JPH04231850A - 分析用センサ及びその製造方法 - Google Patents
分析用センサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光分析用センサに関し
、好適には、生理的ｐＨ及び血液中のガス濃度をモニタ
するのに適した光ファイバを使用した分析用センサに関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、光ファイバを使用する化学的なセ
ンサは、ｐＨと同様に、酸素及び二酸化炭素ガスのよう
な種々の分析物の存在を検知したり、濃度をモニタした
りする点において、進歩を遂げている。上記のようなセ
ンサは、吸光度や、ある場合には、ある種の指示分子の
ルミネセンス、りん光又は蛍光は特定の被分析物分子の
存在により摂動されるという現象の認識をその基礎とし
ている。光放射特性の摂動及び／又は指示分子の吸光度
の様子は、特定の被分析物が存在するところを照らす時
に、吸光され、反射され又は消去される放射線をモニタ
することにより検知することができる。 【０００３】光線経路に被分析物を感知することができ
る指示分子を配置した光学センサ・プルーブは、指示分
子に対する被分析物の効果を光学的にモニタする。典型
的には、光ファイバは二酸化炭素又はｐＨレベルをモニ
タするために、光源から指示分子へ電磁放射線を伝達し
、吸光度のレベルを指示分子の付近から反射される光線
により計測して、ガス状の被分析物又は水素イオン濃度
を指示する。或いは、Ｏ２のような他のタイプのガスを
モニタするためには、光ファイバは、電磁放射線を指示
分子へ伝達し、例えば、りん光のような光を放射するよ
うに励起する。上記指示分子は光ファイバの末端部の密
閉チャンバ内に配置され、該密閉チャンバの壁は、被分
析物が透過可能である一方、液体は透過不可能に形成し
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記したタイプの公知
のセンサ・システムでは、光ファイバとプルーブの端部
に取付けた密閉チャンバが物理的に破損し易い問題があ
る。光ファイバと該光ファイバに取付けたセンサは、プ
ルーブを体内に挿入するために使用するカテーテルの端
部に取付ける外部付属物として配置されると共に、該プ
ルーブより距離を隔てて延在しているため、これらは光
ファイバとセンサは精巧な構造になる。カテーテルの取
扱いを誤ると、上記のように精巧な構造であるチャンバ
又は光学ファイバは容易に破損してしまうことになる。 【０００５】上記システムの他の問題としては、上記プ
ルーブが、凝結や血栓の形成を助長することにある。従
来のマルチ・ファイバ・センサは、反凝固ヘパリン溶液
が存在する場合にも血栓の形成を助長するファイバ間の
クレバスが存在する。 【０００６】光ファイバの末端部に配置したセンサでは
、時々、「壁効果（ウォール・エフェクト）」と言われ
る現象が問題となる。即ち、センサは、動脈又は静脈の
壁部に突き当たり、血管を循環する血液のＯ２濃度その
他のパラメータを計測するというよりも、むしろ血管の
壁についてそれらのパラメータをモニタすることになっ
てしまう。血液の自由な流れでは血管の中心付近の位置
と、血管の壁部でのパラメータの計測されるレベルの間
では、大きな勾配が存在する。光ファイバの最も末端の
部分に取付けたセンサの直径が比較的小さいと、表面積
が更に小さくなると共に血管の壁部へ近付く固有の傾向
を有するため、大きな外周径を有する複数のセンサの束
からなるセンサよりも上記壁効果によるエラーがより生
じ易い。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明に係る生理的な被
分析物の濃度をモニタするの適した光ファイバを使用し
た分析用センサは、光ファイバを伝達される光線の方向
と対応するそれぞれの長手方向軸線が平行となるように
配置している第１、第２及び第３光ファイバを備えてい
る。 【０００８】第１指示分子を備えた第１指示マトリック
スは第１光ファイバの末端部に隣接して配置している。 同様に、第２及び第３光ファイバの末端部に隣接して第
２指示分子を備えた第２指示マトリックスと第３指示分
子を備えた第３指示マトリックスを配置している。それ
ぞれの指示分子は、３種類の波長の光線に反応して３種
類の被分析物の濃度に対応して信号を励起する。光ファ
イバは相互指示配列で、配置されると共に一体に取付け
られ、使用時における上記３種類の光ファイバの破損を
最小限としている。 【０００９】更に、第１及び第２指示マトリックスの隣
接して第１及び第２光線反射材料を配置している。これ
らの光線反射材料は、光線が指示マトリックス内を伝達
すると共に部分的に吸光された後に光ファイバへ戻すよ
うに反射する。 【００１０】好適には、光ファイバの末端部は三角形状
配列で配置する。保護用外装は少なくとも光ファイバの
本体部を収容するが末端部は収容しない。少なくとも一
つの指示マトリックスは、ペレット状であると共に対応
する１本の光ファイバの実質的に平坦な平坦面に取付け
ている。光ファイバの末端部は流線形を呈するように被
覆している。 【００１１】また、少なくとも２本の光ファイバの末端
部を他の１本の光ファイバより突出させてもよい。更に
、上記２本の光ファイバを親水性材料で流線形を形成す
るように被覆する一方、他の１本の光ファイバを疎水性
材料で被覆してもよい。 【００１２】本発明は、また、上記のような構成要素を
組立てる段階からなる分析用センサの製造方法を提供す
るものである。 【００１３】 【実施例】まず、本発明に係る分析用センサの機械的構
造について説明する。 【００１４】図１及び図２は、本発明の第１実施例に係
る光ファイバを使用した分析用センサ１１を示している
。該分析用センサ１１は、ポリイミド製外装１３に収容
した３本の独立した光ファイバ１５，１７，１９を備え
ている。上記３本の光ファイバ１５，１７，１９は、そ
の長手方向軸線（この軸線は、光ファイバ内を伝達する
光信号の経路にほぼ一致する）が平行になるとと共に、
正三角形の配列となるように配置している。第１光ファ
イバを構成する光ファイバ１５は酸素（Ｏ２）濃度を感
知する信号を伝達するために使用し、また、第３光ファ
イバを構成するファイバ１７は水素イオンの濃度（ｐＨ
）を感知する信号を伝達するために使用し、更に、第２
光ファイバを構成する光ファイバ１９は二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）濃度を感知する信号を伝達するために使用する。 第１実施例では、Ｏ２光ファイバ１５とＣＯ２光ファイ
バ１９は共にポリイミド製外装１３から５００マイクロ
メータ突出しているが、ｐＨ光センサ１７の末端部は上
記Ｏ２光センサ１５及びＣＯ２光センサ１９から２５０
マイクロメータ突出している。しかしながら、上記Ｏ２
、ＣＯ２又はｐＨ光ファイバ１５，１７，１９の大きさ
は大きく変更することができる。 【００１５】上記３本の光ファイバは全てその末端部を
長手方向軸線に対して垂直に切断しており、それぞれの
末端部は実質的に平坦な円状の表面を備えている。ＣＯ
２の円状表面上には、実質的に円柱状であって、ＣＯ２
光ファイバ１９と略同径のＣＯ２ペレット２１（例えば
、ペレット形状のＣＯ２用のセンサ）を配置している。 ＣＯ２ペレット２１は、ＣＯ２被分析物を感知すること
ができるマトリックス材料２２と、好適には金箔からな
る光線反射材料２０の薄いフィルムを備えている。光線
反射材料２０の薄いフィルムは、ＣＯ２ペレット２１の
円状の表面と一体となり、ＣＯ２ペレット２１の円柱状
表面と実質的に同心であると共に、ＣＯ２光ファイバ１
９とＣＯ２ペレット２１に伝達される光信号が該反射材
料２０により反射されてＣＯ２光ファイバ１９に戻るよ
うにしている。ＣＯ２ペレット２１及びＣＯ２光ファイ
バ１９の円状表面は、光ファイバ１９を通って伝達され
る伝達入射信号を最も効果的に反射するように、好適に
は光ファイバ１９の長手方向軸線に対して垂直とする。 ＣＯ２ペレット２１は好適には、２５マイクロメータの
オーダーの長手方向の厚さを有する。 【００１６】同様に、円柱状のｐＨペレット２５（例え
ば、ペレット形状のｐＨセンサ）をｐＨ光ファイバ１７
の末端部に取付けている。ｐＨペレット２５は、好適に
はｐＨ光センサ１７の末端部の円状表面全体を覆うよう
な大きさに設定すると共に、ｐＨ被分析物を感知するこ
とができる材料２８と、好適に金箔を備えた光線反射材
料の薄いフィルム２４を備えている。光線反射材料２４
の薄いフィルムは、ｐＨペレット２５の末端の円状の表
面と一体とり、ｐＨペレット２５と実質的に同心である
と共に、ｐＨ光ファイバ１７及びｐＨペレット２５に伝
達される光信号が該光反射材料２４により反射されてｐ
Ｈ光ファイバ１７に戻るようにしている。ｐＨペレット
２５の厚さは、好適には、４０マイクロメータのオーダ
ーである。 【００１７】更に、図１及び図２に示すように、指示マ
トリックスを構成するＯ２指示マトリックス２７は、Ｏ
２光ファイバ１５及びＣＯ２光ファイバ１９の末端部、
ＣＯ２ペレット２１及びポリイミドの外装１３を越えて
延在するｐＨ光ファイバ１７の本体部を内部に包み込む
。 該Ｏ２指示マトリックス２７は、疎水性を有するが、気
体分子は自由に通過させる。また、Ｏ２指示マトリック
ス２７は、水素イオンがイオン状態で存在する水溶液に
対して不透性を有するため、水素イオンはＯ２指示マト
リックス２７により阻害され、通過することができない
。しかしながら、ｐＨ光ファイバ１７は、Ｏ２指示マト
リックス２７から突出した状態としており、該ｐＨ光フ
ァイバ１７の末端部はＯ２指示マトリックス２７から完
全に離れて自由な状態にある。更に、後に詳細に説明す
るｐＨ指示マトリックス材料２６のオーバーコートは、
ｐＨ光ファイバ１７の自由端部を流線形状に包み込むよ
うに配置している。ｐＨ指示マトリックス材料２６は疎
水性であるため、水素イオンは該ｐＨ指示マトリックス
材料２６を自由に通過することができる。 【００１８】Ｏ２指示マトリックス２７は、１本の光フ
ァイバの取扱いの誤りによる破損及び破壊に抵抗するこ
とができるように、３本の光ファイバを堅固に、互いに
指示しあうアセンブリに束ねて、相互指示配列としてい
る。エポキシ製シール３０はＯ２指示マトリックス２７
の基部を囲みポリイミド製外装１３をシールすると共に
、上記光ファイバのアセンブリを一つのプローブに束ね
ている。エポキシ製シール３０はポリイミド製外装１３
の端部から流入させてもよいし、オプションのオリフィ
ス３２から射出してもよく、該オリフィス３２はポリイ
ミド製外装１３の末端部付近に配置している。上記のよ
うにセンサ１１の直径を、従来のセンサや、個々のセン
サに比べて非常に大きく設定しているため、血液中のＯ
２の濃度を測定する際に誤差を生じる原因となる壁効果
を最小にすることができる。 【００１９】図２及び図３に示す本発明の第２実施例に
おいて、分析用センサ１１’は上記図１及び図２に示し
た第１実施例の分析用センサ１１と同様の構成としてい
る。従って、同様の構造及び機能をセンサ１１’の要素
に対しては、第１実施例と区別するために「ダッシュ符
号」を付して同一符号を使用している。上記センサ１１
の構造と同様に、Ｏ２光ファイバ１５’、ｐＨ光ファイ
バ１７’及びＣＯ２光ファイバ１９’は長手方向の軸線
が平行であると共に正三角形配列であって、互いに隣接
するように配置している。しかしながら、分析用センサ
１１’は外部にエポキシ製シール３０を備えていない。 その代わり、ポリイミド製スリーブ５０が上記光ファイ
バを三角形配列で保持し、Ｏ２指示マトリックス２７’
が光ファイバの周囲に形成される前の状態において、セ
ンサをポリイミド製造スリーブ５０の末端部でシールす
る構造としている間は、エポキシ製接着剤（図示せず）
をポリイミド製外装１３’に塗布している。 【００２０】ポリイミド製スリーブ５０は、円筒状であ
って、ポリイミド製外装１３’よりわずかに小径である
。ポリイミド製スリーブ５０は、ポリイミド製外装１３
’の末端部に、これら２つのポリイミド製の構造物の端
部が略同軸に配置されるように押し込んでいる。 【００２１】ＣＯ２ペレット２１’は、上記第１実施例
のＣＯ２ペレットと同様の形態及び機能を有し、ＣＯ２
光ファイバ１９’に取付けている。同様に、上記第１実
施例のｐＨペレット２５と実質的に同様の形態及び機能
を有するｐＨペレット２５’をｐＨ光センサ１７’の末
端部に取付けている。更に、図３及び図４に示すように
、Ｏ２指示マトリックス２７’は、Ｏ２光ファイバ１５
’及びＣＯ２光ファイバ１９’の末端部、ＣＯ２ペレッ
ト２１’を完全に包み込むと共に、ポリイミド製外装１
３’から突出するｐＨ光ファイバ１７’の本体部を包み
込む。 【００２２】ポリイミド製外装１３’から突出するＣＯ
２光ファイバ１９’、ｐＨ光ファイバ１７’及びＯ２光
ファイバ１５’の長さは、上記図１及び図２に示すセン
サ１１の場合と実質的に同様である。更に、ｐＨ指示マ
トリックス２６’はｐＨ光センサ１７’の自由端側の末
端部を完全に閉鎖している。 【００２３】図５及び図６は、第３実施例に係る分析用
センサ３１を示している。分析用センサ３１はポリイミ
ド製外装３３内に収容した独立した光ファイバ３５，３
７，３９を備え、該光ファイバ３５，３７，３９の長さ
をポリイミド製外装３３より長く設定している。特に、
上記光ファイバ３５，３７，３９は互いに隣接して配置
