DE3539772C2

DE3539772C2 -

Info

Publication number: DE3539772C2
Application number: DE19853539772
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Chem. Dr. 3552 Wetter De Habenstein
Original assignee: Behringwerke AG
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany
Priority date: 1985-11-09
Filing date: 1985-11-09
Publication date: 1987-08-13
Also published as: DE3539772A1

Description

Die Erfindung betrifft ein analytisches Mittel, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein großer Teil chemischer Analysenmethoden bedient sich wegen der damit erzielbaren hohen Nachweisempfindlichkeit einer Redox-Reaktion als eigentlicher Nachweisreaktion trotz der Störanfälligkeit dieses Reaktionstyps gegenüber oxidativen oder reduzierenden Komponenten, die in der Probe enthalten sein können. Deshalb ist in der Vergangenheit bereits intensiv nach Möglichkeiten zur Entfernung insbe sondere reduzierender Substanzen aus Probenmaterial gesucht worden.

Eine besondere Bedeutung kommt im Hinblick auf die daraus abgeleiteten Therapieentscheidungen den analytischen Befunden klinisch-chemischer Nachweisverfahren zu. Im folgenden wird deshalb die Erfindung beispielhaft an Analysenmethoden aus diesem Bereich demonstriert.

In der klinischen Chemie werden bei Bestimmungen mit hochspezifischen Oxidasen oder Dehydrogenasen und Redox- Reaktionen als Nachweisreaktion die Ergebnisse durch Reduktionsmittel wie Ascorbinsäure verfälscht. So können bei der Bestimmung von Glucose mit Glucoseoxidase/Peroxidase auch falsch erniedrigte Befunde und bei der Bestimmung von Analyten, bei denen als Hilfsenzyme Dehydrogenasen und NADH₂ sowie Tetrazoliumsalze eingesetzt werden, auch falsch erhöhte Befunde auftreten.

Immundiagnostische Verfahren bedienen sich häufig der Peroxidase als Markerenzym. Auch hier muß bei bestimmten enzymimmunologischen Testverfahren, die keine zusätzlichen Waschschritte enthalten, mit Ergebnisverfälschung durch Ascorbat gerechnet werden.

Störungen der genannten Art wurden bislang durch oxidative Zerstörung der reduzierenden Verbindung beseitigt, indem wasserlösliche Oxidationsmittel der Probe zugesetzt wurden (Europäische Patentanmeldung 0 141 244). In der US-Patent schrift 3 411 887 ist die Verwendung von wasserlöslichen Schwermetallsalzen zum Abbau reduzierender Störsubstanzen beschrieben, wobei das Redoxpotential des Schwermetallions als Auswahlkriterium gebraucht wird. Die Reduktion solcher Schwermetallsalze wie der Salze von beispielsweise Queck silber, Silber oder Kupfer führt jedoch zu störenden schwarzen Reaktionsprodukten. Es wurde gefunden, daß Blei acetat in einem analytischen Mittel nicht nur keine Ver besserung des Nachweises eines Analyten in ascorbinsäure haltigen Urinen, sondern gegenüber bleifreien Papieren sogar eine Verschlechterung eines solchen Nachweises in ascorbinsäure-freien Urinen zeigt. In der deutschen Patentschrift 30 12 386 werden als Oxidationsmittel für diesen Zweck lösliche Perjodate beschrieben.

Der Nachteil einer Zugabe löslicher Oxidationsmittel ist offensichtlich: anstelle des Reduktionsmittels enthält die Probe nun ein gelöstes Oxidationsmittel, das den Test oder einzelne Testparameter stören kann.

In einem handelsüblichen Testpapier zur Bestimmung von Harninhaltsstoffen wird deshalb zur Trennung von Oxida tionsmittel und oxidationsempfindlichen Testreagenzien eine aufwendige Mehrschichtentechnik erforderlich. In der genannten deutschen Patentschrift wird in Spalte 6, Zeilen 12 bis 21, beispielhaft angegeben, welche Substanzen in solchen Lösungen nicht bestimmt werden können.

