DE10221840A1 - Production of polymer layers on a transparent support, for use in sensors, e.g. for blood analysis, comprises coating the support with a photopolymerizable liquid composition and irradiating the liquid through the support - Google Patents

Production of polymer layers on a transparent support, for use in sensors, e.g. for blood analysis, comprises coating the support with a photopolymerizable liquid composition and irradiating the liquid through the support

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DE10221840A1 DE2002121840 DE10221840A DE10221840A1 DE 10221840 A1 DE10221840 A1 DE 10221840A1 DE 2002121840 DE2002121840 DE 2002121840 DE 10221840 A DE10221840 A DE 10221840A DE 10221840 A1 DE10221840 A1 DE 10221840A1
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Abstract

Production (M1) of polymer layers on a transparent support comprises coating the prepared support with a photopolymerizable liquid composition (I), irradiating (I) through the support so as to form a layer of polymer with a predetermined thickness, and removing remaining liquid (I). Independent claims are also included for: (1) apparatus for the production of polymer layers, comprising (a) means for holding and possibly moving a support, (b) means for the application of (I), (c) means for irradiating (I) through the support as above and (d) optional means for removing unpolymerized (I) (2) a method (M2) for the production of a sensor, by carrying out the process as above (using a composition (I) containing indicator(s)) and then mounting the support with the indicator-containing polymer layer in a sensor (which detects the reaction of the indicator with an analyte in a sample).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerschichten auf einem Träger durch Photopolymerisation einer polymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung, eine zur Herstellung von Polymerschichten auf einem Träger geeignete Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors, der eine Polymerschicht mit einem darin eingelagerten Indikator enthält. The invention relates to a method for producing polymer layers on a support by photopolymerizing a polymerizable liquid composition, one for the production of polymer layers Suitable device and a method for the production on a carrier of a sensor that has a polymer layer with an embedded therein Indicator contains.

Die Herstellung von Polymerschichten auf Trägern ist bekannt. Hierzu wird eine polymerisierbare Flüssigkeit in einer möglichst gleichmäßigen Dicke auf den Träger aufgebracht und vollständig polymerisiert. Die Polymerisation kann durch chemische Polymerisationsinitiatoren oder durch Bestrahlung der Flüssigkeit gestartet werden. The production of polymer layers on supports is known. This will a polymerizable liquid in a thickness that is as uniform as possible applied the carrier and fully polymerized. The polymerization can by chemical polymerization initiators or by radiation the liquid can be started.

Im Zusammenhang mit der Herstellung von Klebstofffilmen sind Polymerisationstechniken bekannt, bei denen eine Mischung von funktionalisierten Acrylatpräpolymeren auf einen Träger aufgebracht werden und durch Bestrahlung von der Oberfläche der Polymermasse ganz oder teilweise durchgehärtet werden. Die Steuerung der Schichtdicke der Polymerisation erfolgt durch Wahl der Belichtungsintensität und -dauer und durch Eigenabsorption der eingesetzten Präpolymere. Are related to the production of adhesive films Polymerization techniques are known in which a mixture of functionalized acrylate prepolymers applied to a support be and by irradiation from the surface of the polymer mass entirely or partially hardened. The control of the layer thickness of the Polymerization takes place through the choice of the exposure intensity and duration and through self-absorption of the prepolymers used.

Nachteil bei den Verfahren des Standes der Technik ist, dass ein oftmals hoher Aufwand zur Einstellung einer vorbestimmten und gleichmäßigen Dicke der Polymerschicht auf dem Träger erforderlich ist. Weiterhin findet man bei konventionellen Polymerisationsmethoden oftmals nur eine geringe Haftung der Polymerschicht auf dem Träger. The disadvantage of the methods of the prior art is that an often high effort to set a predetermined and uniform Thickness of the polymer layer on the carrier is required. Still finds one often only uses a small amount in conventional polymerization methods Adhesion of the polymer layer to the carrier.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik mindestens teilweise zu vermeiden. Insbesondere sollte ein Verfahren zur Herstellung von Polymerschichten auf einem Träger bereitgestellt werden, welches auf einfache Weise die Herstellung von Polymerschichten mit einer vorbestimmten und gleichmäßigen Schichtdicke ermöglicht. The object underlying the present invention was the disadvantages of the prior art described at least partially to avoid. In particular, a process for the production of Polymer layers are provided on a carrier, which on simple way of producing polymer layers with a allows predetermined and uniform layer thickness.

Im Gegensatz zu den im Stand der Technik im Zusammenhang mit der Klebstoffherstellung beschriebenen Verfahren, bei denen geschlossene, hydrophobe Polymerschichten erzeugt werden, sollen offene, zur Aufnahme von wässriger Probenflüssigkeit und Analyt befähigte, hydrophile Schichten bereitgestellt werden. In contrast to those related to the prior art Adhesive manufacturing processes described in which closed, Hydrophobic polymer layers are to be created, open to Capable of absorbing aqueous sample liquid and analyte, hydrophilic layers are provided.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine flüssige polymerisierbare Zusammensetzung auf einen Träger aufgebracht wird und dort nicht vollständig, sondern nur in einer Schicht mit vorbestimmter Dicke unmittelbar auf dem Träger polymerisiert wird. Auf diese Weise können gleichmäßige und sehr gut am Träger haftende Träger der Schichten auf einfache Weise hergestellt werden. This object is achieved in that a liquid polymerizable Composition is applied to a carrier and not there completely, but only in a layer with a predetermined thickness is polymerized directly on the support. That way you can uniform and very well adhering to the backing of the layers simple way to be made.