して、その長手方向の軸線が平行になると共に、正三角
形配列を形成するようにしている。光ファイバ３５はＯ
２のセンサに接続するのに使用し、光ファイバ３９はＣ
Ｏ２のセンサに接続するのに使用し、光ファイバ３７は
ｐＨのセンサに接続するのに使用している。更に、ｐＨ
光ファイバ３７の末端部がポリイミド製外装３３から突
出する距離はＯ２光ファイバ３５及びＣＯ２光ファイバ
３９よりも小さく、よって、ｐＨ光ファイバ３７の末端
部分はＯ２光ファイバ３７及びＣＯ２光ファイバ３９と
隔たって位置している。 【００２４】第３実施例では、Ｏ２光ファイバ３５及び
ＣＯ２光ファイバ３９は、好適には、ポリイミド製外装
３３から約５００マイクロメータ突出している。しかし
ながら、この突出する距離は例えば５００から７５０マ
イクロメータの範囲で適切に設定することができる。ｐ
Ｈ光ファイバ３７の末端部は、好適には、ポリイミド外
装３３から約３００から５００マイクロメータ突出して
いる（ただし、Ｏ２及びＣＯ２光センサ３５，３９の突
出距離よりは少ない）。 【００２５】上記全ての光ファイバの末端部は、長手方
向の軸線に対して垂直に設け、それぞれの末端部が一つ
の平面、即ち円状表面を備えるようにしている。ＣＯ２
光ファイバ３９の円状表面には、該ＣＯ２光ファイバ３
９とほぼ等しい直径を有する実質的に円環状のＣＯ２ペ
レット４１を配置している。ＣＯ２ペレット４１は、前
記したＣＯ２被分析物指示材料４３に取付けた光線反射
材料４２の薄層を備えるＣＯ２ペレット２１と等価であ
る。 【００２６】同様に、ｐＨペレット４５は、ｐＨ光ファ
イバ３７の末端部に取付けており、実質的に、該ｐＨ光
ファイバ３７の円状表面全体と等しい大きさに設定して
いる。そのため、ｐＨ４５の厚さは、好適には、５０マ
イクロメータのオーダーとしている。 【００２７】更に、図５及び図６に示すように、第３実
施例では、Ｏ２指示マトリックス４７（上記した指示マ
トリックス２７と同様の構成である。）が、Ｏ２光ファ
イバ３５及びＣＯ２光ファイバ３９の末端部全体とＣＯ
２ペレット４１を包み込んでいる。しかしながら、ｐＨ
光ファイバ３７の末端部は上記Ｏ２指示マトリックス４
７により包み込まれていない。そのため、ｐＨ光ファイ
バ３７が上記Ｏ２指示マトリックス４７に包み込まれる
Ｏ２光ファイバ３５及びＣＯ２光ファイバ３９の末端部
から距離を隔て、Ｏ２指示マトリックス４７から離れる
ような配置としている。ｐＨ光ファイバ３７とＯ２指示
マトリックス４７の間のクレバス４９により、第３実施
例のセンサ３１は上記した第１及び第２実施例よりも血
栓が更に形成されにくい。次に、指示マトリックスの化
学的構造及び製造方法について説明する。 【００２８】ＣＯ２ペレット２１，４１及びｐＨペレッ
ト２５，４５の化学的組成では、基本的には、ポリマー
・マトリックスに溶解した適切な被分析物指示分子を備
えている。（以下の説明において、ＣＯ２ペレット２１
を参照した場合にはＣＯ２ペット２１’にも対応し、ｐ
Ｈペット２５を参照した場合にはｐＨペット２５’にも
対応する。）特に、ＣＯ２ペレット２１，４１はソディ
ウムバイカーボネイトフェノールレッドのようなＣＯ２
被分析物指示分子及びポリマー・マトリックスを備え、
これらを反射材料である金箔の薄フイルムに接合してい
る。同様に、ｐＨペレット２５，４５はフェノールレッ
ドのようなｐＨ被分析物指示分子とポリマー・マトリッ
クスを備え、それらは全て反射材料である金箔の薄フイ
ルムに接合している。被分析物指示分子のキャリヤーと
して使用される基礎のポリマー・マトリックスは、ｐＨ
ペレットとＣＯペレットで同一であり、該ポリマー・マ
トリックスの材料として何を選択するのかは、同時に満
たす必要のある多くの要求に影響される。ｐＨペレット
２５，４５では、ポリマー・マトリックスは、光ファイ
バの軸方向の中心で定まる光経路上において指示分子が
動かないようにしなくてはならない。他方、ポリマー・
マトリックスから指示分子が漏れると、シグナル・ドリ
フト（ｓｉｇｎａｌｄｒｉｆ）が生じることがあり、上
記フェノールのような水溶性分子の場合にはこの傾向が
ある。従って、水溶性指示分子はポリマー・マトリック
スの構造に共有結合的に結合させなければならない。し
かしながら、ＣＯ２ペレット２１，４１では、該ＣＯ２
ペレット２１，４１を包み込むＯ２指示マトリックス２
７（以下に更に詳細に説明する。）が疎水性シリコン材
料を備えるため、指示分子を共有結合的に結合させる必
要はない。即ち、ＣＯ２ペレット２１，４１は水溶液に
さらされることがなく、フェノールレッドはポリマー・
マトリックスから漏れることはない。 【００２９】更に、ポリマー・マトリックスは、目的と
する被分析物の二方向の自由な挙動を許容するようにし
なければならず、例えば、ポリマー・マトリックスは、
ＣＯ２及びｐＨ被分析物を許容する必要がある。水溶液
中に溶解又は散逸する被分析物に物理的に適用するため
に、ポリマー・マトリックスは、被分析物を保持するた
めに多孔性であるのと同様に親水性がなくてはならない
。しかしながら、ポリマー・マトリックスの疎水性は、
血液、リンパ液、細胞外の液体及び／又はしょう液のよ
うな水溶液に光ファイバを突っ込んだ時にファイバの端
部から分離を起こす危険性を生じることになる過度の膨
張を避けるように調整しなければならない。更に、上記
膨張は、特にセンサを使用している間に、ポリマー・マ
トリックスに光を伝達する光ファイバと相違した挙動を
示さないようにしなくてはならない。 【００３０】ポリマー・マトリックスは、例えばフレネ
ル損失のような光散乱効果を最少にするために、屈折率
を光ファイバの屈折率に十分適合させると共に、光ファ
イバの端部にそのアタッチメントを支持することができ
るようにしている。また、ポリマー・マトリックスは乾
燥した時に縮んだりひび割れたりしないようにしなけれ
ばならない。最後に、ポリマー・マトリックスは使用中
、その堅固性及び強度を維持するようにしなければなら
ず、例えば、水分を含んだ状態で十分な機械的強度を有
する場合には、血管中で作業している間そのままの状態
を維持しなけばならない。上記した要求を満たすポリマ
ー・マトリックスの材料としては、米国特許第４，４３
４，２４９号に開示されたように、約９４モル・パーセ
ント（モル％）のメチルメタアクリレイト（ＭＭＡ）と
約６モル％のメタクリルアミドプロピルトリメチルアン
モニウムクロライド（ＭＡＰＴＡＣ）の混合物を重合し
てつくられる。ポリメチルメタクリレイトを基材とする
材料は、メタクリレイトのコアを有するプラスチック製
の光ファイバに対して使用した場合に良好な屈折率を与
えるため、マトリックスを構成するのに特に適している
。この重合体は、水及び特に陰イオンのような小さいイ
オンをよく透過し、上記した他の要求も満たしている。 メチルメタクリレイトは、例えば、ヒドロキシメチルメ
タクリレイト、Ｎ−ビニルピロリドネ又はアクリル酸の
ような他のイオン又は中性モノマーと重合し、その結果
生じるポリマー・マトリックスを被分析物が容易に透過
するようにできる。６０：４０から８０：２０（ｗｔ／
ｗｔ）のＮ−ビニルピロリドネ／ｐ−アミノスチレン重
合体はもう一つ好適な樹脂材料である。これらの樹脂に
適した溶剤としては、アルコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアル
デヒド、メチルエチルケトン、テトラハイドロフラン、
エステル及び芳香族及びクロリネイト炭化水素を含むこ
とが知られている。 【００３１】指示分子は、ポリマー・マトリック内で固
定された状態で、目標とする被分析物（例えばＣＯ２又
はｐＨ）に対して光学的に反応するように選定している
。被分析物の濃度を継続してモニタするため、指示分子
と被分析物の間の反応及び応答は、受感性、特異性を有
すると共に可逆性でなくてはならない。好適な被分析物
を感知する指示分子は、ｐＨ及びＣＯ２以外に他の被分
析物では、一般に良く知られている。 【００３２】上記したように、ｐＨペレット２５、４５
では、共有結合的結合は、ポリマー・マトリックス内の
水溶性の指示分子を固定する機能を果たすが、一方、目
標とする被分析物に対する光学的反応の受感性、特異性
、可逆性に対してこれら劣らせるものであってはならな
い。そのため、被分析物を受感する位置は、上記共有結
合の際に無くなってしまったり空間的に隠れてしまった
りしてはならない。 【００３３】この目的のため、ポリマーに指示分子を共
有結合的に結合するには、アミノアリールアルキルアミ
ンが好ましく、アミノアリールアルキルアミンは乳濁液
又は溶液を作るためのマトリックスの他の成分の溶剤に
混合している。アミノアリールアルキルアミンは好適に
は、以下の式のようになる。 【００３４】 【化１】ＮＨ２Ａｒ（ＣＨ２）ｎＨ２ 【０
０３５】ここでＡｒは何にも置換しないか又は好適には
フェニル基に置換し、ｎは整数である。より長いアルキ
ル鎖と接合してしまう炭化水素の特徴を避けるためには
、ｎは２又は３であることが好ましい。アミノアリール
アルキルアミンは好適には、パラ置換される。本発明を
実施するためのアミノアリールアルキルアミンは例えば
、４−（アミノフェニル）−エチルアミン及び４−（ア
ミノフェニル）−（プロピルアミン）である。不均一な
反応生成物は、アリールの部分と指示分子が反応する前
に、アルキルアミノの部分をポリマーに効果的に接合す
ることにより防止することができる。アミノアリールア
ルキルアミンは、まず、トリエチルアミンを触媒として
７０°Ｃのエタノール中で、ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣのよ
うなポリマー・樹脂成分に接合する。次に、上記自由な
アリールアミノ基は、選択した指示分子と反応し、該反
応は、例えば、フェノールレッドのような強い電子放出
性の基を有する指示分子とのジアゾ化によりカップリン
グを使用したり、指示分子を保持するカルボン酸とのア
ミド結合の形成することにより行う。この第２の反応段
階の間、ポリマー樹脂の成分が指示分子の濃縮した総量
を備えるのを避けるために、上記したジアゾ化結合位置
は指示分子のそれを超過して浸透しなければならない。 【００３６】しかしながら、上記したように、ＣＯ２指
示分子はポリマー・マトリックスに共有結合する必要は
ない。ＣＯ２ペレット２１、４１を含むＣＯ２被分析物
指示材料の形成、以下のようなプロトコルによる。１９
グラムの２−メトキシエタノール（重量５％）に１グラ
ムの固体ＰＥＧ６００ｋを溶解し、均一になるまで撹拌
し又は音波を加える。ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣの溶液（９
４：６）は、６．７グラムの２−メトキシエタノール（
１３％重量／重量）中に１グラムのＭＭＡ／ＭＡＰＴＡ
Ｃを溶解して均一になるまで撹拌して（取り扱う）。次
に、３．０７グラムの１３％ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣを２
グラムの５％ＰＥＧ６００ｋ溶液と混合する。固体ＭＭ
Ａ／ＭＡＰＴＡＣの固体ＰＥＧ６００ｋに対する割合は
、８０％と２０％である。上記混合溶液は、均一な溶液
とするために５分以上音波を加える。この混合溶液に対
して０．００５グラムのフェノール・レッドを加え、均
一になるまで撹拌する。最後に、２００マイクロリット
ルの０．８７５モルの重炭素塩溶液を、ＣＯ２被分析物
指示マトリックス材料のためのＣＯ２ポリマー・マトリ
ックス溶液を形成するフェノール・レッドとＭＭＡ／Ｍ
ＡＰＴＡＣの溶液に対して加える。あるいは、ＣＯ２被
分析物指示分子は、上記したＣＯ２ポリマー・マトリッ
クス溶液を作るために述べたアミノアリールアルキルア
ミンを使用するＭＭＡ／ＭＰＡＰＴＡＣポリマーと共有
結合してもよい。 【００３７】特別な化学的に結合又は混合したポリマー
・マトリックスを除くと、ＣＯ２ペレット２１，４１の
次の製造段階では、金箔反射材料へ上記したポリマー・
溶液を適用する。説明すると、金箔はプラスティック製
ロールに保持した１インチかける１２インチの細片が適
切である。金箔は、２枚の清潔なガラス・スライドの間
に挟持して取扱い、１センチメートル×２．５センチメ
ートルの細片に切断する。更に、この細片を半分に切断
し、２つの１センチメートル×１．２５センチメートル
のピースとする。それぞれの金箔は、例えば、ミツトヨ
・デジテル・マイクロメータにより厚さを測定し、その
厚さが統一されているか検査する。シンチレーション・
バイアルに配置し、ｃｏｎｑＨＣｌを加える。それぞれ
の金箔は、少なくとも２時間ｃｏｎｑＨＣｌに浸せばよ
いが、好適には、残留物を完全に除去するために８時間
から１２時間浸す。金箔はｃｏｎｑＨＣｌのバイアルか
ら取り出し、両面についてそれぞれ少なくとも３時間大
量の蒸留水ですすぐ。その後、金箔をガラス・スライド
上に配置し、吸取紙で金の面から水分を完全に除去する
。最後に、金箔の光沢が不純物により損なわれていない
か検査する。 （もし、金箔の表面に部分的に不純物が存在すれば、ｃ
ｏｎｑＨＣｌに戻して上記した洗浄プロセスを繰り返す
。）粘着テープを使用して、金箔をガラス・スライドに
取付ける。好適には、金箔は、その表面が平坦となるよ
うにテープを被せ（テープを被せた後に延ばす。）、１
センチメートル×１センチメートルの領域を露出させる
。次に、上記テープをマスクして染料溶剤が上記テープ
を溶解するのを防止し、よってフィルムが破壊されるの
