JPH07509784A - 流体試料における複数の対象分析物を同時に視覚化し，化学的に検出するためのファイバーオプティックアレイセンサー，装置及び方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 流体試料における複数の対象分析物を同時に視覚化し、化学的に検出するための ファイバーオプティックアレイセンサー、装置及び方法 発明の分野 本出願は、一般に、定性及び定量分析決定のために組み合わせて使用されるファ イバーオプティックセンサー及び光吸収色素に関し、具体的には、複数の対象分 析物の同時検出のためのセンサーとして単一ファイバーオプティックアレイの準 備と使用に向けられる。

発明の背景 医療、生物化学及び化学分析決定のための光エネルギー吸収色素と組み合わせた 光ファイバー及び光フアイバーストランドの使用は、特にここ千年の間、急速な 発展を遂げた。そのような目的と技術のための光ファイバーの使用は、Ｍｉｌａ ｎｏｖｉｃｈ他による「医療分野のための新しい光フアイバー技術（”Ｎｏｖｅ ｌ　０ｐｔｉｃａｌ　ＦｉｂｅｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｍｅｄｉｃａ ｌ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”）Ｊ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ 　５ＰＩＥ２８ｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎ ｉｃａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　０ｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏ −Ｏｐｔｉｃｓ、・Ｖｏｌｕｍｅ４９４．１９８０．５ｅｉｔｚ、Ｗ、Ｈによる 「固定化インジケータ及びファイバーオプティックスに基づいた化学センサー（ ”Ｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｅｎｓｏｒｓ　Ｂａ５ｅｄ　ｏｎ　Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚ ｅｄ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ａｎｄＦｉｂｅｒ　０ｐｔｉｃｓ”）Ｊ、Ｃ，Ｒ ，Ｃ，ＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓ　Ｉｎ　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｃｈｅ ｍｉｓｔｒｙ。

Ｖｏｌ、１９．１９８８、ｐｐ、１３５−１７３、Ｗｏｌｆｂｅｉｓ。

Ｏ，Ｓ、による［分析化学におけるファイバー光フルオロセンサー（“Ｆｉｂｅ ｒ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｌｕｏｒｏｓｅｎｓｏｒｓ　１ｎＡｎａｌｙｔｉｃａｌ 　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”）Ｊ、Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｌｕｍ１ｎｅｓｃｅｎｃｅ 　ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＳＭｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏ ｎ（編集者Ｓ、　Ｇ、ＳｃｈｕＩｍａｎ）、Ｗｉｌｅｙ　＆　ＳｏｎｓＳＮｅｗ 　Ｙｏｒｋ、Ａｎｇｅｌ、Ｓ、Ｍ、、５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ２　（４）：　 ３８　（１９８７）、及びＷａｉｔ他による「化学センサーとミクロ計装（“Ｃ ｈｅｍｉｃａｌ　５ｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａ ｔｉｏｎ”）Ｊ、ＡＣ３Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　５ｅｒｉｅｓ、Ｖｏｌｕｍｅ４０ ３．１９８９、ｐ、２５２によって記載される。光フアイバーストランドは、一 般に、小断面直径のガラス又はプラスチック延伸棒である。光エネルギーがファ イバーストランドの一方の端部（従来「近位端」と呼ばれる）に投射される時、 多様な光エネルギー線が表面に打ち当たる角度は、臨界角よりも大きい。そして そのような光線は、継続する内面反射によりストランドの長さを通って「パイプ 伝達」され、究極的に、ストランドの反対端部（従来「遠位端」と呼ばれる）か ら発出する。一般に、これらのストランドの束は、多様な種々の応用において光 ファイバーとして集合的に使用される。

光ファイバーをセンサーに作り込むために、一つ以上の光エネルギー吸収色素が 、光ファイバーの遠位端部に付着される。それから、センサーは、生体外及び／ 又は生体内応用のために使用される。ここで使用された如く、光エネルギーは、 フォトエネルギーであり、そして任意の波長の電磁放射線として規定される。従 って、用語「光エネルギー」と′　「フォトエネルギー」は、従来多くの光学計 器及び装置において使用された赤外、可視及び紫外波長を含む。用語はまた、Ｘ 線及びマイクロ波波長の他のスペクトル領域を含む（しかし、これらは、一般に 、光ファイバーに関連して使用されない）。

一般に、適切なエネルギー源からの光は、ファイバー束における光ファイバーの 近位端部であるように選ばれるものを照明するために使用される。光は、光ファ イバーの長さに沿って伝搬する。そしてこの伝搬された光エネルギーの部分は、 光ファイバーの遠位端部を出て、一つ以上の光エネルギー吸収色素によって吸収 される。光エネルギー吸収色素は、固定化される又はされず、検出される一つ以 上の対象分析物を含有する流体試料において浮遊される又はされず、そして第２ 光学決定における続く使用のために保持される又はされない。

いったん光エネルギーが色素によって吸収されたならば、可変波長及び強度の光 エネルギーは、光ファイバーの遠位端部を通って戻り、同一ファイバー又はファ イバー集合を通って検出システムに伝達され、発出する光エネルギーが観察及び 測定される。一つ以上の対象分析物を含有する流体試料が存在し、どのような分 析物もない場合に、光ファイバーによって伝達された光エネルギーと光吸収色素 の特性の間の相互作用は、番　定性及び定量的決定のための光学的基礎を設ける 。多様な条件、装置、色素及び応用において現在公知の光フアイバーセンサーの 使用を単に例示するものとして、米国特許第４．８２２．７４６号、第４．１４ ４．４５２号、第４．４９５．２９３号とＲｅ、３１１８７９がある。

多くの光検出システムは、フォトダイオード又は光電子増倍管の如（、感光検出 器を使用する。光の空間分解能は、ビデオ、カメラ、及び電荷結合素子の如く２ 次元検出器で可能である。さらに、現在利用可能なマイクロ回路及び高度テレビ ジョン技術に鑑みて、多様な光像処理及び分析システムが、そのような光学分析 技術において吸収色素に導入され、そこから発出する光エネルギーを強化し、分 析し、数学的に処理するために現出した。一般に、これらのシステムは、光子測 定のための構成要素を設け、そして像捕獲、データ取得、データ処理及び分析、 及び使用者への視覚提示を含む。市販されるシステムとしては、Ｑｕａｎｔｅｘ 。

Ｉｎｃ、（Ｓｕｎｎｙｄａｌｅ、ＣＡ）によって販売されるＱＸ−７像処理及び 分析システムと、５ＰＥＸ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｉｎｃ。

（Ｅｄ　１ｓｏｎ、Ｎ、Ｊ、）によって提供されるＩＭ　５ｐｅｃｔｒ。

ｆ　Ｉｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ結像システムがある。これらの各システムは、全光 エネルギー決定の自動処理のための顕微鏡、カメラ、及び／又はテレビジョンそ ニクーと組み合わされる。

従来種々の分析目的のためにファイバーストランド及び光ファイバーの束で使用 された光吸収色素の多数の種々のクラスの中で、「フルオロフォア」と呼ばれる 吸収後に光エネルギーを発する組成と、「クロモフォア」と呼ばれる、光エネル ギーを吸収し、光として発する代わりに吸収された光エネルギーを内部変換する 組成がある。光ファイバーを使用するフルオロフォア及び蛍光検出方法は、光エ ネルギー吸収度と吸収分光学とは明確に異なり区別されるものと認識される。

蛍光は、特定波長において光エネルギー（光子）を吸収し、それから、より低い エネルギーにおけるより長い波長の光エネルギーを発する分子の能力に基づいた 物理的現象である。そのような発光は、一般に、１０−■〜１０−７秒の如く比 較的長く存続するならば、蛍光と呼ばれる。

蛍光を発することができる物質は、多数の共通の特性を共有し表示する。

すなわち、−波長又は周波数において光エネルギーを吸収し、励起エネルギー状 態に達し、続いて、別の光周波数及びエネルギーレベルにおいて光を発する能力 である。こうして、吸収及び蛍光放射スペクトルは、各フルオロフォアに対して 個別であり、しばしば、わずかに重なる２つの分離曲線においてグラフ表現され る。すべてのフルオロフォアは、５ｔｏｋｅｓのシフトを示す。すなわち、発せ られた光は、常に、物質によって吸収された励起光のより長い波長（及びエネル ギーレベル）にある。さらに、同一蛍光放射スペクトルは、一般に、励起光の波 長に拘わらず観察され、従って、励起光の波長とエネルギーは、限界内で変化さ れる。しかし、フルオロフォアによって発せられた光は、強度が変化するかもし れないが、常に、異なる波長の発光と同一発光スペクトルを設ける。最後に、蛍 光は、発せられた光の量子収率として測定される。蛍光量子収率は、フルオロフ ォアによって初期的に吸収された光子の数に比較した発出された光子の数の比率 である。これらの特性の各々に関するより詳細な情報については、次の参照文献 が推奨される。ＬａｋＯＷｉｃｚ、Ｊ、Ｒ，、蛍光分光学の原理（Ｐｒｉｎｃｉ ｐｌｅｓ　ｏｆＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、Ｐｌ ｅｎｕｍ　ＰｒｅｓｓＳＮｅｗ　Ｙｏｒｋ　１９８３、Ｆｒｅｉｆｅｌｄｅｒ。

Ｄ　、物理生化学、第２版、Ｗ、Ｈ，Ｆｒｅｅｍａｎ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ ＳＮｅｗ　Ｙｏｒｋ、１９８２、分子発光分光学方法及び応用：バー）１（”Ｍ ｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｌｕｍ１ｎｅｓｃｅｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　Ｍｅ ｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：ＰａｒｔＩ”）（編集者、Ｓ 、Ｇ、Ｓｃｈｕｌｍａｎ）、Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ、Ｖｏｌ、７ ７、Ｗｉｌｅｙ　＆５ｏｎｓ、Ｉｎｃ、　、１９８５、及びルミネセンスの理論 （ＴｈｅＴｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｌｕｍ１ｎｅｓｃｅｎｃｅ）、５ｔｅｐａｎｏｖ ａｎｄ　Ｇｒｉｂｋｏｖｓｋｉｉ、ｌ１ｊｆｆｅ　ＢｏｏｋｓＳＬｔｄ、　、Ｌ ｏｎｄｏｎ、１９６８゜ 比較して、光エネルギーを吸収し、蛍光を発しない物質は、通常、光エネルギー を熱又は運動エネルギーに変換する。吸収された光エネルギーを内部で変換する 能力は、色素を「クロモフォア」として識別する。

クロモフォアとして光エネルギーを吸収する色素は、エネルギーの個々の波長に おいてそれを行い、そしてその波長における示差的モル吸収係数を特徴とする。

ファイバーオプティックストランドを使用する化学分析と、吸収係数と組み合わ せた可視及び紫外光波長を使用する吸収分光学は、スペクトル測定により特定の 対象分析物の濃度の決定を許容する。

光ファイバーを介した吸収度測定の最も一般の使用は、Ｂｅｅｒｓの法則により 算出される濃度を決定するものである。従って、単−吸収度波長において、所与 の光波長において光エネルギーを吸収する組成の量が多いほど、試料の光密度が 大きくなる。このようにして、吸収された光の全量は、試料における組成の量に 直接に相関する。

定性及び定量的分析決定において光フアイバーセンサーを使用する最近の改良の 多くは、所与の技術又は装置を使用して、光ファイバーの遠位置において多様な 光吸収色素を沈積及び／又は固定化する要求に関する。このようにして、多様な 種々の光フアイバー化学センサー及び方法は、ｐ）１測定、酸素検出、及び二酸 化炭素分析の如く、特定の分析決定及び応用に対して報告された。これらの開発 は、次の出版物によって例示される。Ｆｒｅｅｍａｎ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、 ５３：９８　（１９８３）　、Ｌｉｐｐｉｔｓｃｈ他、Ａｎａｌ　Ｃｈｅｍ、Ａ ｃｔａ、２０５：１　（１９８８Ｌ、Ｗｏｌｆｂｅｉｎｇ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅ ｍ、６０：２０２８　（１９８８）、Ｊｏｒｄａｎ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、５ ９：４３７　（１９８７）Ｌｕｂｂｅｒｓ他、５ｅｎｓ、Ａｃｔｕｔｏｒｓ１９ ８３、Ｍｕｎｋｈｏ１ｍ他、Ｔａ１ａｎｔａ３５：１０９　（１９８８）　、Ｍ ｕｎｋｈｏ　１ｍ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、５８：１４２７（１９８６Ｌ　５ｅ ｉｔｚ、Ｗ、Ｒ，Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、５６：１６Ａ−３４Ａ　（１９８４）　 、Ｐｅｔｅｒｓｏｎ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ。

５２　：　８６４　（１９８０）　、５ａａｒｉ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、５４ ：８２１　（１９８２）、５ａａｒｉ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、５５：６６７　 （１９８３）　、Ｚｈｕｊｕｎ他、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、５６：２１９９　（１ ９８４）。

これらの多数の革新と開発に拘わらず、しかも応用が生体外又は生体内用途に意 図されるかに関係なく、単一光ファイバーセンサーを使用して、複数のパラメー タを測定し、流体試料において複数の対象分析物を検出することは、以前不可能 であり、そして今日でもほとんど不可能のままである。はとんど普遍的に受け入 れられる公理規則は、一つの色素が唯一の光学決定を許容するものである。この ため、現在、単一ファイバー光センサーは、流体試料における各個の化学分析物 又は種を測定することができる。二つ以上の分析決定が必要とされるならば、異 なる単一色素試薬を各々有する幾つかの異なるファイバー光センサーの使用が必 要とされる。

公理規則の存在及び許容に対する理由と基礎を認識し理解することが最も重要で ある。光ファイバーの使用スペクトル範囲は、約３００〜７００ｎｍであり、こ の波長領域の外側で主に高い減衰がある。多（の色素は、比較的広い励起（吸収 ）及び／又は発光スペクトルを有する。結果的に、２つ以上の色素が組み合わさ れる（各色素は異なる分析物に感応する）時、一般に、それらのスペクトルにお いて大きな重なりがある。

