(57)【要約】  【課題】  少なくとも二つの分析物を測定するための光学センサ装置（１００）が開示される。  【解決手段】  センサ装置（１００）は、少なくとも一つの第１染料（１１）と第２染料（２２）とを含み、染料（１１，２２）は、それぞれの分析物に依存する光学的挙動を有する。少なくとも一つの第１染料（１１）はメンブレン（１）に含まれる。メンブレン（１）はキャビティ（２）を限定する。キャビティ（２）は、第２染料（２２）と混合される緩衝液（２１）を含む。染料（１１，２２）の光学的挙動は励起光による刺激を受け、その結果生じる光学的挙動は、例えば、関連するダイクロイックミラー（５１，５２）を使用する光検出器（５３，５４）により検出されうる。緩衝液（２１）および第２染料（２２）のための貯蔵部（３）が設けられてもよく、貯蔵部（３）はキャビティ（２）との拡散接触状態にある。光学センサ装置（１００）の構成要素は、共通のハウジング（８０）に配置されてもよい。ハウジング（８０）は、これをバイオリアクタのような容器（２００）のポート（２０３）に機械的に接続するための手段（８２）を有し、外部装置（９０）との通信のため、および／またはセンサ装置（１００）の電力供給のためのインタフェース（８１）を有しうる。  【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とを測定するためのセンサ装置（１００）であって、
キャビティ（２）に収容される緩衝液（２１）と、
前記キャビティ（２）の少なくとも一つの側で前記キャビティ（２）を限定し、少なくとも一つの第１染料（１１）を含み、前記少なくとも一つの第１染料（１１）の各々が、それぞれの第１分析物に依存する光学的挙動を示す、メンブレン（１）と、
を包含するセンサ装置（１００）であり、
前記緩衝液（２１）と混合され、前記緩衝液（２１）のｐＨ値に依存する光学的挙動を示し、前記緩衝液（２１）の前記ｐＨ値が前記第２分析物に依存する、第２染料（２２）、
を特徴とするセンサ装置（１００）。
【請求項２】
前記キャビティ（２）が前記メンブレン（１）により限定されていない前記キャビティ（２）の側で、前記キャビティ（２）が透明要素（２３）により限定される、請求項１に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項３】
前記緩衝液（２１）と前記第２染料（２２）との貯蔵部（３）をさらに包含し、前記貯蔵部（３）が前記キャビティ（２）との拡散接触状態にある、請求項１または２の一方に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項４】
前記貯蔵部（３）が環形状である、請求項３に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項５】
前記貯蔵部（３）が不透明層（３２）により少なくとも部分的に囲まれる、請求項３または４に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項６】
光学セクション（５０）をさらに包含し、前記光学セクション（５０）が、前記少なくとも一つの第１染料（１１）の各々のためのダイクロイックミラー（５１）と関連する光検出器（５３）とを含むとともに、前記第２染料（２２）のためのダイクロイックミラー（５２）と関連する光検出器（５４）とを含む、先行請求項の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項７】
前記光学セクション（５０）がさらに、光源（６０）用の基準信号を生成するためのビームスプリッタ（５５）と関連する光検出器（５６）とを包含する、請求項６に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項８】
前記光学セクション（５０）から前記少なくとも一つの第１染料（１１）および前記第２染料（２２）へ光を誘導するため、および／または、前記少なくとも一つの第１染料（１１）の少なくとも一つから発せられるか前記少なくとも一つと相互作用を行った光、および／または、前記第２染料（２２）から発せられるか前記第２染料（２２）と相互作用を行った光を前記光学セクション（５０）へ誘導するための光学導波路（３３）が設けられる、請求項６または７に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項９】
前記光学セクション（５０）を制御して、前記光学セクション（５０）の前記光検出器（５３，５４，５６）から受信した信号を処理するための制御評価セクション（７０）をさらに包含する、請求項６から８の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１０】
前記制御評価セクション（７０）と前記光学セクション（５０）と前記キャビティ（２）とが、前記メンブレン（１）により一つの側が閉じられた共通のハウジング（８０）に収容される、請求項９に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１１】
前記ハウジング（８０）が、容器（２００）に設けられたポート（２０３）に前記センサ装置（１００）を機械的に接続するための手段（８２）を備える、請求項１０に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１２】
前記ハウジング（８０）が、前記センサ装置（１００）の電力供給のための、および／または、前記センサ装置（１００）と外部装置（９０）との間でのデータ伝達のためのインタフェース（８１）を備える、請求項１０または１１に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１３】
前記光学セクション（５０）が前記制御評価セクション（７０）から取り外し可能である、請求項９から１２の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１４】
前記制御評価セクション（７０）が、前記センサ装置（１００）用の校正データ（７７）を記憶するためのメモリ（７６）を有する、請求項９から１３の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１５】
前記メンブレン（１）を備える前記キャビティ（２）が前記光学セクション（５０）から取り外し可能である、請求項６から１４の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１６】
前記メンブレン（１）の前記少なくとも一つの第１染料（１１）が、中空粒子に包囲されるか、前記メンブレン（１）の細孔に収容されるか、担体粒子（１８）に吸収されるか、担体粒子（１８）に溶解されるか、担体粒子（１８）に吸着されるか、前記メンブレン（１）内で粒子を形成する、先行請求項の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１７】
前記キャビティ（２）と反対側にある前記膜（１）の側が不透明である、先行請求項の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１８】
前記キャビティ（２）がスペーサ要素（２４）を収容する、先行請求項の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項１９】
