ES2325032T3 - Sistema de analisis de un elemento de prueba con superficies de contacto dotadas de recubrimiento de un material duro. - Google Patents

Abstract

Sistema de análisis de un elemento de pruebas (1) para la investigación analítica de una muestra, en particular de un líquido corporal, que comprende - un elemento de pruebas (3) que tiene, como mínimo, una zona de medición (7) y superficies de contacto eléctricamente conductoras (11), en particular, electrodos o bandas conductoras, de manera que la muestra a investigar es aplicada para investigación analítica en la zona de medición (7), y - un aparato de análisis (2) con un soporte (5) del elemento de pruebas para posicionar el elemento de pruebas (3) que contiene la muestra y un dispositivo de medición para medir un cambio en la zona de medición que es característico para el analito, de manera que el soporte (5) del elemento de pruebas contiene elementos de contacto (14) con superficies de contacto (12), que permiten el contacto eléctrico entre las superficies de contacto (11) del elemento de pruebas (3) y las superficies de contacto (11) del soporte (5) del elemento de pruebas, caracterizado porque, las superficies de contacto (12) de los elementos de contacto (14) del soporte (5) del elemento de pruebas están dotadas de una superficie (20) de un material duro eléctricamente conductor.

Description

Sistema de análisis de un elemento de prueba con superficies de contacto dotadas de recubrimiento de un material duro.

Sector de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de análisis de un elemento de pruebas para la investigación analítica de una muestra, en especial, de un líquido corporal humano o animal. Pertenecen al sistema, como mínimo, dos elementos componentes a saber, un elemento de prueba el cual presenta una zona de medición en la que se coloca la muestra a investigar para realizar un análisis, a efectos de medir una magnitud característica del análisis, y un aparato de evaluación o de análisis dotado de un soporte del elemento de prueba, a efectos de posicionar el elemento de prueba en una posición de medición para la realización de la medición, y un dispositivo de medición para efectuar la medición de la magnitud característica.

Estado de la técnica

Los sistemas de análisis de elementos de pruebas son habituales, en especial en el diagnóstico médico para el análisis de líquidos corporales, tales como sangre u orina. La muestra a investigar es dispuesta en primer lugar sobre un elemento de pruebas. En él tiene lugar las etapas de procedimiento necesarias para la evaluación del analito, principalmente reacciones químicas, bioquímicas, biológicas o inmunológicas, o bien cambios de tipo físico, los cuales conducen a una variación característica y medible del elemento de pruebas, en especial, en la zona de medición. Para la determinación de esta variación característica, el elemento de pruebas es dispuesto en un aparato de evaluación que determina la variación característica del elemento de pruebas y lo prepara en forma de un valor de medición para su representación o para su manipulación adicional.

Los elementos de pruebas están constituidos frecuentemente en forma de tiras de pruebas, que consisten esencialmente en una capa de soporte alargada, principalmente realizada en un material plástico y una zona de medición con una capa indicadora que contiene los reactivos indicadores y eventualmente capas auxiliares, por ejemplo capas de filtrado. Además, los elementos de pruebas de la presente invención comprenden superficies de contacto sobre las que se puede establecer un contacto eléctrico entre el elemento de pruebas y el aparato de comprobación. En caso de procedimientos de análisis electroquímicos, se colocan en especial tiras conductoras y electrodos sobre el elemento de pruebas. También los elementos de pruebas, que no utilizan métodos de análisis electroquímicos, pueden presentar superficies de contacto con capacidad de conducción eléctrica, por ejemplo, para la transferencia de datos de calibración almacenados sobre el elemento de pruebas o informaciones de cargas al aparato de evaluación.

Los aparatos de evaluación correspondientes presentan soportes de los elementos de pruebas con elementos de contacto especiales, los cuales constituyen un contacto eléctrico conductor entre el elemento de pruebas y el conjunto electrónico de medición y evaluación del aparato de análisis. Estos elementos de contacto están constituidos principalmente como conexiones enchufables eléctricas con elementos elásticos de tipo metálico, los cuales frecuentemente están dotados de una superficie de un metal noble, tal como oro o platino. Las tiras de pruebas son introducidas en el soporte del elemento de pruebas a efectos de medición, de manera que las superficies de contacto de los elementos de contacto son desplazadas sobre los electrodos del elemento de pruebas. En una posición final se encuentra, por lo tanto, la superficie de contacto del elemento de contacto del aparato de análisis en contacto con la superficie de contacto del elemento de pruebas. Mediante un esfuerzo de presión determinado, en especial por la forma y fuerza de resorte del elemento de contacto, se llega a una conexión eléctricamente conductora entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis. En este caso, se asegura en especial una resistencia de transferencia lo más reducida posible y constante entre la superficie de contacto del elemento de contacto del aparato de análisis y la superficie de contacto del elemento de pruebas, a efectos de posibilitar una transferencia de señal exacta y reproducible. Una resistencia de transferencia constante y reproducible es especialmente importante, a efectos de conseguir resultados de medición exactos aún después de haber realizado múltiples conexiones anteriores de un elemento de pruebas y conseguir de esta manera, una elevada y reproducible exactitud de medición, en especial teniendo en cuenta que dichos sistemas de análisis de un elemento de prueba se utilizan a lo largo de muchos años o que tienen lugar decenas de miles de conexiones de enchufe. Esto tiene gran significación, en especial en el área clínica, en la que los sistemas de pruebas de este tipo deben superar frecuentemente elevadas tasas de utilización.

Una importante ventaja de los dispositivo de contacto enchufables consiste en la facilidad de acoplamiento y separación de la conexión eléctrica, de manera que el elemento de pruebas y el aparato de análisis pueden ser utilizados y evaluados independientemente entre sí. Puesto que las superficies de contacto, por una parte deben asegurar un paso óptimo de la corriente eléctrica, lo que requiere una determinada presión de contacto, pero por otra parte mediante el acoplamiento y unión de contacto, y en especial, por el acoplamiento y separación repetidos de la unión de contacto están sometidos a un fuerte solicitación, las superficies de contacto están recubiertas frecuentemente con una capa de un metal noble, por ejemplo, laminado o galvanizado con oro, plata, platino o paladio. La carga mecánica elevada de las superficies de contacto especialmente por rozamiento, depósitos o rayaduras de las superficies de contacto, presenta también un problema porque se hace necesaria una determinada presión de contacto para asegurar un contacto eléctrico seguro, y asimismo una trayectoria de enchufe determinada del elemento de pruebas por razones mecánicas, en especial la seguridad del guiado en el acoplamiento y la estabilidad mecánica en situación de acoplamiento por enchufe. Para tener una elevada seguridad de contacto entre las superficies de contacto de una conexión de contacto eléctrica y en consideración de una resistencia de contacto lo más reducida posible, es de gran importancia que las superficies de contacto sean resistentes al máximo contra efectos externos. Los efectos externos pueden ser en este caso de naturaleza química, física o mecánica. Así por ejemplo, se presenta en especial en el proceso de enchufe el rozamiento de ambas superficies de contacto entre sí, de manera que estas quedan solicitadas mecánicamente de manera muy importante. También los efectos de la corrosión, en especial corrosión con fisuras actúan negativamente en la seguridad de contacto y la resistencia de contacto. Otro problema de dicho conjunto de aparatos de análisis de elementos de prueba consiste en que el material de soporte y el elemento de pruebas utilizado están realizados frecuentemente a base de una lámina de material plástico elástica y prácticamente blanda, sobre la cual son aplicadas las superficies de contacto y los electrodos, de manera que mediante estas construcciones pueden presentar sobre un material de base relativamente blando inconvenientes para un contacto exacto.