そしてこのスペクトル重なりは、各色素からの戻り（発出）光から現れルテコン ポルーションが困難な信号を生ずる。ファイバー光センサーに対して従来使用さ れた光ファイバーは、センサーの遠位端から戻る（発出）する全光エネルギーを 無秩序に混合することに注目することは重要である。こうして、色素がセンサー の遠位端において様々に位置付けられたとしても、戻り信号（発出する光エネル ギー）は、無秩序にスクランブルされ、このため、光学決定を行うために無益に される。はんのわずかな数のセンサーシステムが開発されたが、この場合、セン サーは最小のスペクトル重なりで複数の色素を使用する。こうして、一般用途に 対して、公理規則は、一つの色素が唯一の光学決定を許容することを展開した。

公理規則への明白な例外が与えられると、今も利用可能な従来のすべての光フア イバーセンサー及びシステムは、測定される各パラメータ又は分析物に対して分 離感知光ファイバー及び色素試薬の存在を要する。

各感知ファイバーは、全システムのサイズと複雑性を増大させる。そして幾何学 的に、複数の光学決定を同時に行う複雑性と困難性を増大させる。従って、複数 の色素試薬を使用し、種々の対象分析物の複数光学決定を同時に設けることがで きる単一結像ファイバー光センサーの開発は、この技術における当業者により主 な進歩及び実質的な改良として認識される。

発明の要約 本発明は、代替的な諸形態において規定される。第１規定は、流体試料において 少な（とも一つの対象分析物を検出するための装置において使用されるファイバ ーオプティックセンサーを設け、各対象分析物の検出は、個々の光学決定に相関 可能であり、該ファイバーオプティックセンサーは、 長さに沿って同軸に配設された複数の個別被覆、ファイバー光ストランドを具え 、複数のストランド端面から各々形成された２つの離散オプティックアレイ端部 を有する予備形成された単体ファイバーオプティックアレイであり、該予備形成 された単体ファイバーオプティックアレイは、決定可能な構成及び次元であり、 該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該２つの離散端部は、光 エネルギーの導入と伝達のための２つの離散オプティックアレイ表面を提示する 予備形成された単体ファイバーオプティックアレイと、 該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティックアレ イ表面の一方における複数のストランド端面の整列編成において連続した沈積と して配設された一つ以上の光エネルギー吸収色素を具える少なくとも一つの感知 ゾーンであり、該離散オプティックアレイ表面における該感知ゾーン内の整列編 成の各色素沈積の異なる空間的位置付けは、空間的に位置付けられた各色素が一 つの対象分析物と反応する該色素感知ゾーン内に配設された他のすべての光エネ ルギー吸収色素から各光エネルギー吸収色素を識別し区別するために役立つ少な くとも一つの感知ゾーンと、 該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティックアレ イ表面における該色素感知ゾーンに隣接した少なくとも一つの試料視野ゾーンで あり、該試料視野ゾーンは、該離散オプティックアレイ表面における固定空間位 置における整列編成において複数のストランド端面から形成される少なくとも一 つの試料視野ゾーンとを具備する。

本発明の第２代替規定は、流体試料において少なくとも一つの対象分析物を検出 するための装置を設け、各対象分析物の検出は、個々の光学決定に相関可能であ り、該装置は、 （ａ）長さに沿って同軸に配設された複数の個別被覆、ファイバー光ストランド を具え、複数のストランド端面から各々形成された２つの離散オプティックアレ イ端部を有する予備形成された単体ファイバーオプティックアレイであり、該予 備形成された単体ファイバーオプティックアレイは、決定可能な構成及び次元で あり、該単体ファイバーオプティックアレイの該２つの離散端部は、光エネルギ ーの導入と伝達のための２つの離散オプティックアレイ表面を提示する予備形成 された単体ファイバーオプティックアレイと、 （ｂ）該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティッ クアレイ表面の一方における複数のストランド端面の整列編成において連続した 沈積として配設された一つ以上のエネルギー吸収色素　゛を具える少なくとも一 つの感知ゾーンであり、該離散オブティックアレイ表面における該感知ゾーン内 の整列編成における各色素沈積の異なる空間的位置付けは、空間的に位置付けら れた各色素が一つの対象分析物と反応する、該色素感知ゾーン内に配設されたす べての他の光エネルギー吸収色素から各光エネルギー吸収色素を識別し区別する ために役立つ、　少なくとも一つの感知ゾーンと、 （Ｃ）該予備形成された単体オプティックアレイの該離散オプティックアレイ表 面における該感知ゾーンに隣接した少な（とも一つの試料視野ゾーンであり、該 試料視野ゾーンは、該離散オプティックアレイ端部における固定空間位置におけ る整列編成において複数のストランド端面から形成される少なくとも一つの試料 視野ゾーンとから成るファイバーオプティックセンサーと、 該ファイバーオプティックセンサーの該オプティックアレイ表面における該感知 ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を流体試料と反応接触させるための手 段と、 該ファイバー光ストランドが該導入光エネルギーを同時に伝達し、該オプティッ クアレイ表面における該感知ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を照明す る如く、該ファイバーオプティックセンサーのオプティックアレイ表面に光エネ ルギーを導入するための手段と、該オプティックアレイ表面における該感知ゾー ン内の該照明された空間的に位置付けられた色素から発出する光エネルギーを検 出するための手段であり、該検出された発出する光エネルギーは、流体試料にお ける一つの対象分析物のための光学決定として役立つ光エネルギーを検出するた めの手段と、 該オプティックアレイ表面における該試料視野ゾーンを介して流体試料を同時に 観察するための手段とを具備する。

第３代替規定は、流体試料において少な（とも一つの対象分析物を検出するため の方法を設け、各対象分析物の検出は、個々の光学決定に相関可能であり、該方 法は、 長さに沿って同軸に配設された複数の個別被覆、ファイバー光ストランドを具え 、複数のストランド端面から各々形成された２つの離散オプティックアレイ端部 を有する予備形成された単体ファイバーオプティックアレイであり、該予備形成 された単体ファイバーオプティックアレイは、光エネルギーの導入と伝達のため の２つの離散オプティックアレイ表面を提示する予備形成された単体ファイバー オプティックアレイと、該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの 該離散オプティックアレイ表面の一方における複数のストランド端面の整列編成 において連続した沈積として配設された一つ以上のエネルギー吸収色素を具える 少なくとも一つの感知ゾーンであり、各色素沈積の異なる空間的位置付けは、空 間的に位置付けられた各色素が一つの対象分析物と反応する該感知ゾーン内に配 設されるすべての他の光エネルギー吸収色素から各光エネルギー吸収色素を識別 し区別するために役立つ該離散オプティックアレイ表面における整列編成である 少なくとも一つの感知ゾーンと、該予備形成された単体ファイバーオプティック アレイの該離散オプティックアレイ表面における該感知ゾーンに隣接した少な（ とも一つの試料視野ゾーンであり、該試料視野ゾーンは、該離散オプティックア レイ表面における固定空間位置における整列編成において複数のストランド端面 から形成される少なくとも一つの試料視野ゾーンとから成るファイバーオプティ ックセンサーを獲得する段階と、該ファイバーオプティックセンサーの該オプテ ィックアレイ表面における該感知ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を流 体試料と反応接触させる段階と、該ファイバー光ストランドが該導入光エネルギ ーを同時に伝達し、該オプティックアレイ表面における該感知ゾーン内の該空間 的に位置付けられた色素を照明する如く、該ファイバーオプティックセンサーの オプティックアレイ表面に光エネルギーを導入する段階と、該オプティックアレ イ表面における該色素感知ゾーン内の該照明された空間的に位置付けられた色素 から発出する光エネルギーを検出する段階であり、該検出された発出する光エネ ルギーは、流体試料における一つの対象分析物のための光学決定として役立つ段 階と、該オプティックアレイ表面における該試料視野ゾーンを介して流体試料を 同時に観察する段階とを具備する。

図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面に関連して取った時、より容易かつ完全に理解されるであ ろう。

第１図は、好ましい個別被覆、ファイバー光ストランドの上面図である。

第２Ａ図と第２Ｂ図は、第１図のファイバー光ストランドの近位及び遠位表面の 図である。

第３Ａ図と第３Ｂ図は、第１図のファイバー光ストランドのための光学端面の代 替構成図である。

第４図は、第１図のファイバーオプティックストランドを使用する予備形成され た単体ファイバー光アレイの上面図である。

第５図は、第４図の単体ファイバーオプティックアレイの意図した遠位光学アレ イ表面の図である。

第６図は、第４図の単体ファイバーオプティックアレイの意図した近位光学アレ イ表面の図である。

第７図は、正確な空間位置において光エネルギーを同時に設けることができる照 明源の前面図である。

第８〜１３図は、第６図の遠位オプティックアレイ表面における色素感知ゾーン 内の正確な空間位置における個々の感光性色素の沈積中に行われた操作段階を示 す。

第１４図は、第６図の遠位光アレイ表面上の種々の空間位置での複数の連続色素 沈積の第１配置を示す。

第１５図は、第１４図の配置のための色素感知ゾーンと試料視野ゾーンの概略表 現図を示す。

第１６図は、第６図の遠位アレイ表面上の種々の空間位置での複数の連続色素沈 積の第２配置を示す。

第１７図は、第１６図の配置のための色素感知ゾーンと試料視野ゾーンの概略表 現図を示す。

第１８図は、第６図の遠位アレイ表面上の種々の空間位置での複数の連続色素沈 積の第３配置を示す。

第１９図は、第１８図の配置のための色素感知ゾーンと試料視野ゾーンの概略表 現図を示す。

第２０図は、第６図の遠位アレイ表面上の種々の空間位置での複数の連続色素沈 積の第４配置を示す。

第２１図は、第２０図の配置のための色素感知ゾーンと試料視野ゾーンの概略表 現図を示す。

−第２２図は、それぞれ、第１４〜２１図のファイバーオプティックセンサーを 具える自動化装置の概略ブロック図である。

第２３Ａ〜２３Ｄ図は、第２３図の装置を使用する、照明後の第１４図の連続し た色素沈積の結像写真である。

第２４Ａ図と第２４Ｂ図は、第２３図の装置を使用する、第１４図の個別色素沈 積の光強度の輪郭プロットの結像写真である。

第２５Ａ〜２５Ｃ図は、第２３図の装置を使用する、ｐＨ値を測定するための第 １４図の一つの色素沈積によって設けられた結像写真及びデータ表示である。

第２６Ａ図と第２６Ｂ図は、ｐＨを感知するための色素試薬の３つの離散ｐＨ感 応性沈積を有するファイバーオプティックセンサーの写真及び概略図である。

第２７Ａ〜２７Ｃ図は、第２６図のｐＨセンサーの蛍光強度を示す。

第２８Ａ〜２８Ｃ図は、第２７図の蛍光強度のコンピュータ生成３次元分析を示 す。

第２９Ａ図と第２９Ｂ図は、試料における酸素を検出するために二重ｐＨ及び０ ２センサーの容量を示す。

第３０図は、二重ｐＨ及び０２センサーにおけるｐ　ＣＯを感知色素の構成を示 す写真である。

本発明の詳細な説明 本発明は、ユニークなファイバーオプティックセンサーを使用して定性及び定量 的光学測定を行うためのファイバーオプティックセンサー、装置、システムと組 立体、及び方法における顕著な改良である。この単一ファイバーオプティックセ ンサーの物理的構成とその作製方法は、発明の決定的及び要求見地である。続い て記載される決定を行うための装置、方法、及び定性及び定量的検出のシステム は、本質的構成要素としてユニークなファイバーオプティックセンサーの存在と 使用に基づき、信頼性を置く。

本発明のユニークなファイバーオプティックセンサーと他の見地は、従来公知な 光ファイバー、ファイバーオプティックストランド、及び分析決定を行うための 蛍光測定及び比色定量光学システムへの見かけの類似性を有するが、本発明は、 以前利用可能でなかった複数の利益と主要な利点を設けることが認識かつ評価さ れる。これらには、１、長さに沿って同軸に配設された個別被覆、ファイバー光 ストランドから成る予備形成された単体ファイバーオプティックアレイを具え、 オプティックアレイの一方の端面での種々の空間位置において個別に配設された 少なくとも２つの連続した光エネルギー吸収色素沈積を有する完全に構成された ファイバー光センサ−。このユニークなファイバーオプティックセンサーは、単 一離散センサーを使用して、ｐＨ，酸素、二酸化炭素等の如（各種のパラメータ を測定するために、一つ以上の化学感知色素の使用を許容する。現在知られてい る限りにおいて、単一の離散結像ファイバーオプティックアレイと組み合わせた 複数の色素の使用は、今までいずれの目的又は応用のためにも構成されたことが なかった。

２、各種の生体外測定及び分析決定が、本発明により準備された単一ファイバー オプティックセンサーを使用して行われる。生体外応用及び評定技術は、一つ又 は複数の流体試料を使用して同時に行われる。種々の対象分析に対する各同時に 行われた測定又は決定は、個別に、精密かつ正確に行われる。観察された経験的 結果は、種々のパラメータ又はリガンドに関する正確な情報を個別に設けるため に相関され、及び／又は個々に計算される。

３、後述される装置及び測定手順とともにユニークなファイバーオプティックセ ンサーは、人間と動物に関する種々の生体内条件において使用される。本発明は 、限定された目的のために一緒に連結された従来の種々のセンサーの束ではなく 、単一離散ファイバーオプティックセンサーを使用して、精密かつ正確な測定及 び決定を設ける。本発明は、こうして、生体内カテーテル法に対する最小径セン サーと評定目的のための生きた検体の血流又は組織への最小侵入を設け、定性及 び／又は定量的項における複数のパラメータ測定とともに最大の精度及び正確さ と結合されて生きた検体への不快さと苦痛を最小にする。

４、本発明は、複数の光システム及び装置での使用のために適するファイバーオ プティックセンサーを設ける。そして重なるスペクトル特性を有する２つ以上の 光エネルギー吸収色素組成での使用のための特に適する。一般にある光エネルギ ー範囲又は波長に排他的に制限される従来公知のファイバーオプティックシステ ムと異なり、本発明は、赤外光、可視光及び紫外光波長を含むファイバーオプテ ィックストランドを通して伝達又は伝搬される光エネルギー又は波長の画側範囲 で準備され、使用される。センサーの多様性と範囲は、従来公知のもののすべて から利用可能な光エネルギー吸収色素の選択によってのみ制限される。

