説明

センサーボード

本発明は、センサーボードに関し、同センサーボードは、本体材料を備えており実質的に互いに平行な2つの面を有するプレート状の本体と、少なくとも1つの光学センサーと少なくとも1つの非光学センサーであって、共に本体の同じ面に配置されているセンサーと、を備えており、本体は、本体材料の厚さがDの第1区域と、本体材料の厚さがDの第2区域と、を含んでおり、D>D>0であり、少なくとも1つの光学センサーは、第2区域に配置されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、本体材料を備えており実質的に互いに平行な2つの面を有するプレート状の本体と、少なくとも1つの光学センサーと少なくとも1つの非光学センサーであって、共に本体の同じ面に配置されているセンサーと、を備えているセンサーボードに関する。
【0002】
この文脈において、センサーボードという用語は、ボードの少なくとも一方の面に2つ又はそれ以上のセンサーを担持している中実材料のボードを意味している。
【背景技術】
【0003】
光学センサーは、幾つかの技術分野における試料分析用の分析装置、例えば、食品及び飲料品又は工業製品の品質を評価するための分析装置で広く使用されている。
【0004】
血液試料のパラメータの光学的生体外定量は、通常、血液ガス分析器、例えば、デンマーク、コペンハーゲンのRadiometer Medical ApS社により製品名ABL800 FLEXの名で製造販売されている血液ガス分析器、を使用して行われる。これらの分析器では、普通は光学センサーが内蔵型光度計ユニットとして組み込まれているので、空間が必要になり、その上、分析経路が長くなるため、またしても大量の試料が必要になる。
【0005】
測定に必要な血液の量を最小限に抑えようという傾向、これは、特に、その後も多くの試料が必要になる可能性のある重篤な患者や、使える血液の量が極僅かな新生児の場合に当てはまるが、その様な傾向があるため、例えば、できる限り少ない量で様々なパラメータを分析するためにできる限り多くのセンサーを提供することによって、分析経路を最小化することが求められている。
【0006】
他の用途でも、最小限の試料量を求める要望は、例えば、試料の抽出元の検体が希少又は高価である場合に関連の出てくることもある。このため、光学センサーを、センサーボード上の他のセンサーと組み合わせることができれば、極めて都合が良い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、少なくとも光学センサーを含んでいるセンサーボードであって、所望の分析に必要な全てのセンサーを担持することができ、同時に非常に小型化されたセンサーボードを提供することである。
【0008】
本発明は、更に、分析経路を最小化し、少ない試料量で信頼性のある結果を得ることができるようにする、センサーボードを提供している。加えて、本発明によるセンサーボードでは、光学センサーが設置されている区域の周囲にシールを必要としないため、製造工程が簡略化でき、漏出の危険性は著しく小さくなる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明による光学センサーボードは、少なくとも1つの一体化された光学センサーを備えており、光学センサーを一体化することにより、センサーに必要な空間が小さくなっている。
【0010】
而して、本発明によるセンサーボードでは、本体は、本体材料の厚さがDの第1区域と、本体材料の厚さがDの第2区域と、を含んでおり、D>D>0であり、少なくとも1つの光学センサーは第2区域に配置されている。
【0011】
第2区域の厚さDは、第1区域の厚さDと比べて薄い厚さである。しかしながら、第2区域の厚さDは、例えば、センサー又は他の材料を担持することに関しては、十分な第2区域強度を提供する厚さである。第2区域はセンサーボードの狭小部分しか占めていないのが望ましく、第2区域はセンサーボードの縁から離して設置されているのが望ましい。こうすれば、確実に、センサーボードは然るべく、使用中、十分な強度を維持することができる。
【0012】
センサーボードがプレート状であるとは、センサーボードが、薄いプレート又はシートの形状で、望ましくは実質的に矩形の形状を有しているという意味である。
【0013】
本発明は、不透明なセンサーボードの少なくとも限定された区域の厚さを、一般的全厚Dより小さい厚さDまで薄くすることにより、同センサーボードの当該限定区域を半透明にすることができるという、予期せぬ発見に基づいている。これまでは、センサーボードが半透明になる程厚さを削れば、センサーボードの強度に悪影響が出るものと想定されていた。
【0014】