を防止する。紫外線耐性粘着剤（例えば、ノーランド・
プロダクト（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎ
ｃ）、ニューブロンズウィック（Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗ
ｉｃｋ）、ニュージャージ（ＮＪ）の）ＮＯＡ−８１）
の液滴を金箔の両側に配置する。次に、第２番のペイン
ト・ブラシ（ｐａｉｎｔ ｂｒｕｓｈ）を用いてテープ
全体を覆う一方、金箔の部分の表面は被覆しないように
上記液滴を延ばす。上記ＮＯＡ−８１が金箔上に達した
場合には、３６５ｎｍの紫外線によりキュアした後には
がしてしまい、再度ＮＯＡ−８１を滴下する。ＮＯＡ−
８１を両側に配置してしテープを完全に覆うが金箔の表
面には達しない状態とした後に、ＮＯＡ−８１をキュア
リングするために３６５ｎｍの紫外線ランプの下で５時
間放置する。 【００３８】４５°Ｃから５５°Ｃのコーニング・ホッ
トプレート／ステラー（Ｃｏｒｎｉｎｇ ｈｏｔ ｐｌ
ａｔｅ／ｓｔｉｒｒｅｒ）の上部に水準プレートを配置
する。水準プレートが水平となるまで該水準プレートの
ねじの高さを調整するために２方向の水準を用いる。上
記金箔を備えるガラス・スライドを水準プレート上に配
置して温度が平衡状態となるまで放置する。上記した過
程をへて作られたポリマー・ポリマーと指示分子の溶液
を４５°Ｃまで達するオーブンに配置する。上記ポリマ
ー・マトリックス（１０重量％）溶液の５０マイクロリ
ットルの試料をマイクロピペットにより金箔の表面に配
置する。上記マイクロピペットのチップは、染料を金箔
の表面全体に広げることができる。しかしながら、染料
が金箔の端部に付着しないように注意する必要がある。 染料が金箔の端部に付着した場合には、サンプルを除去
して新たな金箔を配置する段階から行う。フィルム表面
の気泡はマイクロピペットのチップからの空気流により
完全に除去する。 【００３９】相当量の染料を１平方センチメートルの金
箔の露出した部分に配置する。上記のように配置する金
箔の露出部分の面積が１平方センチメートルと異なる場
合には、露出部分の面積は上記１平方センチメートルの
場合に与えられた染料の総量より増加され、その量の試
料を金箔の表面に加える。 【００４０】次に、７センチメートルの乾燥チューブを
サンプル上に配置する。水準プレートと金箔は邪魔にな
らないように除去し、約２時間ファイルムを乾燥する。 該乾燥過程が完了した後、ガラス・スライドから切断し
て所望の厚さであるか測定する。粘着テープを使用して
対向面と取付け、テープがファイルムの両側を１ミリメ
ートル被覆するようにする。ブルノーズ・ピンセット（
ｂｕｌｌ−ｎｏｓｅｄ ｐｔｗｅｅｚｅｒｓ）を用いて
、ファイルム表面をけずらないように注意して、粘着テ
ープをファイルムに被せて押し付けるようにして張り付
ける。ファイルム・マウントが矩形となるように過剰な
テープを切り取る。上記ファイルム・マウントは上記取
付けた反対側を離し、ガラス・スライドに戻す。粘着テ
ープをファイルムの下側の周囲に配置し、該テープが金
の面を延ばす一方、サンプルのファイルム側部からテー
プがはみ出ないようにする。再び、ブルノーズ・ピンセ
ットを使用してテープを金箔に固定するよう押し付ける
。ファイルム・マウントをマイクロ・パンチＸＹプレー
ト上に平坦となるように配置し、粘着テープには何等支
持物を設けない。サンプルの下側部分は、上記ＸＹプレ
ートに取付けて小さく打ち抜く前に金箔の部分が清浄で
あるか確認する（例えば、モデル＃００１（Ｍｏｅｌ＃
００１）、アボット・リサーチ（Ａｂｂｏｔｔ Ｒｓｅ
ｒｃｈ，Ｉｎｃ）、ボセル（Ｂｏｔｈｅｌｌ）、ワシン
トン（Ｗａｓｈｉｇｔｏｎ）を使用する）。上記のよう
に金箔から打ち抜いたＣＯ２ペレット２１はその後、Ｃ
Ｏ２指示マリットクス２２の部分をＣＯ２光ファイバ１
９の末端部に取付けることにより上記被分析物を分析す
るプローブの構造に使用する。 【００４１】ｐＨペレット２５，４５も同様の構造であ
る。フェノール・レッドのようなｐＨ指示分子を上記Ｃ
Ｏ２ペレット２１，４１の場合と同様のポリマー・マト
リックスに溶け込ませる。フェノール・レッドは水溶性
であると共に、ｐＨペレット２５，４５は使用時には完
全に液体流体中に露出するため、フェノール・レッドは
ポリマー・マトリックスに共有結合により結合させなく
てはならない。そのため、上記したように、アミノアリ
ールアルキルアミンを共有結合を達成するために使用す
る。 一例では、４−（アミノ フェノール）−アミン（ＡＰ
Ｅ）をＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣポリマーと結合させる。ま
ず、ＡＰＥは４グラムのＡＰＥ（アルドリッヒ・ケミカ
ル・カンパニー（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ）、ミルウォーキー（Ｍｉｌｗ
ａｕｋｅｅ），ワシントン（Ｗａｓｉｎｇｔｏｎ））を
０°Ｃにおいて８ミリリットルの塩化水素酸に投入し、
エタノール水溶液（１００ミリリットルで水とエタノー
ルの割合が９５：５）からジヒドラクロライドを再結晶
させて精製する。次に、２ミリリットルの１０％のＭＭ
Ａ／ＭＡＰＴＡＣ溶液を無水エタノールと共沸し（５０
ミリリットルの試料に別けて３回行う。）、２５ミリリ
ットルの無水エタノールに再溶解する。その後、０．３
８グラムのＡＰＥ−ジヒドロクロライド及び１ミリリッ
トルの結晶状態の新鮮な蒸留したトリエチルアミンを添
加し、この溶液を５５°Ｃのオーブン内で４８時間撹拌
する。溶媒と過剰なトリエチルアミンは回転蒸留機で分
離する。 【００４２】ＡＰＥを備えたＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣポリ
マーは、フェノールレッド指示分子のキャリーのための
媒体として使用される。フェノールレッドとＡＰＥ／Ｍ
ＭＡ／ＭＡＰＴＡＣへの結合は下記のようである。ＡＰ
Ｅ／ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣの精製反応は、０°Ｃで２０
ミリリットルの変性エタノールに溶解し、その溶液に３
ミリリットルのｃｏｎｑＨＣｌと３ミリリットルの水を
添加する。次に、２ミリリットルの水の０．３グラムの
ＮａＮＯ２を溶かした溶液を上記溶液に添加し、０°Ｃ
で３時間撹拌する。この溶液を０°で撹拌しつつ３０ミ
リリットルの水と３０ミリリットルの変性エチルアルコ
ール中に２．４グラムのフェノール・レッドと２．５グ
ラムのＫＨＣＯ３を添加する。ジアゾ化ＡＰＥポリマー
・をフェノール・レッドに結合する時、ＫＨＣＯ３を使
用して溶液のｐＨを約８．５に維持すると共に、過剰な
フェノール・レッドをジアゾ化位置を浸透させると共に
、ジアゾ化水酸化物／フェノールの形成を避けるように
使用することが重要である。上記のようにして得られた
溶液を０°Ｃで一晩撹拌する。 【００４３】上記のカップリング反応により生成した溶
液をｃｏｎｑＨＣｌにより０°ＣでｐＨを１．０とする
と共に、５００ミリリットルの氷水を添加する。その得
られた生成物をろ過し、残留物を水で洗浄する（１００
ｍｍｌの試料で３回行う。）。未加工の残留生成物は、
２．５グラムのＫＨＣＯ３と２５０ミリリットルの水と
混合し、ニトロジェン・ガス下においてＦタイプ部材（
スペクトル・ウルトラ・ポー，タイプＦＭＷ５０，００
０（Ｓｐｅｃｔｌｅ ｕｌｔｒａ−ｐｏｒ，ｔｙｐｅＦ
ＭＷ５０，０００）、スペクトラ・メディカル・インダ
ストリー（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｙ）、ロサンゼルス（Ｌｏｓａｎｇｅｌｓ）
、カリフォルニア（ＣＡ））により撹拌セル分離を行う
。ろ過は、５７０ｎｍの波長を有する光を吸収しなくな
ったことを表示であるろ過液が無色となるまで継続する
。ろ過液を乾燥器で乾燥した後に得られる赤味かかった
茶色の純粋生成物は、ＰＲ／ＡＰＥ／ＭＭＡ／ＭＡＰＴ
ＡＣ（ＰＡＭＭ）である。 【００４４】次に、ＰＡＭＭが１５重量％である溶液を
生成するために、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭ
ＡＣ）のＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣ溶剤（酸性）の溶液に十
分な量のＰＡＭＭを添加する。（この溶液は、ｐＨペレ
ット２５を包み込むのに使用し、即ち、ｐＨ指示マトリ
ックス２６を形成し、「ＤＥＦ−１」と称する。）１か
ら３重量％のＰＥＯ固体を含有する溶液を生成するため
に、十分な量のＤＭＡＣの５％のポリエチレンオキシド
（ＰＥＯ）の溶液を上記溶液の一部に添加し、「ＰＥＯ
を備えたＤＥＦ−１」と称するｐＨ感知被分析物材料２
６を形成するための第２の溶液を生成する。 【００４５】ｐＨ感知フィルムを構成し、ｐＨペレット
２５を打ち抜く金箔の取り扱いは、一般に、上記したＣ
Ｏ２ペレット２１，４１の場合と同様である。即ち、１
．２５センチメートル角の金箔を清浄なガラス・スライ
ド上に平坦に配置し、粘着テープを使用して２つの対向
する側辺を他方に側辺に止める。該金箔は、表面が平坦
であると共に、２つのテープの距離が１センチメートル
となるように取付けている。粘着テープの過剰な部分は
、テープ止めしていない金箔の端部に沿ってカミソリの
刃で切断して除去する。その後、金ぱくの合計の露出面
積が１平方センチメートルとなるように、金ぱくの他の
２つの側辺に粘着テープを配置し、この最後の２つのテ
ープは上記最初に張り付け２つの粘着テープを覆う（該
最初の２つのテープは、金ぱくの端部で切り取っている
）。 ブルノズル・ピンセットを使用してテープの端部を金ぱ
くに押し付け。粘着テープとガラス・スライドの間の全
ての空気孔を除去する。 【００４６】染料を受容するホイールを支える部分に沿
って、境界を形成するために、ＮＯＡ−８１接着剤の液
滴を金ぱくの２つの側辺上の粘着テープに沿って配置す
る。第２ペイント・ブラシを使用して金ぱくの表面の直
前まで粘着テープを被覆するように延ばす。この接着剤
は５分間キュアリングする。金ぱくの４つの側辺の全て
に接着剤を延ばした後に、ポリマー・マトリックス溶液
を金ぱくに添加した時に、該ポリマー・マトリックス溶
液が該金ぱくの範囲内で留まるように、金ぱくの上部に
凹部を形成してもよい。 【００４７】次に、１３５マイクロリットルの「１から
３％のＰＥＯを備えたＤＥＦ−１」の溶液をテジタル・
マイクロピペットで金の表面に添加する。金ぱくマウン
ト全体を４５°Ｃから５５°Ｃの温度に設定したホット
・プレートに移し、乾燥チューブにより約２時間乾燥す
る。その後ｐＨ指示材料のフィルムをガラス・スライド
から切り放し、打ち抜きのために搭載し、直ぐに打ち抜
きを行う。搭載及び打ち抜きのプロトコルは上記したＣ
Ｏ２ペレット２１，４１と同様である。ｐＨペレット２
５は上記打ち抜きの後、本発明に係るセンサの製造に使
用する。 【００４８】Ｏ２指示マトリックス２７（２７’）及び
４７（４７’）の溶液は酸素を探知するのに適している
が、Ｏ２指示分子をキャリーするためのポリマー・マト
リックスは上記したＣＯ２及びｐＨペレットの場合と同
様ではない。好適には、ＳＣ−３５（ホールド・アメル
カ（Ｈｏｌｄ Ａｍｅｒｉｃａ））のような疎水性シリ
コンをポリマー・マトリックスとして使用し、Ｏ２指示
マトリックスを形成に適した溶液を生成するために、ポ
ルフィリンの粉体のような酸素被分析物分子を上記ポリ
マー・マトリックスに混入する。比較的分子量の大きい
ポルフィリンは、水に溶解せず、そのため、ポリマー・
マトリックスに共有結合させる必要がない。特異的にり
ん光を発する指示分子は、好適には、プラチニウム、パ
ラジウム、テラフルオロフェニルポルフィリン、テラフ
ェニルポルフィリン、テラベンズポルフィリン、テラフ
ルオロベンズポルフィルン及びテラクロロベンズポルフ
ィリンの中から選択する。特に、好ましいのは、上記の
金属ポルフィリンの光電性、流動性、拡散性である。生
理的圧力が０から１５０トル（ｔｏｒｒ）の場合には、
プラチニウム、テラフェニルポルフィリンはＯ２濃度を
決定するのに特に好ましい寿命曲線を備えている。 【００４９】ポルフィリン指示分子をＯ２指示ポリマー
・マトリックスへ混入する典型的な方法は以下のように
なる。最初に、０．２５グラムのＳＣ−３５シリコンと
０．０１２グラムのＰｔＴＦＰＰ（プロフィリン・プロ
ダクト（Ｐｒｏｐｈｌｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ）、ロー
ガン（Ｌｏｇａｎ）、ユタ（Ｕｔａ））を計測し混合す
る。次に、２．３６グラムのテラヒドロフランを上記の
混合物に添加する。その処理により１０パーセントの「
ＰＴ５５」と称する酸素支持成分が生成される。凝固す
る時には、上記ＰＴ５５は、上記Ｏ２支持マトリックス
２７（２７’）及び４７（４７’）の種々の実施例と一
致する形状とする。 【００５０】次に、センサの組立及び形成について説明
する。第１実施例、即ち、図１及び図２に示すセンサ１
１について好適な組立及び形成の方法について以下に説
明する。上記３本の光フィルタ１５、１７、１９はそれ
ぞれ慎重に引離し、ポリメチルメタアクリレイトのよう
な保護ポリマーを５マイクロメーターの厚さで被覆する
。ｐＨペレット２５は、ｐＨ光センサ２５の末端部に接