５、本発明のファイバーオプティックセンサーは、種々の分析決定を行い、試料 の視覚点検と同時に複数のパラメータを測定するために光吸収色素の使用を許容 する。明らかに、オプティックアレイ端面における色素感知ゾーン内の色素のた めの固定空間位置の要求条件により、到来する個々の光エネルギー強度及び波長 の空間分解能が生成される。さらに、個々の光信号の有効な分離が行われ、そし て光子混合の相伴う回避が維持される。このため、単一色素の使用に拘わらず、 色素感知ゾーンでの種々の空間位置の間のスペクトル性質及び特性の重なりはな い。同様に、単一色素の個別の空間位置付けによって起こされた空間分解能効果 のために、色素感知ゾーンから発散する種々の光エネルギー信号のスペクトル分 解能に対する必要性はない。従って、使用者は、色素による化学分析を行う間、 前及び後の任意の時点において、視野ゾーンを介して試料の内容物を観察するこ とができる。

６、本発明は、完全自動化、監視、コンピユータ化システムにおいて、使用者に ユニークなファイバーオプティックセンサーの使用を許容する。

多数の代替的な装置形態が、可能であり、適切である。これらすべての自動化シ ステムの目標は、光強度と位置をほぼ同時に表示する装置を使用者に設けること である。一般に、それらは、２つの一般形式である。

すなわち、光電管と電荷結合素子（ＣＣＤ）である。従来の構成のカメラは、そ のような自動化装置の一つの例である。そして極端な場合に、カメラにおける検 出要素さえも、単独で使用できる。

一つの望ましい装置形態において、ユニークなオプティックファイバーセンサー が、顕微鏡対物レンズ、カメラ、視覚モニター、及びコンピユータ化像処理及び 分析プログラムで使用される。完全自動化、コンピュータ制御処理装置及び測定 システムを設けるこの実施態様において、光エネルギーの強度と波長が、注意深 く制御される。光エネルギーは、特別に制御された機会と持続時間においてファ イバーオプティックセンサーに導入される。そして視覚化及び／又は分析測定の ために伝達された合成光像と発出する光子が、数学的に処理され、コンピュータ プログラムを介して即時使用データに相関され、しばしば、そのような完全自動 化、コンピユータ化装置及び分析システムを使用することにより、テレビジョン モニター又は他の表示装置において視覚化される。各種の光学決定が行われ、種 々のパラメータが単−流体試料内で同時に測定されるだけでなく、多数の種々の 流体試料が、複数の対象分析物の検出又は同時の視覚結像のために、各個々の流 体試料はその先行者に順番に続いて、順次に個々に観察かつ分析される。

７、本発明の単一ファイバーオプティックセンサーでは、一つの構成システムを 使用することにより、使用者は化学分析と光学検分の両方を行うことができる。

センサーは、ファイバー光ストランドから成り、直接の化学分析と、センサーが 据え付けられた試料環境の要求検分を許容する。センサーの固定化色素と多様な パラメータの評定に係わる分析決定は、使用者の必要又は希望に応じて、随意に 行われる。単一センサーを使用する直接検分と化学分析の二重ケイパビリティは 、光ファイバーが患者内部のどこにあるかを調べ、（レーザー光処置の如く）治 療処置を行うためにファイバーを使用し、（レーザー光処置の直後のコレステロ ール又はカルシウムイオン値の如く）処置の効果性を同時に測定するるために最 も望ましいアンジオプラスティの如く生体内応用のために特に都合が良い。

本発明は複数の形態において規定可能であり、多様な種々の目的及び応用のため に種々のモードにおいて使用されるために、本発明の全体としての主題は、構成 部分として個々に、それから、組立体として集合的に提示かつ記載され、将来の 使用者は、従来公知のファイバーオプティック装置及びシステムと比較して、主 要な差異と区別をより迅速に認識かつ評価する。

１、単一ファイバーオプティックセンサーの編成と構成ユニークなファイバーオ プティックセンサーは、３つの本質的な構成要素を具備する。すなわち、長さに 沿って同軸に配設された複数の個別被覆、ファイバー光ストランドから成る予備 形成された単体ファイバーオプティックアレイと、色素感知ゾーン内に個別に配 設された一つ以上の光エネルギー吸収色素と、試料視野ゾーンである。各構成要 素が、詳細に記載される。

Ａ、予備形成された単体ファイバーオプティックアレイユニークなファイバーオ プティックアレイ、その編成と構成、及びその構成部分が、それぞれ、第１〜８ 図によって示される。各離散、単体ファイバーオプティックアレイは、長さに沿 って同軸に配設された複数の個別被覆、ファイバー光ストランドから成る予備形 成された束である。

予備形成されたアレイ内の最小共通反復ユニットは、こうして、単一フアイバー 光ストランドである。これらの光フアイバーストランドが準備される方法とこれ らの準備された光ストランドが編成されたオプティックアレイに一括的に連結さ れる方法は、従来公知であるが、本発明の適正な理解と使用にとって基本的であ る。

個別被覆光ファイバーストランド 好ましい光フアイバーストランドが、第１図、第２Ａ図と第２Ｂ図によって示さ れる。示される如く、個別光フアイバーストランド１０は、棒状シャフト１４と ２つのファイバ一端部１６．１８を有する単一光ファイバー１２から成り、各フ ァイバ一端部は、はぼ平坦端面を設ける。ファイバ一端部１６における目的遠位 表面２０は、第２Ａ図によって示され、一方、ファイバ一端部１８における目的 近位表面２２は、第２Ｂ図内に示される。用語「近位」と「遠位」は、相対的で あり、ストランドが装置に最終的に位置付けられるまで相互交換可能であること は言うまでもない。光ファイバー１２は、一般にガラス又はプラスチックから成 り、そして端部１６と１８のいずれかにおいて導入された光エネルギーを伝達す ることができるたわみ棒である。そのような光ファイバー１２は、従来公知であ り、市販される。代替的に、使用者は、科学及び産業文献において報告された実 施と技術により個別光ファイバーを自分自身で準備する。従って、光ファイバー １２は、それ自体、従来公知で利用可能であると考えられる。

第１〜２図は、明確性と細部の詳細を設けるために、特徴が意図的に拡大され、 通常の尺度を超えて誇張された図であることが認められる。

一般に、従来の光ファイバーは、５〜５００マイクロメートルの断面直径を有し 、そして（実験室における）数メートルないしくフィールドテレコミュニケーシ ョンにおける）数キロメートルの範囲に長さにおいて定型的に使用される。さら に、光ファイバー１２は第１〜２図により、略円形近位及び遠位端面を有する円 筒形延伸棒として示されるが、この特定構成は維持される必要性又は要求はない 。対照的に、光ファイバーは、多角形又はその長さに沿って非対称形状であり、 近位及び／又は遠位面において特殊パターン及び形状を設け、そしてほぼ平坦な 端面を提示する必要はない。それにも拘わらず、最良の成果に対し、平坦端面を 有する略円筒形棒状光ファイバーは最も望ましいと現在考えられる。

各光ファイバー１２は、望ましくは、しかし必ずというわけではないが、クラツ ディング２６によるその長さに沿って軸方向に個別に被覆される。このクラツデ ィング２６は、コアよりもより低い屈折率を有する任意の材料から成り、光ファ イバー１２から外部環境への光エネルギー光子の透過を防止する。クラツディン グ材料２６は、こうして、いろいろなガラス、シリコン、プラスチック、布、め っき、及び種々の化学組成及び製法の遮蔽物質を含む、多様な根本的に異なる化 学製剤から成る。

光ファイバー１２が被覆される方法はまた、簡単であり、本発明にとって重要で はない。堆積、押出し、及び被覆の方法が、科学的及び産業的に利用可能である 。そして公知のプロセスの任意が、使用者の必要条件と都合を満たすように選ば れる。さらに、使用クラツディングの量は、光ファイバー１２によって伝達され た光エネルギーが周囲環境に漏れるのを効果的に防止する最小量である必要があ るのみである。このため、第１図と第２図にそれぞれ現れるクラツディング２６ の深さは、一般関係を示すために非常に誇張され、外観において意図的に肥厚に され、そしてクラツディング２６と光ファイバー１２の間の尺度又は正確な比率 はないことが認識かつ評価される。

また、第１図と第２図によって示された如く、クラツディング２６の構成は、好 ましい実施態様と同様に円形被覆として形状付けられたことが認識される。続い て十分に明らかになる理由のために、クラツディング２６は、丸い円形形状とし て規則的な幾何形式における形態を取ることが望ましい。しかし、例示された構 成は、光ファイバー１２の長さに沿った同軸の構成であるために、クラツディン グ２６の好ましい実施態様である。明確性の付加の目的のために、第１図は、光 ファイバー１２とその長さに沿って間延のクラツディング２６の間の関係を示す ために、部分的断面において個別被覆光ファイバーストランド１０を示す。

使用者はまた、第３Ａ図と第３Ｂ図によって示された如く、光ファイバー１２の 「遠位」端部１６の構成に関する多様な裁量選択を有する。

第３Ａ図に示される如（、「遠位」端部１６は、略円筒形状であり、望ましくは 、はぼ平坦でなめらかな表面２０を提示する。第３Ｂ図に代替物として、遠位端 部３０が、その略円筒形状を維持しながら、それにも拘わらず、光ファイバー１ ２に対する非常に異なる端面を設ける。表面３２は、一般に数マイクロメートル の深さの光ファイバー１２の物質に貫入するくぼみ又は縦穴を含む。縦穴３４は 、第３Ｂ図内でほぼ円形であるように見えるが、卵形又は不規則構成くぼみもま た、使用者の必要性又は便利さに合う如く使用される。同様に、最大深さから近 位表面３２への縦穴３４の空隙容積もまた、かなり変化される。

ストランド端部に対する次元的及び構成的変形の範囲と多様性は、光ファイバー １２の目的遠位表面における色素組成／製剤を続いて配設し、固定化する使用者 の能力によってのみ制限されることが認識かつ評価される。第３Ｂ図によって示 された代替物は、沈積された色素材料の量を増大させ、そしてまた、特定用途と 評定応用に対して表面における反応性接触のために色素のより大きな表面積を許 容する。幾つかの実施態様において、遠位端面の最大可能表面積構成は、補助と して高度に望ましい。それにも拘わらず、定性及び定量の多くの一般評定目的の ために、はぼ平坦ななめらかな表面として第３Ａ図内に示された目的遠位表面は 、適切であり、望ましいと考えられる。

ファイバーオプティックセンサーの一般構成に対し、そして後述される改良光検 出システム及び手順の多くの目的と応用に対して、裸の露出ストランドよりはむ しろ、第１図、第２Ａ図と第２Ｂ図によって示された個別被覆、ファイバー光ス トランドを使用することが望ましい。明らかに、単一光ファイバーを具える第１ 図の光フアイバーストランド１０は、さやを形成するクラツディング材料２６の ために、任意の他の光ファイバー又はストランドに光エネルギー光子を透過する ことができない。

ストランドコアよりも小さな屈折率のこのさやは、一般環境への光エネルギー光 子の損失を防止する。従って、光子損失、ひずみ、又は他の光学誤差の潜在性が 、最小にされ、縮小される。これらの理由のために、個別被覆、光ファイバーの 構成モードは、より大きな正確さと精度を達成するために、裸の光フアイバース トランドの使用よりも好ましい。

予備形成された単体アレイ 予備形成されたファイバーオプティックセンサーを具える単一反復ユニットは、 前述の個別被覆ファイバーオプティックストランドであるが、発明の本質的な構 成要素は単体アレイとしての多数の個別被覆ファイバー光ストランドの編成的位 置付は及び整列である。一般の凝集性ファイバーオプティックアレイが、それぞ れ、第４〜６図によって示される。

単体ファイバー光アレイ１００は、第４図内のスケールに関係なく、誇張された 、非常に単純化された図において現れる。予備形成されたアレイは、固定及び決 定可能な構成及び次元の離散単体オプティックアレイ１０４として、それぞれの 長さに沿って同軸に一括的にある複数の個別被覆ファイバー光ストランドから成 る。オプティックアレイ１０４は、単体棒状集合本体１０６と、複数のストラン ド端面から形成した目的遠位及び近位集合端部１０８．１１０とを有する。目的 遠位集合端部１０８は、はぼ平坦ななめらかなオプティックアレイ表面１１２を 設ける。

同様に、目的近位集合端部１１０は、オプティックアレイ表面１１４を設ける。

形態表面１１６は、多数のストランドが離散単一体として集合的に合体している 如く、付加的な被覆材料１１８による一括的な各ファイバー光ストランド１０２ のクラツディングの結果である。このようにして、集合アレイ本体１０６の外面 １１６は、許容される有益な方法により組立体として構成され、次元を決められ る。略円筒形構成及び形態が、単に一つの好ましい実施態様として、単体結像フ ァイバーオプティックアレイ１００によって維持され、提示されることが認識か つ評価される。任意の他の規則的又は不規則的構成及び設計が、各使用者の必要 性又は希望を満足するために達成され、使用される。

理解の明確性と容易さの目的のために、第５図と第６図は、予備形成された光ア レイ１０４内に存在する非常に制限され非常に縮小された数の個別被覆ファイバ ー光ストランド１０２を提示する。総数１２０の個別被覆、ファイバー光ストラ ンドが、非常に拡大され、誇張された尺度の図において光アレイ１０４を具備す ることが見られる。さらに、他の光アレイ表面１１４（目的近位端部）に関する 光アレイ表面１１２（目的遠位端部）の関係は、制限数１２０の光フアイバース トランドを使用する時、単純化され、より容易に認められる。しかし、実際かつ 現実に、一般に、Ｑ、５ｍｍ径の従来のアレイにおいて１０００〜３０００光フ アイバーストランドがあり、そして最大１０．０００ストランドが、３００μｍ 径の距離において整列されることが推定される。こうして、単体の結像ファイバ ーオブテ′イックアレイを形成する個別被覆ファイバーオプティックストランド の真の総数は、かなり太き（、総数は、各光ファイバーの断面直径と光フアイバ ーストランド自体を構成する時使用されるクラツディング材料の厚さにより変化 する。