前記メンブレン（１）における前記第２分析物の拡散についての拡散係数が、前記スペーサ要素（２４）における前記キャビティ（２）での前記緩衝液（２１）および前記第２染料（２２）の拡散係数よりも１０から１００倍高くなるように、前記メンブレン（１）と前記スペーサ要素（２４）とが選択される、請求項１８に記載のセンサ装置（１００）。
【請求項２０】
前記メンブレン（１）が、２枚のフルオロポリマーフィルム（１４，１５）の間に挟まれたメッシュ（１６）を含む、先行請求項の一つに記載のセンサ装置（１００）。
【請求項２１】
前記フルオロポリマーフィルム（１４，１５）の間の前記メッシュ（１６）がシリコン（１７，１９）に埋設される、請求項２０に記載のセンサ装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とを光学手段により測定するためのセンサ装置に関する。詳細には、センサ装置は少なくとも一つの第１染料と第２染料とを収容し、染料は、少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とにそれぞれ依存するそれぞれの光学的挙動を有する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、センサとそのメンブレンとを開示している。メンブレンは、センサ固有物質を含む少なくとも一つの機能層を有するセンサ要素を含む。センサ固有物質は、測定対象の分析物との接触がセンサ固有物質の化学的または物理的性質を変化させるようなものである。センサ固有物質は、例えば燐光染料または指示染料であってもよい。センサ要素は、少なくとも二つのセンサ部品を有する多層構造であってもよく、その例はカプセル化顔料と遮光層とｐＨ緩衝層とを含むポリマー層である。
【０００３】
特許文献２のドイツ語訳である特許文献３は、複数の分析物を測定するためのセンサの構成を開示しており、センサ間での有害な相互作用にもかかわらずそれぞれの分析物の濃度を決定するために信号処理用のプロセッサが設けられている。
【０００４】
特許文献４は、濃度を測定するための光学センサを開示している。センサは、センサヘッドの検知要素と、センサヘッドから離間した電子部品とを有する。光ファイバがセンサヘッドと電子部品とを接続する。光学センサはさらに、検知要素の直近に熱センサを包含する。
【０００５】
特許文献５は、透過の異なる複数のフィルタと各フィルタ用の別々の検出器との使用により、複数の気体を同時に監視するための器具を開示している。代替的に、励起源と単一の検出器との間に選択的に挿入可能な複数のフィルタにより、複数の気体が連続的に監視されうる。
【０００６】
光学センサを使用して物質の濃度または分圧を決定するための測定を実行する多様な方法はよく知られており、このような物質は、今後は分析物とも呼ばれる。いかなる点でも限定と解釈されるべきではない例が、特許文献６、特許文献７、特許文献８、そしてこれらの文献に挙げられている引例に見られる。このような方法は、本発明によるセンサ装置に採用されうる。
【０００７】
同様に知られているのは、その化学組成、それが示す光学的挙動、そして対象分析物のこの光学的挙動への影響の仕方において異なっている多種の光学センサである。今挙げた引例にも例が見られる。
【０００８】
本願が関係するセンサは、染料とも呼ばれる物質を含み、それは分析物を測定する際に光学的挙動を示し、そのことは、例えば分析物が溶液中にある物質の場合は分析物の濃度を決定し、分析物が混合気体中又は液状媒体中にある気体の場合は通常分析物の分圧を決定することを意味する。分析物の濃度又は分圧を決定するということは、限られた誤差の範囲で濃度の値や分圧の値をそれぞれ決定するだけでなく、濃度又は分圧のある値が単にある範囲内に含まれるかどうかを決定することも含む。この数値範囲は上限値及び下限値を有していてもよく、または上限値のみや下限値のみを有してもよい。
【０００９】
分析物に依存するがゆえにこの分析物の測定に使用される染料の光学的挙動は、例えば染料の反射率、吸収、または色を含み、さらなる例として発光を含み、発光は少なくとも蛍光と燐光とを含む。これは、これらの例ではそれぞれ、分析物の濃度または分圧に依存して、ある特定の波長の光に対する染料の反射係数または吸収係数が変化すること、あるいは染料の色が変化すること（これは周知の比色分析法により量的に決定することができる）、または染料の発光挙動が変化することを意味する。後者は、励起、例えば特定の波長領域の光による励起に対して染料が示す発光作用が変化することを意味する。この変化は例えば、発光の強度および／または波長の変化、あるいは発光の減衰時間の変化でありうる。減衰は例えば、発光の強度または偏光度の減衰でありうる。
【００１０】
これらのセンサは特定の用途または測定条件において使用される際に、多様な形状、例えばセンサスポットまたはセンサパッチとして用意されて商品化されうる。さらなる使用形態は、専用ポートを介して容器、例えばバイオリアクタのような容器へ挿入されるプローブの一部としての形態である。専用ポートの使用は、測定または測定により監視されるプロセスが無菌および／または除染環境で実行されなければならない場合には、特に望ましい。膨大な数の多様なバイオリアクタが市場に流通しているが、これらのバイオリアクタは、通常、バイオリアクタ内で行われているプロセスにおいて着目される量の数及びバイオリアクタ内に設置される必要があるセンサに対応するセンサの数に比べると、小数のポートしか有していない。着目される量の数は、過去１５年ほどで著しく増加し、この傾向はまだ続いている。バイオリアクタは顕著な例であるが、多数の量、特に様々な物質の濃度または分圧を監視する必要性は異なる状況でも発生することがあり、これは本発明がバイオリアクタの用途に限定されないことを暗に示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１４１１２９７２号明細書
【特許文献２】欧州特許第１１３０３８２号明細書
【特許文献３】欧州特許第１１３０３８２号明細書の独語訳第６０１２８２７９号
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１４１０３７２１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，２７０，０９１号明細書
【特許文献６】国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０７０５５２号（国際公開第２０１３／０６８２１５号として公開）明細書
【特許文献７】国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１４／０６３７６５号（国際公開第２０１５／０２５２４３号として公開）明細書
【特許文献８】欧州特許第１０００３４５号（欧州特許出願第９８９４５１２５．７号による）明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そのため、専用ポートを介して容器において使用される場合に単一のポートのみを必要としつつ複数の分析物を測定することが可能なセンサ装置を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載のセンサ装置により達成される。
【００１４】
本発明によるセンサ装置は、緩衝液、より詳しくはｐＨ緩衝液が収容されるキャビティを有する。メンブレンは、キャビティの少なくとも一つの側でキャビティを限定する。メンブレンは少なくとも一つの第１染料を含む。少なくとも一つの第１染料の各々は、それぞれの第１分析物に依存する光学的挙動を示す。この依存性の結果として、少なくとも一つの第１染料の各々がそれぞれの第１分析物の測定に採用されうる。
