JPH10508094A

JPH10508094A - 溶解した気体組成物を迅速に平衡化するための方法及び装置

Info

Publication number: JPH10508094A
Application number: JP8505282A
Authority: JP
Inventors: イマンツアール．ラークス; レイモンドジェイ．ピエース; ジョセフダブリュ．ロジャース; マイケルピー．ゼリン
Original assignee: アイ−スタットコーポレーション
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2015-07-07
Also published as: US5789253A; KR100359867B1; AU3234795A; US5609824A; EP0770209B1; EP0770209A1; JP2948321B2; AU697326B2; DE69535449T2; CA2193000A1; US5614416A; TW399150B; DE69535449D1; WO1996002828A1; KR100293735B1; EP0770209A4; ES2281074T3; CA2193000C; US5605664A; ATE358820T1

Abstract

(57)【要約】気体平衡用保存容器に含まれている、前もって定められた気体組成物を反映させるために、水性液の溶解気体組成物を平衡化するための方法および装置が開示される。液体試料中の溶解気体濃度を決定する方法において、平衡化された水性液を用いることができる。一つの態様において、開示された方法は、全血などの試料液中の酸素や二酸化炭素などの溶解気体の濃度を測定するために、次に、較正液の平衡化された気体組成物を調節するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】溶解した気体組成物を迅速に平衡化するための方法及び装置１．発明の分野本発明は、較正を必要とする検出装置に、前もって決められた溶解気体組成物をもつ較正液を提供する方法に関する。本発明において、前もって決められた溶解気体組成物をもつ較正液は、較正液の保存中に溶解気体組成物を調節しようと試みることによってではなく、較正液が検出装置と接触した際に、較正液の溶解気体組成物を前もって決められた所期の水準まで迅速に平衡化することによって提供される。この新しい顕著に有効な方法について、以下でより詳しく説明する。しかし、本明細書の読者が開示された発明の進歩性をよりよく理解できるよう、当技術分野の状態を以下に記載するが、これらは本発明に対する先行技術として利用可能であるものとは認められない。２．発明の背景 2.1. 血液気体分析のための一般的な較正方法血液気体分析のための、酸素または二酸化炭素のセンサーを較正する方法としては、既知の組成物による湿性気体を用いるものが知られている。臨床測定のために前もって想定した範囲の値をカバーするように、酸素または二酸化炭素の濃度を選択する。典型的には、現在使用されている血液気体分析器は、二点較正法を行うことが必要で、以下の組成の湿性気体を用いる。すなわち、0％酸素、10 ％二酸化炭素および平衡用窒素と、二番目は、12％酸素、5％二酸化炭素および平衡用窒素である。例えば、酸素濃度を測定するような電流測定センサーの0値と範囲の上限値を較正する。残留してバックグラウンドとなる電流分を測定値から控除できるので、0値の較正は重要である。例えば、二酸化炭素を測定するために用いるような電圧測定センサーは、頻繁に「下方」値と「高」水準の較正を行う。較正に用いられる混合気体は、分析器に直結した、圧力調節弁付きのシリンダーから供給される。このような分析器は、一般にベンチトップ型の装置である。 2.2. 本分野における特異的開示より詳しくは、ディーツ（Deetz）らに1993年7月27日に発行された米国特許第5,231,030号で、次の二つの相、すなわち、(i)酸素を含むペルフルオロ炭素溶液、および(ii)第一相には不溶で、二酸化炭素を含み、溶質を含む水相からなる非感温性の較正システムが説明されている。溶質には、二酸化炭素の複合剤、エチレンジアミン、重炭酸塩、カルシウムイオン、水酸化物イオン、その他が含まれる。多相システムを「システムの保存寿命期間中、所期の状態を平衡に保つ」ような密封保存状態におかれる。開示されたシステムは、保存期間中、厳密に、周囲の組成物を調節するためのものであり、較正液が保存用パッケージから放出された後に、気体組成物を調節することを企図したものではない。ディーツ（Deetz）らの第二の特許は、米国特許第5,223,433号で1993年6月29 日に発行された。同じように、この特許は、試料「媒質」中の気体濃度を、所定の温度範囲とは無関係に調節するためのシステムを開示している。調節は、試料「媒質」そのものよりも、温度変化に感応しやすい「容器」を含むことによってなされるということである。したがって、試料媒質と容器の両方に共通する周囲の空間は、温度の変化がもたらす変化に試料媒質よりも速く反応するようにした、容器の内容物にそのほとんどすべてが由来する気体で補充されたり、抜き取られたりする。このようにして、媒質から溶解気体を通常の周囲の空間へ放出または吸着するための作用力は、温度変化に感応して、媒質中の溶解気体の濃度が変化しないように調節される。（特に、明細書の要約の項を参照のこと）。ロークス(Lauks)らに付与された、1992年3月17日の米国特許第5,096,669号は( その開示はすべて、本明細書に参照として包含される)、容器、センサー、保持手段、および線渠も含む、本発明で説明されている装置に類似した使い捨て装置を開示している。また、この'669特許は、装置のセンサーを較正するための較正液を入れる袋について検討している。しかし、本出願内容には、開示も、教示も、示唆もされていない。