DE69727128T2

DE69727128T2 - Wegwerfbare teststreifen zur bestimmung von blutbestandteilen und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE69727128T2
Application number: DE69727128T
Authority: DE
Inventors: F. Jerome MCALEER; David Witney SCOTT; Geoff Hall; Manuel Alvarez-Icaza; V. Elliot PLOTKIN
Original assignee: Diabetes Diagnostics Inc
Current assignee: Diabetes Diagnostics Inc
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: DE69727128D1; PT880692E; ES2212077T3; ATE257595T1; EP0880692B1; CA2245941C; AU715340B2; CA2245941A1; AU2269297A; EP0880692A1; US5708247A; WO1997030344A1; DK0880692T3; US5951836A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung betrifft wegwerfbare Teststreifen zur Verwendung bei elektrochemischen Bestimmungen von Blutanalyten, wie etwa Glukose, und Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung von solchen Streifen.
Die Glukoseüberwachung ist eine Tatsache des alltäglichen Lebens für Diabetiker, und die Genauigkeit einer solchen Überwachung kann im wahrsten Sinne des Wortes den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten. Um einen normalen Lebensstil im Hinblick auf das Bedürfnis für eine häufige Überwachung von Glukosekonzentrationen zu gewährleisten, sind jetzt eine Anzahl von Glukose-Meßgeräten verfügbar, die es dem einzelnen erlauben, die Glukosekonzentration in einer geringen Menge Blut zu testen.
Viele dieser Meßgeräte weisen Glukose in einer Blutprobe auf elektrochemischem Wege nach, indem die Oxidation von Blutglukose unter der Verwendung eines Enzyms, wie etwa Glukoseoxidase, nachgewiesen wird, das als Teil eines wegwerfbaren, einmal zu gebrachenden Elektrodensystem bereitgestellt wird. Beispiele für Vorrichtungen diesen Typs werden in dem europäischen Patent Nr. 0 127 958 und US-Patenten Nr. 5,141,868, 5,286,362, 5,288,636 und 5,437,999 offenbart, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Im allgemeinen umfassen existierende Glukoseteststreifen zur Verwendung in elektrochemischen Meßgeräten ein Substrat, Arbeits- und Bezugselektroden, die auf der Oberfläche des Substrats gebildet werden, und ein Mittel zum Herstellen einer Verbindung zwischen den Elektroden und dem Meßgerät. Die Arbeitselektrode ist mit einem Enzym beschichtet, das in der Lage ist, Glukose zu oxidieren, und einer Mediator-Verbindung, die Elektronen von dem Emzym zur Elektrode überträgt, was zu einem meßbaren Strom führt, wenn Glukose vorhanden ist. Beispielhafte Mediator-Verbindungen schließen Ferricyanid, Metallocen-Verbindungen, wie etwa Ferrocen, Chinone, Phenaziniumsalze, Redoxindikator DCPIP und Imidazol-substituierte Osmiumverbindungen ein.
Arbeitselektroden dieses Typs sind auf viele Weisen formuliert worden. Zum Beispiel sind Mischungen aus leitendem Kohlenstoff, Glukoseoxidase und einem Mediator zu einer Paste oder Tinte formuliert worden und auf ein Substrat aufgetragen worden. EP 0 127 958 und US 5,286,362 . Im Fall von wegwerfbaren Glukosestreifen wird diese Anwendung mittels Siebdruck durchgeführt, um die dünnen Schichten zu erhalten, die für einen kleinen flachen Teststreifen geeignet sind. Die Verwendung von Siebdruck führt jedoch beim Betreiben der Elektrode zu Problemen.
Anders als eine dickere Kohlenstoffpastenelektrode, die während der Messung ziemlich intakt bleibt, haben siebgedruckte Elektroden, die aus Kohlenstoffpasten oder -tinten gebildet sind, die Tendenz, bei Kontakt mit der Probe aufzubrechen. Die Konsequenzen dieses Aufbruches sind zweifach. Erstens werden die Bestandteile der Elektrodenformulierung in die Lösung freigesetzt. Wenn diese Bestandteile mehr als eine Diffusionslänge von der darunterliegenden leitenden Schicht abdriften, tragen sie nicht länger zur Messung bei, sondern verringern in der Tat die Antwort, indem sie nach innen diffundierenden Analyten abschöpfen. Zweitens bedeutet der Aufbruch der siebgedruckten Elektrode, daß die effektive Elektrodenfläche sich mit der Zeit verringert.
