DE3150102A1 - Analyseneinheit - Google Patents
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Registered Representatives
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MöhlstraSe 37 D-8000 München
Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hn kid Telegramme: ellipsoid
IT-1217-2
17. Dez, 1981
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Tokio, Japan
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Analyseneinheit
Di© -Jfefisctaag betrifft allgemein aime inalyseneinheit,
ins"b©Boad©r© ©la© Malyseaeiaheit sur toalyse einer gegebenes
speziellen Verbindung in einer Flüssigkeit. Mit
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Hahmea von Tests eiae quantitative Analyse spezieller
ι in. ©iasr biologisches Plüssigkeitsprobe
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Es gibt gaM.reicli® Methoden zur inalyse von Verbindungen
" " in .lTiissigIseitsprobdBe Solc&e Imalysen werden beispiels-
x-ieise mit Hilfe automatisch und quaatitatiT arbeitender
15' Asalyaengerät® äiaxchgeführto Solche Analysengeräte werden
häufig TSBd mit großem Erfolg ia klinischen !Testlaboratories
γόη JSrasskenhaiasern u.dgl. eingesetzt. Einem
imalysengerät werden gia untersuchenden Pro-2.0
b©Bg T©rdtinauag@iiittelB "ßad Malysenreagentien züge-
imd aa Ort ^ead Stall© analysiert (vgl» US-PS
2 797 149).
Kontinuierlich rand automatisch, arbeitende Analysengeräte
der beschrieben@s Art siaä J®doch kompliziert und kostspielig
und erfordern fachpersoaal. Darüber hinaus er-
MalysenYorgangs noteinen erheblichen
Zeit— und Irbsitsaufwand. Die b©i diesen Waschvorgängen
r0 clia beseitigt ^erden müsset),
.:. : ' .Ξ..:Ι. *:-.' .Ξ.3Ί50102
Im Gegensatz zu den beschriebenen Analysensystemen, in denen Lösungen analysiert werden, gibt es auch trocken
arbeitende Analysensysteme. Hier handelt es sich beispielsweise um Testpapiere oder -streifen, die in
trockener Form zur Verfügung stehen. Sie werden durch Eintauchen eines absorptionsfähigen Trägers» z.B. von
Filterpapier, in eine Analysenreagenzlösung und anschließendes Trocknen hergestellt (vgl. US-PS 3 050
und 3 061 523). Die Analyse mit Hilfe eines solchen Teststreifens erfolgt durch Eintauchen desselben in
eine flüssige Probe des zu analysierenden Materials und Herausnehmen des Teststreifens zur Ablesung der
Färb- oder Dichteänderung (auf den Teststreifen). Die
Ablesung bzw. Bewertung erfolgt hierbei mit bloSem Auge
oder mit Hilfe eines Geräts, wie eines Densitometers.
Teststreifen der beschriebenen Art sind einfach zu handhaben und von besonderem Vorteil, da sie augenblicklich
Testergebnisse liefern. Diese Teststreifen mit Reagentien in einem absorptionsfähigen Träger sind jedoch mit
den verschiedensten Nachteilen behaftet, so daß ihre Anwendung Immer noch auf qualitative oder halbquantitative
Analysen beschränkt ist.
Um diesen Haehteilen zu begegnen, wurde die aus der
US-PS 3 992 158 bekannte Analyseneinheit entwickelt. Derartige Analyseneinheiten besitzen eine Eeagenzschicht
mit Analysenreagentien und eine Verlaufschicht in Form eines isotrop porösen, nicht-faserartigen Mediums,
das auf einem durchsichtigen Träger aufkaschiert ist.
Die Verlaufschichten der bekannten Analyseneinheiten sollen drei Funktionen erfüllen:
a a. ft β ft
1 ο Sie soll©s ©in© flüssige Prob® gleichmäßig in kon-
Btaatem Yolimen pro !Flächeneinheit über die Reagenz-
- schicht Terteilea 5
2 ο .sie sollen Substansisn oder PaitoraB» die die Analy-
senreaktioa in der Elüssigkeitsprobe stören» ent-
3« sie sollea ©ine Hiatergsrßndwirfcraag entfaltenf um das
- bei der spsktralphotometrischea laalyse zn messende»
durch den Schichtträger hiadurchtreteHde licht zu
reflektieren.,
der US=PS 3 992 158 ist ein poröser EiIm bekaimt9 "äer
mit Hilf© ©im©s polymeren Bia<ä©mittels» z.B, mit
Hilfe eines C©llTaloB©est@rs0 aus Biatoiaeeaerdeteilchen,
weißen Pi^seat©a oder inerten x-ieißem Glasperlen hergestellt
ist ο
derartiger IiIm soll di© geaaaaten drei Erfordemiss©
von YerlanfsehieSitea erfüllen β nachteilig sn solchen
Filmen ist jeclechp daß sie iafolg© Ihrer Brüehigkeit
oder Sprödigkeit amr eia® geringe festigkeit aufweisen»
in hohem lusmaS %wä Bruch neigen vnü. nnv unter Schwierigkeiten
la gl©iehblei"b@neLer Qualität hergestellt und
-geliefert ■ werde© köraien,, Wenn darüber hinaus auf solche
- Filme flüssige Proben mit Zellen 9 wie Blutkörperchen
oder großen susafflaengesetsten Proteinen appliziert werden,
kommt es zu uaerwünschten Erscheinraigen» z.B. zu einer
Yeretopfung der Poren oder au einem ungleichmäßigen
Eindringen in die Por®xso Bsi der Herstellung solcher
Filme ist es feraer erfordern clip genau gesteuerte Beschichtungsbedingiangen
©iaauhalten» wobei man kein
gleichbleibendes Porenvolumens doho !seine gleichbleibende
Porosität 9 gew§3irl@istea kaBB» wenn man die betref-
-. fenden Bedingungen aisht ©inhalt» Weiterhin neigen mikro-
kristalline, kolloidale Teilchen» d.h. teilchenförmige
Substanzen, wie mikrokristalline Cellulose in Gegenwart einer wäßrigen Flüssigkeitsprobe zur Quellung. Sin aus
den genannten Substanzen hergestelltes poröses teilehenförmiges
Gebilde ist somit mit dem Nachteil behaftet, daß bei Applikation einer Flüssigkeitsprobe die Poren
in der betreffenden Schicht teilweise oder vollständig blockiert werden, so daß es zu einer deutlichen Hemmung
des Fließens des Fluidums kommt.
Eine in der US-PS 3 992 158 beschriebene weitere Ausführungsform besitzt eine poröse, schichtartige Struktur,
die aus nicht-klebrigen Teilchen, z.B. inerten Glasperlen oder Harzen, mit Hilfe eines hydrophilen*
kolloidalen Bindemittels, wie Gelatine oder Polyvinylalkohol, hergestellt ist. Bei einem solchen Gebilde
ändert sich jedoch das Porenvolumen der porösen Schicht in Abhängigkeit von der Menge an verwendetem Bindemittel.
Wenn so viel hydrophiles Kolloid mitverwendet wird, daß eine ausreichende Haftfestigkeit erreicht wird,
sinkt das Porenvolumen, was das Fließen einer Flüssigkeitsprobe erschwert. Wenn andererseits weniger Bindemittel
verwendet wird, ist die Schichtstruktur sehr spröde oder brüchig und kann nicht unversehrt aufrechterhalten
werden. Da ferner das die Klebemasse bzw. den Klebstoff bildende hydrophile Kolloid wasserlöslich ist,
verschlechtert sich seine Haftfestigkeit in Anwesenheit einer wäßrigen Flüssigkeit. Sie aus der genannten US-PS
bekannte poröse Schicht ist schließlich noch mit dem Nachteil behaftet, daß sie unter Hemmung des Fließens
des Fluidums zu einer Verstopfung der Poren durch zahlreiche makromolekulare komplexe Substanzen und Zellen
neigt.
Aus den US-PS 2 297 247 und 2 745 141 sind verbackene
·» 15 ·
ia deaea die Eeilchen durch Erwärmen
oder ©ia LSsragifflittsl ©gleicht raaö damn wieder τθγ-festigt
wardend bokssmt«, Ih derartigen Schichten sind
die Teilchen am ihren BertthnrngBpimJcten miteinander
verschweißt« Dies bedeutete daß eine aus verbackenen
Seilehen b©st@h©ad® ScMoht ia höchst !Nachteiliger Weise
und Milchst einfaeh etash Mn»e- oder Lösraigsmittelerweictamg
ä©r si® "biläoaöaa Seilehea deformiert wird» wobei
di© H©hlräi»© ^Wischern &®ώ. Seilolien verringert oder
voll ständig !beseitigt werden „
Ins der US-PS 2 297 248 ist ©ine Gütereinheit mit Teil-"beksmatp
di© diirch Befestigen der Teilchen
mit Hilfe ©iaes ^geeigneten Zements" hergestellt
xfirdo lachteilig a» eiaem solchen Gebilde ist»
". d®ß äev jeweilige Zement Tbw, Hetostoff Je Bach seiner
- Menge oha© weiteres die ÄiiseheBräraae zwischen den Teilchen
ausfüllt» so daß ©s in einer solchen Struktur ohne
weiteres zta. ©iaer Verklißapimg hochmoletalarer komplexer
Siabstsmgea ©dar Z®ll®n tm& folglich six einer Hemmung des
Siießaas d©s H-jaidOms kosrat. Selbst Hniäe ohne derartige
Substaaisen ©rfahrsn maaolmal ia solchen Strukturen
©iae H©MHU3ig ihres
Aub der- JP=OS 90859/1980 ist eise porös® Teilohenstrukt~ar
bekannt 9 bei welcher hitsestafeileg organische Polymerisat
teilchen β die in d©r (au analjsierenden) Flüssigkeit
aicht QjaellTbar raid für die betreffende Flüssigkeit
undurchlässig siadj mit Hilfe ®inee ELelbetoffs aus
einem organischen Polymerisats das sich worn. Polymerisat» aus dem die 5?©ilehen "bestehen» unterscheidet» zu einem
STasarameahängandenί dreidimensionalen Gitter verbunden
sindo Ähnlich wie vorher ist auch letztere Teilchenstruktur
so ausgebildet» daß sie miteinander in Terbin-
dung stehende Poren aufweist. Sie Verbindung der hitzestabilen
organischen Polymerisatteilchen erfolgt dabei mit Hilfe eines klebenden Polymerisats geringer Hitzestabilität,
d.h. einer geringen Sinfriertemperatur (T ), das bei einer Temperatur oberhalb der Einfriertemperatur
durch Erwärmen weich wird. Wenn folglich zur Herstellung letzterer Teilchenstruktur eine große Menge
Klebstoff oder Klebemasse verwendet wird, verringert sich das Porenvolumen. Bei Verwendung einer zu geringen
Menge Klebstoff oder Klebemasse läßt sich keine ausreichende Haftfestigkeit gewährleisten, folglich bereitet
es Schwierigkeiten, bei Verwendung eines Klebstoffs bzw. einer Klebemasse der beschriebenen Art in
der aaO angegebenen Menge, das Porenvolumen auf einem gewünschten Wert zu halten und ferner den gesamten
Klebstoff bzw. die gesamte Klebemasse an den jeweils gewünschten Stellen zwischen den hitzestabilen Polymerisatteilchen
vorzusehen. Schließlich ist an einer durch Verbinden von inerten Perlen lediglich durch Deformation
eines durch Erwärmen erweichten KlebStoffs
erhaltenen Teilchenstruktur von Nachteil, daß sie eine geringe Bindefestigkeit aufweist'.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine nicht mit den geschilderten Bachteilen der bekannten Analyseneinheiten
behaftete Analyseneinheit zur Analyse der
verschiedensten Flüssigkeitsproben zu schaffen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Analyseneinheit zur Analyse von Flüssigkeiten mit einer Zone mit Porenstruktur
aus untereinander in Verbindung stehenden Poren, die sich auf einer Seite eines flüssigkeitsundurchlässigen,
lichtdurchlässigen Trägers befindet.
