JPH09506284A - 流体分析用測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、注射器の形状をした容器（３）および容器壁（９）と統合または前記容器壁（９）に固着された少なくともひとつのセンサ（７）を具備する流体分析用の測定装置（１）に関する。前記容器（３）は採取装置（１４）によって少なくともひとつの開口部（５）を通して流体を内部に取り込むことができる。前記センサ（群）（７）は、流体が空洞（１０）に取り込まれるときに流体と接触するように配列されている。

Description

【発明の詳細な説明】 流体分析用測定装置 本発明は、採取装置として少なくともひとつのカニューレを通じて流体を採取 する注射器の形状をした容器と容器の空洞に採取される流体に接触するように容 器の壁中または壁上に設けられたセンサとを含む測定装置に関する。さらに、本 発明は、前記装置の使用方法に関する。 溶解イオンまたは溶解分子の濃度を化学的センサによって測定するために、調 査対象の溶液を本来の存在場所から取り出して、適切な容器に入れ、センサをそ の中に入れて測定する。 もうひとつの測定方法は、通過流体の原理に従って実施される。この場合には 、分析対象の溶液がセンサを通過して流れる。この目的の場合でも、最初に分析 対象溶液を取り出して、次いでセンサ上を通過させる。この形式の測定原理は、 たとえば、ジェイ・ルジカ、イー・エッチ・ハンセンの流体注入分析（Ｊ．Ｒｕ ｚｉｃｋａ，Ｅ．Ｈ．Ｈａｎｓｅｎ：Ｆｌｏｗ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−Ａｎａｌ ｙｓｉｓ）、ニューヨーク、ジョン・ウィリー・サンズ、１９８１年に記載され ている。これらの方法は両方とも、現代の分析で重視されつつある現場分析に対 しては限定された範囲でのみ有用であり、それは、これらの方法が非常に複雑で あり、熟練者を必要とするためである。分析用小板または検査用ストリップがこ れらの特殊な用途向けに開発された。 分析用小板は、様々な市場で入手できるシステム、特に血液試験に利用されて いる（たとえば、コダック エクタケム ＤＴ II システム、コダック・アーゲ ー、クリニッシュ・ヘミー、ポストハッフ ６０ ０３ ４５、スツットガルト （Ｋｏｄａｋ Ｅｋｔａｃｈｅｍ ＤＴ II Ｓｙｓｔｅｍ，Ｋｏｄａｋ ＡＧ ，Ｋｌｉｎｉｓｃｈｅ Ｃｈｅｍｉｅ，Ｐｏｓｔｆａｃｈ ６０ ０３ ４５， Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ））。この場合は、血液を先ず取り出してから、血液をピペ ットを用いて塗布する。次に、測定を実施する。 類似の方法は、電気化学的検査用ストリップを使用する測定で実施される。 このように、迅速現場分析では、試料を本来の場所から取り出して、第２段階 でセンサにかけている。 しかし、この操作方法は様々な分析、特に血液分析、有害物質および不安定な 物質の分析の場合は、不都合である。 感染性分析媒質の分析の場合は、たとえば血液では、滴状の血液に関する不注 意な操作のために、感染が発生したりまたは試料がこぼれることが起こり得る。 さらに不都合なことは、血液の滴を開放状態で扱うので蒸発または空気中の成分 の吸収によって、分析対象の濃度が変化する可能性があることである（たとえば 、ｐＨ値の変化）。最後に、多くの場合に、実際の測定前に校正を実施すること が望ましいが、その主な理由は前述の方法で使用される使い捨てセンサは再現性 のある方法で常に製造されるとは限らないためである。しかし、こうした校正は 前記の方法で実施することはできない。 ｉ−ＳＴＡＴセンサシステム（アイ−スタット コーポレーション ３０３エ イ カレッジ ロード イースト、プリンストン）（ｉ−ＳＴＡＴ Ｃｏｒｐｏ ｒａｔｉｏｎ ３０３Ａ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｒｏａｄ Ｅａｓｔ，Ｐｒｉｎｃｅ ｔｏｎ）は、この問題を解決するために開発された。この場合は、一度、センサ を流体用導管中のカートリッジに入れる。校正溶液は、カートリッジ中のプラス チック袋に入れられている。校正および分析は、複雑な測定方法に従って実施さ れ、最初に毛細管作用によって試料を流体用導管の前部に満たす。その時に、プ ラスチック袋がカートリッジ上の尖った部分の圧力で破られる。