一方、エンザー(Enzer)らの1989年10月3日に発行された米国特許第4,871,439 号では、基準液または較正用の電解質液を入れた、一個以上の容器が入った、使い捨ての自己較正電極パッケージを開示している。好ましくは、異なった組成物が入った２個の容器を用いて、二点法に準拠して、このシステムが較正されるようにする(26行目4列目を参照)。酸素と二酸化炭素の電極の組についても説明されている。1988年3月29日にバーレー(Burleigh)らに付与された米国特許第4,734 ,184 号には、エンザー(Enzer)らの'439特許と同じ開示が含まれている。 1978年9月26日にソレンセン(Sorensen)らに与えられた米国特許第4,116,336号は、「血液気体分析器の較正および／または品質コントロールのための」基準液を含む較正用パケットについて説明している。基準液は、柔らかく、気泡を完全に抜くための耐気体性容器に封入される(液体の全圧力は、気泡が形成される危険を避けるために、600mmHg以下に抑えられている)。基準液の気体組成物のセンサーに対する平衡化は、開示も、教示も、示唆もされていない。さらに、この特許は、基準液をパッケージから器具に移すとき、無気的な状態で行わなければならないと指示している。さらに、'336特許は、パッケージ前の基準液の調製との関連でのみ、平衡化に言及している。(実際、パッケージする前に、600mmHgという特定の圧力で一晩、平衡化処理を行う)。 1977年12月13日にバトラー(Butler)に与えられた米国特許第4,062,750号は、薄層フィルム・ポーラログラフィーによる酸素センサーの製作に関するミクロ組立法を開示している。それにもかかわらず、封入構造物を作るために、マクロまたはミクロ組立法によって固定した気体通過層により、操作用電極および参照用電極を完全に封入しようとしている。さらに、'750特許は43行とそれに続く行で、室内の空気を用いる再較正と、一点較正で十分なことを説明している。しかし、較正液の平衡化に関する検討はなされていない。また、ハーン(Hahn C.E.W.)は、「J．Phys．E: Sci．Instrum．(1980)13: 470 -482」で、血液気体分析器の歴史的な開発を広範に検討しながら、血液気体測定の原理を探った概説を述べている。3.2.4.節で、空気中での較正と気体中での較正について説明している。センサーそのものの付近にある流動気体の構成に対する迅速な制御については、言及されてはいるが、主題にはなっていない。また、この開示では、二酸化炭素と酸化二窒素の分圧を測定するための電極について検討している。このように、結局は、保存中の較正液の溶解気体組成物に対する不確実な制御に依存しない較正法に対する需要が依然としてあり、長期間にわたる保存を維持することは困難であり、結局のところあてにならない。３．発明の概要本発明は、血液や血漿などのような体液を含む、液体の溶解気体組成物を測定する装置および方法に関する。したがって、(a)センサー部分や較正液部分など、複数の区分をもった容器、(b)容器のセンサー部分に置かれた気体センサー、( c)容器の較正液部分とセンサー部分とを結ぶ、少なくとも一本の線渠、および、 (d)前もって定められた較正用気体組成物を含む気体平衡用保存容器において、保存容器と接触した較正液が、保存容器に含まれる較正用気体組成物を実質的に反映する平衡化した溶解気体組成物を較正液に供給するため、較正液中の溶解気体と保存容器中の気体との交換が速やかに行われるように、線渠の中に置かれた保存容器を含む、液体中で溶解気体を測定するためのカートリッジを提供することが本発明の目的である。さらに、平衡化された較正液と試料液がセンサーを通って置換できるように配置された線渠とセンサー部分も含む。したがって、水性液中の平衡化された溶解気体組成物が、前もって定められた保存容器の気体組成物を実質的に反映するように、前もって定められた気体組成物で充填することができ、保存容器とそれに接触している水性液との間で速やかな気体交換ができるような気体保存容器を提供することも、本発明の目的である。したがって、本発明によれば、水性液の溶解気体組成物の速やかな平衡化のために、装置が提供されるが、この装置は、(a)容器、(b)水性液を充填できる、容器内の少なくとも一本の線渠、および、(c)前もって定められた較正用気体組成物を含む気体平衡化保存容器において、保存容器と接触した水性液が、保存容器に含まれる較正液の気体組成物を実質的に反映する平衡化した溶解気体組成物を水性液に供給するため、水性液中の溶解気体と保存容器中の気体との交換が速やかに行われるように、線渠の中に置かれた保存容器を含む装置。本発明の一つの態様において、容器は平面になっていて、さらに、他の線渠と部分を含み、特に、試料液を保持するための容器内の第二の部分で、センサーと液体が接触する部分を含む。また、特に、本発明は、較正用気体の前もって定められた組成物の供給源ないし保存源として機能する、固体ないし半固体の素材で充填された区画をもつ気体平衡用保存容器を企図している。選ばれた態様において、この素材は、シリコンゴムを含む。別の態様において、この素材は、ヒドロゲルを含む。さらに別の態様において、保存容器には、頭隙部、または複数の頭隙部が含まれる。保存容器および線渠は、選択的に、気体通過膜で隔てられる。液体の一部の溶解気体組成物を決定する方法において、(a)気体センサーと液体をつなぐ線渠において、構成部分中の前もって定められた気体組成物を反映するために、構成部分の近くで第一の液体の一部の溶解気体組成物の迅速な平衡化をもたらすのに効果的な大きさと形をもつ、例えば、複数の頭隙構成部分をもつ気体平衡化保存容器をもつ線渠を提供すること、(b)第一の液体の一部を気体平衡用保存容器および気体センサーと接触させるために、この液体を線渠に充填すること、(c)第一の液体に対する気体センサーの反応を記録すること、(d)第二の液体の一部が気体センサーに接触できるよう、第一の液体を第二の液体に置換して、第二の液体に対する気体センサーの反応を記録すること、および、(e)第二の液体の気体組成物に対する反応を関連づけることを含む方法を説明することも本発明の目的である。