Die erfindungsgemäße Analyseneinheit ist dadurch gekenn-
- daß dl© Zone nit J>©r ©η struktur aus untereinverTraaeLeiaen
Poraia eine ans einem dreidimensionales
Gritter bestehende gebundene Teilehenstriaktur besitzt»
in dar zu analysierenden Flüssigkeit nicht quellbar
ist rad atm Transport der sm analysierenden Flüssigkeit
zwischen <äen Teilchen miteinander verbundene Poren
©ines PorenYoltsaeas toh 25 bis 85 $ aufweist, daß das
Material für die gelranciese SeileJienstrulrtrar in der zu
analysierenden Hüesigkeit nicht quellbar und für die
zu analysierende flüssigkeit nmdxircMässig ist und daß
die gebunden© Tellcheastnifctiir aus hitzestaTailen, organischen
Polymerlsatteilchenelnlieiten mit reaktionsfähigen
- &ruppen einer feilchengröSe von 1 bis 350 μπι, die über
die reaktionsfähigen Gruppen an den Berührungsstellen
direkt aneinander ohemisch gebunden slnd9 besteht.
Das erfindungsgemäBe Gebilde mit ismtereinander in Verbindung
stehenden Poren In Form einer gebundenen Teilchenstruktur vermag ohne weiteres eine flüssige Probe
aufzunehmen oder diese wirksam zu filtrieren. Dies gilt
insbesondere für zahlreiche hochmolekulare Substanzen und Zellen9 s.B. rote Blutkörperchen, die in biologisches
iTUssigkeltsproben gelöst oder dispergiert sind.
Ferner gilt dies auoh für bei PlüsBlgkeitsanalyaen ver-Μendete
reaktionsfähige Mittel* Hierbei kommt es weder zu einer Verstopfung der Poren noch zu einer sonstigen
Hemmung des ITuiduratransports.
In der Eigmr der Zeielmraig ist ein Ausschnitt aus einer
erfiadungsgemäß bereitgestellten gebundenen Teilchenstrafct&rgone
aus hitzestaMlen Polymerisatteilcheneinheiten'üit
reaktionsfähigen Gruppen dargestellt»
. - Ia der Figur sind mit 1 ©in Ausschnitt aus der gebunde-
nen Teilchenstrukturzone, mit 2 hitzestabile Polymerisatteilchen»
mit 3 chemische Bindungsstellen über reaktionsfähige Gruppen und mit 4 miteinander in Verbindung
stehende Poren bezeichnet. 5
Sine Analysen einheit gemäß der Erfindung gewährleistet
eine hochwirksame Verteilungsfunktion für Flüssigkeiten mit entweder niedrig- oder hochmolekularen Substanzen
von analytischem Interesse, Dies bedeutet» daß die erfindungsgemäßen
Analyseeinheiten eine Teilchenstruktur aufweisen, die ohne Schwierigkeiten darauf applizierte
Flüssigkeitsproben mit den verschiedensten zu analysierenden
Substanzen aufzunehmen, gleichmäßig in sich selbst zu verteilen, zu dosieren und rasch zu transportieren
vermögen.
Die Porenstruktur aus miteinander verbundenen Poren in Form einer gebundenen Teilchenstruktur aus hitzestabilen
Polymerisatteilcheneinheiten mit reaktionsfähigen Gruppen erhält man durch wechselseitige Umsetzung zwischen
den reaktionsfähigen Gruppen der Teileheneinheiten an den Berührungspunkten oder -stellen unter Bildung eines
dreidimensionalen Netzwerks, wobei die Teilcheneinheiten durch chemische Bindung fest aneinander gebunden sind.
Somit besitzen die erfindungsgemäßen Analyseneinheiten
eine solche Festigkeit, daß ihr Aussehen und ihr Aufbau gegen äußere physikalische Kräfte standhalten.
Die Polymerisatteilcheneinheiten besitzen Teilchengrößen von etwa 1 bis 350 pm. Diese Teilchen bilden eine gebundene
Teilchenstruktur in Form eines dreidimensionalen Gitters mit untereinander verbundenen Poren eines Gesamtporenvolumens
von etwa 25 bis 85 $6.
Das zur Ausbildung der gebundenen Teilchenstruktur ver-
■- 19 -
treadlbare Material muß für die zu analysierende Flüssigkeit ^durchlässig sein und darf durch diese !flüssigkeit
aioht gequollen werden. Dies bedeutet, daß das betreffend©
Material beim Inberiihrunggelangen mit der Flüssigkeit
für diese praktisch undurchlässig ist und durch äiese nicht gequollen wird. Der Quellungsgrad läßt sich
in iaweseaheit der jeweiligen Flüssigkeit mit Hilfe eines
von A. Green und G.I*Pe levenson in "Journal of
PhotograpMe Science"9 Band 20, Se205 (1972)» beschriebesen
QmelltmgBmeSgerät bestimmen. Der diesbezügliche
Test kann im der ¥eise durchgeführt werden, daß
1o ©in selbsttragender Film des als teilchenförmiges
Ifeterial Terwendeten speziellen Polymerisats oder
Z0 eiae Schicht fies Polymerisats» z.B. eine Schicht
Θ±η®τ Stärke» gemessen in trockenem Zustand» von
50 Me 200 μη,
auf ©iaem geeigneten Schichtträger» z.B. einem PoIy-.
(ethylenterephthalat)-ScMchtträgerf gebildet und die
prozentuale gimahiie der Film- bzw. Schichtdicke beim
2s-5 mia dauernden Eintauchen des trockenen Films bzw.
der trockenen Schicht in ein 38°C warmes Flüssigkeitsbad !bestimmt wird., Vorzugsweise werden Teilchen aus
eisern Polymerisat verwendet, dessen Quellbarkeit, bestimmt
in der geschilderten Weise, weniger als etwa 2O9 vorzugsweise weniger als etwa 10 Ίο beträgt.
Die &röße der die gebundene Teilchenstruktur bildenden
Polymerisatteilcheneinheiten kann innerhalb des angegelbenen Bereichs sehr verschieden sein. Selbstverständlich
können auch Teilchen unterschiedlicher Größe miteinander
gemischt werden. Vorzugsweise sollten die Seilchea jedoch von gleichmäßiger Größe sein. Ferner
seilten di© Seuchen zweckmäßigerweise eine krummlinige,
vorzugsweise praktisch kugelige Oberfläche aufweisen. Die Größe der organischen. Polymerisatteilcheneinheiten
steuert bis zu einem gewissen Maße die Größe der in der Schicht mit Porenstruktur aus untereinander verbundenen
Poren gebildeten Poren. Wird die Analyseneinheit zum Transport und zur Analyse von Flüssigkeitsproben mit
vollständigen Zellen» z.B. roten Blutkörperchen, die eine Größe von etwa 6 bis 8 pm aufweisen können, verwendet,
sollten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform relativ großdimensionierte Teilcheneinheiten gewählt
werden. In diesem Falle liegen die Teilchengrößen im Bereich von 20 bis 300, vorzugsweise von 20
bis 150
Im Falle des Transports großer, komplexer Moleküle, z.B. von Makromolekülen biologischen Ursprungs, beispielsweise
von Iiipoproteinen und Antigenen, können Teilchen einer Teilchengröße von 1 bis 100, zweckmäßigerweise
2 bis 50, vorzugsweise 2 bis 20 pm zum Einsatz gelangen.
Bei der Analyse wäßriger Flüssigkeiten mit zu analysierenden Substanzen noch geringerer Molekulargröße, beispielsweise
von Glukosemolekülen und Harnsäuremolekülen,
kann man Teilchen einer Teilchengröße von 1 bis 30 pm
verwenden.
Die chemischen Bindungen zwischen benachbarten Teilcheneinheiten bilden sich entweder durch wechselseitige Umsetzung
zwischen benachbarten Teilcheneinheiten mit derselben Art von reaktionsfähigen Gruppen, beispielsweise
zwischen Teilcheneinheiten mit Epoxygruppen, oder durch Umsetzung zwischen Teilcheneinheiten mit unterschiedlichen
Arten reaktionsfähiger Gruppen, z.B. zwischen einer Teilcheneinheit mit Epoxygruppen und einer Teilcheneinheit
mit Aminogruppen. Selbstverständlich können alle
auch zwei oder mehrere Arten reaktionsfähiger
ß-ruppen enthalten. Gegebenenfalls kann sur
Getfäkelalstiaag einer chemischen Bindrag zwischen reaktioasfähigea
ß-ruppen auch erwärmt oder eia Katalysator
aitr@rw®aä@t werden. Die Teilcheneiaheiten mit r©ak~
tiöBsf§liig©a &rappen erhält man beispielsweise durch
Hoao- oder E-Iiiclipolymerieatlosi τοη Monomeren mit reak-
- tiOBs£äM.gQa G-ruppen oder deren Vorläufern. Die Teilchenainheiten
mit zwei oder mehreren Arten reaktions-. £üiiger ©ruppen erhält man "beispielsweise durch Mischp©l^merlsai;i.©a
τοη Monomeren mit unterschiedlichen Art@a
re^tioaafähiger Gruppen oder deren Vorläufern.
-¥eaa Moaomera mit Vorläufern τοη realctlonsfähigen
&rupp©a gOa Einsatz gelangen, lassen sich diese nach
itasbilctasg äer Teilcheneinheiten duroh Hachhehandlung,
in Teilcheneinheiten mit den (gewünsch-
Gruppen «mwaBdeln. Erfindungsge-0,1
bis etwa 30, vorzugsweise 0,5 bis 20 &®Vo-$9 feesogen auf die Polymeriaatteilcheneinheiten,
. ■ aa Monomeransisiheiten mit reaktionsfähigen Gruppen vor-
Beispiele -für smr Ausbildung der chemischen Bindung
ötareh Omsetsiaag zwischen benachbarten leilcheneinheiten
mit d©rstlbea Art reaktionsfähiger Gruppen geeignete
Monomere mit Epoxy-, Aziridyl-, JStormyl-,
-8 Isocyanat-, Thiol- oder Carbamoylgrup-
eiaer Epoxygruppe sind
ate Glyidylmethacrylat, ÄUylglycidyläther*
4-lTIn7lcjcloh@^azunonoepozid u.dgl.. Moaomere mit einer
AsiridLylgruppe sind beispielsweise Azlridylethyl-
»©thacrylatp 1-lrthylensulfonylasidIridInf 1-Ethylencarboaylasiridlaj,
Aziridylethylacrylat u.dgl.. Typische
Beispiele für Monomere mit einer Formylgruppe sind Acrolein und Methacrolein. Monomere mit einer Hydroxymethylgruppe
sind beispielsweise N-Methylolacrylamid»
Hf-Methylolmethacrylamid» N-Methyloldiacetonacrylamid
u.dgl.. Typische Beispiele für Monomere mit einer Isocyanatgruppe sind Vinylisocyanat und Allylisocyanat.
Beispiele für Monomere mit einer Thiolgruppe sind Vinylthiol,
p-Thiolstyrol, m-Thiolstyrol, Vinylbenzylthiol
und Acetylderivate dieser Verbindungen. Monomere mit einer Carbamoylgruppe sind beispielsweise Acrylamid»
Methacrylamid, Maleinsäureamid, Diacetonacrylamid und
dergleichen.
Als mit den Monomeren mit reaktionsfähigen Gruppen
mischpolymerisierbare sonstige Monomere können sämtliche Monomeren verwendet werden, solange die dabei entstehenden
gebundenen Teilchenstrukturen den Bedingungen
genügen, für die Flüssigkeit undurchlässig und nicht quellbar zu sein.