校正液がセンサ 上に流れる。次に、カートリッジにかかる圧力によって試料がセンサ上を通過す る。この測定システムを使用することによって迅速な現場測定ができるが、この システムは構造が複雑なので高価である。さらに、カートリッジに、直接に試料 採取することはできない。 この点を克服して、本発明の目的は、簡単で、費用効率が高く、再現性のある 現場分析を可能にする測定装置を提示することである。同時に、本測定装置を使 用することによって、正確な測定結果が得られるに違いない。 この目的は、請求項１の構成によって達成され、また、本装置の使用方法に関 しては、請求項１２以下の構成によって達成される。従属請求項は、さらに有利 な開発を示す。 その結果、本発明に従う注射器の形状の容器およびセンサを含む測定装置が提 示され、容器は分析すべき溶液（分析対象）などの流体を、少なくともひとつの カニューレを通して容器中に採取することができる。センサは、容器壁内または 壁面上に設けられており、容器に採取することのできる分折対象がセンサと接触 できるように設置されている。この結果、直接試料採取が可能である。本発明に よる容器は、貯蔵容器を含む少なくともひとつのプランジャを備え、貯蔵容器に は校正液を入れることができる。この方法によって、分析対象を直接、容器に採 取可能であり、このようにして、分析対象を、直接に本来の場所から採取して、 センサに送ることが確実に可能となる。 本発明に従う装置に不可欠な要素は、分析対象を直接に採取でき、容器に設け られたセンサに直接に接触させることができ、介在する処理工程がないことであ る。容器が注射器の形状に設計されているという特性によって、たとえば、血液 を注射器を使用して吸入して直接に患者から採取し、直ちに容器内に設置された センサに送ることができる。次に、測定を直ちに実施するか、または、図２およ び３の実施形態に示すように、流体を採取し一時的に貯蔵後に測定を実施する。 本出願の主題に関する不可欠な要素は、校正溶液を入れるための貯蔵容器を備 える少なくともひとつのプランジャを容器中に具備することである。この方法に よって、簡単、迅速、正確であり、かつ再現性のある測定が可能となる。類似の 方法は、すべての他の用途、たとえば、空気の直接採取による空気分析、または 他の液体、たとえば、水に同様に適用でき、水の場合は容器に配列された開口部 を経由して測定装置によって水を直接採取できる。測定装置は、貯蔵容器を伴う プランジャ、および同様に空洞内を移動可能な密封部材を備えることが好ましい 。第二の可動プランジャを密封部材の代わりに具備することも可能であり、この プランジャは貯蔵容器を備えることが好ましい。この方法によって、流体を採取 し、評価のみを後で実施することが可能である。この場合は、カニューレまたは カニューレ接合部を、流体が可動部分の間に生じる空洞（プランジャとプランジ ャまたは密封部材との間）に直接流入するように設計する。したがって、カニュ ーレは、少なくともひとつのプランジャまたは密封部材の中を通される。他の形 式と しては、カニューレまたはカニューレ接合部を外部から容器壁を通す形式が可能 である。 本測定装置においては、センサ（群）を容器の内部に連絡する開口を覆って容 器の外壁上に設置することが好ましい。本発明のこの実施形態は、特に好ましく 、それはセンサをそれ自体は先行技術によって既知の容器に取り付けること、す なわち、開口を設置しセンサを容器の外面に取り付けることは、工程および製造 技術の観点から極めて簡単であるためである。開口の寸法は、特定の目的に対し て選択したセンサによって異なる。要求されることは、容器空洞の内部を向いた センサの活性表面が開口を密閉して外部と遮断し、採取される流体が外部に全く 漏れないことのみである。この場合、センサ（群）は、容器内に摂取された流体 がセンサと接触できるように配置されている。一般に、比較的少量だけを分析す ることが望ましいので、測定装置も、容器の容積が１０μｌから１００ｍｌまで であるように選択される。もうひとつの有利な実施形態では、ひとつ以上のセン サを備えるセンサカードを注射器本体中に直接加工処理すること、または注射器 本体に直接様々な層を沈積させてセンサを生成することが可能である。 センサの選択は、解決する必要のある測定問題によって変わる。測定装置は、 センサが容器に統合できる限りは、それ自体は先行技術によって既知のすべての センサに対して使用可能である。