JPH08201389A - 分析方法及び装置 - Google Patents

分析方法及び装置

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JPH08201389A
JPH08201389A JP2403923A JP40392390A JPH08201389A JP H08201389 A JPH08201389 A JP H08201389A JP 2403923 A JP2403923 A JP 2403923A JP 40392390 A JP40392390 A JP 40392390A JP H08201389 A JPH08201389 A JP H08201389A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】流体中の被検物質を簡易かつ迅速に定量分析す
る。特に被検物質と該被検物質と触媒の存在下で反応す
る第２成分を含む流体中の被検物質を分析する。 【構成】エネルギ透過性のファイバとこのファイバの周
囲に設けられた第１及び第２のシースとからファイバ−
シース要素を構成する。第１のシースは被検物質を透過
し被検物質のみと反応する試薬を含有している。第２の
シースは被検物質と第２成分とを反応させる触媒を含有
している。このようなファイバ−シース要素を被検流体
中に入れると、第２のシースに浸透した被検物質と第２
成分は反応し、第１のシースではこの反応によって量の
減らされた被検物質が試薬と反応し、この被検物質と試
薬との反応によってファイバを透過するエネルギが変化
する。この変化はファイバによって画定されるエネルギ
通路の長さに沿って累積的に起こり、容易に検知され
る。 【効果】ファイバを透過するエネルギの変化が累積的で
あるので、その変化を検知するのに高感度の検知装置を
不要とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は化学的又は生物学的目
的のための分析装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】化学的又
は生物学的目的のために多くの分析技術が展開されてき
ている。単一の被検物室（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、複数バッチの試薬溶液、ポンプ類、及び
流体制御系を利用し、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）、ボーラ
ログラフィー、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。
【０００３】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こすように、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3,092,465号明細書参照）。これらの方法は使用
が簡便であり、これらはイーストマンコダック社に与え
られた最近の米国特許（米国特許第3,992,158号、4,04
2,335号及び4,066,403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
「ディップスティック」製品は、これらの過渡応答特性
（transient response characteristics）が温度に依存
するにも拘わらず、これらがサーモスタットのない環境
下で用いられていたので、完了まで進行する化学反応を
利用する必要があった。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ック社
により開発された。
【０００４】このコダック法は、順次配列された水平か
つ多層のシートを使用するものであって、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、濾過などを起こすことができる。
【０００５】被検物質は、サーモスタットを有する環境
下に行なわれる放射線測定法により上記多層シート中で
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通過する
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いは極めて
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。
【０００６】生物学的流体又は産業排水又は池、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。
【０００７】
【発明の目的】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。
【０００８】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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】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
過するファイバ、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部
分を濾過により除去することができる）シース（sheath
s）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
つか有り、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。
【００１０】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、これはあとでより
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しく大きい。この配列によ
り活性長さに沿っ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。
【００１１】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また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。
【００１２】このような構造において、キャリヤーエネ
ルギーの通路は、横たわっ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、キャリヤ
ーエネルギーは電磁界として説明される。図１には、参
照数字１１により総称され、図２の横断面図に示したよ
うに繊維の内部コア１１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
英繊維の如き樹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。
【００１３】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（fomed el
ements）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
要素を濾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の機
能は、試験流体の望ましくない部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。
