JPH0363024B2 - - Google Patents

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JPH0363024B2
JPH0363024B2 JP55502442A JP50244280A JPH0363024B2 JP H0363024 B2 JPH0363024 B2 JP H0363024B2 JP 55502442 A JP55502442 A JP 55502442A JP 50244280 A JP50244280 A JP 50244280A JP H0363024 B2 JPH0363024 B2 JP H0363024B2
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Description

請求の範囲 １ 流体中の酸素を定量分析するためのフアイバ
ーシース要素を有するフアイバ分折装置であつ
て、前記フアイバーシース要素は、可視及び紫外
線領域の電磁エネルギを透過し前記エネルギが透
過する通路を画定するフアイバと、前記フアイバ
の周囲に設けられた酸素透過性シースと、前記フ
アイバ又は前記シースを形成する材料に結合され
る酸素消光性蛍光色素と、前記エネルギの放射線
を前記シースから前記フアイバへ反射するための
反射手段とから成り、酸素による消光によつて生
じる蛍光の変化が前記通路の長さに沿つて累積的
であることを特徴とする分析装置。
２ 前記フアイバーシース要素を複数有し、前記
フアイバーシース要素の各々はそれぞれ異なる濃
度の酸素消光性蛍光色素を含有することを特徴と
する請求の範囲第１項記載の分析装置。
３ 流体中の酸素を定量分析するため分析方法に
おいて、 (a) 可視及び紫外線領域の電磁エネルギを透過し
前記エネルギが透過する通路を画定するフアイ
バと、前記フアイバの周囲に設けられた酸素透
過性シースと、前記フアイバ又は前記シースを
形成する材料に結合される酸素消光性蛍光色素
と、前記エネルギの放射線を前記シースから前
記フアイバへ反射するための反射手段とから成
るフアイバーシース要素を用意し、 (b) 前記フアイバの一端に紫外線を導入し前記紫
外線の一部と前記蛍光色素とを反応せしめ蛍光
及び可視光の放出を生じしめ、その放出が前記
通路の長さに沿つて累積されるようにし、 (c) 前記フアイバーシース要素を前記流体と接触
させて、酸素が前記要素に浸透し前記蛍光色素
と反応して蛍光を消光させ、これにより前記流
体に含有される酸素の量に比例して前記要素か
ら放出される可視光を減少させるようにしたこ
とを特徴とする分析方法。
明細書 化学的又は生物学的目的のために多くの分析技
術が開発されてきている。単一の被検物質
（analyte）の分析のために別々の流体試料を使用
する方法は伝統的に湿式化学法又は乾式化学法と
言われている。最近この２つのタイプの方法は費
用を削減し、やり方を簡略化するために自動化さ
れている。テクニコン社の自動分析器により代表
される湿式化学法は、複数バツチの試薬溶液、ポ
ンプ類、及び流体制御系を使用し、これらを慣用
のセンサー〔例えば比重測定、蛍光、比色（すな
わち放射線測定）、ポーラログラフイー、導電率
測定又は超音波による〕と結合させたものであ
る。これらの方法は、装置が大型化するという特
徴があり、一般に金がかかり、通常熟練したオペ
レータを必要とする。
乾式化学法は、試験液体が放射線測定により検
知可能な反応を起すように、単層又は多層の平面
要素内に乾燥条件下に貯蔵された試薬を使用する
（米国特許第3092465号明細書参照）。これらの方
法は使用が簡便であるが、伝統的に定性的結果し
か与えない。この理由はいくつかあり、これらは
イーストマンコダツク社に与えられた最近の米国
特許（米国特許第3992158号、4042335号及び
4066403号明細書参照）に十分に説明されている。
その主要な理由は、水平な表面上に流体が均一に
拡布されないこと、試薬が貯蔵されている領域に
流体又は被検物質が均一に浸透しないこと、拡布
された流体の端部における効果が不均一であるこ
とである。周知の「デイツプステイツク」製品
は、これらの過度応答特性（transient response
characteristics）が温度に依存するにも拘らず、
これらがサーモスタツトのない環境下で用いられ
ていたので、完了まで進行する化学反応を利用す
る必要があつた。乾式化学法の従来の弱点の多く
を克服した新乾式化学法が最近イーストマンコダ
ツク社により開発された。
このコダツク法は、順次に配例された水平かつ
多層のシートを使用するものであつて、最上層が
液体試料を受け入れ、これが下方に流過して予め
配列された順序において分離及び反応を行なうも
のである。上記シートは、少量の液体を受け入
れ、これを均一に再生し得る領域（reproducible
