ES2314844T3 - Tira de eansayo analitica con base electroquimica con electrodos metalicos de hidrofilicidad potenciada. - Google Patents

Tira de eansayo analitica con base electroquimica con electrodos metalicos de hidrofilicidad potenciada. Download PDF

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Abstract

Una tira de ensayo analítica con base electroquímica que comprende: un sustrato eléctricamente aislante; al menos un electrodo metálico dispuesto sobre una superficie del sustrato eléctricamente aislante, teniendo el electrodo metálico: una superficie superior con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma, y una capa de reactivo enzimático dispuesta sobre la superficie superior con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma; caracterizado porque los restos potenciadores de la hidrofilicidad comprenden un grupo SO2OH (sulfonato).

Description

Tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos metálicos de hidrofilicidad potenciada.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
Esta invención se refiere, en general, a dispositivos analíticos y, en particular, a tiras de ensayo analíticas con base electroquímica.
2. Descripción de la técnica relacionada
La determinación (por ejemplo, detección y/o medida de concentración) del analito en una muestra fluida es de particular interés en el campo médico. Por ejemplo, puede ser deseable determinar las concentraciones de glucosa, colesterol, acetaminofeno y/o HbA1c en la muestra de un fluido corporal tal como orina, sangre o fluido intersticial. Dichas determinaciones pueden conseguirse usando tiras de ensayo analíticas basadas, por ejemplo, en técnicas fotométricas o electroquímicas, junto con un mediador asociado. Por ejemplo el kit de ensayo de sangre entera One Touch® Ultra® disponible en Life Scan, Inc., Milpitas, EE.UU., emplea una tira de ensayo analítica con base electroquímica para la determinación de la concentración de glucosa en sangre en una muestra de sangre entera.
Las tiras de ensayo analíticas con base electroquímicas típicas emplean una pluralidad de electrodos (por ejemplo, un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia) y un reactivo enzimático para facilitar una reacción electroquímica con un analito de interés y, de esta manera, determinar la concentración del analito. Por ejemplo, una tira de ensayo analítica con base electroquímica para la determinación de la concentración de glucosa en una muestra de sangre puede emplear un reactivo enzimático que incluye la enzima glucosa oxidasa y el mediador ferrocianuro. Detalles adicionales de tiras de ensayo analíticas con base electroquímica convencionales se incluyen en la patente de Estados Unidos Nº 5.708.247.
El documento EP 1 235 068 describe un biodetector que se constituye disponiendo un sistema de electrodo que incluye un electrodo de trabajo y un contraelectrodo sobre un sustrato, formando una capa que contiene un particulado inorgánico que contiene partículas inorgánicas sobre el mismo y formando una capa de reactivo que contiene un reactivo sobre la misma.
El documento EP 0 795 601 describe un detector que comprende una placa base eléctricamente aislante, un sistema de electrodo que incluye un electrodo de trabajo y un contraelectrodo provisto sobre la placa base y una capa de reacción que contiene un polímero hidrófilo, una enzima y un aceptor de electrones localizado sobre el sistema de electrodo.
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Sumario de la invención
La presente invención proporciona una tira de ensayo analítica con base electroquímica que comprende:
un sustrato eléctricamente aislante;
al menos un electrodo metálico dispuesto sobre una superficie del sustrato eléctricamente aislante, teniendo el electrodo metálico:
una superficie superior con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma, y
una capa de reactivo enzimático dispuesta sobre la superficie superior con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma.
Los restos potenciadores de la hidrofilicidad comprenden un grupo SO_{2}OH (sulfonato).
Opcionalmente, el al menos un electrodo metálico se forma a partir de al menos uno de oro, paladio, platino, indio, una aleación titanio-paladio y combinaciones de las mismas.
Opcionalmente, el al menos un electrodo metálico es un electrodo de oro metálico.
Opcionalmente, la capa de reactivo enzimático incluye una enzima específica para glucosa.
La presente invención proporciona adicionalmente una tira de ensayo analítica con base electroquímica que comprende:
un sustrato eléctricamente aislante;
al menos un electrodo de oro dispuesto sobre una superficie del sustrato eléctricamente aislante, teniendo el electrodo de oro metálico:
una superficie superior con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma, y
una capa de reactivo enzimático dispuesta sobre la superficie superior tratada, en el que la superficie superior con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma se representa por:
X-R-S-Au^{+}
donde:
X es un grupo SO_{2}OH (sulfonato);
R es una cadena de carbono;
S es azufre; y
Au es oro atómico.