また、本発明の目的は、(a)前もって定められた気体組成物を含み、保存容器に含まれている、前もって定められた気体組成物を反映するために、保存容器と接触している液体の一部の溶解気体組成物を迅速に平衡化するのに効果的な大きさと形をもつ、気体平衡用保存容器が付いた線渠を提供すること、および、(b) 液体の一部が保存容器と接触するよう、線渠を液体で充填することを含む、液体の一部の溶解気体組成物を迅速に平衡化する方法である。本発明のこれらの目的および他の目的は、上で提示された説明とこのすぐ後に説明する詳細な説明を考慮すれば、通常の当業者には明らかであろう。４．図面の簡単な説明図1A、1Bおよび1Cは、気体を検出するために、さまざまな方法で配置された一連の頭隙部分を含む気体平衡用保存容器の態様を例示している。図1Dは、気体保存容器が、気体検知装置の上に置かれた固体／半固体の素材を含む態様の一つを示している。図1Eは、気体保存容器を液体／線渠のある所から離す、気体通過膜の使用を例示している。図2Aと2Bは、センサー部分の上方部で較正液が平衡化され、較正段階のためにセンサー部分の上に引き戻される連続物を例示している。そして、較正液を試料液に置き換える。５．好ましい態様の詳細な説明 5.1.新しい較正法小型で、持ち運びができ、すぐそばに置いて使用できる血液分析システムを医師に提供することには、明らかに利点がある。この技術は、米国特許第5,096,66 9号で説明されており、この開示全体は、本明細書において参照として包含される。しかし、この特許を考慮すると、上記のベンチ・トップ分析器を用いて、従来の二点法による酸素と二酸化炭素の較正をするための方法として、一回使用のカートリッジを提供すれば、重要な技術上の問題を提示することは明かである。本発明者らは、酸素センサーをミクロ組立し、コントロールされた時間内に、すなわち、特定された時間内に乾燥状態から速やかに湿らせて、センサーを使用することによって、装置から装置への一定のバックグランド電流を得ることができることを発見している。この技術は、驚くほど効果的であることが分かっており、「ゼロ」較正の必要がなくなる。この技術はまた、機能的な構成部分に対する「大きさ」をコントロールできずに、「ゼロ」較正を行う必要がある、非ミクロ組立て装置の較正のために従来用いられてきた方法とまさに対照的である。湿らせている間のミクロ組立センサーの利用法に関するさらに細かい点については、米国特許第5,112,455号の開示を参照すべきであり、この開示全体は、本明細書に参照として包含される。さらに、本発明による、ミクロ組立された電圧測定式二酸化炭素センサーを、コントロールされた時間の範囲内、すなわち、一定の時間内に乾燥状態から速やかに湿らせた後、装置から装置へ一定の出力が示されるように操作することもできる。この手順も一点較正法で行うことができる。このように、本発明の一つの態様において、一点較正手順は、較正液中の溶解気体組成物を、37℃における15 0 mmHgの酸素分圧と30mmHgの二酸化炭素に対して迅速に平衡化し、較正すべきセンサーを平衡化した較正液に接触させて行われる。前もって定められた濃度のさまざまな分析種を含む水性混合物(例えば、米国特許第5,112,455号で開示されている較正液を参照のこと。この開示は、その全体が参照として本明細書に包含される)を含む較正液の平衡化は、較正液を、前もって定められた組成物からなる気体の保存容器に曝すことによって達成される。水性較正液が、本発明の装置と方法によって、速やかに平衡化されている間、試料液 (典型的には、全血試料)は、一般的にずっと大きな酸素緩衝能力を持つために、その酸素濃度は、以下にさらに詳述する気体保存容器との接触によって影響されないことに留意すべきである。酸素のこの緩衝能力は、一般的に、約100 mmHg以下の酸素分圧をもつ血液試料に当てはまるが、ρＯ₂が100 mmHgを優に上回っている(すなわち、血液が、血液の緩衝能力を優に超える酸素を含んでいる)血液試料でも、例えば、酸素治療を受けている患者から採った血液などは、較正液と同じ方法で平衡化する。ミクロ組立てされたセンサーの迅速な反応時間のせいで、センサーが血液試料に初めて触れてから、約10秒以内に測定できるようになるため、このような環境の下でも、その溶解気体の正確な測定値を得ることはなお可能である。平衡化のための時間が減少すると、過剰な酸素が保存容器で平衡化されるよりもかなり前に測定が行われる。好ましい態様において、本発明は、通常触れる気圧範囲を超えた範囲で作動しなければならないので、周囲の気圧の変動に関して、測定値を補正する必要があるかもしれない。例えば760 mmHgの気圧の空気中で、装置がパッケージされ、例えば、より標高の高いところである、750 mmHgの気圧の下で開封されると、保存容器中の空気は、気体の相対比を変えることなく、速やかに750 mmHgに再調整される。このような条件の下で、保存容器は、保存容器内の気体の分圧を反映する溶解気体濃度を得るために較正液によって平衡化する。酸素に関しては、これは、760 mmHgの20％ではなく、750 mmHgの約20％である。読み取り装置を用いて、気圧を測定し、気圧の変動を補うために、記録されたセンサーの出力結果に対して補正を行うことができる。本発明において、較正液を線渠に導入したあと、較正液を気体平衡用保存容器に入れる。(気体検出装置は線渠中にある。本発明の好ましい態様において、この気体検出装置は、電流ないし電圧測定を行うための微小電極組立部晶を含む。 )好ましい態様において、較正液を長期間保存できる保存用パックないし袋から、線渠に較正液を導入する。平衡化／較正過程が、気体組成物の分析的な測定自体が行われている時に行われることを強調することは重要である。このように、保存のために較正液の溶解気体組成物を調製する間、または、袋に入って保存されている間に、溶解気体組成物を調節するために努力を払う必要はない。