area）に分布するように設計されている。この
領域は、多層状シートの全領域よりも小さい。シ
ートの各層は表面に平行な方向において実質的に
均一であるので、一旦（迅速な方法により）放射
状に拡布されると液体の成分は、表面に平行な各
面において実質的に同一の速度で下方に移行でき
る。このようにして均一な反応、過などを起す
ことができる。
被検物質は、サーモスタツトを有する環境下に
行なわれる放射線測定法により上記多層シートと
で検知される。このことは、液体試料中の被検物
質の濃度を検知するために動的測定法及び静的測
定法を使用することを可能にする。
放射線（radiation）は、いくつかの層を横切
る通路においてこの組立装置内に入射される。放
射線は被検物質により又は被検物質の成分又は生
成物により変化される。例えば励起放射線は被検
物質により又は被検物質の成分又は生成物により
部分的に吸収される。変化された放射線は層状組
立装置を経て横方向に反射されるか又は全体の組
立装置を通過する。いずれの場合（反射又は透
過）においても励起放射線の通路は極めて短か
く、励起放射線が励起される物質に遭遇する層の
厚みにより決定される。この寸法は迅速測定、例
えば10μm〜100μmを達成するため非常に小さく
する必要があるので、励起放射線の変化の度合は
極めて小さい。このことは、被検物質（又は被検
物質の成分または生成物）が励起放射線と非常に
強固に相互作用する場合における分析にしか上記
分析技術は適用されないことを意味するかまた極
めて高感度の検知装置を必要とすることを意味す
る。しかしこの方法は血液中に比較的高濃度で存
在する被検物質、例えばグルコース、BUN、コ
レステロール、アルブミンを測定するために有用
な方法であることが判明している。
生物学的流体又は産業廃水又は池、湖及び河川
中の被検物質濃度を連続的にモニターするため迅
速可逆化学反応を使用する他の分析方法も開発さ
れており、例えばいくつかの方法が、重病患者の
血液中の酸素濃度を測定するために提案されてい
る。
本発明の目的は、分析方法及び装置の改良を提
供することにある。
本発明の他の、より具体的な目的は、上述の一
般型の層状組立装置を、従来固有の制限を受ける
ことなく使用することができる分析技術（方法及
び装置の両方を含む）を提供することにある。
本発明の上記目的及び他の目的は、以下の記載
及び添付の請求の範囲より明らかになる。
本発明によれば、電磁エネルギー（例えば紫外
光線又は可視光線）、電子エネルギー又は音波エ
ネルギーから選択されたエネルギーを透過するフ
アイバ、即ちコアが用意される。このコアは１又
はそれ以上の透過性又は半透過性の（すなわち被
検物質を含有する流体試料を透過することができ
るか又は試験流体の多くを所望の程度に透過する
が望ましくない成分を過により除去することが
できる）シース（sheaths）を備えている。装置
のこの部分は、「シース構造」と称され、１又は
それ以上の透過性又は半透過性シースからなるこ
とを意味する。以下の記載からより十分に明らか
なように、シース構造により達成される機能はい
くつかあり、その１つ又はそれ以上は１又はそれ
以上の個々のシースにより達成される。
上述のようにコアは、選択されたエネルギーを
透過し、このエネルギーを、試験流体が適用され
る表面に対して一般に平行な方向に通過させる。
コアは「活性長さ」（active length）を有し、こ
れは後でより詳細に述べるように、必ずしもそう
ではないが通常はコアの全長よりも短かいコア長
さの一部分であり、この活性長さにおいてコアを
通過するエネルギーは試験流体の影響を受け、こ
れにより変化される。この活性長さの程度は大き
く、後でより詳細に述べるようにシース構造及
び／又はコアの厚みに比べて著るしく大きい。こ
の配列により活性長さに沿つてコアを通過するエ
ネルギーは、試験流体中の被検物質の存在により
累積的（必ずしも均一的に累積的ではないが）変
化を受ける。
後でより詳細に述べるようにコアは液体又は気
体試験流体中の被検物質又は該被検物質の生成物
を透過するものであるならば、露出した（すなわ
ちシース構造がない）状態でもよく、この場合に
は試験流体と直接接触される。
本発明の装置の物理形態及び構造は、大幅に変
化させることができるが、所望の態様において
は、本発明の装置は円筒状で、励起放射線を透す
る中心コア又は繊維からなり、吸収性物質の１ま
たはそれ以上の同心層からなるシース構造により
取り囲まれている。また横断面形状は多角形状で
もよいが、この場合にも透過層を取り囲む１又は
それ以上の吸収性層を有する。
このような構造において、キヤリヤ−エネルギ
ーの通路は、横たわつている層を横切るというよ
りもこれに対して一般に平行である。多くの図面
により本発明の種々の態様を示すが、大部分にお