Opcionalmente, la capa de reactivo enzimático incluye una enzima específica para glucosa.
Breve descripción de los dibujos
Las características y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción detallada que indica realizaciones ilustrativas en las que se utilizan los principios de la invención y los dibujos adjuntos de los cuales:
La Figura 1 es una vista en perspectiva despiezada simplificada de una tira de ensayo analítica con base electroquímica de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención;
La Figura 2 es una vista en planta simplificada de la capa conductora con dibujo de la tira de ensayo analítica con base electroquímica de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista en planta simplificada de una parte del sustrato eléctricamente aislante, capa conductora y capa aislante de la tira de ensayo analítica con base electroquímica de la Figura 1;
Las Figuras 4A y 4B son descripciones simplificadas de una secuencia química para tratar una superficie en el electrodo de oro metálico y la superficie del electrodo de oro resultante con restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprende un grupo SO_{2}OH sobre el mismo, respectivamente.
La Figura 5 es un diagrama de barras que representa el ángulo de contacto con el agua para una superficie de un sustrato de oro limpia, una superficie de un sustrato de poliéster limpia, una superficie de un sustrato de oro limpia tratada con MESNA y una superficie de un sustrato de poliéster limpia tratada con MESNA;
La Figura 6 es un diagrama de barras que representa el ángulo de contacto con el agua para un superficie de un sustrato de oro limpia, una superficie de un sustrato de oro limpia tratada con MESNA y una superficie de un sustrato de oro limpia tratada con MESNA después de almacenamiento durante dos semanas;
La Figura 7 es la interpretación de un artista de una imagen fotográfica de una parte de una tira de ensayo analítica con base electroquímica comparada con electrodos de oro en ausencia de restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprende un grupo SO_{2}OH sobre la superficie superior de los electrodos de oro;
La Figura 8 es un diagrama de la respuesta de corriente frente a la concentración de glucosa determinada por YSI para una comparación de tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro metálico en ausencia de restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden grupo SO_{2}OH sobre la superficie superior de los electrodos de oro;
La Figura 9 es la interpretación de un artista de una imagen fotográfica de una parte de una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro metálico de acuerdo con a una realización ejemplar de la presente invención que incluye restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprende el grupo SO_{2}OH sobre la superficie superior de los electrodos de oro metálico;
La Figura 10 es un diagrama de la respuesta de corriente frente a la concentración de glucosa determinada por YSI para una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro metálico de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención que incluye restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH sobre la superficie superior de los electrodos de oro metálico; y
La Figura 11 es un diagrama de flujo de un proceso para fabricar una parte de una tira de ensayo analítica con base electroquímica de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Una realización de una tira de ensayo analítica con base electroquímica de acuerdo con la presente invención incluye un sustrato eléctricamente aislante y al menos un electrodo metálico (por ejemplo, un electrodo de oro metálico) dispuesto sobre una superficie del sustrato eléctricamente aislante. Además, el electrodo metálico tiene una superficie superior con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH sobre el mismo y una capa de reactivo enzimático dispuesta sobre la superficie superior. Los detalles, características y beneficios de dicha tira de ensayo analítica con base electroquímica se describen con respecto a las realizaciones adicionales analizadas a continuación.
La Figura 1 es una vista en perspectiva despiezada simplificada de una tira de ensayo analítica con base electroquímica 10 de acuerdo con la presente invención. La tira de ensayo analítica con base electroquímica 10 incluye un sustrato eléctricamente aislante 12, una capa conductora con dibujo 14, una capa aislante 16 (con una zona de exposición al electrodo 17 que se extiende a través de la misma), una capa de reactivo enzimático 18, una capa de adhesivo con dibujo 20, una capa hidrófila 22 y una película superior 24. Como se describirá con más detalle a continuación con respecto a las Figuras 2, 3, 4A y 4B, la capa conductora con dibujo 14 incluye tres electrodos y al menos una parte de cada uno de estos electrodos tiene una superficie superior con restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH (descrito en la Figura 4B) sobre la misma.
