(57)【要約】  本発明は、一態様では、試料分析器（２００）の測定チャンバ（２１０）内の汚染物質を検出する方法に関する。試料分析器（２００）は、発光団（２１０）を含むセンサ層（２０５）を有する光学センサを備え、センサ層（２０５）は、測定チャンバ（２０１）との境界面を形成するセンサ表面（２０６）を有する。本方法は、測定チャンバを流体試料で充填する工程と、センサ層内の発光団に刺激を印加する工程と、刺激に反応してセンサ層内の発光団から放射されたルミネッセンスを時間の関数として検出する工程と、検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を得る工程と、時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、第１及び第２のパラメータのうちの一方は、センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定する工程と、第１のパラメータの実際値に基づいて、第２のパラメータの期待値を作成する工程と、第２のパラメータの期待値を第２のパラメータの実際値と比較する工程と、比較に基づいて、汚染物質の存在（又は不存在）を判定する工程と、を含む。更なる態様では、上記の方法の実施形態を使用して、測定チャンバ内の汚染物質を検出するように構成された試料分析器が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分析器の測定チャンバ内の汚染物質を検出する方法であって、前記試料分析器は、発光団を含むセンサ層を有する光学センサを備え、前記センサ層は、前記測定チャンバ内に存在する流体試料との境界面を形成するセンサ表面を有し、前記方法は、
ａ．前記測定チャンバを流体試料で充填する工程と、
ｂ．前記センサ層内の前記発光団に刺激を印加する工程と、
ｃ．前記刺激に反応して前記センサ層内の前記発光団から放射されたルミネッセンスを時間の関数として検出する工程と、
ｄ．前記検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を得る工程と、
ｅ．前記時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、前記第１及び第２のパラメータのうちの一方は、前記センサ層と前記測定チャンバとの間の前記境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、前記第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、前記センサ層と前記測定チャンバとの間の前記境界面を越える屈折率の前記変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定する工程と、
ｆ．前記第１のパラメータの前記実際値に基づいて、前記第２のパラメータの期待値を作成する工程と、
ｇ．前記第２のパラメータの前記期待値を前記第２のパラメータの前記実際値と比較する工程と、
ｈ．前記比較に基づいて汚染物質の存在を判定する又は前記比較に基づいて汚染物質の不存在を判定する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記第２のパラメータの前記実際値と前記第２のパラメータの前記期待値との差が閾値を上回る場合、汚染物質が存在すると判定され、及び／又は前記第２のパラメータの前記実際値と前記第２のパラメータの前記期待値との差が前記閾値を下回る場合、汚染物質が不存在と判定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流体試料が水性液体である、請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記流体試料が、１．２〜１．５、例えば、１．２５〜１．４５、１．３〜１．４、又は約１．３の屈折率を有する液体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記流体試料が、ガスである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ガスが、１．１未満、１．０５未満、１．０１未満、又は約１の屈折率を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記センサ層の屈折率が、少なくとも１．４、１．４〜１．４５、少なくとも１．４５、１．４５〜１．５、少なくとも１．５、１．５〜１．５５、又は少なくとも１．５５である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記発光団に刺激を印加する前記工程は、前記発光団を励起するように適合された励起スペクトル範囲の光で前記センサ層を照射することを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
測定値の時間系列を得る前記工程は、複数の、少なくとも３つの、時点で前記ルミネッセンスの強度を測定することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
測定値の前記時間系列は、前記刺激の終了後の時間窓及び／又は前記刺激の印加中の時間窓に関して得られる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のパラメータは、前記ルミネッセンスの寿命τに対応する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のパラメータは、所与の時点における前記ルミネッセンスの強度に対応する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサ層内の前記発光団は、１μｓ〜１ｓのルミネッセンス寿命を有する蛍光体であり、及び／又は前記センサ層内の前記発光団は、少なくとも１０μｓ、少なくとも２０μｓ、少なくとも３０μｓ、少なくとも４０μｓ、少なくとも５０μｓ、少なくとも６０μｓ、少なくとも７０μｓ、少なくとも８０μｓ、少なくとも９０μｓ、少なくとも１００μｓ、少なくとも１５０μｓ、若しくは少なくとも２００μｓのルミネッセンス寿命を有する蛍光体であり、及び／又は前記センサ層内の前記発光団は、１ｓ以内、１００ｍｓ以内、１０ｍｓ以内、１ｍｓ以内、５００μｓ以内、３００μｓ以内、１５０μｓ以内、３０μｓ以内、若しくは１５μｓ以内であるルミネッセンス寿命を有する蛍光体である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定チャンバを充填する前記工程は、少なくとも１つの検体に関して、前記流体試料を前記センサ層と拡散平衡にすることを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記光学センサは、前記流体試料中のガス画分の分圧を測定するように適合されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサ層は、前記流体試料からの検体の拡散取り込みに適合されており、前記センサ層内の前記発光団は、前記センサ層内の前記検体の存在によるルミネッセンス消光の影響を受けやすい、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学センサは、１つ以上の検体のパラメータを判定するように適合されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ以上の検体の前記パラメータは、
−  ｐＯ２、ｐＣＯ２、ｐＨ、
−  Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、又はＮＨ３（ＮＨ４＋）などの電解質の濃度、
−  グルコース、クレアチニン、尿素（ＢＵＮ）、尿酸、乳酸、ピルビン酸、アスコルビン酸、リン酸、又はタンパク質などの代謝因子の濃度、及び
−  乳酸デヒドロゲナーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、コリン、エステラーゼ、アルカリホスファターゼ、酸性ホスファターゼ、アラニンアミノトランスフェラーゼ、アスパルテート、アミノトランスフェラーゼ、又はクレアチニンキナーゼなどの酵素の濃度の群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記試料分析器が、体液などの液体試料のパラメータを分析するように適合されている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記流体試料は、血液、希釈又は非希釈全血、血清、血漿、唾液、尿、脳脊髄液、胸膜液、滑液、腹水、腹腔液、羊水、乳、透析液試料の群から選択される液体である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記試料分析器が、医学的気体試料のパラメータを分析するように適合されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記流体試料は、呼吸気又は呼気の群から選択される医学的気体試料である、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
汚染物質を検出するための光学センサであって、前記光学センサは、試料区域との境界面を形成するセンサ表面を有するセンサ層と、刺激手段と、検出手段と、データ記憶手段と、信号プロセッサと、を備え、
前記センサ層は、前記発光団に印加された励起刺激に反応して、ルミネッセンス放射光を放射するように適合された発光団を含み、
前記刺激手段は、前記センサ層内の前記発光団に励起刺激を提供するように配置されており、
前記検出手段は、前記励起刺激に反応して、前記発光団によって放射されたルミネッセンス放射光を検出するように配置されており、
前記データ記憶手段は、
−  前記光学センサからの信号として検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を入力として受領し、
−  前記時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、前記第１及び第２のパラメータのうちの一方は、前記センサ層と前記試料区域との間の前記境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、前記第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、前記センサ層と前記試料区域との間の前記境界面を越える屈折率の前記変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定し、
−  前記第１のパラメータの前記実際値に基づいて、前記第２のパラメータの期待値を作成し、
−  前記第２のパラメータの前記期待値を前記第２のパラメータの前記実際値と比較し、
−  前記比較に基づいて、汚染物質の存在又は不存在を判定する、ためにプログラムされた命令を含み、
前記信号プロセッサは、前記プログラムされた命令を実行して、汚染物質の存在又は不存在を示す出力を生成するように動作可能である、光学センサ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の光学センサを備える測定チャンバ。
