(57)【要約】所与のサンプル中の硫化水素種の濃度を測定する硫化水素（Ｈ２Ｓ）検出装置が、開示される。硫化水素検出装置は、Ｈ２Ｓ浸透性膜によって、複数のトラップチャンバから分離される、複数の反応チャンバを備えることができ、反応チャンバおよびトラップチャンバはそれぞれ、サンプルからの硫化水素の選択的単体分離およびトラップを可能にするために、流入サンプルを特定のｐＨおよび化学環境に暴露する、緩衝液成分および／または反応剤を有する。
2016514839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫化水素（Ｈ２Ｓ）検出装置であって、
ａ．注入チャンバと、
ｂ．該注入チャンバと流体連通する複数の反応チャンバと、
ｃ．該複数の反応チャンバに隣接して位置付けられる、複数のトラップチャンバと、
ｄ．該複数の反応チャンバと該複数のトラップチャンバとの間に位置付けられる、Ｈ２Ｓ−浸透性膜とを備える、装置。
【請求項２】
前記複数の反応チャンバは、遊離硫化物反応チャンバと、酸不安定性硫化物反応チャンバと、総合硫化物反応チャンバとを備える、請求項１に記載の硫化水素検出装置。
【請求項３】
前記遊離硫化物反応チャンバは、ｐＨ約７．０〜約７．５を伴う中性ｐＨ環境を有する、請求項２に記載の硫化水素検出装置。
【請求項４】
前記酸不安定性硫化物反応チャンバは、ｐＨ約２．６〜約６．０を伴う酸性環境を有する、請求項３に記載の硫化水素検出装置。
【請求項５】
前記総合硫化物反応チャンバは、ｐＨ約２．６〜約６．０を伴う酸性環境を有し、さらに、還元剤を備える、請求項４に記載の硫化水素検出装置。
【請求項６】
前記還元剤は、トリス（２−カルボキシエチル）ホスフィン塩酸塩およびジチオトレイトールから成る群から選択される、請求項５に記載の硫化水素検出装置。
【請求項７】
前記複数のトラップチャンバは、
ａ．前記遊離硫化物反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、前記Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、前記遊離硫化物トラップチャンバの中に拡散するであろうように、前記遊離硫化物反応チャンバに隣接して位置付けられる、遊離硫化物トラップチャンバと、
ｂ．前記酸不安定性硫化物反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、前記Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、前記酸不安定性硫化物トラップチャンバの中に拡散するであろうように、前記酸不安定性硫化物反応チャンバに隣接して位置付けられる、酸不安定性硫化物トラップチャンバと、
ｃ．前記総合硫化物反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、前記Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、前記総合硫化物トラップチャンバの中に拡散するであろうように、前記総合硫化物反応チャンバに隣接して位置付けられる、総合硫化物トラップチャンバと、
を備える、請求項５に記載の硫化水素検出装置。
【請求項８】
前記複数のトラップチャンバはそれぞれ、アルカリ性環境を有する、請求項７に記載の硫化水素検出装置。
【請求項９】
前記複数のトラップチャンバはそれぞれ、ｐＨ約９．５〜約１０．０を伴うアルカリ性環境を有する、請求項７に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１０】
前記複数のトラップチャンバに隣接して位置付けられる、基部をさらに備える、請求項８に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１１】
前記基部は、前記隣接する複数のトラップチャンバ内において、Ｈ２Ｓの電気化学検出を可能にするための複数の電極システムを備える、請求項１０に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１２】
前記複数の電極システムは、前記遊離硫化物トラップチャンバに隣接して位置付けられる、第１の電極システムと、前記酸不安定性硫化物トラップチャンバに隣接して位置付けられる、第２の電極システムと、前記総合硫化物トラップチャンバに隣接して位置付けられる、第３の電極システムとを備える、請求項１１に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１３】
前記複数の電極システムはそれぞれ、基準電極と、対電極と、作業電極とを備える、請求項１２に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１４】
前記基部は、前記隣接する複数のトラップチャンバ内において、Ｈ２Ｓの蛍光または比色検出を可能にするために、透明である、請求項１０に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１５】
複数の入口チャネルを介して、前記複数の反応チャンバと流体連通する、注入チャンバをさらに備え、前記複数の入口チャネルは、
ａ．前記注入チャンバを前記遊離硫化物反応チャンバに接続する、第１の入口チャネルと、
ｂ．前記注入チャンバを前記酸不安定性硫化物反応チャンバに接続する、第２の入口チャネルと、
ｃ．前記注入チャンバを前記総合硫化物反応チャンバに接続する、第３の入口チャネルとを備える、請求項１０に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１６】
前記注入チャンバに隣接して位置付けられ、試験サンプルが、前記キャップを通して、前記注入チャンバの中に注入されることを可能にする、キャップをさらに備える、請求項１３に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１７】
硫化水素（Ｈ２Ｓ）検出装置であって、
ａ．注入チャンバと、
ｂ．該注入チャンバと流体連通する複数の反応チャンバであって、
ｉ．ｐＨ約７．０〜約７．５を有する、遊離硫化物反応チャンバと、
ｉｉ．ｐＨ約２．６〜約６．０を有する、酸不安定性硫化物反応チャンバと、
ｉｉｉ．ｐＨ約２．６〜約６．０を有し、さらに還元剤を有する、総合硫化物反応チャンバと、
を備える、複数の反応チャンバと、
ｃ．該複数の反応チャンバに隣接して位置付けられる、複数のトラップチャンバであって、それぞれ、ｐＨ約９．５〜約１０．０を伴うアルカリ性環境を有する、複数のトラップチャンバと、
ｄ．該複数の反応チャンバと該複数のトラップチャンバとの間に位置付けられる、Ｈ２Ｓ−浸透性膜と、
ｅ．該複数のトラップチャンバに隣接して位置付けられる、基部とを備える、装置。
【請求項１８】
前記複数のトラップチャンバは、
ａ．前記遊離硫化物反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、前記Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、前記遊離硫化物トラップチャンバの中に拡散するであろうように、前記遊離硫化物反応チャンバに隣接して位置付けられる、遊離硫化物トラップチャンバと、
