JP2006300739A - 試験紙及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貯蔵性が高く、かつ検出感度の高い試験紙を作成する。
【解決手段】
本発明の試験紙１０は、検知剤が含有された担体１５の表面が保護膜１７で覆われており、担体１５は保護膜１７及び支持体１１によって空気から遮断されているため、検知剤が酸化されやすい物質であっても、担体１５が変色又は退色しない。従って、本発明の試験紙は貯蔵性に優れている。保護膜１７は水溶性フィルムで構成されているので、検出物質の水溶液が保護膜１７に接触すると、保護膜１７が溶解又は膨潤して担体１５に検出物質の水溶液が接触し、その水溶液に検出物質が含まれる場合は、担体１５中の検知剤が検出物質と反応して変色する。
【選択図】図１

Description

本発明は特定の化学物質を検出する試験紙とその製造方法に関する。

従来より、特定の化学物質と反応して変色する検知剤は広く用いられている。
例えば、検知剤である塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）は通常は黄色を呈しているが、サリチル酸と反応して紫色に変色する。

人間がアスピリンを摂取すると、アスピリンは体内で代謝され、その代謝物であるサリチル酸が尿や唾液に排出される。従って、患者の尿や唾液を含む試料を塩化第二鉄に接触させたときに、塩化第二鉄が変色するか否かで、患者がアスピリンを摂取したかどうかの判定をすることができる。

従来のサリチル酸検出方法は、塩化第二鉄の水溶液を作成し、その水溶液に試料を入れて変色反応を観察していた。しかしながら、塩化第二鉄は酸化されやすく、塩化第二鉄の水溶液は短時間で変色してしまうので、検出試験の度に塩化第二鉄水溶液を作成する必要があり、工程が煩雑であった。
石澤不二雄 他６名、「サリチル酸検知管の開発」、中毒研究、日本中毒学会、２００４年４月号（Vol.17/No2)、ｐ．１４９−１５４

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、長時間保存可能であって、かつ、簡易に検出物質を検知可能な試験紙を提供するものである。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、支持体と、前記支持体上に配置された担体と、前記担体上に配置された保護膜とを有し、前記担体には、検出物質と反応して変色する検知剤が含有され、前記保護膜は水溶性物質で構成され、前記検出物質が水に溶解した検出物質の水溶液を、前記保護膜に接触させると、前記保護膜が溶解し、前記検出物質の水溶液が前記担体と接触するように構成された試験紙である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の試験紙であって、前記保護膜はオブラートである試験紙である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の試験紙であって、前記保護膜の膜厚は１０μｍ以上２０μｍ以下である試験紙である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の試験紙であって、前記検知剤は塩化第二鉄であり、前記検出物質はサリチル酸である試験紙である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の試験紙であって、前記担体の構成物質は、セルロースを主成分とする試験紙である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の試験紙であって、前記支持体は樹脂フィルムである試験紙である。
請求項７記載の発明は、支持体と、前記支持体上に配置された担体と、前記担体上に配置された保護膜とを有し、前記担体に検知剤が含有された試験紙を製造する試験紙の製造方法であって、前記支持体上に配置された前記担体に、前記検知剤が溶解した検知剤溶液を含浸させた後、前記担体の表面に水溶性フィルムを配置し、前記水溶性フィルムを前記担体に含浸された前記検知剤溶液に接触させて、保護膜を形成する試験紙の製造方法である。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の試験紙の製造方法であって、前記保護膜の形成は、前記担体の表面に前記水溶性フィルムを配置した後、前記水溶性フィルムを乾燥させる試験紙の製造方法である。
請求項９記載の発明は、サリチル酸と反応して変色する試験紙を製造する請求項７又は請求項８のいずれか１項記載の製造方法であって、前記検知剤として塩化第二鉄を用い、前記塩化第二鉄を、前記検知剤溶液１００ｍｌあたり、２．５ｇを越え、かつ１０ｇ未満の範囲で添加する試験紙の製造方法である。

本発明は上記のように構成されており、担体に含有された検知剤の色あせを避けるために、担体表面に保護膜が配置され、担体が空気から遮断されている。
検査対象が尿等の水溶液（試料）であるため、保護膜の材質は試料に浸した時にすぐに溶解するような水溶性の材料である必要がある。従って、合成樹脂は不適当である。