【請求項２５】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の汚染物質検出方法を実施するように適合された流体試料分析器であって、前記流体試料分析器は、流体試料を前記測定チャンバに供給し放出するための入口ポートと出口ポートとを有する測定チャンバと、請求項２３に記載の光学センサと、を備え、前記光学センサは、前記センサ表面が前記測定チャンバによって画定された試料区域に面するように配置されている、流体試料分析器。
【請求項２６】
コンピュータにより実行される、試料分析器の測定チャンバ内の汚染物質を検出する方法であって、前記試料分析器は、発光団を含むセンサ層を有する光学センサを備え、前記センサ層は、前記測定チャンバの試料区域との境界面を形成するセンサ表面を有し、前記方法は、
−  前記発光団に印加された刺激に反応して検出される、ルミネッセンス強度を表す測定値の時間系列を、時間の関数として受領する工程と、
−  前記時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、
前記第１及び第２のパラメータのうちの一方は、前記センサ層と前記試料区域との間の前記境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、
前記第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、前記センサ層と前記試料区域との間の前記境界面を越える屈折率の前記変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定する工程と、
−  前記第１のパラメータの前記実際値に基づいて、前記第２のパラメータの期待値を作成する工程と、
−  前記第２のパラメータの前記期待値を前記第２のパラメータの前記実際値と比較する工程と、
−  前記比較に基づいて汚染物質の存在又は不存在を判定する工程と、を含む、方法。
【請求項２７】
プロセッサに読み込ませ得るソフトウェア製品であって、前記プロセッサは、センサ層を備える光学センサと通信するように構成されており、前記センサ層は試料区域に面するセンサ表面を備え、前記センサ層は発光団を含み、前記プロセッサは、前記発光団を励起するように適合された刺激手段を制御するように更に構成されており、前記ソフトウェア製品は、
（ｉ）刺激手段を動作させて、前記センサ層内の前記発光団に刺激を印加し、
（ｉｉ）前記光学センサを動作させて、前記刺激に反応して前記センサ層内の前記発光団から放射されたルミネッセンスを時間の関数として検出し、
（ｉｉｉ）前記検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を得、
（ｉｖ）前記時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、前記第１及び第２のパラメータのうちの一方は、前記センサ層と前記測定チャンバとの間の前記境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、前記第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、前記センサ層と前記測定チャンバとの間の前記境界面を越える屈折率の前記変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定し、
（ｖ）前記第１のパラメータの前記実際値に基づいて、前記第２のパラメータの期待値を作成し、
（ｖｉ）前記第２のパラメータの前記期待値を前記第２のパラメータの前記実際値と比較し、
（ｖｉｉ）前記比較に基づいて、汚染物質の存在又は不存在を判定する、ための命令を含む、ソフトウェア製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一態様では、試料分析器の測定チャンバ内の汚染物質を検出する方法に関し、試料分析器は発光団を含むセンサ層を有する光学センサを備え、センサ層は測定チャンバとの境界面を形成するセンサ表面を有する。
【０００２】
特定の態様では、本発明は、血液分析器などの体液分析器であって、血液試料中の酸素の分圧などの体液パラメータを測定するように構成された光学センサを備える分析器内における汚染物質を検出する方法に関し、加えて、そのような光学センサを有する測定チャンバと信号プロセッサとを備え、測定チャンバ内の汚染物質を検出するように構成されている、血液分析器などの体液分析器に関する。
【０００３】
更なる態様によれば、本発明は、測定チャンバ内の汚染物質を検出するための光学センサに関する。
【０００４】
更なる態様によれば、コンピュータにより実行される、試料分析器内の汚染物質を検出する方法、及び試料分析器の信号プロセッサに読み込ませ得る対応ソフトウェア製品が提供される。また、この態様においては、試料分析器は、例えば、全血試料を分析するための血液分析器などの体液分析器であってもよい。
【背景技術】
【０００５】
液体試料中の検体（複数）の物理的パラメータをそれぞれの検体センサによって測定するための分析器が、食品産業、環境産業、並びに医療産業及び臨床産業などの様々な産業において広く使用されている。そのような分析器及び関連するセンサの性能は、正確かつ高精度の結果を確保するために継続的に吟味されている。これには、典型的には、標準化された基準液を使用する詳細な較正と品質管理手順の両方が含まれ、基準液は明確に定義された組成によるそれぞれの検体を含んでいる。分析器システムの正確かつ高精度の動作は、全血などの体液中の検体の物理的パラメータを分析するための臨床分析用途において特に重要である。正確性、精度、及び信頼性要件に加えて、臨床用途のためのこのような分析器システムは、また、短時間で測定結果を得ること、非常に少量の試料から高信頼性の結果を提供する能力などの更なる重大な制約も受けている。
【０００６】
これら全制約の組み合わせは、血液分析器に特に関係する。血液分析器は、例えば、被験体の生物学的状態を確立及び／又は監視するために、哺乳動物の被験体の血液を分析するための様々なパラメータの測定を行う。典型的には、哺乳動物の被験体は、ヒトの患者である。種々の場合において、例えば、哺乳動物の被験体の全血試料中の血液ガスの分圧、血液試料中の電解質及び代謝産物の濃度、並びに血液試料のヘマトクリット値を測定することが望ましい。例えば、ｐＣＯ２、ｐＯ２、ｐＨ、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ−、グルコース、乳酸、クレアチン、尿素、並びにヘモグロビン及びヘモグロビン誘導体値の測定は、患者の状態を評価する際の主な臨床指標である。そのような測定を行うために、現在、多くの異なる分析器が存在する。このような分析器は、最も有意義な診断情報を提供するために、高精度の測定を実施することができる。
【０００７】
実施される各分析において使用する患者の血液を可能な限り少なくするために、血液試料を分析するために用いられる測定用チャンバは、好ましくは比較的小さい。少量の血液試料を使用して血液分析を実施することは、比較的多数の試料を比較的短時間に採取しなければならない場合、又は新生児の場合のように血液の体積が限定されている場合、重要である。例えば、集中治療中の患者は、血液ガス及び臨床化学測定のために１日当たり１５〜２０のサンプリング頻度を必要とし、患者の評価中における血液の潜在的に大きな損失につながる。更に、実施しなければならない試験数を限定するために、各試験の完了時に可能な限り多くの情報を集めることが望ましい。更に、同じ理由から、これらの測定値から得られる測定結果及び対応する分析結果が信頼できることが重要である。したがって、典型的には、測定ごとに、異なるすすぎ液、較正液、及び／又は基準液を用いた較正及び／又は品質管理手順の対象となり、測定チャンバは、その後の測定のいかなる汚染も回避するため各測定後に完全にすすがれる。
【０００８】
しかしながら、血液分析器、特に非常に小さい測定チャンバを有するシステムにおける共通の課題は、全血試料中の凝塊の存在によるものである。凝塊は、測定チャンバの流体通路を阻害し、詰まらせ、更には完全に遮断する栓の形成につながり得る。そのような凝塊は、測定に重大な影響を及ぼし、更に測定チャンバ／センサアセンブリに損傷を生じさせ得る。したがって、既知のシステムにおいては、充填及び排出手順に異常がないかを監視し、それにより、例えば、警報を発し、流体処理インフラストラクチャが更なる流体を測定チャンバに供給することを停止して、すすぎを要求し、かつ／又は、自動すすぎ手順を開始することができる。例えば、測定チャンバの充填を液体センサによって監視し、それにより、液体境界面が測定の上流の入口を通過し、対応する液体が予想される充填時間後に測定チャンバ下流の出口に結果として存在することを検出することができる。例えば、出口の液体センサにおいて液体境界面が明確に検出されないまま、予想される充填時間が満了するなどの予期せぬ挙動があった場合、警報及び／又はすすぎ／整備手順の開始がもたらされ得る。更に、測定チャンバを通る単純な流路設計とすることによって、堆積物の形成を抑制することができ、すすぎ／押し流しを容易にすることができる。
【０００９】
測定チャンバ内の凝塊の存在を検出するためのこのような方策が実施され、血液分析器システムの高信頼性動作に最も有用であることが立証されたものの、全てのアーチファクトをこれらの方策及び検出技術によって考慮できる訳ではないことが、本発明者らによって観察されている。本発明者らは、例えば、流れの挙動に基づく既知の凝塊検出ルーチンでは通常検出可能ではない、凝塊に起因する更なるアーチファクトが生じ得ることを、実際に特定した。測定チャンバ内の充填及び排出流に目に見える影響を与えない凝塊であっても、所与の試料の検体のうちの少なくとも一部の物理的パラメータの深刻な歪みを引き起こし、これにより、誤った分析結果をもたらすことがある。したがって、測定の正確性及び精度を確保し、貴重な患者の血液の浪費を回避するために、血液分析器における潜在的アーチファクトのいかなるこのような追加的原因も迅速かつ高信頼性で検出することが必要とされている。更に、このような追加的アーチファクトは、より一般的には液体試料分析器においても発生し得る。このようなアーチファクトの追加的原因に対処するために、本発明者らは、同時係属特許出願国際公開第２０１７／１０８６４６（Ａ１）号及び国際公開第２０１７／１０８６４７（Ａ１）号（これらは参考として本明細書に組み込まれる）では、センサ反応の予想される挙動からの逸脱を分析することによって凝塊を検出する様々な技術を提案している。国際公開第２０１７／１０８６４６（Ａ１）号に開示されている凝塊検出は、予想される変化、すなわち、少なくとも２つのセンサからの測定結果の線形回帰に基づく方法に関し、予想される変化からの逸脱が凝塊を示す。国際公開第２０１７／１０８６４７（Ａ１）号により開示される凝塊検出方法では、凝塊が検体の取り込み及び放出の能力を有するリザーバとして見える場合があり、それにより、凝塊と周囲の液体試料との間の検体濃度に勾配が存在する場合は常に、検体源として又は検体シンクとして作用することにより汚染を引き起こすことについて開示している。
【００１０】
