JP2010512506A - センサ性能向上のための拡散層及び湿度コントロール層 - Google Patents

Abstract

本発明は、関連分析物を臨床的に測定するオプティカルセンサ、その製造方法、及び、その各種用法に関する。本発明のオプティカルセンサ用のドライキャリブレーション方法を開発する取組みにおいて、そのようなセンサの内部又はごく近傍の含水量が蛍光強度（すなわち、ドライ状態でのセンサの応答）に大きな影響を与えることが見いだされた。従って、本発明の目的の１つは、異なる湿度環境で測定されたセンサ応答の偏りの除去にある。
【選択図】 図１

Description

本出願は、２００６年１２月８日出願の米国仮特許出願第６０／８６９，２６８号の利益を主張し、その全開示は、本明細書に十分に記載されているのと同様に、参照により組入れられる。

本発明は、関連分析物を臨床的に測定する改良されたオプティカルセンサ、その製造方法、及び、その各種用法に関する。通常は、正確な測定を実施するために、センサ間及び計器間のばらつきを排除するためのキャリブレーションステップが必要とされる。従来の「ウェット」キャリブレーション方法では、キャリブレーションステップは既知濃度の分析物を含むキャリブレーション液を用いて実施する必要がある。しかしながら、本発明のオプティカルセンサでは、キャリブレーション方法として、「ドライキャリブレーション」方法を選択する。ドライキャリブレーション方法においては、「ドライ」状態（すなわち、パッケージから出して直ぐ）でのセンサの蛍光強度が測定される。ドライ状態でのセンサの応答が、「ウェット」状態（この場合はサンプルとの接触状態）での応答と共に、考慮され、サンプル内の分析物の濃度が測定される（下記参照）。正確なキャリブレーションの実現のため、キャリブレーション信号が周囲条件の変動（例えば測定部位による湿度レベルの変化）に感応しないことが重要である。しかしながら、センサ内又はその近傍における水分含有量が蛍光強度（すなわち、ドライ状態でのセンサの応答）に大きな影響を与えることが見いだされている。従って、本発明の目的の１つは、異なる湿度環境にて測定されるセンサ応答の偏りの除去にある。

研究所レベルの精密度及び正確度を実現する重要要素は、検査される全ての分析物を既知濃度で含有する水性キャリブレーション溶液の使用にある。通常は、シングルポイントキャリブレーションが臨床サンプルの測定に先立ってなされる。これにより、計器によらない、また、センサによらない、再現性のある結果が保証される。現在のセンサ、又は、Ｏｓｍｅｔｅｃｋ（登録商標）（ジョージア州ロズウェル）のＯＰＴＩ（登録商標）計器のような、あるオプティカルセンサに基づく計器に使用される「ｏｐｔｏｄｅ」カセットは、キャリブレーション溶液内にウェット状態で保管され、従って、使用に先立ってセンサをドライ状態からウェット状態にする待ち時間を必要としない。ウェット状態で保管することによる主要な欠点は、特に加水分解に不安定な成分を有するバイオセンサのような特定のセンサにとっては、その結果として生じるセンサの「寿命」の制限である。加えて、ウェットキャリブレーション溶液に保管する必要性のために、カセットデザインは著しく複雑になり、従ってコストが増大する。

これら及び他の欠点を回避するため、ドライ状態で保管され，ドライ状態で較正された蛍光センサを含み、様々な周囲条件において用いられ、生体液サンプル又は環境中から採取したサンプルを含むがこれらに限定されない様々なサンプルにおける各種の分析物濃度の測定を行う、１回使用の使い捨てカセットを可能にする新センサ構造を提供する。

本発明は、１以上の蛍光オプティカルセンサを利用して、特異的分析物に曝された蛍光色素から放出される光の強度を測定する。測定の原理は、ウェット状態で較正されたオプティカルセンサにて用いられているものと同様である。分析物の濃度は、検出された「ドライ」蛍光強度信号（Ｉ_dry ）と、未知濃度の分析物を含む所定位置のサンプルについて検出されたもの（Ｉ_unknown ）とから決定される。ドライキャリブレーションプロセスは、センサの中程度に生理的（mid-physiologic ）なウェット状態での蛍光強度、すなわち、既知の中程度に生理的なレベルの分析物での蛍光強度（Ｉ_known ）に対する、センサのドライ状態での蛍光強度（Ｉ_dry ；これは各製造ロット内のセンサでは同一）の簡単で明確な比に基づく。このドライ対ウェット（中程度に生理的）の関係は、同一ロット内の全てのセンサにおいて安定的かつ一貫性があり、工場で特徴付けられ、バーコードが付される。加えて、分析物のレベルの変化に対するセンサの蛍光強度のウェット状態での応答曲線もまた、ウェット状態で較正されたセンサに用いられる実績ある方法と同様に、工場ごとに特徴付けられ、バーコードが付される。言い換えれば、分析物の濃度レベルの変化に対するセンサ応答が線形とみなせるなら、分析物の既知の濃度、すなわち「ｙ」に対する、Ｉ_known ／Ｉ_dry 、すなわち「ｘ」をプロットし、傾きｍと切片ｂとを持つ直線が得られる。よく知られている方程式ｙ＝ｍｘ＋ｂを用い、強度比（Ｉ_unknown ／Ｉ_dry ）に相当するｘを測定できれば、サンプルにおける分析物の濃度を決定できる。