Un inconveniente importante de los apareamientos de metal noble-metal noble en la superficie de contacto de estas conexiones enchufables, aparece en el hecho de que con independencia de su geometría y/o de la fuerza de presión se produce muy frecuentemente averías en las superficies metálicas en la aplicación de las superficies de contacto y, por lo tanto, problemas de contacto eléctrico. Estos problemas de contacto se manifiestan por que las resistencias de la transición entre enchufe y elemento de contacto pasan a tener elevados valores óhmicos, o bien en caso extremo no existe contacto eléctrico alguno entre las piezas componentes de la conexión de contacto. Bajo observación microscópica se observa especialmente en contactos planos, tales como bandas conductoras o electrodos, frecuentemente una imagen de averías que se caracteriza después del enchufe por una fuerte variación del grosor de la capa metálica de dichas superficies de contacto. De este modo, la capa metálica de múltiples zonas de los electrodos es deformada fuertemente por la acción de la segunda superficie de contacto en desplazamiento, especialmente en forma de ranuras, estrías y rayaduras. Estas averías se presentan sobretodo cuando los electrodos son colocados sobre un material de base relativamente blando. Estas deformaciones pueden ser tan grandes que, en muchas zonas, la capa metálica es arrastrada por completo por el desplazamiento de las segundas superficies de contacto. En este caso, no resulta posible el contacto eléctrico alguno entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis. Este tipo de deformaciones de las capas metálicas que actúan como superficies de contacto, se manifiestan en resistencias de transición no definidas y claramente elevadas o fallo completo de un contacto eléctrico. Estos elementos de contacto no son, por lo tanto, apropiados para su utilización en sistemas de análisis que deben asegurar la determinación reproducible de un analito durante largos periodos de utilización.

Para superar estos inconvenientes se encuentran en el estado de la técnica los siguientes intentos de solución:

Para asegurar una elevada seguridad de contacto de conexiones de enchufe en especial en cargas mecánicas y/o químicas elevadas, se describe en el documento DE 102 22 271 A1 un procedimiento para aumentar la capacidad de resistencia mecánica y/o química de una conexión de contacto eléctrica entre dos partes en contacto, de manera que como mínimo una de las partes de contacto es recubierta con ayuda de un procedimiento térmico de pulverización en la zona de las superficies de contacto. El objetivo de dicha solicitud de patente es el de minimizar el rozamiento de las superficies de contacto mediante el mencionado recubrimiento. Como sector de utilización de dichas conexiones de contacto se pueden citar conexiones de enchufe de componentes electrónicos, tales como placas y platinas conductoras o bien contactos deslizantes por ejemplo, en motores. Estas conexiones de contacto se caracterizan ante todo por el hecho de que la conexión de contacto después del contacto realizado una primera vez las superficies de contacto son sometidas de manera duradera a elevadas cargas mecánicas, por ejemplo, por vibraciones o rozamiento duradero entre sí de las superficies de contacto, de manera que se llega a un rozamiento fuerte de las superficies de contacto involucradas. Es objetivo de dicha solicitud de patente, en especial minimizar el rozamiento de las superficies de contacto pero en menor medida el conseguir un contacto eléctrico fiable de las superficies de contacto después de múltiples acoplamientos y separaciones de la unión de contacto. Como material de recubrimiento, se indican en dicho documento aleaciones de metales resistentes, tales como bronce, las cuales son aplicadas en una o en ambas superficies de contacto, a efectos de reducir el desgaste de dichas superficies de contacto. El recubrimiento propiamente dicho tiene lugar mediante un procedimiento de pulverización térmico. Estos procedimientos, que funcionan con elevadas temperaturas, no son apropiados para elementos de pruebas cuyo soporte de pruebas está constituido muy frecuentemente mediante láminas de material plástico delgado, puesto que este tipo de láminas de material plástico no tienen la necesaria estabilidad frente al calor. Los grosores de capa de la capa de recubrimiento deben ser relativamente gruesos de 10 hasta 200 \mum, a efectos de posibilitar una conexión duradera, incluso para cargas elevadas y para desgastes por rozamiento inevitables. Se tienen desgastes elevados de este tipo, en especial cuando ambas superficies de contacto están dotadas de un recubrimiento resistente.

La solicitud de patente europea EP 0 082 070 describe de manera correspondiente un procedimiento para la protección de conexiones de contactos eléctricos, en especial de interruptores y reelevadores. Es objetivo de dicha solicitud de patente la protección de metales, especialmente contactos metálicos, mediante un recubrimiento contra el desgaste. El recubrimiento debe actuar de manera análoga al documento DE 102 22 271 A1, haciendo resistentes al desgaste las superficies de contacto. Para ello se aplicará sobre los contactos metálicos una capa de nitruro de titanio que se caracteriza por las siguientes propiedades: adherencia de más de 180 kg/cm^{2}, elevada resistencia química, elevada resistencia al desgaste y resistencia específica de unos 500 \mu\Omega*cm. También está destinado en este caso el recubrimiento, a minimizar el desgaste de las superficies de contacto, pero no a asegurar un contacto eléctrico fiable de las superficies de contacto incluso después de múltiples conexiones y separaciones de la conexión de contacto.

El documento US 6,029,344 describe elementos de contacto elásticos, en especial para contactos eléctricos de componentes electrónicos, los cuales están recubiertos mediante un "material duro". En este caso, es un objetivo el modificar las características mecánicas de las conexiones de contacto mediante el recubrimiento de "material duro". En especial, se debe mejorar de este modo las características elásticas del elemento de contacto. El recubrimiento actúa, en este caso, no de forma primaria para conseguir una reducción del desgaste de las superficies de contacto o una mayor seguridad de contacto, sino para la modificación de las características elásticas de los contactos elásticos, para ello los contactos elásticos realizados en un material base relativamente blando, por ejemplo oro, están conformados de manera tal que posibilitan un efecto elástico de los elementos de contacto estando dotados de un material de recubrimiento que presenta una mayor resistencia al estiramiento que el material de base. Como materiales de este tipo se pueden citar, en especial, metales tales como níquel, cobre, cobalto, hierro, oro, plata, elementos del grupo del platino y otros metales nobles, metales seminobles, louzamio, molibdeno, zinc, plomo, bismuto e indio, así como sus aleaciones. Estos materiales son designados en el sentido de la patente US 6,029,344 como "materiales duros" ("hard materials") y se definen como materiales que presentan una resistencia al estiramiento superior a 80.000 psi. En el sentido de la presente solicitud de patente, los materiales duros se definen de manera completamente distinta. Los "materiales duros" según la patente US 6,029,344, no son además apropiados para asegurar los requerimientos de una elevada resistencia al desgaste y elevada seguridad de contacto incluso para múltiples operaciones de enchufe, sino que efectúan la mejora de las características elásticas del contacto elástico. Las capas de recubrimiento de "material duro" deben tener un grosor de acuerdo con la patente US 6,029,344 entre 6 y 125 \mum aproximadamente, y como mínimo desde una quinta parte hasta cinco veces el grosos de capa del material de base de los contactos elásticos para conseguir la mejora de características mecánicas, especialmente las características elásticas del elemento de contacto.

Un elemento de contacto de un sensor con recubrimiento de un material duro, es conocido por el documento JP03162660.

Los documentos que se han descrito se refieren a procedimientos para el recubrimiento de superficies de elementos de contacto eléctricos que actúan, o bien para la disminución del rozamiento de las superficies de contacto propiamente dichas, o para la mejora de las características elásticas del elemento de contacto. Un problema básico que no se puede solucionar de manera satisfactoria con el procedimiento de dispositivos antes citados, se refiere al aseguramiento de una conexión eléctrica fiable y definida a lo largo de un prolongado periodo de tiempo entre las superficies de contacto de un elemento de contacto, en especial para cargas mecánicas elevadas y también después de múltiples procesos de contacto.

Objetivo de la invención

Es objetivo de la presente invención solucionar los inconvenientes del estado de la técnica, o bien como mínimo reducirlos. En especial, se desea constituir un sistema de análisis de un elemento de pruebas fácil de manipular que garantice una determinación de los analitos sin fallos en la medida máxima, incluso después de múltiples acoplamientos por enchufe de un elemento de pruebas en el aparato de análisis. En especial, se desea constituir una conexión de contactos de un conjunto de elementos de pruebas en el aparato de análisis. En especial, se desea constituir una conexión de contactos de un sistema de análisis de un elemento de prueba que garantice una resistencia de transición definida y reproducible después de muchos miles de acoplamientos por enchufe entre elementos de pruebas y el aparato de análisis, y de esta manera garantice una transmisión de señales y determinación de análisis exacta reproducible durante todo el periodo de vida útil de un sistema de este tipo.

Lo anterior se consigue mediante el objeto de la invención que se caracteriza por las reivindicaciones y la descripción.

