KR20200096845A - 오염물질의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 방법 및 센서 - Google Patents

오염물질의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 방법 및 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일 양태에서 샘플 분석기(200)의 측정 챔버(201)에서 오염물질을 검출하는 방법에 관한 것이다. 샘플 분석기(200)는 발광단(210)을 포함하는 센서 층(205)을 갖는 광학 센서를 포함하며, 여기에서 센서 층(205)은 측정 챔버(201)에 대한 계면을 형성하는 센서 표면(206)을 갖는다. 방법은 측정 챔버를 유체 샘플로 충전하는 단계; 센서 층의 발광단에 자극을 가하는 단계; 자극에 반응하여 센서 층의 발광단으로부터 발광된 루미네선스를 시간의 함수로써 검출하는 단계; 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계; 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계; 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계; 제2 파라미터에 대한 예상 값을 제2 파라미터의 실제 값과 비교하는 단계; 및 비교에 기초하여 오염물질의 존재(또는 부재)를 결정하는 단계를 포함한다. 추가의 양태에서, 상기 방법의 구현예를 이용하여 측정 챔버에서 오염물질을 검출하도록 구성된 샘플 분석기가 제공된다.

Description

오염물질의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 방법 및 센서
본 발명은 일 양태에서, 샘플 분석기의 측정 챔버에서 오염물질을 검출하는 방법으로서, 샘플 분석기가 발광단을 포함하는 센서 층과 광학 센서를 포함하며, 센서 층은 측정 챔버에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 갖는 방법에 관한 것이다.
특정 양태에서, 본 발명은 혈액 분석기와 같은 체액 분석기에서 오염물질을 검출하는 방법으로서, 분석기는 혈액 샘플 중의 산소 분압과 같은 체액 파라미터를 측정하도록 구성된 광학 센서를 포함하는 방법, 및 혈액 분석기와 같은 체액 분석기로서, 상기 광학 센서를 갖는 측정 챔버 및 신호 프로세서를 포함하며, 측정 챔버에서 오염물질을 검출하도록 구성되는 분석기에 관한 것이다.
추가의 양태에 따르면, 본 발명은 측정 챔버에서 오염물질을 검출하기 위한 광학 센서에 관한 것이다.
추가의 또 다른 양태에 따르면, 샘플 분석기에서 오염물질을 검출하는 컴퓨터 실행 방법, 및 샘플 분석기의 신호 프로세서에 로딩될 수 있는 상응하는 소프트웨어 제품이 제공된다. 또한, 이 양태에서, 샘플 분석기는 체액 분석기, 예컨대, 예를 들어, 전혈 샘플을 분석하기 위한 혈액 분석기일 수 있다.
각각의 분석물 센서에 의해 액체 샘플 중 분석물의 물리적 파라미터를 측정하기 위한 분석기는 식품 산업, 환경 산업은 물론 의료 및 임상 산업과 같은 다양한 산업에 널리 사용된다. 정확하고도 정밀한 결과를 보장하기 위해, 이러한 분석기 및 관련 센서의 성능은 지속적으로 면밀히 조사된다. 이는 전형적으로 잘 규정된 조성물에 각각의 분석물을 포함하는 표준화된 기준 액체를 사용하는 상세한 캘리브레이션 및 품질 관리 절차 둘 모두를 포함한다. 분석기 시스템의 정확하고 정밀한 작업은 전혈과 같은 체액에서 분석물의 물리적 파라미터를 분석하기 위한 임상 분석 적용분야에서 특히 중요하다. 정확성, 정밀성 및 신뢰성 요건 이외에, 임상 적용 분야를 위한 이러한 분석기 시스템은 또한 측정 결과를 얻는데 걸리는 짧은 시간 및 매우 작은 샘플 부피로부터 매우 신뢰할만한 결과를 제공하는 능력과 같은 추가의 중요한 제약 조건으로 처리된다.
모든 이러한 제약 조건의 조합은 특히 혈액 분석기와 관련이 있다. 혈액 분석기는 포유동물 대상체의 혈액을 분석하기 위한, 예를 들어, 대상체의 생물학적 상태를 확립하고/거나 모니터링하기 위한 다양한 파라미터의 측정을 제공한다. 전형적으로, 포유동물 대상체는 인간 환자이다. 다양한 경우에, 예를 들어 포유 동물 대상체의 전혈 샘플에서 혈액 기체의 분압, 혈액 샘플에서 전해질 및 대사산물의 농도는 물론 혈액 샘플의 헤마토크릿 값을 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, pCO2, pO2, pH, Na+, K+, Ca2+, Cl-, 글루코스, 락테이트, 크레아티닌, 우레아 및 헤로글로빈 및 헤모글로빈-유도체 값을 측정하는 것은 의료 환자의 상태를 평가할 때의 주요 임상 지표이다. 현재 이러한 측정을 수행하기 위한 많은 다양한 분석기가 존재한다. 이러한 분석기는 가장 의미있는 진단 정보를 제공하기 위해 정밀한 측정을 수행할 수 있다.
수행된 각각의 분석에서 가능한 한 적은 환자 혈액을 사용하기 위해, 혈액 샘플을 분석하는데 사용되는 측정 챔버는 바람직하게는 비교적 작다. 소량의 혈액 샘플을 사용하여 혈액 분석을 수행하는 것은 상대적으로 짧은 시간 내에 비교적 많은 수의 샘플을 취해야 하는 경우 또는 신생아와 같이 혈액량이 제한되어 있는 경우 중요하다. 예를 들어, 집중 치료를 받는 환자는 혈액 기체 및 임상 화학 측정을 위해 하루에 15-20회 빈도의 샘플링이 필요하며, 이는 환자 평가 동안 잠재적으로 큰 혈액 손실로 이어진다. 또한, 수행되어야 하는 테스트의 수를 제한하기 위해, 각 테스트의 완료시 가능한 많은 정보를 수집하는 것이 바람직하다. 또한, 동일한 이유로, 측정 및 이들 측정으로부터 수득된 상응하는 분석 결과가 신뢰가능함이 중요하다. 따라서, 각 측정은 전형적으로 다양한 헹굼, 캘리브레이션 및/또는 기준 액체를 사용하여 캘리브레이션 및/또는 품질 관리 절차로 처리되며, 측정 챔버는 임의의 후속 측정의 오염을 피하기 위해 각 측정 후 철저히 헹궈진다.
그러나, 혈액 분석기 특히, 매우 작은 측정 챔버를 갖는 시스템에서 일반적인 문제는 전혈 샘플에서 혈전의 존재로 인한 것이다. 혈전은 측정 챔버의 유체 통로를 방해하거나 차단하거나 심지어 완전히 막는 플러그의 형성을 초래할 수 있다. 이러한 혈전은 측정에 심각한 영향을 미치거나 심지어 측정 챔버/센서 어셈블리에 대한 손상을 초래할 수 있다. 따라서, 공지된 시스템은 예를 들어, 알람을 발생시키기 위해, 유체 취급 인프라스트럭쳐가 추가 유체를 측정 챔버에 공급하는 것을 중단하고, 헹굼을 요청하고/거나 자동화된 헹굼 절차를 시작하기 위해 비정상물의 충전 및 배출 절차를 모니터할 수 있다. 예를 들어, 측정 챔버의 충전은 측정 챔버의 상류 유입구에서 액체 계면의 통로를 탐지하고, 예상 충전 시간 후에 측정 챔버의 하류 배출구에서 액체의 상응하는 후속 발생을 검출하기 위한 액체 센서에 의해 모니터될 수 있다. 예기치 않은 거동 예를 들어, 배출구 액체 센서에서 액체 계면의 양성 검출 없이 예상 충전 시간의 만료는 헹굼/유지 절차의 알람 및/또는 개시를 발생시킬 수 있다. 또한, 측정 챔버를 통한 간단한 유동 경로를 설계함으로써 침착물의 형성을 방지하고 헹굼/세척을 조장할 수 있다.
측정 챔버에서 응괴의 존재를 검출하기 위한 이러한 전략이 구현되고, 혈액 분석기 시스템의 신뢰할만한 작동에 가장 도움이 되는 것으로 입증되었지만, 본 발명자들은 모든 아티팩트(artifact)가 이러한 전략 및 검출 기술에 의해 설명될 수 있는 것은 아님을 관찰하였다. 본 발명자들은 예를 들어, 유동 거동에 기초한 공지된 응괴 검출 루틴에 의해 정상적으로 검출될 수 없는 응괴로 인해 추가의 아티팩트가 발생할 수 있음을 실제로 확인하였다. 측정 챔버의 충전 및 배출 흐름에 눈에 띄는 영향을 끼치지 않음에도 불구하고 응괴는 주어진 샘플에 대해 분석물의 적어도 일부의 물리적 파라미터를 심하게 왜곡시켜 잘못된 분석 결과로 이어질 수 있다. 따라서, 측정의 정확성 및 정밀성을 보장하고 귀중한 환자 혈액의 폐기를 피하기 위해 혈액 분석기에서 잠재적인 아티팩트의 임의의 이러한 추가적인 원인을 신속하고 확실하게 검출할 필요가 있다. 또한, 이러한 추가적 아티팩트는 또한 액체 샘플 분석기에서 더욱 일반적으로 발생할 수 있다. 이러한 아티팩트의 추가 원인을 처리하기 위해, 본 발명자는 공동 계류중인 특허 출원 WO2017/108646A1 및 WO2017/108647A1(본원에 참조로 포함됨)에서 예상되는 거동으로부터 센서 반응의 편차를 분석함으로써 응괴를 검출하는 상이한 기술을 제안하였다. WO2017/108646A1에 개시된 응괴 검출은 예상되는 변화, 즉 예상된 변화로부터의 이탈이 응괴를 나타내는 적어도 2개의 센서로부터의 측정 결과의 선형 회귀에 기초한 방법에 관한 것이다. WO2017/108647A1의 응괴 검출은 응괴가 분석물의 흡수 및 방출을 위한 용량을 갖는 저장소로서 보여질 수 있는 방법을 기재하고 있는데, 이에 의해 응괴와 주위 액체 샘플 사이의 분석물 농도에서 구배가 있을 때마다 분석물 공급원으로서 또는 분석물 싱크(sink)로서 작용함으로써 오염을 야기한다.
그러나, 특히 매우 적은 샘플 부피를 사용하는 경우 및/또는 상기 이미 논의된 바와 같은 제한된 이용가능성을 갖는 샘플을 사용하는 경우, 수득된 측정 결과의 신뢰성을 추가로 개선시키기 위해 액체 샘플 분석기의 측정 챔버에서 파울링(fouling) 또는 다른 오염물질을 검출하기 위한 추가 기술이 여전히 요구되고 있다.