適切なセンサは、たとえば、ＮＨ₄ ⁺、Ｃａ²⁺、 Ｈ⁺、Ｌｉ⁺、Ｋ⁺、Ｎａ⁺、ＮＯ₃ ^-用イオン選択性電極などのようなイオン性選択 電極、または尿素またはブドー糖用バイオセンサなどのようなバイオセンサ、ま たは酸素または重金属分析用センサなどのようなアンペロメトリーセンサである 。センサは、使い捨てセンサとして設計されることが好ましい。 さらに、本発明は、液体およびガス分析用の前記の測定装置の使用方法に関す る。本発明に従う測定装置は、特に血液分析に適している。この場合は、測定装 置は、たとえば、血液電解質、ブドー糖、尿素または酸素の分析に使用される。 他の適切な用途は水分析であり、この場合は特に重金属、酸素または農薬の分析 に適している。本発明に従う分析装置は、空気分析、たとえば、ＣＯ、ＣＯ₂、 またはアンモニアの検出にも使用できる。 さらにまた、本発明の特性、詳細、および利点は、下記に説明する図を参照し た本発明の好適な実施形態の説明から明らかになる。 図１は、本発明に従う測定装置の理論的構造であり、容器は注射器の形状であ る。 図２は、プランジャおよび可動密封部材を備える理論的構造 図３は、二つのプランジャを備える理論的構造である。 図１は、本発明の実施形態を示し、この場合、容器は使い捨て注射器として設 計されている。 測定装置１は、流体摂取用の開口部５を具備する注射器の形状の容器３を備え る。先行技術によって既知の医療用などに使用される使い捨て注射器は、注射器 状の容器として使用できる。この注射器は、基本的には先行技術により既知であ るが、測定装置１のために変更して、容器壁９の適切な点に開口１２を作り、ま た、センサ７を容器壁９の外側に取り付けた。図１に従う実施形態においては、 センサはカリウム感受性センサである。センサは、開口１２を覆うように配置さ れ、空洞１０の開口１２を密封している。摂取装置として、測定装置１は、プラ ンジャ１４を備え、プランジャ１４は貯蔵容器１５を備える。本発明のこの開発 によって、校正溶液を貯蔵容器１５に満たすことができる。この目的で、プラン ジャ１４の外側を向いた部分に開口部を設置することが可能で、これを通して校 正液を満たす。プランジャ１４の上側の部分を取り外し可能部分として設計する こともできる。さて、プランジャ１５を開口部５の方向に作動させたときに、セ ンサの活性表面が校正溶液に接触するように、容器壁９上のセンサの場所を定め る。これを、略図的に図１ｂに示す。したがって、測定するためには、プランジ ャ１４は作動してない位置（図１ａ）から下方に動く。この状態を、図１ｂに示 す。そこで、センサは貯蔵容器１５に収容された校正溶液を使用して校正できる 。測定を実施するためには、流体、すなわち分析対象を、開口部５に取り付けた カニューレ（図示してない）によって、流体の本来の場所から直接に採取して、 プランジャ１４によって容器３の空洞１０に取り込む。 こうして、調査する必要のある流体を、その本来の場所から直接センサに送る ことができ、中間処理工程を必要としない測定装置が入手可能となる。前記の実 施形態において特に有利である点は、校正を実施することおよび分析すべき流体 、たとえば、血液を採取することが、同時に、一工程で可能となることである。 容器の寸法は、調査する必要のある媒体によって異なり、図１に従う実施形態で は０．５ｍｌとなる。注射器自体は、従来注射器用に使用されてきた任意の従来 の物質より構成することができる。 センサによって得られた結果を評価するために、一方では、センサを直接に評 価装置に接続すること、または測定値を蓄積し、次いでそれを別に評価装置に送 ることが可能である。 図２は、測定装置２の理論的構造を示す。この場合は、プランジャ１６は少な くともひとつの貯蔵容器１７および密封部材１９を具備し、前記密封部材にはカ ニューレ１８が取りつけられ、測定装置２の空洞２０の中で移動可能である（図 １ａ）。カニューレ１８が閉鎖可能であるか、またはカニューレは取り外し可能 で接続部が閉鎖可能である。この配置は、流体を患者から採取し、次いで測定の 評価を別の測定装置で実施できるという利点がある。したがって、この場合は、 試料採取中は注射器を測定装置に直接に接続する必要はなく、試料は中間的に貯 蔵される。 採取は、可動プランジャ１６を引き上げる方法で実施するので（矢印の方向に ）、発生した空洞２０に流体が採取される。注射器はこうして充満させた流体と 共に一時的に保管可能であり、適切なときに外部評価装置で測定可能である。