いて、キヤリア−エネルギーは電磁界として説明
される。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は、単一の内部コア及び外部シ
ート構造を有する本発明の分析装置の一実施例を
示す図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の分
析方法における被検物質濃度と電磁エネルギ出力
との関係を示す図、第７図は２つのフアイバ分析
装置（FAD）を用いた本発明の二重フアイバ分
析装置（DFA）を示す図、第８図は高感度分析
システムにおける範囲の限界を示す図、第９図は
本発明の多重フアイバ分析装置（MFAD）を示
す図、第１０図〜第１２図はそれぞれグルコース
測定に適用される二重フアイバ分析装置（DFA）
の構成、分析方法を示す図、第１３図及び第１４
図はそれぞれDFAを使用した連続モニターの例
を示す図、第１５図及び第１６図は多重シースの
FADを用いたMFADを示す図、第１７図及び第
１８図はそれぞれ高感度免疫分析に適用される
MFADの一実施例を示す図、第１９図はシース
の屈折率がコアの屈折率より低い単一シーズ−内
部コアの一実施例を示す図、第２０図はシース材
料に試料を均一に飽和させるウイツキング方法を
示す図、第２１図は本発明の分析方法による流体
中の酵素測定に適用されるFADの一実施例を示
す図、第２２図及び第２３図はそれぞれ本発明に
よるカテーテルの実施例を示す図である。
第１図には、参照数字１１により総称され、第
２図の横断面図に示したように繊維の内部コア１
１と外部シース１２とからなる本発明の装置の一
例が示されている。コア又は繊維１１は、励起放
射線を透過するものであるが、このものは石英繊
維の如き従来の光学繊維を用いずに光学的な透過
性を有するばかりでなく水溶液の成分を透過する
ものから選択される。外部シース１２は、吸収性
かつ半透過性の物質から構成される。
例えば浸漬することにより、被検物質を含有す
る流体、例えばその低分子量成分の１つを測定し
たい血液が外部シース１２に適用される。大きな
分子及び赤血球、血小板又は白色細胞の如き被形
成要素（formed elements）による浸透を防止す
ることが必要とされる場合には、シース１２の構
成材料は、上記の大きな分子及び要素を過によ
り除去するものが、好ましく選択される。また水
及び小さな分子を透過するが、大きな分子及び血
液の被形成要素を透過しない外層（図示されてい
ない）を設けることもできる。このように層１２
の１つの機能は、試験流体の望ましくない成分に
対する不透過性障壁として働くことであることが
理解される。
フアイバーシース要素１０（以下、要素とい
う）を試験流体中、例えば血液中に浸漬すると、
この流体は繊維からなるコア１１に浸透する。そ
の存在は、例えば被検物質により選択的に吸収さ
れる波長の光でコアを照射することにより検知さ
れる。このように繊維の出口端を出る光の減少は
試験流体中の被検物質の濃度に比例する。
第１図には水性溶媒中の被検物質の測定を実施
するためのシステムが概略的に示されており、こ
のシステムは放射線源１３、焦点レンズ１４及び
適切な波長の光を透過するための適当なフイルタ
ー１５を含む。装置の出口端には光検知器１６及
び電気信号処理器１７がある。電気信号処理器は
光検知器からの信号を増幅するもので、いくつか
の周知の市販装置のいずれをも使用することがで
き、可視型の読み出し手段及びプリント読み出し
のための記録器を備えていてもよい。
エネルギーを分析装置に導入し、そのシステム
を出るものを測定するために用いられる第１図の
装置は、各構成機器の使用に依存して数多くの方
法で構成される。本発明による使用の簡略性及び
本質的に迅速な応答は、一つの使用態様として臨
床測定が可能であることを示唆し、この場合には
再充填できる電池を有する携帯ユニツトが望まし
い。最近の電子データ処理方法は極めてコンパク
トであるので、電子的補正及び較正法を用いるこ
とにより分析装置の使用を更に簡略化できる。こ
の電子的補正及び較正法は、被検物質濃度に対す
るそれらの応答において非直線的である分析法の
使用を可能にするからである。事実、単一機器中
に並列的な配置でいくつかの分析要素を組み入れ
ることが可能である。
第１図の文字“ａ”及び“ｂ”及びこれらから
の引出線は、要素１０の「活性長さ」を示す。こ
の活性長さは、被検物質又は被検物質の生成物に
暴露される装置の部分であり、これに沿つてエネ
ルギー流は被検物質又は被検物質の生成物によつ
て累積的に変化される。“ａ”から“ｂ”までの
通路（連続であつても分画されていても良い）は
要素１０の厚みに比べて長い。
第１図の装置においてコア１１は露出状態即ち
シースがなくても良い。このように例えば外気又
は水、工業流体又は生物的流体が問題の被検物
質、例えば煙突ガス中の二酸化硫黄や酸化窒素の
