DE2117246C3 - Verfahren zur Herstellung einer Prufmittel Membran - Google Patents

Description

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E) die Membran und den zweiten Fiüssigkeitsfilm werden können, sind Leitfähigkeitsmesser, Anzeige-

emer waßngen Phasenumkehr unterwirft, wobei vorrichtungen für die elektromotorische Kraft, Kolori-

eine strukturell polarisierte Membran entsteht, meter. Spektrophotometer, Fluorimeter, pH-Meß-

in der das Testreagens fixiert ist. Man erhält eine geräte und Polarometer. Eine ideale Situatk κ besteht

sogenannte strukturell polarisierte oder taschen- 5 dann, wenn die Anzeigevorrichtung physikalisch mit

artige Membranstruktur, die zusammen mit einer ,!er Membran verbunden ist, wie bei Verwendung

Anzeigevorrichtung ein hoch wirksames Prüf- xon Elektroden, die mit der Membran beschichtet

sys e gi u sind, und elektrisch mit der Anzeigevorrichtung, z. B.

_ „ , ....... durch elektrische Drähte, mit einem Leitfähigkeits-

Das Grundmaterial fur die erfindungsgemäß her- 10 meßgerät verbunden sind. Bei einem derartigen Testgestellte Membran ist ein vorher gebildetes polymeres s/stem bilden die Elektroden zusammen mit der Cellulosederivat. Derartige Substanzen sind in or- Membran eine Sonde, die einfach in die zu unterganischen Lösungsmitteln löslich, wasserunlöslich, suchende Flüssigkeit eingetaucht werden kann, um oft thermoplastisch und können im allgemeinen als die unbekannten Bestandteile darin nachzuweisen Celluloseester oder -äther klassifiziert werden. Die ,5 und zu bestimmen.

üblichen Celluloseester, die im erfindungsgemäßen Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des er-

Verfahren verwendet werden können, sind Cellulose- findungsgemäß hergestellten Prüfmittels wird ein

acetal, Cellulosepropionat, Celluloseacetatpropionat, Differentialleitfähigkeitsmeßgerät verwendet, wie es

Cellulosebutyrat und Cellulosenitrat. Die Äther, die schon vorgeschlagen worden ist. Bei einem derartigen

Ve--endung finden, sind Athylcellulose. Äthylhy- _ao System wird die Grundleitfähigkeit der Testflüssigkeit

dro...cellulose und Cyanoäthylcellulose. automatisch von der Leitfähigkeit, die durch die

In der Cellulosetechnologie kann die Zusammen- chemische Reaktion zwischen dem Testreagens und

setzung eines Derivats in Gewischtsprozent eines Sub- der nachzuweisenden Substanz verursacht wird, ab-

stituenten oder eines Teils eines Substituenten an- gezogen, wodurch man direkt die Menge der unbe-

gegeben werden, der analytisch bestimmt worden ist. a₅ kannten Substanz in der zu untersuchenden Flüssig-

Zum Beispiel können Celluloseacetaimassen durch keit ablesen kann, unabhängig von den Änderungen

ihren Pro2:entgehalt an Acetv !gruppen oder Essigsäure störender ionischer Bestandteile in der zu unter-

charakterisiert werden. Bei Cellulosenitrat wird der suchenden Flüssigkeit.

Wert als Prozentgehalt Stickstoff angegeben. Wie oben angegeben, ist die erfindungsgemäß her-

Bei der Herstellung von Membranen nach dem er- 30 gestellte Membran direkt mit der Anzeigevorrichtung

findungsgemäßen Verfahren wird das Cellulosederivat verbunden oder gekoppelt. In Fällen, in denen die

in einem geeigneten organischen Losungsmittel gel^M Anzeigevorrichtung ein Elektrodensystem ist, wie

und ein damit reagierendes Quellmittel zugegeben. r. B. ein Elektrodenpaar, das sich in einem bestimmten

Dieses Quellmittel kann irgendeines der verschiedenen Abstand befindet, werden die Elektroden einfach mit

niedrigen Fettsäureamide, wie Formamid, Acetamid, 35 einem flüssigen Film, einer Lösung oder Dispersion

Propionamid oder Dimethylformamid sein. Günstiger- eines Gemisches aus dem Quellmittel, dem Cellulose-

weise können Amide mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen derivat und dem Testreagens, das in einem organischen

verwendet werden, wobei Formamid die geeignetste Lösungsmittel gelöst oder dispergiert ist, überzogen.

