JPH07502817A - 二酸化炭素検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二酸化炭素検出装置 本発明は、ある体積のガスが通常の周囲空気と比較して二酸化炭素の比率が増加 したという検出可能な指示を提供する装置に関する。このような装置はある数の 用途を有する。１つの主要な用途は、管が患者の気道（気管）の中に正しく配置 されたかどうかの指示を提供することである。

患者の気管の中に管を配置することが必要である多数の臨床的場合が存在する。

これは空気または酸素と他のガスとの混合物を患者の肺に供給するために実施さ れる。気管の中の管の正しい配置は非常に重要である。管が不注意にも食道の中 に配置される事故が報告されてきている。

気管の中の空気は約６％の二酸化炭素を含有するが、食道は二酸化炭素の濃度が 通常（約０　０３％）である空気を含有することが観察される。

空気の中の二酸化炭素の比率に比べて増大した二酸化炭素の比率の存在を検出す ることができるいくつかの指示装置が知られている。われわれの前のＰＣＴ出願 Ｗ０９１／０５２５２号は、測色指示部材を有する支持体からなる二酸化炭素の モニターを開示している。指示部材は、透明なポリマーのビヒクルと指示アニオ ンおよび親油性カチオンの塩との緊密な混合物である。

われわれは、今回、近位の雰囲気中の二酸化炭素濃度に対して応答する蛍光測定 感知媒質を有する二酸化炭素検出装置を案出した。本発明による検出装置の中に このような蛍光測定媒質を含めると、二酸化炭素の検出におけるこのような媒質 の感度が実質的に増強される。

したがって、本発明によれば、ポリマーのビヒクルとアニオン性蛍光測定色素お よび親油性有機第４カチオンからなる二酸化炭素感知媒質との緊密な混合物から なる指示部材からなる二酸化炭素検出装置が提供される。

大気中の二酸化炭素のレベルに対する感知媒質の応答は、蛍光測定色素により放 射する蛍光の強度の変動を包含する。蛍光の強度は、蛍光測定色素のプロトン化 する小部分に頼り、次いでこの小部分は二酸化炭素の圧力に対して直接比例する 。色素のプロトン化は、次のような親油性カチオンおよび二酸化炭素の両者を含 む反応を経て起こる。

ここで Ｑ４は親油性カチオンであり、そして Ｄ−は蛍光測定色素である （励起）＝５３８ｎｍ上　（放射）＝５３８ｎｍ上の反応から理解することがで きるように、二酸化炭素の圧力の増加は蛍光の減少を生ずる。二酸化炭素の濃度 の定量的指示を必要とする場モニターすることができる。

上の反応はカチオン／蛍光測定色素の錯体が二酸化炭素との反応で色素のプロト ン化された形態を発生する方法を例示する。蛍光測定色素は錯体の中でアニオン の形態であり、二酸化炭素の存在下に水分子からプロトンを容易に取り去る。こ のような相転移のメカニズムは、二酸化炭素の検出における色素の感受性を促進 するので、有利である。

好ましい蛍光測定色素は、１−ヒドロキシ−３，６，８−１−リスルホネ−）、 １．３−ジヒドロキシピレン−６，８−ジスルホネート、フルオレセイン、ウン ベリフェロン、４−メチルウンベリフェロン、３−ペンゾチアゾイルベリフェロ ン、７−ヒトロキシクマリンー３−カルボン酸、１−ナフトール−２−スルホネ ート、１−ナフトール−４−スルホネート、２−ナフトール−６−スルホネート 、７−ヒドロキシフラボン、７−ヒトロキシイソフラポン、３−ヒドロキシキサ ントン、３．６−シヒドロキシキサントン、７−ヒドロキシ−４−メチルクロモ ン、７−ヒトロキンレピドン、３−ヒドロキシアクリドン、ハルモルメトイオダ イドおよび２−ヒドロキシ桂皮酸を包含する。

とくに好ましい蛍光測定色素は１−ヒドロキシ−３，６，８−トリスルホネート からなる。１−ヒドロキシ−３，６，８−トリスルホネートは、毒性が低く、ｐ ｋ、値が７．３〜８．１であり（これは生理学的測定を実施するとき有利である ）、ストークスシフトが大きく　（プロトン化色素および非プロトン化色素の吸 収最大は、それぞれ、４０３および４５５ｎｍである、放射最大＝５１２ｎｍ、 ｐＨ２−１４）　、光安定性が高く、本発明による検出装置は、ある態様におい て、密閉された、気密なパッケージ、例えば、パウチまたはサツシュの形態で供 給することができる。このようなサツシュは金属化されたポリマーのフィルムか ら形成することができる。