Solución según la invención

El objeto de la invención es un sistema de análisis de un elemento de prueba para la investigación analítica de una muestra, en especial un líquido corporal que comprende como mínimo un elemento de pruebas con una o varias zonas de medición, y que es colocado sobre las superficies de contacto que se encuentran en el elemento de pruebas, en especial electrodos o bandas conductoras, de manera que la muestra a comprobar es colocada sobre la zona de medición para la realización de un análisis, a efectos de determinar las magnitudes características del análisis, así como un aparato de análisis con un soporte para el elemento de pruebas, a efectos de posicionar el elemento de pruebas en una posición de medición y un dispositivo de medición para la medición de la variación característica, de manera que el soporte del elemento de pruebas comprende elementos de contacto con superficies de contacto que posibilitan el contacto eléctrico entre las superficies de contacto del elemento de pruebas y las superficies de contacto del soporte del elemento de pruebas. La solución según la presente invención, consiste en el recubrimiento de una superficie de contacto de la conexión de contactos de un aparato de análisis de un elemento de prueba con un material duro buen conductor eléctrico.

La superficie de material duro de un elemento, que participa en la conexión de contacto, puede ser conseguida de manera que la totalidad del elemento o una parte del mismo consiste en un material duro. Dado que los elementos de materiales duros puros presentan frecuentemente características mecánicas y químicas poco favorables, tales como fragilidad, elasticidad desfavorable o incluso una resistencia eléctrica relativamente elevada, especialmente para grosores elevados del material duro, en una forma preferente, la superficie del material duro es constituida por un recubrimiento de un material base con un material duro eléctricamente conductor. En la presente invención se recomiendan, por lo tanto, de manera predominante capas delgadas de material duro como superficies de contacto. No obstante, las características y áreas de aplicación descritas en la presente invención para estas capas de material duro, pueden también ser transferidas a las superficies de elementos que están realizados de manera completa o en buena parte a base de material duro.

De manera sorprendente, se ha demostrado que mediante el recubrimiento de una superficie de contacto con un material duro conductor eléctrico, se garantiza un contacto eléctrico definido y reproducible entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis, en especial después de múltiples acoplamientos por enchufe. De manera sorprendente, una superficie de contacto con un recubrimiento de un material duro conductor eléctrico presenta características de contacto notablemente mejoradas, precisamente con respecto a las conexiones de contactos utilizadas hasta el momento que presentan frecuentemente metales nobles en ambas caras de las superficies de contacto, o en los cuales, frecuentemente, ambas superficies de contacto están recubiertas de materiales que deben reducir el desgaste por rozamiento de las superficies de contacto. Las mencionadas en primer lugar, se utilizan frecuentemente en elementos de pruebas destinados a una sola utilización, y las últimas ante todo en conexiones de contactos que son aplicadas para procesos de contacto duraderos y/o que sufren elevadas cargas mecánicas.

En comparación con las superficies de contacto metálicas, las superficies de contacto que están dotadas de una superficie de material duro presentan las siguientes ventajas: presentan características cerámicas, tales como una dureza muy elevada, tienen elevada resistencia contra agentes químicos, muestran muy buenas características de deslizamiento sobre la superficie y presentan solamente reducidas tasas de desgaste, formación de depósitos o desgaste por rozamiento. Su elevada capacidad de reticulación mediante fundición metálica garantiza una asociación muy elevada entre la capa de material duro y una capa de metal dispuesto por debajo y es muy apropiado para la utilización en sistemas combinados o mixtos. Además, los materiales duros metálicos presentan buenas características eléctricas, tales como una elevada conductividad eléctrica, de manera que son muy apropiados como material de superficie para conexiones de contactos eléctricos en especial en un sistema de análisis de un elemento de prueba.

Con el término de materiales duros, se comprende según el sentido de la presente solicitud de patente, materiales que a causa de sus caracteres de unión específicos presentan una elevada dureza en especial una dureza Vickers >1000 kp/mm^{2}. El punto de fusión de materiales duros se encuentra principalmente por encima de 2000ºC, su resistencia química y mecánica es satisfactoria y es comparable a un material cerámico. En especial, el concepto de material duro, se comprende según el sentido de la presente solicitud de patente, materiales duros metálicos. Estos se caracterizan por sus propiedades metálicas, tales como brillo y conductividad eléctrica. Se incluyen entre los materiales duros metálicos, en especial carburos, boruros, nitruros y siliciuros de materiales de alto punto de fusión, tales como cromo, circonio, titanio, tántalo, wolframio, o bien molibdeno, incluyendo sus cristales mixtos y compuestos complejos. En especial, se incluyen también modificaciones de los materiales duros antes mencionados que contienen otros materiales metálicos o no metálicos para una optimización adicional de sus características físicas y químicas, frecuentemente en pequeñas concentraciones. Estos compuestos complejos de materiales duros pueden consistir en especial en nitruro de aluminio, carbonitruros o materiales de carburos de los metales antes citados. Esta definición de materiales duros corresponde de manera amplia a la definición de Römpp Lexikon Chemie (Thieme Verlag Stuttgart, 10 Edición 1996). El material duro utilizado para el recubrimiento dentro del marco de la presente invención, debe presentar características de conducción eléctrica, de manera que se garantice una reducida resistencia de transición entre las superficies de contacto del soporte del elemento de pruebas del aparato de análisis y el elemento de pruebas, que posibilita una trasmisión de señal exacta y reproducible. En especial, la resistencia de transición entre las superficies de contacto del elemento de pruebas y las superficies de contacto del soporte del elemento de pruebas debe ser menor de
50 Ohmios.

Se ha demostrado de manera sorprendente, que en especial dichos materiales duros metálicos pueden ser utilizados como material de superficie ventajoso según la invención, puesto que presentan además para la utilización en elementos de contacto de un sistema de análisis de un elemento de prueba características favorables, tales como una elevada dureza mecánica, elevada resistencia química y buenas características de deslizamiento, así como un reducido desgaste.

Son materiales de superficie de material duro preferentes para superficies de contacto en el campo de la presente invención, los nitruros metálicos, en especial nitruro de titanio, nitruro de aluminio y titanio, nitruro de cromo, o bien nitruro de circonio.

Según la invención, una de las superficies de contacto del elemento de contacto del soporte del elemento de pruebas del aparato de análisis, está dotada de una superficie de material duro con características de conducción eléctrica. Dentro del término de superficies de contacto, se deben entender en el campo de la presente solicitud de patente las estructuras conductoras eléctricas de los elementos de contacto, que para la constitución de un contacto eléctrico entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis se llegan a establecer contacto directo. Las superficies de contacto del elemento de contacto pueden ser conformadas de manera especial, por ejemplo, en forma de elementos planos para conseguir una superficie de contacto lo más grande posible, y por lo tanto, conseguir una elevada seguridad de contacto y una reducida resistencia de transición. También son posibles conformaciones acordadas de dichas superficies de contacto para posibilitar, por ejemplo, en contactos elásticos o enchufables una introducción muy simple y poco agresiva del elemento de pruebas.

En una forma de realización preferente de un sistema de análisis de un elemento de prueba según la presente invención, las superficies de contacto de los elementos de contacto del soporte del elemento de pruebas están dotadas de una superficie de material duro conductor eléctrico.

Los elementos de contacto que son componentes del soporte del elemento de pruebas del aparato de análisis pueden ser conformados de diferentes maneras. Por ejemplo, pueden estar constituidos en forma de contactos de deslizamiento, contactos de rodadura, contactos enchufables, contactos de básicos, contactos de pinza o contactos de esfuerzo nulo. En especial, en tipos de contactos en las que las superficies de contacto de ambos elementos que constituyen la conexión de contacto se desplazan uno con respecto a otro con contacto directo hasta alcanzar su posición final, por ejemplo, en contactos de enchufe, elásticos o de pinza, la constitución de las superficies de contactos según la invención, se puede demostrar especialmente ventajosa en cuanto a seguridad de los contactos. Formas de realización especialmente preferentes de los elementos de contacto, son contactos enchufables, contactos de básicos y contactos de pinza. Distintas formas posibles de realizaciones de dichos elementos de contacto se dan a conocer en el documento US 6,029,344.

Si la superficie de material duro está constituida como recubrimiento, el material de base del elemento de contacto que se encuentra por debajo del recubrimiento de material duro, puede ser en principio cualquier material conductor eléctrico. Para ello son especialmente adecuados metales y aleaciones de metales, que además de una elevada conductividad eléctrica, presenten elevada resistencia química y mecánica. De manera atípica, se utilizaran como materiales de base para conexiones de enchufe aleaciones de cobre, por ejemplo, aleaciones CuZn- o CuSn-, así como materiales de cobre de baja aleación, tales como por ejemplo CuAg, CuCrSiTi o CuMg. En el caso de elementos de contacto elásticos, los materiales de base deben presentar también características elásticas.

