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KR100293735B1 - 용해기체 조성물의 신속 평형화 방법 및 장치 - Google Patents

용해기체 조성물의 신속 평형화 방법 및 장치 Download PDF

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KR100293735B1
KR100293735B1 KR1019970700141A KR19970700141A KR100293735B1 KR 100293735 B1 KR100293735 B1 KR 100293735B1 KR 1019970700141 A KR1019970700141 A KR 1019970700141A KR 19970700141 A KR19970700141 A KR 19970700141A KR 100293735 B1 KR100293735 B1 KR 100293735B1
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KR
South Korea
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gas
reservoir
calibration
fluid
calibration fluid
Prior art date
Application number
KR1019970700141A
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English (en)
Inventor
알. 록스 이맨츠
더블유. 로저 조지프
제이. 피얼스 레이몬드
피. 제린 마이클
Original Assignee
데이비스 그레함
아이 스테트 코오포레이션
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Publication date
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Abstract

본 발명은 기체 평형 저장기중에 함유된 소정 기체 조성에 영향을 미치기 위한 수성 유체의 용해 기체 조성을 평형화시키는 장치에 관한 것이다. 상기 평형화된 수성 유체는 유체샘플중의 용해 기체의 조성을 결정하는 방법에 이용될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 교정유체의 평형화된 기체 조성을 제어하고, 혈액과 같은 유체 샘플중의 산소 및 이산화탄소와 같은 용해 기체의 농도를 측정하는데 이용될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
용해 기체조성의 신속 평형화 장치
[기술분야]
본 발명은 수성 교정(calibrant) 유체의 용해기체 조성물의 신속 평형화 장치에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 소정의 용해 기체 조성을 갖는 교정유체는 교정유체가 정지되어 있는 동안에 교정유체중의 용해 기체 조성을 제어함으로써 제공되는 것이 아니라, 교정유체의 용해 기체 조성을 바람직한 소정의 수순으로 빠르게 평형화시킴으로써 제공되어, 교정유체가 센서와 접촉하게 된다. 신규하면서 현저하게 효과적인 방법이 이하에 보다 상세히 설명된다.
[배경기술]
혈액기체 분석을 위한 산소 또는 이산화탄소 센서를 교정하는 방법은 공지된 조성물의 습식기체들을 이용하는 것으로 알려져 있다. 산소 및 이산화탄소의 농도는 임상측정을 위해 예기되는 수준의 범위내에서 선택된다. 일반적으로, 현재 사용되는 혈액기체 분석기는 하기의 조성을 갖는 습식기체를 이용한 2-포인트 교정방법이 요구된다: 0% 산소, 10% 이산화탄소, 질소평형; 및, 다음으로, 12% 산소, 5% 이산화탄소 및 질소평형. 산소농도를 측정하는 전류적정 센서는 “제로(zero)” 및 범위의 상한수준에서 교정된다. “제로” 교정은 어떠한 잔류 배경 전류라도 측정치로부터 공제시킬수 있기 때문에 중요하다. 이산화탄소 농도를 측정하는 전위차계 센서는 “낮은”수준 및 “높은” 수준에서 주로 교정된다. 교정에 있어 사용되는 기체 혼합물은 분석기에 직접 부착되어 있는 제압기가 장착된 실린더로부터 제공된다. 이러한 분석기는 일반적으로 벤치-탐식 기구이다.
더욱 구체적으로는, 참고문헌에 다음의 (i) 및 (ii)의 2상으로 이루어진 온도 무감각성 교정 시스템이 기재되어 있다: (i) 산소-함유 퍼플루오로카본 용액, 및 (ii)제 1상중의 이산화탄소-함유 및 용질-함유 불용성 수성상[참고문헌, Deetz et al, 미국특허 제 5,231,030호(1993년, 7월 27일자)]. 상기 용질은 이산화탄소-복합제, 에틸렌디아민, 중탄산염, 칼슘이온, 수산화이온 등을 포함한다. 다상 시스템은 “시스템의 저장 수명 동안에 바람직한 평형조건이 유지되는” 밀봉된 저장 대기하에 유지된다. 상기 시스템은 저장 동안에 대기의 조성을 엄격히 제어하며, 교정유체가 저장시 사용된 패키지로부터 방출된 후의 기체 조성에 대한 제어는 예기하지 않는다.
디쯔 등의 미국특허 제 5, 233, 433호(1993년 6월 29일)에 있어서도 마찬가지로, 샘플 “매체”중의 기체들의 농도를 주어진 온도 범위에 영향을 받지 않고 제어하기 위한 시스템이 기재되어 있다. 제어는 샘플 “매체” 그 자체보다도 온도변화에 더욱 민감한 “저장기”를 제공함으로써 달성된다고 기록되어 있다. 따라서 샘플 매체 및 저장기 둘다에 제공되어 있는 대기는 기체에 있어서, 샘플 매체보다 더 빠르게 온도변화에 영향받는 변화에 응답하도록 제조된 저장기의 내용물만을 거의 공급 또는 고갈된다. 이러한 방법으로, 매체로부터의 용해 기체를 공동 대기로 방출 또는 흡수하기는 구동력은 매체중의 용해 기체의 농도 변화를 온도 변화에 응답하여 감소하도록 조정한다[참조, 명세서의 요약 부분].
