DE2727347C2

DE2727347C2 - Indikator mit Träger und Substanzauftrag

Info

Publication number: DE2727347C2
Application number: DE2727347A
Authority: DE
Inventors: Ann-Marie Märta Skyle Huddinge Grönberg
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1987-02-05
Also published as: AR217076A1; AU2622377A; FR2355290A1; IE44940B1; DK269177A; JPS6136181B2; GB1526708A; NL7706718A; JPS5313485A; IL52322A0; HU176739B; LU77564A1; BR7703799A; CA1101771A; FR2355290B1; CH629306A5; ES459894A1; DD130280A5; IL52322A; IE44940L

Description

Die Erfindung betrifft einen Indikator mit einem Träger und mindestens zwei von diesem getragenen Substanzen, die bei Gebrauch des Indikators aktiviert werden.
Indikatoren dieser Art wurden bisher auf verschiedene Weise hergestellt. Bei einem Verfahren wird die eine Substanz in sogenannten Mikrokapseln verkapselt und in der Flüssigkeit suspendiert, die die andere Substanz enthält. Mikrokapseln und Flüssigkeit werden auf einen Träger aufgebracht. Die Herstellung eines solchen Indikators ist recht teuer.
Nach einem anderen Verfahren werden solche Indikatoren dadurch hergestellt, daß zwei voneinander getrennte Zonen mit poröser Struktur auf einem Träger mit Flüssigkeiten imprägniert werden, die die Substanzen enthalten. Die Herstellung eines solchen Indikators ist wegen der Schwierigkeiten, ein und denselben Träger mit zwei Flüssigkeiten zu imprägnieren schwierig. Indikatoren mit einem Träger und mindestens zwei Substanzen auf der gleichen Oberfläche des Trägers sind somit bekannt. Nach der US-PS 38 93 808 und der DE-AS 23 04 971 weisen die Oberflächen Zonen im Zentimeterbereich auf, in denen die Substanzen getrennt voneinander angeordnet sind. Die US-PS 36 66 421 beschreibt einen Testobjektträger mit nur zwei Aufträgen, die verhältnismäßig groß sind und Durchmesser von 5-15 mm aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Indikator zu schaffen, der einfach und preiswert herstellbar ist und mit dem es möglich ist, quantitative Analysen mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Diese Aufgabe wird mit dem Indikator nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Indikators sind in den Ansprüchen 2 und 3 aufgeführt.
Das Aufbringen von mindestens zwei Flüssigkeiten, die jeweils eine der Substanzen enthalten, unmittelbar auf die eine Oberfläche des Trägers durch Drucktechniken bewirkt, daß die Substanzen auf der Oberfläche durch einen vorbestimmten Zwischenraum auf der Oberfläche getrennt bleiben. Dabei können an sich bekannte Drucktechniken zum Erzeugen eines vorbestimmten Zwischenraumes benützt werden.
Zweckmäßigerweise wird mindestens eine der Substanzen auf dem Träger in einer solchen Weise aufgebracht, daß sie auch beim Gebrauch des Indikators an dem Träger verbleibt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Substanzen (A, B) in einem bestimmten Abstand voneinander getrennt sind.
Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Indikators geht man am besten so vor, daß mindestens zwei Flüssigkeiten, die jeweils eine der Substanzen enthalten, unmittelbar auf die eine Oberfläche des Trägers in einer solchen Weise aufgebracht werden, daß die Substanzen (A, B) auf der Oberfläche durch einen vorbestimmten Zwischenraum auf der Oberfläche getrennt bleiben, wobei die Drucktechniken das Einhalten eines genau vorbestimmten Zwischenraumes gewährleisten.
Zweckmäßigerweise wird mindestens eine der Substanzen (A, B) auf die Oberfläche des Trägers in einer solchen Weise aufgebracht, daß sie sogar bei Gebrauch des Indikators darauf haften bleibt; werden die Substanzen (A, B) auf die Oberfläche an einer Mehrzahl von Orten aufgebracht, die kleine Zwischenräume zwischen sich aufweisen; wobei diese Orte auf der Oberfläche verteilt sind.
Wenigstens eine der Substanzen (A, B) wird vorzugsweise als Punkte und/oder als Streifen aufgebracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Substanzen auf der Oberfläche des Trägers an einer Anzahl von Stellen aufgebracht, die einen kleinen Abstand voneinander aufweisen, beispielsweise als Punkte und/oder als Streifen. Die Stellen können auf der Oberfläche vermischt aufgebracht sein.
Die Erfindung ist bei verschiedenen Indikatorsystemen anwendbar, vgl. beispielsweise die US-PS 30 92 463, 35 11 608, 35 49 328 und 39 26 732.
Die Substanzen, die bei der Verwendung des Indikators aktiviert werden, bringt man am besten auf einer Anzahl von Stellen auf der Oberfläche des Träges mit einem sehr kleinen Zwischenraum zwischen diesen auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Fälle beschränkt, in denen Abstände von mikroskopischer Größe notwendig sind. Auch wenn der Abstand zwischen den Substanzen etwas größer sein soll, d. h. etwa in der Größenordnung von 1 mm, ist die Erfindung anwendbar. Eine Reaktion zwischen verschiedenen Substanzen findet auf der Oberfläche des Indikatorträgers bei einem Abstand zwischen den Substanzen in dieser Größenordnung dann statt, wenn eine den Indikatorträger kontaktierende Flüssigkeit zwischen die Substanzen eindringt und als Diffusionsmittel beispielsweise für einen Teil der Substanzen auf dem Weg zu der anderen Substanz dient. Freilich ist dann größte Genauigkeit im Hinblick auf die Zwischenräume zwischen den Substanzen notwendig, etwa eine Genauigkeit von einem oder wenigen Hundertsteln eines Millimeters.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß ein Substanzauftrag aus einem gedruckten Text oder einem Bild aus einer Anzahl winzig kleiner Punkte bestehen kann, die mikroskopische Abstände voneinander aufweisen, wobei diese Abstände normalerweise nicht mit dem unbewaffneten Auge gesehen werden können. Ein gedrucktes farbiges Bild, das das Auge farbig empfindet, kann in Wirklichkeit aus einer Anzahl von Punkten unterschiedlicher Farben bestehen, wie z. B. ein Bild, das das Auge als grün wahrnimmt, aus einer Anzahl von blauen und gelben Punkten bestehen kann.
Die Anwendung konventioneller Drucktechniken ermöglicht in hervorragender Weise im Aufbringen von zwei oder mehreren reaktiven Substanzen auf die Oberfläche eines Indikatorträgers, wobei der Abstand zwischen den Substanzen genau vorbestimmt ist.
Der erfindungsgemäße Indikator wird mit Hilfe von an sich bekannten Drucktechniken, etwa dem Fotooffsetdruck, hergestellt, was bedeutet, daß die in geeigneten Lösungsmitteln gelösten Substanzen auf die Oberfläche des Trägers durch Druckwalzen aufgebracht werden, die mit sehr kleinen Vertiefungen oder Poren unterschiedlicher Tiefe versehen sind.