한 유형의 분석물 센서는 측정 챔버와 접촉하는 센서 층을 갖는 광학 센서이다. 센서 층은 측정 챔버에 제공되는 유체 샘플에 존재하는 분석물의 양에 민감하다. 광학 센서는 분석물의 존재에 대한 센서 층의 반응의 광학 판독을 위한 기계를 추가로 포함한다. 판독 수단은 전형적으로 자극을 센서 층에 제공하기 위한 수단, 자극에 응답하여 센서 층으로부터 발광된 방사선을 수집하기 위한 렌즈 및/또는 광파 안내 구성 요소와 같은 광학 요소, 및 또한 수집된 루미네선스 방사선을 광학 센서의 검출 수단에 전달하기 위한 수단을 포함한다. 자극은 전형적으로 센서 층에 광학 프로빙 방사선을 제공하도록 배열되고 구성된 레이저 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 방사선 공급원이다. 광학 센서는 예를 들어, 형광 소광 유형일 수 있다. 루미네선스 소광형 센서의 센서 층은 센서 층에 안내되는 여기 방사선과 같은 제공된 자극에 의해 여기되는 발광단을 포함한다. 여기된 발광단은 특히 방사성 경로에 따라 이완되며, 이에 의해 루미네선스를 방출하고, 이는 자극 종료시 특징적 수명으로 붕괴된다. 발광단은 루미네선스가 소위 소광제로서 작용하는 분석물의 존재하에 소광되도록 선택된다. 결과적으로 센서 층에 의해 발광된 루미네선스의 특징적 수명은 센서 층에 존재하는 분석물의 양에 의존적이다. 루미네선스 소광 분석물의 농도 증가는 관찰된 루미네선스 수명 감소를 발생시키는 반면, 농도 감소는 증가된 수명을 발생시킨다. 적절한 결과를 제공하기 위해, 측정은 예를 들어, 측정 챔버에 존재하는 임의의 유체 및 센서 층 사이의 분석물의 확산 교환을 통해 전형적으로 평형 상태에서 수행되며, 즉 유체 샘플은 센서 층의 분석물의 농도가 샘플 중의 농도에 상응하게 되는 방식으로 측정 챔버에 제공된다. 광학 센서는 광이 검출 수단에 의해 수신되기 전에 광학 필터 및/또는 광학 증폭기와 같이 센서 층으로부터 수집된 방사선을 광학적으로 선택하고/거나 분석하기 위한 선택적 수단을 추가로 포함할 수 있다. 검출 수단은 검출된 루미네선스 방사선을 대응하는 신호로 전환시킨다. 따라서, 광학 센서는 감응되는 분석물의 양을 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 그 후, 광학 센서로부터의 신호는 전형적으로 아날로그 및/또는 디지털 신호 처리를 위해 샘플 분석기에서 처리 수단에 제공되고/거나, 측정 데이터로서의 저장을 위해 추가 저장 수단으로 전달되고/거나 출력값의 분석 결과로서 디스플레이되고/거나 제시된다.
센서의 예를 제공하자면 이는 혈액 분석기에 사용되는 경우, 환자 건강 및 안전에 특히 중요하며 산소 분압(pO2)을 결정하는 센서이다. pO2-측정과 같은 혈액 기체 측정을 위한 이러한 광학 검출기는 예를 들어, US5,564,419A로부터 공지된다. pO2-측정으로부터 얻은 결과는 특히 응급 또는 집중 치료 상황에서 환자의 치료에 직접적으로 영향을 줄 수 있다. pO2 센서는 샘플에서 산소의 존재에 민감한 발광단을 포함하는 센서 층을 갖는 광학 센서일 수 있다. 혈액 분석기의 pO2 센서의 오염은 측정에 영향을 미치므로 환자를 잘못 치료할 위험이 높아진다.
따라서, 측정의 정확성 및 정밀성을 보장하기 위해 혈액 분석기에서 잠재적인 아티팩트의 임의의 이러한 추가적인 원인을 신속하고 확실하게 검출하는 것이 추가로 요구된다. 특히, 체액 파라미터 측정과 같은 샘플 분석기에서의 측정의 신뢰성에 대한 즉각적이지 않더라도 신속한 피드백은 지연없이 이러한 측정을 검증하기 위해 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 민감성 및/또는 응답 시간을 갖는 측정 챔버에서 오염을 검출하는 추가 방법, 및 개선된 민감성 및/또는 응답 시간을 갖는 이러한 검출 방법을 수행하는데 맞춤화된 시스템을 제공하는 것이다. 추가의 양태에 따르면, 추가 목적은 측정 챔버 오염으로 인한 무효화 아티팩트의 신속하고 확실한 검출을 위한 개선된 성능을 허용하는 검출 방식을 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명은 일 양태는 샘플 분석기의 측정 챔버에서 오염물질을 검출하는 방법으로서, 샘플 분석기가 발광단을 포함하는 센서 층과 광학 센서를 포함하며, 센서 층은 측정 챔버에서 유체 샘플에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 가지며, 방법은
- 측정 챔버를 유체 샘플로 충전하는 단계;
- 센서 층의 발광단에 자극을 가하는 단계;
- 자극에 반응하여 센서 층의 발광단으로부터 발광된 루미네선스를 시간의 함수로써 검출하는 단계;
- 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계;
- 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
- 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
- 제2 파라미터에 대한 예상 값을 제2 파라미터의 실제 값과 비교하는 단계; 및
- 비교에 기초하여 오염물질의 존재를 결정하거나 오염물질의 부재를 결정하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.
측정 챔버의 샘플 공간은 샘플 유체에 대한 측정을 수행할 목적으로 센서 표면이 샘플 유체와 접촉되도록 충전된다. 본 발명의 중요한 장점은 측정 챔버에 대한 광학 센서의 계면을 형성하는 센서 층의 표면 상에 침착된 소량의 오염물질의 유의성을 인식하고 해결하는 것이다. 본 방법은 측정 챔버의 샘플 공간에서 오염물질의 존재를 검출할 수 있게 한다. 더욱 특히, 상기 방법은 광학 센서의 센서 표면 상에 오염물질의 존재에 민감하고 광학 센서의 오염 상태 및 인접한 샘플 공간에 대한 즉각적인 피드백을 제공할 수 있다. 또한, 오염물질 검출은 시간 분해 루미네선스 데이터를 지속적으로 분석하고 측정 시스템/사용자에게 측정 품질 및 유체 샘플 분석에 사용된 샘플 분석기의 내부 상태에 대해 거의 즉각적인 피드백을 제공함으로써 품질 모니터링 목적에 적합하다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 '오염물질'은 유체 샘플에 대해 수행될 측정을 잠재적으로 방해할 수 있는 유체 샘플 중의 임의의 물질을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 '유체'는 '액체' 및 '기체' 둘 모두를 지칭한다. 오염물질의 예는 이전에 측정된 액체 샘플의 액적 잔류물, 측정 챔버 벽상의 침전물 및/또는 예를 들어, 액체 샘플로의 측정 챔버의 부적절한 충전 등으로 인한 액체 샘플에서 발생하는 거품, 또는 기타 등등일 수 있다. 본 방법은 재사용 가능한 측정 챔버, 즉 다중-사용 측정 챔버와 관련하여 특히 유용하며, 이는 단일 사용 후, 즉 단일 유체 샘플에 대해 측정 사이클을 수행한 후, 폐기되지 않고, 비워지고 헹궈지고, 새로운 유체 샘플로 다시 충전된다. 그러나, 단일-사용 측정 챔버와 관련된 오염 검출 방법을 사용하는 것도 고려될 수 있는데, 이러한 측정 챔버는 유체 샘플에 대한 측정 사이클 후, 예를 들어, 단일-사용 측정 챔버의 청결도 및/또는 적절한 충전을 보장하기 위해 실제 측정이 수행되기 전에 폐기된다.
센서 층은 투명하고 샘플 공간을 향한 전면 계면을 형성하는 센서 표면을 갖는다. 전면 계면은 유체 샘플과 접촉된다. 후면, 즉 샘플 공간에서 먼 쪽의 면으로부터 광학적 프로빙이 수행된다. 자극은 센서 층에서 여기된 분획의 발광단을 생성하도록, 전형적으로 후면으로부터 센서 층으로 향하는 여기 광의 형태로 제공된다. 여기된 발광단 분자는 후면으로부터 또한 관찰될 수 있는 루미네선스 광의 발광 하에서 바닥 상태로 다시 이완된다. 따라서, 광학 센서는 발광단으로부터 발광된 루미네선스를 검출 및 등록하고, 따라서 가해진 자극에 대한 센서 층 반응을 관찰하기 위한 기기를 추가로 포함한다.
센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 의존적이지 않은 파라미터는 "내인성" 파라미터로서 지칭될 수 있다. 따라서, "내인성" 파라미터는 발광단 염료의 이완 공정의 "내인성" 특징/특성을 대표하며, 이는 발광단이 내장된 광학 구조와 근본적으로 무관하게, 검출된 루미네선스 방사선의 원점에서 방사성 재조합을 포함하며, 특히 센서 표면에서 측정 챔버와의 계면의 광학 특성 변화와 관련하여 변하지 않는다.
루미네선스 방사선은 센서 층 내에서 생성된다. 샘플 공간쪽의 방향으로 방출된 방사선은 투명 센서 층과 샘플 공간 사이의 광학 계면에서 반사된다. 따라서, 후방 반사된 루미네선스 방사선은 검출을 위해 수집된 방사선에 기여한다. 반사는 계면의 광학 특성에 의존적이며, 이의 한쪽은 센서 층의 광학 특성에 의해 결정되고, 다른 쪽은 센서 표면과 접촉하는 샘플 공간 내의 물질의 광학 특성에 의해 결정된다. 따라서, 역-반사된 방사선은 센서 표면과 접촉하는 임의의 물질의 광학 특성에 대한 정보를 포함한다. 따라서, 물질은 이들의 광학 특성에 의해 구별될 수 있다. 따라서, 더욱 특히, 임의의 오염물질 및 유체 샘플은 굴절률의 임의의 차이에 의해 구별될 수 있다.
센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 적어도 부분적으로 의존적인 파라미터는 적어도 부분적으로 "외인성" 파라미터로서 지칭될 수 있다. 따라서, "외인성" 파라미터는 검출된 루미네선스 방사선의 일부에 민감한데, 이는 구조의 광학 특성에 민감하며, 구조에는 발광단이 내장되고 이로부터 방사선이 수집된다. 특히, 외인성 파라미터는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면의 광학 특성의 변화에 민감하다.
센서 표면 상의 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하기 위해, 제1 및 제2 파라미터에 대한 실제 값은 광학 센서를 사용하는 광학적 프로빙 측정의 시간 순서로부터 획득된다. 따라서, 제1 및 제2 파라미터는 이들이 기원하는 루미네선스를 통해 물리적으로 관련된다. 그러나, 둘 중 하나는 오염 상태에 따라 변할 수 있으며, 이는 상기 기술된 바와 같이 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면의 광학 특성에 영향을 끼친다. 광학 센서 표면의 상이한 오염 상태 사이의 구별을 용이하게 하기 위해, 기준 정보가 제공된다. 하나 이상의 기준 유체 각각에 대한 제1 파라미터와 제2 파라미터 사이의 고유한 관계를 확립하기 위해 하나 이상의 기준 유체에 대한 기준 측정이 미리 준비된다. 적합한 기준 유체는 공지된 광학 특성을 갖는 임의의 액체 및/또는 기체 샘플 예컨대, QC 또는 캘리브레이션 목적을 위해 의료용 샘플 분석기에 일반적으로 사용되는 공지된 조성을 갖는 수용액, 소정 상태로 제조된 공기, 질소, 불활성 기체, 예컨대, 아르곤 또는 기타 등등일 수 있다. 기준 측정은 하나 이상의 공지된 오염 상태에 대해 수행된다. 전형적으로, 기준 측정은 깨끗한 센서 표면 즉, 센서 표면 상의 임의의 오염의 부재하에 수행되며, 따라서 표면은 단지 각각의 기준 유체와만 접촉된다. 기준 측정은 후에 사용하기 위한 프로세서에 저장되거나 임의의 다른 방식으로 접근할 수 있는 기준 정보를 제공한다. 기준 정보는 임의의 적합한 형태, 예를 들어 도표화된, 파라미터화된 관계로 및/또는 적어도 하나의 알려진 오염 상태(가장 바람직하게는 적어도 하나의 기준 유체와 관련하여 센서의 상술된 깨끗한 상태)에 대한 제1 파라미터와 제2 파라미터 사이의 관계를 나타내는 등식에서 하나 이상의 계수로서 통합 및/또는 저장될 수 있다. 따라서, 샘플 분석기는 제1 및 제2 파라미터 중 하나에 대한 예상 값을 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 다른 하나에 대한 실제 값에 기초하여 발생시키도록 구성된다. 그 후, 발생한 예상 값은 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 다른 하나의 실제 값과 비교된다. 두 값이 예상대로 일치하면, 오염이 없는 것으로 결정된다. 제1 및 제2 파라미터 중 다른 하나의 실제 값과 예상 값 사이에 불일치가 관찰되는 경우, 센서 표면이 오염된 것으로 결론내릴 수 있다.
