ES2223093T3

ES2223093T3 - Biosensor electroquimico.

Info

Publication number: ES2223093T3
Application number: ES98107022T
Authority: ES
Inventors: Steven C. Charlton; Yingping Deng; Karl-Heinz Hildenbrand; Larry D. Johnson; James J. Venosky
Original assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Current assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: DE69824664T2; NO981684D0; EP0877244A1; EP0877244B1; CA2236070C; CA2236070A1; JP3998807B2; AU6378398A; AU723307B2; NO981684L; IL123335A0; US5759364A; ZA983200B; ATE269973T1; DK0877244T3; JPH10318970A; IL123335A; DE69824664D1; NZ329791A; NO325307B1

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN SENSOR ELECTROQUIMICO FABRICADO CON UNA PLACA BASE AISLANTE SOPORTANDO UN ELECTRODO EN SU SUPERFICIE QUE REACCIONA CON UNA MUESTRA ANALITICA PARA PRODUCIR UNOS ELECTRONES MOVILES. LA PLACA BASE ESTA ACOPLADA A UNA TAPA DE UN MATERIAL DEFORMABLE QUE TIENE UN AREA CONCAVA RODEADA POR UNA SUPERFICIE PLANA DE FORMA QUE CUANDO SE ACOPLA A LA PLACA BASE SE FORMA ALLI UN ESPACIO CAPILAR POR DONDE SE PUEDE ASPIRAR UNA MUESTRA DE FLUIDO DE ENSAYO. EL LADO DE LA TAPA FRENTE A LA BASE SE RECUBRE CON UN MATERIAL POLIMERICO QUE SIRVE PARA ENLAZAR LA TAPA CON LA PLACA BASE Y PARA INCREMENTAR LA NATURALEZA HIDROFILICA DEL ESPACIO CAPILAR.

Description

Biosensor electroquímico.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un biosensor electroquímico que se puede usar para la cuantificación de un componente específico (analito) en una muestra líquida y, de forma más específica, a un procedimiento de fabricación de tal biosensor. Se describen biosensores electroquímicos del tipo en consideración en las patentes de Estados Unidos 5.120.420 y 5.264.103. Los dispositivos descritos en estas patentes presentan una base de plástico sobre la cual están impresos los electrodos de carbono cuyos electrodos están cubiertos con una capa reactiva que comprende un polímero hidrófilo en combinación con una oxireductasa específica para el analito. Hay de forma típica un elemento espaciador colocado sobre la base, tal elemento está recortado para dar lugar a una pieza generalmente en forma de U y una pieza de recubrimiento, de modo que cuando la base, el elemento espaciador y la pieza de recubrimiento se laminan conjuntamente, se genera un espacio capilar que contiene los electrodos y la capa reactiva. Además de la oxidoreductasa, se incluye un aceptor de electrones sobre la capa reactiva o en otra capa dentro del espacio capilar. Se usa un polímero hidrófilo, por ejemplo la carboximetilcelulosa, para facilitar la entrada del fluido de ensayo acuoso al espacio capilar.

Más recientemente se ha desarrollado un sensor electroquímico que está constituido por dos partes; una parte inferior (base) que porta la estructura del electrodo con una oxidoreductasa y el aceptor de electrones distribuido de forma uniforme en una matriz polimérica hidratable sobre la superficie de los electrodos, y una parte superior (tapa) que está gofrada para formar tres laterales de un espacio capilar con la base formando el cuarto lateral toda vez se hagan coincidir la tapa y la base. La base y la tapa se laminan conjuntamente por medio de un recubrimiento adhesivo activado por calor. El sensor se usa mediante inmersión del extremo abierto del capilar en una pequeña gota de fluido de ensayo, tal como sangre, la cual penetra en el tubo capilar de modo que cubre la enzima y el aceptor de electrones sobre la superficie del electrodo. Debido a la naturaleza hidratable de la matriz de polímero, se dispersa en el fluido de ensayo acuoso por lo que se permite que la oxidoreductasa, la cual es una glucosoxidasa cuando el sensor se diseña para determinar la concentración de glucosa en la sangre, oxide el analito y el aceptor de electrones para portar los electrones en exceso hasta el electrodo de trabajo con lo que se genera una corriente que se puede medir, la cual es proporcional a la concentración de analito en el fluido de ensayo.

La fabricación de los sensores de la técnica anterior, como se describen anteriormente incluye el uso de una parte extra, la capa espaciadora y un número de etapas de procesamiento, las cuales no se requieren con el sensor de dos partes (base y tapa) al cual se refiere la presente invención. Este tipo de sensor se prepara mediante un procedimiento directo que incluye las etapas de:

a): impresión de los electrodos sobre el material base,

b): recubrimiento de los electrodos con la matriz polimérica que contiene la oxidoreductasa y el aceptor electrones,

c): recubrimiento de la capa adhesiva bifuncional de la presente invención sobre la tapa,

d): gofrado del canal capilar en la tapa, y

e): sellado con calor de la tapa sobre la base.