Bezüglich der Kombinationen unterschiedlicher Art reaktionsfähiger
Gruppen zur Bildung chemischer Bindungen durch die Umsetzung zwischen Teilcheneinheiten mit unterschiedlichen
Arten reaktionsfähiger Gruppen sei auf D.H. Solomon "The Chemistry of Organic PiIm Formers"
(1967), verwiesen. Insbesondere seien an Kombinationen genannt: Epoxy- und Aminogruppen; Carboxyl- und Aminogruppen;
Carbamoyl- und Hydroxymethylgruppen; Carbamoyl-
und Methoxygruppen; Hydroxymethyl- und Carboxymethoxymethylgruppen;
Hydroxyl- und Carboxylgruppen; Epoxygruppen und Gruppen der Formel -COOC.HgCtert.-);
Ureido- und Carboxylgruppen; Formyl- und Hydroxylgruppen; Vinylsulfonyl- und Aminogruppen; Halogenethylsulfonyl-
und AminogrupOen.; aktive Methylenreste enthaltende Gruppen
und Formylgruppen; Epoxy- und Carboxylgruppen;
Aziridyl- rad Äaiaograppen j lsiridyl- rad Carboxylgruppen
uad dergleichenβ.
Beispiel© für Monomere mit verschiedenen reaktidnsfähigea
Gruppen sind solche mit Spoxy-» Aziridyl-,
Hydroscyl- oder Carbamoylgruppen einschließlich der ge-.
nannten Monomeren <, Boisplele für Monomere mit sonstigen
reafcfeioasfäliigen &nipp©a sind Monomere mit Carboxylgruppen
5 .vie Aerylsäures Methacrylsänre» Itaconsäure,
Maleinsäure» Itaconsäisre&arbes-fcer» lfeleinsaurehalfeester
u ο dgl ο $ Moaomere mit imiHogruppen» z.Bo iüninostyrol»
1»H»-Dimetliylamiaoethylae2?ylat und H^I-Dimethylamino-.
ethylmethacrylatρ Moaomere mit Metiioxygruppen, z.B. ■
Metlioxyethylacrylat f Ithosyethylacrylat» Methoxyethylmethacrylat
vmä. Ethoszjetliylmethacrylat >
Monomere mit einer-Gruppe der Eormel -COOC^Hg(tert„)» z.B. tert,-Butylacrylat
imd terto-Butylmethacrylat» Monomere mit
TJreldogruppen ρ Z0B0 XTreidoethylacrylat, Ureidoethylmethacrylat
und Ureidovinyläther© soB. solche der Formel
Ch2=CHOIRCOMR0I) worin R für ein Wasserst off atom
oder einen Methylrest steht und Rs eia Wasserstoff atom
oder eine kurslcettige llkylgruppe v ZoB. eine Methyloder
Ithylgruppe darstellt? Monomere mit Hydroxylgruppen»
SoBo 2"Hydrosyethylacrylat ρ 2-Eydroxyethylmethacrylat,
2==Hydroxyp2Opylmethaerylat raid 2—Hydrosypropylacrylat»
Monomere mit Halogeaethylsulfonylgnippens z.B. Chlorethylsulfonylethylmethaerylat
und Bromethylsulfonylethylmethacrylat»
Monomere mit Yinylsulfonylgruppen, goBo YiaylsTilfonyletliyliaetliacrylat.» Monomere mit aktive
Methylenreste enthaltenden Gruppen? ZoB. Acryloylaceton
und MethaeryloylacetoHip sot-iie Monomere mit Carboxymethoxymethylgruppenp
2OBO l-Carboscymethozymethylacrylamid
imd U-CarbosymethoxyinethyliEethacrylaiaid.
Beispiele für mit den Monomeren mit reaktionsfäMgen Gruppen der beschriebenen Art bevorzugt mischpolymerisierbare
Monomere sind:
. (I) Verbindungen der allgemeinen Formel:
worin bedeuten:
1 2
R und E , die gleich oder verschieden sein können, einen nicht-störenden Substituenten, z.B. ein Wasserstoff- oder Halogenatom oder eine gegebenenfalls substituierte, aminofreie Alkyl- oder Arylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatom(en) und R5 ein Vaeserstoffatom, ein Halogenatom oder eine gegebenenfalls substituierte, aminofreie, aliphatische oder aromatische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoff atom (en).
R und E , die gleich oder verschieden sein können, einen nicht-störenden Substituenten, z.B. ein Wasserstoff- oder Halogenatom oder eine gegebenenfalls substituierte, aminofreie Alkyl- oder Arylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatom(en) und R5 ein Vaeserstoffatom, ein Halogenatom oder eine gegebenenfalls substituierte, aminofreie, aliphatische oder aromatische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoff atom (en).
Beispiele für aliphatische oder aromatische Gruppen sind Alkyl-, Alkoxy-, Aryl- und Aryloxygruppen.
Typische Beispiele für Monomere der angegebenen Formel sind Styrol, Vinyltoluol, Vinylbenzylchlorid
und tert.-Butylstyrol.
(II) Verbindungen der allgemeinen Formel:
CHR6=CR4-COOR5
worin R die Bedeutung des Restes R in der vorher
angegebenen Formel besitzt, R ein Wasserstoffatom
oder eine Methylgruppe darstellt und R"^ eine Aryl-,
Alkyl-, Alkaryl- oder Aralkylgruppe mit jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatom(en) darstellt.
(III) Polymerisierbar©0 imgesättigte litrilmonomere»
wie Acrylnitril trad Methacrylnitril und
(I¥) l©ilehenveEB©ts©nd® Moaomere mit swei durch
" ldditionspolym@risatioa polymeriBierbaren Grup-
9 -^liylsaaiacrylat und -ethyl endi-
Durch MscSipolym©risatioa einer geeigneten Kombination
dieser Moaom©r©a mit a©a vorh,©r genasntea Monomeren
mit reaktionsfähigea G-nippen vjirfi ©s möglich.» die erfiadimgsgemäß
©iagesetstea Polymerisatteilcheneinliei--.
tea herzustellen ο Die Seilclieiieiniieiten können diese
Moaomereaeiaheitexi vorEiagsvieise in Mengen von O bis
99*5 Gawo~$ (I)„ (II) und (III) und 0 bis 10, insbesondere
0 "bis 5 too"^ (IV) enthalten.
" Sypische Beispiele für die gebundene Teilchenstruktur
"bildende Polymerisatteilcheaeiniieiten. mit einer Art
reaktionsfähiger Gruppea werden im folgenden aufgeführt..
Bie Zahlen bedeuten die gewichtsprozentualen Anteile der bei der Polymerisation verwendeten Monomeren
O
25-
25-
(1-1) PoIyC etyrol/glyciitylmethacrylatJ-Mischpolymerisat
[90/10].
(1-2) Poly(styrol/methylacrylat/glycidylmethacrylat)-
(1=5) PolyCstyrol/n-butylmethacrylat/glycidylmethaerylat)-Mischpolymerisat
[75/15/10]
(1 =4 ) Poly ( styrol/Tiaylbsasylchlorid/glyeidylmethacrylat
^Mischpolymerisat [80/10/10]
(1-5) PolyCstyrol/divinylbenzol/glycidylaeylat)-Mischpolymerisat
£90/2/8]
(t-6) Poly(p-vinyltoluol/glyeidylmethacrylat^Mischpolymerisat
[90/10]
(1-7) Polyimethylmethacrylat/glycidylmethacrylat)-Mischpolymerisat
[80/20]
(1 -8 ) Poly ( styrol/N, N-dimethylamino ethylmetliac3?ylat) Mischpolymerisat
[95/5J
(1-9) Polyistyrol/aziridyletliylmetliacrylatJ-Mischpolymerisat
[95/5 J
(1-10) Poly(styrol/meth.ylacrylat/acrolein)-Misclipolymerisat
[90/5/5]
(1-11) Poly(styrol/acrylamid)-Mischpolymerisat [95/5]
(1-12) Poly(styrol/vinylthiol^Mischpolymerisat [95/5J
(1-13) Polyistyrol/methylolacrylamidJ-Mischpolymerisat
[95/5]
(1-14) Poly(styrol/tert.-'butylacrylat/glycidylmethacrylat)-Mischpolymerisat
[9Ö/5/5]
(1-15) Poly(styrol/vinylisocyanat)-Mischpolymerisat
[95/5]
(1-16) Poly(methylacrylat/styrol/lT-methylolacrylainid )-Mischpolymerisat
[50/35/15].
Beispiele für Teilcheneinheiten mit zwei oder mehreren Arten von Monomereneinheiten mit unterschiedlichen
reaktionsfähigen Gruppen sind:
(2-1) Polyistyrol/glycidylmethacrylat/^N-dimethyl-
aminoethylmethacrylat)-Mischpolymerisat [90/5/5 J
(2-2) Poly(styrol/methacrylsäure/acrylamidJ-Mischpolymerisat
[95/2/3]
(2-3 5 Poly (styrol/l-aethylolacrylamid/methoxyethyl-
- acrylat)-Mischpolymerisat [90/5/5]
( 2-4 ) Poly (p-Tinylt oltiol /!-methyl olacrylamid/acrylsäure)-Mischpolymerisat
[90/8/2]
(2-5) Poly(methylmethacrylat/glycidylmethacrylat/
tertο-butylacrylat)-Mischpolymerisat [80/10/10]
(2-6) Poly(styrol/p-vinylbenzylchloriä/acrylsäure/
ethylacrylat)-Mischpolymerisat [75/10/5/10]
(2-7) Poly(styrol/methacrolein/2-hydroxyethylmethaerylat
^Mischpolymerisat [90/5/5 ]
(2«=8) Polyistyrol/aorolein/acetoacetoxyethylmethaerylat)-Mischpolymerisat
[85/5/10]
(2=9) Poly (styrol/Hi, H-dimethylaminoethylacrylat/
Tiaylsulfonylethylmethacrylat)-Mischpolymerisat
[90/5/5]
(2=10) Poly(p=vinyltoluol/aminostyrol/vinylsulfonylethylmethacrylat)-Mischpolymerisat
[85/10/5].
Im folgenden werden typische Beispiele für Kombinationen
aus Polymerisatteilcheneinheiten mit Monomereneinheiten
mit einer Art reaktionsfähiger Gruppen und PoIy-
»erisatteilcheneinheiten mit Monomereneinheiten mit
einer anderen Art reaktionsfähiger Gruppen, die.sich
Ton den reaktionsfähigen Gruppen der ersten Art unterscheiden
$ angegeben s
(3-1) Kombination auss
a) Verbindung fco (1-1) und
b) Poly(styrol/l9H-dimethylaminoethylmethacrylat)·
Mischpolymerisat [90/10]
(5=2) a) Poly(styrol/aerylsäure)-=Mischpolymerisat
b) Poly(styrol/acrylamia)-Mischpolymerisat
- 28 -
(3-3) a) Verbindung Br. (1-1) und
b) Poly(p-vinyltoluol/tert.-butylacrylat)-Mischpolymerisat
[95/5J
(3-4) a) Polyimethylacrylat/methacrylamidJ-Misclipolymerisat
[95/5J tmd
b) Poly(styrol/lT-metliylolacrylaniid)-Misclipolymerisat
[95/5J
(3-5) a) PolyCp-vinylbenzylcMorid/N-metliylolacryl-
amid)-Mischpolymerisat [96/4J und
b) Polyistyrol/itaconsäureJ-Mischpolymerisat
[98/2]
(3-6) a) Verbindung Kr. (1-1) und
b) Poly(styrol/tert.-butylacrylat)-Mischpolymerisat
[92/8]
(3-7) a) Poly(methylacrylat/styrol/acrolein)-Mischpolymerisat
[3O/65/5] und
b) Polyimethylmethacrylat/styrol^-hydroxyethylmethacrylat)-Mischpolymerisat [25/7Ο/5]
b) Polyimethylmethacrylat/styrol^-hydroxyethylmethacrylat)-Mischpolymerisat [25/7Ο/5]
(3-8) a) Polyistyrol/vinylsulfonylethylacrylatJ-Mischpolymerisat
[80/20] und
b) Poly(styrol/NtN-diethylaminomethylacrylat)-Mischpolymerisat
[97»5/2,5]
(3-9) a) Poly(styrol/methylacrylat/acetoacetO3cyethylacrylat)-Mischpolymerisat
[90/5/5] und b) Verbindung ffr. (1-10)
(3-10) a) Polyistyrol/methacry^säureJ-Mischpolymerisat
[95/5] und
b) Verbindung Nr. (1-1).
b) Verbindung Nr. (1-1).