Die Kombination dieser beiden Effekte führt zu Stromübergängen (current transients), die von einem anfänglichen Peak über die Messungsperiode rasch fallen, und zu einer hohen Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff, der schnell mit dem Mediator um das Enzym in Wettbewerb tritt. Diese Tatsache wird deutlich durch die viel geringeren gemessenen Ströme in Blutproben als in Plasmaproben oder anderen wäßrigen Medien demonstriert und kann zu fehlerhaften Ablesewerten führen. Eine weitere Konsequenz ist, daß die Übergänge (transients) oft „klumpig" sind, während die Elektrode in chaotischer Weise aufbricht. Klumpige Übergänge verursachen entweder fehlerhafte Lesewerte oder verworfene Streifen, was beides nicht akzeptabel ist.
Zusätzlich zu dem Potential für das Aufbrechen der Elektrode von siebgedruckten Elektroden auf Kohlenstoffbasis sind bekannte Elektroden, die in wegwerbaren Glukoseteststreifen verwendet worden sind, kinetisch gesteuert worden, d. h., der Strom hängt von der Umwandlungsrate von Glukose durch das Enzym ab. Da die Antwort, die von dem Instrument gemessen wird, ein Gleichgewicht zwischen den Reaktionen von Enzym und Mediator, Enzym und Glukose und Enzym und Sauerstoff darstellt, und da jede dieser Reaktionen ihre eigene Temperaturabhängigkeit hat, ist die Antwort eines kinetisch gesteuerten Teststreifens sehr empfindlich gegenüber der Temperatur der Probe. Eine wesentliche Variation in dem gemessenen Glukosewert kann deshalb als ein Ergebnis von Variationen bei dem Behandeln von Proben auftreten.
Aufgrund der Wichtigkeit, genaue Glukose-Lesewerte zu erhalten, für das Wohlergehen eines Patienten, der das Meßgerät und wegwerfbare Teststreifen verwendet, wäre es stark wünschenswert, einen Glukoseteststreifen zu haben, der nicht unter diesen Nachteilen leidet, und der deshalb einen stabileren und zuverlässigeren Hinweis auf tatsächliche Blutglukosewerte lieferte, ohne Rücksicht auf aktuelle Bedingungen. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wegwerfbare Glukoseteststreifen bereitzustellen, die keine Tendenz zum Aufbrechen der Elektrode bei Kontakt mit einer Probe haben.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, Glukoseteststreifen bereitzustellen, die für einen Glukoseablesewert sorgen, der im wesentlichen unabhängig von dem Hämatokrit der Probe ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Glukoseteststreifen bereitzustellen, die im wesentlichen unabhängig von der Temperatur über einen Bereich zwischen normaler Körpertemperatur und Zimmertemperatur sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Teststreifen bereitzustellen, die für einen im wesentlichen flachen Stromübergang sorgen, ohne einen signifikanten Abfall für Perioden für wenigstens 10 Sekunden, nachdem das Spitzenstromniveau erreicht worden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen wegwerfbaren Teststreifen mit den in Anspruch 1 der angehängten Ansprüche dargestellten Merkmale bereit.
Sie stellt ebenso ein Verfahren zum Herstellen des vorgenannten Teststreifens bereit, das die in Anspruch 19 der angehängten Ansprüche dargestellten Merkmale hat.
In dem obigen Test umfaßt die Arbeitselektrode eine leitende Grundschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und eine bevorzugt nicht-leitende Schicht, die über der leitenden Grundschicht angeordnet ist. Im Falle eines Glukoseteststreifens umfaßt die nicht-leitende Schicht ein Füllmaterial, der sowohl hydrophobe als auch hydrophile Oberflächenregionen, ein Enzym, das Glukose oxidieren kann, z. B. Glukoseoxidase, und einen Mediator, der Elektronen von dem Enzym zu der leitenden Grundschicht übertragen kann, hat. Das Füllmaterial ist bevorzugt so gewählt, daß es ein Gleichgewicht aus Hydrophobizität und Hydrophilie hat, so daß es beim Trocknen ein zweidimensionales Netzwerk auf der Oberfläche der leitenden Grundschicht bildet. Bevorzugte Füllmaterialien sind nicht-leitende Siliciumdioxid-Füllmaterialien. Die Antwort dieses Teststreifens ist von der Diffusionsrate der Glukose abhängig, nicht von der Rate, mit der das Enzym Glukose oxidieren kann, so daß die Leistung des Teststreifens über relevante Temperaturbereiche im wesentlichen temperaturunabhängig ist. Darüberhinaus scheint das Siliciumdioxid ein zweidimensionales Netzwerk zu bilden, das rote Blutkörperchen ausschließt, wodurch der Teststreifen im wesentlichen gegenüber dem Hämatokrit des Patienten unempfindlich wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B zeigen eine Elektrodenstruktur, die in einem wegwerfbaren Teststreifen gemäß der Erfindung nützlich ist;