【００１５】
本発明によれば、第２染料は緩衝液と混合される。第２染料は、緩衝液のｐＨ値に依存する光学的挙動を示し、一方で緩衝液のｐＨ値は第２分析物に依存する。この依存性と、第２分析物が緩衝液のｐＨ値に影響することと、緩衝液のｐＨ値が第２染料の光学的挙動に影響することにより、第２分析物が測定されうる。
【００１６】
そのため、本発明によるセンサ装置は、少なくとも一つの第１分析物ばかりでなく第２分析物も測定できる。これは詳しくは、少なくとも一つの第１および第２分析物を測定するのに利用可能な染料の光学的挙動が、異なる変換原理を介してそれぞれの分析物により影響を受ける場合でもある。緩衝液のｐＨ値に影響する分析物は、緩衝液と混合されるｐＨ感応性を有する第２染料により上記の用語では第２分析物として測定され、一方で別の分析物は、緩衝液のｐＨ値に適した影響を与えない場合でも、メンブレンの適当な染料を介して測定されうる。メンブレンは同時に、少なくとも一つの側でキャビティを限定するのに使用され、こうして第２染料を含む緩衝液がこの少なくとも一つの側でキャビティから漏出するのを防止するので、染料は単一のセンサ装置へ容易に組み合わせられ得る。
【００１７】
ｐＨ値が関係しない変換原理の例は、染料から分析物への非放射性エネルギー伝達である。例を挙げると、励起光の形でエネルギーを吸収することにより励起状態まで高められる発光染料は、発光としてエネルギーを放出しうる。エネルギー放出のためのさらなる通路として、染料が非放射方式で分析物にエネルギーを伝達する場合には、分析物の存在下で染料の発光挙動が変化する。たいていは分析物を測定するのに発光の減衰時間が使用される。染料がエネルギーを放出するための付加的な通路が設けられる場合には、発光がより速く減衰する。分析物への非放射性エネルギー伝達の場合には、染料と相互作用しうる分析物分子の数が多いほど、つまり分析物の濃度または分圧が高いほど、発光は速く減衰する。このような、またこれとは別の変換原理は当該技術では周知である。
【００１８】
センサ装置が適切に機能するための一般的な要件は、少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とが、それぞれの分析物との反応で光学的挙動を変化させるように用意されたそれぞれの染料に到達することである。測定時に、メンブレンは、測定される分析物を含有する媒体との接触状態に置かれる。メンブレンは、分析物がメンブレンへ進入でき、メンブレン内の少なくとも一つの第１染料のそれぞれに少なくとも一つの第１分析物の各々が到達するような、そして少なくとも第２染料がメンブレンを通過してキャビティ内の第２染料に到達するような構成でなければならない。分析物は、通常は拡散によりメンブレンへ進入してこれを通過する。この段落で分析物が染料に到達すると述べる時に、意味しているのは、分析物がセンサ装置の一部に到達し、ここで、それぞれの染料の光学的挙動が対応の分析物により影響されるように少なくとも一つの第１染料または第２染料と相互作用できることである。染料とそれぞれの分析物との間でのこの相互作用は、染料と分析物との間の直接的な相互作用であってもよいし、間接的な相互作用であってもよい。間接的な相互作用の例は上述した第２染料の場合であり、第２分析物が緩衝液のｐＨ値を変え、第２染料はそのようなｐＨ値の変化に反応する。直接的相互作用の例は、上述した染料から分析物への非放射性エネルギー伝達である。分析物はメンブレンへ進入できなければならないが、キャビティ内の緩衝液・染料混合物とメンブレン内の少なくとも一つの第１染料との組成物を望ましくない媒体への露出から保護するためにメンブレンは詳しくは疎水性でイオン非透過性であってもよい。
【００１９】
一実施形態において、キャビティは、メンブレンによりキャビティが限定されていないキャビティの側で透明要素により限定される。こうして、キャビティはメンブレンにより一つの側を、透明要素により別の側を限定される。この状況において、「透明」は、少なくともセンサ装置による測定で使用される波長の光が、少なくとも５０％の強度で、一般的には９０％を超える強度で透明要素を透過することを意味する。これは、励起光として光源から発せられる光の波長を少なくとも含み、実施形態のこのような光源はセンサ装置の一部を形成しうる。これはさらに、センサ装置における少なくとも一つの第１および第２染料の光学的挙動と関連する波長を含み、それは例えば光学的挙動が発光現象の場合には発光の波長である。透明要素は言うまでもなく、例えば広い波長範囲にわたって５０％を上回るか９０％を上回る高い透過を示すものであってもよい。透明要素は、例えばガラスまたはプラスチックで製作されうる。一つの側でキャビティを限定することとは別に、透明要素は、センサ要素における少なくとも一つの第１染料および第２染料に励起光が衝突するためのウィンドウとして、および／または、センサ要素の少なくとも一つの第１染料および第２染料からの光、つまり少なくとも一つの第１染料または第２染料の少なくとも一方により発せられるか又はこれと相互作用を行った光のためのウィンドウとしても機能しうる。透明要素はさらに、これを通過する光の形状を決めるような形状を持ち、例えば透明要素はレンズのような形状であってそのように機能しうる。
【００２０】
一実施形態において、センサ装置は緩衝液および第２染料の貯蔵部を含み、貯蔵部はキャビティとの拡散接触状態にある。緩衝液と染料との協働に基づくセンサでは、本発明の第２染料の場合のように、緩衝液の化学的組成、その浸透圧、緩衝液および染料のｐＫａ値とともに、その濃度が、所望の目標分析物と所望の感度範囲とに従って選択される。例えばバイオテクノロジープロセスにおけるこのようなセンサの短所は、センサの「ポイズニング」である。センサの「ポイズニング」とは、対象分析物以外の物質がセンサ、特に緩衝液に入り込み、そこの化学的条件を変化させることであり、それにより緩衝液と染料が測定に使用される際には、例えばセンサの校正が行われたような意図した条件において、もはや機能しなくなる。これは測定エラーを招き、そのため回避されるべきである。影響は時間とともに蓄積し、センサの寿命を縮める。緩衝液および第２染料の貯蔵部は、センサポイズニングに対抗するために設けられる。キャビティへ進入する対象分析物以外の物質は、拡散によりキャビティから貯蔵部へ除去されうるが、やはり拡散により、新しい緩衝液および第２染料が貯蔵部からキャビティへ供給される。
【００２１】
一実施形態において、貯蔵部は環形状のものである。貯蔵部は詳しくは、染料に向かって、また逆方向に伝搬する光が、環状貯蔵部により囲まれたエリアを通過するように、キャビティに装着することができる。環状貯蔵部を用いた場合には、一か所のみでキャビティと拡散接触状態にある貯蔵部を用いた場合に可能であるよりもより均質な状態で、キャビティ全体に渡るセンサポイズニングに対抗することが可能である。貯蔵部は、不透明層により少なくとも部分的に囲まれうる。不透明層は、貯蔵部の内容物、詳しくは第２染料を、光から、特にキャビティ内での第２染料の励起に使用される光から保護する。ある染料は露光の増加により破壊される傾向があるので、不透明層で貯蔵部を完全または部分的に取り囲むことは、センサ寿命の延長に寄与する。
【００２２】