本発明の装置と方法によって、分析時点において、驚異的に短い時間枠の中( 典型的には、20秒から3分の間、最も典型的には、60秒以内に)で、水性較正液中の溶解気体組成物が調節される。水性較正液の平衡化された気体組成物が、保存容器の前もって定められた較正用気体組成物を実質的に反映するように、気体保存容器は、較正用気体の前もって定められた組成物を入れることができ、容器と、容器に接触させた水性較正液との間の迅速な気体交換を受け入れることができる限り多くの形状をとりうる。重要なのは、気体平衡用保存容器が、前もって定められた組成の気体を入れておく、コンパートメントないし一連のコンパートメントを含むことである。コンパートメントは、単純に、さまざまな較正用気体の分圧を合計したものを含む。このコンパートメントは、時には、前もって定められた気体組成物中で飽和させた固体ないし半固体の素材を含む。例えば、本発明の特異的な態様において、保存容器は、気体検出装置の近くに位置する、前もって定められた気体組成物を含む複数の頭隙構成部分を持ちうる (例えば、図1A〜1C参照)。別の態様において、保存容器は、問題の気体(例えば、二酸化炭素、酸素、窒素など)が高い溶解性をもつ、固体ないし半固体の素材でもよい(例えば、図1Dを参照)。適当な固体／半固体素材には、シリコンゴム、多孔性のフリット、ヒドロゲルなどが含まれるが、これらに限られない。ヒドロゲルとは、水と、限定的ではないが、酸化ポリエチレン、ポリビニール・アルコール、ポリビニル・ピロリドンなどの親水性ポリマーを含む親水性のゲルを意味する。しかし、既に述べたように、この素材は、素材を通って流入する多量の気体を収容できなければならない。さらに、気体保存容器(頭隙部分を含むコンパートメントであっても、固体／半固体の素材を含むコンパートメントであっても)は、較正液と直接接触するか、または、気体通過膜によって隔てられているものとする(図1E参照)。気体通過膜があると、例えば、較正液ないし試料液が、気体保存容器ないし気体検出装置と接触する面積について、より強い調節が効くようになるなど、一定の利点が提供されるかもしれない。また、気体通過膜は、特に、気体保存容器が頭隙構成部分の形状をとるとき、較正液が不適切に気体保存容器に入り込むのを防ぎ、よって、気体保存容器から前もって定められた気体組成物が流出することを防ぐことができる。さらに、気体保存容器の容量(例えば、複数の頭隙部分をつないだ容量、Ｖ_HS) は、好ましくは、気体保存容器の容積(Ｖ_GR)、少なくとも気体保存容器が直接接触する較正液の一部の容量(例えば、気体保存容器の直下の較正液の容量Ｖ_CF)に対する比率が、約0.5から約5の範囲になるようにする。より好ましくは、この比率は約1であり、最も好ましくは、1よりも大きい。特異的な態様において、カートリッジは、約0.5から5μL、好ましくは、約1から3μLの範囲にある、気体保存容器の容量(例えば、Ｖ_HS)をもつものが提供される。また、較正液は、線渠と連結するような形の分離した構成部分や保存容器よりも、線渠の特定の場所に出るようにするよう留意のこと。例えば、較正液が、ちょうどセンサーを覆うような位置に置かれている図2Bにおいては、較正液は、センサーに直接つながる線渠の一部にある、この場合、頭隙部の下に位置している、空気部分によって平衡化する。したがって、この状態は、較正液が、最初に保存容器部分に進み、次いで、図2Bに示された位置まで引き戻されるという、図2A に示された方法の変形である。このように、較正液は、気体と液体との界面をセンサーに近い線渠の中に置くだけで平衡化されるため、較正液は、ただセンサーを覆うだけである。頭隙部または保存容器とともに、界面がこのような位置になる較正液は、線渠の接続部分に存在する前もって定められた気体組成物で速やかに平衡化する。気体と液体との界面の位置は、光学的に(目で見て、または光学的なセンサーによって)、または、気体検出装置自体の反応によって調節することができる。好ましくは、線渠には、界面の位置を判定するための伝導センサーが備え付けられている。図2Bに示されているように、好ましくは、界面は気体検出装置のすぐ後ろに置かれる。適当な伝導センサーは、例えば、その開示全体が参照として本明細書に含まれる、米国特許第5,200,051号で説明されているようにして作製することができる。したがって、本発明は、また、水性液の溶解気体組成物を迅速に平衡化する方法を企図しており、この方法は線渠内にある気体検出装置を較正するために用いられ、(a)水性液で、前もって定められた気体組成物を含み、液状試料中の溶解気体の濃度を測定するための気体検出装置を備えた線渠を充填すること、(b)水性液の気体と液体との界面と、気体検出装置と接触している水性液部分との距離を最小にするために、界面の位置を気体検出装置の直後に置くことを含んでいる。本発明の好ましい態様において、気体検出装置と線渠、較正液パックは、使い捨て容器の中に入れられ、順番に、密封容器に保存されている。このように、本発明は、密封容器の中の空気を、包装過程で調節することが比較的容易であるという長所がある。例えば、20％の酸素と80％の窒素を含むように、パッケージ内の空気を設定することができる。続いて、気体保存容器の中の前もって定めた気体組成物を同じ、すなわち、20％の酸素と80％の窒素にする。液体溶解気体分析を行うときに、好ましい使い捨て容器が入ったパッケージを開けて、パッケージ前に調節した空気を放散させる。しかし、容器の集合体とそれに含まれる線渠の迂遠な性質のため、気体保存容器に存在する前もって定められた気体組成物(パッケージ前に調節した空気のことである)は、十分長い時間(約3分から5分)、実質的に変わらないままであることが分かっているため、操作者は、試料液を使い捨て容器の集合体に導入して、所期の溶解気体組成物を反映させるために、較正液を放出して平衡化することができる。パッケージから使い捨て装置を取り除いて、液性試料を充填し、気体検出装置を覆っている較正液を平衡化するために必要な時間は、1分から5分であることが分かっている。