JP6725656B2 - 全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを検出するための光学センサ - Google Patents

Description

本発明は、一態様では、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するためのセンサに関する。更なる態様では、本発明は、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するためのセンサを含む、血液を分析するためのシステムに関する。本発明の更なる態様によると、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するのに使用するための多孔質ミラーが提供される。本発明の更なる態様によると、全血中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するための方法が提供される。更に、全血を分析するための方法は、遊離ヘモグロビンを光学的に検出すること、を含む。

より広範な態様によると、本発明は、全血サンプルに含まれる血漿分画中の物質を、光学的に検出するためのセンサに関する。更なる態様では、本発明は、全血サンプルに含まれる血漿分画中の物質を光学的に検出するためのセンサを含む、血液を分析するためのシステムに関する。本発明の更なる態様によると、全血サンプルに含まれる血漿分画中の物質を光学的に検出するのに使用するための多孔質ミラーが提供される。本発明の更なる態様によると、全血に含まれる血漿分画中の物質を光学的に検出するための方法が提供される。更に、全血サンプルを分析するための方法は、全血サンプルに含まれる血漿分画中の物質を光学的に検出すること、を含む。

溶血は、全血、血清又は血漿サンプル中において頻繁に引き起こされる現象であり、血液分析のための、実験室での試験パラメータを悪化させ得る。用語「溶血」は、赤血球が破壊されることを意味し、ヘモグロビン及びその他の内部成分の周囲の流体への流出を引き起こす。溶血は、患者の状態に関係する、内因性要因によって引き起こされる場合がある。又は、患者の状態には関係しない、外因性要因によって引き起こされる場合もある。ｉｎ ｖｉｖｏにおける溶血は、自己免疫性溶血性貧血等の病態又は輸血副作用に起因する場合がある。ｉｎ ｖｉｔｒｏにおける溶血は、試験サンプルの収集、試験サンプルの処理、又は試験サンプルの輸送が不適切であることに起因する場合がある。特に、溶血は高圧での滴下及び高剪断速度又は高伸長速度によって引き起こされる場合がある。これは、例えば、サンプルが多孔質濾材を通過する際の、濾過処理の際に生じ得る。溶血のその他の重要な要因は、細菌汚染、圧力、温度、浸透圧環境、ｐＨ値、表面との接触、摩擦力又は血液の古さ及び未分離の全血サンプルの貯蔵期間である。顕著な溶血は、目視で、血漿が赤く着色していることで検出できる。

溶血は、血液パラメータ分析装置内で決定される、多数の血液パラメータの測定に影響を及ぼす。従って、血液サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を無視することは、そのことに気がついていない人を誤解に導く可能性があり、更にその結果、影響された血液パラメータ値に基づいた間違った診断をもたらし得る。しかしながら、従来、全血サンプルの血漿分画中に存在する遊離ヘモグロビンの濃度を確実に決定するには、血漿分画を血球成分から分離すること、及びその後分離した血漿分画を分析すること、を要求する、複雑な処理が必要であった。このような手順は、時間がかかり、更に乳児の血液パラメータの継続的な監視を伴う新生児医療等の、極少量のサンプルしか一度に入手できない場合には不可能（prohibitive）であり得る。全血の血漿分画中に存在する成分を測定するためのその他のアプローチは、マイクロ流体デバイス内での専用の測定における血漿分画の分析に先立ち、例えば、マイクロ流体デバイス内において、精密濾過技術により血球成分から血漿分画を分離することを伴う。例えば、Ａｒｃｈｉｂｏｎｇ ｅｔ ａｌ．による、最近の科学論文（Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｂｉｏ−Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ３（２０１５），ｐ．１〜６に掲載）では、全血サンプルから分離された血漿分画を光学的に分析するための、小型の測定チャンバが開示されている。このタイプのデバイスでは、小型のマイクロ流体チャンバが光ファイバの境界面に取り付けられている。マイクロ流体チャンバの底部は多孔質膜からなり、流体及び化合物がデバイス内へ流入可能であると同時に、好ましくない粒子を濾別する。濾液を受けるマイクロ流体チャンバ内は、垂直入射する反射形態で、単一の光ファイバを通して、光学的に検査され得る。

しかしながら、このような濾過に基づくアプローチは、全血サンプルを分析するために使用する際の、いくつかの難点を有する。本質的には濾過デバイスは、少なくとも、サンプルから濾液分析／測定チャンバへの、フィルターの孔を通る濾液の、流量に依存する。通過して流れる形態では、濃縮水（retentate）（ここでは、赤血球）が、徐々に濾過孔を、詰まらせる。クロスフロー形態では、濃縮水は濾過膜の表面に沿って導かれるため低減されるが、特に、システムの繰り返し使用（１０〜１００サンプルを上回る）を意図している場合、目詰まりの問題は解消されない。クロスフロー形態はまた、濃縮水と濾過デバイス表面との間に摩擦及び剪断相互作用を生じさせる。全血サンプルを分析する際、こうしたマイクロ濾過に基づくデバイスにおける、対応する圧力勾配、剪断及びフローパターンは、ｉｎ ｖｉｔｒｏでの溶血を引き起こしがちであり、様々な物質及び特に遊離ヘモグロビンの測定に影響を及ぼす。事実、いくつかの例では、全血サンプルに含まれる血漿分画中の成分の分析は、このことにより完全に無駄なものとなり得る。更に、開示されたデバイスは、継続及び繰り返しの使用ではなく、使い捨ての使用として、最も有用である。これは、測定後に、完全に洗浄することが困難であり得、又は少なくとも非常に時間がかかり得、その上、次のサンプルとの間での相互汚染という更なるリスクがあり、信頼性に乏しい場合があるためである。この特定のタイプのデバイスでは、濾過膜の圧力によって生じる変形に起因して、濾液を検査するための光路が変化するに至るという、光学検査による定量結果を得るための更なる課題が生じ得る。

従って、迅速かつ信頼性のある応答で、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を決定することによる、溶血を検出するための、改善されたデバイス及び方法が必要とされている。より広くは、迅速かつ信頼性のある応答で、全血サンプルに含まれる血漿分画中の物質を検出するための、改善されたデバイス及び方法が必要とされている。

本発明の目的は、全血サンプルに含まれる血漿分画中の物質を検出するため、及び特に全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを検出するための、既知のセンサ、システム及び方法の難点のうち少なくともいくつかを克服する、検出の改善を提供することである。

本発明の第１の態様は、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するためのセンサに関する。センサは、前面、及び該前面の逆側を向いた（facing away from）後面を有する、半透明板であって、該前面が全血サンプルと接触するよう構成された半透明板、半透明板の前面にある反射層であって、半透明板から反射層に到達した光を反射するよう構成された反射層、並びに半透明板を光学的に検査するよう構成された、光源及び検出器を含む。光源は少なくとも孔を照射するよう構成され、検出器は光源による照射に応じて孔から出現する光を受光するよう配置されている。検出器は検出した光を表す信号を生成するよう構成されている。半透明板には、前面にある各々の開口部から反射ミラーを通過し半透明板へと延びる、一端が閉じた、孔が設けられている。孔の開口部の断面寸法は、遊離ヘモグロビンは孔に進入することができるものの、赤血球の孔への進入を妨げるものとなっている。

用語「全血」は血漿及び血球成分からなる血液を意味する。血漿は液量の約５０％〜６０％に相当し、血球成分は液量の約４０％〜５０％に相当する。血球成分は、赤血球（erythrocyte又はred blood cell）、白血球（leucocyte又はwhite blood cell）及び血小板（thrombocyte又はplatelet）である。好ましくは、用語「全血」は、ヒト被検者の全血を意味するが、動物の全血もまた、意味する。赤血球は、全血球の総数のうち、約９０％〜９９％を構成する。それらは、変形していない状態では、直径が約７μｍ、厚みが約２μｍの両凹円板の形状をしている。赤血球は、非常に柔軟性があるため非常に狭い毛細管を通過することができ、その直径は約１．５μｍまで減少する。赤血球の中核となる一種の成分はヘモグロビンである。ヘモグロビンは組織へと輸送するため酸素と結合し、その後酸素を放出し、肺へ老廃物として送出すべき二酸化炭素と結合する。ヘモグロビンは赤血球の赤色の原因であり、従って、血液全体の赤色の原因である。白血球は、全血球の総数の約１％未満を占める。それらは、約６〜約２０μｍの直径を有する。白血球は、例えば細菌性又はウイルス性の感染に対する体の免疫システムに関与する。血小板は、長さが約２〜約４μｍで、厚みが約０．９〜約１．３μｍの、最小の血球である。それらは、凝固するのに重要な酵素及びその他の物質を含有する細胞片である。特に、それらは血管の損傷を封止することを助ける、一時的な血小板血栓を形成する。

