(57)【要約】【課題】局所環境における目標物質、例えば気体を検出する装置、システム、及び方法、特に、焦電薄膜技術を使用するか又は組み入れるシステム、装置、及び方法を提供する。【解決手段】キャリア（１４０）は、容器（１１０）内の試薬エリア（１３２）でコーティングされた焦電薄膜（１４２）を含む。キャリア（１４０）は、読取装置（１６２）内に挿入され、そこで各容器が破られ、試薬（１３２）をサンプルに露出する。目標検体及び試薬（１３２）間の反応は、試薬エリア（１３２）を照射し、焦電薄膜（１４２）を用いて吸収された熱を測ることによって測定される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの目標物質の濃度を測定するためのシステムであって、
複数の所定の組の形に配列された複数の試薬堆積物、
前記試薬堆積物の組の各々が包含された容器、及び
前記試薬堆積物に隣接して配置され、該試薬堆積物に吸収された熱を検出し、それに応じて出力信号を送出するようになった焦電薄膜、
を少なくとも１つが有する１つ又はそれより多数のキャリアと、
前記キャリアと係合可能で、かつ試薬堆積物の選択された組を露出することにより少なくとも１つの目標物質の濃度の測定を開始するように作動可能であり、前記焦電薄膜から前記出力信号を受信して該出力信号を該目標物質の濃度に変換するようになった読取装置と、
を含み、
前記キャリアは、第２の容器の第２の試薬堆積物の組の露出を開始するために前記読取装置から取外し可能で、かつ該読取装置に再係合可能である、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記キャリアは、第１の目標物質の濃度を測定するための第１の試薬堆積物と、第２の目標物質の濃度を測定するための第２の試薬堆積物とを有する試薬堆積物の組を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記キャリアは、第１の目標物質の濃度を測定するための第１の試薬堆積物を有する試薬堆積物の第１の組と、第２の目標物質の濃度を測定するための第２の試薬堆積物を有する試薬堆積物の第２の組とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
環境に露出するための前記試薬堆積物の組のうちの１つを選択する手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記容器は、前記試薬堆積物を前記環境から密封するカバーを含み、
前記選択する手段は、試薬堆積物の選択された組を露出するために、前記キャリア及び前記読取装置が係合する時に前記カバーに係合可能な手段を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記選択する手段は、前記キャリアに含まれたメモリチップを含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記目標物質を包含する環境からの干渉を濾過するための、１つ又はそれより多数の前記容器に選択的に係合可能な複数のフィルタを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記目標物質を包含する環境からの干渉を濾過するための、１つ又はそれより多数の前記容器に選択的に係合可能な複数のフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記試薬堆積物は、前記焦電薄膜上に直接堆積されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記容器は、２つの端部を含み、前記カバーは、該２つの端部を覆うように配置されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項１１】
前記目標物質を包含する環境が、選択された容器を通過することができるように、１つ又はそれより多数の前記容器に選択的に係合可能なポンプを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ポンプは、連続的に作動可能であり、
前記読取装置は、前記試薬堆積物の少なくとも１つを照射するように断続的に作動可能な光学装置を含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記１つ又はそれより多数のキャリアを保持して、試薬堆積物を露出するために順番に繰り出し可能である巻き取り可能なテープを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記巻き取り可能なテープは、オープンリール式機構に設けられ、
前記リールの１つは、未使用キャリアがリール上に支持された時に密封されるように、該未使用キャリアのロールを支持するために設けられる、
ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも１つの目標物質の濃度を測定するためのシステムであって、
少なくとも１つの試薬堆積物が堆積された少なくとも１つの容器、及び
前記試薬堆積物に隣接して配置され、該試薬堆積物により吸収された熱を検出し、それに応じて出力信号を送出するようになった焦電薄膜、
を有する１つ又はそれより多数のキャリアと、
前記キャリアと係合可能で、かつ前記試薬堆積物を２回又はそれより多く露出することにより少なくとも１つの目標物質の２回又はそれより多くの測定を開始するように作動可能であり、前記焦電薄膜によって検出された熱に対応する第１の出力信号を該焦電薄膜から受信して、該出力を対応する該目標物質の濃度の測定値に変換するようになった読取装置と、
前記目標物質を包含する環境のある量が、前記試薬堆積物を該環境に露出するために選択された前記容器を通過することができるように、該容器に係合可能であるポンプと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記ポンプは、既知の流量で作動することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記容器を通過する前記環境の量を測定し、該測定量を前記読取装置により実行された変換で評価することができるように該読取装置と作動的に関連した測定装置と、
前記ポンプの使用の長さを計時するためのタイマーと、
前記ポンプの使用の長さを、該ポンプにより送出された環境の容積に変換する手段と、