Ein Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Polymerschichten auf einem transparenten Träger, umfassend die Schritte:

  • a) Bereitstellen eines Trägers,
  • b) Aufbringen einer photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung auf den Träger,
  • c) Bestrahlen der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger derart, dass eine nur teilweise Polymerisation der flüssigen Zusammensetzung erfolgt und eine Polymerschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Träger gebildet wird, und
  • d) Entfernen der verbleibenden flüssigen Zusammensetzung von der Polymerschicht.
The invention thus relates to a method for producing polymer layers on a transparent support, comprising the steps:
  • a) providing a carrier,
  • b) applying a photopolymerizable liquid composition to the support,
  • c) irradiating the photopolymerizable liquid composition through the carrier such that the liquid composition is only partially polymerized and a polymer layer with a predetermined thickness is formed on the carrier, and
  • d) removing the remaining liquid composition from the polymer layer.

Der zur Herstellung von Polymerschichten verwendete Träger ist ein zumindest teilweise optisch transparenter Träger, beispielsweise ein Kunststoffträger, wie etwa Polycarbonatfolie, Celluloseacetatfolie, Polyesterfolie oder Polyetherfolie, ein Glasträger oder ein Quarzträger. Auch Träger aus Verbundmaterialien können eingesetzt werden. Bei Verwendung eines solchen zumindest teilweise optisch transparenten Trägers erfolgt die Bestrahlung der flüssigen Zusammensetzung vorzugsweise durch den Träger hindurch. Die Dicke des Trägers wird günstigerweise so gewählt, dass einerseits eine ausreichende mechanische Stabilität für die Polymerschicht und andererseits eine ausreichende Durchlässigkeit für das zur Bestrahlung verwendete Licht vorgesehen wird. Beispielsweise verwendet man Träger mit einer Dicke von 5 µm bis 20 mm. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung von UV-transparenten Trägern. The carrier used to make polymer layers is a at least partially optically transparent carrier, for example a Plastic carriers, such as polycarbonate film, cellulose acetate film, Polyester film or polyether film, a glass carrier or a quartz carrier. Also Carriers made of composite materials can be used. Using of such an at least partially optically transparent carrier takes place Irradiation of the liquid composition preferably by the Carrier through. The thickness of the carrier is advantageously chosen so that on the one hand adequate mechanical stability for the Polymer layer and on the other hand sufficient permeability for the light used for irradiation is provided. For example supports with a thickness of 5 µm to 20 mm are used. Likewise the use of UV-transparent supports is preferred.

Die photopolymerisierbare flüssige Zusammensetzung enthält zumindest eine photopolymerisierbare Substanz, d. h. eine durch Bestrahlung (ggf. in Anwesenheit eines Photoinitiators) polymerisierbare Substanz. Bevorzugte Beispiele für solche Substanzen sind photopolymerisierbare Monomere, wie z. B. olefinisch ungesättigte Substanzen, d. h. Substanzen mit einer C=C- Bindung. Weitere Beispiele für geeignete photopolymerisierbare Substanzen sind funktionalisierte Oligo- oder Polymere, die unter Bestrahlung mit Licht quervernetzen. Solche photoaktiven Funktionalisierungen umfassen z. B. Acrylate, Azide, Carbazide, Sulfonazide, Diazoketone, Dimethylmaleinimide, photozyklisierbare Reste (z. B. Chalkone) und Benophenderivate. Geeignete Oligo- oder Polymere sind z. B. Polyurethane, Polyvinylalkohole, Polyester, Polyether, Polyvinylpyrolidone, Polyacrylate oder Oligosaccharide. Besonders bevorzugt werden die photopolymerisierbaren Substanzen ausgewählt aus acrylischen Monomeren, wie etwa Acrylamid, Arcylestern, z. B. Polyethylenglycoldiacrylat, vinylaromatischen Monomeren, wie etwa 4- Vinylbenzolsulfonsäure, funktionalisierten Polyvinylpyrolidonen und beliebigen Kombinationen von einer oder mehrerer der genannten Substanzen. The photopolymerizable liquid composition contains at least a photopolymerizable substance, d. H. one by irradiation (possibly in Presence of a photoinitiator) polymerizable substance. preferred Examples of such substances are photopolymerizable monomers, such as z. B. olefinically unsaturated substances, d. H. Substances with a C = C- Binding. Further examples of suitable photopolymerizable substances are functionalized oligomers or polymers that are exposed to light crosslink. Such photoactive functionalizations include e.g. B. Acrylates, azides, carbazides, sulfonazides, diazoketones, dimethylmaleimides, Photocyclizable residues (e.g. chalcones) and benophene derivatives. suitable Oligomers or polymers are e.g. B. polyurethanes, polyvinyl alcohols, polyester, Polyethers, polyvinylpyrolidones, polyacrylates or oligosaccharides. The photopolymerizable substances are particularly preferred selected from acrylic monomers, such as acrylamide, aryl esters, z. B. polyethylene glycol diacrylate, vinyl aromatic monomers such as 4- Vinylbenzenesulfonic acid, functionalized polyvinylpyrolidones and any combination of one or more of the above Substances.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine wässrige polymerisierbare Zusammensetzung verwendet, in der die zu polymerisierenden Monomere in gelöster Form vorliegen. Zweckmäßigerweise werden daher für diese Ausführungsform hydrophile Monomere eingesetzt, die eine ausreichend hohe Löslichkeit in einem wässrigen Lösungsmittel besitzen. In a preferred embodiment, an aqueous polymerizable Composition used in the monomers to be polymerized are in a dissolved form. It is therefore expedient for this Embodiment used hydrophilic monomers that are sufficient have high solubility in an aqueous solvent.