2 zeigt einen Teststreifen gemäß der Erfindung;
3A–3C zeigt den Strom, der als eine Funktion der Glukosekonzentration für drei unterschiedliche Hämatokritniveaus gemessen wird;
4 zeigt das Verhältnis der Glukosekonzentrationsabhängigkeit von dem gemessenen Strom als eine Funktion des Hämatokrit;
5A–5C zeigt den Strom, der als eine Funktion der Glukose im Blut und einer Kontrollösung für drei unterschiedliche leitende Grundschichten gemessen wird;
6A und 6B zeigt den Strom, der als eine Funktion von Glukose bei zwei unterschiedlichen Temperaturen gemessen wird;
7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Glukoseteststreifens gemäß der Erfindung; und
8A und 8B zeigt Stromübergänge, die bei der Verwendung eines Teststreifens gemäß der Erfindung eines kommerziellen Teststreifens auf Kohlenstoffgrundlage beobachtet worden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1A und 1B zeigen Elektroden, die in einem wegwerfbaren Teststreifen gemäß der Erfindung nützlich sind. Wie gezeigt, werden die Elektroden auf einem Substrat 10 gebildet. Auf das Substrat 10 werden eine leitende Grundschicht 16, eine Arbeitselektrodenstruktur 15, eine Bezugselektrodenspur 14, die in Bezugselektrode 14' endet, und leitende Kontakte 11, 12 und 13 aufgebracht. Eine Isoliermaske 18 wird dann gebildet, was einen Teil der leitenden Grundschicht 16 und die Kontakte 11, 12 und 13 exponiert läßt. Eine Region einer Arbeitsbeschichtung 17 wird dann über die Isoliermaske 18 aufgetragen, um Kontakt mit der leitenden Grundschicht 16 zu machen.
Der in 1 gezeigte Aufbau stellt einen vollständig funktionalen Aufbau für die Messung eines Blutanalyten bereit, wenn er mit einem Meßgerät verbunden ist. Vorteilhafterweise werden jedoch die Elektrodenstreifen der Erfindung fertiggestellt, indem man ein Polyesternetz 21 über die Region der Arbeitsbeschichtung 17 des Elektrodenaufbaus 22 aufbringt und dann eine obere Abdeckung 23, um ein Herausspritzen der Blutprobe zu verhindern (2). Das Polyesternetz dient dazu, die Probe zur Referenzelektrode 14' zu leiten, wodurch die Vorrichtung ausgelöst und der Test initiiert wird.
Das beim Herstellen der Teststreifen der Erfindung verwendete Substrat 10 kann jedes nichtleitende, dimensional stabile Material sein, das zum Einbau in einen Glukose-Testmeßgerät geeignet ist. Geeignete Materialien schließen Polyesterfilme z. B. einen 330-Mikron-Polyesterfilm, und andere isolierende Substratmaterialien ein.
Die Arbeitselektrodenspur 15, die Bezugselektrodenspur 14 und die leitenden Kontakte 11 und 12 können aus jedem im wesentlichen leitenden Material, einschließlich Silber, Ag/AgCl, Gold oder Platin/Kohlenstoff gebildet werden.
Die leitende Grundschicht 16 wird bevorzugt aus leitendem Kohlenstoff gebildet. Bevorzugter leitender Kohlenstoff sind ERCON ERC1, ERCON ERC2 und Acheson Carbon Electrodag 423. Kohlenstoff mit diesen Spezifizierungen ist erhältlich von ERCON Inc. (Waltham, Massachusetts, USA), oder Acheson Colloids (Princes Rock, Plymouth, England). Die leitende Grundschicht 16 stellt einen Kontakt mit der Arbeitselektrodenspur 15 her und befindet sich in der Nähe von dem Ende der Bezugselektrodenspur 14, tritt aber mit diesem nicht in Kontakt.
Die Isolierschicht 18 kann aus druckbaren dielektrischen Materialien auf Polyester-Basis gebildet werden, wie etwa ERCON R488-B(HV)-B2-Blau. Die obere Abdeckung 23 ist in geeigneter Weise aus einem Polyesterstreifen oder einem „Heißschmelzen"-beschichteten Plastik gebildet (hot melt coated pastic).
Teststreifen der vorliegenden Erfindung erfordern nicht die Bildung eines diskreten Ausgangsport, um einen Austritt der Luft aus der Vorrichtung zu ermöglichen, während die Probe in die Elektrodenkammer eintritt, sondern verwenden stattdessen einen verteilen Ausgang entlang der gesamten Kanten des Netzes. Während die Probenflüssigkeit entlang des Netzes gesogen wird, sickert Luft aus den Kanten des Netzen überall um die Vorrichtung herum unter der oberen Schicht. Die Probenflüssigkeit sickert nicht heraus, da die Isolationsschicht diesem Teil des Netzes eine signifikante Hydrophobizität verleiht. Die flüssige Probe bleibt deshalb in der zentralen hydrophilen Region.