Se presenta un problema doble en la preparación de un sensor de este tipo. El primero se refiere a proporcionar un sensor cuyo espacio capilar se rellena rápidamente con el fluido de ensayo y el segundo es facilitar el montaje del sensor mediante adherencia de la tapa a la base. Con el fin de conseguir esto de forma que permita el montaje rápido de una gran cantidad de sensores, era necesario preparar un recubrimiento para aplicación a la tapa, el cual:

i.: se adhiera fuertemente al material de la tapa,

ii.: sea suficientemente plegable y extensible para superar el gofrado en los tres laterales de la tapa.

iii.: posibilita el llenado rápido del espacio capilar,

iv.: posibilita el llenado sobre una base que presenta una superficie relativamente hidrófoba (ángulo de contacto de hasta 90º),

v.: posibilita el llenado con sangre que presenta hematocritos de un 0 a un 60% cuando la sangre es el fluido de ensayo,

vi.: no es pegajoso en condiciones ambiente,

vii.: es capaz de ser activado y sellado mediante calor aplicado a través de la tapa desde una placa caliente, a aproximadamente 165ºC,

viii.: es capaz de formar una buena unión con la superficie del material de la base,

ix.: no interferirá cuando los sensores individuales operan desde un estrecho conjunto, y

x.: mantiene las anteriores propiedades durante un periodo de tiempo suficiente para proporcionar un sensor con una vida en reposo adecuada.

Sumario de la invención

La presente invención es un sensor electroquímico para la detección de un analito en una muestra de ensayo fluida que comprende:

a): una placa base de aislamiento;

b): una capa de electrodo sobre la placa base en conexión operativa con una enzima que reacciona con el analito para producir electrones móviles; y

c): una tapa de material deformable que se ha gofrado para proporcionar una zona cóncava en una parte de la misma mientras deja una superficie plana que rodea la parte cóncava de forma tal que cuando se hace coincidir con la base, la tapa y la base forman un espacio capilar en el que la enzima está disponible para el contacto directo con la muestra de ensayo fluida la cual se introduce en el espacio capilar mediante capilaridad, en el que el mencionado sensor presenta una capa de un poliuretano dispersable en agua sobre el lateral inferior de la tapa para facilitar la unión de la tapa con la base toda vez que la tapa y la base se hacen coincidir y para aumentar la naturaleza hidrófila del espacio capilar para aumentar de esta forma la velocidad a la que la sangre fluirá dentro del mismo.

Descripción de la invención

La construcción del sensor que concierne a la presente invención se ilustra en la figura 1. El sensor 34 está constituido por una base de aislamiento 36 sobre la cual está impreso en forma secuencial (mediante técnicas de impresión mediante pantalla de estampación), un patrón conductor eléctrico 38, un patrón electrodo (39 y 40), un patrón aislante (dieléctrico) 42 y finalmente una capa reactiva 44. El patrón de conducción eléctrico 38 es opcional, pero su presencia en el sensor se prefiere para reducir la resistencia global del sensor. La función de la capa reactiva es convertir la glucosa, u otro analito, estequiométricamente en una especie química que sea electroquímicamente medible, en términos de la corriente que produzca, por parte de los componentes del patrón de electrodo. Las dos piezas 39 y 40 del electrodo de impresión proporcionan los dos electrodos necesarios para la determinación electroquímica. La tinta del electrodo, el cual es de aproximadamente 14 \mu (0,00055'') de espesor, contiene carbono electroquímicamente activo. Los componentes de la tinta conductora son típicamente una mezcla de carbono y plata, seleccionada para proporcionar una ruta de resistencia eléctrica baja entre los electrodos y el medidor con el cual están en conexión operativa mediante contacto con el patrón conductor en el extremo de cola de pez del sensor 45. El espesor típico de toda la estructura es de 6 \mu (0,00025''). La función del patrón dieléctrico es mejorar la reproducibilidad de la lectura del sensor mediante el aislamiento de los electrodos de la muestra de ensayo excepto en una zona definida 41 del patrón electrodo. Es importante una zona definida en este tipo de determinación electromecánica debido a que la corriente medida es dependiente tanto de la concentración de analito como del área del electrodo que está expuesto a la muestra de ensayo que contiene el analito. Una capa de dieléctrico típica comprende un poliuretano modificado con acrilato curado con radiación UV de aproximadamente 10 \mu (0,0004'') de espesor. El espesor típico de la estructura del electrodo es de 6 \mu (0,00025''). La tapa 46, la cual está gofrada para proporcionar un espacio cóncavo 48 y punzonada para proporcionar venteo de aire 50, está unida a la base 36 mediante una operación de sellado con calor. La base y la tapa se alinean en primer lugar y luego se comprimen conjuntamente por medio de una placa metálica calentada, la cual está conformada de forma tal que contacta solo con las regiones no gofradas planas de la tapa 52. La capa de poliuretano dispersable en agua sobre la superficie inferior de la tapa se funde con esto y sirve para fundir la tapa 46 y la base 36 conjuntamente tras enfriamiento. Una temperatura típica para la placa calentada es de 165ºC, siendo la presión de 1.360 kPa. Manteniendo juntas la tapa y la base bajo estas condiciones de calor y presión durante 1¼ segundos se obtiene el sensor unitario deseado con el espacio capilar para la aceptación de la muestra de ensayo fluida. La capa de poliuretano se une a la capa expuesta más superiormente (dieléctrico 42 con cantos moteados) de la base bajo las regiones planas de la tapa. De forma alternativa, los cantos del dieléctrico se estrechan ligeramente (representado por la capa de dieléctrico 42 con los cantos sólidos) lo cual permite que el poliuretano se una con el material del patrón de impresión del electrodo 40. Esta es una configuración preferida debido a que la resistencia de la unión ente el adhesivo de poliuretano y la tinta del electrodo es mayor que entre el adhesivo y el material dieléctrico con lo que se proporciona un espacio capilar más estanco.

