DE3618049A1

DE3618049A1 - Verfahren zur herstellung von reagenzschichten die hydrophobe reagenzien enthalten

Info

Publication number: DE3618049A1
Application number: DE19863618049
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Chem Dr Riebel; Guenter Dr Helling; Helmut Dipl Chem Dr Reiff; Karl Dipl Chem Dr Schranz; Wolfgang Dr Himmelmann; Gary Dr Oosta
Original assignee: Miles Laboratories Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1987-12-03
Also published as: AU7335087A; JPS62287156A; CA1293428C; DE3785248T2; US5057276A; EP0247457A3; DE3785248D1; AU578182B2; EP0247457A2; EP0247457B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stabilen Dispersionen hydrophober Reagenzien In Wasser oder wäßrigen Systemen unter Verwendung von ionomeren Polymeren als Träger und die Verwendung dieser Dispersionen bei der Herstellung von Teststreifen. Hergestellt werden die Dispersionen indem man das ionomere Polymer zusammen mit der hydrophoben Substanz (Reagenz) in einem geeigneten organischen Lösungsmittel löst, diese Lösung mit Wasser versetzt und dann das organische Lösungsmittel entfernt. Die so erhaltene Dispersion besitzt eine außerordentlich gute Stabilität und kann sehr gut bei der Herstellung von Teststreifen verwendet werden.

In den letzten Jahren wurden durch die Entwicklung in der sogenannten "Trockenchemie" klinisch chemische Untersuchungen in biologischen Flüssigkeiten wesentlich vereinfacht. So ergab sich zum Beispiel durch die Entwicklung von Teststreifen für die Bestimmung von Glucose im Vollblut die Möglichkeit für Diabetiker eine Selbstkontrolle des Blutzuckerspiegels durchzuführen. Diese Selbstkontrolle ist heute schon ein wesentlicher Teil der Therapie bei Diabetikern geworden. Die Anwendung von Teststreifen ist aber nicht nur auf die Bestimmung von Glucose beschränkt. Es sind inzwischen schon Teststreifen für enzymatische Bestimmungen, Substrate wie z. B. Cholesterin oder Triglyceride, Ionen oder auch für Drug-Monitoring erhältlich.

In der Literatur sind viele Beispiele sogenannter "trockenchemischer" Nachweissysteme auch Teststreifen genannt beschrieben. In allen Fällen sind die für den Test notwendigen Reagenzien in einer Trägermatrix enthalten. Die Probe die den nachzuweisenden Analyten enthält, wird auf den Teststreifen aufgetragen. Das Probenmaterial kann verdünntes oder unverdünntes Blut, Serum, Urin oder eine andere biologische Flüssigkeit sein. Im Teststreifen findet dann eine Reaktion statt, die ein nachweisbares Signal (z. B. Färbung, Fluoreszenz) erzeugt, die der Konzentration des Analyten proportional ist.

Als Trägermaterial sind viele Materialien bekannt und geeignet wie zum Beispiel Papier, Kunststoffe, Gelatine oder auch Cellulosederivate.

Bei der Herstellung von Teststreifen ist es oftmals notwendig auch hydrophobe Substanzen in die Trägermatrix einzubringen.

Eine Möglichkeit die hydrophoben Substanzen in die Trägermatrix einzubringen ist bekanntermaßen das Tränken der Matrix mit einer organischen Lösung der Substanzen. Bei dieser Art der Herstellung sind aber meist zwei oder auch mehr Tränk- und Trocknungsschritte notwendig, da vielfach noch hydrophile in wäßrigen Systemen lösliche Substanzen in die Matrix eingebracht werden müssen. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung von Emulsionen der Substanzen. Dies erfordert aber einen großen Einsatz an Energie um eine hinreichend feine Verteilung der Substanzen zu erreichen.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß man mit einem sehr einfachen Verfahren wäßrige Dispersionen hydrophober Reagenzien unter Verwendung von ionomeren Polymeren herstellen kann. Diese Dispersionen besitzen eine ausgezeichnete Stabilität und geringe Partikelgröße. Dadurch sind sie sehr gut bei der Herstellung von Reagenzschichten verwendbar.

Die Herstellung von Dispersionen hydrophober Reagenzien in Wasser durch Beladen eines ionisch modifizierten Polymeren mit dem hydrophoben Reagenz, ist dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe Reagenz zusammen mit einem ionomeren Polyadditions- bzw. Kondensationsprodukt in einem organischen, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel mit einem Siedepunkt kleiner als 120°C oder in einer Mischung des organischen Lösungsmittels mit Wasser im Gewichtsverhältnis 50 : 50 bis 100 : 0, vorzugsweise 75 : 25 bis 95 : 5 gelöst, die Lösung mit Wasser versetzt wird, so daß ein Lösungsmittel/Wassergemisch im Gewichtsverhältnis 10 : 1 bis 1 : 10 vorliegt und danach das organische Lösungsmittel entfernt wird.

Die erfindungsgemäß verwendeten ionomeren Polyadditions- oder Polykondensationsprodukte enthalten 4 bis 180 Milliäquivalent pro 100 g an ionischen Gruppen bzw. an in ionische Gruppen überführbare Gruppen und/oder 1 bis 20 Gew.-% an innerhalb einer Polyetherkette eingebauten Alkylenoxideinheiten der Formel -CH₂-CH₂-O-, wobei die Polyetherkette seitenständig oder in der Hauptkette enthalten sein kann.

