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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Biosensor zur Verwendung
beim Bestimmen der Konzentration eines Analyten in einer Probe.
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Hintergrund und Zusammenfassung
der Erfindung
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Elektrochemische
Biosensoren sind bekannt. Sie sind verwendet worden, um die Konzentration
verschiedener Analyte aus biologischen Proben, insbesondere aus
Blut, zu bestimmen. Biosensoren werden in den US-Patenten Nrn. 5,288,636;
5,413,690; 5,762,770; 5,798,031 und 5,997,817 beschrieben. Lagerbehälter für Teststreifen
sind ebenfalls bekannt. Siehe US-Patent Nrn. 5,788,064 und 5,985,675.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein wiederverschließbarer Biosensor bereitgestellt,
der ein Substrat, das eine obere Oberfläche aufweist, ein Reagens,
das auf der oberen Oberfläche
positioniert ist und eine öffenbare
und wiederverschließbare
Bedeckung einschließlich
eines ersten mit dem Substrat gekoppelten fixierten Endes, eines
entgegengesetzten zweiten freien Endes und eines sich zwischen den
gegenüberliegenden
Enden über
Reagens erstreckenden Mittelteils umfasst. Die Bedeckung dient dazu,
selektiv den Zugang zum Reagens zu blockieren.
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Zusätzlich wird
gemäß der Erfindung
ein wiederverschließbarer
Biosensor bereitgestellt, der ein Substrat einschließlich eines
Probenorts, ein am Probenort positioniertes Reagens und eine sich über das
Reagens erstreckende Bedeckung umfasst. Die Bedeckung ist lösbar und
wiederverschließbar
mit dem Substrat verbunden.
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Weiterhin
wird gemäß der Erfindung
ein wiederverschließbarer
Biosensor bereitgestellt, der ein Substrat umfasst, das dafür ausgebildet
ist, einen Probenort und eine Bedeckung zu enthalten. Die Bedeckung enthält erste
und zweite Enden und einen Mittelteil, der sich zwischen den Enden
erstreckt. Das erste Ende ist am Substrat angekoppelt und der Mittelteil
erstreckt sich über
den Probenort und ist lösbar
und wiederverschließbar
mit dem Substrat verbunden.
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Zusätzliche
Merkmale der Erfindung werden für
Fachleute beim Erwägen
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
ersichtlich, die den besten Modus zum Ausführen der Erfindung verdeutlicht,
wie derzeitig wahrgenommen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
detaillierte Beschreibung bezieht sich insbesondere auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht eines Biosensors der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Biosensors von 1 mit weggebrochenen
Teilen ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht des Biosensors von 2 nach Bewegung
der Bedeckung weg vom Substrat ist;
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4 eine
Ansicht ähnlich 3 ist,
nach zusätzlicher
Bewegung der Bedeckung weg vom Substrat;
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5 eine
Ansicht ähnlich
von 4 nach zusätzlicher
Bewegung der Bedeckung in eine geöffnete Position ist;
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6 eine
Ansicht längs
der Linien 7-7 von 2 ist;
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7 eine
Ansicht ähnlich 1 nach
Bewegung der Bedeckung weg vom Substrat ist;
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8 eine
Diagrammansicht ist, welche den Zusammenbau des Biosensors der 1 bis 7 zeigt;
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Biosensors gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung ist, die eine auf einem Substrat in einer abgedichteten
Position positionierte Bedeckung zeigt;
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10 eine
Ansicht ähnlich 9 mit
weggebrochenen Teilen nach Bewegung der Bedeckung weg vom Substrat
in eine geöffnete
Position ist; und
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11 eine
perspektivische Explosionsansicht des Biosensors von 9 ist.
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Dokument
US 5,747,351 offenbart eine
chromatographische Analysetestvorrichtung mit einem schwenkbar an
einem Teststreifenelement angebrachten Probensammelelement. Das
Sammelelement und das Streifenelement sind aus verbundenen Streifen
konstruiert, die umgefaltet sind und vorübergehend durch wiederverwendbaren
Klebstoff fixiert sein können.
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Das
US-Patent 5,441,698 offenbart eine verschließbare Vorrichtung einschließlich eines
Basiselementes, eines Abdeckungselementes und eines Scharniers zwischen
dem Basis- und dem Abdeckungselement. Weitere Verschlussmittel werden
beschrieben, die dafür
ausgelegt sind, die Vorrichtung in einer geschlossenen Position
zu halten.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen wiederverschließbaren Biosensor,
der nach anfänglichem Öffnen geschlossen
werden kann, um einen Probenort zu schützen. Somit wird die Notwendigkeit,
einen Lagerbehälter
für den
Biosensor entweder vor Verwendung oder vor dem Wegwerfen zu lokalisieren,
vermieden. Somit verbessert das Bereitstellen von Biosensoren mit
wiederverschließbaren
Bedeckungen beachtlich die Vermarktungsfähigkeit und die Umweltfreundlichkeit
des Biosensors. Verschiedene Aspekte der Erfindung sind in den 1 bis 11 präsentiert,
die nicht maßstabsgerecht
gezeichnet sind und bei denen ähnliche
Komponenten in den verschiedenen Ansichten gleich bezeichnet werden.
