CN1284013A - 毛细管传输液体的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在二个相对放置的,基本上是平面的层之间毛细管传输液体的装置,其中这二层是按照在它们之间形成毛细管活性间隙的方式,按一定距离互相平行地排列,其特征在于,这二层中至少一层包括至少二个分立的邻接部件,并且液体的毛细管活性传输,可以流过位于一层内的这二个部件的共同边界。
Description
本发明涉及在二个相对的、基本上是平面的层之间的毛细管传输液体的装置，其中这二层是按照在它们之间具有毛细管活性间隙的距离互相平行地排列。
时常采用所谓的载体束缚测试来定性或定量地分析测定体液，特别是血液中的成分。在这些测试中，试剂被埋在与试样接触的相应的固态载体层中。如果有目标分析物存在，液体试样与试剂的反应会产生可检测的信号，特别是可用目视或借助于仪器测定的颜色变化，通常采用反射光度计测定。
测试元件或测试载体往往呈试条的形式，试条基本上由塑料材料制成的细长的载体层，和作为测试区施加到其上的检测层组成。然而，已知有方形或矩形小片状的测试载体。
采用目视或反射光度计测定的用于门诊诊断的测试元件，象电化学传感器和生物传感器一样，往往结构成施加试样区和检测区按竖直轴方向一个位于另一个之上。这种结构形式是有问题的。在必须将加上试样的试条插入仪器例如反射光度计进行测定时，可传染的试样物质能与仪器的部件发生接触，并可能污染这些部件。而且，特别是在未经训练的人员，例如糖尿病患者在自控血糖时使用试条的情况下，可能只是进行体积定量有困难。
最近可以买到具有毛细管孔道或间隙的测试元件，借此至少能解决一些上述的问题。
英国专利-A-0 287 883叙述了一种测试元件，该测试元件利用检测层和惰性载体之间的毛吸管间隙进行体积定量。将测试元件浸入被检测的试样中，以便试样充满毛吸空间，该毛吸空间需要的试样体积大，这就是为什么这类体积定量宜适合于检测以过量存在的试样物质，例如尿。在施加试样位置和检测位置之间没有空间间隔。
英国专利-B-0 034 049涉及一种测试元件，其中将试样施加到中央的施加试样位置，例如覆盖层上的开口，试样由毛细管作用力传输到在空间上与试样施加位置分开的几个检测区。在根据英国专利-B-0 034 049的测试元件上，试样施加点在中央位置并不能解决上述的仪器卫生问题。
在所述的毛细管间隙-测试元件中，在每一种情况下毛细管间隙都是由一些连续的单部件层形成的。特别是在毛细管传输越过较长的距离，例如10mm以上，特别是在掌握仪器卫生问题的情况下，最好至少一层由几个由不同材料制成的邻接部件组成。其次，可以采用不同的材料制成起不同作用的区域，例如传输区、储存区和/或反应区。通过使用不同的材料，还能根据所需用途达到材料的性质最佳化。然而，出现的问题是，起毛吸作用的间隙或孔道尺寸发生非常微小的变化，也会造成毛细作用的突然终止。对此横截面积在微米范围的增加就足以产生这种影响。在不同区域的连接处，保持毛细管的连续性是个问题，据申请人所知，直到目前为止这个问题尚未令人满意地解决。
因此，本发明的目的是要消除现有技术的缺点。
本发明的目的是由在本专利的权利要求中表征的主题实现的。
本发明涉及在二个相对的基本上是平面的层之间的毛细管传输液体的装置，其中这二层是按一定距离互相平行排列的，以使在二层之间具有毛细管活性间隙，该装置的特征在于，二层中至少有一层包括二个分立的邻接部件，该装置的特征还在于，液体的毛细管活性传输能够越过位于一层中的部件的共同边界。相对的平面层优选具有亲水的性质。
在这种情况下，亲水性表面意是吸水的表面。水性试样，也包括血液，能在这类表面上很好地展开。此外，这类表面的特征还在于，置于其上的水滴，在界面上形成的边界角或接触角是锐角。相反地，在疏水性即斥水性的表面上，在水滴和表面之间的界面上形成的边界角是钝角。