Die weiterhin beschriebene Möglichkeit eines Abbaus von Ascorbinsäure mit Ascorbatoxidase ist hingegen zu lang sam.

Es bestand daher die Aufgabe, eine Probelösung von reduzierenden Störsubstanzen zu befreien, ohne der Lösung gleichzeitig Oxidationsmittel in Form löslicher Verbin dungen zuzufügen. Die Lösung der Aufgabe ergab sich, als überraschend gefunden wurde, daß schwerlösliche, in ein poröses Trägermaterial inkorporierte Oxidationsmittel einen schnellen Abbau mit ihnen in Kontakt kommender reduzierende Verbindungen, beispielsweise Ascorbinsäure, bewirken.

Diese Aufgabe wird bei einem analytischen Mittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das Oxidationsmittel eine Löslichkeit in Wasser von höchstens 300 mg/l bei 25°C besitzt.

Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel ein organisches Salz.

Besonders bevorzugt ist als Oxidationsmittel ein Chromat, Jodat oder Perjodat eines Schwer- oder Übergangsmetalls, vorzugsweise von Blei oder Kupfer.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines analytischen Mittels gemäß Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein saugfähiger Träger, der ein Oxidationsmittel mit einer Löslichkeit in Wasser von höchstens 300 mg/l. enthält, mit den für das analytische System nötigen Komponenten und den Komponenten des Redox-Systems jeweils in gelöster Form getränkt und getrocknet wird.

Das Oxidationsmittel kann in das Träger material eingebracht werden, indem es in fein verteiltem Zustand bei der Herstellung des Trägermaterials zugesetzt wird.

Das Oxidationsmittel kann aber auch aus löslichen Einzelkomponenten innerhalb der porösen Strukturen des Trägermaterials niedergeschlagen, verbleibende lösliche Anteile durch Waschen daraus entfernt und das Trägermaterial getrocknet werden.

Die für den jeweiligen analytischen Nachweis notwendigen Reagenzien können in einem oder mehreren Tränkschritten in einer für die Herstellung von Testpapieren üblichen Weise in das vorbereitete Trägermaterial eingebracht werden.

Besondere Vorteile bietet die erfindungsgemäße Anwendung schwerlöslicher Oxidationsmittel bei sogenannten "trocken chemischen" Testverfahren, da hierbei ohnehin ein Reagenz träger vorhanden ist, in den das Oxidationsmittel inkorpo riert werden kann. So lassen sich zum Beispiel Testpapiere für den störungsfreien Nachweis von Glucose in Körperflüssig keiten dadurch herstellen, daß anstelle eines üblichen Trägerpapiers ein mit einem schwerlöslichen Oxidationsmittel versetztes Papier mit den testnotwendigen Reagenzien in üblicher Weise getränkt wird. Zur Herstellung eines solchen Trägerpapiers kann man folgendermaßen verfahren:

a) Die schwerlöslichen Salze werden auf der Faser direkt erzeugt, indem Indikatorpapiere mit Lösungen der Salzbildner getränkt und danach jeweils getrocknet werden, wobei die Konzentration der Salzbildner in den Tränklösungen von der Stöchiometrie der Reaktion vorgegeben sind. Im Anschluß an diese Tränkungen wird das Papier zur Entfernung etwaiger Überschüsse eines Reaktanden mit Wasser gewaschen;
b) das schwerlösliche Oxidationsmittel wird bereits bei der Herstellung des Indikatorpapiers dem Papierbrei zugesetzt.

Auf oder in ein solches Trägerpapier oder ein anderes, ein schwerlösliches Oxidationsmittel enthaltendes Trägermaterial können dann die testnotwendigen Reagenzien gebracht werden. Anstelle von Testpapieren lassen sich auch flüs sigkeits-aufnehmende Filme wie Nylonmembranen verwenden.

Bei den beschriebenen Teststreifen überrascht insbesondere der sehr schnelle Ascorbinsäure-Abbau, der mit dem eines wasserlöslichen Oxidationsmittel enthaltenden Teststreifens vergleichbar ist (Tabellen 1 und 2). Die im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuche legen den Schluß nahe, daß die Geschwindigkeit des Ascorbinsäure-Abbaus nicht von der Löslichkeit der jeweiligen oxidativ wirksamen Verbindung abhängig ist.