そのような水溶性の膜剤としてはオブラート、ゼラチン、水溶性でんぷんがあるが、保護膜の材料にオブラートを使うと、乾燥後長時間が経過しても黄色のまま色あせない（化学反応を起こさない）。またオブラートは膜厚が１０μｍ以上２０μｍ以下という超薄膜のため試料に浸すとすぐ溶け、その結果試験紙はサリチル酸と即座に反応できることから、シートを覆う膜としてはオブラートが最適である。
担体に検知剤溶液をしみこませてから、担体が乾かないうちにオブラートを貼付すると、担体の表面全体に均一にオブラートが付着する。

また、支持体を用いず、例えばセルロースろ紙からなる担体に検知剤溶液をしみこませた後、その担体の両面をオブラートのような保護膜で覆うことも考えられるが、濡れた担体の両面にオブラートを貼付することは技術的に難しく、手間がかかる上、乾燥時にろ紙が波をうちオブラート膜が破れてしまうおそれがある。従って、本発明は担体を支持体上に配置することが好ましい。

尚、オブラートを担体に貼付した直後は、オブラートが水分を吸収して糊状になっているため、余分な水分を除去するために全体を乾燥させるが、ドライヤー等で加熱して強制的に乾燥するとオブラートが急激に収縮して膜が破れ、表面全体が覆われなくなる可能性があるので、室温（５℃以上３５℃以下）に放置して自然乾燥することが必要である。

検知剤が含有された担体は両面が支持体と保護膜で覆われており、支持体と保護膜によって空気が遮断されるので、検知剤が酸化されやすい物質であっても、検知剤が変色しない。従って、試験紙の貯蔵性が高い。保護膜は水に溶解するので、保護膜の表面に水を含有する検出物質の水溶液を接触させるだけで、保護膜が溶解または膨潤し、検出物質の水溶液が担体に接触するようになる。従って、本発明の試験紙は検出試験の前に保護膜を取り外す必要がない。本発明の試験紙は、体液を遠心分離やろ過等の前処理をせずにそのまま試料液として用いることができる。

図１の符号１０は本発明の試験紙の一例を示しており、この試験紙１０は積層体１２を有している。積層体１２は、シート状の支持体１１と、支持体１１の表面に配置された担体層１５とを有しており、積層体１２の担体層１５側の表面には保護膜１７が配置されている。

本発明に用いる保護膜１７はオブラートのような水溶性フィルムで構成されている。オブラートの製造工程の一例について説明すると、先ず、馬鈴薯でんぷん等のでんぷんを水に分散させ、その分散液を煮沸し、攪拌すると、でんぷんが加熱されてアルファ化し、でんぷんが水を吸収して分散液が糊状になる。糊状の分散液をロールの側面に塗布して分散液の塗布膜を形成し、塗布層を押し伸ばしながら塗布層を加熱して分散液中の水分を乾燥除去し、膜厚が１０μｍ以上２０μｍ以下のでんぷんの薄膜を形成する。

得られたでんぷんの薄膜を湿度が一定に保たれた室内に所定時間置き（エージング）、所定形状に切り出すと、アルファ化されたでんぷんの膜が得られる。このでんぷん膜は、でんぷんをアルファ化させなかった場合に比べて吸水性や、膨潤性や、水溶性が高い。従って、このでんぷん膜は水溶性フィルムの１種である。尚、でんぷんのアルファ化は加熱だけではなく、酸処理、酵素変性等の他の処理方法で、でんぷんをアルファ化させることもできる。

次に、この試験紙の製造工程の一例について説明する。
図２（ａ）の符号１２は本発明に用いる積層体の一例を示している。積層体１２は例えばＴＬＣ(Thin Layer Chromatography,薄層クロマトグラフィー）用のセルロースシートで構成されており、このセルロースシートは、樹脂フィルムからなる支持体１１と、支持体１１表面に形成されたセルロース層とからなる担体１３とで構成されている。

検知剤である塩化第二鉄を水に溶解させて検知剤溶液を作成し、該検知剤溶液を積層体１２の担体１３側の表面に塗布する。
担体１３を構成するセルロース層は吸水性を有するので、検知剤溶液は担体１３表面から内部に浸透する。支持体１１を構成する樹脂フィルムは吸水性を有さないので、検知剤溶液が担体１３と支持体１１との界面に到達しても、支持体１１には吸収されず、検知剤溶液は担体１３内部で保持される。

図２（ｂ）の符号１５は検知剤溶液が内部に保持された状態の担体を示している。担体１３を構成するセルロースと、支持体１１を構成する樹脂（例えばポリエステル樹脂）は、検知剤である塩化第二鉄に対する反応性が低いので、塩化第二鉄は担体１５中で変色せず、黄色のままである。従って、この担体１５は黄色に呈色されている。