Die Initiation der Polymerisation in der flüssigen Zusammensetzung wird durch Bestrahlen mit Licht bewirkt. Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung einen oder mehrere Photoinitiatoren, um die Polymerisation auszulösen. Beispiele für geeignete Photoinitiatoren sind radikalische Initiatoren, wie Benzophenone, Benzile, Anthrachinone, Thiosulfonsäuren, Azoverbindungen, oder ionische Initiatioren, wie z. B. Triarylsulfoniumsalze, Aryliumhexafluoroantimonate. The initiation of the polymerization in the liquid composition will caused by irradiation with light. Preferably, the Composition one or more photoinitiators to the Trigger polymerization. Examples of suitable photoinitiators are radical initiators, such as benzophenones, benziles, anthraquinones, Thiosulfonic acids, azo compounds, or ionic initiators, such as. B. Triarylsulfonium salts, arylium hexafluoroantimonates.

Die Bestrahlung der Zusammensetzung erfolgt durch den Träger hindurch, so dass die Polymerisation an der Trägeroberfläche beginnt und - je nach Einstellung der Polymerisationsbedingungen - in einer vorbestimmten Entfernung über der Trägeroberfläche aufgrund der Lichtabsorption innerhalb der polymerisierbaren Flüssigkeit endet. Verwerfungen oder Abweichungen von der horizontalen Lage beim Träger können die Dicke der Polymerschicht nicht beeinflussen. Mechanische Toleranzen werden weitgehend beseitigt. The composition is irradiated through the carrier, so that the polymerization begins on the carrier surface and - depending on Setting the polymerization conditions - in a predetermined Distance above the carrier surface due to light absorption ends within the polymerizable liquid. Faults or Deviations from the horizontal position in the carrier can affect the thickness of the Do not affect polymer layer. Mechanical tolerances will be largely eliminated.

Die Dicke der Polymerschicht kann durch geeignete Maßnahmen in einem breiten Bereich eingestellt werden. Insbesondere kann die Schichtdicke des Polymers durch Variation der Bestrahlungsintensität, der Bestrahlungsdauer oder/und den Zusatz von Polymerisationsinhibitoren, z. B. UV- absorbierenden Substanzen zur flüssigen Zusammensetzung gesteuert werden. Weiterhin ist eine Steuerung auch durch die Trägerdicke oder/und das Trägermaterial möglich. Die Dicke der Polymerschichten beträgt vorzugsweise ≤ 500 µm und besonders bevorzugt ≤ 100 µm. Bei der Anwendung der Polymerschichten als Sensoren, insbesondere als Biosensoren, werden oftmals auch geringere Schichtdicken von vorzugsweise ≤ 50 µm, insbesondere von ≤ 5 µm, hergestellt. The thickness of the polymer layer can be adjusted in one by suitable measures wide range can be set. In particular, the layer thickness of the Polymers by varying the radiation intensity, the radiation duration or / and the addition of polymerization inhibitors, e.g. B. UV absorbent substances controlled to the liquid composition become. Furthermore, control is also possible by means of the carrier thickness or / and the carrier material possible. The thickness of the polymer layers is preferably ≤ 500 µm and particularly preferably ≤ 100 µm. In the Use of the polymer layers as sensors, especially as Biosensors, are often also smaller layer thicknesses of preferably ≤ 50 µm, in particular ≤ 5 µm.

Wenn die Polymerschicht als Bestandteil eines Sensors eingesetzt werden soll, enthält sie zweckmäßigerweise neben den bereits genannten Bestandteilen einen Indikator, z. B. einen optischen oder/und elektrochemischen Indikator, der auf Parameter in dem die Polymerschicht umgebenden Medium reagieren kann. Der Indikator kann der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung zugesetzt oder - insbesondere wenn es sich um ein kleineres Molekül handelt - in die bereits fertige Polymerschicht eindiffundiert werden. Wenn die Polymerschicht mehrere Indikatoren enthalten soll, sind auch Kombinationen der zuvor genannten Maßnahmen möglich. When the polymer layer is used as part of a sensor should, it conveniently contains in addition to those already mentioned Components an indicator, e.g. B. an optical or / and electrochemical indicator based on parameters in which the polymer layer surrounding medium can react. The indicator can be the added to the photopolymerizable liquid composition or - especially if it is a smaller molecule - in the already finished polymer layer can be diffused. If the polymer layer Should contain several indicators, there are also combinations of the previous ones measures mentioned possible.