好ましくは、使い捨て装置をパッケージから外して、較正液を気体保存容器に接触させる操作は、約2分以内に終了する。本発明の気体保存容器は、パッケージを開けてから少なくとも3 分間より長く、前もって定められた気体組成物を維持する。もし、前もって定められた組成物が、実質的に空気の組成であれば、前もって定められた組成物は、当然ながら無期限に安定である。 5.2.温度効果液体中のすべての気体の可溶性は、温度が上がるにつれて低下する。血液中の酸素または二酸化炭素の分圧を測定する装置はすべて、37℃に温度調節する必要がある。酸素のヘモグロビンへの結合が、かなりの温度依存性を示すため、温度調節は、特に、酸素を測定するときに重要である。当然、較正液も37℃にしなければならない。本発明の好ましい態様において、室温以下で保存されていた較正液は、速やかに加熱し、較正／平衡段階とそれに続く溶解気体測定段階のために 37℃で維持する。好ましい使い捨てカートリッジにおいて、センサーと較正液および試料を温度調節しながらの加熱は、センサー・チップ上の抵抗性ヒーターによって行うことができる。一回使用のカートリッジを操作する器具の態様の一つは、電池によって動力が供給される。したがって加熱に関連して余計な動力が必要なときは、それが必要な場所と場合にのみ供給されるようにする。ところで、カートリッジの較正と試料測定を行うところだけが加熱を必要とする。一点較正だけで血液気体測定を行うための手段を考案するとき、測定の前の較正液と血液試料の温度変化の過程を知ることが重要である。これらの変数の性質と変化によって、カートリッジ設計の要求性が決定される。典型的には、カートリッジは室温で保存されているため、この温度で較正を開始する。次に、較正液のパックに穴を開け、較正液が加熱したセンサー・チップに接触するよう動くと、較正液は溶解気体を失うようになる。実際、カートリッジの集合体は、約1.1気圧に加圧した較正液パックに入ることになるため、較正液パックに穴を開けると全体の圧力が下がるため液体も脱気体するようになる。 37℃の場所で、動脈血試料を患者から採取し、室温に下げられた場所で、カートリッジに入れる。温度が下がると、ヘモグロビンの酸素に対する親和性が上昇し、酸素分圧は下降する。血液がセンサー部分に移動したら、最初の酸素分圧を設定するために37℃まで再加熱する。 5.3.カートリッジの設計と頭隙部分上述の考察から、較正液に接触できる連続した頭隙部を組み込んだカートリッジの設計は、較正液の溶解気体組成物を、大気圧の下、室温から生理学的温度までの範囲、例えば、37℃において、前もって決められた水準に速やかに平衡化することができることが今や明らかになっている。例えば、本発明のカートリッジ・設計に取り込まれた頭隙部付近に較正液を入れるだけで、20％の溶解酸素含量を提供するために、較正液を大気によって速やかに平衡状態に置くことができることが分かっている。さらに、検出装置からの、平衡に達した較正液を液体試料で置き換えた後、本頭隙部が、液体試料における本来の酸素分圧を確実に維持することが観察されている。上記のように、本発明によって、血液や血漿、尿などの生物学的液体を含む、多くの液体試料を分析することができる。本発明が単に、大気中における器具の平衡に関するものでないことは強調されるべきである。むしろ、一つの態様において、本発明は、大気によって較正液中の溶解気体組成物がコントロールされ、順次、センサーの一点較正を行うことができる。大気を利用するのが最も便利である。しかし、通常の技術をもつ当業者が、本開示の要点から判断すると、いかなる気体混合物も本発明の頭隙部に導入することができ、続いて、頭隙部の付近ないしそれに接触するように導入された液体からできる溶解気体組成物を調節することができる。ここで、図面に戻ると、図1A、1Bおよび1Cは、検出装置の近くの液体用線渠の中に頭隙部を一個以上含むカートリッジの設計を示している。これらの頭隙部の中は、好ましくは、大気圧の大気で満たされるが、この部分は、水性較正液に初めて接触したときに、頭隙部の中における特定の気体混合物の分圧を反映させるため、その液体を迅速に平衡化するための十分な酸素源(貯蔵源)を提供する。しかし、頭隙部分から水性較正液を抜いて、例えば、血液試料などで置き換えると、測定時間という時間の規模で血液試料中の酸素分圧を変えるには、頭隙部の酸素が十分ではない。さらに、血液中の酸素分圧は、全血酸素の緩衝能力が非常に大きくなるために、さらに変化しにくいと考えられる。したがって、本発明方法は、操作者に役立つよう、血液の酸素緩衝能力の水性溶液に対する違いを識別することと、複数の頭隙部に含まれている空気を、これら二つのタイプの液体と制御された短い時間接触させた結果を利用するということができよう。この前提は、一般的には正しいが、酸素療法を受けている患者から採った血液試料は、ヘモグロビンの緩衝能力を超える血液中酸素水準をもつかもしれない。血液が較正液のような役割をする、そのような環境の下では、米国特許第5,112,455号で述べられているように、または、本明細書の図1C、2Aおよび2Bで示されているような、保存容器がセンサーの直上にない、保存容器の態様を利用するときに、較正液から液体試料への移行のときの出力シグナルが戻って来ることを考えて、血液試料を保存容器で平衡化すること(例えば、較正液から液体試料への移行後、最初の1 0秒を過ぎるまで液体試料の測定を遅らせるのが望ましい場合)を考慮することが必要になるかもしれない。もう一度、頭隙部に曝すことによって、標準的な水性液の溶解気体組成物が示されるよう、頭隙部に予め選択された気体組成物を十分量含ませるようにすることに注意すべきである。大気で、すなわち、20％酸素で平衡化するときには、頭隙部の中の酸素濃度は、気体1リットル当たり0.2/22.4=8.9ミリモルになる。37 ℃で、水性液を平衡化した周囲の空気は、約0.26 mM酸素である。