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1 bis 7 illustrieren
einen Aspekt der Erfindung in Form eines Biosensors 10 mit
einem ersten isolierenden Substrat 12, einem zweiten isolierenden
Substrat 14, elektrisch leitfähigen Schienen 16, 18,
die zwischen den Substraten 12, 14 gelegen sind,
einem Testreagens 20, einem Verteilungsgeflecht 22 und
einer über
dem Reagens 20 und dem Geflecht 22 positionierten
Bedeckung 24. Der Biosensor 10 wird aus Materialrollen
hergestellt. Somit erfordert die Auswahl von Materialien für die Konstruktion
von Biosensor 10 die Verwendung von Materialien, die für eine Rollenverarbeitung
hinreichend flexibel sind, aber noch starr genug sind, um dem fertiggestellten
Biosensor 10 eine brauchbare Steifheit zu verleihen.
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Das
erste Substrat 12 des Biosensors 10 beinhaltet
eine erste Oberfläche 30,
welche die leitfähigen Schienen 16, 18 trägt, und
eine gegenüberliegende
zweite Oberfläche 32.
Siehe 1. Das erste Substrat 12 kann aus einer
weiten Vielzahl von isolierenden Materialien konstruiert sein. Nicht
beschränkende
Beispiele isolierender Materialien, welche die gewünschten
elektrischen und strukturellen Eigenschaften bereitstellen, beinhalten
Vinylpolymere, Polyimide, Polyester und Styrole. Vorzugsweise ist
das erste Substrat 12 ein 7 mil dicker MELINEX 329 Kunststoff,
ein kommerziell von E. I. DuPont de Nemours, Wilmington, Delaware
erhältliches
Polyester.
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Wie
in den 1 bis 5 gezeigt, sind die elektrisch
leitfähigen
Schienen 16, 18 auf der ersten Oberfläche 30 des
ersten Substrats 12 abgelegt. Die Schienen 16, 18 repräsentieren
die Elektroden des Biosensors 10. Daher kann die Schiene 16 eine Arbeitselektrode
sein und die Schiene 18 kann eine Hilfselektrode sein. Der
Abstand zwischen den Schienen 16, 18 ist etwa
1,2 Millimeter (mm). Es ist ersichtlich, dass gemäß dieser Offenbarung
der Abstand zwischen den Schienen 16, 18 variieren
kann.
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Die
Schienen 16, 18 sind aus elektrisch leitfähigen Materialien
konstruiert. Nicht beschränkende
Beispiele von elektrisch leitfähigen
Materialien beinhalten Aluminium, Kohlenstoff (wie etwa Graphit),
Kobalt, Kupfer, Gallium, Gold, Indium, Iridium, Eisen, Blei, Magnesium,
Quecksilber (als Amalgam), Nickel, Niob, Osmium, Palladium, Platin,
Rhenium, Rhodium, Selen, Silizium (wie etwa hochdotiertes polykristallines
Silizium), Silber, Tantal, Zinn, Titan, Wolfram, Uran, Vanadium,
Zink, Zirkon, Mischungen derselben und Legierungen, Oxide, oder
Metallverbindungen dieser Elemente. Vorzugsweise beinhalten die
Schienen 16, 18 Gold, Platin, Palladium, Iridium
oder Legierungen dieser Metalle, da solche Edelmetalle und ihre
Legierungen in biologischen Systemen nicht reaktiv sind. Am bevorzugtesten
ist Schiene 16 eine Arbeitselektrode, die aus Platin gemacht
ist, und Schiene 18 ist eine Hilfselektrode, die ebenfalls
aus Platin gemacht ist und im Wesentlichen dieselbe Größe wie die
Arbeitselektrode hat. Die Schienen 16, 18 sind
auf der isolierenden Unterlage (nicht gezeigt), wie etwa Polyimid
oder Polyester, abgelegt. Ein Beispiel eines solchen Isolators ist
das Polyimid UPILEX von UBE INDUSTRIES, LTD., Japan, das mit Gold,
Palladium oder Platin vorbeschichtet von TECHNI-MET aus Connecticut,
USA, erhältlich
ist.
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Drei-Elektroden-Anordnungen
sind auch möglich,
bei denen der Biosensor 10 eine zusätzliche elektrisch leitfähige Schiene
(nicht gezeigt) enthält.
Bei der Drei-Elektrodenanordnung
ist Schiene 16 eine Arbeitselektrode, Schiene 18 ist
eine Gegenelektrode und die dritte Elektrode ist eine Referenzelektrode.
Es ist auch ersichtlich, dass gemäß dieser Offenbarung eine Drei-Elektrodenanordnung
möglich
ist, bei der die Schienen 16 und 18 Arbeitselektroden
sind und eine dritte Elektrode als eine Hilfs- oder Referenzelektrode
vorgesehen ist.
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Das
zweite Substrat 14 des Biosensors 10 überlappt
die Schienen 16, 18. Das zweite Substrat 14 hat eine
erste Oberfläche 34 und
eine zweite Oberfläche 36,
welche zu den leitenden Schienen 16, 18 weist.
Wie in 1 gezeigt, ist das zweite Substrat 14 so
ausgebildet, dass es die ersten und zweiten Öffnungen 38, 40 beinhaltet.
Die erste Öffnung 38 exponiert
Teile der Schienen 16, 18 für elektrische Verbindungen
mit einem Messgerät
(nicht gezeigt), welches eine gewisse elektrische Eigenschaft einer
Flüssigprobe 133 (5)
misst, nachdem die Probe 133 auf Reagens 20 des
Biosensors 10 aufgebracht wurde. Die zweite Öffnung 40 beinhaltet
eine Kante 41, welche einen Umfang eines Probenorts 66 definiert.
Der Probenort 66 kann eine Vielzahl von Formen und Größen annehmen,
um einen Anwender dabei zu unterstützen, zu identifizieren, wo
er die Flüssigprobe 133 gemäß dieser
Erfindung deponieren soll. Das zweite Substrat 14 ist mit
dem ersten Substrat 12 und den Schienen 16, 18 durch
einen Klebstoff, wie etwa einen Heißschmelzkleber, verbunden.