Materiales adecuados para el aislamiento de la base incluyen el policarbonato, polietileno y polímeros de vinilo y acrilo dimensionalmente estables así como también mezclas de polímero tales como policarbonato / poli(tereftalato de etileno). La tapa se fabrica típicamente a partir de un material de lámina polimérico deformable tal como policarbonato o una calidad que se pueda gofrar de poli(tereftalato de etileno) o poli(tereftalato de etileno) modificado con glicol, mientras que la capa de dieléctrico se puede fabricar a partir de un poliuretano modificado con acrilato el cual es curable mediante luz ultravioleta (UV), un poliuretano que es curable mediante luz ultravioleta o humedad o un polímero de vinilo que es curable con calor.

La capa de poliuretano dispersable en agua sobre la cara inferior de la tapa sirve para aumentar la naturaleza hidrófila del espacio capilar y para facilitar su estrecha adherencia con la base bien mediante unión con la capa de dieléctrico o con el material del electrodo.

La presente invención facilita el uso de una tapa gofrada (46, figura 1) en oposición al uso de un espaciador como en los elementos sensores de la técnica anterior en los que, en lugar del gofrado, los dos laterales del espacio capilar se forman a partir de un recorte en un material espaciador que también porta un adhesivo sensible a la presión para adherir la base al espaciador y el espaciador a la tapa. El uso de la tapa gofrada permite evitar el uso de una pieza extra, es decir, el espaciador, y un número de etapas de procesamiento. Las etapas involucradas en el ensamblaje del sensor que contiene el espaciador son:

i.: preparación de las estructuras del electrodo completas que incluyen la capa reactiva; un agente para inducir la formación de la mecha de sangre en el espacio capilar necesaria ser incluida en la capa más superior;

ii.: adición de una capa adicional que contenga un agente para inducir la formación de mecha de sangre en el espacio capilar; esta capa puede evitarse si el agente está incluido en la capa química;

iii.: corte con punzón de un canal capilar en el material espaciador el cual es típicamente un laminado de liberación / forro / adhesivo / material espaciador / adhesivo / forro de liberación;

iv.: desmontaje del forro de liberación de una cara del material espaciador y unión del espaciador a la base; y

v.: desmontaje del forro de liberación y ensamblaje de la capa a la otra cara del espaciador.

La presente invención permite fabricar un sensor mediante:

i.: impresión de los electrodos sobre el material base;

ii.: recubrimiento de la capa bifuncional sobre la superficie inferior de la tapa;

iii.: gofrado de la parte superior y laterales del espacio capilar dentro de la tapa;

iv.: hacer coincidir la tapa con la base y sellado conjunto de las mismas mediante la aplicación de calor y presión.

El recubrimiento bifuncional de la presente invención proporciona un adhesivo no pegajoso en oposición a la pegajosidad de un adhesivo sensible a la presión. De acuerdo con esto, no hay necesidad de eliminar y disponer de un forro de liberación antes de ensamblar y hay una reducción drástica en los problemas asociados con el equipamiento de ensamblaje del sensor que se ensucian con el material adhesivo. De acuerdo con esto, los sensores de la presente invención se pueden fabricar mediante contacto de un conjunto de tapas con un conjunto correspondiente de bases y luego escisión de los sensores individuales del conjunto mediante un procedimiento de punción. Un adhesivo sensible a la presión, pegajoso sería incompatible con esta etapa de punción debido a la deposición del adhesivo en los punzones los cuales necesitarían limpieza frecuente y pérdida del tiempo de producción.

Los poliuretanos dispersables en agua de la presente invención son capaces de extenderse sobre la tapa de una manera tal que forma una capa no pegajosa en condiciones ambientales. Estos se pueden activar para la fusión con la base a una temperatura suficientemente baja para evitar el daño a los reactivos en la capa reactiva en tanto se forma una buena unión con los materiales de la tapa deseables los cuales son de larga duración proporcionando con ello una buena vida en reposo. El recubrimiento también aumenta la naturaleza hidrófila del interior del espacio capilar debido a su propiedad ionomérica que presumiblemente provoca que la superficie sea significativamente de carácter iónico. En base a estas propiedades duales el poliuretano dispersable en agua se puede designar como un material de recubrimiento bifuncional.