一般のファイバー光単体アレイ内の構成、編成及び位置整列が、第４〜６図によ って示される。説明の目的のみのために、個別被覆光ファイバーストランドの各 々は、位置においてまっすぐの直線であると想定され、第５図と第６図により示 された如く、識別番号８１〜５１２０を任意に割り当てられている。第５図の目 的遠位オブテ（’７クアレイ表面１１２は、個別ファイバー光ストランドＳ１〜 ５１２０の各々が、ストランドの端面に対する空間の位置付は座標番号のセ・ソ トにより、予備形成されたアレイ１０４内の任意の他の光コアイノく−ストラン ドからとともに、その隣接に配設された近隣のものから識別され、区別されるこ とを示す。目的遠位オプティックアレイ表面１１２は、こうして、第５図に示さ れた如く、２つの軸方向に任意に分割される。Ｓ１ストランドの正確な位置は、 こうして、ストランドの端面を示す数値座標ｒＸ［ＤＪによって識別可能である 。同様に、Ｓ７２フアイバーの正確な空間位置付は及びストランド端面は、ｒＶ ＩＭＪとして指定可能である。このようにして、各光フアイバーストランドＳ１ 〜５１２０に対する個別の空間位置及びストランド端面は、こうして、座標番号 ラベル体系を使用して完全に配置及び識別可能である。

他のオプティックアレイ表面１１４（目的近位表面）は、第６図に示される如（ 、再び二重軸の数値座標の結果として、各個別光ストランドの空間位置付けによ って（ストランドのまっすぐな直線整列を想定して）類似の識別モードを許容す る。従って、ファイバー及びストランド端面Ｓ１は、数値位置ｒ１２ｄＪに位置 し、そしてファイバーＳ７２は、そ　゛の個別数値座標「６ｍ」によりオプティ ックアレイ表面におけるすべての他のファイバーから識別可能、配置可能、及び 区別可能である。このようにして、離散オプティックアレイ表面１１２．１１４ の各々における各個別被覆光ファイバーストランドとストランド端面の精密かつ 正確な位置が、一連の２つの異なる数値座標を介して、配置、識別かつ指定され る。目的遠位及び近位オプティックアレイ表面は、こうして、単体ファイバー光 アレイ１００の予備形成された集合体１０６におけるその存在に拘わらず、個別 ファイバー光ストランド１０２により、完全に識別及び区別可能である。

また、単体アレイ１００内の個別被覆光ファイバーストランド１０２の全体編成 は、集合本体１０６の全長で凝集性のある一貫的な整列方法において、その相対 編成位置付けを維持する整列平行ストランドである。

これは、本発明の予備形成された光フアイバーアレイに対して最も望ましく、か つ最も容品な構成可能な編成スキームであると考えられる。

この高度に編成された凝集性な硬直に整列集合構成は、最も望ましいと考えられ るが、この高度の編成整列は、単体光アレイの各すべての実施態様に対する°絶 対必要条件ではない。代替的な製造上の実施は、長さに沿って同軸に配設された 個別被覆、光フアイバーストランドのより無秩序な配置を許容する。望ましくは ないが、光フアイバーストランドの部分的に無秩序な配置と完全に無秩序な整列 はまた、光ファイバーの単体集合体と、２つの離散オプティックアレイ表面を設 ける近位及び遠位集合端部を生ずる。しかし、そのような実施態様において、そ の目的遠位端部が数値位置ｒＩＪＪにあると判明される光フアイバーストランド １０２は、「１ｃ」として指定された目的近位端部位置を無秩序に提示する。こ のため、個別被覆光ファイバーストランドは長さの全体に沿って相互に隣接して いるが、相互に関するそれらの位置は、部分的又は全体的に変化し、これにより 、編成上の構成の無秩序性において変化する半凝集性又は非凝集性整列を生成す ることが認識される。一つのストランドの目的近位端部の位置付けは、単体オプ ティックアレイ内の目的遠位端部の位置付けと整列され、及び／又は同一である という必要性はない。このため、そのような無秩序に編成された光アレイ構成に おいで、ストランド端面に対する正確な近位及び遠位端部位置付けは、一方のオ プティックアレイ端部における個別光ファイバーを通って光エネルギーを伝達し 、同一の単一ファイバーストランドの他方の端部から励起する光エネルギー光子 の位置を経験的に決定することにより、測定かつ識別される。より面倒で不便で あるが、単体アレイにおいて各個別の光フアイバーストランドの近位及び遠位端 部を経験的に調和させるこの特別な段階を行うことにより、アレイの各端部にお けるファイバーの正確な空間位置付けを識別する数値座標の類似の完全セットが 獲得される。

単体結像光ファイバーアレイ（一様に凝集性、半熱秩序、又は完全に無秩序な編 成のいずれか）の構成の全体は、一方のオプティックアレイ表面における一つの 特定位置において任意の決定可能な波長の光エネルギー光子を導入し、それから 、他方のオプティックアレイ表面における出光エネルギーの空間位置を正確に予 測することができる手段を設ける。

このため、単体ファイバーオプティックアレイの第５図と第６図（それぞれ目的 遠位及び近位オプティックアレイ表面）により示されたストランドの好ましい完 全に凝集性かつ硬直に維持された平行整列を使用することにより、使用者は、オ プティックアレイ表面１１４における特定空間位置、例えば、ファイバー８１、 Ｓ７と８８のみへ光エネルギーを導入し、そして光エネルギーは、３つの光フア イバーストランドのみにより伝達され、オプティックアレイ表面１１２のみにお ける数値位置「■Ｄ」、ｒＸ［ｃＪとｒＸ［ＤＪから出る。他の光エネルギーは 、オプティックアレイ表面１１２４の任意の他の空間位置から現れない。同様に 、特定波長の光エネルギーが、それぞれ、ファイバー５１０７．５１０８と５１ １５を介して、オプティックアレイ表面１１２において導入されるならば、使用 者は、光エネルギーは３つのみの光ファイバーによって伝達され、それぞれ、数 値座標位置番号２Ｃ１２ｄと１ｄのオプティックアレイ表面１１４において退出 し、このオプティックアレイ表面における他の空間位置からは退出しない。この ようにして、予備形成されたアレイにおける各光フアイバーストランドの個別の 空間位置付けの知識を有するだけでなく、また、実際かつ信頼性のある形態でオ プティックアレイ表面の全体内の個別の光フアイバーストランドから発出する光 エネルギー光子を識別し、正確に配置する能力を有する。

従って、任意の光フアイバーアレイ構成の臨界的かつ本質的な必要条件は、予備 形成された単体ファイバー光アレイの集合体内の種々のファイバー光ストランド を介して、光エネルギーの正確な空間位置導入と収束のためのケイパビリティを 許容し、かつ要求する。単体アレイの一つのオプティックアレイ表面における正 確な空間位置において光エネルギー光子を導入し、数個のファイバー光ストラン ドの長さに沿って導入光エネルギーを伝達し、かつ単体アレイの他のオプティッ クアレイ表面における第２の正確に公知の空間位置において収束した光エネルギ ーの退出を制御するこのケイパビリティは、ここで提示された単一ファイバーオ プティックセンサーの顕著な特徴であり、本質である。

Ｂ、光エネルギー吸収色素及び色素混合物を具える色素感知ゾーン本発明のユニ ークなファイバー光センサーは、一つ以上の光エネルギー吸収色素が単体ファイ バーオプティックアレイの光アレイ表面における色素感知ゾーン内の固定空間位 置において個別に配設されることを要する。それは、同一オプティックアレイ表 面において同時に配設されたすべての他の光エネルギー吸収色素から各色素を識 別し区別するために役立つ離散光アレイ表面の識別可能な色素感知ゾーン内に一 つ以上の色素の個別の空間位置付けであり、各それぞれの色素に対する個別光エ ネルギーの無秩序な混合を回避し除去する配設された色素の間の空間分解能を設 ける。

色素感知ゾーン内で、各空間的に位置付けられた色素は、オプティックアレイ表 面における個別位置において配設され、唯一の対象りガント又は分析物と反応す る。そして光エネルギーの部分を吸収及び反射し、又は光を吸収し、続いて異な る波長の光エネルギーを発することによりそのような反応性接触の実証が示され る。そのような反射又は発光エネルギーは、固定化色素と整列した位置において 個別のファイバーオプティックストランドを介して伝達される。そのような伝達 された光は、正確な位置の空間位置においてのみ他方のオプティックアレイ表面 から発出し、こうして、オプティックアレイ表面における発光の正確な空間位置 付けと空間分解能を介して、他のファイバー光ストランドによりて伝達された他 の光エネルギーから区別可能である。このようにして、単一チャネル光ファイバ ーの従来の制限と要求は、結像ファイバー光アレイ内のストランドが配設された 各色素に対する空間位置付けを保持することがら除去される。こうして、スペク トル分解能に対する伝統的な必要条件は、色素の各々を空間的に分解するための 結像ファイバー光アレイによる能力のために取り除かれる。

色素感知ゾーン内に、結像ファイバー光アレイの一つのオプティックアレイ表面 上の種々の正確な空間位置において個々に使用され、配設された色素は、すべて 従来公知であり、しばしば市販される。本発明は、多様なりラスの光エネルギー 吸収色素のすべての一般使用特性とケイパビリティが、特定使用又は応用のため の必要又は望ましい如く使用されることを意図される。各種の色素を例示するも のとしては、下記の表工と■内のフルオロフォア、蛍光酵素基質、蛍光抗体共役 、及びクロモフォアがある。

表■ エオシン　５２０−５３０ｎｍ　５３８０−５８０ｎｍ（５５０ｎｍ） ＴＲＩＴＣアミン　５５５ｎｍ　５７０−６１０ｎｍ（５９０ｎｍ） キニン　３３０−３５２ｎｍ　３８２−４５０ｎｍフルオレセインＷ　４８８− ４９６ｎｍ　５３０ｎｍアクリジンイエロー　４６４ｎｍ　５００ｎｍリサミン ローダミン　５６７ｎｍ　’５８０ｎｍＢスルホリルクロリド エリトロセイン　５０４ｎｍ　５６０ｎｍルテニウム　４６０　ｎｍ　５８０　 ｎｍ（トリス、ビピリジウム） テキサスレッド　５９６ｎｍ　６１５ｎｍスルホリルクロリド Ｂフィコエリトリン　５４５．５６５ｎｍ　５７５ｎｍニコチンアミドアデニン 　３４０ｎｍ　４３５ｎｍジヌクレオチド（ＮＡＤＮ） フラビンアデニン　４５０ｎｍ　５３Ｑｎｍジヌクレオチド（ＦＡＤ） カルボキシ　５８７ｎｍ　６４０ｎｍ セミナフトローダフルオル ナフトフルオレセイン　５９４ｎｍ　６６３ｎｍＢ、フルオレセント酵素基質 フルオレセイン　４５２ｎｍ　５１８ｎｍモノーＢ−Ｄ−ガラクトピラノシド レゾルフィン　４６８ｎｍ　５８４ｎｍＢ−Ｄ−グルクロニド ８−アセトキシピレン　３６８ｎｍ　３９１ｎｍ−１，３，６−トリスルホン酸 トリナトリウム塩 補酵素Ａ　３３９ｎｍ　３７７ｎｍ （１−ピレンブタン酸）エステル フルオー３：遊離酸　５０６ｎｍ　５２６ｎｍ［Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｐｒｏｂ ｅｓ、Ｅｕｇｅｎｅ、ＣＡ］クインー２、四カリウム　３５２ｎｍ　４９２ｎｍ 蛍光抗体共役 テキサスレソドゴートアンチモース　５９０ｎｍ　６１５ｎｍＦｇ　Ｇ　共役 蛋白質Ａフルオレセイン共役　４８０ｎｍ　５２０ｎｍアンチアトラジンフルオ レセイン　４８０ｎｍ　５２Ｏｎｍ共役 アンチジゴキンンテキサスレッド　５９０ｎｍ　６１５ｎｍ共役 表■ エネルギー吸収度 クロモフォアＳ　範囲（λｍａｘ） 鉄−サリチレート複体　５３０ｎｍ イダミン色素　５９０ｎｍ ＩＮＴホルマリン色素 ホプキンスコール色素　５６０ｎｍ キノンイミン色素　５００ｎｍ Ｆｅ　（ＳＣＨ）　１２　４６０ｎｍ マラカイトグリーン　６２０ｎｍ ４−ブロモＡ−２３１８７３４０ｎｍ 遊離酸 クレゾールレッド　４１５ｎｍ、酸 ５７０ｎｍ、塩基 フェノフタレン　６００ｎｍ オキシンブルー　４５０ｎｍ、酸 ６００ｎｍ、塩基 ジフェニルカルバゾン　５７５ｎｍ ジスルホン酸 クロムボルドー８　５７５　ｎｍ カルマジト　６５０ｎｍ ニンヒドリン色素　６５０ｎｍ また、光エネルギー吸収色素、色素製剤及び色素混合物の範囲、種類及び多様性 は、有効であるために単−光源又は光エネルギー供給によらないことが認識かつ 評価される。決定可能な波長の光エネルギーは望ましくは電気光源、すなわち、 発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、レーザーダイオード及びその光エネルギ ー帯が一般にフィルター、回折格子、偏光フィルターによって制御選択されるか 、又は代替的に、プリズム、レンズ又は他の光学／スペクトル物品を介して光エ ネルギーの多様な広い波長に分割されるフィラメント灯によって設けられるが、 これらは、排他的に、使用光エネルギーの唯一の源ではない。明らかに、いろい ろな応用及び状況において、化学光エネルギー、生物発光、及び他の一般的でな い又は従来使用された光エネルギー源もまた、使用されると考えられる。従って 、真の光源や光エネルギー光子の性質、伝達又は伝搬される方法は、重要ではな （、取るに足らない。

加えて、空間的に位置付けられた色素は、光反応性接触のための他の材料及び化 学化合物を個々に具備する。こうして、各空間的に位置付け　′られた色素は、 事実、発光及び光吸収色素の混合物として個々に処方される。そしてまた、特定 の色素特性と相互作用することができる、従来作成された多様な他の光エネルギ ー感応性化合物を具備する。そのような多重の色素製剤及び組合ぜの性質を単に 例示するものとして、［蛍光分子内エネルギー転移共役組成及び検出方法（”Ｆ ｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　Ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｒ ａｎｓｆｅｒ　Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｄｅ ｔｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ”）」と題する１９８９年１月６日に提出され た同時係属米国特許出願第２９４．１７５号内に記載かつ請求され、そしてまた 、組成は、１９８９年４月１８日に発行された米国特許第４．８７２．７４６号 内に記載された。この文献は、参照として本書に個々に明確に取り入れられる。