Auch der Siebdruck gehört zu diesen bekannten Drucktechniken. Dabei wird die jeweilige Substanz in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und durch ein Sieb mit sehr feinen Maschen hindurchgedrückt. Das Sieb ist um eine drehbare Walze angeordnet.
Auch die nicht als "konventionelle" Drucktechniken bekannten Techniken sind anwendbar, z. B. die plattenlosen Drucktechniken, wie das direkte elektrostatische Drucken, indirekte elektrostatische Drucken und Tintenspritzdrucken, das in jüngerer Zeit an Bedeutung gewonnen hat.
Das direkte elektrostatische Drucken bedeutet, daß elektrostatische Ladungen direkt auf speziell gestrichenem Papier erzeugt und dort festgehalten werden, wobei das Papier eine leitfähige Schicht besitzt, die durch eine isolierende Schicht bedeckt ist. Die elektrostatische Ladung wird durch einen Toner zu einem sichtbaren Bild entwickelt, wobei der Toner eine Flüssigkeit sein kann, die die gewünschte reaktive Substanz enthält.
Das indirekte elektrostatische Drucken ist ein Offsetverfahren, bei dem die elektrostatische Ladung auf einer Zwischenfläche, z. B. einer Trommel gehalten wird. Lediglich der Toner, der die gewünschte reaktive Substanz enthält, wird auf das Papier übertragen und dort fixiert. Dieses Verfahren wird bei den xerographischen Trockenkopierverfahren angewendet.
Die Tinenspritzdruckverfahren arbeiten alle mit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Strömen von sehr dünnen Flüssigkeitsstrahlen, die mit großer Genauigkeit in die gewünschte Richtung auf den Träger gerichtet werden.
Jede Art von reproduzierenden graphischen Techniken kann benutzt werden, um die erfindungsgemäßen Indikatoren herzustellen.
Wenn die Substanzen auf eine Anzahl von Stellen mit sehr kleinen Abständen oder Zwichenräumen aufgebracht werden, ist es von Vorteil, daß eine gleichzeitige Farbänderung über einen verhältnismäßig großen Bereich infolge der Aktivierung der als Indikator verwendeten Substanzen wahrgenommen wird. (Die umgebenden Teile des Indikatorträgers sollten vorzugsweise die gleiche Farbe haben, wie die Oberfläche vor dem Farbwechsel hatte). Ein derartiger Indikator, der beispielsweise zwei Substanzen aufweist, wird eine bessere Anzeige einer erfolgten Reaktion ergeben als ein Indikator mit einer Oberfläche, die nur mit einer der Substanzen bedeckt ist, die erst allmählich ihre Farbe in den Teilbereichen ändert, wenn die zweite Substanz über die Oberfläche diffundiert. Falls somit die Substanz vollständig verbraucht wird, bevor sie über die gesamte Oberfläche diffundiert ist, so daß ein Farbwechsel lediglich in einem Teil der Oberfläche erfolgt, können auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Indikators Zweifel entstehen.
Die Möglichkeit, einen Indikator für eine quantitative Analyse zu verwenden, wird auch dadurch verbessert, daß ein Farbwechsel auf einer verhältnismäßig großen Fläche erfolgen kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Indikators.
Fig. 5 zeigt als Beispiel in schematischer Weise die Herstellung eines Indikators nach den Fig. 1 bis 4.
Fig. 1 bis 4 zeigen drei verschiedene Indikatoren, die beispielsweise zum Nachweis eines bestimmten Enzyms in einer Flüssigkeit dienen. Der Indikator weist Träger 1, 2, 3 und 4 auf. Zwei reaktive Substanzen A, B sind mit Hilfe konventioneller Drucktechniken in verschiedenen Mustern auf diese Träger aufgebracht. Ein Indikator dieser Art kann in eine Probe der zu testenden Flüssigkeit getaucht werden, so daß eine dünne Flüssigkeitsschicht auf dem Träger verbleibt. Eine der Substanzen auf dem Träger, beispielsweise die Substanz A, kann durch die dünne Flüssigkeitsschicht in Richtung auf die andere Substanz, z. B. Substanz B diffundieren. Das in der Flüssigkeit anzuzeigende Enzym kann dann mit der Substanz A reagieren oder eine durch die Substanz A verursachte chemische Reaktion katalysieren. Somit wird die Substanz A vollständig oder teilweise auf diesem Weg in Richtung auf die Substanz B in Abhängigkeit von der Konzentration des Enzyms in der Flüssigkeit verbraucht. Falls die Substanz A von dem Enzym in der Flüssigkeit vollständig verbraucht wird, kann keine Reaktion zwischen den Substanzen A und B erfolgen. Falls ein Teil der Substanz A bis zur Substanz B gelangt, wird diese reagieren, wobei die Substanzen A und B von einer solchen Art sind, daß ein Farbwechsel eintritt. Eine solche Reaktion wird vom menschlichen Auge in Gestalt eines Farbwechsels der gesamten Oberfläche wahrgenommen, auf die die Substanzen A und B aufgebracht sind. Die Intensität dieses Farbwechsels hängt von der Konzentration des Enzyms ab, dessen Quantität in der Flüssigkeit abzuschätzen ist. Die Substanzen A und B können auch auf andere Weise miteinander reagieren. Beispielsweise können sie miteinander in einer ersten Stufe reagieren und eine Zwischensubstanz erzeugen, die keinen Farbwechsel zur Folge hat. Dann kann diese Zwischensubstanz in einer zweiten Stufe mit einem vorhandenen Enzym reagieren, um einen Farbwechsel hervorzurufen. Andererseits kann auch ein erster Farbwechsel erfolgen, wenn die Zwischensubstanz gebildet wird, wobei ein zweiter Farbwechsel erfolgt, wenn die Zwischensubstanz mit dem Enzym reagiert. Ein solches System ermöglicht es mit Sicherheit festzustellen, ob der Indikator bereits benutzt worden ist, da kein Enzym mehr vorhanden ist.
Fig. 4 zeigt einen Indikator zur Anzeige des Enzyms Katalase in einer Flüssigkeit. Der Indikator weist einen Träger 4 und Substanzen A, B und C auf, die mit Hilfe einer konventionellen Drucktechnik aufgebracht sind.
Substanz A enthält das Enzym Peroxidase und einen Farbstoff wie o-Tolidin. Substanz B enthält das Enzym Glucoseoxidase und Substanz C Glucose. Die Enzyme Peroxidase und Glucoseoxidase sind beide chemisch an Cellulosepartikel gebunden, die an den Träger mittels eines geeigneten Bindemittels unter Verwendung einer Drucktechnik aufgebracht sind. Nach dem Aufbringen der Substanzen A und Bsind die Enzyme in Bezug zueinander und zu dem Träger 4 unbeweglich angeordnet.
Der vorstehend beschriebene Indikator reagiert in folgender Weise, wenn er mit der zu testenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird.

