(57)【要約】【課題】分析器の貫流測定セル内における医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とをチェックする技術で、複数の電極ユニットを備えた貫流測定セル内で一義的な測定結果が得られること。【解決手段】分析器の貫流測定セルが直流電圧である測定電圧を利用して微量試料Ｐの成分を測定するための複数の個別電極ＷＥ，ＲＥ，ＣＥを有する複数の流れ方向に沿って配置された電極ユニット２を備えている。試料のポジショニングと無気泡性のチェックのための交流電圧の入力ならびに前記測定電圧の入力は共に直接かつ同時にそれぞれの電極ユニット２の個別電極ＷＥ，ＲＥ，ＣＥを介して行われ、測定された交流成分ないしインピーダンスが前記微量試料Ｐのポジションと無気泡性のための評価量となる。【選択図】　　図１
2004085566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　分析器の貫流測定セル（１）内における医学的微量試料（Ｐ）のポジショニングと無気泡性とを測定セル（１）に印加された交流電圧を利用してチェックするために、前記測定セル（１）は直流電圧である測定電圧を利用して微量試料（Ｐ）の成分を測定するための複数の個別電極（ＷＥ，ＲＥ，ＣＥ）を有する複数の流れ方向に沿って配置された電極ユニット（２，３）を備えている装置において、
　前記交流電圧の入力ならびに前記測定電圧の入力は共に直接かつ同時にそれぞれの電極ユニット（２，３）の個別電極（ＷＥ，ＲＥ，ＣＥ）を介して行われ、測定された交流成分ないしインピーダンスが前記微量試料（Ｐ）のポジションと無気泡性のための評価量となることを特徴とする微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項２】
　１つの電極ユニットは１個の作用電極（ＷＥ）と１個の参照電極（ＲＥ）とから成り、双方の電極（ＷＥ，ＲＥ）が作用電極（ＷＥ）と参照電極（ＲＥ）との間のインピーダンスを測定する電気接点箇所として利用されることを特徴とする請求項１に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項３】
　１つの電極ユニットは１個の作用電極（ＷＥ）と１個の対電極（ＣＥ）と１個の参照電極（ＲＥ）とから成り、前記作用電極（ＷＥ）と前記対電極（ＣＥ）が前記作用電極（ＷＥ）と前記対電極（ＣＥ）との間のインピーダンスを測定する電気接点箇所として利用されることを特徴とする請求項１に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項４】
　連続測定システムにおいて微量試料（Ｐ）の流れ方向に個々の電極が、作用電極（ＷＥ）、参照電極（ＲＥ）、対電極（ＣＥ）の順序で配置されていることを特徴とする請求項３に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項５】
　前記微量試料（Ｐ）の流れ方向において前記作用電極（ＷＥ）の前後にそれぞれ１個の対電極（ＣＥ，ＣＥ’）が配置され、双方の対電極（ＣＥ，ＣＥ’）は電気的に短絡させられていることを特徴とする請求項３に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項６】
　前記対電極（ＣＥ）と前記作用電極（ＷＥ）とは前記測定セル（１）内に互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項７】
　前記個別電極（ＷＥ，ＲＥ，ＣＥ）に印加される電圧を発生させる回路が設けられ、前記回路は加算結合部（Ｓ）を有し、測定電圧として使用される直流電圧は医学的微量試料（Ｐ）のポジショニングと無気泡性とをチェックするための交流電圧と前記加算結合部において重ね合わされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項８】
　前記加算結合部（Ｓ）はオペアンプ（O１）の反転入力と結合されていることを特徴とする請求項７に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項９】
　各電極ユニット（２，３）に直流電圧を交流電圧と重ね合わせるための回路として形成されているインピーダンス測定装置が組み合わされていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック装置。
【請求項１０】
　分析器の貫流測定セル（１）内に投入されて、直流電圧である測定電圧を利用して微量試料（Ｐ）の成分を測定するためのそれぞれ複数の個別電極（ＷＥ，ＲＥ，ＣＥ）を有する複数の電極ユニット（２，３）を通過させられる医学的微量試料（Ｐ）のポジショニングと無気泡性とをチェックするための方法において、
