CN111512143A - 用于检测污染物存在或不存在的方法和传感器 - Google Patents

Abstract

在一个方面，本发明涉及一种检测样本分析仪(200)的测量室(201)中的污染物的方法。样本分析仪(200)包括光学传感器，该光学传感器具有包括发光体(201)的传感器层(205)，其中传感器层(205)具有传感器表面(206)，该传感器表面形成通向测量室(201)的界面。该方法包括以下步骤：用流体样本填充测量室；向传感器层中的发光体施加刺激；随时间的变化检测响应于刺激而从传感器层中的发光体发射的发光；获得检测到的发光的测量值的时间序列；基于该时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中第一参数和第二参数中的一者对传感器层和测量室之间的界面上的折射率的变化敏感，并且其中第一参数和第二参数中的另一者对传感器层和测量室之间的界面上的折射率的变化不敏感；基于第一参数的实际值为第二参数制定预期值；将第二参数的预期值与第二参数的实际值进行比较；以及基于该比较来确定污染物存在(或不存在)。在另一方面，本发明提供了样本分析仪，该样本分析仪被配置用于使用上述方法的实施方案来检测测量室中的污染物。

Description

用于检测污染物存在或不存在的方法和传感器

技术领域

在一个方面，本发明涉及检测样本分析仪的测量室中的污染物的方法，其中样本分析仪包括光学传感器，该光学传感器具有包括发光体的传感器层，其中该传感器层具有传感器表面，该传感器表面形成通向测量室的界面。

在特定方面，本发明涉及检测体液分析仪诸如血液分析仪中的污染物的方法，该分析仪包括被配置用于测量体液参数诸如血液样本中的氧气的分压的光学传感器；并且涉及体液分析仪诸如血液分析仪，该体液分析仪包括具有此类光学传感器的测量室以及信号处理器，该分析仪被配置用于检测测量室中的污染物。

根据另一方面，本发明涉及用于检测测量室中的污染物的光学传感器。

根据又一方面，提供计算机实现的检测样本分析仪中的污染物的方法，以及可加载到样本分析仪的信号处理器中的对应软件产品。同样在该方面，该样本分析仪可以是体液分析仪，诸如用于分析例如全血样本的血液分析仪。

背景技术

通过相应的分析物传感器测量液体样本中分析物的物理参数的分析仪广泛用于各种工业，诸如食品工业、环境工业以及医疗和临床行业。为了确保准确精密的结果，需要不断详细检查此类分析仪和相关联传感器的性能。这通常包括使用标准参考液体进行的精细校准和质量控制程序，其中标准参考液体包含组合物定义明确的相应分析物。准确精密地操作分析仪系统对于分析体液诸如全血中分析物的物理参数的临床分析应用而言极其重要。除了要求准确性、精确度和可靠性之外，用于临床应用的此类分析仪系统还受到其它关键约束，诸如在较短时间内获得测量结果，以及通过非常小的样本体积提供高度可靠结果的能力。

所有这些约束的组合与血液分析仪尤为相关。血液分析仪对各种参数进行测量以用于分析哺乳动物受试者的血液，例如用于建立和/或监测受试者的生理状况。通常，哺乳动物受试者为人类患者。在多种情况下，期望测量例如哺乳动物受试者全血样本中血液气体的分压、血液样本中的电解质和代谢物的浓度，以及血液样本的红细胞压积值。例如，测量pCO₂、pO₂、pH、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、葡萄糖、乳酸盐、肌酐、尿素和血红蛋白以及血红蛋白衍生物值是评估内科患者状况的主要临床指征。目前存在用于进行此类测量的多种不同分析仪。此类分析仪能够执行精密测量以提供最有意义的诊断信息。

为了在所执行的每个分析中使用尽可能少的患者血液，用来分析血液样本的测量室优选地相对较小。当必须在相对较短的时间量内获取相对较大量的样本或血液量有限(如新生婴儿)的情况下，使用少量血液样本执行血液分析十分重要。例如，重症监护患者需要15-20次/天的采样频率以测量血液气体和临床化学物质，这导致在患者评估期间可能大量失血。此外，为了限制必须执行的测试数量，希望在完成每个测试时收集尽可能多的信息。此外，出于同样的原因，这些测量以及从这些测量获得的对应分析结果的可靠性也非常重要。因此每个测量通常经受使用不同冲洗、校准和/或参考液体的校准和/或质量控制程序，并且测量室在每次测量后经过彻底冲洗以避免对任何后续测量造成污染。

然而，血液分析仪尤其是在具有非常小的测量室的系统中的血液分析仪的常见问题源于全血样本中凝块的存在。凝块可导致形成堵塞物，从而阻碍、阻塞或甚至完全阻挡测量室的流体通道。此类凝块可严重影响测量结果或甚至导致损坏测量室/传感器组件。已知系统可因此监测异常填充和排放程序，以例如生成警报、制止流体处理基础设施进一步将流体馈送至测量室，以及请求冲洗和/或启动自动冲洗程序。例如，可通过液体传感器监测测量室的填充，液体传感器用于检测：在测量上游入口处液体界面通过以及相应地随后液体在预期填充时间之后出现在测量室下游出口处。意料不到的行为，例如预期填充时间已过去但未在出口液体传感器处检测到液体界面，可导致警报和/或启动冲洗/维护程序。此外，通过设计经过测量室的简单流动路径可阻碍沉积物的形成并且可有利于冲洗/洗脱。

虽然实施了用于检测测量室中是否存在凝块的此类策略，并且经证明该策略对血液分析仪系统的可靠操作最有用，但本发明人发现并非所有人为因素均可通过这些策略和检测技术得以解决。发明人确实已经确认，另外人为因素可能由于凝块引起，基于例如流动行为的已知凝块检测例程无法检测出该人为因素。尽管如此，并未显著影响测量室的填充和排放流动的凝块可能导致给定样本的至少一些分析物的物理参数严重失真，从而导致不准确的分析结果。为此，需要快速可靠地检测血液分析仪中潜在人为因素的任何此类另外起因，以确保测量的准确性和精度并且避免浪费宝贵的患者血液。此外，此类其它人为因素也可更一般地出现在液体样本分析仪中。为了解决人为因素的此类附加原因，发明人在据此以引用方式并入的共同未决的专利申请WO2017/108646A1和WO2017/108647A1中提出了用于通过分析传感器响应与预期行为的偏差来检测凝块的不同技术。WO2017/108646A1中公开的凝块检测涉及基于预期变化的方法，即来自至少两个传感器的测量结果的线性回归，其中与预期变化的偏差指示凝块。WO2017/108647A1中的凝块检测公开了这样的方法：其中凝块可被视为具有用于摄取和排放分析物的容量的贮存器，从而每当在凝块与周围液体样本之间存在分析物浓度的梯度时通过充当分析物源或分析物槽而导致污染。

然而，仍然需要用于检测液体样本分析仪的测量室中的污垢或其他污染物的另外技术，以便进一步改善所获得的测量结果的可靠性，特别是当使用非常小的样本体积时和/或当使用具有有限可用性的样本时，如上文已经讨论的。

一种类型的分析物传感器是具有与测量室接触的传感器层的光学传感器。传感器层对设置在测量室中的流体样本中存在的分析物的量敏感。光学传感器还包括用于光学读出传感器层对分析物的存在的响应的仪器。读出装置通常包括用于向传感器层提供刺激的装置；用于收集响应于刺激从传感器层发射的辐射，并且还用于将所收集的发光辐射转移到光学传感器的检测装置的光学元件，诸如透镜和/或光波导部件。刺激通常是辐射源，诸如激光器或发光二极管(LED)，其被布置和配置为向传感器层提供光学探测辐射。光学传感器可例如具有荧光淬灭类型。发光淬灭型传感器的传感器层包括由所提供的刺激(诸如引导至传感器层的激发辐射)激发的发光体。除了别的以外，激发的发光体沿着辐射通路弛豫，从而发射发光，该发光在刺激终止时随特征寿命衰减。选择发光体，使得发光通过用作所谓淬灭剂的分析物的存在而淬灭。因此，由传感器层发射的发光的特征寿命取决于存在于传感器层中的分析物的量。发光淬灭分析物浓度的增加导致观察到的发光寿命的减少，而浓度降低导致寿命的增加。为了提供适当的结果，测量通常在平衡条件下进行，即，以使得传感器层中分析物的浓度对应于样本中的浓度的方式在测量室中提供流体样本，例如，通过传感器层和存在于测量室中的任何流体之间的分析物的扩散交换。光学传感器还可包括用于在光被检测装置接收之前对从传感器层收集的辐射进行光学选择和/或分析的任选装置，诸如光学滤光器和/或光学放大器。检测装置将检测到的发光辐射转换成对应的信号。因此，光学传感器被配置成提供表示其被敏化的分析物的量的信号。然后，来自光学传感器的信号通常被提供给样本分析仪中的处理装置以进行模拟和/或数字信号处理，被传递到另外的存储装置以作为测量数据存储，在输出处显示和/或呈现为分析结果。

