JPH0833389B2 - 血液試料中の酸素含有量の光学的インビトロ測定法 - Google Patents

血液試料中の酸素含有量の光学的インビトロ測定法

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JPH0833389B2
JPH0833389B2 JP2501613A JP50161389A JPH0833389B2 JP H0833389 B2 JPH0833389 B2 JP H0833389B2 JP 2501613 A JP2501613 A JP 2501613A JP 50161389 A JP50161389 A JP 50161389A JP H0833389 B2 JPH0833389 B2 JP H0833389B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、請求項１の導入部分に記載された血液試
料中の酸素含有量の光学的インビトロ測定法に関するも
のである。
ルミネセンス・クェンチングに基づいた光学的方法の
使用による試料中の分子酸素含有量の測定は数年前から
知られている。一般に、これらの方法は、適当な発光団
のルミネセンス強度および／またはルミネセンス寿命の
測定を含み、この発光団は酸素含有試料と接触し、照明
に晒されている。
ルミネセンス・クェンチングの基本的特徴は、酸素分
子との衝突時に生ずるルミネセンスを示す励起された電
子状態の不活化である。励起した電子状態における発光
団分子の平均数は酸素分子との相互作用により低減化さ
れるため、発光団のルミネセンス強度および励起状態の
寿命も低減化される。低減化の大きさは、スターン−ボ
ルマー等式： Ｍ°/M−１＋Ksv・［O2］ を通じて発光団と接触している酸素分子数と関係があ
る。例えばIUPACコミッション・オン・フォトケミスト
リー、および『グロッサリー・オブ・タームズ・ユーズ
ド・イン・フォトケミストリー、パートIII』、EPAニュ
ースレター（1986年７月）参照。上記等式のＭ°および
Ｍは、各々酸素の非存在下および存在下における発光団
のルミネセンス強度または励起状態の寿命を示す。
［O2］は、測定されたＭ値に対応する分子酸素濃度を示
す。Ksvは、上記参考文献で説明されたいわゆるスター
ン−ボルマー定数である。この等式を用い、それを既知
酸素含有量の試料と相関させることにより、試料の酸素
含有量の測定が可能となる。
いわゆるルミネセンス・クェンチングによる血液また
は他の媒質における酸素含有量の測光法は、特に ベーコン、J.R.およびデーマス、J.N.、『デターミネ
ーション・オブ・オキシゲン・コンセントレーションズ
・バイ・ルミネセンス・クェンチング・オブ・ア・ポリ
マー・インモビライズド・トランジション−メタル・コ
ンプレックス』、「アナリティカル・ケミストリー」、
59、1987、2780-2785、 ロングムア、I.S.およびノップ、J.A.、「メジャーメ
ント・オブ・ティシュー・オキシゲン・ウィズ・ア・フ
ルオレセント・プローブ』、「ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジオロジー」、41、1976、598-602、 ワウファン、W.M.およびウェバー、G.、『オキシゲン
・クェンチング・オブ・ピレンブチリック・アシッド・
フルオレンス・イン・ウォーター。ア・ダイナミック・
プローブ・オブ・ザ・マイクロエンバイアランメン
ト』、「バイオケミストリー」、９（３）、1970、464-
473、 バーグマン、I.、「ネイチャー」、218、1958、376、 スティーブンス、アメリカ合衆国特許US3612866の明
細書、 スタンリー、アメリカ合衆国特許US3725658の明細
書、 ベーコン、J.R.およびデーマス、J.N.、イギリス国特
許出願GB2132348の明細書、 ピーターソン等、アメリカ合衆国特許US4476870の明
細書、 ブックレス、R.G.、アメリカ合衆国特許US4399099の
明細書、 ヒルシュフェルド、T.、アメリカ合衆国特許US454298
7の明細書、 デュークス等、アメリカ合衆国特許US4716363の明細
書、 リュベルス等、アメリカ合衆国再発行特許US Re31879
の明細書、 カヒル等、国際特許出願WO87/0023の明細書、 ムレイ、R.C.、ジュニアおよびレフコビッツ、S.M.、
ヨーロッパ特許出願EP190829の明細書、 ムレイ、R.C.、ジュニアおよびレフコビッツ、S.M.、
ヨーロッパ特許出願EP190830の明細書、および ヘッセ、H.C.、東ドイツ国特許DD106086の明細書 により知られている。
蛍光に基づく測定システムによる血液ガスパラメータ
ーpH、酸素（O2）および二酸化炭素（CO2）の動脈内値
の測定法は、ミラー等、『パフォーマンス・オブ・アン
・インビボ、コンティニュアス・ブラッド−ガス・モニ
ター・ウィズ・ディスポーザブル・プローブ』、「クリ
ニカル・ケミストリー」、33（９）、1987、1538-1542
頁により知られている。
同じく蛍光に基づく測定システムである、アメリカ合
衆国のカーディオバスキュラー・ディバイシーズ・イン
コーポレイテッドにより製造されたガス−スタット（商
標）による３つの全パラメーターの体外測定法は、特に
このシステムに関するパンフレットおよびクラーク、C.