ユーザサイトでのサンプル測定の間、センサのドライ状態での蛍光強度（Ｉ_dry ）と、水性サンプルに接触させた後のセンサのウェット状態での蛍光強度（Ｉ_unknown ）とが測定される。そして、サンプル中に存在する分析物の濃度は、得られた蛍光強度の比（Ｉ_unknown ／Ｉ_dry ）から、工場にて特定のロットのセンサについて与えられたセンサの蛍光強度の応答におけるドライ対ウェットの関係を用いて、計算される。分析物の濃度変化に対するセンサの応答は、もちろん、常に線形でなくてもよい。いずれにせよ、適切な数学的関係が利用され、サンプルの分析物濃度が計算される。

本発明において、全てのセンサ要素は適切な支持材料の上に被覆される（後に詳述）。センサ自体は、特定の機能（分析物認識、バッファリング、フィルタリング等）を実現するように設計された１以上の層を含んで構成されてもよい。そして、センサは、モレキュラーシーブ、シリカゲル等のような適切な乾燥媒体を用いて乾燥される。一貫した乾燥条件下で、センサは標準化され再現性を有するキャリブレーションポイントを実現する。

更に、本方法は、センサの絶対応答ではなく、ドライ及びウエットサンプルの応答比を使用することで、センサ作成時の軽微な変化、及び計器に起因するばらつきに対処する。また、このアプローチは、上述のように、乾燥材を適切に選択することで、キャリブレーションポイントが一定となる点で好都合である。乾燥材の選択が一定であることで、唯一変化するのがサンプル内の分析物濃度であることを確かなものとする助けとなる。

本発明は、イオンセンサの開発における２つの大きな課題を解決することを目的とする。１つの実施形態は、センサ構造（図１参照）の上面上に、拡散層を形成して、困難さはあるが本質的には拡散する様々な動物種からのサンプルを含む様々な生体サンプルを効果的に拡散させる。本発明の他の実施形態は、センサ構造（同じく図１）の１つの実施形態内で機能する湿度コントロール層を形成して、湿度コントロール層を通じて水蒸気／水の輸送を選択的にコントロールし、これにより異なる湿度環境にて測定されたセンサ応答の偏りを除去する。

従って、本発明は、対向する面を有し、１つの面に現れる湿度レベルの変化による弊害を抑制するのに有効な湿度コントロール層を提供し、これは、（ａ）少なくとも一部が前記層の１つの面から反対側の面へ延びる複数の溝（channel ）又は貫通孔（through hole）を含む、不水溶性多孔質マトリクス（母材）と、（ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす、１以上の水溶性固体ポリマー物質と、を含んで構成される。いくつかの実施形態において、前記湿度コントロール層は、約２０μｍから約１００μｍの範囲、例えば約５０μｍの乾燥厚さを有する。本発明の一実施形態において、前記マトリクスは、セルロース、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、Ｄ４ヒドロゲル、Ｄ６ヒドロゲル、ポリアクリロニトリル−ポリアクリルアミド共重合体、架橋ポリビニルアルコール、又はこれらの組合わせから構成され、一方、前記１以上のポリマー物質は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、マルトデキストリン、又はこれらの組合わせを含んで構成される。前記１以上のポリマー物質は、理論的には、約８００，０００から約２，０００，０００ダルトンの範囲の平均分子量、具体的には、約１，１００，０００から約１，５００，０００ダルトンの範囲で、例えば、約１，３００，０００ダルトンの平均分子量を有することが見いだされている。

前記湿度コントロール層は、通常、適切な可溶化溶媒の中に溶解された前記列挙成分をキャスティング（流延）し、キャスティングした溶液を乾燥させることによって作成される。いくつかの実施形態において、エタノールと水の溶媒混合液と、上述の層の構成要素（ａ）及び（ｂ）とを含む溶液の粘度は、約６００から３０００ｃｐｓの範囲である。

本発明は、また、対向する表面を有し、１つの表面上に与えられる液体サンプルの所望の速度での拡散を促進するのに有効な拡散層を提供し、これは、（ａ）少なくとも一部が前記層の１つの表面から反対側の表面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む、不水溶性多孔質マトリクスであって、更に約５０μｍから約４００μｍの範囲内の平均長さを有する繊維を含むことで特徴付けられるものと、（ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす、１以上の水溶性固体ポリマー物質と、（ｃ）１以上の親水性超吸水性材料と、を含んで構成される。一実施形態において、前記拡散層は、約８０μｍから約１５０μｍの範囲、例えば約１２０μｍの乾燥厚さを有する。本発明の他の実施形態において、前記拡散層のマトリクス構成要素は、セルロース、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、Ｄ４ヒドロゲル、Ｄ６ヒドロゲル、ポリアクリロニトリル−ポリアクリルアミド共重合体、架橋ポリビニルアルコール、又はこれらの組合わせから構成される。