Der Indikator kann auch ein Makromolekül sein, beispielsweise mit einem Molekulargewicht ≥ 10 kD und insbesondere ≥ 20 kD ist. Besonders bevorzugt verwendet man als Indikator eine katalytische Substanz, beispielsweise ein Enzym, das gegebenenfalls in Form eines Enzym- Coenzym-Komplexes vorliegen kann. Besonders bevorzugte Beispiele für Enzyme sind Oxidoreduktasen, insbesondere Dehydrogenasen, wie etwa Glucose-Dehydrogenase (E.C.1.1.1.47) oder Oxidasen. Coenzyme sind vorzugsweise organische Moleküle, die kovalent oder nicht-kovalent an eine Enzym gebunden sind und durch die Umsetzung mit einem Substrat des Enzyms verändert, beispielsweise oxidiert oder reduziert werden. Bevorzugte Beispiele für Coenzyme sind Flavin-, Nicotin-, Chinonderivate, wie etwa FAD, FADH2, NAD+, NADH/H+, NADP+, NADPH/H+ oder PQQ. The indicator can also be a macromolecule, for example with a molecular weight ≥ 10 kD and in particular ≥ 20 kD. A catalytic substance, for example an enzyme, which can optionally be in the form of an enzyme-coenzyme complex, is particularly preferably used as the indicator. Particularly preferred examples of enzymes are oxidoreductases, in particular dehydrogenases, such as glucose dehydrogenase (EC1.1.1.47) or oxidases. Coenzymes are preferably organic molecules which are covalently or non-covalently bound to an enzyme and which are changed, for example oxidized or reduced, by the reaction with a substrate of the enzyme. Preferred examples of coenzymes are flavin, nicotine, quinone derivatives such as FAD, FADH 2 , NAD + , NADH / H + , NADP + , NADPH / H + or PQQ.

Die Polymerschicht kann neben Enymen und gegebenenfalls Coenzymen auch Mediatoren enthalten, d. h. Substanzen, die in der Lage sind, eine Regeneration von Coenzymen zu bewirken. In diesem Fall wirkt das Enzym als katalytischer Indikator, d. h. es kann mehrere Moleküle eines Substrats, beispielsweise eines in einer zugegebenen Probe vorhandenen Analyten, wie etwa Glucose im Blut, umsetzen. The polymer layer can in addition to enzymes and optionally coenzymes also contain mediators, d. H. Substances that are able to Effect regeneration of coenzymes. In this case the enzyme works as a catalytic indicator, d. H. it can have multiple molecules of a substrate, for example an analyte present in an added sample, such as glucose in the blood.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Polymerschicht einen Enzym-Coenzym-Komplex als stöchiometrischen Reaktionspartner für ein nachzuweisendes Enzymsubstrat. Hier wird das Coenzym einmalig umgesetzt und nicht regeneriert. In dieser Ausführungsform ist die Verwendung von Mediatoren, verbunden mit dem Einsatz komplexer Reagenzgemische geringer Stabilität und hoher Störungsanfälligkeit, nicht mehr erforderlich. In a particularly preferred embodiment, the Polymer layer an enzyme-coenzyme complex as a stoichiometric Reaction partner for an enzyme substrate to be detected. Here it is Coenzyme implemented once and not regenerated. In this Embodiment is the use of mediators associated with the Use of complex reagent mixtures of low stability and high Susceptibility to failure, no longer required.

Bei Verwendung von makromolekularen Substanzen als Indikatoren kann durch geeignete Vernetzung des Polymers (z. B. durch Verwendung bi- oder/und polyfunktionellen Monomeren) eine vernetzte Polymerschicht hergestellt werden, in der die makromolekulare Indikatorsubstanz in immobilisierter Form eingelagert ist, während niedermolekulare Substanzen, wie etwa Coenzym, Enzymsubstrat etc. in die Schicht eindiffundieren können. When using macromolecular substances as indicators by suitable crosslinking of the polymer (e.g. by using bi- or / and polyfunctional monomers) a crosslinked polymer layer are produced in which the macromolecular indicator substance in immobilized form, while low-molecular substances, such as coenzyme, enzyme substrate, etc. diffuse into the layer can.

Die Herstellung der Polymerschicht kann als kontinuierlicher Prozess durchgeführt werden, wobei eine kontinuierliche Bildung einer Polymerschicht in einer auf einen Träger aufgebrachten flüssigen photopolymerisierbaren Zusammensetzung bewirkt wird. Bei der kontinuierlichen Polymerisation wird vorzugsweise die photopolymerisierbare flüssige Zusammensetzung kontinuierlich an einer ersten Position auf einen sich bewegenden Träger aufgebracht und kontinuierlich an einer zweiten Position bestrahlt. Selbstverständlich kann auch der Träger stationär gehalten werden und die Positionen des Flüssigkeitsauftrags und der Bestrahlung bewegt werden. Ebenso sind diskontinuierliche Methoden zur Herstellung der Polymerfilme denkbar. Diesen Ausführungsformen gemeinsam ist, dass aufgrund der Bestrahlung der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger hindurch, eine unmittelbar am Träger beginnende und nicht vollständige Polymerisation der Flüssigkeit erfolgen kann. The production of the polymer layer can be a continuous process be carried out, with a continuous formation of a Polymer layer in a liquid applied to a carrier photopolymerizable composition is effected. In the continuous polymerization is preferably the photopolymerizable liquid composition continuously on a first position applied to a moving carrier and irradiated continuously at a second position. Of course you can also the carrier should be kept stationary and the positions of the Liquid application and radiation are moved. Likewise are discontinuous methods for producing the polymer films are conceivable. Common to these embodiments is that due to the radiation the photopolymerizable liquid composition by the carrier through, an incomplete and beginning directly on the carrier Polymerization of the liquid can take place.

Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymerschichten, umfassend

  • a) Mittel zum Aufnehmen und gegebenenfalls zum Transport eines Trägers,
  • b) Mittel zum Aufbringen einer photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung auf den Träger und
  • c) Mittel zum Bestrahlen der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger hindurch, um die Bildung einer Polymerschicht mit vorbestimmter Dicke auf dem Träger zu bewirken, und
  • d) gegebenenfalls Mittel zum Entfernen von nicht polymerisierter flüssiger Zusammensetzung von der Polymerschicht.
Yet another aspect of the invention is an apparatus for making polymer layers comprising
  • a) means for receiving and possibly for transporting a carrier,
  • b) means for applying a photopolymerizable liquid composition to the carrier and
  • c) means for irradiating the photopolymerizable liquid composition through the carrier to cause the formation of a polymer layer of a predetermined thickness on the carrier, and
  • d) optionally means for removing unpolymerized liquid composition from the polymer layer.