L.による『アーリー・クリニカル・エクスピアリアンス
・ウィズ・ガス−スタット』、「ジャーナル・オブ・エ
クストラコーポレアル・テクノロジー」、18（３）、19
86、185-189頁の文献に詳記されている。血液ガスパラ
メーターの測定は、ガス−スタット（商標）システムに
おいて連続的に進行する。心臓手術で確立された体外循
環系に挿入されたキュベットの内側には、蛍光に基づく
センサーが置かれている。光ファイバーにより励起輻射
線が供給され、放出された蛍光輻射線は除去される。後
者の強度は、適切なセンサーにより測定された物質の濃
度に依存する。
酸素の測光分析に関するこれらの出版物のうち、単純
な試料操作原理に基づいた、別個の試料における酸素の
インビトロ測定方法について記載しているものは無い。
血液試料中の酸素のインビトロ測定は、これまで通
例、血中ガス分析器、例えばABLアシッド−ベース・ラ
ボラトリーの名称でコペンハーゲンのラジオメーターA/
Sにより製造販売されている血中気体分析器により行な
われてきた。
血液試料は、特に電気化学的センサーが内蔵された、
分析器の非常に微細な導管を通らなければならないた
め、これらの分析器は機械的に複雑である。センサーの
活性表面における導管またはコーティングは容易に遮断
されるため、測定は干渉または破壊され得る。
これらの環境を考慮すると、既存の装置は専門的に訓
練された人により為される頻繁な維持管理を必要とし、
上記装置は通常患者からある程度離れた場所に位置する
研究室に置かれる。従って、試料採取の時間から分析結
果が提出される時点までの10分を越える、通常は半時間
までの回答期間は普通である。待ち時間が患者の医学的
処置に関して不幸なことになり得る点以外にも、待ち時
間が比較的長い結果、試料を約０℃以下に冷却した状態
に保たなければならない。これは、高温の場合、血液の
代謝プロセスが関連期間中において血中ガスパラメータ
ーの変化を誘発するという事実に因るものである。
現存の装置の他の不利な点は、操作者が健康上の危害
を及ぼし得る試料残留物と接触するというある種の危険
が存在し、これには感染症の転移等が含まれ得ることで
ある。
イギリス国特許出願GB2025065（メイアッティーニ、
F.等）の明細書により、血液試料回収用のプランジャー
注射器を含む機械的にさらに単純なインビトロ・システ
ムが知られている。血液試料は、注射器プランジャーに
組み込まれたセンサーにより分析される。それによっ
て、試料を離れた測定チャンバーへ移す作業が回避され
る。
上記センサーは、分析データを記録し、処理し、プリ
ントアウトするため導体による分析器との連結に関して
適合化されている。上記イギリス国特許出願GB2025065
の明細書に記載された特異センサーは、血液ガスおよび
血液電解質用の電気化学的センサーである。
最後に、この技術的基礎には、単一分析操作用に使用
されるのみであり、単一試料と接触するだけである使捨
て部品、および試料含有使捨て装置を受け入れ、臨床化
学分析の遂行に必要な追加成分を含ませるべく適合させ
た分析部分の組み合わせにより構成される他の臨床化学
分析器も含まれることが挙げられる。しかしながら、こ
れらの中で特別な血中ガス分析器は知られていない。セ
ンサーが電気化学的センサーである上述のGB2025065に
開示された型の分析器以外に、使捨て部品に基づくイン
ビトロ酸素分析器は全く知られていない。
本発明の対象は、血液試料中の酸素含有量のインビト
ロ測定方法であって、より簡単でより危険性が低い試料
操作およびこの方法を実践する場合に使用される酸素分
析器のより簡単な維持管理の両方が達成されるという点
で使用者にとってさらに適当な方法の提供である。これ
は、請求項１の特徴開示部分に示されている特徴を有す
る本発明方法により達成される。
「インビボ局部」は、この明細書では、局所が血液循
環と直接つながっているかまたは血液循環系自体におけ
る局所部分であることを意味する。血液試料が細い針に
よって動脈から試料容器へ移される動脈穿刺および動脈
カテーテルまたは毛細管穿刺による試料採取は、血液試
料が生体内（インビボ）局部から試料容器へ直接移され
る試料採取法である。
この明細書で使用されている「ルミネセンス特性」
は、ルミネセンスの特徴確認または測定方法を指す。好
都合には、ルミネセンスは、その最も広い意味で理解さ
れるルミネセンス強度、すなわち連続励起中に得られる
ルミネセンス・シグナルの大きさ、またはパルス励起時
に得られた時間依存性ルミネセンス・シグナルの統合
値、または上記時間依存性ルミネセンス・シグナルの崩
壊部分の第１誘導体により特性検定される。しかしなが
ら、ルミネセンス特性の他の表現方法、例えばルミネセ
ンス・シグナルおよび変調された酸素励起シグナル間の
相シフトもまた、「ルミネセンス特性」という語の定義