を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
試薬堆積物の組を包含する前記容器は、個別の環境に連続的に露出することにより、１つよりも多い環境を測定するために使用することができることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記読取装置は、前記焦電薄膜からの既知標準出力を使用することにより、かつ、前記目標物質を包含する前記環境に前記試薬堆積物が露出された後に該既知標準出力を該焦電薄膜からの出力と比較することにより、前記出力を対応する前記目標物質の測定値に変換するようになっていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記読取装置は、目標物質に対する選択された組の１つ又はそれより多数の露出の後で、かつ前記焦電薄膜からの前記出力を該目標物質の測定値に変換する前に、前記既知出力基準を該焦電薄膜から受信した最終出力にリセットするようになっていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記キャリアが前記読取装置に係合する時に前記容器の１つを選択することにより、前記目標物質を包含する前記環境に露出するための前記試薬堆積物の組の１つを選択する手段を更に含み、
前記キャリアは、第２の容器内の試薬堆積物の第２の組の露出を開始するために前記読取装置から取外し可能で、かつ該読取装置に再係合可能である、
ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
少なくとも１つの目標物質を測定する方法であって、
試薬堆積物の複数の所定の組を包含する少なくとも１つの容器、及び
前記試薬堆積物に隣接して配置され、試薬堆積物に吸収された熱を検出し、それに応じて出力信号を送出するようになった焦電薄膜、
を有するキャリアを準備する段階と、
少なくとも１つの目標物質の測定を開始するために、前記キャリアと係合可能な読取装置を準備する段階と、
選択された容器内の試薬堆積物の組を、該選択された試薬堆積物の組を環境に露出するための該選択された容器を通じて、前記目標物質を包含する該環境のある量をポンピングすることにより露出する段階、
前記焦電薄膜から出力を受信する段階、及び
前記焦電薄膜からの既知標準出力を使用し、前記試薬堆積物が前記目標物質を包含する前記環境に露出された後に、該既知標準出力を該焦電薄膜からの出力と比較することにより、前記出力を該目標物質の対応する測定値に変換する段階、
を含む、前記キャリアを前記読取装置に係合させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記ポンピングされた環境の量を測定する段階と、
前記変換する段階において前記測定量を評価する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記測定する段階は、
ポンプ作動の継続時間を計算する段階と、
前記継続時間を前記ポンプにより送出された環境の容積に変換する段階と、
を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
単一の試薬堆積物を使用して別の環境を測定するために、前記選択する段階、前記露出する段階、前記受信する段階、前記変換する段階、及び前記ポンピングする段階を繰り返す段階を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記変換する段階は、
前記焦電薄膜からの既知標準出力を使用する段階と、
前記露出する段階の後で、前記既知標準出力を前記焦電薄膜からの出力と比較する段階と、
を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記焦電薄膜からの前記既知標準出力を、前記露出する段階の後で、該焦電薄膜から受信した最終出力にリセットする段階を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
気体環境内に存在する少なくとも１つの目標物質の濃度を測定する方法であって、
少なくとも１つの試薬堆積物、及び
前記試薬堆積物に隣接して配置され、試薬堆積物に吸収された熱を検出し、それに応じて出力信号を送出するようになった焦電薄膜、
を少なくとも１つが有する１つ又はそれより多数のキャリアを準備する段階と、
前記キャリアと係合可能であり、かつ前記試薬堆積物を露出することにより少なくとも１つの目標物質の測定を開始するように作動可能である読取装置を準備する段階と、
前記キャリアを前記読取装置に係合させ、それによって前記試薬堆積物を露出する段階と、
前記焦電薄膜から前記出力信号を受信するように前記読取装置を作動させ、該出力信号を環境内の対応する前記目標物質の濃度の測定値に変換する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記キャリアを前記読取装置から外す段階と、
前記選択する段階、前記係合させる段階、及び前記作動させる段階を繰り返す段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも１つの目標物質の濃度を測定するためのシステムであって、
少なくとも１つの試薬堆積物が堆積された少なくとも１つの容器、及び
前記試薬堆積物に隣接して配置され、該試薬堆積物により吸収された熱を検出し、それに応じて出力信号を送出するようになった焦電薄膜、
を有するキャリアを含む検出器チューブと、
前記検出器チューブ及び前記キャリアに係合可能で、かつ前記試薬堆積物を露出することにより少なくとも１つの目標物質の測定を開始するように作動可能であり、前記焦電薄膜によって検出された熱に対応する第１の出力信号を該焦電薄膜から受信して、該出力を対応する該目標物質の濃度の測定値に変換するようになった読取装置と、
前記目標物質を包含する環境のある量が、前記試薬堆積物を該環境に露出するために選択された前記容器を通過することができるように、該容器に係合可能であるポンプと、
を含むことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年７月１８日出願の米国特許仮出願一連番号第６０／３０６，４６９号（あらゆる目的で本明細書において引用により組み込まれる）の恩典を請求する。
本発明は、一般的に、局所環境における目標物質、例えば気体を検出する装置、システム、及び方法に関する。より詳細には、本発明は、焦電薄膜技術を使用するか又は組み入れるシステム、装置、及び方法である。