したがって、水性液の、この事前の値が、約25％以内であれば、所期の値の1.0％以内まで液体を速やかに平衡化するための、十分以上の酸素が頭隙部にあることになる。これは、頭隙部とセンサーの間の距離が小さい、すなわち、1 mmよりも短く、また、頭隙部の容量は、平衡化する液体の容量とほぼ同じであることを前提としている。さらに、較正液のパックに穴を開け、液体をセンサーの上に噴出させると、パックの中の空気の一部が、液体よりも先に移動して、頭隙部の中の気体を洗い去る可能性がある。しかし、頭隙部の容積を調節することによって、(i)液体が、較正液のパックにあったが、今や大気圧に調整された空気で再較正すること、または、(ii)液体が、頭隙部に最初からあった空気で平衡化することを調節するのが可能になることが分かっている。測定以外には、結果を速く得ることができることが重要である。その結果、図 1A〜1Eで示した態様によって、迅速な較正が可能になる。それは、拡散だけから予想される速度よりもずっと速い速度であることが分かっている。これは、加熱によって、液体の対流的な混合が起きるからである。図面に示された特異的な態様は、以下の特徴をもつ。図1Aは、頭隙部をセンサーのすぐ上に置いてある。しかし、較正を行っている間、拡散と対流によって、隣接した液体中の酸素がセンサー部分に送り込まれて来る。図1Bに示されている設計は、センサーの回りで完全な較正が行われることを確実にする。図1Cは、較正液が酸素を失なう必要がある場合に有用であることを示す別の態様である。さらに、図1Cは、血液試料をセンサーのすぐ上に置いたときに、血液試料が、酸素を豊富に充填された頭隙部と接触しないことを確実にする。図1Dは、較正液気体が高い溶解性をもち、気体が高速で拡散する固体／半固体素材を含むコンパートメントを含む気体平衡用保存容器を例示している。線渠から気体保存容器のコンパートメントを隔離する気体通過膜が、図1Eに示されている。図2Aおよび2Bは、本方法のさらに別の態様を示している。ここで、較正液は、まずセンサーを通過して頭隙部と接触するように移動し、平衡化することになる。そして、較正液をセンサーに戻す。液体の配置は、センサーの一つに対応する液体の位置を検出する伝導センサー装置によって行われる。平衡過程を促進するために、頭隙部分で液体を振動させることもできる。上記の説明は、本発明を例示するためのものであり、いかなる意味でも、本発明を制限するものと解釈されてはならない。本明細書の説明と好ましい態様を考慮すると、別の態様が、通常の技術をもつ当業者には容易に明らかになる。これらの態様は、以下の請求によってのみ限定される本発明の範囲と意図に含まれると考えられる。

【手続補正書】【提出日】１９９７年６月１８日【補正内容】請求の範囲 1.(a)気体平衡化容器から離れた位置に、溶解した気体を有する水性較正液を保持する、較正液領域を含む容器と、 (b)該較正液領域に保持された該水性較正液を充填することができる、該較正液領域に結合された該容器内の少なくとも１本の線渠と、 (c)該水性較正液が、該線渠に充填され該気体平衡化容器に接触したときに、該較正液が、該水性較正液の溶解した気体と該容器に含まれる較正気体との交換を受け、該容器に含まれる所定の較正気体組成物をほぼ反映する平衡化溶解気体組成物を有する水性較正液を形成するように、所定の較正気体組成物を含む、該線渠内に位置決めされた該気体平衡化容器とを含む、水性較正液の溶解気体組成物を迅速に平衡化するための装置。２．請求の範囲１の装置において、保存容器が較正用気体の前もって定められた組成物の供給源として機能する固体または半固体の素材を充填したコンパートメントを含む装置。３．請求の範囲１の装置において、保存容器が較正用気体の前もって定められた組成物の貯蔵源として機能する固体または半固体の素材を充填したコンパートメントを含む装置。４．素材がシリコンゴムを含む、請求の範囲２の装置。５．素材がシリコンゴムを含む、請求の範囲３の装置。６．素材がヒドロゲルを含む、請求の範囲２の装置。７．素材がヒドロゲルを含む、請求の範囲３の装置。８．保存容器が頭隙部を含有する、請求の範囲１の装置。９．保存容器が複数の頭隙部を含有する、請求の範囲１の装置。 10．請求の範囲８の装置において、頭隙部が較正用気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能する装置。 11．請求の範囲９の装置において、頭隙部が較正用気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能する装置。 12．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲２の装置。 13．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲３の装置。 14．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲８の装置。 15．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲９の装置。 16.(a)センサー領域と、気体平衡化容器から離れた位置に溶解した気体を有する水性較正液を保持する較正液領域とを含む、複数の領域を有する容器と、 (b)該容器のセンサー領域に配置された気体センサーと、 (c)センサー領域を該容器の較正液領域に結合する、該容器内の少なくとも１本の線渠と、 (d)該線渠内に位置決めされた該気体平衡化容器とを備え、該水性較正液領域が、該容器に接触した較正液が較正液の溶解した気体と該容器に含まれる較正気体との交換を受け、該容器に含まれる所定の較正気体組成物をほぼ反映する平衡化溶解気体組成物を有する較正液を形成するように、所定の較正気体組成物とを含む、試料液体中の溶解気体の濃度を測定するためのカートリッジ。 17．容器が平面である、請求の範囲16のカートリッジ。 18．較正液領域が、較正液が気体平衡化容器の較正気体に接触する前の較正液と気体センサーとの接触を防止する、請求の範囲１６のカートリッジ。 