しかしながら、液体試料分析器の測定チャンバ内のファウリング又は他の汚染物質を検出するための更なる技術が、特に、非常に小さい試料体積を使用する場合、及び／又は既に上述のように可用性が限定された試料を使用する場合、得られた測定結果の信頼性を更に向上させるために依然として望まれている。
【００１１】
１つのタイプの検体センサは、測定チャンバと接するセンサ層を有する光学センサである。センサ層は、測定チャンバ内に提供される流体試料中に存在する検体の量に敏感である。光学センサは、検体の存在に対するセンサ層の反応の光学的読み出しのための計測手段を更に備える。読み出し手段は、典型的には、センサ層に刺激を提供する手段と、刺激に反応してセンサ層から放射された放射光を収集するための、及び更に、収集されたルミネッセンス放射光を光学センサの検出手段に移送するための、レンズ及び／又は光導波構成要素などの光学素子と、を備える。刺激は、典型的には、センサ層に光学的プロービングの放射光を供給するように配置及び構成されたレーザー又は発光ダイオード（light emitting diode、ＬＥＤ）などの放射光源である。光学センサは、例えば、蛍光消光タイプのものであってもよい。ルミネッセンス消光タイプセンサのセンサ層は、センサ層に誘導される励起放射光などの提供される刺激によって励起される発光団を含む。励起された発光団は、放射の経路にとりわけ沿って緩和され、それにより、ルミネッセンスを放射し、このルミネッセンスは、刺激の終了時に特有の寿命で減衰する。発光団は、いわゆる消光剤として作用する検体の存在によってルミネッセンスが消光されるように選択される。結果として、センサ層によって放射されるルミネッセンスの特有の寿命は、センサ層内に存在する検体の量に依存する。ルミネッセンス消光検体の濃度の増加により、観察されるルミネッセンス寿命が減少するのに対し、濃度の低下により、寿命が増加する。適切な結果を提供するために、測定は、典型的には、平衡状態で行われる。すなわち、流体試料は、例えば、センサ層と測定チャンバ内に提供された任意の流体との間の検体の拡散交換を通じて、センサ層内の検体の濃度が試料中の濃度に対応するような方法で測定チャンバ内に提供される。光学センサは、光が検出手段によって受光される前に、光学フィルタ及び／又は光増幅器などの、センサ層から収集された放射光を光学的に選択及び／又は分析するための任意の手段を更に備えてもよい。検出手段は、検出されたルミネッセンス放射光を対応する信号に変換する。したがって、光学センサは、それに感光性を与える検体の量を表す信号を提供するように構成されている。次いで、光学センサからの信号は、典型的には、アナログ及び／又はデジタル信号処理のための試料分析器内の処理手段に提供され、測定データとして記憶する更なる記憶手段に渡され、出力部において分析結果として表示及び／又は提示される。
【００１２】
血液分析器で使用される場合、患者の健康及び安全性にとって特に重要であるセンサの例としては、酸素の分圧（ｐＯ２）を決定するセンサがある。ｐＯ２測定のためなどの血液ガス測定のためのそのような光検出器は、例えば、米国特許第５，５６４，４１９（Ａ）号から既知である。ｐＯ２測定から得られた結果は、特に緊急又は集中治療状況において、患者の治療に直接影響を及ぼし得る。ｐＯ２センサは、試料中の酸素の存在に対して敏感な発光団を含むセンサ層を有する光学センサであってもよい。血液分析器のｐＯ２センサの汚染は、測定に影響し、したがって、患者の治療を誤るリスクを増加させる。
【００１３】
したがって、測定の正確性及び精度を確保するために、試料分析器における潜在的アーチファクトのこのようないかなる追加的原因も迅速かつ高信頼性で検出することが更に必要とされている。特に、試料分析器における、例えば体液パラメータを測定するための試料分析器における測定の信頼性に関する、即時でなくても迅速なフィードバックが、これらの測定の正当性を遅滞なく検証するために望ましい。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、測定チャンバ内の汚染を検出する、感度及び／又は反応時間が改善された更なる方法と、感度及び／又は反応時間が改善されたかかる検出方法を実施するように適合されたシステムと、を提供することである。更なる態様によれば、更なる目的は、測定チャンバの汚染から生じるアーチファクトが無効化されたことを迅速かつ高信頼性で検出するための改善された性能を可能にする検出スキームを提供することである。
【発明の概要】
【００１５】
本発明の第１の態様は、試料分析器の測定チャンバ内の汚染物質を検出する方法であって、試料分析器は、発光団を含むセンサ層を有する光学センサを備え、センサ層は、測定チャンバ内の流体試料との境界面を形成するセンサ表面を有し、この方法は、
−  測定チャンバを流体試料で充填する工程と、
−  センサ層内の発光団に刺激を印加する工程と、
−  刺激に反応してセンサ層内の発光団から放射されたルミネッセンスを時間の関数として検出する工程と、
−  検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を得る工程と、
−  時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、第１及び第２のパラメータのうちの一方は、センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定する工程と、
−  第１のパラメータの実際値に基づいて、第２のパラメータの期待値を作成する工程と、
−  第２のパラメータの期待値を第２のパラメータの実際値と比較する工程と、
−  比較に基づいて、汚染物質の存在を判定する又は汚染物質の不存在を判定する工程と、を含む、方法に関する。
【００１６】
測定チャンバの試料区域は、センサ表面が試料流体と接触するように、かつ流体試料を測定する目的で充填される。光学センサと測定チャンバとの境界面を形成するセンサ層の表面上に堆積された少量の汚染物質の有意性を認識し、これに対処することが、本発明の重要な利点である。本方法は、測定チャンバの試料区域内の汚染物質の存在を検出することを可能にする。より特に、本方法は、光学センサのセンサ表面上の汚染物質の存在に敏感であり、光学センサ及び隣接する試料区域の汚染状態に関する即時のフィードバックを提供することができる。更に、汚染物質検出は、時間分解されたルミネッセンスデータを連続的に分析し、測定の品質、及び流体試料の分析に使用される試料分析器の内部状態に関するほぼ瞬間的なフィードバックを測定システム／ユーザに提供することにより、品質監視の目的に適している。
【００１７】
本明細書で使用するとき、用語「汚染物質」は、流体試料に対して実施される測定に干渉する可能性がある流体試料中の任意の物質を指す。本明細書で使用するとき、用語「流体」は、「液体」及び「ガス」の両方を指す。汚染物質の例は、以前に測定された液体試料の液滴残留物、測定チャンバ壁上の沈殿物、及び／又は液体試料中に生じる気泡、例えば、液体試料で測定チャンバを不適切に充填することなどに起因し得る気泡であり得る。本方法は、再使用可能な測定チャンバ、すなわち、複数回使用測定チャンバの文脈において特に有用である。測定チャンバは、単回使用後、すなわち、単一の流体試料に対する測定サイクルを実施後、廃棄せずに空にしてすすがれ、再び新しい流体試料で充填される。しかしながら、流体試料に対する測定サイクル実施後に廃棄される単回使用測定チャンバの文脈において、例えば、実際の測定実施前に、単回使用測定チャンバの清浄度及び／又は適切な充填を確保するために、この汚染検出方法を使用することも、また考えられる。
【００１８】
センサ層は透明であり、試料区域に対する前側境界面を形成するセンサ表面を有する。前側境界面は、流体試料に接する。光学的プロービングは、後側から、すなわち、試料区域の反対方向に面する側から実施される。典型的には、後側からセンサ層に向けられる励起光の形態で刺激が与えられ、それにより発光団の励起された画分がセンサ層内に生成される。励起された発光団分子は、ルミネッセンス光が放射されている状態において緩和されて基底状態に復帰する。これは後側からもまた観察することができる。したがって、光学センサは、発光団から放射されたルミネッセンスを検出及び記録し、したがって、印加された刺激に対するセンサ層反応を観察するための計測手段を更に含む。
【００１９】
センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に依存しないパラメータは、「固有」パラメータと称され得る。したがって、「固有」パラメータは、検出されたルミネッセンス放射光の発生源における放射性再結合を伴う発光団染料の緩和プロセスの「固有」特性／性質を表す。このパラメータは、発光団が埋め込まれている光学構造に本質的に依存せず、特に、センサ表面における測定チャンバとの境界面における光学的性質の変化に関し不変である。
【００２０】
ルミネッセンス放射光は、センサ層内で生成される。試料区域に向かう方向に放射された放射光は、透明なセンサ層と試料区域との間の光学的境界面で反射される。後方に反射されたルミネッセンス放射光は、したがって、検出のために収集される放射光に寄与する。反射は、境界面の光学的性質に依存しており、一方の面はセンサ層の光学的性質によって決定され、もう一方の面はセンサ表面に接する試料区域内の物質の光学的性質によって決定される。したがって、後方に反射された放射光は、センサ表面に接する任意の物質の光学的性質に関する情報を含む。したがって、物質は、それらの光学的性質によって区別され得る。したがって、より特に、任意の汚染物質及び流体試料は、屈折率のいかなる差によっても区別可能である。
【００２１】
センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に少なくとも部分的に依存するパラメータは、少なくとも部分的に「外因性」であるパラメータと称され得る。このように、「外因性」パラメータは、検出されたルミネッセンス放射光のうちの、発光団が埋め込まれそこからルミネッセンス放射光が収集される、構造体の光学特性に敏感である部分に対して敏感である。特に、外因性パラメータは、センサ層と測定チャンバとの間の境界面の光学的性質の変化に敏感である。
【００２２】
センサ表面上の汚染物質の存在又は不存在を判定するために、第１及び第２のパラメータの実際値が、光学センサを使用した光学的プロービング測定の時間系列から得られる。こうして、第１及び第２のパラメータは、それらが由来するルミネッセンスを通じて物理的に関連している。しかしながら、２つのうちの１つは、汚染状態に従って変化し得るため、上述のように、センサ層と試料区域との間の境界面の光学的性質に影響を与える。光学センサ表面の様々に異なる汚染状態間の区別を容易にするために、基準情報が提供される。１つ以上の基準流体のそれぞれについて、第１のパラメータと第２のパラメータとの間の一意的な関係を確立するために、１つ以上の基準流体についての基準測定の準備が予め行われる。好適な基準流体は、既知の光学特性を有する任意の液体試料及び／又はガス試料、例えば、医療用試料分析器においてＱＣ又は較正目的で一般的に使用される既知の組成を有する水溶液、所定の状態に調製された空気、窒素、アルゴンなどの希ガスなどであってもよい。基準測定は、１つ以上の既知の汚染状態について実施される。典型的には、基準測定は、清浄なセンサ表面を用いて実施される。すなわち、清浄なセンサ表面は、センサ表面上にいかなる汚染もなく、したがって、その表面は、それぞれの基準流体にのみ接している。基準測定によって基準情報が提供され、基準情報は、後の使用のために記憶されてもよく、又は他の任意の方法によってプロセッサからアクセス可能とされてもよい。基準情報は、任意の好適な形態で、例えば、少なくとも１つの既知の汚染状態に対する第１のパラメータと第２のパラメータとの間の関係を説明する、パラメータ化された関係の表として及び／又は式における１つ以上の係数として、統合化及び／又は記憶されてもよい。少なくとも１つの既知の汚染状態は、最も好ましくは、センサが少なくとも１つの基準流体に関して上述した清浄状態にある状態である。したがって、試料分析器は、第１及び第２のパラメータのうちの一方の期待値を、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方の実際値に基づいて作成するように構成されている。次いで、作成された期待値は、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方の実際値と比較される。２つの値が予想どおり一致する場合、汚染が不存在と判定される。期待値と第１及び第２のパラメータのうちのもう一方の実際値との間の不一致が観察される場合、センサ表面が汚染されていると結論付けることができる。