ｂ．前記酸不安定性硫化物反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、前記Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、前記酸不安定性硫化物トラップチャンバの中に拡散するであろうように、前記酸不安定性硫化物反応チャンバに隣接して位置付けられる、酸不安定性硫化物トラップチャンバと、
ｃ．前記総合硫化物反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、前記Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、前記総合硫化物トラップチャンバの中に拡散するであろうように、前記総合硫化物反応チャンバに隣接して位置付けられる、総合硫化物トラップチャンバとを備える、請求項１７に記載の硫化水素検出装置。
【請求項１９】
前記基部は、前記隣接する複数のトラップチャンバ内において、Ｈ２Ｓの電気化学検出を可能にするための複数の電極システムを備え、前記複数の電極システムは、前記遊離硫化物トラップチャンバに隣接して位置付けられる、第１の電極システムと、前記酸不安定性硫化物トラップチャンバに隣接して位置付けられる、第２の電極システムと、前記総合硫化物トラップチャンバに隣接して位置付けられる、第３の電極システムとを備える、請求項１８に記載の硫化水素検出装置。
【請求項２０】
サンプル中の遊離硫化水素、酸不安定性硫化物、およびスルファン結合硫黄の濃度を測定するための方法であって、
ａ．注入チャンバと、該注入チャンバと流体連通する複数の反応チャンバと、該複数の反応チャンバに隣接して位置付けられる、複数のトラップチャンバであって、遊離硫化物トラップチャンバ、酸不安定性硫化物トラップチャンバ、および総合硫化物トラップチャンバを画定し、該複数のトラップチャンバがそれぞれ、アルカリ性環境を有する、複数のトラップチャンバと、該複数の反応チャンバと該複数のトラップチャンバとの間に位置付けられる、Ｈ２Ｓ−浸透性膜とを有する、硫化水素（Ｈ２Ｓ）検出装置を提供する工程と、ｂ．サンプルを該注入チャンバの中に堆積させる工程と、
ｃ．該遊離硫化物トラップチャンバ内のＨ２Ｓの濃度を検出し、該サンプル中の遊離硫化水素濃度を検出する工程と、
ｄ．該酸不安定性硫化物トラップチャンバおよび該総合硫化物トラップチャンバ内のＨ２Ｓの濃度を検出する工程と、
ｅ．該遊離硫化物トラップチャンバ内のＨ２Ｓの検出された濃度を該酸不安定性硫化物トラップチャンバ内のＨ２Ｓの検出された濃度から減算することによって、該酸不安定性硫化物濃度を判定する工程と、
ｆ．該酸不安定性硫化物トラップチャンバ内のＨ２Ｓの検出された濃度を該総合硫化物トラップチャンバ内のＨ２Ｓの検出された濃度から減算することによって、該スルファン結合硫黄濃度を判定する工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
Ｉ．関連文献に対する相互参照
本願は、本明細書において参考として援用される、２０１３年３月２８日に出願された、米国仮特許出願第６１／８０６，０１７号の利益を主張する。
【０００２】
ＩＩ．共同研究契約の当事者名
請求される発明は、以下の当事者、すなわち、Ｌｏｕｉｓｉａｎａ  Ｔｅｃｈ  ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙおよびＢｏａｒｄ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｓ  ｏｆ  Ｌｏｕｉｓｉａｎａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ａｎｄ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｌｌｅｇｅによって、それを代表として、および／またはそれに関連して、共同大学企業研究契約に対して成されたものである。本契約は、請求される発明が成された日またはそれより前に効力を有し、請求される発明は、本契約の範囲内で行われた活動の結果として成された。
【０００３】
本発明は、その種々の生体利用可能な形態における硫化水素の測定のための新規装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、ヒト身体内の多数の細胞機能において重要な役割を果たす、無色のガス状伝達物質（ガス状信号伝達分子）である。例えば、過去十年にわたって、毒性および環境汚染物質以外のＨ２Ｓの役割は、心血管機能（不全）、神経機能（不全）、胃腸機能（不全）、免疫機能（不全）、ならびにいくつかの他の分子および細胞生物学的応答等、種々の生理学的および病理学的応答において重要ないくつかの生化学機能を包含するまでに進化している。
【０００５】
例えば、Ｈ２Ｓは、アテローム性動脈硬化症および末梢動脈疾患を含む、心血管疾患の検出および治療に寄与する有意な潜在性を有することが発見されている。低比重リポタンパク質（ＬＤＬ）の酸化修飾の減少のため、Ｈ２Ｓはまた、単球動員、組織マクロファージへの形質転換、および泡沫細胞形成に顕著な影響を及ぼすことによって、アテローム性動脈硬化症において有意な役割を果たすことが示されている。さらに、Ｈ２Ｓは、ＬＤＬの次亜塩素酸塩およびヘミン媒介アテローム生成修飾を阻害することが示されている。血漿Ｈ２Ｓレベルはまた、アテローム硬化性プラーク中においてより低いことが示されており、硫化水素ナトリウム（ＮａＨＳ）を用いた治療は、大動脈プラークおよび細胞間接着分子−１（ＩＣＡＭ−１）の両方を減少させる。加えて、Ｈ２Ｓは、Ｃ−Ｃケモカイン２型受容体（ＣＣＲ２）に結合するＣＣケモカインである、単球走化性タンパク質−１の発現を下方制御し、アテローム硬化性プラークを形成する単球を内皮下層の中に動員する。アテローム性動脈硬化症の病因中のＨ２Ｓの別の重要な役割は、アテローム硬化性プラークを生成する、血管平滑筋細胞に及ぼす誘発アポトーシスの影響である。ＮａＨＳとして投与される硫化水素は、ラットモデルにおける用量依存方式において、マイトジェン活性化タンパク質キナーゼ（ＭＡＰＫ）経路を介して、血管平滑筋細胞の増殖を低下させる。ラットモデルに関する付加的研究は、Ｈ２Ｓが血管石灰化を減少させることを明らかにしている。加えて、最近の研究は、Ｈ２Ｓが、末梢動脈疾患（ＰＡＤ）識別において、一酸化窒素および一酸化炭素と直接的関係を有することを示している。
【０００６】
硫化水素は、複数の生物学的源および組織（例えば、細菌および器官特異的産生）から生じる。内因性の生物学的Ｈ２Ｓ産生は、主に、シスタチオニンβシンターゼおよびシスタチオニンγリアーゼの活性を通したシステイン代謝から、あるいは３−メルカプト硫黄トランスフェラーゼトランスフェラーゼによる３−メルカプトピルビン酸代謝を通して発生する。Ｈ２Ｓは、グルタチオンまたは他の小分子量チオール修飾剤を伴う、多硫化物の酸化還元依存代謝からも生じ得る。最後に、Ｈ２Ｓはまた、石油生産および探鉱、食品および飲料処理、廃棄物処分および下水処理、農業および農耕、ならびに細菌汚染および機能等、ヒトに影響を及ぼす、異なる環境源からも生じる。