유리하게는, 일부 구현예에 따르면, 제1 파라미터는 센서 표면에서 계면의 광학 상태에 비의존적인 것이며("내인성"), 제2 파라미터는 상기 계면에 의존적인 것이다(적어도 부분적으로 "외인성"). 더욱 유리하게는, 예상 값은 내인성 파라미터의 실제 값에 기초하여 결정된다. 이에 의해, 제1 내인성 파라미터에 기초하여 계산된 제2 파라미터의 예상 값이 검출 기기의 광학 구조에 기인하는 아티펙트에 덜 취약함이 달성된다.
임의의 적합한 발광단은 발광단에 가해진 자극에 반응하여 발광된 루미네선스 방사선의 제1 파라미터 및 제2 파라미터의 결정을 허용하는 광학적 프로빙 기술과 조합되어 사용될 수 있으며, 여기에서 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층/샘플 계면의 광학 특성에 의존적이며, 다른 하나는 상기 요구된 바와 같지 않다.
광학 센서는 전형적으로 측정 챔버에 존재하는 유체 샘플 중의 분석물에 대한 특정 물리적 파라미터를 측정하도록 배열된다. 예를 들어, 광학 센서는 유입구 및 배출구를 갖는 측정 챔버, 및 다중 분석물 센서를 포함하는 센서 카세트 내에 배열될 수 있으며, 상기 분석물 센서 각각은 분석물에 대한 각 파라미터를 측정하는데 적합화된다. 오염물질 검출에 사용된 광학 센서는 분석물 센서 중 하나일 수 있다. 그러나, 또한 광학 센서는 오염물질의 검출에만 전념하는 것으로 여겨질 수 있다. 유리하게는, 광학 센서는, 예를 들어, 오염물질이 검출되기 쉬운 위치 또는 오염물질이 축적되기 쉬운 위치에서 오염물질을 검출할 가능성이 증대되는 방식으로 측정 챔버에 배치된다. 추가로 유리하게는, 오염물질의 검출에 사용되는 광학 센서가 유입구에 배치될 수 있다. 이는 외부로부터 측정 챔버 내로 도입된 임의의 오염물질이 광학 센서에 의해 통과해야 한다는 이점을 갖는다. 또한, 유입구 주위의 유동 조건은 측정 챔버 측벽에 오염물질이 침착될 가능성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 오염물질의 검출에 사용되는 광학 센서를 배치함으로써, 오염물질을 포획할 가능성이 다른 위치와 비교하여 향상될 수 있다. 대안적으로 또는 이에 더하여, 추가 고려 사항에 따르면, 오염물질의 검출에 사용되는 광학 센서는 또한 또 다른 센서 예를 들어, 어떤 이유로 오염물질의 검출에 그 자체가 사용될 수 없는 센서로서, 오염물질의 존재에 특히 민감하고/거나 오염물질을 끌어들이는 경향이 있는 센서의 반대쪽/마주하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 오염물질의 검출을 위한 광학 센서는 측정 챔버에서 pCO2를 측정하기 위한 센서와 반대쪽 위치에 배치될 수 있다. 추가의 또 다른 고려 사항에 따르면, 오염물질의 검출을 위한 광학 센서로서, 또한 특정 분석물에 대한 파라미터를 측정하기 위한 분석물 센서인 광학 센서는 또한 분석물 측정을 최적화하도록 배치될 수 있다. 이들 고려 사항 사이에 상충이 있는 경우, 당업자는 타협으로 또는 추가의 선호도/우선 순위에 따라 위치를 결정할 수 있다. 센서 유형에 따라, 광학 프로빙은 분석물에 민감한 투명 센서 층에 발광단 예를 들어, 공지된 루미네선스 소광 기술을 이용하여 분석물의 존재에 대해 프로빙될 수 있는 발광단을 포함할 수 있다. 루미네선스 소광 염료의 예는 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 산소의 존재를 검출하기 위한 포르피린 화합물 예컨대, 아릴-치환된 테트라벤조포르피린, 팔라듐 포르피린(예를 들어, PdTPP 또는 PdTFPP)은 이들 포르피린-화합물 기반 염료를 위한 소광제로서 작용한다. 오염물질을 검출하기 위한 본 방법은 분석물을 프로빙하는데 또한 유용한 동일한 발광단으로부터 방사선 반응을 프로빙할 수 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 본 방법은 루미네선스-프로빙 기술에 의해 분석물을 측정하는데 적합화된 센서의 표면 상에 오염물질을 검출하는데 합성 방법에서 특히 유용하며, 따라서, 오염물질 검출은 이러한 루미네선스 프로빙 세트-업에서 쉽게 구현될 수 있다.
오염물질을 검출하기 위한 방법은 센서 표면의 오염 상태에 대한 즉각적인 피드백을 제공하기 위해, 측정이 수행되기 전, 직전, 동안 및/또는 후에 어느 때에도 사용될 수 있다. 특정 경우에, 광학 센서의 오염 상태는 또한 측정 챔버의 일반적인 오염 상태를 반영할 수 있다. 이에 의해, 측정의 질 및 신뢰성에 대한 즉각적인 정보가 이용가능하다. 오염 상태 정보의 즉각적인 이용가능성은 또한 센서 표면을 세척하거나, 새로운 측정을 수행하기 전에 전체 측정 챔버를 세척하거나, 일부 경우에 데이터 분석 수준에서 적절한 수정을 적용하는 것과 같이 교정적 측정을 즉각적으로 취하는 것을 허용한다. 오염 상태의 발생시 즉시 작용하면 귀중한 샘플 재료의 낭비를 피하는데, 그렇지 않으면 샘플 결과의 뒤늦은 역작용적인 무효화로 인해 이러한 낭비가 발생할 것이다. 즉각적인 교정 작용은 또한 예를 들어, 응급 또는 집중 치료에서 즉시 정확한 치료를 제공하는데 중요하며, 여기에서 이러한 차이가 생명을 구할 수 있다.
특히, 본 발명은 의료용 샘플 분석기의 측정 챔버에서 응괴 또는 거품과 같은 오염물질의 검출에 유용하거나, 의심되는 오염의 존재의 검증에 유용하거나, 이전에 검출된 오염의 제거를 위한 조치의 결론 후에 유용하다. 검출 결과는 의료용 샘플 분석기의 자체-제어 루틴의 일부로서 사용될 수 있거나, 사용자에 의해 요청되거나 그렇지 않으면 외부적으로 촉발될 수 있다. 검출 결과는 의료용 샘플 분석기의 경보 또는 오류 상태를 추가로 촉발시킬 수 있으며, 또한 오염의 제거가 비성공적인 것으로 증명된 경우 오염물질 제거 절차를 불러오고/거나 결함있는 측정 챔버의 외부 서비스, 유지 또는 교체를 요청하는데 이용될 수 있다.
또한, 방법의 일부 구체예에 따르면, 제2 파라미터의 실제 값과 제2 파라미터에 대한 예상 값의 차이가 임계값을 초과하는 경우 오염물질이 존재하는 것으로 결정되고/거나, 제2 파라미터의 실제 값과 제2 파라미터에 대한 예상 값의 차이가 임계값 미만인 경우 오염물질이 부재하는 것으로 결정된다. 이에 의해, 오염물질의 존재 및 부재 사이의 더욱 확실한 구별이 달성된다. 또한, 임계값은 광학 센서를 사용하여 수행되는 측정의 타당성에 있어서 발생된 예상 값과 대응하는 실제 값 사이의 관찰된 불일치의 유의성에 따라 무의미한 오염 및 유의한 오염을 구별하도록 설정될 수 있다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 유체 샘플은 수성 액체이다. 유체 샘플이 수용액인 경우, 방법은 거품과 같은 기체상 오염물질의 검출에 특히 유용하다. 예를 들어, 샘플은 수용액 또는 기타 수성 액체, 예컨대, 의학적 파라미터 분석을 위한 혈액, 소변, 또는 관련 캘리브레이션/QC 용액일 수 있으며, 오염물질은 센서 표면에 부착된 기체의 거품일 수 있다. 기체 거품과 수성 샘플 간의 굴절률의 큰 차이는 수성 샘플 액체에 대한 방법을 사용하여 이탈적 결과를 나타내는 오염물질의 신뢰할만한 검출을 허용한다. 유리하게는, 거품 검출 방법은 측정 챔버에서 액체 샘플의 제조/제시 동안 또는 이와 관련하여 수행되며, 여기에서 기체 샘플과 유사한 굴절률을 갖는 거품은 액체 샘플로 측정 챔버를 충전시키고, 본원에 기술된 바와 같은 광학적 거품 검출 방법을 수행함으로써 검출될 수 있다. 이에 의해, 측정 챔버의 적절한 충전을 위한 표시가 입증될 수 있다. 이는, mm 및 서브-밀리미터 범위의 챔버의 주축에 대한 횡방향의 치수를 갖는 긴 채널 형상의 챔버에서와 같이 측정 챔버의 부피가 매우 작은 경우 특히 유리하다.
또한 방법의 일부 구체예에 따르면, 유체 샘플은 1.20 내지 1.50, 예컨대 1.25 내지 1.45, 1.30 내지 1.40, 또는 약 1.20; 1.25; 1.30; 1.35; 1.40; 1,45; 또는 1.50의 굴절률을 갖는 액체이다. 유리하게는, 유체 샘플은 1.20 내지 1.30, 1.25 내지 1.35, 1.30 내지 1.40, 1.35 내지 1.45; 또는 1.40 내지 1.50의 굴절률을 갖는 액체이다. 굴절률 값은 자극에 반응하여 발광단에 의해 발광되는 루미네선스 방사선의 파장과 관련하여 주어진 샘플 분석기 구성에 대한 것이며, 측정이 전형적으로 수행되는 온도 범위에 대한 것이다. 예를 들어 체액의 경우, 측정이 수행되는 온도는 전형적으로 체온에 상응하는 범위, 예컨대 35℃ 내지 39℃; 36℃ 내지 38℃; 35℃ 내지 38℃; 36℃ 내지 39℃; 또는 약 35℃; 36℃; 37℃; 38℃ 또는 39℃로 지정된다.
상기 명시된 범위 내의 굴절률을 갖는 샘플 액체에 본원에 개시된 방법을 사용하는 경우, 1.10 미만; 1.05 미만; 1.01 미만; 또는 약 1.00의 굴절률을 갖는 기체 오염물질과 같은 센서 표면의 기체 오염물질로부터 샘플의 분명한 구분이 달성된다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 유체 샘플은 기체이다. 액체 내의 거품 이외의 다른 유형의 오염물질 예컨대, 이전 측정 사이클의 액체 샘플로부터의 잔류물은 센서 표면의 표면 상에 침착될 수 있는데, 이는 종합적으로 "응괴"로서 지칭될 수 있다. 유체 샘플이 기체인 경우, 상기 방법은 이러한 응괴의 검출에 특히 유용하다. 응괴는 소적, 침전물을 포함할 수 있고/거나 액체 예컨대, 수성 액체의 굴절률에 상응하는 굴절률을 갖는 겔-유사 밀도를 가질 수 있다. 상기 언급된 범위의 굴절률 값, 예컨대 1.10 초과, 1.20 초과, 1.20 내지 1.50, 또는 액체 샘플과 관련하여 상기 언급된 범위 또는 값 중 임의의 범위 또는 값. 이러한 응괴와 기체 샘플 사이의 굴절률에서의 차이로 인해, 이러한 응괴는 액체 샘플 중 기체의 거품을 검출하는 것과 유사한 방식으로 용이하게 검출될 수 있다.