Sie erfindungsgemäß einsetzbaren hitzestabilen organischen
Polymerisatteilcheneinheiten lassen sich nach den verschiedensten üblichen Polymerisationsverfahren herstellen.
serlsationsverfahren sind bei-
(zur Bildung der Mtsestabllen 3? e lieh©» einheit ©n bedient man sich, ge- ®ignet©r
EällmaßnahiaeB vmä Ia einigen Fällen geeigneter
HaJiI- und Tslleheniclaseifisslermaßnahmen), Suspensionspolymerisation
(manchmal auch als "Perlpolymerisation" iialsioaspolymerisation» Dispersionspoly-
vorzugsweise oii,,
Die folgenden
stellung einiger erfiadim
sate näher erläutern?
sollen die Heremäß verwendbarer Polymeri
HERSTELLUSTGSBBISPIEL 1
(Verbindung
1-1)
Ein Monomerengemiscli aus 90 fellen Styrol, 10 Seilen
. Glycidyimethacryiat tmd 3 Teilen 29 2'-.AsOIjIS-(E,^
dimetliylvaleronitril) sowie ein Polymerlsationsanspring™
mittel werden in 700 ml ©laer wäßrigen lösung mit 3 GeWo-# Iricalclraipliosphat und O9 04 Gew.-j6 Hatriumdodecyllb
ens öl sulfonate jeweils "bezogen auf die genannten
Monomeren» eingetrages^ wobei das Gemisch mittels eines haadelsiTbllehen Homogenisators mit 5000 Upm gerührt
wird ο lach !beendeter Zugabe wird das Gemisch etwa
30. min lang weitergerülirt» bis die Teilchengröße etwa
20 \im (bestimmt mittels eines Mikroskops) angenommen
hat ο Danach wird das Gemisch in einen mit einem üblichen
Eiihrer vom Aakertypp ©inem KtIhIrOhP8, einem Stickstoffeinlaß
und einem Thermometer ausgestatteten Vierhalskolben überführto Nachdem die Rührgeschwindigkeit auf
200 Upm eingestellt worden naxs, wird das Ganze 8 h lang
"uater einem Stickstoffgasstrom bei einer Temperatur von
• * ο ■ * ■>
■
- 50 -
6O0C auspolymerisiert. Nachdem Abkühlen des Kolbeninhalts
auf Raumtemperatur wird das Tricalciumphosphat durch Zersetzung mit verdünnter wäßriger Salzsäurelösung
entfernt. Das restliche Gemisch wird wiederholt mit Wasser gewaschen. Schließlich werden die PoIy-
merieatteilchen nach üblichen Trennverfahren abgetrennt
und getrocknetf wobei Polymerisatteilcheneinheiten eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 18 pm
erhalten werden.
10
10
HERSTELLUNGSBEISPIEL· 2
(Verbindung ITr. 1-3)
(Verbindung ITr. 1-3)
Ein Monomerengemisch aus 75 Teilen Styrol, 15 Teilen
n-Butylmethacrylat, 10 Teilen Glycidylmethacrylat und
3 Teilen 2,2'-AzObIs-(S,4-dimethylvaleronitril) sowie
ein Polymerisationsanspringmittel werden in 700 ml einer wäßrigen Lösung mit 2 Gew.-# Tricalciumphosphat
und 0,02 Gew.-# Natriumdodecylbenzolsulfonat, jeweils
• bezogen auf die genannten Monomeren, eingetragen, wobei das Gemisch mit Hilfe eines handelsüblichen Homogenisators
mit 2000 Upm gerührt wird. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch 30 min lang weitergerührt, bis
die Teilchengröße der Tröpfchen des Monomerengemischs etwa 100 pm angenommen hat. Danach wird das Ganze entsprechend
Beispiel 1 polymerisiert und aufgearbeitet, wobei letztlich Polymerisatteilcheneinheiten eines
durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 100 pm erhalten werden.
= 31 —
HERSTELLTm&SBElSPlEL 3
(Yerbinduag 3-8) b
(Yerbinduag 3-8) b
!Durch. Auflösen tob 3 Seilea 292i-Asobis-(2,4-dimethylvaleronitril)
in 97s>5 Seilen Styrol und 2,5 Teilen
IgI^Methylaminomethylmethacrylat wird ein Monomerengemisch
zubereitet» Das erhaltene Monomerengemisch
wird dann in 700 ml einer wäßrige'n Aufschlämmung von
3 Qrew„~$ (bezogen auf die genannten Monomeren) eines
handelsüblichen hydrophiles Silieiumdioxids eingetragen
g wobei das Gange mittels eines haadelsiiblichen
Homogenisators mit 6000 Upm gerührt wird. Nach beendeter
Zugabe wird das Gemisch etwa 30 min lang weitergerührt ν "bis durch Dispersion flüssige Tröpfchen einer
Größe Yoa etwa 20 pa ("bestimmt mittels eines Mikroskops)
erhalten werden. Nun wird die gebildete Dispersion
in ©inen mit einem üblichen Eührer vom Ankertyp»
©in em ILöhlrohrs, einem Stiegst of feinlaß und einem Thermometer
ausgestatteten Yierhalslcolben überführt und darin
unter einem Stickstoffgasstrom und unter Hühren mit
250 Upm 8 h lang "bei einer Temperatur von 600C auspolymerisiert.
lach dem Abkühlen des Kolbeninhalts auf Haumtemperatur wird das Sauge mit verdünnter wäßriger
latriumcarbomatlösung und danach wiederholt mit Wasser
gewaschen. Das abfiltrierte Polymerisat wird getrocknet ν wobei Polymerisatteilcheneinheiten eines durchschnittlichen
Durchmessers von 16»5 pm erhalten werden.
- gERSTELLOTGSBBISPIBL 4
(YerbinduBig Ir0 3-10) a
(YerbinduBig Ir0 3-10) a
Iteeh Auflösen voa 3 Seilen 2i,2'-A2obis-(2,4-dimethyl-
valeroaitril) ia 95 Seiles Styrol mad 5 Teilen
35. Methacrylsäure wird eis Hoaomerengemisch zubereitet.
Dieses wird in 700 ml einer wäßrigen Aufschlämmung von
3 Gew.-56, bezogen auf die genannten Monomeren» eines handelsüblichen Aluminiumoxids eingetragen, wobei das
Ganze mittels eines handelsüblichen Homogenisators mit 6000 Upm gerührt wird. Nach beendeter Zugabe wird etwa
30 min lang mit derselben Geschwindigkeit weitergerührt, bis durch Dispersion Flüssigkeitströpfchen
eines Durchmessers von etwa 15 μπι (mittels eines Mikroskops
bestimmt) entstanden sind". Schließlich wird entsprechend Herstellungsbeispiel 3,polymerisiert und aufgearbeitet,
wobei Polymerisatteilcheneinheiten eines durchschnittlichen Durchmessers von 16 pm erhalten werden.
Die beschriebenen hitzestabilen Polymerisatteilcheneinheiten mit den reaktionsfähigen Gruppen besitzen
eine Einfriertemperatur (I) von 300C oder darüber,
vorzugsweise von 400C oder darüber. Unter dem Ausdruck
"T n ist diejenige Temperatur zu verstehen, bei der das
Polymerisat aus einem glasartigen Zustand in einen kautschukartigen Zustand übergeht. Diese Temperatur
kann als Index für die Hitzestabilität des Polymerisats angesehen werden. Der Wert T eines Polymerisats
wird nach der in "Techniques and Methods of Polymer Evaluation", Band 1, Verlag Marcel Dekker, Inc.,
New York, (1966) beschriebenen Methode bestimmt.
Es gibt die verschiedensten Verfahren zur Ausbildung der erfindungsgemäß benötigten gebundenen Teilchen-Strukturzone.
Bei einer bevorzugten Methode laufen folgende Stufen ab:
1. Zubereitung einer stabilen Dispersion der hitzestabilen,
organischen Polymerisatteilcheneinheiten mit den reaktionsfähigen Gruppen in einem die be-
- 53 -
treffenden Teilchen nicht lösenden flüssigen Trägers
2«, Applikation fier erhaltenen stabilen Dispersion auf
5. Satferaea ä@a Trägers "bei einer Temperatur unterhalb
der HitzestaTbilitätstemperatur der organischen PoIy-■
' B©risatteil<Dkea©imheitexi9 wobei gleichzeitig die
reaktioasfähigen Gruppen der Teilchen einheit en zu
©iner chemisches BlaeLusg untereinander Teranlaßt
werden o
Uater ©iner ''atabilea Dispersion" ist zu verstehen» daß
öle Tsilcliea©iHli@it©a in dem Träger gemischt bleiben,
o3hse ®ia® ^erbaekeB© I3asse der Teilchen einheit en zu bil-.
d@ao Zur Herstelltmg fi@r gebundenen Teilchenstruktur-
mon® irerweadibar© Diapsrsioaea sollten so lange stabil
"bis si© auf eine Unterlagen aufgetragen oder
Zmr Herstelliaag oäer Zm"bereitung solcher stabiler Dispersionen
t3sm mam sich der verschiedensten Techniken
einzeln oder in Kombinatioa bedienen. Eine geeignete
Sechmik "besteht im Zusatz eiaes oberflächenaktiven Mittels
su d©m flüssigen Sräger zur Erleichterung der Ver-
-teilung raid Stabilisierung der Teilcheneinheiten in der
©©eignete obarfläoliaaaktiTe Mittel sind beispielsweise
Octylphenoxypolyethoayethaiiol-und iionylphenoxypolyglycidol«
Das ©"berflacheaafctiTe Mittel kann in beliebiger Menge
Einsatz gelaagen» Bezogen auf das Gewicht der Poly-
merisatteilcheneinheiten "beträgt seine Menge in der Regel
0,005 bis 10, vorzugsweise 0,05 "bis 6 Gew.-#.
Alternativtechniken "bestehen in der Behandlung mit
Ultraschall, in einer physikalischen Vermischung, in einer Bewegungsbehandlung und in einer Einstellung des
pH-Werts. Diese Techniken sollten zweckmäßigerweise mit der "beschriebenen Technik kombiniert werden.
Die erfindungsgemäß vorzusehenden Teilcheneinheiten erhält man, indem man die in den Teilcheneinheiten enthaltenen
reaktionsfähigen Gruppen zu einer chemischen Bindung untereinander veranlaßt, wenn man zur Ausbildung einer gebundenen Teilchenstrukturzone den in der
Dispersion enthaltenen flüssigen Träger entfernt. Zur Förderung einer chemischen Bindung in der Dispersion
kann dieser zweckmäßigerweise ein Katalysator, z.B. eine Säure oder ein Alkali, einverleibt werden. Besonders gut
eignen sich als saure Katalysatoren flüchtige saure Katalysatoren, z.B. Essigsäure. Die Entfernung des
flüssigen Trägers sollte zweckmäßigerweise bei einer Temperatur unterhalb der Hitzestabilitätstemperatur
der organischen Polymerisatteilcheneinheiten, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10° bis 700C, erfolgen.
Als flüssiger Träger der Dispersion kann eine wäßrige Flüssigkeit verwendet werden. Selbstverständlich eignen
sich auch noch andere flüssige Träger, sofern sichergestellt ist, daß die Teilcheneinheiten in dem Träger unlöslich
sind, so daß sie ihren teilchenförmigen Charakter behalten.
Von Wasser verschiedene verwendbare flüssige Träger sind beispielsweise mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel,
Mischungen aus Wasser mit Wasser-mischbaren or-
. ganischen iösiangsmitteln raid geeignete mit Wasser
nickt mischbare organische Lösungsmittel. Beispiele für mit Wasser saiscKbare organische Lösungsmittel sind
kurzkettige Alkohole» g.B. Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatom(em)
im Alkylteils, Aceton und Tetrahydrofuran.
Geeignetes mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel
sind "beispielsweise löarskettige Alkylester, z.B.