に含まれるものと考えられる。
好ましくは、発光団は、上述の出版物または本出願人
の国際特許出願WO89/04476に開示された発光団から選択
される。
好ましい発光団は、パラジウムポルフィリン類、例え
ばパラジウム（II）−テトラフェニルポルフィリン（Pd
TPP）またはパラジウム（II）−テトラ−（ペンタフル
オロフェニル）−ポルフィリン（PdTFPP）である。
適当であると予想される別の蛍光団は、アリール置換
テトラベンゾポルフィリンである。これらの発光団は、
硬PVC、すなわち可塑剤を実質的に含まないPVCのポリマ
ー・マトリックスに固定された場合、血液測定に特に適
している。
現在、発光団が硬PVCのポリマー・マトリックスに埋
封されたパラジウムポルフィリンであるタイプの試料採
取装置は、数箇月間の優れた貯蔵安定性を有することが
見出された。この安定性（Ksvは変化せず）故に、使用
者による上記装置の較正は回避され得る。
上述の試料操作の危険性が低いのは、特に、分析手順
の終結後その血液試料内容物を含む事実上密閉された試
料容器が除去され得る結果である。この除去は衛生上適
当な手筈である。この方法について述べると、試料を試
料容器から分析器へ移し、そこから廃物容器へ移すた
め、感染の可能性がある試料残留物に使用者が接触する
危険は低減化される。
先行技術による試料採取装置から測定装置への血液試
料の実際の移行は、血中ガス分析における本質的な誤り
の原因である。この誤りの原因は本発明方法により排除
される。
本発明方法により達成されるより単純で危険性の低い
試料操作および維持管理の低減化に加えて、他の方法で
も現行の酸素分析方法と比べて簡易化された分析方法が
達成される。
電気化学的センサーに基づく装置を用いた現行法で
は、通常比較的頻繁なセンサーの較正が必要とされる。
伝統的血中ガス分析器の場合、常用較正手順は規定され
ており、センサーを、１〜２時間間隔で特定含有量の関
連パラメーターを含む液体または気体較正媒質と接触さ
せる。較正媒質は使用後廃棄されるため、操作者は必要
な較正媒質の存在を確保しなければならない。本発明方
法を実行すると、この較正媒質を消費する較正プロセス
は−少なくとも好ましい態様に関する限り−回避され得
る。
局所的に、試料容器は輻射線源および輻射線検出器と
光学的に連通即ち、光が伝播するように接続しなければ
ならず、その両方は好ましくは試料容器の外側に位置す
るため、それは、少なくとも輻射線源および輻射線検出
器と通信する領域において関連輻射線にとって透明な材
料により作られていなくてはならない。また、上記材料
は、酸素にとって充分な拡散堅固性を有する試料容器を
提供しなければならず、これは、酸素の含有量が、実質
的に試料採取から分析時点までに通常かかる時間中に変
化し得ないことを意味する。
試料容器は、一つの測定チャンバーまたは連続もしく
は平行して配列された幾つかの測定チャンバーを含み得
る。試料容器は、好ましくは注入鋳造可能なポリマー性
ベース材料でできている。適当なベース材料は、例え
ば、AKZO（アルンヘム、オランダ国）から商標名アーナ
イト（商標）で販売されているポリエチレンテレフタレ
ートである。
好ましくは、測定チャンバーの壁部分は、低い酸素透
過性および酸素測定に適切なな波長の輻射線に適した透
過性を有するポリマー材料により製造される（別の頁で
さらに詳しく開示されている）。適当な材料は、日本国
大阪のクラレ社により販売されているEVAL-E（商標）型
のエチレンビニルアルコール・コポリマーである。別法
として、測定チャンバーの壁部分は、ガラスまたはガラ
スおよびポリマーの組み合わせにより製造され得る。
好ましい態様において、この方法は、試料容器を分析
器中の試料容器ステーションに置くことにより光が伝播
するように接続が行なわれることを特徴とする。
別法として、光が伝播するように接続は１本または数
本のケーブルにより確立され得、試料容器および光ファ
イバーへの接触素子により、光学式システムおよび試料
容器間の光が伝播するように接続が確立される。
血液試料が毛細管穿刺により提供される場合、試料容
器が毛管現象により満たされる程度に充分小さい寸法を
有する試料容器の使用が好ましい。
動脈血試料が所望される場合、引入口が、試料容器を
針またはカテーテルに結合するための連結手段、好まし
くはルエル円錐体に配置された試料容器の使用が好まし
い。
血液試料の試料採取が試料容器に結合させた針の使用
により行なわれる場合、針防御手段、好ましくはジャケ
ットが針先を露出させる第１の位置およびジャケットが
針先を囲む第２の位置の間で試料容器の軸方向に動き得
るジャケットを試料容器に一体化させるのが特に有利で
ある。
試料容器のこの好ましい具体例を用いると、試料採取
後ジャケットを第２位置へ転置させるだけで針による負