由测试液体和被检测表面的表面张力形成的边界角，是表面亲水性的量度。例如水的表面张力为72mN/m。如果被观测表面的表面张力值比该值低很多，即低于该值20mN/m以上，则其润湿作用差，得到的边界角是钝角。这样的表面被称作疏水性表面。如果表面张力接近水的表面张力值，则其润湿性好，边界角是锐角。相反，如果表面张力等于或大于水的表面张力值，那么液滴就能渗开，所以液体会完全展开。因而不能再测定其边界角。以水滴形成的边界角是锐角的表面或在其上观测到水滴完全展开的表面，被称作亲水性表面。
毛细管吸收液体的能力，取决于液体对孔道表面的润湿性。对于水性试样，这意味着毛细管应由表面张力近达到72mN/m或超过该值的材料制造。
制造能迅速地吸收水性试样的毛细管的充分亲水性的材料是例如玻璃、金属或陶瓷。然而，这些材料不适合在测试载体中使用，因为它们有一些严重的缺点，例如玻璃或陶瓷有破碎的危险，而许多金属，其表面性质有随时间变化的问题。因此通常采用塑料薄膜或模制件制造测试元件。一般所用塑料的表面张力几乎不超过45mN/m。即使采用相对说来最亲水的塑料，例如聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)或聚酰胺(PA)，如果采用它们，只能制造缓慢吸收的毛细管。由例如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)之类疏水性塑料制造的毛细管，基本上不吸收水性试样。因此，对于具有毛细管活性孔道的测试元件，必须赋予用作结构材料的塑料以亲水性，即使它们亲水化。
在根据本发明的分析测试元件优选的实施方案中，至少一个，但优选二个，特别优选二个相对的表面是亲水的，它们形成能够传输液体的毛细管孔道的内表面。如果一个以上的表面是亲水性的，则这些表面可采用相同或不同的方法制成亲水性的。在形成毛细管活性孔道的材料，特别是载体本身是疏水性的或只有非常轻微的亲水性时，亲水化是特别必要的，因为它们是由例如非极性的塑料组成的。采用例如聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚对本二酸乙烯酯(PET)或聚氯乙烯(PVC)之类的非极性塑料作为载体材料是有利的，因为它们不吸收被检测的液体，因此检测层能有效地利用试样体积。毛吸管孔道表面的亲水化，能使极性的，优选水性的试样液体易进入毛细管孔道，并在其中迅速地传输到进行检测的检测元件或检测元件的位置。
在制造过程中，采用亲水性材料实现毛细管孔道表面的亲水化是理想的，然而，亲水性材料本身不能吸收试样液体，或只吸收到可忽略不计的程度。在不可能采用亲水性材料的情况下，可采用具有稳定的对试样液体是惰性的亲水层的适宜覆层，使疏水性的或只有微弱亲水性的表面亲水化，例如，通过施加含润湿剂的层，或借助于溶胶-凝胶技术采用毫微米复合物覆盖表面的方法，将光致反应的亲水性聚合物共价结合到塑料表面上。此外，通过表面的热、物理或化学处理来提高亲水性也是可行的。
特别优选采用氧化铝薄层进行亲水化。例如可通过给工件真空镀金属铝，然后氧化该金属，或采用金属薄膜或覆金属的塑料膜制造测试载体，将这些层直接施加到所需的测试元件部件上，为了达到所需的亲水性，这些金属层也必须被氧化。在这种情况下，金属层的厚度为1-500nm是足够的。然后将金属层氧化成氧化的形式，对此，已经证明，除了电化学或阳极氧化方法以外，在水蒸气存在下或在水中煮沸进行上述所有的氧化是特别适宜的方法。以这种方法制备的氧化物层，视方法而定其厚度为0.1-500nm，优选10-100nm。在实践中，原则上可以得到层厚较大的金属层以及氧化物层，但没有任何附加的有利作用。
根据本发明的装置的邻接部件，一起形成一层，它们优选由不同的材料制造，也用于不同的目的。例如，一个部件可由对液体是惰性的塑料薄膜制造，而第二种和任选的其它部件，则由以特征方式与试样液体相互作用的材料制造。如果，例如根据本发明的装置，是要用来用目视或用光度计测定液体试样中的被分析物，可将该层的一个部件设计成检测元件，它可包含特征检测反应所需的一切试剂和辅助材料。对于本领域的技术人员，这类检测元件是熟知的，不需在此更详细地解释。检测元件优选由薄膜组成，薄膜面对孔道的一侧采用所需的试剂和助剂涂敷一层。
