JPH10318970A - 電気化学的バイオセンサ - Google Patents
電気化学的バイオセンサInfo
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Abstract
と。 【解決手段】 センサのふたの下側に、ポリウレタンイ
オノマー層を有すること。
Description
成分(分析対象物)の定量に使用することができる電気
化学的バイオセンサに関し、より具体的には、そのよう
なバイオセンサを製造する方法に関する。
ンサは、米国特許第5,120,420号および第5,
264,103号明細書に開示されている。これらの特
許に開示された装置は、炭素電極がプリントされたプラ
スチックのベースを有し、そのような電極が、分析対象
物に特異的なオキシドレダクターゼとともに親水性ポリ
マーを含む試薬層によって覆われている。通常、ベース
の上には、ほぼU字形の部品を提供するように切り抜か
れたスペーサ要素と、カバー部品とが設けられ、ベー
ス、スペーサ要素およびカバー片が積層されると、電極
および試薬層を含むための毛管空間が形成される。オキ
シドレダクターゼに加えて、試薬層または毛管空間中の
別の層に電子受容体が含まれる。水性試験流体を毛管空
間に引き込みやすくするために、親水性ポリマー、たと
えばカルボキシメチルセルロースが使用される。
ドレダクターゼおよび電子受容体が電極の表面の水和性
ポリマーマトリックスに均一に分散した状態の電極構造
を担持する下部(ベース)と、圧印加工されることで毛
管空間の三つの面を形成する上部(ふた)とからなり、
ふたとベースとがはまり合うと、ベースが第四の面を形
成する電気化学的センサが開発された。ベースとふたと
は、ふたにおける熱活性化接着剤コーティングによって
積層される。センサは、毛管の開口端を試験流体、たと
えば血液の小滴に浸すことによって使用する。試験流体
が毛管に引き込まれて、電極表面の酵素および電子受容
体を覆うようになる。ポリマーマトリックスの水和性に
より、それは、水性試験流体の中に分散し、それによ
り、センサが血中グルコース濃度を測定するように設計
されている場合にはグルコースオキシダーゼであるオキ
シドレダクターゼが分析対象物を酸化させて、過剰な電
子を電子受容体が作用電極に輸送し、それにより、試験
流体中の分析対象物の濃度に比例する測定可能な電流を
生じさせる。
は、余計な部分、すなわちスペーサ層の使用と、本発明
が関連する2部品(ベースとふた)センサには不要であ
る多数の処理工程とを含む。このタイプのセンサは、 a)基材の上に電極をプリントする工程と、 b)オキシレダクターゼおよび電子受容体を含有するポ
リマーマトリックスで電極をコーティングする工程と、 c)本発明の二機能性接着剤層をふたの上にコーティン
グする工程と、 d)ふたに毛管路を圧印加工する工程と、 e)ふたをベースにヒートシールする工程と、 を含む簡潔な手法で製造される。
問題がある。第一の問題は、毛管空間が試験流体で急速
に充満されるセンサを提供することに関し、第二の問題
は、ふたをベースに付着させることによってセンサの組
み立てを容易にすることである。多量のセンサの迅速な
組み立てを可能にする方法でこれを達成するためには、
ふたに塗布するための、次のような性質を有するコーテ
ィングを製造する必要があった。
撓性および延伸性を有する。 iii.毛管空間の急速な充満が可能である。 iv.比較的疎水性の表面(接触角90°まで)を有する
ベースの上に満たすことができる。 v.試験流体が血液である場合、0〜60%のヘマトク
リットを有する血液で満たすことができる。 vi.周囲条件で非粘着性である。 vii.ホットプレートからふたを介して加えられる熱(約
165℃)によって活性化し、封止することができる。 viii.基材の表面とで良好な接合を形成することができ
る。 ix.個々のセンサを密な配列から切り出すとき、妨げに
ならない。 x.十分な保存寿命を有するセンサを提供するのに十分