貯蔵部を完全または部分的に囲む不透明層は、第１染料からの光、および／または、第２染料からの光に対する検出システムを、貯蔵部内からの光に対して遮蔽するようにも配置されうる。通常はキャビティよりも容積の大きい貯蔵部の寸法により、第２分析物は一般的にキャビティ内よりも貯蔵部内で拡散するのに長い時間がかかる。これは、貯蔵部内の緩衝液と第２染料とは、全体として考えると、キャビティ内の緩衝液および第２染料よりも、第２分析物に対する反応が遅く、特に第２分析物の濃度または分圧の変化に対する反応が遅いことを暗に示す。そのため、上述した検出システムでの貯蔵部内からの光の捕集も、センサ信号の強いヒステリシスを招くだろう。このようなヒステリシスは、不透明層により回避されるので有利である。不透明層により貯蔵部が励起光から保護される場合には、検出システムが遮蔽される必要のある貯蔵部内からの光は存在しないだろう。この場合には、センサ信号の強いヒステリシスも回避される。
【００２３】
不透明層によって少なくとも部分的に囲まれ、染料方向に、又はそれとは逆方向に伝搬する光が、環状貯蔵部に囲まれたエリアを通過するようにキャビティに装着される環状貯蔵部は、さらにコリメータとして機能することができ、センサ装置内における光のより良好に制御された伝搬に寄与する。
【００２４】
一実施形態において、センサ装置は、少なくとも一つの第１染料及び第２染料から光を受け取るように配置される光学セクションを含む。少なくとも一つの第１染料の各々について、光学セクションは、ダイクロイックミラーと関連する光検出器とを含む。各ダイクロイックミラーは、対応する第１染料から関連する光検出器へ光を誘導するように設けられる。当該実施形態における光学セクションはさらに、第２染料に対するダイクロイックミラーと関連する光検出器とを含む。このようなダイクロイックミラーは、第２染料から関連の光検出器へ光を誘導するように設けられる。
【００２５】
一実施形態において、光学セクションは、光源用の基準信号を発生させるためのビームスプリッタと関連する光検出器とを含む。光源は、センサ装置による測定に使用される励起光を発生させるために設けられる。光源は、外部光源、またはセンサ装置に一体化された光源であってもよい。ビームスプリッタは、光源から染料へ送られる光の強度を監視するため、光源により発生される光の一部を関連する光検出器へ誘導する。ビームスプリッタは詳しくは、ビームスプリッタに当たる光強度の０．５％から６％を光源から関連する光検出器へ誘導する一方で、残りの光を染料に向けるように構成されてもよい。
【００２６】
一実施形態では、光学セクションから少なくとも一つの第１染料と第２染料とに光を誘導するために光学導波路が設けられる。代替的にまたは付加的に、光学導波路は、少なくとも一つの第１染料のうち少なくとも一つから発せられるか又は相互作用を行った光、例えば少なくとも一つの第１染料からの発光または少なくとも一つの第１染料から反射されたか拡散された光を光学セクションへ誘導するために使用されうる。同様に、光学導波路は第２染料から発せられるか又は相互作用を行った光を光学セクションへ誘導しうる。貯蔵部を有するセンサ装置の場合には、貯蔵部が光学導波路の周りに配置されてもよく、それは言い換えると、光学導波路が貯蔵部を貫通してもよい。
【００２７】
実施形態では、上述した光学セクションに加えて、センサ装置は、光学セクションを制御するとともに、光学セクションの光検出器から受信した信号を処理するための制御評価セクションを含む。光検出器から受け取った信号、詳細にはそれは光検出器によって受け取られた光強度を表すものであるが、そのような信号を外部装置へ通信するために、光検出器から受け取られた信号の処理は、特に所望のデータフォーマット、詳しくはデジタルデータフォーマットに信号を変換することを含んでもよい。
【００２８】
センサ装置のある実施形態において、制御評価セクション、光学セクション及びキャビティは、共通のハウジングに収容される。ハウジングはメンブレンにより一つの側が閉じられる。ハウジングは詳しくは、容器に設けられるポートにセンサ装置を接続するための手段を備えうる。容器は例えばバイオリアクタでありうる。容器のポートはハウジングを機械的に固定し、ハウジングのメンブレンで閉じられた側は、容器の内部を向いている。ハウジングはセンサ装置の電力供給のための、および／または、センサ装置と外部装置との間の通信のための接続部として作用するインタフェースも備えうる。外部装置は例えば、センサ装置の動作を制御するプロセス制御ユニット、あるいはデータロギング装置でありうるが、これらに限定されるわけではない。詳しく記すと、制御評価セクションにより処理される信号は、インタフェースを介して外部装置へ通信されうる。さらなる可能性としては、センサ装置についての校正データが、インタフェースを介して、制御評価セクションの一部を形成するメモリへ伝達されることである。詳細には、制御評価セクションにより実施される信号処理に必要な校正データの一部分は、インタフェースを介して、制御評価セクションの一部を形成するメモリへ通信されうるのに対して、外部装置によりセンサ装置から受信されたデータのさらなる処理に必要な校正データの一部分は外部装置に記憶されうる。
【００２９】
センサ装置のある実施形態において、メンブレンを備えたキャビティを含む部分は、光学セクションから取り外し可能である。この場合、キャビティは通常、透明要素により一側面が閉じられ、その透明要素はキャビティを含む部分が光学セクションから取り外される場合にはキャビティに残る。貯蔵部を備えるセンサ装置の場合には、貯蔵部は接続されたままキャビティを含む部分とともに取り外されうる。付加的にまたは代替的に、制御評価セクションは光学セクションから取り外し可能でありうる。こうして、センサ装置の部分の一つ、つまり制御評価セクション、または光学セクション、またはメンブレンを備えるキャビティを含む部分が故障した場合には、故障部分を交換するだけで充分であり、センサ装置のメンテナンスをより経済的に、そしてこれらの部分により得られるモジュール構造ゆえにより容易になる。さらに、妥当なメンブレンおよびキャビティ部分を適当な光学セクションおよび適当な制御評価セクションと組み合わせることにより、モジュール構造は特定の測定用途に適したセンサ装置の迅速かつ容易な組立も可能にする。
【００３０】
限定ではないが詳しく記すと、上述したモジュール構造の実施形態について、例えばセンサ装置の製造者または小売業者により、メンブレンを備えるキャビティを含む部分とともに校正データがセンサ装置のユーザに提供されることが考えられる。上述のように、ユーザは校正データまたはその関連部分を、インタフェースを介してセンサ装置へ通信できる。校正データは、適当な形、例えばクリアテキストやバーコードとして、例えばＵＳＢスティックやフラッシュカードのような記憶媒体でのデータファイルとして、またはデータネットワークからのダウンロードを介して提供されうる。校正データは、有線または無線接続により、パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォンのような適当な手段を使用し、インタフェースを介してセンサ装置へ伝達されうる。ＵＳＢスティックやフラッシュカードのような記憶媒体をセンサ装置へ直接的に接続することも可能である。
【００３１】