Ethylaeetat9 ua& h.alog@Hierte organische Lösuugsmitteig
wie halogenierte KoMenwasserstoffe» z.B. Chloroform9
Metfe.yleacM.orid rad Tetrachlorkohlenstoff.
orgesehene gebtindene Teilchenkann
in gwecimäßiger Weise mehrere reaktionsfällige (interactive) Mittel enthalten. Diese
Mittel eathaltea eine oder mehrere aktive Verbindung(en)»
die mit der zu analysierenden Substanz oder deren Reaktions=
oder Zersetsimgsprodukt oder miteinander bei
Applikation einer die zu analysierende Substanz enthaltenden
flüssigen Probe auf eine Analyseneinheit gemäß der Erfindung eine Wechselwirkung mit der gebundenen Teilchenstrukturzone
eingeht (eingehest Eine solche Wechselwirkung
kann in der !ireisetzrag einer vorgebildeten nachweisbaren,
Verbindung in der Einheit, der Bildung einer nachweisbaren Verbindung oder in einer sonstigen Herbeifülunmg
einer nachweisbaren Änderung in dem Element bestehen.
Der Ausdruck ^^/©chselwirkung" bezieht sich hier und im
folgenden auf eiae ©Gemische Aktivität, eine katalytisehe
Aktivität (uie bei der Bildung eines Enzym/Sub- .
strat-Komplea:®s)p eise iBonrunogene Aktivität (wie bei
einer Antigea/Antikörper-Heaktion) und auf eine sonstige
Art einer elektrischen? chemischen oder physikalischen
Wechselwirkungο
Diese elektrischen, chemischen oder physikalischen Wechselwirkungen können in der Einheit eine nachweisbare
Änderung in Form einer Freisetzung, Bildung oder sonstigen Bereitstellung herbeiführen. Diese Änderung
bildet einen direkten oder indirekten Indikator für die Anwesenheit und/oder Konzentration der zu analysierenden
Substanz oder eines Reaktions- oder Zersetzungsprodukts derselben.
Vorzugsweise sollte die nachweisbare Änderung auf radiometrischem Wege nachweisbar sein. Ein radiometrischer
Nachweis besteht in einem Nachweis (bestimmter Substanzen) mit Hilfe elektromagnetischer Strahlungs-.
meßtechniken, z.B. der Fluorimetrie, Colorimetrie,
Radioaktivitätszählung oder Phösphorimetrie.
In reaktionsfähigen bzw. eine Wechselwirkung entfaltenden Mittel können selbstverständlich die verschiedensten
Verbindungen enthalten sein, z.B. colorimetrisch nachweisbare Farbstoffe, Pigmente und Komplexe,
fluorimetrisch nachweisbare Farbstoffe, Pigmente und Komplexe, phosphoreszierende Markierungen, radioaktive
Markierungen, chemische Reagentien, Antigene, Haptene bzw. Halbantigene, Immunoreagentien, wie Antikörper und
Antigen/Antikörper-Komplexe, Enzyme und Vorläufer dieser
Verbindungen.
Bezüglich weiterer Einzelheiten über solche Verbindungen sei auf die TJS-PS 3 992 158, die BE-PS 862 955 und
die bekanntgemachte europäische Patentanmeldung 0002963 verwiesen.
Wenn die reaktionsfähigen Mittel in der gebundenen Teilchenstrukturzone
enthalten sind, können sie darin unbeweglich gemacht bzw. immobilisiert werden, um ihre
gewünschte Wanderung ia der Zon© oder in andere Zonen
einer diese Zone enthaltendes Einheit auf ein Mindestmaß
zu senken oder vollständig zu verhindern. Die
Immobilisienmg erreicht sau auf verschiedensten Wegen?
Z9B0 ©iae physikalische Adsorption und chemische
Bindung an die 2?©ileheHo
So können beispielsweise gur H©rb©i£tihrung der chemischen
Bindung di© ia den 2?©ilcheneinheiten benötigten
Monomereneinheiten mit den reaktionsfähigen Gruppen in
höchst vorteilhafter Weise sum Einsatz gelangen. Bei
Verwendung solcher Monomerer erreicht man ohne weiteres
eine Immobilisienmg durch chemische Bindung zwischen
dem reaktionsfähigen Siitt©! und den- freien reaktionsfähigea
G-ruppea» die @m der chemischen Bindung sswischen
den T©ilchea©iaheit©a an den Berührungspunkten
nicht teilgeaommea haben., Ia anderen Fällen kann die
MolekulareröS® od@r d@r Moletuiarbau des reaktionsfähigen
Mittels wirksam fi&su ausgenutzt werdenf das
jeweilige reaktionsfähige Mittel wirksam in der gebundenen Seilchenstruktur% on© physikalisch einzuschließen
und unbeweglich zu machen 9 ohne 'daß man auf irgendwelche
speziellen physikalischen Aösorptionsmaßnahmen
oder chemische fixiertechaiken zurückgreifen muß.
Eine erfindungsgemäße Analyseneinheit mit der beschriebenen
gebundeaen Seilcheastrukturgone kann verschieden
aufgebaut sein«, So kaiaa sie beispielsweise eine oder
mehrere gebundene feileheaetnÄtiirzone(n) oder andererseits
eine geeignete Kombination von gebundener Teilchenstrukturaioae
mit den v©rschiedeiasten anderen
funktioneilen Ζουβη* reagenshaltigea Zonen und Bauteilen»
SoBc Esagehszön®P Mitrationszone 9 Reflexioziezone
und Saugsone (vglo US-PS 5 992 15S)9 Strahlungsblockier-
zone (vgl. US-PS 4 042 335)t Sperrzone (vgl. US-PS 4 066 403)» Aufzeichnungszone (vgl. US-PS 4 144 306),
eine Wanderung inhibierende Zone (vgl. US-PS 4Ί66 093). Szintillationszone (vgl. US-PS 4 127 499),
Fängerzone (vgl. JP-OS 90859/1980) oder Bauteile in Form eines zerstörbaren Behälters (vgl· US-PS
4 110 079)» aufweisen und je nach dem Vorhandensein
oder Fehlen solcher Zonen oder Bauteile den verschiedensten Verwendungszwecken angepaßt werden.
Die Herstellung der genannten Zonen und die Vereinigung dieser Zonen in einer erfindungsgemäßen .Analyseneinheit
können in der in den genannten Iiteratursteilen geschilderten Weise erfolgen. Diese Literaturstellen
enthalten auch detaillierte Angaben über die zur Herstellung der verschiedenen Zonen verwendbaren Substanzen
.
Mit Ausnahme der in erfindungsgemäßen Analyseneinheiten mitverwendbaren Reflexions- und Strahlungsblockiermittel
oder -zonen können die verschiedenen Zonen, Träger und sonstigen Schichten "strahlungsdurchlässig"
sein. Als "strahlungBdurchlässig11 werden hier und im
folgenden Zonen, Träger und Substanzen in einer Analyseneinheit verstanden, die einen wirksamen Durchtritt
der zum nachweis einer analytischen Änderung in der Einheit herangezogenen elektromagnetischen Strahlung
gestatten. Bei dieser Strahlung kann es sich um sichtbares Licht, um eine Fluoreszenzemission» um
radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlung handeln. Die Wahl des jeweiligen "strahlungsdurchlässigen"
Materials hängt im Einzelfall von der zum Nachweis der analytischen Änderung herangezogenen Strahlung ab.
' 1 SelbstirerstMadlieh lbeaStigt maa erfIndungsgemäß keine
■ straliltiHgSQtaeM.assigeB Materialien oder SubBtanzen.
- - Bei den verschiedensten A-ueführunggformen erfindungsgemäßer
iiialyseaeialieiteB kann man auch Strahlungsbloekiermittel
©d©r -sob©» verseilen» um Stra.hlimg
äaraa sn kinäerap chemische leÄtloness ionerhalb der
toalyseneiBlielt sra störea«,
Beispiel® für iTQrwendfear® Stralilragsfolockiermittel
10
Stralilraigsbloclciermittel für sielitbare Strahlung, z.B.
weiße Piipientesi wie Tltaadiosid» Bariiimsulfat trad dergleichen»
Strahluagsbloe&israiittel für fluorimetrisclie Nachweisverfahren
sind, g„B0 ¥aehttmg (WachtOHg)81 led B Pigment,
Regal 300s Parmaaent Barpnr,, Palioechfblau raid SolechtmethylTiolettp
StrahltmgsliloefeieEffiittel für Eöntgenstrahleaanalysea
c nämlicli übliche bekannte anorganische
YerbiaduHgea und dergleichen„ Solche Strahltmgsblockiermitt©!
siad in ö©b PolymerisatteilcheneiDhei-"ten
in der Hegel in Mengea von 0^5 bis 60 G-ew.-% enthalten
.
'.
Wie bereits ausgeführt» steh©a die verschiedenen Zonen
in FlnidiUBkontakt miteinander® Der Ausdruck "PluidumkOBtakt™
ist auf Zonen anwendbar» die einander derart zugeordnet sind» daß während des Gebrauchs ein Pluidum
in flüssiger oder gasförmiger SOm von einer Zone zur
anderen gelangea kann«, Eine derartige Fähigkeit zum
Huidumkontakt sollte vorzugsweise gleichmäßig längs
der Grenzfläche zwischen den ITaidumfcontaktzonen
existieren ο Zon@ns die ia STaidurakoatakt sind, können
fortlaufend sein, sie können jedoch auch durch damit
im Eingriff stehende Zonen getrennt sein. Solche im Eingriff befindliche Zonen stehen jedoch ebenfalls in
Fluidumkontakt und verhindern die ELuidumpassage nicht. In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein» Zonen
vorzusehen, die zunächst in einer .Analyseneinheit voneinander im Abstand angeordnet sind. In solchen
Fällen erreicht man einen Fluidumkontakt zwischen solchen Zonen praktisch erst zum Zeitpunkt der Applikation
der Probe, beispielsweise durch Zusammenpressen der Analyseneinheit.
Wie ferner bereits ausgeführt, können die erfindungsgemäßen
Analyseneinheiten von einem Träger gehalten werden. Geeignete Träger sind beispielsweise Polymerisate,
wie Celluloseacetat, Poly(ethylenterephthalat), Polycarbonate und Polyvinylverbindungen und Polystyrole,
Glas, Metall und Papier. Der für jede einzelne Analyseneinheit verwendete Träger der Wahl sollte mit
dem jeweiligen Ergebnisnachweis verträglich sein.
So ist es beispielsweise für den fluorimetrisehen Nachweis,
bei welchem eine fluorimetrische Mission innerhalb
der Einheit beim Obergang der Emission aus der Einheit durch den Träger zu einem äußeren Nachweismittel
nachgewiesen wird, zweckmäßig,als Trägermaterial ein Material zu verwenden, das nur eine geringe fluorimetrische
Hintergrundemission aufweist.
Wenn eine Analyseneinheit einen Träger enthält, befinden sich in der Hegel, jedoch nicht zwangsläufig,
die Reagenzzone, die Reflexions- oder Strahlungsblockierzone und die Aufzeichnungszone in der Analyseneinheit
zwischen dem Träger und der gebundenen Teilchenstruktür.
= 41 -
- 1 Bei d©r Herstellung einer ©rfinäungegemäßen Analyseneinheit
können die 'einzelnen Zonen vorgebildet und danach, vor Gebrauch miteinander vereinigt oder als getrennte
Zonen aufbewahrt tierdaa» bis sie -mit der zu
" "benutzenden Einheit in HuictamkoBtakt gebracht werden.
Als getrennte Einheiten vorgebildete Zonen !tonnen, sofern
sie durch Bescaiehtürngsvorgänge herstellbar sind»
zweckmäßigerweise durch Auftragen einer Lösung oder
Dispersion auf eine Oberfläche» iron der die Zone nach dem Trocknen physikalisch abgezogen werden kann, hergestellt
werden. Zur Yermeidung der Probleme bei mehrfachem
Abziehen und !Laminieren bei der Herstellung aneinander angrenzender Zonen bedient man sich jedoch
eines bequemeren Yerfahrens 9 wobei zunächst eine Primärzone
gegebenenfalls auf eine abstreifbare Oberfläche
oder einen Schichtträger aufgetragen und diese danach direkt oder über vorher aufgetragene Zonen nach und
nach mit weiteren Zonen beschichtet wird.