用語「血漿」（blood plasma又はplasma）は、血液及びリンパ液の液体部分を意味し、血液の液量の約半分（例えば約５０容積％〜６０容積％）を占める。血漿には血球が存在しない。それは、全凝固因子、特にフィブリノーゲンを含有し、更に約９０容積％〜９５容積％の水を含む。血漿成分としては、電解質、脂質代謝物質、マーカ（例えば、感染症又は腫瘍の）、酵素、基質、タンパク質及び更なる分子成分が挙げられる。

用語「溶血」は、例えば、化学的、熱的又は機械的影響に起因して、赤血球が破壊されることを意味し、ヘモグロビン及びその他の内部成分の周囲の流体への流出を引き起こす。用語「遊離ヘモグロビン」は、全血サンプルに含まれる血漿相中にあるヘモグロビン、すなわち、血液中のヘモグロビンであって、赤血球に結合又は含有されていないものを意味する。全血サンプル中の遊離ヘモグロビンの量は、全血サンプル中の溶血レベルの指標である。本発明によるセンサは、全血サンプルに含まれる血漿相中の遊離ヘモグロビン含有量を選択的に測定可能とする技術を提供する。検出器の出力に基づき、全血サンプル及びそれより得た血液パラメータの任意の測定値は、補正され、印をつけられ、又は破棄され得る。

用語「半透明」は、光が透過可能である材料特性を意味する。用語「透明」は、光が散乱されることなくその材料を透過可能である材料特性を意味する。従って、用語「透明」は用語「半透明」の部分集合であると考えられる。

センサの中核となるのは、半透明板及び該半透明板の前面に適用された反射層を含む、多孔質ミラーである。半透明板は、小型の、前面から反射層を通過し半透明板へと延びる、一端が閉じた孔を含む。センサは、孔の内容物を光学的に検査し、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン含有量を表す、対応する信号出力を生成するよう構成された、光源及び検出器を使用する。

小型の孔の各々は、半透明板の前面において、孔がサンプル空間に連通し得る開口部を有する。このようにして、孔は反射層を貫き、孔とサンプル空間との間での流体連通を可能とする。孔は前面の各々の開口部から半透明板内へと後面へ向かう方向に延びる。孔は「一端が閉じ」ている。これは、孔が半透明板内で終端していることを意味する。孔は半透明板を完全に貫通して後面又は板内の任意の共通リザーバ若しくは容器まで続いているのではない。孔は半透明板の前面において、サンプル空間と流体連通するのみである。なお、いくつかの実施形態では一端が閉じた孔は、十字に交差し得、従って孔の少なくともいくつかは、互いに接続し、Ｘ形状、Ｙ形状、Ｖ形状又は類似の連結形状を形成してよい。孔は前面から充填されるだけであり、孔が互いに交差していても、動作中に孔を通過する有意な正味質量の移動は生じないため、このような構成は、等しく一端が閉じたものであると考えられる。前面にある孔の開口部を適切な寸法とすることにより、多孔質ミラーの前面上にある、全血サンプルに含まれる赤血球の孔への進入を防ぐことが可能となる一方、全血サンプルに含まれる血漿中の関連成分の孔への進入を可能とする。なお、関連成分は、全血サンプルに含まれる血漿相中に存在する物質であり、センサを使用することで測定／検出される。特に、遊離ヘモグロビンは一関連成分である。

動作の際、半透明板の前面は、全血サンプルと接触している。半透明板内の小型の孔は、前面にある開口部を経て全血サンプルと連通している。孔の開口部は、選択的に全血サンプルに含まれる血漿相の部分サンプル（sub−sample）を取り出す寸法とされている。赤血球は、半透明板の前面上にある開口部を通って、孔に進入することができない。上述の通り、孔は一端が閉じており、半透明板の前面と連通するのみである。すなわち、部分サンプルは、光学検査のために、孔内に取り出され、測定後、再び半透明板の前面にある同じ開口部を通って排出される。部分サンプルの液量は、孔の全内容積に相当する。濾過及び濾液の正味質量が孔含有層を通る移動は生じず、共通の濾液容器へ、又は濾液排出口へ移送されることも全くない。その後、孔内に含有される部分サンプルについてのみ、光学的に検出を実施する。反射層は、半透明板内の光学検査領域を、全血サンプルを含有するサンプル空間から光学的に分離する。検査領域をサンプル空間から光学的に分離することによって、全血サンプルに含まれる完全な赤血球による検査信号へのあらゆる寄与を、効果的に抑制することができる。従って、本測定は、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンの含有量に特化したものである。

同等の含有量（representative content）の関連成分を有する少量の部分サンプルを任意の好適な方法で孔へと移送することができる。しかしながら、移送機構によって溶血を生じさせないよう、配慮をすべきである。小型の一端が閉じた孔により、非常に効率的に、及び迅速に、毛細管力及び／又は拡散によって、全血サンプルから、前面にある開口部を経由して、光学検査のための部分サンプルを取り出すことが可能となる。

典型的な動作モードでは、半透明板の前面を、該前面を分析すべき全血サンプルと接触させることに先行し、すすぎ用流体と接触させる。そのため、孔は、全血サンプルと相溶性がある液体、及び特に血漿相と相溶性がある液体（例えば血液分析器内ですすぎ、較正及び／又は品質管理目的で一般に使用される水溶液等）のプレフィルによって「下塗り」される。例えば、全血分析器システム内を洗浄するために使用される典型的なすすぎ液を、このような液体として使用することができる。すすぎ液は、Ｋ^＋、Ｎａ^＋、Ｃｌ⁻、Ｃａ^２＋、Ｏ_２、ｐＨ、ＣＯ_２及び（ＨＣＯ_３）⁻を、ヒトの血漿に相当する濃度で含む水溶液である。一般にすすぎ、較正及び／又は品質管理目的で使用される好適な溶液の非限定例を、以下に更に示す。続いて、全血サンプルを、血漿と相溶性のある液体で下塗りされた前面と接触させる際は、全血サンプルに含まれる血漿相中成分を表す部分サンプルを取り出し、関連成分の拡散を使用した非常に効率的かつ穏やかな方法で、プレフィルされた孔内へと移送する。特に、全血サンプルと孔内の標準溶液との間での遊離ヘモグロビン含有量の濃度勾配は拡散移動を駆動し、それによって、孔内に、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を表した遊離ヘモグロビン濃度の部分サンプルが生じる。

別の動作モードでは、乾燥したセンサの前面を直接全血サンプルに接触させることもまた考えられ得る。本動作モードにおいて更に好ましくは、孔の内部表面は親水性であり、それによって半透明板の前面において、部分サンプルが全血サンプルから孔内へと毛細管力によって取り出される。本モードにおいてセンサを動作させる場合、同一バッチの多孔質膜材料から製造されたセンサは、等しい感度を有する傾向にあるため（半透明板を形成する同一バッチにより、多孔質膜材料の異なる片から製造されたセンサを使用して同一のサンプルを測定する場合、光吸収性が等しいため）、いずれのバッチ較正によっても、較正が可能である。あるいは、半透明板の孔は、ヘモグロビンとは異なる吸収特性を有する較正色素を含有し得る。較正色素は、分光学的に血漿中の検出／測定すべき物質（例えば、遊離ヘモグロビン）と区別可能であると共に、光学検査信号を正規化／較正するのに有用である。較正色素は実際のサンプル中には存在しないため、遊離ヘモグロビンがセンサの孔内へと拡散する間、較正色素（calibrant dye）は、測定の際、センサから拡散する。サンプルを取得する前後に孔を光学的に検査することで、較正用標準物質の信号とサンプル物質の信号とを比較することにより、検出すべき物質（例えばヘモグロビン）の定量測定値を明らかにすることができる。

孔の内容物は、半透明板の後面から、又はより広くは半透明板に対向する反射層の面から、都合よく、光学的に検査することができる。なお反射層は、孔を含む光学検査領域を、半透明板の前面に接触する全血サンプルから、光学的に分離する。反射層は、半透明板内部から反射層に到達した光を反射するよう構成されている。そのため、検査光がミラーの前面において全血サンプルに到達及び干渉することを防止する。このように、光学検査は孔内の部分サンプルについてのみ、選択的に実施される。

入射光線は、光学検査領域へと導かれ／向けられ、光が孔を横切り、内部にある部分サンプルと相互作用することが確実となる。好ましくは、検出光を、検査領域内に、反射層の面上の面法線に対して斜め入射となるよう送り、検査すべき流体で満たされた孔を確実に光が横切り、光学的相互作用する経路長が最大となることを確実にする。