傷から使用者を充分に保護することが可能である。すな
わち、使用者は、防御手段の除去または適用中に針担持
部分自体または隣接した周囲領域と接触する危険にさら
されなくなる。
別法として、針防御手段は、試料容器の引入口付近に
位置する軸の回りでピボット上に置かれた細長いガリー
形状の要素であり得る。試料採取中、針防御手段は試料
容器を包囲し、針は露出されている。軸の回りを180度
回転させることにより、針防御手段は針の周囲に達し、
試料容器は露出される。
また本発明は、請求項11の特徴を述べた部分に示され
た特徴を有する試料採取装置に関するものである。本発
明による試料採取装置の好ましい態様は、請求項の範囲
の従属項に示された特徴を有する。
本発明による試料採取装置は引入開口部を有する試料
容器を有し、引入開口部を除くと、試料容器は本質的に
密閉された容器である。この明細書において、血液試料
の試料容器への輸送またはそこからの輸送は引入開口部
を通す以外の方法では行なわれ得ないものと理解され
る。しかしながら、試料容器は通気孔などを含み得る。
さらにこの発明は、血液試料における酸素含有量のイ
ンビトロ測光用システムに関するものである。本発明シ
ステムは、請求項19の特徴を述べた部分に示された特徴
を有する。
好ましい具体例では、分析器は、記録された輻射線デ
ータを処理して、これらから酸素含有量を誘導するため
のデータ処理手段を含む。別法として、分析器は、個別
データ処理ユニットへの連結に適合化されている。
本発明システムのさらに別の好ましい具体例では、分
析器は、酸素含有量またはこれから誘導され得るパラメ
ーターの表示手段を含む。別法として、分析器は、例え
ばデータ・スクリーン、ディスプレイ、プリンターまた
はプロッターなどの手段との連結に適合化されている。
以下、図面および後続の実施例により本発明の説明を
行う。次に図面の説明を行う。
図１は、一緒になって血液試料中の酸素含有量のイン
ビトロ測光用システムを構成する、本発明による分析器
および試料採取装置の好ましい態様の透視図である。
図２は、試料採取装置を備えた分析器の試料容器ステ
ーションの上部からの拡大概略図である。
図３、図４および図５は、本発明による試料採取装置
の好ましい態様の概観である。
図６は、図１に示された分析器の電気ブロック図であ
る。
図７は、酸素測定用の光学的基礎を示す。
図８は、酸素測定用試料採取装置の透視図である。
図９は、酸素測光用本発明システムにおける光学式ユ
ニットの部分断面図であり、光学式ユニット部分を形成
する成分の概略を示す。
図10は、O2測光用光学式ユニットに連結させた電気回
路のブロック図である。
異なる図面において、同じ参照番号は同じ部分を示
す。
図１において概括的に10として示された分析システム
は、小型の持ち運びできる「独立型（スタンドアロ
ン）」システムであり、離心場所での使用、すなわち一
定した実験室環境の外、例えば手術室または集中病棟で
の使用に適している。分析システム10は、使捨て用であ
り、分析器11と連結して使用される試料採取装置２を含
む。試料採取装置２は、後記図3-5の記述と関連づけて
さらに明快に描かれている。試料採取装置２および分析
器11は、分析器11が、試料採取装置２または少なくとも
その試料容器の受け入れに適合させた光学式セクション
３を伴う試料容器ステーション１を有する形で相互作用
するように適合化されているため、測光分析に必要な試
料容器および光学式ユニット３の光学式部品間の光学的
に連通が達成される。
試料容器ステーション１はカバー８により閉鎖され
得、このカバーは試料採取装置２をステーションに入れ
た後に閉じられる。カバー８を閉じることにより、種々
の機構、例えば光学式セクション３において試料採取装
置２を固定すると同時に試料容器を所望の温度、好まし
くは約37℃にサーモスタットで制御する、図示されてい
ないクランプ機構が作動する。
さらに、カバー８を閉じることにより、シグナルが分
析器の制御ユニットへ送られ、分析手順の開始が示され
る。操作者は、キーボード５およびディスプレイ６によ
り分析器の操作を制御することができる。また、分析器
11は、好ましくは特に分析器により得られた分析結果の
アウトプリント７を作成し得るプリンターを含む。
試料採取装置２を試料容器ステーション１へ入れ、こ
れのカバー８を閉じた後、輻射線源および輻射線検出器
を含む光学式部品が作動し、そこで分析器11が輻射線検
出器からのシグナルに基づいて一つまたは幾つかの血液
ガスパラメーターを計算する。計算結果はディスプレイ
６に表示され、プリンターによりペーパー・アウトプリ
ント７上に印刷される。計算が終結し、結果が表示およ
び／または印刷されると、カバー８が開かれ、試料採取
装置２は試料容器ステーション１から外され、除去され