【背景技術】
【０００２】
職場、家庭、又は他の場所の周囲の環境をモニタすることは、往々にして望ましく、有益で、又は単に必要である。例えば、多くの産業環境においては、危険要因は、有毒化学薬品の形で存在する場合がある。これは、有害化学薬品又は物質が簡単には検出できない、例えば無臭又は不可視である場合は特に心配である。従って、これらの環境においては、職場を取り巻く空気は、気体検知器を含む携帯用試験機器を携えた保安職員により絶えず監視されるであろう。代替的に、職員は、いくつかのレベルの有害化学物質が検出された時に目に見えるアラームを一般にもたらすバッジのような気体検知器を身に着けるか又は携帯することを要求される場合がある。更に、モニタリング機器を重要な場所に恒久的に置くことができる。
上述の用途は、本発明に対して適切な単にいくつかの用途に過ぎない。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許仮出願一連番号第６０／３０６，４６９号
【特許文献２】
米国特許第５，６２２，８６８号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様においては、目標物質を測定するためのシステムが提供される。本システムは、検出器と読取装置を含む。この検出器、つまり「キャリア」は、焦電薄膜変換器（焦電薄膜）と、その薄膜上に堆積されて局所環境にある目標物質と反応し、従ってその存在を検出するようになっている１つ又はそれより多数の試薬濃度（試薬堆積物）とを含む。目標物質を検出すると、試薬堆積物は、光源に露出されるようになっている。焦電薄膜は、この試薬堆積物の光吸収を微小な加熱として検出する。この微小な加熱は、目標物質の測定値を導出するために処理される出力を生成する。このようにして、焦電薄膜は、環境における目標物質の量又は濃度を示すために使用される。この技術は、あらゆる目的で本明細書において引用により組み込まれ、本開示の一部を成す米国特許第５，６２２，８６８号に説明されている。
また、上述の検出器と共に作動可能である読取装置が提供される。そのような読取装置は、目標物質の量又は濃度を示すために焦電薄膜及び試薬堆積物と共に作動可能である光源上の光学装置を含む。読取装置と検出器は、２つの個別の装置であってもよく、又は単一装置に組み込まれてもよい。
【０００５】
本明細書で使用される場合、用語「指示」又は「指示すること」は、測定すること、モニタすること、又は、そうでなければ、目標物質を検出したことを使用者に視覚的又は可聴的に伝えることを意味するものとし、局所環境の目標物質の量又は濃度の測定及び表示、又は、目標物質の特定量又は濃度の検出を含む。同様に、本明細書で使用される場合、「試薬堆積物」は、表面に付加された試薬の濃度を意味するものとし、いかなる特定形状、形態、又は量にも限定されないものとする。
【０００６】
本発明によるシステムは、１つ又はそれより多数の試薬堆積物が堆積されたキャリアを含むことになる。一実施形態においては、試薬堆積物は、容器中に提供された所定の組の形で配列される。本システムは、更に、試薬堆積物に近接して配置された焦電薄膜と、焦電薄膜に作動的に付随する読取装置（例えば、試薬堆積物を照射するための光源を含む）とを含む。尚、試薬堆積物の組は、１つの試薬堆積物で構成してもよい。本システムはまた、目標物質の反応及び検出を開始するために、局所環境のサンプルをその組を包含する容器を通って又はその近くを移動させるためのポンプ（又は、ファンのような空気を移動させる何らかの別の手段）を含むこともできる。好ましいシステムはまた、他の要素の中でも特に、ポンプと共に作動可能なフィルタ、及び／又は、所定量又は濃度の目標物質の存在を指示するための１つ又はそれより多数の警報装置を含むことができる。
【０００７】
本発明の更に別の態様においては、読取装置（光源を含む）を受け入れ可能又はそれに嵌合可能である焦電薄膜のキャリア（例えば、カートリッジ）が提供される。キャリア又はカートリッジは、目標物質の検出（及び／又は測定）が起こることができるように、カートリッジが読取装置を受け入れるか又はそれに嵌合すると露出される１つ又はそれより多数の未露出試薬濃度を含む。本発明の様々な実施形態においては、試薬堆積物は、所定の組の形で配置することができる。一組は、列又は他のパターンで配列された複数の試薬堆積物で構成することができる。一特定実施形態においては、１つ又はそれより多数の試薬堆積物は、試薬濃度を支持するキャリアが読取装置を受け入れるか又はそれに嵌合すると穴が開けられるか又はそうでなければ傷付けられる保護コーティング又はケーシングに入れられる。このようにして、１つ又はそれより多数の試薬堆積物を目標物質を包含する環境に露出することができる。キャリアと読取装置の使用を容易にするために、読取装置は、キャリアが読取装置を適切に受け入れるか又はそれに嵌合すると、包装に穴をあける手段を装備することができる。
【０００８】
更に別の実施形態においては、読取装置は、ポンプと、空気通路又は導管とを含む。ここでも同様に、キャリアが読取装置を受け入れるか又は嵌合すると、ポンプ（又は、試薬濃度を通って空気を移動させる他の手段）は、試薬堆積物の組を含む容器と流体連通するように作動可能であり、局所環境の空気又はサンプルを試薬堆積物の近くへ移動することを可能にする。これに関して、キャリアは、包装を空気通路及びポンプに対応して配置するように読取装置に適合させることができる。
【０００９】
本発明は、更に、本システム及び／又は説明されるシステムを使用する方法に関する。このような本発明の方法は、１つ又はそれより多数の目標物質（例えば、目標気体）の検出及び指示を考慮している。別の実施形態においては、本方法は、目標物質の量又は濃度のリアルタイムでの指示を考慮している。すなわち、本発明の一態様において、本方法は、局所環境における目標物質の実質的に同時の検出及び指示を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、局所的な気体又は液体環境における目標物質を検出するための、本発明の様々な態様を具現化するシステム１００の模式図である。好ましい実施形態においては、本システム１００は、検出された目標物質の量又は濃度を指示するように作動可能である。本発明はまた、図１で示されたシステム１００によりその多くが提供される技術及び／又は機能の組合せを使用する、そのような目標物質を検出する方法に関する。
【００１１】