着して取付ける共に、ｐＨ指示マトリックス２６を形成
するためにＤＥＦ−１溶液で被覆し、該ｐＨ指示マトリ
ックス２６は、直径が約１６０から１７０マイクロメー
ターの流体力学的な形状に製造する。Ｏ２光フィルタ１
５は１０マイクロメーターのポリマーＭＡＰＴＡＣで被
覆する。ＣＯ２ペレット２１はＣＯ２光ファイバ１９の
末端部に接着して取付けるが何も被覆しない。上記３本
のファイバを正三角形配列で配置し、Ｏ２光ファイバ１
５とＣＯ２光ファイバ１９はの末端部は、ｐＨ光ファイ
バ１７の末端部から離れて、実質的に同じ平面上に位置
するように配置する。 【００５１】例えばＰＴ５５のような溶液状のＯ２指示
マトリックス２７を含有する毛管を、３本の光ファイバ
を弾丸状又は流線形状に形成して完全に包み込むために
使用する。次に、例えばトルエンのような溶剤を含有す
る他の毛管を使用して、ｐＨ光ファイバ１７の末端部か
らＰＴ５５を溶解するのに使用し、該ｐＨ光ファイバ１
７の末端部を最大１０〜５０マイクロメーター露出させ
る。上記のようにｐＨ光ファイバ１７からＰＴ５５を除
去する場合には、ＰＴ５５が実質的に弾丸形状を維持し
たままでＯ２及びＣＯ２光ファイバ１５、１９を包むよ
うに行う。ポリイミド製外装１３は、上記３本の光ファ
イバの末端部の最後の数１００マイクロメーターを残し
て、これら３本の光ファイバの全ての実質的に長さ方向
の全体を収容するように配置する。最後に、Ｏ２指示マ
トリックス２７の弾丸状の外装の外部にエポキシ製シー
ル３０を形成するように、ポリイミド製外装１３の開口
端部から流し込む（又は、オリフィス３２を介して射出
してもよい。）。 【００５２】他の２つの実施例のアセンブリ及び構造は
、上記した方法とわずかしか異ならない。例えば、セン
サ１１’では、３本の光ファイバをＯ２指示マトリック
ス２７’を形成するためにＰＴ５５で被覆する前に、ポ
リイミド製スリーブ５０を取付る。その後、ポリイミド
製外装１３’の末端部をシールするためにエポキシを付
加し（図示せず）、ＰＴ５５で被覆する前に３本の光フ
ァイバを固定する。 【００５３】図５及び図６に示す第３実施例では、セン
サ３１は上記のようにセンサ１１を参照として説明した
方法と同様にして製造するが、該センサ３１ではｐＨ光
ファイバ３７をＯ２指示マトリックス２７’で被覆して
いない。その代わり、ＣＯ２光ファイバ３９及びＯ２光
ファイバ３７を平行に配置してＰＴ５５で被覆している
が、ｐＨペレット４５を備えたｐＨ光ファイバ３７を親
水性コーティング４０を形成するようにＤＥＦ−１溶液
で被覆する。コーティング４０はｐＨ光ファイバ２７を
他の２本の光ファイバから引離している間に該ｐＨ光フ
ァイバ２７に設ける。Ｏ２指示マトリックス２７’を備
えるＰＴ５５が乾燥した解した時に、ｐＨ光ファイバ３
７を他の２本の光ファイバと平行に配置する。その後、
ポリイミド製外装３３をＯ２及びＣＯ２光ファイバの末
端部から後方に数１００マイクロメータの位置に移動さ
せ、該ポリイミド製外装３３をシールすると共に光ファ
イバを固定するために、ポリイミド製外装３３の末端部
の周囲にエポキシ製シール４８を設ける。 【００５４】次に、血液モニタ・システムへのセンサの
組込について説明する上記のように数種の実施例につい
て説明したセンサは、血液被分析物モニタ・システムに
使用することができる。例えば、図７では、分析用セン
サ１１を完成した生理的血液ガス濃度関知システム５２
に組み込んでいる。他の分析用センサ１１’，３１も同
様の方法で上記のシステムに使用することができる。上
記システム５２は、約５７０ナノメートルの波長を有す
る光を発生する２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）光源５
１，５１’と、約８１０ナノメートルの波長を有する光
を発生する２つのＬＥＤ光源５３，５３’と約５５５ナ
ノメートルの波長を有する光を発生する第３のＬＥＤ光
源５５を備えている。上記ＬＥＤ光源５１，５３はＣＯ
２の濃度を決定するために使用し、ＬＥＤ光源５１’，
５３’はｐＨを決定するのに使用し、ＬＥＤ光源５５は
Ｏ２の濃度決定するのに使用する。 【００５５】システム５２の好適な形態では、ＬＥＤ発
光源５１，５３は連続して短い光のパルスを発生して伝
送カップラ５７へ伝達する。該伝送カップラ５７におい
て、それぞれの光信号は２つの分岐路に別れ、比較検知
器５９へ移送する分岐路に入る信号と、反射率カップラ
６１へ接続する分岐路へ入る信号になる。比較検知器５
９の分岐路は、該比較検知器５９に到達する光線の振幅
に対応する比較電気信号を発生し、該比較電気信号はＬ
ＥＤ光源５１，５３の出力の変化を補償するのに使用さ
れる。伝送カップラ５７を通過して反射率カップラ６１
へ向かった波長が５７１ナノメートルの光信号は、ＣＯ
２光ファイバ１９の末端部へ伝送され、該ＣＯ２光ファ
イバ１９の末端部において光信号の一部は、ＣＯ２ペレ
ット２１の周囲のＣＯ２の濃度に依存した割合でＣＯ２
ペレット２１内のＣＯ２被分析物を感知するマトリック
ス材料２２に吸収される。その結果該濃度に関数的に対
応して弱められた光信号は、反射材料２０により反射さ
れ、帰還反射光信号としてＣＯ２光ファイバ１９に戻さ
れて該光ファイバ１９により伝達される。波長が８１０
ナノメートルの光は、ＣＯ２ペレットでの吸収は無視で
きる程度のものであると共にＣＯ２の濃度に影響されな
いが、上記波長が５７０ナノメートルの光線と同様に反
射してＣ０２光ファイバ１９に戻される。波長が５７０
ナノメートル及び８１０ナノメートルの帰還反射信号は
両方とも反射率カップラ６１に移送され、該反射率カッ
プラ６１は帰還反射信号を反射信号検知器６５に送る。 反射信号検知器６５は波長が５７０ナノメートルの反射
信号の振幅と波長が５７０ナノメートルの反射信号の振
幅を比較し、Ｃ０２被分析物を感知するマトリックス材
料２２による相対的な吸収を計測する。上記それぞれの
波長の帰還反射信号の振幅を最初に発生した信号の振幅
（例えば、比較検知器５９からの電気的比較信号）と比
較することにより、ＣＯ２ペレット２１おけるＣＯ２ガ
ス濃度の測定値を決定する。 【００５６】システム５２のｐＨを感知する部分の作動
は、上記したＣＯ２を感知する部分と良く似ている。Ｌ
ＥＤ光源５１’からに初期の光パルスと同様に、ＬＥＤ
光源５３’も伝送カップラ２７’に伝送される光パルス
を発生する。上記光信号は、共に、伝送カップラ５７’
により比較分岐路と検知分岐路に分けられる。比較カッ
プラ６１’に伝達された信号は、ｐＨ光ファイバ１７の
末端部に移送され、該ｐＨ光ファイバ１７の末端部にお
いて、波長が５７０ナノメートルの光のパルスは、ｐＨ
ペレット２５の周囲の流体中の水素イオンの濃度の作用
によりｐＨペレット２５に吸収される。その結果上記濃
度に関数的に対応して弱められた波長が５７０ナノメー
トルの光信号は、ｐＨペレット２５の反射材料２４の層
により反射され、ｐＨ光ファイバ１７に戻される。波長
が８１０ナノメートルである光のｐＨペレット２５の部
分での吸収は無視できる程度のものであると共に、ｐＨ
ペレット２５の周囲の流体の水素イオンの濃度（ｐＨ）
に影響されない。波長が５７０及び８１０ナノメートル
である帰還反射光は、共に、ｐＨ光ファイバ１７により
反射率カップラ６１’に送られ、該反射率カップラ６１
’は帰還反射信号を反射信号検知器 ６５’に送る。 上記それぞれの波長の帰還反射信号と、初期に発生した
信号の振幅（例えば、比較検知器５９’で決まる比較電
気信号）と比較することにより、センサ１１の周囲のｐ
Ｈの測定値が決まる。 【００５７】システム５２のＯ２センサ部分の作動は上
記ＣＯ２センサ及びｐＨセンサ部分と多少異なる。ＬＥ
Ｄ光源５５の発生する光信号は、カップラ６７、及びＯ
２光ファイバ１５を通過する。Ｏ２光ファイバ１５の末
端部において、りん光を発するようにＯ２指示マトリッ
クス２７（ＰＴ５５）を励起する。上記りん光による光
信号はＯ２光ファイバ１５によりカップラ６７に戻され
る。 この光信号は、カップラ６７から光パスバンド・フィル
タ６９に送られる。該光パスバンドフィルタに６９を通
過するりん光による光信号は検知器７１によりモニタさ
れる。りん光の減衰する時間を計測することより、セン
サ１１の周囲の酸素ガスの濃度が決まる。センサ１１が
暴露されるＯ２の濃度が高くなる程、りん光はより早く
減衰する。本発明は、上記した実施例に限定されるもの
ではなく、当業者にとって明らかな範囲で種々の変形が
可能である。しかしながら、これらの変形は特許請求の
範囲により決まる本発明の技術的範囲に包含されるもの
である。
、好適には、生理的ｐＨ及び血液中のガス濃度をモニタ
するのに適した光ファイバを使用した分析用センサに関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、光ファイバを使用する化学的なセ
ンサは、ｐＨと同様に、酸素及び二酸化炭素ガスのよう
な種々の分析物の存在を検知したり、濃度をモニタした
りする点において、進歩を遂げている。上記のようなセ
ンサは、吸光度や、ある場合には、ある種の指示分子の
ルミネセンス、りん光又は蛍光は特定の被分析物分子の
存在により摂動されるという現象の認識をその基礎とし
ている。光放射特性の摂動及び／又は指示分子の吸光度
の様子は、特定の被分析物が存在するところを照らす時
に、吸光され、反射され又は消去される放射線をモニタ
することにより検知することができる。 【０００３】光線経路に被分析物を感知することができ
る指示分子を配置した光学センサ・プルーブは、指示分
子に対する被分析物の効果を光学的にモニタする。典型
的には、光ファイバは二酸化炭素又はｐＨレベルをモニ
タするために、光源から指示分子へ電磁放射線を伝達し
、吸光度のレベルを指示分子の付近から反射される光線
により計測して、ガス状の被分析物又は水素イオン濃度
を指示する。或いは、Ｏ２のような他のタイプのガスを
モニタするためには、光ファイバは、電磁放射線を指示
分子へ伝達し、例えば、りん光のような光を放射するよ
うに励起する。上記指示分子は光ファイバの末端部の密
閉チャンバ内に配置され、該密閉チャンバの壁は、被分
析物が透過可能である一方、液体は透過不可能に形成し
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記したタイプの公知
のセンサ・システムでは、光ファイバとプルーブの端部
に取付けた密閉チャンバが物理的に破損し易い問題があ
る。光ファイバと該光ファイバに取付けたセンサは、プ
ルーブを体内に挿入するために使用するカテーテルの端
部に取付ける外部付属物として配置されると共に、該プ
ルーブより距離を隔てて延在しているため、これらは光
ファイバとセンサは精巧な構造になる。カテーテルの取
扱いを誤ると、上記のように精巧な構造であるチャンバ
又は光学ファイバは容易に破損してしまうことになる。 【０００５】上記システムの他の問題としては、上記プ
ルーブが、凝結や血栓の形成を助長することにある。従
来のマルチ・ファイバ・センサは、反凝固ヘパリン溶液
が存在する場合にも血栓の形成を助長するファイバ間の
クレバスが存在する。 【０００６】光ファイバの末端部に配置したセンサでは
、時々、「壁効果（ウォール・エフェクト）」と言われ
る現象が問題となる。即ち、センサは、動脈又は静脈の
壁部に突き当たり、血管を循環する血液のＯ２濃度その
他のパラメータを計測するというよりも、むしろ血管の
壁についてそれらのパラメータをモニタすることになっ
てしまう。血液の自由な流れでは血管の中心付近の位置
と、血管の壁部でのパラメータの計測されるレベルの間
では、大きな勾配が存在する。光ファイバの最も末端の
部分に取付けたセンサの直径が比較的小さいと、表面積
が更に小さくなると共に血管の壁部へ近付く固有の傾向
を有するため、大きな外周径を有する複数のセンサの束
からなるセンサよりも上記壁効果によるエラーがより生
じ易い。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明に係る生理的な被
分析物の濃度をモニタするの適した光ファイバを使用し
た分析用センサは、光ファイバを伝達される光線の方向
と対応するそれぞれの長手方向軸線が平行となるように
配置している第１、第２及び第３光ファイバを備えてい
る。 【０００８】第１指示分子を備えた第１指示マトリック
スは第１光ファイバの末端部に隣接して配置している。 同様に、第２及び第３光ファイバの末端部に隣接して第
２指示分子を備えた第２指示マトリックスと第３指示分
子を備えた第３指示マトリックスを配置している。それ
ぞれの指示分子は、３種類の波長の光線に反応して３種
類の被分析物の濃度に対応して信号を励起する。光ファ
イバは相互指示配列で、配置されると共に一体に取付け
られ、使用時における上記３種類の光ファイバの破損を
最小限としている。 【０００９】更に、第１及び第２指示マトリックスの隣
接して第１及び第２光線反射材料を配置している。これ
らの光線反射材料は、光線が指示マトリックス内を伝達
すると共に部分的に吸光された後に光ファイバへ戻すよ
うに反射する。 【００１０】好適には、光ファイバの末端部は三角形状
配列で配置する。保護用外装は少なくとも光ファイバの
本体部を収容するが末端部は収容しない。少なくとも一
つの指示マトリックスは、ペレット状であると共に対応
する１本の光ファイバの実質的に平坦な平坦面に取付け
ている。光ファイバの末端部は流線形を呈するように被