라우크스(Lauks) 등의 미국특허 제 5,096, 669호(1992년 3월 17일)에는 하우징, 센서, 유지수단 및 도관을 함유하는, 본 발명에 기재된 것과 유사한 처리기구가 개시되어 있다.상기 특허에는 또한, 기구의 센서를 교정하기 위한 파우치(pouch)-함유 교정유체가 개시되어 있다. 그러나, 본 발명 적용의 주요 내용은 개시, 교시 또는 시사되어 있지 않다.
한편, 엔저(Enzer) 등의 미국특허 제 4, 871, 439호(1989년 10월 3일)에는 하나이상의 기준(reference) 컨테이너 또는 교정용 전해질 용액을 포함하는 처리용 자체 교정 전극 패키지가 개시되어 있다. 시스템을 2-포인트 기초로 교정할 수 있도록 하기 위해 상이한 조성물을 갖는 2개의 컨테이너가 이용되는 것이 바람직하다. 산소 및 이산화탄소 전극쌍 또한 개시되어 있다. 버레이(Burleigh) 등의 미국특허 4, 734, 184호(1988년 3월 29일)에는 상기 엔저 등의 미국특허 제 4, 871, 439호에 개시된 내용과 같은 내용이 개시되어 있다.
소렌센(Sorensen) 등의 미국특허 제 4, 116, 336호(1978년 7월 26일)에는 “혈액기체 분석기의 교정 및/또는 분량제어를 위한” 기준액체를 함유하는 교절패킷(packet)이 개시되어 있다. 기준액체는 어떠한 기체 버블을 제외하고 가용성 기체-타이트(tight) 컨테이너내에 함유된다(액체에 있어서의 총압력은 기체 버블이 형성될 위험을 완전히 배제하도록 600mmHg이하로 유지된다.) 센서에 대한 기준액체 기체 조성의 평형은 개시, 교시 또는 시사되어 있지 않다. 또한, 상기 특허에는 패키지로 부터 기계로의 기준액체의 전달이 혐기성 분위기하에서 수행되어야만 되는 것으로 교시되어 있다. 또한, 상기 특허 4, 117, 336호에는 패키징 이전의 기준액체의 제조에 있어서만의 평형에 대해서만 언급되어 있다(실제로, 평형공정은 패키징이전에 500mmHg의 특정 압력에서 밤새 수행된다.).
버틀러(Butler)의 미국특허 제 4,062,750호(1977년 12월 13일)에는 박막 폴라로그라폭(polarographic) 산소 센서 제작용 미세제조방법이 개시되어 있다. 기체 투과층은 마크로- 또는 미세-제조방법에 의해 수립될 수 있음에도 불구하고, 개시된 구조물을 완전히 형성하기 위해서는 작업 및 기준전극 둘다가 요구되는 것으로 개시되어 있다. 또한, 상기 특허에 있어서 43행 이하에 실내공기를 이용한 재교정 방법 및 1-포인트 교정의 만족도에 대해 개시되어 있다. 그러나, 교정유체의 평형에 대해서는 개시되어 있지 않다.
또한, 다음의 참고문헌[Hahn, C E W., J. Phys. E: Sci. Instrum.(1980) 13: 470-482]에는 혈청기체 분석기의 역사적 발달상황에 대해 광범위하게 설명되어 있다. 섹션 3.2.4에는 양쪽 공기 및 액체중에서의 교정에 대해 기재되어 있다. 센서 자체의 근처에서의 유체 기체 조성에 대한 빠른 제어에 대해서는 주요 골자는 아니지만 서두에 언급되어 있다. 또한, 이산화탄소 및 질소 산화물 기체의 분압을 측정하기 위한 전극에 대해 개시되어 있다.
따라서, 저장중의 교정유체중의 용해 기체 조성에 대한 제어에 의존하지 않고 교정하는 방법이 요망되며, 이러한 방법은 제어하기 곤란할 수 있으며, 장기간 저장 동안에 그 신뢰성을 유지하기 어려울 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 혈청, 혈장 등의 생물학적 유체 샘플을 포함한 유체의 용해 기체 조성을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 하기의 (a) 내지 (d)를 포함하는 유체중의 용해 기체를 측정하기 위한 카트리지를 제공하는 데 있으며: (a) 센서 영역 및 교정유체 영역을 포함한 다수의 영역을 갖는 하우징; (b) 하우징의 센서 영역중에 위치되는 기체 센서, (b) 하우징의 교정유체 영역과 센서 영역을 연결하는 하나 이상의 도관, 및 (d) 소정 조성의 교정기체를 함유하는 기체 평형 저장기, 상기 저장기는 저장기와 접촉되게 되는 교정유체가 교정유체의 용해 기체를 상기 저장기중에 함유된 것들과 빠르게 교환되어 교정유체가 저장기중에 함유된 소정 조성의 평형 기체에 실질적으로 영향을 미치는 평형화된 용해 기체 조성으로 제공되도록 도관내에 위치된다. 또한, 평형화된 교정유체 및 샘플유체를 변위시킬 수 있는 구조를 갖는 도관 및 센서 영역은 기체 센서를 교차한다.