Un recubrimiento de material duro puede ser aplicado en principio con los más distintos procedimientos de recubrimiento conocidos por los técnicos para su aplicación sobre el material de base. Estos procedimiento son, por ejemplo, procedimiento en los que se disponen materiales blandos en base a soluciones líquidas sobre las superficies, procedimientos electroquímicos de metalización o galvanización, procedimiento de metalización no electroquímicos, procedimientos de precipitación química, tales como Chemical Vapor Deposition (CDV) (Depósito Químico por Vapor), procedimientos de precipitación física, tales como Physical Vapor Deposition (PVD) (Depósito Físico por Vapor), en especial mediante procedimientos de evaporación, procedimientos de bombardeo iónico o procedimientos de ablación por láser, o bien procedimientos que se refieren a la descomposición de materiales sólidos, líquidos o gaseosos. Son especialmente preferentes, los procedimientos de bombardeo iónico-PVD para el recubrimiento con materiales duros.

En la aplicación de una capa de material duro sobre el material de base del elemento de contacto, puede ser ventajoso aplicar en primer lugar una o varias capas intermedias, en especial capas de nucleación o de protección sobre el material de base, y finalmente, colocar sobre estas la capa de material duro. Mediante la aplicación de estas capas intermedias, se puede conseguir en especial, una resistencia duradera de la unión entre los diferentes materiales. Así, por ejemplo, se pueden colocar en primer lugar mediante procedimientos galvánicos, capas sobre el material de base, que consiguen una superficie especialmente adecuada para el siguiente recubrimiento con material duro. Además, se pueden aplicar también capas de protección, que para el caso de una avería de la superficie de material duro, el material de base que se encuentra por debajo esté protegido contra daños de tipo químico y/o físico, por ejemplo, corrosión. Además, mediante la selección apropiada de material, dichas capas intermedias pueden influir en las características eléctricas del elemento de contacto, por ejemplo, la resistencia de transición. Para generar dichas capas intermedias, se pueden depositar, por ejemplo, partículas de un material adecuado. Para conseguir una unión apropiada y duradera entre el material de base y la capa de material duro, se puede prever de manera alternativa, asimismo una etapa intermedia adicional mediante la cual se trate la superficie del material de base del elemento de contacto antes del recubrimiento, de forma tal que dicha superficie presente características de recubrimiento mejoradas.

El grosor y la composición de la capa de material duro, pueden ser influidos por la elección adecuada del procedimiento de recubrimiento y de sus parámetros de proceso, tales como temperatura, velocidad de vaporización, composición del objetivo de bombardeo iónico o la duración del proceso de recubrimiento. De manera sorprendente, se ha demostrado que incluso capas muy delgadas de materiales duros de tipo metálico presenten, por una parte, muy buenas propiedades mecánicas, en especial la de la dureza, y satisfactorias características de deslizamiento, y por otra también, buenas características eléctricas, en especial una reducida resistencia eléctrica. Los materiales duros utilizados hasta el momento para el recubrimiento de superficies son aplicados principalmente mediante grosores de capa importantes sobre el material de base. Así por ejemplo, el documento DE 102 22 271 A1 describe grosores de capa de la capa de recubrimiento comprendidos entre 10 \mum y 200 \mum, y el documento US 6,029,344 grosores de capa de la capa de recubrimiento comprendidos aproximadamente entre 6 \mum y 125 \mum.

Por el contrario, se han demostrado como especialmente preferentes dentro del ámbito de la presente invención, capas de materiales duros muy delgadas realizadas en nitruros metálicos. Son especialmente preferentes capas de nitruro de titanio, nitruro de aluminio y titanio, nitruro de cromo o nitruro de circonio, siendo especialmente preferentes capas de nitruro de aluminio y titanio o nitruro de cromo. Preferentemente, estas capas presentan un grosor menor de 2 \mum, de manera más preferente menos de 1 \mum, y de manera especialmente preferente menos de 500 nm.

De manera sorprendente, se ha observado que los efectos ventajosos de una superficie de material duro conductor eléctrico, como parte componente de una unión de contacto eléctrico, especialmente con referencia a una elevada y reproducible seguridad de contacto, incluso después de la realización de muchos procesos de contacto, se pueden conseguir ventajas adicionales cuando se adecuan las características de la segunda capa de contacto a las características de la superficie de material duro de la primera superficie de contacto.

Se ha demostrado que en compuestos para contactos que presentan en ambas superficies de contacto, superficies de metales nobles, sobretodo después de múltiples alteraciones de enchufe, la resistencia de transición entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis aumenta fuertemente, por ejemplo, por depósitos de material sobre las superficies de contacto, o incluso se llega a no poder establecer contacto eléctrico alguno. Estas uniones de contacto de metal noble-metal noble, serán utilizadas de manera amplia en los conjuntos de elemento de pruebas- sistema de análisis conocidos hasta el momento. La utilización de uniones de contacto con superficies de contacto de metal noble-metal noble en un sistema de análisis de un elemento de prueba, es apropiada solamente de modo limitado, en especial teniendo en cuenta la elevada exactitud y capacidad de reproducción de la determinación del analito.

Mediante la utilización de una superficie de material duro, superficie de contacto en una unión de contacto eléctrica se pueden evitar los inconvenientes de las mencionadas uniones de contacto con superficies de contacto metal noble-metal noble.

Se ha demostrado, especialmente ventajoso en relación con una elevada capacidad de reproducción de las características de contacto, en especial después de muchos procesos de contacto, de manera sorprendente, que la seguridad del contacto se puede mejorar de manera adicional si se prevé solamente una superficie de contacto con una superficie de material duro, y la segunda superficie de contacto está realizada en otro material.

En especial, se ha mostrado especialmente ventajoso que la superficie de contacto que se encuentra situada por encima de una superficie de contacto dotada de una superficie de material duro, está realizada de un material que presenta una dureza más reducida que el material de la superficie de material duro de la otra superficie de contacto. Preferentemente, son apropiados en este caso metal, en especial metales nobles, tales como oro, paladio o platino. Estos materiales se utilizan de manera amplia para superficies de contacto, en especial para electrodos y bandas de contacto sobre elemento de pruebas. De esta manera, es suficiente en muchos casos que el aparato de análisis esté dotado de elementos de contacto con superficies de materiales duros según la invención, en los que a continuación, los elementos de pruebas conocidos hasta el momento puedan ser aplicados. Mediante la combinación de una superficie de contacto con una superficie de material duro y una superficie de contacto de un material, que tiene una dureza más reducida que el material de la superficie de material duro, se puede conseguir una elevada capacidad de reproducción de la resistencia de transición entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis. De manera sorprendente, se ha podido observar en pruebas de duración con varios centenares o incluso miles de conexiones de un elemento de pruebas nuevo con superficies de contacto de oro en un elemento de contacto según la invención con recubrimientos de nitruro de cromo o nitruro de aluminio y titanio, que la resistencia de transición permanecía estable y con un valor inferior a 50Ohmios después de muchas operaciones de conexión. En la observación microscópica de la superficie del elemento de pruebas, se demuestra que al contrario que en las uniones de contacto con superficies de contacto metal noble-metal noble, se observa que la superficie de contacto del elemento de pruebas se deforma plásticamente, pero no se observan arrastres importantes de material o modificaciones del grosor de las capas. En especial, permanece la capa de metal de los electrodos y bandas conductoras de forma constante. En especial, es especialmente significativa la posibilidad de reducción de averías de la superficie de contacto en las capas delgadas de estos electrodos, bandas conductoras o superficies de contacto ubicadas sobre elementos de pruebas para conseguir una determinación reproducible de los analitos. Estos elementos de pruebas, por ejemplo, tiras de pruebas del tipo electroquímico que presentan capas metálicas muy delgadas, por ejemplo, contactos de metal noble con grosores de capas dentro del intervalo de nanómetros hasta micrómetros sobre una lámina plástica aislante eléctricamente. Estas capas metálicas pueden ser producidas, por ejemplo, mediante procedimientos litográficos (grosores de capa típicos de 10-100 \mum), o bien ablación por láser (grosores de capa típicos de 10-10 nm) sobre las capas inferiores indicadas. En estas capas metálicas conductoras eléctricamente muy delgadas sobre superficies aislantes y elásticas, un reducido arrastre de esta capa puede significar una notable elevación de la resistencia de transición o en casos extremos una completa interrupción del contacto eléctrico. Con las superficies de material duro según la invención, las superficies de contacto en oposición entre sí generan averías mucho mas reducidas de dichas capas metálicas, de manera que en la utilización en conjuntos de elementos metálicos-aparatos de análisis son posibles determinaciones de analitos exactos y reproducibles.