Eine erfindungsgemäße Amalyseneinheit mit gebundener
Teilchenstrukturzone läßt sich durch Auftragen nach dem Tauchverfahren 9 mittels eines Luftmessers, durch
TorhangbeseMchtung oder Extrusionsbeschichtung, mit Hilfe eines Trichters (vgl. US-PS 2 681 294) herstellene
Gegebenenfalls kan man sich hierbei auch sum gleichzeitigen Auftrag von zwei oder mehreren Schichten
der aus der US-PS 2 761 791 und GB-PS 837 095 bekannten
Maßnahmen bedienen„
Erfindungsgemäße Aaalyseneinheiten lassen sich nicht
nur in der klinischen Chemie» sondern auch auf anderen
Gebieten chemischer Jnalysen zum Einsatz bringen. Unter
Ausnutzung der FähigkeitB eine bestimmte Menge
Flüssigkeit innerhalb ©iner bestimmten Eilmfläche fest-
kalten zu können, können darüber hinaus die erfindungsgemäßen
Einheiten auch anderen funktioneilen Zonen, z.B. den Schichten photographischer Aufzeichnungsmaterialien
zugeordnet werden.
Erfindungsgemäße Analyseneinheiten eignen sich in höchst vorteilhafter Weise zum klinischen Testen oder
Untersuchen von Körperfluiden, wie Blut, Blutserum, lymphe und Urin. Bei der Analyse von Blut wird insbesondere
üblicherweise Blutserum analysiert. Die Analyseneinheit eignet sich jedoch auch zur Analyse von
Vollblut, Blutserum und Blutplasma.
Bei der Analyse von Vollblut kann erforderlichenfalls
eine Strahlungsblockierzone oder eine sonstige reflektierende Zone vorgesehen werden, um mögliche Störungen
der zum Nachweis benutzten Strahlung durch die Blutkörperchen zu vermeiden. Selbstverständlich kann
im Falle, daß eine direkte Beobachtung oder Untersuchung der Farbe der Blutkörperchen gewünscht wird,
z.B. bei einer Hämoglobinanalyse, auf eine derartige Reflexionsschicht verzichtet werden.
Nachdem sich bei Gebrauch einer erfindungsgemäßen Analyseneinheit ein Analysenergebnis in Form einer
nachweisbaren Änderung eingestellt hat, wird dieses Analysenergebnis je nach der erfolgten nachweisbaren
Änderung durch Reflexionsspektralphotometrie, Durchlässigkeitsspektralphotometrie,
Fluoreszenzspektralphotometrie oder Szintillationszählung gemessen. Die hierbei erhaltenen Meßwerte dienen unter Heranziehung
einer vorher aufgestellten Eichkurve zur Ermittlung der unbekannten Menge der zu analysierenden Substanz.
Zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung von
Antikörpern rad iatigenen !bedient man sich der bekannte»
IimimotestSe Die Basis für sämtliche ImmuBotests
ist das eiassigartige immunologische Phänomen» daß
ein spezieller Aatikörper eis spezielles Antigen erkennttrad
mit diesem ©ine Biadraig eingeht.
Typische Beispiele für lemaotests sind Radioimmuno-
-testSp ÄsymimaraiotestB vmü. M.uoT®BzenziwmxnoteetB.
_" Di© "bei solchen Inmuaotests vervieadetea Intikörper
. rasd Jatigea® sowie dl© Zubereitung tob markierten
-iatigenea oder markiertes latikörpera? die lamunotestv©rfahr©a
imd -prissipies wnü. dergleichen sind
"beispielsweise in illEaäioiniraaoaBsaynp Herausgeber
liaora' Iri©s Kodaasha (1974) ^Dd "Sa^ymeirnnranoassay",
Herausgeber 3Siji Ishikawa» fadashi Kawai & Kiyoshi
Igafca Shoia (1978) beschrieben,,
3±<s meistea Terfügbarea leroaiotestverfahren der ge-
- aanntea Arten ÜEraateen aa d©a verschiedensten liachtei-
1. Im Vergleich sn üblichen chemischen Analysen und
Blut analyses^ die Mit 10 bis 200 μΐ Flüssigkeitsprobe
arbeit©a9 x^erdea relativ groSe Yolumina Test
- flüssigfeeit (091 Ms 1,0 ml) benötigt.
2ο Sas Eestgemisch mxB relativ lange (einige- h oder
über Macht)· iakubiert
3β lach der laJmbatioa ist ©ine physikalische Trennung
. gebradeoer iBtigeB-~lntikSrper-Eönjugate und ungebundener
Antigene od®r latilEörper erforderlich.
4 ο Zur Tervollstiadigimg des Sasts müssen zahlreiche
• *■ r
Stufen einzeln und getrennt durchgeführt werden,
z.B. Zugabe der Probe, Inkubation, Trennung, MarkierungsQuantifizierung
u.dgl..
Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Analysen einheit
zur Durchführung von Immunotests lassen sich jedoch die geschilderten Nachteile vermeiden. Selbstverständlich
lassen sich mit erfindungsgemäßen Analyseneinheiten auch andere Immunotests als auf der Antigen-Antikörper-Reaktion
basierende Immunotests, z.B. auf einer Antigen-Antikörper-Verdrängungswirkung
beruhende Immunotests gemäß der DE-OS 28 01 455» durchführen.
In einer erfindungsgemäßen Analyseneinheit kann eine
(bestimmte) Menge Antikörper für das markierte Antigen untergebracht und immobilisiert werden, und zwar vorzugsweise
in irgendeiner Zone der Einheit mit zusammenhängender Teilchenstruktur. Eine solche Immobilisierung
läßt sich durch Adsorption oder chemische Bindung an die Oberfläche der organischen Polymerisatteilcheneinheiten
der gebundenen Teilchenstruktur bewerkstelligen. Danach wird die auf ein unbekanntes Antigen zu analysierende
Flüssigkeitsprobe in Gegenwart des markierten Antigens mit der Analyseneinheit in Berührung
gebracht. Dabei kann das markierte Antigen mit der Immunotesteinheit auf verschiedene Weise vereinigt werden.
1. Direkter Zusatz des markierten Antigens zu der Fltissigkeitsprobe mit unmarkiertem Antigen, worauf
die Probe zur Analyse auf die Immunotesteinheit appliziert wird.
2β Getrenntes XnberührragTbringen des markierten Antigens
und der Flüssigkeitsprobe mit der Immunotesteinheit,
nämlich
a) Zusatz des markierten Antigens unmittelbar vor
oder nach Applikation der Flüssigkeitsprobe oder
b)"Zugabe des markierten Antigens zu der Einheit und
anschließendes Trocknen und Wiederbenetzen der Einheit bei Applikation der Flüssigkeitsprobe
oder
3. Einverleiben des markierten Antigens in die Immunotesteinheit»
so daß die Analyse durch bloße Applikation d©r Pltissigkeitsprobe gestartet werden kann.
So kann beispielsweise das markierte Antigen in einer getrennten Beagensssone der Einheit oder in der auch
den immobilisierten Antikörper enthaltenden Zone der Einheit untergebracht werden„ In jedem Falle sollte
im Pall» daß das Markierte Antigen in der Einheit untergebracht
istf dafür Sorge getragen werden» daß das markierte Aatigen von dem immobilisierten Antikörper
femgehaltm wir&£>
so cLaS eine vorzeitige Bindung des markierten Antigens an den Antikörper vermieden wird.
Wenn die FlüssiglceitsproTbe mit der Immunotesteinheit
in Gegenwart des zugeordneten markierten Antigens der beschriebenen Art in Berührung gebracht wird» kommt
es zu einer Konkurrenz des markierten Antigens und des
in der Probe enthaltenen und zu bestimmenden nichtmarkierten Antigens hinsichtlich der Bindung an den
in einer Zone der Einheit unbeweglich vorhandenen AntikörperDurchführbare
Meßmethoden zur Bestimmung der Anwesenheit und/odsr Konzentration von nicht-markier-
tem Antigen sind:
A) Nachweis des in eine zweite Zone der Einheit, "beispielsweise
in eine Registrierzone, gewanderten nicht-gebundenen, markierten Antigens oder
B) Nachweis des gebundenen, markierten Antigens, das mit dem immobilisierten Antikörper eine Bindung
eingeht.
Bei beiden Methoden läßt sich die Menge an nichtmarkiertem Antigen, d.h. an dem zu analysierenden
Antigen, in der Flüssigkeitsprobe aufgrund der nachgewiesenen Konzentration an markiertem Antigen bestimmen
.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiel 1
Auf einen durchsichtigen Poly(ethylenterephthalat)-Schichtträger
einer Stärke von etwa 180 pm, der mit ein·· r Haftschicht versehen worden war, wird eine
Schicht aus entionisierter Gelatine einer Stärke, gemessen in trockenem Zustand, von etwa 20 pm, aufgetragen
.
Verschiedene Stücke des derart beschichteten Trägers
werden weiterhin mit oberen Schichten in Form erfindungsgemäß ausgebildeter gebundener Teilchenstrukturzonen
entsprechend der folgenden Tabelle 1-1 bzw. poröser Verlauf(Entwicklungß)-Zonen zu Vergleichszwecken versehen, wobei Analyseneinheiten I, II, III
und IV sowie Vergleichseinheiten A und B erhalten werden.
TABELiLB 1-1
Aufbau der gebundenen Teilchenstrukturzoaen
bzwe porösen Verlaufzonen
Einheit I
Einheit II
Seilehenstrukturzone einer
Stärke vons gemessen in trockenem Zustand,
280 μΐΕ aus 15,0 g/dm Trägerfläche-
Teilcheneinlielten der YerMndung (1-1)
eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von etwa 20 μΐη«,
Gebundene Seilchenetrukturzone einer
Stärke? gemessen in trockenem Zustand,
τοπ 280 pm aus 15j0 g/dm Trägerfläche-
!Peilclieneiiiheiten der TerMndung (1-12)
eimes durchsclmlttliciien Teilcnendurcli-
messers γοη etwa 18 μπι.
Einheit III
Einheit IV
G-ebundene feilclienstrukturzone einer
Stärkeρ gemessen in trockenem Zustand, tob 280 μυ aus 15?Q g/dm Trägerfläche-Teilchenelnheiten
der Verbindung (2-1) ©ine® aurchselmittllchen fellchendurchmessers
von etwa 20 pm»
Gebundene Tauchen Strukturzone einer
Stärke 9 gemessen In trockenem Zustand,
von 280 pm aus jeweils 7»5 g/dm Trägerfläohe-TeilcBieaelnheiten
der Verbindungen (3-7) a und b eines durchschnittlichen easers von 5©weils 20 \im.
T ABEIiLE 1-1 (Fortsetzung):
Vergleichseinheit A
Vergleicliseiiilieit B
Aufbau der gebundenen Teilchenstmkturzonen bzw. porösen Verlaufzonen
Poröse Verlaufzone einer Stärke,
gemessen in trockenem Zustand» von 150 pm (vgl. ÜS-PS 3 992 158)
aus 0,3 g/dm Trägerfläche Titandioxid und 0,037 g/dm Trägerfläche
Cellulosediacetat.
Poröse Verlaufzone (vgl. ÜS-PS 3 992 158) aus 6,5 g/dm2 inerter
Glasperlen eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von etwa 20 pm und 0,13 g/dm entionisierter
Gelatine.
Mit den erfindungsgemäßen Analyseneinheiten und den Vergleichseinheiten gemäß Tabelle 1-1 werden folgende
Tests durchgeführt:
Jede Einheit wird einem Abziehtost unterworfen. Zu diesem Zweck wird an der gebundenen Teilchenstrukturzone
bzw. der porösen Verlaufzone der jeweiligen Einheit ein
5 cm langes Cellophanklebeband befestigt und dann durch Pesthalten an einem Ende von der jeweiligen Zone abgezogen.
