CN103069275A - 具有缓冲油墨的脱水感应器 - Google Patents

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Abstract

一种脱水感应器，具有稳定的、可印刷的缓冲油墨合成物，使得能够最小化检测区域且允许缓冲剂和指示剂染料可被施加在检测区域的同一区域上，而无需传统的大型缓冲垫区域。

Description

具有缓冲油墨的脱水感应器
技术领域
本发明涉及用于吸收性个人护理产品的脱水指示器。特别地，本发明描述了包含缓冲油墨（buffered ink）的脱水感应器。
背景技术
脱水是人体对液体（大部分时候指水）及其相关联的电解质的消耗。通常，人的日常的总液体量在人体重量的约±0.02%的范围内进行调节，身体内的水可为整个体重的约63%。通过使人体内液体的输入和排出一致来实现并维持体液的平衡，并且液体的不平衡可能与脱水或水分过少有关。
虽然脱水可能发生在任何年龄的人身上，但应特别关注体弱多病者、老年人或婴幼儿。如果未能适当地照顾脱水的人，则脱水可能导致严重的后果。这些后果可能包括肌肉痉挛、头晕、昏厥，在极端情况下甚至可能导致死亡。体液损失的量小于体重的约2-5%时，与减少的散热、心血管功能的损失和降低的体力有关。在脱水的初始阶段，血浆渗透压（血浆中的溶质浓度）升高，导致干渴的感觉。然而，在人们不能充分地与他们的看护者交流的情况下，这一早期的报警信号常常被错失，例如婴幼儿、残疾人或老年人。失禁的人也有很高的几率错失这一脱水信号，这是由于他们更有可能限制液体的摄入以避免尴尬事故的发生。诸如这些人或他们的看护者的客户在选择包括脱水指示器的个人护理产品上有着强烈的兴趣。
评价个体的相对含水状态的常规测量方式是个体的尿液的比重。确定尿液体积和电解质浓度可有助于监控个体的体液量是否处于平衡。尿比重（USG）指的是尿的密度与水的密度的比值。USG主要受尿液中的固体和离子影响。USG成比例地关联于尿液的固体浓度和离子浓度。USG通常在1.002至1.030之间。公认的是，USG＜1.020被认为是较好含水的，USG介于1.020至1.025之间被认为是半脱水的，以及USG＞1.025被认为是严重脱水的。可以通过诸如尿液计量仪或尿液试纸或测试条的仪器来测量USG。现代的试纸通常基于侧流技术。三种主要方法，即折射法、液体比重测定法和试剂条法通常用于USG测量。虽然折射法和液体比重测定法非常精确，但需要特殊的仪器和训练过的人来进行操作。
多年来，各个制造商尝试了不同的方法来改进用于比重的试纸的性能，例如不同的配方设计以增加灵敏性和专一性。然而，对所有的商用试纸都存在着多个问题。主要的问题在于由于在测试条件下颜色的显示并不稳定，因而使用者需要在浸入样本后几分钟内读取颜色变化。在该时间窗之外观察的信号通常是错误的，因此通常是无效的。对于一些分析物的测试，例如尿液中的离子浓度（即，脱水的比重），在信号完全显示和可获得有效的读取之前需要一定的时间。这种情况对使用者可持续监控的测试不是问题，然而，对于持续监控测试并不可行和样本引入时间不确定的情形，这是个问题。例如，准确地预测婴儿或失禁的成人何时将排尿以向尿布或其他个人护理产品中的分析装置提供样本，这即使是可能的，也是非常困难的。因此，分析装置需要确认机构来确保在有效读取时间窗内进行了读取。
近年来，试剂条变得更加流行，特别地在非处方和床旁检测市场中，这主要是由于它们成本较低且使用便利。通常，传统的试剂条响应于尿液样本的离子强度而改变颜色。尿液的离子强度是尿液中存在的离子的测量量。USG与尿液的离子强度成比例。因此，通过分析测试样本的离子强度，通过尿液的离子强度和USG的关联，可以间接地、半定量地确定USG。
通常以以下方式制造传统的试剂条，即所有相关试剂扩散地一起被固定在试剂条的小型多孔区域上。随后尿液的样本被施加在该区域上，或整个试剂条被浸入尿液样本中并迅速拿出以允许显色。这种传统试剂条的实施例在Falb等提出的美国专利No.4,318,709和Stiso等提出的美国专利No.4,376,827中描述。
Falb等提出的美国专利No.4,318,709和Stiso等提出的美国专利No.4,376,827都通过引用包含于此，其描述了用于测量USG的传统测试条中使用的聚合电解质-染料离子交换的化学过程。在这种传统测试条中，尿液中存在的离子引起与聚合电解质的离子交换，因而向尿液中引入氢离子。由pH指示器检测氢离子浓度的改变。