Zu den erfindungsgemäß verwendbaren ionomeren Polyadditions- oder Polykondensationsprodukten, im folgenden soll hierfür der Ausdruck "ionomere Produkte" gebraucht werden, gehören Polyurethane, Polyester, Polyamide, Polyharnstoffe, Polycarbonate, Polyacetale oder Polyether. Weitere ionomere Produkte, die gleichzeitig 2 oder mehreren Polymertypen angehören, wie z. B. Polyesterpolyurethane, Polyetherpolyurethane, Polyesterharnstoffe, die 4 bis 100 Milliäquivalent pro 100 g an ionischen Gruppen und/oder 1 bis 20 Gew.-% an innerhalb einer Polyethylenkette eingebauten Ethylenoxideinheiten der Formel -CH₂-CH₂-O- enthalten, wobei die Polyetherkette seitenständig oder in der Hauptkette enthalten sein kann.

Ionomere Produkte, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden, sind als solche bekannt und z. B. in Angewandte makromolekulare Chemie, 26 (1972), Seiten 45 bis 106; Angewandte Chemie 82 (1970), Seiten 53 ff.; J. Oil. Col. Chem. Assoc. 53 (1970), seite 363 beschrieben. Weitere Beschreibungen geeigneter ionomerer Produkte finden sich in den DE-OS 2 690, 26 42 973, 26 51 505, 26 51 506, 26 59 617, 27 29 245, 27 30 514, 27 32 131, 27 34 576 und 28 11 148.

Ionomere Produkte mit anionischen Gruppen werden bevorzugt. Für das Verfahren der Erfindung in besonderer Weise geeignete ionomere Produkte werden in der DE-PS 14 72 746 beschrieben. Diesen ionomeren Produkten liegen Polyurethane zugrunde, die aus Verbindungen mit mehreren reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit einem Molekulargewicht von 300 bis 10 000, Polyisocyanaten und gegebenenfalls Kettenverlängerungsmitteln mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen erhalten werden. Bei der Herstellung dieser Polyurethane oder anschließend werden in diesen noch vorhandene Ioscyanatgruppen mit einer Verbindung mit mindestens einem aktiven Wasserstoffatom und mindestens einer salzartigen oder zur Salzbildung befähigten Gruppe umgesetzt. Im Falle der Verwendung von Verbindungen mit zur Salzbildung befähigten Gruppen werden die resultierenden anionischen Polyurethane anschließend in an sich bekannter Weise mindestens teilweise in die Salzform überführt.

Unter dem Begriff "salzartige Gruppe" sind folgende Gruppierungen zu verstehen:

-SO₃^-, -COO^-;

wobei 4 bis 180 Milliäquivalente pro 100 g an ionischen Gruppen bzw. an in ionische Gruppen überführbare Gruppen verwendet werden.

Als Ausgangskomponenten für die Herstellung der anionischen Polyurethane sind beispielsweise die im folgenden beschriebenen Verbindungen geeignet:

I. Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen

Diese Verbindungen sind im wesentlichen linear und haben ein Molekulargewicht von etwa 300 bis 10 000, vorzugsweise 500 bis 4000. Die an sich bekannten Verbindungen besitzen endständige Hydroxyl- und Aminogruppen. Bevorzugt sind Polyhydroxylverbindungen, wie Polyesteramide. Die Hydroxylzahl dieser Verbindungen entspricht demnach etwa 370 bis 10, insbesondere 225 bis 28.

Als Polyether seien z. B. die Polymerisationsprodukte des Ethylenoxids, Propylenoxids, Tetrahydrofurans, Butylenoxids sowie ihre Misch- oder Pfropfpolymerisationsprodukte, sowie die durch Kondensation von mehrwertigen Alkoholen oder Mischungen derselben gewonnenen Kondensate und die durch Alkoxylierung von mehrwertigen Alkoholen gewonnenen Produkte genannt.

Als Polyacetale kommen z. B. die aus Hexandiol und Formaldehyd herstellbaren Verbindungen in Frage. Als Polyester, Polyesteramide und Polyamide sind die aus mehrwertigen gesättigten Carbonsäuren und mehrwertigen gesättigten Alkoholen, Aminoalkoholen, Diaminen und ihren Mischungen gewonnenen, überwiegend linearen Kondensate geeignet.

Auch bereits Urethan- oder Harnstoffgruppen enthaltende Polyhydroxylverbindungen sowie gegebenenfalls modifizierte natürliche Polyole wie Ricinusöl oder Kohlenhydrate sind verwendbar.

Selbstverständlich können zur Variation der Lyophilie bzw. der Hydrophobie und der mechanischen Eigenschaften der Verfahrensprodukte Mischungen verschiedener Polyhydroxylverbindungen eingesetzt werden.

II. Polyisocyanate

Als Polyisocyanate sind alle aromatischen und aliphatischen Diisocyanate geeignet wie z. B. 1,5-Naphtylendiisocyanat, 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4′-Diphenyldimethylmethandiisocyanat, Di- und Tetraalkyldiphenylmethandiisocyanat, 4,4′-Dibenzyldiisocyanat, 1,3-Phenylendiisocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat, die Isomeren des Toluylendiisocyanats, gegebenenfalls in Mischung, vorzugsweise die aliphatischen Diisocyanate, Butan-1,4-diisocyanat, Hexan-1,6-diisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat, Cyclohexan-1,4-diisocyanat sowie Isophorondiisocyanat.