覆している。 【００１１】また、少なくとも２本の光ファイバの末端
部を他の１本の光ファイバより突出させてもよい。更に
、上記２本の光ファイバを親水性材料で流線形を形成す
るように被覆する一方、他の１本の光ファイバを疎水性
材料で被覆してもよい。 【００１２】本発明は、また、上記のような構成要素を
組立てる段階からなる分析用センサの製造方法を提供す
るものである。 【００１３】 【実施例】まず、本発明に係る分析用センサの機械的構
造について説明する。 【００１４】図１及び図２は、本発明の第１実施例に係
る光ファイバを使用した分析用センサ１１を示している
。該分析用センサ１１は、ポリイミド製外装１３に収容
した３本の独立した光ファイバ１５，１７，１９を備え
ている。上記３本の光ファイバ１５，１７，１９は、そ
の長手方向軸線（この軸線は、光ファイバ内を伝達する
光信号の経路にほぼ一致する）が平行になるとと共に、
正三角形の配列となるように配置している。第１光ファ
イバを構成する光ファイバ１５は酸素（Ｏ２）濃度を感
知する信号を伝達するために使用し、また、第３光ファ
イバを構成するファイバ１７は水素イオンの濃度（ｐＨ
）を感知する信号を伝達するために使用し、更に、第２
光ファイバを構成する光ファイバ１９は二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）濃度を感知する信号を伝達するために使用する。 第１実施例では、Ｏ２光ファイバ１５とＣＯ２光ファイ
バ１９は共にポリイミド製外装１３から５００マイクロ
メータ突出しているが、ｐＨ光センサ１７の末端部は上
記Ｏ２光センサ１５及びＣＯ２光センサ１９から２５０
マイクロメータ突出している。しかしながら、上記Ｏ２
、ＣＯ２又はｐＨ光ファイバ１５，１７，１９の大きさ
は大きく変更することができる。 【００１５】上記３本の光ファイバは全てその末端部を
長手方向軸線に対して垂直に切断しており、それぞれの
末端部は実質的に平坦な円状の表面を備えている。ＣＯ
２の円状表面上には、実質的に円柱状であって、ＣＯ２
光ファイバ１９と略同径のＣＯ２ペレット２１（例えば
、ペレット形状のＣＯ２用のセンサ）を配置している。 ＣＯ２ペレット２１は、ＣＯ２被分析物を感知すること
ができるマトリックス材料２２と、好適には金箔からな
る光線反射材料２０の薄いフィルムを備えている。光線
反射材料２０の薄いフィルムは、ＣＯ２ペレット２１の
円状の表面と一体となり、ＣＯ２ペレット２１の円柱状
表面と実質的に同心であると共に、ＣＯ２光ファイバ１
９とＣＯ２ペレット２１に伝達される光信号が該反射材
料２０により反射されてＣＯ２光ファイバ１９に戻るよ
うにしている。ＣＯ２ペレット２１及びＣＯ２光ファイ
バ１９の円状表面は、光ファイバ１９を通って伝達され
る伝達入射信号を最も効果的に反射するように、好適に
は光ファイバ１９の長手方向軸線に対して垂直とする。 ＣＯ２ペレット２１は好適には、２５マイクロメータの
オーダーの長手方向の厚さを有する。 【００１６】同様に、円柱状のｐＨペレット２５（例え
ば、ペレット形状のｐＨセンサ）をｐＨ光ファイバ１７
の末端部に取付けている。ｐＨペレット２５は、好適に
はｐＨ光センサ１７の末端部の円状表面全体を覆うよう
な大きさに設定すると共に、ｐＨ被分析物を感知するこ
とができる材料２８と、好適に金箔を備えた光線反射材
料の薄いフィルム２４を備えている。光線反射材料２４
の薄いフィルムは、ｐＨペレット２５の末端の円状の表
面と一体とり、ｐＨペレット２５と実質的に同心である
と共に、ｐＨ光ファイバ１７及びｐＨペレット２５に伝
達される光信号が該光反射材料２４により反射されてｐ
Ｈ光ファイバ１７に戻るようにしている。ｐＨペレット
２５の厚さは、好適には、４０マイクロメータのオーダ
ーである。 【００１７】更に、図１及び図２に示すように、指示マ
トリックスを構成するＯ２指示マトリックス２７は、Ｏ
２光ファイバ１５及びＣＯ２光ファイバ１９の末端部、
ＣＯ２ペレット２１及びポリイミドの外装１３を越えて
延在するｐＨ光ファイバ１７の本体部を内部に包み込む
。 該Ｏ２指示マトリックス２７は、疎水性を有するが、気
体分子は自由に通過させる。また、Ｏ２指示マトリック
ス２７は、水素イオンがイオン状態で存在する水溶液に
対して不透性を有するため、水素イオンはＯ２指示マト
リックス２７により阻害され、通過することができない
。しかしながら、ｐＨ光ファイバ１７は、Ｏ２指示マト
リックス２７から突出した状態としており、該ｐＨ光フ
ァイバ１７の末端部はＯ２指示マトリックス２７から完
全に離れて自由な状態にある。更に、後に詳細に説明す
るｐＨ指示マトリックス材料２６のオーバーコートは、
ｐＨ光ファイバ１７の自由端部を流線形状に包み込むよ
うに配置している。ｐＨ指示マトリックス材料２６は疎
水性であるため、水素イオンは該ｐＨ指示マトリックス
材料２６を自由に通過することができる。 【００１８】Ｏ２指示マトリックス２７は、１本の光フ
ァイバの取扱いの誤りによる破損及び破壊に抵抗するこ
とができるように、３本の光ファイバを堅固に、互いに
指示しあうアセンブリに束ねて、相互指示配列としてい
る。エポキシ製シール３０はＯ２指示マトリックス２７
の基部を囲みポリイミド製外装１３をシールすると共に
、上記光ファイバのアセンブリを一つのプローブに束ね
ている。エポキシ製シール３０はポリイミド製外装１３
の端部から流入させてもよいし、オプションのオリフィ
ス３２から射出してもよく、該オリフィス３２はポリイ
ミド製外装１３の末端部付近に配置している。上記のよ
うにセンサ１１の直径を、従来のセンサや、個々のセン
サに比べて非常に大きく設定しているため、血液中のＯ
２の濃度を測定する際に誤差を生じる原因となる壁効果
を最小にすることができる。 【００１９】図２及び図３に示す本発明の第２実施例に
おいて、分析用センサ１１’は上記図１及び図２に示し
た第１実施例の分析用センサ１１と同様の構成としてい
る。従って、同様の構造及び機能をセンサ１１’の要素
に対しては、第１実施例と区別するために「ダッシュ符
号」を付して同一符号を使用している。上記センサ１１
の構造と同様に、Ｏ２光ファイバ１５’、ｐＨ光ファイ
バ１７’及びＣＯ２光ファイバ１９’は長手方向の軸線
が平行であると共に正三角形配列であって、互いに隣接
するように配置している。しかしながら、分析用センサ
１１’は外部にエポキシ製シール３０を備えていない。 その代わり、ポリイミド製スリーブ５０が上記光ファイ
バを三角形配列で保持し、Ｏ２指示マトリックス２７’
が光ファイバの周囲に形成される前の状態において、セ
ンサをポリイミド製造スリーブ５０の末端部でシールす
る構造としている間は、エポキシ製接着剤（図示せず）
をポリイミド製外装１３’に塗布している。 【００２０】ポリイミド製スリーブ５０は、円筒状であ
って、ポリイミド製外装１３’よりわずかに小径である
。ポリイミド製スリーブ５０は、ポリイミド製外装１３
’の末端部に、これら２つのポリイミド製の構造物の端
部が略同軸に配置されるように押し込んでいる。 【００２１】ＣＯ２ペレット２１’は、上記第１実施例
のＣＯ２ペレットと同様の形態及び機能を有し、ＣＯ２
光ファイバ１９’に取付けている。同様に、上記第１実
施例のｐＨペレット２５と実質的に同様の形態及び機能
を有するｐＨペレット２５’をｐＨ光センサ１７’の末
端部に取付けている。更に、図３及び図４に示すように
、Ｏ２指示マトリックス２７’は、Ｏ２光ファイバ１５
’及びＣＯ２光ファイバ１９’の末端部、ＣＯ２ペレッ
ト２１’を完全に包み込むと共に、ポリイミド製外装１
３’から突出するｐＨ光ファイバ１７’の本体部を包み
込む。 【００２２】ポリイミド製外装１３’から突出するＣＯ
２光ファイバ１９’、ｐＨ光ファイバ１７’及びＯ２光
ファイバ１５’の長さは、上記図１及び図２に示すセン
サ１１の場合と実質的に同様である。更に、ｐＨ指示マ
トリックス２６’はｐＨ光センサ１７’の自由端側の末
端部を完全に閉鎖している。 【００２３】図５及び図６は、第３実施例に係る分析用
センサ３１を示している。分析用センサ３１はポリイミ
ド製外装３３内に収容した独立した光ファイバ３５，３
７，３９を備え、該光ファイバ３５，３７，３９の長さ
をポリイミド製外装３３より長く設定している。特に、
上記光ファイバ３５，３７，３９は互いに隣接して配置
して、その長手方向の軸線が平行になると共に、正三角
形配列を形成するようにしている。光ファイバ３５はＯ
２のセンサに接続するのに使用し、光ファイバ３９はＣ
Ｏ２のセンサに接続するのに使用し、光ファイバ３７は
ｐＨのセンサに接続するのに使用している。更に、ｐＨ
光ファイバ３７の末端部がポリイミド製外装３３から突
出する距離はＯ２光ファイバ３５及びＣＯ２光ファイバ
３９よりも小さく、よって、ｐＨ光ファイバ３７の末端
部分はＯ２光ファイバ３７及びＣＯ２光ファイバ３９と
隔たって位置している。 【００２４】第３実施例では、Ｏ２光ファイバ３５及び
ＣＯ２光ファイバ３９は、好適には、ポリイミド製外装
３３から約５００マイクロメータ突出している。しかし
ながら、この突出する距離は例えば５００から７５０マ
イクロメータの範囲で適切に設定することができる。ｐ
Ｈ光ファイバ３７の末端部は、好適には、ポリイミド外
装３３から約３００から５００マイクロメータ突出して
いる（ただし、Ｏ２及びＣＯ２光センサ３５，３９の突
出距離よりは少ない）。 【００２５】上記全ての光ファイバの末端部は、長手方
向の軸線に対して垂直に設け、それぞれの末端部が一つ
の平面、即ち円状表面を備えるようにしている。ＣＯ２
光ファイバ３９の円状表面には、該ＣＯ２光ファイバ３
９とほぼ等しい直径を有する実質的に円環状のＣＯ２ペ
レット４１を配置している。ＣＯ２ペレット４１は、前
記したＣＯ２被分析物指示材料４３に取付けた光線反射
材料４２の薄層を備えるＣＯ２ペレット２１と等価であ
る。 【００２６】同様に、ｐＨペレット４５は、ｐＨ光ファ
イバ３７の末端部に取付けており、実質的に、該ｐＨ光
ファイバ３７の円状表面全体と等しい大きさに設定して
いる。そのため、ｐＨ４５の厚さは、好適には、５０マ
イクロメータのオーダーとしている。 【００２７】更に、図５及び図６に示すように、第３実
施例では、Ｏ２指示マトリックス４７（上記した指示マ
トリックス２７と同様の構成である。）が、Ｏ２光ファ
イバ３５及びＣＯ２光ファイバ３９の末端部全体とＣＯ
２ペレット４１を包み込んでいる。しかしながら、ｐＨ
光ファイバ３７の末端部は上記Ｏ２指示マトリックス４
７により包み込まれていない。そのため、ｐＨ光ファイ
バ３７が上記Ｏ２指示マトリックス４７に包み込まれる
Ｏ２光ファイバ３５及びＣＯ２光ファイバ３９の末端部
から距離を隔て、Ｏ２指示マトリックス４７から離れる
ような配置としている。ｐＨ光ファイバ３７とＯ２指示
マトリックス４７の間のクレバス４９により、第３実施
例のセンサ３１は上記した第１及び第２実施例よりも血
栓が更に形成されにくい。次に、指示マトリックスの化
学的構造及び製造方法について説明する。 【００２８】ＣＯ２ペレット２１，４１及びｐＨペレッ
ト２５，４５の化学的組成では、基本的には、ポリマー
・マトリックスに溶解した適切な被分析物指示分子を備
えている。（以下の説明において、ＣＯ２ペレット２１
を参照した場合にはＣＯ２ペット２１’にも対応し、ｐ
Ｈペット２５を参照した場合にはｐＨペット２５’にも
対応する。）特に、ＣＯ２ペレット２１，４１はソディ
ウムバイカーボネイトフェノールレッドのようなＣＯ２
被分析物指示分子及びポリマー・マトリックスを備え、
これらを反射材料である金箔の薄フイルムに接合してい
る。同様に、ｐＨペレット２５，４５はフェノールレッ
ドのようなｐＨ被分析物指示分子とポリマー・マトリッ
クスを備え、それらは全て反射材料である金箔の薄フイ
ルムに接合している。被分析物指示分子のキャリヤーと
して使用される基礎のポリマー・マトリックスは、ｐＨ
ペレットとＣＯペレットで同一であり、該ポリマー・マ
トリックスの材料として何を選択するのかは、同時に満
たす必要のある多くの要求に影響される。ｐＨペレット
２５，４５では、ポリマー・マトリックスは、光ファイ
バの軸方向の中心で定まる光経路上において指示分子が
動かないようにしなくてはならない。他方、ポリマー・
マトリックスから指示分子が漏れると、シグナル・ドリ
フト（ｓｉｇｎａｌｄｒｉｆ）が生じることがあり、上
記フェノールのような水溶性分子の場合にはこの傾向が
ある。従って、水溶性指示分子はポリマー・マトリック
スの構造に共有結合的に結合させなければならない。し
かしながら、ＣＯ２ペレット２１，４１では、該ＣＯ２
ペレット２１，４１を包み込むＯ２指示マトリックス２
７（以下に更に詳細に説明する。）が疎水性シリコン材
料を備えるため、指示分子を共有結合的に結合させる必
要はない。即ち、ＣＯ２ペレット２１，４１は水溶液に
さらされることがなく、フェノールレッドはポリマー・
マトリックスから漏れることはない。 【００２９】更に、ポリマー・マトリックスは、目的と
する被分析物の二方向の自由な挙動を許容するようにし
なければならず、例えば、ポリマー・マトリックスは、
ＣＯ２及びｐＨ被分析物を許容する必要がある。水溶液
中に溶解又は散逸する被分析物に物理的に適用するため
に、ポリマー・マトリックスは、被分析物を保持するた
めに多孔性であるのと同様に親水性がなくてはならない
。しかしながら、ポリマー・マトリックスの疎水性は、
血液、リンパ液、細胞外の液体及び／又はしょう液のよ
うな水溶液に光ファイバを突っ込んだ時にファイバの端