Das Verfahren und die Vorrichtung können zur Herstellung eines Sensors verwendet werden, wobei in die Polymerschicht ein Indikator, beispielsweise ein Biomolekül, wie etwa ein Enzym, eingelagert wird. Der Indikator kann in der Polymerschicht in immobilisierter Form vorliegen. Besonders bevorzugt ist der Indikator ein Enzym, gegebenenfalls in Form eines Enzym-Coenzym-Komplexes. Der Sensor kann beispielsweise ein optischer oder/und elektrochemischer Sensor sein. Besonders bevorzugt ist der Sensor ein fluoreszenzbasierender Sensor. The method and the device can be used to manufacture a sensor are used, with an indicator in the polymer layer, for example, a biomolecule, such as an enzyme, is embedded. The The indicator can be present in immobilized form in the polymer layer. The indicator is particularly preferably an enzyme, optionally in the form of an enzyme-coenzyme complex. The sensor can be, for example optical or / and electrochemical sensor. Is particularly preferred the sensor is a fluorescence-based sensor.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors, umfassend die Schritte:

  • a) Bereitstellen eines Trägers,
  • b) Aufbringen einer photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung, die mindestens einen Indikator enthält, auf den Träger,
  • c) Bestrahlen der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger derart, dass eine Polymerschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Träger gebildet wird,
  • d) Entfernen der verbleibenden flüssigen Zusammensetzung von der Polymerschicht und
  • e) Einbringen des Trägers mit der den Indikator enthaltenden Polymerschicht in einen Sensor, der Mittel zum Nachweis der Reaktion des Indikators mit einem Analyten in einer Probe enthält.
Yet another object of the invention is a method for producing a sensor, comprising the steps:
  • a) providing a carrier,
  • b) applying a photopolymerizable liquid composition which contains at least one indicator to the support,
  • c) irradiating the photopolymerizable liquid composition through the carrier such that a polymer layer having a predetermined thickness is formed on the carrier,
  • d) removing the remaining liquid composition from the polymer layer and
  • e) introducing the carrier with the polymer layer containing the indicator into a sensor which contains means for detecting the reaction of the indicator with an analyte in a sample.

Die Nachweismittel sind insbesondere optische oder/und elektrochemische Nachweismittel. Besonders bevorzugt sind die Nachweismittel optische Nachweismittel, umfassend eine Lichtquelle zur Bestrahlung der Polymerschicht und einen Detektor zum Auffangen von Licht aus der Polymerschicht. Die Lichtquelle, z. B. ein Laser oder eine LED, ist vorzugsweise zum Einstrahlen von Licht durch den Träger in die Polymerschicht vorgesehen. Der Detektor ist vorzugsweise zum Auffangen von Lichtstrahlung, z. B. von Fluoreszenzemission, aus der Polymerschicht vorgesehen. The detection means are in particular optical and / or electrochemical Detection means. The detection means are particularly preferably optical Detection means, comprising a light source for irradiating the Polymer layer and a detector for collecting light from the Polymer layer. The light source, e.g. B. is a laser or an LED preferably to radiate light through the carrier into the Polymer layer provided. The detector is preferably for collection of light radiation, e.g. B. of fluorescence emission from the polymer layer intended.

Der Sensor kann zur Bestimmung beliebiger Analyten, beispielsweise physikalisch-chemischer Parameter, wie etwa Temperatur, Partialdrücke von Gasen, wie etwa O2, CO2, NOx etc., oder zur Bestimmung biochemischer Parameter, wie etwa Analyten in biologischen Proben, z. B. Körperflüssigkeiten, verwendet werden. The sensor can be used to determine any analytes, for example physico-chemical parameters, such as temperature, partial pressures of gases, such as O 2 , CO 2 , NO x etc., or to determine biochemical parameters, such as analytes in biological samples, e.g. B. body fluids can be used.

Weiterhin soll die Erfindung durch die nachfolgenden Abbildungen und Beispiele erläutert werden. Furthermore, the invention by the following figures and Examples are explained.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Sensors. Auf einem optisch transparenten Träger (1) ist eine Polymerschicht (2), mit einem Indikator, z. B. mit einem Nachweisreagenz für eine enzymatische Reaktion, aufgebracht. Auf die Polymerschicht wird eine Probe (3), z. B. Blut, gegeben. Die Bestimmung der enzymatischen Reaktion zwischen dem in der Probe (3) enthaltenen Analyten und dem in der Polymerschicht (2) enthaltenen Nachweisreagenz erfolgt durch optische Methoden. Licht aus einer Lichtquelle (4), z. B. einem Laser oder einer LED, wird von unten (durch den Träger) auf die Reagenzschicht (2) eingestrahlt. Von der Probe zurück gestrahltes Absorptions- oder Fluoreszenzlicht wird in einem Detektor (5) nachgewiesen. Gegebenenfalls wird - insbesondere zum Nachweis von Fluoreszenzlicht - ein optisches Filterelement (6) vor den Detektor geschaltet, um ein Übersprechen des Fluoreszenzanregungslichts zu blockieren. Fig. 1 shows a first embodiment of a sensor manufactured by the inventive method. On an optically transparent support ( 1 ) is a polymer layer ( 2 ) with an indicator, for. B. applied with a detection reagent for an enzymatic reaction. A sample ( 3 ), e.g. B. blood. The enzymatic reaction between the analyte contained in the sample ( 3 ) and the detection reagent contained in the polymer layer ( 2 ) is determined by optical methods. Light from a light source ( 4 ), e.g. B. a laser or an LED, is irradiated from below (through the carrier) onto the reagent layer ( 2 ). Absorption or fluorescent light radiated back from the sample is detected in a detector ( 5 ). If necessary - in particular for the detection of fluorescent light - an optical filter element ( 6 ) is connected in front of the detector in order to block crosstalk of the fluorescent excitation light.