La reacción de un diisocianato con cantidades equivalentes de un alcohol bifuncional tal como el glicol da lugar a un poliuretano lineal simple. Estos productos son inadecuados para su uso en la fabricación de recubrimientos, pinturas y elastómeros. Cuando se hacen reaccionar en primer lugar glicoles simples con ácidos dicarboxílicos en una reacción de policondensación para formar poliéster-dioles de cadena larga y estos productos, que por lo general presentan un peso molecular medio entre 300 y 2000, se hacen reaccionar a continuación con diisocianatos el resultado es la formación de poliéster uretanos de alto peso molecular. Las dispersiones de poliuretano han sido comercialmente de importancia desde 1972. Los ionómeros de poliuretano son estructuralmente adecuados para la preparación de sistemas de dos fase acuosos. Aquellos polímeros que presentan sitios iónicos hidrófilos entre los segmentos de cadena predominantemente hidrófoba son auto-dispersantes y, bajo condiciones favorables, forman dispersiones estables en agua sin la influencia de fuerzas de cizalla y en ausencia de dispersantes. Un procedimiento de preparación de uretanos catiónicos es mediante la reacción de un dibromuro con una diamina. Si uno de estos componentes contiene un segmento de poliéter de cadena larga, se obtiene un ionómero. De forma alternativa, se pueden preparar poliamonio-poliuretanos preparando en primer lugar un nitrógeno terciario que contiene poliuretano y luego cuaternizando los átomos de nitrógeno en una segunda etapa. Partiendo de prepolímeros de NCO basados en poliéter, se obtienen poliuretanos cuaternarios segmentados. De forma similar, se pueden preparar los poliuretanos catiónicos con grupos sulfonio terciarios cuando el terc-aminoglicol está sustituido por tiodiglicol. El resto iónico o su precursor puede ser también el diisocianato o parte de un poliéterdiol de cadena larga.

Con el fin de obtener poliuretanos aniónicos, se introducen normalmente dioles que portan un ácido carboxílico o un grupo sulfonato y los grupos ácidos se neutralizan a continuación, por ejemplo con aminas terciarias. Los grupos sulfonato se construyen normalmente mediante un diaminoalcanosulfonato, ya que estos compuestos son solubles en agua y la reacción con prepolímeros de NCO no se ve afectada de forma adversa por el agua. Las resinas de poliuretano resultantes se constituyen en grupos iónicos que proporcionan estabilidad mecánica y química así como también una buena formación de película y propiedades de adhesión.

La propiedad más importante de los ionómeros de poliuretano es su capacidad para formar dispersiones estables en agua de forma espontánea bajo ciertas condiciones para proporcionar un sistema coloidal binario en el que se dispersa una fase de poliuretano discontinua en una fase acuosa continua. El diámetro de las partículas de poliuretano dispersadas puede variar entre aproximadamente 10 y 5000 nm.

Las soluciones de ionómeros de poliuretano en disolventes polares, tales como la acetona, metiletilcetona y tetrahidrofurano, forman dispersiones de manera espontánea cuando se agita en agua. El disolvente orgánico se puede destilar también para dar coloides líquidos y reticulados libres de disolvente de los ionómeros. Dependiendo del contenido de los grupos iónicos y de la concentración de la solución la dispersión de ionómero se forma mediante precipitación de los segmentos hidrófobos o mediante inversiones de fase de una emulsión inversa formada inicialmente.

En la conversión de una solución orgánica en una dispersión acuosa se hace reaccionar un poliéster de peso molecular de 2000 basado en ácido atípico con hexametilendiisocianato en exceso para dar un prepolímero terminado con NCO. Después de la adición de una cantidad molar igual de N-metildietanolamina disuelta en acetona, aumenta la viscosidad mientras tiene lugar la poliadición. Debido a que la viscosidad aumenta se añaden cantidades adicionales de acetona para mantener la mezcla agitable. El nitrógeno terciario que contiene poliuretano segmentado se cuaterniza ahora con sulfato de dimetilo. La formación del ionómero de poliuretano da lugar a un aumento adicional en la viscosidad. Los centros iónicos se asocian de forma similar a la de los jabones en aceite de parafina con un aumento aparente en el peso molecular. Cuando se agua se añade lentamente a tal solución de ionómero disminuye la viscosidad durante la adición de los primeros mililitros de agua. De forma aparente, la asociación iónica es reversible y cualquier agua presente reduce la asociación iónica para proporcionar una solución clara en la que el ionómero se dispersa molecularmente. En tanto se añada más agua, la viscosidad aumenta de nuevo aunque disminuya la concentración de polímero. Esto es la primera fase de la formación de la dispersión. Además, la adición de agua produce una turbidez, que indica del comienzo de la formación de una fase dispersada. Más adición de agua aumenta la turbidez y finalmente disminuye la viscosidad, ya que debido a la mayor disminución en la concentración de acetona, los aglomerados se han redispuesto para formar microesferas. En este estado hay un fase de agua continua y una fase discontinua de partículas de poliuretano discontinua que se hinchan mediante acetona.

La etapa final en la preparación de la dispersión acuosa es la eliminación de la acetona mediante destilación. La turbidez aumenta y la viscosidad disminuye debido a que la cadena de polímero se enrolla o se contrae.

Las propiedades físicas de la dispersión dependen de una variedad de parámetros tales como la composición química, tipo y cantidad de grupo iónico, peso molecular y procedimiento de preparación. El diámetro de las partículas variará desde aproximadamente 10 nm a 5 \mum y la aparición de la dispersión puede variar entre un coloide líquido translúcido opaco y una dispersión blanca lechosa. La viscosidad y las propiedades reológicas pueden variar también dentro de amplios límites, incluyendo la viscosidad de tipo Bingham y reopexia.

Los ionómeros son unos dispersantes excelentes. El procedimiento de la acetona va bien incluso si solo una fracción del poliuretano es iónico ya que esta parte del material formará la cubierta exterior de las partículas de látex relativamente cortas.

El anterior procedimiento para la preparación de dispersiones de poliuretano es universal; todos los poliuretanos lineales que se pueden sintetizar en disolventes orgánicos pueden ser modificados con grupos iónicos. Debido a que su bajo punto de ebullición y baja toxicidad, la acetona es particularmente adecuada para la preparación de dispersiones de poliuretano.