따라서, 본 발명의 목적은 또한 소정 조성의 기체로 충진될 수 있으며, 저장기와 그와 접하는 수성 유체사이에서의 기체를 빠르게 교환시킴으로써, 수성 유체중의 평형화된 용해 기체 조성이 저장기내의 소정 조성의 기체에 대해 실질적으로 영향을 미칠 수 있는 기체 저장기를 제공하는데 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 하기의 (a) 내지 (c)를 포함하는, 수성 유체의 용해 기체 조성의 빠른 평형을 위한 장치가 제공된다: (a) 하우징; (b) 수성 유체로 충진될 수 있는, 하우징내의 최소한 하나의 도관; (c) 소정 조성의 교정기체를 함유하는 기체 평형 저장기. 상기 저장기는 저장기와 접촉되게 되는 교정유체가 교정유체의 용해 기체를 상기 저장기중에 함유된 것들과 빠르게 교환되어 교정유체가 저장기증에 함유된 소정 조성의 평형기체에 실질적으로 영향을 미치는 평형화된 용해 기체 조성으로 제공되도록 도관내에 위치된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 하우징은 평면이고, 또한 다른 도관 및 영역, 특히, 하우징내에 샘플유체를 유지시키기 위한, 센서와 흐름 소통관계에 있는 제 2영역을 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 특히, 본 발명은 소정 조성의 공급원으로 작용하는 고체 또는 반고체상 물질로 충진되는 격실(compartment) 또는 소정 조성의 교정기체용 싱크(sink)를 포함하는 기체 평형 저장기가 고려된다. 실시예에 있어서, 물질은 실리콘 러버를 포함한다. 또한, 물질은 히드로겔을 포함한다. 추가로, 저장기는 헤드 스페이스 부재 또는 다수의 헤드 스페이스 부재들을 포함한한. 저장기 및 도관은 기체 투과막으로 임의로 분리될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 하기의 (a) 내지 (e)를 포함하는, 유체의 일부인 용해기체 조성을 측정하는 방법을 제공하는데 있다: (a) 기체 센서와 흐름 소통관계에 있고, 기체 평형 저장기, 예컨대 다수의 헤드 스페이스 부재들을 갖는 도관을 제공하는 단계, 상기 부재는 소정의 기체 조성을 가지며, 그 차원 및 구조는 부재들의 근방의 제 1유체의 일부인 용해 기체 조성의 평형을 빠르게 야기시켜 부재들의 소정 기체 조성에 반영되는데 효과적이다; (b) 유체의 일부가 기체 평형 저장기 및 기체 센서와 접하도록 도관을 제 1유체로 충진하는 단계; (c) 제 1유체에 대한 기체 센서의 응답을 기록하는 단계; (d) 제 2유체가 기체 센서에 접하도록 제 1유체와 제 2유체를 변위시키고 제 2유체에 대한 기체 센서의 응답을 기록하는 단계; 그리고 (e) 상기 응답을 제 2유체의 기체 조성에 관련시키는 단계.
본 발명의 목적은 또한, 하기 (a) 및 (b)를 포함하는, 유체 일부인 용해 기체 조성을 빠르게 평형화시키는 방법을 제공하는데 있다: (a) 소정 기체 조성을 함유하는 기체 평형 저장기를 가지며, 그 차원 및 구조가 저장기에 접하는 유체의 일부인 용해 기체 조성의 평형을 빠르게 야기시켜 저장기내에 함유된 소정 기체 조성에 반영되는데 효과적인 도관을 제공하고; (b) 유체의 일부가 저장기이 접하도록 도관을 유체로 충진시킨다.
본 발명의 상기의 목적 및 다른 목적은 상기 기재된 설명을 고려할 때 당해 기술분야의 숙련자들에게 명백해질 것이며, 이하 더욱 상세히 설명될 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1(a)도, 제1(b)도 및 제1(c)도는 기체 센서주위의 여러 방향으로 배열되는 일련의 헤드 스페이스 부재들을 포함하는 기체 평형 저장기의 구체예를 도시하고,
제1(d)도는 기체 센서위에 위치된 고체/반고체상 물질을 포함하는 기체 저장기의 하나의 구체예를 도시하고,
제1(e)도는 기체 저장기를 유체/도관 공간으로부터 분리하는 기체 투과막의 사용을 예시하고,
제2(a)도 및 제2(b)도는 교정유체가 센서영역아래에 위치한 영역에서 평형화된 후, 교정단계를 위해 센서영역위로 다시 끌어들여져서, 교정유체가 샘플 유체로 변위되는 시퀀스를 예시한다.
[신규 교정방법]
본 발명의 잇점은 혈청분석 시스템을 이용하는 의사들에게 소형이면서 휴대할 수 있고 사용하기에도 용이한 시스템을 제공한다는데 있다. 이러한 기술은 미국 특허 제 5,096,669호에 개시되어 있다. 그러나, 벤치-탑 분석기를 위한 상기 기재된 방법을 이용하여 그 내부에 포함된 산소 및 이산화탄소 센서의 종래의 2-포인트 교정을 위한 수단으로서 단일-사용 카트리지가 제공되는 본 발명에 있어 상당한 공학적 문제가 있음이 명백해질 것이다.