以下で明らかとなるように、本発明は、様々な用途に適応する。例えば、検出システム１００は、携帯用又は野外持ち運び可能な気体検出器として一般化学物質検出市場、特に気体検出市場における用途を有する。この市場においては、より頻繁に使用される携帯用気体検出器の１つは、局所環境の気体に対して比色分析的に反応する試薬で覆われたバッジの形態になっている。このバッジは、使用者により身に付けられて、試薬が目標気体に露出された時に、色変化の形で視覚的な信号を提供することができる。これらのバッジは、色変化の程度を使用者の比較又は評価に依存し、高々、局所環境の気体量の近似測定値のみを提供する。図に示すシステム１００は、これらのバッジに対する好ましい代替品を提供する。
【００１２】
本発明の一態様において、本発明の検出システム１００は、光学的検出可能又は比色分析の検出素子と、比色分析検出素子に作動的に付随する焦電又は他の熱電変換器素子と、これら２つの素子を支持する又は包含する１つ又はそれより多数のキャリア又は基板４０とによってもたらされたコア検出構成要素を使用するか又は組み込んでいる（図１参照）。本発明と共に使用するのに適する焦電薄膜（フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）又は熱電薄膜とも称される）は、一般的に米国特許第５，６２２，８６８号（本明細書において引用により組み込まれる）に説明されている。本発明のシステムと共に使用するのに適するキャリア４０の１つの種類は、図２及び図３に示すようなカートリッジ型キャリア４０である。本発明の様々な実施形態での使用に同じく適する他の種類のキャリア４０は、図４〜８を通して示されている。これらの他の種類及びその対応する図を以下に個別に説明する。
【００１３】
ここで、図１の模式図に戻ると、検出システム１００は、変換器素子４０から出力を受信し、その出力を検出された目標物質の量又は濃度の読取可能な指示へ変換するように構成された機構を含む。図１は、本発明の検出システム１００のキャリア４０と共に使用するのに適する１つの種類の機構である圧電薄膜読取装置６０を示す。
読取装置６０は、試薬３２を照射するためのＬＥＤ光源を含む。この光は、約５０ヘルツの特定周波数でパルス照射される。焦電薄膜の比色分析エリアにより吸収された熱で生成された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータにより変換され、それは、次にマイクロプロセッサにより処理され、その後読取値として表示される。このマイクロプロセッサは、ポンプ制御、「ＰＶＤＦ」読取値の温度及び湿度補償、「ＰＶＤＦ」薄膜カートリッジ（本特許において概説）に格納されたメモリチップの読出し及び書込み、視覚、可聴、及び振動装置のようなアラーム指示器の制御、及び、センサ及び／又はフィルタモジュール上の任意選択的バーコードの読取りに関係する追加の役割を有することができる。何れにせよ、本発明と共に使用するのに適する読取装置は、米国特許第５，６２２，８６８号に説明されているような基本的機構の多くを組み込むものである。
【００１４】
図１は、更に、キャリア４０内へ又はそれを横切る局所気体環境の流れを汲み出して次に制御するための、流量センサ１４及び流量調節装置１２と共にポンプ１０の使用を示している。いくつかの厳しい環境においては、流量フィルタ１６も同様に推奨することができる。以下に更に説明するように、検出システム１００でポンプ１０を使用すると、上述のバッジ及び他の公知の検出システムにより現在提供されているものよりも、極めてより正確で一貫性のある測定が可能になる。
【００１５】
特定用途の要件次第で、検出システム１００は、各々が図１に示すような制御機構２２と共に作動可能であるか又はそれに連結されたいくつかのセンサ、アラーム装置、及び他の機器を含むことができる。例えば、検出システムは、目標物質の濃度を視覚的に指示するためのデジタルディスプレイ２６と、１つ又はそれより多数の視覚的アラーム装置２８（例えば、点滅する赤色ＬＥＤ）、可聴式アラーム装置３０、及び振動アラーム装置３２とを含むことができる。アラーム装置は、いくつかのレベルの目標物質が検出された場合に作動するように構成することができる。検出システム１００はまた、温度センサ１８及び湿度センサ２０を含むことができる。
【００１６】
図４に示す実施形態を含むいくつかの実施形態においては、圧電薄膜読取装置６０と、様々なセンサ、アラーム装置、ポンプ関連構成要素、及び他の付属品とを収容するか又はそれにフレームを付けるために、携帯用内蔵型ハウジング６２が準備される。このハウジング６２はまた、焦電薄膜の出力を読取可能なデジタル指示に変換することを含む様々な機能を遂行するか又は制御するためのマイクロプロセッサ又は同等手段を含む。この内蔵型ハウジング６２は、キャリア受け取り装置、又は単に読取装置６２と呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態においては、キャリア４０と読取装置６２との間の係合によっても、局所環境のサンプリングとそのサンプル内の目標物質に対する試験とが開始される。また、いくつかの実施形態においては、読取装置６２は、野外持ち運び可能な携帯用試験機器であるようになっている。
【００１７】
ここで、図２〜図５を参照すると、図に示すカートリッジ型キャリア４０は、読取装置６２とは別個であるが、試験作動中はそれと係合可能である（かつ、別の試験作動中に対してはそれから取外し可能である）。図４は、フリップトップ式読取装置６２と係合状態にあるキャリア４０を示す。図５は、第２の種類の読取装置１６２から外されている別のカートリッジ型キャリアを示す。
【００１８】
キャリア４０には、気体環境における化学物質又は目標物質と選択的に反応する試薬３２の形態の比色分析的に検出可能な要素を使用することが好ましい。試薬はまた、試薬内部に発生される微小な熱に変換される、試薬が吸収することができる光の量により特徴付けられる。従って、試薬は、試薬内部に熱を発生させるためにＬＥＤで照射することができる。次に、この発生した熱に直接対応する試薬に亘る電圧変化を測定するために焦電薄膜変換器が使用される。目標物質に露出されると、試薬堆積物は色が変化し、その色変化の結果、試薬堆積物の光吸収能力もまた変化する。従って、試薬堆積物は、試験作動の前と後で照射することができ、対応する比色分析的変化及び試薬中に発生した熱の差が計算される。計算された電圧変化は、その後、測定気体（目標気体）の対応する濃度へ読取装置６２により変換される。
【００１９】