【０００７】
硫化水素の化学的性質は、複雑であって、タンパク質チオール基の変調において、いくつかの役割を果たす。これは、信号変換応答、ミトコンドリア呼吸、遺伝子発現、および細胞寿命／生存を伴う、多数の生物学的応答に影響を及ぼす。生理学的ｐＨ約７．２〜７．４では、Ｈ２Ｓは、主に（約８０％）、そのアニオンＨＳ-形態において存在し、より少量のガス状Ｈ２Ｓ形態（約２０％）を伴う。これは、以下の方程式に図示されるように、水溶液中のＨ２Ｓ形態のｐＫａ調整に起因する。
【数１】
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異なるｐＫａに起因して、イオン分布は、容易に操作され、ひいては、その分布も、水相または気相のいずれかにおいて制御される。
【０００８】
硫化水素は、生物学的または環境系内において非常に反応性であって、図１に示されるように、３つの異なる揮発性硫黄群に存在する、硫化物均等物をもたらす。これらの３つの群、すなわち、遊離Ｈ２Ｓ、酸不安定性Ｈ２Ｓ、およびスルファン硫黄種は、生体利用可能な硫黄の量を調整する際に重要である。遊離硫化水素は、血漿および他の組織流体中に溶解されることが見出されている。哺乳類身体条件（すなわち、ｐＨ７．４および温度３７℃）では、１８．５％の遊離硫化水素が、Ｈ２Ｓガスとして存在し、残りは、Ｓ２−のわずかな寄与を伴う、ほぼ全て硫化水素アニオン（ＨＳ−）である。スルファン硫黄は、別の硫黄に結合される二価硫黄原子を指すが、いくつかのｐＨ値では、イオン化水素を担持し得る。これらの結合された硫黄の実施例として、チオ硫酸塩Ｓ２Ｏ３２−、過硫化物Ｒ−Ｓ−ＳＨ、チオスルホン酸塩Ｒ−Ｓ（Ｏ）−Ｓ−Ｒ’、多硫化物Ｒ−Ｓｎ−Ｒ、多チオン酸塩ＳｎＯ６２−、および元素硫黄Ｓ０が挙げられる。他の主な生体利用可能な群である、酸不安定性硫化物は、生体内に偏在し、限定ではないが、ルブレドキシン、フェレドキシン、アコニターゼ、およびコハク酸デヒドロゲナーゼを含む、種々のタンパク質および酵素を含む、鉄−硫黄タンパク質（非ヘム）中に含有される鉄−硫黄クラスタ内に存在する硫黄から成る。酸不安定性硫化物は、酸性条件（ｐＨ＜５．４）中において、遊離Ｈ２Ｓを容易に単体分離し、酸性単体分離のプロセスはまた、硫化水素を多硫化物から遊出し得、これは、従来、スルファン硫黄として分類される。本酸不安定性硫黄群は、可逆性硫化物シンクであると見なされており、生体利用可能な遊離硫化水素の量を調整する、重要な貯蔵プールであり得る。
【０００９】
Ｈ２Ｓ均等物は、生物学的および生化学的応答に影響を及ぼす、ｐＨ、Ｏ２濃度、および酸化／還元化学的性質の変化に基づいて、これらの群から容易に動態化される。したがって、これらの別々の群からのＨ２Ｓ可用性の検出は、臨床病態生理学診断、環境源識別、および任意の他の有機または無機化学的性質の用途において重要である。
【００１０】
残念ながら、ヒトの健康および疾患における硫化水素の役割の研究に対する有意な障壁として、インビボおよびインビトロの両方において、硫化水素の正確かつ再現可能な測定のための精密な方法論および試験手段が欠けている。遊離Ｈ２Ｓを測定するための種々の方法が採用されているが、結果は、ばらばらである。これらの方法として、メチレンブルー形成をもたらす分光光度誘導体化法、高性能液体クロマトグラフィを使用した本メチレンブルー法の変形例、硫化物イオン選択電極、ポーラログラフセンサ、ガスクロマトグラフィ、およびモノブロモビマン（ＭＢＢ）を使用して遊離Ｈ２Ｓを誘導体化する、蛍光ベースの方法と併用した高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）が挙げられる。特に、生体中における、分析Ｈ２Ｓ測定の複雑性は、硫化水素が、反応性ガスであって、図１に示される、３つの異なる揮発性硫黄群において、有機体中に存在するという事実を反映する。Ｈ２Ｓおよびその種々の形態を定量化するために利用可能な信頼性があって、かつ正確な分析検出方法の欠如に起因して、生物学的および生化学的環境におけるＨ２Ｓ代謝の精密な量および源に関して、大幅な相違がある。したがって、その種々の生体利用可能な形態において、Ｈ２Ｓを正確かつ便宜的に測定するために使用されることができる、装置および関連付けられた方法論の大いなる必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書に開示される発明は、所与のサンプル中の硫化水素種の濃度を測定するための硫化水素（Ｈ２Ｓ）検出装置を対象とする。本発明の原理を例示する、特定の実施形態では、硫化水素検出装置は、Ｈ２Ｓ浸透性膜によって複数のトラップチャンバから分離され、それぞれ、サンプルからの硫化水素の選択的単体分離およびトラップを可能にするために、流入サンプルを特定のｐＨおよび化学環境に暴露する、緩衝液成分および／または反応剤を有する、反応チャンバおよびトラップチャンバを伴う、複数の反応チャンバを備えることができる。
【００１２】
好ましい実施形態では、Ｈ２Ｓ検出装置は、３つの反応チャンバ、すなわち、ｐＨ約７．０〜約７．５を有する、遊離硫化物反応チャンバと、ｐＨ約２．６〜約６．０を有する、酸不安定性硫化物反応チャンバと、ｐＨ約２．６〜約６．０および還元剤を有する、総合硫化物反応チャンバとを特徴とする。３つの対応するトラップチャンバは、反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、Ｈ２Ｓ−浸透性膜を横断して、および対応するトラップチャンバの中に拡散するであろうように、複数の反応チャンバに隣接して位置付けられることができる。トラップチャンバはそれぞれ、硫化水素ガスを再溶解およびトラップするために、ｐＨ約９．５〜約１０．０を伴うアルカリ性環境を有する。検出は、次いで、３つの以下の方法、すなわち、（ａ）電気化学、（ｂ）蛍光、または（ｃ）比色のうちの１つによって遂行されることができる。
【００１３】
本発明のＨ２Ｓ検出装置はまた、キャップ、注入チャンバ、および基部を特徴とすることができる。キャップは、注入チャンバに隣接して位置付けられ、試験サンプルが、キャップを通して、注入チャンバの中に注入されることを可能にすることができる。注入チャンバは、複数の入口を介して、反応チャンバと流体連通することができる。基部は、複数のトラップチャンバに隣接して位置付けられることができる。基部は、隣接するトラップチャンバ内のＨ２Ｓの蛍光または比色検出を可能にするために、透明である。基部はまた、隣接するトラップチャンバ内のＨ２Ｓの電気化学検出を可能にするための複数の電極システムを特徴とすることができる。
【００１４】