III. Kettenverlängerungsmittel

Zu den Kettenverlängerungsmitteln mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen zählen:

1. Die üblichen Glykole, wie Ethylenglykol oder Kondensate des Ethylenglykols, Butandiol, Propandiol-1,2, Propandiol-1,3, Neopentylglykol, Hexandiol, Bis-hydroxymethylcyclohexan, Dioxethyldian;
2. die aliphatischen cycloaliphatischen und aromatischen Diamine wie Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, 1,4-Cyclohexylendiamin, Benzindin, Diaminodiphenylmethan, die Isomeren des Phenylendiamins, Hydrazin, Ammoniak;
3. Aminoalkohole wie Ethanolamin, Propanolamin, Butanolamin;
4. polyfunktionelle Amine oder Hydroxylverbindungen wie Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Hexaethylenheptamin, Glycerin, Erythtrit, 1,3-Diaminoisopropanol, 1,2-Diaminopropanol, die monooxalkylierten Polyamine wie z. B. N-Oxethylendiamin, N-Oxethylhydrazin, N-Oxethylhexamethylendiamin;
5. Wasser.

IV. Zur Salzbildung befähigte Verbindungen

1. Verbindungen mit fertig ausgebildeter saurer Gruppierung.
- a) Hydroxysäuren wie beispielsweise Glycerinsäure, Milchsäure, Trichlormilchsäure, Äpfelsäure, Dioxymaleinsäure, Dioxyfumarsäure, Weinsäure, Dioxyweinsäure, Zitronensäure, Dimethylolpropionsäure und Dimethylolbuttersäure, die aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Mono- und Diaminocarbonsäuren wie Glycin, α- und β-Alanin, 6-Aminocapronsäure, 4-Aminobuttersäure, die isomeren Mono- und Diaminobenzoesäuren, die isomeren Mono- und Diaminonaphthoesäuren;
- b) Hydroxy- und Carboxysulfonsäuren; 2-Hydroxyethansulfonsäure, Phenolsulfonsäure-(2), Phenolsulfonsäure-(3), Phenolsulfonsäure-(4), Phenolsulfonsäure-(2,4), Sulfonessigsäure, m-Sulfobenzoesäure, p-Sulfobenzoesäure, Benzoesäure-(1)-disulfonsäure-(3,5), 2-Chlor-benzoesäure-(1)-sulfonsäure-(4), 2-Hydroxybenzoesäure-(1)-sulfonsäure-(5), Naphthol-(1)-sulfonsäure, naphthol-(1)-disulfonsäure, 8-Chlornaphthol-(1)-disulfonsäure, Naphthol-(1)-trisulfonsäure, naphthol-2(2)-sulfonsäure-(1) und Naphthol-(2)-trisulfonsäure;
- c) Aminosulfonsäuren; Amidosulfonsäure, hydroxylamin-monosulfonsäure, Hydrazindisulfonsäure, Sulfanilsäure, N-Phenylamino-methansulfonsäure, 4,6-Dichloranilin-sulfonsäure-(2), Phenylendiamin-(1,3)-disulfonsäure-(4,6), Naphthylamin-(1)-sulfonsäure, Naphthylamin-(2)-sulfonsäure, Naphthylamin-disulfonsäure, naphthylamin-trisulfonsäure, 4,4′-Di-(p-aminobenoylamino)-diphenylharnstoff-disulfonsäure-(3,3′),- Phenylhydrazindisulfonsäure-(2,5), Taurin, Methyltaurin, Butyltaurin, 3-Amino-benzoesäure-(1)-sulfonsäure-(5), 3-Amino-toluol-N-methansulfonsäure, 4,6-Diaminobenzol-disulfonsäure-(1,3), 2,4-Diamino-toluol-sulfonsäure-(5), 4,4′-Diaminodiphenyl-disulfonsäure-(2,2′), 2-Aminophenol-sulfonsäure-(4), 4,4′-Diamino-diphenylethersulfonsäure-(2), 2-Aminoanisol-N-methansulfonsäure, 2-Amino-diphenylamin-sulfonsäure, Ethylenglykolsulfonsäure, 2,4-Diaminobenzolsulfonsäure, N-Sulfonatoethylethylendiamin;
- d) ferner gehören zu den Hydroxy- und Aminocarbonsäuren und -sulfonsäuren, Polycarbon- und -sulfonsäuren die (gegebenenfalls verseiften) Additionsprodukte von ungesättigten Säuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure und ungesättigten Nitrilen wie Acrylnitril, von cyclischen Dicarbonsäureanhydriden wie Maleinsäure, Phthalsäure, Succinsäureanhydrid, von Sulfo-carbonsäureanhydriden wie Sulfoessigsäure-, o-Sulfobenzoesäureanhydrid, von Lactonen wie β-Propiolacton, γ-Butyrolacton, die Additionsprodukte von den Umsetzungsprodukten von Olefinen mit Schwefeltrioxid wie Carbylsulfat, von Epoxycarbon- und -sulfonsäuren wie Glycidsäure, 2,3-Epoxypropansulfonsäure, von Sultonen wie 1,3-Propansulton, 1,4-Butansulton, 1,8-Naphthylsulton, von cyclischen Sulfaten wie Glykolsulfat, von Disulfonsäureanhydriden wie Benzoldisulfonsäure-(1,2)-anhydrid an aliphatische und aromatische Amine wie 1,2-Ethylendiamin, 1,6-Hexamethylen-diamin, die isomeren Phenylendiamine, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, ferner die Additionsprodukte von Natriumhydrogensulfit an olefinisch ungesättigte Verbindungen wie Allylalkohol, Maleinsäure, maleinsäure-bis-ethylen- und -bis-propylenglykolester;
- e) Hydrazincarbonsäuren wie Hydrazindicarbonsäuren.
Reaktionsfähige Verbindungen mit 3 bis 7 Ringgliedern, die salzartige oder nach der Ringöffnung zur Salzbildung befähigte Gruppen aufweisen:

a) Dicarbonsäureanhydrde wie Succinsäureanhydrid, maleinsäureanhydrid, gegebenenfalls hydriertes Phthalsäureanhydrid;
b) Tetracarbonsäuredianhydride wie 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäureanhydrid;
c) Disulfonsäureanhydride wie Benzoldisolfonsäure-(1,2)-anhydrid;
d) Sulfocarbonsäureanhydride wie Sulfoessigsäureanhydrid, o-Sulfobenzoesäureanhydrid;
e) Sultone wie 1,3-Propansulton, 1,4-Butansulton, 1,8-Naphthsulton;
f) Lactone wie β-Propiolacton, γ-Butyrolacton;
g) Epoxycarbonsäuren wie Glycidsäure, gegebenenfalls in Form ihrer Alkalisalze;
h) Epoxysulfonsäuren wie 2,3-Epoxypropan-sulfonsäure-1, gegebenenfalls in Form ihrer Alkalisalze, sowie die Addukte aus Epoxyaldehyden und Alkalihydrogensulfiten wie beispielsweise die Bisulfitverbindung des Glycidaldehyds.

Die obigen sauren Gruppierungen können in üblicher Weise durch Umsetzung mit den im folgenden genannten Verbindungen in die Salzform übergeführt werden:

Anorganische Base, basisch reagierende oder basenabspaltende Verbindungen wie einwertige Metallhydroxide, -carbonate und -oxide wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Ferner organische Basen, wie tert. Amine, z. B. Trimethylamin, Triethylamin, Dimethylaminethanol, Dimethylaminpropanol, Ammoniak und dergleichen.

Geeignete Aufbaukomponenten sind weiterhin beispielsweise innerhalb von Polyetherketten eingebaute Ethylenoxideinheiten aufweisende ein- oder zweiwertige Alkohole.

Bei Mitverwendung derartiger, monofunktioneller, nichtionisch hydrophiler Polyether kann es oftmals von Vorteil sein, durch Mitverwendung von mehr als difunktionellen Aufbaukomponenten einen vorzeitigen Kettenabbruch zu verhindern. Die monofunktionellen Polyether der zuletzt genannten allgemeinen Formel werden nach an sich bekannten Verfahren, wie sie beispielsweise in den US-Patentschriften 39 05 929, 41 90 566 oder 42 37 264 beschrieben sind, hergestellt.

Solche Aufbaukomponenten verleihen den erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethanen zusätzliche, punktuelle Hydrophilierung, Elektrolytstabilität, Gefrierstabilität und verbesserte Gleiteigenschaften.

Die Menge der Polyisocyanate wird vorzugsweise so gewählt, daß alle mit Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen reagieren.

Die Umsetzung wird gegebenenfalls unter Mitverwendung von Lösungsmitteln durchgeführt, wobei niedrig siedende Lösungsmittel mit einem Siedepunkt kleiner als 120°C, wie beispielsweise Aceton, Ethanol, Methanol, tert.-Butanol, Methylethylketon, Acetonitril, Tetrahydrofuran, Dioxan, vorzugsweise geeignet sind, die gegebenenfalls anteilig Wasser enthalten können. Als Lösungsmittel für anorganische Basen und Verbindungen mit mindestens einem mit Isonatgruppen reagierenden Wasserstoff und mindestens einer salzartigen oder zur Salzbildung befähigten Gruppe kann Wasser gegebenenfalls ohne Zusätze organischer Lösungsmittel verwendet werden.

Die überwiegend linearen hochmolekularen anionischen Polyurethane fallen im allgemeinen als klare bis schwach opaleszierende Lösungen in den genannten polaren Lösungsmitteln an. Ihr Feststoffgehalt beträgt etwa 5 bis 50 Gew.-% an ionischem Polyurethan.

Das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäß verwendeten ionomeren Produkte soll durch folgende Beispiele erläutert werden.