Angewandt werden bevorzugt farbschwache, insbesondere farblose Oxidationsmittel. Für Testsysteme, die eine räumliche Trennung der Oxidationsmittel von den chromo genen Nachweisreagenzien erlauben, können jedoch auch ohne Störung des Tests farbige Oxidationsmittel eingesetzt werden (Beispiel 2), wobei die Nachweiszone ein chromogenes Reagenz, beispielsweise zum Nachweis von Glucose im Urin, enthalten kann.

Im übrigen ist die Wahl des Kations und Anions in den schwerlöslichen anorganischen Oxidationsmitteln prinzi piell unkritisch, sofern die primäre Bedingung der Bildung schwerlöslicher oder unlöslicher Salze erfüllt ist. In Fällen einer gemeinsamen Aufbringung in eine Trägermatrix sind die verwendeten Oxidationsmittel anhand der Oxida tionspotentiale so zu wählen, daß unspezifische Oxidationen von anderen Testbestandteilen unterbleiben. Die Auswahl kann in einem entsprechenden Vorversuch durchgeführt werden und führt beispielsweise beim Glucose-Nachweis mit Tetramethylbenzidin als chromogenem Testbestandteil zum Bleÿodat als Oxidationsmittel. Für die Oxidation von Ascorbinsäure werden bevorzugt Salze von Schwer- oder Übergangsmetallen eingesetzt, zum Beispiel Blei, Kupfer oder Quecksilber. Als Anione eignen sich beispielsweise das Chromat-, Jodat- oder Perjodation.

Infolge der Abhängigkeit der Oxidationspotentiale der Oxidationsmittel vom pH-Wert der Testlösungen wird man bei Testsystemen, in denen Oxidationsmittel und Nachweissysteme auf dem Träger zusammenkommen, einen pH-Wert von 4-10, bevorzugt 5-9, wählen, da bei höheren Werten die Oxida tionsgeschwindigkeit zu gering wird und bei niedrigeren pH-Werten zunehmend eine unerwünschte Oxidation zum Beispiel des Chromogens eines analytischen Systems eintritt.

Hingegen kann in Testsystemen mit neben- oder übereinander geschichteten Chromatographiezonen auch bei anderen pH-Werten gearbeitet werden, solange die Löslichkeit des Oxidationsmittels hierdurch nicht über den angegebenen Grenzwert erhöht wird, da in diesen Fällen eine Trennung von Oxidationszone und Nachweiszone gewährleistet ist. Die Schwerlöslichkeit des Oxidationsmitte verhindert dessen Auswaschung in die Nachweiszone, in der das oxida tionsempfindliche Chromogen enthalten ist. In diesen Fällen entscheiden die Oxidierbarkeit des Analyten sowie die übrigen testnotwendigen Reaktionsbedingungen über die Auswahl des optimalen pH-Wertes. Um die Schwerlöslichkeit in jedem Falle zu garantieren, sind weiterhin eventuelle Löslichkeitserhöhungen durch Reaktanden des Nachweis systems auszuschließen. So führen beispielsweise Komplex bildner in Kombination mit Schwermetallsalzen zur Löslich keitsverbesserung. In solchen Fällen sind löslichkeits neutrale Reaktanden zu wählen. So wird zum Beispiel im Blut- oder Glucosetestpapier anstelle des löslichkeits erhöhenden Citratpuffers ein Milchsäurepuffer verwendet.