本発明の一態様において、システム１００は、リセット又は基準化される焦電薄膜変換器／試薬を提供する。これは、目標物質の検出及び試薬の対応する色変化の後に、読取装置は、所定のＬＥＤにより試薬が照射された後で測定された電圧を記憶することを意味する。このようにして、その後のＬＥＤ照射がより大きな量の熱の検出をもたらさない場合（すなわち、試薬のそれ以上の比色分析的変化がないため）、出力信号は、以前の照射の時に受信されたのと同じであると認識することができ、従って、読取装置は、目標物質が再検出されたと間違って指示することにはならない。一方、露出を続けることにより試薬に更に別の反応を比色分析的に生じさせた場合、測定電圧は異なるであろうから、検出濃度を指示するために電圧の差を使用することができる。
【００２０】
上述のリセット又は基準化の方法は、試薬が繰り返して照射され、複数回露出されることを可能にする適切な方法の一例に過ぎない。それぞれの場合において、システム１００は、ＬＥＤ照射に対応して試薬が吸収する熱の量（又は、対応する電圧）をメモリに効果的に記憶する。これは、試薬の再使用及び野外での更に長い使用を可能にする。これはまた、システムに異なる露出の程度を区別させる。しかし、上述のリセットを行うこと又は基準化をすることは、試薬が不可逆性（その元の色へ復帰しない）であることを必要とすることに注意することが重要である。
【００２１】
本発明の試験方法の更に別の態様においては、連続的に運転するポンプと組み合わせて不可逆性試薬／焦電薄膜が使用される。このポンプは、圧電光学読取装置のＬＥＤが断続的に照射するように作動される一方で、局所気体環境を連続的にサンプリングするように運転される。目標物質が検出される度に、比色分析反応及び検出濃度のその後の読取りを引き起こし、試薬／焦電薄膜は、リセット又は基準化される。このようにして、システム１００は、野外で連続してモニタリングをするために、また、多数回の露出を行うために使用することができる。
【００２２】
図２は、本発明によるシステム１００と共に使用するキャリア４０の基本構造を与える。図２のキャリア４０には、複数の比色分析反応性試薬堆積物３２が堆積されている。一回の試験作動が対応する複数の目標物質を検出することができるように、異なる種類の試薬堆積物３２を選択することができる。試薬堆積物３２は、所定の組３２ａの形に配列されることが好ましい。好ましい一実施形態においては、システム１００は、いくつかの目標物質を同時に試験することができるように、同じ組３２ａの形で提供された一連の個別試薬堆積物３２を含む。代替的に、所定の組３２ａは、１つの試薬堆積物で構成されてもよい（例えば、図３ａを参照）。
【００２３】
キャリア４０は、更に、試薬堆積物３２が堆積された焦電薄膜変換器４２を含む。試薬堆積物３２は、インクジェットプリンタ又はスクリーン印刷システムを使用して、焦電薄膜変換器４２上に直接堆積させることができる。焦電薄膜変換器４２は、上面３６及び底面３８を有する。図２の実施形態においては、この上面及び底面３６及び３８は、電極を形成し、それによって電気信号をキャリア４０から出力することができる。
【００２４】
図３ａ〜３ｃは、本発明によるキャリア４０の変形を示す。説明を容易にするために、図３のカートリッジ４０は、ただ１つの試薬堆積物３２を有して示される。試薬堆積物３２は、図３ｃの端面図に最も良く示されるように、初めに密封されたトンネル３４内部に包含又は収容される。トンネル３４は、基本的に細長い導管であり、カートリッジ４０の長さに亘って延びて、ポンプ１０と局所気体環境との間の流体連通を形成する。好ましくは、トンネル３４はまた、フィルタ５８を含む。トンネル３４は、更に、入口端部３４ａと出口端部３４ｂとを含み、抽出された気体環境の通路のための導管を形成する。入口及び出口端部は、プラスチックフィルムの類で密封することができる。以下に更に説明するように、カートリッジ４０が読取装置６２と係合する際に、密封された入口端部３４ａ及び出口端部３４ｂは、同時に突き破られ、それによって流体導管を作り出して試薬３２の露出を可能にする。
【００２５】
図３ｂの端面図を参照すると、焦電薄膜変換器４２は、トンネル３４の底部部分に沿って置かれたマットとして設けられ、それによって試薬３２のベッド又は支持体をもたらす。カートリッジ４０の一変形においては、カートリッジ４０がガラスで作られ、それによってトンネルの上面上のその底面は、ガラス面で密封される。更に別の実施形態においては、上端をプラスチックフィルムで密封することができる。
【００２６】
ここで、図３ｃの底面図を同様に参照すると、
キャリア又はカートリッジ４０はまた、読取装置６２と嵌合可能なリード又はピンを有する内蔵メモリチップ５２を含む。メモリチップ５２は、試薬３２の斑点の特性、及び、目標物質に対する試験プロトコル又は手順を通信するために使用することができる。図３ｃの底面図はまた、焦電薄膜から延びるリード線５４及びコネクタを示す。コネクタは、圧電読取装置６０上の対応する接続部と嵌合可能なように置かれる。更に、カートリッジ４０にはまた、カートリッジ４０を読取装置６０の対応する穴又はピンに位置合わせするキー／整列穴又はピン５６が設けられる。
【００２７】
図４は、フリップトップ式読取装置６０の受け入れ区画又は仕切り６６内に係合された図３のカートリッジを示す。読取装置の対応するキー整列ピンに対してキー整列穴を位置合わせすることによってもたらされるのであるが、それらがその区画に適切に置かれた時、焦電薄膜４２用のコネクタ５４及びメモリチップ５２用のコネクタは、圧電読取装置６０上の対応する接続部と整列して接続する。更に、カートリッジ４０のトンネル３４の入口及び出口端部は、読取装置６２と一体化された対応する導管に整列する。更に、受け入れ区画上に設けられたタブ装置を入口及び出口端部３４ａ及び３４ｂを突き破るように配置することができる。このようにして、ポンプ１０の作動は、トンネル３４を通じて局所気体環境のサンプリングを引き起こし、それによって試薬３２を露出し、そこに比色分析的変化を開始させる。図４はまた、カートリッジをポンプ１０及びサンプリング入口１０ｂ及び出口１０ｃにも接続するポンピング導管１０ａを有するポンプ１０の使用を示す。
【００２８】
図４に示すディスプレイ２６は、標準ＬＣＤディスプレイであり、表示に必要な情報次第で英数字又はグラフィック型とすることができる。ディスプレイ２６は、目標物質の濃度測定値の数値的指示（直接的即持露出又は長期線量計読取値のいずれか）を使用者に提供する。ディスプレイ２６はまた、アラームのテキスト及びグラフィック、アラームポイント、時刻、日付、データ記録、気体名、センサ名、及びフィルタ名を含む装置設定のためのメニューを表示することができる。