El sustrato eléctricamente aislante 12 puede ser cualquier sustrato eléctricamente aislante adecuado conocido por un especialista en la técnica incluyendo, por ejemplo, un sustrato de nylon, un sustrato de policarbonato, un sustrato de poliimida, un sustrato de cloruro de polivinilo, un sustrato de polietileno, un sustrato de polipropileno, un sustrato de poliéster glicolado (PETG) o un sustrato de poliéster. El sustrato eléctricamente aislante puede tener cualquier dimensión adecuada incluyendo, por ejemplo, una dimensión de anchura de aproximadamente 5 mm, una dimensión de longitud de aproximadamente 27 mm y una dimensión de espesor de aproximadamente 0,5 mm.
La capa aislante 16 puede formarse por ejemplo a partir de una tinta aislante imprimible por serigrafía. Dicha tinta aislante imprimible por serigrafía está disponible en el mercado en Ercon de Wareham, Massachusetts EE.UU. con el nombre "Insulayer". La capa de adhesivo con dibujo 20 puede formarse por ejemplo a partir de un adhesivo sensible a presión imprimible por serigrafía disponible en el mercado en Apollo Adhesives, Tamworth, Staffordshire, UK.
La capa hidrófila 22 puede ser, por ejemplo, una película transparente con propiedades hidrófilas que promueve el humedecimiento y llenado de una tira de ensayo analítica con base electroquímica 10 mediante una muestra de fluido (por ejemplo, una muestra de sangre entera). Dichas películas transparentes están disponibles en el mercado en, por ejemplo 3M de Miniápolis, Minesota EE.UU. La película superior 24 puede ser, por ejemplo, una película transparente sobreimpresa mediante una tinta decorativa negra. Una película transparente adecuada está disponible en el mercado en Tape Specialities, Tring, Hertfordshire, UK.
La capa de reactivo enzimático 18 puede incluir cualquier reactivo enzimático adecuado, dependiendo la selección de los reactivos enzimáticos del analito a determinar. Por ejemplo, si se va a determinar glucosa en una muestra de sangre, la capa de reactivo enzimático 18 puede incluir oxidasa o glucosa deshidrogenasa junto con otros componentes necesarios para la operación funcional. Detalles adicionales respecto a las capas de reactivo enzimático y tiras de ensayo analíticas con base electroquímica en general están en la Patente de Estados Unidos Nº 6.241.862.
La tira de ensayo analítica con base electroquímica 10 puede fabricarse, por ejemplo, mediante la formación alineada secuencial de la capa de conductor con dibujo 14, la capa aislante 16 (con una zona de exposición al electrodo 17 que se extiende a través de la misma), la capa de reactivo enzimático 18, la capa de adhesivo con dibujo 20, la capa hidrófila 22 y a película superior 24 sobre el sustrato eléctricamente aislante 12. Puede usarse cualquier técnica conocida por un especialista en la técnica para realizar dicha formación alineada secuencial incluyendo por ejemplo impresión serigráfica fotolitografía, fotograbado, deposición química con vapor y técnicas de laminado de cinta.
La Figura 2 es una vista en planta simplificada de la capa conductora con dibujo 14 de la tira de ensayo analítica con base electroquímica 10. La capa conductora con dibujo 14 incluye un contraelectrodo 26 (denominado también electrodo de referencia), un primer electrodo de trabajo 28, un segundo electrodo de trabajo 30 y una barra de contacto 32. Aunque la tira de ensayo analítica con base electroquímica 10 se representa como que incluye tres electrodos, las realizaciones de las tiras de ensayo analíticas con base electroquímica de acuerdo con la presente invención pueden incluir cualquier número adecuado de electrodos.
El contraelectrodo 26, el primer electrodo de trabajo 28 y el segundo electrodo de trabajo 30 pueden formarse de cualquier electrodo metálico adecuado incluyendo, por ejemplo, oro, paladio, platino, indio y aleaciones titanio-paladio. La formación de dichos electrodos metálicos típicamente da como resultado un electrodo metálico con una superficie suave poco hidrófoba.
La Figura 3 es una vista en planta simplificada de una parte del sustrato eléctricamente aislante 12, una capa conductora con dibujo 14 y una capa aislante 16 (sombreada con líneas diagonales) de una tira de ensayo analítica con base electroquímica 10. La zona de exposición al electrodo 17 de la capa aislante 16 expone una parte del contraelectrodo 26, una parte del primer electrodo de trabajo 28 y una parte del segundo electrodo de trabajo 30, en concreto la parte expuesta del contraelectrodo 26', la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 28' y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 30'. Durante el uso, una muestra fluida se comunica con la zona de exposición del electrodo 17 y, de esta manera, entra en contacto operativo con la parte expuesta del contraelectrodo 26', la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 28' y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 30'.