Ein nicht beschränkendes
Beispiel solch eines Klebers ist DYNAPOL S-1358-Kleber, erhältlich von Hüls America,
Inc., 220 Davidson Street, Postfach 6821, Somerset, NJ, 08873. Es
ist ersichtlich, dass erstes und zweites Substrat 12, 14 miteinander
unter Verwendung einer Vielzahl von kommerziell erhältlichen
Klebstoffen oder durch Schweißen
(Hitze oder Ultraschall) gemäß dieser
Erfindung verbunden werden können.
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Die
zweite Öffnung 40 des
zweiten Substrats 14 ist positioniert, um einen Bereich
der Schienen 16, 18 für ein Aufbringen von Reagens 20 auf
diese exponierten Oberflächen
der Schienen 16, 18 zu exponieren. Siehe 1–2.
Die Länge
und Breite der Öffnung 40 definiert
die Länge
und Breite des Probenorts 66 und die Dicke des zweiten
Substrats 14 definiert die Höhe einer Testkammer. Der Probenort 66 ist
als Rechteck von etwa 4,0 mm auf einer Seite und etwa 4,2 mm auf
der anderen Seite ausgebildet. Das Ausmaß, in dem die Schienen 16, 18 exponiert
sind, besteht den Oberflächenbereich
für jede
Elektrode. Die Arbeits- und Hilfselektroden 16, 18 haben
beide im Wesentlichen äquivalente
Oberflächenbereiche
von 6 mm2. Es ist jedoch ersichtlich, dass
das Ausmaß an
Exposition der Schienen 16, 18 gemäß dieser
Offenbarung variieren kann.
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Das
Reagens 20 stellt elektrochemische Sonden für spezifische
Analyte bereit und ist in der Testkammer 66 so positioniert,
dass das Reagens 20 die Arbeitselektrode 16 abdeckt.
Das Reagens 20 ist als ein Film von allgemein gleichförmiger Dicke über der
ersten Oberfläche 30 in
der Testkammer 66 und über
die Elektroden 16, 18 platziert. Das Reagens 20 präsentiert
dann dem Inneren der Testkammer 66 eine hydrophile Oberfläche.
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Nach
Trocknen wird das Reagensgeflecht 22, das mit einem Netzmittel
imprägniert
worden ist, über der Öffnung 40 platziert.
Das Geflecht 22 ist vorzugsweise ein Polyestermonofilamentgeflecht
von der Sefar America, Inc., 333 S. Highland Avenue, Briarcliff
Manor, NY. Das Geflecht 22 wird vorzugsweise in eine Lösung von
0,8% (Gew/Vol) Dioctylnatriumsulfosuccinat (DONS) in einer Lösung von
50 : 50 (Vol/Vol) Methanol : Wasser eingetaucht und dann getrocknet.
Es ist ersichtlich, dass der Biosensor 10 unter Verwendung
einer Vielzahl von kommerziell erhältlichen Geflechten konstruiert
sein kann oder gemäß dieser
Offenbarung sogar ohne Geflecht konstruiert sein kann.
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Die
Auswahl eines spezifischen Reagens 20 hängt vom spezifischen Analyten
oder dem zu messenden Analyten ab und sie sind Fachleuten auf dem
Gebiet wohlbekannt. Ein Beispiel eines Reagens, das im Biosensor 10 der
vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist ein Reagens zur
Messung von Glucose aus einer Gesamtblutprobe. Ein nicht beschränkendes
Beispiel eines Reagens zur Messung von Glucose in einer menschlichen
Blutprobe enthält
62,2 mg Polyethylenoxid (mittleres Molekulargewicht von 100–900 Kilodalton),
3,3 mg NATROSOL 250 M, 41,5 mg AVICEL RC-591 F, 89,4 mg einbasisches
Kaliumphosphat, 157,9 mg zweibasisches Kaliumphosphat, 437,3 mg
Kaliumferricyanid, 46,0 mg Natriumsuccinat, 148,0 mg Trehalose,
2,6 mg TRITON X-100-Netzmittel und 2.000 bis 9.000 Einheiten Enzymaktivität pro g
Reagens. Das Enzym wird als eine Enzymlösung aus 12,5 mg Co-Enzym PQQ
und 1,21 Million Einheiten des Apoenzyms von Chinoproteinglucosedehydrogenase
hergestellt. Dieses Reagens wird weiter im US-Patent Nr. 5,997,817
beschrieben, dessen Offenbarung hier als Bezugnahme inkorporiert
wird.
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Wenn
der Hämatokrit
bestimmt werden soll, beinhaltet das Reagens oxidierte und reduzierte
Formen einer reversibel elektroaktiven Verbindung (Kaliumhexacyanoferrat(III)
("Ferricyanid") bzw. Kaliumhexacyanoferrat(II) ("Ferrocyanid")), einen Elektrolyt
(Kaliumphosphatpuffer) und ein mikrokristallines Material (Avicel RC-591F – eine Mischung
von 88% mikrokristalline Cellulose und 12% Natriumcarboxymethylcellulose,
erhältlich
von FMC Corp.). Die Konzentrationen der Komponenten innerhalb des
Reagens vor dem Trocknen sind wie folgt: 400 Millimolar (mM) Ferricyanid,
55 mM Ferrocyanid, 400 mM Kaliumphosphat und 2,0% (Gewicht : Volumen)
Avicel. Eine weitere Beschreibung des Reagens für eine Hämatokritanalyse wird im US-Patent
Nr. 5,385,846 gefunden, dessen Offenbarung hier unter Bezugnahme
inkorporiert ist.