本発明のＨ２Ｓ検出装置は、単一試験サンプルから、遊離Ｈ２Ｓ、酸不安定性Ｈ２Ｓ量、結合スルファン硫黄の利用可能なＨ２Ｓ、および全体的合計生体利用可能Ｈ２Ｓの同時検出を可能にする。種々の群内のＨ２Ｓの濃度は、以下のように計算されることができる。遊離Ｈ２Ｓおよび総Ｈ２Ｓ濃度は、それぞれ、遊離硫化物トラップチャンバおよび総合硫化物トラップチャンバ内で検出された濃度に等しいであろう。酸不安定性Ｈ２Ｓ量は、遊離硫化物トラップチャンバ内で測定された量を酸不安定性硫化物トラップチャンバの量から減算することによって判定されることができる。最後に、結合Ｈ２Ｓ濃度は、酸不安定性トラップチャンバ濃度を総合硫化物トラップチャンバ濃度から減算することによって判定されることができる。
【００１５】
前述の概要は、各図示される実施形態またはあらゆる可能性として考えられる実装を説明することを意図していない。本発明のこれらおよび他の特徴、側面、ならびに利点は、以下の説明、添付の請求項、および付随の図面に関連してより深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
類似参照番号が、別個の図全体を通して、同じまたは機能的類似要素を指し、真の正確な縮尺ではなく、以下の発明を実施するための形態とともに、明細書内に組み込まれ、その一部を形成する、付随の図は、さらなる種々の実施形態を図示し、本発明による種々の原理および利点を説明する役割を果たす。
【００１７】
【図１】図１は、有機体中に見出される硫化物の３つの生物学的群を図示する。
【００１８】
【図２】図２は、本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置の実施形態の分解図である。
【００１９】
【図３】図３は、図２に描写される硫化水素検出装置の反応チャンバの実施形態の上面図である。
【００２０】
【図４】図４は、本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置によって採用される、代表的反応チャンバ条件および電気化学検出方法論を図示する。
【００２１】
【図５】図５は、異なる厚さのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）膜を横断する硫化水素の拡散を図示し、図２に描写される硫化水素検出装置の反応チャンバからトラップチャンバへの硫化水素ガス移送の移送効率を示す。移送効率は、遊離Ｈ２Ｓを誘導体化するために、モノブロモビマン（ＭＢＢ）を使用する、蛍光ベースの方法と併せて、高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）を用いて測定された。
【００２２】
【図６】図６は、本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置の生成のための製造プロセスの実施形態を図示する。
【００２３】
【図７】図７は、本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置の代替実施形態の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の詳細な実施形態が、本明細書に開示される。しかしながら、開示される実施形態は、単に、種々の形態で具現化されることができる、本発明の例示であることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される具体的構造および機能的詳細は、限定としてではなく、単に、請求項の基礎として、かつ事実上任意の適切に詳細な構造において、本発明を種々に採用するために、当業者に教示するための代表的基礎として、解釈されたい。代替実施形態が、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、考案されてもよい。さらに、本明細書で使用される用語および語句は、限定を意図するものではなく、むしろ、本発明の分かりやすい説明を提供するためのものである。本明細書は、新規として見なされる本発明の特徴を定義する請求項で締め括られるが、本発明は、類似参照番号が繰り越される図面と併せた以下の説明の検討からより深く理解されるであろうと考えられる。
【００２５】
本明細書で使用されるように、用語「ａ」または「ａｎ」は、１つまたは１つを上回るとして定義される。用語「複数の（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」は、本明細書で使用されるように、２つまたはそれを上回るとして定義される。用語「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」は、本明細書で使用されるように、少なくとも第２のものまたはそれを上回るものとして定義される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、またはその任意の他の変形例は、要素のリストを備える、プロセス、方法、物品、または装置が、それらの要素のみを含むわけではなく、明示的に列挙されていない、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素も含み得るように、非排他的含有を網羅するものと意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ…ａ）」によって先行される要素は、さらなる制約を伴わずに、その要素を備えるプロセス、方法、物品、または装置における付加的同じ要素の存在を除外するものではない。用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、または「特徴とする（ｆｅａｔｕｒｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるように、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）（すなわち、包括語）として定義される。用語「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、本明細書で使用されるように、必ずしも直接ではないが、かつ必ずしも機械的にではないが、接続されるとして定義される。本明細書で使用されるように、用語「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」は、明示的に示されるかどうかを問わず、全数値に適用される。これらの用語は、概して、当業者が、列挙される値の均等物（すなわち、同一機能または結果を有する）と見なすであろう数の範囲を指す。多くの事例では、これらの用語は、最近傍有効数に丸められる、数を含んでもよい。第１および第２、上部および底部、右および左、および同等物等の関係用語は、必ずしも、そのような実体または作用間の任意の実際のそのような関係または順序を要求あるいは含意せずに、単に、１つの実体または作用を別の実体または作用と区別するために使用されてもよい。
【００２６】
本明細書で使用されるように、略語ＣＡは、クロノアンペロメトリーを指し、略語ＤＰＶは、微分パルスボルタンメトリーを指し、略語ＤＴＰＡは、ジエチレントリアミン５酢酸を指し、略語ＨＰＬＣは、高性能液体クロマトグラフィを指し、略語ＰＣＲは、ポリメラーゼ連鎖反応を指し、略語ＰＤＭＳは、ポリジメチルシロキサンを指す。