色素混合物の固定化 一つの光学アレイ表面における正確に空間配置された位置において個別色素を沈 積する時、色素製剤は、他の位置に移動することなく、個別に各々に割り当てら れた個別の空間位置において固定化されている必要がある。色素沈積と固定化の 複数の方法が、従来公知である。こうして、一つ以上の色素と他の化学化合物を 含む特定の蛍光性又は比色定量色素製剤を準備し、そして光学アレイ表面におけ る特定の空間配置及び位置において色素製剤を沈積する。色素沈積の従来の実施 の中で、熱技術、イオン化技術、プラズマ方法、及び電気開始手順を含む多様な ポリマー化プロセスが公知である。これらの種々の方法論は、次の出版物によっ て例示され、各文献は、参照として本書に明確に取り入れられる。熱力法：Ｇｒ ａｈａｍ他、Ｊ、Ｏｒｇ、Ｃｈｅｍ、４４　：９０７　（１９７９）；５ｔｉｃ ｋｉｅｒとＭｅｙｅｒｈｏｆｆ、Ｍａｋｒｏｍａｌ、Ｃｈｅｍ、１７９：２７２ ９　（１９７８）；及びＢｒａｎｄ他、Ｍａｋｒｏｍｏｆ、Ｃｈｅｍ、１８１： ９１３　（１９８０）、イオン化方法：Ａ、Ｃｈａｐｉｒｏ、ポリマー系の放射 線化学（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｓ ｙｓｔｅｍｓ）ＩＶ章、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅｓ、Ｉｎｃ、　 、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、１９６２　；　Ｊ、Ｅ、Ｗｉ　１　ｓｏｎ、モノマー、ポ リマー及びプラスチックの放射線化学（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒ ｙ　ｏｆ　Ｍ。

ｎｏｍｅｒｓＳＰｏｌｙｍｅｒｓ、ａｎｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、１−５章、Ｍ ａｒｃｅｌ　Ｄｅｋｋｅｒ、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、１９７４゜プラズマ方法：Ｙａ ｓｕｄａ、Ｗ、とＴ、Ｓ、Ｈｓｕ、Ｊ、Ｐｏｌｙｍ。

Ｓｃｉ、Ｐｏｌｙｍ、Ｃｈｅｍ、Ｅｄ、１５：８１　（１９７７）；Ｔｉｂｂｅ ｔ　を他、巨大分子（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）、１０：６４７　（１９ ７７）　。電気開始方法：Ｐｉｓｔｏｒｉａ、Ｇ、　とＯ，Ｂａｇｎａｒｅｌｌ ｉＳＪ、Ｐｏｌｙｍ、Ｓｃｉ、Ｐｏｌｙｍ、　、Ｃｈｅｍ。

Ｅｄ、１７二１００　（１９７９）；及びＰｈ１ｌｉｐｓ他、Ｊ、Ｐｏｌｙｍ、 Ｓｃｉ、Ｐｏｌｙｍｌ、Ｃｈｅｍ、Ｅｄ、１５：１５６３　（１９７７）。

色素沈積と固定化の好ましい方法は、光活性化として公知のプロセスにより、光 ポリマー化可能な製剤として一つ以上の前選定された光エネルギー吸収色素との 混合物において一つ以上の光活性化モノマー調合剤を使用する。そのようなモノ マー調合剤は、一般に、幾つかのモノマーの混合溶液と、化学的に架橋される有 機担体に共役される少なくとも一つの光エネルギー吸収色素の濃度を具備する。

後に光活性化される混合物を調製するために適する種々のモノマー組成の代表リ ストが、表■に与えられる。そして混合と光ポリマー化のために準備された共役 色素の例示的列挙が、下記の表■によっ”ζ与えられる。

表■ Ｎ、Ｎ−メチレンビス（アクリルアミド）ヒドロキシエチルメタクリレート スチレン 酢酸ビニル （Ｎ−（３−アミノプロピル）メス−アクリルアミドヒドロクロリド［Ｋｏｄａ ｋ、Ｉｎｃ、］Ｂ、コモノマー ジメチルシロキサン （アクリロキシプロピル）メチル　（１５−２０％）（アミノプロピル）メチル 　（３−５％）（メタクリロキシプロピル）メチル　（２−３％）Ｃ，Ｔ構造 ポリジメチルシロキサン メタアクリロキシプロピル　（２５−５０％）ビニル　（５０−７５％） 表■ 共役色素 アクリロイルフルオレセイン アクリロイルエオシン アクリロイルエオシン ８−ヒドロキシピレン １．３ジスルホン酸 アクリロイル セミナフトールロダフルオル アクリロイル セミナフトフルオレセイン 表■と表■の列挙は、一つ以上の光エネルギー吸収色素との混合において有益に 使用される多数の種々の物質を単に表現する。加えて、科学的及び産業上の文献 は、本発明を行う際の使用に適する多数の代替的なモノマー調合剤及び混合物を 設ける。従って、これらの従来公知のモノマー調合剤のすべては、本発明の範囲 内にあると考えられる。

■、ファイバーオプティックセンサーを作製する好ましい方法本発明の一部を具 備するユニークなファイバーオプティックセンサーを作製する最も望ましい方法 を示すために、そして完全に構成されたファイバーオプティックセンサーを使用 して光学決定を行うための効用と有効性の確証として、ｐＨ及び酸素濃度を同時 に測定することができるセンサーを作製するための操作段階の詳細な説明が提示 される。しかし、後述の詳細な説明は、単に例示であり、一つの光学アレイ表面 における正確な空間位置に一つ以上の色素を配設して作製される各種のセンサー を表現し、各配役色素は、流体試料における対象りガント又は分析物と反応し、 個別に検出することができる。ここで記載された如く、使用色素は、ｐＨの変化 と酸素濃度の変化と相関される分析物を検出し精密に測定する能力に対して選ば れた。

表面シラン化 初期的に、第４〜６図にそれぞれ示されたものに類似する結像ファイバーオプテ ィックアレイは、商業供給源［Ａｐｐｌｉｅｄ　ＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃｓ　Ｉｎ ｃ、　、ＳｏｕｔｈｂｒｉｄｇｅＳＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔ、ｓ］から獲得さ れた。一つの光学アレイ表面は、色素アセトンにおいて分散させた３−（トリメ トキシシリル）プロピルメタクリレートの２０％溶液に沈められ、２時間の持続 時間に対して浸漬させた。

シラン化の後、この光学アレイ表面が、まず、乾燥アセトンで、それから、蒸留 水で水洗いされた。結像ファイバーオプティックアレイの準備光学アレイ表面は 、光ポリマー化プロセスにおいて１時間以内使用された。

結像ファイバ一連結 ファイバーオプティックコネクタとフェルール［ＡＭＰｌ　Ｉｎｃ、、Ｈａｒｒ ｉｓｂｕｒｇＳＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ］が、結像ファイバーオプティックア レイの遠位アレイ表面における正確な空間位置へ可変波長の光エネルギーを輸送 することができるファイバーオプティックケーブルに対して結像ファイバーオプ ティックアレイを物理的に固着するように修正された。一つの代表的な光ケーブ ルの外面が、第７図による拡大図に示される。

第７図の光ケーブルの点検により、座標番号を介した個別光源が第５図と第６図 の空間位置に正確に対応し、そして（直線座標を介して空間的に正確に位置付け られ、識別可能である）個別ファイバー光ストランドＳ１〜５１２０と直接に整 列されることが（明確性のために誇張され、高度に単純化された図において）示 される。こうして、源Ｌ１から生ずる光は、座標番号ｒ１２ａＪにおいて空間的 に位置付けられたファイバーＳＬのみに導入され、同様に、源Ｌ８５から発出す る光エネルギーは、座標「４ａ」においてファイバー８８５として識別可能な近 位光学アレイ表面における正確な空間的位置のみに導入される。このようにして 、所定の前選定ファイバーオプティックストランドは、指定持続時間に対して、 使用者個人によって望まれた時点において、決定可能な波長の光エネルギーを収 容する。そしてオプティックアレイ面の表面における正確な空間的位置にあるス トランド以外の他の光フアイバーストランドは、光エネルギーを収容する。この ため、光ケーブルにおいてどの光源が使用されるかの意図的な選定により、使用 者は、前選定された正確な空間的位置にのみ随意に光エネルギーを導入し、光ア レイ表面におけるその位置のみに正確に存在することが知られたファイバー光ス トランドにのみ光エネルギーを導入する。

しかし、多くの実際の使用の事例において、第７図の光ケーブルは、その制限の ための使用されない。単一フアイバー光ストランドの一般断面直径は、わずかに ２〜２０マイクロメートルであることを認識し、そしてさらに、オプティックア レイ表面における既知の空間的位置において正確に沈積された色素が、望ましく は単一ファイバーストランドの直径よりもずっと大きな表面積を設け、かつ包囲 することを認識すると、明らかに、第７図に示されたものの如く、そのような制 限された１対１対応の光ケーブルのみを使用することは、非実際的であり、機能 的に不必要である。

このため、現実の実施において、光の微細な集束と正確な配置を許容するフィル ター保持器においてピンホールを有する点灯装置が、ｐＨ及び酸素センサーの作 製において使用される。このピンホール装置は、複数の光源を有するケーブルで はなく、唯一の照明光源を有し、そして単一ビンホールは、数十個の個別被覆、 光フアイバーストランドに集束光エネルギーを同時に導入するための光源として 作用する。同時に照明されたストランドのすべては、正確に既知の空間位置にお いて結像ファイバーオプティックアレイ内に隣接して位置付けられる。このよう にして、単一のピンホール光源は、多重のファイバーストランドに対応し、同時 に整列される。そして複数のストランド面上の色素の沈積を同時に許容する。集 束光の単−源を使用する利点と利益は、色素の制御容積が、最小時間と労力でオ プティックアレイにおける前選定空間位置において正確に沈積されることである 。

第７図の光ケーブルは、その意図した目的のために完全に動作するが、実際上の 使用のためにはあまりにも厄介であり、近位オプティックアレイ表面における正 確な位置に光エネルギーを導入する原理を示すための代表物品としてのみ設けら れ、そして色素が遠位オプティックアレイ表面における前選定位置において光ポ リマー化され、正確に位置付けられる方法と仕方を単に示すために使用される。

原理と意図した結果を示したが、結像ファイバーオプティックアレイのファイバ ー光ストランドとの対応の光源は、溶解した色素が空間的に分離し、オプティッ クアレイ表面において相互に空間的に識別可能である限り役立つことが認識され 、評価される。

モノマー調製 ｐＨ感知色素混合物が、次の如く処方された。５．６３Ｍアクリルアミドと０． ０７４６Ｍ　Ｎ、Ｎ−メチレンビス（アクリルアミド）の水溶液が、リン酸緩衝 溶液（ｐＨ６，６）において調合された。代表貯蔵溶液は、５．０ｍｌのビス（ アクリルアミド）、３．０ｍｌのアクリルアミド、５．０ｍｌのりボフラビン、 １０ｍｇのアクリロイルフルオレセインから成り、好ましくは、ガラス容器にお いて調製された。それから、貯蔵容器は、１時間の持続時間に対して分子窒素を 調製された混合物に泡立てることにより、脱酸素化された。加えて、新しい触媒 溶液が、０．０５ｍ１のｐＨ６，６のリン酸緩衝液において４０ｍｇのアンモニ ウム過硫酸塩を溶解することにより調製された。続いて、最終混合物は、３．０ ｍｌの貯蔵溶液と０．５ｍｌの調製された触媒溶液を組み合わせることにより作 成される。

有益な望ましい代替的なモノマー調製として、個々の溶液が、２ｍｇのアクリロ イルテトラメチルロダミンが１０ｍｇのアクリロイルフルオレセインに対して置 き換えられることを除いて前述の如く調製される。

酸素感知色素混合物は、次の如く調合された。１０ｍ１のメチルアクリロキシプ ロピルＴ構造［Ｐｅｔｒａｒｃｈ　Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｂｒ１ｓｔｏｌ、Ｐｅｎｎ ５ｙｌｖａｎｉａ］が、１．０ｍｌのメタノールにおける１００ｍｇのカンファ ーキノンと１．０ｍｌメタノールにおける１０ｍｇのトリス（２，２’−ビピリ ジルルテニウム（ＩＩ）クロリドへキサヒトレート［Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｏｍｐ ａｎｙ、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ］と組み合わされた。この調 製された貯蔵溶液は、それから、１時間の持続時間に対して調製により分子窒素 を泡立てることにより脱酸素化された。約３．０ｍｌの調製された貯蔵溶液が、 ポリマー化目的のために使用された。

光ポリマー化 光ポリマー化中行われる操作が、それぞれ、第８〜１３図により示される。説明 の目的のみのために、第５図のオプティックアレイ表面の非常に拡大され単純化 された構成と第７図の光ケーブルが、再び使用される。

第８〜１３図に示される如く、ファイバー光コネクタ１３０と照明源１４０は、 前述の結像ファイバーオプティックアレイの一方のオプティックアレイ表面の特 定領域を照明するためのケイパビリティを設ける。こうして、第８図の照明源１ ４０の表面から発出する光エネルギー光子は、それぞれ、光源Ｌ１、Ｌ７、Ｌ８ 、Ｌｉ２、Ｌｉ２、Ｌ２５、Ｌ２６とＬ２７、Ｌ２８によってのみ生成される。