ような汚染物質又はフエノール性汚染物質を含有
する場合には、コア１１の材質は、コアを通過す
るエネルギー流を、例えば選択された波長の光を
吸収することにより変化させる上記汚染物質を吸
収するものが選ばれる。
第３図を参照すると第１図のシステムに類似の
システムが示されており、このシステムは、誇大
した大きさで示され、紫外光線を透過するが流体
を透過しないコア２５（以下文字“Ｃ”によつて
示す）と、酸素を消滅し得る螢光染料物質を含有
するガス透過性物質のシース２６を含むいくつか
の構成部品を示すために内部が露出されたフアイ
バ分析装置（FAD）１０からなる。シース２６
の屈折率nsはコアの屈折率ncよりも大きい。外部
シース２７は酸素を透過し反射性である。これは
大きな分子及び血液中の血小板や赤血球の如き被
形成要素を透過しないものであり得る。
FADの部分横断面図である第４図を参照する
と、螢光染料の分子は２８により示されている。
紫外光線はコアを通過し、そのいくらかはシース
２６中へ反射されるが、該シース内において紫外
光線は可視スペクトルの放射線を放出する螢光分
子と反応する。この放出は等方性である。シース
２６と２７の間の界面に衝突する可視光線は、直
接コアに入る光線とともにコア中に反射される。
実施の場合にはコアの長さの各増加分ΔX（Ｘは
コアの活性長さに沿う距離である）を通過する間
のシース内の螢光分子の分布が均一であると仮定
すると、コアを通過する放射線は放出された光の
増加分Δiをピツクアツプする。ΔiはUV光線がコ
ア２５を通過する時に幾分減衰されるので、もち
ろん一定ではない。しかし累積的効果が起り、 放出可視光の強度x 〓0 Δiは通路の小さい セグメントから放出するΔi値よりもはるかに大
きい。
測定されるべき被検物質である酸素を含有する
例えば血液、工業用水及び河川水の如き流体は外
部シース２７に適用されると、シース２６に浸透
する。流体中の溶解酸素は螢光を消滅させ、それ
故にコアの出口端から放出される螢光光線の強度
を減ずる。この放出された光線は紫外線フイルタ
ー１８を通過し、次いで光学電気的検知器（Ｏ−
ED）３０を通過する。このＯ−EDは放出された
光エネルギーを電気エネルギーに転換するための
変換器として働く。放出された電気エネルギー
は、デジタル又はアナログ出力をもたらすユニツ
ト３１において処理される。適切な処理装置は、
増幅器、振幅制限器、計測器、電気的ロジツク
（論理）のための要素からなり、これらは計測産
業の当業者にとつて周知のものである。螢光の
O2消光性を示すものとして周知の分子はフルオ
ルアンスレンである。
第５図はこのような出力の典型的な曲線を示
す。本発明のシステムの利点として、その低温感
受性及び迅速応答時間が挙げられる。
第６図を参照すると同様のシステムの出力に対
する被検物質濃度のプロツトが示されている。
実線は他の分子が存在しない場合の平均較正曲
線（calibrationcurve）を示し、点線は流体中に
おいても存在するかもしれない分子の存在下にお
ける較正曲線である。このように較正曲線は、汚
染物質の未知濃度CCの関数として垂直軸を上ま
たは下にシフトする。CAを被検物質の濃度とす
ると、この干渉現象は下式により示すことができ
る。
出力∝（CA＋CC） （ここに∝は比例することを示す） CCとは無関係な出力を得るためには、ある化
学プロセスによりＣを除去したり、又はＣを独立
した方法により測定する必要がある。しかしなが
ら本発明は、第７図に示されたように、較正の必
要性を排除した２重フアイバ分析装置（DFA）
システムに適している。第７図に示すように２つ
のFADユニツトがあり、その一つのユニツト３
３は第５図に示された出力を測定し、他のユニツ
ト３４は汚染物質Ｃの濃度を測定するように設計
されている。２つのフアイバの出力は、フアイバ
が単一の光線源から照射されるので同一の感度で
検知される。２つの信号は３５により総称される
市販アナログ又はデジタル装置において電子的に
控除される。従つて較正を行なうことなく、出力
は被検物質の濃度の測定値である。
多くの高感受性分析システム（例えば標識免疫
分析）の他の制限は第８図にまとめられている。
被検物質は試剤との反応により検知される。反応
の顕著な特異性はシヤープな線量応答曲線をもた
らし、与えられた試薬濃度に対して出力は、狭い
範囲の被検物質濃度を横軸とした場合にその全範
囲に亘つて変化する。第８図において斜線領域に
よつて示されるように予想される被検物質濃度の
範囲が広い場合には、被検物質濃度を決定するた
めに異なる反応物質濃度に関していくつかの測定
を行なう必要がある。
第９図を参照すると、ｎ個のFAD装置からな
り、そのそれぞれがそのシースの１つの内部に試
薬を収容している多層フアイバ分析装置
（MFAD）が示されている。試薬濃度は各構成装