본 발명자들은 산소 센서를 미세 제작하여 제어시간 도메인중에, 즉, 건조 상태로부터 특정 시간 동안의 빠른 뚫-업(wet-pp)후에 상기 산소 센서를 사용함으로써, 장치-대-장치로부터 일정 배경 전류를 얻을 수 있음을 발견하였다. 이러한 기술은 “제로” 교정을 할 필요가 없는 상당히 효과적인 기술임을 발견하였다. 상기 기술은 또한 기능적 부재에 대한 “치수” 제어의 결핍으로 “제로” 교정의 수행을 필요로 하는 비-미세 제작된 장치의 교정을 위해 일반적으로 이용되어 온 방법에 비해 직접적인 기술이다. 뚫-업동안 미세 제작된 센서를 활용하는 방범에 대한 추가의 상세한 설명은 미국특허 제 5,112,455호에 기재되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세 제작된 전위차계 이산화탄소 센서는 장치-대-장치로부터 일정 아웃풋을 나타내도록 제어시간 도메인중에, 즉, 건조 상태로부터 특정시간 동안의 빠른 뚫-업(wet-up)후에 조작될 수 있음을 밝혀냈다. 이러한 방법은 단일-포인트 교정으로 이루어진다. 따라서 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 단일-포인트 교정 단계는 교정유체중의 용해 기체 조성을 37℃에서 150 mmHg의 산소 분압 및 30 mmHg의 이산화탄소 분압으로 빠르게 평형화시키고 교정될 센서를 평형화된 교정유체와 접촉시킴으로써 효과적으로 이루어진다.
소정 농도의 여러 가지 검체류(analyte species)(참조, 미국특허 제 5,112,455호)를 함유하는 수성 혼합물을 포함하는 교정유체의 평형화는 교정유체를 소정 조성 기체의 저장기에 노출시킴으로써 달성된다. 수성 교정유체가 본 발명의 장치 및 방법에 의해 빠르게 평형화될 수 있을지라도, 샘플유체(전형적으로는 전혈 샘플)는 그 산소농도가 기체 저장기와 접촉함으로써 영향을 받지 않도록 더 큰 산소 완충 작용력을 갖는 것이 일반적임을 주목해야 된다. 이하, 더욱 상세히 설명될 것이다.
상기 산소 완충 작용력은 약 100 mmHg 이하의 산소 분압을 갖는 혈청 샘플에 대해 적용되는 것이 일반적이다. 그러나, ρO2가 100 mmHg를 초과하는 일부 혈청 셈플(즉, 상기 혈청은 혈청의 완충 작용력 이상의 산소 웰을 함유한다), 예를 들면, 산소치료를 받고 있는 환자로부터의 샘플은 교정유체와 유사한 방법으로 평형화될 것이다. 이러한 상황하에서도, 미세 제작된 센서의 빠른 응답시간으로 혈청 샘플을 센서와 접촉시킨지 약 10초내에 정확한 측정이 이루어질 수 있기 때문에 용해 산소를 정확하게 측정해 낼 수 있다. 평형화를 위해 감소된 시간은 초과 산소가 저장기내에서 평형화되기 전에 정확히 측정할 수 있게 해준다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 일반적으로 직면하는 기압계 압력의 범위이상에서 조작되어야만 하기 때문에 주위압의 변화에 따른 측정을 교정해야 될 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, 장치가 760 mmHg의 주위압에서 공기중에 패키징되지만, 750 mmHg, 예를 들면, 더 높은 압력에서 개방되게 되어 있다면, 저장기중의 공기는 기체의 상대적 백분율을 변화시키지 않고도 750 mmHg로 빠르게 재조정될 것이다. 이러한 상황에 있어서, 저장기는 교정유체와 평형화되어 저장기중의 기체의 분압에 영향을 미치는 용해 기체 농도로 수득될 것이다. 산소의 경우 760mmHg의 20%이라기보다는 750 mmHg의 20%일 것이다. 기록기를 사용하여 주위압을 측정함으로써, 주위압의 변화에 따른 기록된 센서 아웃풋에 대해 교정이 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 교정유체는 교정유체가 도관에 도입된 후에 기체 평형화 저장기로 노출된다(기체 센서는 도관중에 존재된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 기체 센서는 전류적정 또는 전위차계 측정을 수행하기 위한 미세 전극어셈블리를 포함한다.). 바람직한 실시예에 있어서, 교정유체는 교정유체가 장기간 저장될 수 있는 저장팩 또는 파우치로부터 도관으로 도입된다. 평형화/교정화 단계가 분석기체 조성 측정 자체가 수행되는 시간에 수행된다는 것이 중요하다. 따라서, 파우치 내에서의 저장 또는 저장기간 동안에 제조되는 교정유체의 용해 기체 조성을 제어할 그 어떠한 노력도 필요치 않다.
본 발명의 장치 및 방법에 의해, 수성 교정유체의 용해 기체 조성은 분석 시점으로부터 매우 단시간 프레임내에(일반적으로, 20초 내지 3분내, 더욱 일반적으로는 60초내) 제어된다.
기체 저장기는 소정 조성의 교정기체를 보유할 수 있어서 상기 교정유체와 수성 교정유체 사이에서 기체가 빠르게 교환되어, 저장기와 접촉하여, 수성 교정유체의 평형화된 기체 조성이 저장기의 소정 조성의 교정기체에 실질적으로 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 형태로 제작될 수 있다. 근본적으로, 기체 평형화 저장기는 소정 조성의 기체를 함유하는 격실 또는 일련의 격실들을 포함한다. 상기 격실은 총 분압은 여러 가지 교정기체를 함유할 뿐이다. 때때로, 격실은 소정 조성의 기체중에 포화된 고체 또는 반고체상 물질을 함유한다.