然而，用于USG测量的传统试剂条存在着主要的缺点，特别是对于非处方和即时测试市场。例如，传统的试剂条具有有限的读取窗，因为由这种条产生的信号仅在应用样本后的较短时间段内开始改变。试剂浸出（扩散地固定的试剂的结果）和样本蒸发都可以导致信号的改变。除非在应用样本后即刻分析试剂条，否则信号改变将导致错误的测试结果。此外，由于传统试剂条中的试剂通常溶于水，因而必须迅速地从尿液样本中拿出测试条以避免试剂浸出至样本中。另外，传统的试剂条通常仅设计用于单一尿液样本应用。多次尿液的浸入可能导致错误的测试结果，因而这种试剂条不适于在多次尿液浸入不可控的吸收制品中应用。最后，传统的试剂条并未向使用者提供获知测试是否被正确地执行或是否应用了足量样本的途径。
因此，针对一种能够以较高的性价比向看护者提供上述确保以帮助监控使用者的含水状态的分析装置存在着未得到满足的需求。
发明内容
本发明描述了一种基于油墨的方法以制造脱水感应器，采用了用于测量尿液比重的统一分析方式，其中染料配剂和缓冲配剂沉积在纤维质基底的同一范围或区域上。这些感应器需要较少的制造步骤，却呈现出更好的灵敏性和稳定性，使用较少的试剂材料因而更加节约，且可提供明显或渐变的颜色转变。还可以开发进一步优化的缓冲配剂以规定含水和脱水状态之间的特定分界点。
脱水感应器具有：多孔基底，其中缓冲油墨系统直接沉积在部分基底上。缓冲油墨系统由a)0.5-30wt.%的弱聚合酸或b)0.5-12wt.%的弱聚合碱或c)0.5-30wt.%的弱聚合酸和0.5-12wt.%的弱聚合碱的组合、0.5-70wt.%的聚合稳定剂和表面活性剂组成；以及pH敏感染料。可选地，酸的百分比可以在约0.5%至约15%之间，或更特别地在约1%至约12%之间，或2%至约8%之间。而且，可选地，弱碱的量也可在约0.5%至约10%之间的相似范围内。这种合成物允许在维持稳定性和显色精确性的同时，能够在适于侧流的多孔基底上简单地施加或印刷缓冲油墨。
另一方面，本发明还涉及包含基于侧流的脱水感应器的吸收制品，如前所述，该脱水感应器用于测量尿液的比重从而监视相对含水或脱水。该制品包括最接近使用者身体的第一内层、吸收芯以及形成远离使用者身体的外壳的第二外层。脱水感应器位于内层上接收尿液的区域附近，该区域直接被尿液侵入、或通过芯吸或毛细系统将尿液传输至分析装置。脱水感应器应当被放置为使得使用者或看护者能够容易地观察检测区域和/或控制区域上的颜色信号变化。如上所述，分析装置包括具有适于进行侧流的多孔基质的第一基底。基底具有样本沉积区域、具有检测区域的缓冲垫、以及在检测区域下游的芯吸垫上的控制区域。在一些实施例中，诸如公开号为2010/0159611A1或2010/0159599A1的美国专利申请中所描述的流速控制区域被设置在检测区域和控制区域之间，这些文献的内容通过引用包含于此。流速控制区域调节芯吸垫的控制区域中可见信号的显色和呈色直至缓冲垫的检测区域中的颜色转变达到颜色稳定所需的时间量。各区域之间直接液体相通、或者通过相邻组件间接液体相通。吸收制品的例子可包括尿布、成人失禁产品、或个人或女性生理产品、或用于医疗或医院的吸收垫。
可选地，本发明描述了用于衣服（例如内衣）或吸收个人护理产品的插入物，该插入物包括脱水感应器，如上所述，脱水感应器具有：与缓冲垫和芯吸垫液体相通的、具有多孔基质的基底。缓冲垫包括具有缓冲油墨系统的检测区域，其中缓冲油墨系统直接沉积在部分基底上。缓冲油墨系统由0.5-30wt.%的弱聚合酸或0.5-10wt.%的弱聚合碱或0.5-30wt.%的弱聚合酸和0.5-10wt.%的弱聚合碱的组合、0.5-70wt.%的质子交换氢键中性缓冲桥和表面活性剂组成；以及pH敏感染料。在一些实施例中，如上所述还可在缓冲垫和芯吸垫之间设置流速控制区域。下面的基底支持各个区域并将这些区域束缚在一个整体装置中。
以下的详细说明中将描述本发明的三维感应器或包含这种感应器的分析装置及相关联的吸收制品的其他特征和优点。可以理解，前述的一般说明和以下的详细说明及实施例仅是用来表示本发明，旨在提供用于理解如权利要求所述的本发明的概述。
附图说明
图1是表示具有多个不同功能区域的侧流脱水装置的正面示意图。
图2A和2B是表示根据本发明的脱水感应器的示意图。在图2A中，pH-敏感染料和缓冲区域是基底上的分离的区域，在图2B中，染料和缓冲区域在基底的同一物理区域上彼此重叠。
图3是表示根据本发明的脱水感应器的检测区域中的呈色的相对变化的示意图。从左至右，检测区域中显示的颜色强度随着尿比重（USG）的增大而发生改变。
图4A-4G是根据本发明的印刷有pH-指示油墨的纤维基底上的斑的一系列拍摄图像。如每一样本中所示，根据不同的pH成分比例制备图4A-4G中示出的一系列脱水感应器。图4F示出在接触尿液以前样本6的油墨斑，图4G示出在接触尿液以后的样本6的斑的显色。
具体实施方式
脱水是导致全世界儿童发病率和死亡率的主要原因之一且造成了全世界婴幼儿死亡中的多达30％，因而，迫切地需要研发一种能够半定量地确定含水状态的指示器。