Polymer I

Aus 800 g (0,356 Mol) eines Polyesters aus Adipinsäure und 1,4-Butandiol (entwässert) und 95 g (0,546 Mol) 2,4-Toluylendiisocyanat wird bei 75 bis 85°C in 1,5 Stunden ein NCO-Präpolymer hergestellt (1,78% NCO). Es wird heiß in 1060 g Tetrahydrofuran gelöst und bei 50°C mit einer Lösung von 53 g (0,13 Mol) einer wäßrigen Lösung des Natriumsalzes von N-Sulfonatethyl-ethylendiamin in 100 ml Wasser versetzt. Nach 5 Minuten wird wegen des starken Viskositätsanstieges mit weiteren 500 g Tetrahydrofuran versetzt. Man erhält eine klare Polyurethan-Polyharnstofflösung mit folgenden charakteristischen Daten:

Feststoffgehalt:35,3% Viskosität (24°C):1000 mPa · s Viskosität (24°C) einer Probe der Lösung,
die mit Tetrahydrofuran auf 30% eingestellt wurde:400 mPa · s Sulfonatgruppengehalt:14,1 m Äquivalent/100 g

Polymer II

Man verfährt wie für Polymer I beschrieben, verwendet jedoch als Lösungsmittel Aceton anstelle von Tetrahydrofuran. Mit 1060 g Aceton und 42,5 g (0,104 Mol) einer wäßrigen Lösung des Natriumsalzes von N-Sulfonatoethylethylendiamin erhält man eine klare Polyurethan-Polyharnstoff-Lösung mit einem Feststoffgehalt von 43,6% und einer Viskosität von 5700 mPa · s (24°C). Eine auf 30% Feststoff eingestellte Lösung hat eine Viskosität von 300 mPa · s (24°C). Der Sulfonatgruppengehalt beträgt 14,1 m Äquivalent/100 g.

Polymer III

Aus 400 g (0,178 Mol) eines Polyesters aus Adipinsäure und 1,4-Butandiol (entwässert) und 47,5 g (0,273 Mol) Toluylendiisocyanat (65 : 35-Isomerengemisch) wird wie für Polymer I beschrieben ein NCO-Präpolymer hergestellt (NCO=1,68%). Es wird heiß in 980 g Aceton gelöst und bei 50°C mit einer wäßrigen Lösung aus 42,5 g (0,104 Mol) des Natriumsalzes von N-Sulfonatoethyl-ethylendiamin und 75 ml Wasser versetzt. Man erhält eine schwach gelb gefärbte Lösung eines Polyurethanharnstoffes.

Feststoffgehalt:30,0% Viskosität (23°C):2200 mPa · s Sulfonatgruppengehalt:22,2 m Äquivalent/100 g

Polymer IV

Aus 550 g (1,0 Mol) eines Polyethers auf Basis Bisphenol-A und Propylenoxid und 100 g (0,08 Mol) eines Polyesters aus Phthalsäure, Adipinsäure und Ethylenglykol (alle entwässert) sowie 145 g (0,239 Mol) einer 70%igen Lösung propoxylierten Adduktes aus Butendiol und Natriumbisulfit in Toluol und 315 g (1,875 Mol) 1,6-Diisocyanatohexan wird bei 100°C in 6,5 Stunden ein NCO-Präpolymer hergestellt (4,11% NCO). Man versetzt mit 77 g (1,283 Mol) Harnstoff, erwärmt kurzzeitig auf 135°C und rührt bei 130°C bis laut IR-Spektrum kein NCO mehr nachweisbar ist. Nun wird unter Kühlung zunächst mit 290 ml Wasser und anschließend mit 1582 g Aceton versetzt. Man erhält eine klare, schwach gelb gefärbte Lösung eines Polyurethan-Polyharnstoffes in Aceton.

Feststoffgehalt:40% Viskosität (23°C):60 mPa · s Sulfonatgruppengehalt:19 m Äquivalent/100 g

Polymer V

2200 g (4,0 Mol) eines Polyethers auf Basis Bisphenol-A und Propylenoxid und 115 g (0,053 Mol) eines monofunktionellen Polyethers aus n-Butanol, Propylenoxid und Ethylenoxid werden entwässert und mit 160 g (0,113 Mol) 70%iger Lösung des Natriumsalzes aus der Beschreibung zu Polymer IV in Toluol versetzt. Nun wird mit 1096 g (6,30 Mol) Toluylendiisocyanat (80 : 20-Isomerengemisch, desaktiviert mit 20 mg Chlorwasserstoff) bei 60°C zersetzt. Die Temperatur steigt trotz Kühlung auf 60°C an. Es wird 5 Stunden bei 80°C nachgerührt (NCO=4,95%) und mit Aceton auf 70% Feststoff eingestellt, sowie mit 152 g (1,350 Mol) Acetonketazin umgesetzt.

900 g dieser Lösung werden nun mit 733 ml Aceton sowie 95 ml Wasser versetzt und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Man erhält eine klare Polyurethan-Polyharnstoff-Lösung.

Feststoffgehalt:36,5% Viskosität (23°C):19 000 mPa · s Sulfonatgruppengehalt:7,5 m Äquivalent/100 g

Eine durch Verdünnen mit Aceton auf 30% Feststoff eingestellte Lösung hat eine Viskosität von 3000 mPa · s.

Polymer VI

407,4 g (0,2396 mol) Hexandiol/Neopentylglykolpolyadipat werden bei 120°C im Wasserstrahlvakuum entwässert. Bei 70-80°C wird mit 77,7 g (0,4625 mol) 1,6-Diisocyanatohexan versetzt und bei 100°C 1,5 h nachgerührt. Das Präpolymer hat einen NCO-Gehalt von 3,4%. Nach 33%igem Einlösen in Aceton wird bei 50°C mit 75,0 g (0,1924 mol) 2-Aminoethyl-β-aminopropionsäure-Na-Salz (39,5%ig in Wasser) versetzt und nach 7 min mit 1160 ml vollentsalztem Wasser dispergiert. Nach Abdestillieren des Acetons im Wasserstrahlvakuum erhält man eine sehr feinteilige Dispersion.