La construcción de un sensor de acuerdo con la presente invención se lleva a cabo de acuerdo con el siguiente ejemplo general:

Ejemplo general

En este ejemplo se fabrican un gran número de tapas de sensores a partir de una lámina enrollada de policarbonato, la cual se ha desenrollado para proporcionar una superficie plana. Esta lámina se designa como el stock de tapa ya que será la fuente de una multiplicidad de tapas.

Se extiende una solución de recubrimiento bifuncional, que comprende una dispersión de poliuretano acuosa sobre una cara de una lámina de policarbonato (0,0075''/ 175 \mu de espesor) usando un rodillo helicoidal o una máquina de recubrimiento mediante ranura y secado al aire. El espesor del recubrimiento secado se encuentra en el intervalo de 0,0007'' a 0,002'' (17 \mu a 50 \mu) con el espesor del recubrimiento húmedo en el intervalo de 0,0014'' a 0,005'' (35 \mu a 125 \mu) para un contenido en sólidos típico de un 40% a un 50%. El secado puede ser a temperatura ambiente o mediante secado forzado bajo una corriente de aire a 70ºC. La capa bifuncional presenta algo de pegajosidad durante un corto periodo después del secado y cuando la lámina se enrolla de nuevo se introduce un forro o elemento de intercalación en contacto con el recubrimiento y, el recubrimiento está en contacto con el forro del policarbonato. Tras un periodo de una pocas horas la pegajosidad inicial se pierde dejando que el stock de tapa de policarbonato que se desenrolle sin daño para el recubrimiento. Los materiales adecuados para el forro son poliolefinas o poli(tereftalato de etileno) en un espesor de 0,001 a 0,003'' (25 - 75 \mu).

La siguiente etapa de procesamiento incluye el gofrado de las zonas cóncavas de las tapas y el punzado de distintos orificios en la lámina de policarbonato para el registro y marcado. La lámina se hiende longitudinalmente para dar lugar a una cinta de tapas de sensor en una línea, la cual se enrolla luego. Es esencial que el adhesivo no sea pegajoso de modo que no se pegue ni a las herramientas de gofrado ni de punzado ni al reverso del soporte de policarbonato mientras se enrolle en forma de cinta. Es también esencial que el adhesivo no forme depósitos de goma sobre las herramientas de punzado ni gofrado los cuales necesitarían una limpieza frecuente.

El material virgen para la base, típicamente de policarbonato, se imprime con distintas tintas para formar los electrodos y luego se recubre con una capa de dieléctrico en un modelo predeterminado diseñado para dar una superficie de electrodo expuesta deseada. El material bifuncional debe adherirse al material dieléctrico cuando la tapa se haga coincidir directamente con la capa de dieléctrico. Con el fin de ensamblar la tapa a la base, se desenrolla la cinta continua del stock de tapa y se pasa a través de un laminador especial donde se registra y luego se combina con una tira del stock de base bajo la influencia de calor y presión. Es deseable que el procedimiento de sellado con calor tenga lugar en aproximadamente un segundo, lo cual requiere un adhesivo que sea capaz de formar muy rápidamente una unión fuerte. Después del sellado con calor la cinta continua de laminado se enrolla sobre una bobina.

Con el fin de singularizar sensores individuales a partir de la cinta laminada, se pasa el laminado a través de un equipo de punzado en el que los sensores individuales se punzonan a partir de la cinta y se colocan luego en un tampón de preparación para ser colocados dentro de un envase blíster de hoja metálica. Aquí de nuevo es esencial que el adhesivo no fluya en frío o estado gomoso, ni forme depósitos en el mecanismo de punzado. Es también esencial que el adhesivo esté libre de pegajosidad de modo que el sensor no se peque al punzón y se transfiera de forma segura al tampón y desde el tampón al envase blíster a partir del cual se dispensará. De acuerdo con esto, el punto de fusión del recubrimiento debe ser suficientemente alto para evitar la fusión accidental y el pegado resultante del calentamiento por fricción durante el proceso de fusión. Además, la resistencia de unión del adhesivo entre el stock de la tapa y el stock de la base deber ser suficientemente fuerte para aguantar las fuerzas de pelado por deslaminación generadas durante esta operación de punzado.

En el procedimiento preferido de uso de los sensores, estos se encuentran envasados en un disco circular que presenta diez compartimentos individuales (blísteres) dispuestos de forma radial. El disco está hecho de un laminado de hoja de aluminio / plástico que se sella para aislar el sensor de la humedad ambiental y de otros sensores con un cubrimiento de hoja metálica de ruptura, tal disco se monta dentro de un instrumento especialmente diseñado. El sensor se mantiene seco mediante un desecante localizado dentro de los compartimentos individuales. Para recuperar un sensor, se hace pasar una cuchilla a través de la hoja metálica de ruptura hasta dentro de un compartimento alargado individual en el extremo más próximo al eje del disco y luego se mueve radialmente hacia el perímetro del blíster. Haciéndolo así, la cuchilla engrana con la parte posterior (cola de pez) del sensor en ese compartimento. El trayecto radial de la cuchilla empuja la punta del sensor fuera a través de la hoja de ruptura y a través de las partes del instrumento de forma tal que la nariz del sensor queda completamente fuera del instrumento y recibe fácilmente una muestra de ensayo fluida, por ejemplo sangre. Para esta etapa es esencial que la unión entre la base y la tapa del sensor resista las fuerzas de cizalla generadas cuando el sensor sale fuera a través de la hoja. Este procedimiento de proporcionar un sensor fácilmente para el uso se describe más detalladamente en la patente de Estados Unidos 5.575.403.