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Nicht-beschränkende Beispiele
von Enzymen und Mediatoren, die beim Messen von bestimmten Analyten
im Sensor 10 der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können,
sind unten in Tabelle 1 aufgelistet.
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In
einigen der in Tabelle 1 gezeigten Beispielen wird zumindest ein
zusätzliches
Enzym als eine Reaktionskatalysator verwendet. Auch können einige
der in Tabelle 1 gezeigten Beispiele einen zusätzlichen Mediator verwenden,
der Elektronentransfer zur oxidierten Form des Mediators erleichtert.
Der zusätzliche
Mediator kann dem Reagens in einer geringeren Menge als die oxidierte
Form des Mediators zur Verfügung
gestellt werden. Während
die obigen Analysen beschrieben werden, wird erwogen, dass Spannung,
Ladung, Impedanz, Leitfähigkeit,
Potential oder andere elektrisch-chemisch angezeigte Eigenschaften
der Probe 133 genau mit der Konzentration des Analyten
in der Probe 133 mit dem Biosensor 10 gemäß dieser
Offenbarung korreliert werden kann.
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Wie
in den 1–7 gezeigt, überlagert
die Bedeckung 24 einen Teil des zweiten Substrats 14 und des
Probenorts 66, um das Reagens 20 vor Verwendung
vor der umgebenden Umgebung zu schützen. Nach der Verwendung überlagert
die Bedeckung 24 den Probenort 66, um die Exposition
der Reagens/Probenmischung zur umliegenden Umgebung zu blockieren.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die 4–5 beinhaltet
die Bedeckung 24 eine Oberseite 26 und eine Unterseite 28,
die in Eingriff mit der ersten Oberfläche 34 des zweiten
Substrats 14 steht. Die Bedeckung 24 enthält weiterhin
ein fixiertes Ende 42, das mit der ersten Oberfläche 34 des
zweiten Substrats 14 verbunden ist, ein entgegengesetztes
freies Ende 44 und einen Mittelbereich 46, der
sich zwischen den entgegengesetzten Enden 42, 44 über den
Probenort 66 und das Reagens 20 erstreckt.
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Die
Bedeckung 24 ist aus einem Material mit einer relativ hohen
Reißfestigkeit
konstruiert, wie etwa einer metallisierten Polyesterfolie, die eine
Dicke von etwa 2 mil (0,05 mm) bis 6 mil (0,15 mm) Dicke aufweist. Es
ist jedoch ersichtlich, dass die Bedeckung 24 aus einer
Vielzahl von kommerziell erhältlichen
flexiblen Polymeren konstruiert werden kann, die dafür geeignet
sind, die Transmission von Licht zu vermindern und die gemäß dieser
Offenbarung relativ undurchlässig
für Feuchtigkeit
und Gas sind. Nicht-beschränkende
Beispiele geeigneter Materialien zur Verwendung als Bedeckung 24 beinhalten
Polyimid, Polyolefine, Poly(vinylchlorid), Poly(ethylenterephthalat)
und Polypropylen. Zusätzlich
ist, auch wenn nicht illustriert, ersichtlich, dass die Oberseite 26 der
Bedeckung 24 gemäß dieser
Offenbarung beispielsweise mit Produktetiketten oder Instruktionen
zur Verwendung bedruckt werden kann.
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Wie
in den 6–7 gezeigt,
bindet ein Klebstoff 50 das feste Ende 42 der
Bedeckung 24 permanent am zweiten Substrat 14 an
und ein Klebstoff 52 erzeugt eine anfängliche Abdichtung am Probenort 66. Wenn
nicht anderweitig angezeigt, wird der Ausdruck "permanent" hier so verwendet, dass er kontinuierlich oder
ausdauernd ohne fundamentale oder beachtliche Änderung bedeutet. Ein Klebstoff 54 sichert
noch weiterhin lösbar
den Mittelbereich 46 der Bedeckung 24 am zweiten
Substrat 14. Der Klebstoff 50, der das feste Ende 42 der
Bedeckung 24 mit dem zweiten Substrat 14 verbindet,
ist vorzugsweise ein Heißschmelzklebstoff. Der
Klebstoff 50 wird über
die erste Oberfläche 34 des
zweiten Substrats 14 und/oder die anstoßende Unterseite 28 des
feststehenden Endes 42 verteilt. Der Klebstoff 50 klebt
das fixierte Ende 42 am zweiten Substrat 14 an,
nachdem die Bedeckung 24 an der ersten Oberfläche 34 angebracht
ist, so dass beim Normalbetrieb des Biosensors 10 das feste
Ende 42 am zweiten Substrat 40 angeklebt bleibt.
Genauer gesagt, wird beabsichtigt, dass die Adhäsivverbindung zwischen dem
festen Ende 42 und der ersten Oberfläche 34 niemals bricht.
Nicht-beschränkende
Beispiele geeigneter Heißschmelzklebstoffe
sind HL-7276, ein Ethylvinylacetatadhäsiv und HL-0705-S, ein Olefinadhäsiv, die
beide kommerziell von H. H. Fuller Company, St. Paul, Minnesota
erhältlich
sind. Es ist ersichtlich, dass eine große Vielzahl von heißschmelzenden
Klebstoffen, die zum Gehäuse-
und Kartonabdichten ausgelegt sind, wie auch Verschweißen (Hitze
oder Ultraschall) verwendet werden können, um das feste Ende 42 am
zweiten Substrat 14 anzukoppeln.