これらの正確な空間位置における光エネルギーのみが、単体ファイバー光アレイ １００の遠位オプティックアレイ表面１１４の方に向けられる。結果的に、第８ 図により示された如く、空間位置座標１２ｄ、ｌｌｃ、１ｉｄ１１０ｂ、１０ｃ 、１０ｄ、９ａ、９ｂ、９ｃと９ｄにおいて位置するファイバー光ストランドの みが、それぞれ、照明源１４０によって設けられた光エネルギー光子を収容する 。それから、第９図に示された如く、これらの対応する個別被覆、ファイバー光 ストランド（Ｓｌ、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ ２７と５２８）のみが、単体ファイバー光アレイ１００の本体を通って導入され た光エネルギーを伝達し、そして光は、上記の第５図に示される如く正確な空間 位置（すなわち、座標番号ＸＩＤ、Ｘ［Ｃ，Ｘ［Ｄ、ＸＢ５ＸＣ５ＸＤ、ＩＸＡ 、ＩＸＢ、ＩＸＣとＩＸＤ）においてオプティックアレイ表面１１２を出る。遠 位アレイ表面１１２における他の空間位置はこの操作中照明されないことが認識 され、評価される。

第１ポリマー化段階 光エネルギー光子が、第９図により示された正確な空間位置のみにおいて遠位ア レイ表面１１２から発出するために、オプティックアレイ表面１１２は、アクリ ロイルフルオレセインを含む調製されたｐＨ感知色素モノマー混合物に浸される 。使用されたこの空間位置付はゾーンにおいて使用された光は、３７０ｎｍの光 であり、そしてオプティックアレイ表面は、約１時間の持続時間に対してモノマ ー製剤と反応させられた。

ｐＨモノマー混合物と３７０ｎｍ光の間の反応性接触は、近位アレイ表面におけ る照明された空間位置においてのみフルオレセイン色素の沈積と固定化を起こし た光ポリマー化反応を開始させた。こうして、光ポリマー化の割り当てられた反 応時間の終端において、ポリマー化フルオレセイン色素の離散円錐形状容積１５ ０が、これらの正確に識別可能な位置のみにおいてオプティックアレイ表面に沈 積され、固定化された。そして色素の位置は、数値座標系を使用して、オプティ ックアレイ表面におけるすべての他の空間位置から正確に識別可能であり、区別 可能である。結果は、第１０図によって示される。

しかし、第６図は、オプティックアレイ表面の非常に単純化された図を提示し、 累積的な１２０のファイバーストランド面を設け、そしてさらに、各ファイバー オプティックストランドを包囲するクラツディング材料の量は、明確性の向上と 理解の容易性のために意図的に誇張されることが記憶されなければならない。し かし、現実の実施と事実において、結像ファイバーオプティックアレイの平方ミ リメートル当たり約２５０゜０００フアイバーストランドがある。そしてファイ バーストランドを包囲するクラツディング材料の厚さは、完全に可視であるため に極めて大きな拡大を必要とするために肥厚にされる。ファイバーストランド直 径の密度は、対応するクラツディング材料よりも圧倒的に大きいために、クラツ ディング材料の存在と提示に拘わらず、結像ファイバーオプティックアレイ内の 個別ファイバーの間に事実上有効な空間はない。結果的に、色素調合が光ポリマ ー化され、かつオプティックアレイ表面上に沈積される時、色素は、離散かつ連 続したユニットとして多重のファイバーオプティックストランドの面を覆い包囲 する単一連続容積又は円錐として沈積される。

第２ポリマー化段階 第１ポリマー化が記載された如く完了された後、照明源１４０が、光位置Ｌ８５ 、Ｌ８６、Ｌ８７、Ｌ８８、Ｌ９７、Ｌ９８、Ｌ９９、Ｌｉ０７、Ｌｉ０８とＬ ｉ２Ｓに対応する異なる組の光源を照明するために再び使用された。これらの光 源のみからの光エネルギーは、座標位１１４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、３ｂ、３ｃ 、３ｄ、２ｃ、２ｄと１ｄにおいてオプティックアレイ表面に正確に光エネルギ ー光子を導入した。代わって、これは、導入された光エネルギー光子をファイバ ーＳ８５、Ｓ８６、Ｓ８７、Ｓ８８、Ｓ９７、Ｓ９８、Ｓ９９．５１０７．５１ ０８と５１１５によってのみ伝達させた。他のファイバーストランドは、照明さ れず、そして他のファイバーストランドは、どこにも光エネルギーを伝達しなか った。これは、それぞれ、第１１図と第１２図により示される。

結果的に、第１２図に現れる如く、これらの個別被覆、ファイバー光ストランド のみによって保持された光エネルギーは、光を伝達させ、座標位置番号ｒＶＡ、 ＩＶＢ、ＩＶＣ，ＩＶＤ、ｍＢ１１［ＩＣ，ｍＤ、ｎｃ、ｎＤとＩＤにおいての みオプティックアレイ表面１１２を出る。オプティックアレイ表面における正確 な空間位置のみにおいて現れる光波長は３７０ｎｍであった。それから、オプテ ィックアレイ表面が、調製された酸素感知色素モノマー混合物に浸され、そして 光エネルギーは、２分の持続時間に対して調製された混合物と反応させられた。

この反応時間中、光ポリマー化が進行し、そして混合物におけるルテニウム色素 が、照明されたホース空間位置のみに沈積された。このようにして、ルテニウム 色素は、座標番号によって識別可能な正確に照明された位置のみにおいて光ポリ マー化によって固定化された。反応性接触のための割り当て時間の終端において 、結像ファイバーオプティックアレイの遠位光アレイ表面は、第２モノマー混合 物から除去され、座標番号ｒＶＡ、ＴＶＢ、ｒＶＣ。

ＩＶＤ、ｍＢ、Ｉ［ＩＤ、ｎｃＸｌｎＤとＩＤによって正確に識別可能な正確な 空間位置において固定化ルテニウム色素の沈積を示した。ルテニウム色素の離散 円錐１６０は、第１３図により示された如く、近位アレイ表面から突出している ことが見られる。

再び、一般条件下で、結像ファイバーオプティックアレイにおけるファイバース トランド直径の密度は、対応するクラツディング材料の量を圧倒的に超過するた めに、光ポリマー化プロセス中ファイバーストランドの間の有効な分離はないこ とが認識され、評価される。こうして、前選定され照明された空間位置のみにお けるルテニウム色素混合物の光ポリマー化は、遠位オプティックアレイ表面にお ける多重ファイバー面を包囲し覆うために十分大きな表面積の色素の単一の単体 連続容積又は円錐の沈積を生ずる。結像ファイバーオプティックアレイ内のクラ ツディングの存在は、色素沈積の連続性に干渉せず、又はそれを妨げない。結果 は、色素を沈積するためのどの特定プロセスが使用されるか、そして有利な光ポ リマー化技術が使用されるか否かに拘わらず、真であり、かつ不変である。

この分野における当業者は、照明ファイバー又はケーブル自体が、センサーを作 製するための光活性化方法において使用されるという必要性又は要求はないこと を今認識するであろう。対照的に、光ポリマー化が進行する結像ファイバーオプ ティックアレイの領域の個別部分にビン点の光を導入することを単に必要とする 。こうして、例えば、レンズ及び／又はレーザーを使用して、等価な効果を達成 することができる。従って、光を導入する従来公知の手段又は方法は、本発明の 範囲内にあると考えられる。

完成した光ポリマー化プロセスの結果は、第１４図に示され、この場合、フルオ レセインのポリマー化円錐１５０とルテニウム色素のポリマー化円錐１６０は、 オプティックアレイ表面における離散色素感知ゾーンにおける正確な空間位置に おいて個別に位置し、識別可能である。また、遠位オプティックアレイ表面１１ ２の多くは、妨げられず、また隠蔽されない。そして隠蔽されないストランド空 間位置の任意において近位アレイ表面１１４に導入された光は伝達され、近くに 別個に位置付けられた色素円錐１５０．１６０に作用又は影響しない分離視野ゾ ーン内の妨げられない光子として遠位オプティックアレイ表面から出ることが認 識される。このため、これらの領域は、これらのファイバー面と直接に接触した 容積を検分するために使用される。

■、離散視野ゾーン ここで記載される好ましい光ポリマー化プロセスは、予備形成された単体オプテ ィックアレイセンサーの遠位アレイ表面における広範囲かつ多様な色素感知ゾー ンと隠蔽されない離散視野ゾーンを設ける。以前詳細に記載されたこの構成を例 示するものとして、遠位オプティックアレイ表面１１２における色素円錐１５０ と１６０を示す第１４図がある。

この間−遠位オプティックアレイ表面の代替的な概略表現図が、第１５図により 示され、この場合、色素円錐１５０と１６０は、集合的に、色素感知ゾーン１７ ０内にあり、形成し、一方、残りの妨げられないアレイ表面は試料視野ゾーン１ ８０として役立つ。なお、色素感知ゾーン自体は、それぞれ、色素１５０と１６ ０を含む２つの離散部分１７０ａと１７０ｂから形成される。対照的に、使用者 は、それぞれ、ストラン１’Ｓ２−８６．５９−８１４．５１８−３２４、Ｓ　 ２９−Ｓ　３６．５３７−５８４．５８９−８９６、Ｓｌ、０Ｏ−８１０６，５ １０９−５ｌ１４と５１１６−８１２０によって形成したオプティックアレイセ ンサーの残部に光を導入することにより、要求で又は随意に試料の内容物を検分 する。これらのストランドは、共に、遠位アレイ表面において単一視野ゾーン１ ８０を設ける。

色素感知ゾーンと視野ゾーンの別の望ましい配置が、第１６図と第１７図に示さ れる。この形態において、３つの異なる連続した色素沈積２００．２０２と２０ ４が、色素感知ゾーン２１０内に形成される。色素沈積２００．２０２と２０４ は、単一分析物の検出のために化学的に類似し、又は３つの異なる分析物の独立 の検出のための個別に異なる。この遠位アレイ表面における残りの光フアイバー ストランド面は、覆われず、隠蔽されない。これらは、こうして、３つの明確な 領域２２０ａ。

２２０ｂと２２００を有する視野ゾーン２２０を形成する。このようにして、使 用者は、視野ゾーン領域の任意を介した試料の視覚点検と検査と同時に、一つ以 上の分析物決定を行う。

単体センサーの遠位オプティックアレイ表面における色素感知ゾーンと離散視野 ゾーンの間の望ましい関係の第３の例示が、第１８図と第１９図に示される。こ の例において、４つの連続した色素沈積２５０．２５２．２５４と２５６が、オ プティックアレイ表面の外周において個々に位置付けられる。集合的に、それら は、センサーのための色素感知ゾーン２６０を具備し、望ましくは、それぞれ領 域２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃと２６０ｄを介して４つの異なる分析決定を設 ける。オプティックアレイ表面の中央において、試料と周囲環境の同時の視覚検 査のために単一の略矩形状の視野ゾーン２７０がある。定義により、用語「同時 」は、「前」、「同時」と「後」の語を含む。こうして、使用者は、各人の必要 又は所望によりセンサーの視野ゾーンを介して随意に試料と隣接位置の視覚検査 を行う。

遠位光アレイ表面における色素感知ゾーンと視野ゾーンの第４の例示の配置が、 それぞれ、第２０図と第２１図により設けられる。４つの連続した色素沈積２８ ０．２８２．２８４と２８６は、遠位光アレイ表面における異なる空間位置にお いて固定され、そして色素感知ゾーン２９０を共に形成し、かつその内側にある 。望ましくは、異なる化学色素は、オプティックアレイ表面の直径でまっすぐに 固定された領域２９０ａ。

２９０ｂ、２９０ｃと２９０ｄを具備する。視野ゾーン２９６は、色素感知ゾー ン２９０の両側において位置付けられた２つの明確な半円形領域２９６ａと２９ ６ｂによって形成される。

第１４〜２１図は、遠位オプティックアレイ表面において調製された色素感知ゾ ーンと視野ゾーンの多数の異なる配置を単に表現することが認識され、評価され る。明らかに、色素感知ゾーンは、個別的又は集合的に少なくとも一つの対象分 析物を検出することができる一つ又は複数の色素沈積を形成される。同様に、視 野ゾーンは、試料とすぐ隣接する環境の視覚点検のために一つの領域又は複数の 領域を具備する。従って、光アレイ表面における少なくとも一つの色素感知ゾー ンと少なくとも一つ視野ゾーンを設ける配置は、本発明の範囲内にある。

■、ユニークなファイバーオプティックセンサーを使用する検出装置好ましい完 全自動化コンピュータ制御装置及び検出システムが、第２２図にブロック形式で 示される。そこに示された如（、コントローラ３００は、特定波長の光エネルギ ー光子の発生から定性及び定量的パラメータにおいて測定された光像の制御と検 出まで、像処理及び検出システムを生成し制御するために役立つ。そのようなコ ントローラは、市販されるものであり、全体装置が単一キーボードから制御され るマイクロプロセッサ−とコンピュータに、ソフトウェアとハードウェアを設け る。

そのような市販されるコントローラは、経験的に検出測定される光データの視覚 表示と数学的計算のためのモニターを設けるＱＸ−７像処理システム［Ｑｕａｎ ｔｅｘ、Ｉｎｃ、］である。コントローラ３００は、所定の波長の光エネルギー の選択のために第１モノクロメータ−又はフィルター３０４を通過する高強度光 ビーム３０２を制御する。それから、コントローラ３００は、第１光エネルギー 光子をオプションのファイバ−オプティックケーブル３０６を介して、遠位オプ ティックアレイ表面における別々の異なる正確な空間位置において個別に固定化 された一つ以上の光エネルギー吸収色素を有する完全に構成されたファイバーオ プティックセンサー３０８の近位オプティックアレイ表面に指向させる。

ファイバーオプティックセンサー３０８の遠位オプティックアレイ表面が、ファ イバーオプティックセンサーの遠位オプティックアレイ表面との反応性接触のた めに流体試料が導入される試料保持器に置かれた。導入された光は、試料保持器 ３１０内の対象分析物と反応した色素を照明する。

ファイバーオプティックセンサー３０８の遠位オプティックアレイ表面に配設さ れた色素と保持器３１０における流体試料の間の反応性接触の結果として、（発 光又は反射により）色素から発出する光エネルギーは、ファイバーオプティック センサー３０８におけるファイバーオプティックストランドを通って伝達され、 そして発光エネルギーとして近位オプティックアレイ表面において発出する。装 置は、望ましくは、ビームスプリッタ−又はダイクロイックミラーにより構成さ れ、その結果、発光エネルギーは、導入光の原入射ビームに直角に観察される。