な期間、上記の特性を維持する。
分析対象物を検出するための電気化学的センサであっ
て、前記センサは、 a)絶縁ベースプレートと、 b)分析対象物と反応して移動性電子を発生させる酵素
と動作的に接続した、ベースプレート上の電極層と、 c)凹形区域を包囲する平面を残しながら、一部に凹形
区域を設けるために圧印加工されている変形性材料のふ
たであって、ベースと合わさると、ふたとベースとで毛
管空間を形成し、この空間の中で、該酵素が、毛管作用
によって毛管空間に引き込まれる流体試料と直接接触で
きるようにするふたと、を含み、前記センサが、ふたと
ベースとが合わさると、ベースに対するふたの接合を促
進し、毛管空間の親水性を高める水分散性ポリウレタン
の層をふたの下側に有しており、それにより、血液がそ
こに流れ込む速度を増す電気化学的センサである。
す。センサ34は絶縁ベース36を含み、このベースの
上に、導電体パターン38、電極パターン39および4
0、絶縁(誘電体)パターン42、そして最後に試薬層
44がスクリーンプリント技術によって順にプリントさ
れる。導電パターン38はなくてもよいが、センサにお
けるその存在は、センサの全抵抗を減らすために好まし
い。試薬層の機能は、グルコースまたは別の分析対象物
を、化学量論的に、それが発生させる電流に関して電極
パターン中の部品によって電気化学的に測定可能である
化学種に変換することである。電極プリントの二つの部
分39および40が、電気化学的測定に必要な二つの電
極を提供する。厚さ約14μ(0.00055インチ)
である電極インクは、電気化学的に活性な炭を含む。導
体インクの成分は、通常、電極と、電極が動作的に接続
された計器との間に、センサ45の尾びれ形端部の導体
パターンとの接触を介して低電気抵抗路を提供するよう
に選択された、炭素と銀との混合物である。構造全体の
典型的な厚さは6μ(0.00025インチ)である。
誘電体パターンの機能は、電極パターンの画定区域41
の中を除き、電極を試料から絶縁することにより、セン
サ読み値の再現精度を高めることである。測定される電
流は、分析対象物の濃度と、電極のうち、試料を含有す
る分析対象物に露出する区域との両方に依存するため、
このタイプの電気化学的測定においては画定区域が重要
である。典型的な誘電体層は、厚さ約10μ(0.00
04インチ)のUV硬化アクリレート変性ポリウレタン
を含む。電極構造の典型的な厚さは6μ(0.0002
5インチ)である。凹形空間48を設けるために圧印加
工され、通気孔50を設けるために穿孔されたふた46
は、ヒートシール処理でベース36に接合される。ま
ず、ベースとふたとをぴったり並べ合わせたのち、ふた
52の平坦な圧印加工されていない区域とだけ接触する
ような形状の加熱金属板によって押し合わせる。それに
より、ふたの底面にある水分散性ポリウレタン層が溶融
し、冷却すると、それが、ふた46とベース36とを融
着させるように作用する。加熱板の典型的な温度は16
5℃であり、その際の圧力は2200psi である。これ
らの熱および圧力の条件下で1・1/4 秒間ふたとベース
とを合わせて保持すると、流体試料を受け入れるための
毛管空間を有する所望の一体型センサが得られる。ポリ
ウレタン層は、ふたの平坦な領域の下で、ベースの一番
上の露出層(点線の縁の誘電体42)に接合する。ある
いはまた、誘電体層の縁はわずかに狭まり(実線の縁の
誘電体層42によって表す)、それが、ポリウレタンを
電極プリントパターン40の材料と接着させる。ポリウ
レタン接着剤と電極インクとの接合強度は、接着剤と誘
電材料との接合強度よりも大きく、それにより、より漏
れにくい毛管空間を提供するため、これは好ましい構造
である。
ネート、ポリエチレンならびに寸法安定性のビニルおよ
びアクリルポリマー、さらにポリマーブレンド、たとえ
ばポリカーボネート/ポリエチレンテレフタレートがあ
る。ふたは通常、変形性のポリマーシート材料、たとえ
ばポリカーボネートまたは圧印加工可能な等級のポリエ