La parte expuesta del contraelectrodo 26', la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 28' y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 30' pueden tener cualquier dimensión adecuada. Por ejemplo, la parte expuesta del contraelectrodo 26' puede tener una dimensión de anchura de aproximadamente 0,72 mm y una dimensión de longitud de aproximadamente 1,6 mm, mientras que la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 28' y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 30' pueden tener cada una una dimensión de anchura de aproximadamente 0,72 mm y una dimensión de longitud de aproximadamente 0,8 mm.
Después de la formación de la capa aislante 16, la capa conductora con dibujo 14 y la disposición de restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH sobre la parte expuesta del contraelectrodo 26', la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 28' y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 30', se aplica la capa de reactivo enzimático 18 sobre la parte expuesta del contraelectrodo 26', la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 28' y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 30'. Los detalles respecto al uso de dichos electrodos, partes expuestas de los electrodos y capas de reactivo enzimático para la determinación de las concentraciones de analitos en una muestra fluida, aunque sin los restos potenciadores de hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH descrito en esta descripción, están en la patente de Estados Unidos Nº 6.733.655.
Durante el uso de la tira de ensayo analítica con base electroquímica 10 para determinar una concentración de analito en una muestra de fluido (por ejemplo, concentración de glucosa en sangre en una muestra de sangre entera) el contraelectrodo 26, el primer electrodo de trabajo 28 y el segundo electrodo de trabajo 30 se emplean para controlar la reacción electroquímica inducida por la corriente de interés. La magnitud de dicha corriente puede correlacionarse después con la cantidad de analito presente en la muestra fluida que se está investigando.
La corriente medida por un electrodo de trabajo está gobernada por la siguiente ecuación simplificada:
Ec. 1i = nFAJ
donde:
i es una corriente medida;
n es un número de electrones generados durante la reacción;
F es la constante de Faraday;
A es un área del electrodo en el que ocurre la reacción (denominada también el área de superficie activa del electrodo); y
J es el flujo de una especie de interés hacia el electrodo.
Basándose en la ecuación a1 anterior, una determinación fiable y precisa (por ejemplo, cuantificación) de una concentración de analito en una masa de fluido requiere el conocimiento del área del electrodo de trabajo en la que ocurre la reacción. Se ha determinado que el área de detección de un electrodo en la tira de ensayo analítica con base electroquímica depende de la uniformidad y adherencia de la capa de reactivo enzimático al electrodo a través de la fabricación y durante el uso. Además, se ha determinado que empleando un electrodo metálico con restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH sobre el mismo mejora la uniformidad y adherencia de las capas de reactivo enzimático y, de esta manera, la reproducibilidad y precisión de los resultados obtenidos con las tiras de ensayo analíticas con base electroquímica que emplean dichos electrodos metálicos.
Las Figuras 4A y 4B son descripciones simplificadas de una secuencia química para tratar una superficie de un electrodo de oro metálico 40 y la superficie del electrodo de oro metálico resultante con restos potenciadores de la hidrofilicidad 42 sobre la misma, respectivamente. La Figura 4A describe la manera en la que la superficie de oro metálico 40 se expone a una composición potenciadora de la hidrofilicidad 44 para producir un resto potenciador de la hidrofilicidad 42 que comprende un grupo SO_{2}OH y liberar hidrógeno.
La reacción que ocurre entre una superficie de electrodo de oro metálico y el grupo tiol (-SH) de la composición potenciadora de la hidrofilicidad 44 se describe en una secuencia de reacción general de la forma:
Sec. 1X-R-SH + Au
\hskip0.5cm
\rightarrow
\hskip0.5cm
X-R-S^{-}Au^{+} + \ ^{1}/_{2} \ H_{2}
\newpage
donde:
X es un grupo SO_{2}OH (sulfonato);
R es una cadena de carbono, por ejemplo, C_{1} a C_{15};
SH es un grupo tiol;
Au representa oro atómico; y
X-R-S^{-}Au^{+} representa una superficie de electrodo de oro metálico con un resto potenciador de la hidrofilicidad que comprende un grupo SO_{2}OH sobre el mismo.