19．請求の範囲16のカートリッジにおいて、保存容器が較正気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能する固体または半固体の素材で充填したコンパートメントを含むカートリッジ。 20．素材が、シリコンゴムを含む、請求の範囲19のカートリッジ。 21．素材がヒドロゲルを含む、請求の範囲19のカートリッジ。 22．保存容器が少なくとも一個の頭隙部を含有する、請求の範囲16のカートリッジ。 23．請求の範囲22のカートリッジにおいて、頭隙部分が較正気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能するカートリッジ。 24．請求の範囲22のカートリッジにおいて、較正液の少なくとも気体保存容器が直接的に接触する部分の容積(Ｖ_GF)に対する気体保存容器の容積(Ｖ_GR)の比率が、約0.5から約5の範囲にあるカートリッジ。 25．比率がおよそ1である、請求の範囲24のカートリッジ。 26．比率が1よりも大きい、請求の範囲24のカートリッジ。 27．Ｖ_GRが約0.5から５μLの範囲にある、請求の範囲24のカートリッジ。 28．Ｖ_GRが約1から約3μLの範囲にある、請求の範囲24のカートリッジ。 29．保存容器が複数の頭隙部分を含有する、請求の範囲16のカートリッジ。 30．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲19のカートリッジ。 31．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲22のカートリッジ。 32．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲29のカートリッジ。 33．(a)保存容器と接触した水性較正液が水性較正液の溶解気体を該保存容器に含まれている較正気体と交換できるように、較正用気体の前もって定められた組成物を含む、線渠の中に位置する気体平衡用保存容器を提供すること、および (b)該保存容器に含まれている較正用気体の前もって定められた組成物を実質的に反映する平衡化された溶解気体組成物を水性較正液に供給するために該液体が該保存容器と接触するよう、該線渠に水性較正液を充填すること、を含む水性較正液の溶解気体組成物を平衡化する方法。 34．(a)保存容器と接触した較正液が較正液の溶解気体を該保存容器に含まれている較正気体と交換できるように、該保存容器および気体センサーが線渠の中に位置する、較正用気体の前もって定められた組成物を含む気体センサーおよび気体平衡用保存容器を提供すること、 (b)該保存容器に含まれている較正用気体の前もって定められた組成物を実質的に反映する平衡化された溶解気体組成物を較正液に供給するために、該液体が該保存容器と接触するよう、該線渠に較正液を充填すること、 (c)該平衡化された較正液を該気体センサーと接触させて、該気体センサーの平衡化された該較正液に対する反応を記録すること、 (d)該試料液中の溶解気体の濃度を測定するため、該試料液が該気体センサーと接触するように該平衡化された較正液を試料液で置き換えること、を含む試料液中の溶解気体の濃度を測定する方法。 35 ．試料流体が、生物学的流体である、請求の範囲34の方法。 36 ．流体試料が、血液、血漿および尿を含む群から選択される、請求の範囲35 の方法。 37 ．試料流体が血液である、請求の範囲36の方法。 38.(a)水性較正液中の溶解気体の濃度を測定する気体センサー、および所定の較正気体組成物を含む提供することと、 (b)該線渠に、気体センサーをわずかに越えた位置にある点まで該水性較正液を充填することと、 (c) 該較正液の溶解した気体と該線渠の較正気体を平衡化することと、 (d) 該気体センサーを用いて、該平衡化較正液の溶解気体組成物を測定することとを含む、線渠内の気体センサーを較正するために使用される、水性較正液の溶解気体組成物を平衡化するための方法。 39．気体組成物が周囲の空気を含む、請求の範囲38の方法。 40．充填段階の設置が光学的に行われる、請求の範囲38の方法。 41．充填段階の設置が伝導センサーを補助として用いて行われる、請求の範囲38 の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ロジャースジョセフダブリュ. アメリカ合衆国ペンシルベニア州ドイレスタウンホーリーウェイ 4080 (72)発明者ゼリンマイケルピー. アメリカ合衆国ニューヨーク州ブルックリンアーカンサスドライブ 225

Claims

【特許請求の範囲】１．(a)容器、 (b)水性較正液を充填できる、該容器内の少なくとも一本の線渠、および (c)前もって定められた較正用気体組成物を含む気体平衡化保存容器であって、該保存容器に含まれる較正用気体の前もって定められた組成物を実質的に反映する平衡化された溶解気体組成物を水性較正液に供給するために、該保存容器と接触した水性較正液が水性較正液中に溶解した気体を保存容器中の気体と迅速に交換できるよう該線渠の中に位置する保存容器、を含む水性較正液の溶解気体組成物を迅速に平衡化するための装置。２．請求の範囲１の装置において、保存容器が較正用気体の前もって定められた組成物の供給源として機能する固体または半固体の素材を充填したコンパートメントを含む装置。３．請求の範囲１の装置において、保存容器が較正用気体の前もって定められた組成物の貯蔵源として機能する固体または半固体の素材を充填したコンパートメントを含む装置。４．素材がシリコンゴムを含む、請求の範囲２の装置。５．素材がシリコンゴムを含む、請求の範囲３の装置。６．素材がヒドロゲルを含む、請求の範囲２の装置。７．素材がヒドロゲルを含む、請求の範囲３の装置。８．保存容器が頭隙部を含有する、請求の範囲１の装置。９．保存容器が複数の頭隙部を含有する、請求の範囲１の装置。 10．