Daten:
% COO^-:1,6 % Feststoff:30 pH:7,6 Teilchengröße:60 nm

Polymer VII

650 g (0,3824 mol) Hexandiol-Neopentylglykolpolyadipat und 21 g eines auf n-Butanol gestarteten Polyoxyethylenpolyoxypropylen (80 : 20)-Polyethers vom Molekulargewicht 2150 werden bei 120°C im Wasserstrahlvakuum entwässert. Nach Abkühlen auf 60°C versetzt man mit 125,6 g (0,7475 mol) 1,6-Diisocyanatohexan, erwärmt auf 100°C und rührt 90 Minuten bei dieser Temperatur. Man kühlt auf 60°C ab und löst das Reaktionsprodukt in 530 g Aceton. Die neue 60%ige Lösung enthält 3,1 Gew.-% NCO.

Als mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel sind für das Verfahren der Erfindung solche geeignet, die sowohl die ionomeren Produkte als auch die hydrophoben Reagenzien zu lösen vermögen. Beispiele für solche Lösungsmittel sind Aceton, Tetrahydrofuran, Dioxan, Isopropanol, Methanol, Ethanol, Methylethylketon, Acetonitril.

Die für das Verfahren der Erfindung angewandten Mengen an hydrophoben Reagenzien betragen im allgemeinen 2 bis 200 Gew.-% hydrophober Substanz pro 100 Gew.-% ionomeren Produktes. Bevorzugt werden Gewichtsverhältnisse von hydrophober Substanz zu ionomerem Produkt von 1 : 20 bis 1 : 1.

Zur Herstellung der Dispersionen läßt man Wasser in eine Lösung der wasserunlöslichen hydrophoben Reagenz und des ionomeren Produktes in einem mit Wasser mischbaren niedrig siedenden Lösungsmittel oder Lösungsmittel/Wasser-Gemisch unter Rühren einfließen. Aus der sich dabei bildenden Dispersion wird das Lösungsmittel durch Destillation oder durch andere geeignete Trennmittel wie beispielsweise Dialyse oder Ultrafiltration abgetrennt.

Nach einer anderen Ausführungsform kann die Lösung der wasserunlöslichen hydrophoben Reagenz in einem mit Wasser mischbaren niedrig siedenden Lösungsmittel mit der Lösung eines Urethanpräpolymerisates, das noch NCO-Gruppen enthält, vereinigt werden, worauf man die Polyaddition in Gegenwart der hydrophoben Substanz zu Ende führt. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann mit Vorteil benutzt werden, wenn das hydrophobe Reagenz keine mit Isocyanat reagierenden Gruppen enthält.

Das Verfahren der Erfindung eignet sich in hervorragender Weise zur Einarbeitung von Indikatoren für diagnostische Teststreifen wie die folgenden Beispiele verdeutlichen.

Beispiel 1

Eine Indikatordispersion kann wie folgt hergestellt werden:

160 g Polymer VI werden mit 200 ml Aceton verdünnt. Bei Raumtemperatur wird eine Lösung aus 48 g Tetraethylbenzidin in 240 ml Aceton zugegeben. Anschließend wird innerhalb 20 Minuten 420 ml Wasser zugetropft und das Aceton im Vakuum abdestilliert.

Die auf diese Weise hergestellte Dispersion hatte einen Feststoffgehalt von 21% und eine mittlere Teilchengröße von 92 nm.

Beispiel 2

100 g Polymer VI mit einem Feststoffgehalt von 30% werden mit 240 ml Aceton verdünnt und auf 50°C erwärmt. Dann gibt man eine Lösung aus 3 g 2,3-Naptho-15-crown-5 und 3 g 7-Decyl-Medipin in 150 ml Aceton zu. Nach 30minütigem Rühren bei 50°C tropft man in 30 Minuten 300 ml Wasser zu und destilliert das Aceton am Rotationsverdampfer ab.

Man erhält so eine feinteilige Indikatordispersion mit einem Feststoffgehalt von 9,8%.

Beispiel 3

275 g der Lösung von Polymer VII werden mit weiterem Aceton auf einen Feststoffgehalt von 33% verdünnt, auf 45°C erwärmt und mit einer Mischung aus

a) 9,62 g einer wäßrigen Lösung des Natriumsalzes der 2-Aminoethyl-β-aminoethansulfonsäure (50,6%ig in Wasser),
b) 9,78 g einer wäßrigen Lösung des Natriumsalzes der 2-Aminoethyl-β-aminopropionsäure (40,3%ig in Wasser) und
c) 50 g Wasser verrührt.

Nach 15 Minuten fügt man unter gutem Rühren 500 g einer 33%igen acetonischen Lösung von Tetraethylbenzidin zu und dispergiert anschließend in 5-10 Minuten mit 730 ml destilliertem Wasser. Nach Abdampfen des Acetons im Vakuum erhält man 1130 g einer Indikatordispersion mit folgenden Daten:

Feststoff:30% PU/TEB-Verhältnis:1 : 1 g TEB in 100 g Dispersion:15 Ionogenitaet:Anionisch, SO₃^-,+COO^--Gruppen Teilchengröße:90 nm

Beispiel 4

275 g der Lösung von Polymer VII werden mit 230 ml Aceton verdünnt, auf 50°C erwärmt und mit einer Mischung aus 50 g Wasser und 20,4 g einer 50,6%igen wäßrigen Lösung des Natriumsalzes der 2-Aminoethyl-β-aminoethansulfonsäure verrührt. Nach 10 Minuten fügt man eine Lösung von 166 g Tetraethylbenzidin in 335 g Aceton zu, dispergiert mit 765 g dest. Wasser und destilliert das Aceton im Vakuum ab.