本発明の一実施形態において、前記マトリクスは、繊維状の支持マトリクスを含み、その支持マトリクスの繊維は、約５０μｍから約４００μｍの範囲、具体的には約２００μｍから約３００μｍで、例えば２５０μｍの長さを有する。

他方、前記１以上のポリマー物質は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、マルトデキストリン、又はこれらの組合わせを含んで構成される。更に、前記１以上のポリマー物質は、約５００，０００から約５，０００，０００ダルトンの範囲、例えば、約８００，０００から約１，２００，０００ダルトンの範囲の平均分子量を有してもよい。

適切な拡散層は、１以上の超吸水性材料を持ち、これは、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、これらの塩、又は、これらの組合わせを含んでもよい。本明細書で更に論じられるように、エタノールと水の溶媒混合液と、上記で列挙した拡散層の構成要素（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）とを含む溶液のｐＨ値は、理論的には、約７．４から約１０の範囲で、必ず約１２以下である。

本発明は、また、(i) インジケータ層と、(ii)オーバーコート層と、(iii) 湿度コントロール層と、(iv)サンプルローディング層と、(v) 拡散層と、を垂直方向に下から上へ含んで構成される、多層ラミネートを提供する。本発明の一実施形態において、インジケータ層は、ナトリウムイオン、塩化物イオン、又はカリウムイオンの存在に感応するインジケータを含む。本発明によるインジケータ層は、約５μｍから約２０μｍの範囲の乾燥厚さを有してもよい。本発明によるオーバーコート層は、可視光をブロックする物質（例えばカーボンブラック）を含む。オーバーコート層は、約５μｍから約２０μｍの範囲の乾燥厚さを有してもよい。本発明の目的と一致して、対向する面を有するサンプルローディング層が提供され、これは、少なくとも一部が前記層の１つの面から反対側の面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む、不水溶性多孔質マトリクスを含んで構成される。前記サンプルローディング層は、本発明の一実施形態において、セルロース材料とヒドロゲルとの組合わせを含んでもよい。

本発明の一実施形態において、前記ラミネートは、垂直方向に下から上へ含まれる各層が、隣接する層にも存在する少なくとも１つの化学成分を含む。例えば、前記湿度コントロール層は、隣接するオーバーコート層にも存在する第１の化学成分と、隣接するサンプルローディング層にも存在する第２の化学成分とを含む。

多層ラミネートの作成プロセスについても説明する。そのプロセスの各ステップには、インジケータ層を形成するために第１の溶液をキャスティングすること、オーバーコート層を形成するために前記インジケータ層上に第２の溶液をキャスティングすること、湿度コントロール層を形成するために前記オーバーコート層上に第３の溶液のキャスティングすること、サンプルローディング層を形成するために前記湿度コントロール層上に第４の溶液をキャスティングすること、及び、拡散層を形成するための前記サンプルローディング層上に第５の溶液をキャスティングすること、が含まれる。例えば、本発明のプロセスは、各層を形成するために用いられる溶液を、キャスティング後に乾燥又は蒸発させるステップを含む。

他のプロセス、方法、及び製品もまた、本発明の説明から明らかである。例えば、湿度レベルの変化に感応して応答するインジケータ層上の湿度レベルの変化による弊害を抑制する方法が提供され、その方法は、湿度レベルの変化への暴露に敏感な表面を有する前記インジケータ層の表面上に、湿度レベルの変化による弊害を抑制するのに有効な組成と厚さとを有する湿度コントロール層を形成することを含む。

提供される他の方法は、液体サンプルの所望の速度での拡散を促進する方法であって、前記液体サンプルの所望の速度での拡散を促進するのに有効な組成と厚さとを有する拡散層に、前記液体サンプルを接触させることを含む。

本発明の他の製品は、対向する表面を有し、１つの表面上に与えられる液体サンプルの所望の速度での拡散を促進するのに有効な拡散層を含む。このような製品は、（ａ）少なくとも一部が前記層の１つの表面から反対側の表面へ延びる複数の溝又は貫通孔を有する層を提供する手段と、（ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす手段と、（ｃ）前記層の１つの表面に与えられる液体サンプルの吸収を促進する手段と、を含んで構成される。本発明の一実施形態において、目的の層を提供する手段は、予め定められた平均長さを有する繊維の提供を更に含む。例えば、そのような繊維の予め定めた平均長さは、約５０μｍから約４００μｍの範囲である。