예를 들면, 본 발명의 특정 실시예에 있어서 저장기는 기체 센서의 근방에 위치되는 소정 조성의 기체를 함유하는 다수의 헤드 스페이스 부재일 수 있다(제1(a)도 내지 제1(c)도 참조). 다른 실시예에 있어서, 저장기는 그 내부의 대부분의 기체(예를 들면, 이산화탄소, 산소, 질소 등)가 높은 용해성을 갖는 고체 또는 반고체상 물질일 수 있다(제1(d)도 참조). 적당한 고체/반고체상 물질에 대한 특별한 제한은 없지만 실리콘 러버, 다공성 프릿(frit), 히드로겔 등일 수 있다. 히드로겔은 물 및 친수성 중합체를 포함하는 친수성 겔을 의미하며, 상기 친수성 중합체에 대한 특별한 제한은 없지만, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈 등일 수 있다. 그러나, 상기 언급된 바와 같은, 상기 물질은 물질을 통한 기체의 유동이 커야만 된다.
또한, 기체 저장기는(헤드 스페이스 부재(들) 또는 고체/반고체상 물질을 포함하는 격실의 유무에 관계없이) 교정유체와 직접 접촉되거나 기체 투과막에 의해 분리될 수 있다(제1(e)도 참조). 본 발명의 기체 투과막은, 기체 저장기 또는 기체 센서와 접하는 교정유체 또는 샘플유체의 치수를 보다 잘 제어할 수 있는 특정 잇점을 제공한다. 또한, 기체 투과막은 교정유체가 기체 저장기, 특히 헤드 스페이스 부재의 형태로 존재하는 기체 저장기로 부적합하게 비말동반되어, 소정 조성의 기체가 기체 저장기로부터 바람직하지 못하게 배출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기체 저장기의 부피(예를 들면, 다수의 헤드 스페이스 부재의 조합된 부피, VHS)는 기체 저장기와 직접 접촉되는 교정유체의 최소한 일부분의 부피(예를 들면, 기체 저장기 바로 아래의 교정유체의 부피, VCF)에 대한 기체 저장기의 부피(VGR) 비가 약 0.5 내지 약 5의 범위내에 있을 정도가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 비가 약 1 이고, 1이상인 경우가 가장 바람직하다. 특정 실시예에 있어서, 카트리지는 약 0.5 내지 5μL, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 3μL의 범위내의 기체 용기 부피(예를 들면, VHS)를 갖도록 제공된다.
교정유체가 도관과 연결되게 형성된 분리 부재 또는 저장기보다도 도관의 특정 영역에 노출될 수 있다는 점도 주목된다. 예를 들면, 제2(b)도에 있어서, 교정유체는 센서를 정확히 커버링하도록 위치되고, 센서에 바로 인접한 도관의 일부에서 공기 세그먼트로 평형화될 수 있으며, 이 경우에는 헤드 스페이스 부재 아래에 위치된다. 따라서, 이러한 상황은 제2(a)도에 도시된 방법의 변형으로서 교정유체는 저장기 영역으로 먼저 전진된 후, 제2(b)도에 나타낸 위치로 끌어들여진다. 그러므로, 교정유체는 도관내의 기체-액체 경계면을 센서에 인접하게 위치시키는 것만으로 평형화될 수 있으며, 교정유체는 센서만을 정확히 커버링하게 된다. 헤드 스페이스 부재 또는 저장기에서도 마찬가지로, 상기에서와 같이 위치된 경계면을 갖는 교정유체는 도관의 인접부에 존재되는 소정 조성의 기체와 빠르게 평형화될 것이다.
기체-액체 경계면의 위치는 임의로(외관상 또는 광학센서를 이용하여) 제어될 수 있거나 기체 센서 자체의 응답에 의해 제어될 수 있다. 바람직하게는 도관은 경계면의 위치를 결정하기 위한 전도성 센서가 장착된다. 제2(b)도에 도시된 것처럼, 경계면은 기체 센서를 지나 바로 위치되는 것이 바람직하다. 적합한 전도성 센서에 대해서는 미국특허 제 5,200,051호에 개시된 바에 따라 제작될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 수성 유체의 용해 기체 조성을 빠르게 평형화시키는 방법을 제공하며, 이 방법은 도관내의 기체 센서를 교정시키는데 이용되고, 하기의 (a) 및 (b)를 포함한다: (a) 소정 조성의 기체를 함유하고 유체샘플중의 용해 기체의 농도를 측정하기 위한 기체 센서가 장착된 도관을 수성 유체로 충전시키고; (b) 수성 유체의 기체-액체 경계면을 기체 센서를 바로 지나서 위치시켜, 상기 경계면과 기체 센서와 접촉되는 수성 유체 부분 사이와의 거리를 실질적으로 최소화시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 기체 센서, 도관 및 교정유체 팩은 처리용 하우징내에 포함되고, 차례로 밀봉된 패키지중에 저장된다. 따라서, 본 발명은 밀봉된 패키지 내의 대기를 패키징 공정으로 비교적 쉽게 제어할 수 있다는 잇점이 있다. 예를 들면, 패키지 대기는 20% 산소 및 80% 질소를 함유하도록 설정될 수 있다. 그 결과, 기체 저장기중의 기체의 소정 조성이 20% 산소 및 80% 질소로 같을 것이다. 유체 용해 기체 분석을 수행할 때, 바람직한 처리용 하우징을 포함한 패키지가 개방되면서, 사전-패키징 제어된 대기가 방산된다. 그러나, 하우징 어셈블리 및 그 내부에 포함된 도관의 회로성 때문에, (사전-패키징 제어된 대기에 상응하는) 기체 저장기중에 존재되는 소정 조성의 기체가 충분한 시간(약 3분 내지 5분)동안에 거의 변화되지 않고 남겨져서, 조작자가 샘플유체를 처리용 하우징 어셈블리로 도입하고, 방출하여 바람직한 용해 기체 조성에 영향을 미치도록 교정유체를 평형화시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 패키지로부터 처리용 기구를 제거하고, 교정유체를 충진시키고, 기체 센서에 대해 교정유체를 평형화시키는데 요구되는 시간은 1분 내지 5분의 범위내에 있다. 바람직하게는 기체 저장기에 접하는 교정유체를 이끌어 내기 위해 패키지로부터 처리용 기구를 제거하는데 걸리는 조작시간은 약 2분이내이다. 본 발명의 기체 저장기는 패키지가 개방된 후로부터 최소한 3분 이상 동안 소정 조성의 기체를 보유한다. 만약 소정 조성물이 근본적으로 공기의 조성물이라면, 상기 소정 조성물은 무기한적으로 안정될 수 있음이 틀림없다.