チレンテレフタレートもしくはグリコール変性ポリエチ
レンテレフタレートから製造されるが、誘電体層は、紫
外線(UV)硬化性のアクリレート変性ポリウレタン、
UV硬化性もしくは湿分硬化性のポリウレタンまたは熱
硬化性のビニルポリマーから製造することができる。
は、誘電体層または電極材料のいずれかに接合すること
により、毛管空間の親水性を高め、ベースに対するその
密着を促進するように作用する。
スペーサの使用ではなく、圧印加工したふた(図1、符
号46)の使用を促進にする。従来技術のセンサ要素で
は、圧印加工の代わりに、ベースをスペーサに接着し、
スペーサをふたに接着するための感圧接着剤をも担持す
るスペーサ材料の切り抜きによって毛管空間の二つの面
を形成する。圧印加工したふたの使用が、余分な部品、
すなわちスペーサの使用および多数の加工工程を回避さ
せる。センサを含むスペーサを組み立てるのに伴う工程
は以下のものである。
る(毛管空間への血液の吸収を誘発するための薬剤を一
番上の層に含めること)。 ii.毛管空間への血液の吸収を誘発するための薬剤を含
むさらなる層を加える(その薬剤が薬品層に含まれるな
らば、この層を省いてもよい)。 iii.通常は、剥離ライナ/接着剤/スペーサ材料/接着
剤/剥離ライナの積層体であるスペーサ材料の中に毛管
路を打ち抜く。 iv.スペーサ材料の片側から剥離ライナを剥し、スペー
サをベースに取り付ける。 v.剥離ライナを剥し、ふたをスペーサの反対側に組み
付ける。
し、 iv.ふたをベースと合わせ、熱および圧力を加えること
によってそれらを封止することにより、センサを製造す
ることを可能にする。
感圧接着剤ではなく、非粘着性の接着剤を提供する。し
たがって、組み立ての前に剥離ライナを剥し、処分する
必要はなく、センサ組み立て装置が接着剤によって汚さ
れることに伴う問題が劇的に減少する。したがって、本
発明のセンサは、ふたの配列を対応するベースの配列と
合わせたのち、打ち抜き加工によって個々のセンサを配
列から切り出すことによって製造することができる。粘
着性の感圧接着剤は、頻繁な清浄および生産時間の損失
をまぬがれない、抜型中の接着剤の蓄積により、この打
ち抜き工程には適合しない。
件下で非粘着層を形成するパターンでふた素材の上に敷
設することができる。本発明の水分散性ポリウレタン
は、試薬層中の試薬に対する汚損を避けるのに十分に低
く、かつ、長寿命であり、それにより、良好な貯蔵寿命
を提供する所望のふた材料とで良好な接合を形成する温
度で活性化してベースに融着させることができる。コー
ティングはまた、おそらくは表面特性を有意にイオン性
にするそのイオノマー性のため、毛管空間の内部の親水
性を高める。これらの二重の性質に基づき、この水分散
性ポリウレタンを「二機能性コーティング材料」と呼ぶ
ことができる。
ール、たとえばグリコールとの反応が簡単な直鎖状ポリ
ウレタンを生じさせる。これらの生成物は、コーティン
グ、塗料およびエラストマーの製造に使用するのには不
適当である。まず簡単なグリコールをジカルボン酸と重
縮合反応させて長鎖ポリエステル−ジオールを形成す
る。続いて、一般に300〜2000の平均分子量を有
するこれらの生成物をジイソシアネートと反応させる
と、その結果、高分子量ポリエステルウレタンが形成す
る。ポリウレタン分散系は、1972年以来、工業的に
重要である。ポリウレタンイオノマーは、水性二相系の
調製に構造的に適している。主に疎水性の鎖セグメント
の間に親水性のイオンサイトを有するこれらのポリマー
は、自己分散性であり、好ましい条件の下で、剪断力の
影響を受けず、分散剤の非存在において、水中で安定な
分散系を形成する。カチオン性ウレタンを調製する一つ
の方法は、ジブロミドとジアミンとの反応による方法で
ある。これらの成分の一方が長鎖ポリエーテルセグメン
トを含むならば、イオノマーが得られる。あるいはま
た、まず第三級窒素含有ポリウレタンを調製したのち、
第二の工程で窒素原子を第四級化することによってポリ