对于传统的尿液测试装置，例如试纸或测试条，将试纸浸入尿液样本并迅速拿出，然后将读取结果的颜色与比色刻度尺（color scale）相比较。典型地，这些测试条具有较短的读取窗，典型地为约2分钟或小于2分钟，且并不具有任何用户反馈机构。近来，如美国专利申请No.11/956428中所描述的，研发了一种改进的含水监控和测试模式，该文献的内容通过引包含于此。不同于之前研发的侧流含水测试模式，根据申请号为11/956428的美国专利申请的含水监控和分析装置具有持续时间要长得多的读取窗，至少为约2小时，典型地为约4-6小时或更长，且具有稳定的颜色和用于指示样本体积和与测试区域接触的样本的用户反馈区域。较长的读取窗和颜色信号的长期稳定性以及用户反馈机构对非处方（OTC）测试模式来说是重要的特征，对个人护理产品中的测试来说特别地重要，因为对于这些情况来说，持续的监控是不实际的。
本发明基于其他侧流测试模式的成功，例如申请号为11/956428或12/338673的美国专利申请中所描述的，这些文献的内容通过引用包含于此，本发明克服了这些技术的部分缺陷。本发明保留了用于脱水监控的侧流装置的所有优点，同时提供了能够响应于较宽的USG范围和稳定的可区别的颜色变化的脱水感应器。
本发明公开了使用由弱酸和弱碱组成的缓冲系统的脱水感应器。与单一缓冲成分系统相比，合成的缓冲系统具有更高的缓冲能力，因此仅需少量的缓冲就能达到与传统分析装置相似的功效。传统脱水感应器需要相对大面积的基底作为缓冲垫从而可优化其灵敏度。与使用单一缓冲剂制备的传统脱水感应器不同，本发明对尿液样本中的离子浓度变化要敏感很多。这一特征允许了制造脱水感应器，本发明的合成缓冲系统允许了制造者使用面积小很多的基底（即，至少为先前缓冲垫尺寸的1/2或1/3）。由于缓冲能力显著地增大，这一优点允许了在单个斑上沉积或印刷感应成分（即，染料和缓冲剂）。该斑可以具有约为1mm至约30mm的边长或直径/横截面尺寸，更典型地为2或3mm至约20-25mm，或约4或5mm至约10mm或12-17mm，且优选地在1-5mm之间，包括其间范围的各种组合。相对比地，传统缓冲垫通常需要约3-4cm×28-30cm的边长尺寸或约84-120cm2的面积。无需在样本沉积区域和检测区域之间设置相对较长的缓冲垫部分，这允许了尿液传输至检测区域。因此，本发明的优点是其能够在保持对尿液中离子浓度的灵敏性的同时还允许了使得感应器的缓冲垫部分小型化。
此外，在本发明中，pH指示染料可直接固定在纤维缓冲垫上，因而无需检测区域上的保护膜或覆层。因为无需额外的制造步骤，这一优点简化了脱水感应器装置的制造并降低了成本。例如，传统脱水感应器包括尼龙载体垫上的染料以支持脱水区域，与其相比，本发明不再需要如一些现有装置中的独立的相当昂贵的尼龙载体垫。
本发明的脱水感应器允许使用者定量地或半定量地精确地监控尿液的比重。感应器包括多孔基底，缓冲油墨系统直接沉积在部分基底上。基底形成缓冲垫的一部分。缓冲油墨系统由a)0.5-30wt.%的弱聚合酸或b)0.5-10wt.%的弱聚合碱或c)0.5-30wt.%的弱聚合酸和0.5-10wt.%的弱聚合碱的组合、0.5-70wt.%的聚合稳定剂和表面活性剂组成，其中聚合稳定剂作为质子交换氢键中性缓冲桥；以及pH-敏感染料。
可选地，其中弱聚合酸和弱聚合碱的百分比可以分别在约0.5wt.%至约25wt.%之间、约0.5wt.%至约7wt.%和8wt.％之间。典型地，弱酸的百分比在约1%和15％或20％之间，弱碱的百分比在约1%和4％或5％之间。聚合稳定剂或质子交换氢键中性缓冲桥的量可以在约0.5wt.%至约60wt.%之间。典型地，聚合稳定剂的量在约1wt.%或3wt.%和约40wt.%或50wt.%之间；更典型地，百分比在约5wt.%或7wt.%和约30wt.%或35wt.%之间，或优选地为约0.5wt.%至约25wt.%。
根据本发明，例如，聚合碱可为聚（烯丙胺）、聚（乙烯亚胺）、聚（乙烯胺盐酸盐）或它们的组合。聚合酸可为下述物质中的一个或组合：聚（丙烯酸）、聚（甲基乙烯基醚共聚马来酸）、聚（4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸）或聚（甲基乙烯基醚共聚马来酸酐）。例如，聚合稳定剂可为聚乙烯醇或聚氧化乙烯。
例如，脱水感应器中使用的pH敏感染料可为但并不限于为下述染料中的任一个：溴甲酚绿、溴百里酚蓝、硝嗪黄、间甲酚紫、百里酚蓝、二甲酚蓝、甲酚红、溴酚蓝、刚果红、甲基橙、溴氯酚蓝、乙基橙、碱性菊橙、甲基红、茜素红S、胭脂虫红、氯酚红、溴甲酚紫、对硝基酚、茜素、亮黄、中性红、玫红酸、酚红、间硝基苯酚或这些染料的组合。