举个传感器的例子，该传感器在血液分析仪中使用时，对患者的健康和安全尤为重要，它是确定氧气分压(pO₂)的传感器。用于血液气体测量(诸如用于pO₂测量)的此类光学检测器从例如US5,564,419A中已知。从pO₂测量获得的结果可直接影响患者的治疗，特别是在急救或重症监护情况下。pO₂传感器可以是具有传感器层的光学传感器，该传感器层包括对样本中的氧气的存在敏感的发光体。血液分析仪的pO₂传感器的污染将影响测量并因此增加患者错误治疗的风险。

因此，还需要快速可靠地检测样本分析仪中潜在人为因素的任何此类另外起因，以确保测量的准确性和精度。具体地讲，为了在不延迟的情况下验证这些测量，需要关于样本分析仪中的测量可靠性(诸如用于测量体液参数)的快速反馈，即使不是立即反馈。

因此，本发明的目的是提供以改善的灵敏度和/或响应时间检测测量室中的污染的另外方法，以及适于执行具有改善的灵敏度和/或响应时间的这样的检测方法的系统。根据另一方面，另外的目的是提供检测方案，该检测方案允许快速且可靠地检测源于测量室污染的无效人为因素的改善的性能。

发明内容

本发明的第一方面涉及检测样本分析仪的测量室中的污染物的方法，其中样本分析仪包括光学传感器，该光学传感器具有包括发光体的传感器层，其中该传感器层具有传感器表面，该传感器表面形成通向测量室中的流体样本的界面，该方法包括以下步骤：

-用流体样本填充测量室；

-向传感器层中的发光体施加刺激；

-随时间的变化检测响应于刺激而从传感器层中的发光体发射的发光；

-获得所检测到的发光的测量值的时间序列；

-基于时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中第一参数和第二参数中的一者对传感器层和测量室之间的界面上的折射率的变化敏感，并且其中第一参数和第二参数中的另一者对传感器层和测量室之间的界面上的折射率的所述变化不敏感；

-基于第一参数的实际值为第二参数制定预期值；

-将第二参数的预期值与第二参数的实际值进行比较；以及

-基于比较确定污染物的存在或确定污染物的不存在。

填充测量室的样本空间，以便使传感器表面与样本流体接触，并且目的是对流体样本执行测量。本发明的重要优点是认识并解决沉积在形成光学传感器到测量室的界面的传感器层表面上的少量污染物的显著性。本方法允许检测在测量室的样本空间中污染物的存在。更具体地讲，该方法对光学传感器的传感器表面上污染物的存在敏感，并且能够对光学传感器的污染状态和相邻样本空间提供即时反馈。此外，通过连续分析时间分辨的发光数据并向测量系统/用户提供关于测量的质量和用于分析流体样本的样本分析仪的内部状态的几乎瞬时反馈，污染物检测适用于质量监测目的。

如本文所用，术语“污染物”是指流体样本中可能干扰将对流体样本执行的测量的任何物质。如本文所用，术语“流体”是指“液体”和“气体”。污染物的示例可以是先前测量的液体样本的液滴残留、测量室壁上的沉淀和/或液体样本中出现的气泡(例如，由于液体样本未正确填充测量室)等。本发明的方法在可重复使用的测量室(即，多用测量室)的情境下特别有用，该测量室在单次使用之后(即，在对单个流体样本执行测量循环之后)不被丢弃，而是被清空、冲洗并再次用新的流体样本填充。然而，还可设想在一次性测量室的情境下使用污染检测方法，该一次性测量室在流体样本上的测量循环之后被丢弃，例如以确保在执行实际测量之前清洁和/或正确填充一次性测量室。

传感器层是透明的，并且具有形成朝向样本空间的前侧界面的传感器表面。前侧界面与流体样本接触。从背侧，即从背离样本空间的侧面进行光学探测。通常以激发光的形式给出刺激，该激发光从背侧被引导至传感器层，以便在传感器层中产生发光体的激发部分。激发的发光体分子在发光光的发射下弛豫回到基态，这也可从背侧观察到。因此，光学传感器还包括用于检测和配准从发光体发射的发光并因此观察传感器层对施加的刺激的响应的仪器。

不依赖于传感器层和测量室之间的界面上的折射率的变化的参数可被称为“内在”参数。因此，“内在”参数代表发光体染料的弛豫过程的“内在”特性/性质，该弛豫过程涉及在检测到的发光辐射起源处的辐射复合，基本上与其中嵌入发光体的光学结构无关，特别是相对于与传感器表面处的测量室的界面的光学性质的变化不变。

在传感器层内生成发光辐射。沿朝向样本空间的方向发射的辐射在透明传感器层和样本空间之间的光学界面处被反射。因此，背反射的发光辐射有助于被收集用于检测的辐射。反射取决于界面的光学性质，其在一侧由传感器层的光学性质确定，并且在另一侧由样本空间中的与传感器表面接触的物质的光学性质确定。因此，背反射辐射包括关于与传感器表面接触的任何物质的光学性质的信息。因此，这些物质可通过它们的光学性质来区分。更具体地讲，任何污染物和流体样本因此可通过折射率的任何差值来区分。

至少部分地依赖于传感器层和测量室之间的界面上的折射率的变化的参数可至少部分地被称为“外在”参数。因此，“外在”参数对检测到的发光辐射的部分敏感，该部分对其中嵌入发光体并且从其收集发光体的结构的光学特性敏感。具体地，外在参数对传感器层和测量室之间的界面的光学性质的变化敏感。

为了确定传感器表面上存在或不存在污染物，从使用光学传感器的光学探测测量的时间序列获得第一参数和第二参数的实际值。因此，第一参数和第二参数通过它们所起源的发光而在物理上相关。然而，这两者中的一者可根据污染状态而变化，这影响传感器层与样本空间之间的界面的光学性质，如上所述。为了便于区分光学传感器表面的不同污染状态，提供参考信息。预先准备对一种或多种参考流体的参考测量，以针对一种或多种参考流体中的每一种建立第一参数和第二参数之间的独特关系。合适的参考流体可以是具有已知光学特性的任何液体和/或气体样本，诸如具有如在用于QC或校准目的的医学样本分析仪中常用的已知组成的水性溶液，被制备成预定状态的空气，氮气，惰性气体诸如氩气等。针对一种或多种已知的污染状态执行参考测量。通常，用干净的传感器表面(即，在传感器表面上不存在任何污染的情况下)执行参考测量，该表面因此仅与相应的参考流体接触。参考测量结果提供参考信息，该参考信息可被存储或以任何其他方式使处理器可访问以供稍后使用。参考信息可以以任何合适的形式合并和/或存储，例如以参数化关系制成表格，和/或作为描述用于至少一种已知污染状态的第一参数和第二参数之间的关系的公式中的一个或多个系数，该至少一种已知污染状态最优选地为传感器相对于至少一种参考流体的上述清洁状态。因此，样本分析仪被配置用于基于第一参数和第二参数中的另一者的实际值来制定第一参数和第二参数中的一者的预期值。然后将所制定的预期值与第一参数和第二参数中的另一者的实际值进行比较。在两个值如预期匹配的情况下，确定不存在污染。如果观察到第一参数和第二参数中的另一者的预期值与实际值之间的不匹配，则可以推断出传感器表面的污染。

有利的是，根据一些实施方案，第一参数是不依赖于传感器表面处的界面的光学性质的参数(“内在”)，并且第二参数是依赖于所述界面的参数(至少部分地“外在”)。进一步有利的是，基于内在参数的实际值来确定预期值。因此，可以实现的是，基于第一内在参数计算的第二参数的预期值不太容易出现源自检测仪器的光学结构的人为因素。