Man erhält 1125 g einer feinteiligen, mit Tetraethylbenzidin beladenen wäßrigen Polyurethandispersion mit folgenden Daten:

Feststoffgehalt:30% PH-Wert:8,0 PU/TEB Verhältnis:1 : 1 SO^--Gruppen Gehalt:2,5%

Beispiel 5

Man arbeitet analog Beispiel 4, verwendet jedoch eine Mischung aus 50 g Wasser, 20,8 g einer 40,3%igen, wäßrigen Lösung des Natriumsalzes der 2-Aminoethyl-β-aminopropionsäure.

Auf diese Weise erhält man eine feinteilige (50 nm), mit Tetraethylbenzidin beladene Indikatordispersion.

Feststoffgehalt:30% PH-Wert:8,8 COO^--Gruppengehalt:1,4%

Beispiel 6

100 g eines 20%igen Gelatinegels aus photographischer Gelatine und 50,0 g Wasser werden unter Rühren bei 40°C aufgeschmolzen. Danach gibt man 2,0 g einer 75%igen Paste von Dodecylbenzolsulfonat (DBS) zu sowie 50,0 g einer wäßrigen Dispersion von Polymerisat Beispiel 1 und 52,705 g 1,5 molaren MES-Puffers, zu.

Unmittelbar vor dem Beguß wird eine wäßrige Lösung aus 88,25 g Wasser, 47,0 g einer Glukoseoxidaselösung (1330 U/ml-Miles), 12,7 g Peroxidase (47 U/mg-Miles) und 1,2 ml einer 4%igen Fluortensidlösung zugesetzt, so daß ein Gesamtvolumen von 403,85 ml entsteht.

Die Geißlösung wird mit einem Naßauftrag von 75 g/m² auf einen geeigneten Träger wie z. B. polyethylenkaschiertes, photographisches Rohpapier von ca. 210 g/m² Gewicht vergossen, wobei die Unterlage zuvor mit einer dünnen Gelatineschicht zur Haftverbesserung versehen war.

In einem zweiten Arbeitsgang wird die getrocknete Reaktionsschicht mit einer Lösung aus 150,0 ml einer 10%igen Lösung einer Carboxylgruppen-vernetzenden Verbindung wie z. B. SOB 2402, 350,0 ml Wasser und 10,0 ml einer 4%igen Fluortensidlösung bei einem Naßauftrag von 60 g/m² (entsprechend 1,8 g/m² Härtungsmittel) übergossen und getrocknet. Hierbei wirkt das Härtungsmittel vernetzend auf die Gelatinemoleküle wodurch die Schicht abriebfest wird. Das SOB 2402 ist eine Carbamoylammoniumverbindung der Formel

Man erhält so ein Material, das mit Glukoselösung versehen eine grüne Farbe erzeugt, die reflektometrisch ausgemessen ein Maß für die aufgebrachte Menge Glukose darstellt.

Beispiel 7

Es wird wie in Beispiel 6 verfahren, jedoch werden anstelle von 100,0 g 20%igem Gelatinegel nur 85,0 g mit 93,1 g Wasser bei 40°C aufgeschmolzen und mit den in Beispiel 4 angegebenen Zusätzen versehen.

Zusätzlich werden dieser Gießlösung noch 52,0 g einer aufgeschmolzenen, gelatinehaltigen TiO₂-Dispersion zugegeben, in die zuvor 26,0 g einer 67%igen, wäßrigen Bariumsulfatpaste eingerührt waren.

Die Lösung wird mit einem Naßauftrag von 75 g/m² auf einen geeigneten Träger aufgebracht und getrocknet.

In einem zweiten Arbeitsgang wird auf diese Schicht eine Lösung aus 75,2 g eines 20%igen Gelatinegels in 221,8 g Wasser und 3,0 ml einer 4%igen Fluortensidlösung mit einem Naßauftrag von 40 g/m² aufgebracht und der Schichtverband erneut getrocknet.

Der gesamte Schichtverband wird schließlich mit einer Härterlösung aus 25,0 ml einer 10%igen Lösung einer Carboxylgruppen-vernetzenden Verbindung (SOB 2402), 465,0 g Wasser und 10 ml einer 4%igen Fluortensidlösung mit einem Naßauftrag von 60 g/m² überschichtet und getrocknet.

Das Material reagiert mit Glukoselösung konzentrationsabhängig unter Bildung einer grünen Farbe, wobei der Farbanstieg flacher verläuft und somit instrumentell besser erfaßbar ist.

Beispiel 8

Für den ersten Arbeitsgang wird, wie in Beispiel 7 beschrieben, eine Gießlösung hergestellt und auf einen geeigneten Träger vergossen.