该层的这二个邻接部件必须这样装配，使这二个部件在成品装置中互相邻接，以致毛细管中的液体传输不会因为例如毛细管横截面的不利变化，在部件之间的连接处发生中断，也可理解为毛细管连续界面的中断。为此目的，所述部件的尺寸必须互相匹配。
为了避免毛细管的液体传输在毛细管孔道中中断，已经证明，将挠性的惰性薄膜附着到该层一个部件面对能传输液体的毛细管孔道的一侧上是优选的，该层由至少二个部件组成，薄膜覆盖了该部件的整个长度，也覆盖了毛细管孔道的整个宽度，并覆盖面对能传输液体毛细管孔道的一侧的该层相邻部件的一部分。因此薄膜层覆盖了连接这二个部件的区域，从而能够保持毛细管在这个敏感位置上的连续性。该薄膜在下面被称作间隙覆盖薄膜，薄膜的材料和其任选的亲水性覆层，可基本上与上面已对根据本发明装置的其他部件所述的一致。由于薄膜只覆盖该层的一部分，由于薄膜的厚度，在薄膜结束的位置上出现毛细管横截面的变化。为了确保这种横截面的变化不会造成毛细管流动的中断，薄膜不得超过某一厚度。已经证明，薄膜的最大允许厚度小于5μm。特别优选厚度小于1μm。
例如由于它们容易撕裂，这类薄膜很难处理，很难涂层并起折，因此其生产造成较高的生产成本。由于这个原因，力求采用较厚的薄膜，薄膜的厚度为5-20μm。出乎意外地发现，对于根据本发明装置的特别优选的实施方案，可将挠性的惰性薄膜附着到多部件层中一个部件面对能传输液体的毛细管孔道的表面上，该薄膜覆盖所述部件的整个长度，并覆盖毛细管孔道的整个宽度，同时该薄膜至少有一部分包括在邻接部件相对的表面之间，使毛细管的液体传输不会在部件的公共连接处中断。薄膜的材料和其任选的亲水覆层，可基本上与上面已对根据本发明装置的其它部件所述的一致。由于在这个本发明的特别优选的派生方案中，薄膜与该层中与用薄膜覆盖的部件邻接的部件搭接，所以采用间隙覆盖薄膜不一定会造成毛细管孔道横截面的变化。因此，在这种情况下可以采用厚度较大的薄膜。已经证明，厚度为5-20μm是优选的，特别优选5-15μm。
通过图1-3以及下列的实施例更详细地说明本发明。
图1示出根据本发明的装置特别优选的实施方案横截面的示意图。
图2示出根据本发明的装置另一个特别优选的实施方案横截面的示意图。
图3示出根据本发明的装置特别优选的实施方案横截面的示意图。
图中的数字表示：
1.载体层
2.覆盖层1
3.覆盖层2
4.施加试样的开口
5.排气口
6.毛细管孔道
7.间隙覆盖薄膜
在图1中用示意图示出根据本发明的装置特别优选的实施方案的横截面图。该装置由载体层(1)组成，载体层是这样形成的，在用覆盖层1(2)和2(3)覆盖的地方，它与这些覆盖层形成毛细管孔道(6)。例如可在载体层(1)或二个覆盖层1(2)和2(3)上冲压或铣出一个形成毛细管(6)的凹槽。如果采用平面层(1、2、3)，毛细管孔道(6)也可由中间层(未示出)形成。
中间层可由双面胶带制造，它除了规定毛细管孔道的几何形状以外，还起连接在形成毛细管活性区(6)中包括的其它部件，即载体(1)、覆盖层1(2)和2(3)的作用，孔道的高度是由中间层的厚度规定的。
在所示的实施方案中，在毛细管孔道(6)的一端上具有施加试样的开口(4)。在毛细管孔道(6)与施加试样开口(4)相对的一端上，有一个排气口(5)，在毛细管孔道(6)填充试样液体时，它能使空气逸出。
毛细管区域(6)从施加试样开口(4)伸展到第二覆盖层(3)的相对端。施加试样的开口(4)和排气口(5)在毛细管传输方向上限定了毛细管活性区(6)。
将覆盖层1(2)和2(3)互相端对端地固定，使毛细管(6)从施加试样的开口(4)连续地伸展到排气口(5)。
在图2和3中的横截面图用于表示出如何能通过采用间隙覆盖薄膜(7)，可靠地避免毛细管活性区(6)在覆盖层l(2)和2(3)之间的接触位置上中断。此外，在间隙覆盖薄膜(7)面对毛细管孔道(6)的一侧可提供亲水表面，这为样品液滴从施加试样开口(4)到排气口(5)的毛细管传输是有利的。