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Der
Mittelbereich 46 der Bedeckung 24 ist am zweiten
Substrat 14 durch erste und zweite Klebstoffe 52, 54 angekoppelt.
Der erste Klebstoff 42 wird über die erste Oberfläche 34 des
zweiten Substrats 14, vom Klebstoff 50 und/oder
der angrenzenden Unterseite 28 des Mittelbereichs 46 beabstandet,
verteilt. Der erste Klebstoff 52 klebt den Mittelbereich 46 am
zweiten Substrat 14 fest, nachdem die Bedeckung 24 an
der ersten Oberfläche 34 angebracht
ist, so dass bei Normalverwendung des Biosensors 10 die
adhäsive
Bindung zwischen dem Mittelbereich 56 und der ersten Oberfläche 34 vor
der Verwendung nur einmal gebrochen wird. Somit wird eine Dichtung
zwischen der Bedeckung 24 und dem zweiten Substrat 14 um
das Reagens 20 während der
Lagerung des Biosensors 10 etabliert. Wie in 5 gezeigt,
wird, wenn die Dichtung einmal gebrochen ist, allgemein ein Film 55 auf
der ersten Oberfläche 34 und/oder
der Bedeckung 24 zurückgelassen,
so dass der Klebstoff 52 die Bedeckung 24 und
das zweite Substrat 14 nicht wieder abdichten wird. Nicht-beschränkende Beispiele
von geeigneten Heißschmelzadhäsiven sind
HL-7276, ein Ethylvinylacetatadhäsiv
und HL-0705-S, ein Olefinadhäsiv,
die beide von der H. B. Fuller Company, St. Paul, Minnesota, erhältlich sind.
Es ist ersichtlich, dass eine große Vielzahl von heißschmelzenden
Klebstoffen, die für
Gehäuse-
und Kartonabdichtung ausgelegt sind, wie auch Schweißen (Hitze
oder Ultraschall) verwendet werden können, um das feste Ende 42 auf dem
zweiten Substrat 14 anzukoppeln.
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Der
Mittelbereich 46 der Bedeckung 24 ist ebenfalls
durch das zweite Adhäsiv 54 mit
dem zweiten Substrat 14 gekoppelt. Das zweite Adhäsiv 54 ist
ein drucksensitiver, lösbarer,
wiederverschließbarer
Klebstoff, der dazu dient, den Mittelbereich 46 der Bedeckung 24 gegen
das zweite Substrat 14 zu halten.
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Der
Klebstoff 54 kann am zweiten Substrat 14 und/oder
an der Bedeckung 24 permament angebracht sein. Wie illustriert,
ist der Klebstoff 54 am zweiten Substrat 14 permanent
angebracht, so dass die Dichtung zwischen dem zweiten Klebstoff 54 und
der Bedeckung 24 zerbrochen wird, wenn das freie Ende 42 der
Bedeckung 24 vom zweiten Substrat 14 abgehoben
wird.
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Ein
geeigneter drucksensitiver Klebstoff 54 zur Verwendung
mit dem Biosensor 10 kann an der Bedeckung 24 wieder
abgedichtet werden, so dass sich die Bedeckung 24 über den
Probenort 66 erstreckt. Der zweite Klebstoff 54 ist
vorzugsweise vom Ende des Substrats 14 beabstandet, das
in allgemeiner Ausrichtung zu einer Zunge 48 ist, die sich
vom freien Ende 44 der Bedeckung 24 erstreckt.
Der Anwender greift die Zunge 48 leicht, um es dem Anwender
zu ermöglichen,
selektiv den Mittelbereich 46 der Bedeckung 54 vom
zweiten Substrat 14 abzuheben, wie in den 3–5 und 7 gezeigt.
Ein nicht-beschränkendes
Beispiel eines geeigneten druckempfindlichen Klebstoffs 54 ist
HL-2268, der von der H. B. Fuller Company, St. Paul, Minnesota,
kommerziell erhältlich
ist. Es ist ersichtlich, dass eine große Vielzahl von drucksensitiven
Klebstoffen wie auch Klettbandverschluss-artigen Befestigern, Zungen-
und Rillenbefestigern und dgl. verwendet werden kann, um den Mittelbereich 46 am
zweiten Substrat 14 zu befestigen.
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Der
das Reagens 20 enthaltende Biosensor 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorzugsweise unter Verwendung von Materialrollen
hergestellt, die breiter sind als der Biosensor selbst. Spezifisch
werden das erste Substrat 12, die Schienen 16, 18 und
das zweite Substrat 14 wie im US-Patent Nr. 5,762,770 beschrieben
zusammengebaut und in einer Rolle 68 untergebracht. Die
Rolle 68 wird abgewickelt und der heißschmelzende Klebstoff 50, 52 und
der drucksensitive Klebstoff 54 werden auf der ersten Oberfläche des
zweiten Substrats 14 unter Verwendung einer Computer-gesteuerten
Heißschmelzabgabeeinheit 101 aufgebracht. Es
ist ersichtlich, dass eine Anzahl von kommerziell erhältlichen
Ausgabeeinheiten verwendet werden kann, um die Klebstoffe 50, 52, 54 auf
das zweite Substrat 14 gemäß dieser Offenbarung aufzubringen.
Es ist auch ersichtlich, dass der Durchschnittsfachmann erkennen
wird, dass das erste Substrat 12, die Schiene 16, 18 und
das zweite Substrat 14 unter Verwendung einer Vielzahl
von bekannten Herstellungstechniken zusammengebaut werden kann.
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Die
Bedeckung 24 ist auch in einer Rolle 70 enthalten,
wie in 8 gezeigt, die breiter ist als die Bedeckung selbst.