【００２７】
ここで、本発明の種々の実施形態が、説明される。冗長性を回避するために、類似特徴の反復説明は、いくつかの状況では、行われない場合がある。
【００２８】
本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置の実施形態が、図２および３に示される。装置１００は、その種々の生体利用可能な形態におけるＨ２Ｓが、一意の反応化学、精密加工技法、および選択的電気化学測定技法を採用する、信頼性のある分析方式において測定されることを可能にする、ラボオンチップデバイスである。特に、装置１００は、遊離Ｈ２Ｓ、酸不安定性硫化物、およびスルファン硫黄（多硫化物／過硫化物）群からのＨ２Ｓの高速測定を、それぞれ、これらの群からのＨ２Ｓの選択的単体分離およびトラップを可能にするために存在する、特定のｐＨおよび反応化学を有する、少なくとも３つの反応チャンバを特徴とすることによって可能にする。装置１００は、生物学的または他のサンプル中の硫化水素の生物学的利用能を判定する際、研究、環境、および臨床診断目的のために使用されることができる。装置１００は、血漿または任意の他の生物学的あるいは液体サンプル中のＨ２Ｓの検出のために、特に、有用である。好ましい実施形態では、装置１００は、単回使用のために設計される。しかしながら、装置１００は、他の実施形態では、再使用可能であるように構成され得る。
【００２９】
依然として、図２および３を参照すると、硫化水素検出装置１００の実施形態は、キャップ１１１と、注入チャンバ１２１と、複数の反応チャンバ１２３、１２４、１２５と、浸透性膜１３１と、複数のトラップチャンバ１４３、１４４、１４５と、基部１５１とを備えることができる。キャップ１１１は、好ましくは、ブチルゴムから構築され、注入チャンバ１２１に隣接して位置付けられ、試験サンプルが、キャップ１１１を通して、注入チャンバ１２１の中に注入されることを可能にする。注入チャンバ１２１は、入口チャネル１２２ａ−ｃを介して、反応チャンバ１２３、１２４、１２５と流体連通する。浸透性膜１３１は、反応チャンバ１２３、１２４、１２５を隣接するトラップチャンバ１４３、１４４、１４５から分離する。トラップチャンバ１４３、１４４、１４５は、基部１５１上の電極システム１５３、１５４、１５５に隣接して位置付けられる。
【００３０】
好ましい実施形態では、注入チャンバ１２１は、一体成形のＰＤＭＳ成形（ポリジメチルシロキサン）チャンバを備え、空気が抜かれ、直接、その中に注入される液体を受容するように適合される。第１の入口チャネル１２２ａは、注入チャンバ１２１を遊離硫化物反応チャンバ１２３に接続し、第２の入口チャネル１２２ｂは、注入チャンバ１２１を酸不安定性硫化物反応チャンバ１２４に接続し、第３の入口チャネル１２２ｃは、注入チャンバ１２１を総合硫化物反応チャンバ１２５に接続する。本配列では、反応チャンバ１２３、１２４、１２５は、チャンバ間の緩衝液成分および反応生成物の拡散を最小限にしながら、単回注入から、再現可能に、均一体積で充填される。
【００３１】
各反応チャンバ１２３、１２４、および１２５は、好ましくは、硫化水素の選択的単体分離およびトラップを可能にするために、流入サンプルを特定のｐＨおよび化学環境に暴露する乾燥または粉末コーティングされた緩衝液成分および／または反応剤を伴う、ＰＤＭＳの交互嵌合型微小チャネルを備える。図４は、硫化水素検出装置１００の代表的反応チャンバ条件を図示する。遊離または揮発された硫化水素が、アルカリ性条件、好ましくは、ｐＨ＞７．０下において誘導体化される。誘導体化は、好ましくは、低酸素条件、好ましくは、＜５％酸素、より好ましくは、＜２％酸素、最も好ましくは、≦１％酸素下で生じる。故に、好ましい実施形態では、遊離硫化物反応チャンバ１２３は、中性ｐＨ環境（ｐＨ約７．０〜約７．５）にある。一方、酸不安定性群からの硫化水素の放出は、概して、ｐＨ５．４未満を要求する。したがって、酸不安定性硫化物の判定は、サンプルの酸性化、好ましくは、ｐＨ＜４．０、より好ましくは、約ｐＨ２．０〜約ｐＨ３．０、最も好ましくは、約ｐＨ２．６を伴い、それによって、酸不安定性群からの遊離硫化水素の放出を生じさせる。故に、酸不安定性硫化物反応チャンバ１２４は、好ましくは、酸性ｐＨ環境（ｐＨ約２．６〜約６．０）にある。最後に、総合硫化物反応チャンバ１２５は、好ましくは、１ｍＭトリス（２−カルボキシエチル）ホスフィン塩酸塩（ＴＣＥＰ）等の還元剤の存在を伴う、酸性ｐＨ環境（ｐＨ約２．６〜約６．０）にある。スルファン硫黄成分とともに、酸不安定性および遊離硫化物を含む、総不安定性硫化物量は、還元剤と酸性溶液を併用することによって判定される。還元剤は、好ましくは、ＴＣＥＰであって、これは、スルファン硫黄原子を単体分離するために、二硫化物結合を開裂する。ジチオトレイトール（ＤＴＴ）もまた、使用され得るが、ＴＣＥＰは、水溶性かつ不揮発性であって、二硫化物結合をより高速に還元し、ＤＴＴより広い範囲のｐＨ（２．０〜９．５）を横断して非常に安定することが示されているため、好ましい。ＴＣＥＰは、チオール部分を有しておらず、ＭＢＢとの反応に先立って、チオール除去を要求しないという付加的利点を有する。対照的に、ＤＴＴは、チオール部分を含有し、少量の硫化物汚染を有することが報告されている。
【００３２】
浸透性膜１３１は、反応チャンバ１２３、１２４、１２５と対応するトラップチャンバ１４３、１４４、１４５との間に位置付けられる。Ｈ２Ｓ浸透性膜１３１は、好ましくは、シリコーンベースである、またはシリコーン−ポリカーボネート混成物等の混成材料を備えてもよい。Ｈ２Ｓ浸透性膜１３１の厚さは、デバイス構造、用途、および要求される機械的強度に応じて、約７５μｍ〜約５００μｍまたはそれを上回って変動してもよい。他の構造は、硫化水素浸透性の特異性増加のために、シリコーンおよび添加剤化合物を含む、膜材料を利用してもよい。これらとして、限定ではないが、膜またはジメチルシリコーンのためのシリコーンおよびポリカーボネートの組み合わせが挙げられる。限定ではないが、微小多孔性セルロース構造上のシリコーンまたはＰＤＭＳコーティングを伴う、複合膜を含む、他の膜ベースの材料が、利用されてもよい。膜加工は、微小加工または他の技法を介して完成されてもよい。好ましい技法として、液体形態における膜ポリマーを窒化ケイ素ウエハのような平坦表面上にスピンさせる工程が挙げられる。膜は、続いて、硬化、捕捉された気泡の除去、および固化の後、取り外されてもよい。他の技法として、限定ではないが、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスが挙げられる。これは、液体ポリマー膜をウエハ上に堆積させ、次いで、パターン化し、使用するために、ウエハ基板を除去し、膜を取り外すことを含む。
【００３３】