[온도 효과]
액체중의 모든 기체의 용해도는 온도가 증가됨에 따라 감소된다. 혈액중의 산소 또는 이산화탄소의 분압을 측정하는 모든 기구는 37℃에서의 항온을 요구한다. 항온은 산소 측정에 있어 특히 중요하며, 헤모글로빈과의 결합은 온도에 대한 의존도가 상당히 높다. 명백하게는, 교정유체는 또한 37℃에서 항온되어야만 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 실온이하에서 저장될 수 있는 교정유체는 37℃의 온도로 빠르게 가열되어, 교정/평형화 단계 및 후속의 용해 기체 측정 단계 동안 유지된다.
바람직한 처리용 카트리지에 있어서, 센서, 교정물 및 샘플의 고온 항온은 센서 칩상의 저항 히터에 의해 달성된다. 당업자는 단일-사용 카트리지를 조작하는 장치가 배터리에 의해 동력화될 수 있음을 주목해야 된다. 따라서, 가열과 특별한 관계에 있을 수 있고, 가열이 언제 필요하고 어디에서 이루어지는지에 대해서만이 언급되어야만 한다. 그러나, 교정 및 샘플 측정이 수행되는 카트리지의 영역에서만이 가열이 요구된다.
단일-포인트 교정만으로 혈청기체를 측정하기 위한 수단을 고안하는데 있어서, 측정에 앞서 교정물 및 혈청샘플 둘다의 열적 히스토리를 이해하는 것이 중요하다. 그러므로, 교정물 팩에 구멍을 뚫고 교정유체를 고온 센서 칩과 접하도록 이동시킬 때, 교정유체로부터 용해 기체가 손실되는 경향이 있을 것이다. 사실상, 카트리지의 어셈블리는 교정물 팩을 약 1.1의 대기압으로 압축시켜 결과적으로 총압력을 감소시키기 때문에, 교정물 팩이 천공될 때, 유체를 탈기체화시키는 경향을 초래하기도 한다.
동맥혈액 샘플은 37℃에서 환자로부터 채취된 후 카트리지로 도입될 것이며, 카트리지에서 실온으로 냉각될 것이다. 냉각됨에 따라, 산소 친화성 헤모글로빈이 증가되고, 산소의 분압은 감소될 것이다. 혈액이 센서 영역으로 이동되면, 37℃로 재-가열되어 산소의 원래의 분압으로 회복되어야 한다.
[카트리지 디자인 및 헤드 스페이스 부재들]
상기 기재된 사항을 고려할 때, 교정유체에 접하기 용이한 일련의 헤드 스페이스 부재들이 혼입된 카트리지 디자인이, 주위압 및 주위온도 내지 생리적 온도, 예컨대 37℃의 범위의 온도에서 교정유체의 용해 기체 조성을 소정 수준으로 빠르게 평형화시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 단순히 본 발명의 카트리지 디자인내에 혼입시킨 헤드 스페이스 부재들의 근방에서 교정유체를 도입시킴으로써, 교정유체가 주위공기와 빠르게 평형상태로 되어, 용해산소 함량을 20%로 제공할 수 있음을 발견하였다.
또한, 본 발명의 헤드 스페이스 부재들은 유체샘플이 평형화된 교정유체를 센서로부터 변위시킨 후에 유체샘플중의 산소의 분압을 원래대로 유지시킴을 발견하였다. 상기에서 언급된 것처럼, 혈액, 혈장 또는 요(urine)를 포함한 다수의 유체샘플들은 본 발명에 따라 분석될 수 있다. 본 발명이 주위증기에 있어서의 교정 기계만을 포함하는 것이 아님에 역점두어야 된다. 더욱이, 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 주위공기를 교정유체중의 용해 기체 조성으로 제어시킬 수 있으며, 이는 또한 센서의 단일-포인트 교정을 수행하는데 이용된다.
주위공기를 이용하는 것이 가장 편리하지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 본 발명 의 설명으로부터, 유체의 형성된 용해 기체 조성을 제어하기 위해 기체의 어떠한 혼합물이라도 본 발명의 헤드 스페이스 부재들내로 도입되어, 후속으로 헤드 스페이스 부재들과 접촉 또는 근접될 수 있음을 인지할 것이다.