メンブレンの少なくとも一つの第１染料は、様々な形でメンブレンに含まれうる。例えば、少なくとも一つの第１染料はメンブレンまたはメンブレンの層に均質的に分散されうる。少なくとも一つの第１染料はまた、メンブレン内で、中空粒子に囲まれうる。一つ以上の第１染料の場合には、第１染料につき一種類の中空粒子で複数種類の中空粒子が設けられてもよい。染料を含有する中空粒子は、測定における適切な操作のため染料により必要とされる化学的環境を確立するため別の物質を含有してもよい。中空粒子は例えば、染料に加えて緩衝液を含有しうる。この緩衝液はキャビティ内の緩衝液と異なっていてもよい。中空粒子は、粒子の内部を包囲するシェルを有する。中空粒子は詳しくはミセルでありうる。
【００３２】
代替的に、少なくとも一つの第１染料がメンブレンの細孔に含まれてもよい。さらなる代替例として、担体粒子がメンブレンに分散されてもよく、少なくとも一つの第１染料が担体粒子に吸収または溶解されるか、担体粒子に吸着される。ちょうど中空粒子の場合と同じように、一つ以上の第１染料が用意される場合には、第１染料につき一種類の担体粒子で複数種類の担体粒子が用意されてもよい。また別の代替例としては、少なくとも一つの第１染料自体がメンブレン内の粒子を形成する。
【００３３】
さらに、上記の可能性の組み合わせが使用されてもよい。例えば、一つの染料が中空粒子に囲まれてもよいのに対して、別の染料は担体粒子に吸収される。
【００３４】
本発明によるセンサ装置では、メンブレンがキャビティを限定する。これは、キャビティに面するメンブレンの一つの側と、キャビティとは反対のメンブレンの側とが設けられることを意味する。有利な実施形態において、キャビティと反対のメンブレンの側は不透明である。これは、染料へ向かう光がセンサ装置から外れて、測定対象の分析物を含有する媒体へ進入するのを防止する。こうして、媒体に存在しうる発光物質の想定外の励起のような、媒体内でのこの光の想定外の作用から生じる問題が回避される。等しく回避される関連する問題は、あるセンサ装置からの光が、媒体で同時に使用される別のセンサ装置の動作を妨害することである。別のセンサ装置は、本発明によるセンサ装置であるか、異なる種類のものでありうる。さらに回避されるのは、センサ装置の外側からの光がメンブレンを通ってセンサ装置へ進入することである。詳細には、不透明なハウジングとの組み合わせで使用される場合には、上述した不透明なメンブレンは、センサ装置における染料からの光のみが光学セクションに到達することを保証する。
【００３５】
一実施形態では、キャビティはスペーサ要素を含む。スペーサ要素は、例えばセルロース、プラスチック、ステンレス鋼で製織されるか不織加工された、例えば多孔性で少なくとも半透明のマットまたはメッシュでありうる。スペーサ要素は、実施形態において、センサ装置の組立中に、キャビティを限定する透明要素と透明要素の反対にあるキャビティの側との間に規定の距離を保証するのに使用されうる。さらに、スペーサ要素は、キャビティ内、ゆえにスペーサ要素自体での拡散、詳しくは緩衝液と第２染料との拡散に影響する。上述したセンサポイズニングの作用を軽減するのと同時に第２分析物の測定のためのセンサ装置の適切な機能を可能にするため、実施形態のメンブレンとスペーサ要素とは、メンブレン内での第２分析物の拡散についての拡散係数が、スペーサ要素でのキャビティの緩衝液および第２染料の拡散係数より１０から１００倍高くなるように選択される。第２分析物は、第２分析物の測定を所望の精度で実施するのに充分なほどキャビティの緩衝液のｐＨ値を変化させることが可能でなければならないが、キャビティ内のｐＨ値の変化が、貯蔵部からキャビティへ、そしてキャビティ内での新しい緩衝液と第２染料との高速拡散プロセスにより平衡化される場合には、これは困難または不可能であろう。
【００３６】
実施形態のメンブレンは、２枚のフルオロポリマーフィルムに挟まれたメッシュを含む層状構造を有する。フルオロポリマーの非限定的な例は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。付加的に、フルオロポリマーフィルムの間のメッシュがシリコンに埋設されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
以下、本発明とその利点とが、特定の実施例により、また添付の図を参照して、さらに例示される。
【００３８】
【図１】本発明によるセンサ装置の簡単な実施形態の概略図を示す。
【図２】緩衝液および第２染料のための貯蔵部を含む、本発明によるセンサ装置の実施形態の概略図を示す。
【図３】緩衝液および第２染料のための貯蔵部を含む、本発明によるセンサ装置のさらなる実施形態を概略的に図示している。
【図４】図３に示されたセンサ装置がどのように組み立てられるかを図示している。
【図５】図３によるセンサ装置の概略上面図を示す。
【図６】本発明によるセンサ装置のためのメンブレンの概略断面図を示す。
【図７】図１に示された本発明によるセンサ装置の変形として、または図８に示された発明によるセンサ装置の一部として使用されうるアセンブリを示す。
【図８】光学セクションと制御評価セクションとを備える、本発明によるセンサ装置を示す。
【図９】図８に示されたセンサ装置の先端の拡大図を示す。
【図１０】モジュール構成である本発明によるセンサ装置の概略図を示す。
【図１１】容器にあって外部装置に接続される、本発明によるセンサ装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図に示されている要素は、必ずしも一定の縮尺で示されているわけではない。詳細には、本発明をより分かりやすく図示するために、幾つかの要素は他の要素よりも拡大された状態で示されている。様々な図における同様の要素及び同様の機能を有する要素は、同じ参照符号で記される。
【００４０】
図１は、本発明によるセンサ装置１００の基本的な仕組みを図示する概略図である。メンブレン１は、キャビティ２の少なくとも一つの側でキャビティ２を限定している。メンブレン１は少なくとも一つの第１染料１１を含む。第１染料１１は、上述したように、メンブレンまたはその層に均質的に分散されるか、メンブレン１に含まれる粒子中または粒子上に非均質的に分散されうる。キャビティ２は、緩衝液２１と、緩衝液２１と混合された第２染料２２とを含有する。緩衝液２１はｐＨ緩衝溶液である。キャビティ２は、メンブレン１により限定されていないキャビティ２の側でも透明要素２３によって限定されている。示された例においては、一つを除くすべての側でキャビティ２を取囲む透明要素２３の中にキャビティ２が形成され、この残りの側がメンブレン１により限定されている。
【００４１】
少なくとも一つの第１分析物と媒体中の第２分析物とを測定する時に、メンブレン１は媒体との接触状態に置かれ、少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とが拡散によりメンブレン１へ進入し、続いて少なくとも第２分析物が拡散によりメンブレン１を通過してキャビティ２に入る。メンブレン１において少なくとも一つの第１分析物は対応する少なくとも一つの第１染料１１の光学的挙動に影響し、第２分析物は、緩衝液２１のｐＨ値の変化を介してキャビティ２内の第２染料２２の光学的挙動に影響する。少なくとも一つの第１染料１１と第２染料２２との光学的挙動は、透明要素２３を通って少なくとも一つの第１染料および第２染料２２に達する高輝度の光により監視され、その結果、少なくとも一つの第１染料１１または第２染料２２の少なくとも一方から発せられるかこれと相互作用を行った光が、透明要素２３を通過でき、妥当な手段により評価するために記録される。そのような手段はここでは示されておらず、また本発明によるセンサ装置の一部を形成する必要はない。しかしながら、幾つかの実施形態、例えば図８に示された実施形態には、このような手段が含まれる。