　少なくとも１つの電極ユニット（２，３）の２個の個別電極（ＷＥ，ＲＥ，ＣＥ）を介して交流電圧が入力され、測定された交流成分ないしインピーダンスが少なくとも１つの電極ユニット（２，３）の領域内における微量試料（Ｐ）の試料ポジションと無気泡性のための評価量として利用されることを特徴とする微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック方法。
【請求項１１】
　前記測定電圧と前記交流電圧との入力は同時に行われることを特徴とする請求項１０に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック方法。
【請求項１２】
　前記微量試料（Ｐ）はそれぞれの電極ユニット（２，３）の領域内に正確にポジショニングされていることを表す所定のインピーダンス値ないしコンダクタンス値が現れるまで貫流測定セル（１）内をさらに流されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック方法。
【請求項１３】
　前記微量試料（Ｐ）の試料ポジションと無気泡性とは各々の電極ユニット（２，３）の領域で測定されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の微量試料のポジショニングと無気泡性のチェック方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、分析器の貫流測定セル内における医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とを測定セルに印加された交流電圧を利用してチェックするために、前記測定セルは直流電圧である測定電圧を利用して微量試料の成分を測定するための複数の個別電極を有する複数の流れ方向に沿って配置された電極ユニットを備えている装置および分析器の貫流測定セル内に投入されて、直流電圧である測定電圧を利用して微量試料の成分を測定するためのそれぞれ複数の個別電極を有する複数の電極ユニットを通過させられる医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とをチェックするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　医学的試料の測定に際しては基本的に使い捨てセンサと貫流測定セルとが区別されなければならない。使い捨てセンサの場合には試料がセンサ内に投入されて測定電極と接触させられる。この場合、正確かつ支障のない測定を実施するための前提条件は試料が測定セル内に適正にポジショニングされていることである。このポジショニングを交流電圧の印加される特別な測定接点を介して実施し、こうしてインピーダンス測定を介して試料ポジションの判定を可能とする信号を得ることができることが知られている。ただしこの場合、本来の測定を実施するための電極と試料ポジショニングのための電極との空間間隔に起因して、不正確な測定結果が生ずることがある。
【０００３】
　前記短所を本来の測定電極に交流電圧を印加することによって回避しようとする使い捨て測定セルが公知である（例えば、特許文献１参照。）。こうした方法では、まず試料の正確なポジショニングをチェックし、その後に本来の測定を行うかもしくは正規のポジショニングが確認されない限りその試料を棄却することができる。さらに、複数の測定を順次に実施するかまたは連続的測定を実施して試料中のさまざまな検体の濃度を測定するのに適した複数の電極ユニットを備えた貫流測定セルが知られている。こうした貫流測定セル内の条件は使い捨て測定セル内の条件とは基本的に相違している。その意味でたとえば測定実施前に試料ポジショニングをチェックすることは、これがもともと測定中に変化することからして十分ではない。さらにもう一つの問題は、測定電圧に起因する電気化学的事象によって電極に気泡形成が生じ、これが同じく障害になると同時に測定結果を偽化することである。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９９／３２８８１号パンフレット（第１５−１８頁、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　本発明の目的は、分析器の貫流測定セル内における医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とをチェックするための方法ないし装置を改良し、複数の電極ユニットを備えた貫流測定セル内で一義的な測定結果が得られると同時にシンプルな構成が実現されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　前記課題を解決するため、本発明では、分析器の貫流測定セル内における医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とを測定セルに印加された交流電圧を利用してチェックするために、前記測定セルは実質的に直流電圧である測定電圧を利用して微量試料の成分を測定するための複数の個別電極を有する複数の流れ方向に沿って配置された電極ユニットを備えている装置において、前記交流電圧の入力ならびに前記測定電圧の入力は共に直接かつ同時にそれぞれの電極ユニットの個別電極を介して行われ、測定された交流成分ないしインピーダンスが前記微量試料のポジションと無気泡性のための評価量となることを特徴としている。従って、本発明によれば　―　たとえばインピーダンスないしコンダクタンスを測定するための　―　交流電圧は、試料成分を測定するためにすでに設けられている電極ユニットの２個の個別電極を介して入力される。