Die Menge des verwendeten Oxidationsmittels ist prinzipiell unkritisch. Man kann im Gegensatz zu löslichen Oxidationsmitteln beliebig hohe Gewichtsanteile der unlöslichen Verbindung im porösen Trägermaterial unter bringen, solange die Benetzung und Durchfeuchtung desselben nicht gestört wird. Aus Kostengründen wird man sich dennoch nach der abzubauenden Menge an Reduktionsmittel richten. So ist zum Beispiel im Urin mit erheblich höheren Ascorbinsäure-Konzentrationen zu rechnen als im Serum.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiele 1. Herstellung oxidationsmittelhaltiger Testpapiere

Indikatorrohpapier, Typ 2316 von Schleicher & Schüll, wurde nacheinander mit 50-millimolaren wässrigen Lösungen folgender Chemikalien getränkt und nach jeder Tränkung 10 min bei 60°C getrocknet:

a) Natriumjodat, Natriumparaperjodat oder Natrium chromat,
b) Bleiacetat, Kupferchlorid, oder Bariumchlorid.

Danach wurden die salzbeladenen Papiere zur Entfernung löslicher Anteile dreimal mit destilliertem Wasser gewaschen und 10 min bei 60°C getrocknet.

Nachweis der Beladung:

a) Chromathaltige Papiere behielten ihre nicht-auswaschbare Gelbfärbung. Der Nachweis ließ sich jedoch auch über die nicht-auswaschbare Oxidationswirkung führen. Dazu wurde auf das Papier eine 1-millimolare Ascorbinsäurelösung und nach etwa 30 sec eine ver dünnte Lösung von Dichlorphenolindophenol getropft. Die blaue Farbe blieb erhalten, während mit unbehan delten Papieren bei gleichem Vorgehen eine schlag artige Entfärbung des Dichlorphenolindophenols erfolgte.
b) Jodathaltige Papiere wurden auf den Gesamtgehalt des Testpapiers an Jodat und den wässrig auswaschbaren Jodanteil geprüft. Die Analysen wurden an einem bleÿodathaltigen Papier ausgeführt. Die Gesamtmenge des Jodats wurde nach Extraktion des Papiers mit verdünnter Salzsäure - wie in der Legende zu Tabelle 2 beschrieben - ermittelt. Die im Labor hergestellten Papiere zeigten einen Jodatgehalt von 10 bis 15 g/m² (der Abbau der Ascorbinsäure wurde durch diese Unterschiede erwartungsgemäß nicht beeinflußt). Der im Gegensatz hierzu sehr viel geringere und erst nach intensiver wässriger Extraktion vom durchfeuchteten Testpapier abgelöste Jodatanteil ist in Tabelle 2 aufgeführt (s. hierzu auch die Legende zu Tabelle 2).

2. Verwendung eines Testpapiers nach 1. in Chromatographiesystemen

Auf einer Trägerfolie wurden nebeneinander ein Proben reservoir, eine Oxidationsmittelzone (2 cm Länge) und eine Nachweiszone (2 cm Länge) angebracht. Das Proben reservoir war beispielsweise ein saugfähiges Vlies aus regenerierter Cellulose. Die Oxidationsmittelzone wurde wie unter 1. hergestellt, danach auf 2 cm Länge ge schnitten und bündig an das Vlies anschließend auf die Folie aufgeklebt.

Die Nachweiszone war ein mit Dichlorphenolindophenol imprägniertes Papier von 2 cm Länge, das bündig an die Oxidationsmittelzone anschloß. Die beklebte Trägerfolie wurde dann in etwa 6 mm breite Teststreifen geschnitten.

Das System wurde geprüft, indem Ascorbinsäurelösungen auf das Probenreservoir aufgetropft wurden, die dann durch den Teststreifen chromatographierten. Nach Ab schluß der Chromatographie wurde die Länge der nicht entfärbten Zone gemessen. Das Ergebnis enthält Tabelle 1.

Es ist für den Fachmann leicht ersichtlich, daß an stelle des Farbstoffes für den Nachweis der Ascorbin säure in die Nachweiszone ebenso ein Nachweissystem für einen Analyten integriert werden kann, beispielsweise ein immunologischer Assay wie in der deutschen Offen legungsschrift 34 45 816 beschrieben.