【００１４】ファイバーシース要素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に透過する。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。
【００１５】図１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ィルター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。
【００１６】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図１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る電池を有する形態ユ
ニットが望ましい。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。
【００１７】図１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、これに沿ってエネルギー流は被検物
質又は被検物質の生成物によって累積的に変化される。
“ａ”から“ｂ”までの通路（連続であっても分画され
ていても良い）は要素１０の厚みに比べて長い。
【００１８】図１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質素のような汚染物質又
はフェ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。
【００１９】図３を参照すると図１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、紫外光線を通過するが流体を透過しない
コア２５（以下文字“ｃ”によって示す）と、酸素を消
滅し得る蛍光汚染物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
されたファイバ分析装置（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。
【００２０】ＦＡＤの部分横断面である図４を参照する
と、蛍光染料の分子は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蛍光分子と反応する。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
ース内の蛍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をピッ
クアップする。
【００２１】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
【００２２】
【数１】
【００２３】は通路の小さいセグメントから放出するΔ
ｉ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蛍光を消滅させ、これ
故にコアの出口端から放出される蛍光光線の強度を減ず
る。この放出された光線は紫外線フィルター１８を通過
し、対技光学電気的検知器（０−ＥＤ）３０を通過す
る。この０−ＥＤは放出された光エネルギーを電気エル
ネ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
すユニット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、電気的ロジック（論
理）のための要素からなり、これらは計測産業の当業者
にとって周知のものである。蛍光の０2消滅性を示すも
のとして周知の分子はフルオルアンスレンである。
【００２４】図５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。図６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ットが示さ
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（calibration curve）を示し、点線は流体中のお
いても存在するかもしれない分子の存在下のおける較正
曲線である。このように較正曲線は、汚染物質の道濃度
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。
【００２５】
【数２】
【００２６】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、図７に示されたように、較正の必要性を排除した２
重ファイバ分析装置（ＤＦＡ）システムに適している。
図７に示すように２つのＦＡＤユニットがあり、その一
つのユニット３３は図５に示された出力を測定し、他の
ユニット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つのファイバの出力は、ファイバが単一
に光線減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。従って較正を
行なうことなく、出力は被検物質の濃度の測定値であ
る。
【００２７】多くの高感受性分析システム（例えば標識
免疫分析）の他の制限は図８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
異性はシャ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って変化する。図８にお
いて斜線領域によって示されるように予想される被検物
質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。
【００２８】図９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
収容している多重ファイバ分析装置（ＭＦＡＤ）が示さ
れている。試薬濃度は各較正装置によって異なる。これ
らのファイバが流体により湿っている時には、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。他のファイバは被検物質と過渡に反
応するか又は不十分に反応するかのいずれかであって、
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０−ＥＤによって電気的出力に転換され、該
電気的出力はＦＡＤｊの出力に選択し、他のものを排除
するためにマイクロ処理器３７によってコントロールさ
れるスイッチング装置３６に別々に送られる。
【００２９】図１０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。図３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
を反射する酸素透過性シースである。シース２７は試料
からの蛍光性分子の透過を防ぐ機能も果す。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２
７中に一定量のグルコースオキシダ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に透過し蛍光を消滅させる。しかしながら
装置３６ｂのシース２６中のグルコースオキシダーゼ
は、酸素の一部とグルコースとの反応を起こし、それ故
に蛍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。従って装置３