【０００７】
　また、本発明では、分析器の貫流測定セル内に投入されて、実質的に直流電圧である測定電圧を利用して微量試料の成分を測定するためのそれぞれ複数の個別電極を有する複数の電極ユニットを通過させられる医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とをチェックするための方法において、少なくとも１つの電極ユニットにおける２個の個別電極を介して交流電圧が入力され、測定された交流成分ないしインピーダンスが少なくとも１つの電極ユニットの領域内における微量試料の試料ポジションと無気泡性のための評価量として利用されることを特徴としている。
【０００８】
　本発明による装置ないし本発明による測定方式の利点は明白である :
−　測定セル内に交流電圧入力用ないしインピーダンス測定用の補助的電極を設ける必要がない。
−　インピーダンス測定はそれぞれの電極ユニットの領域内における障害気泡の検知に直接使用することができる。気泡の存在はインピーダンスないしコンダクタンスの変化によって表される。
−　気泡はそれが測定結果にかく乱作用をおよぼすと考えられる箇所で的確に認識可能であり（たとえば作用電極または対電極への付着等）、測定結果がかく乱されない測定セル内の箇所（たとえば測定セル内壁面）にあっては認識されない。
−　電極ユニットの各電極の濡れ状態を評価することができる（たとえばグルコース測定または乳酸測定の場合）。
−　インピーダンス測定により、複数の電極ユニットが組み込まれた試料流路における各々の電極ユニットの領域内での微量試料の正確なポジショニングも測定することが可能であり、これによって試料量を僅少に抑えることができる。この場合、本発明により、微量試料はこの試料がそれぞれの電極ユニットの領域内に正確にポジショニングされていることを表す所定のインピーダンス値ないしコンダクタンス値が現れるまで貫流測定セル内を流される。
−　コンダクタンス測定ないしインピーダンス測定は微量試料の成分測定と同時に実施することができる。
【０００９】
　同時測定により、検体測定中に現れる測定試料の変化（たとえば作用電極での気体発生、ｐＨ変化等）を同時導電率測定で正確に検体測定時点にチェックすることができるという利点が得られる。
【００１０】
　本発明の特別な利点は微量試料の反復測定を短いサイクル時間内に高い精度と信頼度とを以って実施することができる点にある。気泡の発生は測定中にあっても直ちに認識され、適切に顧慮することが可能である。使い捨てセンサによる測定と比較した場合のさらなる特別な利点は、非常に信頼し得る測定を行うために時間を要するわずらわしい測定センサの交換　−　これは多くの場合、時間のかかるセンサ・キャリブレーションとも結びついている　−　を不要とすることができる点にある。
【００１１】
　本発明の核心はさらに、測定中に試料のポジション測定が可能であることにより従来の技術に比較して遥かに僅少量の試料しか必要とせず、しかもこの利点は測定さるべき検体の数に比例して増すということである。
【００１２】
　本発明による装置は、１個の作用電極と１個の参照電極（擬似参照電極）とから成り、双方の電極が作用電極と参照電極との間のインピーダンスを測定する電気接点箇所として利用される電極ユニットにも、１個の作用電極と１個の対電極と１個の参照電極とから成り、作用電極と対電極とが作用電極と対電極との間のインピーダンスを測定する電気接点箇所として利用される３電極ユニットにも適している。
【００１３】
　微量試料の流れ方向において作用電極の前後にそれぞれ１個の対電極が配置され、双方の対電極が電気的に短絡させられる場合には、気泡の認識に際する特別な利点が得られる。
　さらに別途の好適な実施形態において対電極と作用電極とは測定セル内に互いに対向して配置されている。
【００１４】
　試料の流れ方向に複数の電極ユニットを流れ方向に沿って配置した測定セルにあっては、インピーダンスないしコンダクタンスを測定するための別途装置を各電極ユニットに配し、各電極ユニットにつき試料ポジショニングないし気泡の認識を別途に実施し得るようにするのが好適である。
　本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
　以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
　図１に示した、詳細不図示の分析装置の貫流測定セルとしての測定毛管１内における医学的微量試料Ｐのポジショニングと無気泡性とをチェックするための装置の第一実施形態は、たとえば血液試料中のグルコース濃度を測定するため、その間で微量試料のインピーダンスないしコンダクタンスが測定される接点箇所としてアンペロメトリック電極ユニット２の対電極ＣＥと作用電極ＷＥとを用いている。その他の電極ユニットは電極ユニット２に後置されているが、ここでは不図示である。