アンモニウムポリウレタンを製造することもできる。ポ
リエーテルベースのNCOプレポリマーから出発する
と、セグメント化された第四級ポリウレタンが得られ
る。同様に、チオジグリコールを第三級アミノグリコー
ルに換えると、第三級スルホニウム基を有するカチオン
ポリウレタンを調製することができる。また、イオン基
またはその前駆体は、ジイソシアネートであることもで
きるし、長鎖ポリエーテルジオールの一部であることも
できる。
普通、カルボン酸基またはスルホネート基を有するジオ
ールを導入したのち、酸基をたとえば第三級アミンで中
和する。スルホネート基は普通、ジアミノアルカンスル
ホネートを経由して形成される。理由は、これらの化合
物が水溶性であり、NCOプレポリマーとの反応が水に
よって悪影響を受けないためである。得られるポリウレ
タン樹脂は、機械的および化学的安定性ならびにを良好
な膜形成性および付着性を提供するイオン基を含む。
性質は、特定の条件の下で自発的に水中で安定な分散系
を形成して、連続的な水相の中に不連続なポリウレタン
相が分散している二成分コロイド系を提供するそれらの
能力である。分散したポリウレタン粒子の直径は約10
〜5000nmの間で異なる。
ルケトンおよびテトラヒドロフラン中のポリウレタンイ
オノマーの溶液は、水を攪拌して加えられると、自発的
に分散系を形成する。そして、有機溶媒を留去して、溶
媒を含まないイオノマーのゾルおよびラテックスを得
る。イオン基の含量および溶液の濃度に依存して、疎水
性セグメントの沈殿または最初に形成した逆乳濁液の転
相により、イオノマー分散系が形成する。
ピン酸に基づく分子量2000のポリエステルを過剰の
ヘキサメチレンジイソシアネートと反応させて、NCO
末端プレポリマーを得る。アセトンに溶解した等モル量
のN−メチルジエタノールアミンを加えると、重付加が
進行するにつれ、粘性が増大する。粘性が増大すると、
さらなる量のアセトンを加えて混合物を攪拌可能にす
る。そこで、第三級窒素を含有するセグメント化ポリウ
レタンを硫酸ジメチルによって第四級化する。ポリウレ
タンイオノマーが形成する結果、粘性がさらに増大す
る。パラフィン油中の石鹸の場合と同様にイオン中心が
会合し、分子量が見かけで増大する。水をそのようなイ
オノマー溶液にゆっくりと加えると、最初の数ミリリッ
トルを加える間に粘性が減少する。明らかに、イオン会
合は可逆性であり、存在する水がイオン会合を減少させ
て、イオノマーが分子的に分散している明澄な溶液を提
供する。さらに水を加えると、ポリマー濃度は減少する
にもかかわらず、粘性は再び増大する。これが分散系の
形成の第一段階である。さらなる水の添加が濁りを生じ
させ、分散相の形成の始まりを示す。さらなる水の添加
が濁りを増大させ、最終的に、アセトン濃度のさらなる
減少のために凝集物が転位して微小球を形成するため、
粘性が低下する。この状態で、水の連続相と、アセトン
で膨潤したポリウレタン粒子の不連続相とがある。
留によるアセトンの除去である。ポリマー鎖の反跳また
は収縮により、濁り度が増し、粘性が減少する。
えば化学組成、イオン基のタイプおよび量、分子量なら
びに調製法に依存する。粒子の直径は約10nm〜5μm
で異なり、分散系の見かけは、不透明半透明のゾルから
乳白色の分散系まで変えることができる。粘性および流
動学的性質は、ビンガムタイプ粘性およびレオペクシー
を含め、広い範囲で変えることができる。
レタンの一部だけがイオン性であるとしても、材料のそ
の部分が比較的粗いラテックス粒子の外側の殻を形成す
るため、アセトン法は十分に有効である。
いる上記手法は普遍的である。有機溶媒中で合成するこ
とができるすべての直鎖状ポリウレタンをイオン基で変
性することができる。アセトンは、その低い沸点および
低い毒性のおかげで、ポリウレタン分散系を調製するの
に特に適している。
がって達成することができる。
ポリカーボネートのロールシートから多数のセンサふた