Tabelle 1

Tabelle 1 gibt ein Bild über die Wirksamkeit diverser Oxidationsmittel, wobei die Länge der entfärbten Nach weiszone mit dem Restgehalt an Ascorbinsäure korreliert. Die laut "Handbook of Chemists and Physics", 59th Ed. (1978/79) als unlöslich gekennzeichneten Paraperjodate zeigen den schnellsten Ascorbinsäure-Abbau. Bleÿodat und Bleichromat zeigen im Rahmen der Fehlergenauigkeit ver gleichbare Werte, obwohl die Löslichkeit dieser schwer löslichen Salze um den Faktor 500 differiert (ca. 0,06 mg/l für PbCrO₄ und ca. 30mg/l für Pb(JO₃)₂). Das in der Löslichkeit zwischen diesen beiden Verbindungen liegende Bariumchromat zeigt nur einen geringen oxidativen Effekt. Dieser Unterschied zwischen dem Blei- und Bariumsalz könnte auf einen Effekt des Schwermetalls Blei hinweisen, wie er in der US-PS 3 411 887 allgemein für Schwermetalle beschrieben ist. Gemäß Legende zu Tabelle 2 ist aller dings ein solcher für die Verbindung Bleiacetat geprüft und ausgeschlossen worden. Nicht auszuschließen sind synergistische Effekte von Schwermetall und oxidativem Anion. Die Wirksamkeit eines löslichen und eines schwer löslichen Jodats wurde in einem weiteren Versuch ver glichen (Beispiel 4).

Teststreifen für einen störungsfreien Glucose-Nachweis

Papiere aus Beispiel 1 mit Bleÿodat werden mit folgenden Lösungen getränkt und jeweils bei 60°C getrocknet.

Tränklösung 1

Folgende Teillösungen werden zusammengegeben:

a) In 900 ml Milchsäure-Pufferlösung (0,36 molar, pH 5) werden 7,5 g Gelatine unter Erwärmen gelöst.
b) In 450 ml Ethanol werden 9 g Tolidinhydrochlorid, 1,5 g Ethylendiamintetraessigsäure (-dinatriumsalz) und 1,12 g Tartrazin gelöst.
c) In 150 ml Milchsäure-Pufferlösung (wie unter a)) werden 4 g Glucoseoxidase und 1,5 g Meerrettich- Peroxidase gelöst.

Tränklösung 2

In 100 ml Toluol werden 0,57 g Ethylcellulose gelöst.

Die so erhaltenen Testpapiere gestatten innerhalb der für Teststreifen üblichen Reaktionszeit von ca. 60 sec den Nachweis von 500 mg Glucose/l Urin bei Anwesenheit von 5 g Ascorbinsäure/l Urin, wohingegen ein Testpapier ohne Bleÿodat bereits bei Anwesenheit von 0,5 g Ascorbinsäure/l Urin unter den genannten Bedingungen keine positive Anzeige bringt.

3.2. Teststreifen für einen störungsfreien Nachweis für Hämoglobin im Urin

Papiere aus Beispiel 1 mit Bleÿodat wurden mit folgenden Lösungen getränkt und jeweils bei 60°C getrocknet:

a) In 0,8 Liter 59%igem wäßrigem Methanol wurden 2 g Dodecylsulfat-Natriumsalz, 30 g Polyvinylpyr rolidon, 2 g Azafluoren, 1 g Tartrazin und 22 g Milchsäure gelöst. Die Lösung wurde mit Natron lauge auf pH 5,5 eingestellt und mit destilliertem Wasser auf 1 Liter aufgefüllt.
b) In einem Liter Toluol wurden 2 g Tetramethyl benzidin und 20 g Cumolhydroperoxid gelöst.

Das so erhaltene Testpapier gestattet den Nachweis von 0,15 mg Hämoglobin (Hb)/l Urin noch bei einem Ascorbinsäuregehalt des Urins von etwa 2 g/l Urin (Tabelle 2).

4. Vergleich der Wirksamkeit von löslichem und unlöslichem Oxidationsmittel

Zum Vergleich der Wirksamkeit verschiedener oxidierender Bestandteile wurden Testpapiere hergestellt, die anstelle des schwerlöslichen Bleÿodats unterschied liche Mengen von löslichem Natriumjodat enthielten. Die Prüfung der Papiere hatte die in Tabelle 2 wiedergege benen Ergebnisse.

