ES2314844T3 - Tira de eansayo analitica con base electroquimica con electrodos metalicos de hidrofilicidad potenciada. - Google Patents
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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.
Esta invención se refiere, en general, a
dispositivos analíticos y, en particular, a tiras de ensayo
analíticas con base electroquímica.
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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.
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
\hskip0.5cmX-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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
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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