유리하게는, 응괴 검출 방법은 퍼징 사이클 동안 또는 이와 관련하여 수행된다. 퍼징 또는 헹굼 사이클은 전형적으로, 측정이 완료된 후 측정 챔버를 세척하고 새로운 측정을 위해 측정 챔버를 준비할 목적으로 수행된다. 액체 샘플과 유사한 굴절률을 갖는 응괴는, 측정 챔버를 액체 샘플 예컨대, 귀중한 환자 샘플로 충전하기 전에 측정 챔버를 기준 기체 샘플, 예컨대 아르곤 또는 질소 기체 샘플로 충전시키고, 본원에 기술된 광학적 응괴 검출 방법을 수행함으로써 검출될 수 있다. 이에 의해 측정 챔버의 추가 점검이 달성되며, 이는 즉각적인 피드백을 허용하며, 귀중한 환자 샘플의 낭비를 피하도록 즉시 교정 조치를 취하게 한다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 기체의 굴절률은 1.10 미만; 1.05 미만; 1.01 미만 또는 약 1이다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 센서 층의 굴절률은 적어도 1.40; 1.40 내지 1.45; 적어도 1.45; 1.45 내지 1.50; 적어도 1.50; 1.50 내지 1.55; 또는 적어도 1.55이다. 상기 언급된 바와 같이, 오염물질의 성공적 검출은 오염물질과 유체 샘플을 이들의 굴절률에 의해 구분하는 것에 의존한다. 바람직하게는, 센서 층의 굴절률은 적어도 유체 샘플의 굴절률과 상이하다. 가장 바람직하게는, 센서 층의 굴절률은 유체 샘플 및 오염물질 둘 모두에 대한 굴절률과 상이하다. 이에 의해 오염물질의 신뢰할 만한 검출이 달성된다.
의료용 샘플 분석기에 사용하기 위한 전형적인 광학 센서는 예를 들어, 셀룰로스 아세테이트, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트/실리콘 공중합체 또는 폴리비닐클로라이드(PVC)와 같은 중합체 물질로 이루어진 매트릭스를 갖는 센서 층을 가질 수 있으며, 여기에 발광단이 내장된다. 광학 센서용 매트릭스 재료는 국제 특허 출원 공개 WO2001/004631의 배경 섹션에서 상세하게 논의되며, 여기에서 추가의 유용한 매트릭스 재료는 WO2001/004631의 청구 범위에 개시되어 있다. WO2001/004631은 그 전체가 참조로 포함된다. 호스트 물질이 본질적으로 굴절률을 결정하는데, PVC와 같은 중합체 물질의 경우, 전형적으로 약 1.50, 예컨대 1.45 내지 1.55 범위(1.55 포함)이다. 달리 명시되지 않는 한, 굴절률 값은 스펙트럼의 가시 부분에서 발광단에 의해 발광된 루미네선스 방사선과 관련하여 관련 검출 스펙트럼 범위에 대한 것이다. 굴절률의 온도 의존성이 고려되어야 하는 한, 굴절률 값은 상기 이미 논의된 바와 같이 측정을 수행하기 위한 전형적인 온도에 상응하는 온도를 나타낸다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 발광단에 자극을 가하는 단계는 발광단을 여기하는데 적합화된 여기 스펙트럼 범위의 광으로 센서 층을 조명하는 것을 포함한다. 자극은 전형적으로 자극이 ON-상태에 있는 자극 주기로 펄싱되거나 변조된 방식으로 가해지며, 이는 자극 주기가 OFF-상태에 있는 유휴 주기에 의해 분리된다. 이는 자극에 대한 센서 층의 시간 의존적 루미네선스 반응, 및 더욱 특히, 자극에 대한 센서 층의 펄스 및/또는 단계 반응을 관찰할 수 있게 한다. 이러한 광학 자극에 대해 사용된 전형적인 광원은 발광 다이오드(LED)를 사용하는 펄스 레이저원 또는 변조된 광원을 포함할 수 있다. 레이저 펄스를 사용하여, 매우 짧은 여기 펄스가 달성될 수 있으며, 이는 발광단으로부터의 루미네선스 방사선의 수명과 비교하여 전형적으로 짧다. LED-기반 변조 광은 덜 복잡하고 비용이 적게 든 세트-업을 허용하며, 더 긴 펄스 지속 기간을 갖는다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계는 복수의 적어도 세 개의 시점에서 루미네선스 강도를 측정하는 것을 포함한다. 서로 독립적인 제1 및 제2 파라미터에 대한 실제 값을 결정하기 위한 충분히 독립적 측정을 얻을 수 있기 위해 최소 세 개의 시점이 필요하다. 잡음 감소의 이유로, 획득된 값의 신뢰성을 향상시키기 위해 유리하게는 많은 횟수의 측정이 시간 순서에 대해 사용될 수 있다. 우수한 결과는 예를 들어 5-200개 시점; 5-150개 시점; 5-100개 시점; 10-200개 시점; 10-150개 시점; 10-100개 시점; 20-200개 시점; 20-150개 시점; 20-100개 시점; 30-200개 시점; 30-150개 시점; 30-100개 시점; 또는 적어도 5개 시점, 적어도 10개 시점, 적어도 20개 시점, 적어도 30개 시점, 적어도 40개 시점, 적어도 50개 시점, 또는 적어도 60개 시점을 사용하여 달성된다. 상이한 시점에서 획득되는 측정 시점의 수의 상한은 검출 절차에 소비되는 총 시간에 대한 상한으로 처리될 수 있다. 유용한 상한은 100개 시점 이하, 150개 시점 이하 또는 200개 시점 이하일 수 있다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 측정 값의 시간 순서는 자극 종료 후의 시간대에 대해 수득된다. 예를 들어, 시간대는 자극 종료시 즉시 시작될 수 있다. 일부 구현예에 따르면, 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계는 자극의 종료에 의해 촉발될 수 있다. 자극 종료 후 측정 값의 시간 순서를 획득함으로써, 시간-순서의 더욱 간단한 후속 분석이 달성된다. 자극 종료 후, 루미네선스 방사선의 강도가 약화된다. 종료 직후 측정을 시작함으로써 가장 큰 신호 강도가 획득되어, 이에 의해 잡음 문제가 감소된다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 측정 값의 시간 순서는 자극 적용 동안의 시간대에 대해 수득된다. 원칙적으로, 예를 들어, 입사 자극에 의한 발광단 염료 분자의 계속된 여기 및/또는 재-여기로 인해 검출기 수단에 의한 루미네선스에 대한 자극의 존재의 임의의 효과 및 이의 시간 의존성이 후속 분석에 고려되는 한, 예를 들어, 제1 파라미터로부터 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시킬 경우, 자극이 적용되는 기간 동안 또는 자극이 적용되는 기간을 포함하는 시간 순서로부터 본 발명에 의해 요구되는 바와 같이 제1 파라미터 및 제 2파라미터에 대한 유용한 실제 값을 도출하는 것이 또한 고려될 수 있다. 또한, 광학 센서의 검출 부분으로 산란되는 시간 의존적 자극의 존재로 인해 야기될 수 있는 임의의 추가적인 배경 방사선 또는 임의의 다른 아티팩트가 고려되어야 할 것이다. 임의의 이러한 아티팩트의 효과는 예를 들어, 어떠한 오염도 없는 경우 기준 측정에서 센서 반응의 특성을 측정함으로써 미리 결정될 수 있다. 이러한 구현예는 LED 기반 조사원을 사용할 때와 같이 더 긴 지속 시간을 갖는 자극의 사용과 조합되어 유용하다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 제1 파라미터는 루미네선스의 수명 τ 또는 대응 파라미터이다. 이러한 구현예에 따르면, 제1 파라미터는 "내인성" 파라미터, 즉 루미네선스 붕괴의 수명 τ(타우)와 같은 발광단의 여기 상태의 완화를 관리하는 분자 프로세스에 고유한 파라미터이다. 따라서, 내인성 파라미터는 센서 층에서 발생하는 고유 상호 작용에만 의존적이며, 센서 층과 유체 샘플 사이의 계면의 광학계와 같은 외인성 상호 작용에 의존적이지 않다. 루미네선스 측정의 시간-순서에서 강도 붕괴로부터 형광 수명 τ를 결정하는 것은 공지되어 있으며, 광학 검출기의 신호 프로세서에서 직접적으로 구현될 수 있다. 따라서, 형광 수명은 내인성 파라미터로서 제1 파라미터에 대한 단순하고 신뢰할만한 구현이다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 제2 파라미터는 주어진 시점에서의 루미네선스 강도 또는 상응하는 파라미터이다. 이러한 구현예에 따르면, 제2 파라미터는 센서 층으로부터 방출되고 주어진 시점에서, 예를 들어 자극 종료 후 광학 검출기에 의해 수집된 루미네선스 방사선 강도이다. 수집된 강도는 적어도 부분적으로 "외인성" 파라미터, 즉, 발광단의 여기 상태의 완화를 관리하는 재조합 프로세스에 대한 외인성 인자에 의해 영향을 받는 파라미터이다. 외인성 인자는 센서 층의 광학 환경, 예를 들어 센서 층과 유체 샘플 사이의 계면의 광학을 포함할 수 있다. 따라서, 광 검출 세트-업의 다른 모든 구성 파라미터를 동일하게 유지하면, 외인성 파라미터, 여기에서는 검출기에 의해 수집되는 루미네선스 강도는 센서 표면에서의 굴절률의 변화에 민감하다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 센서 층의 발광단은 1 μs 내지 1 s(1 s 포함)의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이고/거나 센서 층의 발광단은 적어도 10 μs, 적어도 20 μs, 적어도 30 μs; 적어도 40 μs; 적어도 50 μs; 적어도 60 μs; 적어도 70 μs; 적어도 80 μs; 적어도 90 μs; 적어도 100 μs; 적어도 150 μs; 또는 적어도 200 μs의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이고/거나 센서 층의 발광단은 1 s; 100 ms; 10 ms; 1 ms; 500 μs; 300 μs; 150 μs; 30 μs; 또는 15 μs 이하의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이다.
유리하게는, 일부 구현예에 따르면, 센서 층의 발광단은 10 μs 내지 10 ms(10 ms 포함), 10 μs 내지 1 ms(1 ms 포함), 10 μs 내지 100 μs(100 μs 포함), 20 μs 내지 50 μs(50 μs 포함), 20μs 내지 30μs(30μs 포함)의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이다.
유리하게는 일부 구현예에 따르면, 센서 층의 발광단은 적어도 10 μs, 적어도 20 μs, 적어도 30 μs; 적어도 40 μs; 적어도 50 μs; 적어도 60 μs; 적어도 70 μs; 적어도 80 μs; 적어도 90 μs; 적어도 100 μs; 적어도 150 μs; 또는 적어도 200 μs의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이고/거나 센서 층의 발광단은 1 s; 100 ms; 10 ms; 1 ms; 500 μs; 300 μs; 150 μs; 30 μs; 또는 15 μs 이하의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이다.