根据本发明，阳离子聚合表面活性剂用作将pH敏感染料固定至基底上的固定剂，从而染料不会从施加在基底上的区域浸出。表面活性剂具有与pH敏感指示剂相反的离子电荷。由于固定剂为表面活性剂，因而这也增加了这种配方的一般润湿性。这些试剂的例子可包括：SSB-6（聚[丙烯酸-共-丙烯酸丁酯-共-2-乙基己基丙烯酸酯-共-2-丙烯酰胺丙基磺酸钠]）或OASIS“L7170”（聚[丙烯酸甲酯-共-[(2-丙烯酰基氧基)乙基]三甲基氯化铵]）。阳离子聚合表面活性剂的量应当与pH指示剂的百分比相似，由于表面活性剂用于固化指示剂，典型地，指示剂:表面活性剂的比例为约5:1、5:2或5:3至约1:1。
第一部分——侧流模式
用于免疫分析的基于侧流的诊断装置已经被广泛地接受并用作消费者诊断产品，诸如用作妊娠试验。本发明部分涉及监控尿液样本的比重的分析设备。虽然表面上在用户友好性和成本方面与传统的免疫分析技术相似，但本发明的含水测量装置在生成信号的化学过程和机理方面与其完全不同。图1示出典型侧流装置10的各部分的形式的示意图。典型地，侧流条由布置为在分析装置的各区域之间液体相通的多孔基质12制成，各区域为：样本区域14、缓冲垫16、检测区域18和控制区域20。样本区域是沉积样本的区域。缓冲垫扩散地负载有缓冲成分，该成分一旦暴露于不同离子浓度的样本就会改变其pH值。缓冲垫可具有芯吸垫。缓冲垫包括具有pH指示剂的检测区域，其中pH指示剂呈现出响应于不同pH水平的颜色变化。检测区域装载有可检测缓冲剂的pH变化的pH指示剂，控制区域检测整个装置的样本的存在。在一些实施例中，样本观察或反馈区域具有非扩散地固定的pH指示剂和pH调节剂。pH指示剂在与尿液样本接触时呈现颜色转变。
根据本发明，由弱酸离解造成的检测区域中颜色变化的下述反应机理示出了测量尿液离子强度的颜色化学过程的典型说明。
弱聚合酸
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基本模式＝H+→酸模式
随着测试环境中离子强度的改变，弱聚合酸或碱改变它们的表观缔结或离解常数。例如，当样本中的阳离子浓度增加时，基于羧酸的弱酸的离解常数增大，从而释放出更多的质子并增加了溶液的酸性。pH指示剂可检测酸性的改变从而改变颜色。有益的pH指示剂的例子可包括溴百里酚蓝、溴酚蓝、酚红、中性红、甲基橙和茜素黄R。
选择检测区域中的颜色指示剂的重要准则是其对由尿液的离子强度造成的缓冲剂微妙的pH值变化的灵敏性。假定正常尿液的pH值为中性，则优选地指示剂在约为7±2的pH值附近具有显著的颜色转变，例如百里酚蓝和溴百里酚蓝。通过一起沉积指示剂和pH调节剂可容易地调节固定的指示剂的初始颜色，pH调节剂是酸、缓冲剂、碱或它们的组合。重要的是，初始颜色可提供明显的颜色对比。例如，若使用溴百里酚蓝作为指示剂，碱性的条件会导致检测区域显示出翡翠绿，这就显著地区分于酸性条件下的黄色。
控制区域是一个简单的机构，使用者用其来确保足量的样本以正确的方式被施加至分析装置且样本已接触检测区域中的试剂。在检测区域下游的分析装置上显现出颜色-形成控制信号。显色的化学过程涉及在控制区域中一起固定pH指示剂和pH调节剂以生成在正常尿液范围内的初始pH值（即，5-10）。pH指示剂呈现初始颜色，一旦尿液样本通过检测区域移至控制区域，控制区域附近的pH发生改变并导致控制指示剂的颜色发生改变。该信号表示已有足量的样本通过检测区域且已正确的完成测试。
第二部分——脱水感应器模式
对于直接合并至个人护理产品中的脱水感应器或指示器，感应器应满足多个需求。这些需求包括：a)感应器应当具有至少为6个小时或更多的较长的读取时间窗；b)感应器应当可以简单并容易地读取或解释；c)感应器及产品应当能够容忍多次受潮；d)感应器应当能够以对产品或其制造过程的最小的修改合并至现有的个人护理产品中，以及e)感应器及产品应当能以最小的成本相对便宜地制造。基于尿液离子强度而改变颜色的尿液试剂条是在商业上可得到的，但由于其染料的扩散性和颜色的不稳定性因而并不适于个人护理产品。近来，我们已研发出克服了这些难题并能潜在地作为个人服装的插入物使用的脱水感应器。然而，感应器的设计和制造步骤非常复杂。本发明公开了能以油墨形式实施的脱水感应器。
诸如申请号为12/338673或12/338636的美国专利申请中所描述的，先前通过缓冲基底（例如纤维垫）、其上固定有用于检测区域的pH染料的尼龙膜、将检测区域粘附至基底的薄片（laminate）和可选的表面活性剂来制造脱水指示器，上述文献的内容通过引用包含于此。可选地，可省去尼龙膜，将pH敏感染料固定至基底的缓冲纤维垫。这些类型的感应器使用基于侧流的分析，其中尿液在测试条上向上传输并直接与检测区域接触。检测的机理是基于以下事实：随着介质中离子强度的改变，弱聚合酸和碱改变其表观缔结/离解常数，这导致了相对pH值的改变。通过使用pH染料的色度改变可检测这种改变。尿液的离子强度（响应于使用者的含水水平）改变了缓冲剂的pH值，可利用检测垫中包含的pH染料来测量该pH值。