可结合光学探测技术使用任何合适的发光体，该光学探测技术允许确定响应于施加到发光体的刺激而发射的发光辐射的第一参数和第二参数，其中第一参数和第二参数中的一者取决于传感器层/样本界面的光学性质，并且另一者不按上文所要求。

光学传感器通常被布置用于测量存在于测量室中的流体样本中的分析物的特定物理参数。例如，光学传感器可布置在传感器盒中，该传感器盒包括具有入口和出口的测量室以及多个分析物传感器，所述分析物传感器各自适于测量关于分析物的相应参数。用于检测污染物的光学传感器可以是分析物传感器中的一者。然而，还可以设想到，光学传感器仅专用于检测污染物。有利的是，光学传感器以增强检测污染物的概率的方式放置在测量室中，例如在污染物更可能被检测到的位置处，或在污染物趋于积累的位置处。进一步有利的是，用于检测污染物的光学传感器可放置在入口处。这具有以下优点：从外部引入测量室中的任何污染物必须经过光学传感器。此外，入口端口周围的流动条件可能需要增大污染物沉积在测量室侧壁上的概率。通过放置用于检测污染物的光学传感器，与其他位置相比，可因此增强捕获污染物的概率。作为另外一种选择或除此之外，根据另外的考虑，用于检测污染物的光学传感器也可相对于另一个传感器/与另一个传感器相对地放置，例如，出于某种原因本身不能用于检测污染物、对污染物的存在特别敏感和/或具有吸引污染物的趋势的传感器。例如，用于检测污染物的光学传感器可放置在测量室中与用于测量pCO₂的传感器相对的位置处。根据其他另外的考虑，还可放置用于检测污染物的光学传感器以便优化分析物测量，其中光学传感器也是用于测量关于特定分析物的参数的分析物传感器。在这些考虑之间存在冲突的情况下，技术人员可将位置确定为折衷的，或者根据另外的偏好/优先级来确定。根据传感器类型，光学探测可涉及透明传感器层中对分析物敏感的发光体，例如可使用已知的发光猝灭技术探测分析物的存在的发光体。发光淬灭染料的示例通常是本领域已知的。例如，卟啉化合物，诸如芳基取代的四苯并卟啉、钯卟啉(例如，PdTPP或PdTFPP)，用于检测氧气的存在，用作这些基于卟啉化合物的染料的淬灭剂。用于检测污染物的本发明方法具有以下优点：其可探测来自也可用于探测分析物的相同发光体的辐射响应。因此，本发明的方法以协同方式特别可用于检测适于通过发光探测技术测量分析物的传感器的表面上的污染物，并且因此污染物检测可容易地在这样的发光探测装置中实现。

用于检测污染物的方法可在执行测量之前、紧接其之前、期间和/或之后的任何时间使用，以便提供关于传感器表面的污染状态的即时反馈。在某些情况下，光学传感器的污染状态也可反映测量室的一般污染状态。因此，关于测量的质量和可靠性的即时信息是可用的。污染状态信息的即时可用性还允许立即采取校正措施，诸如在执行新测量之前整体地清洁传感器表面、测量室，或者在一些情况下，在数据分析水平下应用足够的校正。在发生污染状态时立即采取行动避免了有价值的样本材料的浪费，否则会因样本结果的迟来、追溯无效而造成浪费。立即校正动作对于在此处和现在(例如，在急救或重症监护中)提供正确的护理也是重要的，其中差异可以挽救生命。

本发明尤其可用于检测医学样本分析仪的测量室中的污染物，诸如凝块或气泡，并且进一步可用于验证疑似污染物的存在，或在移除措施结束之后验证先前检测到的污染物。检测结果可用作医学样本分析仪的自控制例程的一部分，或者可由用户请求或以其他方式从外部触发。检测结果还可触发医学样本分析仪的警报或错误状态，并且还可用于调用污染物移除程序和/或请求外部服务、维修或更换有故障的测量室(如果经证明未成功移除污染物的话)。

进一步根据该方法的一些实施方案，如果第二参数的实际值与第二参数的预期值之间的差值高于阈值，则确定污染物存在，并且/或者其中如果第二参数的实际值与第二参数的预期值之间的差值低于阈值，则确定污染物不存在。从而实现了污染物的存在和不存在之间的更可靠的区分。此外，可以设置阈值，以便根据在制定的预期值和对应的实际值之间观察到的不匹配的显著性来区分不显著的污染和显著的污染，以便使用光学传感器执行测量的有效性。

进一步根据该方法的一些实施方案，流体样本为水性液体。当流体样本为水性溶液时，该方法特别可用于检测气相污染物，诸如气泡。例如，样本可以是水性溶液或其他水基液体，诸如用于医学参数分析、血液、尿液或相关校准/QC溶液，并且污染物可以是附着到传感器表面的气泡。气泡与水性样本之间的折射率的较大差值允许可靠地检测污染物，这表明使用该方法对水性样本液体的测量结果有偏差。有利的是，检测气泡的方法在液体样本在测量室中的制备/呈现期间或结合液体样本在测量室中的制备/呈现执行，其中具有与气体样本相当的折射率的气泡可通过用液体样本填充测量室并且执行如本文所述的光学气泡检测方法来检测。从而可以验证是否正确填充测量室的指示。当测量室的体积非常小时，诸如在相对于室的主轴横向的方向上的尺寸在mm和亚毫米范围内的细长通道形室中，这是特别有利的。

进一步根据该方法的一些实施方案，流体样本为折射率介于1.20和1.50之间，诸如介于1.25和1.45之间、介于1.30和1.40之间或为约1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45或1.50的液体。有利的是，流体样本为折射率介于1.20和1.30之间、介于1.25和1.35之间、介于1.30和1.40之间、介于1.35和1.45之间或介于1.40和1.50之间的液体。折射率值针对相对于由发光体响应于刺激而发射的发光辐射的波长的给定样本分析仪配置，并且针对通常执行测量的温度范围。例如，对于体液，执行测量的温度通常被指定为对应于体温的范围，诸如介于35℃和39℃之间，介于36℃和38℃之间，介于35℃和38℃之间，介于36℃和39℃之间，或为约35℃，36℃，37℃，38℃或39℃。

当对折射率在上述指定范围内的样本液体使用本文所公开的方法时，实现样本与传感器表面处的气体污染物的明显区别，诸如折射率远低于1.10，低于1.05，低于1.01，或为约1.00的气体污染物。

进一步根据该方法的一些实施方案，流体样本为气体。液体中除气泡之外的另一种类型的污染物可沉积在传感器表面的表面上，诸如来自先前测量循环的液体样本的残留物，其可统称为“凝块”。当流体样本为气体时，该方法特别可用于检测此类凝块。凝块可包括液滴、沉淀，并且/或者可具有凝胶状稠度，其折射率对应于液体(诸如水性液体)的折射率。折射率值在上述范围内，诸如高于1.10、高于1.20、介于1.20和1.50之间，或为上文相对于液体样本所述的范围或值中的任一者。由于这样的凝块和气体样本之间的折射率差值，可以以类似于检测液体样本中的气泡的方式可靠地检测这些凝块。

有利的是，检测凝块的方法在吹扫循环期间或结合吹扫循环执行。通常在结束测量之后执行吹扫或冲洗循环，目的是清洁测量室并准备测量室以用于新的测量。具有与液体样本相当的折射率的凝块可通过以下方式来检测：用参考气体样本(诸如氩气或氮气样本)填充测量室，并且在用液体样本(诸如有价值的患者样本)填充测量室之前执行如本文所述的光学凝块检测方法。从而实现了对测量室的附加检查，这允许即时反馈，并且采取立即校正动作以避免有价值的患者样本的浪费。

进一步根据该方法的一些实施方案，气体的折射率低于1.10，低于1.05，低于1.01，或为约1。

进一步根据该方法的一些实施方案，传感器层的折射率为至少1.40，介于1.40和1.45之间，至少1.45，介于1.45和1.50之间，至少1.50，介于1.50和1.55之间，或至少1.55。如上所述，污染物的成功检测依赖于通过污染物和流体样本的折射率来区分污染物和流体样本。优选地，传感器层的折射率至少不同于流体样本的折射率。最优选地，传感器层的折射率不同于流体样本和污染物的折射率。由此，实现了对污染物的可靠检测。