이들 구현예의 목적에 있어서, 루미네선스 소광 효과의 부재하에 발광단 발광의 수명이 고련된다. 소광제(특정 분석물)와 관련하여 루미네선스 소광 측정에 적합화된 발광단의 경우, 수명은 소광제의 부재하에 고려된다. 또한, 발광단 발광 수명은 당업자에 의해 용이하게 결정되는 바와 같이 오염 검출 방법의 적용과 관련하여 관련 측정 조건 하에서 고려된다. 예를 들어, 현장 진단 또는 실험 장치와 같은 의료용 분석 장치의 경우, 관련 온도는 전형적으로 체온에 상응하는 범위, 예컨대 35℃ 내지 39℃; 36℃ 내지 38℃; 35℃ 내지 38℃; 36℃ 내지 39℃; 또는 약 35℃; 36℃; 37℃; 38℃ 또는 39℃로 지정된다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 측정 챔버를 충전하는 단계는 유체 샘플을 적어도 하나의 분석물에 대해 센서 층과 확산 평형이 되게 하는 것을 포함한다. 유체 샘플이 확산 평형 상태가 되게 하려면 충전 단계의 일부로서 시간 지연이 필요할 수 있다. 이에 의해, 분석물이 측정되는 센서 층과 샘플 사이의 비-평형 농도 분포로 인해 발생하는 아티팩트가 회피될 수 있다. 이에 의해, 간단하고 신뢰할 수 있는 오염물질 검출 절차가 달성된다.
유리하게는 방법의 일부 구현예에 따르면, 광학 센서는 유체 샘플에서 하나 이상의 분석물을 측정하는데 적합화되어 분석물의 상응하는 파라미터 예컨대, pH, 전해질 농도, 대사 인자의 농도 또는 효소 농도를 결정한다. 유체 샘플은 체액, 즉 생리학적 유체와 같은 생물학적 샘플일 수 있다.
생물학적 샘플의 예는 액체 및 기체 샘플 모두를 포함할 수 있다. 액체 샘플은 혈액, 희석되거나 희석되지 않은 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 소변, 뇌척수액, 흉막, 윤활액, 복수액, 복막액, 양수, 밀크, 투석액 샘플 등등뿐만 아니라 임의의 이러한 유체를 측정하기 위한 분석기 장치에 사용되는 임의의 품질 관리 물질 및 캘리브레이션 용액의 군으로부터 선택될 수 있다. 기체 샘플에는 호흡기 기체, 호기 등등뿐만 아니라 이러한 임의의 유체를 측정하기 위해 분석기 장치에 사용되는 임의의 품질 관리 및 캘리브레이션 물질이 포함될 수 있다. 보다 용이하게 시험되게 하기 위해 시험 전에 샘플을 처리할 수 있다. 전처리 방법은 희석, 여과, 농축, 추출, 결과를 방해할 수 있는 성분의 제거 또는 불활성화, 및 시약의 첨가를 포함할 수 있다. 다른 생물학적 샘플의 예는 발효 브로쓰 또는 미생물 배양물, 폐수, 식품 등을 포함한다.
본 발명의 광학 센서에 의해 결정될 수 있는 분석물에 관한 파라미터의 예는 하기를 포함한다: pO2, pCO2, pH; Li+, Na+. K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3- 또는 NH3(NH4 +)와 같은 전해질 농도; 글루코스, 크레아티닌, 우레아(BUN), 요산, 락트산, 피루브산, 아스코르브산, 인산염 또는 단백질과 같은 대사 인자의 농도; 락트산 데하이드로게나제, 리파제, 아밀라제, 콜린, 에스테라제, 알칼리 포스파타제, 산 포스파타제, 알라닌 아미노 트랜스퍼라제, 아스파르테이트, 아미노 트랜스퍼라제 또는 크레아티닌 키나제와 같은 효소의 농도.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 광학 센서는 유체 샘플에서 pO2 또는 pCO2와 같은 기체 분획의 분압을 측정하는데 적합화된다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 센서 층은 유체 샘플로부터 분석물의 확산 흡수에 적합화되고, 센서 층의 발광단은 센서 층의 분석물의 존재로 인해 루미네선스 소광에 민감하다.
이에 의해, 분석물 측정 및 오염물질 검출은 상승 작용적 방식으로 조합될 수 있다. 루미네선스 소광 검출을 사용하여, 센서 층의 발광단에 대한 소광제로서 작용하는 특정 분석물의 농도를 결정하는 민감하고 정확한 방법이 제공된다. 유리하게는, 루미네선스 소광 측정은 공지된 방식으로 스턴-볼머-타입 분석을 사용하여 평가될 수 있다. 동시에, 본 발명을 사용하여, 발광단 발광은 센서 표면의 오염을 확실하게 검출하는데 사용될 수 있다. 오염 검출은 본질적으로 즉각적으로 달성될 수 있어서, 임의의 이러한 오염으로부터 발생한 아티팩트의 보상 및/또는 오염물질 제거 시도와 같은 시정 조치가 즉시 취해질 수 있게 한다. 결과적으로 광학 센서 측정의 향상된 정밀도가 달성된다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 광학 센서는 하나 이상의 분석물과 관련하여 유체 샘플의 파라미터를 결정하는데 적합화된다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 하나 이상의 분석물과 관련하여 유체 샘플의 파라미터는 하기의 군으로부터 선택된다: pO2, pCO2, pH; Li+, Na+. K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3- 또는 NH3(NH4 +)와 같은 전해질 농도; 글루코스, 크레아티닌, 우레아(BUN), 요산, 락트산, 피루브산, 아스코르브산, 인산염 또는 단백질과 같은 대사 인자의 농도; 락트산 데하이드로게나제, 리파제, 아밀라제, 콜린, 에스테라제, 알칼리 포스파타제, 산 포스파타제, 알라닌 아미노 트랜스퍼라제, 아스파르테이트, 아미노 트랜스퍼라제 또는 크레아티닌 키나제와 같은 효소의 농도.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 유체 샘플은 체액 즉 생리학적 액체와 같은 액체이다. 상응하게, 방법을 수행하는데 사용하기 위한 샘플 분석기는 유리하게는 체액, 즉 생리학적 액체와 같은 액체 샘플의 파라미터를 분석하는데 적합화된다. 따라서, 의료용 샘플 분석기는 유리하게는, - 바람직하게는 자동화된 방식으로- 측정 챔버를 액체 샘플로 충전하고 비우는 것과 같이 액체 흐름을 제어하기 위한 밸브, 도관 및/또는 펌핑/이송 수단을 포함하는 액체 취급 시스템을 포함할 수 있다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 유체 샘플은 혈액, 희석되거나 희석되지 않은 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 소변, 뇌척수액, 흉막, 윤활액, 복수액, 복막액, 양수, 밀크, 투석액 샘플 등등뿐만 아니라 임의의 이러한 유체를 측정하기 위한 분석기 장치에 사용되는 임의의 품질 관리 재료 및 캘리브레이션 용액의 군으로부터 선택된 액체 샘플이다.
또한 방법의 일부 구현예에 따르면, 유체 샘플은 기체, 예를 들어 생리학적 기체와 같은 의료 기체이다. 상응하게는, 방법에 사용하기 위한 샘플 분석기는 유리하게는 의료 기체 샘플의 파라미터를 분석하는데 적합화된다. 특히 유용한 의료용 기체 샘플의 예는 호흡기 기체, 호기 등등뿐만 아니라 임의의 이들 유체를 측정하기 위해 분석기 장치에 사용되는 임의의 품질 관리 및 캘리브레이션 물질의 군으로부터 선택된다. 따라서, 의료용 샘플 분석기는 유리하게는, - 바람직하게는 자동화된 방식으로- 측정 챔버를 기체 샘플로 충전하고 비우는 것과 같이 기체 흐름을 제어하기 위한 밸브, 도관 및/또는 펌핑/이송 수단을 포함하는 기체 취급 시스템을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 의료용 샘플 분석기는 액체 및 기체 둘 모두에 적합한 유체 취급 수단을 포함한다.
발명의 제2 양태는 오염물질을 검출하기 위한 광학 센서에 관한 것이며, 광학 센서는 샘플 공간에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 갖는 센서 층, 자극 수단, 검출 수단, 데이터 저장 수단 및 신호 프로세서를 포함하며, 여기에서 센서 층은 발광단에 가해진 여기 자극에 반응하여 루미네선스 방사선을 방출하는데 적합화된 발광단을 포함하며; 자극 수단은 센서 층의 발광단에 여기 자극을 제공하기 위해 배열되며; 검출 수단은 여기 자극에 반응하여 발광단에 의해 방출된 루미네선스 방사선을 검출하도록 배열되고; 상기 데이터 저장 수단은
- 광학 센서로부터의 신호로서 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 입력값으로서 수신하는 단계;
- 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
- 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
- 제2 파라미터에 대한 예상 값과 제2 파라미터의 실제 값의 비교를 수행하는 단계; 및
- 비교에 기초하여 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하는 단계를 위한 프로그램된 명령을 포함하며;
신호 프로세서는 오염물질의 존재 또는 부재를 나타내는 출력값을 생성하기 위해 상기 프로그램된 명령을 실행하도록 작동 가능하다.
이에 의해, 센서 표면 상의 오염물질의 특히 조밀하고 확실한 검출이 달성되며, 여기에서 오염물질은 샘플 공간 쪽을 향하는 센서 표면 상의 오염물질을 검출하기 위한 방법과 관련하여 상기 논의된 바와 같은 굴절률에서의 차이에 의해 유체 샘플로부터 구별가능하다. 오염물질의 검출을 위한 광학 센서의 추가의 이점 및 추가의 유리한 구현예는 또한 유사한 방식으로 오염물질 검출 방법 및 본원에 기재된 방법의 구현예의 추가적 특징의 상기 논의로부터 명백해진다. 예를 들어, 광학 센서는 유리하게는 유체 샘플에서 하나 이상의 분석물을 측정하는데 적합화되어 분석물의 상응하는 파라미터 예컨대, 상기 언급된 바와 같은 pO2, pCO2, pH, 전해질 농도, 대사 인자의 농도 또는 효소 농도를 결정한다.
방법과 관련하여 개시된 바와 같은 추가 특징을 갖는 광학 센서 및 이의 유리한 구현예는 유체 샘플 분석기, 바람직하게는 의료 샘플 분석기의 측정 챔버에서 사용하기에 특히 유용하다.
제3 양태에서, 측정 챔버는 본원에 기재된 임의의 구현예에 따른 광학 센서를 포함한다. 측정 챔버는 바람직하게는 유체 샘플에서 하나 이상의 분석물의 시험 또는 파라미터 측정에 적합화된다. 광학 센서는 센서 표면이 측정 챔버에 의해 규정된 샘플 공간을 향하도록 배열된다.
제4 양태에서, 유체 샘플 분석기는 본원에 기재된 임의의 구현예에 따라 오염물질 검출 방법을 수행하는데 적합화되며, 상기 유체 샘플 분석기는 측정 챔버에 유체 샘플을 공급하거나 방출시키기 위한 유입구 및 배출구를 갖는 측정 챔버 및 본원에 기재된 임의의 구현예에 따른 광학 센서를 포함하며, 광학 센서는 센서 표면이 측정 챔버에 의해 규정된 샘플 공간을 향하도록 배열된다.
또한 제5 양태에 따르면, 발광단을 포함하는 센서를 갖는 광학 센서를 포함하는 샘플 분석기의 측정 챔버에서 오염물질을 검출하는 컴퓨터 실행 방법으로서, 센서 층은 측정 챔버에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 가지며, 방법은
- 발광단에 가해진 자극에 반응하여 검출된 루미네선스 세기를 나타내는 측정 값의 시간 순서를 시간의 함수로써 수신하는 단계;
- 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
- 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
- 제2 파라미터에 대한 예상 값을 제2 파라미터의 실제 값과 비교하는 단계; 및
- 비교에 기초하여 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하는 단계를 포함한다.
또한 이 양태에서, 추가의 유리한 구현예 및 이들로부터 유래된 임의의 이점은 유사한 방식으로 광학 센서 및 오염물질 검출 방법과 관련하여 상기 논의된 바와 같은 추가 특징에 기초한다.