る。
図２は、上部から見た試料容器ステーション１の部分
概略図を拡大尺度で示す。示されている通り、光学式セ
クション３は、各々その各血液パラメーターの測定に適
合させた４つの光学式ユニット30、40、50および60を含
む。試料採取装置２は、光学式セクション３のスロット
４に入れられる。
光学式ユニット30は、pHの光学的測定に必要な光学式
部品を含む。光学式ユニット40は、二酸化炭素の光学的
測定に必要な光学式部品を含む。光学式ユニット50は酸
素の光学的測定に必要な光学式部品を含み、最後に光学
式ユニット60はヘモグロビンの光学的測定に必要な光学
式部品含む。分析器11は４つの光学式ユニットを含むも
のとして示されているが、それは、原則として酸素測定
用ユニット以外に不定数および／または不定の組み合わ
せのユニットを含み得る。
図３は、試料採取装置２およびこれの４つの部分の縦
切断図を拡大尺度で示す。試料容器は、少なくとも具体
的に示された領域が関連した輻射線にとって透明な材料
でできている本体23を含む。本体23は、測定チャンバー
300、400、500および600を形成すべく局部的に拡張され
た連続導管22を有する。測定経過中、現実の血液試料
は、その引き入れ孔21から測定チャンバーの後ろに設け
られた疎水性フィルター24へと導管22を満たす。引き入
れ孔を囲む本体23の断面はルエル円錐形を呈しているた
め、採血に常用される型の針20を据え付けるのに適して
いる。引き入れ孔から遠くへ向いている本体23のセクシ
ョン25は、伝統的なプランジャー注射器との連結に適合
化されている。前記プランジャー注射器は、ある種の状
況、例えば血液ガスパラメーターを測定すべき患者が非
常に低血圧である場合、試料採取での補助手段として使
用される。
試料採取装置２が試料容器ステーション１に正確に置
かれると、測定チャンバー300、400、500および600は、
光学式ユニット30、40、50および60と光が伝播するよう
に接続する。光学式ユニット30と光学的に連通する測定
チャンバー300は、血液試料中のpH測定用に適合化され
ており、pH吸収インジケーターが固定されたセロファン
膜316を含む。このインジケーターが血液試料と化学的
平衡状態にある場合、インジケータの酸性形態およびイ
ンジケーターの塩基性形態間の関係は、血液試料のpH値
を反映する。
測定チャンバー400は、血液試料中の二酸化炭素含有
量測定用に適合させた光学式ユニット40と光が伝播する
ように接続する。この測定は、波長4260nmでの輻射線に
関する試料の伝導特性に基づいて行なわれる。
測定チャンバー500は、試料中の酸素含有量の測定が
行なわれる測定チャンバーであり、この測定チャンバー
は光学式ユニット50と光が伝播するように接続する。そ
の表面の一つにおいて、測定チャンバー500は、燐光性
化合物PdTFPP（パラジウム（II）−テトラ（ペンタフル
オロフェニル）ポルフィリン）により染色されたPVC膜5
01を有する。
燐光性化合物は、波長約556nmの輻射線により励起さ
れ、酸素含有量は、励起された燐光性化合物から放出さ
れた波長673nmの輻射線の特性検定により測定される。
酸素測定に関する化学的および化学的基礎は、図７、８
および９およびこれらの記載により明らかである。光学
式ユニット50の一態様は図９およびこれの記載により明
らかである。
測定チャンバー600は、血液試料中のヘモグロビン含
有量および酸素飽和度を測定する測定チャンバーであ
る。測定チャンバーは、光学式ユニット60との光が伝播
するように接続に適合化され、その内部表面上に化学的
溶血剤のコーティングを有する。血液試料中のヘモグロ
ビン含有量は、血液試料を通って伝達された波長506nm
および600nmの輻射線の特性検定により測定される。
最後に、試料採取装置２は一体化された針防御手段26
を有することが図３から明らかである。示された態様に
おいて、針防御手段26は、ジャケットが針先を露出させ
る第１位置およびジャケットが針先を包囲する第２位置
間で試料採取装置の軸方向に移動可能な管状ジャケット
である。
図３は、第１位置での防御ジャケット26を示し、上記
ジャケットは試料採取の瞬間にそこに位置する。
図４は、試料採取装置の縦断面を示す。この部分は、
図３に示された部分に対して垂直に位置する。
試料容器本体23は二つの半片により構成されるが、図
４ではその一方しか見えない。
図５は結局図３と同じ部分を示すが、図５では、防御
ジャケットは、それが針先を包囲する第２位置へ動かさ
れている。ジャケット26は試料採取直後にこの第２位置
へ動かされる。
図６は、分析器11に関する電気ブロック図を示すもの
で、全てが明白にされている。
図７は、気体試料における３つの相異なる酸素レベル