Der Schlüssel zu der Leistung, die unter der Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielt wird, liegt in der Natur der Beschichtung 17. Diese Beschichtung enthält ein Füllmaterial, das sowohl hydrophobe als auch hydrophile Oberflächenregionen hat, und im Falle eines Glukoseteststreifens, ein Enzym, das Gukose oxidieren kann, und einen Mediator, der Elektronen vom Enzym zu der darunterliegenden leitenden Grundschicht 16 übertragen kann. Diese Beschichtung wird in geeigneter Weise durch Formulieren einer Tinte, die das Füllmaterial, das Enzym und den Mediator in einem geeigneten Träger enthält, und durch Verwendung dieser Tinte gebildet, um die Beschichtung 17 auf die Vorrichtung zu drucken.
Ein bevorzugtes Füllmaterial zur Verwendung in der Beschichtung 17 ist Siliciumdioxid. Siliciumdioxid ist in einer Vielzahl von Qualitäten und mit einer Vielzahl von Oberflächenmodifizierungen erhältlich. Während alle Siliciumdioxid-Verbindungen, die getestet worden sind, zu einem Produkt führten, das Glukose unter einigen Bedingungen messen konnte, werden die überlegenen Leistungseigenschaften eines Glukoseteststreifens der Erfindung erhalten, wenn ein Siliciumdioxid mit einer Oberflächenmodifizierung, um es teilweise hydrophob zu machen, verwendet wird. Materialien dieses Typs schliepen Cab-O-Sil TS610, ein Siliciumdioxid, das durch partielle Oberflächenbehandlung mit Methyldichlorsilan modifiziert worden ist, Cab-O-Sil 530, ein Siliciumdioxid, das durch volle Oberflächenbehandlung mit Hexamethyldisilazan modifiziert worden ist, Spherisorb C4 Silicumdioxid, das mit Ketten mit vier Kohlenstoffatomen oberflächenmodifiziert worden ist, und andere auf ähnliche Weise modifizierte Siliciumdioxide oder Kombinationen davon ein. Siliciumdioxide mit einer Oberflächenmodifizierung, die zu hydrophob ist, sollten jedoch vermieden werden, da es beobachtet worden ist, daß C18-modifiziertes Siliciumdioxid zu hydrophob ist, um eine druckbare Tinte zu bilden.
Während des Herstellungsprozesses der Tinte der Erfindung werden die Partikel mittels Homogenisierung zersetzt, um innere hydrophile Teile der Siliciumdioxidpartikel offenzulegen. Die tatsächlichen Partikel, die in der Tinte vorhanden sind, haben deshalb sowohl hydrophile als auch hydrophobe Regionen. Die hydrophilen Regionen bilden die Wasserstoffbindungen miteinander und mit Wasser.
Wenn dieses Material zu einer Tinte formuliert wird, wie unten in Beispiel 1 beschrieben, und auf die leitende Grundschicht 16 siebgedruckt wird, bewirkt die duale Natur des Materials, daß Schichten aus zweidimensionalen Netzwerken gebildet werden, die eine Art von Bienenwaben-Form annehmen. Bei der Rehydratisierung bricht diese Schicht nicht auf, sondern quillt, um eine gelierte Reaktionszone in der Nähe der darunterliegenden leitenden Grundschicht 16 zu bilden. Reaktanten, wie etwa Enzym, Mediator und Glukose, bewegen sich frei innerhalb dieser Zone, aber störende Spezies, wie etwa rote Blutkörperchen, enthaltend oxygeniertes Hämoglobin, werden ausgeschlossen. Dies führt zu einer Vorrichtung, bei der die Menge an Strom, die in Antwort auf eine gegebene Menge von Glukose erzeugt wird, um weniger als 10% über einen Hämatokritbereich von 40 bis 60% variiert, und die daher im wesentlichen gegenüber dem Hämatokrit der Probe unempfindlich ist und in der Tat im wesentlichen auf dieselbe Weise in Blut wie in einer zellfreien Kontrollösung reagiert (3A–C, 4 und 5A–C).
Darüberhinaus stellt die gelierte Reaktionszone eine größere Barriere gegenüber dem Eintritt von Blutanalyten, wie etwa Glukose, dar, was bewirkt, daß die Vorrichtung eher diffusionslimitiert als kinetisch limitiert ist. Dies führt zu einer Vorrichtung, bei der der gemessene Strom um weniger als 10% über einen Temperaturbereich von 20°C bis 37°C variiert, und die daher im wesentlichen temperaturunabhängig ist (6A und 6B).