Fig. 2 zeigt die Herstellung einer erfindungsgemäßen Polymerschicht. Auf einen optisch transparenten Träger (11), z. B. einer Plastikfolie, wird ein flüssiges Reagenz (12) beispielsweise an einer ersten Position (13) aufgebracht. Das flüssige Reagenz (12) wird an einer zweiten Position von unten durch den Träger (11) hindurch mit Licht aus einer Lichtquelle (14) bestrahlt. Gleichzeitig wird der Träger in die mit Pfeil gekennzeichnete Richtung (15) bewegt. Es wird unmittelbar auf dem Träger (11) eine polymerisierte Reagenzschicht (16) gebildet. Über der Polymerschicht (16) befindet sich überschüssiges flüssiges Reagenz. Die Dicke der polymerisierten Reagenzschicht (16) kann durch die Reagenzzusammensetzung, die Dauer und Intensität der Lichteinstrahlung sowie durch die Eigenschaften des Trägers (11) gesteuert werden. Fig. 2 shows the preparation of a polymer layer according to the invention. On an optically transparent carrier ( 11 ), for. B. a plastic film, a liquid reagent ( 12 ) is applied for example at a first position ( 13 ). The liquid reagent ( 12 ) is irradiated at a second position from below through the carrier ( 11 ) with light from a light source ( 14 ). At the same time, the carrier is moved in the direction ( 15 ) indicated by the arrow. A polymerized reagent layer ( 16 ) is formed directly on the carrier ( 11 ). Excess liquid reagent is located above the polymer layer ( 16 ). The thickness of the polymerized reagent layer ( 16 ) can be controlled by the reagent composition, the duration and intensity of the light irradiation and by the properties of the carrier ( 11 ).

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Fluoreszenz-basierenden Sensors von unten. Eine, beispielsweise durch das kontinuierliche Verfahren in Fig. 2 hergestellte Polymerschicht, die einen Indikator enthält, kann geschnitten und unter Verwendung bekannter Techniken in einen Sensor (21) eingebracht werden. Nach Aufbringen der Probe auf die Oberseite wird aus einer Lichtquelle von unten Anregungslicht (23), z. B. UV-Licht, eingestrahlt. Die durch die Reaktion des Analyten mit dem Nachweisreagenz in der Polymerschicht (22) erzeugte Fluoreszenz (24), z. B. blaues Licht, wird mit einem Detektor nachgewiesen. Fig. 3 shows an embodiment of a fluorescence-based sensor from below. A polymer layer which contains an indicator, for example produced by the continuous method in FIG. 2, can be cut and introduced into a sensor ( 21 ) using known techniques. After applying the sample to the top, excitation light ( 23 ), e.g. B. UV light. The fluorescence ( 24 ) generated by the reaction of the analyte with the detection reagent in the polymer layer ( 22 ), e.g. B. blue light is detected with a detector.

Auch mehrere (gleiche oder verschiedene) Reagenzien können auf einem Träger aufgebracht werden. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform in Form einer Scheibe ist in Fig. 4 gezeigt. Auf dem optisch transparenten Träger (31) sind mehrere aus Polymerschichten mit Indikatoren bestehende Reagenzspots (32) angeordnet. Several (identical or different) reagents can also be applied to a carrier. An example of such an embodiment in the form of a disk is shown in FIG. 4. A plurality of reagent spots ( 32 ) consisting of polymer layers with indicators are arranged on the optically transparent support ( 31 ).

BeispieleExamples Beispiel 1example 1 Nachweis von Glucose in dem System Glucose- Dehydrogenase (GlucDH)NAD+ in einem PolymerfilmDetection of glucose in the system glucose dehydrogenase (GlucDH) NAD + in a polymer film

Eine Suspension folgender Substanzen wurde in einem Plastikreagenzglas vermischt. Rezeptur 1

A suspension of the following substances was mixed in a plastic test tube. Recipe 1

0,5 ml dieser Suspension wurden mit 0,5 ml einer Lösung von GlucDH (100 mg/ml) versetzt und die Mischung im Ultraschallbad luftblasenfrei homogenisiert. 0.5 ml of this suspension was mixed with 0.5 ml of a solution of GlucDH (100 mg / ml) and the mixture in an ultrasonic bath free of air bubbles homogenized.

Die klare Lösung wurde auf eine coronabehandelte Folie (?) gegossen und 20 min mit einer herkömmlichen Belichtungsapparatur (Isel-UV- Belichtungsgerät 2) durch den Träger hindurch belichtet. Die Folie wurde kurz mit Wasser gewaschen und anschließend an der Luft getrocknet. The clear solution was poured onto a corona-treated film (?) And exposed through the support for 20 min using a conventional exposure apparatus (Isel UV exposure device 2 ). The film was briefly washed with water and then air dried.