1. Glucose in Substanz C wird durch die Flüssigkeit gelöst und über den Träger 4 verteilt.
2. In Nähe der Substanz B katalysiert das Enzym Glucoseoxidase die Reaktion zwischen Glucose und Sauerstoff, wodurch Wasserstoffperoxid als Reaktionsprodukt entsteht.
3. Wasserstoffperoxid diffundiert durch die Flüssigkeit, die in den Bereichen zwischen den Substanzen A und B vorhanden ist, zu den Stellen mit der Substanz A.
4. An den Stellen mit Substanzen A wird der Farbstoff o-Tolidin durch Wasserstoffperoxid in Gegenwart des Enzyms Peroxidase oxidiert und eine blaue Farbe wird erhalten.
5. Falls Katalase in der Flüssigkeit vorhanden ist, wird das Wasserstoffperoxid vollständig oder teilweise zersetzt. Bei hoher Konzentration von Katalase in der Flüssigkeit wird das Wasserstoffperoxid vollständig zersetzt, bevor es zu den Stellen mit Substanz A diffundiert. Es wird keine blaue Farbe erhalten. Eine geringere Konzentration von Katalase wird da Wasserstoffperoxid nur teilweise zersetzen und ein Teil des Wasserstoffperoxids wird zu den Stellen mit Substanz A diffundieren und eine blaue Farbe erzeugen. Somit wird infolge der Konzentration des Enzyms Katalase in der Flüssigkeit eine mehr oder weniger intensive Farbänderung des Indikators erhalten.