Beim Herstellen eines Glukoseteststreifens wird die Arbeitsschicht vorteilhafterweise aus einer wäßrigen Zusammensetzung gebildet, enthaltend 2 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 4 bis 10% und bevorzugter ungefähr 4,5% eines Bindemittels, wie etwa Hydroxyethylcellulose oder Mischungen von Hydroxyethylcellulose mit Alginat oder anderen Verdickungsmitteln; 3 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 5% und bevorzugter ungefähr 4% Siliciumdioxid; 8 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 14 bis 18% und bevorzugter ungefähr 16% eines Mediators, wie etwa Ferricyanid; und 0,4 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 2% und bevorzugter ungefähr 1,6% eines Enzyms, wie etwa Glukoseoxidase, unter Annahme einer spezifischen Aktivität von ungefähr 250 Einheiten/mg, oder ungefähr 1000 bis 5000 Einheiten pro Gramm an Tintenformulierung.
Die Arbeitsschicht kann ebenso zusätzliche Inhaltsstoffe enthalten, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die nicht-leitende Schicht ein Anti-Schäumungsmittel enthalten. Zusätzlich kann die nicht-leitende Schicht mit einem Puffermittel formuliert werden, um den pH der Reaktionszone zu kontrollieren. Der pH kann auf einem Niveau innerhalb des Bereichs von ungefähr pH 3 bis pH 10 gehalten werden. Es ist von besonderer Nützlichkeit, den pH der Vorrichtung auf einem Niveau oberhalb von 8 zu halten, da bei diesem pH Sauerstoff, der an Hämoglobin gebunden ist, nicht freigesetzt wird. Weiterhin ist bei diesem pH die Reaktionsrate von Glukoseoxidase mit Sauerstoff sehr niedrig. Daher kann die Auswahl eines geeigneten pH weiter die Leistung des Teststreifens gegenüber den Effekten eines variierenden Hämotokrits stabilisieren.
Während eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein Glukoseteststreifen, wie oben beschreiben, ist, die Teststreifen der Erfindung, die eine erste Arbeitsbeschichtung einschließen, angeordnet über der leitenden Grundschicht, wobei die erste Arbeitsbeschichtung ein Füllmaterial mit sowohl hydrophoben als auch hydrophilen Oberflächenregionen umfaßt. Zum Beispiel könnte ein Fructosamin-Teststreifen zwei Schichten enthalten, die über der leitenden Grundschicht angeordnet sind. Die erste, untere Schicht wird aus einer Tinte gebildet, umfassend einen Carbonatpuffer (pH > 10) in einer Siliciumdioxid-Mischung, im wesentli chen wie in Beispiel 7 beschrieben, aber ohne Enzym, Mediator oder Citratpuffer. Die zweite, obere Schicht wird aus einer Tinte gebildet, die weiterhin ein Oxidationsmittel, wie etwa ein Ferricyanid umfaßt.
7 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform wird eine zweite Arbeitsschicht 71 über der ersten Arbeitsschicht 17 angeordnet. Diese Schicht wird aus einer Zusammensetzung gebildet, die im wesentlichen mit der ersten Arbeitsschicht identisch ist, außer daß das Enzym oder sowohl das Enzym als auch der Mediator weggelassen werden. Diese Schicht isoliert weiterhin die leitende Grundschicht von einem Kontakt mit Sauerstoff-tragenden roten Blutkörperchen, wodurch die Effekte von Sauerstoff verringert werden. Darüberhinaus kann in dem Ausmaß, daß Enzym dazu tendieren mag, von der Oberfläche der Elektrode während des Verlaufs der Messung weg zu diffundieren, eine solche Schicht, enthaltend einen Mediator, eine vergrößerte Region bereitstellen, in der sie den Mediator für die Übertragung von Elektronen zur Verfügung stehen hat.
BEISPIEL 1
Eine nicht-leitende Formulierung zur Herstellung der Arbeitsschicht 17 wurde wie folgt gemacht. 100 ml von 20 mM wäßrigem Trinatriumcitrat wurde auf pH 6 durch die Zugabe von 0,1 M Zitronensäure eingestellt. Hierzu wurden 6 g Hydroxyethylcellulose (HEC) zugegeben und mittels Homogenisierung gemischt. Die Mischung wurde über Nacht stehengelassen, um zu ermöglichen, daß Luftblasen dispergieren konnten, und dann wurde sie als eine Stammlösung für die Formulierung der Beschichtungszusammensetzung verwendet.