用于医学样本分析仪中的典型光学传感器可具有传感器层，该传感器层具有由聚合物材料(诸如乙酸纤维素、聚氨酯、聚碳酸酯/有机硅共聚物或聚氯乙烯(PVC))制成的基质，发光体嵌入其中。用于光学传感器的基质材料在国际专利申请公布WO2001/004631的背景技术部分中详细地讨论，其中另外可用的基质材料在WO2001/004631的权利要求书中有所公开。WO2001/004631据此全文以引用方式并入。主机材料基本上确定折射率，就聚合物材料(诸如PVC)而言，该折射率通常为约1.50，诸如在1.45和高达到包括1.55的范围内。除非另外指明，否则折射率值针对相对于由发光体在光谱的可见部分中发射的光辐射的相关检测光谱范围。到目前为止，必须考虑折射率的温度依赖性，折射率值是指对应于用于执行如上文已讨论的测量的典型温度的温度。

进一步根据该方法的一些实施方案，向发光体施加刺激的步骤包括用适于激发发光体的激发光谱范围内的光照射传感器层。刺激通常以脉冲或调制方式施加，其中刺激处于导通状态的刺激周期与刺激处于断开状态的空闲周期隔开。这允许观察传感器层对刺激的时间依赖性发光响应，并且更具体地讲，观察传感器层对刺激的脉冲和/或阶跃响应。用于这样的光学刺激的典型光源可包括脉冲激光源或使用发光二极管(LED)的调制光源。使用激光脉冲，可实现非常短的激发脉冲，其与来自发光体的发光辐射的寿命相比通常较短。基于LED的调制光允许较不复杂且成本较低的装置，并且具有较长的脉冲持续时间。

进一步根据该方法的一些实施方案，获得测量值的时间序列的步骤包括在多个至少三个时间点处测量发光强度。需要最少三个时间点以便能够获得足够的独立测量结果以用于确定第一参数和第二参数彼此独立的实际值。出于噪声降低的原因，更大数量的测量可有利地用于时间序列，以便改善所获得的值的可靠性。良好的结果例如通过使用5-200个时间点，5-150个时间点，5-100个时间点，10-200个时间点，10-150个时间点，10-100个时间点，20-200个时间点，20-150个时间点，20-100个时间点，30-200个时间点，30-150个时间点，30-100个时间点，或至少5个时间点、至少10个时间点、至少20个时间点、至少30个时间点、至少40个时间点、至少50个时间点或至少60个时间点来实现。在不同时间待采集的测量点的数量的上限可受制于检测程序所花费的总时间的上限。可用的上限可为至多100个时间点、至多150个时间点或至多200个时间点。

进一步根据该方法的一些实施方案，在刺激终止之后的时间窗口内获得测量值的时间序列。例如，时间窗口可在刺激终止后立即开始。根据一些实施方案，获得测量值的时间序列的步骤可通过刺激的终止来触发。通过在刺激终止之后获得测量值的时间序列，实现了对时间序列的更简单的后续分析。刺激终止后，发光辐射的强度衰减。通过在终止之后立即开始测量，实现了最大信号强度，从而减少了噪声问题。

进一步根据该方法的一些实施方案，在施加刺激期间的时间窗口内获得测量值的时间序列。原则上，还可以设想到，从施加刺激期间或包括施加刺激的时间周期的时间序列导出本发明所需的第一参数和第二参数的可用实际值，只要在后续分析中，例如当从第一参数制定第二参数的预期值时考虑到刺激的存在对检测器装置的发光及其时间依赖性的任何影响(例如，由于入射刺激对发光体染料分子的持续激发和/或再激发)。此外，必须考虑可能由分散到光学传感器的检测部分中的时间依赖性刺激的存在引起的任何附加背景辐射或任何其他人为因素。例如，在没有任何污染的情况下，可以预先通过测量参考测量中传感器响应的特性来确定任何此类人为因素的效果。该实施方案可与使用具有较长持续时间的刺激结合使用，诸如当使用基于LED的照射源时。

进一步根据该方法的一些实施方案，第一参数是发光的寿命τ或对应的参数。根据该实施方案，第一参数是“内在”参数，即控制发光体激发态弛豫的分子过程内的参数，诸如发光衰减的寿命τ(tau)。因此，内在参数仅取决于发生在传感器层中的内在相互作用，并且不取决于外在相互作用，诸如传感器层和流体样本之间的界面的光学器件。由发光测量的时间序列中的强度衰减确定发光寿命τ是已知的，并且可直接在光学检测器的信号处理器中实现。因此，发光寿命是第一参数作为内在参数的简单且可靠的实施方式。

进一步根据该方法的一些实施方案，第二参数是在给定时间点处的发光强度，或对应的参数。根据该实施方案，第二参数是从传感器层发射并由光学检测器在给定时间点(例如，在刺激终止之后)收集的发光辐射强度。收集的强度是至少部分“外在”参数，即受控制发光体的激发态弛豫的复合过程外的因素影响的参数。外在因素可包括传感器层的光学环境，例如传感器层和流体样本之间的界面的光学器件。保持光学检测装置的所有其他配置参数相同，因此外在参数(此处为由检测器收集的发光强度)对传感器表面处的折射率的变化敏感。

进一步根据该方法的一些实施方案，传感器层中的发光体为发光寿命从1μs长达到包括1s的荧光体，并且/或者其中传感器层中的发光体为发光寿命为至少10μs、至少20μs、至少30μs、至少40μs、至少50μs、至少60μs、至少70μs、至少80μs、至少90μs、至少100μs、至少150μs或至少200μs的荧光体；并且/或者其中传感器层中的发光体为发光寿命长达并包括1s、100ms、10ms、1ms、500μs、300μs、150μs、30μs或15μs的荧光体。

有利地根据一些实施方案，传感器层中的发光体是发光寿命从10μs长达到包括10ms，从10μs长达到包括1ms，从10μs长达到包括100μs，从20μs长达到包括50μs，从20μs长达到包括30μs的荧光体。

有利地根据一些实施方案，传感器层中的发光体为发光寿命为至少10μs、至少20μs、至少30μs、至少40μs、至少50μs、至少60μs、至少70μs、至少80μs、至少90μs、至少100μs、至少150μs或至少200μs的荧光体；并且/或者其中传感器层中的发光体为发光寿命长达并包括1s、100ms、10ms、1ms、500μs、300μs、150μs、30μs或15μs的荧光体。

出于这些实施方案的目的，在不存在发光猝灭效应的情况下考虑发光体发射的寿命。对于适于相对于淬灭剂(特定分析物)的发光淬灭测量的发光体，在不存在淬灭剂的情况下考虑寿命。此外，如技术人员容易确定的，在应用污染检测方法的情境下，在相关测量条件下考虑发光体发射寿命。例如，就医学分析设备诸如定点护理或实验室设备而言，相关温度通常被指定为对应于体温的范围，诸如介于35℃和39℃之间，介于36℃和38℃之间，介于35℃和38℃之间，介于36℃和39℃之间，或为约35℃，36℃，37℃，38℃或39℃。

进一步根据该方法的一些实施方案，填充测量室的步骤包括使流体样本至少相对于一种分析物与传感器层处于扩散平衡。使流体样本进入扩散平衡状态可能需要时间延迟作为填充步骤的一部分。因此，可以避免由样本与测量分析物的传感器层之间的非平衡浓度分布引起的人为因素。由此，实现了简化且可靠的污染物检测程序。

有利地根据该方法的一些实施方案，光学传感器适于测量流体样本中的一种或多种分析物，以便确定分析物的对应参数，诸如pH、电解质的浓度、代谢因子的浓度或酶的浓度。流体样本可为生物样本，诸如体液，即生理流体。

生物样本的示例可包括液体样本和气体样本。流体样本可选自由以下项组成的组：血液、稀释或未稀释的全血、血清、血浆、唾液、尿液、脑脊液、胸膜、滑液、腹水液、腹膜液、羊膜液、乳、透析液体样本等，以及在分析仪设备中用于测量这些流体中的任一种的任何质量控制材料和校准溶液。气体样本可包括呼吸器气体、呼气空气等，以及在分析仪设备中用于测量这些流体中的任一种的任何质量控制和校准材料。可在测试之前处理样本以便使其更易于被测试。预处理方法可包括可能干扰结果的组分的稀释、过滤、浓缩、提取、移除或灭活，以及试剂的添加。其他生物样本的示例包括发酵液或微生物培养物、废水、食物产品等。