【００２３】
有利には、いくつかの実施形態によれば、第１のパラメータは、センサ表面における境界面の光学的性質に依存しない（「固有」）パラメータであり、第２のパラメータは、この境界面に依存する（少なくとも部分的に「外因性」）パラメータである。更に有利には、期待値は、固有パラメータの実際値に基づいて決定される。それにより、第１の固有パラメータに基づいて計算された第２のパラメータの期待値が、検出計測手段の光学構造に起因するアーチファクトの影響を受けにくくすることが達成される。
【００２４】
任意の好適な発光団が、発光団に印加された刺激に反応して放射されるルミネッセンス放射光の第１のパラメータ及び第２のパラメータの判定を可能とする光学的プロービング技術と組み合わせて使用されてもよく、上記要件の通り、第１及び第２のパラメータのうちの一方は、センサ層／試料境界面の光学的性質に依存し、もう一方は依存しない。
【００２５】
光学センサは、典型的には、測定チャンバ内に存在する流体試料中の検体の特定の物理的パラメータを測定するように配置されている。例えば、光学センサは、入口及び出口を有する測定チャンバと、複数の検体センサと、を備えるセンサカセット内に配置されてもよく、これらの検体センサはそれぞれ、検体に関するそれぞれのパラメータを測定するように適合されている。汚染物質の検出に使用する光学センサは、検体センサのうちの１つであってもよい。しかしながら、光学センサを汚染物質検出のみの専用とすることも考えられる。有利には、光学センサは、汚染物質を検出する確率が高まるように、測定チャンバ内の、例えば、汚染物質が検出される可能性がより高い場所に、又は汚染物質が蓄積する傾向がある場所に置かれる。更に有利には、汚染物質の検出に使用される光学センサは、入口に置かれてもよい。これには、外部から測定チャンバに導入された任意の汚染物質が光学センサの付近を通過しなければならないという利点がある。更に、入口ポートの周囲の流れの状態により、測定チャンバ側壁上に汚染物質が堆積する確率が高まる可能性がある。したがって、汚染物質の検出に使用される光学センサを置くことによって、汚染物質を捕捉する確率が他の場所と比較して高くなり得る。あるいは、又はそれに加えて、更なる考慮事項によれば、汚染物質の検出に使用される光学センサはまた、例えば、何らかの理由により、それ自体を汚染物質の検出に使用することができないセンサ、汚染物質の存在に特に敏感であるセンサ、及び／又は汚染物質を誘引する傾向を有するセンサなどの、別のセンサの反対側に／向かい合って置かれてもよい。例えば、汚染物質を検出するための光学センサは、ｐＣＯ２を測定するセンサとは反対側の測定チャンバ内の場所に置かれてもよい。更なる考慮事項によれば、汚染物質を検出するための光学センサは、特定の検体に関するパラメータを測定する検体センサでもあって、検体測定を最適化するように置かれてもよい。これらの考慮事項の間に矛盾がある場合、当業者は、折衷案として、又は更なる選好／優先度に従って場所を決定することができる。センサタイプに依存して、光学的プロービングは、検体に敏感な透明センサ層内の発光団、例えば、既知のルミネッセンス消光技術を使用して検体の存在を探査し得る発光団を含んでもよい。ルミネッセンス消光染料の例は、当該技術分野において一般的に知られている。例えば、これらのポルフィリン化合物系染料の消光剤として作用する酸素の存在を検出するためのアリール置換テトラベンゾポルフィリン、パラジウムポルフィリン（例えば、ＰｄＴＰＰ又はＰｄＴＦＰＰ）などのポルフィリン化合物。汚染物質を検出する本方法は、検体のプローブにも有用である同じ発光団からの放射光反応を探査することができるという利点がある。それ故、本方法は、相乗的方法により、ルミネッセンスプローブ技術によって検体を測定するように適合されたセンサの表面上の汚染物質を検出するのに特に有用であり、したがって、このようなルミネッセンスプローブセットアップにおいて汚染物質検出を簡単に実装することができる。
【００２６】
汚染物質を検出する本方法は、センサ表面の汚染状態に関する即時のフィードバックを提供するために、測定を実施する前の任意の時点、直前、測定中、及び／又は測定後に使用されてもよい。ある場合には、光学センサの汚染状態はまた、測定チャンバの一般的な汚染状態を反映し得る。それにより、測定の品質及び信頼性に関する即時の情報が利用可能である。汚染状態情報を即時に利用できることにより、新たな測定を実施する前に、センサ表面、測定チャンバ全体の洗浄、又は場合によって、データ分析レベルにおける適切な補正の適用などの補正措置を直ちにとることもまた、可能である。汚染状態の発生に基づき直ちに決定を下すことにより、さもなければ、時機を失した、遡っての試料結果の無効化により生じたであろう貴重な試料材料の浪費が回避される。即時の補正行動はまた、例えば、生死を分ける差となり得る緊急治療又は集中治療において、正しい治療を、今、ここで提供するためにも重要である。
【００２７】
本発明は、医療用試料分析器の測定チャンバ内の凝塊又は気泡などの汚染物質の検出に特に有用であり、更に、疑わしい汚染が存在することの確認、又は以前に検出された汚染の除去措置終了後の確認に特に有用である。検出結果は、医療用試料分析器の自己制御ルーチンの一部として使用されてもよく、又はユーザによって要求されてもよく、又は別の方法で外部からトリガされてもよい。検出結果は、医療用試料分析器の警報又はエラー状態を更にトリガしてもよく、また、汚染物質除去手順の呼び出し、及び／又は、汚染除去の不成功が判明した場合、故障した測定チャンバの外部サービス、修理、若しくは交換の要求のために使用されてもよい。
【００２８】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、第２のパラメータの実際値と第２のパラメータの期待値との差が閾値を上回る場合、汚染物質が存在すると判定され、及び／又は第２のパラメータの実際値と第２のパラメータの期待値との差が閾値を下回る場合、汚染物質が不存在と判定される。それにより、汚染物質の存在と不存在とをより高い信頼性で区別することが達成される。更に、閾値は、光学センサを使用して実施される測定値の妥当性について、作成された期待値と対応する実際値との間の観察された不一致の有意性に従って、有意でない汚染と有意な汚染とを識別するように設定することができる。
【００２９】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、流体試料は、水性液体である。流体試料が水溶液である場合、本方法は、気泡などのガス相の汚染物質の検出に特に有用である。例えば、試料は、医療用パラメータ分析用に、血液、尿、又は関連する較正／ＱＣ溶液などの水溶液又は他の水性液体であってもよく、汚染物質は、センサ表面に付着するガスの気泡であってもよい。気泡と水性試料との屈折率の差が大きいことにより、水性試料液体に対して本方法を使用し、逸脱した結果を示す汚染物質を高信頼性で検出することが可能である。有利には、気泡を検出する方法は、測定チャンバ内における液体試料の準備／提示の間に又はそれと関連して実施され、測定チャンバを液体試料で充填することと、本明細書に記載されるような光学的気泡検出方法を実施することとによって、ガス試料に同等する屈折率を有する気泡を検出することができる。それにより、測定チャンバが適切に充填されたことが示されていることを確認できる。これは、チャンバの主軸を横断する方向の寸法がミリメートル及びミリメートル未満の範囲にある細長いチャネル形状のチャンバ内などの、測定チャンバの体積が非常に小さい場合、特に有利である。
【００３０】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、流体試料は、１．２０〜１．５０、例えば、１．２５〜１．４５、１．３０〜１．４０、又は約１．２０、１．２５、１．３０、１．３５、１．４０、１，４５、又は１．５０の屈折率を有する液体である。有利には、流体試料は、１．２０〜１．３０、１．２５〜１．３５、１．３０〜１．４０、１．３５〜１．４５、又は１．４０〜１．５０の屈折率を有する液体である。屈折率の値は、刺激に反応して、発光団によって放射されたルミネッセンス放射光の波長に対する所与の試料分析器構成に関するものであり、測定が典型的に実施される温度範囲に関するものである。例えば、体液については、測定が実施される温度は、典型的には、３５℃〜３９℃、３６℃〜３８℃、３５℃〜３８℃、３６℃〜３９℃、又は約３５℃、３６℃、３７℃、３８℃若しくは３９℃などの体温に対応する範囲に指定される。
【００３１】
上記の範囲内の屈折率を有する試料液体に対して本明細書に開示される方法を使用する場合、１．１０を大幅に下回り、１．０５未満、１．０１未満、又は約１．００である屈折率を有するガス状汚染物質などの、センサ表面におけるガス状汚染物質からの試料の明確な区別が達成される。
【００３２】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、流体試料は、ガスである。以前の測定サイクルからの液体試料からの残留物などの液体中の気泡と異なる、別のタイプの汚染物質は、センサ表面の表面上に堆積し得、集合的に「凝塊」と称され得る。流体試料がガスである場合、本方法は、そのような凝塊の検出に特に有用である。凝塊は、液滴、沈殿物を含み得、かつ／又は水性液体などの液体の屈折率に対応する屈折率を有する、ゲルに類似した粘稠度を有し得る。屈折率は、１．１０超、１．２０超、１．２０〜１．５０などの上記範囲の値であるか、又は液体試料に関して上述した範囲若しくは値のいずれかである。このような凝塊とガス試料との屈折率の差により、液体試料中のガスの気泡を検出する方法と類似の方法で、これらの凝塊を高信頼性で検出することができる。
【００３３】
有利には、凝塊を検出する本方法は、パージサイクル中又はパージサイクルと関連して実施される。パージ又はすすぎサイクルは、典型的には、測定が終了した後に、測定用チャンバを洗浄し、測定チャンバを新たな測定のために準備する目的で実施される。液体試料に同等する屈折率を有する凝塊は、測定チャンバを貴重な患者試料などの液体試料で充填する前に、測定チャンバをアルゴン又は窒素ガス試料などの基準ガス試料で充填することと、本明細書に記載されるような光学的凝塊検出方法を実施することとによって検出され得る。それにより、測定チャンバの追加的なチェックが達成され、これにより、即時のフィードバック、及び貴重な患者の試料の浪費回避のために即時の補正行動をとることを可能にする。