本発明による検出装置を患者が正しく挿管されたかどうかを決定するために使用 するとき、このような密閉されたパッケージの中に滅菌された形態で検出装置を 提供することは好ましい。本発明のこの態様において、検出装置は好ましくはガ ンマ線滅菌可能な材料から成る。

カチオン／蛍光測定色素の錯体が延長した期間にわたって滲出しないか、あるい はそうでなければ相分離しないように、透明なフィルム形成性ポリマーのビヒク ルはカチオン／蛍光測定色素の錯体と相溶性であるべきである。透明なフィルム 形成性ポリマーのビヒクルはさらに加水分解的に安定であって、二酸化炭素の不 存在下に不都合なｐＨ変化を回避すべきである。ポリマーはさらに二酸化炭素に 対して透過性であるべきである。

加水分解的に安定なポリマーは水溶性であるか、あるいは有機溶剤に可溶性であ ることができる（後者は好ましい）。適当な有機溶剤に可溶性のポリマーの例は 、ポリビニルブチラール、ポリビニルメチルエーテル、ポリメチルメタクリレー ト、エチルセルロースおよびポリスチレンを包含する。

加水分解に対するすぐれた耐性を有する水溶性ポリマーの例は、ヒドロキノプロ ピルセルロース、メチルセルロース、カルボキンメチルセルロース、ポリエチレ ングリコール、ポリビニルアルコール（１００％の本発明の第１の面ば従うと、 ポリマーのビヒクルは好ましくは可塑剤を含有することができ、このような可塑 剤は二酸化炭素に対するポリマーの透過性を増強する。好ましくは、可塑剤は加 水分解的に安定性であり、そして水溶性であるか、あるいは有機溶剤に可溶性で あることができる（ポリマーのビヒクルに依存して）。

適当な有機溶剤可溶性可塑剤の例は、リン酸のアルキルトリエステル（トリブチ ルホスフェート、トリエチルホスフェートおよびトリスブトキンエチルホスフェ ートを包含する）、カルボン酸の分枝鎖状エステル、ことに第２または第３アル コールとのエステル（ジイソプロピルフタレートおよびジエチルへキシルセバケ ートを包含する）、スルファミド（ｐ−トルエンスルホンアミドを包含する）を 包含する。加水分解に対するすぐれた耐性を有する水溶性可塑剤の例は、アルコ ール（グリセリンおよびトリメチロールプロパンを包含する）およびエーテル（ 低分子量ポリエチレングリコールを包含する）を包含する。

本発明の第２面に従うと、ポリマーのビヒクルは実質的に可塑剤不含である。ポ リマーのビヒクルからの可塑剤の省略は、水性または高い湿度の条件下に使用す るとき、検出装置の蛍光測定特性を最適化することを理解することができる。な ぜなら、可塑剤添加したポリマーのビヒクルの「曇り」　（一般にくもりまたは 不透明性）がこのような条件下に起こり、定量的測定を困難とすることがあるか らである。

しかしながら、非可塑化ポリマーのビヒクルを含む検出装置は、可塑化ポリマー のビヒクルを含む検出装置のような効率よい応答および回復時間を示さない。こ れは、それぞれ、約２．６秒および３１秒である可したがって、ポリマーのビヒ クルの中に可塑剤を含めることの決定は、本発明による検出装置の要求される最 適な性質ついてバランスさせるべきである。

適当な第４カチオンの例は、アンモニウムのカチオン（ベンジルトリメチルアン モニウム、トリオクチルメチルアンモニウム、トリカプリルメチルアンモニウム 、テトラブチルアンモニウムおよびテトラヘキシルアンモニウムを包含する）お よびホスホニウムのカチオン（テトラフェニルホスホニウム、トリオクチルホス ホニウムおよびヘキサデンルトリブチルホスホニウムを包含する）を包含する。

好ましい第４カチオンはテトラオクチルアンモニウムイオンである。

第４カチオンの塩（アンモニウムおよびホスホニウム）は、カチオンがある種の 分子量（対称の脂肪族第４アンモニウムの場合においてほぼＣ２４）より上であ るとき、水中に不溶性となる。この現象は、色素および緩衝剤の成分を溶解およ び液状水により「洗浄除去」に対して不感受性とすることによって、非水性セン サーフィルムに増大した水抵抗を付与するために利用可能である。

好ましくは、検出装置の指示部材は、典型的には、支持体上に約２０ミクロンの 厚さのフィルムの形態で準備される。支持体は指示フィルムの中に移動すること ができる移動性成分を含まないようなものである。