또한 제6 양태에 따르면, 프로세서에 로딩될 수 있는 소프트웨어 제품으로서, 프로세서는 센서 층을 포함하는 광학 센서와 통신하도록 구성되며, 센서 층은 샘플 공간쪽을 향하는 센서 표면을 포함하고, 센서 층은 발광단을 포함하며, 프로세서는 발광단을 여기하는데 적합화된 자극 수단을 제어하도록 추가로 구성되며, 소프트웨어 제품은
(i) 센서 층의 발광단에 자극을 가하기 위해 자극 수단을 작동시키는 단계;
(ii) 자극에 반응하여 센서 층의 발광단으로부터 발광된 루미네선스를 시간의 함수로써 검출하기 위해 광학 센서를 작동시키는 단계;
(iii) 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계;
(iv) 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
(v) 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
(vi) 제2 파라미터에 대한 예상 값과 제2 파라미터의 실제 값의 비교를 수행하는 단계; 및
(vii) 비교에 기초하여 센서 표면상의 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하는 단계를 위한 명령을 포함한다.
또한 이 양태에서, 추가의 유리한 구현예 및 이들로부터 유래된 임의의 이점은 유사한 방식으로 광학 센서 및 오염물질 검출 방법과 관련하여 상기 논의된 바와 같은 추가 특징에 기초한다.
본 발명의 바람직한 구현예는 첨부 도면과 관련하여 더욱 상세히 설명된 것이며, 도면은
도 1에서 일 구현예에 따른 혈액 분석기의 디아그램;
도 2에서 일 구현예에 따른 계략적인 광학 센서;
도 3에서 개략적인 도 2의 광학 센서의 상세 사항; 및
도 4에서 일 구현예에 따른 광학 센서로 검출된 2개의 상이한 샘플 유체에 대한 루미네선스 강도의 시간-의존적 그래프를 도시한다.
도 5는 거품 및 응괴 검사의 원리를 보여준다.
도 6은 공기 거품이 있거나 없는 액체 샘플에 대한 pO2 측정 결과를 보여준다.
도 7은 응괴가 있거나 없는 기체 샘플에 대한 pO2 측정 결과를 보여준다.
도 1은 신호 프로세서(8), 하나 이상의 분석물 센서(3(a-i),4), 측정 챔버(2) 및 유체 취급 인프라스트럭쳐(infrastructure)(20)를 갖는 분석기 부분을 갖는 액체 샘플 분석기(1)를 개략적으로 도시한다. 측정을 수행하기 위해, 사용자는 액체 샘플을 분석기(1)의 유입구(12a/b)에 제공할 수 있다. 액체 샘플은 유입구(6)를 통해 복수의 분석물 센서(3,4)를 포함하는 측정 챔버(2)로 이송된다. 분석물 센서(3,4)는 액체 샘플 예를 들어, 전혈 샘플에서 분석물 파라미터에 대한 본질적으로 동시적인 측정을 제공하도록 배열된다. 바람직하게는, 정확하고 신뢰할만한 데이터를 수득하는데 필요한 샘플 양은 가능한 적다. 체액, 특히 전혈에서 복수의 상이한 파라미터를 동시에 측정하는데 특히 적합한 센서 어셈블리 설계 및 혈액 분석기에서 이의 용도의 상세한 예는 예를 들어, EP 2 147 307 B1에서 발견된다. 신호 프로세서(8)에 로딩된 사전-프로그래밍된 명령 및/또는 사용자 입력 후, 분석물 센서(3,4)를 사용하여 측정이 수행된다. 분석물 센서(3,4)는 각 분석물에 대한 물리적 파라미터를 나타내는 신호를 생성하고, 분석기 부분의 신호 프로세서(8)에 신호를 제공한다. 신호 프로세서(8)는 분석물 센서(3,4)로부터 신호를 수신하고 처리하는데 적합화되며, 출력값으로서 처리된 신호를 사용자 또는 후속/추가 데이터 분석에 제시한다. 측정 후, 액체 샘플은 배출되고, 측정 챔버(2)는 다음 측정을 위해 준비된다. 도 1에 도시된 분석기의 구현예는 특히 혈액 파라미터의 측정에 적합화되며, 측정 챔버(2)의 하류에 선택적 산소화 측정 장치(9)를 추가로 포함한다. 따라서, 측정, 캘리브레이션 작업 및 품질 관리 절차를 수행하는 것은 전형적으로 상이한 액체의 로딩, 언로딩, 헹굼, 세정 및 재-로딩을 포함하며, 이는 유체 취급 인프라스트럭쳐(20)에 의해 수행될 수 있다. 유체 취급은 사전-프로그래밍된 명령 및/또는 사용자 입력에 따라 신호 프로세서(8)에 의해 자동화된 방식으로 제어될 수 있다. 유체 취급 인프라스트럭쳐(20)는 헹굼/세척, 캘리브레이션 및 품질 관리 작업을 위한 처리 액체(RINSE/CAL1, CAL2, QC1, QC2, QC3)로 사전-충전된 다수의 저장소(21)를 포함한다. 처리 액체(RINSE/CAL1, CAL2, QC1, QC2, QC3)는 공지된 조성을 갖는다. 주어진 배치(batch)의 정확한 조성은 저장소(21)를 포함하는 카세트에 부착될 수 있는 칩(25)에 저장될 수 있으며, 여기에서 칩(25)은 신호 프로세서(8)에 의해 판독될 수 있다. 주어진 처리 단계에 있어서 처리 액체(RINSE/CAL1, CAL2, QC1, QC2, QC3)는 유체 선택기 밸브(22)에 의해 선택되고, 공급 라인(12c)을 경유하여 유입구(6)를 통해 측정 챔버(2)로 이송될 수 있다. 측정 챔버(2)의 정확한 충전은 각각 예컨대, 유입구(6)("LS 유입구"(10a)), 배출구(7)("LS BG"(10b)) 및 산소화 측정 장치(9) 직후("LS OXI"(10c))에서 측정 챔버의 상류 및 하류에 위치한 액체 센서(10a, 10b, 10c)에 의해 시스템을 통한 액체 계면의 전파를 관찰함으로써 육안 검사에 의해 또는 공지된 절차에 따라 모니터링되고 검증될 수 있다. 분석기를 통한 유체 흐름은, 펌프(23), 여기에서는 측정 챔버(2) 및 산소화 측정 장치(9)의 하류에 배열되고 유체 라인(13)을 통해 연결된 연동 호스-펌프에 의해 구동된다. 배출된 유체는 최종적으로 유체 라인(14)을 통해 폐기물 저장소(24)로 이송된다.
세트-업시에 그리고 지속적인 방식으로, 가동 시간 동안, 분석기(1)는 자체-제어 루틴을 수행한다. 임의의 이상이 검출되는 경우, 분석기(1)는 사용자에 이탈을 나타내며, 에러 상태를 극복하는 방법을 추가로 나타낼 수 있다. 한편, 분석기가 정상 작동을 나타내는 경우, 측정은 즉시 수행될 수 있다. 유리하게는 일부 구현예에 따르면, 자체-제어 루틴은 유휴 시간 동안 즉 분석기가 유휴 상태에 있을 때 수행될 수 있으며, 이는 사용자 샘플에 대한 실제 측정을 수행하기 위해 사용되지 않는다. 자체-제어 루틴은 예를 들어, 칩(25)에 저장된 것으로서 정확하게 공지된 조성을 갖는 캘리브레이션-등급 처리 액체에 대해 수행된 연속적인 반복 측정을 포함할 수 있다. 그 후, 잘 공지된 조성물에 대한 상이한 분석물 센서(3,4) 각각에 대해 수득된 신호는 각 분석물 측정에 대한 기준을 지속적으로 업데이트하는데 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3으로 돌아가서, 광학 검출기 세트-업의 구현예가 이제 논의된다. 도 2는 측벽(202,204)에 의해 규정된 측정 챔버(201)와 접촉되는 일 구현예에 따른 광학 검출기(200)를 개략적으로 도시한다. 광학 검출기(200)는 측정 챔버(201)에 배치된 유체 샘플(99)에서 분석물의 물리적 파라미터 예컨대, 분석물-기체의 분압을 측정하는데 적합화된다. 광학 검출기(200)는 측정 챔버(201)의 내부쪽을 향하는 센서 표면(206)을 갖는 센서 층(205)을 갖는다. 따라서 센서 표면(206)은 유체 샘플(99)을 수용하는 측정 챔버(201)에 대한 인터페이스를 형성하며, 센서 표면(206)은 유체 샘플(99)과 직접 접촉하는데 적합화된다. 측정 챔버(201)의 벽(202)에서 센서 층(205)의 배열은 도 3에서 가장 잘 볼 수 있으며, 이는 벽(202)에 통합된 광학 검출기(200)의 일부 상세 사항을 도시한다. 이러한 특정 구현예에서, 벽(202)은 봉합재 및 중합체 층(221,222,223)을 갖는 기판(220) 예를 들어, 세라믹으로 이루어진다. 기판(220)의 박형화부(224)는 센서 층(205)에 대한 광학적 접근을 허용한다. 센서 층(205)은 또한 박형화부(224)와 정렬되는 봉합재 및 중합체 층(221,222,223)의 개구내에 기판(220)의 전면측 즉, 측정 챔버(201) 쪽으로 향하는 측에 적용된다. 이 배열에서, 센서 층(205) 반응은 광학 액세스와 같은 윈도우로서 기능하는 박형화부(224)를 통해 기판(220)의 후면으로부터, 즉 측정 챔버(201)로부터 먼 측면으로부터 광학적으로 프로빙될 수 있다. 명확성을 위해, 도 3에 도시된 층 두께는 축척 처리되지 않았음이 주지하라. 윈도우부(224)에 대한 적합한 두께는 예를 들어, 기계적 강도 및 광학적 투명성의 고려에 따라 선택될 수 있다. 센서 층(205)에 대한 적절한 두께는 예를 들어, 원하는 기간, 예컨대 1초 이내, 3초 이내, 10초 이내, 30초 이내 또는 1분 이내의 측정 동안 센서 층(205)의 평형 상태 확립 및 반응 시간을 고려하여 선택될 수 있다. 이러한 고려 사항은 예를 들어, 센서 층(205) 내외로의 관련 분석물의 확산성을 고려할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 기판(220)의 윈도우부(224)는 약 100 μm 두께를 가질 수 있는 반면, 센서 층(205)의 전형적인 층 두께는 1 μm 내지 10 μm, 전형적으로는 1 μm 내지 4 μm의 범위, 또는 약 2.5 μm일 수 있다.
센서 층(205)은 발광단(210), 즉 여기-자극 S(t)에 반응하여 루미네선스 I(t)를 발광하는 물질을 포함한다. 여기 자극 S(t)은 일반적으로 적합한 광원(207) 예컨대, 발광 다이오드 또는 레이저를 이용하는 광원에 의해 발광단(210)을 여기된 상태로 광학적으로 여기시키는데 적합화된 여기 파장 범위로 발생되는 펄스 또는 변조된 광(modulated light)의 형태로 제공되며, 그 후 여기 파장 범위와 스펙트럼적으로 구별되는 발광 파장 범위에서 방사선의 발광하에 감쇠된다. 도 2에 도시된 구현예에서, LED(207)로부터의 여기 광 S(t)은 미러(208)에 의해 기판(220)의 후면 상으로 수직 입사로 결합되고, 따라서 박형화부(224)를 통해 센서 층(205)을 조명한다. 입사 여기 광 S(t)은 센서 층(205)에서 발광단 분자(210)의 일부를 여기시키며, 이는 도 3에 별표로 표시된 바와 같이 본질적으로 모든 방향으로 루미네선스 광을 방출함으로써 반응한다. 일반적으로, 발광단은 하향-전환 유형이며, 즉 발광단 방출 광은 여기 광과 비교하여 더 낮은 광자 에너지 또는 더 긴 파장에서 발견된다. 그러나, 반응 방사선 R(t)이 자극 방사선 S(t)로부터 스펙트럼적으로 구별될 수 있는 한 상향-전환 발광단 물질 즉, 여기 광과 비교하여 더 높은 광자 에너지 또는 더 짧은 파장에서 발광단 방출 광이 발견되는 물질이 또한 고려 가능하다. 발광단(210)으로부터 방출된 광은 반응 방사선 R(t)으로서 박형화부(224)를 통해 기판(220)의 후면으로부터 수집된다. 그 후, 반응 방사선 R(t)은 이색성 거울(208)에 의한 것과 같이 적절한 스펙트럼 분리 수단에 의해 자극 방사선 S(t)로부터 분리된다. 이어서, 반응 방사선 R(t)은 광검출기(209)에 의해 검출되고, 이는 센서 신호 처리 및 데이터 획득 분야에 공지된 바와 같은 임의의 적합한 아날로그 및/또는 디지털 데이터 처리 수단에 의해 임의의 적절한 방식으로 증폭, 획득 및 처리될 수 있는 센서 출력 신호를 생성한다.