トラップチャンバ１４３、１４４、１４５は、各反応チャンバから放出されるＨ２Ｓガスが、浸透性膜１３１を横断して、対応するトラップチャンバの中に拡散するであろうように、反応チャンバ１２３、１２４、１２５の真下に位置付けられる。全３つのトラップチャンバ１４３、１４４、１４５は、アルカリ性溶液（１００ｍＭ  ＮａＯＨ、ｐＨ約９．５〜約１０）で充填され、浸透性膜１３１を横断して拡散する硫化水素ガスをトラップし、再溶解させる。好ましい実施形態では、トラップチャンバは、ＰＤＭＳから構築される。しかしながら、限定ではないが、一体鋳造、シリコンのＲＩＥパターン、および３−Ｄ印刷材料を使用した非多孔性チャンバの３−Ｄ印刷を含む、他の材料および構築プロセスが、利用されてもよい。
【００３４】
基部１５１は、好ましくは、プラスチックから構築される。しかしながら、限定ではないが、シリコン、窒化ケイ素、または金属材料を含む、他の基部材料から構築されてもよい。図２および３に描写される実施形態では、基部１５１は、隣接するトラップチャンバ１４３、１４４、１４５内にＨ２Ｓの電気化学検出のための交互嵌合型電極システム１５３、１５４、１５５を特徴とする。電極システム１５３、１５４、１５５はそれぞれ、作業電極、対電極、および基準電極を特徴とすることができる。作業電極は、金、銀、または白金等の不活性金属から構築されることができ、好ましくは、医療グレードカーボンファイバー（６μｍ直径；１２Ω−ｃｍ）である。他の実施形態は、電極用途のために、黒鉛または類似の薄シート材料の使用を含んでもよい。作業電極は、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内のサンプルへの暴露を可能にするように、縦方向に基部１５１内に固定されることができる。対電極は、好ましくは、金、白金、または炭素等の電気化学的不活性材料から構築され、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内で生じる酸化反応によって産生される電子を検出するために、作業電極（好ましくは、１ｍｍ〜５ｍｍ離して）に平行に基部１５１内に固定されることができる。基準電極は、好ましくは、試料と電気接触する、白金またはＡｇ／ＡｇＣｌワイヤから構築される。代替として、図７に描写されるように、基部１５１は、透明材料（例えば、プラスチック）から構築され、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内のＨ２Ｓレベルが、蛍光、化学発光、および比色検出を介して、検出されることを可能にすることができる。別の代替実施形態では、基部１５１は、透明材料から構築されることができる一方、また、電極システムを特徴とし、それによって、ユーザに、検出方法の選択肢を提供する。
【００３５】
動作時、サンプルは、キャップ１１１を穿通するための針を使用することによって、注入チャンバ１２１の中に堆積されることができる。サンプルは、均一体積において、それぞれ、第１の入口チャネル１２２ａ、第２の入口チャネル１２２ｂ、および第３の入口チャネル１２２ｃを介して、遊離硫化物反応チャンバ１２３、酸不安定性硫化物反応チャンバ１２４、および総合硫化物反応チャンバ１２５に伝送されるであろう。放出チャンバ１２３、１２４、１２５は、Ｈ２Ｓ浸透性膜１３１によって、その対応するトラップチャンバ１４３、１４４、１４５から分離される。遊離硫化物反応チャンバ１２３では、遊離Ｈ２Ｓガスのみが、膜１３１を横断して、遊離硫化物トラップチャンバ１４３の中に拡散するであろう。酸不安定性硫化物反応チャンバ１２４では、遊離Ｈ２Ｓおよび酸不安定性Ｈ２Ｓ群の両方が、膜１３１を横断して、酸不安定性硫化物トラップチャンバ１４４の中に拡散するであろう。総合硫化物反応チャンバ１２５では、全３つの群（遊離、酸不安定性、および結合スルファン硫黄）からのＨ２Ｓが、放出され、対応する総合硫化物トラップチャンバ１４５の中に拡散するであろう。トラップチャンバ１４３、１４４、１４５の中への進入に応じて、Ｈ２Ｓは、塩基性（ｐＨ約９．５−１０．０）条件の存在に起因して、そのガス状形態からＨＳ−形態に変換される。種々の群中のＨ２Ｓの濃度が、次いで、以下のように計算されることができる。遊離Ｈ２Ｓおよび総Ｈ２Ｓ濃度は、それぞれ、遊離硫化物トラップチャンバ１４３および総合硫化物トラップチャンバ１４５によって測定されるものに等しい。酸不安定性Ｈ２Ｓ量は、遊離硫化物トラップチャンバ１４３内で測定された量を酸不安定性硫化物トラップチャンバ１４４の量から減算することによって判定される。結合Ｈ２Ｓ濃度は、酸不安定性トラップチャンバ１４４濃度を総合硫化物トラップチャンバ１４５濃度から減算することによって判定される。このように、デバイスは、同時に、遊離Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓの酸不安定性量、結合スルファン硫黄の利用可能なＨ２Ｓ、および全体的総生体利用可能なＨ２Ｓを１つの試料から検出する。
電気化学検出
【００３６】
図２および４に描写されるように、硫化水素検出装置１００は、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内のＨ２Ｓの電気化学検出のために統合された電極システム１５３、１５４、１５５を有する、基部１５１を特徴とすることができる。生物学的化合物のインビボおよびインビトロ検出のために使用される現代の電気化学方法は、クロノアンペロメトリー（ＣＡ）および微分パルスボルタンメトリー（ＤＰＶ）である。ＣＡおよびＤＰＶは両方とも、３電極システム（基準、対、および作業）を利用する。ＣＡでは、作業電極電位は、一定に保持され（基準電極に対して）、電流が、時間の関数として測定される。優れた時間分解能および感度が、本技法を用いて達成される。しかしながら、電流源は、作業電極電位またはその下方において電解される、任意の種の重畳である、測定電流に対して判別されることができない。単一種濃度判定の場合、選択的作業電極が、使用されなければならない。
【００３７】
ＤＰＶは、従来のサイクリックボルタンメトリーおよびＣＡのハイブリッドである。感度は、ＣＡに類似するが、時間分解能は、低い。ＤＰＶは、線形に増加するパルス列である、作業電極に印加される電位を有する。パルスあたり電流差は、線形に増加する電圧の関数として記録される。電流は、パルス毎に、パルス印加直前の第１の点と、パルス終了時の第２の点の２つの点で測定される。本技法は、種の濃度に正比例するピークを伴う、曲線をもたらす。これは、溶液中の種の濃度判別を可能にし、その半波電位は、わずか４０〜５０ｍＶだけ異なる。
【００３８】
Ｈ２Ｓは、−０．１４Ｖにおいて酸化反応を有し、Ｆｅ（ＣＮ）６とのＨＳ−反応を通して２つの電子を産生し、全体的方程式Ｈ２Ｓ→Ｓ＋２Ｈ＋＋２ｅ−をもたらす。ＣＡおよびＤＰＶは両方とも、ＨＳ−酸化から発生される電子を検出することができる。また、両モダリティは、現代のポテンショスタット内に組み込まれるため、両方とも、最適電気化学検出を判定するために使用されることができる。ＣＡ検出の間、作業電極は、−０．２０〜０．３０Ｖに固定され、Ｈ２Ｓ／ＨＳ−を酸化させ、ＤＰＶの間、ある範囲の電圧が、印加される。電子検出のための電圧は、走査率５−１０ｍＶ／秒および走査インクリメント２−４ｍＶを用いて、−０．３Ｖ〜０．３Ｖを掃引しなければならない。パルシングパラメータの実施例は、パルス高さ２５ｍＶ、工程／降下時間１００ｍｓ、およびパルス幅５０ｍｓであるが、これらは、チップ性能に応じて、５０％変動してもよい。