可借助于本发明的光学传感器确定的关于分析物的参数的示例包括：pO₂、pCO₂、pH；电解质(诸如Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、HCO^3-或NH₃(NH₄ ⁺))的浓度；代谢因子(诸如葡萄糖、肌酐、尿素(BUN)、尿酸、乳酸、丙酮酸、抗坏血酸、磷酸盐或蛋白质)的浓度；酶(诸如乳酸脱氢酶、脂肪酶、淀粉酶、胆碱、酯酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶或肌酐激酶)的浓度。

进一步根据该方法的一些实施方案，光学传感器适于测量流体样本中的气体级分的分压，诸如pO₂或pCO₂。

进一步根据该方法的一些实施方案，传感器层适于从流体样本中扩散吸收分析物，并且传感器层中的发光体易于因传感器层中存在分析物而受到发光猝灭的影响。

因此，分析物测量和污染物检测可以以协同方式组合。使用发光淬灭检测，提供了确定充当传感器层中的发光体淬灭剂的特定分析物的浓度的灵敏且精确的方法。有利的是，可以以已知的方式使用Stern-Volmer型分析来评价发光淬灭测量结果。同时，使用本发明，发光体发射可用于可靠地检测传感器表面上的污染。污染检测可基本上立即实现，从而允许立即采取校正措施，诸如补偿由任何此类污染引起的人为因素和/或尝试移除污染物。因此，实现了光学传感器测量的增强的精度。

进一步根据该方法的一些实施方案，光学传感器适于确定关于一种或多种分析物的流体样本的参数。

进一步根据该方法的一些实施方案，关于一种或多种分析物的流体样本的参数选自由以下项组成的组：pO₂、pCO₂、pH；电解质(诸如Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、HCO^3-或NH₃(NH₄ ⁺))的浓度；代谢因子(诸如葡萄糖、肌酐、尿素(BUN)、尿酸、乳酸、丙酮酸、抗坏血酸、磷酸盐或蛋白质)的浓度；酶(诸如乳酸脱氢酶、脂肪酶、淀粉酶、胆碱、酯酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶或肌酐激酶)的浓度。

进一步根据该方法的一些实施方案，流体样本为液体，诸如体液，即生理液体。相应地，用于执行该方法的样本分析仪有利地适于分析液体样本(诸如体液，即生理液体)的参数。因此，医学样本分析仪可有利地包括液体处理系统，该液体处理系统包括阀、导管和/或泵送/转移装置，用于控制液体流动，诸如用于优选地以自动化方式用液体样本填充和清空测量室。

进一步根据该方法的一些实施方案，流体样本是选自由以下项组成的组的液体样本：血液、稀释或未稀释的全血、血清、血浆、唾液、尿液、脑脊液、胸膜、滑液、腹水液、腹膜液、羊膜液、乳、透析液体样本等，以及在分析仪设备中用于测量这些流体中的任一种的任何质量控制材料和校准溶液。

进一步根据该方法的一些实施方案，流体样本为气体，例如医学气体，诸如生理气体。相应地，用于该方法中的样本分析仪有利地适于分析医学气体样本的参数。特别可用的医学气体样本的示例选自由以下项组成的组：呼吸器气体、呼气空气等，以及在分析仪设备中用于测量这些流体中的任一种的任何质量控制和校准材料。因此，医学样本分析仪可有利地包括气体处理系统，该气体处理系统包括阀、导管和/或泵送/转移装置，用于控制气体流动，诸如用于优选地以自动化方式用气体样本填充和清空测量室。优选地，医学样本分析仪包括适用于液体和气体的流体处理装置。

本发明的第二方面涉及用于检测污染物的光学传感器，该光学传感器包括具有形成到样本空间的界面的传感器表面的传感器层，刺激装置，检测装置，数据存储装置，以及信号处理器，其中传感器层包括发光体，发光体适于响应于施加到发光体上的激发刺激而发射发光辐射；其中刺激装置被布置用于向传感器层中的发光体提供激发刺激；其中检测装置被布置成检测由发光体响应于激发刺激而发射的发光辐射；其中数据存储装置包括编程指令，所述编程指令用于：

-作为输入，从光学传感器接收检测的发光的测量值的时间序列作为信号；

-基于时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中第一参数和第二参数中的一者对传感器层和样本空间之间的界面上的折射率的变化敏感，并且其中第一参数和第二参数中的另一者对传感器层和样本空间之间的界面上的折射率的所述变化不敏感；

-基于第一参数的实际值为第二参数制定预期值；

-执行第二参数的预期值与第二参数的实际值的比较；以及

-基于比较来确定污染物存在或不存在；

并且其中信号处理器可操作以执行所述编程指令以便产生指示污染物存在或不存在的输出。

因此，实现了对传感器表面上的污染物的特别紧凑且稳健的检测，其中污染物可通过它们的折射率差值与流体样本区分开来，如上面关于用于检测面向样本空间的传感器表面上的污染物的方法所讨论的。用于检测污染物的光学传感器的另外优点以及另外有利实施方案以类似的方式从上文对检测污染物的方法和本文所公开的方法的实施方案的附加特征的讨论中也显而易见。例如，光学传感器有利地适于测量流体样本中的一种或多种分析物，以便确定分析物的对应参数，诸如pO₂、pCO₂、pH、电解质的浓度、代谢因子的浓度或酶的浓度，如上所述。

光学传感器及其具有如在该方法的上下文中公开的附加特征的有利实施方案对于在流体样本分析仪(优选地为医学样本分析仪)的测量室中使用特别有用。

在第三方面，测量室包括根据本文所公开的实施方案中任一项的光学传感器。测量室优选地适于测试流体样本中的一种或多种分析物或测量流体样本中的一种或多种分析物的参数。光学传感器被布置成使得传感器表面面向由测量室限定的样本空间。

在第四方面，流体样本分析仪适于执行根据本文所公开的实施方案中任一项的污染物检测的方法，流体样本分析仪包括具有用于将流体样本馈送和排放到测量室的入口端口和出口端口的测量室，以及根据本文所公开的实施方案中任一项的光学传感器，该光学传感器被布置成使得传感器表面面向由测量室限定的样本空间中。

进一步根据第五方面，检测样本分析仪的测量室中的污染物的计算机实现的方法，该样本分析仪包括光学传感器，该光学传感器具有包括发光体的传感器层，其中传感器层具有传感器表面，该传感器表面形成通向测量室的界面，该方法包括以下步骤：

-接收表示响应于施加到发光体上的刺激而检测到的随时间变化的发光强度的测量值的时间序列；

-基于时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中第一参数和第二参数中的一者对传感器层和样本空间之间的界面上的折射率的变化敏感，并且其中第一参数和第二参数中的另一者对传感器层和样本空间之间的界面上的折射率的所述变化不敏感；

-基于第一参数的实际值为第二参数制定预期值；

-将第二参数的预期值与第二参数的实际值进行比较；以及

-基于比较来确定污染物存在或不存在。

同样在该方面，另外的有利实施方案和源自这些的任何优点以类似的方式基于如上关于光学传感器和检测污染物的方法所讨论的附加特征。

进一步根据第六方面，提供了可加载到处理器的软件产品，该处理器被配置用于与包括传感器层的光学传感器通信，传感器层包括面向样本空间的传感器表面，传感器层包括发光体，该处理器进一步被配置用于控制适于激发发光体的刺激装置，该软件产品包括用于以下所述的指令：

(i)操作刺激装置以向传感器层中的发光体施加刺激；

(ii)操作光学传感器以随时间的变化检测响应于刺激而从传感器层中的发光体发射的发光；

(iii)获得所检测到的发光的测量值的时间序列；

(iv)基于时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中第一参数和第二参数中的一者对传感器层和测量室之间的界面上的折射率的变化敏感，并且其中第一参数和第二参数中的另一者对传感器层和测量室之间的界面上的折射率的所述变化不敏感；