根据一方面，本发明涉及包含pH敏感染料的脱水感应器，其中染料与弱聚合酸缓冲剂（例如，聚丙烯酸等）相结合，其中弱聚合酸缓冲剂在遇到诸如尿液的酸性溶液时将释放质子。与先前的模式相比，本发明的感应器使用较少量的染料或缓冲材料，并提供了更好的缓冲功能。
本发明描述了用于脱水指示器的基于油墨的方法，其增强了信号稳定性并能更容易地制造。本发明基于将基于侧流的脱水指示器集成至吸收性个人护理产品中的现有成果。然而，本发明增加或改进了功能并且克服了与先前感应器关联的一些问题和缺点。例如，采用现有的指示器实施例，存在着染料从感应器基底的目标区域或活性部位流出和/或浸出的问题。此外，在现有的制造过程中，指示器需要纤维垫在印刷pH敏感染料之前整个被缓冲溶液预处理并被干燥。
在现有的制造脱水感应器的过程中，指示器需要多孔纤维垫在加入染料之前，整个被缓冲溶液预处理且被干燥。在本发明中，我们证明了借由聚合酸-聚合碱配方，指示器的缓冲能力被显著地增强。由于缓冲能力被增强，因而无需再使用缓冲溶液对整个纤维垫进行预处理。替代地，纤维垫的缓冲区域或部分的物理尺寸可被显著地降低至使得能够容易地印刷或条形化（stripe）指示器垫。根据该方法，可将缓冲区域沉积或印刷在分析基底上包含染料的范围或区域的下游，如图3A所示。可选地，缓冲剂和染料试剂可彼此重叠地施加在同一物理范围或区域上，如图3B所示。
在图3A示出的第一实施例中，染料和缓冲剂设置在基底上的不同位置处。配制的染料溶液的一个实施例（以50:5:2的比例配制的10％的聚乙烯醇、5mg/ml的溴百里酚蓝和聚乙烯表面活性剂Oasis，4微升）设置在25mm×5mm的条带上。缓冲溶液（以20:20:3的体积比配制的10％的聚乙烯醇、45mg/ml的聚丙烯酸和20％的聚丙烯胺，8微升）随后放置在基底上染料斑的正下方以形成感应条。感应条在50℃的温度下干燥30分钟。具有不同离子强度的100微升人工合成尿液放置在接近缓冲末端的感应条的末端。可观察到响应于具有不同USG水平的人工合成尿液的颜色变化。在图3B示出的第二实施例中，染料和缓冲剂设置在基底上的相同位置。配制的染料溶液的一个实施例（以50:5:2的比例配制的10％的聚乙烯醇、5mg/ml的溴百里酚蓝和聚乙烯表面活性剂Oasis，3微升）首先设置在5mm×5mm的纤维基底上。缓冲溶液（以20:20:3的体积比配制的10％的聚乙烯醇、45mg/ml的聚丙烯酸和20％的聚丙烯胺，2微升）随后设置在基底上的相同位置处以形成感应器。感应片在50℃的温度下干燥30分钟。一系列具有不同离子强度的25微升的人工合成尿液样本放在感应条上。可观察到响应于具有不同USG水平的人工合成尿液的颜色变化。
相对比地，本发明的装置证明了通过使用独特的缓冲剂配方，指示器的缓冲能力得到了增强。由于缓冲能力得到了增强，因而无需使用缓冲溶液处理整个纤维垫。替代地，缓冲部位在面积上可被显著地降低或缓冲剂的量降低至更易被印刷或施加在指示器垫上的量。根据该方法，可在染料区域的下方印刷缓冲区域，或是在同一物理区域上印刷缓冲剂和染料。此外，pH敏感染料被固定从而缓冲油墨不致浸出或污染个人护理产品的其他区域。
随着样本的离子浓度或离子强度或比重的不同，缓冲剂的pH值发生改变。缓冲剂可包含部分中和的弱聚合酸或碱。弱聚合酸或碱的实施例包括聚（丙烯酸）、聚（马来酸）、聚（乙烯胺）和聚（4-乙烯基吡啶）。缓冲剂可包含非聚合的弱酸，例如2-(N-吗啉)乙磺酸和二-(氨乙基)-乙二醇醚N,N,N’,N’-四乙酸。缓冲成分可以永久固定在多孔基质上或非永久地固定在多孔基质上。多孔基质的实施例包括纤维垫、滤纸、无纺布材料和玻璃光纤垫。
多孔基质不应该显著地影响缓冲剂的缔合和离解常数。脱水测试装置具有非扩散地固定有pH指示器的测试垫（区域）。期望地，pH指示器在中性pH值附近或约5.5至约10.5的pH值范围上呈现出颜色转变。pH指示器的实施例包括溴百里酚蓝、百里酚蓝、m-甲酚紫、亮黄和中性红。基质优选地为多孔的且是亲尿液（含水）的以允许尿液的快速渗透。
脱水感应器装置具有多孔且亲水的芯吸垫。芯吸垫优选地具有相对高的或显著的保持诸如水或尿液的液体的吸收能力。脱水测试装置具有反馈或控制区域作为芯吸垫的一部分。不论尿液样本的pH值和/或比重如何，接触尿液后控制区域的颜色将发生改变。芯吸垫可具有在多孔且亲水/尿液的基质上非扩散地固定的pH指示器和pH调节器。当pH值小于约5.5或大于约10.5时，pH指示器可以呈现出颜色转变。pH指示器的实施例包括溴酚蓝、溴氯酚蓝、荧光桃红B、溴甲酚绿及刚果红。pH调节器的实施例包括柠檬酸、草酸及酒石酸。基质优选地为多孔的且是亲尿液的以允许尿液的快速渗透。