Verbindung ist. Der Flüssigkeitsfilm wird dann z. B. durch ein wäß-

In diesem Zusammenhang hat es sich gezeigt, daß 40 riges Phasenumkehrverfahren, das später näher erdie Verwendung eines Quellmittels bei der Herstellung läutert wird, und/oder durch gelenktes Trocknen in einer Membran nach dem erfindungsgemäßen Ver- eine feste Membranstruktur umgewandelt. Die Memfahren, die ein Testreagenssystem eingeschlossen oder bran wird dann mit einer zweiten Schicht eines fixiert enthält, zu einem Prüfsystem mit genau be- Flüssigkeitsfilms überzogen, der einfach das Celiulosestimmbaren Eigenschaften, z. B. Porengröße, Dichte 45 derivat in einem Lösungsmittelsystem oder das ur- und Wanddicke führt, die ihrerseits die Transport- sprüngliche Gemisch aus dem Cellulosederivat, Quelleigenschaften sowie den Gehalt an Reaktionsprodukt mittel und Testreagens enthalten kann. Diese zweite in der Membran, die Ansprechzeit bis zum Gleich- Schicht aus dem Flüssigkeitsfilm wird dann gelenkt gcwichtszustand, die Empfindlichkeit, Stabilität oder getrocknet und/oder einer wäßrigen Phasenumkehr die Lebensdauer der Membran bestimmen. 50 unterworfen, wobei eine strukturell polarisierte oder

Die erfindungsgemäß hergestellte Membranstruktur taschenartige Membran entsteht. Dieses Verfahren wird als Prüfsystem oder Prüfmittel zusammen mit kann mehrmals oder so oft wie es erwünscht ist. einer Anzeigevorrichtung verwendet, die jede Re- wiederholt werden, und zwar mit oder ohne die aktion zwischen dem fixierten Testreagens und der wäßrige Phasenumkehr zwischen dem Auftragen der nachzuweisenden Substanz verfolgt und anzeigt. Als 55 einzelnen Membranschichten, wobei die Trocknungs-Anzeigevorrichtung kann irgendeines von verschie- parameter und die Phasenumkehr so variiert werden denen Instrumenten, Meßgeräten und anderen Prüf- können, daß sie den] jeweiligen Erfordernissen der mitteln verwendet werden, die üblicherweise zum Membran und des Testreagens entsprechen. Bei Nachweis physikalischer, chemischer oder elektrischer einem derartigen strukturell polarisierten Mem-Änderungen oder anderer Änderungen in Flüssig- 60 bransystem ist das Testreagens in einer lockeren oder keiten, die durch eine chemische Reaktion verursacht porösen Struktur, die in einer Haut eingeschlossen ist. werden, verwendet werden, und es können Vorrich- wodurch eine taschenartige Membran entsteht, die die tungen verwendet werden, die Reaktionsprodukte, oben angegebenen Eigenschaften besitzt,
eine Abnahme der Konzentralion des einen oder Das Phasenumkehrverfahren besteht darin, daß anderen Reaktionspartners oder »Jen Verlauf der Re- 65 man unter anderem die Membran in ein geeignetes aktion selbst anzeigen, z. B. durch Freisetzung oder wäßriges System eintaucht und darin beläßt, bis das Absorption von Energie. Anzeigevorrichtungen, die System sich vollständig mit der wäßrigen Phase im für das erfindungsgemäße Prüfsystem verwendet Gleichgewicht befindet. Offensichtlich kann bei einer

derartigen Phasenumkehr ein Tei! <!er kleineren wasserlöslichen Moleküle aus der Membran ausgelaugt werden, zusammen mit dem Lösungsmittel oder Quellmittel oder einem Teil davon, der nicht vorher entfernt oder innig mit dem Testreagens oder der Membran verbunden ist. Bei diesem Verfahren vwrd das Sol oder die flüssige Phase in ein G^l oder eine feste Phase umgewandelt, wobei eine anisotrope Membranstruktur entsteht, die sich als äußerst vorteilhaft erwiesen hat, wenn sie ein Testreagenssvstem enthält. Es hat sich gezeigt, daß neutrale "ufier wie Tris(hydroxy-methyl)-aminomethan oder Phosphatpuffer besonders günstige wäßrige Systeme für das Phasenumwandlungsverfahren darstellen.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß die erfindungsgemäß hergestellte Membranstruktur über einen weiten Bereich chemischer und physikalischer Parameter variiert werden kann. Die folgenden Mengenverhältnisse der einzelnen Bestandteile können ak Richtlinie angesehen werden, wenn die Polymerlösung aus Celluloseacetat (39,5^c',₀ Acetylgehalt) hergestellt worden ist. Die Mengen der einzelnen Bestandteile, die verwendet werden, können auch über diesen Bereich hinausgehen, jedoch wären, um ein gutes Ansprechen (Aktivität) zu erzielen. Änderungen der Herstellungsparameter für die Membran notwendig.