尚、代替の成分及び物質を含む、他の形態及びプロセスは、本明細書に記載の詳細な説明に基づいて、当業者にとって明らかである。

図１は本発明による分析物検知センサの一実施形態の断面図を示す。 図２は要素３００・湿度コントロール層の断面描写であり、セルロース材又は適切なヒドロゲルなどの不水溶性多孔質マトリクスを含む、この層内に多くの溝又は貫通孔が存在する概念を説明する。これらの溝又は貫通孔は、矢印で示される１以上の固体高分子量親水性水溶性物質で満たされている。 図３Ａは湿度コントロール層無しで作成されたナトリウムセンサの性能を示す。この結果は湿度コントロール層で被覆されたナトリウムセンサ（図３Ｂ）と比較される。センサの応答はセンサを異なる湿度レベル（３５％ＲＨと７５％ＲＨ）に約２分間以上暴露した後に比較された。 図４は拡散層溶液のｐＨレベルがセンサ表面に与えた７μＬ量のネコ血漿（feline plasma ）サンプルの拡散時間に与える影響を示す。

本発明のセンサは、イオノフォア／フルオロフォア・センシング分子を含有するインジケータ層（図１の要素５００）を含む。分析物濃度の変化は、蛍光信号の強度の変化を引き起こし、それゆえ、分析物濃度が測定される。一実施形態において、約２〜２５μｍで、例えば２〜２０μｍなどの範囲の平均サイズを有する（又は、例えば、約１０μｍの平均粒径を有する）セルロース粒子が、インジケータ層に含まれる。

更に、センサ構造は、また、例えば不水溶性ヒドロゲル内に分散した光分離用のカーボンブラックを含有するオーバーコート層（図１の要素４００）を含んで構成される。

更に、センサ構造は、また、湿度コントロール層（図１の要素３００）を含んで構成される。一実施形態において、約７〜２０μｍの範囲の平均粒径を有するセルロース粒子が、湿度コントロール層に含まれる。不水溶性多孔質マトリクスを含む、この層の中には、多くの溝又は貫通孔が存在する。これらの溝又は貫通孔には、１以上の固体高分子量親水性水溶性物質が充填されている（図２参照）。水／水蒸気は、充填されている物質が溶解するまで下層のインジケータ層に達することができず、溶解は、通常、サンプル（通常は水性液体）がセンサに接触したときにだけに起こる。従って、充填物質の溶解度と層の厚さとをコントロールすることによって、水／水蒸気の輸送が確実にコントロールされ、これにより、少なくとも、約１分から数分（例えば１０〜１２分）続く分析検査の時間内のセンサ応答への環境湿度の望ましくない影響を除去する。通常、センサカートリッジが密閉されたパッケージから取出され、テーブルトップの分析器（例えば、ＯＰＴＩ（登録商標）ＬＩＯＮ及びこれに関連するＯＰＴＩ（登録商標）ＬＩＯＮカセット）の適切な区画に置かれ、ドライ状態の蛍光強度信号が測定され、サンプルが添加され、そして、ウェット状態の蛍光強度信号が測定され、これら全てが通常約１分から約１０分の間になされる。

更に、一実施形態において、センサ構造は、また、サンプルローディング層（図１の要素２００）を含んで構成される。この層は約７〜２０μｍの範囲の平均粒径を有するセルロース粒子と、親水性ポリマー（例えばヒドロゲル）とを含んで構成されてもよく、従って、サンプルローディング層は事実上多孔質で親水性である。サンプルローディング層は、湿度コントロール層に対し、サンプルのより均一な層を提供するのに役立つ。

更にまた、本発明は、拡散層（図１の要素１００）を含み、これには、長い繊維状粒子（例えば、約５０μｍ〜約４００μｍの平均長さの範囲で、より具体的には、約２００〜３００μｍの平均長さ；平均長さについての上記範囲は代表的なものであり、拡散層を構成する個々の繊維は、約５０μｍ〜約４００μｍの例示の範囲を超える様々な長さを有してもよいことが理解されるべきである。）と、高分子量、親水性、超吸水性の物質とが、生体サンプルの拡散を改善するために、包含されている。この拡散層は、異なる生体サンプル間及び異なるサンプル量間で観測される拡散変動を、阻止できないとしても、無視できるようにする。セルロース材の場合、大きなサイズがより繊維状の材料を示すのに対し、より小さいサイズがより微粒子状の材料を与えることを理解すべきである。