上記想定に反して、センサーボードの強度を実質的に維持しながらも、センサーボードの少なくとも限られた区域の厚さを、D>D>0として、厚さDまで削ることができることが、今は明らかになっている。センサーボードの厚さは、第2区域を、厚さDまで、且つセンサーボードの当該区域が所望の波長の電磁放射にとって十分な半透明性を得る程度まで薄くした。
【0015】
第2区域の底部分、即ち、残っている材料は、光学センサーシステムにとって半透明な区域を形成していると見なすことができる。このようにして半透明な区域を作り出すことは、充填する必要のある通路が無くなるので、半透明な区域の周囲の充填が不要になるという利点をもたらす。これにより、漏出及び汚染の危険性は著しく小さくなる。
【0016】
前記光学センサーは、第2区域に配置されている光学センサーシステムと連絡しているのが望ましい。
【0017】
光学センサーシステムは、電磁放射のビームを放射するためのエミッターを備えているのが望ましい。放射された電磁放射は、光学センサーシステムの検出器によって直接的又は間接的に検出される。また、検出器は、反射された電磁放射又は電磁放射の変化を検出してもよい。電磁放射は、原理上は、紫外線光、赤外線光、可視光、X線など、どの様な波長のどの様な電磁放射であってもよい。
【0018】
無論、センサーボードは、必要に応じて、厚さDを有する2つ以上の第2区域を、光学センサー用に備えていてもよい。原理上は、厚さDを有する区域の数は無制限であるが、実用上は、その数は、1から約12個まで、又は2、3、4、5、6、7、又は8個に制限されるであろう。厚さDを有する区域は、切削、研削、穿孔、又はレーザー又は音波処理など、従来の手段で作り出すことができ、随意的に底部分に仕上げ研磨を施してもよい。センサーボードは、様々な層を一体に貼り合わせて積層構造にすることによって作り出すこともでき、例えば、第1の薄い半透明な層を、貫通穴を有するより厚い第2の層に重ねた構成でもよい。厚さDを有する第2区域は、第1の薄い層によって第2の層の貫通穴の位置に形成されることになる。
【0019】
厚さDを有する第2区域は、円形断面を有しているのが適しているが、楕円形、方形、矩形などの様な他の断面も適している。
【0020】
更に、代替実施形態では、センサーボードは、D<D<0、且つDはDと異なるとして、厚さDを有する区域を備えることも考えられる。異なる厚さD、D、Dなどを有する数個のその様な区域を検討してもよい。この様な実施形態は、例えば、それぞれ厚さD、Dなどの異なるボード厚さを必要とする異なる光学センサーを使用する場合に有用であろう。
【0021】
センサーボードは、センサーボードの第1面に配置されている複数の非光学センサーを備えているのが望ましい。複数の非光学センサーは、同じ面上の1、2、3、4、5、6、7個、又はそれ以上の複数の非光学センサーを備えていてもよい。ここで使用している非光学センサーという用語は、非光学的な尺度を使用して所望のパラメータの量を検出及び測定するために使用されるあらゆる種類のセンサーである。非光学センサーは、通常、1つ又はそれ以上の膜によって閉じられたカプセル内に1つ又はそれ以上の電極を備えている。同じ面に配置されている非光学センサーは、厚膜技法によって貼り付けられているのが望ましい。非光学センサーは、電位差測定センサー及び電流滴定センサーの中から選択されるのが望ましい。
【0022】
非光学センサーと光学センサーを組み合わせたこの構造によって、それぞれのセンサーが単独でユニットを構成している従来の分析器と比較して、非常に小型化されたユニットが実現される。而して、センサーに必要な空間はより少なくて済み、必要な試料サイズはより小さくて済む。
【0023】
厚膜装置に適した基材の役目を果たすために、本体材料は耐熱性を有しているのが好適であり、望ましくは200℃より高い温度、より望ましくは400℃より高い温度、なお一層望ましくは600℃より高い温度に対する耐熱性を有しているのが好適である。本体材料は、800℃より高い温度、或いは、更に1000℃より高い温度に対しても、耐熱性を有しているものが適している。センサーボードは、セラミック、ガラス、ポリマー、金属、又はそれらの組み合わせの様な数種類の材料で作ることができるが、センサーボードはセラミック材料で作られているのが好適である。セラミック材料は、アルミナ、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、及び類似の材料又はそれらの混合物から選択してもよい。この様な材料は、例えば、電気配線などの担持に関しては、優れた強度と特性を有することが知られている。現時点では、好適なセラミック材料はアルミナであり、これなら厚膜用途向けの優れた基板が得られる。
【0024】
厚さDは、通常0.3mmから2.5mmの範囲にあり、0.5mmから1mmの範囲にあるのが望ましい。
【0025】
本発明によるセンサーボード上の光学センサーの満足な特性を得るには、厚さDは、約0.5mmより小さいことが望ましい。更に、一層優れた特性を得るには、厚さDは、約0.05mmから約0.5mmの範囲内にあるのが望ましい。