제1(a)도, 제1(b)도 및 제1(c)도는 센서에 근접하여 유체 도관내의 하나 이상의 헤드 스페이스 부재들을 배제시킨 카트리지 디자인을 도시한다. 상기 헤드 스페이스 부재들은, 바람직하게는 주위압에서 주위공기로 충진될 수 있고, 상기 부재들은 수성 교정유체와 먼저 접촉될 때, 충분한 산소 공급원(또는 싱크)을 제공하여 상기 유체를 빠르게 평형화시켜 헤드 스페이스 부재중의 기체들의 특정 혼합물의 주위 분압에 영향을 미친다. 그러나, 수성 교정유치가, 예컨대 혈청샘플에 의해 헤드 스페이스 영역으로 부터 변위될 때, 헤드 스페이스 부재중의 산소는 측정의 시간 스케일에 대해 혈청샘플중의 산소의 분압을 변화시키기에 불충분하다. 더욱이, 혈청중의 산소의 분압은 혈액의 더 큰 산소 완충작용력 때문에 좀처럼 변화되지 않는다. 따라서, 본 발명의 방법이 수성 유체와 관련한 혈액의 산소 완충작용력의 차이를 인식하고, 다수의 헤드 스페이스 부재들중에 함유된 공기를 상기 2-유형의 유체와 제어된 짧은 시간 동안 접촉시킬 때, 조작자가 더욱 유리하게 이용할 수 있다고 말할 수 있다. 전술한 내용이 일반적으로 사실일지라도, 산소 치료를 받고 있는 환자로부터 채취한 혈액샘플은 헤모글로빈의 완충작용력을 초과하여 상기 혈액중의 산소 수준을 가질 수 있다. 혈액이 교정유체처럼 작용될 수 있는 상기 경우에 있어서, 아웃풋 시그날을 교정물-대-유체 샘플 전이로 되돌려 외삽시키거나(참조, 미국특허 제 5,112,455) 또는 제1(c)도, 제2(a)도 및 제2(b)도에 도시된 것처럼 저장기가 센서 바로 위에 위치되지 않게 하여 저장기를 활용함으로써, (예컨대, 교정물-대-교정샘플 전이 직후 10이하에서 유체샘플의 측정을 지연시키는 것이 바람직하다면) 저장기와 혈액 샘플과의 평형을 고려할 필요성이 있을 수 있다.
다시 한번, 헤드 스페이스 부재가, 헤드 스페이스 부재로의 노출이 표준 수성 유체의 용해 기체 조성을 규정하기에 충분한 양의 소정 기체 조성을 함유하도록 제작되는 것에 주목한다. 만약 당업자가 주위공기, 예를 들면, 20% 산소로 평형화시키기를 원한다면, 헤드 스페이스 부재중의 산소의 농도는 기체 1리터당 0.2/22.4=8.9미리몰일 것이다. 37℃에서, 주위공기 평형화된 수성액은 약 0.26mM 산소일 것이다. 따라서, 만약 수성유체가 상기 수준의 약 25%내에 있다면, 헤드 스페이스 부재는 10%의 바람직한 수준내에 있도록 유체의 빠른 교정을 야기시킬 절도 이상의 충분한 산소를 갖게 될 것이다. 이것은 헤드 스페이스 부재와 센서 사이의 거리가, 예를 들면, 1 mm 미만으로 작고, 헤드 스페이스 부재의 용적이 평형화되는 유체의 부피와 거의 같음을 의미한다.
교정팩에 구멍을 뚫고 유체가 센서 위에서 배출될 때, 팩중의 공기의 일부 분획이 유체 앞쪽으로 이동되어 헤드 스페이스 부재들의 내용물을 잠재적으로 씻어낼 수 있음에도 주목해야 된다. 그러나, 헤드 스페이스 부재의 용적을 조정해 줌으로써, (i) 유체가 교정팩중에 존재되는 공기와 재-평형되지만, 주위압으로 다시 조정되는지, 또는 (ii) 유체가 헤드 스페이스 부재중의 원래의 공기와 평형화되는지를 제어할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
그 외의 측정에 있어서 결과가 빠르게 얻어지는지가 중요하다. 따라서, 제1(a)도 내지 제1(e)도에 도시된 실시예는 빠른 평형화를 가능하게 해준다. 속도는 확산만으로 기대되는 속도보다 훨씬 빠른 것으로 밝혀졌다. 그 이유는 가열함으로써 유체의 대류적 혼합을 유발시키기 때문이다.
도면에 도시된 특정 실시예들은 하기의 특성을 갖는다. 제1(a)도에 있어서, 헤드 스페이스 부재는 센서 바로 위에 위치된다. 그러나, 평형이 이루어질지라도, 근접한 유체중의 산소는 확산 및 대류에 의해 센서영역으로 운반된다. 제1(b)도에 있어서의 디자인은 센서주위에서 완전한 평형을 이루어지게 해준다. 제1(c)도는 교정유체가 손실 산소인 경우에만 유용하다는 것을 증명해 주는 다른 실시예이다. 또한, 제1(c)도는 혈액샘플이 헤드 스페이스 부재들과 접촉되지 않아, 혈액샘플이 센서 바로 위에 위치될 때 산소가 풍부해질 수 있음을 보여준다. 제1(d)도는 그 내부의 교정기체가 높은 용해도를 가지며, 그 전체를 통해 기체가 고속으로 확산되는, 고체/반고체상 물질을 함유하는 격실을 포함하는 기체 평형 저장기를 도시한다. 제1(e)도는 기체 저장기 격실을 도관과 분리시키는 기체 투과막을 도시한다.