En la secuencia 1 anterior, R puede limitarse beneficiosamente al intervalo de C_{1} a C_{5} para proporcionar una composición potenciadora de la hidrofilicidad que es soluble, evitando aún la formación de monocapas auto-ensambladas sobre la superficie de electrodo de oro metálico. No es necesario evitar las monocapas auto-ensamblados de restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH, aunque su formación es difícil de controlar, a menudo lenta y puede requerir una superficie de electrodo que se limpie "automáticamente". La fabricación de dichas monocapas auto-ensambladas, por lo tanto, es más difícil que una disposición no auto-ensamblada de restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprende un grupo SO_{2}OH que aparece espontáneamente por recubrimiento por inmersión de la superficie en electrodo con una solución de MENAS como se describe en cualquier punto de esta descripción.
Adicionalmente, el grupo tiol (denominado también grupo "de cola") permite que ocurra una conjugación entre la superficie del electrodo de oro metálico y la composición potenciadora de la hidrofilicidad. Además, el grupo lateral polar cargado positivamente o cargado negativamente "X" (denominado también grupo "de cabeza") proporciona una interacción hidrófila con una capa de reactivo enzimático, mejorando de esta manera la uniformidad y adherencia de la capa de reactivo enzimático a la superficie superior del electrodo metálico. El grupo de cabeza es un grupo SO_{2}OH (sulfonato).
Como se ha observado anteriormente, la longitud del grupo "R" (denominado también "cadena espaciadora") es un factor para determinar si los restos potenciadores de la hidrofilicidad se disponen o no sobre la superficie del electrodo como una monocapa auto-ensamblada.
Aunque las Figuras 4A y 4B y la secuencia 1 se ilustran para la circunstancia de una superficie de electrodo de oro metálico, una vez informado de la presente descripción, un especialista habitual en la técnica reconocerá que otras superficies de electrodos metálicos pueden tratarse también beneficiosamente para disponer estos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH sobre las mismas.
Los reactivos enzimáticos se formulan de manera que se mezclan fácilmente con las muestras fluidas habituales (tales como sangre entera u otra muestra de fluido corporal) y, por lo tanto, están compuestos típicamente por componentes que son fácilmente solubles en soluciones acuosas. Se ha determinado que dichos componentes tienen afinidad por superficies hidrófilas o al menos anfífilas.
Diversas superficies de electrodo metálico son naturalmente hidrófobas. En otras palabras, dichas superficies de electrodo metálico tienden a repeler el agua, soluciones acuosas y soluciones con un contenido de componente hidrófilo significativo (tales como reactivos enzimáticos). Sin embargo, se ha determinado que dichas superficies de electrodo metálico pueden hacerse más hidrófilas, es decir, pueden potenciar su hidrofilicidad) tratando las superficies de electrodo metálico con una composición potenciadora de la hidrofilicidad que dispone de restos potenciadores de la hidrofilicidad que comprenden un grupo SO_{2}OH sobre la superficie del electrodo metálico.
Los ejemplos de composiciones potenciadoras de la hidrofilicidad son composiciones que contienen ácido 2-mercaptoetanosulfónico (MESNA), ácido 3-mercaptopropanosulfónico, ácido 2,3-dimercaptopropanosulfónico y sus homólogos bis-(2-sulfoetil)disulfuro, bis-(3-sulfopropil)disulfuro. Cuando dichas composiciones potenciadoras de la hidrofilicidad incluyen un compuesto con un resto sulfonato (por ejemplo MESNA) la adhesión de una capa de reactivo enzimático a la superficie superior del electrodo metálico se potencia particularmente.
La Figura 5 es un diagrama de barras que describe el ángulo de contacto con el agua para una superficie limpia de sustrato de oro (A), una superficie limpia de sustrato de poliéster (B), una superficie limpia de sustrato de oro tratada con MESNA (C) y una superficie limpia de sustrato de poliéster tratada con MESNA (D). La Figura 6 es un diagrama de barras que representa el ángulo de contacto con el agua para una superficie limpia de sustrato de oro (A) como en la Figura 5, una superficie limpia de sustrato de oro tratada con MESNA (C como la Figura 5) y una superficie limpia de sustrato de oro tratada con MESNA después de almacenamiento durante dos semanas (E). El tratamiento con MESNA reflejado en las Figuras 5 y 6 era una exposición de cinco minutos a una composición de MESNA compuesta por 4 g/l de MESNA en agua.