請求の範囲８の装置において、頭隙部が較正用気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能する装置。 11．請求の範囲９の装置において、頭隙部が較正用気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能する装置。 12．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲２の装置。 13．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲３の装置。 14．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲８の装置。 15．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲９の装置。 16．(a)センサー部分や較正液部分などの複数の部分をもった容器、 (b)該容器のセンサー部分に位置する気体センサー、 (c)該容器の較正液部分とセンサー部分とを結ぶ少なくとも一本の線渠、および (d)前もって定められた較正用気体組成物を含む気体平衡用保存容器であって、該保存容器に含まれる較正用気体組成物を実質的に反映する平衡化した溶解気体組成物を較正液に供給するため、該保存容器と接触した較正液が較正液中の溶解気体を該保存容器中の気体と迅速に交換できるように、該線渠の中に置かれた保存容器であって、該線渠部分およびセンサー部分が平衡化された該較正液と試料液がセンサーを通って置換できるように配置された保存容器、を含む試料液体中の溶解気体の濃度を測定するためのカートリッジ。 17．容器が平面である、請求の範囲16のカートリッジ。 18．較正液部分が該較正液と気体センサーの間の不適切な接触を防止する、請求の範囲16のカートリッジ。 19．請求の範囲16のカートリッジにおいて、容器が線渠によってセンサー部分に接続された試料液部分をさらに含み、試料液部分が該較正液と気体センサーの間の不適切な接触を防止する、カートリッジ。 20．請求の範囲16のカートリッジにおいて、保存容器が較正気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能する固体または半固体の素材で充填したコンパートメントを含むカートリッジ。 21．素材がシリコンゴムを含む、請求の範囲20のカートリッジ。 22．素材がヒドロゲルを含む、請求の範囲20のカートリッジ。 23．保存容器が少なくとも一個の頭隙部を含有する、請求の範囲16のカートリッジ。 24．請求の範囲23のカートリッジにおいて、頭隙部分が較正気体の前もって定められた組成物の供給源または貯蔵源として機能するカートリッジ。 25．請求の範囲23のカートリッジにおいて、較正液の少なくとも気体保存容器が直接的に接触する部分の容積(Ｖ_GF)に対する気体保存容器の容積(Ｖ_GR)の比率が、約0.5から約5の範囲にあるカートリッジ。 26．比率がおよそ1である、請求の範囲25のカートリッジ。 27．比率が1よりも大きい、請求の範囲25のカートリッジ。 28．Ｖ_GRが約0.5から５μLの範囲にある、請求の範囲25のカートリッジ。 29．Ｖ_GRが約1から3μLの範囲にある、請求の範囲25のカートリッジ。 30．保存容器が複数の頭隙部分を含有する、請求の範囲16のカートリッジ。 31．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲20のカートリッジ。 32．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲23のカートリッジ。 33．線渠から保存容器を隔離する気体通過膜をさらに含む、請求の範囲30のカートリッジ。 34．(a)保存容器と接触した水性較正液が水性較正液の溶解気体を該保存容器に含まれている気体と迅速に交換できるよう線渠の中に位置する、較正用気体の前もって定められた組成物を含む気体平衡用保存容器を提供すること、および (b)該保存容器に含まれている較正用気体の前もって定められた組成物を実質的に反映する平衡化された溶解気体組成物を水性較正液に供給するために該液体が該保存容器と接触するよう、該線渠に水性較正液を充填すること、を含む水性較正液の溶解気体組成物を迅速に平衡化する方法。 35．(a)保存容器と接触した水性較正液が水性較正液の溶解気体を該保存容器に含まれている気体と迅速に交換できるよう線渠の中に位置する、較正用気体の前もって定められた組成物を含む気体平衡用保存容器および気体センサーを提供すること、 (b)該保存容器に含まれている較正用気体の前もって定められた組成物を実質的に反映する平衡化された溶解気体組成物を較正液に供給するために、該液体が該保存容器と接触するよう、該線渠に較正液を充填すること、 (c)該平衡化された較正液を該気体センサーと接触させて、該気体センサーの平衡化された該較正液に対する反応を記録すること、 (d)該試料液が該気体センサーと接触するように該平衡化された較正液を試料液で置き換え、該気体センサーの該試料液に対する反応を記録すること、および (e)該反応を、該試料中の溶解気体の濃度と関連させること、を含む試料液中の溶解気体の濃度を測定する方法。 36．線渠内にある気体検出装置を較正するために用いられる、水性液の溶解気体組成物を迅速に平衡化する方法であって、 (a)前もって定められた気体組成物を含み液状試料中の溶解気体の濃度を測定するための気体検出装置を備えた線渠に水性液を充填すること、 (b)該水性液の気体−液体界面と、気体検出装置と接触している該水性液部分との距離を最小にするために、該界面を該気体検出装置の直後に設置すること、を含む方法。 37．気体組成物が周囲の空気を含む、請求の範囲36の方法。 38．設置段階が光学的に行われる、請求の範囲36の方法。 39．設置段階が伝導センサーを補助として用いて行われる、請求の範囲36の方法。