６ｂ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
ィルター３７、ＯＥＤ装置３８及び処理器３９を含む。
【００３０】図１１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、図１０の
各０−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ットされている。酸素センサー３
６ａの場合には過剰酸素が空気への拡散により失われ、
最終的には出力曲線（点線）は空気との平衡を反映する
蛍光定常値に達する。しかしながら改変された繊維３６
ｂ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、蛍光のより大きい上昇をひき起こす。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。図１２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領
の測定値となる。
【００３１】図１３を参照すると、以上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ット
が示されている（以下の図２２及び図２３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、例えば患者が植字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。図１４は図
１３の曲線間の差のプロットであり、患者のグルコース
レベルの経時的変動を示す。
【００３２】図１５を参照すると、多重ＦＡＤシステム
の１つのＦＡＤが上の図９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−蛍光錯体を
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を有する流体試
料はシース４４に加えられる。
【００３３】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。
以下の競走的可逆反応がシース４３内で起こる。
【００３４】
【数３】
【００３５】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図１６の下の曲線によっ
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、低レベルの蛍光を生ずる。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*が全く殆ど形成されない程にＡ>>Ａ*である場合を
示す。
【００３６】図１６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あきらかであ
る。それぞれがシース４１中において異なった濃度の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。ロジックセレクター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。
【００３７】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
図１７及び図１８に示されている。図１７は、それぞれ
が異なる濃度の抗体Ａｂを含有する一例のいくつかのＦ
ＡＤの単一の要素を詳細に示すものである。コアｃは下
記反応の成生物Ｙを透過する。
【００３８】
【数４】
【００３９】（ここにＥは酸素、Ｘは高分子量、Ｙは低
分子利用である。） 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−酸素錯体Ａ−Ｅ（酸素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っ
て抗体と反応する。
【００４０】
【数５】
【００４１】酸素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沿って全ての
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５
１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って透過された光に
よって検知される。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の存在に対してて極めて感度
が高く特異的である。図１８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、
図９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る曲線を測定するようにス
イッ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。
【００４２】図１９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または反写生物質を含有す
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
記可逆反応が起こる。
【００４３】
【数６】
【００４４】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セットの要素群
を用いることにより、流体中のＡ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。このことはミクロビペットを
用いて熟練した作業者にとって達成されるが、ここでは
もっ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。
【００４５】図２０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、これはウィッキング現象を利
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
ィング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、ウィッキング又
は毛管効果によってシース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利用の被検物質の測定を行なうため
に採用され得る。図２１は流体試料中の酸素量を決定す
るために有用な装置を示す。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５８
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
うに例えば血漿中にエスト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賛
成染料に分類される染料を使用することによって達成さ
れる。
【００４６】要素が試料によっ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等価の減少によって検知
される。光透過の変化の速度は酵素の濃度に比例する。
本発明のファイバの態様の利点の１つは、これが、体
内、例えば静脈また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図２２に示されている。
【００４７】図２２を参照すると、カテーテル７０は２