【００３４】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、ガスは、１．１０未満、１．０５未満、１．０１未満、又は約１の屈折率を有する。
【００３５】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、センサ層の屈折率は、少なくとも１．４０、１．４０〜１．４５、少なくとも１．４５、１．４５〜１．５０、少なくとも１．５０、１．５０〜１．５５、又は少なくとも１．５５である。上述のように、汚染物質の検出が成功するかどうかは、汚染物質と流体試料とをそれらの屈折率によって区別することに依存する。好ましくは、センサ層の屈折率は、少なくとも流体試料の屈折率と異なる。最も好ましくは、センサ層の屈折率は、流体試料及び汚染物質の両方の屈折率と異なる。それにより、汚染物質の高信頼性の検出が達成される。
【００３６】
医療用試料分析器で使用するための典型的な光学センサは、発光団が埋め込まれた、例えば、セルロースアセテート、ポリウレタン、ポリカーボネート／シリコーンコポリマー、又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などのポリマー材料で作製されたマトリックスを有するセンサ層を有してもよい。光学センサ用のマトリックス材料は、国際公開第２００１／００４６３１号の背景項で詳細に論じられており、更なる有用なマトリックス材料は、国際公開第２００１／００４６３１号の特許請求の範囲に開示されている。国際公開第２００１／００４６３１号は、参照によりその全体が本明細書に包含される。ホスト材料によって屈折率が本質的に決定され、ＰＶＣなどのポリマー材料の場合、屈折率は典型的には、約１．５０、例えば１．４５から１．５５以下の範囲である。別段の指定がない限り、屈折率値は、発光団によりスペクトルの可視部分で放射されたルミネッセンス放射光に該当する検出スペクトル範囲に関するものである。屈折率の温度依存性が考慮されなければならない限りにおいて、屈折率値は、既に上述したように測定を行うための典型的な温度に対応する温度を参照している。
【００３７】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、発光団に刺激を印加する工程は、発光団を励起するように適合された励起スペクトル範囲の光でセンサ層を照射することを含む。刺激は、典型的には、刺激オン状態においてはパルス状の又は変調による刺激周期によって印加され、刺激オフ状態であるアイドル周期によって隔てられる。これにより、刺激に対するセンサ層の時間依存ルミネッセンス反応、より特に、刺激に対するセンサ層のパルス及び／又はステップによる反応を観察することができる。このような光学的刺激に使用される典型的な光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用したパルスレーザ光源又は変調光源が挙げられ得る。レーザーパルスを使用して、非常に短い励起パルスを得ることができ、これは、典型的には、発光団からのルミネッセンス放射光の寿命と比較して短い。ＬＥＤベースの変調光は、より単純でより安価なセットアップを可能にし、より長いパルス持続時間を有する。
【００３８】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、測定値の時間系列を得る工程は、複数の、少なくとも３つの、時点でルミネッセンスの強度を測定することを含む。互いから独立した第１及び第２のパラメータの実際値を決定するために十分な独立した測定を得ることができるためには、最低３つの時点が必要とされる。ノイズ低減の理由から、有利には、得られた値の信頼性を向上させるために、時間系列に対してより多数の測定を使用することができる。良好な結果は、例えば、５〜２００時点、５〜１５０時点、５〜１００時点、１０〜２００時点、１０〜１５０時点、１０〜１００時点、２０〜２００時点、２０〜１５０時点、２０〜１００時点、３０〜２００時点、３０〜１５０時点、３０〜１００時点、又は少なくとも５時点、少なくとも１０時点、少なくとも２０時点、少なくとも３０時点、少なくとも４０時点、少なくとも５０時点若しくは少なくとも６０時点を使用することによって達成される。異なる時間で取得される測定時点の数の上限は、検出手順に使用される総時間の上限の影響を受け得る。有用な上限は、最大１００時点、最大１５０時点、又は最大２００時点であり得る。
【００３９】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、測定値の時間系列は、刺激の終了後の時間窓に関して得られる。例えば、時間窓は、刺激の終了直後に開始されてもよい。いくつかの実施形態によれば、測定値の時間系列を得る工程は、刺激の終了によってトリガされ得る。刺激の終了後の測定値の時間系列を得ることにより、時間系列のより単純なその後の分析が達成される。刺激の終了後、ルミネッセンス放射光の強度は減衰する。終了直後に測定を開始することにより、最大信号強度が達成され、それにより、ノイズ問題が低減される。
【００４０】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、測定値の時間系列は、刺激の印加中の時間窓に関して得られる。原理的には、刺激の存在、例えば、入射刺激による発光団染料分子の励起及び／又は再励起の継続、が検出手段によるルミネッセンス及びその時間依存性に与える任意の影響が、その後の分析において、例えば、第１パラメータから第２パラメータの期待値を作成する際に考慮される限りは、刺激が印加されている期間中の時間系列又はその期間を含む時間系列から、本発明によって必要とされる第１及び第２のパラメータのための有用な実際値を導出することもまた考えられる。更に、光学センサの検出部分内に散在する時間依存性の刺激の存在に起因し得る、いかなる追加的なバックグラウンド放射又はいかなる他のアーチファクトも考慮されなければならない。このようないかなるアーチファクトの影響も、例えば、いかなる汚染もない状態で、基準測定におけるセンサ反応の特性を測定することによって予め判定することができる。この実施形態は、ＬＥＤベースの照射源を使用するときなど、より長い持続時間を有する刺激の使用と組み合わせて有用である。
【００４１】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、第１のパラメータは、ルミネッセンスの寿命τ、又は対応するパラメータである。この実施形態によれば、第１のパラメータは、「固有」パラメータ、すなわち、ルミネッセンスの減衰の寿命τ（ｔａｕ）などの、発光団の励起された状態の緩和を支配する分子プロセスに固有のパラメータである。したがって、固有パラメータは、センサ層内で生じる固有相互作用のみに依存し、センサ層と流体試料との間の境界面の光学的諸特性などの外因性相互作用に依存しない。ルミネッセンス測定の時間系列における強度減衰から蛍光寿命τを決定することは既知であり、光検出器の信号プロセッサに直接実装することができる。したがって、蛍光寿命は、固有パラメータとしての第１のパラメータの単純かつ高信頼性の手段である。
【００４２】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、第２のパラメータは、所与の時点におけるルミネッセンスの強度、又は対応するパラメータである。この実施形態によれば、第２のパラメータは、センサ層から放射され、かつ例えば、刺激の終了後、所与の時点で光検出器によって収集されるルミネッセンス放射光強度である。収集された強度は、少なくとも部分的に「外因性」パラメータ、すなわち、発光団の励起された状態の緩和を支配する再結合プロセスに対して外因性の因子によって影響されるパラメータである。外因性因子としては、センサ層の光学的環境、例えば、センサ層と流体試料との間の境界面の光学的諸特性を含んでもよい。したがって、光学的検出セットアップの全ての他の構成パラメータを同様に維持するとした場合、外因性パラメータ、ここでは検出器によって収集されるルミネッセンス強度は、センサ表面における屈折率の変化に敏感である。
【００４３】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、センサ層内の発光団は、１μｓから１ｓ以内のルミネッセンス寿命を有する蛍光体であり、及び／又はセンサ層内の発光団は、少なくとも１０μｓ、少なくとも２０μｓ、少なくとも３０μｓ、少なくとも４０μｓ、少なくとも５０μｓ、少なくとも６０μｓ、少なくとも７０μｓ、少なくとも８０μｓ、少なくとも９０μｓ、少なくとも１００μｓ、少なくとも１５０μｓ、若しくは少なくとも２００μｓのルミネッセンス寿命を有する蛍光体であり、及び／又はセンサ層内の発光団は、１ｓ以内、１００ｍｓ以内、１０ｍｓ以内、１ｍｓ以内、５００μｓ以内、３００μｓ以内、１５０μｓ以内、３０μｓ以内、若しくは１５μｓ以内であるルミネッセンス寿命を有する蛍光体である。
【００４４】
有利には、いくつかの実施形態によれば、センサ層内の発光団は、１０μｓ〜１０ｍｓ以内、１０μｓ〜１ｍｓ以内、１０μｓ〜１００μｓ以内、２０μｓ〜５０μｓ以内、２０μｓ〜３０μｓ以内のルミネッセンス寿命を有する蛍光体である。
【００４５】
有利には、いくつかの実施形態によれば、センサ層内の発光団は、少なくとも１０μｓ、少なくとも２０μｓ、少なくとも３０μｓ、少なくとも４０μｓ、少なくとも５０μｓ、少なくとも６０μｓ、少なくとも７０μｓ、少なくとも８０μｓ、少なくとも９０μｓ、少なくとも１００μｓ、少なくとも１５０μｓ、若しくは少なくとも２００μｓのルミネッセンス寿命を有する蛍光体であり、及び／又はセンサ層内の発光団は、１ｓ以内、１００ｍｓ以内、１０ｍｓ以内、１ｍｓ以内、５００μｓ以内、３００μｓ以内、１５０μｓ以内、３０μｓ以内、若しくは１５μｓ以内であるルミネッセンス寿命を有する蛍光体である。
【００４６】
これらの実施形態の目的上は、発光団の放射の寿命は、ルミネッセンス消光効果がない状態で考慮される。消光剤（特定の検体）に関してルミネッセンス消光測定に適合された発光団の場合、寿命は消光剤がない状態で考慮される。更に、発光団の放射の寿命は、当業者によって簡単に判断されるように、汚染検出方法の適用の文脈において関連する測定条件下で考慮される。例えば、診療現場機器又は試験室機器などの医療用分析機器の場合、適切な温度は、典型的には、３５℃〜３９℃、３６℃〜３８℃、３５℃〜３８℃、３６℃〜３９℃、又は約３５℃、３６℃、３７℃、３８℃若しくは３９℃などの体温に対応する範囲に指定される。
【００４７】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、測定チャンバを充填する工程は、少なくとも１つの検体に関して、流体試料をセンサ層との拡散平衡にすることを含む。流体試料を拡散平衡状態にすることは、充填工程の一部として時間遅延を必要とする場合がある。それにより、試料と、検体が測定されるセンサ層との間の非平衡濃度分布から生じるアーチファクトが回避され得る。それにより、簡略化され、かつ高信頼性の汚染物質検出手順が達成される。
【００４８】