在特定实施例中，缓冲成分可选自弱聚合酸，例如聚（丙烯酸）（MW:3,000-60,000）；聚（甲基乙烯基醚共聚马来酸）（80,000-960,000）；聚（4-苯乙烯磺酸-共-马来酸）（MW:20,000）；或聚（甲基乙烯基醚共聚马来酸酐）（MW:80,000）。弱聚合碱可为：聚（烯丙胺）（MW:1,000-60,000）、聚（乙烯亚胺）（MW:1,800-10,000）、聚（乙烯胺盐酸盐）（MW:25,000）。例如，脱水感应器包括诸如溴百里酚蓝的pH敏感染料和多成分的缓冲剂（例如，聚丙烯酸和聚烯丙胺）。
pH敏感染料和多成分缓冲剂的位置可以相同，也可以不同。接触尿液以后，尿液中的离子触发缓冲剂释放质子并导致感应器上的pH敏感染料变色。颜色变化的程度取决于尿液的离子强度。
根据通过测试尿液样本的离子强度来监控脱水的方法，可提供具有与缓冲垫、芯吸垫及设置在所述缓冲垫和芯吸垫之间的流速控制区域液体相通的多孔基质的侧流条；在所述缓冲垫上的样本区域引入测试样本，允许样本与紧密邻接样本沉积区域的检测区域互相作用。图4示出了根据本发明的脱水感应器的灵敏性和有效性。具有范围在1.004至1.035的离子浓度的六个样本被测试。图4G中示出这些感应器的相应的拍摄图像，其中pH指示器的颜色变化更加明显。
在一些实施例中，流速控制区域设置在检测区域的下游，且在芯吸垫的控制区域中显现出可见信号之前尿液渗入流速控制区域。流速控制区域可通过操纵基质中的孔隙率、密度或离子亲和梯度来调节流速，其中基质形成所述流速控制区域的至少一部分。
根据本发明，通过增加聚合碱（聚合胺）含量，颜色迅速地转变。弱聚合碱成分的合并使得能够更加精确地控制缓冲区域的容量并允许在本发明的装置中使用更小、更定向体积的缓冲油墨成分（例如，0.1-10微升、0.5-5或7、1-3或4微升）。基底上可设置小的离散区，而无需覆盖整个基底。这可以节约成本并能制造整体更简单的装置。这一优点使得可最小化检测区域的活性区域。
可以预想到，本发明的特定使用可包括设计为包含在例如尿布、成人失禁产品或其他个人护理衣服的吸收制品中的脱水测试感应器，其中测试的精确、持续的监控是不实际的。对于脱水指示器，在与尿液样本接触之后，检测区域需要5-10分钟来稳定化并达到平衡。如果在达到平衡之前读取测试结果，则可能得到不准确的结果。因此，包括在检测区域和样本观察控制区域之间的流速控制区域之一是有益的，从而样本液体直至到达检测区域后10分钟才与样本观察控制区域相互作用。在这种实施例中，使用者应确保观察-控制区域的颜色一旦形成就准备读取测试。还可使用多组分测试的检测区域之间的流速控制区域，其中以不同的速率形成来自各区域的信号。在这种情况下，有利的是大部分或全部的信号同时显色，从而不会使使用者混淆。否则，使用者可能假定一旦一个信号形成则测试即完成，从而丢失了将在随后显色的其他信号。
另一方面，本发明还涉及一种用于测试尿液样本比重的方法，该方法包括：将尿液样本引入至样本区域，将所述尿液传输通过检测区域的缓冲垫，引起所述检测区域中的pH指示器的颜色改变，将尿液传输通过流速控制区域以调节芯吸垫的观察-反馈区域中可见信号的显现（在预定的间隔内），直至检测区域中的颜色转变达到颜色稳定性。
通常，根据下述步骤执行测试：将尿液样本引入至样本区域且通过毛细作用流过缓冲区域。尿液中的离子导致缓冲垫中的缓冲剂的pH值发生改变。一些样本流入检测区域，其中pH指示剂基于缓冲剂的pH值显示不同的颜色，pH值由尿液样本的离子浓度确定。检测区域的颜色与尿液离子强度或尿比重相关联，其反映出个人的含水状态。已发现，检测区域中的颜色信号完全显现通常需要花费一些时间（例如，根据装置的尺寸和配置通常为10至30分钟）。一些样本进一步地流入流速控制区域，随后流入芯吸区域，随后是样本观察-控制区域以最终触发读取区域中的颜色改变。经由包括材料的选择、区域的宽度和长度及孔隙大小的流速控制区域的许多参数，可以容易地调节样本完全到达观察-反馈区域以显现反馈信号所花费的时间。芯吸垫的控制区域中的颜色改变不仅可确保测试正确地完成，还保证了在读取信号之前样本已与检测区域接触的最少时间。例如，如果反馈垫的颜色没有改变，则测试是无效的，这表示没有引入足量的样本、或没有给出足够的时间来完成检测区域中的信号显色。
第三部分——实证例
基底：
使用Millipore公司（Bedford,MA,USA）生产的纤维素纤维垫（Millipore CFSP223000,20cm×30cm薄片）作为基底。如果指示器的缓冲和染料区域是分开的，则基底制成25mm×5mm的条带，如果缓冲剂和染料印刷在纤维垫的相同区域上，则制成5mm×5mm的条带。
缓冲剂配方：