つの部分が、すなわチップ部分７１とボディー部分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
ン酸酸ビニル）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性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、例えば図示の如き螺旋状構造でチップ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
するチップ７３ａと７３ｂを有する。暴露された繊維７
３（その一部または全部）は、被検物質による浸透を受
け易く、上述の図２、図３、図７、図９、図１０又は図
１９のいずれかに示された構成を有する。カテーテルの
ボディー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
はソケット７７を形成するように奥まった位置に置かれ
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、又保護コーティングでコーティングさ
れていてもよい。チップ７１とボディー部分７２が操作
条件下に組み立てられた時、突出チップ７３ａ及び７３
ｂがソケット７７内に入り、繊維延長部分７５ａと物理
的及び化学的に接触し、これにより励起放射線源から出
力端へ連続的光学通路が提供される。
【００４８】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。図２３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８
０を含む。暴露された部分８２ａは上の図２、図３、図
７、図９、図１０又は図１９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を収容するチップ８４中のソケット８
３に挿入される。チップ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８１
ａ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。構造的には少なくとも２
つの要素があり、透過性コアによって励磁されるその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って
湿潤化される長さ）は約０.５cm又はそれ以下から１ｍ
またはそれ以上に亘って変動する。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を越えない
が、このよう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。
【００４９】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ってもよい。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
ターであってもよい。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、
シスーポリイソプレン、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。
【００５０】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は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
た固定に対して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」（“Diffus
ion 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
ってもよい。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
質は非流動性にするかまたは抗体−抗源反応の如き反応
を行っ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、これらの合成又は形成方法も当業者には周知であ
る。
【００５１】本発明に適当な寸法（例えば直径１〜１０
０μｍ）の要素は、通常の繊維形成技術により作られ
る。ヂエンサイクロペディアオブポリマーサイエンスア
ンドテクノロジー（this Encyclopedia of Polymer Sci
ence and Technology）はこれらの技術を適切に記載し
ている。簡単に述べると、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、自由ごうたい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
は重合体用浴溶媒によって抽出されて、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。
【００５２】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、重合体溶液を用いられるのがより好ましい。これ
らの試薬の多くは高温度条件下に分解する。
【００５３】上述の酵素分析（図２１参照）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−重合体は溶媒中に溶解し、上流側に溶液を有す
るオリフィス経由で繊維（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った浴がある。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（図１参照）
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、
図２２及び図２３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ってもよい。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
般にプラスチック材料でできており、射出成形、トラン
スファー成形、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。
【００５４】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、０
2を消光し得る蛍光分子（例えばフルオルアンスレ
ン）、抗体、染料、蛍光染料、反射性物質（Ｔｉ０2、
Ｓｉ０2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。
【００５５】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。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】単一の内部コア及び外部シース構造を有する本
発明の分析装置の一実施例を示す図
【００５８】
【図２】図１の横断面図
【００５９】
【図３】単一の内部コア及び外部シース構造を有する本
発明の分析装置の他の実施例を示す図
【００６０】
【図４】図３の縦断面図
【００６１】
【図５】本発明の分析の関係を示す図
【００６２】
【図６】本発明の分析の関係を示す図
【００６３】
【図７】２つのファイバ分析装置（ＦＡＤ）を用いた本
発明の二重ファイバ分析装置（ＤＦＡ）を示す図
【００６４】
【図８】高感度分析システムにおける範囲の限界を示す