Die Rolle 70 wird abgewickelt und einem Streifenschneider 102a einer
Schneideinheit 102 zugeführt. Im Streifenschneider 102a wird
das Abdeckmaterial der Rolle 70 in die für jeden
Biosensor 10 geeignete Breite geschnitten. Zusätzlich wird
Abdeckmaterial der Rolle 70 der Schneid/Stanz- und Platzierungseinheit 102b der
Schneideinheit 102 zugeführt. In der Einheit 102b werden
die Konturen der Zunge 48 und der Bedeckung 24 aus
dem Abdeckmaterial der Rolle 70 gestanzt und die sich ergebenden
Bedeckungen werden auf den Klebstoffen 50, 52, 54 platziert,
um eine Reihe von angebrachten Biosensoren zu bilden. Diese angebrachten
Biosensoren werden dann einer Sensorstanzeinheit 103 zugeführt, wo
die angebrachten Biosensoren geschnitten werden, um einzelne Biosensoren
geschnitten werden, um einzelne Biosensoren 10 zu bilden. Es
ist ersichtlich, dass jegliche Zahl kommerziell erhältlicher
Abgabeeinheiten, Schneideinheiten und Sensorstanzeinheiten verwendet
werden kann, um den Biosensor 10 gemäß dieser Offenbarung zu bilden.
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Typischerweise
wird eine Mehrzahl von Biosensoren in einer Phiole verpackt, üblicherweise
mit einem Stopper, der ausgebildet ist, um die Phiole abzudichten.
Es ist jedoch ersichtlich, dass Biosensoren individuell verpackt
werden können
oder Biosensoren aufeinandergefaltet werden können, in einer Wicklung gerollt
werden können,
in einem Kassettenmagazin gestapelt werden können oder in einer Blisterpackung
verpackt werden können.
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Der
Biosensor 10 wird in Verbindung mit folgendem verwendet:
- 1. Eine Stromquelle in elektrischer Verbindung
mit den Arbeits- und Hilfselektroden, die in der Lage ist, eine elektrische
Potentialdifferenz zwischen den Arbeits- und Hilfselektroden bereitzustellen,
die ausreicht, um eine Diffusions-begrenzte Elektrooxidation der reduzierten
Form des Mediators auf der Oberfläche der Arbeitselektrode zu
verursachen; und
- 2. es wird ein Messgerät
in elektrischer Verbindung mit der Arbeits- und der Hilfselektrode,
das in der Lage ist, den Diffusions-begrenzten Strom zu messen,
der durch die Oxidation der reduzierten Form des Mediators bei der
oben genannten elektrischen Potentialdifferenz entsteht, eingesetzt.
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Das
Messgerät
ist normalerweise dafür
ausgelegt, einen Algorithmus auf die Strommessung anzuwenden, wodurch
eine Analytenkonzentration bereitgestellt und visuell angezeigt
wird. Verbesserungen an solch einer Stromquelle, einem Messgerät und einem
Biosensorsystem sind Gegenstand der gemeinsam zugewiesenen US-Patente Nrn. 4,963,814,
erteilt am 16.10.1990; 4,999,632, erteilt am 12.03.1991; 4,999,582, erteilt
am 12.03.1991; 5,243,516, erteilt am 07.09.1993; 5,352,351, erteilt
am 04.10.1994; 5,366,609, erteilt am 22.11.1994, White et al., US-Patent
Nr. 5,405,511, erteilt am 11.04.1995; und White et al., US-Patent
Nr. 5,438,271, erteilt am 01.08.1995.
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Viele
Fluidproben können
analysiert werden. Beispielsweise können menschliche Körperfluide,
wie Gesamtblut, Plasma, Seren, Lymphe, Galle, Urin, Samen, cerebrospinale
Flüssigkeit,
spinale Flüssigkeit,
lakrimale Flüssigkeit
und Stuhlproben, wie auch andere biologische Fluide, die für Fachleute
leicht ersichtlich sind, gemessen werden. Fluidpräparationen
von Gewebe können
ebenfalls analysiert werden, wie auch Nahrungsmittel, Fermentierungsprodukte
und Umweltsubstanzen, die möglicherweise
Umweltkontaminationen enthalten. Vorzugsweise wird mit dieser Erfindung
Gesamtblut analysiert.
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In
Verwendung hebt der Anwender die Zunge 48, um den Mittelbereich 46 der
Bedeckung 24 vom zweiten Substrat 14 zu trennen
und den Probenort 66 zur Ansicht zu öffnen. Siehe 3–5.
Eine Flüssigprobe 133 wird
dann auf dem Probenort 66 deponiert. Wenn das Reagens 20 das
Reagens zum Messen von Glucose, wie oben beschrieben, ist, löst die den
Analyten enthaltene Probe 133 das Reagens 20 in
der Öffnung 40 auf,
um den Analyten zu oxidieren und die oxidierte Form des Mediators
zu reduzieren. Die Reaktion zwischen dem Analyten und dem Reagens 20 darf
bis zu ihrem Abschluss fortschreiten. (Abschluss ist definiert als
hinreichende Reaktion, die den Analyten, das Enzym und den Mediator
(oxidierte Form) involviert, um die Analytenkonzentration mit einem
Diffusions-begrenzten Strom zu korrelieren, der durch die Oxidation
der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der Arbeitselektrode erzeugt
wird.)