除特殊声明，缓冲剂的配方由下述试剂组成：聚乙烯醇（PVOH）:10％溶解在DI H2O中，聚丙烯酸（PAH）:45mg/ml在DI H2O中，以及聚烯丙胺（PAA）或聚乙烯亚胺（PEI）:20％溶解在DI H2O中。
pH染料配方：
除特殊声明，染料配方由下述试剂组成：聚乙烯醇（PVOH）:10％溶解在DI H2O中，溴百里酚蓝（BTB）:5mg/ml在7:3的H2O/乙醇中，以及Oasis（PS）储备溶液。
指示器制备：
若缓冲区域和染料区域分开，除非有特殊说明，按如下步骤来进行制备：将染料配剂（4μL的50:5:2体积比的PVOH:BTB:PS溶液）放置在纤维基底垫（25mm×5mm）上。将缓冲配剂（8μL的20:20:3体积比的PVOH:PAH:PAA溶液）放置在基底上染料区域的正下方以形成指示器。指示器在50℃下干燥30分钟。
若缓冲剂和染料印刷在指示器的相同区域上，除非有特殊说明，按如下步骤来进行制备：将染料配剂（3μL的50:5:2体积比的PVOH:BTB:PS溶液）放置在纤维基底垫（5mm×5mm）上。随后即刻将缓冲配剂（2μL的20:20:3体积比的PVOH:PAH:PAA溶液）放置在基底上相同的区域。在使用之前，指示器在室温下干燥至少30分钟。
指示器的稳定性测试：
使用印刷在相同区域的染料（3μL的50:5:2体积比的PVOH:BTB:PS溶液）和缓冲剂（2μL的10:15:1体积比的PVOH:PAH:PEI溶液）来制备指示器。光线下在塑料可密封袋中存储指示器，遮光下在塑料可密封袋中存储指示器，以及遮光下在铝袋中存储指示器。使用MinoltaCM-2600d分光光度计监控指示器的颜色强度超过30天。该稳定性实验进行了三次。
实施例1
制备有一片2cm×30cm的纤维基底，印刷了根据本发明的油墨配剂。染料和缓冲剂放置在基底上的相同区域。染料溶液（以50:5:2的比例配制的10％的聚乙烯醇、5mg/ml的溴百里酚蓝和聚乙烯表面活性剂Oasis，3微升）首先放置在5mm×5mm的纤维基底上。缓冲溶液（以20:20:3的体积比配制的10％的聚乙烯醇、45mg/ml的聚丙烯酸和20％的聚丙烯胺，2微升）随后沉积在基底上相同位置处的染料溶液上以形成感应器。感应器基底能够在外界环境下风干并被切成独立的片，并针对具有不同比重（USG）值的人工合成尿液进行测试。在相似的条件下处理一组样本1-5中的各个测试条，但聚合酸和聚合碱的比例各不相同。如图4A-4E所示，每一样本组的拍摄图像示出了感应器接触人工合成尿液后的结果。感应片显现出一系列不同的颜色和深浅以反映不同的USG值。
实施例2
以与实施例1相似的方式制备基底，但染料和缓冲剂沉积在沿着基底的不同区域上。配制的染料溶液（以50:5:2的比例配制的10％的聚乙烯醇、5mg/ml的溴百里酚蓝和聚乙烯表面活性剂Oasis，4微升）设置在25mm×5mm的条带上。缓冲溶液（以20:20:3的体积比配制的10％的聚乙烯醇、45mg/ml的聚丙烯酸和20％的聚丙烯胺，8微升）随后放置在基底上染料斑的正下方以形成感应条，如附图所示。感应器片能够被风干、分离，并针对具有不同USG值的人工合成尿液进行测试。在应用人工合成尿液样本之前，样本6中的一组感应片中的油墨斑，PVOH:聚合酸:聚合碱（6.4:1.5:1），呈现出绿色。与在图4A-4E中观察的相似，各个感应片在与尿液样本接触后，呈现出明显区分不同USG值的颜色谱线。
表1根据实施例1和2概括了样本1-6中一组感应片的结果。关联的图4以灰度级的方式示出了施加了各个不同USG值的感应器的外观。
表1
Figure BDA00002837168900151
上文概述了本发明并且以实施例及附图的方式详细地描述了本发明。然而，本领域技术人员可以理解本发明并不必须地限于特别公开的实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明实施及其使用做出各种替代、修改和变型。因而，除非所实施的修改背离了如下述权利要求所定义的本发明的范围，本说明书应被理解为包括各种改变。

Claims (20)

1.一种脱水感应器，包括：
多孔基底，其中缓冲油墨系统直接沉积在部分基底上；
所述缓冲油墨系统由a)0.5-30wt.%的弱聚合酸、或b)0.5wt.%至约12wt.%的弱聚合碱、或c)0.5wt.%至约30wt.%的所述弱聚合酸和0.5wt.%至约12wt.%的所述弱聚合碱的组合、0.5wt.%至约70wt.%的聚合稳定剂和表面活性剂组成，其中所述聚合稳定剂用作质子交换氢键中性缓冲桥；以及
pH敏感染料。