【００２９】
ポンプ１０は、ファン、空気ポンプ、又は空気を移動することができる他の装置とすることができる。ポンプは、試薬の前の取り入れ空気通路又は排出空気通路の何れかに設けることができる。ポンプ１０は、連続的又は断続的に運転してもよく、又は、読取値を得るか又は消費電力を最小にする目的で規定時間だけ通電してもよい。代替的に、ポンプは、規定流量の下で運転することが公知である場合がある。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態においては、ポンプ１０は、流量調節装置１２と共に使用される。本発明が流量調節装置１２を使用しなかったとしたら、ポンプは、気体の存在を示す無制御空気供給装置として使用されたであろうが、目標気体の量の測定値は、流量調節装置１２を使用して取得された測定値ほど正確ではなかったであろう。流量調節装置１２は、モータ又は流量センサ１４からのフィードバックの何れかを使用することができる。好ましい方法は、流量センサからのフィードバックを使用してポンプ装置への電力を制御することである。そのような制御は、ポンプ速度及び／又はポンプの入り切り時間をパルス式か又は規定時間の間だけオンにするかの何れかで制御することで構成することができる。流量調節装置は、流量センサ１４（又は、モータフィードバック）とインタフェースで接続して電力をモータへ直接提供する電気回路から成る。
【００３１】
本発明者は、比色分析及び焦電技術と組み合わせてポンプ１０を使用するといくつかの恩典がもたらされることを見出した。例えば、ポンプを使用すると、試薬の反応時間が速くなり、局所環境の目標物質レベルを事実上瞬間的に測定することを可能にする。
更に、本発明のようにポンプを正確に制御すると、従来技術のシステム及び方法を使用して達成可能であるものよりも、極めてより正確な測定値を提供する。本発明者によるこの成果は、試薬の比色分析反応により生み出された変色又は汚れが試薬表面に接触した空気又は気体の量に比例的に関連するという理解に端を発する。従来技術の比色分析反応を使用する場合、空気又は気体は、満足できる正確な測定値を提供するために計時されるべきである単純な拡散を通じて試薬と接触する。本発明のシステム及び方法においては、ポンピング継続時間と同様にポンプ流量を測定及び／又は制御することができ、従って、試薬に接触する空気又は気体量もまた、測定及び／又は制御することができる。その結果、測定値の高レベルの精度を達成及び反復することができる。更に、拡散速度は、風を含む外部条件により一般に影響されて変化するので、接触を開始するか又は促進するためにポンプを使用すると、単純拡散を使用するよりも高い精度をもたらす。
【００３２】
いくつかの実施形態においては、ポンプにより送出された局所環境の量を測定するために、測定装置を使用することができる。ポンプ１０が既知流量の下で運転される場合、測定装置は、ポンプ運転の長さを計時するためのタイマーと、流量及びポンプ運転時間を送出された局所環境の容積へ変換するためのコンバータとで構成することができるであろう。流量センサ１４は、流量調節装置１２へフィードバックを提供するために任意選択の測定装置として設けることができる。流量感知の好ましい方法においては、差圧センサを使用する。電気機械センサ、熱線センサ、及び多くの他のセンサを含む広範囲のセンサを使用することができる。
【００３３】
更に、読取装置６２は、圧電光学読取装置６０及び制御機構２２を含む回路基板又は他の支持体７０を含むことが好ましい。カートリッジ４０が仕切り６６に受け入れられると、それは、基板上に提供されたＬＥＤが試薬３２と有利に位置合わせされるように基板７０の上に位置する。更に別の実施形態においては、様々な光源で試薬を選択的に照射するための光導体と組み合わせて、様々な色の多重ＬＥＤを使用することができる。基板７０はまた、試薬情報及び試験要件を読取装置６２へ通信することができるように、メモリチップ５２用の接点を含む。
【００３４】
図５は、本発明による更に別の読取装置１６２とキャリア１４０との組合せを示す。キャリア１４０は、読取装置１６２の受け入れ仕切り１６６から外されて又は分離されて示されている。キャリア１４０は、一組の試薬堆積物１３２をそれぞれ包含する１つ又はそれより多数の容器１１０を含む。好ましくは、容器１１０は、特に局所環境を選択された試薬堆積物１３２の組へ流体連通するようになっている通路である。
【００３５】
一実施形態においては、キャリア１４０は、電動モータにより読取装置１６２内へ供給することができる。別の実施形態においては、キャリア１４０は、何らかの種類のラチェットの作動を通じて供給することができ、又は、手を用いて手動で供給することができる。キャリア１４０は、薄膜や耐久力のあるプラスチックで作ることができ、また、特定のキャリア４０及び目標物質とそれが検出可能な範囲とを識別するバーコード、磁気ストライプ、又は内蔵メモリチップを含むことができる。
【００３６】
本システムは、更に、目標物質を包含する局所環境に露出する試薬堆積物１３２の所定の組を選択するか、又は指定する手段を含む。このようにして、使用者は、どの目標物質に対して試験を行うかを判断する。キャリア１４０が読取装置１６２と係合すると、この選択手段は、試薬堆積物の一組を包含する容器１１０を突き破り、その結果、以下更に説明するように、選択された試薬堆積物を局所環境に露出する。
【００３７】
本システム１００は、量が制限されているために空気又は湿度に露出されると容易かつ迅速に反応し、短い「保管寿命」をもたらす試薬堆積物１３２を組込む。別の実施形態においては、試薬堆積物１３２の一組を包含する各容器１１０は、トンネルとして図５に示す遮蔽体１３０により覆われ、キャリア１４０が読取装置１６２に係合されるまで試薬堆積物１３２を局所環境から遮蔽する。キャリア１４０が読取装置１６２に係合すると、試薬堆積物１３２の選択された組の遮蔽は、突き破られるか又は損傷され、目標物質を包含する局所環境に対する試薬堆積物１３２の選択された組の露出を可能にする。トンネルは、ガラスで作られるのが好ましいが、マイラー又はポリ塩化ビニルのような別の固い材料で作ることもできるであろう。トンネルの端部は、容器１１０を露出するために損傷するか又は突き通すことができる薄膜で覆われることが好ましい。代替的に、遮蔽体１３０は、各容器１１０を覆う薄膜で構成してもよい。本発明の一態様においては、遮蔽体（覆っている薄膜又はトンネルの形態の何れか）は、同一のキャリア１４０を使用して複数の試験手順を可能にする。試験作動中は、選択された試薬堆積物１３２の組のみが露出され、残る試薬堆積物の組を遮蔽体の下に未露出のままに残しておく。遮蔽損傷装置は、薄膜で覆われたトンネル端部又は薄膜を突き通すために鋭利な手段から成ることが好ましい。