の各々について、変調された励起源により励起された発
光団からの時間依存性放出輻射線を表すシグナルを示
す。この図から、シグナルの振動数は酸素レベルに依存
することが明らかである。この図は、図８による試料容
器および図10に示されたエレクトロニクスによる図９記
載の光学式ユニットおよびそこに連結されたオシロスコ
ープの使用により与えられた。
図８は、血液試料中の酸素含有量の測定に使用される
試料容器を示す。総括的に5000として示された試料容器
は、図９に関して後述されている一例のような光学式ユ
ニットを伴う分析器との相互作用を意図したものであ
る。試料容器5000は、各々5001および5002と称する２つ
の半片により構成される。２つの半片は、半片5001にあ
るピン5008および5009を半片5002の対応する図示されて
いない凹所に噛み合わせ、半片5002の図示されていない
ピンを半片5001にある凹所5010および5011に噛み合わせ
ることにより組み立てられる。その後、２つの半片を超
音波溶融により一緒に溶融する。組み立てた後、試料容
器は、中心へ向かって横向きに広がり、測定チャンバー
5007を形成する試料導管5006を有する。２つの半片5001
および5002は、プラスチック材料でできている。測定チ
ャンバー5007における壁の一つは、顕微鏡のカバーガラ
ス形態のガラス・プレート5003により構成され、そこに
PdTFPP含有PVCの２μｍのコーティング5004が施され
る。ガラス・プレート5003およびPVCコーティング5004
から成る構成部品の製造については、後でさらに厳密に
記載する。二重接着リング5005は、試料容器部分5002に
対してプレート5003を固定する。
発光団を用いた壁成分の製造 15mgのPdTFPP（この目的で出願者用に合成された）、
199.5mgのPVC（ブレオンS110/10、BPケミ、コペンハー
ゲン、デンマーク）および1.5mlのテトラヒドロフラン
（リクロソルブ（商標）、メルク、ダルムシュタット、
西ドイツ国）から成る溶液を、10μｌ溶液を滴下するこ
とにより乾燥雰囲気中フッ化水素酸によりエッチングし
た回転顕微鏡カバーガラス（φ12mm）上にキャスティン
グする。回転速度は110-120回転／秒である。
キャスティング後２時間以内に、壁成分をインキュベ
ーター中90℃で40分間置くことにより、PdTFPP含有PVC
コーティングが硬化する。
膜の厚さは再生可能であり、約２μｍである。
図９は、血液試料中の酸素測定用光学式ユニット50の
基本型を示す。血液試料は、試料容器5000中の測定チャ
ンバー5007に入れられる。
試料容器は、総括的に３と示された部分に置かれる。
日本国東京のスタンリー・エレクトリック・カンパニ
ー製のHBG5566X型の変調させた緑光二極管形態の輻射線
源501から、輻射線が、この目的のために出願者用に特
別に製造した580nmより大きい波長の輻射線を排除するS
WPフィルター502（短波通過フィルター）を透過する。
フィルター502から、輻射線が、デンマーク国リングビ
ー、テクニカル・ユニバーシティー・オブ・デンマー
ク、オプティスク・ラボラトリウムから入手されるBSP6
00型の二色鏡503へ透過する。この二色鏡503は、600nm
未満の波長の輻射線を反射するため、緑光二極管からの
輻射線は反射される。輻射線は、二色鏡から凸状レンズ
504（φ9.9mm、f7.3mm、テルモープティク・アーノルド
・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツ
ング・アンド・カンパニー、バイルブルグ、西ドイツ
国）へ反射される。レンズ504および試料容器5000の相
互配向は、試料容器5000がレンズの焦平面に位置する形
である。輻射線は、レンズ504により試料容器上の焦点
に集められ、そこで上記輻射線は測定チャンバー5007に
供給された発光団を励起する。血液試料の酸素と相互作
用する励起された発光団は、さらに長い波長の輻射線50
5を放出し、それが試料容器からレンズ504および二色鏡
503を通って西ドイツ国マインツ、ショット製のRG665型
のエッジフィルター506へ達する。このフィルターは、6
65nmより大きい波長の輻射線を通す。フィルター506を
透過した輻射線は、西ドイツ国ミュンヘン、ジーメンス
製のSFH216型の珪素感光性半導体素子507へ入射し、上
記感光性半導体素子は、実際のルミネセンス輻射線強度
を表す時間依存性電気シグナルを放出する。結局、図９
には、感光性半導体素子507と同じ型の珪素感光性半導
体素子508が示されている。この感光性半導体素子の目
的は、その変調周期における輻射線源501のある瞬間で
の位置を測定することである。
サイナス変調励起輻射線による発光団の励起により、