Como se describe en la Figura 5, el tratamiento de una superficie limpia de un sustrato de poliéster con MESNA no alteró significativamente la hidrofilicidad del sustrato limpio de poliéster como ponía de manifiesto el ángulo de contacto con el agua. La diferencia en los ángulos de contacto con el agua medidos B y D estaba dentro del 5%. Sin embargo, los datos de la Figura 5 indican que el tratamiento de una superficie limpia de sustrato de oro con MESNA altera significativamente (es decir, potencia) la hidrofilicidad de la superficie como pone de manifiesto el ángulo de contacto con el agua. La superficie limpia del sustrato de oro tenía un ángulo de contacto con el agua de aproximadamente 78 grados, y después del tratamiento con MESNA, un ángulo de contacto con el agua de aproximadamente 52 grados. Se postula, sin restricciones, que dicha reducción en el ángulo de contacto con el agua y, por lo tanto, el aumento de la hidrofilicidad mejora la uniformidad y adhesión de las capas de reactivo enzimático a la superficie de oro tratada. En otras palabras, la superficie de sustrato de oro tratada que tiene restos potenciadores de la hidrofilicidad comprende un grupo SO_{2}OH sobre la misa que presentará una uniformidad y adherencia mejoradas con respecto a las capas de reactivo enzimático. Además, los datos de la Figura 6 indican que la reducción del ángulo de contacto con el agua persiste después de de dos semanas de almacenamiento. Dicha persistencia en la hidrofilicidad potenciada es beneficiosa con respecto a facilitar las restricciones de tiempo de fabricación.
La Tabla 1 a continuación muestra el ángulo de contacto con el agua de superficies de sustrato de oro que han recibido diversos tratamientos. Para los tratamientos 1-15 de la Tabla a, los sustratos limpios de oro se expusieron a soluciones de MESNA como se indica en la Tabla. El tratamiento 16 consistía en limpiar una superficie de sustrato de oro pero no exponerla a MESNA y el tratamiento 17 implicaba no limpiar ni exponer a MESNA. Los datos de la Tabla 1 indican que puede conseguirse una reducción significativa en el ángulo de contacto con el agua y, de esta manera, una potenciación de la hidrofilicidad y adhesión y uniformidad de la capa de reactivo enzimático con una exposición a MESNA durante un período de tiempo tan corto como 1 minuto. Los datos de la Tabla 1, por lo tanto, indican que la fabricación de electrodos metálicos con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre sus superficies superiores podría conseguirse usando un proceso basado en banda continua (tal como el proceso descrito en el documento WO 01/73109) que se ha modificado para incluir un módulo de tratamiento de la superficie superior del electrodo metálico.
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TABLA 1
1
Ejemplo comparativo
Para demostrar las características y beneficios de las tiras de ensayo analíticas con base electroquímica de acuerdo con la realizaciones de la presente invención, se realizó una comparación entre una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro en ausencia de restos potenciadores de la hidrofilicidad (es decir, una comparación de una tira de ensayo analítica con base electroquímica) y una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro metálico de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención.
La Figura 7 es la interpretación de un artista de una imagen fotográfica de una parte 100 de una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro en ausencia de restos potenciadores de hidrofilicidad sobre la superficie superior de los electrodos de oro. La Figura 7 representa una parte 100 antes de la aplicación de una muestra de sangre a la misma. La parte 100 incluye un sustrato eléctricamente aislante 102, una capa aislante 104, una parte expuesta del contraelectrodo 106, una parte expuesta del primer electrodo de trabajo 108, una parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 110 y una capa de reactivo enzimático 112. La composición de la capa de reactivo enzimático 112 y un método mediante el cual se aplica se describen en la patente de Estados Unidos Nº
5.708.247.
Como resulta evidente a partir de la Figura 7, la capa de reactivo enzimático 112 presenta uniformidad significativa respecto a la parte expuesta del contraelectrodo 106, la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 108 y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 110, indicando de esta manera una falta de adherencia a la misma. Se postula que dicha falta de uniformidad y/o adherencia contribuye a la falta de fiabilidad y precisión de la tira de ensayo analítica con base electroquímica resultante. Además, se ha determinado que las capas de reactivo enzimático dispuestas sobre la superficie de un electrodo en ausencia de restos potenciadores de la hidrofilicidad se dañan fácilmente durante la manipulación física que ocurre en los procesos de fabricación de tira de ensayo convencional y pueden separarse de la superficie del electrodo tras la exposición a una muestra de fluido.