【００４２】
センサ装置１００は、例えば二酸化硫黄（ＳＯ２）、アンモニア（ＮＨ３）、酸素（Ｏ２）、または二酸化炭素（ＣＯ２）のような気体を検出するのに使用されうる。例えば、酸素の検出のため、メンブレンに埋設されたポリスチレンナノ粒子に付着した白金オクタエチルポルフィリンが、第１染料として使用されうる。第２染料の例はヒドロキシピレントリスルホン酸であり、二酸化炭素の検出のための重炭酸塩緩衝液に採用されうる。緩衝液の別の例は、重硫酸ナトリウムの溶液でありうる。緩衝液に所望の浸透圧を設定するため、例えば硫酸ナトリウムが使用されうる。本発明は、今述べた染料、緩衝液、および浸透圧設定添加剤に限定されない。適当な染料、そして該当する場合には染料とともに使用される妥当な緩衝液に加えて、それぞれの緩衝液に所望の浸透圧を設定するのに適した添加剤の別の例は、広範囲の分析物を測定するための技術で周知である。
【００４３】
図２は、図１に示された実施形態とほぼ同一の実施形態を概略的に示し、その図２に示された要素の大部分はすでに示されており、また説明されている。図２の実施形態は、キャビティ２中と同じように緩衝液２１と第２染料２２の混合物を収容する貯蔵部３を有する。図２の特定実施形態において、貯蔵部３は、センサ装置１００の他の要素を取囲む環形状を有する。この実施形態では透明要素２３により形成されるキャビティ２の壁には拡散部分３１が見られ、これを通して貯蔵部３とキャビティ２との間の拡散接触が確立される。拡散部分３１は、キャビティ２の壁に形成された複数の小孔やキャビティの壁の一つまたは複数の通路から成り、その通路には多孔性もしくは繊維状の物質またはメッシュが充填されるものであるが、これに限定されるわけではない。
【００４４】
図３は、本発明によるセンサ装置１００のさらなる実施形態を図示している。ここで透明要素２３はプラスチックディスクであり、センサ装置１００またはセンサ装置１００が測定に使用される媒体中にある化学物質のセンサ装置１００に与える有害な効果を回避するために、好ましくは化学的に不活性のプラスチックディスクである。有利には、プラスチックディスクは、測定に使用される波長および強度範囲の光に露出された時にその材料が劣化しないように選択される。このような材料の非限定的な例は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）である。
【００４５】
貯蔵部３はここでは、透明要素２３の環状凹部として形成される。貯蔵部３は不透明層３２で部分的に覆われる。不透明層３２は、貯蔵部３の内容物、つまり緩衝液と第２染料（ここでは表示していない）を望ましくない露光から防止することで上述したようにセンサ装置１００の寿命を延ばすとともに、センサ信号の強いヒステリシスを防止する。キャビティ２はスペーサ要素２４を収容し、それは同時に貯蔵部３がキャビティ２との拡散接触状態にあるようにして貯蔵部３を限定する。スペーサ要素２４は、本願の他の箇所で言及した例に加えて、例えば製織または不織加工による鋼かナイロンのメッシュ、またはＰＥＴＥメッシュでありうるが、これらの例はセンサ１００の特定の実施形態と無関係である。ここに示される実施形態においては、スペーサ要素２４はまた、メンブレン１と透明要素２３間のある規定距離を維持する。スペーサ要素２４は、センサ装置による測定に使用される波長の光に対して少なくとも半透過性であり、このような波長の光強度の少なくとも４０％を通過させるが、言うまでもなく上記で定義した意味において透過性であってもよい。メンブレン１はスペーサ要素２４を覆い、ゆえにキャビティ２を覆っており、締付リング１３によりメンブレン１に押圧される鋸歯状の固定リング１２により所定箇所に保持される。
【００４６】
図４は、図３に示されたセンサ装置１００の組立を示す。センサ装置１００の要素は、図３の説明ですでに述べた。スペーサ要素２４は緩衝液および第２染料に浸漬されており、透明要素２３の上に載置されてメンブレン１で覆われている。固定リング１２は、図のようにメンブレン１との接触状態に置かれる。締付リング１３を矢印１０１の方向で固定リング１２に押圧することにより、固定リング１２は、矢印１０２で指示されているようにメンブレン１と透明要素２３とに押圧される。締付リング１３と固定リング１２とはこうして、メンブレン１を透明要素２３に対して所定箇所に係止し、こうしてセンサ装置１００を安定させて一体化し、スペーサ要素２４により画定されるメンブレン１と透明要素２３との間のスペースによりキャビティ２が形成される。
【００４７】
図５は、図３に示されたセンサ装置１００の非常に概略的な上面図である。示されているのは、締付リング１３と固定リング１２とメンブレン１である。二つの点線同心円で示されているのは、メンブレン１およびキャビティ２の下方にある貯蔵部３の位置である（図３参照）。環形状の貯蔵部３は、キャビティ２と貯蔵部３との間での緩衝液および第２染料の拡散交換を介して、化学的により均質な状態をキャビティ２に確立するのに役立つ。しかしながら、本発明は環形状の貯蔵部に限定されない。図３および５に示されているような実施形態では、透明要素２３を通ってキャビティ２に向かう光とともに、それとは逆方向に伝搬する光が、不透明層３２で覆われた環状貯蔵部３により平行となってもよい。
【００４８】
図６は、本発明によるセンサ装置において使用するためのメンブレン１のある例の概略断面図を示す。示されているメンブレン１は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で製作されるフィルム１４，１５を含む多層構造を有する。測定時には、フィルム１４は、測定対象の分析物を含有する媒体に面している。フィルム１５は、キャビティ２（例えば図３参照）に面している。フィルム１４，１５の間には、例えば鋼またはプラスチックで製作されたメッシュ１６が設けられる。メッシュ１６はシリコンに埋設される。シリコンの一部は、少なくとも一つの第１染料を伴う粒子１８を含有する透明シリコン１９である。シリコンの別の部分は、ブラックシリコン１７であり、その例としてはＷａｃｋｅｒ  Ｎ１８９が挙げられる。ブラックシリコンは例えば、煤煙、黒鉛、またはＦｅ３Ｏ４とシリコンを混合することによっても得られる。ブラックシリコン１７はフィルム１４に隣接し、透明シリコン１９はフィルム１５に隣接している。そのため、フィルム１４が載置されるメンブレン１の側は不透明である。他方で、光は、粒子１８を含む透明シリコン１９へ伝搬してこれを通過する。少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とは、フィルム１４、ブラックシリコン１７及び透明シリコン１９を通過して拡散されうる。少なくとも第２分析物はフィルム１５を通って拡散してキャビティ２へ入る。このようにして、分析物は、分析物を測定するために設けられたそれぞれの染料に達する。測定に使用される光、つまり励起光及び少なくとも一つの染料から発せられるか又はこれと相互作用した光はともに、ブラックシリコン１７を通過できず、そのため測定対象の分析物を含有する媒体には進入できない。ブラックシリコン１７によって示された実施形態（これに限定されるわけではない）において媒体に面するメンブレン１の側を不透明にする利点は、すでに上述した。粒子１８に設けられた少なくとも一つの第１染料を透明シリコン１９中に分散させる代わりに、少なくとも一つの第１染料は透明シリコン１９内で均質に分散されてもよい。シリコンに面するフィルム１４，１５の側は、シリコンへの付着を向上させるためプラズマエッチングされうる。