제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명의 방법의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 교정유체가 먼저 센서를 지나 이동되어 헤드 스페이스 부재와 접촉됨으로써, 평형이 이루어진다. 그리고 나서, 교정유체는 센서로 끌어들여진다. 유체의 위치결정은 센서의 위치에 대해 유체의 위치를 탐지하는 전도성 센서에 의해 달성될 수 있다.
이상의 내용은 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 제공된 것으로서, 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 당해 기술 분야의 통상의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변경 또는 변화가 이루어질 수 있음을 이해해야 할 것이다.
[산업상 이용분야]
본 발명의 수성 유체의 용해 기체 조성을 평형화시키는 장치는 평형화된 수성 유체는 유체샘플중의 융해 기체의 조성을 결정하는 방법에 이용될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 본 발명의 장치는 교정유체의 평형화된 기체 조성을 제어하고 혈액과 같은 유체 샘플중의 산소 및 이산화탄소와 같은 응해 기체의 농도를 측정하는데 이용될 수 있다.

Claims (32)

  1. (a) 기체 평형 저장기와 별도로 용해 기체를 포함하는 수성 교정유체를 보유하는 교정유체 영역을 포함한 하우징; (b) 상기 교정유체 영역중에 보유된 상기 수성 교정유체로 충진될 수 있는, 기 교정유체 영역과 연결된 상기 하우징내의 하나 이상의 도관; 및 (b) 상기 수성 교정유체가 상기 도관내에 충진되어 교정유체가 상기 저장기와 접촉될 때, 상기 저장기중에 함유된 소정 조성의 교정기체에 실질적으로 영향을 미치는 평형화된 용해 기체 조성을 갖는 수성 교정유체를 제공하기 위해 상기 저장기중에 함유된 교정유체와 상기 수성 교정유체의 용해 기체를 교환시키도록 소정 조성의 교정기체를 함유하며, 상기 도관내에 위치되는 기체 평형 저장기를 포함하는 수성 교정유체의 용해 기체 조성의 신속 평형화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장기가 소정 조성의 교정기체의 공급원으로서 작용하는 고체 또는 반고체상 물질로 충진된 격실을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저장기가 소정 조성의 교정기체를 갖는 싱크로서 작용하는 고체 또는 반고체상 물질로 충진된 격실을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 물질이 실리콘 러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 물질이 실리콘 러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 물질이 히드로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 물질이 히드로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 저장기가 헤드 스페이스 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 저장기가 다수의 헤드 스페이스 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 헤드 스페이스 부재가 소정 조성의 교정기체의 공급원 또는 싱크로서 작용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 헤드 스페이스 부재가 소정 조성의 교정 기체의 공급원 또는 싱크로서 작용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제3항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. (a) 기체 평형 저장기와 별도로 용해 기체를 포함하는 수성 교정유체를 보유하는 교정유체 영역 및 센서 영역을 포함하는, 다수의 영역을 갖는 하우징; (b) 상기 하우징의 센서 영역중에 위치되는 기체 센서; (c) 상기 하우징의 교정유체 영역과 센서 영역을 연결하는, 상기 하우징내의 하나 이상의 도관; 및 (d) 상기 도관내에 위치되는 기체 평형 저장기를 포함하고, 상기 기체 평형영역이, 상기 저장기와 접촉되는 교정유체가 교정유체의 용해 기체를 상기 저장기중에 함유된 교정기체와 교환시켜, 교정유체를 상기 저장기중에 함유된 소정 조성의 교정기체에 실질적으로 영향을 미치는 평형화된 용해 기체 조성에 제공되도록 소정 조성의 교정기체를 함유하고, 상기 평형화된 교정유체 및 샘플유체를 변위시킬 수 있는 구조를 갖는 센서 영역 및 상기 도관이 기체 센서를 가로지르는 것을 특징으로 하는, 샘플유체중의 용해 기체의 농도를 측정하기 위한 카트리지.
  17. 제16항에 있어서, 상기 하우징이 평면인 것을 특징으로 하는 카트리지.
  18. 제16항에 있어서, 상기 교정유체 영역이 교정유체와 상기 기체 평형 저장기의 교정기체와의 접촉에 앞서 상기 교정유체와 상기 기체 센서 사이의 접촉을 방해하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  19. 제16항에 있어서, 상기 저장기가 소정 조성의 교정기체의 공급원 또는 싱크로서 작용하는 고체 또는 반고체상 물질로 충진된 격실을 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 물질이 실리콘 러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 물질이 히드로겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제16항에 있어서, 상기 저장기가 하나 이상의 헤드 스페이스 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 헤드 스페이스 부재가 소정 조성의 교정기체의 공급원 또는 싱크로서 작용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 기체 저장기와 직접 접촉되는 상기 교정유체의 최소한 일부분의 부피(VCF)에 대한 기체 저장기의 부피(VGR) 비가 약 0.5 내지 약 5의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  25. 제24항에 있어서, 상기 비가 약 1인 것을 특징으로 하는 카트리지.
  26. 제24항에 있어서, 상기 비가 1 이상인 것을 특징으로 하는 카트리지.
  27. 제24항에 있어서, VGR이 약 0.5 내지 5μL의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  28. 제24항에 있어서, 상기 VGR이 약 1 내지 3μL의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  29. 제16항에 있어서, 상기 저장기가 다수의 헤드 스페이스 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  30. 제19항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  31. 제22항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  32. 제29항에 있어서, 상기 저장기를 상기 도관으로부터 분리시키는 기체 투과막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
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