Die sich ergebende Schichtdicke war < 2 µm. Eine frisch angesetzte Glucose/NAD+-Lösung (GKL-3-Lösung, 300 mg/dl Glucose, 1 ml/6,4 mg NAD+) wurde auf den Film aufgetüpfelt. Sofort war unter der UV-Lampe eine starke Fluoreszenz sichtbar. The resulting layer thickness was <2 µm. A freshly prepared glucose / NAD + solution (GKL-3 solution, 300 mg / dl glucose, 1 ml / 6.4 mg NAD + ) was spotted on the film. A strong fluorescence was immediately visible under the UV lamp.

Beispiel 2Example 2 Beeinflussung der Schichtdicke durch Zugabe eines UV- AdsorbersInfluencing the layer thickness by adding a UV adsorber

Es wurde eine Polymerschicht hergestellt, die einen blauen Farbstoff (Absorptionsmaximum ≍ 650 nm) zur besseren Erkennung enthielt (Rezeptur 2). In einem weiteren Versuch wurde der Ausgangsrezeptur ein gelber Farbstoff als UV-Absorber beigemischt (Rezeptur 3). Rezeptur 2



A polymer layer was produced which contained a blue dye (absorption maximum ≍ 650 nm) for better recognition (recipe 2 ). In a further experiment, a yellow dye was added to the starting formulation as a UV absorber (formulation 3 ). Recipe 2



Die Mischung wurde durch Rühren und durch Ultraschallbad-Behandlung homogenisiert, auf eine 140 µm Pokalonfolie (coronabehandelt, Stufe 4) mit der Pipette verteilt und auf einem UV-Belichtungsgerät (Actina U4, W. Lemmen GmbH) 1 min belichtet. The mixture was homogenized by stirring and by ultrasonic bath treatment, distributed on a 140 μm Pokalon film (corona-treated, stage 4 ) with the pipette and exposed on a UV exposure device (Actina U4, W. Lemmen GmbH) for 1 min.

Die sich ergebende Schichtdicke wurde mit einer Mikrometerschraube gemessen und betrug 240,5 µm. Rezeptur 3

The resulting layer thickness was measured with a micrometer screw and was 240.5 µm. Recipe 3

Die Mischung wurde, wie zuvor beschrieben, auf einer Folie verteilt und dann polymerisiert. Die sich ergebende Schichtdicke wurde mit einer Mikrometerschraube gemessen und betrug 79,3 µm. The mixture was spread on a slide as previously described and then polymerized. The resulting layer thickness was measured with a Micrometer screw measured and was 79.3 microns.

Dieses Experiment zeigt, dass sich eine Schichtdickenbeeinflussung realisieren lässt. Ohne UV-Absorber beträgt die Schichtdicke bei ansonsten gleichen Reaktionsbedingungen 240,5 µm (siehe oben); mit UV-Absorber (Mordant Yellow 7) lediglich 79,3 µm. This experiment shows that it is possible to influence the layer thickness. Without UV absorber, the layer thickness is 240.5 µm under otherwise identical reaction conditions (see above); with UV absorber (Mordant Yellow 7 ) only 79.3 µm.

Claims (28)