【００３８】
本発明の別の実施形態においては、局所環境が選択された試薬堆積物の組に接触する前に、目標物質を包含する局所環境からの干渉を除去するためにフィルタが使用される。フィルタは、比色分析と目標気体との相互作用の特異性及び精度を全体的に改善する。フィルタは、選択された試薬堆積物の組から特に干渉を濾過するための（化合物と反応する微粒子サイズの化学物質を制限し、化合物を除去し、又は、化合物を目標気体と干渉しない別の化学物質に変える膜を通して）様々な材料及びコーティングとすることができる。特定のフィルタは、湿度を除去する疎水性フィルタ、ベンゼン及び空気からトルエン及びキシレンを選別して除去するフィルタ、二酸化塩素及び空気の混合物から塩素ガスを除去するフィルタ、及び数多くの他のフィルタを含むことができるであろう。
これらのフィルタは、選択された試薬堆積物１３２の組から干渉を濾過する目的で、必要に応じて個別に又は組み合わせて使用することができる。そのようなフィルタの更に別の用途は、本明細書の開示を参照するならば当業者には明白であろう。
【００３９】
使用することができるフィルタの１つの種類はコラムであり、すなわち、長いガラス管が、特定の目標物質と一時的に結合する物質でコーティングされる。この一時的結合は、その後、コラムに熱が加えられた時に解放される。クロマトグラフコラムの一時的である性質のために、この種類のフィルタは、固定式実施形態ではなく、システムの携帯用実施形態において使用されるのが好ましい。この種類のフィルタは、主要な目標化学物質の測定の間、一時的に干渉物質を保持する利点を有するが、その後、熱が加えられて干渉物質がコラムから解放された時に干渉物質の測定を可能にする。
【００４０】
本発明の更に別の態様においては、目標化合物を比色分析反応を有することになる気体に変えるための特定種類のフィルタが設計される。これは、目標物質と反応し、化学反応を通して目標物質を気体に変える化学物質層を準備することにより達成され、その気体は、次に焦電薄膜センサストリップ上の試薬堆積物と比色分析的に反応する。これは、臭化メチルを含む多くの目標化合物を使用して達成することができ、臭化メチルは、硫酸との反応を通して臭素に分解される。臭素は、その後、焦電薄膜センサストリップ上のオルトトリジンのような試薬堆積物と比色分析的に反応して黄色を生み出す。最大３又は４段階のそのような反応フィルタで反応させられるいくつかの化学物質が存在し、試薬堆積物との比色分析的反応により測定される最終生成物質を生成する。
【００４１】
ポンプと同じように、フィルタは、選択された試薬堆積物の組を包含する容器１１０と係合可能とすることができる。フィルタは、バーコード読取装置を有する読取装置１６２により認識することができるように、任意選択的にバーコードを使用して刻印することができる。これは、読取装置１６２がフィルタの使用又はフィルタの欠落を補償するか、又は使用者にそれを報告することを可能にするであろう。更に、フィルタは、フィルタ材料の色変化をもたらしてその材料が消費されているか又は完全に消費されたことを示す比色分析物質をフィルタ自身が含むか又はそれから作られるという方法で任意選択的に構成することができるであろう。
【００４２】
上述の通り、カートリッジは、読取装置と嵌合可能であり、その後に取外し可能である。読取装置と鍵掛け可能に係合された時、空気通路、カートリッジ通路、及び出口は、ポンピングされた空気が通る通路を可能にするように流体的に整列される。代替的に、読取装置は、カートリッジ通路の端部に対して密封可能に付加された薄膜を突き通すためのキー又は突き通し機構を装備してもよい。従って、カートリッジ仕切りにカートリッジを適切に受け入れると、試薬堆積物は、局所環境からの空気サンプルに対して露出することができる。その結果、目標気体の検出及び指示を即座に引き起こすことができる。
【００４３】
カートリッジを「開ける」又は「突き通す」ために使用された１つの方法は、十分に長くてカートリッジの各端部で底部に穴を開け、穴あけピン自身を通じて空気通路を提供する２つの中空ピンを含むユニットを準備する。カートリッジの穴あけについて見込まれる製造上の困難さのために、カートリッジ構造の１つの好ましい方法は、図３〜５に示すようなカートリッジを伴うであろう。これは、２つのプラスチック板の複合物であり、この板は、互いに接合された場合に装置の中央を通ってトンネル又は通路を形成する中空内部を有する「クレジットカード」形状のプラスチック装置を形成する。カートリッジの向かい合う半分を組み立てる前に、内蔵される部分がその装置の内部に置かれ、その後、両方の部分が組み立てられて恐らくはヒートシール又は接着剤を使用して密封される。
【００４４】
図６は、本発明の更に別の実施形態を示す。この実施形態においては、検出器チューブ２０６が使用されて、記憶及び試験の間のキャリア４０を支持する。この検出器チューブ２０６は、密封されたガラス管であり、業界で市販のものに構造的に類似する。この検出器チューブは、破れやすい入口端部２０６及び破れやすい出口端部２０８を有する。図６のキャリアは、焦電薄膜変換器２４２上に支持された３つの試薬スポット２３２と、その上流に置かれたフィルタ材料とを含む。キャリアは、更に、ガラス管の壁を通って案内されることにより読取装置に対する２つの電気接続をもたらす２線のリード線２１２を含む。
【００４５】
図７Ａ及び７Ｂは、ベローズポンプ２１０ａ及び手動ポンプ２１０ｂと共に作動される検出器チューブ２０６を示す。野外の試験作動を行うために、何れのポンプであっても検出器チューブ２０６と組み合わせて使用することができる。特に、検出器チューブの端部は、破られてポンプに挿入されるか又はポンプと係合され、それにより試薬を通り越して検出器チューブを通る局所環境のサンプリングを引き起こす。従って、試薬が目標物質に露出される時に、比色分析変化が生じる。検出器チューブは、その後ポンプから外され、接続部２１２が読取装置の対応する接続部と嵌合するようにして適切な読取装置と係合される。読取装置と係合すると、読取装置上の１つ又はそれより多数のＬＥＤは、（ガラスの壁を通じて）試薬を照射するように作動することができる。
【００４６】