【００４９】
図７は、図８に示されたセンサ装置１００の一部と成り、また、図１に示されたセンサ装置１００の変形としても使用できるアセンブリを示す。図６の説明で述べたように、アセンブリは、多層構造を有するメンブレン１を含有する。この状況をより明確にするため、フィルム１４，１５がメッシュ１６とともに示されている。キャビティ２は、メンブレン１と透明要素２３との間に形成される。ここでキャビティ２は、すでに説明したようにスペーサ要素２４を含む。この実施形態における透明要素２３はレンズとして形成される。メンブレン１も透明要素２３もともにこのような限定機能を有しない側でアセンブリをさらに限定するために不透明要素２５が設けられる。不透明要素２５は例えば、ステンレス鋼またはプラスチック状のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で製作されうる。ここに示されるアセンブリが、図８に示されているセンサ装置１００のような大型装置に組み込まれる場合に、不透明要素２５はより大きな構成の一部分でもある。図のアセンブリのキャビティ２が貯蔵部との拡散接触状態にある場合（ここでは図示していない）には、不透明要素２５と透明要素２３との間に間隙が設けられてもよく、それにより貯蔵部からの緩衝液−染料混合物がキャビティ２へ進入できる。
【００５０】
ある特定の実施形態において、フィルム１４，１５の各々は５μｍの厚さを有し、メッシュ１６は層厚が８０μｍでメッシュサイズが６０μｍの鋼製メッシュであり、スペーサ要素２４も層厚が８０μｍでメッシュサイズが６０μｍの鋼製メッシュである。これらの寸法はいかなる点でも本発明を限定しない。
【００５１】
図８は、光学セクション５０と制御評価セクション７０とをハウジング８０に有する、本発明によるセンサ装置１００の実施形態を示す。やはり示されているのは図７のもののようなアセンブリであり、そのうちメンブレン１と透明要素２３とが示されている。さらに、透明要素２３と光学セクション５０との間の光学接続を確立する導波路３３が設けられている。ゆえに、導波路３３は詳しくは、透明要素２３を介して光学セクションから少なくとも一つの第１染料および第２染料へ光を誘導し、また逆方向にも光を誘導できる。図の実施形態においては、導波路３３は貯蔵部３を通過する。導波路３３は例えばガラス棒であってもよい。前述したように、容器３はキャビティ２との拡散接触状態にある（図７参照）。
【００５２】
光学セクション５０は、メンブレン１に含まれた各第１染料１１につき一つのダイクロイックミラー５１を有する。ダイクロイックミラー５１には、光検出器５３が関連している。ここでは関連する検出器５３を備えるダイクロイックミラー５１が一つのみ示され、ブラケット１１０の下付き文字“ｎ”は、メンブレン１の各第１染料１１につき一度、この要素の組み合わせがセンサ装置１００に繰り返し存在することを示している。ダイクロイックミラー５１は、ダイクロイックミラー５１がメンブレン１における対応する第１染料１１からの光を関連する光検出器５３に反射するように選択される波長に依存した反射率を示す。光検出器５３は、それが受信した光強度を表す電気信号を出力する。こうして、第１染料１１の光学的挙動が監視されうる。
【００５３】
光学セクション５０はさらに、キャビティ２に含有される第２染料２２に対応するダイクロイックミラー５２を有する。ダイクロイックミラー５２には、光検出器５４が関連している。ダイクロイックミラー５２は、ダイクロイックミラー５２がキャビティ２における対応する第２染料２２からの光を関連する光検出器５４へ反射するように選択される波長に依存した反射率を示す。光検出器５４は、それが受け取った光強度を表す電気信号を出力する。こうして、第２染料２２の光学的挙動が監視されうる。
【００５４】
図の実施形態において、光学セクション５０は、関連した光検出器５６を備えたビームスプリッタ５５を含む。ビームスプリッタ５５は、励起光の強度を監視するため、光源からの励起光の一部分を関連する光検出器５６へ方向転換させるように設けられる。光学センサを介して分析物の測定を行う幾つかの方法では、センサの染料から受信した信号の評価のために励起光の強度が知られていなければならない。通常、ビームスプリッタ５５は、ビームスプリッタ５５に衝突した励起光の強度の０．５％と６％の間を関連した光検出器５６へ誘導する一方で、残りの光を少なくとも一つの第１染料１１及び第２染料２２に伝えさせるように構成される。しかし、これらの百分率値は本発明を限定するものではない。光源はセンサ装置の外部の光源であってもよく、励起光は適当な手段によりセンサ装置に結合される。図の実施形態では、光源６０がセンサ装置１００に組み込まれている。このような光源６０の例として、図面では、複数の、より具体的には２個の発光ダイオード（ＬＥＤ）６１が示されており、それらは例えば表面実装装置として構成され、このようにしてセンサ装置１００の小型設計に寄与する。
【００５５】
制御評価セクション７０は、図の実施形態では、センサ装置１００を制御するための一つまたは複数の回路から構成され、光検出器５３，５４，５６から受信した信号を処理する電子部品を備えたプリント回路基板７１を含む。プリント回路基板７１は詳しくは、集積回路またはチップを含んでもよい。これらの集積回路またはチップの少なくとも一つは、光検出器５３，５４，５６から受信した信号の処理に関係するデータを記憶するためのメモリ装置として機能しうる。詳細には、プリント回路基板７１のメモリ装置は、センサ装置１００のための校正データを記憶しうる。光検出器５３，５４，５６とプリント回路基板７１との間に電気接続を確立する一つの手法は、光学セクション５０でプリント回路基板５７に光検出器５３，５４，５６を取り付けて、適当な配線７２を介して制御評価セクション７０のプリント回路基板７１にプリント回路基板５７を接続することである。これとは別の配線７４を介して、プリント回路基板７１はプラグ８１に接続される。図の実施形態のプラグ８１は、センサ装置１００を外部装置９０に接続するためのインタフェースとしての役割を持つ（図１１参照）。プラグ８１は詳しくは、センサ装置１００の電力供給と、センサ装置１００と外部装置９０との間の通信の両方のための接続を提供しうる。ネジ要素８２により、容器２００に設けられたポート２０３にセンサ装置１００が機械的に接続され（図１１参照）、センサ装置１００を容器（２００）内の所定箇所に固定する。プラグ８１はインタフェースの一例に過ぎず、プラグとは異なる他の種類のインタフェースが使用されてもよい。ネジ要素８２は、センサ装置１００を容器２００のポート２０３に機械的に接続するための手段の一例として設けられたものに過ぎず、従って異なる種類の手段が使用されてもよい。
【００５６】
光学セクション５０は、さらなる光学要素を含んでもよい。その非限定的な例として、レンズ６２，６３が示されている。例えば、レンズ６２は、ＬＥＤ６１から発せられた光を収集して、レンズ６３へ向けられるビームの形にするのに使用され、レンズは光を導波路３３へ集束する。ハウジング８０は別の要素を含んでもよい。例えば、サーミスタ（例はＮＴＣ，Ｐｔ１００，Ｐｔ１０００）は温度を測定するためにハウジング８０に設けられ、ゆえにセンサ装置１００が使用される周囲条件のパラメータを決定することができる。例えば周囲条件、詳細には温度がセンサ装置１００の校正に影響するので、周囲条件の情報は、センサ装置１００により得られる測定結果の精度に寄与しうる。実施形態では、ダイクロイックミラー５１，５２とそれらにそれぞれ関連する光検出器５３，５４は、さらにフィルタ５８で覆われ、それぞれの光検出器５３，５４に達する光の波長領域をより正確に規定する。励起光の波長領域をより正確に規定するため、それぞれ適当な透過を持つ一つ以上のフィルタ６４が光源６０に設けられてもよく、例えば、互いに独立に制御され得る各ＬＥＤ６１に一つのフィルタが設けられ、測定タスクの要件に応じて、異なる波長領域を有する励起光が使用されてもよい。