を製造する。このシートは多数のふたの供給源であるた
め、これを「ふた素材」と呼ぶ。
ーティング溶液を、ワイヤ巻きロッドまたはスロットダ
イコータにより、ポリカーボネートシート(厚さ175
μ/0.0075インチ)の片側に延展し、空気乾燥さ
せる。40%〜50%の典型的な固形分含量の場合、乾
燥コーティング厚は0.0007インチ〜0.002イ
ンチ(17μ〜50μ)の範囲であり、湿潤コーティン
グ厚は0.0014インチ〜0.005インチ(35μ
〜125μm)の範囲である。乾燥は、周囲温度で実施す
ることもできるし、70℃の空気流の下で強制的に実施
することもできる。二機能性層は、乾燥後しばらくはい
くらか粘着を示す。シートを再びロールにするとき、一
時的なライナまたはインターリーフをコーティングと接
触した状態ではさみ込み、コーティングをポリカーボネ
ートのライナと接触させる。数時間後、初期粘着性は失
われ、コーティングに損傷を加えずにポリカーボネート
ふた素材を展開することができる。ライナに適した材料
は、厚さ0.001〜0.003インチ(25〜75
μ)のポリオレフィンまたはポリエチレンテレフタレー
トである。
工と、ポリカーボネートシート中の、位置合わせおよび
トラッキング用の種々の穴の打ち抜きとを含む。そこ
で、シートを縦方向に細長く裂いて、センサふたのリボ
ンを得て、これをロールに巻く。接着剤は、圧印加工工
具および打ち抜き工具のいずれにも付着せず、リボン形
態でロールにしたときにポリカーボネート支持体の裏側
にも付着しないよう、非粘着性であることが不可欠であ
る。また、接着剤は、打ち抜き工具または圧印加工工具
の上に、頻繁な清浄を要するであろう、ガム質の付着物
を形成しないことが不可欠である。
に対し、種々のインクでプリントをして電極を形成した
のち、露出した電極の所望の面を残すように設計された
所定のパターンで誘電体層をオーバコートする。ふたを
誘電体層に直接合わせたとき、二機能性材料が誘電材料
に付着しなければならない。ふた素材をベースに組み付
けるために、ふた素材の連続したリボンを巻き出し、特
殊なラミネータに通し、そこで、位置を合わせたのち、
熱および圧力の影響のもと、ベース素材の細片と合わせ
る。ヒートシール処理には約1秒しか要しないことが望
ましく、それには、強力な接合を非常に急速に形成する
ことができる接着剤を要する。ヒートシールしたのち、
積層体の連続したリボンをリールに巻き取る。
るために、積層体を打ち抜き装置に通し、この中で、個
々のセンサをリボンから打ち抜き、緩衝剤調製物に入
れ、それを貯蔵用のホイルブリスタパッケージに配置す
る。ここでもまた、接着剤が打ち抜き機構に付着した
り、常温流動して打ち抜き機構に流れ込み、その中で付
着物を形成したりしないことが不可欠である。また、セ
ンサが打ち抜き装置に付着せず、確実に緩衝剤に送ら
れ、緩衝剤からブリスタパッケージに送られて、ブリス
タパッケージから分与されるよう、接着剤が粘着性をも
たないことが不可欠である。したがって、コーティング
の融点は、融解処理の際の摩擦熱によって偶発的な融解
およびそれによる粘着が起こらないよう、十分な高さで
なければならない。さらには、ふた素材とベース素材と
の間の接合強度は、この打ち抜き処理の際に発生する層
剥離力に耐えることができる強さでなければならない。
サは、半径方向に配設された10個の独立したコンパー
トメント(ブリスタ)を有する円形のディスクに包装さ
れる。ディスクは、バーストホイルカバーによって封止
されてセンサを周囲の湿分および他のセンサから隔離す
るアルミニウムホイル/プラスチックの積層体からでき
ている。ディスクは、特殊な設計の計器の中に取り付け
られる。センサは、個々のコンパートメントの中に位置
する乾燥剤によって乾燥状態に維持される。センサを取
り出すには、ナイフをディスクのハブにもっとも近い端
部からバーストホイルに突き刺して細長い個々のコンパ
ートメントの中に入れたのち、半径方向にブリスタの周
縁に向けて動かす。その際、ナイフは、そのコンパート