照射に応じて孔から出現する光は、孔内の部分サンプルと相互作用した後であるため、該部分サンプルの情報を保持している。出現光及び／又は出現光を表す信号を、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン含有量を表す値を明らかにするために、その後、その情報に関して分析することができる。分析としては、例えば、得られた信号と較正／標準サンプルについて得られた信号とを、比較するため、ノイズ除去するため、補正するため、及び人工物（artefact）を除去するため、出現した／検出された光を分光学的に分析すること、及び／又は信号／データ処理することを挙げることができる。

特に有利である実施形態では、例えば、スペクトル分離された吸光度測定値を使用して、又は液体部分サンプル中の遊離ヘモグロビンの存在を示すあるスペクトル範囲内（波長３８０ｎｍ〜４５０ｎｍのスペクトル範囲内等、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍのスペクトル範囲内又は約４１６ｎｍ等）で所定のバンド幅にわたって分光学的に積算された吸光度を測定することによって、遊離ヘモグロビンによる血漿の赤味着色（redish coloring）を光学的に検査する。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、孔の開口部の断面寸法は、約１μｍ以下、約８００ｎｍ以下、好ましくは約５００ｎｍ以下、若しくは約４００ｎｍ以下であり、及び／又は孔の、該孔に沿った軸方向の長さは１００μｍ未満、５０μｍ未満、好ましくは３０μｍ未満若しくは約２５μｍである。

半透明板の前面の面内に、約１μｍ以下、又は好ましくはサブミクロン（例えば約８００ｎｍ以下、例えば約５００ｎｍ以下、又は約４００ｎｍ以下等）の範囲の最大断面寸法を有する、開口部を有する孔を使用することにより、赤血球、白血球及び血小板を含む任意の血球成分が孔に進入することは、防止される。

更に、驚くべきことに断面寸法が約５００ｎｍ以下の開口部を有する孔は、より大きな孔（例えば、断面寸法が約８００ｎｍ以上の開口部を有するが、同一の総孔隙容積／孔隙率を有する孔等）と比較して増幅された感度を有する。例えば、吸光度測定に対する感度の増幅率は、４００ｎｍの孔では（４６μＡｂｓ／（ｍｇ Ｈｂ／ｄＬ）と、同一の総孔隙容積を有する８００ｎｍの孔の（２５μＡｂｓ／（ｍｇ Ｈｂ／ｄＬ））と比較してほぼ２倍であり得る。

最も好ましくは、孔は、依然として許容される信号対雑音比で検査可能である十分な多量の部分サンプルを効率的に取り出すことができる、最小の開口部を有し、対応する最小の孔隙容積を有する。有利には、孔は約３０ｎｍ以上、又は５０ｎｍ以上、又は１００ｎｍ以上、又は約２００ｎｍ以上の開口部を有する。

好適な孔は、例えば、いわゆるトラックエッチド孔を有する透明ポリマー膜から作られ得る。これは、ＩＴ４ＩＰ（ＩＴ４ＩＰ ｓ．ａ．／ａｖｅｎｕｅ Ｊｅａｎ−Ｅｔｉｅｎｎｅ Ｌｅｎｏｉｒ１／１３４８ Ｌｏｕｖａｉｎ−ｌａ−Ｎｅｕｖｅ／Ｂｅｌｇｉｕｍ）から入手可能なものに類似しているが、孔の一端が閉じられているという変更点を有する。膜内の貫通した（through−going）孔は、例えば裏張りシートを多孔質膜の裏側に積層することによって閉じてもよい。又は、イオン衝撃が推進し、この推進によって孔がエッチングされ、透明ポリマー膜内で停止し、一端が閉じた孔を形成するよう、イオンを減速させることによってもよい。膜は、典型的には硬い透明部材で裏張りされ、半透明板に十分な機械的強度を与える。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、孔を含む所与の容積の半透明板の孔隙率は、５０容積％〜５容積％、３０容積％〜１０容積％又は約１５容積％である。

孔は半透明板（又は半透明板の所与の領域）に多孔性をもたらし、対応する前面領域には孔の開口部が分布している。該多孔性は、孔によって半透明板に設けられた空隙の容積、すなわち孔隙容積に関して特徴があり得る。なお、孔隙容積は孔が貫く半透明板の容積を意味する（is referred to）。この容積は、ここでは、孔が分布した前面領域と、半透明板の前面に対して垂直な軸方向から見て、孔が半透明板内へ入り込んでいる最大深さだけ、半透明板内へと移動した同一の平行領域との間の容積として定義される。

それに加えて、孔隙率は更に積算孔隙容積に関して、光学検査に使用可能な部分サンプルの液量に等しいという、特徴があり得る。孔隙容積は、都合よく、等価孔隙容積深さδとして表すことができ、これは孔の開口部が分散した、対応する前面領域についての孔隙容積である。従って、半透明板の孔隙率は、以下の通り、等価孔隙容積深さδへと変換することができる。所与の前面面積Ａ内に開口部を有する孔は、総孔隙容積Ｖを有する。その結果、等価孔隙容積深さは、総孔隙容積を、所与の前面面積で除して計算される。すなわち、δ＝Ｖ／Ａである。

有利にはいくつかの実施形態によると、等価孔隙容積深さδは、２０μｍ未満、又は１５μｍ未満、又は１０μｍ未満、又は３μｍ〜５μｍの範囲である。なお、等価孔隙容積深さδは、孔の総容積Ｖを、孔の開口部が分布した前面面積Ａで除したものとして定義される。その結果、関連成分の濃度を表す、少量の部分サンプルを得る。部分サンプルの液量が少量であることは、迅速な部分サンプル交換を促進するのに望ましく、それによってセンサの応答時間及び該センサを使用した測定のサイクル時間を短縮する。部分サンプルの液量が少量であることは、半透明板の前面に近接した全血サンプルに含まれる血漿分画の境界層が枯渇することの影響を避けるために、更に望ましい。このような枯渇の影響は、少量の、静置したサンプルでは、異なった態様で生じ得る。例えば、等価孔隙容積深さが臨界値を上回る場合には赤血球が、全血サンプルのボリュームから半透明板の前面の境界層へと向かう、関連成分の効率的な拡散交換を妨げ得る。

好ましくは、等価孔隙容積深さδは少なくとも１μｍ、あるいは少なくとも２μｍ又は３μｍ〜５μｍの範囲である。なお、等価孔隙容積深さは上に定義した通りである。多量の部分サンプルは、多量の部分サンプル容積が血漿中の関連成分の光学検査情報に寄与するため、良好な信号対ノイズレベルを達成するために望ましい。

更に、いくつかの実施形態によると、一方で、応答時間を短縮し、サイクル時間を短縮し、及び／又は少量の静置された全血サンプル中での、枯渇の影響を避けることと、もう一方での必要な又は望ましい信号対雑音比との間の有用な妥協点が、等価孔隙容積深さδについて１μｍ〜２０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜１０μｍ又は約４μｍ〜５μｍの範囲に見出されている。

一実施形態によると、有利には、半透明板は、該半透明板の後面に貼り付けた半透明の裏張りに支持されている。このことにより、増大された機械的安定性が達成される。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、孔の内壁表面は親水性で、例えば親水性コーティングでコーティングされている。このことにより、乾燥した孔を毛細管駆動により効率的に液体で充填することが達成される。更に、親水性コーティングは、疎水性色素、ヘモグロビン、及びその他のタンパク質等の特定の疎水性物質が孔内に付着することを防止する。これらの疎水性物質はさもなければ徐々にセンサを汚すに至り、水溶液では洗浄することが困難である。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、光源は、斜め入射の照射ビームを半透明板の後面から与えるよう構成されている。なお、照射角度は、半透明板の前面によって規定される基準面の面法線に対する入射ビームの角度として定義されている。このことにより、光学的に相互作用する距離の増大が達成される。従って光が検査領域を出て検出器に検出される前に、入射光と孔の内容物との相互作用が促進される。更に、検査領域への散乱拡散光が増加することに加え、孔の開口部の見かけ上の断面積が減少しているため、検査光は、孔の開口部を通り反射層の反対側のサンプル空間に進まず、全血サンプル内へと孔の開口部を通って入り込むことが防止される。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、検出器は、半透明板の後面から斜めに出現した光を集めるよう構成されている。なお、検出角度は、半透明板の前面によって規定される基準面の面法線に対する、検出器に向かって出現する光の伝播角度により定義される。検出器は、光学検査装置（optical probing arrangement）の光源からの照射に応じて出現する光を集めるよう構成されている。半透明板の後面から斜めに出現する光を検出することは、全血サンプルから出現し、反射層を通過して帰還し（leaking back）、検査領域へと進む光による、検出信号への寄与を低下させる。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、入射面及び検出面は面法線で交差し、少なくとも０度であり、更に１８０度未満、好ましくは１６０度未満、好ましくは１３０度未満、又は好ましくは約９０度の方位角を囲む。なお、入射面は照射ビーム及び基準面に対する面法線の方向に張られ、検出面は検出器に向かって伝播する出現光及び基準面に対する面法線の方向に張られる。このことにより、検査領域の通過に先立つ、光学的境界における部分的な反射によるギラつきの検出信号への寄与が低下する。このような、検査領域内の部分サンプルと相互作用していない光によるギラつきは、関連情報を含んでいないため、信号対雑音比にとって不利益となる。