1. Verfahren zur Herstellung von Polymerschichten auf einem transparenten Träger, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Trägers, b) Aufbringen einer photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung auf den Träger, c) Bestrahlen der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger derart, dass eine Polymerschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Träger gebildet wird, und d) Entfernen der verbleibenden flüssigen Zusammensetzung von der Polymerschicht. 1. A method for producing polymer layers on a transparent support, comprising the steps: a) providing a carrier, b) applying a photopolymerizable liquid composition to the support, c) irradiating the photopolymerizable liquid composition through the carrier such that a polymer layer having a predetermined thickness is formed on the carrier, and d) removing the remaining liquid composition from the polymer layer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen zumindest teilweise optisch transparenten Träger verwendet. 2. The method according to claim 1, characterized, that you have an at least partially optically transparent support used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Träger mit einer Dicke von mindestens 5 µm verwendet. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that a carrier with a thickness of at least 5 microns used. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Träger, ausgewählt aus einem Kunststoffträger, einem Glasträger oder einem Quarzträger, verwendet. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a carrier, selected from a plastic carrier, a glass support or a quartz support. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine photopolymerisierbare flüssige Zusammensetzung verwendet, die zumindest eine photopolymerisierbare Substanz enthält. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that you have a photopolymerizable liquid composition used the at least one photopolymerizable substance contains. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Monomere, ausgewählt aus acrylischen Monomeren, vinylaromatischen Monomeren, funktionalisierten Polyvinylpyrolidonen und beliebigen Kombinationen davon, verwendet. 6. The method according to claim 5, characterized, that monomers selected from acrylic monomers, vinyl aromatic monomers, functionalized Polyvinyl pyrolidones and any combination thereof, used. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine photopolymerisierbare flüssige Zusammensetzung verwendet, die zumindest einen Photoinitiator enthält. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that you have a photopolymerizable liquid composition used, which contains at least one photoinitiator. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schichtdicke des Polymers durch Variation von a) der Bestrahlungsintensität, b) der Bestrahlungsdauer oder/und c) den Zusatz von Substanzen, die das Polymerisationslicht absorbieren, steuert. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the polymer by varying a) the radiation intensity, b) the duration of irradiation or / and c) the addition of substances which absorb the polymerization light, controls. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polymerschicht mit einer Dicke von ≤ 500 µm, insbesondere von ≤ 5 µm, herstellt. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a polymer layer with a thickness of ≤ 500 µm, especially of ≤ 5 µm. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Polymerschicht herstellt, die zumindest einen Indikator enthält. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that you make a polymer layer that has at least one Indicator contains. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als Indikator eine makromolekulare Substanz verwendet. 11. The method according to claim 10, characterized, that a macromolecular substance is used as an indicator. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass man als Indikator eine katalytische Substanz, insbesondere ein Enzym, verwendet. 12. The method according to claim 10 or 11, characterized, that a catalytic substance, in particular a Enzyme. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine vernetzte Polymerschicht herstellt. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that you make a cross-linked polymer layer. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Makromolekül in die vernetzte Polymerschicht einschließt. 14. The method according to claim 13, characterized, that you put a macromolecule in the cross-linked polymer layer includes. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bestrahlen mit UV-Licht durchführt. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that you do the irradiation with UV light. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymerisation als kontinuierlichen Prozess durchführt. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the polymerization is carried out as a continuous process. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die photopolymerisierbare flüssige Zusammensetzung kontinuierlich an einer ersten Position auf einen sich bewegenden Träger aufgebracht wird und kontinuierlich an einer zweiten Position bestrahlt wird. 17. The method according to claim 16, characterized, that the photopolymerizable liquid composition continuously at a first position on a moving Carrier is applied and continuously in a second position is irradiated. 18. Vorrichtung zur Herstellung von Polymerschichten, umfassend: a) Mittel zum Aufnehmen und gegebenenfalls zum Transport eines Trägers, b) Mittel zum Aufbringen einer photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung auf den Träger und c) Mittel zum Bestrahlen der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger hindurch, um die Bildung einer Polymerschicht mit vorbestimmter Dicke auf dem Träger zu bewirken, und d) gegebenenfalls Mittel zum Entfernen von nicht polymerisierter flüssiger Zusammensetzung von der Polymerschicht. 18. An apparatus for making polymer layers comprising: a) means for receiving and possibly for transporting a carrier, b) means for applying a photopolymerizable liquid composition to the carrier and c) means for irradiating the photopolymerizable liquid composition through the carrier to cause the formation of a polymer layer of a predetermined thickness on the carrier, and d) optionally means for removing unpolymerized liquid composition from the polymer layer. 19. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder der Vorrichtung nach Anspruch 18 zur Herstellung eines Sensors, wobei die Polymerschicht zumindest einen Indikator enthält. 19. Use of the method according to one of claims 1 to 17 or the device according to claim 18 for producing a Sensor, wherein the polymer layer at least one indicator contains. 20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator in der Polymerschicht in immobilisierter Form vorliegt. 20. Use according to claim 19, characterized, that the indicator in the polymer layer in immobilized form is present. 21. Verwendung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht ein Enzym, gegebenenfalls in Form eines Enzym-Coenzym-Komplexes, enthält. 21. Use according to claim 19 or 20, characterized, that the polymer layer is an enzyme, optionally in the form of a Enzyme-coenzyme complex. 22. Verwendung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor aus optischen oder/und elektrochemischen Sensoren ausgewählt wird. 22. Use according to one of claims 19 to 21, characterized, that the sensor is made of optical and / or electrochemical Sensors is selected. 23. Verfahren zur Herstellung eines Sensors, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines transparenten Trägers, b) Aufbringen einer photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung, die mindestens einen Indikator enthält, auf den Träger, c) Bestrahlen der photopolymerisierbaren flüssigen Zusammensetzung durch den Träger derart, dass eine Polymerschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Träger gebildet wird, d) Entfernen der verbleibenden flüssigen Zusammensetzung von der Polymerschicht e) Einbringen des Trägers mit der den Indikator enthaltenden Polymerschicht in einen Sensor, der Mittel zum Nachweis der Reaktion des Indikators mit einem Analyten in einer Probe. 23. A method for producing a sensor, comprising the steps: a) providing a transparent support, b) applying a photopolymerizable liquid composition which contains at least one indicator to the support, c) irradiating the photopolymerizable liquid composition through the carrier such that a polymer layer having a predetermined thickness is formed on the carrier, d) removing the remaining liquid composition from the polymer layer e) introducing the carrier with the polymer layer containing the indicator into a sensor, the means for detecting the reaction of the indicator with an analyte in a sample. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator ein Enzym, gegebenfalls in Form eines Enzym- Coenzym-Komplexes, umfasst. 24. The method according to claim 23, characterized, that the indicator is an enzyme, possibly in the form of an enzyme Coenzyme complex. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachweismittel optische oder/und elektrochemische Nachweismittel umfassen. 25. The method according to claim 24, characterized, that the detection means are optical and / or electrochemical Include evidence. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Nachweismittel eine Lichtquelle zur Bestrahlung der Polymerschicht und einen Detektor zum Auffangen von Licht aus der Polymerschicht umfassen. 26. The method according to claim 25, characterized, that the optical detection means is a light source for irradiation the polymer layer and a detector for collecting light the polymer layer. 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle zum Einstrahlen von Licht durch den Träger hindurch in die Polymerschicht vorgesehen wird. 27. The method according to claim 26, characterized, that the light source for illuminating light through the carrier is provided in the polymer layer. 28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektor zum Auffangen von Fluoreszenzemission aus der Polymerschicht vorgesehen wird. 28. The method according to claim 26 or 27, characterized, that a detector for collecting fluorescence emission from the Polymer layer is provided.
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