Auf 2OmI Lösungsmittel (Accti-.n!

Celluloseacetat
Quellmittel

0.5 g bis 2,5 g 0.5 tr! b:^ 2.0 m!

Was die organischen Lösungsmittel für das erfindungsgemäße Verfahren betrifft, so kann irgendein Lösungsmittel verwendet werden, das 1. das Cellulosederivat löslich macht oder auf andere Weise dispergiert, 2. durch Verdampfen oder auf andere Weise, z. B. durch ein Phasenumkehrverfahren entfernt werden kann und 3. das Testreagens nicht denaturiert oder auf andere Weise inaktiviert. Es können Lösungsmittel wie Aceton, Äthylacetat. Benzol, Toluol, Ketone <xier Gemische dieser Lösungsmittel mit niederen Alkoholen verwendet werden.

Die erfindungsgemäß hergestellte Membran kann mit irgendeinem Reagenssystem kombiniert werden, das spezifisch mit der nachzuweisenden Substanz reagiert und zu der notwendiger, physikalischen. chemischen oder elektrischen Änderung führt, die mit Hilfe der Anzeigevorrichtung verfolgt werden kann. Beispielhaft für viele Testreagenzien, die vorteilhaft für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Prüfmittel verwendet werden können, sind solche, die Enzyme als aktiven Bestandteil enthalten. Es hat sich gezeigt, daß derartige Testreagenzien sehne!! ansprechen, sehr spezifisch und außerordentlich empfindlich gegenüber geringen Konzentrationen des entsprechenden Substrats für das in dem Testmittel enthaltene Reagens sind. Enzym-Substratsysieme, wie Glucose-oxidase-Glucosc, Urease-Harnstoff, Uriease-Harnsäure, Galacloscoxidasc-Galactose, Peroxidasc-Wasscrstoff-peroxid. Guanase-Guanin. Xanihin-oxidase-Xanthin nach i.-Aminosäure-i.-Aminosäure-oxiüase können als 'Testreagenzien für die erfindung:-.-gemäß hergestellten Prüfmitlei verwendet werden, ί s können auch andere Tcslreauenssystcme, wie Farbstoffe Enzymsubstrate oder Komplexe organischer Moleküle verwendet werden, solange 1. die nachzuweisende Substanz durch die Membran hindurchdringen kann und 2. das Testreagens ausreichend eut in der" Membranmatrix und in Beziehung zu der Anzeigevorrichtung zurückgehalten wird.

B e i s pie 1 1

Eine Lösung von einem Cellulosederivat und einem Testrea°ens in einem organischen Lösungsmittel wurde hergestellt indem man 100 mg lyophilisierte rohe Urease (Aktivität 50 Einheiten pro mg) zu 20 ml

Aceton zugab und das Gemisch 10 Sekunden beschallte Zu diesem Gemisch wurden 1,0 ml Formamid und 3 OmI Celluloseacetat (39,5% Acetylgehali) zusegeben und die entstehende Masse gründlich vermischt. Eine LeitfähigkeitseJektrode, bestehend aus

jo einem Paar Platinplatten 4 · 8 mm, durch einen Glasblock 4 mm voneinander getrennt (Radiometer Tvρ P P ;042 BC Lcitfähigkfits-Flektrode 1 nnH_On Company — Kopenhagen. Dänemark), wurde in die Celliiloseacetat-L rease-Lösung getaucht und i Mi-

nute an der Luft getrocknet. Die Elektrode wurde dann erneut in die Celluloselösung getaucht, 1 Minute an der Luft getrocknet und wieder in die Celluioselösunc getaucht. Bei dem letzten Trocknen w^rde die Zeit für verschiedene Elektroden variiert und betrue 5, 7. 10 bzw. 20 Minuten. Anschließend wurden die Elektroden in eine 0.1 m Tris(hydroxy-methvl)-amino-methan-Sulfat-Pufferlösung mit einem pH-Wert von 7,4 mindestens 30 Minuten eingetaucht. Die Elektroden, die nach dem dritten Eintauchen in die Celluloselösung 5, 7. 11 bzw. 20 Minuten getrocknet wurden, wurden als A, B. C bzw. D bezeichnet.