光学検査光を、任意の好適な光学検査配置（optical probing arrangement）により機能させてよい。このような光学検査配置は、単に光線を半透明板の裏側へと向けること及び光学検出器の入力（input）を照射領域へと向けることを含んでよい。光学装置（optical arrangement）は、検査光の半透明板へのカップリングを改善し、及び半透明板から出現し検出器の入力へと進む光のカップリングを改善する、更なる光学素子を含んでよい。このような光学素子は、半透明板の後面に直接取り付け／接着された、１つ以上のプリズム及び／又はレンズの構成（lens arrangements）を含んでいてもよい。好ましくは、本結合光学系（coupling optics）は、光学検査の「反射型の」性質に適合し、入射する検出光及び検出される出現光が、反射層の同じ面上に維持される。検査光と孔との光学相互作用を促進するため、更なる改善を求めることができる。改善は、例えば半透明板への検査光を第１の末端（first end）でカップリングさせ、検査領域内の光を、強制的に、半透明板の前面に平行な方向に、反射表面に沿って、実質的に伝播させ、更に孔を横切らせ、そして第１の末端を横切る又は反対にあり得る、半透明板のもう１つの末端（another end）から出現する光を集めることによる。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、半透明板には孔内の、半透明板の前面にある開口部に隣接した口部（mouth portion）内に配置された更なる反射性部材が設けられている。付加的な反射性部材は、反射性コーティングとして孔の内壁に、各孔の開口部を起点とし孔内まで延びて、適用されている。しかしながら、孔の、開口部に近接した口部のみが覆われている。付加的な反射性部材を孔の開口部周辺に付与することで、検査光の、サンプルチャンバからの光学分離性が改善される。このことにより、検査信号への、サンプルチャンバ内にある全血サンプル中の赤血球からの、誤った寄与が防止される。反射性コーティングは、以下で論じる、任意の好適な金属コーティングであってよい。付加的な反射性部材は、半透明板の前面を覆う反射層と同じ工程で作製されてよい。

更に、本発明によるセンサの一実施形態によると、更なる反射性部材が、孔の、開口部近傍にある、口部の周囲の一部分のみを覆う反射性コーティングとして付与される。該部分は、約７０％以下及び好ましくは約５０％以下である。部分的にのみ孔の周囲を覆うことで、各孔内に、凹状に形成され、孔内部へ対向した反射面を有する、小型の反射体が付与される。部分的な被覆は、例えば、半透明板の前面が付着方向に対して傾いた状態で、金属層を指向的に付着させることにより作製され得る。半透明板の前面の面内にある孔の開口部は、シャドウマスクとして機能する。シャドウマスクにより、その口領域内すなわち開口部近傍の、孔の内周壁の一部のみに、付着させることが可能となる。このことにより、その全てが同一方向に配向した、小型の凹形ミラー部材の配列がもたらされ得る。

凹形状側から、これらの小型のミラー部材を照射すると、生じる出現光は優先方向に向けられる。検出器をこの優先方向に配置することで、その他の方向に比較して、及びこのような付加的な小型の指向性ミラー部材がない実施形態と比較して、改善された信号対雑音比が達成される。

小型のミラー部材を有する、すなわち、指向性を有する更なる反射性部材を有する、いくつかの実施形態によると、指向性を有さない付加的な反射性部材を有する実施形態と比較して、出現光強度の約３倍の増幅が観察される。それに加えて、驚くべきことに、その口部において、孔の内側表面に適用された小型のミラー部材を使用する場合に、例えば、吸光度を検査すると、関連信号が、約５０％以上更に増加することが観察されている。従って、このことは、Ｓ／Ｎ比が少なくとも約４〜５倍となる、驚くべき全体的改善をもたらす。

なお、半透明板の前面にある反射層は、孔を有する半透明板内の光学検査領域を、全血サンプルを含有するサンプルチャンバから、確実に、光学的に分離するため、更なる反射性部材を使用するときもまた、依然として必要である。半透明板の前面上にある反射層もまた、例えば、後面からの照射及び検出の両方のため、必要である。

典型的には、小型のミラー部材は、中心の鏡面に対して対称である。有利には、入射光線により決まる入射面及び検出方向により決まる検出面もまた、この中心の鏡面に対して対称となるよう配置される。簡略化した実施形態によると、入射面及び検出面は一致し、小型のミラー部材の、中心にある鏡面と平行である。

一実施形態によると、有利には、反射層及び／又は更なる反射性部材は、金属で作製される。このような金属コーティングは、比較的経済的に、しかも良好にコントロールされた方法で適用することができ、十分な反射性を有する。

一実施形態によると、有利には、反射層は白金、パラジウム又は主成分として白金若しくはパラジウムを含む合金から作製される。これらの材料は、遊離ヘモグロビンの検出（例えば、吸光度検査による）と関連する、電磁スペクトルのスペクトル範囲内（深紫〜青）で良好な反射性を示す。更に、これらの材料は生体適合性であり、例えば人為的な溶血をもたらさない。更に、これらの材料は、全血サンプルの化学的環境内では、化学的に安定である。

あるいは、いくつかの実施形態によると、反射層は銀又はアルミニウムから作製されてもよい。更に有利にはいくつかの実施形態によると、サンプルボリュームに対向する反射層の表面は、付加的な不動態層に包まれている。このことにより、特に、銀又はアルミニウムを反射層の材料として使用する場合には、デバイスの寿命が延びる。好適な不動態は、例えば、好ましくは透明であり、孔の開口部を塞がないよう十分に薄くなければならない、ＳｉＯ２薄層により作製されてもよい。これらの材料は、また、関連するスペクトル範囲（赤）で、良好な反射率をもたらし得、生体適合性で、更に環境内では化学的に安定である。

一実施形態によると、有利には、反射層の厚みは使用する金属によるが、１０ｎｍ〜１００ｎｍである。このような層厚みでは、反射層を蒸着技術により、半透明板の前面にある孔の開口部を目詰まりさせることなく適用することが可能になる。同時に、層厚みは、確実に検査領域と全血サンプルを含有するサンプルボリュームとが適切に光学分離されるように、サンプルボリュームへと伝播する光を十分に減衰させるのに、十分な厚みでなければならない。好ましくは、透過光は、検出のスペクトル範囲、すなわち３８０ｎｍ〜７００ｎｍ、３８０〜４５０ｎｍ又は約４１６ｎｍ等の、関連血漿成分を表す信号が明らかになるスペクトル範囲において、５％未満、１％未満、又は０．１％未満である。

一実施形態によると、有利には、分光光度計及び光学検査デバイスを含む、検出器は、半透明板の検査領域から出現した光を分光光度分析するよう構成されている。この構成により、検査領域内の部分サンプルから出現した光の、１種以上の関連成分の分光的特徴（spectral signature）を分離させることができる。

更に特に有利な実施形態によると、光学検査デバイスは吸光度を測定するよう構成されている。このことにより、驚くべきことに、比較的単純な光学装置（optical set−up）を使用して有意な信号が得られる。このことにより、該センサを血液分析器システム等のより複雑な分析装置に、容易に組み込むことが可能になる。

有利にはいくつかの実施形態によると、センサ、又は該センサを含む血液分析システムは、検出器によって生成された信号と所定の較正用標準物質とを比較し、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度の定量測定値（quantitative measure）を明らかにするよう構成された、プロセッサを更に含む。

更に有利にはいくつかの実施形態によると、較正用標準物質としては、タルトラジン色素を含む水溶液等の、色素系較正溶液を得る。好ましくは、色素系水溶液は、典型的なすすぎ用液体に、タルトラジン等の較正用色素を添加して調製される。