La Figura 8 es un diagrama de la respuesta de corriente frente a la concentración de glucosa determinada por YSI para una comparación de la tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro metálico en ausencia de restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre una superficie superior de los electrodos de oro (es decir, comparación de tiras de ensayo analíticas con base electroquímica correspondientes efectivamente a la descripción de la Figura 7). La línea de mejor ajuste y el valor R^{2} para los datos de la Figura 8 se indican en el diagrama. Los datos y el valor de recuadrado en la Figura 8 son una indicación de la repetibilidad y precisión de las medidas realizadas con la comparación de las tiras de ensayo analíticas con base electroquímica con electrodos de oro.
Como se ha observado anteriormente con respecto a la Figura 7, la capa de reactivo enzimático 110 presentaba una falta de uniformidad y adherencia cuando se empleaba con un electrodo de oro metálico. Se postula que dicha falta de uniformidad y adherencia conducirá a imprecisiones y falta de repetibilidad de la medida según afecte negativa e impredeciblemente al área de detección de los electrodos de trabajo.
La Figura 9 es una interpretación del artista de una imagen fotográfica de una parte 200 de una tira de ensayo analítica con base electroquímica con restos potenciadores de la hidrofilicidad dispuestas sobre la superficie superior de los electrodos de oro. La Figura 9 representa la parte 200 antes de la aplicación de una muestra de sangre a la misma. La parte 200 incluye un sustrato eléctricamente aislante 202, una capa aislante 204, una parte expuesta del contraelectrodo 206, una parte expuesta del primer electrodo de trabajo 208, una parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 210 y una capa de reactivo enzimático 212. La composición de la capa de reactivo enzimático 212 y el método mediante el cual se aplica se describen en la Patente de Estados Unidos Nº 5.708.247. La Figura 9 indica que la capa de reactivo enzimático 212 es uniforme y está totalmente adherida a la parte expuesta del contraelectrodo 206, la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 208 y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 210. Además, se determinó que las capas de reactivo enzimático dispuestas sobre la superficie de un electrodo con restos potenciadores de la hidrofilicidad eran robustas para la manipulación física que ocurre en los procesos de fabricación de tiras de ensayo convencionales.
Los restos potenciadores de la hidrofilicidad se dispusieron sobre la parte expuesta del contraelectrodo 106, la parte expuesta del primer electrodo de trabajo 208 y la parte expuesta del segundo electrodo de trabajo 210 sumergiéndolas en una solución acuosa de 4 g/l de MESNA durante 2 minutos, seguido de enjuagado con agua. Esta exposición ocurrió antes de la aplicación de una capa de reactivo enzimático 212.
La Figura 10 es un diagrama de la respuesta de corriente frente a la concentración de glucosa determinada por YSI para una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro metálico que tienen restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre su superficie superior de los electrodos de oro (es decir, tiras de ensayo analíticas con base electroquímica correspondientes efectivamente a la descripción de la Figura 2). La línea de mejor ajuste y el valor de R^{2} para los datos de la Figura 10 se indican en el diagrama. Los datos y el valor de R^{2} de la Figura 10 son indicación de la repetibilidad y precisión de las medidas hechas con la tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos de oro.
Una comparación de las Figuras 10 y 8 indica que la repetibilidad y precisión de las tiras de ensayo analíticas con base electroquímica que emplean un electrodo metálico con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre una superficie superior del electrodo metálico es mejor comparada con una tira de ensayo analítica con base electroquímica con electrodos metálicos en ausencia de dichos restos potenciadores de la hidrofilicidad. Por ejemplo, R^{2} para los datos de la Figura 10 es 0,9985, una mejora significativa respecto al valor de R^{2} de 0,774 para los datos de la Figura 8.
La Figura 11 es un diagrama de flujo de un proceso 400 para fabricar una parte de una tira de ensayo analítica con base electroquímica de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención. El proceso 400 incluye la formación de al menos un electrodo metálico (por ejemplo, un electrodo de oro metálico, paladio metálico o platino metálico) sobre una superficie de un sustrato eléctricamente aislante con al menos un electrodo metálico que tiene una superficie superior, como se indica en la etapa 410.