Je nach dem Grad der Ablösung wird die Abziehfestigkeit wie folgt bewertet:
Überhaupt keine Ablösung
Ablösung höchstens der Hälfte der Fläche, auf der das Celphanband befestigt
war ........
Ablösung der gesamten Fläche» auf der
das Cellophanband befestigt war
Ablösung einer größeren Fläche als der Fläche» auf der das Cellophanband bef
e'stigt war
Ferner werden auf die gebundene Teilchenstrukturzone
der erfindungsgemäßen Analyseneinheiten bzw. die poröse Yerlaufzone der Vergleichseinheiten jeweils 10 μΐ
einer durch Zusatz von 0,05 Gew.-^ eines roten Pigments
(Brilliant Scarlet 3 R) zu Httmanserum gefärbten Flüssigkeitsprobe
aufgetropft und die Zeit aufgezeichnet, die zur Aufnahme der Flüssigkeitsprobe in die jeweili^·
ge Zone benötigt wird. Ferner wird festgestellt, inwieweit sich die ;Jeweilige Zone ändert. Die Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle 1-2 zusammengestellt.
| TABELLE 1-2 | Zeit bis zur Auf nahme der Flüssig keit spr ob e in s |
Änderung der Form der Zone |
|
| Absieh- . test |
8 | keine | |
| Einheit I | a | 6 | keine |
| Einheit II | a | 8 | keine |
| Einheit III | a | 9 | keine |
| Einheit IY | a | 36 | keine |
| Yergleichs- einheit A |
d | 58 | die Zone zerfällt 10 s nach tropfen weiser Zugabe |
| Yergleichs- einheit B |
C |
Aus den Ergebnissen der Tabelle 1-2 geht hervor» daß
die Vergleichseinheiten A und B beide so spröde sind» daß sie keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen.
Insbesondere vermag die Vergleichseinheit B nicht in ausreichendem Maße ihre Transportfunktion für
die Flüesigkeitsprobe zu erfüllen, da sie die Struktur
der porösen Verlaufzone bei Applikation einer.Flüssigkeit
sprobe nicht beizubehalten vermag.
im Gegensatz dazu besitzen die erfindungsgemäßen
Analysenelemente I bis IV mit gebundener Teilchenstrukturzone untereinander in Verbindung stehende
Poren zum Flüssigkeitstransport und darüber hinaus eine große mechanische Festigkeit. Somit können sie
innerhalb sehr kurzer Zeit eine Flüssigkeitsprobe aufnehmen.
B e i s ρ 1 e 1
iuf einen durchsichtigen Poly(ethylenterephthalat)-Träger
einer Stärke von 180 pm, der mit einer Haftschicht versehen worden war, werden in der angegebenen
Reihenfolge eine Reagenzzone zur Glukosebestimmung und eine Strahlungsblockierzone aufgetragen. Die beiden
Zonen besitzen folgende Zusammensetzung:
1. Reagenzzone zur Glukosebestimmung, die folgende Bestandteile
enthält und mit wäßriger 5#iger Hatriumhydroxidlösung
auf einen pH-Wert von 7*0 eingestellt ist:
Glukoseoxidase 240 U/dm
Trägerfläche 4-Aminoantipyren- 2
hydrochlorid 0,0086 g/dm
i, 7-Dihydroxynaphthalin 0,0065 g/dm2
Peroxidase , 180 U/dm2
5s5-Dimethyl-1f3-cycloli©xadion 0,0022 g/dm2
6-Jftmino-4»5-dihydroxy-2-metliyl- ?
· pyrlmldin 0,0002 g/dm
3f3-Dimethylglutarsäure 0,0196 g/dm2
entionisierte Gelatine 0,196 g/dm
2* Strahlungsblocklergone mit folgenden Bestandteilen:
Titandioxid 1,8 g/dm2
Octylphenoxypolyetlioxyetlianol 0,108 g/dm
Poly (acrylamid/etliylacryloyl-
acetat)-Mischpolymerisat P
(Gewichtsverhältnis j 90/10) 0,108 g/dm
Auf jeweils ein Stück des erhaltenen Gebildes wird einmal eine gebundene Teilchenstrukturzone, das andere Mal
eine poröse Entwicklerzone auflaminiert, wobei eine erfindungsgemäße
Inalyseneinheit V bzw. eine Vergleichseinheit C erhalten wird.
Einheit V
Vergleichseinheit C
TABELEE II
Aufbau der gebundenen Teilchenstrukturzone
bzw. porösen Entwicklerzone
Gebundene Teilchenstrukturzone einer Stärke» gemessen in trockenem Zustand)
von 280 \w aus 15»0 g/dm2 Trägerfläche
Teilcheneinheiten der Verbindung (1-1) eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers
von etwa 20 \w und 0,3 g/dm Trägerfläche p-Nonylphenoxypolyglycidol.
Poröse Entwicklerzone (vgl. US-PS 3 992 158) aus 0,3 g/dm2 Trägerfläche
Titandioxid, 0,037 g/dm2 Trägerfläche Cellulosediacetat und 0,01 g/dm
Trägerfläche p-Nonylphenoxypolyglycidol.
Auf die erfindungsgemäße Analyseneinheit bzw. die Vergleichseinheit
werden nun jeweils 10 μΐ handelsüblicher Eichserumlösungen mit Glukosekonzentrationen von 0 bis
mg/dl aufgetropft. Danach wird in jedem Falle 10 min
lang inkubiert. Schließlich wird die Reflexionsdichte des in der Eeagenzzone gebildeten Farbstoffs durch den
durchsichtigen Poly(ethylenterephthalat)-Träger hindurch bestimmt. Anhand der erhaltenen Werte wird eine
Eichkurve aufgestellt.
. Nun werden auf die erfindungsgemäße Analyseneinheit bzw. die Vergleichseinheit jeweils 10 μΐ verschiedener Human-
m φ t> *
- 53 -
blutserumproben und Humanvollblutproben mit jeweils unbekannten Glukosegehalten auf getropft» worauf die
Glukosekonzentration in jedem palle aus der vorher
aufgestellten Eichkurve ermittelt wird.
Zu Vergleichszwecken werden Glukosekonzentrationen in ähnlichen Proben mittels der handelsüblichen
Glukose-B-Test-Wako-Einheit bestimmt.
Bei Bestimmung der Glukosekonzentration in Humanblutserum zeigen die erfindungsgemäße Analyseneinheit Y
und die Vergleichseinheit C eine gleich gute Beziehung wie bei der Vergleichsmethode mit der handelsüblichen
Testeinheit. Wenn jedoch die Glukosebestimmung in Humanvollblut erfolgt, verstopfen die Blutkörperchen
im Vollblut die Poren der porösen Entwicklerzone, so
daß der Serumfluß in der Vollblutprobe inhibiert wird. Hierbei lassen sich lediglich abnormale analytische
Meßwerte ohne Beziehung zu den Analysenwerten der Vergleichsmethode ermitteln.
.Im Gegensatz dazu steht bei Verwendung der erfindungsgemäßen
Analyseneinheit die ermittelte Glukosekonzentration in guter Beziehung zu dem bei der Vergleichsmethode
ermittelten Wert, waß darauf hindeutet, daß eine erfindungsgemäße Analyseneinheit auch zur
I)uxchführung einer Analyse von Vollblutproben geeignet ist.
Auf einem Polystyrolträger geringer Fluoreszenz werden in der angegebenen Reihenfolge Zonen der folgenden Zusammensetzung
aufgetragen;
- 54 -
1. Zum Nachweis dienende gebundene TeilchenBtrukturzonet
die nach. Einstellung einer Mischling der folgenden Bestandteile auf einen pH-Wert von 7,2 mit
Hilfe eines Phosphatpuffers aufgetragen ist: ■ " '
Polymerisatteilcheneinheiten der Verbindung (1-1) eines durchschnittlichen
Teilchendürchmessers von 8-10 μπι, an
die normales Kaninchenserum adsorbiert 0 ist 4,1 g/dnr
Handelsübliches nicht-ionisches
oberflächenaktives Mittel . 0,016 g/dm
2. Ein reaktionsfähiges Mittel enthaltende gebundene
Teilchenstrukturzone, die nach Einstellung des pH-Werts einer Mischung der folgenden Bestandteile
mittels eines Phosphatpuffers auf 7,2 aufgetragen ist:
Polymerisatteilcheneinheiten der Verbindung (1-1) eines durchschnittlichen
Teilchendurchmessers von 8-10 μΐη mit 2 Gew.-$>
Wachtong Eed B Pigment als Strahlungsblockiermittel, an das Kaninchen-a-Fetoproteinantikörper
adsorbiert 2 sind 1,4 g/dm
Handelsübliches nicht-ionisches ober-
flächenaktives Mittel 0,014 g/dnr
Auf die in der geschilderten Weise erhaltene Immunotesteinheit zur Bestimmung von a-Petoprotein wird ein in
der im folgenden beschriebenen Weise zubereitetes Testserum appliziert. In 10 μΐ Serum, das durch Entfernen
von a-Fetoprotein aus normalem Erwachsenenhumanserum
mit Hilfe eines Immunohilfslösungsmittel entfernt worden
war, werden 5 σ 10" Mol fluoreszierendes, markiertes α-Petoprotein als markiertes Antigen bzw. a-Petoprotein
in verschiedenen Konzentration von 0 bis χ 10"^ Mol eingebracht. Jeweils 10 μΐ der verschie-
denen Sera werden auf die erfindungsgemäße Immunotesteinheit
aufgetropft.
Die 10 μΐ Testserum werden innerhalb von 15 s vollständig
in die gebundene Teilchenstrukturzone mit dem reaktionsfähigen Mittel adsorbiert. Danach wird die
jeweilige Immunotesteinheit 20 min bei 370C inkubiert. Schließlich wird die Pluoreszenzintensität des nichtgebundenen markierten cx-Fetoproteins durch den PoIystyrolträger
hindurch mittels eines Reflexionsfluoreszenzphotometers mit Erregungsfilter und
Emissionsfilter von 490 nm bzw. 515 nm gemessen. Die
Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle III:
a-Jetoproteinkonzentration Gemessene Pluoreszenzim
Testserum intensität (optische
Einheiten)
| 0 | 355 | |
| 2 χ | 10~8 Mol | 369 |
| 6 x | 10~8 Mol | 442 |
| 1 χ | 10~7 Mol | 470 |
| 1 χ | 10~6 Mol | 530 |
| 1 χ | 10~5 Mol | 580 |
| Blindprobe puffer |
mit Phosphat- | 45 |
Aus Tabelle III geht hervor, daß eine erfindungsgemäße
Immunotesteinheit eine rasche Inmninoanalyse durch Pluoreszenzmessung entsprechend verschiedenen
Konzentrationen (der Testsera) an nicht-markierten a-Fetoproteinen ermöglicht.
Claims (3)
- 31Ö01Ü2PATENTANSPRÜCHEAnalyseneinheit zur Analyse von Flüssigkeiten mit ^- -' einer Zone mit Porenstruktur aus untereinander verbundenen Poren, die auf einer Seite eines flüssigkeitsundurchlässigen, lichtdurchlässigen Trägers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone mit Porenstruktur aus untereinander verbundenen Poren eine aus einem dreidimensionalen Gitter bestehende gebundene Teilchenstruktur besitzt, in der zu analysierenden Flüssigkeit nicht quellbar ist und zum Transport der zu analysierenden Flüssigkeit zwischen den Teilchen miteinander verbundene Poren eines Porenvolumens von 25 bis 85 # aufweist, daß das Material für die gebundene Teilchenstruktur in der zu analysierenden Flüssigkeit nicht quellbar und für die zu analysierende Flüssigkeit undurchlässig ist und daß die gebundene Teilchenstruktur aus hitzestabilen, organischen Polymerisatteilcheneinheiten mit reaktionsfähigen Gruppen einer Teilchengröße von 1 bis 550 |im, die über die reaktionsfähigen Gruppen an den Berührungsstellen direkt aneinander chemisch gebunden sind» besteht.