(v)基于第一参数的实际值为第二参数制定预期值；

(vi)执行第二参数的预期值与第二参数的实际值的比较；以及

(vii)基于比较来确定传感器表面上存在或不存在污染物。

同样在该方面，另外的有利实施方案和源自这些的任何优点以类似的方式基于如上关于光学传感器和检测污染物的方法所讨论的附加特征。

附图说明

结合附图将更详细地描述本发明的优选实施方案，其中

图1示出根据一个实施方案的血液分析仪的示意图，

图2示意性地示出根据一个实施方案的光学传感器；

图3示意性地示出图2的光学传感器的细节；并且

图4示出根据一个实施方案的用光学传感器检测到的两种不同样本流体的发光强度的时间依赖性的曲线图。

图5示出气泡和凝块检查的原理。

图6示出在没有气泡和有气泡的情况下对液体样本进行pO2测量的结果。

图7示出在没有凝块和有凝块的情况下对气体样本进行pO2测量的结果。

具体实施方式

图1示意性地示出具有分析仪部件的液体样本分析仪1，该分析仪部件具有信号处理器8、一个或多个分析物传感器3(a-i)、4、测量室2以及流体处理基础设施20。为了执行测量，用户可在分析仪1的输入端口12a/b提供液体样本。液体样本通过入口端口6传输至包括多个分析物传感器3、4的测量室2。分析物传感器3、4被布置成基本上同时测量液体样本例如全血样本中的分析物参数。优选地，用于获得精确可靠数据所需的样本量要尽可能少。特别适于同时测量体液尤其是全血中的多个不同参数的传感器组件设计的详细示例以及其在血液分析仪中的用途见于例如EP 2 147 307B1中。在将预先编程的指令载入信号处理器8和/或用户输入之后，使用分析物传感器3、4执行测量。分析物传感器3、4生成表示相应分析物的物理参数的信号并向分析仪部件的信号处理器8提供信号。信号处理器8适于接收和处理来自分析物传感器3、4的信号并且将经处理的信号作为输出呈现给用户或供后续/进一步数据分析。测量之后，排放液体样本，并为下一个测量准备测量室2。图1所示分析仪的实施方案尤其适于测量血液参数，并且还包括位于测量室2下游的任选氧合测量装置9。因此执行测量、校准任务和质量控制程序通常涉及装载、卸载、冲洗、清洁和再装载不同的液体，这些操作可通过流体处理基础设施20实现。流体处理可由信号处理器8根据预编程指令和/或用户输入以自动方式控制。流体处理基础设施20包括预填充有用于冲洗/洗脱、校准和质量控制任务的处理液体(RINSE/CAL1、CAL2、QC1、QC2、QC3)的多个贮存器21。处理液体(RINSE/CAL1、CAL2、QC1、QC2、QC3)具有已知组合物。给定批次的确切组合物可存储在可附接到包括贮存器21的盒的芯片25中，信号处理器8可在贮存器中读取芯片25。可通过流体选择器阀22选择针对给定处理步骤的处理液体(RINSE/CAL1、CAL2、QC1、QC2、QC3)，并经由馈送管线12c通过入口端口6传输到测量室2。可通过以下方式来监测和验证是否正确填充测量室2：目视检查；或根据已知的程序通过液体传感器10a、10b、10c观察流经系统的液体界面的情况，液体传感器位于测量室的上游和下游，诸如分别位于入口6(“LS入口”10a)处、出口7(“LS BG”10b)处以及恰好在氧合测量装置9(“LS OXI”10c)之后。流经分析仪的流体流由泵23驱动，在本文中蠕动式软管泵布置在测量室2的下游并且氧合测量装置9经由流体管线13连接至其。最终，排出的流体通过流体管线14被传送至废液贮存器24。

在启动阶段并且在正常运行时间期间，分析仪1以持续方式执行自控制例程。如果检测到任何异常，分析仪1向用户指示偏差，并且还可能指示解决错误状态的方法。另一方面，当分析仪指示正常操作时可立即执行测量。有利的是，根据一些实施方案，自控制例程可在空闲时间期间(即，当分析仪处于不用于对用户的样本执行实际测量的空闲状态时)执行。自控例程可包括对例如存储在芯片25上的具有精确的已知组合物的校准级处理液体执行持续的重复测量。然后可将每个不同的分析物传感器3、4获得的有关充分已知组合物的信号用于持续更新针对相应分析物测量的参照物。

转到图2和图3，现在讨论光学检测器装置的实施方案。图2示意性地示出根据一个实施方案的与由侧壁202、204限定的测量室201接触的光学检测器200。光学检测器200适于测量放置在测量室201中的流体样本99中的分析物的物理参数，诸如分析物气体的分压。光学检测器200具有传感器层205，该传感器层具有面向测量室201的内部的传感器表面206。传感器表面206因此形成到接收流体样本99的测量室201的界面，其中传感器表面206适于直接接触流体样本99。传感器层205在测量室201的壁202中的布置在图3中最佳地示出，该图示出集成在壁202中的光学检测器200的部分的细节。在该特定实施方案中，壁202由承载封装剂和聚合物层221、222、223的衬底220(例如由陶瓷制成)制成。衬底220的变薄部分224允许光学触及传感器层205。传感器层205在封装剂和聚合物层221、222、223中的开口内被施加到衬底220的前侧(即，面向测量室201的侧面)，该开口也与变薄部分224对准。在该布置中，传感器层205响应可从衬底220的背侧(即，从背离测量室201的侧面)通过用作类似于光学通道的窗口的变薄部分224进行光学探测。应当注意，为清楚起见，图3所示的层厚度未按比例绘制。窗口部分224的合适厚度可例如根据机械强度和光学透明度的考虑来选择。传感器层205的合适厚度可例如根据对响应时间以及对在期望时间范围内(诸如在1s内、在3s内、在10s内、在30s内或在1min内)的测量期间建立传感器层205的平衡状态的考虑来选择。这些考虑因素可以考虑到例如相关分析物进出传感器层205的扩散率。例如，陶瓷衬底220的窗口部分224的厚度可为约100μm，而传感器层205的典型层厚度可以在1μm和10μm之间，通常在1μm和4μm之间的范围内，或者为约2.5μm。

传感器层205包括发光体210，即响应于激发刺激S(t)而发射发光I(t)的材料。激发刺激S(t)通常以由合适的光源207(诸如使用发光二极管或激光器的光源)生成的脉冲或调制光的形式提供，在适于将发光体210光学激发成激发态的激发波长范围内，然后在与激发波长范围在光谱上可分辨的发射波长范围内的辐射发射下从该激发态衰减。在图2所示的实施方案中，来自LED 207的激发光S(t)通过反射镜208以垂直入射耦接到衬底220的背侧上，从而通过变薄部分224照射传感器层205。入射激发光S(t)激发传感器层205中的一部分发光体分子210，这通过在基本上所有方向上发射发光光来响应，如图3中的星形符号所示。通常，发光体具有下转换类型，即，与激发光相比，发光体发射光在较低光子能量或较长波长处发现。然而，只要响应辐射R(t)在光谱上可与刺激辐射S(t)区分开来，也可以设想到上转换发光体物质，即其中发光体发射光与激发光相比在较高光子能量或较短波长处发现的物质。从发光体210发射的光从衬底220的背侧通过变薄部分224收集作为响应辐射R(t)。响应辐射R(t)随后通过足够的光谱分离装置(诸如通过二向色镜208)与刺激辐射S(t)分离。响应辐射R(t)然后由光电探测器209检测，该光电探测器生成传感器输出信号，该传感器输出信号可通过传感器信号处理和数据采集领域中已知的任何合适的模拟和/或数字数据处理装置以任何合适的方式放大、采集和处理。