本発明によれば、各層が多様な異なる機能を果たす、層の組合わせが提供される。更に、薄膜（又は層）を通じての物質の輸送は、その薄膜（又は層）の内部経路に存在する「充填（filling ）」材に対する輸送物質の溶解度をコントロールすることによって調整できることが見いだされた。組合わせの各層は、各層が化学物質の異なる組合わせで構成されるという点で、互いに異なっている。また、隣接する層の結合要素間に共通して存在する少なくとも１つの化学物質があれば、隣接する層間の望ましい接着の強化が驚くほどに認められ、より良く、より耐久性のあるラミネートを作り出せることが見いだされた。そのうえ、本発明者は、拡散層のｐＨ値を変化させることで、効果的な拡散を最適化及び実現することを明らかにした。そのようなｐＨの変化を引き起こす実験結果は、下記で更に詳述する。拡散層の支持マトリクスの繊維長さを変化させることで、効果的な拡散を最適化及び実現することもまた認められた。

湿度バリア：
望ましい湿度防御を達成するため、湿度バリア内の親水性材料は水蒸気を理想的にはゆっくりと吸収する。適切な湿度コントロール層は、例えば、セルロース粒子、Ｄ４及び／又はＤ６ヒドロゲル（マサチューセッツ州ウォバーンのCardioTech Internationalから入手可能）を含む、不水溶性の支持マトリクスと、フィルターとしての、ＰＶＰなどのような、水溶性固体ポリマー物質と、から構成されてもよい。支持マトリクスを作り上げるいくつかの適切な材料の例には、セルロース、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体（ＰＳ）、Ｄ４及び／又はＤ６ヒドロゲル、ポリアクリロニトリル−ポリアクリルアミド共重合体、及び、架橋ポリビニルアルコール（これらは全て、ミズーリ州セントルイスのAldrichから入手可能）を含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの適切なフィルター材料の例には、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ヒドロキシエチル・セルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピル・セルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチル・セルロース（ＣＭＣ）（これらは全て、ミズーリ州セントルイスのAldrichから入手可能）、及び、マルトデキストリン（アイオア州マスカティーンのGrain processing corporationから入手可能）を含むが、これらに限定されるものではない。

吸湿の程度は、親水性材料の平均分子量（ＭＷ）の慎重な選択によってコントロールされる。代表的な平均分子量は、約８００，０００ダルトンから２，０００，０００ダルトンの範囲で、例えば、約１１０万〜約１５０万ダルトン、又は、約１２０万〜約１４０万ダルトンである。本発明者は、約１３０万ダルトンのＭＷが大変良く働くようであることを見いだした。

また、材料の「被覆性（coatability ）」についても検討した。これは湿度バリアの層の作成に用いられる湿度バリア溶液の粘度をコントロールすることによって実現される。湿度バリア溶液の代表的な粘度は、約６００〜約３０００ｃｐｓの範囲で、例えば、約１０００ｃｐｓ〜約１９００ｃｐｓ、又は、約１５００ｃｐｓ前後の値である。

サンプル拡散層：
生体サンプルの急速な吸収は、親水性で超吸水性の材料の使用によって達成される。このような材料の例には、ポリアクリル酸塩（ＰＡＡ）、ポリアクリルアミドなどを含むが、これらに限定されるものではない。これらのポリマーの分子量は、例えば約５００，０００〜約５，０００，０００ダルトンの範囲で、より具体的には約８００，０００ダルトン〜約１２０万ダルトンである。分子量の模範的な値は、約１００万ダルトンである。加えて、超吸水性材料に用いられる対イオンは、センサに干渉してはならない。典型的な非干渉の対イオンは、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン及びテトラブチルアンモニウムイオンを含み、テトラメチルアンモニウムイオンが模範的な対イオンであるが、これらに限定されるものではない。

サンプル拡散層のｐＨ値は、急速なサンプル吸収を確かなものとするために重要である。ＰＡＡの超吸水性は、遊離酸ではなく、塩によってもたらされるからである。十分な吸水性を維持するためには、前記ＰＡＡ連鎖におけるカルボン酸のある程度が、脱プロトン化されて、いくつかの荷電種、すなわちカルボン酸塩及びその対イオンを形成する必要がある。ＰＡＡのカルボン酸の脱プロトン化の程度は、分散物の作成に用いられる溶液の最終ｐＨ値による。理論上は、そして理論によって制限されることを望まないが、ＰＡＡは、より高いｐＨ値でより良い親水性を示す。しかし、ｐＨ値が高すぎると、マトリクス及びイオンインジケータの分解を促進してしまう。具体的には、拡散層の作成に用いられる溶液は、約７．４又はそれ以上のｐＨ値を有するべきである。例えば、そのｐＨ値は約８．１である。実例とするｐＨ値は約１０を超えない。

更に、繊維状セルロースなどの繊維状支持体は、センサ表面上へサンプルを急速に拡散させるのを助ける。セルロースの繊維長は、急速な拡散を実現するために、決定的ではないとしても、非常に重要であることが見いだされた。代表的に、平均繊維長は、約５０から約４００μｍの間の値をとり、例えば、約２００μｍ〜約３００μｍである。極めて適切な平均繊維長は約２５０μｍであると思われる。