Tabelle 2

Die Menge an löslichem Oxidationsmittel wurde nach 15- minütiger Extraktion von 5 cm² Papier in 1 ml destilliertem Wasser und anschließender literaturbeschriebener Bestimmung des Jodats über die im Sauren ablaufende Reaktion mit Jodid und den Nachweis entstehenden Jods ermittelt.

Tabelle 2 zeigt, daß vergleichbare Mengen löslichen Jodats zu erheblich differierenden Ergebnissen bei dem Abbau störender Ascorbinsäuremengen führt, je nachdem, ob ein Bleÿodat- oder Natriumjodat-Papier im Bluttest eingesetzt wird.

Zu bedenken ist hierbei, daß die in den Beispielen 3a) und b) verwendeten Papiere nur ca. 200 µl Wasser/5 cm² Papierfläche aufnehmen. Es wurde daher versucht, inwieweit das zur Extraktion verwendete Volumen an Wasser die ermittelte Menge des löslichen Jodats beeinflußt. Das Ergebnis zeigt Tabelle 3:

Extrahiert wurden jeweils 5 cm² Papier.

Um den Effekt des Schwermetalls Blei zu untersuchen (s. dazu die Erklärung zu Tabelle 1), wurde in die Test papiere des Beispiels 3.2 anstelle von Bleÿodat dieselbe molare Menge Bleiacetat imprägniert. Die Austestung dieser Papiere zeigte, daß selbst eine Konzentration von 0,6 mg Hb/l bei Anwesenheit von 0,5 g Ascorbinsäure/l keine Farbanzeige auf dem Testpapier hervorrief und auch in ascorbinsäure-freien Urinen die Anzeige schlechter ausfiel als mit Papieren ohne Bleiacetat.

5. Vergleich der Lagerstabilität von Blut-Testpapieren, die lösliche oder schwerlösliche Oxidationsmittel enthalten

Blut-Testpapiere mit unterschiedlichen Gehalten an Natriumjodat wurden zusammen mit bleÿodat-haltigen Blut-Testpapieren bei 50°C gelagert und nach 1 Woche erneut getestet. Tabelle 4 zeigt die Befunde.

Tabelle 4

Farbanzeige von frisch hergestellten und 1 Woche bei 50°C gelagerten Blut-Testpapieren

Wie aus der Tabelle ersichtlich wird, bewirkt der Zusatz steigender Mengen löslichen Jodats eine fortschreitende Zerstörung des Testsystems bei der Lagerung, während mit Bleÿodat-Zusatz etwa derselbe Testempfindlichkeitsabfall erhalten wird wie im Referenz-Testpapier ohne Oxidations mittel-Zusatz.

Claims

1. Analytisches Mittel mindestens bestehend aus einem saugfähigen Träger für ein analytisches System das ein Redox-System als Nachweissystem enthält, und wobei in das Trägermaterial ein Oxidationsmittel inkorporiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel eine Löslichkeit in Wasser von höchstens 300 mg/l bei 25°C besitzt.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel ein anorganisches Salz ist.

3. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel ein Chromat, Jodat oder Perjodat eines Schwer- oder Übergangsmetalls, vorzugsweise von Kupfer, Blei oder Quecksilber ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines analytischen Mittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein saugfähiger Träger, der ein Oxidationsmittel mit einer Löslichkeit in Wasser von höchstens 300 mg/l enthält, mit den für das analytische System nötigen Komponenten und den Komponenten des Redox-Systems jeweils in gelöster Form getränkt und getrocknet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, der das Oxidationsmittel enthält, dadurch hergestellt wird, daß das Oxidationsmittel in fein verteiltem Zustand bei der Herstellung des Trägermaterials zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, der das Oxidationsmittel enthält, dadurch hergestellt wird, daß das Oxidationsmittel aus löslichen Einzel komponenten innerhalb der porösen Strukturen des Trägermaterials niedergeschlagen, verbleibende lösliche Anteile durch Waschen daraus entfernt und das Trägermaterial getrocknet werden.