- 2. Analyseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Polymerisatteilcheneinheiten 0,1 bis 30 Gew.-$ an Einheiten eines Monomeren mit reaktionsfähigen Gruppen enthalten.
- 3. Analyseneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß die organischen Polymerisatteilcheneinhei-ten Ο» 5 bis 20 Gew.-£ au Einheiten eines Monomeren mijt reaktionsfähigen Gruppen enthalten.4. Aj|alyseneinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet» daß die gebundene Teilchenstruktur durch chemische Bindung zwischen derselben Art reaktionsfähiger Gruppen gebildet ist.5. Analyseneinheit nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet» daß die reaktionsfähigen Gruppen aus Epoxy-» Aziridyl-t Formyl-t Hydroxymethyl-, Isocyanat-» Thio- und/oder Carbamoylgruppen bestehen.6. Analyseneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 his 3» dadurch gekennzeichnet» daß die gebundene Teilchenstruktur durch chemische Bindung zwischen unterschiedlichen Arten reaktionsfähiger Gruppen gebildet ist.7. Analyseneinheit nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet» daß die unterschiedlichen Arten reaktionsfähiger Gruppen aus folgenden Kombinationen bestehen: Epoxy- und Aminogruppen; Carbamoyl- und Hydroxymethylgruppen; Carbamoyl- und Methoxygruppen; Hydroxymethyl- und Carboxymethoxymethylgruppen; Hydroxyl- und Carboxylgruppen» Epoxy- und -COOC.Η«(tert.-)-Gruppen» Ureido- und Carboxylgruppen; Fonnyl- und Hydroxylgruppen; Vinylsulfonyl- und Aminogruppen; Halogenethylsulfonyl- und Aminogruppen; aktive Methylenreste enthaltende Gruppen und Pormylgruppen; Epoxy- und Carboxylgruppen; Azlridyl- und Aminogruppen sowie Aziridyl- und Carboxylgruppen.8. Analysen einheit nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet t daß die organischen Polymerisationsteilcheneinheiten aus einem Mischpolymerisat aus min-• destens einem Monomeren mit reaktionsfähigen Gruppen und mindestens einem Monomeren aus folgenden Gruppen:(I) Monomere der allgemeinen Formel: 10worin Dedeuten:12
B und R » die gleich oder verschieden sein können, jeweils einen nicht-störenden Substituenten, z.B. ein Wasserstoff- oder Halogen-atom , oder eine gegebenenfalls substituierte»aminofreie Alkyl- oder Arylgruppe mit 1 bis10 Kohlenstoffatom(en) undBr ein Wasserstoff- oder Halogenatom oder eine gegebenenfalls substituierte» aminofreie,aliphatisch^ oder aromatische Gruppe mit 1 bis10 Kohlenstoffatom(en);(II) Monomere der allgemeinen Formel: CHR6=CR4-COOR5worin R die Bedeutung von R in Formel (I) besitzt, R^ für ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe steht und R5 einem Aryl-, Alkyl-, Alkaryl- oder Aralkylrest mit 3eweils bis zu10 Kohlenstoffatomen entspricht;(ΠΙ) polymerisierbar, ungesättigte Hitrilmonomere und-ti-(IV) teilchenvernetzende Monomere mit zwei durch. Additionspolymerisation polymerisierbaren Gruppen,■ bestehen.9. Analyseneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet» daß das Mischpolymerisat 0,1 bis 30 Gew.-^ an Monomeren mit reaktionsfähigen Gruppen» 0 bis 99»5 Gew.-56 an Monomerem (I)* 0 bis 99»5 Gew.-36 an Mono» merem (II)» O bis 99»5 Gew.-# an Monomerem (III) und 0 bis 10 Gew.-^ an Monomerem (IT) enthält.10. Analyseneinheit nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet» daß das Mischpolymerisat aus:(a) Poly(styxol/glycidylmethacj^lat ^Mischpolymerisat [90/10](b ) Poly(styrol/methylacrylat/glycidylmethacrylat)-Mischpolymerisat [8O/15/5J(c) Polyistyrol/n-butylmethacrylat/glycidylmethacrylat ^Mischpolymerisat [75/15/10](d) Polyistyrol/vinylbenzylchlorid/glycidylmethacrylat ^Mischpolymerisat [8O/IO/IO](e) Poly(styrol/divinylbenzol/glycidylacrylat)-Mischpolymerisat [90/2/8](f) Polyip-vinyltoluol/glycidylmethacrylatJ-Mischpolymerisat [90/10](g) Poly(methylmethacrylat/glycidylmethacrylat)-Mischpolymerisat [80/20](h) Poly(styrol/N,N-dimethylaminoethylmethacrylat)-Mischpolymerisat [95/5](I) PolyCBtyrol/aziridylethylmethacrylatJ-MlaclipolymeriBat [95/5](3 ) Poly(styrol/methylacryiat/acrolein ^Mischpolymerisat [90/5/5 J(k) Poly(styrol/acrylamid^Mischpolymerisat [95/5] (1) PolyCstyrol/vinyltMoD-Mischpolymerisat [95/5](m) Poly(Btyrol/methylolacrylamid)-Mischpolymerisat .[95/5](n) PolyCetyrol/tert.-butylacrylat/glycidylmethacrylat^Mischpolymerisat [95/5/5](ο) PolyCstyrol/vinylisocyanatJ-Mischpolymerisat [95/5](ρ) PolyCmethylacrylat/styrol/N-methylolacrylamid)-Mischpolymerisat [50/35/15](q) PolyCfltyrol/glycidylmethacrylat/HfN-dimethylaminoethylmethacrylat) [90/5/5](r) Poly(styrol/methacrylsattre/acrylamid)-Mischpolymerisat [95/2/3](s) PolyCstyrol/N-methylolacrylamid/methoxyethylacrylat^Mischpolymerisat [9O/5/5J(t) PolyCp-vinyltoluol/H-methylolacrylamid/acryleäure^Mischpolymerisat [90/8/2](u) Poly(methylmethacrylat/glycidylmethacrylat/tert.-Dutylacrylat)-Mischpolymerisat [80/10/10](v) PolyCetyrol/p-vinylbeiizylchlorid/acrylsäure/ureidoethylacrylat)-Mischpolymerisat [75/10/5/10](w) Poly(styrol/methacrolein/2-hydroxyethylmethacrylat)-Mischpolymerisat [90/5/5](x) Polyistyrol/acrolein/acetoacetoxyethylmethacrylatJ-Mischpolymerisat [85/5/10]·· --3150Ί02(y) Polyistyrol/fftN-dimethylaminoethylacrylat/vinylsulfonylethylmethacryla^-Mischpolymerisat [90/5/5]. (z) Poly(p-vinyltoluol/aminostyrol/vinylsulfonylethylmethacrylat ^Mischpolymerisat [85/10/5] besteht.11. Analysen einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die organischen Polymerisateinheiten zwei oder mehrere Arten von Polymerisateinheiten mit unterschiedlichen Monomereneinheiten mit unterschiedlichen reaktionsfähigen Gruppen enthalten.12. Analyseneinheit nach Anspruch 11» dadurch gekenn- ' zeichnet» daß die organischen Polymerisateinheiten.15 aus folgenden Kombinationen bestehen:(A) a) Poly(styrol/glycidylmethaca^rlat ^Mischpolymerisat [90/10] undb) Poly(styrol/N,N-dimethylaminoethylmethacrylat ^Mischpolymerisat [90/10];(B) a) Polyistyrol/acrylsäureJ-Mischpolymerisat[97/3] undb) Poly(styrol/acrylamidJ-Mischpolymerisat [97/3];(C) a) Polyistyrol/glycidylmethacrylatJ-Mischpolymerisat [90/10] undb) Poly(p-vinyltoluol/tert.-butylacrylat)-Mischpolymerisat [95/5];(D) a) Poly(methylacrylat/methacrylamid)-Mischpoly-merisat [95/5] undb) Poly(styrol/Ii-Methylolacrylamid)-Mischpoly-merisat [95/5];(E) a) Polyip-vinylbenzylchlorid/If-methylolacryl-amid)-Mischpolymerisat [96/4] und(P) a)(G) a)•Mischpoly-■■feyroX/acroXein )-Miech-acrylaiO-HisehpoXymeriaat [25/7O/5J;15/2 9 5 J 5
tliyXaeryXat/acetoacetoxyethyl-5/9]-13·nets.daß si© @iaJfflialyseB©ia]b.©i'fe aaeö. lai net» aerylat /acrolein )-Misch.-Mischpolymerisatt) -Mischpoly-19 aadtxrcli gekeanzeicli©ia® ©d©r aeteere Komponente(n) eines gen Mtt®ls für die iasalyse enthält.1 0 dadurch gekennoreageas enthält.1, dadurch gekennzeich-,®ri ©at t eil cheneinhei-; die an derchemischen Bindung zwischen den Einheiten nicht teilnehmen und zur chemischen Verbindung mit einem reaktionsfähigen Mittel zur Analyse verfügbar sind.16. Analyseneinheit nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß die Teilchen aus festen Teilchen praktisch gleichmäßiger Größe bestehen.17. Analyseneinheit nach Anspruch 16» dadurch gekennzeichnet» daß es sich bei den Teilchen um kugelige Perlen handelt.18. Analysen einheit nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß die Teilchen ein färbemittel enthalten.19. Analyseneinheit nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß es sich bei der zu analysierenden bzw. zu transportierenden Flüssigkeit um eine wäßrige Flüssigkeit handelt.20. Analyseneinheit nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß sie zusätzlich mindestens eine weitere» für die Flüssigkeit durchlässige Zone enthält.21. Analyseneinheit nach Anspruch 20» dadurch gekennzeichnet» daß sie eine oder mehrere Komponente(n) eines reaktionsfähigen Mittels zur Analyse in der anderen» für die Flüssigkeit durchlässigen Zone enthält.22. Analyseneinheit nach Anspruch 20» dadurch gekennzeichnet» daß die andere» für die Flüssigkeit durchlässige Zone ein Immunoreagenz enthält.die ELttBBigfceit 120p dadurch gekennfi©r weiteren» für .aeiges Zoaen die in Anspruch Seilehanstruktur aufweist»24. Analys0B©iah@it aach zeichnet» daB si® imJ»sprach 23s dadurch gekennaiaer der Zonea mit gebundener inioTbiXisierteB Antikörperenthält-25. jtaalyaeneioheit aach, Meprucfe, 2O0 dadurch gekennzeichnet» daß miadestoas ©in® der SSonen aas einer für die Flüssigkeit durchlassigea Eeagenzzone mit einer oder mshrerea K©apoaent©(H) ©ines reaktionsfälligen Hittsls gmr isalyüe» das ©ine kolorimetrisehe oder flmoriaetriseh aachweisbare Verbindung bildet od©r freisetats imfl, miadesteas eine weitere -Zone aiae ©iner mit das Träger und der Eeagenzzone in Eingriff stehendes Hogistriersonep die die nach-]j el ΊλϊιΏ ^ fflsliTi öi "ΐ*31^© ^^T/^i*^^^ *ΐΙ Έτι (τϋτηη?ϊ icp ©iti^ "iFS^i 1^ ii*^ 1f\/ί& ο ^* (Οι"^ΐ "Ι*26. Verfahren sfflr Eerst©llTO3g ©in©r Inalyseneinheit nach einem oder aehrersa d©2? vorhergehenden Ansprüche» dadurch gefeenngeietoiists daß man1.. eine stabil© Dispersion der Mtgestabilen, organischen lolymerisattQilchsaaimheiten mit den reak-©inem die Teilchen nichtfltissigea Sräger zubereitet»2 ο di© erhaltene stabil© Dispersion auf einen Träger3. den Träger bei einer Tomperatiar unterhalb der HitseStabilitätstemperatra? der organischen Polymer! ©atteilchen©inh®iten entfernt und dabei died®r Teilcheneinheiten bindet„
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