多層ラミネート：
〔実施例１〕
本発明の一実施形態、すなわちナトリウムセンサについて、以下に説明する。このようなセンサは、更に以下で説明されるように作成される。

固定化インジケータを含む０．５ｇのセルロース粉末（２５μｍの篩処理）（米国特許第５，９５２，４９１号；その全体開示は参照により本明細書に組入れられる）を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の９．５ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲル中に１６時間懸濁させた。得られた均質な分散物を、ポリエステルホイル（８．５”（約２２ｃｍ）×１１”（約２８ｃｍ）のシート）上にコートして、１０μｍの最終乾燥厚さとし、図１に示したようなインジケータ層を形成した。そして、インジケータ層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の９．７ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲル中に懸濁した０．３ｇのカーボンブラックを含有する分散物でコートし、５μｍの乾燥厚さのオーバーコート層を形成した。そして、オーバーコート層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中に、０．５ｇのセルロース（１０μｍ）と、１．０ｇのＰＶＰと、８．５ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲルとを含有する湿度コントロール層でコートし、５０μｍの乾燥厚さとした。そして、湿度コントロール層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中に、０．５ｇのセルロース（２０μｍ）と、９．５ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲルとを含有するサンプルローディング層でコートし、１０μｍの乾燥厚さとした。最後に、サンプルローディング層を、８．８ｇの５０％（ｗ／ｗ）エタノール水中に、０．００７５ｇのポリアクリル酸（ＰＡＡ）と、０．２ｇのＰＶＰと、１．０ｇのセルロース（２５０μｍ）とを含有する拡散層（この分散物のｐＨ値は、１０％（ｗ／ｗ）水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で、８．０に調整）でコートし、１００μｍの最終厚さとした。

〔実施例２〕
本発明によるオプティカル塩化物センサの一実施形態は、以下で説明されるように作成される。

１．５ｇの固定化塩化物インジケータ（米国特許第６，６１３，２８２号；その全体開示は参照により本明細書に組入れられる）を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の８．５ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲル中に１６時間懸濁させた。得られた均質な分散物を、ポリエステルフィルム（８．５”（約２２ｃｍ）×１１”（約２８ｃｍ）のシート）上にコートして、１０μｍの最終乾燥厚さとし、図１に示したようなインジケータ層を形成した。そして、インジケータ層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の９．７ｇの１０％（ｗ／ｗ）のＤ４ヒドロゲル中に懸濁した０．３ｇのカーボンブラックでコートし、５μｍの乾燥厚さのオーバーコート層を形成した。そして、オーバーコート層を、９０％（ｗ／ｗ）のエタノール水中に、０．３ｇのセルロース（１５μｍ）と、０．５ｇのポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）と、９．２ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲルとを含有する溶液でコートし、２０μｍの乾燥厚さの湿度コントロール層を形成した。そして、湿度コントロール層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中に、０．３ｇのセルロース（１５μｍ）と、９．７ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲルとを含有する溶液でコートし、１０μｍの乾燥厚さのサンプルローディング層を形成した。最後に、サンプルローディング層を、８．８ｇの５０％（ｗ／ｗ）エタノール水中に、０．００５ｇのポリアクリル酸（ＰＡＡ）と、０．２ｇのＰＶＰと、１．０ｇのセルロース（２００μｍ）とを含有する溶液（この分散物のｐＨ値は、１０％（ｗ／ｗ）水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で、８．０に調整）でコートし、１２０μｍの最終厚さの拡散層を形成した。

〔実施例３〕
本発明によるオプティカルカリウムセンサの一実施形態は、更に以下で説明される内容で作成される。

固定化カリウムインジケータを含む０．５ｇのセルロース粉末（１０μｍの篩処理）（米国特許第６，２１１，３５９号；その全体開示は参照により本明細書に組入れられる）を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の９．５ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲル中に１６時間懸濁させた。得られた均質な分散物を、ポリエステルフィルム（８．５”（約２２ｃｍ）×１１”（約２８ｃｍ）のシート）上にコートして、１０μｍの最終乾燥厚さとし、図１に示したようなインジケータ層を形成した。そして、インジケータ層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の９．７ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲル中に懸濁した０．３ｇのカーボンブラックでコートし、５μｍの乾燥厚さのオーバーコート層を形成した。そして、オーバーコート層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の７．８ｇの１０％（ｗ／ｗ）のＤ４ヒドロゲル中に、０．７ｇのセルロース（２０μｍ）と、１．５ｇのポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）とを含有する溶液でコートし、４０μｍの乾燥厚さの湿度コントロール層を形成した。そして、湿度コントロール層を、９０％（ｗ／ｗ）エタノール水中の９．３ｇの１０％（ｗ／ｗ）Ｄ４ヒドロゲル中に、０．７ｇのセルロース（１０μｍ）を含有する溶液でコートし、２０μｍの乾燥厚さのサンプルローディング層を形成した。最後に、サンプルローディング層を、８．８ｇの５０％（ｗ／ｗ）エタノール水中に、０．００５ｇのポリアクリル酸（ＰＡＡ）と、０．２ｇのＰＶＰと、１．０ｇのセルロース（３００μｍ）とを含有する溶液（この分散物のｐＨ値は、１０％（ｗ／ｗ）水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で、８．０に調整）でコートし、１００μｍの最終厚さの拡散層を形成した。