有利には、本方法のいくつかの実施形態によれば、光学センサは、ｐＨ、電解質の濃度、代謝因子の濃度、又は酵素の濃度などの検体の対応するパラメータを決定するために、流体試料中の１つ以上の検体を測定するように適合されている。流体試料は、体液、すなわち生理液などの生体試料であってもよい。
【００４９】
生体試料の例としては、液体試料及びガス試料の両方が挙げられ得る。液体試料は、血液、希釈又は非希釈全血、血清、血漿、唾液、尿、脳脊髄液、胸膜液、滑液、腹水、腹腔液、羊水、乳、透析液試料など、並びにこれらの流体のうちのいずれかを測定するための分析器機器で使用される任意の品質管理材料及び較正溶液の群から選択され得る。ガス状試料は、呼吸気、呼気など、並びにこれらの流体のうちのいずれかを測定するための分析器機器で使用される任意の品質管理材料及び較正材料を含んでもよい。試料は、より試験に適するように試験前に処理してもよい。前処理方法は、その結果に干渉し得る成分の希釈、濾過、濃縮、抽出、除去、又は不活性化、並びに試薬の添加を含んでもよい。他の生体試料の例としては、発酵ブロス又は微生物培養物、廃水、食品製品などが挙げられる。
【００５０】
本発明の光学センサによって判定され得る検体に関するパラメータの例としては、ｐＯ２、ｐＣＯ２、ｐＨ、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、又はＮＨ３（ＮＨ４＋）などの電解質の濃度、グルコース、クレアチニン、尿素（ＢＵＮ）、尿酸、乳酸、ピルビン酸、アスコルビン酸、リン酸、又はタンパク質などの代謝因子の濃度、乳酸デヒドロゲナーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、コリン、エステラーゼ、アルカリホスファターゼ、酸性ホスファターゼ、アラニンアミノトランスフェラーゼ、アスパルテート、アミノトランスフェラーゼ、又はクレアチニンキナーゼなどの酵素の濃度が挙げられる。
【００５１】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、光学センサは、流体試料中のガス画分、例えばｐＯ２又はｐＣＯ２などの分圧を測定するように適合されている。
【００５２】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、センサ層は、流体試料からの検体の拡散取り込みに適合されており、センサ層内の発光団は、センサ層内の検体の存在によるルミネッセンス消光の影響を受けやすい。
【００５３】
それにより、検体測定及び汚染物質検出は、相乗的方法で組み合わせることができる。ルミネッセンス消光検出を使用して、センサ層内の発光団に対する消光剤として作用する特定の検体の濃度を決定する敏感かつ高精度の方法が提供される。有利には、ルミネッセンス消光測定は、既知の方法で、シュテルン−フォルマー型分析を使用して評価することができる。同時に、本発明を使用すると、発光団放射を使用して、センサ表面上の汚染を高信頼性で検出することができる。汚染検出は、本質的に直ちに達成することができ、したがって、そのようないかなる汚染から生じるアーチファクトに関する補償、及び／又は汚染物質を除去する試みなどの補正措置も即座にとることができる。結果として、光学センサ測定の精度の向上が達成される。
【００５４】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、光学センサは、１つ以上の検体に関して、流体試料のパラメータを決定するように適合されている。
【００５５】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、１つ以上の検体に関する流体試料のパラメータは、ｐＯ２、ｐＣＯ２、ｐＨ、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、又はＮＨ３（ＮＨ４＋）などの電解質の濃度、グルコース、クレアチニン、尿素（ＢＵＮ）、尿酸、乳酸、ピルビン酸、アスコルビン酸、リン酸、又はタンパク質などの代謝因子の濃度、乳酸デヒドロゲナーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、コリン、エステラーゼ、アルカリホスファターゼ、酸性ホスファターゼ、アラニンアミノトランスフェラーゼ、アスパルテート、アミノトランスフェラーゼ、又はクレアチニンキナーゼなどの酵素の濃度の群から選択される。
【００５６】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、流体試料は、体液、すなわち生理学的液体などの液体である。それに対応して、本方法を実施する際に使用するための試料分析器は、有利には、体液、すなわち生理学的液体などの液体試料のパラメータを分析するように適合されている。したがって、医療用試料分析器は、好ましくは、自動化された方法で、測定チャンバを液体試料で充填する及び空にするなどの液体流を制御するための弁、導管、及び／又は圧送／移送手段を備える液体処理システムを有利に含んでもよい。
【００５７】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、液体試料は、血液、希釈又は非希釈全血、血清、血漿、唾液、尿、脳脊髄液、胸膜液、滑液、腹水、腹腔液、羊水、乳、透析液試料など、並びにこれらの流体のうちのいずれかを測定するための分析器機器で使用される任意の品質管理材料及び較正溶液の群から選択される液体試料である。
【００５８】
更に、本方法のいくつかの実施形態によれば、流体試料は、気体、例えば、生理学的気体などの医学的気体である。それに対応して、本方法に使用するための試料分析器は、有利には、医学的気体試料のパラメータを分析するように適合されている。特に有用な医学的気体試料の例は、呼吸気又は呼気など、並びにこれらの流体のうちのいずれかを測定するための分析器機器で使用される任意の品質管理材料及び較正材料の群から選択される。したがって、医療用試料分析器は、好ましくは、自動化された方法で、測定チャンバをガス試料で充填する及び空にするなどのガス流を制御するための弁、導管、及び／又は圧送／移送手段を備えるガス処理システムを有利に含んでもよい。好ましくは、医療用試料分析器は、液体及びガスの両方に適した流体処理手段を備える。
【００５９】
本発明の第２の態様は、汚染物質を検出するための光学センサであって、光学センサは、試料区域との境界面を形成するセンサ表面を有するセンサ層と、刺激手段と、検出手段と、データ記憶手段と、信号プロセッサと、を備え、センサ層は、発光団に印加された励起刺激に反応して、ルミネッセンス放射光を放射するように適合された発光団を含み、刺激手段は、センサ層内の発光団に励起刺激を提供するように配置されており、検出手段は、励起刺激に反応して、発光団によって放射されたルミネッセンス放射光を検出するように配置されており、データ記憶手段は、
−  光学センサからの信号として検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を入力として受領し、
−  時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、第１及び第２のパラメータのうちの一方は、センサ層と試料区域との間の境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、センサ層と試料区域との間の境界面を越える屈折率の変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定し、
−  第１のパラメータの実際値に基づいて、第２のパラメータの期待値を作成し、
−  第２のパラメータの期待値を第２のパラメータの実際値と比較し、
−  比較に基づいて、汚染物質の存在又は不存在を判定する、ためにプログラムされた命令を含み、
信号プロセッサは、プログラムされた命令を実行して、汚染物質の存在又は不存在を示す出力を生成するように動作可能である、光学センサに関する。
【００６０】
それにより、センサ表面上の汚染物質の特にコンパクトかつロバストな検出が達成され、汚染物質は、試料区域に面するセンサ表面上の汚染物質を検出する方法に関して上述したように、それらの屈折率の差によって流体試料から区別可能である。汚染物質を検出するための光学センサの更なる利点及び更なる有利な実施形態はまた、同様に、汚染物質を検出する方法及び本明細書にて開示された方法の実施形態の追加的な特徴についての上記の考察から明らかである。例えば、光学センサは、有利には、上述のように、ｐＯ２、ｐＣＯ２、ｐＨ、電解質の濃度、代謝因子の濃度、又は酵素の濃度などの検体の対応するパラメータを決定するために、流体試料中の１つ以上の検体を測定するように適合されている。
【００６１】
光学センサ、及び本方法の文脈で開示される追加的な特徴を有するその有利なその実施形態は、流体試料分析器、好ましくは医療用試料分析器の測定チャンバ内での使用に特に有用である。
【００６２】
第３の態様では、測定チャンバは、本明細書にて開示された実施形態のいずれかによる光学センサを備える。測定チャンバは、好ましくは、流体試料中の１つ以上の検体を試験するか、又はパラメータを測定するように適合されている。光学センサは、センサ表面が測定チャンバによって画定された試料区域に面するように配置されている。
【００６３】
第４の態様では、流体試料分析器は、本明細書にて開示された実施形態のいずれかに記載の汚染物質検出方法を実施するように適合されており、流体試料分析器は、流体試料を測定チャンバに供給し放出するための入口ポートと出口ポートとを有する測定チャンバと、本明細書にて開示された実施形態のいずれかに記載の光学センサと、を備え、光学センサは、センサ表面が測定チャンバによって画定された試料区域に面するように配置されている。
【００６４】
更に、第５の態様によれば、コンピュータにより実行される、試料分析器の測定チャンバ内の汚染物質を検出する方法は、試料分析器が発光団を含むセンサ層を有する光学センサを備え、センサ層は、測定チャンバとの境界面を形成するセンサ表面を有し、方法は、
−  発光団に印加された刺激に反応して検出される、ルミネッセンス強度を表す測定値の時間系列を、時間の関数として受領する工程と、
−時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、第１及び第２のパラメータのうちの一方は、センサ層と試料区域との間の境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、センサ層と試料区域との間の境界面を越える屈折率の変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定する工程と、
−  第１のパラメータの実際値に基づいて、第２のパラメータの期待値を作成する工程と、
−  第２のパラメータの期待値を第２のパラメータの実際値と比較する工程と、
−  比較に基づいて、汚染物質の存在又は不存在を判定する工程と、を含む。
【００６５】
また、この態様では、更なる有利な実施形態及びこれらに由来するいずれの利点も、同様に、光学センサ及び汚染物質を検出する方法に関して上述した追加的な特徴に基づく。
【００６６】