Finalmente, la punta del sensor, que contiene la apertura al espacio capilar, es contactada por una pequeña gota de la muestra de ensayo fluida que es típicamente sangre producida por un pinchazo en el dedo. La sangre se introduce rápidamente en el capilar donde se inicia la interacción con la enzima y el instrumento se configura para iniciar su secuencia temporal. Es esencial que la sangre se introduzca muy rápidamente dentro del espacio capilar, independientemente de su orientación espacial con el fin de que la secuencia temporal se inicie.

El recubrimiento bifuncional de la presente invención se basa en un poliuretano dispersable en agua preparado como se describió previamente. Una formulación particularmente útil es el Dispercoll U 53 BC, de Bayer AG, el cual es un poliésteruretano alifático lineal basado en hexametilendiisocianato (HDI) e isoforondiisocianato (IPDI) en dispersión acuosa con un tamaño de partícula medio de 100 nm. Este producto, cuyo % en peso total de sólidos en dispersión acuosa es 40 + 1, que presenta una viscosidad a 73ºF / 23ºC (cps / mp-a) (Brookfield LVF, broca 2, 30 rpm) de < 600. La dispersión líquida blanca presenta una gravidez específica de 1,2 g/cm^{3} y el polímero muestra una elevada cantidad de cristalización. La gravidez específica de la dispersión es de 1,1, su pH es de 7 y porta una carga de partícula aniónica. Los fabricantes recomiendan que se mantenga a un pH de 6 - 8 ya que las condiciones ácidas o altamente alcalinas pueden provocar una pérdida de propiedades debido a la degradación hidrolítica del polí-
mero.

Se prefieren los Dispercoll U, el nombre comercial para una variedad de dispersiones coloidales acuosas de polímeros de hidroxilpoliuretano de alto peso molecular, para su uso en la presente invención. Debido a que estos se preparan mediante el procedimiento del ionómero previamente descrito, estas dispersiones contienen solo pequeñas cantidades de emulsionantes mientras que aún muestran estabilidad mecánica y química sobresalientes.

Se pueden combinar otros materiales distintos con la dispersión de uretano para mejorar las propiedades de adhesión e hidrofilicidad las cuales la hacen útil en la fabricación de sensores. La adición de agentes tensioactivos aumentará la humectabilidad de la superficie de la película de poliuretano seco para mejorar la capacidad de los fluidos de ensayo, tal como la sangre, para entrar en el espacio capilar. Así pues, la adición de agentes tensioactivos tales como la sal sódica de un sulfato de octilfenoxipolietoxietilo (Triton® W30), un fluorocarbono tal como un sulfonato de aminoperfluoroalquilo (Fluorad™ FC99), una sal de potasio de un carboxilato de fluoroalquilo (Fluorad™ FC 129) o un fluorotensioactivo aniónico o neutro tal como Zonyl® FSA o Zonyl® FSN, es útil para aumentar la capacidad del espacio capilar para introducirse en el fluido de ensayo y para evitar defectos durante el procedimiento de recubrimiento mediante la mejora de la humectación del sustrato. Hay un intervalo óptimo de concentración para cada agente tensioctivo, es decir, suficiente para proporcionar una buena naturaleza hidrófila en el espacio capilar del sensor pero no suficiente para reducir la resistencia de unión entre la tapa y la base. La concentraciones varían típicamente de un 0,05% a un 0,2% en peso de la dispersión de poliuretano.

Se puede usar la adición de un polímero o un copolímero secundario tal como el copolímero de acetato de vinilo - etileno Airflex® 400, Elvace® 40705 ó 40722 en cantidades de hasta aproximadamente un 33% en peso de la dispersión para reforzar la unión entre la tapa y la capa de material dieléctrico. Los copolímeros de acetato de vinilo, tales como el Flexbond® 150 a partir de productos de aire se puede usar también en una cantidad de hasta aproximadamente un 10% en peso de la dispersión para mejorar la resistencia de la unión entre la tapa y la capa de dieléctrico. Esto es especialmente cierto cuando la capa de dieléctrico contenga aditivos de silicona como des-espumantes.

Se puede añadir espesantes, tales como el Acrysol RM-8, el cual es un espesante asociativo del poliuretano, a la dispersión con el fin de aumentar su viscosidad para un recubrimiento más fácil y evitar el incrustamiento de la capa de poliuretano durante el secado. Se puede añadir al material de recubrimiento un agente colorante, tal como Erioglaucina de Sigma Chemical Company, un cromóforo azul soluble en agua, como un agente de visualización. La tabla A siguiente establece 8 formulaciones para el recubrimiento bifuncional, las cuales son útiles en la fabricación del sensor que concierne a la presente invención.

TABLA A

1

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos:

Ejemplo 1 Poliuretano U53 dispersable en agua como la capa bifuncional

Se combinan los componentes en el orden mostrado en la tabla 1 mediante mezclado.