2 Gramm Cab-O-sil TS610 Siliciumdioxid und 0,1 Gramm Dow Corning-Antischäumungs-Verbindung wurde allmählich per Hand zu 50 Gramm der HEC-Lösung zugegeben, bis ungefähr 4/5 der gesamten Menge zugegeben worden war. Der Rest wurde unter Mischen mittels Homogenisierung zugegeben. Die Mischung wurde dann für 10 Minuten in einem Kühlschrank gekühlt. 8 g Kaliumhexacyanoferrat (III) wurde dann zugegeben und vermischt, bis es vollständig aufgelöst war. Schließlich wurden 0,8 g Glukoseoxidaseenzymzubereitung (250 Einheiten/mg) zugegeben und dann vollständig in die Lösung gemischt. Die resultierende Formulierung war zum Drucken fertig oder konnte unter Kühlung gelagert werden.
BEISPIEL 2
Um Glukoseteststreifen unter der Verwendung der Tintenformulierung aus Beispiel 1 herzustellen, werden eine Reihe von Mustern verwendet, um Schichten auf ein 330 Mikron-Polyestersubstrat (Melinex 329) per Siebdruck aufzubringen. Der erste Schritt ist das Drucken von Kohlenstoffkissen (carbon pads). Eine Anordnung von 10 × 50 Kissen aus Kohlenstoff wird auf der Oberfläche des Polyestersubstrats durch Drucken mit EC2-Kohlenstoff (Ercon) gebildet. Das gedruckte Substrat wird dann durch einen Heiztrockner geleitet und fakultativ bei erhöhten Temperaturen (z. B. 70°C) für eine Periode von 1 bis 3 Wochen ausgehärtet.
Als nächstes wird eine Anordnung von Silber/Silberchlorid-Verbindungsspuren und Kontakten auf das Substrat unter Verwendung von ERCON R-414 (DPM-68) 1,25 Bioelektroden-Sensor-Beschichtungsmaterial gedruckt und getrocknet. Eine Arbeitsspur, die Kontakt mit dem Kohlenstoffkissen macht, und eine Referenzspur wird für jedes Kohlenstoffkissen in der Anordnung gedruckt.
Eine dielektrische Schicht wird dann unter der Verwendung von ERCON R488-B(HV)-B2 Blau gedruckt und getrocknet. Die dielektrische Schicht wird in einem Muster gedruckt, das im wesentlichen jede Vorrichtung vollständig abdeckt, und nur die Kontakte, die Spitze der Referenzelektrode und die Kohlenstoffkissen bedeckt läßt.
Auf der dielektrischen Schicht wird die Tinte aus Beispiel 1 verwendet, um eine Arbeitsschicht zu bilden, die auf jedes leitende Kohlenstoffkissen überschichtet wird.
Polyester-Netz-Streifen (Scrynel PET230 HC) werden dann über das Substrat in Linien abgelegt, wobei sie die Reaktionsgebiete, die von den Fenstern in der dielektrischen Schicht freigesetzt werden, abdecken. Ein 5 mm breiter Polyesterstreifen (50 Mikron dick) wird dann über den oberen Teil der Netzstreifen aufgebracht, und die Kanten der Elektrode werden hitzeversiegelt. Schließlich wird das Substrat zerschnitten, um 50 einzelne Elektroden bereitzustellen, mit z. B. einer Größe von 5,5 mm Breite und einer Länge von 30 mm.
BEISPIEL 3
Teststreifen, die unter Verwendung der Tintenformulierung aus Beispiel 1 auf die in Beispiel 2 beschriebenen Weise hergestellt wurden, wurden in ein Test-Meßgerät mit einer angelegten Spannung von 500 mV gebracht und verwendet, um Blutproben mit verschiedenen Glukosekonzentrationen und Hämatokritwerten im Bereich von 40–60% zu testen. 3A–3C zeigen den Strom, der 25 Sekunden nach Anlegen der Spannung gemessen wurde, als eine Funktion der Glukosekonzentration, und 4 stellt die Steigung der Glukoseantwort als eine Funktion des Hämatokrit dar. Wie gesehen werden kann, erzeugen die Indikatoren hoch reproduzierbare Stromniveaus, die vom Hämatokrit wird im wesentlichen unabhängig sind.
BEISPIEL 4
Glukoseteststreifen gemäß der Erfindung wurden in Übereinstimmung mit Beispiel 2 hergestellt, außer, daß die nicht-leitende Schicht mit 7 g Spherisorb C4 und 1 g Cab-o-Sil TS610 gebildet wurde. Diese Formulierung wurde auf drei unterschiedlichen Typen von Kohlenstoff-enthaltenden leitenden Grundschichten abgelegt, wie folgt:

A: Ercon EC2
B: Ercon EC2
C: Ercon EC2 auf Acheson Carbon, Electrodrag 423 SS.