更に、第６の態様によれば、プロセッサに読み込ませ得るソフトウェア製品であって、プロセッサは、センサ層を備える光学センサと通信するように構成されており、センサ層は試料区域に面するセンサ表面を備え、センサ層は発光団を含み、プロセッサは、発光団を励起するように適合された刺激手段を制御するように更に構成されており、ソフトウェア製品は、
（ｉ）刺激手段を動作させて、センサ層内の発光団に刺激を印加し、
（ｉｉ）光学センサを動作させて、刺激に反応してセンサ層内の発光団から放射されたルミネッセンスを時間の関数として検出し、
（ｉｉｉ）検出されたルミネッセンスの測定値の時間系列を得、
（ｉｖ）時間系列に基づいて、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値であって、第１及び第２のパラメータのうちの一方は、センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に敏感であり、第１及び第２のパラメータのうちのもう一方は、センサ層と測定チャンバとの間の境界面を越える屈折率の変化に敏感でない、第１のパラメータの実際値及び第２のパラメータの実際値を決定し、
（ｖ）第１のパラメータの実際値に基づいて、第２のパラメータの期待値を作成し、
（ｖｉ）第２のパラメータの期待値を第２のパラメータの実際値と比較し、
（ｖｉｉ）比較に基づいて、センサ表面上の汚染物質の存在又は不存在を判定する、ための命令を含む。
【００６７】
また、この態様では、更なる有利な実施形態及びこれらに由来するいずれの利点も、同様に、光学センサ及び汚染物質を検出する方法に関して上述した追加的な特徴に基づく。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に説明する。
【図１】一実施形態による、血液分析器の図である。
【図２】一実施形態による、光学センサを概略的に示す。
【図３】図２の光学センサの概略詳細図である。
【図４】一実施形態による、光学センサで検出された２つの異なる試料流体についてのルミネッセンス強度の時間依存性に関するグラフである。
【図５】気泡及び凝塊チェックの原理を示す。
【図６ａ】気泡が存在しない及び気泡が存在する液体試料におけるｐＯ２測定結果を示す。
【図６ｂ】気泡が存在しない及び気泡が存在する液体試料におけるｐＯ２測定結果を示す。
【図７ａ】凝塊が存在しない及び凝塊が存在するガス試料におけるｐＯ２測定結果を示す。
【図７ｂ】凝塊が存在しない及び凝塊が存在するガス試料におけるｐＯ２測定結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１は、信号プロセッサ８、１つ以上の検体センサ３（ａ〜ｉ）、４、測定チャンバ２、及び流体処理インフラストラクチャ２０を有する分析器部分を備える液体試料分析器１を概略的に示す。測定を実施するために、ユーザは、分析器１の入力ポート１２ａ／ｂに液体試料を供給することができる。液体試料は、複数の検体センサ３、４を備える測定チャンバ２に入口ポート６を通って移送される。検体センサ３、４は、例えば全血試料など、液体試料中の各検体パラメータを本質的に同時に測定するように配置されている。好ましくは、高精度かつ高信頼性のデータを得るために必要な試料量は、できる限り少量である。体液、特に全血中の複数の異なるパラメータを同時に測定するのに特に適したセンサアセンブリの設計及び血液分析器におけるその使用の詳細な例は、例えば、欧州特許第２１４７３０７（Ｂ１）号に見出される。信号プロセッサ８に読み込まれた予めプログラムされた命令及び／又はユーザ入力に従って、検体センサ３、４を使用して測定が実施される。検体センサ３、４は、それぞれの検体の物理的パラメータを表す信号を生成し、それらの信号を分析器部分の信号プロセッサ８に提供する。信号プロセッサ８は、検体センサ３、４からの信号を受領及び処理し、処理された信号を、ユーザ又はその後の／更なるデータ分析に出力として提示するように適合されている。測定後、液体試料を排出し、測定チャンバ２を次の測定のために準備する。図１に示された分析器の実施形態は、血液パラメータの測定に特に適合されており、測定チャンバ２の下流に任意選択の酸素化測定装置９を更に備える。よって、測定、較正タスク、及び品質管理手順を実施することは、典型的には、流体処理インフラストラクチャ２０により行うことができる、様々な異なる液体の装填、取り外し、すすぎ、洗浄、及び再装填を伴う。流体処理は、予めプログラムされた命令及び／又はユーザ入力に従って、信号プロセッサ８によって自動化された方法で制御されてもよい。流体処理インフラストラクチャ２０は、すすぎ／押し流し、較正、及び品質管理タスクのための処理液（すすぎ／ＣＡＬ１、ＣＡＬ２、ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３）で予め充填された多数のリザーバ２１を含む。処理液（すすぎ／ＣＡＬ１、ＣＡＬ２、ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３）は、既知の組成を有する。所与のバッチの正確な組成は、リザーバ２１を備えるカセットに取り付けることができるチップ２５に記憶することができ、チップ２５は、信号プロセッサ８によって読み取ることができる。所与のプロセス工程のための処理液（すすぎ／ＣＡＬ１、ＣＡＬ２、ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３）は、流体切換弁２２によって選択されてもよく、供給ライン１２ｃを介して入口ポート６を通って測定チャンバ２に移送されてもよい。測定チャンバ２の正確な充填は、目視検査によって、又は既知の手順に従って、それぞれ、入口６（「ＬＳ入口」１０ａ）において、出口７（「ＬＳ  ＢＧ」１０ｂ）において、及び酸素化測定装置９（「ＬＳ  ＯＸＩ」１０ｃ）の直後などで、測定チャンバの上流及び下流に配置された液体センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって、システムを通る液体界面の伝播を観察することにより監視及び確認することができる。分析器��通る流体流は、測定チャンバ２及び酸素化測定装置９の下流に配置されており流体ライン１３を介してそれらに接続されている、ここでは蠕動ホースポンプであるポンプ２３によって駆動される。排出された流体は、最終的に、流体ライン１４を通って廃棄物リザーバ２４に移送される。
【００７０】
始動され次第、及び稼働時間中継続的に、分析器１は、自己制御ルーチンを実施する。何らかの異常が検出された場合、分析器１は、ユーザに対して逸脱を示し、エラー状態を克服する方法を更に示すことができる。一方、分析器が通常動作を示す場合、直ちに測定を行うことができる。有利には、いくつかの実施形態によれば、自己制御ルーチンは、アイドル時間中、すなわち、分析器がアイドル状態にあるときに実施されてもよく、ユーザの試料に対して実際の測定を実施するためには使用されない。自己制御ルーチンは、例えば、チップ２５に記憶された、高精度に既知である組成を有する較正グレードの処理液に対して実施される継続的な反復測定を含んでもよい。次いで、様々に異なる検体センサ３、４のそれぞれについて周知の組成に対して得られた信号を使用して、それぞれの検体測定の基準を連続的に更新することができる。
【００７１】
図２及び図３を参照して、光検出器セットアップの一実施形態をここで述べる。図２は、側壁２０２、２０４によって画定された測定チャンバ２０１に接する、一実施形態による光検出器２００を概略的に示す。光検出器２００は、測定チャンバ２０１に置かれた流体試料９９中の検体の物理的パラメータ、例えば、検体ガスの分圧など、を測定するように適合されている。光検出器２００は、センサ表面２０６が測定チャンバ２０１の内側に面するセンサ層２０５を有する。したがって、センサ表面２０６は、流体試料９９を受容する測定チャンバ２０１との境界面を形成し、センサ表面２０６は、流体試料９９に直接接触するように適合されている。測定チャンバ２０１の壁２０２におけるセンサ層２０５の配置は、図３において最もよく見え、光検出器２００の壁２０２に一体化された部分の詳細を示す。この特定の実施形態では、壁２０２は基板２２０で作製され、基板２２０は、例えば、封止材ポリマー層２２１、２２２、２２３を保持するセラミックで作製されている。基板２２０の薄膜化部分２２４は、センサ層２０５への光学的アクセスを可能にする。センサ層２０５は、基板２２０の前側、すなわち、薄膜化部分２２４とも整列された開口部である、封止材ポリマー層２２１、２２２、２２３における開口部内の測定チャンバ２０１に面する側に適用されている。この配置では、基板２２０の後側から、すなわち、窓のような光学的アクセスとして機能する薄膜化部分２２４を通って、測定チャンバ２０１とは反対方向に面する側から、センサ層２０５の反応を光学的に探査できる。なお、明確化のため、図３に示される層の厚さは縮尺どおりではないことに留意されたい。窓部２２４の好適な厚さは、例えば、機械的強度及び光透過性の考慮事項に従って選択することができる。センサ層２０５の好適な厚さは、例えば、反応時間の考慮及び、所望の時間枠内での、例えば１ｓ以内、３ｓ以内、１０ｓ以内、３０ｓ以内、又は１分以内での測定中にセンサ層２０５の平衡状態を確立する考慮に基づいて、選択されてもよい。これらの考慮事項においては、例えば、該当する検体のセンサ層２０５への及びセンサ層２０５からの拡散性を考慮することができる。例えば、セラミック基板２２０の窓部２２４は、約１００μｍの厚さを有し得るのに対し、センサ層２０５の典型的な層の厚さは、１μｍ〜１０μｍ、典型的には１μｍ〜４μｍの範囲、又は約２．５μｍであってもよい。
【００７２】
センサ層２０５は、発光団２１０、すなわち、励起刺激Ｓ（ｔ）に反応してルミネッセンスＩ（ｔ）を放射する材料を含む。励起刺激Ｓ（ｔ）は、典型的には、発光団２１０を励起状態に光学的に励起するように適合された励起波長範囲内の発光ダイオード又はレーザーを使用する光源などの好適な光源２０７によって生成されるパルス又は変調光の形態で提供され、次いで、この励起された状態から、発光団２１０は、励起波長範囲から分光的に区別可能な放射波長範囲内の放射光を放射する状態の下で減衰する。図２に示す実施形態では、ＬＥＤ２０７からの励起光Ｓ（ｔ）は、ミラー２０８によって基板２２０の後側に垂直入射で結合され、その結果、薄膜化部分２２４を通ってセンサ層２０５を照射する。入射励起光Ｓ（ｔ）は、図３に星記号で示されるように、本質的に全ての方向にルミネッセンス光を放射することによって反応する、センサ層２０５内の発光団分子２１０の画分を励起する。典型的には、発光団は、ダウンコンバージョン型のものであり、すなわち、発光団放射光は、励起光と比較して、より低い光子エネルギー又はより長い波長において見つかる。しかしながら、アップコンバージョン型の発光団物質、すなわち、発光団放射光が、励起光と比較して、より高い光子エネルギー又はより短い波長において見つかる物質もまた、反応放射光Ｒ（ｔ）が刺激放射光Ｓ（ｔ）から分光的に区別可能である限り考えられる。発光団２１０から放射された光は、反応放射光Ｒ（ｔ）として、薄膜化部分２２４を通って基板２２０の後側から収集される。次いで、反応放射光Ｒ（ｔ）は、例えば、ダイクロイックミラー２０８などの適切なスペクトル分離手段によって刺激放射光Ｓ（ｔ）から分離される。次いで、反応放射光Ｒ（ｔ）は、光検出器２０９によって検出され、この光検出器２０９は、センサ信号処理及びデータ取得の当該技術分野において既知の任意の好適なアナログ及び／又はデジタルデータ処理手段によって、任意の好適な方法で増幅、取得、及び処理され得るセンサ出力信号を生成する。