由检测器209收集和检测的响应辐射R(t)的强度取决于具体检测装置的光学性质，并且具体地取决于从传感器层205中的发光体210到光电探测器209的光学路径上的光学元件。由于这依赖于发光过程之外的因素，可以将响应辐射R(t)的收集和检测到的强度称为“外在”参数。例如，所收集的响应辐射R(t)的强度取决于在具有折射率n₁的传感器层205和具有折射率n₂的流体样本之间的界面206上的折射率的差值，如图3最佳所示。由入射刺激辐射S(t)激发的发光体分子210在所有方向上发射发光。在远离衬底220的方向上朝向流体样本99行进的发光光在界面206处部分地反射并且部分地透射到流体样本99中。反射部分有助于响应辐射R(t)的收集和检测到的强度，而发光强度的透射部分因检测而损失。界面206对收集效率的影响取决于传感器层205(n₁)和相邻流体样本99(n₂)之间的折射率差值。因此，收集和检测到的辐射R(t)的强度对与传感器表面206接触的流体样本99的折射率n₂的变化敏感。保持光学检测器装置200的剩余配置参数彼此相当，因此，当可通过其折射率区分开来的不同样本物质与传感器表面206接触时，可以使用源自传感器层205中的发光体210的收集和检测到的辐射的强度来区别这些样本物质。例如，光学检测器装置200可用于区分折射率为约1.3的水性溶液的流体样本99与折射率为1的气体的流体样本99，其中传感器层205包括例如容纳发光体210的聚合物基质材料，该基质材料具有例如1.5的折射率。

对于给定的光学检测器装置，由流体样本99的折射率的给定变化预期的强度变化可通过常规实验凭经验确定。通过示例，对于如上所述的光学检测器装置200，对于气体样本和对于界面206处呈现的水性溶液的收集和检测到的强度R_气体(t)和R_液体(t)的比率R(液体)/R(气体)分别被确定为R(液体)/R(空气)＝0.52。由于所采用的发光体通常还对特定分析物的存在敏感，此处例如用于测量流体样本99中氧气的分压pO₂，因此要小心确定可比较的气体样本和液体样本(即，具有相同浓度的特定分析物的气体样本和液体样本)的比率R(液体)/R(气体)。例如，就气体分析物(诸如氧气)而言，可选择具有针对该气体分析物的特定分压的气体样本作为气体样本，并且具有与气体分析物相同的分压的水性溶液的对应液体样本可通过用与气体样本组成相同的气体(例如，使用来自相同源的气体)对水性溶液充气直至建立平衡浓度来制备。到目前为止，在给定的时间点获取可比较的液体样本和气体样本的R(液体)/R(气体)的强度比率，观察到该比率与分析物浓度无关，这支持响应辐射强度的外在性质作为可从收集和检测到的发光响应导出的参数。

刺激辐射S(t)通常以一个或多个脉冲提供。通常，提供脉冲序列，其中脉冲由刺激被关断的空闲周期隔开。对于使用LED发射器的光源，通常将刺激辐射在时间上调制为由断开状态隔开的导通状态的序列，该断开状态可分别被认为是脉冲和空闲周期。在刺激S(t)终止之后，例如当从导通状态切换到断开状态时，发光强度I(t)随作为发光体特性的时间常数(也称为寿命τ₀)而减小。观察到的寿命τ₀是发光体中发生的复合过程内在的。因此，寿命τ₀不受从发光体到检测器的发射光的光学路径的特定配置的影响，诸如光学元件(例如，层)之间界面的存在，或此类光学元件(例如，层)的折射率或光密度。因此，寿命τ₀可被称为“内在”参数，其可从收集和检测到的发光响应R(t)导出。

对于光学检测的给定装置，具有相同分析物浓度的流体样本将在寿命τ内产生相同的结果。如果样本也具有相同的折射率，则在刺激辐射终止之后的给定时间点预期相同的强度信号。

为了使光学检测器200用作特定分析物的传感器，发光体210对特定分析物的存在敏感，其中响应于刺激S(t)而收集和检测的发光R(t)是与传感器表面206接触的流体样本99中分析物的浓度的函数。操作光学检测器以生成对应的输出信号，可分析该输出信号以提供分析物浓度的量度。根本的传感器原理可以是例如来自激发的发光体的发光发射由于用作所谓的淬灭剂的分析物的存在而淬灭。作为淬灭机制的结果，给定时间点处的发光的寿命τ和强度是分析物浓度的函数。

通常，所采用的发光体是寿命τ₀大于1μs的荧光体，以便于用相对简单的仪器容易地检测所发射的发光R(t)的时间依赖性。例如，发光体可以是钯卟啉，例如钯(II)-四苯基卟啉(PdTPP)或钯(II)-四-(五氟苯基)卟啉(PdTFPP)，或任何其他合适的发光体。例如，当固定在聚合物基质中以形成传感器层205时，钯卟啉非常适于血液测量。

流体样本的分析物浓度，诸如氧气的分压pO₂，可使用Stern-Volmer公式由观察到的由于发光猝灭引起的寿命缩短来确定：

其中τ₀为具有零浓度的样本(例如，氩气样本)的发光响应R(t)的寿命。敏感度系数k可由对具有已知分析物浓度的一个或多个样本的测量来确定，例如，在正常条件下具有21％氧气/针对气压校正的大气空气样本，或已用预定的O₂分压(例如，在50-250mmHg之间的范围内)制备的校准液体(水性溶液)，或用相同的O₂分压制备的对应气体样本。

图4示出根据一个实施方案的用光学传感器检测到的两种不同流体样本(即，分别为气体样本和液体样本)的发光强度的时间依赖性的曲线图。该曲线图示出坐标轴上的发光强度与纵轴上的时间的关系的曲线。曲线具有第一激发阶段“I”和第二空闲阶段“II”，在该第一激发阶段期间，刺激辐射处于导通状态，在第二空闲阶段期间，刺激辐射处于断开状态。第一阶段在刺激辐射被接通时正好在纵坐标值“-250”之前开始，并且在刺激辐射被再次关断时在纵坐标值“0”处终止。阶段“I”的刺激辐射脉冲导致发光发射随着传感器层中越来越大部分的发光体被入射刺激激发而增加，并且随后通过辐射过程而弛豫。发光强度的增加往往随着激发过程和弛豫过程彼此竞争而饱和。在第一阶段终止时，第二阶段在纵坐标值“0”处开始。只要刺激保持处于断开状态，第二阶段就延长，通常直到下一个激发脉冲开始。在刺激辐射脉冲终止时，发光强度随着激发的发光体的部分由于弛豫减少而减小。该减小由寿命τ表征，这取决于两种流体样本中分析物的浓度。由于已制备具有相同分析物浓度和测量结果的两种流体样本，因此曲线的第二阶段中的时间依赖性的分析产生两种样本的相同特性寿命。观察到的强度的差值是两个样本之间的折射率差值的结果，该差值对于液体样本为约1.3，并且对于气体样本为约1，其中传感器层具有约1.5的折射率。

在该示例中使用的光学检测器用于使用如上关于图1所述的分析仪来测量流体样本中氧气的分压pO₂。图4的气体样本是已在约500mmHg的分压下制备成具有氧气含量的参考气体，并且图4的液体样本是已用具有与气体样本的相同组成的气体充气至平衡状态的水性溶液。因此在其中包含的氧气分压pO₂相同的情况下制备两种测量的样本流体(气体和液体)。因此，这两种气体样本和液体样本相对于光学检测器对其敏感的分析物(此处为氧气)至少是相当的。

图5示出了通过pO2测量进行气泡和凝块检查的原理。实线是对已知气体(即，参考气体)的校准，从中确定了能量气体E(g)和tau气体T(g)。虚线是对液体样本的测量，从中确定了能量液体E(l)和tau液体T(l)。曲线图中呈现的数据是相同pO2水平(即，具有相同的tau水平)下的pO2测量结果。

气泡检查：气泡因子＝能量液体/Tau液体/(能量气体/Tau气体)

标称值液体＝液体因子

液体因子＝能量液体/能量气体＝0.52是凭经验在总体pO2系统上确定的，并且适用于所有pO2水平。

凝块检查：凝块因子＝能量气体/Tau气体/(能量气体/Tau气体)

标称值气体＝1

标称值是在不存在气泡或凝块的情况下观察到的流体样本的平均值。其用于计算阈值，即接受上限和下限。

实施例1：

在没有气泡和有气泡的情况下对液体样本进行pO2测量的结果在图6a和图6b中示出。图6a示出在没有气泡(实线)和有气泡(虚线)的情况下样本的随时间推移的强度。图6b示出了五个样本的气泡因子，其中四个(样本1、3、4和5)不具有气泡并且一个(样本2)具有气泡。