部から分離を起こす危険性を生じることになる過度の膨
張を避けるように調整しなければならない。更に、上記
膨張は、特にセンサを使用している間に、ポリマー・マ
トリックスに光を伝達する光ファイバと相違した挙動を
示さないようにしなくてはならない。 【００３０】ポリマー・マトリックスは、例えばフレネ
ル損失のような光散乱効果を最少にするために、屈折率
を光ファイバの屈折率に十分適合させると共に、光ファ
イバの端部にそのアタッチメントを支持することができ
るようにしている。また、ポリマー・マトリックスは乾
燥した時に縮んだりひび割れたりしないようにしなけれ
ばならない。最後に、ポリマー・マトリックスは使用中
、その堅固性及び強度を維持するようにしなければなら
ず、例えば、水分を含んだ状態で十分な機械的強度を有
する場合には、血管中で作業している間そのままの状態
を維持しなけばならない。上記した要求を満たすポリマ
ー・マトリックスの材料としては、米国特許第４，４３
４，２４９号に開示されたように、約９４モル・パーセ
ント（モル％）のメチルメタアクリレイト（ＭＭＡ）と
約６モル％のメタクリルアミドプロピルトリメチルアン
モニウムクロライド（ＭＡＰＴＡＣ）の混合物を重合し
てつくられる。ポリメチルメタクリレイトを基材とする
材料は、メタクリレイトのコアを有するプラスチック製
の光ファイバに対して使用した場合に良好な屈折率を与
えるため、マトリックスを構成するのに特に適している
。この重合体は、水及び特に陰イオンのような小さいイ
オンをよく透過し、上記した他の要求も満たしている。 メチルメタクリレイトは、例えば、ヒドロキシメチルメ
タクリレイト、Ｎ−ビニルピロリドネ又はアクリル酸の
ような他のイオン又は中性モノマーと重合し、その結果
生じるポリマー・マトリックスを被分析物が容易に透過
するようにできる。６０：４０から８０：２０（ｗｔ／
ｗｔ）のＮ−ビニルピロリドネ／ｐ−アミノスチレン重
合体はもう一つ好適な樹脂材料である。これらの樹脂に
適した溶剤としては、アルコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアル
デヒド、メチルエチルケトン、テトラハイドロフラン、
エステル及び芳香族及びクロリネイト炭化水素を含むこ
とが知られている。 【００３１】指示分子は、ポリマー・マトリック内で固
定された状態で、目標とする被分析物（例えばＣＯ２又
はｐＨ）に対して光学的に反応するように選定している
。被分析物の濃度を継続してモニタするため、指示分子
と被分析物の間の反応及び応答は、受感性、特異性を有
すると共に可逆性でなくてはならない。好適な被分析物
を感知する指示分子は、ｐＨ及びＣＯ２以外に他の被分
析物では、一般に良く知られている。 【００３２】上記したように、ｐＨペレット２５、４５
では、共有結合的結合は、ポリマー・マトリックス内の
水溶性の指示分子を固定する機能を果たすが、一方、目
標とする被分析物に対する光学的反応の受感性、特異性
、可逆性に対してこれら劣らせるものであってはならな
い。そのため、被分析物を受感する位置は、上記共有結
合の際に無くなってしまったり空間的に隠れてしまった
りしてはならない。 【００３３】この目的のため、ポリマーに指示分子を共
有結合的に結合するには、アミノアリールアルキルアミ
ンが好ましく、アミノアリールアルキルアミンは乳濁液
又は溶液を作るためのマトリックスの他の成分の溶剤に
混合している。アミノアリールアルキルアミンは好適に
は、以下の式のようになる。 【００３４】 【化１】ＮＨ２Ａｒ（ＣＨ２）ｎＨ２ 【０
０３５】ここでＡｒは何にも置換しないか又は好適には
フェニル基に置換し、ｎは整数である。より長いアルキ
ル鎖と接合してしまう炭化水素の特徴を避けるためには
、ｎは２又は３であることが好ましい。アミノアリール
アルキルアミンは好適には、パラ置換される。本発明を
実施するためのアミノアリールアルキルアミンは例えば
、４−（アミノフェニル）−エチルアミン及び４−（ア
ミノフェニル）−（プロピルアミン）である。不均一な
反応生成物は、アリールの部分と指示分子が反応する前
に、アルキルアミノの部分をポリマーに効果的に接合す
ることにより防止することができる。アミノアリールア
ルキルアミンは、まず、トリエチルアミンを触媒として
７０°Ｃのエタノール中で、ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣのよ
うなポリマー・樹脂成分に接合する。次に、上記自由な
アリールアミノ基は、選択した指示分子と反応し、該反
応は、例えば、フェノールレッドのような強い電子放出
性の基を有する指示分子とのジアゾ化によりカップリン
グを使用したり、指示分子を保持するカルボン酸とのア
ミド結合の形成することにより行う。この第２の反応段
階の間、ポリマー樹脂の成分が指示分子の濃縮した総量
を備えるのを避けるために、上記したジアゾ化結合位置
は指示分子のそれを超過して浸透しなければならない。 【００３６】しかしながら、上記したように、ＣＯ２指
示分子はポリマー・マトリックスに共有結合する必要は
ない。ＣＯ２ペレット２１、４１を含むＣＯ２被分析物
指示材料の形成、以下のようなプロトコルによる。１９
グラムの２−メトキシエタノール（重量５％）に１グラ
ムの固体ＰＥＧ６００ｋを溶解し、均一になるまで撹拌
し又は音波を加える。ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣの溶液（９
４：６）は、６．７グラムの２−メトキシエタノール（
１３％重量／重量）中に１グラムのＭＭＡ／ＭＡＰＴＡ
Ｃを溶解して均一になるまで撹拌して（取り扱う）。次
に、３．０７グラムの１３％ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣを２
グラムの５％ＰＥＧ６００ｋ溶液と混合する。固体ＭＭ
Ａ／ＭＡＰＴＡＣの固体ＰＥＧ６００ｋに対する割合は
、８０％と２０％である。上記混合溶液は、均一な溶液
とするために５分以上音波を加える。この混合溶液に対
して０．００５グラムのフェノール・レッドを加え、均
一になるまで撹拌する。最後に、２００マイクロリット
ルの０．８７５モルの重炭素塩溶液を、ＣＯ２被分析物
指示マトリックス材料のためのＣＯ２ポリマー・マトリ
ックス溶液を形成するフェノール・レッドとＭＭＡ／Ｍ
ＡＰＴＡＣの溶液に対して加える。あるいは、ＣＯ２被
分析物指示分子は、上記したＣＯ２ポリマー・マトリッ
クス溶液を作るために述べたアミノアリールアルキルア
ミンを使用するＭＭＡ／ＭＰＡＰＴＡＣポリマーと共有
結合してもよい。 【００３７】特別な化学的に結合又は混合したポリマー
・マトリックスを除くと、ＣＯ２ペレット２１，４１の
次の製造段階では、金箔反射材料へ上記したポリマー・
溶液を適用する。説明すると、金箔はプラスティック製
ロールに保持した１インチかける１２インチの細片が適
切である。金箔は、２枚の清潔なガラス・スライドの間
に挟持して取扱い、１センチメートル×２．５センチメ
ートルの細片に切断する。更に、この細片を半分に切断
し、２つの１センチメートル×１．２５センチメートル
のピースとする。それぞれの金箔は、例えば、ミツトヨ
・デジテル・マイクロメータにより厚さを測定し、その
厚さが統一されているか検査する。シンチレーション・
バイアルに配置し、ｃｏｎｑＨＣｌを加える。それぞれ
の金箔は、少なくとも２時間ｃｏｎｑＨＣｌに浸せばよ
いが、好適には、残留物を完全に除去するために８時間
から１２時間浸す。金箔はｃｏｎｑＨＣｌのバイアルか
ら取り出し、両面についてそれぞれ少なくとも３時間大
量の蒸留水ですすぐ。その後、金箔をガラス・スライド
上に配置し、吸取紙で金の面から水分を完全に除去する
。最後に、金箔の光沢が不純物により損なわれていない
か検査する。 （もし、金箔の表面に部分的に不純物が存在すれば、ｃ
ｏｎｑＨＣｌに戻して上記した洗浄プロセスを繰り返す
。）粘着テープを使用して、金箔をガラス・スライドに
取付ける。好適には、金箔は、その表面が平坦となるよ
うにテープを被せ（テープを被せた後に延ばす。）、１
センチメートル×１センチメートルの領域を露出させる
。次に、上記テープをマスクして染料溶剤が上記テープ
を溶解するのを防止し、よってフィルムが破壊されるの
を防止する。紫外線耐性粘着剤（例えば、ノーランド・
プロダクト（Ｎｏｒｌａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎ
ｃ）、ニューブロンズウィック（Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗ
ｉｃｋ）、ニュージャージ（ＮＪ）の）ＮＯＡ−８１）
の液滴を金箔の両側に配置する。次に、第２番のペイン
ト・ブラシ（ｐａｉｎｔ ｂｒｕｓｈ）を用いてテープ
全体を覆う一方、金箔の部分の表面は被覆しないように
上記液滴を延ばす。上記ＮＯＡ−８１が金箔上に達した
場合には、３６５ｎｍの紫外線によりキュアした後には
がしてしまい、再度ＮＯＡ−８１を滴下する。ＮＯＡ−
８１を両側に配置してしテープを完全に覆うが金箔の表
面には達しない状態とした後に、ＮＯＡ−８１をキュア
リングするために３６５ｎｍの紫外線ランプの下で５時
間放置する。 【００３８】４５°Ｃから５５°Ｃのコーニング・ホッ
トプレート／ステラー（Ｃｏｒｎｉｎｇ ｈｏｔ ｐｌ
ａｔｅ／ｓｔｉｒｒｅｒ）の上部に水準プレートを配置
する。水準プレートが水平となるまで該水準プレートの
ねじの高さを調整するために２方向の水準を用いる。上
記金箔を備えるガラス・スライドを水準プレート上に配
置して温度が平衡状態となるまで放置する。上記した過
程をへて作られたポリマー・ポリマーと指示分子の溶液
を４５°Ｃまで達するオーブンに配置する。上記ポリマ
ー・マトリックス（１０重量％）溶液の５０マイクロリ
ットルの試料をマイクロピペットにより金箔の表面に配
置する。上記マイクロピペットのチップは、染料を金箔
の表面全体に広げることができる。しかしながら、染料
が金箔の端部に付着しないように注意する必要がある。 染料が金箔の端部に付着した場合には、サンプルを除去
して新たな金箔を配置する段階から行う。フィルム表面
の気泡はマイクロピペットのチップからの空気流により
完全に除去する。 【００３９】相当量の染料を１平方センチメートルの金
箔の露出した部分に配置する。上記のように配置する金
箔の露出部分の面積が１平方センチメートルと異なる場
合には、露出部分の面積は上記１平方センチメートルの
場合に与えられた染料の総量より増加され、その量の試
料を金箔の表面に加える。 【００４０】次に、７センチメートルの乾燥チューブを
サンプル上に配置する。水準プレートと金箔は邪魔にな
らないように除去し、約２時間ファイルムを乾燥する。 該乾燥過程が完了した後、ガラス・スライドから切断し
て所望の厚さであるか測定する。粘着テープを使用して
対向面と取付け、テープがファイルムの両側を１ミリメ
ートル被覆するようにする。ブルノーズ・ピンセット（
ｂｕｌｌ−ｎｏｓｅｄ ｐｔｗｅｅｚｅｒｓ）を用いて
、ファイルム表面をけずらないように注意して、粘着テ
ープをファイルムに被せて押し付けるようにして張り付
ける。ファイルム・マウントが矩形となるように過剰な
テープを切り取る。上記ファイルム・マウントは上記取
付けた反対側を離し、ガラス・スライドに戻す。粘着テ
ープをファイルムの下側の周囲に配置し、該テープが金
の面を延ばす一方、サンプルのファイルム側部からテー
プがはみ出ないようにする。再び、ブルノーズ・ピンセ
ットを使用してテープを金箔に固定するよう押し付ける
。ファイルム・マウントをマイクロ・パンチＸＹプレー
ト上に平坦となるように配置し、粘着テープには何等支
持物を設けない。サンプルの下側部分は、上記ＸＹプレ
ートに取付けて小さく打ち抜く前に金箔の部分が清浄で
あるか確認する（例えば、モデル＃００１（Ｍｏｅｌ＃
００１）、アボット・リサーチ（Ａｂｂｏｔｔ Ｒｓｅ
ｒｃｈ，Ｉｎｃ）、ボセル（Ｂｏｔｈｅｌｌ）、ワシン
トン（Ｗａｓｈｉｇｔｏｎ）を使用する）。上記のよう
に金箔から打ち抜いたＣＯ２ペレット２１はその後、Ｃ
Ｏ２指示マリットクス２２の部分をＣＯ２光ファイバ１
９の末端部に取付けることにより上記被分析物を分析す
るプローブの構造に使用する。 【００４１】ｐＨペレット２５，４５も同様の構造であ
る。フェノール・レッドのようなｐＨ指示分子を上記Ｃ
Ｏ２ペレット２１，４１の場合と同様のポリマー・マト
リックスに溶け込ませる。フェノール・レッドは水溶性
であると共に、ｐＨペレット２５，４５は使用時には完
全に液体流体中に露出するため、フェノール・レッドは
ポリマー・マトリックスに共有結合により結合させなく
てはならない。そのため、上記したように、アミノアリ
ールアルキルアミンを共有結合を達成するために使用す
る。 一例では、４−（アミノ フェノール）−アミン（ＡＰ
Ｅ）をＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣポリマーと結合させる。ま
ず、ＡＰＥは４グラムのＡＰＥ（アルドリッヒ・ケミカ
ル・カンパニー（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ）、ミルウォーキー（Ｍｉｌｗ
ａｕｋｅｅ），ワシントン（Ｗａｓｉｎｇｔｏｎ））を
０°Ｃにおいて８ミリリットルの塩化水素酸に投入し、
エタノール水溶液（１００ミリリットルで水とエタノー