メント中のセンサの後部(尾びれ)と係合する。ナイフ
の半径方向の移動がセンサの先端をバーストホイルおよ
び計器の一部に突き通して外に出して、センサのノーズ
が完全に計器から出て、流体試料、たとえば血液を受け
る用意ができる。この段階で、センサのベースとふたと
の間の接合が、センサがホイルを突き破るときに発生す
る剪断力に耐えることが不可欠である。センサを使用に
備えて提供するこの方法は、米国特許第5,575,4
03号明細書で詳細に記載されている。
サ先端を、通常は指を何かで突き刺すことによって得ら
れる血液である流体試料の小滴と接触させる。血液が急
速に毛管に引き込まれ、そこで、酵素との相互作用を起
こし始め、計器が信号を受けてその計時シーケンスを開
始する。計時シーケンスを開始するためには、毛管空間
の空間的に向きにかかわらず、血液が非常に急速に毛管
空間に引き込まれることが不可欠である。
ようにして調製した水分散性ポリウレタンに基づく。特
に有用な配合物は、100nmの平均粒径の水性分散系中
のヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)およびイ
ソホロンジイソシアネート(IPDI)に基づく直鎖状
の脂肪族ポリエステルウレタンである、Bayer 社から市
販されているDispercoll U 53 BCである。水性分散系中
の総重量%固形分が40±1であるこの製品は、23℃
(華氏73度)で、<600の粘度(cps/mp-a)(ブル
ックフィールドLVF、スピンドル2、30rpm)を示
す。白色の分散液は1.2g/cm3 の比重を有し、ポリマ
ーは高レベルの結晶化を示す。分散系の比重は1.1で
あり、そのpHは7であり、アニオン粒子電荷をもつ。酸
性条件または強アルカリ性条件がポリマーの加水分解に
よる性質の損失を招くおそれがあるため、製造業者はpH
6〜8で保存することを推奨している。
ーの水性コロイド分散系のシリーズの商品名であるDisp
ercoll Uが本発明で使用するのに適している。これらは
前記のイオノマー法によって調製されるため、これらの
分散系は、少量の乳化剤しか含有しないが、抜群の機械
的および化学的安定性を示す。
わせて、付着性および親水性を高めることができ、それ
がウレタン分散系をセンサの製造に有用なものにする。
界面活性剤の添加は、乾燥ポリウレタン膜の表面の湿潤
性を高めて、試験流体、たとえば血液が毛管空間に入り
込む能力を高める。たとえば、界面活性剤、たとえばオ
クチルフェノキシポリエトキシエチルサルフェートのナ
トリウム塩(Triton(登録商標)W30)、フルオロカーボ
ン、たとえばアミンペルフルオロアルキルスルホネート
(Fluorad (商標)FC99)、フルオロアルキルカルボキ
シレートのカリウム塩(Fluorad (商標)FC129)または
アニオン性もしくは中性のフルオロ界面活性剤、たとえ
ばZonyl (登録商標)FSA もしくはZonyl (登録商標)
FSN の添加が、基板の湿潤性を改善することにより、毛
管空間が試験流体を引き込む能力を高め、コーティング
処理の際の欠陥を避けるのに有用である。界面活性剤ご
とに最適な濃度範囲、すなわち、センサの毛管空間中に
良好な親水性を提供するのに十分であり、かつ、ふたと
ベースとの接合強度を減じるほどではない濃度範囲があ
る。濃度は通常、ポリウレタン分散系の0.05重量%
〜0.2重量%の範囲である。
ばAirflex (登録商標)400 酢酸ビニル−エチレンコポ
リマー、Elvace(登録商標)40705 または40722 の、分
散系の約33重量%までの添加を利用して、ふたと誘電
材料層との接合を強化することができる。酢酸ビニルコ
ポリマー、たとえばAir ProductsのFlexbond(登録商
標)150 を分散系の約10重量%までの量で使用して、
ふたと誘電体層との接合強度を高めることができる。誘
電体層がシリコーン添加物を脱泡剤として含有すると
き、これは特に当てはまる。