Los conjuntos de elementos de pruebas-sistema de análisis se utilizan preferentemente en laboratorios analíticos y médicos. La invención está dirigida, no obstante, también a áreas de utilización en las que el análisis es llevado a cabo por el propio paciente para controlar de manera continuada su estado de salud ("home-monitoring") (control doméstico). Ello, es de especial significación médica en el control realizado por parte de diabéticos, que deben determinar la concentración de glucosa en sangre varias veces al día, o en el caso de pacientes que toman medicamentos contra la coagulación y, por lo tanto, deben determinar su situación de coagulación a lo largo de periodos regulares. Para estos objetivos, los aparatos de análisis deben ser lo más ligeros y reducidos posibles, accionados por baterías y robustos. Es-
tos conjuntos de elementos de pruebas-sistema de análisis se describen, por ejemplo, en el documento DE 43 05 058.

Los elementos de pruebas están constituidos frecuentemente en forma de tiras de pruebas, los cuales esencialmente comprenden una capa alargada de soporte, principalmente realizada en un material sintético y una zona de medición con una capa de visualización de las reacciones visibles, y eventualmente, capas auxiliares, por ejemplo, capas de filtrado. Además, los elementos de pruebas pueden comprender otros elementos estructurales, por ejemplo, dispositivos de dosificación y transporte para la muestra, tales como canales y filtros, dispositivos de posicionado, tales como embuticiones para garantizar el posicionado exacto del elemento de pruebas, y de esta manera una medición exacta en el aparato de análisis o elementos de codificación, por ejemplo, en forma de un código de barras o un componente electrónico, los cuales son apropiados para transmitir parámetros específicos del elemento de pruebas, tales como, por ejemplo, datos de calibrado o informaciones de carga al aparato de análisis.

Los elementos de pruebas contienen principalmente en la zona de medición, reactivos cuya reacción con la muestra, especialmente con los analitos contenidos en la muestra, conducen a una variación del elemento de pruebas característica y medible, que puede ser determinada con el aparato de análisis que pertenece al sistema. La zona de medición, puede comprender en caso deseado otros materiales auxiliares. La zona de medición puede comprender también solamente parte de los reactivos o materiales auxiliares. En otros casos es posible que las reacciones para la determinación de los analitos no tengan lugar directamente en la zona de medición sino que la mezcla de reactivos sea llevada a la zona de medición solamente después de la realización de las reacciones indicadoras para la medición. Los reactivos y productos auxiliares adecuados para la realización de las reacciones indicativas específicas de los analitos son bien conocidos por los expertos en la materia de elementos de pruebas o soportes de diagnóstico. Para los analitos, que se deben investigar por vía enzimática, se pueden comprender en la zona de medición, por ejemplo, enzimas, sustratos de enzimas, indicadores; sales tampón, materiales de carga inertes y similares. Además, de las reacciones indicadoras que inducen al cambio de color, el experto conoce también otros principios indicadores que se pueden realizar con los elementos de pruebas descrito, por ejemplo, sensores electroquímicos, o bien métodos indicadores de tipo químico, bioquímico, molecular biológico, inmunológico, físico, fluorimétrico o espectroscópico. El objetivo de la presente invención puede ser utilizado en todos los procedimientos de este tipo. Esto es válido en especial, para procedimientos de análisis de electroquímicos en los que después de una reacción indicadora específica para los analitos, tiene lugar un cambio electroquímico principalmente como tensión o corriente medibles en la zona de medición.

El objeto de la presente invención puede ser utilizado también a parte de sistemas de análisis que funcionan con reactivos, también con sistemas de análisis sin reactivos, en los que después del contacto del elemento de pruebas con la muestra, se mide directamente una propiedad característica de la muestra (por ejemplo, su composición biónica) mediante electrodos selectivos de iones. La invención es utilizable básicamente asimismo para dichos sistemas de análisis.

Además, los elementos de pruebas de la presente invención, comprenden superficies de contacto que son eléctricamente conductoras y por intermedio de los cuales se puede conseguir un contacto eléctrico entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis. En el caso de un procedimiento de análisis electroquímico, se colocan en especial, bandas conductoras y electrodos sobre el elemento de pruebas, con cuya ayuda se pueden determinar los cambios electroquímicos de la muestra, así como se pueden aplicar tensiones y/o corrientes externas a la muestra a investigar. Los análisis electroquímicos sobre el elementos de pruebas, discurren especialmente en la zona de medición entre electrodos especialmente construidos, mientras que las señales de medición procedentes de éstos, son medidos con intermedio de las bandas conductoras, o aplicados mediante las mismas. Preferentemente, estas bandas conductoras comprenden superficies dispuestas superficialmente de manera especial, que constituyen superficies de contacto sobre las cuales se puede conseguir el contacto eléctrico entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis. Las bandas conductoras y las superficies de contacto están realizadas principalmente en un metal noble. También los elementos de pruebas que no utilizan métodos de análisis electroquímicos, pueden presentar superficies de contacto conductoras eléctricamente. Por ejemplo, puede ser ventajoso disponer componentes electrónicos sobre un elemento de pruebas, los cuales actúan además almacenando parámetros específicos del elemento de pruebas, tal como, por ejemplo, datos de calibración o informaciones de cargas para transferirlas al aparato de análisis. Además, estos datos específicos son almacenados en el elemento de pruebas en componentes electrónicos o circuitos electrónicos. En la aplicación del elemento de pruebas en el aparato de análisis, estos datos pueden ser leídos por una electrónica especial de lectura del aparato de análisis para su proceso. Para ello, es necesario además, un contacto eléctrico de un elemento de pruebas, para lo que nuevamente son imprescindibles las superficies de contacto conductoras eléctricamente antes explicadas del elemento de pruebas.

El aparato de análisis comprende un soporte para el elemento de pruebas, para posicionar un elemento de pruebas en una posición de medición para la realización de la medición. Este soporte para el elemento de pruebas comprende además el elemento de contacto que se ha descrito anteriormente con superficies de contacto especiales. Para la determinación del analito, el elemento de pruebas será colocado en un aparato de análisis, el cual mediante la variación de características del analito determina el elemento de pruebas y lo prepara en forma de un valor de medición para su visualización o manipulación posterior. La determinación de los analitos puede tener lugar con diferentes métodos de determinación conocidos por los técnicos en la materia de la analítica de aparatos. En especial, se pueden utilizar métodos de determinación ópticos y electroquímicos. Los métodos ópticos comprenden, por ejemplo, la determinación de la variación de características de la zona de medición mediante la medición de la absorción, transmisión, dicromismo circular, dispersión de rotación óptica, refractometria o fluorescencia. Los métodos electroquímicos pueden referirse en especial a la determinación de variaciones características de la carga, potencial o corrientes eléctricas en la zona de medición.

Los analitos que son determinados con un procedimiento según la invención, o bien con el aparato correspondiente son, dentro del ámbito de la presente invención, todas las partículas que son de interés en la analítica, en especial el diagnóstico clínico. En particular, el concepto analito comprende átomos, iones, moléculas y macromoléculas, en especial, macromoléculas biológicas, tales como ácidos nucleicos, péptidos y proteínas, lípidos, metabolitos, células y fragmentos de células.

Con el término de muestra utilizada para investigación analítica, se comprende en el sentido de la presente invención, tanto un medio no modificado, que comprende el analito, como también un medio modificado que contiene los analitos o las sustancias extraídas de los mismos. La modificación del medio original puede tener lugar para la evaluación de la muestra, para la manipulación del analito o para la realización de las reacciones de determinación, de modo preferente, las muestras son líquidos. Los líquidos pueden ser líquidos puros y homogéneos, o bien mezclas heterogenias, tales como, por ejemplo, dispersiones, emulsiones o suspensiones. En especial, se pueden comprender en los líquidos, átomos, iones, moléculas y macromoléculas, en especial, macromoléculas biológicas, tales como ácido nucleico, péptidos y proteínas, lípidos, metabolitos, células y fragmentos de células. Los líquidos de utilización preferente a efectos de investigación son líquidos corporales, tales como sangre, plasma, suero, orina, líquido cerebroespinal, líquido lacrimal, suspensiones de células, restos de células, extractos de células, restos de tejidos o similares. No obstante, los líquidos pueden ser también soluciones de calibración, soluciones de referencia, soluciones de reactivos o soluciones con concentraciones de analitos estandarizadas, las llamadas estándares.