【0026】
厚さDは、センサーボードの材料からルミネッセンスが生じて光学的測定を妨害する可能性を抑制できるだけの薄さであるのが望ましい。これにより、光学的システムのエラー発生源が減る。
【0027】
本発明による或る好適な実施形態では、センサーボードは、厚さDの第2区域に少なくとも部分的には重なる発光団の層で被覆されている。発光団は、センサーボードの厚さDを有する区域に直接貼り付けられているのが望ましい。
【0028】
或る好適な実施形態では、センサーボードの厚さDは、センサーボードの材料からルミネッセンスが生じて発光団から生じるルミネッセンスの測定を妨害する可能性を防止するか、或いは少なくとも大幅に低減するか又は抑制するように、十分に薄くなっている。この様にすれば、測定の更なるエラー発生源を解消することができる。
【0029】
光学センサーシステムは、発光団によって生成されるルミネッセンスを検出するための検出器を備えているのが望ましい。電気放射を印加するためのエミッターは、例えば、発光ダイオード又は電球であってもよい。照射源は、約519nmの範囲の波長の電気放射を印加するのが望ましい。発光団によって生成されるルミネッセンスを検出するための手段は、例えば、発光団によって生成される、波長が例えば約672nm以内の放射を検出することができる光学検出器が適している。発光団の材料は、試料と接触しているセンサーボードの面に貼り付けられ、試料内の成分が励起した発光団の材料を抑制し、励起状態の持続時間が短縮されるようになっているのが望ましい。
【0030】
更に、センサーボードの或る好適な実施形態では、厚さDは、発光団を励起するように調整された波長を有する電磁放射のビームの大部分が、センサーボードの厚さDの位置を透過できるように十分に薄くなっている。
【0031】
センサーボードの別の好適な実施形態では、光学センサーは酸素を測定するよう意図されており、発光団は、そのルミネッセンスが酸素で抑制される種類のものが望ましい。センサーボードが、例えば、血液の様な生理学的流体について測定するよう意図されている場合、数あるパラメータの中でも血中の酸素含有量を求めるのが望ましい。
【0032】
ルミネッセンスの抑制に基づく光学的方法を用いて試料内の分子酸素の含有量を求めることは、数年前から知られている。一般に、これらの方法は、適した発光団を酸素含有試料と接触させ照明に暴露した状態で、発光団のルミネッセンス強度及び/又はルミネッセンス持続時間を測定する段階を含んでいる。ルミネッセンスの抑制の基本的な特徴は、発光団の励起されてルミネッセンスを出している電子状態を酸素分子との衝突によって不活性化させることである。励起電子状態の発光団分子の平均数が酸素分子との相互作用によって減ってゆくにつれ、ルミネッセンス強度と発光団の励起状態持続時間は減少する。減少の大きさは、以下のシュテルン−フォルマーの式により、発光団と接触している酸素分子の数と関係付けられる。
【0033】
/M=1÷Ksv[O
上式のMとMは、それぞれ、酸素が存在しない状態と酸素が存在する状態での発光団のルミネッセンス強度又は励起状態持続時間を表す。[O]は、測定されたM値に対応する分子酸素の濃度を示す。KSVは、所謂シュテルン−フォルマー定数である。この式を使用し、酸素含有量が既知の試料と相関付けることによって、試料の酸素含有量を求めることができる。所謂ルミネッセンスの抑制による血中又は他の媒体中の酸素含有量の測光定量は、Jensenらへの米国特許第5,242,835号から知られており、同特許は、個々の試料の酸素定量のための生体外的方法による、単純な試料取り扱い原理に基づく、酸素の測光分析を開示している。米国特許第5,242,835号を、参考文献としてここに援用する。
【0034】
光学センサーは、流体試料に含まれる成分の分圧を検出するために、発光団層が流体試料と流体接触した状態に、配置されるように作られている。而して、発光団層は、分析経路の、分析される試料と接触する部分であるのが好適である。
【0035】
酸素濃度を求める場合には、発光団層として好適な材料は、パラジウム−ポリフィリン、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)−(ペンタフルオロフェニル)−ポルフィリン(PdTFPP)、を備えているのが望ましい。
【0036】
このため、或る好適な実施形態では、光学センサーは、試料内の酸素含有量を測定するように作られている。
【0037】
発光団を励起するように調整された波長を有する電磁放射のビームを放射するためのエミッターは、センサーボードの厚さDの第2区域のセンサーを担持していない面に設けられているのが望ましい。この実施形態では、エミッターと検出器は、センサーボートの同じ面に設けられており、而して、ボードと光学センサーが接続し易くなっている。