次に、検知剤溶液が保持された担体１５が乾かないうちに、上記水溶性フィルムを担体１５表面に貼付すると、水溶性フィルムが担体１５中に含浸された検知剤溶液と接触する。

上述したように、オブラートのような水溶性フィルムは吸水性や膨潤性が非常に高く、水溶性フィルムが検知剤溶液と接触すると、水溶性フィルムの少なくとも表面部分が溶解して糊状となり、水溶性フィルムが担体１５の表面に接着する。

次に、水溶性フィルムが接着された状態の積層体を室温で自然乾燥し、水溶性フィルムから余分な水分を蒸発、除去する。水溶性フィルムから水分が蒸発する時には、水溶性フィルムは担体１５に接着したまま反り返ろうとするが、担体１５は樹脂フィルムからなる支持体１１に保持されるので、積層体１２は反り返らない。

水溶性フィルムから余分な水分が除去されると、水溶性フィルムは、担体１５の表面に接着されたまま糊状から固体状に戻り、担体１５の表面に、固体状の水溶性フィルムからなる保護膜１７が形成される。このとき、担体１５内部に保持された水の一部も蒸発除去されるが、検知剤は除去されずに担体１５内部に残る。
保護膜１７が形成された状態の積層体１２を所定形状（例えば、幅３ｃｍ長さ４ｃｍの長方形形状）に切断すると、本発明の試験紙１０が得られる。

上述したように、担体１５の内部から検知剤は除去されないので、担体１５内部には検知剤が含有されており、担体１５は検知剤の色（ここでは黄色）に呈色されている。

上述した保護膜１７と、支持体１１を構成する樹脂フィルムは、それぞれ空気遮断性を有しており、従って担体１５の表面と裏面は空気遮断性の膜で覆われ、担体１５が空気にさらされない。従って、担体１５に含有される検知剤が、塩化第二鉄のような酸化されやすい物質であっても、検知剤が酸化せず、担体１５の色が変色せず、本発明の試験紙１０は貯蔵性が高い。

次に、試験紙１０を使用例を説明すると、尿や唾液等の体液を採取し、その体液をそのまま検出物質の水溶液として用い、体液中に試験紙１０を浸漬させるか、試験紙１０の保護膜１７側の表面に体液を滴下し、保護膜１７に体液を接触させる。体液は水を主成分としており、上述したように保護膜１７は吸水性が高いので、保護膜１７は体液に溶解又は膨潤し、いずれの場合も担体１５に体液が接触する。

体液中にサリチル酸が含有されない場合は、担体１５に含有される塩化第二鉄は変色せず、黄色のままである。従って、担体１５は黄色に呈色されたままである。

体液中にサリチル酸が含有される場合は、サリチル酸のフェノール性水酸基がＦｅ³⁺と反応し、塩化第二鉄が緑色、青色あるいは紫色の錯塩となる。従って、担体１５が黄色から、緑色、青色あるいは紫色に変色する。

このように、本発明の試験紙１０は、試料である体液を保護層１７に接触させ、担体１５の色が変わるかどうかを目視で観察するだけで、検出物質の水溶液である体液中に検出物質であるサリチル酸が含有されるかどうか調べることができる。

＜試験紙の特徴＞
塩化第二鉄５ｇを蒸留水に溶解して１００ｍｌの検知剤溶液を作成した。この検知剤溶液を用いて、上記図２（ａ）、（ｂ）に示した工程で試験紙１０を作成し、サリチル酸の検出試験に用いる前の色を調べた。マンセルの標準色表に基づいた試験紙１０の色相、明度、彩度を下記表１に示す。

＜塩化第二鉄の濃度＞
塩化第二の鉄の添加量が異なる４種類の検知剤溶液を作成した。各検知剤溶液の塩化第二鉄の添加量を下記表２に記載する。

上記表２中の添加量は、検知剤溶液１００ｍｌ中に含有される塩化第二鉄の重量（ｇ）を示している。これら４種類の検知剤溶液を用いて、図２（ａ）、（ｂ）に示した工程で４種類の試験紙１０を作成し、サリチル酸水溶液に試験紙１０を浸漬して、担体１５が変色するかどうかを目視で確認した。その観察結果を上記表１に記載した。

上記表１から明らかなように、塩化第二鉄の添加量が２．５ｇの場合はサリチル酸の検出感度が低く、サリチル酸濃度が低い水溶液では担体１５の色が変わらなかった。

塩化第二鉄の添加量が５ｇ以上であると、水溶液中のサリチル酸濃度が１００ｍｇ／ｌと低くても担体１５が変色したが、塩化第二鉄の添加量が１０ｇ以上になると、担体１５の色そのものが塩化第二鉄で濃く着色されてしまった。
水溶液中のサリチル酸濃度が低く、担体１５の変色程度が小さい場合には、担体１５が濃く着色されていると、担体１５が変色したかどうかの判定が困難になるの。