【００３９】
図４は、作業チャンバ条件および電気化学検出方法論の一実施形態を図示する。Ｈ２Ｓの電気化学検出は、３つの別個のトラップチャンバ、すなわち、遊離硫化物トラップチャンバ１４３、酸不安定性硫化物トラップチャンバ１４４、および総合硫化物トラップチャンバ１４５において行われる。前述のように、遊離硫化物反応チャンバ１２３は、好ましくは、中性ｐＨ７．０にあって、酸不安定性硫化物反応チャンバ１２４は、酸性ｐＨ（ｐＨ約２．６〜約６）にあって、総合硫化物反応チャンバ１２５は、酸性ｐＨ（ｐＨ約２．６〜約６）にあって、かつ結合Ｈ２Ｓを単体分離するための１ｍＭ  ＴＣＥＰを有する。硫化水素ガスは、浸透性膜を横断して拡散し、塩基性条件の存在（ｐＨ約９．５〜約１０．０）に起因して、対応するトラップチャンバ内にトラップされるであろう。ＦｅＣＮは、ＨＳ−を酸化し、２ｅ−を産生するであろう。電気化学電位の変化は、埋め込まれた電極に連結されるポテンショスタットを使用して測定されることができる。ポテンショスタットは、好ましくは、銀エポキシを用いて電極に接着される銅ワイヤを介して、統合される電極システム１５３、１５４、１５５に連結されることができる。
蛍光、化学発光、および比色検出
【００４０】
図７に描写されるように、硫化水素検出装置１００は、代替として、蛍光、化学発光、および比色染料を介して、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内のＨ２Ｓレベルが検出されることを可能にするために、透明基部１５１を特徴とすることができる。限定ではないが、ジブロモビマン、モノブロモビマン、ベンゾジチオフェン、およびダンシルアジドを含む、ビマン化合物等の染料が、蛍光励起および発光分光分析と併用され、化合物を検出することができる。電子不足芳香族または他の求電子性化学物質との水素化合物反応は、可視光スペクトル内の色シフトを産生することができる。例えば、ニトロベンゾフラザンチオエーテル化合物は、反応し、５３４ｎｍで吸光スペクトル内のシフトを伴う、ニトロベンゾフラザンチオールを形成することができる。トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内に含有される水素化合物は、光子放出を促すオゾンまたは他の求電子性化合物との反応を通して、化学発光によって検出されることができる。
デバイス加工
【００４１】
本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置は、種々の材料および技法を利用して加工されることができる。好ましい方法の１つは、ＰＤＭＳを介して、層内に加工することである。ＳＵ−８ポリマーまたは類似構造を含む、ＰＤＭＳ以外の代替ポリマー材料も、利用されてもよい。酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）等の基材への添加剤が、採用されてもよい。これらの添加剤は、デバイスの毛細管作用を増加させることができる。他の方法として、限定ではないが、シリコンまたは銅等の金属の使用が挙げられる。例えば、好適な微小加工手技は、デバイス基板としての役割を果たす、バルク微小機械加工シリコンウエハを利用するものであろう。限定ではないが、３Ｄ印刷等の高度な印刷および処理を通した層毎の堆積を含む、代替加工プロセスも、利用されてもよい。鋳込を介した鋳造もまた、非浸透性材料を前提として、適切な構造を生成するために使用され得る。
【００４２】
好ましい実施形態では、本発明の硫化水素検出装置は、他のポリマー材料と組み合わせて、ＰＤＭＳ構造を利用して、層に構築される。例えば、図２に描写される硫化水素検出装置１００は、５つの層から成る。図２を参照すると、第１の層１１０は、ブチルゴムキャップ１１１を備えることができる。第１の層１１０に結合される、第２の層１２０は、注入チャンバ１２１、複数の反応チャンバ１２３、１２４、１２５、および入口チャネル１２２ａ−ｃを形成するための再使用可能金型から鋳造されることができる。第３の層１３０は、ＰＤＭＳ膜１３１を備えることができ、第２の層１２０に結合される。膜１３１の厚さは、使用される材料および採用される加工技術に応じて、変動されてもよい。第４の層１４０は、第３の層１３０に結合され、トラップ緩衝液（例えば、１００ｍＭ  ＮａＯＨ、ｐＨ約９．５〜約１０）で充填された複数のトラップチャンバ１４３、１４４、１４５を備える。好ましい構造では、第４の層１４０は、ＰＤＭＳ材料から切り出され、反応チャンバ１２３、１２４、１２５と整合される、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５を有する、ＰＤＭＳの１ｍｍ厚の区分である。第５の層１５０は、好ましくは、プラスチック基部１５１から成り、試験試料の電気化学検出のための交互嵌合型電極システム１５３、１５４、１５５を伴う。電極システム１５３、１５４、１５５は、微小加工技法を介して表面上に印刷され、第４の層１４０内のカットアウトによって形成される、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５と整合されることができる。第５の層１５０は、好ましくは、第４の層１４０より長く、装置１００上の電極へのアクセスを可能にする。例えば、第１の層１１０は、１０ｎｍ×２ｎｍであることができ、第２、第３、および第４の層１２０、１３０、１４０は、４０ｎｍ×２．５ｎｍであることができ、第５の層１５０は、５０ｎｍ×２．５ｎｍであることができる。チップ設計の他の実施形態は、それぞれ、より大きいまたはより小さい体積の検出を可能にするために、増加または減少寸法のいずれかを特徴とし得る。最後に、第５の層１５０は、第４の層１４０に結合され、空気が、注入および放出チャンバから排気される。
【００４３】
図６は、硫化水素検出装置１００の第２の層１２０を製造するための例示的プロセス２００を図示する。好ましいＰＤＭＳ加工では、窒化ケイ素ウエハが、工程２０１において提供される。工程２０２では、窒化ケイ素ウエハは、５００μｍ厚のＳＵ−８フォトレジストでスピンコーティングされ、軟焼成される。次に、ウエハは、リソグラフィックマスクを通して暴露され、暴露後、焼成される（工程２０３）。フォトレジストは、次いで、工程２０４において、現像およびすすがれる。工程２０５では、未硬化ＰＤＭＳが、金型上に注がれ、硬化される。好ましいＰＤＭＳポリマー構造では、鋳物は、工程２０６において除去され、注入チャンバが、工程２０７において、鋳物の全体厚を通して切り出される。酸不安定性（酸性ｐＨ約２．６〜約６．０）および総合硫化物（酸性ｐＨと１ｍＭ  ＴＣＥＰ）のために要求される化学反応緩衝液が、個別のチャンバ１２４、１２５の表面上に凝縮された溶液の蒸着によってコーティングされ、第２の層１２０を完成させることができる。ＰＤＭＳ材料の最終高さは、２０００ミクロンまでの高さを伴う設計されたチャネルを封入するために十分な高さであるべきである。設計特徴は、限定ではないが、１０〜２０００ミクロンまで変動する高さを伴う、１〜４００ミクロンの幅の範囲の毛細管チャネルから成る、高表面積を含む。しかしながら、当業者は、チャネル高さが、要求されるサンプル体積サイズに基づいて判定されることを理解するであろう。加えて、当業者は、前述のプロセスがまた、硫化水素検出装置１００の第４の層１４０を製造するために利用され得ることを認識するであろう。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