Diese Teststreifen wurden verwendet, um verschiedene Konzentrationen an Glukose in entweder einer Kontrollösung (One Touch Control Solution, Lifescan Inc.), enthaltend Glukose in einer inerten Lösung, oder in Blut bei einer angelegten Spannung von 425 mV zu messen. Der 25 Sekunden nach dem Anlegen der Spannung beobachtete Strom wurde gemessen. 5A–5C zeigen die Resultate, die für die drei Formulierungen A, B bzw. C erhalten wurden. In allen Fällen war die Steigung der Kurve, die die Antwort des Meßgeräts auf unterschiedliche Glukosekonzentrationen zeigt, im wesentlichen dieselbe, ob die Messungen in Blut oder der Kontrollösung gemacht wurden. Daher zeigt dies weiterhin die Unabhängigkeit der Teststreifen der Erfindung vom Sauerstoffgehalt und dem Hämatokritwert der Probe ebenso wie die Fähigkeit, verschiedene Materialien als leitende Grundschicht zu verwenden.
BEISPIEL 5
Teststreifen, die in Übereinstimmung mit Beispiel 2 hergestellt wurden, wurden bei zwei unterschiedlichen Probentemperaturen getestet, nämlich 37°C und 20°C unter Verwendung einer angelegten Spannung von 425 mV. 6A und 6B zeigen den Strom, der 25 Sekunden nach Anlegen der Spannung gemessen wurde, als eine Funktion der Glukosekonzentration. Wie gesehen werden kann, sind die Steigungen der beiden Linien im wesentlichen identisch (0,1068 bei 20°C gegen 0,1009 bei 37°C), was somit demonstriert, daß die Teststreifen im wesentlichen temperaturunabhängiges Verhalten über einen Temperaturbereich von Umgebungstemperatur bis physiologische Temperaturen zeigen.
BEISPIEL 6
Der Stromübergang (current transient) wurde für einen Teststreifen gemessen, der gemäß Beispiel 2 hergestellt worden war, und für einen kommerziellen Teststreifen, der mit einer Kohlenstoff-enthaltenden Tinte gemacht worden war. Die Resultate werden in 8A und 8B gezeigt. Wie gezeigt, sorgt der Teststreifen der Erfindung (8A) für einen sehr flachen Stromübergang, der mehr als 50% des Spitzenstroms für eine Periode von mehr als 25 Sekunden nach der anfänglichen Antwort von dem Teststreifen beibehält. Im Gegensatz dazu wies die Elektrode auf Kohlenstoffbasis einen nahezu unmittelbaren Abfall des Stroms auf, wobei sie 50% des Spitzenstroms in einer Periode der ersten ein bis zwei Sekunden nach der anfänglichen Antwort von den Teststreifen verloren hatte. Dies macht die zeitliche Abstimmung der Messung schwierig, wenn Spitzenstromwerte eingefangen werden sollen, oder verringert den dynamischen Bereich des Meßgeräts, wenn ein Strom gemessen werden muß, nachdem ein substantieller Abfall stattgefunden hat. Daher sind die Teststreifen der Erfindung dahingehend vorteilhaft, daß der in Antwort auf eine gegebene Menge an Glukose erzeugte Strom um weniger als 50% in den 5 Sekunden nach der Spitzenstromerzeugung abfällt.
BEISPIEL 7
Eine Tinte zum Drucken von Glukoseteststreifen gemäß der Erfindung wurde wie folgt formuliert:
67.8 g 20 mM Citratpuffer, pH 6
0,68 g Polyvinylalkohol (MW 85.000–146.000, 88% hydrolysiert)
0,68 g Polyvinylpyrrolidon-vinylacetat
0,42 g Dow Corning DC1500 Antischäumungsmittel
3,4 g Hydroxyethylzellulose (Natrosol 250 G, Hercules)
5,5 g oberflächenmodifizierte Silicumdioxid (Cabo-Sil TS 610, Cabot)
1,5 g Glukoseoxidase
20,0 g Kaliumferricyanid

Claims

Ein wegwerfbarer Teststreifen zur Verwendung in einem Testmeßgerät (test meter) des Typs, der einen wegwerfbaren Teststreifen und eine Blutprobe aufnimmt und eine elektrochemische Analyse der Menge an Glukose in der Probe durchführt, umfassend: (a) ein Substrat (10); (b) eine Referenzelektrode (14'); (c) eine Arbeitselektrode (22), wobei die Arbeitselektrode eine leitende Grundschicht (16), angeordnet auf dem Substrat (10), und eine erste Arbeitsbeschichtung (17), angeordnet über der leitenden Grundschicht (16), umfaßt, wobei die erste Arbeitsbeschichtung (17) ein Füllmaterial mit sowohl hydrophoben als auch hydrophilen Oberflächenregionen umfaßt; (d) Mittel (14, 15) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Referenz- und der Arbeitselektrode und einem Glukose-Testmeßgerät.