TABLA 1

2

Se deja que la solución repose durante un número de horas para permitir que las burbujas atrapadas escapen y se recubre luego sobre una lámina de policarbonato (0,0075'' / 190 \mu de espesor) usando un rodillo helicoidal #38 para dar un espesor en húmedo de 0,0013 pulgadas. Una vez secado a 50ºC durante 3 minutos bajo una corriente de aire calentada a 60º, la película de la composición seca fue de 0,0013 pulgadas / 35 \mu de espesor. Esta película era pegajosa pero se podría enrollar con un elemento de intercalación de polietileno. Tras un periodo de varias horas este elemento de intercalación se retira sin dañar a la película, dejando una superficie suave no pegajosa. Este material se punzona luego y se conforma en herramientas mecánicas para generar la forma cóncava gofrada de la tapa como se indica en la figura 1. Se imprime secuencialmente una base aislante de policarbonato con las siguientes tintas: un patrón conductor usando una composición de película polimérica espesa 5085 de duPont; un patrón dieléctrico usando la composición de película espesa polimérica 7102T, también de duPont, un patrón dieléctrico usando RDMSK 4954 de Norcote. Este dieléctrico contiene normalmente una pequeña cantidad del agente tensioactivo Silwet® 77. Para fines experimentales, se hacen algunas impresiones sin este agente tensioactivo. El stock de tapa gofrado se alinea con la región apropiada del material base y se sella con calor con una placa caliente a una temperatura de 165ºC con la aplicación de aproximadamente 13.600 kPa durante un tiempo de un segundo. El material de la tapa se funde directamente con el recubrimiento dieléctrico sobre la base.

Se monta el sensor completo verticalmente con la apertura capilar orientada hacia abajo y se acerca una pequeña gota de sangre (7 \mul) hasta tocar justo la apertura. El tiempo que lleva a la sangre viajar verticalmente en dirección ascendente desde la parte frontal hasta la parte posterior del capilar (una distancia de 4 mm) se mide por medio de una videocámara. Los tiempos de llenado se indican en la tabla 2.

Con el fin de medir la resistencia al pelado de la unión entre la tapa y la capa de dieléctrico de la base, se sella un área de 0,2 pulgadas x 0,4 pulgadas (0,508 centímetros por 1,016 centímetros) entre el stock de la tapa y la base manteniendo la base y el desprendimiento en un ángulo de 90º. La fuerza media en p.l.i. (libras por pulgada lineal) necesaria para hacer esto se midió y se indica en la tabla 2.

TABLA 2

3

En este experimento la base no presentaba capa de reacción. Sin embargo, mostró resistencia de unión fuerte y muy rápido tiempo de llenado en las condiciones de almacenamiento de 4º a 40º. La inclusión del agente tensioactivo Silwet® L-77 en la capa de dieléctrico presenta un efecto despreciable.

Ejemplo 2 Poliuretano dispersable en agua combinado con polímero secundario Flexbond® 845

Se prepara la película y se ensaya como en el ejemplo previo con los resultados indicados en las tablas 3 y 4. Los resultados del ensayo mostraron una buena resistencia de la unión y un rápido llenado de sangre incluso con alto contenido en hemotocrito cuando se encontraba a temperaturas de refrigerador. El copolímero vinilo - acrilato es opcional junto con el material de recubrimiento bifuncional de la presente invención. Se puede usar de forma ventajosa en situaciones tales como aquellas en las que la capa d e dieléctrico no forma una unión de larga duración con el poliuretano.

TABLA 3

4

TABLA 4

5

Ejemplo 3 Poliuretano U53 dispersable en agua con el agente tensioactivo Triton® W30

Esta película se prepara, como en los ejemplos previos, siendo los componentes añadidos en el orden mostrado. Los tiempos de llenado con el superíndice 1 se corresponden con sensores sin la capa reactiva que se ensayan tras 10 semanas de almacenamiento. Aquellos sensores con el superíndice 2 presentaban capas reactivas impresas de glucosaoxidasa / ferricianuro de potasio en poli(óxido de etileno) bajo la capa de dieléctrico y parcialmente expuestas a través de la apertura en esta capa. Los resultados de este experimento se indican en las tablas 5 y 6.

TABLA 5

6

TABLA 6

7

Estos datos demuestran una alta resistencia de unión y tiempos de llenado rápidos bajo todas las condiciones de almacenamiento ensayadas incluso con sangre con un contenido extremadamente alto de hematocrito. La presencia del agente tensioactivo en el dieléctrico provoca una ligera mejora en los tiempos de llenado. Este ejemplo muestra buenos tiempos de llenado tanto para sangre con contenido normal como alto en hematocritos incluso una vez que el sensor se extresa. Se ensamblan cuatro sensores de comparación con una capa reactiva usando un stock de tapa que se ha punzado y formado como se describió pero que no presentan el recubrimiento bifuncional. Estos sensores se mantienen juntos mediante una cinta adhesiva de doble cara. El tiempo de llenado para estos sensores recién preparados fue superior a 11 segundos lo que indica que el recubrimiento bifuncional de la presente invención es crítico para un llenado rápido del espacio capilar.

Ejemplo 4 Poliuretano dispersable en agua U53 combinado con emulsión del copolímero secundario de vinilo - etileno Airflex® 400 y Fluorad™ FC99

Se prepara la película y se ensaya como en el primer ejemplo con la excepción de que la base presentaba una capa de reacción sobre los electrodos impresos. Los resultados se dan en las tablas 7 y 8.