〔代表的結果〕
図３Ａは、湿度コントロール層無しで作成されたナトリウムセンサの性能を示し、湿度コントロール層でコートされたセンサ（図３Ｂ）と比較する。センサを異なる湿度（３５％ＲＨと７５％ＲＨ）に２分間曝した後のそれぞれの応答を比較した。その結果から、ラミネートが本発明の湿度コントロール層又はバリアを含む場合に、より安定した応答が得られることは、明白である。

表１：湿度コントロール層（湿度バリア）の存在の有無での、湿度レベルの変化によるセンサ応答の変化への影響の概要

表２：異なるｐＨレベルの溶液で作成された拡散層の平均拡散時間の概要

１００ 拡散層
２００ サンプルローディング層
３００ 湿度コントロール層
４００ オーバーコート層
５００ インジケータ層

Claims (40)

1. 対向する面を有し、１つの面に現れる湿度レベルの変化による弊害を抑制するのに有効な湿度コントロール層であって、
   （ａ）少なくとも一部が前記層の１つの面から反対側の面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む、不水溶性多孔質マトリクスと、
   （ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす、１以上の水溶性固体ポリマー物質と、
   を含んで構成される湿度コントロール層。
2. 前記層は、約２０μｍから約１００μｍの範囲の乾燥厚さを有する、請求項１記載の湿度コントロール層。
3. 前記層は、約５０μｍの乾燥厚さを有する、請求項１記載の湿度コントロール層。
4. 前記マトリクスは、セルロース、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、Ｄ４ヒドロゲル、Ｄ６ヒドロゲル、ポリアクリロニトリル−ポリアクリルアミド共重合体、架橋ポリビニルアルコール、又はこれらの組合わせを含んで構成される、請求項１記載の湿度コントロール層。
5. 前記１以上のポリマー物質は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、マルトデキストリン、又はこれらの組合わせを含んで構成される、請求項１記載の湿度コントロール層。
6. 前記１以上のポリマー物質は、約８００，０００から約２，０００，０００ダルトンの範囲の平均分子量を有する、請求項１記載の湿度コントロール層。
7. 前記１以上のポリマー物質は、約１，１００，０００から約１，５００，０００ダルトンの範囲の平均分子量を有する、請求項１記載の湿度コントロール層。
8. 前記１以上のポリマー物質は、約１，３００，０００ダルトンの平均分子量を有する、請求項１記載の湿度コントロール層。
9. エタノールと水の溶媒混合液と、請求項１記載の層の構成要素（ａ）及び（ｂ）とを含む溶液の粘度は、約６００から３０００ｃｐｓの範囲である、請求項１記載の湿度コントロール層。
10. 対向する表面を有し、１つの表面上に与えられる液体サンプルの所望の速度での拡散を促進するのに有効な拡散層であって、
    （ａ）少なくとも一部が前記層の１つの表面から反対側の表面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む、不水溶性多孔質マトリクスであって、更に約５０μｍから約４００μｍの範囲内の平均長さを有する繊維を含むことで特徴付けられるものと、
    （ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす、１以上の水溶性固体ポリマー物質と、
    （ｃ）１以上の親水性超吸水性材料と、
    を含んで構成される拡散層。
11. 前記層は、約８０μｍから約１５０μｍの範囲の乾燥厚さを有する、請求項１０記載の拡散層。
12. 前記層は、約１２０μｍの乾燥厚さを有する、請求項１０記載の拡散層。
13. 前記マトリクスは、セルロース、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、Ｄ４ヒドロゲル、Ｄ６ヒドロゲル、ポリアクリロニトリル−ポリアクリルアミド共重合体、架橋ポリビニルアルコール、又はこれらの組合わせを含んで構成される、請求項１０記載の拡散層。
14. 前記１以上のポリマー物質は、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、マルトデキストリン、又はこれらの組合わせを含んで構成される、請求項１０記載の拡散層。
15. 前記１以上のポリマー物質は、約５００，０００から約５，０００，０００ダルトンの範囲の平均分子量を有する、請求項１０記載の拡散層。
16. 前記１以上のポリマー物質は、約８００，０００から約１，２００，０００ダルトンの範囲の平均分子量を有する、請求項１０記載の拡散層。
17. 前記マトリクス繊維は、約２００μｍから約３００μｍの範囲の長さを有する、請求項１０記載の拡散層。
18. 前記１以上の超吸水性材料は、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、これらの塩、又は、これらの組合わせを含んで構成される、請求項１０記載の拡散層。