従って、サリチル酸濃度の低い水溶液の検出に本発明の試験紙１０を用いる場合には、検知剤溶液１００ｍｌ当たりの塩化第二鉄の添加量を２．５ｇを超え、かつ１０ｇ未満の範囲にすればよいことがわかる。

＜担体の材質＞
塩化第二鉄５ｇを蒸留水に溶解して１００ｍｌの検知剤溶液を作成した。この検知剤溶液を異なる種類の担体にしみこませて乾燥し、試験紙を作成した。担体の材質を下記表３に記載する。

尚、上記表３中「ＴＬＣセルロールプレート＋オブラート」以外のものは、担体表面に保護膜が形成されておらず、担体表面が露出している。
普通のろ紙（セルロースろ紙）に検知剤溶液をしみこませた試験紙は、作製直後は黄色で、サリチル酸との反応により紫色に着色し検査が可能であったが、作成後数時間で黄色が色あせ、使用不可能になった。

石英ろ紙、ガラスウールろ紙を用いた場合は、作製直後にろ紙が褐色に変色し使用不可能であった。これは、石英ろ紙、ガラスウールろ紙にしみこんだ塩化第二鉄が化学変化を起こしたためである。また、ポリフロンろ紙は検知剤溶液が内部にしみこまず、試験紙を作成することが不可能であった。

ＴＬＣ用プラスチック蛍光剤入りシリカゲルシートを用いた場合も、石英ろ紙を用いた場合と同様に、作成後すぐに変色してしまった。
ＴＬＣプラスチックシリカゲルシートを用いた試験紙は、サリチル酸と反応し着色するが、検出物質の水溶液として尿を用いた場合、サリチル酸が含まれない場合であっても変色し、擬陽性反応を示すため不都合である。

ＴＬＣ用プラスチックセルロースシートを用いると、セルロースろ紙と同様検査が可能な試験紙が作製できるが、これも作製後数時間で色あせてしまう。これは担体１５表面が露出しているので、空気の影響で塩化第二鉄が酸化されたためと考えられる。

これに対し、ＴＬＣ用プラスチックセルロースシートを用い、更に担体１５の表面にオブラートを貼付して保護膜１７を形成した本発明の試験紙１０は、サリチル酸を検出可能であるだけではなく、作成後２４時間以上経過しても担体１５の色が退色しなかった。

尚、ＴＬＣプラスチックシリカゲルシートは、樹脂フィルム表面にシリカゲル膜が形成されたものであり、ＴＬＣ蛍光剤入りシリカゲルプレートは、樹脂フィルム表面に蛍光剤入りシリカゲル膜が形成されたものであり、ＴＬＣセルロースシートは、上記図２（ａ）に示した積層体１２である。

＜保護膜の材料＞
合成樹脂、ゼラチン、水溶性でんぷんを水に溶解させた塗布液を作成した。
図２（ａ）、（ｂ）に示す工程で、積層体１２の担体１５に検知剤溶液をしみこませた後、上記塗布液を担体表面に塗布、乾燥して保護膜１７を形成した。

保護膜の材料のうち、合成樹脂は水に不溶であったため、保護膜を形成することができなかった。ゼラチンと水溶性でんぷんは水に可溶であるので保護膜１７が形成できた。しかも、ゼラチンや水溶性でんぷんの保護膜１７は検出物質の水溶液に溶解し、検出物質の水溶液中のサリチル酸を検出可能であった。

しかしながら、ゼラチンや水溶性でんぷんを用いると、保護膜１７にオブラートを用いた場合に比べて保護膜１７の膜厚が厚く、保護膜１７が乾燥するのに時間がかかるため、オブラートを用いた場合よりも試験紙の製造に要する時間が長くなる。また、ゼラチンや水溶性でんぷんを用いた保護膜１７は、検出物質の水溶液に溶解するのに時間がかかるためサリチル酸の検出に時間がかかる。従って、水溶性でんぷんやゼラチンを保護膜１７に用いることはできるが、それらの保護膜１７はオブラートよりも劣る。

次に、本発明の実施形態の他の例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
保護膜１７は、担体１５を空気から保護する機能を有し、かつ、サリチル酸の溶媒（水）と接触してすぐ溶ける膜であれば特に限定されるものではないが、現状ではオブラートが最も適している。