等しく、支持体は指示フィルムからの成分の移動に対して抵抗すべきである。さ らに、支持体はフィルムに対して化学的に不活性であるべきである。

（例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレン）およびフルオロカーボン（例え ば、ＰＴＦＥ）を包含する。ポリマーを使用するとき、ポリマーは反応性または 移動性可塑剤、滑剤、酸化防止剤などを含むべきではない。支持体は簡単な管ま たは板の形態であることができる：１つの好ましい態様において、支持体はカテ ーテルのためのコネクターまたは接合体の形態である。本発明の他の態様におい て、支持体は両端が開いている管の形態であることができる；これは、患者が管 を通して呼吸しそして指示フィルムの中の蛍光の変化をモニターする方法におい て、吐き出した呼吸の二酸化炭素の含量をモニターするために使用することがで きる。この方法は、呼吸終期の二酸化炭素（すなわち、肺からの深い呼吸の最後 の吐き出しの中に存在する二酸化炭素）の決定に使用することができる。

本発明による二酸化炭素センサーは、フィルムとの接触前に空気から酸性化およ び酸化性ガスを除去する場合、二酸化炭素の濃度の長期間の連続的モニターに使 用することができる。これは（Ｄ炭酸と汚染する揮発性酸（例えば、硫黄の酸類 ）との間の中間のｐｋ、をもっ不揮発性酸の塩および（ｉ　ｉ）酸化防止剤また は抗オゾン剤を含む「ガード」または「スクラビング」装置を使用して達成する ことができる。センサーは、典型的には、６力月以上の保存寿命を有する。しか しながら、この保存寿命は、乾燥した環境または実質的に加熱に対して検出装置 のポリマーのビヒクルを長時間暴露することによって、減少することがある。

方法はアニオン性蛍光測定色素、親油性第４カチオンおよびポリマーを混合して 二酸化炭素の指示部材を製造し、引き続いて前記指示部材を硬化することからな る。

典型的には、指示部材を支持体上にフィルムとして流延し、そしてフィルムを硬 化すると、フィルムの厚さは約１００ミクロン（適用したとき）から約２０ミク ロン（硬化したとき）に減少する。

この方法において使用する典型的な試薬は、検出装置について実質的に記載した 通りである。

さらに、本発明によれば、前述の方法により得られる二酸化炭素検出装置が提供 される。

本発明を以下の実施例によりさらに説明する。この実施例において、本発明によ る二酸化炭素検出装置の製造方法、および検出装置のポリマーのフィルムの分光 光度測定の分析を記載する。

ここで添付図面を参照すると、 第１図は、本発明による検出装置の１つの形態を示す側面図である。

第２図は、気管の正しい挿管を実施する方法を示す簡素化した線図である。

第３図は、（ｉ）ＣＯ２（破線に示すように最大吸収３９４ｎｍ）および（１１ ）窒素（最大吸収４６７ｎｍ）に対して暴露したとき、本発明による感知の吸収 スペクトルを示す。

第４ａ図は％ＣＯ２および時間に対するフィルムの蛍光強度（励起波長４３０ｎ ｍ、放射波長５１７ｎｍ）の変動を示し、そして第４ｂ図は蛍光強度／％ＣＯ２ の形態のデータの引き続くプロットを示す。

第５ａ図は、変化するＣ　Ｏ２濃度の雰囲気に対して暴露したときの、によるセ ンサーからの出力を示す。

第２図を参照すると、頭および首の一部分が示されている３口２１に沿って、喉 頭蓋２２を通して気管２３への挿入は破線であり、正しい挿管の通路を示す。気 管の管が喉頭蓋を通過できなかった場合、それは食道２５に誤って入る。

第１図に示すような装置を気管に沿って通す場合、その先端が気管のゾーンに到 達するとき、装置は指示層により放射される蛍光強度の変化を発生することによ って、より高い二酸化炭素の含量に対して応答するであろう。反対に、この装置 の先端が食道の中に誤って配置された場合、蛍光強度の変化は発生しなであろう 。したがって、これは気管の管が気管の中に正しく挿入されたかどうかについて の簡単かつ有効な試験を提供する。

患者に正しい挿管したかどうかを決定するとき使用する装置を主として参照して 本発明を説明した：本発明によるモニターの他の用途、例えば、潜在的に危険で ある環境、例えば、船倉、タンクなどにおいて使用する個人的モニターとしての 用途が考えられる。

