みる装置の使
用に際し、この原理を適用することもできる。これは、
単一のパッケージ内に複数のサンプルと複数の補償用リ
ザーバとを含むものとし得る。勿論、濃度、添加物およ
び緩衝液は、そのような状況に対する必要性に応じて、
任意に設計乃至調整することができる。この発明の原理
により可変となる付加的なパラメータには、パッケージ
中の気相の容積、リザーバの相対的な容積および組成、
リザーバ中のガスの溶解度、サンプルの組成、およびサ
ンプル中のガスの溶解度が含まれる。
特許法に従い、新規な原理を適用するのに必要な情報
を当業者に対して提供するとともに、この種の特別な構
成を必要に応じて構築して使用するために、本発明を本
出願において相当に詳細に説明している。しかしなが
ら、本発明は異なる機器および装置によっても実施する
ことができ、さらに本発明自体の範囲から逸脱すること
なく種々の改変を行うことができることを理解すべきで
ある。
を当業者に対して提供するとともに、この種の特別な構
成を必要に応じて構築して使用するために、本発明を本
出願において相当に詳細に説明している。しかしなが
ら、本発明は異なる機器および装置によっても実施する
ことができ、さらに本発明自体の範囲から逸脱すること
なく種々の改変を行うことができることを理解すべきで
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 実開 昭58−63560（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/145
G01N 27/00 - 27/49
Claims (5)
- 【請求項１】選択された温度範囲全体に対して所定の温
度の関数として媒体中の対象ガス成分の濃度を制御する
方法において、 （ａ）ガス透過性の容器内に対象ガス成分を含有する媒
体を収容し、 （ｂ）ガス透過性の前記容器の外部に配置されて該容器
に連通した対象ガス成分用リザーバを設け、前記対象ガ
ス成分用リザーバを、選択された温度範囲全域に亘って
温度関数ｆ（Ｔ）に基づいて媒体中の対象ガス成分の濃
度を制御するために設定し、 （ｃ）気密性で中空のパッケージに前記容器と前記リザ
ーバを収容し、前記パッケージ内に気相を封入してこの
気相を該容器と該リザーバとを囲繞する共通の雰囲気と
し、 （ｄ）前記共通の封入体内の対象ガス成分の分圧を温度
の関数として制御することで、選択された温度範囲全域
に亘って前記ｆ（Ｔ）に基づいて媒体中の対象ガス成分
の濃度を温度の関数として変化させることによって、選
択された温度範囲内における温度変動に伴って変化する
対象ガスの濃度を前記リザーバによって補償可能とす
る、 工程を含むことを特徴とする、媒体中の対象ガス成分の
濃度を制御する方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、対象成分が
二酸化炭素（CO2）であることを特徴とする方法。 - 【請求項３】ある温度範囲において、媒体中の一成分以
上の対象ガス成分の濃度を温度の関数として制御する装
置であって、 （ａ）対象ガス成分を含有する媒体を収容するためのガ
ス透過性で液密の容器と、 （ｂ）ガス透過性の前記容器の外部に配置されて該容器
に連通するとともに、選択された温度範囲全域に亘って
温度関数ｆ（Ｔ）に基づいて媒体中の対象ガス成分の濃
度を制御する対象ガス成分用リザーバと、 （ｃ）前記容器と前記リザーバを収容し、気相を封入し
てこの気相を該容器と該リザーバとを囲繞する共通の雰
囲気とする、気密性で中空のパッケージとを具備し、 （ｄ）前記共通の封入体内の対象ガス成分の分圧を温度
の関数として制御することで、選択された温度範囲全域
に亘って前記ｆ（Ｔ）に基づいて媒体中の対象ガス成分
の濃度を温度の関数として変化させることによって、選
択された温度範囲内における温度変動に伴って変化する
対象ガスの濃度を前記リザーバによって補償可能とす
る、 ことを特徴とする選択された温度範囲全域に亘って温度
変動を補償する装置。 - 【請求項４】請求項１記載の方法において、前記媒体
は、前記ｆ（Ｔ）に基づいて温度に応じて概ね直線的に
変化することを特徴とする方法。 - 【請求項５】請求項３記載の方法において、前記媒体
は、前記ｆ（Ｔ）に基づいて温度に応じて概ね直線的に
変化することを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/806,495 US5223433A (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Temperature stabilized fluid calibration system |
| PCT/US1993/000255 WO1994016323A1 (en) | 1991-12-13 | 1993-01-14 | Temperature stabilized fluid calibration system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08510925A JPH08510925A (ja) | 1996-11-19 |
| JP3369564B2 true JP3369564B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=26786298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51645294A Expired - Fee Related JP3369564B2 (ja) | 1991-12-13 | 1993-01-14 | 温度安定性のある流体較正システム |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5223433A (ja) |
| EP (1) | EP0705431B1 (ja) |
| JP (1) | JP3369564B2 (ja) |
| AU (1) | AU3582693A (ja) |
| CA (1) | CA2153890C (ja) |
| DE (1) | DE69331998T2 (ja) |
| ES (1) | ES2177541T3 (ja) |
| WO (1) | WO1994016323A1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5609824A (en) * | 1994-07-13 | 1997-03-11 | I-Stat Corporation | Methods and apparatus for rapid equilibration of dissolved gas composition |
| US6668126B2 (en) * | 2001-05-17 | 2003-12-23 | 3M Innovative Properties Company | Temperature stabilized optical fiber package |
| US20030224523A1 (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-04 | Thornberg John Herbert | Cartridge arrangement, fluid analyzer arrangement, and methods |
| US7569393B2 (en) | 2002-06-28 | 2009-08-04 | International Technidyne Corporation | Analytical test cartridge; and, methods |
| US20040163970A1 (en) * | 2003-02-20 | 2004-08-26 | Diametrics Medical, Inc. | Test cartridge, system for sensing fluid, and methods |
| ATE474611T1 (de) * | 2003-05-08 | 2010-08-15 | Novo Nordisk As | Eine auf die haut aufbringbare injektionsvorrichtung mit abtrennbarem betätigungsteil zum einführen der nadel |
| EP1624914B1 (en) * | 2003-05-08 | 2008-04-16 | Novo Nordisk A/S | Internal needle inserter |
| EP1475113A1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-11-10 | Novo Nordisk A/S | External needle inserter |
| EP1502613A1 (en) * | 2003-08-01 | 2005-02-02 | Novo Nordisk A/S | Needle device with retraction means |
| KR20060099520A (ko) * | 2003-10-21 | 2006-09-19 | 노보 노르디스크 에이/에스 | 의료용 피부 장착 장치 |
| WO2005094920A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Novo Nordisk A/S | Actuator system comprising lever mechanism |
| US20090012472A1 (en) * | 2004-09-22 | 2009-01-08 | Novo Nordisk A/S | Medical Device with Cannula Inserter |
| US20080215006A1 (en) * | 2004-09-22 | 2008-09-04 | Novo Nordisk A/S | Medical Device with Transcutaneous Cannula Device |
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