置によつて異なる。これらのフアイバが流体によ
り湿つている時には、一つの試薬濃度が被検物質
濃度の反映である或る出力を生ずることは明らか
である。他のフアイバは被検物質と過度に反応す
るか又は不十分に反応するかのいずれかであつ
て、測定不能の出力を生ずる。FADj（ｊは１か
らｎまでの整数である）が最適であると仮定する
と、FADの個々の出力はＯ−EDによつて電気的
出力に転換され、該電気的出力はFADjの出力を
選択し、他のものを排除するためにマイクロ処理
器３７によつてコントロールされるスイツチング
装置３６に別々に送られる。
第１０図を参照すると、体液、例えば血液中の
グルコース濃度を測定するための二重FADシス
テムが示されている。第３図のように各構成装置
のシース２６は、酸素消光性染料を含有し、シー
ス２７はコア中に光を反射する酸素透光性シース
である。シース２７は試料からの螢光性分子の浸
透を防ぐ機能も果す。最も外側のシース（図示さ
れていない）をこの目的のために用いることもで
きる。装置３６ａは酸素（汚染物質）を測定する
コントロール装置であり、他の装置３６ｂはシー
ス２７中に一定量のグルコースオキシターゼを含
ませることにより改変されている。両方の装置
は、試料により同時に湿潤化される。両方の試料
中の酸素はシース２７を経てシース２６に浸透し
螢光を消滅させる。しかしながら装置３６ｂのシ
ース２６中のグルコースオキシターゼは、酸素の
一部とグルコースとの反応を起し、それ故に螢光
を消滅させるために有効な酸素を減少させる。酸
化の速度はグルコースの濃度に比例する。従つて
装置３６ｂの出力は装置３６ａのそれよりも大で
あり、その差はその装置の出力により測定され
る。このシステムはフイルター３７、OED装置
３８及び処理器３９を含む。
第１１図を参照すると、血液の酸素レベルが周
囲空気のそれよりも高いことを前提にして、第１
０図の各Ｏ−EDの出力が、血液試料のDFADへ
の添加後の時間の関数としてプロツトされてい
る。酸素センサー３６ａの場合には過剰酸素が空
気への拡散により失なわれ、最終的には出力曲線
（点線）は空気との平衡を反映する螢光の定常値
に達する。しかしながら改変された繊維３６ｂ
は、試料中のグルコースとの反応により迅速に酸
素を消費し、螢光のより大きい上昇をひき起す。
血液中に存在するグルコースの全部が消費される
と、この繊維も周囲空気と平衡状態となる。この
ように２つの曲線は最終的に一致する。第１２図
は２つの曲線間の空間の積分を示す曲線であり、
その面積は試料中のグルコースの総量の測定値と
なる。
第１３図を参照すると、二重FAD装置を患者
内に据え付けた場合の連続モニターにおけるプロ
ツトが示されている（以下の第２２図及び第２３
図並びにそれらの記述部分も参照されたい）。曲
線の第１の部分は血液中のグルコースレベルの正
常変動を示し、大きな増加は、例えば患者が食事
をした後におけるグルコースレベルの大きな増加
を示す。実線曲線は装置３６ｂの出力を示し、点
線曲線は装置３６ａの出力を示す。第１４図は第
１３図の曲線間の差のプロツトであり、患者のグ
ルコースレベルの経時的変動を示す。
第１５図を参照すると、多重FADシステムの
１つのFADが上の第９図に述べた免疫分析の例
として示されている。FADは最も内側のシース
４１を有し、その屈折率nsはコアの屈折率ncより
も大きい。またシース４１はシース４３内に位置
する抗体を十分に飽和するに十分な量の、A*と
して示される抗原−螢光錯体を含有している。シ
ース４２は、親水性で、かつ反射性粒子を含有
し、さらに乾燥時には抗原Ａを透過しないが、湿
潤時には透過するシースである。シース４３は親
水性で、試薬として、抗原A*及びＡに対する抗
体Abを含有する（Ａは被検物質である）。最も外
側のシース４４は微細孔のある構造である。抗原
Ａを含有する流体試料はシース４４に加えられ
る。
システムの拡散及び反応の動力学は以下の通り
である。
Ａはシース４４を経てシース４３中に拡散し、
A*はシース４２を経てシース４３中に拡散する。
以下の競争的可逆反応がシース４３内で起る。
(1) A*＋AbA*−Ab (2) Ａ＋AbＡ−Ab 抗体錯体A*−Ab及びＡ−Abはシース４３から
拡散することはできない。シース４１内にはシー
ス４３内のAbを飽和するに十分なA*がある。試
料中に抗原Ａがない場合を仮定すると、反応(1)は
平衡状態に進み、その平衡状態時においてはシー
ス４１からのA*の拡散速度は、シース４１への
A*の逆拡散速度に等しい。その時において出力
は第１６図の下の曲線によつて示されるように一
定になる。実際上A*の全部はAbに結合され、低
レベルの螢光を生ずる。真中の曲線は試料が有限
量のＡを含有する場合を示し、上の曲線はAb−
A*が全く殆んど形成されない程にＡ≫A*である
場合を示す。
第１６図における曲線の空間的配置は任意であ