【0038】
代わりに、2つの相対するセンサーボードを、第1面が互いに向き合い、厚さDの第2区域同士が、電磁ビームが両センサーボードの厚さDの区域を透過できるように、互いに向き合うように、配置してもよい。
【0039】
この様な構成では、センサーボードは、1つ又はそれ以上の電気化学センサーも含んでいる光学測定セルとして機能することができる。この実施形態では、一方又は両方のセンサーボードが、1つ又はそれ以上の電気化学センサーを担持していてもよい。このやり方では、1つ又はそれ以上の光学センサー及び1つ又はそれ以上の電気化学センサーが小体積内に納まるため、結果的に、より少量の試料を光学センサーシステムで測定することができるようになる。
【0040】
本発明は、少なくとも1つの光学センサーが光学的検出器システムと相互に作用し合う、センサーボードの使用法にも関する。
【0041】
センサーボードは、流体試料内の酸素分圧を測定するのに有用である。特に、血液試料内の酸素分圧の測定に光学センサーボードを使用するのは好都合である。このため、光学センサーボードは、血液試料内の酸素含有量の測光生体外定量に使用するのに適している。
【0042】
これより図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明してゆく。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明によるセンサーボードを示している。
【図2】本発明によるセンサーボードを示している。
【図3】本発明によるセンサーボードを適用した光学センサーシステムの断面を示している。
【図4】光学センサーシステムの或る代替実施形態を示している。
【図5】光学センサーシステムの別の代替実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【0044】
図1には、本発明に従って使用されるセンサーボード1の図を示している。センサーボード1は、面6(下を向いていて図では確認できない)と面3を有している。2つの面6及び3は、実質的に平行であり、両者の間の距離は、センサーボード1の5と表示されている全厚Dを画定している。面3には、センサーボード1は、下方向の限界が底部分4によって定められている凹部2を有している。底部分4の厚さは、凹部2の場所でセンサーボードの全厚Dを削った結果であり、この厚さは、底部分4を電磁ビームに対して十分に透明とする厚さDまで薄くなっている。
【0045】
図2は、面6の側から見たセンサーボード1を示している。厚さDを有するセンサーボード1の区域は、発光団8の層で被覆されている。センサーボード1の第1面6の上には、5つの電気化学センサー要素7が表示されている。
【0046】
図1及び図2に描かれているセンサーボードは、優れた強度を提供するセラミック酸化アルミニウムで作られている。センサーボードは、長さ約4.3mm、幅約8mm、厚さD約0.8mmの寸法を有している。厚さDは、約0.1mmである。センサーボード1の薄い厚さDを有する部分を構成している凹部2の直径は、約2.8mmである。凹部2は、ダイヤモンドドリルでセンサーボード1を第2面3から第1面6に向けて穿孔することによって形成されている。センサー要素7は、厚膜技法によって貼り付けられている。
【0047】
図3は、面3に凹部2があり凹部2に底部分4が設けられたセンサーボード1を備えている光学センサーシステムの断面を示している。面6上の底部分4の区域には発光団8の層が貼り付けられている。底部分4の上方には、電磁放射源9と、傍らの、発光団8からのルミネッセンスを検出するための検出器10が示されている。ボードの5と表示されている厚さDが、明瞭に示されている。また、センサーボード1の面6は、所望のパラメータの定量のためのセンサー要素7を備えている。センサー要素7は、厚膜技法で貼り付けられている。図3は、更に、チャネル14の分析経路を構成している部分である相対するボード13も示している。ボード13は、同様に、センサー要素17を備えている。発光団8の層と、2つのボード1と13のセンサー要素7と17は、チャネル14を流れる試料と直接接触する。
【0048】
図4は、光学センサーシステムの或る代替実施形態を示している。このシステムは、本発明による2つの相対するボード1と1aを備えており、両ボードは、それぞれ、センサーボード1及び1aの5及び5aと示されている全厚Dと比べると、薄くなっている厚さDの底部分4及び4aを有する凹部2及び2aを有している。更に、センサーボード1の第2面6側は、厚さDの区域4を覆うように発光団8で被覆されており、且つセンサー要素7を備えている。
【0049】
センサーボード1の第2面3側には、電磁放射用のエミッター9が設けられている。センサーボード1aの第2面3a側には、検出器10が設けられている。