ルの割合が９５：５）からジヒドラクロライドを再結晶
させて精製する。次に、２ミリリットルの１０％のＭＭ
Ａ／ＭＡＰＴＡＣ溶液を無水エタノールと共沸し（５０
ミリリットルの試料に別けて３回行う。）、２５ミリリ
ットルの無水エタノールに再溶解する。その後、０．３
８グラムのＡＰＥ−ジヒドロクロライド及び１ミリリッ
トルの結晶状態の新鮮な蒸留したトリエチルアミンを添
加し、この溶液を５５°Ｃのオーブン内で４８時間撹拌
する。溶媒と過剰なトリエチルアミンは回転蒸留機で分
離する。 【００４２】ＡＰＥを備えたＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣポリ
マーは、フェノールレッド指示分子のキャリーのための
媒体として使用される。フェノールレッドとＡＰＥ／Ｍ
ＭＡ／ＭＡＰＴＡＣへの結合は下記のようである。ＡＰ
Ｅ／ＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣの精製反応は、０°Ｃで２０
ミリリットルの変性エタノールに溶解し、その溶液に３
ミリリットルのｃｏｎｑＨＣｌと３ミリリットルの水を
添加する。次に、２ミリリットルの水の０．３グラムの
ＮａＮＯ２を溶かした溶液を上記溶液に添加し、０°Ｃ
で３時間撹拌する。この溶液を０°で撹拌しつつ３０ミ
リリットルの水と３０ミリリットルの変性エチルアルコ
ール中に２．４グラムのフェノール・レッドと２．５グ
ラムのＫＨＣＯ３を添加する。ジアゾ化ＡＰＥポリマー
・をフェノール・レッドに結合する時、ＫＨＣＯ３を使
用して溶液のｐＨを約８．５に維持すると共に、過剰な
フェノール・レッドをジアゾ化位置を浸透させると共に
、ジアゾ化水酸化物／フェノールの形成を避けるように
使用することが重要である。上記のようにして得られた
溶液を０°Ｃで一晩撹拌する。 【００４３】上記のカップリング反応により生成した溶
液をｃｏｎｑＨＣｌにより０°ＣでｐＨを１．０とする
と共に、５００ミリリットルの氷水を添加する。その得
られた生成物をろ過し、残留物を水で洗浄する（１００
ｍｍｌの試料で３回行う。）。未加工の残留生成物は、
２．５グラムのＫＨＣＯ３と２５０ミリリットルの水と
混合し、ニトロジェン・ガス下においてＦタイプ部材（
スペクトル・ウルトラ・ポー，タイプＦＭＷ５０，００
０（Ｓｐｅｃｔｌｅ ｕｌｔｒａ−ｐｏｒ，ｔｙｐｅＦ
ＭＷ５０，０００）、スペクトラ・メディカル・インダ
ストリー（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｙ）、ロサンゼルス（Ｌｏｓａｎｇｅｌｓ）
、カリフォルニア（ＣＡ））により撹拌セル分離を行う
。ろ過は、５７０ｎｍの波長を有する光を吸収しなくな
ったことを表示であるろ過液が無色となるまで継続する
。ろ過液を乾燥器で乾燥した後に得られる赤味かかった
茶色の純粋生成物は、ＰＲ／ＡＰＥ／ＭＭＡ／ＭＡＰＴ
ＡＣ（ＰＡＭＭ）である。 【００４４】次に、ＰＡＭＭが１５重量％である溶液を
生成するために、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭ
ＡＣ）のＭＭＡ／ＭＡＰＴＡＣ溶剤（酸性）の溶液に十
分な量のＰＡＭＭを添加する。（この溶液は、ｐＨペレ
ット２５を包み込むのに使用し、即ち、ｐＨ指示マトリ
ックス２６を形成し、「ＤＥＦ−１」と称する。）１か
ら３重量％のＰＥＯ固体を含有する溶液を生成するため
に、十分な量のＤＭＡＣの５％のポリエチレンオキシド
（ＰＥＯ）の溶液を上記溶液の一部に添加し、「ＰＥＯ
を備えたＤＥＦ−１」と称するｐＨ感知被分析物材料２
６を形成するための第２の溶液を生成する。 【００４５】ｐＨ感知フィルムを構成し、ｐＨペレット
２５を打ち抜く金箔の取り扱いは、一般に、上記したＣ
Ｏ２ペレット２１，４１の場合と同様である。即ち、１
．２５センチメートル角の金箔を清浄なガラス・スライ
ド上に平坦に配置し、粘着テープを使用して２つの対向
する側辺を他方に側辺に止める。該金箔は、表面が平坦
であると共に、２つのテープの距離が１センチメートル
となるように取付けている。粘着テープの過剰な部分は
、テープ止めしていない金箔の端部に沿ってカミソリの
刃で切断して除去する。その後、金ぱくの合計の露出面
積が１平方センチメートルとなるように、金ぱくの他の
２つの側辺に粘着テープを配置し、この最後の２つのテ
ープは上記最初に張り付け２つの粘着テープを覆う（該
最初の２つのテープは、金ぱくの端部で切り取っている
）。 ブルノズル・ピンセットを使用してテープの端部を金ぱ
くに押し付け。粘着テープとガラス・スライドの間の全
ての空気孔を除去する。 【００４６】染料を受容するホイールを支える部分に沿
って、境界を形成するために、ＮＯＡ−８１接着剤の液
滴を金ぱくの２つの側辺上の粘着テープに沿って配置す
る。第２ペイント・ブラシを使用して金ぱくの表面の直
前まで粘着テープを被覆するように延ばす。この接着剤
は５分間キュアリングする。金ぱくの４つの側辺の全て
に接着剤を延ばした後に、ポリマー・マトリックス溶液
を金ぱくに添加した時に、該ポリマー・マトリックス溶
液が該金ぱくの範囲内で留まるように、金ぱくの上部に
凹部を形成してもよい。 【００４７】次に、１３５マイクロリットルの「１から
３％のＰＥＯを備えたＤＥＦ−１」の溶液をテジタル・
マイクロピペットで金の表面に添加する。金ぱくマウン
ト全体を４５°Ｃから５５°Ｃの温度に設定したホット
・プレートに移し、乾燥チューブにより約２時間乾燥す
る。その後ｐＨ指示材料のフィルムをガラス・スライド
から切り放し、打ち抜きのために搭載し、直ぐに打ち抜
きを行う。搭載及び打ち抜きのプロトコルは上記したＣ
Ｏ２ペレット２１，４１と同様である。ｐＨペレット２
５は上記打ち抜きの後、本発明に係るセンサの製造に使
用する。 【００４８】Ｏ２指示マトリックス２７（２７’）及び
４７（４７’）の溶液は酸素を探知するのに適している
が、Ｏ２指示分子をキャリーするためのポリマー・マト
リックスは上記したＣＯ２及びｐＨペレットの場合と同
様ではない。好適には、ＳＣ−３５（ホールド・アメル
カ（Ｈｏｌｄ Ａｍｅｒｉｃａ））のような疎水性シリ
コンをポリマー・マトリックスとして使用し、Ｏ２指示
マトリックスを形成に適した溶液を生成するために、ポ
ルフィリンの粉体のような酸素被分析物分子を上記ポリ
マー・マトリックスに混入する。比較的分子量の大きい
ポルフィリンは、水に溶解せず、そのため、ポリマー・
マトリックスに共有結合させる必要がない。特異的にり
ん光を発する指示分子は、好適には、プラチニウム、パ
ラジウム、テラフルオロフェニルポルフィリン、テラフ
ェニルポルフィリン、テラベンズポルフィリン、テラフ
ルオロベンズポルフィルン及びテラクロロベンズポルフ
ィリンの中から選択する。特に、好ましいのは、上記の
金属ポルフィリンの光電性、流動性、拡散性である。生
理的圧力が０から１５０トル（ｔｏｒｒ）の場合には、
プラチニウム、テラフェニルポルフィリンはＯ２濃度を
決定するのに特に好ましい寿命曲線を備えている。 【００４９】ポルフィリン指示分子をＯ２指示ポリマー
・マトリックスへ混入する典型的な方法は以下のように
なる。最初に、０．２５グラムのＳＣ−３５シリコンと
０．０１２グラムのＰｔＴＦＰＰ（プロフィリン・プロ
ダクト（Ｐｒｏｐｈｌｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ）、ロー
ガン（Ｌｏｇａｎ）、ユタ（Ｕｔａ））を計測し混合す
る。次に、２．３６グラムのテラヒドロフランを上記の
混合物に添加する。その処理により１０パーセントの「
ＰＴ５５」と称する酸素支持成分が生成される。凝固す
る時には、上記ＰＴ５５は、上記Ｏ２支持マトリックス
２７（２７’）及び４７（４７’）の種々の実施例と一
致する形状とする。 【００５０】次に、センサの組立及び形成について説明
する。第１実施例、即ち、図１及び図２に示すセンサ１
１について好適な組立及び形成の方法について以下に説
明する。上記３本の光フィルタ１５、１７、１９はそれ
ぞれ慎重に引離し、ポリメチルメタアクリレイトのよう
な保護ポリマーを５マイクロメーターの厚さで被覆する
。ｐＨペレット２５は、ｐＨ光センサ２５の末端部に接
着して取付ける共に、ｐＨ指示マトリックス２６を形成
するためにＤＥＦ−１溶液で被覆し、該ｐＨ指示マトリ
ックス２６は、直径が約１６０から１７０マイクロメー
ターの流体力学的な形状に製造する。Ｏ２光フィルタ１
５は１０マイクロメーターのポリマーＭＡＰＴＡＣで被
覆する。ＣＯ２ペレット２１はＣＯ２光ファイバ１９の
末端部に接着して取付けるが何も被覆しない。上記３本
のファイバを正三角形配列で配置し、Ｏ２光ファイバ１
５とＣＯ２光ファイバ１９はの末端部は、ｐＨ光ファイ
バ１７の末端部から離れて、実質的に同じ平面上に位置
するように配置する。 【００５１】例えばＰＴ５５のような溶液状のＯ２指示
マトリックス２７を含有する毛管を、３本の光ファイバ
を弾丸状又は流線形状に形成して完全に包み込むために
使用する。次に、例えばトルエンのような溶剤を含有す
る他の毛管を使用して、ｐＨ光ファイバ１７の末端部か
らＰＴ５５を溶解するのに使用し、該ｐＨ光ファイバ１
７の末端部を最大１０〜５０マイクロメーター露出させ
る。上記のようにｐＨ光ファイバ１７からＰＴ５５を除
去する場合には、ＰＴ５５が実質的に弾丸形状を維持し
たままでＯ２及びＣＯ２光ファイバ１５、１９を包むよ
うに行う。ポリイミド製外装１３は、上記３本の光ファ
イバの末端部の最後の数１００マイクロメーターを残し
て、これら３本の光ファイバの全ての実質的に長さ方向
の全体を収容するように配置する。最後に、Ｏ２指示マ
トリックス２７の弾丸状の外装の外部にエポキシ製シー
ル３０を形成するように、ポリイミド製外装１３の開口
端部から流し込む（又は、オリフィス３２を介して射出
してもよい。）。 【００５２】他の２つの実施例のアセンブリ及び構造は
、上記した方法とわずかしか異ならない。例えば、セン
サ１１’では、３本の光ファイバをＯ２指示マトリック
ス２７’を形成するためにＰＴ５５で被覆する前に、ポ
リイミド製スリーブ５０を取付る。その後、ポリイミド
製外装１３’の末端部をシールするためにエポキシを付
加し（図示せず）、ＰＴ５５で被覆する前に３本の光フ
ァイバを固定する。 【００５３】図５及び図６に示す第３実施例では、セン
サ３１は上記のようにセンサ１１を参照として説明した
方法と同様にして製造するが、該センサ３１ではｐＨ光
ファイバ３７をＯ２指示マトリックス２７’で被覆して
いない。その代わり、ＣＯ２光ファイバ３９及びＯ２光
ファイバ３７を平行に配置してＰＴ５５で被覆している
が、ｐＨペレット４５を備えたｐＨ光ファイバ３７を親
水性コーティング４０を形成するようにＤＥＦ−１溶液
で被覆する。コーティング４０はｐＨ光ファイバ２７を
他の２本の光ファイバから引離している間に該ｐＨ光フ
ァイバ２７に設ける。Ｏ２指示マトリックス２７’を備
えるＰＴ５５が乾燥した解した時に、ｐＨ光ファイバ３
７を他の２本の光ファイバと平行に配置する。その後、
ポリイミド製外装３３をＯ２及びＣＯ２光ファイバの末
端部から後方に数１００マイクロメータの位置に移動さ
せ、該ポリイミド製外装３３をシールすると共に光ファ
イバを固定するために、ポリイミド製外装３３の末端部
の周囲にエポキシ製シール４８を設ける。 【００５４】次に、血液モニタ・システムへのセンサの
組込について説明する上記のように数種の実施例につい
て説明したセンサは、血液被分析物モニタ・システムに
使用することができる。例えば、図７では、分析用セン
サ１１を完成した生理的血液ガス濃度関知システム５２
に組み込んでいる。他の分析用センサ１１’，３１も同
様の方法で上記のシステムに使用することができる。上
記システム５２は、約５７０ナノメートルの波長を有す
る光を発生する２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）光源５
１，５１’と、約８１０ナノメートルの波長を有する光
を発生する２つのＬＥＤ光源５３，５３’と約５５５ナ
ノメートルの波長を有する光を発生する第３のＬＥＤ光
源５５を備えている。上記ＬＥＤ光源５１，５３はＣＯ
２の濃度を決定するために使用し、ＬＥＤ光源５１’，
５３’はｐＨを決定するのに使用し、ＬＥＤ光源５５は
Ｏ２の濃度決定するのに使用する。 【００５５】システム５２の好適な形態では、ＬＥＤ発
光源５１，５３は連続して短い光のパルスを発生して伝
送カップラ５７へ伝達する。該伝送カップラ５７におい
て、それぞれの光信号は２つの分岐路に別れ、比較検知
器５９へ移送する分岐路に入る信号と、反射率カップラ
６１へ接続する分岐路へ入る信号になる。比較検知器５
９の分岐路は、該比較検知器５９に到達する光線の振幅
に対応する比較電気信号を発生し、該比較電気信号はＬ
ＥＤ光源５１，５３の出力の変化を補償するのに使用さ
れる。伝送カップラ５７を通過して反射率カップラ６１
へ向かった波長が５７１ナノメートルの光信号は、ＣＯ
２光ファイバ１９の末端部へ伝送され、該ＣＯ２光ファ
イバ１９の末端部において光信号の一部は、ＣＯ２ペレ
ット２１の周囲のＣＯ２の濃度に依存した割合でＣＯ２
ペレット２１内のＣＯ２被分析物を感知するマトリック
ス材料２２に吸収される。その結果該濃度に関数的に対
応して弱められた光信号は、反射材料２０により反射さ
れ、帰還反射光信号としてＣＯ２光ファイバ１９に戻さ
れて該光ファイバ１９により伝達される。波長が８１０