Bajo el término de investigación determinación analítica de analito, se comprende la presente invención, tanto una determinación cualitativa, como también una determinación cuantitativa de los analitos. En especial se comprende por dichos términos, una determinación de concentración o de cantidad de los correspondientes analitos, de manera que se considerará también como investigación analítica, la simple determinación de la inexistencia o de la existencia del analito.

La invención se explicará a continuación de manera más detallada en base a figuras y ejemplos de realización. Las características y peculiaridades descritas pueden ser utilizadas individualmente o en combinación para conseguir las disposiciones preferentes de la invención.

La figura 1 muestra una representación en sección parcial de un conjunto de sistema de análisis de un elemento de prueba.

La figura 2 muestra una vista a título de ejemplo de un elemento de pruebas para un procedimiento de análisis electroquímico.

La figura 3 muestra una vista en detalle de un elemento de contacto de acuerdo con la invención.

La figura 4 muestra una vista en detalle de una sección de un elemento de contacto con recubrimiento de un material duro de las superficies de contacto.

La figura 5 muestra la distribución de frecuencias determinadas experimentalmente de resistencias de transición, entre elementos de contacto y superficies de contacto sin recubrimiento de material duro, realizadas en paladio electropulido (figura 5a), entre elementos de contacto con superficies de contacto recubiertas con nitruro de cromo (figura 5b), o elemento de contacto con superficies de contacto recubiertas de titanio y aluminio (figura 5c), y de manera correspondiente elementos de pruebas nuevos con superficies de contacto de 50 nm de oro.

Los numerales de las figuras tienen los siguientes significados:

(1)

sistema de análisis

(2)

aparato de análisis

(3)

elemento de pruebas

(4)

electrodos

(5)

soporte del elemento de pruebas

(6)

elemento elástico

(7)

zona de medición

(8)

gota de líquido de la muestra

(9)

zona de transferencia de la muestra

(10)

zona de transporte

(11)

superficie de contacto del elemento de pruebas

(12)

superficie de contacto del elemento de contacto

(13)

banda conductora

(14)

elemento de contacto

(15)

electrónica de medición y evaluación

(16)

platina conductora

(17)

circuito impreso especial

(18)

material de base

(19)

capa intermedia

(20)

capa de material duro

(21)

capa de reactivo.

El conjunto mostrado en la figura 1 del sistema de análisis de un elemento de prueba (1) está constituido de un aparato de análisis (2) y un elemento de pruebas (3).

El aparato de análisis (2) tiene un soporte (5) del elemento de pruebas por el cual se efectúa el posicionado de un elemento de pruebas (3) en la posición de medición mostrada en la figura 1. El elemento de pruebas (3) es fijado en la posición de medición mediante medios adecuados, por ejemplo, un elemento elástico (6).

Para la realización de una medición el líquido de muestra es aplicado en la zona de medición (7) del elemento de pruebas (3). En la forma de realización que se ha mostrado, ello tiene lugar de forma que una gota de líquido (8) es colocada sobre una zona de aplicación (9) dispuesta en un extremo del elemento de pruebas (3), y desde allí es transportada mediante una zona de transporte (10), por ejemplo, un intersticio capilar, a la zona de medición (7). En la zona de medición (7) se encuentra una capa de reactivos (21), que es disuelta por el líquido de la muestra y reacciona con sus componentes.

La reacción conduce a una modificación detectable en la zona de medición (7). En el caso de un elemento de pruebas electroquímico, tiene lugar la determinación de la magnitud eléctrica de medición mediante electrodos previstos en la zona de medición, que se han mostrado en la figura 2. En la posición de medición se realizará el contacto eléctrico entre el elemento de pruebas (3) y el elemento de contacto (14) del soporte (5) del elemento de pruebas. El elemento de contacto (14) está unido a una electrónica de evaluación (15), que está muy integrada a efectos de poder conseguir una construcción lo más compacta posible y elevada fiabilidad. En el caso que se ha mostrado está constituida esencialmente mediante una pletina conductora (16) y un circuito integrado especial (17). En sus características, el sistema de análisis está construido de forma convencional y no necesita ninguna explicación más detallada.

La figura 2 muestra una vista parcial de un elemento de pruebas (3) a título de ejemplo para un procedimiento de análisis electroquímico.

La determinación de la variación que especifica el análisis tiene lugar en el ámbito de la determinación del analito dentro de la zona de medición (7). En el caso mostrado de un elemento de pruebas electroquímico, tiene lugar la medición de una magnitud eléctrica mediante las bandas conductoras (13) a las superficies de contacto (11). Estas establecen contacto directo en el momento de la introducción del elemento de pruebas (3) en el soporte (5) del elemento de pruebas, con las superficies de contacto del elemento de contacto (12), y por lo tanto establecen la conexión eléctrica entre el elemento de pruebas y el aparato de análisis. El elemento de pruebas que se ha mostrado constituye una forma de realización a título de ejemplo, de dimensiones mínimas, de una tira de pruebas. También se pueden utilizar en el ámbito de la presente invención, elementos de pruebas con otras disposiciones de electrodos y tiras conductoras así como varios electrodos por ejemplo, electrodos de referencia, así como estructuras adicionales tales como zonas de aplicación de muestras o zonas de transporte, o bien zonas de reacción especiales.

La figura 3 muestra una vista en detalle de un elemento de contacto según la invención.

El elemento de pruebas (3) será aplicado en el soporte (5) mediante introducción. El contacto eléctrico se establecerá entre las superficies de contacto del elemento de contacto (12) y las superficies de contacto del elemento de pruebas (11). En este caso el elemento de contacto (14) está construido de forma tal, que presenta características bastitas y por lo tanto, constituye un puente de contacto definido sobre el elemento de pruebas (3). Esto representa una forma de realización especialmente preferente, en la que el elemento de contacto (14) sirve tanto para contacto eléctrico como también para posicionado y fijación del elemento de pruebas. Por el contrario, se han mostrado en la figura 1 las funciones de contactos eléctricos y posicionado/fijación de dos componentes distintos a saber el elemento elástico (6) y el elemento de contacto (14) de manera separada.

La figura 4 muestra una vista en detalle de una sección de un elemento de contacto dotado de recubrimiento de material duro en la zona de las superficies de contacto. El recubrimiento de material duro (20) está aplicado en este caso sobre un material de base (18) del elemento de contacto, de manera que en este caso se encuentra entre ambas capas, una capa intermedia (19) que puede estar constituida especialmente como capa transmisora de adherencia o capa de protección. El recubrimiento de material duro (20) corresponde funcionalmente a las superficies de contacto del elemento de contacto (12).

Ejemplos

Para su utilización en conjuntos de elemento de pruebas-sistemas de análisis, es importante que las conexiones de contacto entre elementos de pruebas y el aparato de análisis garanticen incluso después de muchas operaciones de acoplamiento por introducción, determinadas resistencias de transición de valor producido a efectos de garantizar una determinación de analitos exacta y reproducible mediante el conjunto del elemento de pruebas-aparato de análisis.

Ejemplo 1 Elementos de contacto con superficies de contacto recubiertas con nitruro de cromo a) Investigación microscópica de la superficie

Para evaluar el efecto favorable de superficies de material duro según la invención, como superficies de contacto en una unión de contacto eléctrico de un sistema de análisis de un elemento de prueba, se recubrieron las superficies de contacto de dicha unión de conexión con nitruro de cromo. En este caso se aplicó sobre las superficies de contacto de la unión de conexión por enchufe mediante un procedimiento PVD, una capa de nitruro de cromo con un grosor de 480 nm. En esta conexión de enchufe dotado de este recubrimiento, se aplicaron cada vez nuevos elementos de prueba 480x. Estos elementos de prueba presentaban como superficies de contacto capas de oro con un grosor de 50 nm, que se habían aplicado sobre una lámina de material plástico. Después de 480 procesos de conexión por enchufe se evaluaron, tanto la imagen de las averías del elemento de pruebas de forma microscópica, como también las superficies de contacto individualmente. A efectos de comparación se consideraron 480 elementos de pruebas en condiciones que por lo demás eran idénticas con uniones por conexión de tipo anteriormente conocido, no dotadas de capa de material duro, con superficies de contacto de paladio electropulido, y de manera correspondiente fueron sometidos a una valoración microscópica.