実施例 メタノール（２ｃｍり中の２．０７Ｘ１０−３モル／ｄｍ”の１−ヒドロキシ− ３，６，８−）リスルホネート（ＨＰＴＳ）　、メタノール中の０２モル／ｄｍ ３の水酸化テトラオクチルアンモニウム、２０ｃｍ３のエタノールおよび８００ ｍ３のトルエン中に溶解した１０ｇのエチルセルロースからなる溶液の１０ｇ、 および２ｃｍ’のトリス−ｎ−ブチル第１図に示すようｔＪス不透過性管の表面 上に、フィルム溶液からフィルムを流延した。流延するとき、フィルムはほぼ１ ００ミクロンの厚さの層であり（黄銅の鋳型を使用する）そして乾燥すると、約 ２０ミクロンの厚さに減少した。もちろん、約４０ミクロンのより厚いフィルム を製造することができるであろう。

このフィルムの分光光度測定および定常状態の蛍光測定分析を、それぞれ、パー キン・エル７　（Ｐｅｒｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ）ラムダ９ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ分 光光度計およびパーキン・エルマーＬＳ−５フルオロメーター／ホスホリメータ ーを使用して実施した。

このフィルムの測定において、時間の関数として、周囲ＣＯ２のレベルの急速な 変動に対して、約１２ｍ５の分解能の光学システムを使用した。このシステムは １００Ｗの石英−ヨー化物ランプおよびこれにカップリングした４３０ｎｍの干 渉フィルター（半バンド幅±４０ｎｍ）からなり、このフィルターを使用して薄 いフィルムの中の色素を励起した（励起ビームに対して直角）。フィルムのへり からの放射を５１７ｎｍにセットした高い分解能のモノクロメータ−（アプライ ド・フオトフイジラス（ＡｐＨｉｅｄ　Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ）、英国）に 通過させ、そしてその波長における放射の強度を光電子増倍管を使用して測定し た。応答および回復時間の測定において、急速切り替えガス投与システムを使用 した。

フィルムのプロトン化形態および非プロトン化形態の吸収スペクトルの分光光度 測定の比較を提供するために、フィルムを（ｉ）１００％の化形感をそのプロト ン化形態（最大吸収の波長−３９４ｎｍ）に完全に変換することができる。この 方法は可逆的でありそして１日の期間にわｌ：って多数回反復することができ、 フィルムの性能の劣化の証拠は存在しないことを容易に証明することができる。

フィルムのプロトン化およびその吸収スペクトルの測定を実施した。

第３図は、（ｉ）Ｃｏｗ（最大吸収３９４ｎｍ）および（ｉ　ｉ）窒素（最大吸 収４６７ｎｍ）に対して暴露したときの、フィルムの吸収スペクトルを示す。

第３図に示す吸収スペクトルを検査して、４３０ｎｍの励起波長を使用して、フ ィルムの蛍光強度へのＣｏ２の効果を研究した。なぜなら、４３０ｎｍの波長は 脱プロトン化形態の色素をもっばら励起し、したがってプロトン化形態の色素を 励起する複雑化因子を回避するからである。

フィルムの中にｐ−トルエンスルホンアミドする脱プロトン化ＨＰＴＳの励起さ れた形態のための蛍光は、５１７ｎｍに最大を有する（水溶液中のＨＰＴＳにつ いて５１２ｎｍに比較してわずかに赤色にシフトした）。次いで、フィルムの蛍 光強度を％ＣＯ２の関数として測定する放射波長として、５１７ｎｍを選択した 。

第４ａ図は％ＣＯ２および時間に対するフィルムの蛍光強度（励起波長４３０ｎ ｍ、放射波長５１７ｎｍ）の変動を示し、そして第４ｂ図は蛍光強度／％ＣＯ２ の形態のデータの引き続（ブ只ットを示す。

第４ｂ図に示す蛍光強度／％ＣＯ２のプロントは、直接センサー、すなわち、分 析物と「固定化された」試薬との間に１１の平衡が存在すりであった場合、生ず るであろう。

こうして、存在する％Ｃ○２とＩＱ”Ｄ−、ＸＨ２Ｏ］および［Ｑ”ＨＣＯ３゜ （ｘ　１）Ｎ２０．ＨＤｌ　との間の関係が次の表現により与えられる：％Ｃ０ ２ＸＫ＝　［ＩＱ’ＨＣＯｓ　−（ｘ−１）Ｎ２０．　ＨＤＩ　］／　［（Ｑ′ ″ＤミＸ［１２０＋］フイルムを引き続いてＣＯ２：Ｎ２の組成が５％：９５％ から０％＝１００％の２０秒毎に交互するガス流に対して暴露した；これは２つ の圧力アクチュエーター、ソレノイド活性化弁を使用して達成された。フィルム の蛍光強度の生ずる測定された変動から、フィルムについての０〜９０％の応答 （０％ＣＯ２〜５％Ｃ０２）および回復（５％Ｃ○２〜０％Ｃ○２）は、それぞ れ、４，３および７．１秒であることが発見された。