７５μｍおよび１５０μｍＰＤＭＳ膜を横断するＨ２Ｓの移送効率が、本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置の実施形態を使用して実証された。サンプルは、７５μｍＰＤＭＳ膜によって、１０ｍＭモノブロモビマン（ＭＢＢ）を含有するアルカリ性トラップチャンバから分離される、単一酸性反応チャンバの中に導入された。本実験は、１５０μｍＰＤＭＳ膜を用いて繰り返された。経時的Ｈ２Ｓ移送効率が、硫化物ジブロモビマン（ＳＤＢ）のＲＰ−ＨＰＬＣ検出によって測定された。図５は、ＨＰＬＣによる蛍光検出を使用して、異なる厚さのＰＤＭＳ膜を横断するＨ２Ｓの拡散を図示する。酸性反応チャンバからトラップチャンバの中へのＨ２Ｓの移送効率は、７５−μｍ膜および１５０−μｍ膜の両方に対して、ＭＢＢ検出器を使用して測定されるように描写される。硫化ナトリウムは、硫化物アニオンをＨ２Ｓガスに揮発させ、これは、膜を横断して拡散し、０．１ｍＭ  ＤＴＰＡを伴うｐＨ９．５の別個のチャンバ内にトラップされた。サンプルアリコートが、規定の時間において、トラップチャンバから採取された。硫化物の量は、第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３１３５４号（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるような蛍光ＨＰＬＣ分析を使用して検出された。図５に示されるように、約１５％移送効率が、７５−μｍ膜を使用して、１０分以内に生じた一方、約５０％移送効率が、１５０−μｍ膜を使用して、１０分以内に生じた。浸透性膜を横断するＨ２Ｓの移送効率は、硫化水素検出装置１００を較正するために使用されることができる。
【００４５】
（実施例２）
本発明の原理を例示する、硫化水素検出装置の実施形態が、電気化学、蛍光、または比色検出方法を使用して、試料中のＨ２Ｓの濃度を判定するために使用されることができる。そのような事例では、血液サンプルが、対象から得られ、ヘパリンリチウム（ＢＤ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ、カタログ番号３６７８８６）を含有するバキュテナー管の中に留置され、これは、次いで、血漿を赤血球から分離するために、直ちに、４℃、１５００ＲＣＦで、４分間、遠心分離される。血漿サンプルは、次いで、２６ゲージ針および１ｃｃ注入器を介して、装置１００の注入チャンバ１２１の中に注入されるであろう。サンプルは、吸い上げ作用によって、空気が取り除かれる、注入チャンバ１２１の中に押動され、そこでさらに、それぞれ、遊離硫化物、酸不安定性＋遊離硫化物、および総合硫化物検出のために、３つの平行反応チャンバ１２３、１２４、１２５の中に引き込まれるであろう。チャンバをコーティングする緩衝液成分が、血漿サンプル中に溶解し、反応が室温で生じるために必要な正しいｐＨおよび化学濃度を提供するであろう。約１５分後、硫化水素は、反応チャンバ１２３、１２４、１２５のそれぞれから単体分離され、膜１３０を横断して拡散し、個別のトラップチャンバ１４３、１４４、１４５内のアルカリ性緩衝液内にトラップされるであろう。検出は、次いで、３つの以下の方法、すなわち、（ａ）電気化学、（ｂ）蛍光、または（ｃ）比色のうちの１つによって遂行されることができる。
【００４６】
電気化学方法が採用されるべき場合、装置１００は、作業電極、対電極、および基準電極に対してそれぞれ１つの導線を用いて、ＶｅｒｓａＳｔａｔ４（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）等のポテンショスタットに接続されるであろう。微分パルスボルタンメトリー（ＤＰＶ）等の方法が、血漿サンプル中の硫化水素濃度の測定値である、信号を取得するために使用されるであろう。ＤＰＶパラメータのための典型的設定は、パルス高さに対して２５ｍＶ、パルス幅に対して５０ｍｓｅｃ、工程高さに対して１ｍＶ、および工程幅に対して１００ｍｓｅｃである。ピーク電流は、チャンバ毎に得られ、較正機能（実施例１参照）に基づいて、硫化物濃度に変換されるであろう。
【００４７】
蛍光方法が採用されるべき場合、装置１００は、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内の溶液中に溶解されたジブロモビマン（ＤＢＢ）等の蛍光染料を有するであろう。トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内の染料と硫化水素との間の反応後、蛍光が、適切な励起および放出波長を使用して測定されるであろう。ＤＢＢ染料が使用される場合、これらは、それぞれ、３５８ｎｍおよび４８４ｎｍである。蛍光は、定量化され、較正機能（実施例１参照）を用いて硫化物濃度に変換されるであろう。
【００４８】
比色方法が、使用されるべき場合、装置１００は、トラップチャンバ１４３、１４４、１４５内の溶液中に溶解されたニトロベンゾフラザンチオエーテル等の化合物を有するであろう。硫化物との反応に応じて、前述のように、５３４ｎｍにおいて吸光スペクトルのシフトを伴う、ニトロベンゾフラザンチオールを形成するであろう。吸光は、定量化され、較正機能（実施例１参照）を用いて硫化物濃度に変換されるであろう。
【００４９】
遊離硫化物、酸不安定性硫化物、結合スルファン硫黄、および総合硫化物は、次いで、以下のように計算されることができる。遊離硫化物および総合硫化物濃度は、それぞれ、遊離硫化物および総合硫化物トラップチャンバ１４３、１４５内で測定された量と等しいであろう。酸不安定性硫化物濃度は、「酸不安定性＋遊離硫化物」チャンバ１４４内で測定された濃度から遊離硫化物チャンバ１４３内の濃度を引いたものと等しいであろう。結合スルファン硫黄濃度は、「酸不安定性＋遊離硫化物」チャンバ１４４内で測定された濃度を総合硫化物チャンバ１４５内で測定された濃度から減算することによって見出されるであろう。
【００５０】
前述の説明および付随の図面は、本発明の原理、例示的実施形態、および動作モードを図示する。しかしながら、本発明は、前述の特定の実施形態に限定されるように解釈されるべきではない。本明細書に説明される実施形態の多くの修正が、前述の説明および関連付けられた図面に提示される教示の利点を有する当業者に想起されるであろう。故に、それらの実施形態に対する変形例が、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって成されることができることを理解されたい。
【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2016514839.tif 000011