검출기(209)에 의해 수집 및 검출되는 반응 방사선 R(t)의 강도는 특정 검출 세트-업의 광학 특성에 의존적이며, 특히 센서 층(205)의 발광단(210)로부터 광검출기(209)로의 광학 경로 상의 광학 소자에 의존적이다. 루미네선스 처리에 대해 외인성인 인자에 대한 이러한 의존성으로 인해, 반응 방사선 R(t)의 수집되고 검출된 강도는 "외인성" 파라미터로 불릴 수 있다. 예를 들어, 수집된 반응 방사선 R(t)의 강도는 도 3에 가장 잘 제시된 바와 같이 굴절률이 n1인 센서 층(205)과 굴절률이 n2인 유체 샘플 사이의 계면(206)을 가로지르는 굴절률의 차이에 의존적이다. 입사 자극 방사선 S(t)에 의해 여기된 발광단 분자(210)는 모든 방향으로 루미네선스를 발광한다. 유체 샘플(99) 쪽으로 기판(220)으로부터 멀어지는 방향으로 진행하는 루미네선스 광은 계면(206)에서 부분적으로 반사되고, 유체 샘플(99) 내로 부분적으로 전송된다. 반사된 부분은 반응 방사선 R(t)의 수집되고 검출된 강도에 기여하는 반면, 루미네선스 강도의 전달된 부분은 검출을 위해 손실된다. 수집 효율에 대한 계면(206)의 효과는 센서 층(205(n1))과 인접한 유체 샘플(99(n2)) 사이의 굴절률 차이에 의존한다. 결과적으로, 수집 및 검출된 방사선 R(t)의 강도는 센서 표면(206)과 접촉하는 유체 샘플(99)의 굴절률 n2의 변화에 민감하다. 따라서, 광학 검출기 세트-업(200)의 나머지 구성 파라미터를 서로 유사하게 유지함으로써, 센서 층(205)의 발광단(210)으로부터 기원하는 수집 및 검출된 방사선의 세기는 센서 표면(206)과 접촉할 때 샘플 물질의 굴절률에 의해 구별될 수 있는 다양한 샘플 물질을 구별하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학 검출기 세트-업(200)은 약 1.3의 굴절률을 갖는 수용액의 유체 샘플(99)과 1의 굴절률을 갖는 기체의 유체 샘플(99)을 구별하는데 사용될 수 있으며, 여기서 센서 층(205)은 예를 들어 발광단(210)을 호스팅하는 중합체 매트릭스 물질을 포함하고, 매트릭스 물질은 예를 들어 1.5의 굴절률을 갖는다.
주어진 광학 검출기 세트-업에 있어서, 유체 샘플(99)의 굴절률의 주어진 변화로부터 예상되는 강도 변화는 관례적 실험에 의해 실험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 광학 검출기 세트-업(200)에 있어서, 계면(206)에 제시된 기체 샘플 및 수용액에 대한 수집되고 검출된 강도 R기체(t) 및 R액체(t)의 비율 R(액체)/R(기체)는 각각 R(액체)/R(공기) = 0.52로 결정된다. 사용된 발광단은 전형적으로 또한 특정 분석물의 존재에 민감하기 때문에, 여기에서는 예를 들어 유체 샘플(99)에서 산소의 분압 pO2을 측정하기 위해, 유사한 기체 및 액체 샘플 즉, 동일한 농도의 특정 분석물을 갖는 기체 및 액체 샘플에 대한 비율 R(액체)/R(기체)를 결정하는데 주의를 기울였다. 예를 들어, 산소와 같은 기체 분석물의 경우, 해당 기체 분석물에 대한 특정 분압을 갖는 기체 샘플이 기체 샘플로서 선택될 수 있으며, 기체 분석물의 동일한 분압을 갖는 수용액의 상응하는 액체 샘플은, 평형 농도가 확립될 때까지 기체 샘플과 동일한 조성의 기체로 (예를 들어 동일한 공급원으로부터의 기체를 사용하여) 수용액을 통기시킴으로써 제조될 수 있다. 지금까지 R(액체)/R(기체)에 대한 강도의 비율은 주어진 시점에서 유사한 액체 및 기체 샘플에 대해 취해졌으며, 비율은 분석물 농도와 무관한 것으로 관찰되었으며, 이는 수집 및 검출된 루미네선스 반응으로부터 도출 가능한 파라미터로서 반응 방사선 강도의 외인성 성질을 지지한다.
자극 방사선 S(t)는 전형적으로 하나 이상의 펄스로 제공된다. 전형적으로, 일련의 펄스가 제공되며, 여기서 펄스는 자극이 꺼지는 유휴 기간에 의해 분리된다. LED 이미터를 사용하는 광원의 경우, 자극 방사선은 전형적으로 각각 펄스 및 유휴 기간으로 간주될 수 있는 OFF-상태에 의해 분리된 일련의 ON-상태로서 시간적으로 변조된다. 자극 S(t)의 종료 후, 예를 들어 ON-상태에서 OFF-상태로 전환할 때, 루미네선스의 강도 I(t)는 수명 τ0으로서 또한 언급되는 발광단에 대해 특징적인 시간 상수에 따라 감소한다. 관찰된 수명 τ0은 발광단에서 발생하는 재조합 과정에 대해 고유한 것이다. 따라서, 이러한 수명 τ0은 광학 소자(예를 들어, 층) 사이의 계면의 존재, 또는 이러한 광학 소자(예를 들어, 층)의 굴절률 또는 광학 밀도와 같이, 발광단으로부터 검출기로 방출된 광의 광학 경로의 특정 구성에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 수명 τ0은 "내인성" 파라미터로 지칭될 수 있으며, 이는 수집 및 검출된 루미네선스 반응 R(t)으로부터 유도될 수 있다.
광학 검출을 위한 주어진 세트-업에 있어서 동일한 분석물 농도를 갖는 유체 샘플은 수명 τ에 대해 동일한 결과를 산출할 것이다. 샘플이 또한 동일한 굴절률을 갖는 경우, 자극 방사선의 종료 후 주어진 시점에서 동일한 강도 신호가 예상된다.
광학 검출기(200)가 특정 분석물에 대한 센서로서 기능하게 하기 위해, 발광단(210)은 특정 분석물의 존재에 민감하며, 여기서 자극 S(t)에 반응하여 수집되고 검출된 바와 같은 루미네선스 R(t)는 센서 표면(206)과 접촉하는 유체 샘플(99) 중의 분석물의 농도의 함수이다. 광학 검출기는 상응하는 출력 신호를 발생하도록 작동되며, 이는 분석물의 농도에 대한 측정치를 제공하기 위해 분석될 수 있다. 기본 센서 원리는 예를 들어 소위 소광제로서 작용하는 분석물의 존재에 의해 여기된 발광단으로부터의 루미네선스 방출의 소광일 수 있다. 소광 메커니즘의 결과로서, 주어진 시점에서의 수명 τ 및 루미네선스 강도는 분석물 농도의 함수이다.
일반적으로, 사용된 발광단은 비교적 간단한 장비로의 발광된 루미네선스 R(t)의 시간 의존성의 용이한 검출을 조장하기 위해 수명 τ0가 1 μs를 초과하는 인광체이다. 예를 들어, 발광단은 팔라듐포르피린, 예를 들어 팔라듐(II)-테트라페닐포르피린(PdTPP) 또는 팔라듐(II)-테트라-(펜타플루오로페닐)-포르피린(PdTFPP), 또는 임의의 다른 적합한 발광단일 수 있다. 팔라듐포르피린은 예를 들어 센서 층(205)을 형성하기 위해 중합체 매트릭스에 고정될 경우 혈액 측정에 매우 적합하다.
산소 분압 pO2과 같은 유체 샘플의 분석물 농도는 스턴-볼머 방정식을 사용하여 루미네선스 소광으로 인한 수명의 관찰된 감소로부터 결정될 수 있다:
Figure pct00001
여기서 τ0은 제로 농도를 갖는 샘플, 예를 들어 아르곤 기체 샘플에 대한 루미네선스 반응 R(t)의 수명이다. 민감성 계수 k는 공지된 분석물 농도를 갖는 하나 이상의 샘플, 예를 들어 기압에 대한 정상 조건의/교정된 21%의 산소를 갖는 대기 공기 샘플, 또는 예를 들어, 50-250 mmHg 범위의 O2의 소정된 분압으로 제조된 캘리브레이션 액체(수용액), 또는 동일한 O2 분압으로 제조된 상응하는 기체 샘플에 대한 측정으로부터 결정될 수 있다.
도 4는 한 구현예에 따른 광학 센서로 검출된 바와 같은 두 개의 상이한 유체 샘플 즉, 각각 기체 샘플 및 액체 샘플에 대한 루미네선스 강도의 시간-의존성을 갖는 그래프를 보여준다. 그래프는 좌표축상의 루미네선스 강도 대 종좌표축상의 시간의 플롯을 보여준다. 플롯은 자극 방사선이 ON-상태에 있는 동안 제1 여기 페이스 "I"를 가지며, 자극 방사선이 OFF-상태에 있는 동안 유휴 페이스 "II"를 갖는다. 제1 페이스는 자극 방사선이 켜질때 종좌표 값 "-250" 직전에 시작되며, 자극 방사선이 다시 꺼질때 종좌표 값 "0"에서 종료된다. 페이스 "I"의 자극 방사선 펄스는 센서 층의 더 큰 분획의 발광단이 입사 자극에 의해 여기되고 후속하여 방사성 처리를 통해 이완됨에 따라 루미네선스 방출 증가를 초래한다. 루미네선스 강도의 증가는 여기 과정과 이완 과정이 서로 경쟁함에 따라 포화되는 경향이 있다. 제1 페이스의 종료 시 제2 페이스는 종좌표 값 "0"에서 시작한다. 자극이 OFF-상태로 유지되는 한 제2 페이스는 전형적으로 다음 여기 펄스가 시작될 때까지 연장된다. 자극 방사선 펄스의 종료시, 이완으로 인해 여기된 발광단의 분율이 감소함에 따라 루미네선스 강도가 감소한다. 감소는 두 개의 유체 샘플에서 분석물의 농도에 의존적인 수명 τ를 특징으로 한다. 두 유체 샘플 모두가 동일한 분석물 농도와 측정치로 준비되었으므로, 플롯의 제2 페이스에서 시간 의존성을 분석하면 두 샘플 모두에 대해 동일한 수명 특성을 산출한다. 관찰된 강도의 차이는 액체 샘플에 있어서 약 1.3이며 기체 샘플에 있어서 약 1인 두 샘플간의 굴절률 차이의 결과이며, 여기에서 센서 층의 굴절률은 약 1.5이다.