それから、発光エネルギーは、波長分析のために第２モノクロメータ−又はフィ ルター３１２を通過し、それから、発光エネルギーとして存在する光子の定性及 び定量的測定のために感光性検出器３１４に降下する。検出器３１４は、一般に カメラである。検出器３１４はまた、その波長と存在する光子の量の関数として 、発光強度を数学的に算出しプロットするコントローラ３００と直接に交信する 。データ及び数学的計算は、好ましくは、個々の対象分析物と反応する色素の視 覚像を設け、そしてまた、生又は数学的に算出及び相関されたフォーマットにお いて経験データを設ける、モニターディスプレイ３１６において視覚的に検分さ れる。

多数の事例において、試料保持器３１０は、ファイバーオプティックセンサーの 遠位オプティック表面における固定化色素と流体試料における対象分析物の間の 反応性接触のための密閉室を設けるほかに、顕微鏡又はカメラ装置としての形式 を取る。多数の他の計器は、使用者が必要又は希望する時、詳細な情報を設ける ために自動化システムにおけるいろいろな位置においてオプションとして付加さ れる。

また、使用者が、所望に応じて、一つ以上の位置において像処理及び検出装置及 びシステムを手動で動作させることは、オプションとして利用可能である。代替 的な組立体が創設され、この場合、操作段階の全順序は、実験又は分析の特定目 的のために手動で行われる。しかし、多くの事例において、そして一般動作目的 のために、ここで記載された完全自動化、コンピユータ化結像及び処理システム は、最も望ましい。

第２２図によりブロック形式において示された装置は、光エネルギーがファイバ ーオプションセンサーの遠位オプティックアレイ表面における色素感知ゾーン内 に配設された個別色素の各々に同時に導入かつ伝達されることを意図する。完全 自動化装置及び像処理システムの真の価値と利益は、同−又は異なる波長の光エ ネルギーはオプティックファイバーセンサーの近位オプティックアレイ表面にお いて正確に導入され、そして前識別され選定されたファイバー光ストランドが、 流体試料との反応性接触の後、センサーの遠位光アレイ表面における単一空間位 置において正確に位置する一つの固定化色素に個別光エネルギーを伝達すること である。そしてそれ自身の個別の対象分析物との反応性接触の後に、各固定化色 素からの色素感知ゾーンにおける発光は、最短可能時間期間において干渉なしに 、独立に検出及び測定を可能にする正確な空間位置からの制御された発光により 認識されることである。完全自動化、コンピュータ制御システムは、こうして、 ファイバーオプティックセンサーの近位オプティックアレイ表面の異なる空間位 置における発光の間の偶然の混合又は干渉なしに、複数の決定、測定及び検出を 同時に数分の１秒内に行うことができる。それから、コントローラは、各正確な 空間位置において発出する光を識別し、定量化し、そして特定評定目的のために 意味ある決定を設けるために、光エネルギーデータを数学的に計算し、特定パラ メータと相関させることができる。

■、改良されたファイバーオプティックセンサー及び検出装置を使用する経験的 測定及びデータ 一つの正確な空間位置における光ポリマー化フルオレセイン色素とオプティック センサーの遠位オプティックアレイ表面における第２の正確な空間位置における 光ポリマー化ルテニウム色素を有する構成ファイバー光センサーを使用して、光 エネルギーのそれ自身の特定波長における各個別色素を使用する能力が示される 。光ポリマー化フルオレセイン色素が、Ｍｕｎｋｈｏ１ｍ他［Ａｎａ　１．Ｃｈ ｅｍ、５８　：１４２７　（１９８６）］内に記載された手順により、ｐＨの測 定のために使用され、その文献は参照として本書に明確に取り入れられる。同様 に、光ポリマー化ルテニウム色素は、Ｗｏｌｆｂｅｉｓ他［Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ 、６０　：　２０２８　（１９８８）］によって記載された手順を使用して、流 体試料における酸素濃度の測定のために使用され、この文献は参照として本書に 明確に取り入れられる。ｐＨと酸素を同時に検出及び測定することができるこの 意図的に準備されたファイバーオプティックセンサーは、ここで記載された完全 自動化、コンピユータ化結像及び処理システムを使用して、第２２図内に以前に 示された装置で使用される。

ファイバーオプティックセンサーの遠位オプティックアレイ表面における正確な 空間位置において配設された固定化フルオレセイン及びルテニウム色素の性質に 関して、これらの色素のスペクトル特性は、前述の表Ｉ内に示された如く、重な る励起光波長を有するフルオロフォアとして認識される。代替的に、使用者が望 むならば、同一の励起光及び発光波長を有する一つ以上の酸素色素がまた、ファ イバーオプティックセンサーによって設けた光エネルギーの空間分解能により困 難なしに使用される。

実験１：個別固定化色素の視覚化 ファイバーオプティックセンサーの遠位オプティックアレイ表面における個別の 空間位置において正確に配設された固定化色素を視覚化し使用する能力を示すた めに、励起光の導入後のｐＨ及び酸素感知色素の各々からの発光エネルギーが、 自動化装置の制御像処理システムを使用して、像として検出され、処理された。

それから、像は、コンピユータ化制御システムを使用して、テレビジョンモニタ ーシステムを介して視覚化された。続いて、励起光波長におけるわずかな変動を 使用して、コンピュータ処理結像システムによって最良の視覚化像が獲得される かが判定された。正確に空間的に位置付けられた色素に特に伝達された励起光エ ネルギーのわずかに異なる波長を使用する結果が、それぞれ、第２３Ａ〜２３Ｄ 図によって設けられる。

ここで示された如く、各色素からの検出発光波長は、個々に処理され、テレビジ ョンモニターにおいて完全な像として表示され、そして特定に位置付けられた各 色素に対する特定数値座標に位置的に対応する２つの異なる略円形固定化色素像 を顕示した。像強度における差異とモニターディスプレイにおける背景雑音によ って表される如く、視覚化光像の強度は、自動化システムの動作条件に幾らか依 存して変化する。それにも拘わらず、各色素は、明確かつ明白に可視であり、発 光エネルギーにおける変動を設け、そしてファイバーオプティックセンサーの遠 位オプティックアレイ表面におけるその正確な空間位置付けに基づいて、他から 識別及び区別可能である。

実験２：輪郭強度プロット 第２実験は、上記の実験１に対して記載された手順により行われ、この場合、フ ァイバーオプティックセンサーの遠位オプティックアレイ表面における個別空間 位置における固定化色素の各々からの検出及び測定発光波長が、視覚ディスプレ イとして強度を決定するために輪郭プロットとして処理された。コンピユータ化 ソフトウェアプログラムは、励起の後各色素からの発光を使用して、そのような グラフィック表示をテレビジョンモニターにおいて視覚化させる。従って、励起 光エネルギーは、近位オプティックアレイ表面に導入され、それから、遠位オプ ティックアレイ表面における個別の固定化色素の各々にファイバー光センサー内 のファイバー光ストランドによって伝達された。そして近位オプティックアレイ 表面に伝達された発出された光は、コンピユータ化結像処理自動化システムを使 用して、検出及び測定された。結果は、それぞれ、第２４Ａ図と第２４Ｂ図によ り示された如（、モニターにおいて視覚化され、表示される。

第２４Ａ図の綿密な点検により、特に、遠位表面における個別空間位置において 各光ポリマー化色素の位置が示され、そして発出された光の放出に関与する各配 設色素が示される。第２４Ｂ図はまた、励起光波長の吸収と発光波長の続く放出 中関与する各光ポリマー化色素を個別に示す。光強度の輪郭プロットは、光ポリ マー化色素自体が、使用中、位置及び空間的保全を維持し、そしてファイバーオ プティックセンサーの遠位オプティック表面における正確な位置において隣接し て保持されることにより、それらの自身の特性光吸収及び発光特性を表示するこ とができることを示す。

実験３：ｐＨ値の経験的測定 ファイバーオプティックセンサーが、前述の如（準備され、そして試料保持器に 置かれ、種々の流体試料と順次に反応接触され、各流体試料は、異なるｐＨ値に おいて特に製剤される。各流体試料に対する個々のｐＨ値は、それぞれ、ｐＨ５ 、ｐＨ７とｐＨ８，２であった。各流体試料は、個別に導入され、実験１と２に おいて以前に評価された構成ファイバー光センサーの遠位光アレイ表面と反応接 触させられた。測定及び検出目的のために、４８８ｎｍの波長において維持され た単一励起光エネルギーのみが、全体近位オプティックアレイ表面に導入され、 遠位オプティックアレイ表面に配設された光ポリマー化色素に伝達された。励起 光エネルギーが遠位表面において収容された後、続く光エネルギーが、遠位表面 において収容され、各個別流体試料との反応接触後、色素から返る光エネルギー の続く放射が、コンピユータ化結像システムを使用して、モニターにおいて検出 され、測定され、視覚化された。種々のｐＨ値を有する流体試料の各々に対して 観察された各値と表示が、第２５Ａ図、第２５Ｂ図と第２５Ｃ図に個々に示され る。

コンピユータ化結像及び処理システムはまた、重要な技術データと相関をモニタ ーにおいて表示させるとともに、個々に流体試料と反応する時、照明された光ポ リマー化フルオレセイン色素の離散像の表示を可能にすることが注目かつ評価さ れる。こうして、ｐＨ５であることが既知の流体試料で獲得された像は、正確な 放射値を有するために測定かつ計算される。なお、視覚ディスプレイは、関与し た全領域、平均放射線、及び各事例における絶対放射線に関する情報を設ける。

こうして、第２５図により表示された経験的データによって注目される如く、検 出かつ視覚化された生データは、試験基準として第２５図のデータを使用して、 未知の流体試料により正確なｐｔ−を値と決定を与えるために直接に相関され、 標準化される。

第２５図により、モニターにおいて表示された視覚像は、単一波長で照明された 両色素の存在を示すことが評価される。色素の発光スペクトルの穏やかな重なり があるとしても、両色素は、完全に空間分解能により識別可能である。それにも 拘わらず、光ポリマー化において使用された励起光は特定の数値座標から識別可 能な正確な位置において導入され、かつ蛍光のみがこれらの位置座標から来るた めに、検出された蛍光が、光ポリマー化数値座標においてポリマーを含有する色 素のみから到来することは疑いない。

実験４　単一色素試薬の３つの明確な沈積を有するｐＨセンサーｐＨ感知ファイ バー光センサーが、結像ファイバーオプティックアレイを使用して構成され、こ の場合、単一色素試薬の３つの明確な識別可能な円錐が、前述の光ポリマー化方 法論を使用して遠位オプティックアレイ表面において固定化された。

ｐＨ感知色素混合物が次の如（調製された。４．Ｑｍｌのガラスびんに、１．Ｑ ｍｌのポリマー貯蔵溶液（ｎプロパツールにおける７、９５Ｍ２−ヒドロキシエ チルメタクリレート）、１．Ｑｍｌの貯蔵メチレンビスアクリルアミド溶液（ｎ プロパツールにおける０、０７８Ｍメチレンビスアクリルアミド）、１．Ｑｍｌ のｐｉ（ｓ、４のりん酸緩衝液、０゜５ｍｌのｎプロパツールにおける３、０ｍ ｌアクリロイルフルオレセイン、及び１ｍｌのｎプロパツールにおける１００ｍ ｇベンゾインエチルエーテルが添加された。溶液は、２０分間、分子窒素で脱酸 素化された。

遠位オプティックアレイ表面をこのｐＨ色素混合液に浸し、光エネルギーを他の 近位オプティックアレイ表面の種々の部分に順次に導入することにより、浸され たオプティックアレイ表面における正確に既知の空間位置において一つの色素試 薬の３つの明確な個別に識別可能な沈積が得られる。完全に構成された３つの円 錐センサーが、第２６Ａ図と第２６Ｂ図により示される。

第２６Ａ図は、その遠位面から突出する３つの離散ｐＨ感応性ポリマー円錐を有 する構成ｐＨセンサーの光顕微鏡の下で取った側面写真を示す。第２６Ｂ図は、 円錐を個々に識別する概略図である。センサー本体は、３００ミクロン径である 。ポリマー円錐の近似直径（直径対高さ）は、円錐Ａ１２５μｍ対１４０μｍ、 円錐８１２５μｍ対１２３μｍ、及び円錐０１２５μｍ対７０μｍである。

ｐＨセシ什−が、異なるｐＨ値のりん酸緩衝溶液に沈め、カメラを使用して、自 動化装置で発出蛍光像を捕獲することにより試験された。第２７Ａ図、第２７Ｂ 図と第２７Ｃ図は、それぞれ、ｐＨ５，４，６２と７．４における３つの個別ｐ Ｈ感応円錐を含む、遠位オプティック表面の透過像であるセンサーの近位オプテ ィック表面における検出蛍光強度を示す。ポリマー円錐は、明確に分離した蛍光 卵形スポットとして現れる。スポットは、センサーのオプティック表面がカメラ に完全に垂直に整列されないために、卵形に見える。ｐＨ５，４（第２７Ａ図） において、円錐Ａは、可視ではなく、そして円錐ＢとＣは、粗い粒状のオフホワ イトのスポットとして現れる。しかし、ｐＨ７，４（第２７Ｃ図）において、３ つの円錐の強度はすべて増加した。円錐Ａは可視であり、そして粗い粒状の灰色 スポットとして現れるが、円錐ＢとＣは、濃淡のない不透明の白色スポットとし て現れる。強度の増大は、円錐のｐＨ感度を示し、そしてフルオレセインのスペ クトル特性と一貫性がある。

これらの領域の強度の変化を明らかに検分するために、それぞれの像のコンピュ ータ生成３次元分析（Ｘ及びＺ軸は空間位置の座標であり、ｙ軸は強度を表す） が、第２８Ａ図、第２８Ｂ図と第２８Ｃ図によって示される。ｐＨの変化による センサーの応答は、ｐＨの増大による円錐の強度（ｙ次元）の増大により見られ る。加えて、カラーは、カメラが検出する種々のグレーレベルにコンピュータで 割り当てられた。光強度が大きければ、カラーはより明る（なる（白色はＣＣＤ の飽和を表す）。