在图2中，间隙覆盖薄膜(7)沿覆盖层1(2)的整个长度将其覆盖，还有一部分搭接在覆盖层2(3)上，在该处造成毛细管活性区(6)横截面的变化。
作为在图2中用示意图示出的实施方案的代替方案，图3示出间隙覆盖薄膜(7)如何能确保毛细管在覆盖层1(2)和2(3)之间的连续性。在所示的特别优选的实施方案中，将间隙覆盖薄膜(7)包括在覆盖层1(2)和2(3)之间，因此并未在覆盖层2(3)上搭接。
实施例1
本发明的装置的制造
将100μm厚的双面胶带粘在350μm厚的聚对苯二酸乙烯酯薄膜(Melinex，帝国化学工业公司，德国缅因河畔法兰克福)上，该薄膜上覆有30nm厚的用水蒸气完全氧化的铝层。薄膜的长度为25mm，宽度为5mm.。中间的切口形凹槽，宽度为1mm，长度为2mm，位于一个短边上。胶带上冲孔的宽度为2mm，长度大于15mm，该冲孔界定了毛细管孔道的尺寸。选择冲孔的长度略大于所需毛细管活性孔道的长度，而活性孔道的长度是由其覆盖层决定的，以确保在填充试样液体过程中孔道的排气。将3mm长、5mm宽的检测膜粘到胶带的一侧上，该侧在离冲孔末端1mm的距离提供排气。采用从德国专利申请P 196 29656.0中已知的膜作为检测膜。检测膜是检测葡萄糖专用的。将长12mm、宽5mm的覆盖层粘到胶带在切口形凹槽和检测膜之间仍然敞开的区域上，使覆盖层和检测膜互相毗邻。覆盖层由150μm厚的聚对苯二酸乙烯酯薄膜组成，在其一侧上具有粘接剂，将6μm厚的覆有30nm厚的氧化铝层的聚对苯二酸乙烯酯薄膜(二者为：Hostaphan，Hoechst，德国缅因河畔法兰克福)粘在面对毛细管孔道的一侧。在这种情况下，较薄薄膜的伸展超过面对检测膜这侧上的较厚薄膜约500μm。在将覆盖层安装在胶带上时，必须小心地将较薄薄膜的伸出端铺在检测元件和覆盖层较厚的薄膜之间。为了覆盖仍露出的粘接带的区域，采用175μm厚的Melinex薄膜覆盖，然而，不能覆盖功能区。
以这种方法制得的测试元件具有长15mm、宽2mm和高0.1mm的毛细管孔道。该孔道可吸收3μl试样液体。由该试样润湿的检测膜面积为3mm×2mm。
实施例2
借助于实施例1的测试元件测定血液的葡萄糖浓度
将实施例1的测试元件施加试样的面放在一滴试样液滴放在上。测试元件的毛细管在2秒内自动地充满试样。如果在试样中有葡萄糖存在，在几秒钟后在检测膜上会看见颜色变化。在约30-35秒后达到反应终点。所得的颜色与试样的葡萄糖浓度有关，既可用目视也可用反射光度计测定。
Claims (8)
1、一种用于在二个相对的、基本上是平面的层之间毛细管传输液体的装置，其中这二层按照在它们之间形成毛细管活性间隙的距离互相平地行排列，其特征在于，该二层中的至少一层包括至少二个分立的邻接部件，并且液体的毛细管活性传输，能越过位于一层中的这二个部件的共同边界。
2、权利要求1的装置，其特征在于，一层的二个邻接部件是由不同的材料组成的。
3、权利要求1或2的装置，其特征在于，将挠性的惰性薄膜，附着到该层一个部件面对能传输液体的毛细管孔道的一侧上，该层由只少二个部件组成，薄膜覆盖所述部件的整个长度和毛细管孔道的整个宽度，以及在面对能传输毛细管孔道的一侧上，部分地覆盖该层的相邻部件。
4、权利要求3的装置，其特征在于，薄膜的厚度小于5μm。
5、权利要求1或2的装置，其特征在于，将挠性的惰性薄膜，附着到该层一个部件面对能传输液体的毛细管孔道的一侧上，该层由至少二个部件组成，薄膜覆盖所述部件的整个长度和毛细管孔道的整个宽度，薄膜至少有一部分包括在该层二个部件的相对表面之间。
6、权利要求5的装置，其中薄膜的厚度为5-20μm，包括20μm。
7、权利要求3-6任一项的装置，其特征在于，挠性的惰性薄膜在面对毛细管孔隙的表面上是亲水化的。
8、权利要求7的装置，其特征在于，亲水化是采用氧化铝层。
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