Anstelle der beschriebenen, zweiten Gelatineschicht wird jedoch die getrocknete Reaktionsschicht direkt mit 60 g/m² einer Härterlösung aus 150,0 ml einer 10%igen Lösung einer Carboxylgruppen-vernetzenden Substanz (SOB 2402) und 10 ml einer 4%igen Fluortensidlösung überschichtet und getrocknet.

Das so erhaltene Material zeigt die gewohnte Reaktion mit Glukoselösung bei stark verbesserter Abwischbarkeit der aufgebrachten Flüssigkeit, z. B. eines Tropfens glukosehaltigen Vollbluts.

Beispiel 9

Es wurde wie in Beispiel 8 verfahren, jedoch wurden anstelle von 50,0 g des Polymerisats Beispiel 1, 35,0 g des Polymerisats Beispiel 5 verwendet. Außerdem wurde bei der Überschichtung mit Härterlösung die Menge Carboxylgruppen-vernetzender Substanz (SOB 2402) von 1,8 g/m² auf 0,36 g/m² herabgesetzt.

Beispiel 10

Es wird eine Gießlösung, wie in Beispiel 9 beschrieben, hergestellt, wobei das Polymerisat Beispiel 5 durch das Polymerisat Beispiel 3 ersetzt wurde.

Zusätzlich wurde die Menge Carboxylgruppen-vernetzender Substanz (SOB 2402) auf 1,8 g/m² erhöht.

Im Gegensatz zu den Ergebnissen des Beispiels 9 kommt die Farbreaktion rasch zu einem Endpunkt, wonach die erzeugte Farbintensität stabil bleibt.

Beispiel 11 (111)

Nach dem in den vorigen Beispielen beschriebenen Verfahren wurde eine Gießlösung aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Gelatinegel (20%ig)85,0 g Wasser93,546 g DBS (75%ig) 2,0 g Polymerisat Beispiel 335,0 g TiO₂ Dispersion in Gelatine39,0 g BES-Puffer, 1molar41,0 g Glukoseoxidaselösung (1330 U/ml)42,3 ml Peroxidase (47 U/mg)12,7 g Fluortensidlösung 4%ig 1,2 ml

Diese Lösung wird wie üblich auf einen geeigneten Träger vergossen und nach dem Trocknen mit einer Lösung aus

SOB 2402 10%ig150,0 ml Wasser340,0 ml Fluortensidlösung 4%ig 10,0 ml

mit 60 g/m² überschichtet und erneut getrocknet.

Das so gefertigte Material zeigt eine hervorragende Farbabstufung in Relation zur Konzentration aufgebrachter Glukoselösung, wobei die der jeweiligen Glukosekonzentration entsprechende Farbintensität nach ca. 60-80 sec. erreicht ist.

Bringt man auf die Schicht glukosehaltiges Vollblut, so läßt sich nach einer angemessenen Einwirkzeit (ca. 30 sec.) das Blut leicht rückstandslos abwischen.

Das Material ist sehr lagerbeständig, auch unter erhöhten Temperaturen wie z. B. 1 Woche bei 60°C.

Beispiel 12 (Kalium-Test)

Für die Herstellung der Gießlösung werden 35 g 20%iges Gelatinegel aus photographischer Gelatine bei 40°C aufgeschmolzen und unter Rühren mit 15 g TRIS-Puffer (pH 7-8) versetzt. Danach fügt man 50 g einer Indikatordispersion, wie in Beispiel 2 beschrieben, zu und vergießt die Lösung wie üblich auf einen geeigneten Träger mit einem Naßauftrag von 70 g/m².

Nach dem Trocknen erhält man ein Material, das bei Behandlung mit wäßrigen Lösungen von Kaliumsalzen eine ausgezeichnete und konzentrationsabhängige Reaktivität zeigt, wobei eine visuell gut differenzierbare Farbreaktion auftritt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Reagenzschichten, die hydrophobe Reagenzien enthalten, wobei die hydrophoben Reagenzien in Form einer wäßrigen Dispersion in die Reagenzschichten einbringt, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Dispersion durch Beladen eines ionomeren Polymers mit den hydrophoben Reagenzien hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein ionomeres Polymer und die hydrophoben Reagenzien in einem mit Wasser mischbaren, organischen Lösungsmittel löst, diese Lösung mit Wasser verdünnt und anschließend das organische Lösungsmittel entfernt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel bis zu 50% Wasser enthält.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verdünnung mit Wasser das Gewichtsverhältnis Lösungsmittel zu Wasser 10 : 1 bis 1 : 10 beträgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der hydrophoben Reagenzien mindestens 25 Gew.-% bezogen auf das ionomere Polymer beträgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt des organischen Lösungsmittels kleiner als 120°C ist.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ionomere Polymer Polyurethan, Polyester, Polyamid, Polyharnstoff, Polycarbonat, Polyacetyl, Polyether oder ein Copolymer der genannten Polymere ist.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ionomere Polymer 4 bis 180 Milliäquivalent pro 100 g an ionischen Gruppen bzw. an in ionische Gruppen überführbare Gruppen enthält.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ionomere Polymer 1 bis 20 Gew.-% an innerhalb einer Polyethylenkette eingebauten Ethylenoxideinheiten der Formel -CH₂-CH₂-O- enthält.

10. Reagenzschichten, enthaltend hydrophobe Reagenzien, hergestellt mit dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9.

11. Diagnostisches Mittel, enthaltend eine oder mehrere der Reagenzschichten nach Anspruch 10.