Posteriormente, la superficie superior de cada uno de el amenos un electrodo metálico se trata con una composición potenciadora de la hidrofilicidad para formar una superficie superior cargada del electrodo metálico con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma como se indica en la etapa 420. El tratamiento puede conseguirse usando por ejemplo cualquier técnica de tratamiento adecuada incluyendo técnicas de recubrimiento por inmersión, técnicas de recubrimiento por pulverización y técnicas de recubrimiento por chorro de tinta. Puede emplearse cualquier composición potenciadora de la hidrofilicidad adecuada incluyendo aquellas descritas habitualmente con respecto a tiras de ensayo analíticas con base electroquímica de acuerdo con la presente invención.
Los siguientes dos ejemplos ilustran, de una manera no limitante, secuencias de la técnica de tratamiento que pueden emplearse en la etapa de tratamiento 420 del proceso 400;
Ejemplo de tratamiento 1
(a)
Limpiar la superficie superior del electrodo o electrodos metálicos poniéndolos en una solución acuosa al 2% v/v de un desengrasante (por ejemplo, Micro-90®) durante 2 minutos a temperatura ambiente.
(b)
Enjuagar los electrodos metálicos con agua para retirar el exceso de desengrasante.
(c)
Sumergir los electrodos metálicos en una solución acuosa de 4 g/l de MESNA durante dos minutos.
(d)
Enjuagar los electrodos metálicos con agua para retirar el exceso de solución acuosa.
(e)
Secar los electrodos metálicos en un entorno limpio.
Ejemplo de tratamiento 2
(a)
Poner los electrodos metálicos en un baño de ultrasonidos con una solución acuosa que contiene el 2% v/v de un desengrasante (por ejemplo Micro-90® y 4 g/l de MESNA).
(b)
Sonicar dos minutos en un baño de ultrasonidos a una temperatura de 50ºC.
(c)
Enjuagar los electrodos metálicos con agua para retirar el exceso desengrasante y MESNA.
(d)
Secar los electrodos metálicos.
Posteriormente, en la etapa 430 del proceso 400 se aplica una capa de reactivo enzimático a la superficie superior tratada del al menos un electrodo metálico.
Debe entenderse que las diversas alternativas de las realizaciones de la invención descrita en este documento puedan emplearse en la realización práctica de la invención. Se pretende que las siguientes reivindicaciones definan el alcance de la invención y que las estructuras y métodos dentro del alcance de las reivindicaciones y sus equivalentes queden cubiertas por las mismas.

Claims (8)

1. Una tira de ensayo analítica con base electroquímica que comprende:
un sustrato eléctricamente aislante;
al menos un electrodo metálico dispuesto sobre una superficie del sustrato eléctricamente aislante, teniendo el electrodo metálico:
una superficie superior con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma, y
una capa de reactivo enzimático dispuesta sobre la superficie superior con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma;
caracterizado porque los restos potenciadores de la hidrofilicidad comprenden un grupo SO_{2}OH (sulfonato).
2. La tira de ensayo analítica con base electroquímica de la reivindicación 1, en la que al menos se forma un electrodo metálico a partir de al menos uno de oro, paladio, platino, indio, inyecciones de titanio-paladio y combinaciones de los mismos.
3. La tira de ensayo analítica con base electroquímica de la reivindicación 2, en la que el al menos un electrodo metálico es un electrodo de oro metálico.
4. La tira de ensayo analítica con base electroquímica de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en la que los restos potenciadores de la hidrofilicidad incluyen un grupo tiol.
5. La tira de ensayo analítica con base electroquímica de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la capa de reactivo enzimático incluye una enzima específica para glucosa.
6. Una tira de ensayo analítica con base electroquímica que comprende:
un sustrato eléctricamente aislante;
al menos un electrodo de oro dispuesto sobre una superficie del sustrato eléctricamente aislante, teniendo el electrodo de oro metálico:
una superficie superior con restos químicos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma, y
una capa de reactivo enzimático dispuesta sobre la superficie superior tratada, en el que la superficie superior con restos potenciadores de la hidrofilicidad sobre la misma se representa por:
X-R-S-Au^{+}
donde:
X es un grupo SO_{2}OH (sulfonato);
R es una cadena de carbono;
S es azufre; y
Au es oro atómico.
7. La tira de ensayo analítica con base electroquímica de la reivindicación 6, en la que R es una cadena de carbono con una longitud en el intervalo de C_{1} a C_{5}.
8. La tira de ensayo analítica con base electroquímica de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en la que la capa de reactivo enzimático incluye una enzima específica para glucosa.
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