有利にはいくつかの実施形態によると、センサを含む血液分析システムは、酸素測定システムを更に含む。なお、酸素測定システムの結果は、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度の定量測定値を明らかにするプロセッサへの入力として使用される。付加的な酸素測定システムは、上記実施形態のいずれかによる遊離ヘモグロビン検出器を含む測定セルと、並列的に、又は連続して動作する、付加的な測定セルとして構成されていてよい。酸素測定では、典型的には、受け取った全血サンプルを溶血させる工程を実施する。溶血は、任意の好適な方法で、例えば機械的又は化学的に、達成してよい。溶血は、好ましくは、全血サンプルに適用される超音波を使用して、機械的に達成される。別様の混濁している全血サンプルは、透明となり、溶血サンプルの吸収スペクトルが測定される。吸収スペクトルから、本発明の遊離ヘモグロビン検出センサによって生成された信号を解析／分析するための事前情報（forehand information）として有用である、多数のパラメータが決定され得る。従って、酸素測定システムを動作させることは、酸素化状態（oxigenation state）、ヘモグロビンの種類、ビリルビン濃度並びに全血サンプル中に存在する任意の医療用色素の存在及び／又は濃度を決定すること、を含み得る。決定された組成及び／又は濃度を含む酸素測定の出力は、その後、本発明のセンサを使用した遊離ヘモグロビン測定値への干渉（例えば、ビリルビンの干渉及び／又は医療用色素の干渉）を、補正するために使用することができる。従って、遊離ヘモグロビンセンサを酸素測定システムと組み合わせることで、検出信号のより選択的な分析が可能になり、それによって感度を向上させられる。

本発明の更なる態様によると、全血サンプルを分析するためのシステムは、（ａ）全血サンプルを供給及び排出するための、流入口及び排出口を有する、サンプルチャンバ、（ｂ）全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を表す第１信号を与えるよう構成された第１の検出器、並びに（ｃ）１つ以上の更なる検出器であって、その各々が、全血サンプルの血液パラメータを表す、対応する更なる信号を与えるよう構成されている検出器、を含む。なお、第１の及び更なる検出器は、第１及び１種以上の更なる信号を同一の全血サンプルから得るよう動作可能であり、第１検出器は、本明細書にて開示された実施形態のいずれかによる、遊離ヘモグロビンを光学的に検出するためのセンサとして構成されている。

好ましくは、全血サンプルを分析するためのシステムは、第１信号に基づき、１種以上の更なる信号に関する付加的な出力を与えるよう構成された、プロセッサを含む。有利には、付加的な出力は、検出された遊離ヘモグロビンの濃度を基準とした、更なる信号の補正値、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を表す印及び／又は１種以上の更なる信号を破棄する指令である。従って、プロセッサは、第１信号から導かれた遊離ヘモグロビン濃度に基づいて、１種以上の更なる信号のうちの少なくとも１種から導かれた測定結果を、補正する、印をつける、又は破棄するよう構成されている。特に、更なる信号は溶血の影響を受ける、Ｋ^＋、Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、乳酸デヒドロゲナーゼ、鉄、リパーゼ、α−グルタミルトランスフェラーゼ、クレアチンキナーゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ又はアルカリホスファターゼの濃度等の任意の血液パラメータを表し得る。

本発明の更なる態様は、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するために使用する多孔質ミラーに関する。ミラーは、前面、及び該前面の逆側を向いた後面を有する半透明板であって、その前面が全血サンプルと接触するよう構成されている半透明板、並びに半透明板の前面に適用された反射層であって、半透明板から反射層に到達した光を反射するよう構成された反射層、を含む。なお、半透明板は一端が閉じており、反射層を貫いて、前面から後面に向かって延びる孔を有し、孔の各々は対応する開口部を半透明板の前面に有し、更に孔の開口部の断面寸法は、ヘモグロビンは孔に進入することができるものの、赤血球の孔への進入を妨げるものとなっている。

すでに上述したように、この設計により、単に多孔質ミラーの前面を全血サンプルと接触させることにより、孔を、前面から、血漿の関連成分を同等量（representative amounts）含む部分サンプルで充填し得ること、及びこのようにして取り出した部分サンプルを、都合よく、全血サンプルから分離して光学検査し得ることが達成される。関連成分は、全血サンプルに含まれる血漿相中に存在する物質であり、センサを使用することで測定／検出される。血漿相を表す部分サンプルは、拡散及び／又は毛細管力を使用して、全血サンプルから取り出すこと、及び孔内へと移送することができる。また、上述したように、好ましくは孔を、血漿相と相溶性がある液体、例えば血液分析器内ですすぎ、較正及び／又は品質管理目的で一般に使用される水溶液等でプレフィルする。好適な溶液の非限定例を、以下に更に示す。このような既知の液体で孔を下塗りすることにより、血漿中の関連成分を表す部分サンプルを、もっぱら拡散により、孔内へと取り出すことが可能になる。

有利には、本発明の一態様によると、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出する方法が以下詳細に与えられる。該方法は、少なくとも、遊離ヘモグロビンを検出するためのセンサ、又はかかるセンサを含むシステムの、各々の実施形態に関して上述したものと、同一の利点を実現する。

いくつかの実施形態によると、全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出する方法は、次の工程、すなわち、上で開示した多孔質ミラーを準備する工程、多孔質ミラーを標準溶液と接触させ、孔を標準溶液で満たす工程、多孔質ミラーの前面を全血サンプルと接触させる工程、拡散時間にわたって待機し、血漿中成分を、サンプルチャンバから孔へ拡散し、安定化させる工程、孔内の液体を、サンプルチャンバの逆側を向いた反射層の面から光学検査する工程、及び光学検査の結果に基づき、全血サンプルの遊離ヘモグロビン濃度を明らかにする工程、を含む。好ましくは、標準溶液は、全血サンプル、及び特にその血漿分画と相溶性がある、すすぎ、較正及び／又は品質管理用液体等の水溶液である。いくつかの実施形態では、全血サンプルを取り込む前に、ミラーの前面を標準溶液に接触させる工程を省略することも考えられ得る。しかしながら、該工程を含むことで、もっぱら拡散による部分サンプルの取り出しが可能になる。このように取り出すことは、非常に効率的であり、驚くほど迅速な検出応答及び驚くほど短い測定サイクル時間をもたらす。最も有利には、取り出された部分サンプル中の同等量の遊離ヘモグロビンの存在に起因する色変化により、孔内の遊離ヘモグロビンが光学的に検出される。

有利にはいくつかの実施形態によると、光学検査は、半透明板を検査光で後面から照射すること、及び検査光への光学応答として半透明板の後面から出現した光の分光光度分析を実施すること、を含む。

有利にはいくつかの実施形態によると、光学検査は吸光度測定である。

有利にはいくつかの実施形態によると、該方法は、光学応答を、所定の較正用標準物質と比較し、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度の定量測定値を明らかにする工程、を更に含む。

更に有利には、該方法のいくつかの実施形態によると、較正用標準物質としては、タルトラジン色素を含む水溶液等の、色素系較正溶液を得る。好ましくは、色素系水溶液は、典型的なすすぎ用液体に、タルトラジン等の較正用色素を添加して調製される。

更に有利なことに、本発明の一態様は、全血サンプルの分析方法に関し、該方法は上で開示したように、全血サンプルの遊離ヘモグロビン濃度を光学検査すること、同じ全血サンプルについて、全血サンプル中に存在する更なる成分を測定すること、及び更なる成分の測定値を、全血サンプルの溶血レベルに基づき、補正する、印をつける、又は破棄すること、を含む。
本発明の好ましい実施形態を、添付図面と関連づけて、より詳細に説明する。

一実施形態による、動作状態にあるセンサデバイスを概略的に示す。 一実施形態による、付加的な反射性部材を有する孔の断面の詳細を、概略的に示す。 更なる実施形態による、付加的な反射性部材を有する孔の詳細の、２つの側断面図を概略的に示す。 更なる実施形態による、付加的な反射性部材を有する孔の詳細の、２つの側断面図を概略的に示す。 測定セルの側断面図を概略的に示す。 図４に示す測定セルの頂部立面図を示す。 更なる実施形態による、透明裏張りのプリズム状外側部分を有する測定セルの、２つの側断面図を概略的に示す。 更なる実施形態による、透明裏張りのプリズム状外側部分を有する測定セルの、２つの側断面図を概略的に示す。 図６ａに示す測定セルの頂部立面図を示す。 遊離ヘモグロビン含有量が異なるサンプルの吸光スペクトルの例を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるセンサを使用して得た遊離ヘモグロビン測定値を、参照法を使用した測定値と比較した例を示す、グラフである。 干渉物質への応答の例を示すグラフである。 より長期間にわたる較正感度の安定性の例を与えるグラフである。 検出器の検出開始段階での較正感度の動力学を示すグラフである。 色素を、分光光度分析測定値の較正及び品質管理用標準物質として使用した例を示すグラフである。