Es wur'en Lösungen, die 15 und 30mg °₀ Harnstoff enthielten, durch Zugabe geeigneter Mengen Harnstoff zu 100 ml einer 0.1 m Tris(hydroxy-mcthyl)-amino-methan-Sulfat Pufferlösung mit einem pH-Wert von 7.4 bei einer genau regulierten Temperatur (24,7 ·' 0,05 C) untersucht. Die Elektroden A, B, C und D wurden nach dem Anschluß an ein Leitfähigkeitsmeßgerät (Radiometertyp) in 100 ml der

0,1 in Tris(hydroxy- methyl)-amino-methan-Sulfat-Pufferlösung getaucht, um die Grundleitfähigkeit zu bestimmen. Diese Grundleitfähigkeit wurde elektrisch mit einem Dekadenwiderstand abgezogen, und man erhielt nach der Zugabe vom Harnstoff direkt die Werte für die Harnstoffkonzentration. Man erhielt die folgenden Ergebnisse.

	Cirundleit-	Leitfähigkeit	S)	Ansprech
55 tlek- I rode	fahigkeit	(μ	30 mg ·/,	zeit
	(IiS)	15 mg "Vn	110	(Minuten)
A	3497	60	275	0.6
B	2203	162	280	1.0
	719	162	250	2.5
D	806	138	3.8

Beispiel 2

Es wurde eine Elektrode entsprechend Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß die Lösung des Cellulosederivats und des Testreagens in dem orga-

nischen Lösungsmittel die folgende Zusammensetzung besaß:

Aceton 20 ml

Urease 200 mg

Formamid 1 rnl

Celluloseacetat 2,4 ml

Die Zeit, die die Elektroden zwischen den einzelnen Beschichtungen an der Luft getrocknet wurden, betrug 2¹/₂ Minuten und die Endtrockenzeit vor der Phasenumwandlung 12 Minuten. Wenn die Elektrode entsprechend Beispiel 1 untersucht wurde, erhielt man die folgenden Ergebnisse:

Ver	Grundleit-	Leitfähigkeit	S)	Ansprech
suchs-	fähigkeit	(μ	30 mg Vo	zeit
tag	0«S)	15 mg »/ο	182	(Minuten)
1	2387	112	175	1,0
2	2326	103	160	1,0
6	2336	92	140
13	—	82	l':

30<

Claims (4)

strumentariums eine schnelle und quantitative Ab- «„„„ Ηργ Reaktion zwischen der nachzuweisenden Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Prüfmittel- mögUch ist Diese membran zur Bestimmung von Substanzen in 5 reagenzien undΛ

f^ddh —^ ^tS^

„r^gdafman ^tS^^^SSS^ Sl

η e t, daß man Beispiele für sehr empfindliche Testreagenzien sind

A) ein Gemisch aus einem vorher gebildeten Hieienieen bei denen Enzyme verwendet werden, die polymeren Celluloseester oder Celluloseether, J ° ^_x geeigneten spezifischen Substraten reaeinem Fettsäureamid mit 1 bis 6 Kohlenstoff- .

atomen als Quellmittel und einer vorher be- ^gl ^ ^_{at s}j_ch kürzlich gezeigt, daß Testreagenzien, wie stimmten Menge eines Testreagens, das aus J₀I₀J₁₆ bei denen Enzyme oder Substrate für diese einem Enzymsubstratsystem, Farbstoffen, En- _Enzvine verwendet werden, in oder auf einer Matrix zymsubstraten oder Komplexen organischer ^ _fivi<,"_{rt o£}i_er unbeweglich gemacht werden können, so Moleküle besteht, in einem organischen Lö- ^1S ·"-- _{wenn die Matrix m}i_t der Flüssigkeit oder dem zu sungsmittel herstellt, untersuchenden Medium in Berührung kommt, charak-

B) aus dem Gemisch einen Flüssigkeitsfilm bildet. tenstische elektrochemische oder physikalische An-

. , . _CI , , , . . derungen auftreten. Wenn diese Änderungen mit

C) diesen Flüssigkeitsfilm gelenkt trocknet, wobei ^ ^s _emer Anzeigevorrichtung gemessen werden, eine Membranstruktur entsteht, können die erhaltenen Werte leicht in ein quantitativem