粘剤であるAcrysol RM-8を分散系に加えてその粘性を高
め、コーティングしやすくし、乾燥中のポリウレタン層
の亀裂を防ぐことができる。着色剤、たとえばSigma Ch
emical社の、水溶性の青クロモフォアであるErioglauci
neを可視化剤としてコーティング材料に加えることがで
きる。以下の表Aは、本発明が関するセンサを製造する
のに有用である二機能性コーティングに用いるための8
種の配合物を記載する。
る。
場合 徹底的に混合することにより、各成分を表1に示す順序
で合わせた。
気泡を逃がしたのち、38番ワイヤ巻きロッドを使用し
てポリカーボネートシート(厚さ0.0075インチ/
190μ)にコーティングして、0.0013インチの
湿潤厚さにした。60℃に加熱した気流のもとで50℃
で3分間乾燥させたのち、乾燥組成物の膜は厚さ0.0
013インチ/35μであった。この膜は粘着性であっ
たが、ポリエチレンインタリーフをはさんでロールに巻
くことができた。数時間後、膜を損傷することなくこの
インタリーフを取り除くと、平滑で非粘着性の表面が残
った。そして、この材料を工作機械で打ち抜き、成形し
て、図1に示すようなふたの圧印加工した凹形を形成し
た。ポリカーボネートの絶縁ベースを、以下のインクに
よって、すなわち、duPont社のポリマー厚膜組成物5085
を使用する導体パターン、同じくduPont社のポリマー厚
膜組成物7102T を使用する誘電体パターン、そしてNorc
ote 社のRDMSK4954 を使用する誘電体パターンによって
順にプリントした。この誘電体は普通、少量の界面活性
剤Silwet(登録商標)77を含有する。実験目的のため、
この界面活性剤を使用せずにいくつかのプリントを製造
した。圧印加工したふた素材をベース材料の適当な領域
と並べ合わせ、165℃のホットプレートで約2000
psi を加えながら1秒間ヒートシールした。ふた素材を
ベース上の誘電体コーティングに直接融着した。
く状態で垂直に取り付け、血液の小滴(7μl)を、開口
にちょうどに触れるまで持ち上げた。血液が毛管の前端
から毛管の後端まで(距離4mm)垂直方向に上に移動す
るのに要した時間をビデオカメラによって計測した。こ
の充満期間を表2にまとめた。
強度を測定するために、ベースを保持し、ふた素材を9
0°の角度で剥すことにより、ふた素材とベースの間の
0.2インチ×4インチの封止区域を実施した。これを
実施するのに必要なpli(線インチあたりポンド数)
単位の平均力を計測し、表2にまとめた。
った。それにもかかわらず、4℃〜40℃の貯蔵条件で
強い接合強度および非常に急速な充満時間が示された。
誘電体層における界面活性剤Silwet(登録商標)77の包
含は、無視しうる影響しかなかった。
標)845 と組み合わせた場合 実施例1のようにして膜を調製し、試験し、結果を表3
および4にまとめた。試験結果は、冷蔵温度で貯蔵され
たときの高ヘマトクリットでさえ、良好な接合強度及び
急速な血液充満を示した。ビニルアクリレートコポリマ
ーは、場合により、本発明の二機能性コーティング材料
とで併用する。これは、誘電体層がポリウレタンとで持
続的な接合を形成しない状況で有利に使用することがで
きる。
標)W30 と組み合わせた場合 この膜は、先の実施例と同様に、各成分を図示した順序
で加えて調製した。上付1の充満時間は、10週間の貯
蔵後に試験した、試薬層なしのセンサに対応する。上付
2のセンサは、誘電体層の下にプリントされ、誘電体層
の開口部を介して部分的に露出したポリ(エチレンオキ
シド)中グルコースオキシダーゼ/フェリシアン化カリ
ウムの試薬層を有するものであった。この実験の結果を
表5および6にまとめた。
ットの血液で試験した場合でさえ、すべての貯蔵条件の
下で高い接合強度および急速な充満を実証した。誘電体
における界面活性剤の存在が充満時間のわずかな改善を
もたらした。この実施例は、センサに負荷を加えたのち
でさえ、正常なヘマトクリットの血液および高ヘマトク