他の組の実験において、気相中の％Ｃ０２は時間とともに不規則的に変化し、そ してフィルムの応答をモニターして、本発明による検出装置を連続的ＣＯ２セン サーとしての使用のための可能性を推定した。同時に、気相中の％ＣＯ２を、ま た、商用カブノスタット、すなわち、赤外ＣＯ２検出装置（「呼吸終期ＣＯ２モ ニターＪ、１２６０型、ツバメトリック・メディカル・システムス・インコーホ レーテッド（Ｎｏｖａｍｅｔｒｉｃ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｉｎｃ 、）米国）を使用してモニターした。

カブノスタットおよびフィルムからの出力を、それぞれ、第５ａ図および第５ｂ 図に示し、そして合致の合理的程度は連続的ＣＯ２感知のために本発明による検 出装置が適当であることを示す。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．ポリマーのビヒクルとアニオン性蛍光測定色素および親油性有機第４カチオ ンからなる二酸化炭素感知媒質との緊密な混合物からなる指示部材からなる二酸 化炭素検出装置。
2. ２．前記蛍光測定色素が１，３−ジヒドロキシピレン−６，８−ジスルホネート 、フルオレセイン、ウンベリフェロン、４−メチルウンベリフェロン、３−ベン ゾチアゾイルベリフェロン、７−ヒドロキシクマリン−３−カルボン酸、１−ナ フトール−２−スルホネート、１−ナフトール−４−スルホネート、２−ナフト ール−６−スルホネート、７−ヒドロキシフラボン、７−ヒドロキシイソフラボ ン、３−ヒドロキシキサントン、３，６−ジヒドロキシキサントン、７−ヒドロ キシ−４−メチルクロモン、７−ヒドロキシレピドン、３−ヒドロキシアクリド ン、ハルモルメトイオダイドのいずれかからなる、請求の範囲１の検出装置。
3. ３．前記蛍光測定色素が１−ヒドロキシ−３，６，８−トリスルホネートからな る、請求の範囲１または２の検出装置。
4. ４．前記指示部材が支持体上に形成したフィルムの形態である、請求の範囲１〜 ３のいずれかの検出装置。
5. ５．前記フィルムが約２０ミクロンの厚さを有する、請求の範囲４の検出装置。
6. ６．ガンマ線滅菌可能な材料から成る、請求の範囲１〜５のいずれかの検出装置 。
7. ７．前記ポリマーのビヒクルがポリビニルブチラール、ポリビニルメチルエーテ ル、ポリメチルメタクリレート、エチルセルロースおよびポリスチレンのいずれ かからなる、請求の範囲１〜６のいずれかの検出装置。
8. ８．前記ポリマーのビヒクルがヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロー ス、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコ ールおよびポリプロピレングリコールのいずれかからなる、請求の範囲１〜６の いずれかの検出装置。
9. ９．前記ポリマーのビヒクルが可塑剤を含有する、請求の範囲１〜８のいずれか の検出装置。
10. １０．前記可塑剤がトリブチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリス ブトキシエチルホスフェート、ジイソプロピルフタレート、ジエチルヘキシルセ バケートおよびｐ−トルエンスルホンアミドのいずれかからなる、請求の範囲９ の検出装置。
11. １１．前記可塑剤がグリセリン、トリメチロールプロパンおよび低分子量ポリエ チレングリコールのいずれかからなる、請求の範囲９の検出装置。
12. １２．前記ポリマーのビヒクルが実質的に可塑剤不含である、請求の範囲１〜８ のいずれかの検出装置。
13. １３．前記第４カチオンがベンジルトリメチルアンモニウム、トリオクチルメチ ルアンモニウム、トリカプリルメチルアンモニウム、テトラブチルァンモニウム 、テトラヘキシルアンモニウム、テトラフェニルホスホニウム、トリオクチルホ スホニウムおよびヘキサデシルトリブチルホスホニウムのいずれかからなる、請 求の範囲１〜１２のいずれかの検出装置。
14. １４．前記カチオンがテトラオクチルアンモニウムからなる、請求の範囲１〜１ ３のいずれかの検出装置。