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Nachdem
die Reaktion abgeschlossen ist, legt eine Stromquelle (z. B. eine
Batterie) eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden an. Wenn
die Potentialdifferenz angelegt wird, muss die Menge an oxidierter Form
des Mediators an der Hilfselektrode und die Potentialdifferenz hinreichend
sein, um eine Diffusions-begrenzte
Elektrooxidation der reduzierten Form des Mediators an der Oberfläche der
Arbeitselektrode zu verursachen. Ein Strommessgerät (nicht
gezeigt) misst den durch die Oxidation der reduzierten Form des
Mediators an der Oberfläche
der Arbeitselektrode erzeugten Diffusions-begrenzten Strom. Der
gemessene Strom kann akkurat mit der Konzentration des Analyten
in Probe 133 korreliert werden, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- 1. Die Oxidationsrate der reduzierten Form
des Mediators wird durch die Diffusionsrate der reduzierten Form
des Mediators zur Oberfläche
der Arbeitselektrode festgelegt.
- 2. Der erzeugte Strom wird durch die Oxidation der reduzierten
Form des Mediators an der Oberfläche
der Arbeitselektrode begrenzt.
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Wenn
einmal die Konzentration des Analyten festgestellt worden ist, drückt der
Anwender den Mittelbereich 46 der Bedeckung 24 über dem
Probenort 66, um die Bedeckung 24 auf dem zweiten
Substrat 14 wieder zu schließen. Somit stellt die wiederverschließbare Bedeckung 24 eine
Schutzabdeckung für
den Probenort 66 während
des Lagerns vor der Anwendung und vor dem Wegwerfen nach Abschließen der
Analyse bereit, um die Probe 133 im Biosensor 10 zu
versiegeln.
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Ein
Biosensor 110 wird gemäß einem
anderen Aspekt dieser Erfindung bereitgestellt und in den 9–11 illustriert.
Der Biosensor 110 beinhaltet ein zweites isolierendes Substrat 114,
das auf dem ersten Substrat 12 angeordnet ist, die Schienen 16, 18,
die zwischen den Substraten 12, 114 gelegen sind,
ein Testreagens 120, ein drittes Substrat 122,
das über
dem Reagens 120 auf einem Bereich des zweiten Substrats 114 gelegen
ist, und eine Bedeckung 124, die sich über das dritte Substrat 122 erstreckt.
Der Biosensor 110 wird aus Materialrollen in einer Weise ähnlich wie
der Biosensor 10 hergestellt.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 11 wird das zweite Substrat 114 ausgebildet,
um einen Kanal 140 zu enthalten, der dafür bemessen
ist, das Reagens 120 aufzunehmen und einen Probenort 166 zu
definieren. Das Reagens 120 ist ähnlich Reagens 20 ausgebildet,
außer
bezüglich
seiner Form. Das Reagens 120 und der Probenort 166 können eine
Vielzahl von Formen in Übereinstimmung
mit dieser Offenbarung annehmen. Das zweite Substrat 114 wird
mit dem ersten Substrat 12, den Schienen 16, 18 und
dem dritten Substrat 122 durch einen Klebstoff, wie einen
Heißschmelzkleber,
verbunden. Ein nicht-beschränkendes
Beispiel eines solchen Klebers ist DYNAPOL S-1358-Kleber, der von
der Hüls
America, Inc., 220 Davidson Street, Postfach 6821, Somerset, NJ,
08873 erhältlich
ist. Es ist ersichtlich, dass gemäß dieser Offenbarung erste
und zweite Substrate 12, 114 miteinander unter
Verwendung einer großen
Vielzahl von kommerziell erhältlichen
Klebstoffen oder durch Schweißen
(Hitze oder Ultraschall) verbunden werden können.
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Der
Kanal 140 ist dafür
bemessen, den Kapillarfluss der Flüssigprobe 130 quer
zu den Schienen 16, 18 zu fördern. Die Länge und
Breite von Kanal 140 definiert die Länge und Breite des Probenorts 166 und
die Dicke des Substrats 114 definiert die Höhe der Testkammer.
Der Probenort 166 ist ausgebildet, um eine Länge von
etwa 4 bis etwa 8 mm aufzuweisen und eine Breite von etwa 4 bis
etwa 5 mm. Vorzugsweise ist der Probenort dafür ausgebildet, eine Länge von
etwa 6 mm und eine Breite von etwa 4,5 mm aufzuweisen. Das Ausmaß, mit dem
die Schienen 16, 18 exponiert sind, bestimmt die
Oberfläche
jeder Elektrode. Das Ausmaß an Exposition
kann wie oben unter Bezugnahme auf den Biosensor 10 diskutiert
variieren.
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Das
dritte Substrat 122 des Biosensors 110 überlappt
einen Bereich des zweiten Substrats 114. Das dritte Substrat 122 weist
eine erste Oberfläche 172 und
eine zweite Oberfläche 174,
die zum zweiten Substrat 114 weist, auf.
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Wie
in den 10–11 gezeigt,
ist das dritte Substrat 122 dafür ausgebildet, eine Probenöffnung 168 und
ein Luftventil 170, das in Ausrichtung mit dem Kanal 140 positioniert
ist, zu beinhalten. Die Probenöffnung 168 ist
im Allgemeinen von kreisförmiger
Form, obwohl ersichtlich ist, dass die Probenöffnung 168 eine Vielzahl
von Formen und Größen gemäß dieser
Offenbarung einnehmen kann. Das dritte Substrat 122 ist
aus einem Material konstruiert, das identisch mit dem zweiten Substrat 114 ist.
Es ist ersichtlich, dass das dritte Substrat 122 auch aus
einer Vielzahl von Materialien konstruiert sein kann, wie oben unter
Bezugnahme auf die Substrate 12, 14 diskutiert.