2.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述聚合碱为聚（烯丙胺）、聚（乙烯亚胺）、聚（乙烯胺盐酸盐）或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述聚合酸为下述物质中的一个或组合：聚（丙烯酸）、聚（甲基乙烯基醚共聚马来酸）、聚（4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸）或聚（甲基乙烯基醚共聚马来酸酐）。
4.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述聚合稳定剂为聚乙烯醇或聚氧化乙烯。
5.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述基底为聚酯、纤维材料或人造纤维。
6.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述缓冲油墨系统与所述pH敏感染料沉积在所述基底上的相同区域。
7.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述缓冲油墨系统沉积在与所述pH敏感染料分离的区域。
8.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述质子交换氢键中性缓冲桥用于所述缓冲油墨系统的成分之间的质子交换，并且保护所述感应器不致遭受CO2引起的劣化。
9.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述质子交换氢键中性缓冲桥为聚乙烯醇或聚氧化乙烯。
10.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述pH敏感染料在约5.5至约10.5的pH值处呈现颜色转变。
11.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述pH敏感染料为下述物质中之一：溴甲酚绿、溴百里酚蓝、硝嗪黄、间甲酚紫、百里酚蓝、二甲酚蓝、甲酚红、溴酚蓝、刚果红、甲基橙、溴氯酚蓝、乙基橙、碱性菊橙、甲基红、茜素红S、胭脂虫红、氯酚红、溴甲酚紫、对硝基酚、茜草色素、亮黄、中性红、玫红酸、酚红、间硝基苯酚或这些染料的组合。
12.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述表面活性剂用作所述pH敏感染料和所述缓冲油墨系统的固定试剂。
13.根据权利要求1所述的脱水感应器，其中所述表面活性剂是阳离子表面活性剂。
14.一种吸收制品，包括：
第一内层、吸收芯以及第二外层；
用于测量尿比重的基于侧流的脱水感应器，所述脱水感应器包括具有缓冲垫的基底；
所述脱水装置位于所述内层上接收尿液的区域附近，该区域直接或通过毛细传输的方式被尿液侵入；
所述缓冲垫具有检测区域，其中具有直接沉积在所述缓冲垫上的缓冲油墨系统；
所述缓冲油墨系统由a)0.5-30wt.%的弱聚合酸、或b)0.5-12wt.%的弱聚合碱、或c)0.5-30wt.%的弱聚合酸和0.5-12wt.%的弱聚合碱的组合、0.5-70wt.%的聚合稳定剂和表面活性剂组成，其中所述聚合稳定剂用作质子交换氢键中性缓冲桥；以及pH敏感染料。
15.根据权利要求15所述的吸收制品，其中所述脱水感应器的所述基底具有多孔基质，其中样本沉积区域和位于检测区域下游的芯吸垫上的控制区域在所述多孔基质上。
16.根据权利要求15所述的吸收制品，其中所述脱水感应器具有位于所述检测区域和所述控制区域之间的流速控制区域，所述流速控制区域调节所述芯吸垫的控制区域中可见信号的显色和呈色所需的时间量直至所述缓冲垫的检测区域中的颜色转变达到颜色稳定。
17.根据权利要求15所述的吸收制品，其中各个所述区域之间直接液体相通、或者通过相邻组件液体相通。
18.根据权利要求15所述的吸收制品，其中所述吸收制品为尿布、成人失禁产品、或个人或女性生理产品、或用于医疗或医院的吸收垫。
19.一种用于衣服或吸收性个人护理产品的插入物，该插入物包括：
脱水感应器，包括：与缓冲垫和芯吸垫液体相通的、具有多孔基质的基底，所述缓冲垫包括具有缓冲油墨系统的检测区域，所述缓冲油墨系统直接沉积在部分基底上；所述缓冲墨系统由约0.5wt.%至约30wt.%的弱聚合酸、或约0.5wt.%至约12wt.%的弱聚合碱、或约0.5wt.%至约30wt.%的所述弱聚合酸和约0.5wt.%至约12wt.%的所述弱聚合碱的组合、0.5wt.%至约70wt.%的质子交换氢键中性缓冲桥和表面活性剂组成；以及pH敏感染料。
20.根据权利要求21所述的插入物，其中所述脱水感应器包括位于所述缓冲垫和所述芯吸垫之间的流速控制区域。
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