【００１６】
　ここでは加算方式に基づく定電位回路構成が実現されている。加算器を前置することにより参照電極ＲＥの電圧目標値を、異なる複数の入力電圧の重ね合わせによって生成することができる。オペアンプO１はその出力電圧（これは対電極ＣＥの電圧に相当している）を、加算結合部Sの電流和（＝オペアンプO１の反転入力）がゼロに等しくなるまで、変化させる。
【００１７】
　オペアンプO２はボルテージフォロア（インピーダンス変換器）として接続されており、参照電極ＲＥの電圧の高抵抗測定に使用され、この電極が電流フローによって負荷されないようにする。O２の出力には低抵抗電圧源からの参照電極電圧が生じており、これは抵抗Ｒを経てオペアンプO１に前置された加算結合部Ｓへの結合に使用される。
【００１８】
　本例において、参照電極電圧ＵＲＥのため、直流電圧成分Ｕ＝（たとえば３５０ ｍＶ）と交流電圧成分Ｕ〜（たとえば、１ｋＨｚの正弦波交流電圧で、振幅値９ｍＶ、実効値＝９ｍＶｒｍｓ）とが重ね合わされるが、これは直流電圧源４と交流電圧源５との接続によって実現される。双方の電圧源は抵抗Ｒを経て加算結合部Ｓと結合されている。気泡認識とポジション決定とに最適なのは周波数域１ｋＨｚ〜５ｋＨｚの交流電圧である。
【００１９】
　加算結合部には以下が当てはまる:
ｉ１＋ｉ２＋ｉ３　＝　０　；
ｉ３　＝　Ｕ〜／Ｒ　；
ｉ２　＝　Ｕ＝／Ｒ　；
ｉ１　＝　−（ｉ２＋ｉ３）　＝　−１／Ｒ（Ｕ＝＋Ｕ〜）　；
ＵＲＥ　＝　ｉ１＊Ｒ　＝　−（Ｕ＝＋Ｕ〜）　；
したがって:
ＵＲＥ　＝　−（Ｕ＝＋Ｕ〜）　；
【００２０】
　参照電極電圧は個々の電圧源４と５との電圧の和によって合成される。インピーダンス変換器O２の使用によって参照電極は負荷されず、実際に電源断絶されて作用する。
　センサ電流の電流径路はもっぱらO１の出力、対電極ＣＥ、作用電極ＷＥならびに電力計Ａを経て接地に至る。
【００２１】
　解析評価に際しては （検体濃度たとえばグルコース濃度の情報を含む） 直流電圧成分と（インピーダンス情報を含む）交流電圧成分とが分離され、そのため、図１には詳細不図示の公知のフィルタ回路が使用される（たとえば、帯域フィルタを通した交流電圧成分の出力、低域フィルタを通した直流電圧成分の出力）。
【００２２】
　前記装置を用い、一方で、微量試料Ｐを測定セル１内において正確に電極ユニット２の領域にポジショニングすることができ（ポジショニングが正しい場合にはじめて既知のコンダクタンスが現れる）、その際、たとえば作用電極ＷＥの領域内に気泡６があることによってこの既知の値との相違が生ずる場合にはシステムの障害が確認され、微量試料の成分の本来の測定を反復することができる。
【００２３】
　個々の実施形態において、測定セル１内の試料誘導方向は矢印７で示唆されており、その際、対電極は微量試料の流れ方向において下流側に配置されているのが好適であり、参照電極と作用電極との順序はその都度の適用ケースに依存している。個別測定に際しては、それぞれの電極ユニットの参照電極ＲＥが最初に微量試料に接触するのが好適である。むだ時間を短くすることが重視される連続測定システムにあっては、作用電極ＷＥが最上流側に配置されているのが好適である。
【００２４】
　図２に示した実施形態において、測定セル１内には、１個の作用電極ＷＥと１個の擬似参照電極ＲＥとから成るアンペロメトリック電極ユニット２が設けられている。図１との関連で説明した定電位３電極ユニットは、検体測定中に現れるセンサ電流が非常に小さければ（数ナノアンペア・レベル）、２電極ユニットに転換させることが可能である。
【００２５】
　これは電子回路側においてオペアンプO１の出力をオペアンプO２の非反転入力と結合することによって行われる。この２電極ユニットでは（僅少な）電流フローが参照電極ＲＥを通じて現れることから、もはや参照電極ではなく、いわゆる擬似参照電極と称される。
【００２６】
　センサ電流に起因する電解抵抗ないし擬似ＲＥの電極接触抵抗による電圧降下は補償されないままであり、これはセンサ電流が高い場合に線形測定領域のブレークによって示される。
【００２７】
　この回路の作用態様は、いずれの制御活動も消去されており、直流電圧源４と交流電圧源５とから成る電圧の和は擬似ＲＥの接続点に生ずることになり、その結果、センサ電流径路は参照電極ＲＥから作用電極ＷＥと電力計Ａを経て接地に至るという点にある。直流電圧成分と交流電圧成分との分離に関しては図１の回路説明で述べたのと同じことが当てはまる。
【００２８】
　気泡６が作用電極ＷＥの参照電極ＲＥ側の端部に溜まる場合には、　−　図３に示したように、　−　作用電極ＷＥと参照電極ＲＥとの間にもう一つの対電極ＣＥ’を設け、２つの対電極ＣＥ、ＣＥ’を電気的に短絡させてこの領域内の障害気泡をよりよく検知し得るようにするのが好適である。
【００２９】