図８Ａ及び８Ｂは、本発明によるシステムと共に使用するためのキャリアの更に別の変形を示す。特に、図８は、個々のキャリア３４０を密封的に格納して分配するためのオープンリール式テープ機構３０６の使用を示す。図８Ｂに示すように、このリールテープは、キャリア３４０を含む区域を有する個々の区域に分離することができる。このキャリアは、焦電薄膜変換器３４２とその上に１つ又はそれより多数の試薬堆積物３３２とを含むことになる。便利な態様においては、このテープは、巻き戻し中に試薬３３２が露出される前に試薬３３２を密封する役を果たし、それによって密封された容器又はトンネルの必要性を除去する。従って、図８Ａ及び８Ｂの一実施形態の利点は、それが未使用試薬の寿命を保つ一方で、「長期」測定を可能にすることである。
テープのロールは、様々な組合せの試薬を含むか、又は一種類の試薬のみを含んでもよい。更に、オープンリール式機構は、読取装置と一体的に装着されるか、又は収容することができる。代替方法においては、オープンリール式機構は、野外で持ち運び可能な携帯用気体検知器ではなく、固定試験機構と一体化されてもよい。
【００４７】
図９は、本発明によるシステムと共に使用するためのキャリアの更に別の変形を示す。図９のキャリアは、円盤型キャリア４４０であり、好ましくは複数の試薬堆積物４３２を保持する。前と同様に、試薬堆積物４３２は、焦電薄膜４４２のマット上に堆積されて、焦電薄膜のマットにより支持される。焦電薄膜４４２は、図９に示すように、個別のマット又は連続した円形薄膜シートにすることができる。
【００４８】
図９はまた、トンネル４３４に密封的に置かれた試薬堆積物を示す。トンネル４３４は、流体連通入口（図示しない）及び出口４３６を含み、それら入口及び出口は、円盤型キャリア４４０が適切な読取装置と係合する際に突き通されて密封が破られる。例えば、図９においては、ただ１つの試薬堆積物が密封されないままであるが、読取装置によりもたらされたポンピング手段と整列した状態になるように読取装置と位置的に係合されている。整列されて作動中の時は、ポンプは、空気をトンネルの周囲から試薬を通って円盤型キャリア４４０の中央に向けて汲み込むように作動させることができる。試験作動が終わると、円盤キャリア４４０は、次の作動に対して更に別の試薬堆積物を整列させるために回転することができる。前と同様に、トンネル４３４は、ガラス又は薄膜によって覆うことができ、その端部は、好ましくは突き通し可能な薄膜シートにより覆われる。
【００４９】
目標気体を検出するための本発明のシステム、装置、及び方法と、その利点とが詳細に説明されたが、特許請求の範囲で規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に対して様々な修正、置換、及び変更を行うことができることを理解すべきである。更に、本出願の範囲は、本明細書において説明された特定実施形態の処理、機械、製造、物質の組成、手段、方法、及び段階に限定されないものとする。例えば、検出器及び読取装置の様々な例示的構成が説明された。本発明の開示から当業者が容易に認めるように、本明細書に説明された対応する実施形態と実質的に同じ機能を遂行するか又は実質的に同じ結果を達成する現存又は将来開発される測定又は器具使用技術又は測定方法又は段階からの様々な要素は、それを本発明に従って利用することができる。従って、特許請求の範囲は、そのような機械、装置、方法、又は段階をその範囲に含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による気体検出システム及び装置の簡略化された模式図である。
【図２】図１のシステムと共に使用するのに適するキャリアの簡略化された斜視図である。
【図３Ａ】図１のシステムと共に使用するのに適する第２のキャリアの簡略化された斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの線３Ｂ−３Ｂにおけるキャリアの端面図である。
【図３Ｃ】図３Ａのキャリアの底面図である。
【図４】本発明によるレシーバ及びキャリアの斜視図である。
【図５】本発明によるレシーバ及びキャリアの第２の組合せの斜視図である。
【図６】本発明による検出器チューブの簡略図である。
【図７Ａ】ポンプと係合された本発明による図６の検出器チューブの簡略図である。
【図７Ｂ】第２の種類のポンプと係合された本発明による図６の検出器チューブの簡略図である。
【図８Ａ】本システムと共に使用するのに適する第３のキャリアの簡略図である。
【図８Ｂ】図８Ａのキャリアの簡略平面図である。
【図９】本システムと共に使用するのに適する第４のキャリアの簡略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  検出システム
１１０  容器
１３０  遮蔽体
１３２  試薬堆積物
１４０  キャリア
１４２  焦電薄膜
１６２  読取装置
１６６  受け入れ仕切り
【国際公開パンフレット】
2004536303.tif 000003
2004536303.tif 000004
2004536303.tif 000005
2004536303.tif 000006
2004536303.tif 000007
2004536303.tif 000008
2004536303.tif 000009
2004536303.tif 000010
2004536303.tif 000011
2004536303.tif 000012
2004536303.tif 000013
2004536303.tif 000014
2004536303.tif 000015
2004536303.tif 000016
2004536303.tif 000017
2004536303.tif 000018
2004536303.tif 000019
2004536303.tif 000020
2004536303.tif 000021
2004536303.tif 000022
2004536303.tif 000023
2004536303.tif 000024
2004536303.tif 000025
2004536303.tif 000026
2004536303.tif 000027
2004536303.tif 000028
2004536303.tif 000029
2004536303.tif 000030
2004536303.tif 000031
2004536303.tif 000032
2004536303.tif 000033
【国際調査報告】
2004536303.tif 000034
2004536303.tif 000035