単指数崩壊が行なわれた発光団には、 ω・τ＝tanφ （式中、ωは励起輻射線の角振動数であり、τは放出輻
射線の寿命であり、φは放出輻射線の相シフトである） が適用される。放出輻射線および励起輻射線間の相シフ
トが45°（tanφ＝１）で電気的に維持される場合、 ω＝1/τ が適用され、すなわち、公知スターン−ボルマー等式： ω／ω0＝１＋Ksv・［O2］ （式中、ω0は酸素濃度０での励起輻射線の角振動数で
あり、Ksvはいわゆるスターン−ボルマー定数であり、
［O2］は酸素濃度である） に従う。
ω0およびKsv値が既知の場合、すなわち酸素含有量
［O2］は、励起輻射線の角振動数ωまたは振動数ｆ＝ω
/2πの検出に基づいて決定され得る。実際上、崩壊は単
指数的ではないため、ω（またはｆ）およびO2間に直線
関係は見られない。しかしながら、再生可能な関係は、
サイナス変調励起輻射線だけではなく、他の方法で変調
された励起輻射線、すなわち矩形波変調励起輻射線の場
合にも得られると思われる。
ωまたはｆが測定され得る単純な電気回路を図10に示
す。
図10は、光学式ユニットに結合させた電気回路を示
す。この回路により、単純な方法で励起輻射線および放
出輻射線間の45°の相シフトを与える変調振動数が測定
され得る。
感光性半導体素子501は、時間変調式ボルト数シグナ
ルによるボルト数制御発振器513から供給される。従っ
て、感光性半導体素子501は、発光団含有PVCコーティン
グ5004において発光団を励起する、時間変調式輻射線を
放出する。続いて、発光団は、励起輻射線に関して相シ
フトされる、時間変調式放出輻射線を放出する。この放
出輻射線は、時間変調式電流シグナルを放出する感光性
半導体素子507へ入射し、上記シグナルは増幅器509にお
いて一定量で増幅される。増幅されたシグナルは、振幅
制御ユニット510中でさらに特定の振幅に増幅される。
相検出器511において、ユニット510からのシグナルの相
は、感光性半導体素子501を供給する時間変調式ボルト
数シグナルに関して45°相シフトされたレファレンス・
シグナルの相と比較される。レファレンス・シグナルは
ユニット512から発生される。相検出器511は、ボルト数
制御発振器513を制御するシグナルを放出する。制御シ
グナルにより、ボルト数制御発振器513は、放出輻射線
−およびこれによりユニット510から相検出器511へのイ
ンプット・シグナル−およびレファレンス・シグナルが
同じ相を有するような振動数に調節される。言い替えれ
ば、ボルト数制御発振器513は、放出輻射線が励起輻射
線に関して45°相シフトされるような振動数に調節され
る。
ボルト数制御発振器513からのアウトプット・シグナ
ルの振動数は、ユニット516で記録され、デジタル数値
に変換および／または振動数／アナログ変換器514でプ
リンターまたはプロッター515により記録されるシグナ
ルに変換される。
図10では、測光システムは、明確にするため感光性半
導体素子501および507によってのみ描かれている。他の
図示されていない構成部品は図９から明らかである。
固定相シフトでの励起輻射線の振動数の測定による酸
素含有量の測定は、45°の相シフトに関してのみ記載さ
れているが、他の固定相シフトでも同様に酸素測定結果
が得られるものとする。
試料採取装置の寸法について述べると、酸素用測定チ
ャンバーは、好ましくは1-50μｌ、さらに好ましくは5-
25μｌおよび特に7-12μｌの容量を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−184442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−70151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−12491（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−503191（ＪＰ，Ａ) 特表 昭59−500896（ＪＰ，Ａ) 米国特許3926521（ＪＰ，Ａ) 米国特許4716363（ＪＰ，Ａ)

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光団を利用したルミネセンス・クェンチ
    ングによる方法で、そのルミネセンスを酸素の存在下で
    クェンチングし、励起した発光団から放出されたルミネ
    センスのルミネセンス特性に基づいて酸素含有量を測定
    する血液試料中での酸素含有量の光学的インビトロ測定
    方法であって、 少なくとも局所的に透明な壁部分を備える測定チャンバ
    ーを有し、かつ発光団を塗布または含浸する試料容器に
    血液試料を移し、 上記測定チャンバーを、輻射線源および輻射線検出器を