19. エタノールと水の溶媒混合液と、請求項１０記載の層の構成要素（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）とを含む溶液のｐＨ値は、約７．４から約１０の範囲である、請求項１０記載の拡散層。
20. (i) インジケータ層と、
    (ii) オーバーコート層と、
    (iii) 湿度コントロール層と、
    (iv) サンプルローディング層と、
    (v) 拡散層と、
    を垂直方向に下から上へ含んで構成される、多層ラミネート。
21. 前記インジケータ層は、ナトリウムイオンの存在に感応するインジケータを含む、請求項２０記載の多層ラミネート。
22. 前記インジケータ層は、塩化物イオンの存在に感応するインジケータを含む、請求項２０記載の多層ラミネート。
23. 前記インジケータ層は、カリウムイオンの存在に感応するインジケータを含む、請求項２０記載の多層ラミネート。
24. 前記インジケータ層は、約５μｍから約２０μｍの範囲の乾燥厚さを有する、請求項２０記載の多層ラミネート。
25. 前記オーバーコート層は、可視光をブロックする物質を含む、請求項２０記載の多層ラミネート。
26. 前記オーバーコート層は、約５μｍから約２０μｍの範囲の乾燥厚さを有する、請求項２５記載の多層ラミネート。
27. 前記サンプルローディング層は、対向する面を有し、少なくとも一部が前記層の１つの面から反対側の面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む不水溶性多孔質マトリクスを含んで構成される、請求項２０記載の多層ラミネート。
28. 垂直方向に下から上へ含まれる各層は、隣接する層にも存在する少なくとも１つの化学成分を含む、請求項２０記載の多層ラミネート。
29. 前記湿度コントロール層は、隣接する前記オーバーコート層にも存在する第１の化学成分と、隣接する前記サンプルローディング層にも存在する第２の化学成分とを含む、請求項２０記載の多層ラミネート。
30. インジケータ層を形成するために第１の溶液をキャスティングすることと、
    オーバーコート層を形成するために前記インジケータ層上に第２の溶液をキャスティングすることと、
    湿度コントロール層を形成するために前記オーバーコート層上に第３の溶液をキャスティングすることと、
    サンプルローディング層を形成するために前記湿度コントロール層上に第４の溶液をキャスティングすることと、
    拡散層を形成するために前記サンプルローディング層上に第５の溶液をキャスティングすることと、
    を含んで構成される、多層ラミネートの作成プロセス。
31. 各層を形成するために用いられる溶液を、キャスティング後に乾燥又は蒸発させる、請求項３０記載の多層ラミネートの作成プロセス。
32. 湿度レベルの変化に感応して応答するインジケータ層上の湿度レベルの変化による弊害を抑制する方法であって、
    湿度レベルの変化への暴露に敏感な表面を有する前記インジケータ層の表面上に、湿度レベルの変化による弊害を抑制するのに有効な組成と厚さとを有する湿度コントロール層を形成することを含む、方法。
33. 前記湿度コントロール層は、
    （ａ）少なくとも一部が前記層の１つの面から反対側の面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む、不水溶性多孔質マトリクスと、
    （ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす、１以上の水溶性固体ポリマー物質と、
    を含んで構成される、請求項３２記載の方法。
34. 前記湿度コントロール層は、約５０μｍの乾燥厚さを有する、請求項３２記載の方法。
35. 液体サンプルの所望の速度での拡散を促進する方法であって、
    前記液体サンプルの所望の速度での拡散を促進するのに有効な組成と厚さとを有する拡散層に、前記液体サンプルを接触させることを含む、方法。
36. 前記拡散層は、
    （ａ）少なくとも一部が前記層の１つの表面から反対側の表面へ延びる複数の溝又は貫通孔を含む、不水溶性多孔質マトリクスであって、更に約５０μｍから約４００μｍの範囲内の長さを有する繊維を含むことで特徴付けられるものと、
    （ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす、１以上の水溶性固体ポリマー物質と、
    （ｃ）１以上の親水性超吸水性材料と、
    を含んで構成される、請求項３５記載の方法。
37. 前記拡散層は、約１２０μｍの乾燥厚さを有する、請求項３５記載の方法。
38. 対向する表面を有し、１つの表面上に与えられる液体サンプルの所望の速度での拡散を促進するのに有効な拡散層であって、
    （ａ）少なくとも一部が前記層の１つの表面から反対側の表面へ延びる複数の溝又は貫通孔を有する層を提供する手段と、
    （ｂ）前記複数の溝又は貫通孔の大部分を満たす手段と、
    （ｃ）前記層の１つの表面に与えられる液体サンプルの吸収を促進する手段と、
    を含んで構成される拡散層。
39. 前記層を提供する手段は、予め定められた平均長さを有する繊維の提供を更に含む、請求項３８記載の拡散層。
40. 前記予め定めた平均長さは、約５０μｍから約４００μｍの範囲である、請求項３９記載の拡散層。