図１は、一実施形態によるセンサデバイス内で動作させた多孔質ミラー１の断面図を概略的に示す。多孔質ミラー１は、前面３及び後面４を有する半透明板２を含む。前面３には反射層５が設けられている。半透明板２は、前面３にある開口部７から反射層５を通り半透明板２のバルク内へと延び、そこが末端となる、一端が閉じた孔６を更に含む。図１の概略図ではそのように示しているが、孔は、前面３に垂直である必要もなく、互いに平行である必要もない。動作の際、多孔質ミラーの孔開口部７を有する前面３は、全血サンプル９９と接触する。全血サンプルは、赤血球９８及び血漿分画９７を、検査すべき関連成分（ここでは遊離ヘモグロビン９６）と共に含む、血球分画を有する。孔６の開口部７の断面寸法は、ヘモグロビン９６が孔６に進入することができるものの、赤血球９８の孔６への進入を妨げるものとなっている。

孔６は、全血サンプル９９、特に血漿分画９７と相溶性があるすすぎ用溶液８でプレフィルされていてもよい。全血サンプル９９が、孔６でプレフィルされた多孔質ミラー１の前面３と接触すると、遊離ヘモグロビン９６の孔６内への拡散移送が生じ、このことにより、その遊離ヘモグロビン９６の濃度が全血サンプル９９中の遊離ヘモグロビン９６の濃度を表している、部分サンプルが、孔６内に確保される。

孔６をプレフィルするために使用されるすすぎ用溶液８は、全血サンプル９９と相溶性がある、任意の水溶液であってよい。好適なすすぎ用溶液としては、血液パラメータ分析において、すすぎ、較正及び／又は品質管理目的で一般に使用されるものが挙げられる。このような溶液組成物は、典型的には、有機緩衝液、無機塩、界面活性剤、防腐剤、抗凝血剤、酵素、着色剤及び場合によっては代謝産物を含む。これは、およそ下表１に与える濃度の、以下の物質を与える。

光源１０及び検出器２０を有する光学検査装置（optical probing arrangement）を使用して、後面から光学検出を実施する。光源１０は、反射層５の、全血サンプル９９の逆側を向いた面から半透明板２の多孔質部分内の検査ボリュームを照射する。検査光１１は、孔６内の部分サンプル９と相互作用する斜め入射ビームである。出現光２１は、同じく斜めの角度で検査領域を眺めるよう配置された検出器２０により検出される。検出器２０は、孔６内の部分サンプル９との相互作用に起因して、出現光を表す、特に、遊離ヘモグロビン９６の濃度についての情報を含む、信号を生じさせる。生じた信号を処理することで、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を明らかにすることが可能である。較正することで、全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度は、定量的であり得る。以下の実施例において全測定に使用される光学検査技術は、電磁スペクトルの可視域でスペクトル分離された吸光度測定を使用する。電磁スペクトルの可視域は、例えば、約３８０ｎｍ〜７００ｎｍ、約３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ又は約４１６ｎｍの範囲にある。

測定サイクルは、孔６をプレフィルするために使用したすすぎ用溶液８等の、すすぎ用溶液を使用して、全血サンプルを洗浄することで完結する。このことにより、センサデバイスは再初期化され、次の全血サンプルの受け入れ準備が整う。表２に、例示目的で、完全に溶血した５％の全血（すなわち、約１０００ｍｇ／ｄＬ）を含む試験用サンプルにさらした後の、非常に迅速な回復を示す。

表２から、２つのセンサ（以下の実施例でも参照するセンサ１及びセンサ２）を含む測定セルが、特に、１０００ｍｇ／ｍＬの高濃度の遊離ヘモグロビンを有するサンプル測定後に完全に回復し、すすぎ開始後１分以内、又はより迅速に次のサンプルの受け入れ準備が整うことが理解できる。

図２は、更なる実施形態による、多孔質ミラーの詳細を示す。半透明板２内の単一の孔６を概略的に示す。孔６は、該孔６の開口部７にて、口部内へと反射性材料を付着させることにより作製した、反射性環状部材５１の形状の、付加的な反射性部材を含む。

図３ａ及び図３ｂは、更なる実施形態による多孔質ミラーの詳細の、２つの断面図を示す。再び、半透明板２内の単一の孔６を概略的に示す。孔６は、反射性材料を、孔６の開口部７において口部内へと指向的に付着させることにより作製した、小型ミラー部材５２の形態の付加的な反射性部材を含む。なお、図３ａ、ｂの２つの図に示すように、ミラーは開口部／口部周囲の一部分のみを覆う。小型ミラー部材５２は孔内部から見ると、凹形をしている。小型ミラー部材を、好適な反射性材料、好ましくは金属で、傾斜させた多孔質半透明板２上へ指向性蒸着して作製することで、全ミラー部材５２を同時に形成し、同一方向に向かせる。このことにより、検査光１１が小型ミラー部材５２の凹部側から入射した場合、出現光２１を優先方向へ向けることが達成される。その結果、優先方向に出現する光から生じた信号の信号対雑音比が、大幅に改善される。

Ｐｄを、半透明ポリマー板２の前面上へと、蒸発（evaporation）方向が前面３の面法線に対して２５度傾斜した角度で、半透明板２の前面３上に、３０ｎｍの厚みを有する反射層５が得られるまで、指向性スパッタリング蒸着（sputter evaporation）することにより得た、付加的な小型ミラー部材を有するセンサ構成を使用して、以下に示す実施例を測定した。半透明板２は半透明の、好ましくは透明のポリマー材料から作製され、実質的に円形の断面を有する、一端が閉じたトラックエッチド孔６を有する。孔は、直径が４００ｎｍ、深さが２５μｍであり、孔隙率が１５容積％で分布した開口部７を有する。同時に、所与の前面面積Ａに分布した孔は、総容積Ｖを有し、等価孔隙容積深さδ＝Ｖ／Ａを有する。以下に示す実施例での測定に使用する上記特定のサンプルでは、等価孔隙容積深さδが、約４μｍである。

図４及び図５は、測定セル１００を概略的に示す。測定セル１００は、孔開口部７を有する前面３が測定セル１００内のサンプルボリューム１０１内に面している、多孔質ミラー１を有するセンサデバイスを含む。サンプルボリュームは、サンプルの供給及び排出、並びに下塗り、すすぎ及び洗浄工程のための、流体投入口及び排出口（図示せず）と連通している。多孔質ミラーの後面は、透明な裏張りスライド３０により機械的に安定化されており、該スライドは、多孔質ミラーの後面４から検査領域に光学的にアクセスするための窓としてもまた、機能する。光学検査を、図１を参照して上記した光源１０及び検出器２０を有する装置を使用して実施する。なお、検査ビーム及び検出方向は、多孔質ミラー１の前面３の面法線に対して、各々の角度で傾斜している。更に、図５に見られるように、入射検査光１１の面及び検出２１（detection 21）の面は、グレア効果を避けるため、互いに１８０度未満の、及び好ましくは約９０度以下の鋭角（pointed angle）の角度で交わる。以下に示す実施例の測定では、入射検査光１１の面及び出現光２１の検出面は、小型ミラー部材５２の対称面に平行な方向に対して、対称に配置されている。

図６ａ、図６ｂ及び図７は、多孔質ミラー１の半透明板２の後面４と直接接触している、透明裏張りスライド３１を概略的に示す。入射検査光１１が、半透明板２の、６０°プリズム３２の面を有する裏スライド４（back slide 4）へと進入する際、空気とポリマーとの間での屈折率の変化は入射検査光１１に影響せず、光は、光の角度を変えることなしに、半透明板２の孔６に進入し（図示せず）、出現光２１が検出器２０に到達する。図６ｂは、出現光２１が検出器２０に到達する前に、入射検査光１１が透明裏張りスライド３１内で数回反射され得ることを示す。更に、図７に見られるように、入射検出光１１及び出現光２１の面は、グレア効果を避けるため、好ましくは互いに１８０度未満の、及び好ましくは約９０度以下の鋭角の角度で交わり、プリズム３２は、入射検査光１１にも、出現光２１にも影響を及ぼさない。