　さらに、作用電極ＷＥと対電極ＣＥとが互いに対向して測定セルないし測定毛管１内に配置されている図４に示した個別電極ユニットにあっても種々の利点が生ずる。参照電極ＲＥは、−　図示したように　−、作用電極ＷＥ側に配置されていても、あるいは対電極ＣＥ側に配置されていてもよい。
【００３０】
　図５は複数の測定ステージにおける測定セル１内における微量試料Ｐの正確なポジショニングを示したものであり、この場合、測定セル内にはたとえばグルコース測定用の電極ユニット２と、たとえば乳酸測定用の電極ユニット３とが設けられている。この例から判明するように、２つの電極ユニット２と３とのいずれの領域においても微量試料の正確なポジショニングが可能であり、その際、測定チャンバ全体が試料液で満たされている必要はない。したがって、３電極ユニットを濡らすために必要な量の試料のみを測定セル内に吸引するようにすることができる。
【００３１】
　試料ポジショニングと気泡認識とを行うための前述した方法は原理的に電位差滴定電極ユニットにも適用可能である。図６から看取されるように、同一の測定セル１内にアンペロメトリック電極ユニット２ないし３のほかにたとえばＮａ＋、Ｋ＋およびＣｌ−を測定するためのポテンショメトリック電極を設けることもできる。
　参照電極ＲＥは電極ユニット２において作用電極ＷＥの下流に配置されている。
【００３２】
　図７はさらに、切り替えスイッチ８によって検体測定と気泡検知ないし試料ポジショニングとの間を切り替えることのできる回路システムの例を示したものである。スイッチポジションに応じてインピーダンス測定または検体測定が行われる。電位差滴定電極は非常に高抵抗であり、電源断絶電極の電極電位はネルンストの式で表されることから、いずれの電流負荷も電位平衡状態からのかなりの変位と、したがって、検体測定中の障害を結果することとなろう。こうした理由から、２つの測定間を切り替えるのが好適である。これは高速電子スイッチによっても行うことができる。
【００３３】
　さらに本発明による装置により、患者の組織中に注入し得る媒体液（灌流液）のインピーダンスをそれが組織液と平衡に達した後に測定し、このインピーダンス値を富化度または混合度の計算に利用することも可能である。
【００３４】
　媒体液中の成分の変化はインピーダンスないしコンダクタンスの測定によって確認することができる。この種のμ−灌流システムはたとえば米国出願公開第５，０９７，８３４号明細書に記載されている。同所記載のμ−灌流法では二重管式薄肉カテーテルが使用され、その外皮には穴あけが施されている。非イオン性灌流溶液は内腔を通ってカテーテル先端に送出され、同所で反転されて外腔を経て吸引される。外皮に設けられた穴あけを通して液体交換（拡散、対流）が生ずる；　組織液ないし間質液およびそれらの物質は灌流内に達し、この灌流はカテーテル出口から続いてセンサに導かれる。間質由来イオンによる富化度またはこのイオンとの混合度は、非イオン性液体の導電率と間質液の導電率とが既知であることから、導電率測定を利用して確認することができる。これによって回収率を算定することが可能である。
【００３５】
　最後に本装置は透析後の透析液のインピーダンス測定にも利用することが可能であり、このインピーダンス値を回収率の算定に使用することができる。
　μ−透析法は前記のμ−灌流法と非常に類似しているが、ただし、穴あけされたカテーテルに代えて、透析膜がカテーテルの外皮として使用される。この膜は約２０,０００ダルトンのカットオフ・メッシュサイズを有している。つまり、低分子量物質たとえばグルコース、電解質はこの膜を透過することができ、拡散を通じて媒体流はこれらの低分子量物質によって富化される。後置されたセンサでの導電率測定により前記の例とまったく同様にして回収率を測定し、チェックすることが可能である。
【００３６】
　尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】分析器の貫流測定セル内における医学的微量試料のポジショニングと無気泡性とをチェックする装置の模式図
【図２】本発明による装置の第二の実施形態を示した模式図
【図３】本発明による装置における異なった電極ユニットを示した模式図
【図４】本発明による装置における異なった電極ユニットを示した模式図
【図５】３つの異なった測定ステージにおける本発明による装置での試料測定の３つの段階を示した模式図
【図６】本発明による装置のさらに別途の電極ユニットを示した模式図
【図７】本発明による装置のさらに別途の電極ユニットを示した模式図
【符号の説明】
【００３８】
　１：貫流測定セル
　２：電極ユニット
　３：電極ユニット
　Ｐ：医学的微量試料
ＷＥ：作用電極（個別電極）
ＲＥ：参照電極（個別電極）
ＣＥ：対電極（個別電極）
【図１】
2004085566.tif 000003
【図２】
2004085566.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004085566.tif 000007
【図６】
2004085566.tif 000008
【図７】
2004085566.tif 000009