Die Indikatoren nach den Fig. 1 bis 4 werden durch Drucktechniken hergestellt. Fig. 5 zeigt das Prinzip des konventionellen Druckens. Ein Blatt 5 wird in Richtung des Pfeiles befördert. Mit zwei Druckwalzen 6 und 7 werden zwei verschiedene Flüssigkeiten, die die Substanzen A und B enthalten, auf das Blatt gedruckt. Verschiedene Arten von Walzen sind anwendbar und dem Fachmann bekannt.
Es ist notwendig, die Viskosität der die Substanzen enthaltenden Flüssigkeit je nach den ausgewählten Druckverfahren einzustellen.

Beispiel

10 g aus Einzelteilen bestehende CMC ( Carboxymethylcellulose) werden in bekannter Weise aktiviert.
Glucoseoxidase (Handelsprodukt) und Peroxidase ( Handelsprodukt) werden nach bekannten Verfahren in verschiedenen Proben des aktivierten CMC immobilisiert. Die Gemische zum Drucken werden in folgender Weise zubereitet.

Glucoseoxidase-CMC

2,5 g GO/CMC (naß) werden unter Verwendung eines Magnetrührers in 20 ml destilliertes Wasser gerührt. 0,085 g kolloidale CMC werden zugegeben, um die Viskosität des Gemisches einzustellen.

Peroxicase/CMC

2,5 g PO/CMC (naß) werden unter Verwendung eines Magnetrührers in 20 ml destilliertes Wasser gerührt. 0,085 g kolloidale CMC weden zugegeben, um die Viskosität des Gemisches einzustellen. Unter Rühren des Gemisches wird 0,033 g o-Tolidin zugegeben.
Beide Gemische werden dann mittels Siebdruck als deutliche parallele Linien entsprechend dem System GO-PO-GO-PO usw. auf ein Filterpapier gedruckt, das in eine 10%ige Glucoselösung in Wasser getaucht und bei 35°C getrocknet worden war.

Claims

1. Indikator mit einem Träger und mindestens zwei Substanzen auf der gleichen Oberfläche des Trägers, die in einem bestimmten Abstand voneinander getrennt sind und bei Verwendung des Indikators aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen (a, b) auf die Oberfläche an mehreren Stellen durch an sich bekannte Drucktechniken aufgebracht sind.

2. Indikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen (a, b) auf der Oberfläche in mehreren Punkten aufgebracht sind.

3. Indikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen (a, b) auf der Oberfläche in mehreren Streifen aufgebracht sind.