図８〜１３を参照し、本発明の実施形態によるセンサの性能の、様々な態様を示す実施例として、以下の、試験運転測定のデータを示す。

これらの実施例の実験に、直線状の片側トラックエッチド孔（single−sided track−etched, linear pores）が設けられた、全厚４９μｍの透明ＰＥＴＰ膜から作製したセンサを使用する。孔は、２５μｍの孔深さ及び０．４μｍの孔径を有し、親水性ＰＶＰ処理されている。孔の面密度は、１．２Ｅ８／ｃｍ＾２である。そして、孔は一端が閉じており、ＰＥＴＰ膜の片面に開口部を有し、半透明板として機能するＰＥＴＰ膜内の、実質的に半分のところで終端している。膜（半透明板）の多孔質側は、スパッタリングを使用して、２５度の角度でパラジウムコーティングされており、およそ３０ｎｍの層厚みを有する。これにより、膜（半透明板）の多孔質前面上への金属コーティング及び孔内部の片側へのわずかなコーティングが与えられ、孔開口部に隣接する孔の口部内に前面に向かう小型の凹形ミラーが形成される。スパッタリングされた多孔質ＰＥＴＰ膜は、両面接着テープを使用して特別に作製されたキュベットに積層され、孔内の小型ミラーの凹部側が光源からの光導波路と分光計入力（spectrometer input）からの光導波路との間の中間点を指すようにする。約１０μＬのシリコンゴムの滴がピペットで膜上へと滴下され、その後、カバーガラスが、センサ膜（半透明板）の機械的裏張りとして、膜の後面に固定される。センサを、液体、時間間隔及びデータサンプリングについて自動操作するために、試験台に載せる。データ取得は、約３秒続け、サンプル取得後は１４秒まで遅延させた。

試験台には、光源としての２つの発光ダイオード（紫色及び「白色」ＬＥＤ）及び検出器としての小型分光器が装着されている。小型分光器内の標準スリットを、光及び感度を増加させるため、１２５μｍスリットで置き換えた。測定は反射測定なので、光源及び検出器は両方とも、多孔質膜の後面に配置する（非多孔質面）。膜の金属コーティングされた多孔質面を測定チャンバ内に位置決めし、そしてミラー及び孔をチャンバ内のサンプルに直接さらす。２つの光ダイオード（light diodes）からの光は、共通のファイバ導光板を通って導かれる。ファイバ導光板は、その末端に、多孔質ミラー膜の小型スポット（約２ｍｍ×２ｍｍ）への光を平行にするため、レンズを有する。デカルト座標系を参照すると、膜の面（半透明板の前面）は座標系のＺＸ面として規定され得る。光は膜の外側表面（半透明板の後面）を、Ｙ軸、すなわち、ＺＸ面の面法線に対して（更には座標系のＹＺ面内に）４５°の角度で進入する。検出器はＹ軸に対して極角６０°で、ＹＺ面について、光源の入射面に対して方位角９０°だけ回転されて（例えば、ＹＸ面内に）位置決めされている。Ｙ軸に対して、入射光及び検出方向の角度が比較的大きいことにより、集められた光は、孔内の部分サンプルのより長い距離を伝播してきているため、ヘモグロビンに対する検出感度が改善される。

溶血した、及び溶血していないヒトの血液を特定の混合比で混合することによって、サンプルを調製する。溶血した血液を、−８０℃で３０分間凍結することによって調製する。血漿をベースとする干渉溶液（interference solution）は、血漿に干渉物質（interferents）を特定の値まで添加することによって調製される。血漿は１５分、１５００Ｇで遠心分離することによって作製する。参照として、試験した全血サンプルの遠心分離によって得た血漿吸収スペクトルもまた、パーキンエルマー製の、１９ＵＶ−Ｖｉｓ分光計で測定する。

スペクトル図８は、異なる濃度の遊離ヘモグロビン（Ｈｂ）を有する４種のサンプルについての、スペクトル分離した吸光度データを示す。４１６ｎｍ周辺の波長では、顕著なピークが観察される。なお、異なるサンプルでの吸収極大は、明らかにサンプルの遊離ヘモグロビン含有量に直線的に変倍される。吸光度（absorbance traces）を、ピークの４１６ｎｍで、上端から下端まで選択すると、サンプルは２００ｍｇ Ｈｂ／ｄＬ（Ｃａｌ１）、１００ｍｇ Ｈｂ／ｄＬ（０．４％溶血した全血）、５０ｍｇ Ｈｂ／ｄＬ（０．１８％溶血した全血）及び約４ｍｇ Ｈｂ／ｄＬ（全血）の公称濃度を有する。

多孔質ミラーを有する光学センサ（センサ１、センサ２）により得られた遊離ヘモグロビン含有量値が、直線的に変倍されること及び正しく較正されることを、同一サンプルを参照法（図９）の使用により測定することによって確認した。参照法は、血漿分画を、全血の血球分画から遠心分離によって分離すること、及び分離した血漿相の分光光度測定を実施することによって、遊離ヘモグロビンの各々の濃度を決定すること、を含む。標準物質の分光測光法技術もまた、パーキンエルマー社製の、１９ＵＶ−Ｖｉｓ分光計を使用して行う分光吸光度測定であった。センサ１及びセンサ２と称する、２つの名目上同一のセンサデバイスを使用して得た独立の測定値は大部分が一致する。各々のセンサに対する対応する線形トレンドラインをグラフに追加した。トレンドラインは、本発明によるセンサ１及びセンサ２を使用して得た、遊離ヘモグロビン濃度値の精度及び信頼性が高いことを強調する。

図１０は、本発明によるセンサを使用して得た遊離ヘモグロビン測定値の、血漿中に存在し得るその他の成分からの干渉に対する堅牢性（robustness）を示す。再び、両センサ１（塗り潰しカラム）及びセンサ２（白抜きカラム）からのデータを、並べて示す。左から右へ、干渉を決定するために測定した４つの異なるサンプルは、０．４％溶血した全血（第１グループのカラム）、０．４％溶血した全血を遠心分離することによって得た血漿（第２グループのカラム）、０．４％溶血した全血を遠心分離することによって得た血漿に、３４０μｍのビリルビンを加えたもの（第３グループのカラム）及び０．４％溶血した全血を遠心分離することによって得た血漿に、イントラリピッドを加えたもの（第４グループのカラム）である。多孔質ミラーセンサ（センサ１及び２）を使用して測定すると、全信号は、７７〜９３ｍｇ Ｈｂ／ｄＬの遊離ヘモグロビン含有量を示す。参照のため、０．４％溶血した全血を遠心分離することによって得た、血漿を測定した信号では、上記参照法を使用する場合、約８５ｍｇ Ｈｂ／ｄＬの含有量を得る（図示せず）。第１及び第２グループ間のカラムの比較は、微量にあるが、赤血球によるヘモグロビン信号への有意ではない寄与を示す。第２及び第３グループ間のカラムの比較は、顕著な、しかし有意ではないビリルビン信号のヘモグロビン信号との干渉を示す。第２及び第４グループ間のカラムの比較では、ヘモグロビン信号とイントラリピッド信号との検出可能な干渉は示されない。

図１１は、名目上同一のサンプルに、１ヶ月という、より長い期間繰り返した測定の結果（measurements）を示す。１ｍｇ Ｈｂ／ｄＬあたりの吸光度により決定される、信号感度の有意な変動は観察されない。従って、多孔質ミラーを使用するセンサは、結果に高い安定性及び再現性をもたらす。

図１２は、同一タイプの測定であるが、比較的短期間にわたって実施した測定の結果を示し、それによって未使用センサの開始時の動力学を示す。期間全体にわたり有意な変動は観察されない。最初にセンサの多孔質面が濡れてから、３分以内に安定かつ再現性のある信号が観察されるため、有意な開始時の遅延を伴うことなく、迅速な応答を示す。

図１３は、色素ベースの較正溶液及び比較のためのすすぎ用溶液について得た、一連のスペクトル分離した吸光度データの例を示す。スペクトルは、次の測定が直後に行われる連続サイクルで得られる（The spectra where obtained in successive cycles immediately after each other.）。色素ベースの較正溶液は、すすぎ液１Ｌあたり０．５ｇのタルトラジンを添加したすすぎ用溶液である。測定する溶液の順序は次の通り、まず、すすぎ用溶液、次に色素ベースの較正溶液、次に再びすすぎ用溶液、再び同一の色素ベースの溶液とし、更に全てすすぎ用溶液について実施される３つの連続測定とする。全スペクトルは、同一スケールで互いに重ねてプロットする。実験によって、再び、得られた結果の、非常に良好な安定性及び再現性が示される。更により重要なことは、色素ベースの溶液の別個の２つのスペクトルデータが、驚くほど明らかに、互いに一致して重なり、すすぎ用溶液の全５つのスペクトルもまた、互いに一致して重なる、ということである。なお、光学データは、全て多孔質ミラーセンサの検査ボリューム内で検査したものである。このことは、孔内の部分サンプルの取り出し及び洗浄のための非常に効率的かつ完全な拡散交換を示し、上記したタルトラジンで染色したすすぎ用溶液等の色素ベースの分光光度分析用較正溶液を使用する場合もまた同様である。

遊離ヘモグロビンの検出に関して、本発明のデバイス及び方法を具体的に述べてきたが、本明細書で述べたデバイス及び方法は、より広い態様に従って、全血サンプルに含まれる血漿分画中のその他の光学的に活性な物質を検出するのに等しく適用可能である。なお、用語「光学的に活性」は、分光光学検査技術によって直接的に検出することができる物質を意味する。このような物質はとしては、代謝物、薬剤物質、薬物又はビタミンを挙げることができるが、これらに限定されない。