表1：传感器的校准以及样本2和3的气泡因子的计算。

实施例2：

在没有凝块和有凝块的情况下对气体样本进行pO2测量的结果在图7a和图7b中示出。图7a示出在没有凝块(实线)和有凝块(虚线)的情况下样本的随时间推移的强度。图7b示出了五个样本的凝块因子，其中四个(样本1、2、4和5)不具有凝块并且一个(样本3)具有凝块。

表2：传感器的校准以及样本2和3的凝块因子的计算。

Claims (27)

1.一种检测样本分析仪的测量室中的污染物的方法，其中所述样本分析仪包括光学传感器，所述光学传感器具有包括发光体的传感器层，其中所述传感器层具有传感器表面，所述传感器表面形成通向存在于所述测量室中的流体样本的界面，所述方法包括以下步骤：

a.用流体样本填充所述测量室；

b.向所述传感器层中的所述发光体施加刺激；

c.随时间的变化检测响应于所述刺激而从所述传感器层中的所述发光体发射的发光；

d.获得所检测到的发光的测量值的时间序列；

e.基于所述时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中所述第一参数和所述第二参数中的一者对所述传感器层和所述测量室之间的所述界面上的折射率的变化敏感，并且其中所述第一参数和所述第二参数中的另一者对所述传感器层和所述测量室之间的所述界面上的折射率的所述变化不敏感；

f.基于所述第一参数的所述实际值为所述第二参数制定预期值；

g.将所述第二参数的所述预期值与所述第二参数的所述实际值进行比较；以及

h.基于所述比较确定污染物的存在或基于所述比较确定污染物的不存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述第二参数的所述实际值与所述第二参数的所述预期值之间的差值高于阈值，则确定污染物存在，并且/或者其中如果所述第二参数的所述实际值与所述第二参数的所述预期值之间的所述差值低于所述阈值，则确定污染物不存在。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体样本为水性液体。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体样本为折射率介于1.2和1.5之间诸如介于1.25和1.45之间、介于1.3和1.4之间或为约1.3的液体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体样本为气体。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述气体具有低于1.1、低于1.05、低于1.01或为约1的折射率。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述传感器层的所述折射率为至少1.4、介于1.4和1.45之间、至少1.45、介于1.45和1.5之间、至少1.5、介于1.5和1.55之间或至少1.55。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述发光体施加刺激的所述步骤包括用适于激发所述发光体的激发光谱范围内的光照射所述传感器层。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中获得测量值的时间序列的所述步骤包括在多个至少三个时间点处测量发光强度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中针对所述刺激终止之后的时间窗口和/或针对所述刺激施加期间的时间窗口获得测量值的所述时间序列。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一参数对应于所述发光的寿命τ。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二参数对应于给定时间点处的所述发光的强度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述传感器层中的所述发光体为发光寿命介于1μs和1s之间的荧光体；并且/或者其中所述传感器层中的所述发光体为发光寿命为至少10μs、至少20μs、至少30μs、至少40μs、至少50μs、至少60μs、至少70μs、至少80μs、至少90μs、至少100μs、至少150μs或至少200μs的荧光体；并且/或者其中所述传感器层中的所述发光体为发光寿命长达并包括1s、100ms、10ms、1ms、500μs、300μs、150μs、30μs或15μs的荧光体。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中填充所述测量室的所述步骤包括使所述流体样本至少相对于一种分析物与所述传感器层处于扩散平衡。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光学传感器适于测量所述流体样本中的气体级分的分压。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述传感器层适于从所述流体样本中扩散吸收分析物，并且其中所述传感器层中的所述发光体易于因所述传感器层中存在所述分析物而受到发光猝灭的影响。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光学传感器适于确定一种或多种分析物的参数。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或多种分析物的所述参数选自由以下项组成的组：

-pO₂、pCO₂、pH；

-诸如Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、HCO^3-或NH₃(NH₄ ⁺)之类的电解质的浓度；

-诸如葡萄糖、肌酐、尿素(BUN)、尿酸、乳酸、丙酮酸、抗坏血酸、磷酸盐或蛋白质之类的代谢因子的浓度；和

-诸如乳酸脱氢酶、脂肪酶、淀粉酶、胆碱、酯酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶或肌酐激酶之类的酶的浓度。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述样本分析仪适于分析诸如体液之类的液体样本的参数。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体样本为选自由以下项组成的组的液体：血液、稀释或未稀释的全血、血清、血浆、唾液、尿液、脑脊液、胸膜、滑液、腹水液、腹膜液、羊膜液、乳、透析液体样本。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述样本分析仪适于分析医学气体样本的参数。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体样本为由以下项组成的组的医学气体样本：呼吸器气体或呼气空气。

23.一种用于检测污染物的光学传感器，所述光学传感器包括传感器层、刺激装置、检测装置、数据存储装置、以及信号处理器，所述传感器层具有形成通向样本空间的界面的传感器表面，

其中所述传感器层包括发光体，所述发光体适于响应于施加到所述发光体上的激发刺激而发射发光辐射；

其中所述刺激装置被布置用于向所述传感器层中的所述发光体提供激发刺激；

其中所述检测装置被布置成检测由所述发光体响应于所述激发刺激而发射的发光辐射；

其中所述数据存储装置包括编程指令，所述编程指令用于：

-作为输入，从所述光学传感器接收检测的发光的测量值的时间序列作为信号；

-基于所述时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中所述第一参数和所述第二参数中的一者对所述传感器层和所述样本空间之间的所述界面上的折射率的变化敏感，并且其中所述第一参数和所述第二参数中的另一者对所述传感器层和所述样本空间之间的所述界面上的折射率的所述变化不敏感；

-基于所述第一参数的所述实际值为所述第二参数制定预期值；

-执行所述第二参数的所述预期值与所述第二参数的所述实际值的比较；以及

-基于所述比较来确定污染物存在或不存在；

其中所述信号处理器能够操作以执行所述编程指令以便产生指示污染物存在或不存在的输出。

24.一种包括根据权利要求23所述的光学传感器的测量室。

25.一种适于执行根据权利要求1至22中任一项所述的污染物检测的方法的流体样本分析仪，所述流体样本分析仪包括测量室和根据权利要求23所述的光学传感器，所述测量室具有用于将流体样本馈送和排放到所述测量室的入口端口和出口端口，所述光学传感器被布置成使得所述传感器表面面向由所述测量室限定的样本空间。

26.一种检测样本分析仪的测量室中的污染物的计算机实现的方法，所述样本分析仪包括光学传感器，所述光学传感器具有包括发光体的传感器层，其中所述传感器层具有传感器表面，所述传感器表面形成通向所述测量室的所述样本空间的界面，所述方法包括以下步骤：

-接收表示响应于施加到所述发光体上的刺激而检测到的随时间变化的发光强度的测量值的时间序列；

-基于所述时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，

其中所述第一参数和所述第二参数中的一者对所述传感器层和所述样本空间之间的所述界面上的折射率的变化敏感，

并且其中所述第一参数和所述第二参数中的另一者对所述传感器层和所述样本空间之间的所述界面上的折射率的所述变化不敏感；

-基于所述第一参数的所述实际值为所述第二参数制定预期值；

-将所述第二参数的所述预期值与所述第二参数的所述实际值进行比较；以及

-基于所述比较来确定污染物存在或不存在。

27.一种能够加载到处理器的软件产品，所述处理器被配置用于与包括传感器层的光学传感器通信，所述传感器层包括面向样本空间的传感器表面，所述传感器层包括发光体，所述处理器进一步被配置用于控制适于激发所述发光体的刺激装置，所述软件产品包括指令，所述指令用于：

(i)操作刺激装置以向所述传感器层中的所述发光体施加刺激；

(ii)操作所述光学传感器以随时间的变化检测响应于所述刺激而从所述传感器层中的所述发光体发射的发光；

(iii)获得所检测到的发光的测量值的时间序列；

(iv)基于所述时间序列，确定第一参数的实际值和第二参数的实际值，其中所述第一参数和所述第二参数中的一者对所述传感器层和所述测量室之间的所述界面上的折射率的变化敏感，并且其中所述第一参数和所述第二参数中的另一者对所述传感器层和所述测量室之间的所述界面上的折射率的所述变化不敏感；

(v)基于所述第一参数的所述实际值为所述第二参数制定预期值；

(vi)执行所述第二参数的所述预期值与所述第二参数的所述实际值的比较；以及

(vii)基于所述比较来确定污染物存在或不存在。

Images