La imagen de averías de las superficies de contacto de los elementos de pruebas, que estaban dotados en las conexiones por enchufe de tipo conocido con superficie de contacto de paladio electropulido, mostró arrastres muy fuertes de material y deformaciones de la capa de oro de los elementos de pruebas. Estos resistieron los movimientos alternativos del elemento de pruebas en la conexión por enchufe. En muchas zonas la capa de oro de la superficie de contacto y las bandas conductoras del elemento de pruebas, se deformaron fuertemente por el movimiento alternativo relativo de dos superficies de contacto de la conexión por enchufe. Esta deformación puede llegar hasta un punto en el que muchas zonas de la capa de oro son arrastradas por las rayaduras producidas por el movimiento alternativo de la segunda superficie de contacto hasta llegar a la lámina de plástico. Por esta razón, el contacto eléctrico queda interrumpido en este caso y resulta imposible la determinación del analito.

El cuadro de averías de las superficies de contacto de los elementos de pruebas que se aplicaron en conexiones por enchufe de acuerdo con la invención, cuyas superficies de contacto estaban recubiertas con una capa de nitruro de cromo de 480 nm mostraron por el contrario pocas averías. La observación microscópica de las superficies de contacto del elemento de pruebas demostró que las superficies de contacto del elemento de pruebas se habían deformado ciertamente por efecto plástico pero en medida mucho menor que en las conexiones por enchufe no dotadas de recubrimiento de material duro. En particular no se observaron arrastres importantes de un material o variaciones en el grosor de la capa y la capa de oro de las superficies de contacto y bandas conductoras se conservó en todos los casos. El cuadro de averías microscópicas mostró una deformación regular de la capa de oro en forma de una ranura plana con profundidad reducida y relativamente regular sin que el material se hubiera arrastrado fuertemente o de manera completa en algunos lugares.

El cuadro de averías microscópicas de tipo anteriormente conocido de elementos de contacto de conexiones por enchufe con superficies de contacto no dotadas de recubrimiento de material duro después de 480 operaciones de enchufe, era claramente peor que el cuadro de averías microscópico de correspondientes superficies de contacto con superficies de material duro según la invención con nitruro de cromo con un grosor de 480 nm.

Las superficies no dotadas de recubrimiento de material duro de los elementos de contacto de las conexiones por enchufe de control, mostraron en la observación microscópica sensibles muestras de arrastre de la capa metálica que condujeron hasta el arrastre completo de ciertos puntos de la capa metálica. También se pueden observar parcialmente depósitos de material superficial del elemento de pruebas conectado sobre las superficies de contacto de las conexiones por enchufe.

Las superficies de contacto con recubrimiento de nitruro de cromo de los elementos de contacto según la invención, no mostraron por el contrario después de acoplamientos por enchufe frecuentes del tipo indicado, ninguna muestra de desgaste sensible. En especial, se podía observar una superficie intacta y regular de la capa de nitruro de cromo, así como un menor depósito del material de los electrodos de la tira de pruebas.

b) Resistencias de transición eléctricas

En la medición de las resistencias de transmisión eléctrica entre elemento de pruebas y elemento de contacto de la conexión por enchufe, se demuestra en esencial después de muchas operaciones de enchufe, que los elementos de contacto con recubrimiento de material duro posibilitan conexiones de contactos notablemente reproducibles y poco sensibles a averías en comparación con los elementos de contacto de tipo conocido hasta el momento sin dicha superficie de material duro. Para ello, se enchufaron en cada caso 480 elementos de prueba del tipo descrito en lo anterior, nuevos, los cuales presentaban un grosor de capa de oro de 50 nm como material de electrodos, en conexiones de contacto por enchufe, con superficies de contacto con recubrimiento de nitruro de cromo de 480 nm o en conexiones de enchufe con superficies de contacto sin recubrimiento de material duro, de paladio electropulido (controles), y se determinaron las resistencias de transición entre 8 superficies de electrodos de un elemento de pruebas y la conexión por enchufe de manera que se determinaran para cada caso 3840 valores de la resistencia de transición para superficies de contacto con recubrimiento de material duro, y superficies de contacto de control sin recubrimiento de material duro.

La figura 5a muestra una distribución de frecuencias de las resistencias de transición determinadas de esta manera, para elementos de contacto con superficies de contacto sin recubrimiento de material duro, de paladio electropulido. En el eje de las abcisas, se ha dispuesto los valores de las resistencias de transición correspondientes que se han medido R en intervalos de 0,1 Ohmios y en las ordenadas la frecuencia F normalizada con respecto al valor de frecuencia más elevado (=100) de las resistencias de transición medidas.

Se demuestra que la mayor parte de las resistencias de transición en estos controles se encuentra ciertamente en una zona de valores pequeños entre 0 y 10 Ohmios, pero un número no despreciable de valores de resistencia de transición medidos presenta una magnitud infinita. Estas resistencia medidas con valores "infinitos", significan que no se puede conseguir ningún contacto eléctrico entre los elementos de contacto correspondientes de la conexión por enchufe y las superficies de contacto del elemento de pruebas, y no se puede llevar a cabo medición de la resistencia. Estos valores no se encuentran en la figura 5a en la parte de la derecha y se han marcado con una flecha. La evaluación de la resistencias de transición individuales medidas dio como resultado, que 32 resistencias de transición medidas son mayores de 50 Ohmios. Un valor de transición de 50 Ohmios puede ser considerado en conjuntos de elementos de pruebas-sistema de análisis construidos de este modo como valor límite, por debajo del cual no se puede prever que la medición sea fiable. 16 de los 480 elementos de pruebas sometidos a investigación presentaron, no obstante, como mínimo una resistencia de transición de 50 Ohmios. Esto resultó en una elevada cuota de fallos de 3,3% de los elementos medidos, de manera que estos elementos de contacto son solamente adecuados de manera limitada para su utilización duradera y reproducible en conjuntos de elementos de pruebas-sistema de análisis.

La figura 5b muestra una distribución de frecuencias de la resistencia de transición, medidas para elementos de contacto según la invención, que tienen un recubrimiento de material duro de nitruro de cromo de 480 nm.

Se demuestra claramente, que en la determinación de 3840 resistencias de transición no se observó ningún valor mayor de 50 Ohmios. Ciertamente, la mayor parte de valores de resistencia se encuentran entre 10 y 50 Ohmios, mientras que ninguno de los 3840 valores medidos se encuentra por encima del valor límite de 50 Ohmios o en los valores de resistencias de transición "infinitos", tal como ocurre en las superficies de contacto de material duro. Con estas conexiones de contacto se puede, por lo tanto, conseguir una transmisión reproducible y exacta de señales eléctricas para múltiples procesos de conexión por enchufe. La utilización de conexiones de contacto según la invención en un aparato de análisis de un elemento de prueba, tiene por lo tanto la ventaja de que en estos sistemas se pueden llevar a cabo determinaciones de analitos reproducibles y exactas, en especial, también después de la realización de múltiples operaciones de enchufe.

Ejemplo 2 Elementos de contacto con superficies de contacto recubiertas con nitruro de titanio

Se llevaron a cabo investigaciones análogas con enchufes por contacto con elementos de contacto, cuyas superficies de contacto tenían una superficie de material duro según la invención de nitruro de aluminio de 120 nm, que de manera correspondiente se había aplicado mediante procedimiento PVD.

a) Investigación microscópica de la superficie

También en este aspecto, se ha demostrado que un recubrimiento de material duro según la invención de las superficies de contacto de la conexión por enchufe con nitruro de titanio y aluminio, mejora notablemente el comportamiento frente a averías de las superficies de contacto del elemento de pruebas. En la observación microscópica de las correspondientes superficies de contacto del elemento de pruebas, se ha demostrado que las superficies de contacto del elemento de pruebas se deformó ciertamente de forma plástica, pero en medida mucho menor que en los controles de recubrimiento sin material duro. En esencial, no se pudieron observar arrastres de material importantes o variaciones del espesor de las capas y los grosores de capa de oro de las superficies de contacto de las bandas conductoras que se conservaron. El cuadro de averías microscópicas se observó, de manera similar, a una superficie de contacto con recubrimiento de nitruro de cromo, una deformación regular de la capa de oro en forma de una ranura plana con profundidad relativamente constante y reducida, sin que el material apareciera en ningún lugar fuertemente arrastrado o arrastrado por completo.