【００５７】
詳しくはプラグ８１を含むセンサ装置１００は、例えばオートクレーブで滅菌可能でありうる。プラグ８１はＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｘ  ＶＰ６またはＶＰ８でありうるが、これらに限定されるわけではない。
【００５８】
図９は、キャビティ２とメンブレン１とを含む図８のセンサ装置１００の部分を拡大して示したものである。図７にも示されているキャビティ２は、メンブレン１と透明要素２３との間に形成される。キャビティ２のスペーサ要素２４は上述したようにキャビティ２を画定し、センサポイズニングの作用に対抗するため、キャビティ２と貯蔵部３との間に拡散接触を確立する。貯蔵部３は導波路３３の周りに配置される。導波路３３と貯蔵部３との間には不透明層３２が設けられている。
【００５９】
図１０は、本発明によるセンサ装置１００の概略図を示す。センサ装置１００は、メンブレン１とキャビティ２と貯蔵部３と透明要素２３とを含む部分に加えて、光学セクション５０と制御評価セクション７０とを有する。これらの要素の詳細はすでに上述した通りである。貯蔵部３はキャビティ２との拡散接触状態にあり、メンブレン１は例えば図６に示された種類のものである。光学セクション５０には、光源６０とダイクロイックミラー５１，５２とそれらにそれぞれ関連する光検出器５３，５４のみが示されている。光学セクション５０は言うまでもなく、例えば図８の説明で記した別の要素を含んでもよい。制御評価部７０は、データ処理ユニット７５と、データ処理ユニット７５に接続されるメモリ７６とを含む。メモリ７６は少なくとも、センサ装置１００のための校正データ７７を保持する。
【００６０】
制御評価セクション７０と、光学セクション５０と、メンブレン１とキャビティ２と貯蔵部３と透明要素２３とを含む部分とは、ここに示した本発明によるセンサ装置１００の実施形態のモジュール構成を強調するため、互いに分離して示されている。測定を実行するため、実施される特定の測定に対するそれぞれの適合性にしたがって、制御評価セクション７０と、光学セクション５０と、メンブレン１とキャビティ２と貯蔵部３と透明要素２３とを含む部分とが選択されうる。結果的に得られるセンサ装置１００では、例えば図８に示されるようにメンブレン１とキャビティ２と貯蔵部３と透明要素２３とを含む部分は、光学セクション５０との光学接触状態にあり、光検出器５３，５４は、制御評価セクション７０との電気接触状態にある。例えばデータ処理ユニット７５とメモリ７６とは、図８の制御評価セクションに示されているもののようなプリント回路基板上の集積回路として実装されうる。プリント回路基板と集積回路とによる実装が現時点では好適であるが、本発明はそれに限定されるわけではない。さらに図示されているのは、センサ装置１００と外部装置９０との間の通信のためのインタフェース８１である（図１１参照）。校正データ７７は、インタフェース８１を介してメモリ７６へ伝達されうる。
【００６１】
図１１は、例えばバイオリアクタである容器２００を示すが、これに限定されるわけではない。容器２００は媒体２０２を含み、その中で少なくとも一つの第１分析物と第２分析物とが本発明によるセンサ装置１００で測定される。センサ装置１００については、メンブレン１が示されている。例えば図８に示されているネジ要素のような手段８２により、センサ装置１００は容器２００の壁２０１に設けられたポート２０３に機械的に接続される。図１１に示された例において、センサ装置１００のインタフェース８１は、ケーブル９５を介して、外部装置９０のインタフェース９４に接続される。図の例で、外部装置９０はデータ処理ユニット９１とメモリ９２とユーザインタフェース９３とを含む。メモリ９２は、センサ装置１００についての校正データ７７を少なくとも一時的に保持しうる。
【００６２】
外部装置９０は例えば、制御評価セクション７０（図８および１０参照）により処理された信号を、インタフェース９４を通して受信し、データ処理ユニット９１を作動させ、少なくとも一つの第１分析物と第２分析物との濃度または分圧の値を、受信した信号から導出する。メモリ９２に記憶されたセンサ装置１００の校正データ７７がここで使用されうる。校正データ７７またはその一部分は、インタフェース９４とケーブル９５とインタフェース８１とを介してセンサ装置１００にも通信され、そしてセンサ装置１００の制御評価セクション７０は、例えば図８に示されている光検出器５３，５４，５６のような、センサ装置１００の光検出器から受信された信号を処理するのにこれらの校正データを使用しうる。少なくとも一つの第１分析物と第２分析物の濃度または分圧について導出された値は、ユーザインタフェース９３を介してユーザへ出力される、および／または、メモリ９２に記憶されるか、後で使用するために別の外部装置へ伝達されうる。
【００６３】
外部装置９０とセンサ装置１００との間に通信またはデータリンクを設けることのほかに、インタフェース９４とケーブル９５とインタフェース８１とはセンサ装置１００の電力供給にも使用されうる。言うまでもないが、代替的に、異なる手法で、例えば別の電力線により、電力がセンサ装置１００へ供給されてもよい。センサ装置１００と外部装置９０との間での無線通信も実施形態で使用されうる。ユーザインタフェース９３は、例えばセンサ装置１００で実行される一つまたは複数の測定を開始してそのパラメータを設定するというような、さらなる目的を有しうる。必要な程度において、図の実施形態ではインタフェース９４とケーブル９５とインタフェース８１とを介して、このようなパラメータがセンサ装置１００にも通信されうる。
【符号の説明】
【００６４】
１  メンブレン
２  キャビティ
３  貯蔵部
１１  第１染料
１２  固定リング
１３  締付リング
１４，１５  フィルム
１６  メッシュ
１７  ブラックシリコン
１８  粒子
１９  透明シリコン
２１  緩衝液
２２  第２染料
２３  透明要素
２４  スペーサ要素
２５  不透明要素
３１  拡散部分
３２  不透明層
３３  導波路
５０  光学セクション
５１，５２  ダイクロイックミラー
５３，５４  光検出器
５５  ビームスプリッタ
５６  光検出器
５７  プリント回路基板
５８  フィルタ
６０  光源
６１  ＬＥＤ
６２  レンズ
６４  フィルタ
７０  制御評価セクション
７１  プリント回路基板
７２  配線
７４  配線
７５  データ処理ユニット
７６  メモリ
７７  校正データ
８０  ハウジング
８１  インタフェース／プラグ
８２  ネジ
９０  外部装置
９１  データ処理ユニット
９２  メモリ
９３  ユーザインタフェース
９４  インタフェース
９５  ケーブル
１００  センサ装置
１１０  ブラケット
２００  容器
２０１  壁
２０２  媒体
２０３  ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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