TABLA 7

8

TABLA 8

9

A partir de estos datos presentados en las tablas 7 y 8 se puede determinar que una combinación de un agente tensioactivo distinto y un polímero secundario diferente da tiempos de llenado excelentes con sangre de contenido en hematocrito normal y altos sin requerir almacenamiento refrigerado.

Ejemplo 5 Emulsión de poliuretano U54 dispersable en agua combinado con acetato de vinilo - etileno Elvase® 40722, emulsión sensible a la presión de uso general basada en poli(acetato de vinilo) Flexbond® 150, y agente tensioactivo Fluorad™ FC129

Los datos generados usando esta formulación se indican en las tablas 9 y 10.

TABLA 9

10

TABLA 10

11

Este ejemplo demuestra un desarrollo excelente con un poliuretano soluble en agua diferente.

Claims

1. Un sensor electroquímico para la detección de un analito en una muestra de ensayo fluida que comprende:

a): una placa base de aislamiento;

b): una capa de electrodo sobre la mencionada placa base en conexión operativa con un enzima que reacciona con el analito para producir electrones en movimiento; y

c): una tapa de material deformable que se ha gofrado para proporcionar una zona cóncava en una parte de la misma mientras deja una superficie plana que rodea la parte cóncava en una configuración tal que cuando se hace coincidir con la base, la tapa y la base forman un espacio capilar en el que el enzima está disponible para el contacto directo con la muestra de ensayo fluida la cual se introduce en el espacio capilar mediante capilaridad, en donde dicho sensor presenta una capa polimérica sobre la cara inferior de la tapa para facilitar la unión de la tapa a la base tras hacerse coincidir y para aumentar la naturaleza hidrófila del espacio capilar.

2. El sensor de la reivindicación 1, en el que la capa de polímero comprende un poliuretano estabilizado con agente tensioactivo.

3. El sensor de la reivindicación 1, en el que la capa de polímero comprende un ionómero de poliuretano dispersable en agua.

4. El sensor de la reivindicación 3, en el que el ionómero de poliuretano es aniónico.

5. El sensor de la reivindicación 4, en el que el ionómero de poliuretano es un poliéster uretano alifático lineal basado en hexametilendiisocianato e isoforondiisocianato.

6. El sensor de la reivindicación 1, en el que el polímero es un copolímero de acetato de vinilo - etileno.

7. El sensor de la reivindicación 1, en el que hay una capa de conducción eléctrica sobre la superficie de la placa base de aislamiento y la capa del electrodo se encuentra sobre la superficie de la capa de conducción y en contacto eléctricamente conductor con la misma.

8. El sensor de la reivindicación 1, en el que la tapa se hace coincidir con la base existiendo contacto directo entre la tapa y la base en la superficie del electrodo y en la cara inferior de la tapa.

9. El sensor de la reivindicación 1, en el que hay una capa de material dieléctrico distribuida sobre la capa del electrodo de modo que solo una parte del electrodo, tal como se predetermina por parte de la distribución de la capa de dieléctrico, se encuentra disponible para contacto directo con la muestra de ensayo fluida.

10. El sensor de la reivindicación 9, en el que la tapa se configura de modo que sus extremos coinciden con la capa de dieléctrico.

11. El sensor de la reivindicación 9, en el que la capa de dieléctrico se configura de modo que deja una parte de la capa del electrodo expuesta para el contacto directo con las superficies planas de la tapa.

12. El sensor de la reivindicación 1, en el que el enzima es una oxidoreductasa.

13. Un procedimiento de fabricación de un sensor electroquímico para la detección de un analito en una muestra de ensayo fluida que comprende:

a): proporcionar una placa base de aislamiento que presente sobre su superficie una capa de electrodo en conexión operativa con un enzima que reaccione con el analito para producir electrones móviles; y

b): hacer coincidir la placa base con una tapa de un material deformable, una parte de la cual comprende una zona cóncava con una superficie plana que rodea la parte cóncava en una configuración tal, que cuando se hace coincidir con la base, la tapa y la base forman un espacio capilar en el que el enzima está disponible para el contacto directo con la muestra de ensayo fluida en el espacio capilar y la tapa presenta una capa polimérica sobre la cara inferior de la misma para facilitar la unión de la tapa con la base y aumentar la naturaleza hidrófila del espacio capilar; y

c): calentar la placa base y tapa mientras se aplica presión entre ambas para fundir la placa base a la tapa.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que hay una capa de material dieléctrico distribuida sobre la capa del electrodo de modo que solo una parte del electrodo, como se predetermine por la distribución de la capa de dieléctrico, está disponible para el contacto directo con la muestra de ensayo fluida.

15. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la capa de dieléctrico se configura de modo que las superficies planas de la tapa coinciden únicamente con la capa de dieléctrico.

16. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la capa de dieléctrico se configura de modo que se deja al menos una parte de la capa del electrodo expuesta para el contacto directo con las superficies planas de la tapa.

17. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la capa de polímero de la cara inferior de la tapa comprende un poliuretano estabilizado con agente tensioactivo.

18. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la capa de polímero comprende un ionómero de poliuretano dispersable en agua.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el ionómero de poliuretano es aniónico.

20. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que el ionómero de poliuretano aniónico es un poliéster uretano alifático lineal basado en hexametilendiisocianato e isoforondiisocianato.