図 ２は、この状態を示す。測定は、プランジャ１６とともに下部の空洞２０中にあ る流体、および閉止しているカニューレ１８を一緒に移動させてセンサ６を通過 させて実施する。この場合、センサは最初に流体に接触し、次に校正溶液と接触 する。こうして、正確な再現性のある測定が可能となる。センサ６の位置を選択 して、作動していない位置にあるときに既に校正溶液と接触させることも可能で ある（図２ａ）。こうすることによって、センサが予め湿らされて、その後の測 定中に一層よく適応する。作動していない位置にあるときにセンサを予め校正溶 液と接触させるか否かは、使用する必要のあるセンサによって決まる。湿気の多 い条件で保管した方がよいセンサ（たとえば、酸素センサおよび基準電極など） もあれば、乾燥条件で保管した方がよいセンサ（たとえば、イオン選択性電極ま た はバイオセンサなど）もある。したがって、センサの位置決めは、当面している 測定問題によって影響を受ける。 図２の実施形態の変形としては、カニューレ１８を備える密封部材１９の代わ りに、同様に第二のプランジャを取り付け測定装置２の空洞２０内に配置し可動 とすることも当然可能である。この場合は、カニューレはプランジャを貫通して いるので、流体は同様に空洞２０内に流入できる。密封部材１９または第二プラ ンジャの動きを容易にするために、プランジャ１６上に示すようなウェブ（薄片 ）の形状の追加装置を取り付けることも可能であり、これによって第二プランジ ャまたは密封部材の動きが促進される。 この第二のウェブの手段によって、図２に従う構造の変形がさらに可能である 。すなわち、プランジャ１６より上にセンサを取り付け、次いで、測定溶液採取 中に流体と接触させることは可能であり、またプランジャ、流体、および校正溶 液を移動させてセンサを通過させ測定することも可能である。この方法は、試料 採取と測定の間の時間に、校正溶液を使用したセンサの調節が実施され、測定時 間が短縮される利点がある。 さらに、図３は、発明の主題の実施形態を示し、この場合は測定装置３は二つ のプランジャ２２および２３を具備し、各プランジャはそれぞれ貯蔵容器２６お よび２７を備える。操作方法は、図２について既に述べた方法に対応する。図２ の実施形態とは対照的に、カニューレ２４は容器壁２８に横からフランジで接続 されている。試料採取もまた、プランジャ２２を作動させて、カニューレ２４を 通して流体を採取する方法で実施する。こうして流体が、結果として生じた空洞 ２５に入る。この位置で（図３ｂ）、測定装置を保管状態としておくこともまた 可能で、必要により、適切な評価装置に接続する。測定もまた、前述の図２の方 法に従う。この目的で、プランジャ２６を押し下げると、プランジャ２３の校正 溶液および空洞２５中の流体ならびにプランジャ２２の校正溶液が移動して、セ ンサ８を通過する。図２の実施形態と同様に、ここでも第二プランジャ２３を容 器４の空洞２５中で相応じて誘導されるように作成するか、または移動を促進す るために他のウェブを追加して備えるかすることが可能である。ここでもまた、 図２の実施形態と同様に、センサをプランジャ２２の上方に配置すること、およ びウェブを使用することが可能である。こうして、流体の採取後に、すべてのプ ランジャおよび溶液を頂部から下方へ移動させると、この方法によって個々の溶 液が移動してセンサを通過する。この方法では、校正溶液によるセンサの調節も また、試料採取と測定の間に実施可能である。既に、図３で述べたように、カニ ューレ２４と空洞２５の間を封鎖することも可能である。これによって、流体の 輸送および貯蔵を保証することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 27/28 ３０１ 0275−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 27/28 ３０１Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．