る。実際この空間的配置はシース４１内のA*の
濃度および試料中のＡの濃度に依存することが明
らかである。それぞれがシース４１中において異
なつた濃度のA*を含有する一束のFADを使用す
ることにより、その装置の一つは、曲線の空間的
配置が最適になるような最適濃度のA*を含有す
る。ロジツク セレクター４５により、その装置
の出力が選択され、他のものが排除される。
較正により試料中のＡの濃度が決定される。
免疫分析の特異性と高感受性を利用する他の方
法が第１７図及び第１８図に示されている。第１
７図は、それぞれが異なる濃度の抗体Abを含有
する一列のいくつかのFADの単一の要素を詳細
に示すものである。コアｃは下記反応の生成物Ｙ
を透過する。
ＸＥ → Ｙ （ここにＥは酵素、Ｘは高分子量、Ｙは低分子
量である。） シース５０はＹを透過するが、Ｘを透過しな
い。シース５１は抗体Ab及び抗原−酵素錯体Ａ
−Ｅ（酵素Ｅは活性である）を含有する。この錯
体は下記可逆反応に従つて抗体と反応する。
Ａ−Ｅ＋AbＡ−Ｅ−Ab 酵素ＥはＡ−Ｅ−Abにおいて不活性である。シ
ース５０は、コア内の軸方向の通路に沿つて全て
の光を反射するためにコアｃの屈折率よりも低い
屈折率を有する。
このシステムは流体試料中の抗原である被検物
質Ａを測定するために意図されたものである。シ
ース５１は微細孔を有するもので、Ａを透過す
る。シース５１が抗原Ａ含有試料で湿潤化された
時、それはシース５１中に拡散するが、それ以上
には拡散しない。そしてそこでそれはAbと反応
し、それらの濃度に直接比例してＡ−Ｅを置き換
える。放出されたＡ−Ｅはその反応の触媒として
働き、Ｙを形成し、このＹは次いでコア中に拡散
し、該コアにおいてそれはコアに沿つて透過され
た光によつて検知される。光の波長がＹによる最
高吸収のために選択され、シース５１が過剰のＸ
を含有するならば、この方法は試料流体中のＡの
存在に対して極めて感度が高く特異的である。第
１８図は試料をシース５１に適用した後のシステ
ムの電気的出力について述べたもので、第９図に
おけるように、この分析法は、最適量のAb−Ａ
−Ｅを含有する要素に対する曲線を測定するよう
にスイツチングシステムを使用する必要がある。
その要素から出力の変化の速度は、試料中のＡの
濃度に比例する。
第１９図を参照すると、コアｃと、このコアよ
りも低い屈折率を有するか又は反射性物質を含有
する（又は図示されていない反射性シースにより
取り囲まれている）シース５２を含むFADが示
されている。シース５２は被検物質（すなわち抗
原Ａ）を透過するが、試料中の高分子量成分を透
過しない。コアは錯体Ab−Ｄを形成するため染
料Ｄに結合された抗体Ａを含有する。染料の吸収
ピークにある光がコアｃを透過される。染料は、
抗原がAb−Ｄに結合した時にその吸収力が変化
するという性質を示す。試料がシース５５に適用
された時に、抗原Ａ（問題の被検物質）は、この
シースを経由してこの目的のために選択されたコ
アｃ中に拡散する。下記可逆反応が起る。
Ab−Ｄ＋ＡAb−Ｄ−Ａ これは要素を透過する光の量に変化をもたら
す。異なる濃度のAb−Ｄを有する１セツトの要
素群を用いることにより、流体中のＡのレベルに
最適な要素を選択することができる。ＡとAb−
Ｄの反応は可逆的であるので、これは連続的モニ
ターのために用いられる。
別々の流体試料中の被検物質濃度を測定する時
には再生し得る体積の流体を、ここで述べた分析
要素に均一に適用することが必要となる。このこ
とはミクロピペツトを用いて熟練した作業者によ
つて達成されるが、ここではもつと簡単な方法で
これが達成できる他の方法について述べることと
する。これはここで述べた要素の他にはない特徴
であることが理解されるであろう。
第２０図を参照するとFADを均一に飽和させ
る手段が示されており、これはウイツキング現象
を利用するものである。示されたFADはコアｃ
と単一シースＳからなる。同一の手段は、いくつ
かのシースと２以上のFADを有するFADに関し
ても使用される。
基底６０が示されているが、これは剛性支持体
６１を含む。基底の上部には、FADを湿潤させ
るに必要な量よりも過剰に用いられている試料で
湿潤化される親水性コーテイング６２が接着され
ている。試料流体は基底を経由してFADに拡散
し、毛管作用によりFADの上部に上昇する。こ
の装置は過度に高くなければ、ウイツキング又は
毛管効果によつてシースＳの均一湿潤化がもたら
される。ここに記述した分析装置は、通常は選択
的にシースを透過しない高分子量の被検物質の測
定を行なうために採用され得る。第２１図は流体
試料中の酵素量を決定するために有用な装置をを
示す。コアｃは、染料Ｄを透過し、Ｄによる最高
吸収のために選択された波長の光線を透過する。
染料Ｄは、シース５７中に組み入れられている親
水性ポリマーと化学的に結合している。シース５