ナノメートルの光は、ＣＯ２ペレットでの吸収は無視で
きる程度のものであると共にＣＯ２の濃度に影響されな
いが、上記波長が５７０ナノメートルの光線と同様に反
射してＣ０２光ファイバ１９に戻される。波長が５７０
ナノメートル及び８１０ナノメートルの帰還反射信号は
両方とも反射率カップラ６１に移送され、該反射率カッ
プラ６１は帰還反射信号を反射信号検知器６５に送る。 反射信号検知器６５は波長が５７０ナノメートルの反射
信号の振幅と波長が５７０ナノメートルの反射信号の振
幅を比較し、Ｃ０２被分析物を感知するマトリックス材
料２２による相対的な吸収を計測する。上記それぞれの
波長の帰還反射信号の振幅を最初に発生した信号の振幅
（例えば、比較検知器５９からの電気的比較信号）と比
較することにより、ＣＯ２ペレット２１おけるＣＯ２ガ
ス濃度の測定値を決定する。 【００５６】システム５２のｐＨを感知する部分の作動
は、上記したＣＯ２を感知する部分と良く似ている。Ｌ
ＥＤ光源５１’からに初期の光パルスと同様に、ＬＥＤ
光源５３’も伝送カップラ２７’に伝送される光パルス
を発生する。上記光信号は、共に、伝送カップラ５７’
により比較分岐路と検知分岐路に分けられる。比較カッ
プラ６１’に伝達された信号は、ｐＨ光ファイバ１７の
末端部に移送され、該ｐＨ光ファイバ１７の末端部にお
いて、波長が５７０ナノメートルの光のパルスは、ｐＨ
ペレット２５の周囲の流体中の水素イオンの濃度の作用
によりｐＨペレット２５に吸収される。その結果上記濃
度に関数的に対応して弱められた波長が５７０ナノメー
トルの光信号は、ｐＨペレット２５の反射材料２４の層
により反射され、ｐＨ光ファイバ１７に戻される。波長
が８１０ナノメートルである光のｐＨペレット２５の部
分での吸収は無視できる程度のものであると共に、ｐＨ
ペレット２５の周囲の流体の水素イオンの濃度（ｐＨ）
に影響されない。波長が５７０及び８１０ナノメートル
である帰還反射光は、共に、ｐＨ光ファイバ１７により
反射率カップラ６１’に送られ、該反射率カップラ６１
’は帰還反射信号を反射信号検知器 ６５’に送る。 上記それぞれの波長の帰還反射信号と、初期に発生した
信号の振幅（例えば、比較検知器５９’で決まる比較電
気信号）と比較することにより、センサ１１の周囲のｐ
Ｈの測定値が決まる。 【００５７】システム５２のＯ２センサ部分の作動は上
記ＣＯ２センサ及びｐＨセンサ部分と多少異なる。ＬＥ
Ｄ光源５５の発生する光信号は、カップラ６７、及びＯ
２光ファイバ１５を通過する。Ｏ２光ファイバ１５の末
端部において、りん光を発するようにＯ２指示マトリッ
クス２７（ＰＴ５５）を励起する。上記りん光による光
信号はＯ２光ファイバ１５によりカップラ６７に戻され
る。 この光信号は、カップラ６７から光パスバンド・フィル
タ６９に送られる。該光パスバンドフィルタに６９を通
過するりん光による光信号は検知器７１によりモニタさ
れる。りん光の減衰する時間を計測することより、セン
サ１１の周囲の酸素ガスの濃度が決まる。センサ１１が
暴露されるＯ２の濃度が高くなる程、りん光はより早く
減衰する。本発明は、上記した実施例に限定されるもの
ではなく、当業者にとって明らかな範囲で種々の変形が
可能である。しかしながら、これらの変形は特許請求の
範囲により決まる本発明の技術的範囲に包含されるもの
である。
【図１】 本発明に係る分析用センサの第１実施例を
示す長手方向の概略図である。
示す長手方向の概略図である。
【図２】 図１の端面を示す図面である。
【図３】 第２実施例を示す長手方向の概略図である
。
。
【図４】 図３の端面を示す図面である。
【図５】 第３実施例を示す長手方向の概略図である
。
。
【図６】 図５の端面を示す図面である。
【図７】 本発明に係る分析用センサをＣＯ２、Ｏ２
及びペーハーを測定する光ファイバ・センサに使用する
システムのブロック線図である。
及びペーハーを測定する光ファイバ・センサに使用する
システムのブロック線図である。
１３、１３’，３３ 外装
１５，１５’，３５ Ｏ２光ファイバ１７，１７’，
３７ ｐＨ光ファイバ１９，１９’３９ ＣＯ２光
ファイバ２１，２１’，４１ ＣＯ２ペレット２５，
２５’，４５ ｐＨペレット ２７，２７’４７ Ｏ２指示マトリックス５１，５１
’，５３，５３’，５５ ＬＥＤ発光源５７，５７’
，５９，５９’ 比較器６１，６１’ 反射率カッ
プラ ６５，６５’ 反射信号検知器
３７ ｐＨ光ファイバ１９，１９’３９ ＣＯ２光
ファイバ２１，２１’，４１ ＣＯ２ペレット２５，
２５’，４５ ｐＨペレット ２７，２７’４７ Ｏ２指示マトリックス５１，５１
’，５３，５３’，５５ ＬＥＤ発光源５７，５７’
，５９，５９’ 比較器６１，６１’ 反射率カッ
プラ ６５，６５’ 反射信号検知器
Claims (23)
- 【請求項１】 （ａ）それぞれ長手方向軸線と末端部
を備え、該長手方向軸線がそれらを通って伝達する光信
号の方向と対応し、長手方向軸線が実質的に平行になる
と共に末端部の近傍において相互支持配列で一体に結合
するように配置した第１、第２及び第３光ファイバと、
（ｂ）第１指示分子を備えると共に上記第１光ファイバ
に隣接して配置され、該第１指示分子は分析用センサの
周囲における第１被分析物の濃度に依存する範囲に設定
した第１波長の光線に反応して第１信号を励起する第１
指示マトリックスと、 （ｃ）第２指示分子を備えると共に上記第２光ファイバ
に隣接して配置され、該第１指示分子は分析用センサの
周囲における第２被分析物の濃度に依存する範囲に設定
した第２波長の光線に反応して第２信号を励起する第２
指示マトリックスと、 （ｄ）第３指示分子を備えると共に上記第３光ファイバ
に隣接して配置され、該第３指示分子は分析用センサの
周囲における第３被分析物の濃度に依存する範囲に設定
した第３波長の光線に反応して第２信号を励起する第２
指示マトリックスとを備え、上記相互支持配列により上
記全ての光ファイバ及び指示マトリックスの取扱時の破
損を最小限としている複式の分析用センサ。 - 【請求項２】 上記第１指示マトリックスに隣接して
配置した第１光線反射材料と上記第２指示マトリックス
に隣接して配置した第２光線反射材料を備え、上記第１
及び第２信号はそれぞれ第１及び第２光線反射材料で反
射されると共に、上記第１及び第１被分析物の濃度の関
数として第１及び第２波長の光線の吸光度を指示し、上
記第３信号は、第３波長の光線に反応する第３指示分子
のりん光であって、第３被分析物の濃度の関数として変
化する請求項１記載の分析用センサ。 - 【請求項３】 上記第１、第２及び第３光ファイバの
末端部を隣接して三角形状配列としている請求項１記載
の分析用センサ。 - 【請求項４】 上記第１、第２及び第３光ファイバの
少なくとも本体部を被覆する外装を備える請求項３記載
の分析用センサ。 - 【請求項５】 少なくとも一つの指示マトリックスは
実質的にペレット形状であると共に、光ファイバの内の
対応する一つの末端部の実質的に平坦な面に取付けてい
る請求項１記載の分析用センサ。 - 【請求項６】 流線形を呈するように上記第１、第２
及び第３光ファイバの末端部を被覆している請求項１記
載の分析用センサ。 - 【請求項７】 上記光ファイバの内の２本の末端部が
、それぞれ他の１本の光ファイバより突出している請求
項１記載の分析用センサ。 - 【請求項８】 上記第１指示マトリックス及び第２指
示マトリックスは実質的にペレット形状であると共に、
それぞれ第１光ファイバ及び第２光ファイバの末端部の
平坦面に取付けている請求項１記載の分析用センサ。 - 【請求項９】 光ファイバの内の少なくとも２本を末
端部を疎水性材料で被覆している請求項１記載の分析用
センサ。 - 【請求項１０】 光ファイバの内の少なくとも１本の
末端部を親水性材料で被覆している請求項１記載の分析
用センサ。 - 【請求項１１】 上記第１及び第２指示マトリックス
はそれぞれ実質的に円柱形状のペレットを備え、これら
のペレットはそれぞれ第１光ファイバ及び第２光ファイ
バの末端部に形成した軸線を横断する平坦表面に取付け
ており、それぞれのペレットはそのペレットを取付けた
光ファイバの軸線を横断する平坦表面に対向して配置し
た光線反射層を備え、それぞれの光線反射層が平坦表面
に存在する光線をその光ファイバに戻すように反射する
ようにしている請求項１記載の分析用センサ。 - 【請求項１２】 流線形を呈するように上記第１、第
２及び第３光ファイバの末端部を被覆している請求項１
１記載の分析用センサ。 - 【請求項１３】 上記光ファイバの内の１本の末端部
を被覆しない一方、他の２本の光ファイバ末端部を被覆
している請求項１１記載の分析用センサ。 - 【請求項１４】 上記第１、第２及び第３指示材料の
内の一つが第１、第２及び第３被分析物の内の一つの作
用により光線を吸収し、上記指示材料の内の少なくとも
もう一つが励起されると光線を発し、この発光はそのも
う一つの被分析物の濃度の関数である時間間隔で継続す
る請求項１記載の分析用センサ。 - 【請求項１５】 血液中のガスを感知する分析用セン
サの製造方法であって、 （ａ）第１、第２及び第３光ファイバをこれらの全ての
光ファイバの長手方向軸線が実質的に平行となるように
配置する段階と、 （ｂ）分析用センサの周囲の第１被分析物の濃度に依存
して設定した第１波長の光線に反応して第１信号を励起
する第１指示分子を備える第１指示マトリックスを、上
記第１光ファイバの末端部に隣接して設ける段階と、（
ｃ）分析用センサの周囲の第２被分析物の濃度に依存し
て設定した第２波長の光線に反応して第２信号を励起す
る第２指示分子を備える第２指示マトリックスを、上記
第２光ファイバの末端部に隣接して設ける段階と、（ｄ
）分析用センサの周囲の第３被分析物の濃度に依存する
範囲に設定した信号に反応して第３信号を励起する第３
指示分子を備える第３指示マトリックスを上記第３光フ
ァイバの末端部に設け、上記全ての光ファイバを束ねる
段階と、 （ｅ）第１、第２及び第３光ファイバが互いに補強して
破損に対して抵抗することができるように、第１、第２
及び第３指示材料を配置した箇所で、第１、第２及び第
３光ファイバを隣接する配置で結合する段階とからなる
血液中のガスを感知する分析用センサの製造方法。 - 【請求項１６】 上記光ファイバを配置する段階は、
光ファイバを三角形配列に配置する段階を備える請求項
１５記載の製造方法。 - 【請求項１７】 上記光ファイバを配置する段階は、
光ファイバを交差して配置しないように該光ファイバの
それぞれの末端部を位置決めする段階を備える請求項１
５記載の製造方法。 - 【請求項１８】 上記光ファイバを配置する段階の前
に全ての光ファイバを保護ポリマーの薄いコーティング
で被覆する段階を備える請求項１６記載の製造方法。 - 【請求項１９】 上記光ファイバの内少なくとも２本
を疎水性材料で被覆する段階を備える請求項１６記載の
製造方法。 - 【請求項２０】 上記第１及び第２指示マトリックス
の内の一つを設ける段階は、第１及び第２光ファイバの
内の一つにペレットを付着する段階を備える請求項１６
記載の製造方法。 - 【請求項２１】 上記ペレットは光線反射材料を備え
る請求項２０記載の製造方法。 - 【請求項２２】 流線形状に形成するように光ファイ
バの末端部を被覆する段階を備える請求項１６記載の製
造方法。 - 【請求項２３】 平行な配列で長手方向に延在する複
数の光ファイバと複数の異なる被分析物を指示する被分
析物指示材料を備え、上記光ファイバは少なくとも長さ
方向の一部を共通の保護用外装内に収容すると共に、そ
の末端部を相互支持配列となるように形成すると共に一
体に結合し、上記それぞれの被分析物指示材料は複数の
被分析物の内の一つの濃度を感知すると共に、光ファイ
バに伝達される光信号が被分析物の内の異なる一つの濃
度の関数として変化するように光ファイバの内の一つの
末端部に配置し、上記光ファイバの相互支持配列により
この配列を形成する個々の光ファイバの破損に抵抗する
ようにしている医療用の分析用センサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US526,185 | 1990-05-18 | ||
| US07/526,185 US5047627A (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Configuration fiber-optic blood gas sensor bundle and method of making |
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|---|---|
| JPH04231850A true JPH04231850A (ja) | 1992-08-20 |
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ID=24096272
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JPH04231850A (ja) |
| AU (1) | AU646462B2 (ja) |
| CA (1) | CA2042794A1 (ja) |
| IE (1) | IE911658A1 (ja) |
| NZ (1) | NZ238153A (ja) |
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