실시예에서 사용된 광학 검출기는 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이 분석기를 사용하여 유체 샘플에서 산소 분압 pO2을 측정하기 위한 것이다. 도 4의 기체 샘플은 약 500 mmHg의 분압의 산소-함량으로 제조된 기준 기체이고, 도 4의 액체 샘플은 기체 샘플과 동일한 조성의 기체로 평형 상태로 통기된 수용액이다. 따라서, 측정된 두 샘플 유체인 기체 및 액체는 그 안에 함유된 산소 분압 pO2이 동일하게 제조된다. 따라서, 두 기체 및 액체 샘플은 광학 검출기가 민감한 분석물(여기서는 산소)과 관련하여 적어도 유사하다.
도 5는 pO2 측정에 의한 거품 및 응괴 검사의 원리를 보여준다. 실선은 에너지 기체 E(g) 및 타우 기체 T(g)가 결정되는 공지된 기체(즉, 기준 기체)에 대한 캘리브레이션이다. 점선은 에너지 액체, E(l) 및 타우 액체, T(l)가 결정되는 액체 샘플에 대한 측정이다. 그래프에 제시된 데이터는 동일한 pO2 수준에서, 즉 동일한 수준의 타우에서 pO2 측정이다.
거품 체크: 거품인자 = 에너지 액체/타우 액체/ (에너지 기체/타우 기체)
공칭 값 액체 = 액체인자
액체인자 = 에너지 액체/에너지 기체 = 0.52는 전체 pO2 시스템에서 실험적으로 결정되며 모든 수준의 pO2에 적용된다.
응괴 체크: 응괴인자 = 에너지 기체/타우 기체/(에너지 기체/타우 기체)
공칭 값 기체 = 1
공칭 값은 거품 또는 응괴가 없는 유체 샘플에 대해 관찰된 평균 값이다. 이는 임계 값, 즉 상한 및 하한 허용 한계를 계산하는데 사용된다.
실시예 1:
공기 거품이 있거나 없는 액체 샘플에 대한 pO2 측정 결과는 도 6a 및 6b에 도시된다. 도 6a는 거품이 없는(실선) 및 있는(점선) 샘플에 대한 시간에 따른 강도를 보여준다. 도 6b는 다섯 개 샘플에 대한 거품 인자를 보여주며, 이 중 네개(샘플 1, 3, 4 및 5)는 거품이 없으며, 하나(샘플 2)는 거품이 있다.
표 1: 센서의 캘리브레이션 및 샘플 2 & 3에 대한 거품 인자의 계산.
Figure pct00002
실시예 2:
응괴가 있거나 없는 기체 샘플에 대한 pO2 측정 결과는 도 7a 및 7b에 도시된다. 도 7a는 응괴가 없는(실선) 및 있는(점선) 샘플에 대한 시간에 따른 강도를 보여준다. 도 7b는 다섯 개 샘플에 대한 응괴 인자를 보여주며, 이 중 네개(샘플 1, 2, 4 및 5)는 응괴가 없으며, 하나(샘플 3)는 응괴가 있다.
표 2: 센서의 캘리브레이션 및 샘플 2 & 3에 대한 응괴 인자의 계산.
Figure pct00003

Claims (27)

  1. 샘플 분석기의 측정 챔버에서 오염물질을 검출하는 방법으로서, 샘플 분석기는 발광단을 포함하는 센서 층과 광학 센서를 포함하며, 센서 층은 측정 챔버에 존재하는 유체 샘플에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 가지며, 방법은
    a. 측정 챔버를 유체 샘플로 충전하는 단계;
    b. 센서 층의 발광단에 자극을 가하는 단계;
    c. 자극에 반응하여 센서 층의 발광단으로부터 발광된 루미네선스를 시간의 함수로써 검출하는 단계;
    d. 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계;
    e. 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
    f. 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
    g. 제2 파라미터에 대한 예상 값을 제2 파라미터의 실제 값과 비교하는 단계; 및
    h. 비교에 기초하여 오염물질의 존재를 결정하거나 비교에 기초하여 오염물질의 부재를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 파라미터의 실제 값과 제2 파라미터에 대한 예상 값의 차이가 임계값을 초과하는 경우 오염물질이 존재하는 것으로 결정되고/거나, 제2 파라미터의 실제 값과 제2 파라미터에 대한 예상 값의 차이가 임계값 미만인 경우 오염물질이 부재하는 것으로 결정되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유체 샘플이 수성 액체인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 유체 샘플이 1.2 내지 1.5, 예컨대 1.25 내지 1.45, 1.3 내지 1.4, 또는 약 1.3의 굴절률을 갖는 액체인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 유체 샘플이 기체인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 기체의 굴절률이 1.1 미만, 1.05 미만, 1.01 미만 또는 약 1인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 센서 층의 굴절률이 적어도 1.4, 1.4 내지 1.45, 적어도 1.45, 1.45 내지 1.5, 적어도 1.5, 1.5 내지 1.55 또는 적어도 1.55인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 발광단에 자극을 가하는 단계가 발광단을 여기시키는데 적합화된 여기 스펙트럼 범위의 광으로 센서 층을 조명하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계가 복수의 적어도 세 개의 시점에서 루미네선스 강도를 측정하는 것을 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 측정 값의 시간 순서가 자극 종료 후의 시간대 및/또는 자극의 적용 동안의 시간대에 획득되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1 파라미터가 루미네선스의 수명 τ에 해당하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 제2 파라미터가 주어진 시점에서 루미네선스의 강도에 해당하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 센서 층의 발광단이 1 μs 내지 1 s의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이고/거나 센서 층의 발광단이 적어도 10 μs, 적어도 20 μs, 적어도 30 μs; 적어도 40 μs; 적어도 50 μs; 적어도 60 μs; 적어도 70 μs; 적어도 80 μs; 적어도 90 μs; 적어도 100 μs; 적어도 150 μs; 또는 적어도 200 μs의 루미네선스 수명을 갖는 인광체이고/거나 센서 층의 발광단이 1 s; 100 ms; 10 ms; 1 ms; 500 μs; 300 μs; 150 μs; 30 μs; 또는 15 μs 이하의 루미네선스 수명을 갖는 인광체인, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 측정 챔버를 충전하는 단계가 유체 샘플을 적어도 하나의 분석물에 대해 센서 층과 확산 평형이 되게 하는 것을 포함하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 광학 센서가 유체 샘플에서 기체 분획의 분압을 측정하는데 적합화되는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 센서 층이 유체 샘플로부터의 분석물의 확산 흡수에 적합화되고, 센서 층의 발광단이 센서 층에서 분석물의 존재로 인해 루미네선스 소광에 민감한, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 광학 센서가 하나 이상의 분석물의 파라미터를 결정하는데 적합화되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 하나 이상의 분석물의 파라미터가
    - pO2, pCO2, pH;
    - Li+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3- 또는 NH3(NH4 +)와 같은 전해질의 농도;
    - 글루코스, 크레아티닌, 우레아(BUN), 요산, 락트산, 피루브산, 아스코르브산, 인산염 또는 단백질과 같은 대사 인자의 농도; 및
    - 락트산 데하이드로게나제, 리파제, 아밀라제, 콜린, 에스테라제, 알칼리 포스파타제, 산 포스파타제, 알라닌 아미노 트랜스퍼라제, 아스파르테이트, 아미노 트랜스퍼라제 또는 크레아티닌 키나제와 같은 효소의 농도의 군으로부터 선택되는, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 샘플 분석기가 체액과 같은 액체 샘플의 파라미터를 분석하는데 적합화되는, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 유체 샘플이 혈액, 희석되거나 희석되지 않은 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 소변, 뇌척수액, 흉막, 윤활액, 복수액, 복막액, 양수, 밀크, 투석액 샘플의 군으로부터 선택되는 액체인, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 샘플 분석기가 의료 기체 샘플의 파라미터를 분석하는데 적합화되는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 유체 샘플이 호흡기 기체 또는 호기의 군으로부터 선택되는 의료용 기체 샘플인, 방법.
  23. 오염물질을 검출하기 위한 광학 센서로서, 광학 센서는 샘플 공간에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 갖는 센서 층, 자극 수단, 검출 수단, 데이터 저장 수단 및 신호 프로세서를 포함하며,
    센서 층은 발광단에 가해진 여기 자극에 반응하여 루미네선스 방사선을 발광하는데 적합화된 발광단을 포함하며;
    자극 수단은 센서 층의 발광단에 여기 자극을 제공하기 위해 배열되며;
    검출 수단은 여기 자극에 반응하여 발광단에 의해 방출된 루미네선스 방사선을 검출하도록 배열되며;
    데이터 저장 수단은
    - 광학 센서로부터의 신호로서 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 입력값으로서 수신하는 단계;
    - 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
    - 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
    - 제2 파라미터에 대한 예상 값과 제2 파라미터의 실제 값의 비교를 수행하는 단계; 및
    - 비교에 기초하여 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하는 단계를 위한 프로그램된 명령을 포함하며;
    신호 프로세서는 오염물질의 존재 또는 부재를 나타내는 출력값을 생성하기 위해 상기 프로그램된 명령을 실행하도록 작동가능한 신호 프로세서인, 광학 센서.
  24. 제23항에 따른 광학 센서를 포함하는 측정 챔버.
  25. 제1항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 따른 오염물질 검출 방법을 수행하는데 적합화된 유체 샘플 분석기로서, 유체 샘플 분석기가 측정 챔버에 유체 샘플을 공급하거나 방출시키기 위한 유입구 및 배출구를 갖는 측정 챔버 및 제23항에 따른 광학 센서를 포함하며, 광학 센서는 센서 표면이 측정 챔버에 의해 규정된 샘플 공간에 면하도록 배열되는, 유체 샘플 분석기.
  26. 발광단을 포함하는 센서 층을 갖는 광학 센서를 포함하는 샘플 분석기의 측정 챔버에서 오염물질을 검출하는 컴퓨터 실행 방법으로서, 센서 층은 측정 챔버의 샘플 공간에 대한 계면을 형성하는 센서 표면을 가지며, 방법은
    - 발광단에 가해진 자극에 반응하여 검출된 루미네선스 세기를 나타내는 측정 값의 시간 순서를 시간의 함수로써 수신하는 단계;
    - 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서,
    제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하고,
    제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 샘플 공간 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
    - 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
    - 제2 파라미터에 대한 예상 값을 제2 파라미터의 실제 값과 비교하는 단계; 및
    - 비교에 기초하여 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 실행 방법.
  27. 프로세서에 로딩될 수 있는 소프트웨어 제품으로서, 프로세서는 센서 층을 포함하는 광학 센서와 통신하도록 구성되며, 센서 층은 샘플 공간 쪽을 향하는 센서 표면을 포함하고, 센서 층은 발광단을 포함하며, 프로세서는 발광단을 여기하는데 적합화된 자극 수단을 제어하도록 추가로 구성되며, 소프트웨어 제품은
    (i) 센서 층의 발광단에 자극을 가하기 위해 자극 수단을 작동시키는 단계;
    (ii) 자극에 반응하여 센서 층의 발광단으로부터 발광된 루미네선스를 시간의 함수로써 검출하기 위해 광학 센서를 작동시키는 단계;
    (iii) 검출된 루미네선스에 대한 측정 값의 시간 순서를 획득하는 단계;
    (iv) 시간 순서에 기초하여 제1 파라미터의 실제 값 및 제2 파라미터의 실제 값을 결정하는 단계로서, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 변화에 민감하며, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 나머지 하나는 센서 층과 측정 챔버 사이의 계면을 가로지르는 굴절률의 상기 변화에 민감하지 않은, 단계;
    (v) 제1 파라미터의 실제 값에 기초하여 제2 파라미터에 대한 예상 값을 발생시키는 단계;
    (vi) 제2 파라미터에 대한 예상 값과 제2 파라미터의 실제 값의 비교를 수행하는 단계; 및
    (vii) 비교에 기초하여 오염물질의 존재 또는 부재를 결정하는 단계를 위한 명령을 포함하는, 소프트웨어 제품.
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