【００７３】
検出器２０９によって収集され検出された反応放射光Ｒ（ｔ）の強度は、特定の検出セットアップの光学的性質、特に、センサ層２０５内の発光団２１０から光検出器２０９への光路上の光学素子に依存する。このルミネッセンスプロセスに対して外因性の因子への依存により、収集され検出された反応放射光Ｒ（ｔ）の強度は「外因性」パラメータと呼ばれることがある。例えば、収集された反応放射光Ｒ（ｔ）の強度は、図３において最もよく見えるように、屈折率ｎ１を有するセンサ層２０５と屈折率ｎ２を有する流体試料との間の境界面２０６を越える屈折率の差に依存する。入射刺激放射光Ｓ（ｔ）によって励起される発光団分子２１０は、全ての方向にルミネッセンスを放射する。基板２２０から流体試料９９に向かう方向に移動するルミネッセンス光は、部分的に境界面２０６で反射され、部分的に流体試料９９内に伝達される。反射された部分は、反応放射光Ｒ（ｔ）の収集され検出される強度に寄与するのに対し、ルミネッセンス強度のうちの伝達された部分は失われ検出されない。収集効率に対する境界面２０６の影響は、センサ層２０５（ｎ１）と隣接する流体試料９９（ｎ２）との屈折率の差に依存する。結果として、収集され検出された放射光Ｒ（ｔ）の強度は、センサ表面２０６に接する流体試料９９の屈折率ｎ２の変化に敏感である。光検出器セットアップ２００の残りの構成パラメータを互いに同等に維持する場合、センサ層２０５内の発光団２１０に由来する収集され検出された放射光の強度を使用して、様々な異なる試料物質間を識別することができ、これらの試料物質は、センサ表面２０６に接している場合、それらの屈折率によって区別可能である。例えば、光検出器セットアップ２００を使用して、約１．３の屈折率を有する水溶液の流体試料９９と、１の屈折率を有するガスの流体試料９９とを区別することができる。ここで、センサ層２０５は、例えば、発光団２１０を受容するポリマーマトリックス材料を含み、マトリックス材料は、例えば、１．５の屈折率を有する。
【００７４】
所与の光検出器セットアップの場合、流体試料９９の屈折率の所与の変化から予想される強度の変化は、通常の実験によって経験的に決定され得る。例として、上述した光検出器セットアップ２００では、ガス試料及び境界面２０６に提供された水溶液それぞれについての、収集され検出された強度、Ｒガス（ｔ）及びＲ液体（ｔ）の比率Ｒ（液体）／Ｒ（ガス）が、Ｒ（液体）／Ｒ（空気）＝０．５２と判定される。用いられる発光団は、また、典型的には、特定の検体の存在にも敏感であるため、ここで、例えば、流体試料９９中の酸素ｐＯ２の分圧を測定する場合、同等のガス試料及び液体試料、すなわち、特定の検体の同じ濃度を有するガス試料及び液体試料に対して、比率Ｒ（液体）／Ｒ（ガス）を決定するよう注意を払わなければならない。例えば、酸素などのガス検体の場合、特定の分圧のガス検体を有するガス試料をガス試料として選択することができ、ガス検体と同じ分圧を有する水溶液である、対応する液体試料を、平衡濃度が確立されるまで、水溶液をガス試料と同じ組成のガスで（例えば、同じ供給源のガスを使用して）エアレーションすることによって調製することができる。Ｒ（液体）／Ｒ（ガス）の強度の比率が所与の時点における同等の液体試料及びガス試料に対して取得される限り、比率は、検体濃度の影響を受けていないと認められ、収集され検出されたルミネッセンス反応から導出可能なパラメータとしての反応放射光強度が外因性の性質を有することが支持される。
【００７５】
刺激放射光Ｓ（ｔ）は、典型的には、１つ以上のパルスで提供される。典型的には、パルスのシーケンスが提供され、パルスは、刺激がスイッチオフされているアイドル周期によって分離されている。ＬＥＤエミッタを使用する光源では、刺激放射光は、典型的には、オフ状態によって分離されたオン状態のシーケンスとして時間変調され、オフ状態とオン状態は、それぞれパルスとアイドル周期として考慮され得る。刺激Ｓ（ｔ）の終了後、例えば、オン状態からオフ状態に切り替えるとき、ルミネッセンスＩ（ｔ）の強度は、発光団に特有の時間定数で減少し、寿命τ０とも呼ばれる。観察された寿命τ０は、発光団内で生じる再結合プロセスに固有である。したがって、寿命τ０は、光学素子（例えば、層）間の境界面の存在、又はそのような光学素子（例えば、層）の屈折率若しくは光学的密度などの、発光団から検出器に放射される光の光路の特定の構成によって影響されない。したがって、寿命τ０は、収集され検出されたルミネッセンス反応Ｒ（ｔ）から導出可能な「固有」パラメータと称され得る。
【００７６】
光学的検出の所与のセットアップに関して、同じ検体濃度を有する流体試料は、寿命τについて同じ結果をもたらす。試料がまた同じ屈折率を有する場合、刺激放射光の終了後の所与の時点で同じ強度信号が予想される。
【００７７】
光検出器２００が特定の検体のセンサとして機能するために、発光団２１０は、特定の検体の存在に敏感であり、刺激Ｓ（ｔ）に反応して収集され検出されるルミネッセンスＲ（ｔ）は、センサ表面２０６に接する流体試料９９内の検体の濃度の関数である。光検出器は、対応する出力信号を生成するように動作し、この信号を分析して、検体の濃度の尺度を提供することができる。基礎となるセンサ原理は、例えば、いわゆる消光剤として作用する検体の存在による、励起された発光団からのルミネッセンス放射の消光であり得る。消光機構の結果として、所与の時点でのルミネッセンスの寿命τ及び強度は、検体濃度の関数である。
【００７８】
典型的には、用いられる発光団は、比較的単純な計測手段により放射されたルミネッセンスＲ（ｔ）の時間依存性の検出を容易にするために１μｓを超える寿命τ０を有する蛍光体である。例えば、発光団は、パラジウムポルフィリン、例えば、パラジウム（ＩＩ）−テトラフェニルポルフィリン（ＰｄＴＰＰ）又はパラジウム（ＩＩ）−テトラ−（ペンタフルオロフェニル）−ポルフィリン（ＰｄＴＦＰＰ）、又は任意の他の好適な発光団であり得る。パラジウムポルフィリンは、例えば、ポリマーマトリックス中に固定化されてセンサ層２０５を形成する場合、血液測定によく適している。
【００７９】
酸素ｐＯ２の分圧などの流体試料の検体濃度は、シュテルン−フォルマー式：
【数１】
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を使用したルミネッセンス消光による寿命の減少の観察から決定することができる。式中、τ０は、ゼロ濃度の試料、例えば、アルゴンガス試料、のルミネッセンス反応Ｒ（ｔ）の寿命である。感度係数ｋは、既知の検体濃度を有する１つ以上の試料、例えば、通常の条件で２１％の酸素を有する／気圧に対して補正された大気空気試料、又は所定のＯ２分圧、例えば、５０〜２５０ｍｍＨｇの範囲で調製された較正液体（水溶液）、又は同じＯ２分圧で調製された対応するガス試料に対する測定から決定され得る。
【００８０】
図４は、一実施形態による、光学センサで検出された２つの異なる流体試料について、すなわち、ガス試料及び液体試料それぞれについてのルミネッセンス強度の時間依存性に関するグラフを示す。グラフは、座標軸上のルミネッセンス強度対縦座標軸上の時間のプロットを示す。プロットは、刺激放射光がオン状態にある第１の励起フェーズ「Ｉ」と、刺激放射光がオフ状態にある第２のアイドルフェーズ「ＩＩ」と、を有する。第１のフェーズは、刺激放射光をオンに切り替えたときに縦座標値「−２５０」の直前に開始し、刺激放射光が再びオフに切り替わると縦座標値「０」で終了する。フェーズ「Ｉ」の刺激放射光パルスは、センサ層内の発光団のより大きな画分が入射刺激により励起され、その後、続いて放射プロセスによって緩和されるため、ルミネッセンス放射を増加させる。ルミネッセンス強度の増加は、励起プロセス及び緩和プロセスが互いに競合するため、飽和する傾向がある。第２のフェーズは、第１のフェーズの終了時に縦座標値「０」で開始する。第２のフェーズは、刺激がオフ状態に留まる限り、典型的には、次の励起パルスが開始するまで続く。刺激放射光パルスの終了時に、励起された発光団の画分が緩和により減少するにつれて、ルミネッセンス強度が減少する。減少は、寿命τによって特徴付けられ、寿命は、２つの流体試料中の検体の濃度に依存する。両方の流体試料は、同じ検体濃度及び測定で調製されているため、プロットの第２のフェーズにおける時間依存性の分析は、両方の試料について同じ特有の寿命をもたらす。観察された強度の差は、液体試料については約１．３であり、ガス試料については約１である２つの試料の屈折率の差の結果であり、センサ層は、約１．５の屈折率を有する。
【００８１】
本実施例で使用される光検出器は、図１に関して上述した分析器を使用して、流体試料中の酸素の分圧ｐＯ２を測定するためのものである。図４のガス試料は、約５００ｍｍＨｇの分圧の酸素含有量で調製された基準ガスであり、図４の液体試料は、ガス試料と同一の組成のガスで平衡状態にエアレーションされた水溶液である。したがって、２つの測定された試料流体、ガス及び液体は、その中に含有される酸素が同じ分圧ｐＯ２を有するように調製される。したがって、２つのガス試料及び液体試料は、検出器が敏感である検体（ここでは酸素）に関して少なくとも同等である。
【００８２】
図５は、ｐＯ２測定による気泡及び凝塊チェックの原理を示す。実線は、エネルギーガスＥ（ｇ）及びｔａｕガスＴ（ｇ）が決定される既知のガス（すなわち、基準ガス）について較正である。点線は、エネルギー液体Ｅ（ｌ）及びｔａｕ液体Ｔ（ｌ）が決定される液体試料についての測定である。グラフに提示されるデータは、同じｐＯ２レベルで、すなわち同じレベルのタウでのｐＯ２測定値である。
【００８３】
気泡チェック：気泡因子＝エネルギー液体／Ｔａｕ液体／（エネルギーガス／Ｔａｕガス）
公称値液体＝液体因子
液体因子＝エネルギー液体／エネルギーガス＝０．５２は、全体的なｐＯ２システムで経験的に決定され、全てのレベルのｐＯ２に適用される。
【００８４】
凝塊チェック：凝塊因子＝エネルギーガス／Ｔａｕガス／（エネルギーガス／Ｔａｕガス）
公称値ガス＝１
公称値は、気泡又は凝塊が存在しない流体試料について観察された平均値である。閾値、すなわち、許容上限及び下限を計算するために使用される。
【００８５】
実施例１：
気泡が存在しない及び気泡が存在する液体試料におけるｐＯ２測定結果は、図６ａ及び図６ｂに示される。図６ａは、気泡が存在しない（実線）及び気泡が存在する（点線）試料における経時的強度を示す。図６ｂは、４つの試料（試料１、３、４、及び５）が気泡を有しておらず、１つ（試料２）が気泡を有する５つの試料の気泡因子を示す。
【表１】
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【００８６】
実施例２：
凝塊が存在しない及び凝塊が存在するガス試料におけるｐＯ２測定結果は、図７ａ及び図７ｂに示される。図７ａは、凝塊が存在しない（実線）及び凝塊が存在する（点線）試料における経時的強度を示す。図７ｂは、４つの試料（試料１、２、４、及び５）が凝塊を有しておらず、１つ（試料３）が凝塊を有する５つの試料の凝塊因子を示す。
【表２】
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【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【国際調査報告】
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