このため、ｐＨ感度はまた、調査された３つのｐＨに対する各円錐の色変化によ って表現される。

実験５：改良されたｐＨ及び酸素濃度センサー改良された多重パラメーターファ イバーオプティックセンサーが、その遠位オプティックアレイ表面においてポリ マー化されたｐＨ及びｐ０２感応性色素円錐により構成された。この二重パラメ ーターセンサーを作製するために使用された２つの色素試薬混合溶液が、以下に 記載される。

ｐＨ感知色素混合物が次の如く調製された。５．６７Ｍアクリルアミドの水溶液 が、りん酸緩衝液（ｐＨ６，６）において調製された。０゜０７２６Ｍメチレン ビスアクリルアミドの溶液が、ｎプロパツールにおいて調製された。一般貯蔵溶 液は、５ｍｌのアクリルアミド、５ｍｌのビスアクリルアミド、３．０ｍｌのア クリロイルフルオレセインから成り、好ましくは、ガラス容器において調製され た。それから、貯蔵溶液が、２０分間、調製された混合液に分子窒素を泡立てる ことにより脱酸素化された。加えて、１ｍｌのｎプロパツールにおける１００ｍ ｇのベンゾインエチルエーテルの光開始溶液が、１ｍｌの貯蔵溶液と１ｍｌの光 開始溶液を組み合わせることにより作製される。

酸素感知色素混合液が次の如く調製された。貯蔵溶液が、２０ｍ１のメチレンク ロリドにおいて２０ｍ１のメチルアクリロキシプロピルＴ構造ポリジメチルシロ キサンポリマー［Ｐｅｔｒａｒｃｈ　Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｂｒ１ｓｔｏｌ　Ｐｅｎ ｎ５ｙｌｖａｎｉａコを溶解させることにより作製された。混合液は、２ｍｌの ｎプロパツールにおける１００ｍｇのトリス２．２゛−ビピリジルルテニウム（ ｎ）クロリドへキサヒトレート［Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｍｉｌｗａ ｕｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ］を、１．０ｍｌのポリマー溶液に添加すること により作製された。それから、この混合液は、１５分間、溶液において分子窒素 を泡立てることにより脱酸素化された。加えて、１ｍｌのメチレンクロリドにお ける１００ｍｇのベンゾインエチルエーテルの光開始溶液が、新しく調製される 。最終混合液は、１ｍｌのポリマー／色素溶液と１ｍ１の光開始溶液をガラスび んに添加することにより調製された。それから、混合液は、前述のプロセスに続 いて、色素沈積として光ポリマー化された。

この二重ｐＨ及び０２センサーは、分子酸素で飽和されたｐＨ７，６りん酸緩衝 溶液（第２９Ａ図）、又は脱酸素化されたｐＨ７，６のりん酸緩衝溶液（第２９ Ｂ図）に沈めることにより試験された。なお、第２９Ａ図と第２９Ｂ図は、二重 センサーの遠位面の映像である。最小スポットは、酸素感応像であり、そして大 きな白色スポットは、ｐＨ感応像である。映像は、カメラによって記録された種 々の強度レベルにカラーを割り当てるためにコンピュータ処理された。第２９Ａ 図と第２９Ｂ図の像は、酸素飽和及び脱酸素化緩衝液へのセンサーの応答を示す 。なお、酸素感応スポットは、低酸素緩衝液においてその強度を増大させる。こ れは、ルテニウム色素含有ポリマーのスペクトル特性と一貫性がある。

酸素感応スポットが高濃度の酸素に露呈される時、その蛍光強度は減少する。酸 素濃度が変化する時、ｐＨ感応スポットの蛍光強度は変化しないことが認められ る。

実験６：ｐＨ及び二酸化炭素濃度の検出のための改良センサー遠位面においてポ リマー化されたｐＨ及びｐｃｏ２感応性色素試薬円錐を有する多重パラメータセ ンサーが、構成された。ｐＨ感知色素円錐が、上記の実験５において記載された 溶液を使用して、作製され、沈積された。ｐｃ０２色素感知円錐が、次の如く調 製された。

ＣＯ２感知色素試薬が、２つの領域から構成される。すなわち、ｐＨ感知層とガ ス浸透性層である。まず、ポリマー島が、ポリマー化が監視され、ポリマー島が まだ小さく、側面から見る特約２０ミクロン高である時停止されることを除いて 、ｐＨ色素を沈積するのと同一手順を使用して、結像ファイバーオプティックア レイの遠位表面において付設された。それから、遠位表面が、０．０５Ｍ重炭酸 塩緩衝液において浸漬される。第２に、貯蔵ポリマー溶液が、５ｍｌのメチレン クロリドにおいて５ｍｌのメチルアクリロキシプロピルＴ構造ポリジメチルシロ キサンポリマー［Ｐｅｔｒａｒｃｈ　ＳｙｓｔｅｍｓＳＢｒｉｓｔｏｌ、Ｐｅｎ ｎ５ｙｌｖａｎｉａ］を溶解することにより調製される。加えて、１ｍｌのメチ レンクロリドにおける１００ｍｇのベンゾインエチルエーテルの光開始溶液が新 しく調製される。最終色素混合液が、１ｍｌの光開始溶液と１ｍｌの貯蔵ポリマ ー溶液をガラスびんに添加することにより調製される。それから、小さなｐＨス ポットが、シリコンポリマー層で被覆させるために再び照明され、これにより、 沈積をＣｏ２に感応させ、ｐＨに不感応にさせる。

第３０図は、光顕微鏡の下で撮影された側面図として、完全に構成されたｐＨ及 びｐＣＯ２センサーの遠位オプティックアレイ表面を示す。

明らかに、第３０図は、ｐｃｏ２感知色素円錐が２つの層から成ることを示す。

すなわち、ｐＨ感応層とガス浸透性膜である。ｐＨ層は、小さな白色円錐として 現れるが、ガス浸透性膜は、ｐＨ層を覆う白色ハロー状である。

本発明は、形式において限定されず、また添付のフレイムによることに除いて範 囲を制限されない。

ＦＩＧ、２Ａ　ＦＩＧ、２Ｂ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、１０　ＦＩＧ、ＩＩ ＦＩＧ、１４ ＦＩＧ、１５ ＦＩＧ、１６ ＦＩＧ、ｌ７ ＦＩＧ、１８ ＦＩＧ、　２１ ＦＩＧ、２２ ＦＩＧ、　２３Ａ　ＦＩＧ、　２３Ｃ ＦＩＧ、２３８　ＦＩＧ、２３Ｄ ＦＩＧ、２４Ａ　ＦＩＧ、２４Ｂ ＦＩＧ、２６Ａ ＦＩＧ、２６Ｂ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．流体試料における少なくとも一つの対象分析物を検出するための装置におい て使用されるファイバーオプティックセンサーであり、各対象分析物の検出は個 別光決定と相関可能であるファイバーオプティックセンサーにおいて、 長さに沿って同軸に配設された複数の個別被覆ファイバー光ストランドを具え、 複数のストランド端面から各々形成された２つの離散オプティックアレイ端部を 有する予備形成された単体ファイパーオプティックアレイであり、該予備形成さ れた単体ファイバーオプティックアレイは、決定可能な構成及び次元であり、該 予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該２つの離散端部は、光エ ネルギーの導入と伝達のための２つの離散オプティックアレイ表面を提示する予 備形成された単体ファイパーオプティックアレイと、 該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティックアレ イ表面の一方における複数のストランド端面の整列編成において連続した沈積と して配設された一つ以上の光エネルギー吸収色素を具える少なくとも一つの感知 ゾーンであり、該離散オプティックアレイ表面における該感知ゾーン内の整列編 成における各色素沈積の異なる空間位置付けは、空間的に位置付けられた各色素 が一つの対象分析物と反応する該感知ゾーン内に配設されたすべての他の光エネ ルギー吸収色素から各光エネルギー吸収色素を識別し区別するために役立つ少な くとも一つの感知ゾーンと、 該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティックアレ イ表面における該色素感知ゾーンに隣接した少なくとも一つの試料視野ゾーンで あり、該試料視野ゾーンは、該離散オプティックアレイ表面における固定空間位 置における整列編成において複数のストランド端面から形成される少なくとも一 つの試料視野ゾーンとを具備するファイバーオプティックセンサー。
2. ２．該感知ゾーンが、該オプティックアレイ表面における種々の空間位置におい て個別に配設された少なくとも２つの異なる色素を具備する請求の範囲１に記載 のファイバーオプティックセンサー。
3. ３．該光エネルギーの波長が、赤外、可視及び紫外波長から成るグループから選 択される請求の範囲１に記載のファイバーオプティックセンサー。
4. ４．該色素が、フルオロフォア、蛍光酵素基質と蛍光抗体共役から成るグループ から選択される請求の範囲１に記載のファイバーオプティックセンサー。
5. ５．流体試料において少なくとも一つの対象分析物を検出するための装置であり 、各対象分析物の検出は、個々の光学決定と相関可能である装置において、 （ａ）長さに沿って同軸に配設された複数の個別被覆ファイバー光ストランドを 具え、複数のストランド端面から各々形成された２つの離散オプティックアレイ 端部を有する予備形成された単体ファイバーオプティックアレイであり、該予備 形成された単体ファイバーオプティックアレイは、決定可能な構成及び次元であ り、該単体ファイバーオプティックアレイの該２つの離散端部は、光エネルギー の導入と伝達のための２つの離散オプティックアレイ表面を提示する予備形成さ れた単体ファイバーオプティックアレイと、 （ｂ）該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティッ クアレイ表面の一方における種々の空間位置において複数のストランド端面の整 列編成において連続した沈積として配設された一つ以上のエネルギー吸収色素を 具える少なくとも一つの感知ゾーンであり、該離散オプティックアレイ表面にお ける該感知ゾーン内の整列編成における各色素沈積の異なる空間位置付けは、空 間的に位置付けられた各色素が一つの対象分析物と特に反応する該感知ゾーン内 に配設されたすべての他の光エネルギー吸収色素から各光エネルギー吸収色素を 識別し区別するために役立つ少なくとも一つの感知ゾーンと、（ｃ）該予備形成 された単体オプティックアレイの該離散オプティックアレイ表面における該感知 ゾーンに隣接した少なくとも一つの試料視野ゾーンであり、該試料視野ゾーンは 、該離散オプティックアレイ端部における固定空間位置における整列編成におい て複数のストランド端面から形成される少なくとも一つの試料視野ゾーンとから 成るファイバーオプティックセンサーと、 該ファイバーオプティックセンサーの該オプティックアレイ表面における該感知 ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を流体試料と反応接触させるための手 段と、 該ファイバー光ストランドが該導入光エネルギーを同時に伝達し、該オブティッ クアレイ表面における該感知ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を照明す る如く、該ファイバーオプティックセンサーのオプティックアレイ表面に光エネ ルギーを導入するための手段と、該オプティックアレイ表面における該感知ゾー ン内の該照明された空間的に位置付けられた色素から発出する光エネルギーを検 出するための手段であり、該検出された発光エネルギーは、流体試料における一 つの対象分析物のための光学決定として役立つ発光エネルギーを検出するための 手段と、 該オプティックアレイ表面における該試料視野ゾーンを介して流体試料を同時に 観察するための手段とを具備する装置。
6. ６．光エネルギーを導入し、同時に発光を検出するための自動化手段をさらに具 備する請求の範囲５に記載の検出装置。
7. ７．該検出された発光が、離散像として視覚化される請求の範囲５に記載の検出 装置。
8. ８．コンピュータ制御結像及びデータ処理システムをさらに具備する請求の範囲 ５に記載の検出装置。
9. ９．流体試料において少なくとも一つの対象分析物を検出するための方法であり 、各対象分析物の検出は、個々の光学決定と相関可能である方法において、 （ａ）長さに沿って同軸に配設された複数の個別被覆ファイバー光ストランドを 具え、複数のストランド端面から各々形成された２つの離散オプティックアレイ 端部を有する予備形成された単体ファイバーオプティックアレイであり、該予備 形成された単体ファイバーオプティックアレイは、決定可能な構成及び次元であ り、該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該２つの離散端部は 、光エネルギーの導入と伝達のための２つの離散オプティックアレイ表面を提示 する予備形成された単体ファイバーオプティックアレイと、（ｂ）該予備形成さ れた単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティックアレイ表面の一方 における種々の空間的位置において複数のストランド端面の整列編成において連 続した沈積として配役された一つ以上のエネルギー吸収色素を具える少なくとも 一つの感知ゾーンであり、該離散オプティックアレイ表面における整列編成の各 色素沈積の異なる空間位置付けは、空間的に位置付けられた各色素が一つの対象 分析物と反応する該感知ゾーン内に配設されるすべての他の光エネルギー吸収色 素から各光エネルギー吸収色素を識別し区別するために役立つ少なくとも一つの 感知ゾーンと、 （ｃ）該予備形成された単体ファイバーオプティックアレイの該離散オプティッ クアレイ表面における該感知ゾーンに隣接した少なくとも一つの試料視野ゾーン であり、該試料視野ゾーンは、該離散オプティックアレイ表面における固定空間 位置における整列編成において複数のストランド端面から形成される少なくとも 一つの試料視野ゾーンとから成るファイバーオプティックセンサーを獲得する段 階と、該ファイバーオプティックセンサーの該オプティックアレイ表面における 該感知ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を流体試料と反応接触させる段 階と、該ファイバー光ストランドが該導入光エネルギーを同時に伝達し、該オプ ティックアレイ表面における該感知ゾーン内の該空間的に位置付けられた色素を 照明する如く、該ファイバーオプティックセンサーのオプティックアレイ表面に 光エネルギーを導入する段階と、該オプティックアレイ表面における該感知ゾー ン内の該照明された空間的に位置付けられた色素からの発光エネルギーを検出す る段階であり、該検出された発光エネルギーは、流体試料における一つの対象分 析物のための光学決定として役立つ段階と、 該オプティックアレイ表面における該試料視野ゾーンを介して流体試料を同時に 観察する段階とを具備する方法。
10. １０．該検出が生体内で行われる請求の範囲９に記載の検出方法。
11. １１．該検出が生体外で行われる請求の範囲９に記載の検出方法。
12. １２．該検出が自動化結像及びデータ処理システムを使用して行われる請求の範 囲９に記載の検出方法。