支持体１１の種類も特に限定されないが、支持体１１が可撓性を有する樹脂フィルムである場合は、試験紙１０全体が可撓性を有するので、試験紙１０の使用の際の取り扱いが容易である。可撓性を有する樹脂フィルムは特に限定されるものではなく、例えば、ポリビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の可撓性樹脂が１種類以上含有されたものを用いることができる。

また、支持体１１としては可撓性を有しない剛性材料で構成されたものを用いてもよい、そのような剛性材料としてはポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の剛性樹脂、ガラス、セラミック等の剛性無機材料がある。

支持体１１の色は特に限定されないが、支持体１１の色は担体１５の背景色となるため、担体１５色の変化を確実に判定するためには、支持体１１の色は白色か透明であることが好ましい。

担体１５は、検知剤を溶解する溶媒（例えば水）の吸収性を有し、検知剤と化学的に反応しないものであれば特に限定されるものではない。担体１５は、更に体液中の検出物質以外の成分（例えばウロクロームやウロビリン等の尿素色素）で着色されないものが好ましく、現状ではセルロースが最も適している。

検知剤を溶解する溶媒も水に限定されるものではなく、検知剤１５が溶解可能なものであって、担体１５の構成物質や、保護膜１７の構成物質や、検知剤と化学的に反応しないものであれば、有機溶媒を用いることも可能である。

塩化第二鉄は、サリチル酸以外にも、アセトアミノフェン、サリチル酸メチル、塩酸モルヒネ、フェノール、クレゾール、アスピリンと反応して青色〜紫色に変色し、更に、フェノチアジン誘導体（例えばクロルプロマジン）や、ピラゾロン誘導体（例えばアンチピリン）と反応して赤色及び赤茶色に変色するので、塩化第二鉄を検知剤に用いた場合には、本発明の試験紙１０をこれらの物質の検出に用いることもできる。また、サリチル酸と反応し、変色する検知剤としては、塩化第二鉄以外にも、４−アミノアンチピリンを用いることができる。

本発明の試験紙を用いて体液中の検出物質を検出する場合には、体液をそのまま検出物質の水溶液として用いてもよいし、体液を水等の溶媒で希釈したものを検出物質の水溶液として用いてもよい。

本発明の試験紙はアスピリンの代謝物であるサリチル酸の定性試験を簡易に行うことが可能であり、試料の前処理も不溶なので、誤飲や自殺目的で患者がアスピリンを服用したかどうかの予備試験に用いることができる。

本発明の試験紙の一例を示す断面図 （ａ）、（ｂ）：本発明の試験紙の製造工程の一例を示す断面図

符号の説明

１０……試験紙 １１……支持体 １３……担体 １５……検知剤が含有された担体 １７……保護膜

Claims (9)

1. 支持体と、前記支持体上に配置された担体と、前記担体上に配置された保護膜とを有し、
   前記担体には、検出物質と反応して変色する検知剤が含有され、
   前記保護膜は水溶性物質で構成され、
   前記検出物質が水に溶解した検出物質の水溶液を、前記保護膜に接触させると、前記保護膜が溶解し、前記検出物質の水溶液が前記担体と接触するように構成された試験紙。
2. 前記保護膜はオブラートである請求項１記載の試験紙。
3. 前記保護膜の膜厚は１０μｍ以上２０μｍ以下である請求項２記載の試験紙。
4. 前記検知剤は塩化第二鉄であり、前記検出物質はサリチル酸である請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の試験紙。
5. 前記担体の構成物質は、セルロースを主成分とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の試験紙。
6. 前記支持体は樹脂フィルムである請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の試験紙。
7. 支持体と、前記支持体上に配置された担体と、前記担体上に配置された保護膜とを有し、前記担体に検知剤が含有された試験紙を製造する試験紙の製造方法であって、
   前記支持体上に配置された前記担体に、前記検知剤が溶解した検知剤溶液を含浸させた後、
   前記担体の表面に水溶性フィルムを配置し、前記水溶性フィルムを前記担体に含浸された前記検知剤溶液に接触させて、保護膜を形成する試験紙の製造方法。
8. 前記保護膜の形成は、前記担体の表面に前記水溶性フィルムを配置した後、前記水溶性フィルムを乾燥させる請求項７記載の試験紙の製造方法。
9. サリチル酸と反応して変色する試験紙を製造する請求項７又は請求項８のいずれか１項記載の製造方法であって、
   前記検知剤として塩化第二鉄を用い、
   前記塩化第二鉄を、前記検知剤溶液１００ｍｌあたり、２．５ｇを越え、かつ１０ｇ未満の範囲で添加する試験紙の製造方法。

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