También, las averías en el recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio, eran después de 480 acciones de enchufe notablemente menores que en las conexiones enchufables de control sin capa de recubrimiento dura. Las superficies de contacto con recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio de las conexiones enchufables, según la invención, mostraron también después de frecuentes ciclos de introducción, que no se producían sensibles muestras de desgaste o de arrastres. En especial, se podía observar una superficie intacta y continua de la capa de nitruro.

b) Resistencias de transición eléctrica

En la medición de las resistencias de transición análogas a las mediciones del ejemplo 1 b), se demostró que las superficies de contactos de conexiones de enchufe dotadas de recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio, posibilitan conexiones de contacto eléctrico entre una conexión enchufable y un elemento de pruebas con mucha menor tendencia a la producción de averías, en comparación con conexiones enchufables del tipo conocido hasta el momento que carecen de dicha superficie con material duro. Es esencialmente ventajoso en esta forma de realización, que a parte de una seguridad de contacto muy elevada (ningún valor por encima de 50 Ohmios) en comparación con las superficies de contacto con recubrimiento de nitruro de cromo del ejemplo 1, los valores de las resistencias de transición medidos son también sustancialmente menores.

La figura 5c muestra una distribución de frecuencia de la resistencia de transición, medida para elementos de contacto según la invención, con superficies de contacto dotadas de un recubrimiento de material duro de nitruro de titanio y aluminio de 120 nm.

Se muestra claramente que a determinación de resistencias de transición no se observan valores superiores a 50 Ohmios. Asimismo, casi todos los valores de resistencia medidos se encuentran entre 1 y 3 Ohmios, y por lo tanto, bastante más bajos que en las superficies de contacto sin recubrimiento de material duro del ejemplo 1 (figura 5a). Por lo tanto, mediante este tipo de conexiones de contactos se puede conseguir la transmisión reproducible y exacta de señales eléctricas después de muchos procesos de conexión por enchufe. La utilización de conexiones de contacto según la invención en conjuntos de elementos de pruebas-aparatos de análisis, tiene la ventaja que en estos sistemas se pueden llevar a cabo determinaciones de analitos reproducibles y exactas, en especial también después de múltiples operaciones de acoplamiento por enchufe. Las resistencias de transición muy reducidas en elementos de contacto con superficies de contacto con recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio, tienen además la ventaja de que la señal de medición propiamente dicha difícilmente, se verá influida por la resistencia de transición, por lo tanto, se pueden realizar determinaciones de analitos, especialmente exactas, incluso con señales de medición reducidas.

Ejemplo 3 Modificación de las resistencias de transición del ejemplo 1 y 2 después de múltiples procesos de conexión por enchufe

Para una utilización reproducible en un sistema de análisis de un elemento de prueba a lo largo de un prolongado periodo de tiempo, y después de múltiples ciclos de medición, es importante además, que las resistencias de transición sean lo más constantes posibles y que no muestren comportamientos de desgaste extremos, tal como es característico en resistencias que primero están elevadas y luego disminuyen, o bien que en primer lugar son pequeñas y después aumentan.

Las conexiones enchufables de control con superficies de contacto de paladio electropulido, demostraron después de 480 operaciones de enchufe de un elemento de pruebas nuevo a lo largo de todo el periodo de tiempo, fallos de contactos esporádicos que se caracterizan por dolores de resistencia "infinitos". Estos fallos de contacto distribuidos al azar, son poco adecuados en especial en cuanto a la capacidad de reproducción de los resultados de la medición, puesto que siempre se debe contar con un determinado factor de probabilidad con un fallo de medición.

Las conexiones enchufables con superficies de contacto dotadas de un recubrimiento de nitruro de cromo de 480 nm, muestran un aumento de la resistencia de transición al aumentar el numero de operaciones de enchufe realizadas. En estos sistemas de pruebas puede ser, por lo tanto, ventajoso, el cambiar los elementos de contacto con recubrimiento y material duro después de un número determinado de mediciones a efectos de garantizar una exactitud de medición elevada y constante. Por esta razón, se comprenden en la presente invención también aparatos de análisis, que contienen elementos de contacto y conexiones de contacto con recubrimientos de materiales duros.

Las conexiones enchufables con superficies de contacto dotadas de un recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio de 120 nm, muestran en primer lugar elevadas resistencias de transición que disminuyen al aumentar el número de operaciones de enchufe llegando a un nivel de resistencia muy pequeño. Esta observación muestra que mediante un recubrimiento de nitruro de titanio y aluminio, al contrario que con un recubrimiento de nitruro de cromo, se pueden conseguir ante todo después de muchas operaciones de enchufe realizadas, resistencias de transición reducidas y muy reproducibles, y que dichos recubrimientos de las superficies de contacto son especialmente adecuados para conjuntos formados por un sistema de análisis de un elemento de prueba que deben permitir conseguir a lo largo de un periodo muy prolongado de utilización y de muchas mediciones unas determinaciones exactas de los analitos.

Esto demuestra que mediante la elección del material de la superficie de material duro, resulta posible el conjunto formado por un sistema de análisis de un elemento de prueba, que puede ser adecuado a las exigencias del sector de utilización, en especial con respecto a la vida útil y a la exactitud de la determinación de analitos.

Claims (10)

1. Sistema de análisis de un elemento de pruebas (1) para la investigación analítica de una muestra, en particular de un líquido corporal, que comprende

- un elemento de pruebas (3) que tiene, como mínimo, una zona de medición (7) y superficies de contacto eléctricamente conductoras (11), en particular, electrodos o bandas conductoras, de manera que la muestra a investigar es aplicada para investigación analítica en la zona de medición (7), y

- un aparato de análisis (2) con un soporte (5) del elemento de pruebas para posicionar el elemento de pruebas (3) que contiene la muestra y un dispositivo de medición para medir un cambio en la zona de medición que es característico para el analito, de manera que el soporte (5) del elemento de pruebas contiene elementos de contacto (14) con superficies de contacto (12), que permiten el contacto eléctrico entre las superficies de contacto (11) del elemento de pruebas (3) y las superficies de contacto (11) del soporte (5) del elemento de pruebas,

caracterizado porque,

las superficies de contacto (12) de los elementos de contacto (14) del soporte (5) del elemento de pruebas están dotadas de una superficie (20) de un material duro eléctricamente conductor.

2. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según la reivindicación 1,

caracterizado porque

la superficie de contacto (11) opuesta a la superficie (20) de material duro consiste en un material distinto del material de la superficie (20) de material duro.

3. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la superficie de contacto (20) opuesta a la superficie (11) de material duro consiste en un material y, en particular, un material noble o una aleación que contiene un metal noble que tienen una dureza menor que el material de la superficie (20) de material duro.

4. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

los elementos de contacto (14) del soporte (5) del elemento de pruebas, adoptan la forma de contactos enchufables, contactos elásticos o contactos de pinza.

5. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la superficie (20) de material duro consiste en un nitruro metálico, en particular, nitruro de titanio, nitruro de titanio y aluminio, nitruro de cromo o nitruro de circonio.

6. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la superficie (20) de material duro es producida por recubrimiento de un material de base (18) con un material duro conductor eléctrico.

7. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según la reivindicación 6,

caracterizado porque

capas intermedias adicionales (19), en particular capas adhesivas o de protección, se encuentran presentes entre el material de base (18) y la superficie de material duro (20).

8. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones 6 a 7,

caracterizado porque

el grosor de capa del recubrimiento de un material duro es menor de 2 \mum, preferentemente menor de 1 \mum, particularmente, de manera preferente menor de 500 nm.

9. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la resistencia eléctrica de transición entre las superficies de contacto (11) del elemento de pruebas (3) y la superficie de contacto (12) del soporte (5) del elemento de pruebas, es menor de 50 Ohmios.

10. Sistema de análisis de un elemento de pruebas según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

el analito es determinado utilizando métodos eléctricos y, en particular métodos electroquímicos.