Claims (17)

1. 全血サンプル（９９）に含まれる血漿分画（９７）中の物質（９６）を光学的に検出するセンサであって、前記センサが、
   前面（３）、及び前記前面（３）の逆側を向いた後面（４）を有する半透明板（２）であって、前記前面（３）が全血サンプル（９９）と接触するよう構成され、孔（６）を含む半透明板（２）、
   前記半透明板（２）の前記前面（３）にある反射層（５）であって、前記半透明板（２）から前記反射層に到達した光を反射するよう構成された反射層（５）、並びに
   前記半透明板（２）を光学的に検査するよう構成された光源（１０）及び検出器（２０）、を含み、
   前記光源（１０）が、前記半透明板（２）内の少なくとも前記孔（６）を照射するように構成されており、前記検出器（２０）が、前記光源（１０）による照射（１１）に応じて前記孔（６）から出現する光（２１）を受光するように配置されており、更に、前記検出器（２０）が、前記検出した光を示す信号を生成するよう構成されており、
   前記半透明板（２）内の前記孔（６）が、前記前面（３）にある各々の開口部（７）から前記反射層（５）を通過し前記半透明板（２）内へと延びる、一端が閉じた孔（６）であり、
   前記孔（６）の前記開口部（７）の断面寸法が、前記全血サンプル（９９）に含まれる前記血漿分画（９７）中の前記物質（９６）が前記孔（６）に進入することができるものの、赤血球（９８）の前記孔への進入を妨げるものとなっており、
   前記孔（６）が、前記半透明板（２）をトラックエッチングすることにより形成される、
   センサ。
2. 前記センサが、全血サンプル（９９）中の遊離ヘモグロビン（９６）を前記光学的に検出するよう構成されており、
   前記孔（６）の前記開口部（７）の断面寸法が、遊離ヘモグロビン（９６）が前記孔（６）に進入することができるものの、赤血球（９８）の前記孔（６）への進入を妨げるものとなっている、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記孔（６）の前記開口部（７）の断面寸法が、約１μｍ以下、約８００ｎｍ以下、好ましくは約５００ｎｍ以下、若しくは約４００ｎｍ以下であり、及び／又は前記孔（６）の、前記孔（６）に沿った軸方向の長さが、１００μｍ未満、５０μｍ未満、好ましくは３０μｍ未満である、請求項１又は２に記載のセンサ。
4. 孔（６）を含む所与の容積の前記半透明板（２）の孔隙率が、５０容積％〜５容積％、３０容積％〜１０容積％又は約１５容積％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ。
5. 前記孔の総容積（Ｖ）を、前記孔（６）の前記開口部（７）が分布した前面面積（Ａ）で除したものとして定義される等価孔隙容積深さ（δ）が、２０μｍ未満、あるいは１０μｍ未満、又は好ましくは約５μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ。
6. 前記孔（６）の内壁表面が、親水性コーティングでコーティングされている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ。
7. 前記光源（１０）が、斜め入射の照射ビーム（１１）を前記半透明板（２）の前記後面（４）から与えるよう構成されており、
   照射角度が、前記半透明板（２）の前記前面（３）によって規定される基準面の面法線に対する前記入射ビーム（１１）の角度として定義される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ。
8. 前記検出器（２０）が、前記半透明板（２）の前記後面（４）から斜めに出現した光（２１）を集めるよう構成されており、
   検出角度が、前記半透明板（２）の前記前面（３）によって規定される基準面の面法線に対する、前記検出器（２０）に向かう前記出現光（２１）の伝播角度として定義される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ。
9. 入射面及び検出面が面法線で交差し、少なくとも０度、及び１８０度未満、好ましくは１６０度未満、好ましくは１３０度未満、又は好ましくは約９０度の方位角を囲み、
   前記入射面が、照射ビーム（１１）及び前記基準面の前記面法線の方向に張られ、
   前記検出面が、前記検出器（２０）に向かって伝播する前記出現光（２１）及び前記基準面の前記面法線の方向に張られる、請求項８に記載のセンサ。
10. 前記半透明板には、前記孔（６）内の、前記半透明板（２）の前記前面（３）にある前記開口部（７）に隣接した口部内に配置された反射性部材（５１、５２）が更に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサ。
11. 前記更なる反射性部材（５２）が、前記孔（６）の、前記開口部（７）近傍にある、前記口部の周囲の一部分のみを覆う、反射性コーティングとして付与され、前記一部分は、約７０％以下及び好ましくは約５０％以下である、請求項１０に記載のセンサ。
12. 全血サンプル（９９）を分析するためのシステムであって、前記システムが、
    前記全血サンプル（９９）を供給及び排出するための、流入口及び排出口を有するサンプルチャンバ（１００）、
    前記全血サンプル（９９）に含まれる血漿相（９７）中の物質（９６）の濃度を示す第１信号を与えるよう構成された第１検出器、
    並びに
    １つ以上の更なる検出器であって、その各々が、前記全血サンプル（９９）の血液パラメータを表す、対応する更なる信号を与えるよう構成されている検出器、を含み、
    前記第１及び更なる検出器が、前記第１及び１種以上の更なる信号を前記同一の全血サンプル（９９）から得るよう動作可能であり、
    前記第１検出器が、前記全血サンプル（９９）に含まれる前記血漿相（９７）中の前記物質（９６）の前記光学的に検出するための、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のセンサとして構成されている、システム。
13. 前記第１信号に基づき、１種以上の前記更なる信号に関する出力を与えるよう構成されたプロセッサを更に含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記出力が、前記全血サンプル中の遊離ヘモグロビン濃度を表す印である、請求項１２に記載のシステム。
15. 全血サンプル中の遊離ヘモグロビンを光学的に検出するのに使用する多孔質ミラー（１）であって、前記ミラー（１）が、
    前面（３）、及び前記前面（３）の逆側を向いた後面（４）を有し、前記前面（３）が前記全血サンプル（９９）と接触するよう構成された半透明板（２）、並びに
    前記半透明板（２）の前記前面（３）に適用された反射層（５）であって、前記半透明板（２）から前記反射層（５）に到達した光を反射するよう構成された反射層（５）、を含み、
    前記半透明板（２）には、前記前面にある各々の開口部（７）から前記半透明板（２）
    内へと延びる、一端が閉じた孔（６）が設けられており、前記孔（６）の前記開口部（７）の断面寸法が、遊離ヘモグロビン（９６）は前記孔（６）に進入することができるものの、赤血球（９８）の前記孔（６）への進入を妨げるものとなっており、
    前記孔（６）が、前記半透明板（２）をトラックエッチングすることにより形成される、
    多孔質ミラー。
16. 全血サンプル（９９）に含まれる血漿分画（９７）中の物質（９６）を光学的に検出するセンサであって、前記センサが、
    前面（３）、及び前記前面（３）の逆側を向いた後面（４）を有する半透明板（２）であって、前記前面（３）が全血サンプル（９９）と接触するよう構成され、孔（６）を含む半透明板（２）、
    前記半透明板（２）の前記前面（３）にある反射層（５）であって、前記半透明板（２）から前記反射層に到達した光を反射するよう構成された反射層（５）、並びに
    前記半透明板（２）を光学的に検査するよう構成された光源（１０）及び検出器（２０）、を含み、
    前記光源（１０）が、前記半透明板（２）内の少なくとも前記孔（６）を照射するように構成されており、前記検出器（２０）が、前記光源（１０）による照射（１１）に応じて前記孔（６）から出現する光（２１）を受光するように配置されており、更に、前記検出器（２０）が、前記検出した光を示す信号を生成するよう構成されており、
    前記半透明板（２）内の前記孔（６）が、前記前面（３）にある各々の開口部（７）から前記反射層（５）を通過し前記半透明板（２）内へと延びる、一端が閉じた孔（６）であり、
    前記孔（６）の前記開口部（７）の断面寸法が、前記全血サンプル（９９）に含まれる前記血漿分画（９７）中の前記物質（９６）が前記孔（６）に進入することができるものの、赤血球（９８）の前記孔への進入を妨げるものとなっており、
    前記半透明板には、前記孔（６）内の、前記半透明板（２）の前記前面（３）にある前記開口部（７）に隣接した口部内に配置された反射性部材（５１、５２）が更に設けられている、
    センサ。
17. 前記更なる反射性部材（５２）が、前記孔（６）の、前記開口部（７）近傍にある、前記口部の周囲の一部分のみを覆う、反射性コーティングとして付与され、前記一部分は、約７０％以下及び好ましくは約５０％以下である、請求項１６に記載のセンサ。

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