図
【００６５】
【図９】本発明の多重ファイバ分析装置（ＭＦＡＤ）を
示す図
【００６６】
【図１０】グルコース測定に適用される二重ファイバ分
析装（ＤＦＡ）の構成を示す図
【００６７】
【図１１】グルコース測定の分析方法を示す図
【００６８】
【図１２】グルコース測定の分析方法を示す図
【００６９】
【図１３】ＤＦＡを使用した連続モニターの例を示す図
【００７０】
【図１４】ＤＦＡを使用した連続モニターの例を示す
【００７１】
【図１５】多重シースのＦＡＤを用いたＭＦＡＤを示す
【００７２】
【図１６】図１５のＭＦＡＤの出力を示す図
【００７３】
【図１７】高感度免疫分析に適用されるＭＦＡＤの一実
施例を示す図
【００７４】
【図１８】図１８のＭＦＡＤの一要素の出力を示す図
【００７５】
【図１９】シースの屈折率がコアの屈折率より低い単一
シース−内部コアの一実施例を示す図
【００７６】
【図２０】シース材料に試料を均一に飽和させるウイッ
キング方法を示す図
【００７７】
【図２１】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
【００７８】
【図２２】本発明によるカテーテルの実施例を示す
【００７９】
【図２３】本発明によるカテーテルの実施例を示す
【００８０】
【符号の説明】
１０・・・・・・エネルギー透過装置 １１、２５・・・・・・コア（ファイバ） １２、２６、２７・・・・・・シース

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被検物質と該被検物質と触媒存在下で反応
    する第２の物質とを含有する流体中の前記被検物質を定
    量分析するためのファイバ−シース要素を有する分析装
    置であって、前記ファイバ−シース要素は電磁エネルギ
    を透過するファイバと、前記ファイバの周囲に順次設け
    られた第１及び第２のシースとから成り、前記第１のシ
    ースは前記被検物質及び前記第２の物質の少なくとも１
    方を透過可能な材料から成り、前記ファイバを透過する
    前記電磁エネルギを前記ファイバの長さに沿って累積的
    に変化させるように前記被検物質及び前記第２の物質の
    １方と反応する試薬を含有し、前記第１のシースの周囲
    に設けられた前記第２のシースは、前記被検物質及び前
    記第２の物質の両方を透過可能な材料から成り、前記被
    検物質と前記第２の物質との反応を生じせしめる触媒を
    含有することを特徴とする分析装置。
  2. 【請求項２】被検物質と該被検物質と触媒存在下で反応
    する第２の物質とを含有する流体中の前記被検物質を定
    量分析するための分析装置であって、第１及び第２のフ
    ァイバ−シース要素を有し、 前記第１及び第２のファイバ−シース要素は、それぞれ
    電磁エネルギを透過するファイバと、前記ファイバの周
    囲に順次設けられた第１及び第２のシースとから成り、
    前記第１のシースは前記被検物質及び前記第２の物質の
    少なくとも１方を透過可能な材料から成り、前記ファイ
    バを透過する前記電磁エネルギを前記ファイバの長さに
    沿って累積的に変化させるように前記被検物質及び前記
    第２の物質の１方と反応する試薬を含有し、前記第１の
    シースの周囲に設けられた前記第２のシースは、前記被
    検物質及び前記第２の物質の両方者を透過可能な材料か
    ら成り、前記被検物質と前記第２の物質との反応を生じ
    せしめる触媒を含有し、 前記第１のファイバ−シース要素は、前記第２のシース
    中に前記被検物質と前記第２の物質との反応を生じせし
    める触媒を含有することを特徴とする分析装置。
  3. 【請求項３】被検物質と該被検物質と触媒存在下で反応
    する第２の物質とを含有する流体中の前記被検物質を定
    量分析するための分析方法において、 （ａ）電磁エネルギを透過するファイバと、前記ファイ
    バの周囲に順次設けられた第１及び第２のシースとから
    成り、前記第１のシースは前記被検物質及び前記第２の
    物質の少なくとも１方を透過可能な材料から成るととも
    に前記ファイバの電磁エネルギ透過特性を変化させるよ
    うに前記被検物質及び前記第２の物質の１方と反応する
    試薬を含有し、前記第１のシースの周囲に設けられた前
    記第２のシースは、前記被検物質及び前記第２の物質の
    両方を透過可能な材料から成るとともに前記被検質と前
    記第２の物質との反応を生じせしめる触媒を含有するフ
    ァイバ−シース要素を用意し、 （ｂ）前記ファイバ−シース要素を被検流体と接触させ
    て、前記被検物質と前記第２の物質とが前記第２のシー
    スに浸透し前記触媒の存在下で反応し、これにより前記
    試薬と反応する物質の量を減少せしめ、 （ｃ）前記ファイバに電磁エネルギを透過させることに
    より前記試薬の影響による前記ファイバの長さに沿った
    放射線の累積的変化を生じせしめ、 （ｄ）前記ファイバから放出される少なくとも１の波長
    の電磁エネルギ放射線の量を測定することを特徴とする
    分析方法。
  4. 【請求項４】流体中の被検物質を定量分析するための光
    ファイバ分析装置であって、複数のファイバ−シース要
    素から成り、各ファイバ−シース要素は、（１）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し、
    その少なくとも一部は電磁エネルギ透過特性が前記流体
    中の被検物質の存在によって変化可能な材料から成るフ
    ァイバと、（２）前記ファイバの周囲に設けられた半透
    過性シースと、（３）前記被検物質の存在によって前記
    透過するエネルギを変化させる試薬或いは前記被検物質
    と反応して前記透過するエネルギを変化させる反応生成
    物を形成する試薬とを有し、且つ各ファイバ−シース要
    素はそれぞれ異なる量の前記試薬を含有し、前記試薬或
    いは前記反応生成物の存在によって生じる透過電磁エネ
    ルギの変化が各ファイバの各通路の長さに沿って累積的
    であることを特徴とする分析装置。
  5. 【請求項５】流体中の被検物質を定量分析するための光
    ファイバ分析方法であって、 （ａ）各ファイバ−シース要素が、（１）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し、その少
    なくとも一部は電磁エネルギ透過特性が前記流体中の被
    検物質の存在によって変化可能な材料から成るファイバ
    と、（２）前記ファイバの周囲に設けられた半透過性シ
    ースと、（３）前記被検物質の存在によって前記透過す
    るエネルギを変化させる試薬或いは前記被検物質と反応
    して前記透過するエネルギを変化させる反応生成物を形
    成する試薬とを有し、且つ各ファイバ−シース要素はそ
    れぞれ異なる量の前記試薬を含有する複数のファイバ−
    シース要素を用意し、 （ｂ）前記ファイバ−シース要素を前記流体と接触させ
    て、 （ｃ）前記ファイバに電磁エネルギを透過させることに
    より前記試薬の影響による前記各ファイバの長さに沿っ
    た放射線の累積的変化を生じせしめ、 （ｄ）前記各ファイバからの出力の１つを前記被検物質
    の濃度として測定し、他の出力を除去することを特徴と
    する分析方法。
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