採取装置によって少なくともひとつの開口部を通して流体を導入可能である 容器を備え、さらに、前記容器壁に統合されるかまたは取り付けられた少なくと もひとつのセンサを備え、前記センサ（群）は空洞に採取される前記流体に接触 するように配置された流体分析用の測定装置であって、 前記容器が注射器の形状であり（１、２、４）、前記容器の空洞（１０、２０ 、２５）内で少なくともひとつの貯蔵容器（１５、１７、２６、２７）を備える プランジャ（１４、１６、２２、２３）を案内することが可能であること、およ び流体が採取装置としての少なくともひとつのカニューレ（１８、２４）を通し て前記空洞に取り込まれることが可能であり、前記センサ（群）（６、７、８） は前記貯蔵容器（１５、１７、２６、２７）中に含まれる校正溶液および前記流 体に前記プランジャ（１４、１６、２２、２３）の作動によって接触することが 可能であることを特徴とする流体分析用の測定装置。 ２．請求項１に記載の測定装置において、貯蔵容器（１７）を備えるプランジャ （１６）および前記空洞（１０、２０、２５）内で案内可能な密封部材（１９） を具備することを特徴とする測定装置。 ３．請求項１に記載の測定装置において、貯蔵容器（２６、２７）を備える二つ のプランジャ（２２、２３）を具備することを特徴とする測定装置。 ４．請求項１から請求項３までの少なくともひとつに記載の測定装置において、 前記カニューレ（１８、２４）またはカニューレ閉鎖具が、前記密封部材（１９ ）および少なくともひとつのプランジャ（１６）またはその一方を通して導通さ れることを特徴とする測定装置。 ５．請求項１から請求項３までの少なくともひとつに記載の測定装置において、 前記カニューレ（１８、２４）または前記カニューレ閉鎖具が、前記容器壁（９ 、 ２１、２８）を通して前記容器外部と導通されることを特徴とする測定装置。 ６．請求項１から請求項５までの少なくともひとつに記載の測定装置において、 前記カニューレ（１８、２４）または前記カニューレ供給口が、前記カニューレ （１２８、２４）の除去後に閉鎖可能であるように設計されることを特徴とする 測定装置。 ７．請求項１から請求項６までの少なくともひとつに記載の測定装置において、 前記センサ（群）（６、７、８）が、前記容器壁（９、２１、２８）の外側表面 に、前記容器の前記空洞につながる開口部（１２）経由で取り付けられることを 特徴とする測定装置。 ８．請求項１から請求項７までの少なくともひとつに記載の測定装置において、 前記センサ（群）（６、７、８）が、使い捨てセンサであることを特徴とする測 定装置。 ９．請求項１から請求項８までの少なくともひとつに記載の測定装置において、 前記流体が、血液または水などの液体、または空気などのガスであることを特徴 とする測定装置。 １０．請求項１から請求項９までの少なくともひとつに記載の測定装置において 、前記センサ（群）が、イオン選択性電極またはバイオセンサ、またはアンペロ メータセンサ、または光学的センサ、またはガスセンサであることを特徴とする 測定装置。 １１．請求項１から請求項１０までの少なくともひとつに記載の測定装置におい て、前記センサ（群）（６、７、８）が、ＮＨ₄ ⁺、Ｃａ²⁺、またはＨ⁺、または Ｌｉ⁺またはＫ⁺、またはＮａ⁺、またはＮＯ₃ ^-用のイオン選択性電極であること を特徴とする測定装置。 １２．請求項１から請求項１１までの少なくともひとつに記載の測定装置におい て、前記センサ（群）（６、７、８）が、尿素またはブドー糖または農薬検出用 のバイオセンサであることを特徴とする測定装置。 １３．請求項１から請求項１２までの少なくともひとつに記載の測定装置におい て、前記センサ（群）（６、７、８）が、酸素または重金属検出用のアンペロメ ータセンサであることを特徴とする測定装置。 １４．液体またはガスの分析用であることを特徴とする請求項１から請求項１３ までの少なくともひとつに記載の前記測定装置の使用方法。 １５．請求項１４に記載の前記測定装置の使用方法において、血液分析に使用さ れることを特徴とする使用方法。 １６．請求項１５に記載の前記測定装置の使用方法において、ブドー糖の血液電 解質または尿素または酸素の検出用に使用されることを特徴とする使用方法。 １７．請求項１４に記載の前記測定装置の使用方法において、水分析用に使用さ れることを特徴とする使用方法。 １８．請求項１７に記載の前記測定装置の使用方法において、硝酸塩または重金 属または酸素または農薬を検出することを特徴とする使用方法。 １９．請求項１４に記載の前記測定装置の使用方法において、空気分析用に使用 されることを特徴とする使用方法。 ２０．請求項１９に記載の前記測定装置の使用方法において、ＣＯまたはＣＯ₂ またはＮＨ₃が検出されることを特徴とする使用方法。