    含む光学式システムと光が伝播するように接続させ、 測定チャンバー内に備える発光団を輻射線源からの輻射
    線照射により励起させ、 上記発光団から放出されるルミネセンスのルミネセンス
    特性を、輻射線検出器で検出されたルミネセンスに基づ
    いて測定することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】上記光が伝播するような接続が、上記試料
    容器を光学式システムを含む分析器中の試料容器ステー
    ションに置くことにより行なわれることを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】上記試料容器が入口以外は密封された使い
    捨て容器である請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】少なくとも局所的に透明な壁部分および引
    き入れ孔を有する測定チャンバーを備える使い捨て試料
    容器であって、引き入れ孔を除けば試料容器が本質的に
    密閉され、かつそのルミネセンスが酸素の存在下でクェ
    ンチングされる発光団を塗布または含浸することを特徴
    とする使い捨て試料採取容器。
  5. 【請求項５】試料容器が毛管現象により満たされる程度
    に充分な小さい寸法を有することを特徴とする、請求項
    ４記載の使い捨て試料採取容器。
  6. 【請求項６】試料容器が、血液試料をインビボ局所から
    試料容器へ移すことができるように、針またはカテーテ
    ルのようなエレメントに結合するためのルエル円錐体の
    ような連結手段に位置する引き入れ孔を有することを特
    徴とする、請求項４記載の使い捨て試料採取容器。
  7. 【請求項７】針を連結させた細長い試料容器であって、
    該針先を露出させる第１位置と針先を包囲する第２位置
    間において試料容器の軸方向に移動し得るジャケットを
    備えていることを特徴とする、請求項４記載の使い捨て
    試料採取容器。
  8. 【請求項８】上記発光団が測定チャンバーの壁部分の内
    部表面に固定されていることを特徴とする、請求項４な
    いし７のいずれかに記載の使い捨て試料採取容器。
  9. 【請求項９】上記発光団が、測定チャンバーの壁部分の
    内部表面上に好ましくはコーティングを形成するポリマ
    ー・マトリックスに固定されていることを特徴とする、
    請求項４記載の使い捨て試料採取容器。
  10. 【請求項１０】ポリマー・マトリックスが酢酸セルロー
    ス、ポリウレタン、ポリカーボネート／シリコーンまた
    は硬質ポリ塩化ビニルであって、および発光団が、特定
    のポリマー・マトリックスに埋封されたとき周囲酸素分
    圧の変動が生理学的範囲、すなわち約800mmHg以下、好
    ましくは400mmHg以下、特に150mmHg以下、最も好ましく
    は120mmHg以下の範囲内であれば、実際の酸素分圧が測
    定され得るのに充分なサイズ変動を示すというルミネセ
    ンス特性を与えるポルフィリン化合物から選択されるこ
    とを特徴とする、請求項９記載の使い捨て試料採取容
    器。
  11. 【請求項１１】ポリマー・マトリックスが硬質ポリ塩化
    ビニルで、発光団がパラジウムポルフィリン、例えばパ
    ラジウム（II）−テトラフェニルポルフィリン（PdTP
    P）またはパラジウム（II）−テトラ−（ペンタフルオ
    ロフェニル）−ポルフィリン（PdTFPP）であることを特
    徴とする、請求項10記載の使い捨て試料採取容器。
  12. 【請求項１２】血液試料中の酸素含有量の測光的インビ
    トロ測定用システムであって、上記システムが、試料容
    器を有する試料採取装置を備え、該試料容器が引き入れ
    孔を除けば本質的に密閉されており、少なくとも局所的
    に透明な壁部分を有する測定チャンバーが発光団を含
    み、そのルミネセンスが酸素の存在下でクェンチングさ
    れ、 上記システムが、さらに輻射線源および輻射線検出器を
    含む光学式システムを伴う分析器を含み、上記分析器
    が、さらに光学式システムおよび試料採取装置の測定チ
    ャンバー間で光が伝播するように接続を行わせる手段お
    よび輻射線検出器で検出されたルミネセンスの記録を行
    う手段を含むことを特徴とするシステム。
  13. 【請求項１３】上記試料容器が入口以外は密封された使
    い捨て容器である請求項12記載のシステム。
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