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Wie
in den 9–11 gezeigt,
wird die Bedeckung 124 ähnlich
der Bedeckung 24 ausgebildet, außer dass die Bedeckung 124 einen
erhobenen Bereich 156 enthält, der dafür bemessen ist, in sich eine
Senkplatte aufzunehmen. Wie in 10 gezeigt,
ist die Senkplatte 160 in allgemeiner Ausrichtung zur Öffnung 168. Die
Senkplatte 160 ist dafür
ausgebildet, Fluid zu absorbieren, wenn sich die Bedeckung 124 über die
Probenöffnung 168 erstreckt.
Die Senkplatte 160 ist dafür ausgebildet, jegliche Flüssigprobe
zu absorbieren, die nach dem Test über der Öffnung 168 verbleibt.
Das Senkplatte 160 ist ein von der PALL Specialty Materials,
Port Washington, NY hergestelltes Cellulosesaugpapier. Als Alternative
können
auch konjugierte Kissen als "Senkplatte" verwendet werden,
die von der PALL Specialty Materials, Port Washington, NY, kommerziell
erhältlich sind.
Der Klebstoff 54 wird verwendet, um die Senkplatte vor
Ort über
der Bedeckung 124 zu halten.
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Alternativ
kann ein Trockenmittel permanent entweder an der Bedeckung 124 oder
am dritten Substrat 122 angebracht sein. Ein geeignetes
Trockenmittel entfernt Feuchtigkeit aus dem Reagens 120,
wenn die Bedeckung 124 in einer geschlossenen Position,
abgedichtet gegenüber
dem dritten Substrat 122, ist. Nicht-beschränkende Beispiele
von Trockenmitteln beinhalten Aluminiumoxid-Gel, Silika-Gel, ein
Molekularsieb vom Typ 3A oder 4A, oder Calciumsulfat. Vorzugsweise
ist das Trockenmittel DesiMaxTM SLF Trockenmittel
in Bandform, das kommerziell von der Multisorb Technologies, Inc.,
Buffalo, NY erhältlich
ist.
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Die
Bedeckung 124 ist lösbar
und wiederverschließbar
am dritten Substrat 122 angebracht. Wie in 10 gezeigt,
ist das feste Ende 42 der Bedeckung 124 am dritten
Substrat 122 angebracht und der Klebstoff 152 sichert
den Mittelbereich 46 der Bedeckung 124 lösbar am
dritten Substrat 122. Der Klebstoff 152 erzeugt auch
eine anfängliche
Abdichtung zwischen der Bedeckung 124 und dem dritten Substrat 122 um
den Probenort 166. Der Klebstoff 152 wird ähnlich wie
Klebstoff 52 hergestellt, außer dass der Klebstoff 152 um
den erhobenen Bereich 156 und das Luftventil 170 aufgebracht
ist.
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Der
Klebstoff 152 ist über
die erste Oberfläche 34 des
zweiten Substrats 14 und/oder die angrenzende Unterseite 28 des
vom Klebstoff 50 beabstandeten Mittelbereichs 46 verteilt.
Die Adhäsivbindung
zwischen dem Mittelbereich 46 und dem dritten Substrat 122 wird
nur einmal gerade vor Verwendung gebrochen. Somit wird eine Dichtung
zwischen der Bedeckung 24 und dem dritten Substrat 122 um
das Reagens 120 während der
Lagerung des Biosensors 10 gebildet. Wie in 11 gezeigt,
wird, wenn einmal die Abdichtung gebrochen ist, ein Film 157 allgemein
auf dem dritten Substrat 122 und/oder der Bedeckung 124 so
zurückgelassen,
dass der Klebstoff 152 die Bedeckung 124 und das
dritte Substrat 122 nicht wieder abdichtet.
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Der
Biosensor 110 wird in einer ähnlichen Weise wie der Biosensor 10 hergestellt,
außer
dass die Senkplatten in einer Rolle angeordnet sind. Die Rolle mit
Senkplatten wird gestanzt, mit einem Klebstoff beschichtet und an
einem Ort des erhöhten
Bereichs von Bedeckung 124 platziert, so dass die Senkplatte 160 zum
dritten Substrat 122 hinweist.
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Bei
Verwendung hebt der Anwender die Zugzunge 48 der Bedeckung 124,
um den Mittelbereich 46 der Bedeckung 124 von
den zweiten und dritten Substraten 114, 122 zu
trennen und die Probenöffnung 168 zur
Ansicht zu öffnen.
Die Flüssigprobe 133 wird
dann in die Probenöffnung 168 deponiert.
Die Probe 133 wandert und verteilt sich durch den Kanal 140 über das
Reagens 120 und die Schienen 16, 18.
Die Reaktion zwischen dem Analyten und dem Reagens 20 ist
die gleiche wie die oben beschriebene. Wenn einmal die Konzentration
des Analyten bestimmt ist, drückt
der Anwender den Klebstoff 54 auf das dritte Substrat 122,
so dass die Bedeckung 124 sich über die Probenöffnung 168 erstreckt.
Somit stellt die wiederverschließbare Bedeckung 124 eine
Schutzabdeckung für
die Probenöffnung 168 während der
Lagerung vor Verwendung und vor dem Wegwerfen nach Abschluss der
Analyse bereit, um die Flüssigprobe 133 im
Biosensor 110 zum Aufrechterhalten eines hygienischen Zustands
nach Verwendung abzudichten. Die Senkplatte nimmt auf oder absorbiert
Flüssigprobe 133,
die nach Verwendung des Biosensors 110 in Kontakt mit der
Bedeckung 124 bleibt.