【0050】
図5は、図4の実施形態に類似した光学センサーシステムの別の実施形態を示しており、符号は光学的システムの同じ部分を指している。図4の光学センサーシステムは、厚さDを有する区域が発光団で被覆されておらず、2つのセンサーボート1と1aの間の空間が光学的測定セルの機能を果たしている点で、図5の光学センサーシステムとは区別される。而してボード1の第2面3に配置されているエミッター9から放射された電磁放射は、空間12内の試料を透過し、透過した放射は、ボード1aの第2面3aに配置されている検出器10によって検出される。また、この実施形態では、センサーボード1aは、センサー要素7aを備えている。
【0051】
無論、センサーボードは、分析素子、ポンプ、及び熱要素などの様な他の多くの部品を備えている分析装置の一部であり、それらの部品は全て当業者にはよく知られており、当業者であれば、センサーボードをそれら他の部品とどの様に組み合わせるかにも精通しているはずである。更に、当業者は、本発明によるセンサーボード及びそれらと連絡する光学センサーシステムの更なる実施形態を指し示すこともできるであろう。
【符号の説明】
【0052】
1 センサーボード
1a、13 ボード
2、2a 凹部
3、3a 第2面
4、4a 底部分
5、5a 全厚
6 第1面
7、7a、17 センサー要素
8 発光団
9 エミッター
10 検出器
12 空間
14 チャネル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
センサーボードにおいて、
−本体材料を備えており実質的に互いに平行な2つの面を有するプレート状の本体と、
−少なくとも1つの光学センサーと少なくとも1つの非光学センサーであって、共に前記本体の同じ面に配置されているセンサーと、を備えており、
前記本体は、前記本体材料の厚さがDの第1区域と、前記本体材料の厚さがDの第2区域と、を含んでおり、D>D>0であり、前記少なくとも1つの光学センサーは前記第2区域に配置されている、センサーボード。
【請求項2】
前記少なくとも1つの非光学センサーは、電位差測定センサー及び電流滴定センサーの中から選択されている、請求項1に記載のセンサーボード。
【請求項3】
前記少なくとも1つの非光学センサーは、厚膜技法によって作られている、請求項1又は2に記載のセンサーボード。
【請求項4】
前記本体には、複数の非光学センサーが配置されている、上記請求項の何れかに記載のセンサーボード。
【請求項5】
前記本体材料は、耐熱性を有しており、望ましくは200℃より高い温度、より望ましくは400℃より高い温度、なお一層望ましくは600℃より高い温度に対する耐熱性を有している、上記請求項の何れかに記載のセンサーボード。
【請求項6】
前記プレート状の本体はセラミック材料で作られている、上記請求項の何れかに記載のセンサーボード。
【請求項7】
前記厚さDは、0.8mmから2.5mmの範囲にある、請求項6に記載のセンサーボード。
【請求項8】
前記厚さDは、0.4mm未満である、請求項6又は7に記載のセンサーボード。
【請求項9】
前記厚さDは、0.05mmから0.3mmの範囲内にある、請求項6から8の何れかに記載のセンサーボード。
【請求項10】
前記光学センサーは、酸素センサーである、上記請求項の何れかに記載のセンサーボード。
【請求項11】
前記少なくとも1つの光学センサーは、発光団の層を備えている、上記請求項の何れかに記載のセンサーボード。
【請求項12】
前記発光団は、そのルミネッセンスが酸素によって抑制される、請求項11に記載のセンサーボード。
【請求項13】
前記発光団層は、パラジウムポルフィリンを備えている、請求項12に記載のセンサーボード。
【請求項14】
前記少なくとも1つの光学センサーは、光学的検出器システムと相互に作用し合う、請求項1から13の何れかに記載のセンサーボードの使用法。

【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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【公表番号】特表2010−525340(P2010−525340A)
【公表日】平成22年7月22日(2010.7.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−504453(P2010−504453)
【出願日】平成20年4月25日(2008.4.25)
【国際出願番号】PCT/DK2008/000156
【国際公開番号】WO2008/131769
【国際公開日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【出願人】(500554782)ラジオメーター・メディカル・アー・ペー・エス (20)
【Fターム(参考)】