Teststreifen nach Anspruch 1, wobei die leitende Grundschicht (16) leitenden Kohlenstoff umfaßt.
Teststreifen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Arbeitsbeschichtung (17) nichtleitend ist.
Teststreifen nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Arbeitsbeschichtung (17) ein Netzwerk über der leitenden Grundschicht (16) nach einer Trocknung bildet.
Teststreifen nach Anspruch 4, wobei die erste Arbeitsbeschichtung (17) beim Rehydratisieren quillt, um eine gelierte Reaktionszone auf der leitenden Grundschicht (16) zu bilden, durch welche sich Reaktanten frei bewegen können, von der aber rote Blutkörperchen ausgeschlossen sind.
Teststreifen nach einem vorangehenden Anspruch, wobei das Füllmaterial Siliciumdioxid ist.
Teststreifen nach Anspruch 6, wobei das Siliciumdioxid durch Oberflächenbehandlung modifiziert worden ist, um es teilweise hydrophob zu machen.
Teststreifen nach Anspruch 7, wobei das Siliciumdioxid Cab-o-Sil TS 610 ist, ein Siliciumdioxid, das durch partielle Oberflächenbehandlung mit Dichlordimethylsilan teilweise hydrophob gemacht worden ist.
Teststreifen nach einem vorangehenden Anspruch, der zum Nachweis von Glukose dient, und bei dem die erste Arbeitsbeschichtung (17) weiterhin ein Enzym, das dahingehend wirkt, Glukose zu oxidieren, und einen Mediator umfaßt, der dahingehend wirkt, Elektronen von dem Enzym auf die leitende Grundschicht (16) zu übertragen.
Teststreifen nach Anspruch 9, wobei das Enzym Glukoseoxidase ist.
Teststreifen nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Mediator Ferricyanid ist.
Teststreifen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die erste Arbeitsschicht aus einer wäßrigen Zusammensetzung gebildet wird, umfassend 2 bis 10 Gew.-% eines Bindemittels; 3 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid; 8 bis 20 Gew.-% eines Mediators; und 1000 bis 5000 Einheiten pro Gramm der wäßrigen Zusammensetzung.
Teststreifen nach einem vorangehenden Anspruch, weiterhin umfassend eine Isoliermaske (18), angeordnet auf dem Substrat (10), die einen Teil der leitenden Grundschicht (16), die Referenzelektrode (14') und Kontakte (11, 12 und 13) exponiert läßt, wobei die erste Arbeitsbeschichtung (17) über der Isoliermaske (18) liegt und mit der leitenden Grundschicht (16) Kontakt herstellt.
Teststreifen nach einem der Ansprüche 9–13, weiterhin umfassend eine zweite Arbeitsschicht (71), umfassend Siliciumdioxid, ein Bindemittel und einen Mediator, aber kein Glukose-oxidierendes Enzym.
Teststreifen nach einem vorangehenden Anspruch, weiterhin umfassend ein Polyesternetz (21) über der Arbeitselektrode (22).
Teststreifen nach Anspruch 15, weiterhin umfassend eine obere Abdeckung (23) über dem Polyesternetz (21) zum Verhindern des Herausspritzens einer Blutprobe.
Ein Verfahren zum Herstellen des wegwerfbaren Teststreifens nach einem vorangehenden Anspruch, umfassend die Schritte: Aufbringen auf ein Substrat (10) eine Arbeitselektrodenspur (15) und eine Referenzelektrodenspur (14), die in einer Referenzelektrode (14') endet; Aufbringen einer leitenden Grundschicht (16) in Kontakt mit der Arbeitselektrodenspur (15); und Aufbringen einer ersten Arbeitsbeschichtung (17) über der leitenden Grundschicht (16), wobei die Arbeitsbeschichtung (17) ein Füllmaterial mit sowohl hydrophoben als auch hydrophilen Oberflächenregionen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: eine Isoliermaske (18) auf das Substrat (10) aufgebracht wird, wobei ein Teil der leitenden Grundschicht (16), die Referenzelektrode (14') und Kontakte (11, 12 und 13) exponiert gelassen werden; und die erste Arbeitsbeschichtung (17) aufgetragen wird, so daß sie über der Isoliermaske (18) liegt und mit der leitenden Grundschicht (16) Kontakt herstellt.