D) einen zweiten Flüss.gkeitsfilm aus dem vorher Maß für die Konzentration eines ^B^ⁿ*^cils <ier ^zu gebildeten Celluloseäther oder Celluloseester untersuchenden Flüssigkeit umgewandelt ^w£rde£

in einem organischen Lösungsmittelsystem Bekannte Matrizes zur Fixierung oder. Unbeweg-

auf die Membranstruktur aufbringt und *₅ lichmachung der Testreagenssysteme,enthalten nor

malerweise eine vorher gebildete Polymerloeung oder

E) die Membran und den zweiten Flussigkeitsfilm Monomersystem in dem das Testreaeens gelöst einer wäßrigen Phasenumkehr unterwirft, dispergiert ist das im Falle einer vorher gewobei eine struktureil polarisierte Membran _bi,_deten Polymerlösung getrocknet oder im Faiie entsteht, in der das Testreagens fixiert ist. _ ^, _{Monomersystem}s in si'u polymerisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Dabe. entsteht ein Gel oder eine Membran, d-e das zeichnet, daß ein gelenkter Trocknungsschritt der Testreagens in gelöster oder dispergierter^on,eniwäßrigen Phasenumwandlung (E) vorangeht. hält. Derartige Systeme sind ^.^s^f"^SJ"2_hcn

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gulierbar und reproduzierbar, da die physikalischen zeichnet, daß an den gelenkten Trocknungsschritt 35 Eigenschaften vollständig von derTrockenzeit der (C) eine wäßrige Phasenumwandlung anschließt. Art des Polymers, der Membrandicke usw. abhängen^

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch Darüber hinaus sind derartige Membransyi.teme nach gekennzeichnet, daß man als zweiten Flüssigkeits- dem Stand der Technik üblicherweise isotrop was zu film das Gemisch der Stufe (A) verwendet. einem System führt, das als Matrix fur Testreagenv

40 systeme, wie sie hier beschrieben sind, nicht ideal geeignet ist.

Es i.st daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

eine Membranstruktur für ein Prüfmittel zu entwickeln, die so hergestellt werden kann, daß sie eine 45 optimale Diffusion und Reaktion zwischen der zu

Die Erfindung betrifft ein Testsystem und ein Prüf- untersuchenden Flüssigkeit, dem Testreagens und mittel zum Nachweis und zur Bestimmung von Sub- der Anzeigevorrichtung erlaubt. .....

stanzen in Flüssigkeiten, bei dem eine Membran aus Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur

einem Cellulosederivat zusammen mit einem Test- Herstellung einer Prüfmittelmembran zur Bestimmung reagens verwendet wird, das spezifisch mit der nach- 5° von Substanzen in Flüssigkeiten, das dadurch gekennzuweisenden Substanz reagiert, sowie Mittel zum zeichnet ist, daß man Nachweis elektrischer, chemischer oder physikalischer _A^ _ein Gemisch aui einem vorher gebildeten polyÄnderungen in der Membran, wenn das Testreagens meren Celluloseester oder Celluloseäther, einem mit der nachzuweisenden Substanz in Berührung Fettsäureamid mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen als kommt. Die Membran wird hergestellt, indem man 55 Quellmittel und einer vorher bestimmten Menge die organische Phase in genau gelenkter Weise ver- _eines j_est_reagens, das aus einem Enzymsubstratdampfl durch ein wäßriges Umkehrverfahren aus einer system, Farbstoffen, Enzymsubstraten oder Kom-Lösung eines polymeren Cellulosederivats und eines plexen organischer Moleküle besteht, in einem damit reagierenden Quellmittels, vorzugsweise form- organischen Lösungsmittel herstellt, amid, in einem Lösungsmittel, wobei das Testreagens 60

in dieser Lösung enthalten ist und das Material für B) aus dem Gemisch einen Flüssigkeitsfilm biluet, die entstehende Membran entweder gelöst oder in _{djesen Flüssigkeitsfi}|_{m ge}ienkt trocknet, wobei

dispergieren Form vorliegt. eine Membranstruktur entsteht,

Die analytische Chemie hat in den letzten Jahren

ungeheure Fortschritte gemacht. Zum Beispiel hat 65 D) einen zweiten Flüssigkeitsfilm aus dem vorher die klassische analytische Chemie dem Biochemiker gebildeten Celluloseäther oder Celluloseester in

Testreagenzien zur Verfügung gestellt, die sehr spe- einem organischen Lösungsmitteisystem auf die

zirisch sind, während mit Hilfe eines modernen In- Membranstruktur aufbringt und