８はＤを透過するが、流体中の高分子量成分を透
過せず、コアよりも低い屈折率を有する物質から
選択される。染料とポリマーとの化学結合は、こ
れが検出したい流体中の酵素により選択的に分解
するように選ばれる。このように例えば血漿中の
エステラーゼの濃度を測定したい場合には、染料
とポリマーとの間のエステル結合が用いられる。
これは、例えばゼラチン中の水酸基と反応した酸
性染料に分類される染料を使用することによつて
達成される。
要素が試料によつて湿潤化している時には、Ｄ
が酵素的に放出され、コア中に拡散されるが、こ
のコア内でそれは光の要素への透過の減少によつ
て検知される。光透過の変化の速度は酵素の濃度
に比例する。
本発明のフアイバの態様の利点の１つは、これ
が、体内、例えば静脈又は動脈への挿入のための
カテーテル中に容易に組み入れられることであ
る。カテーテル−繊維構造の適当な形態は第２２
図に示されている。
第２２図を参照すると、カテーテル７０は２つ
の部分、すなわちチツプ部分７１とボデイー部分
７２から形成される。これらはポリプロピレン、
ポリエチレン、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、
又はポリ（エチレン酢酸ビニル）の如き適当な物
質で構成され、例えば静脈又は動脈への挿入の如
き特定の目的のために適切な例えば0.5〜1.5mmの
直径を有する。円筒状の繊維形状物７３は、例え
ば図示の如きらせん形構造でチツプ７１に付着さ
れており、その結果、これはカテーテルが体内に
据え付けられた時に体液に暴露される。繊維７３
は突出するチツプ７３ａと７３ｂを有する。暴露
された繊維７３（その一部又は全部）は、被検物
質による浸透を受け易く、上述の第２図、第３
図、第７図、第９図、第１０図又は第１９図のい
ずれかに示された構成を有する。カテーテルのボ
デー７２は平行な通路７５で形成され、その中に
繊維延長部分７３ａ及び７３ｂが挿入されるが、
通路７５はソケツト７７を形成するように奥まつ
た位置に置かれている。繊維延長部分７３ａ及び
７３ｂはむき出しの光学繊維でもよく、又保護コ
ーテイングされていてもよい。チツプ７１とボデ
イー部分７２が操作条件下に組み立てられた時、
突出チツプ７３ａ及び７３ｂがソケツト７７内に
入り、繊維延長部分７５ａと物理的及び光学的に
接触し、これにより励起放射線源から出力端への
連続的光学通路が提供される。
そのようなカテーテルを用いると、可視的に又
はプリントアウトにより又はその両方の手段によ
り診断医に知らせるための適当な読み出しを用い
て体液の連続モニターが可能になる。
第２３図を参照すると、カテーテルの他の形態
が示されており、該カテーテルは光学繊維８１を
通過させ、体液に暴露された部分８２ａを有する
光学繊維の延長部分８２をも支持するハウジング
８０を含む。暴露された部分８２ａは上の第２
図、第３図、第７図、第９図、第１０図又は第１
９図のいずれかにおけるように構成されてもよ
い。繊維８１及び８２の突起物８１ａは、プリズ
ム８５を収容するチツプ８４中のソケツト８３に
挿入される。チツプ８４とハウジング８０が一体
化された時に、光学繊維８１、プリズム及び光学
繊維８１ａを経由する連続的な光の通路が提供さ
れる。
一般的検討 本発明は数多くの形態で具現化され、数多くの
応用が可能であることが明らかである。構造的に
は少くとも２つの要素があり、透過性コアによつ
て例示されるその１つは、電磁エネルギー、例え
ば紫外光線又は可視光線、電流（AD又はDC）
又は音波エネルギーの如き連続形態のエネルギー
を透過するための媒体である。他の要素（又は要
素群）はシース又はシース群である。その形状
は、通常直径約10μm〜1μmの繊維の形の透過性
コアと、通常厚さ約10μM〜100μMの、上記コア
を取り囲む１以上のシースとからなる棒状である
のが好ましい。この装置の活性長さ（すなわち試
験流体によつて湿潤化される長さ）は約0.5cm又
はそれ以下から1m又はそれ以上に亘つて変動す
る。生物学的分析への大部分の応用においては、
この長さは約10cmを超えないが、このようなな長
さからはずれることも許容される。上述の如く例
えば多角形形状の如く他の形状も許容される。
コアは、その透過性及び形状とともに以下の特
性を有していてもよい。すなわち、コアは水性液
体を透過するものであつてもよい。もし透過性で
あるならば、コアは例えば染料の如き試薬を含有
していてもよく、また染料を含まず、試薬による
透過のためのレセプターであつてもよい。不透過
性コアの適当な材料として、石英、ポリメチルメ
タクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン
などがある。もしコアが透過性である場合には、
適当な材料として、可塑剤含有ポリ塩化ビニル、
ポリウレタン、ポリプロピレン、ナイロン、ゼラ
チン、ポリビニルアルコール、天然ゴム、ブチル
ゴム、シス−ポリイソプレン、ポリ（エチレン酢
酸ビニル）がある。コアの屈折率ncは隣接するシ
ースのそれよりも大きくても小さくてもよい。
シースの材料及び構造はその機能に依存する。
反応がシース中で起る場合又は液体がシース中に
拡散したりシース中を拡散したりまたはシースか
ら外に拡散しなければならない場合のすべての場
合において、シースは水に対して透過性でなけれ
ばならない。透過性シースは、大きな分子及び小
さな分子に対して透過性であるとともに、さらに
液体試料中に懸濁した微分割された固体に対して
も透過性であるか又はクランク（Crank）及びパ
ーク（Park）著の「重合体中の拡散」
（“Diffusion in polymers”）に教示されたように
不所望の大きな分子などが排除されるように透過
性に関して選択性であつてもよい。１またはそれ
以上のシースは、試薬又は試薬の前駆物質を含有
してもよく、該試薬又はその前駆物質は非流動性
又は流動性のいずれでもよく、これらは酵素的開
裂の如き反応を行なつてその生成物を流動性にす
るかまたは抗体−抗原反応の如き反応を行なつて
これらを非流動性にする。シース材料及び試薬の
全てのそのような物理状態を実現することは可能
であり、それらの合成又は形成方法も当業者には
周知である。
本発明に適当な寸法（例えば直径１−100μm）
の要素は、通常の繊維形成技術により作られる。
たとえば、ヂ エンサイクロペデイア オブ ポ
リマー サイエンス アンド テクノロジー
（the Encyclopedia of Polymer Science and
Technology）はこれらの技術を適切に記載して
いる。簡潔に述べると、これらは溶融形成、湿式
形成及び乾式形成の３つの主要な技術からなる。
溶融形成法は、融点以上に加熱された時に低粘度
を示す熱可塑性重合体（例えばポリプロピレン）
に対して使用される。湿式形成法は、重合体の溶
媒溶液を押し出し、繊維を第２溶媒浴中に通過さ
せることからなる。この浴溶媒は重合体用溶媒を
溶解するが、重合体を溶解しない性質を有し、従
つて重合体用溶媒は浴溶媒によつて抽出されて、
純粋な重合体繊維が残存する。乾式形成法は、重
合体と溶媒との溶液を、この溶媒を蒸発する加熱
空気流中に押し出すことからなる。
これらの方法の適用はコア繊維をシースで被覆
するために用いられる。中心繊維が高融点物質
（例えばガラス）でできているならば、これを溶
融重合体（meltecpolymer）で被覆することがで
きる。被検物質と反応するかさもなければ必要な
化学分析に関与するために用いられる化学薬品を
含ませることが特に必要な時には、重合体溶液を
用いるのが好ましい。これらの試薬の多くは高温
度条件下に分解する。
上述の酵素分析（第２１図参照）に必要とされ
る外部シースとして非対称の微孔性膜を形成した
い場合には、湿式形成法を用いることができる。
重合体および染料−重合体結合体は溶媒中に溶解
し、上流側に溶液を有するオリフイス経由で繊維
（シース５８で被覆されたｃ）を引張ることによ
り繊維上に被覆される。下流側には、第１次溶媒
を溶出し、微細孔を有する重合体シース５７を残
すように選択された溶媒の入つた浴がある。浴溶
媒は、重合体及び染料−重合体結合体の両方に対
して非溶媒であるものが選択される。
連続性のある長い被覆繊維として一旦形成され
たのち、これは短い長さに切断され、ホルダー中
に組み入れられるが、その目的は繊維の端部を再
生し得る位置に並べ、繊維を機器（第１図参照）
中に挿入する単一の手段または貯蔵および使用中
に繊維を保護する手段を提供することにある。ハ
ウジングは、第２２図及び第２３図に示されたモ
ニター機器として用いるためにカテーテル内にあ
つてもよい。カテーテルは、流体又は体腔中に挿
入されるが、このものは、励起放射線を導入し、
被検物質で変化した放射線を回収できるように被
覆繊維分析システムの各端部に連結された高導電
性入力及び出力繊維を含有する。これらのハウジ
ングは一般にプラスチツク材料でできており、射
出成形、トランスフアー成形、押出、エポキシ成
形又は加熱形成の如き標準法により成形される。
種々のシースに含ませることができる試薬、試
薬の前駆物質、反射性物質などとして、酵素、
O2を消光し得る螢光分子（例えばフルオルアン
スレン）、抗体、染料、螢光染料、反射性物質
（TiO2，SiO2など）、染料−重合体生成物が挙げ
られる。これらのおよび上記以外の試薬、試薬の
前駆物質および反射性物質は当業者には周知であ
る。
以上詳述したところから明らかなように新規か
つ有用な化学および生物化学的分析装置および方
法が提供された。
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