リットの血液の両方について良好な充満時間を実証し
た。説明したように打ち抜き、成形したが、二機能性コ
ーティングを有しないふた素材を使用して、試薬層を備
えた4個の比較用センサを組み立てた。これらのセンサ
を両面接着テープによって貼り合せた。これらの調製し
たばかりのセンサの充満時間は11秒を超え、本発明の
二機能性コーティングが毛管空間の急速充満にきわめて
重要であることを示した。
(登録商標)400 ビニルエチレン乳濁液およびFluorad
(商標)FC99と組み合わせた場合 ベースがプリント電極の上に反応層を有する以外、最初
の実施例のようにして膜を調製し、試験した。結果を表
7および8にまとめた。
る界面活性剤と異なる二次的ポリマーとの組み合わせ
が、冷蔵貯蔵を要することなく、正常なヘマトクリット
の血液および高ヘマトクリットの血液の場合で優れた充
満時間をもたらすと判断することができる。
酢酸ビニル−エチレン乳濁液、Flexbond(登録商標)15
0 ポリ酢酸ビニルベースの汎用感圧乳濁液および界面活
性剤Fluorad (商標)FC129 と組み合わせた場合 この配合物を使用して生成したデータを表9および10
にまとめた。
を用いた場合の優れた性能を実証した。
る。
Claims (20)
- 【請求項1】 流体試料中の分析対象物を検出するため
の電気化学的センサにおいて、該センサが、 a)絶縁ベースプレートと、 b)分析対象物と反応して移動性電子を発生させる酵素
と動作的に接続した、該ベースプレート上の電極層と、 c)凹形区域を包囲する平面を残しながら、一部に凹形
区域を設けるために圧印加工されている変形性材料のふ
たであって、ベースと合わさると、ふたとベースとで毛
管空間を形成し、この空間の中で、該酵素が、毛管作用
によって毛管空間に引き込まれる流体試料と直接接触で
きるような形状のふたと、を含み、該センサが、ふたと
ベースとが合わさると、ベースに対するふたの接合を促
進し、毛管空間の親水性を高めるポリマー層をふたの下
側に有することを特徴とするセンサ。 - 【請求項2】 ポリマー層が、界面活性剤で安定化され
たポリウレタンを含む、請求項1記載のセンサ。 - 【請求項3】 ポリマー層が水分散性ポリウレタンイオ
ノマーを含む、請求項1記載のセンサ。 - 【請求項4】 ポリウレタンイオノマーがアニオン性で
ある、請求項3記載のセンサ。 - 【請求項5】 ポリウレタンイオノマーが、ヘキサメチ
レンジイソシアネートおよびイソホロンジイソシアネー
トに基づく直鎖状(脂肪族ポリエステルウレタン)であ
る、請求項4記載のセンサ。 - 【請求項6】 ポリマーが乳酸ビニル−エチレンコポリ
マーである、請求項1記載のセンサ。 - 【請求項7】 絶縁ベースプレートの表面に導電層があ
り、導電層の表面に電極層があり、それが導電層と電気
伝導的に接触している、請求項1記載のセンサ。 - 【請求項8】 ふたがベースに合わさり、ふたとベース
との直接接触が電極面およびふたの下側で起こる、請求
項1記載のセンサ。 - 【請求項9】 電極層の上にパターン化された誘電材料
の層があり、誘電体層のパターンによって予め決定され
る電極の一部だけが流体試料との直接接触に利用でき
る、請求項1記載のセンサ。 - 【請求項10】 ふたが、その縁が誘電体層と合わさる
ような形状である、請求項9記載のセンサ。 - 【請求項11】 誘電体層が、電極層の一部をふたの平
面との直接接触のために露出したまま残すような形状で
ある、請求項9記載のセンサ。 - 【請求項12】 酵素がオキシドレダクターゼである、
請求項1記載のセンサ。 - 【請求項13】 流体試料中の分析対象物を検出するた
めの電気化学的センサを製造する方法において、 a)分析対象物と反応して移動性電子を生成する酵素と
動作的に接続した電極層を表面に有する絶縁ベースプレ
ートを用意する工程と、 b)変形性材料のふたであって、その一部に凹形区域を
含み、平面が凹形区域を包囲して、ベースと合わさる
と、ふたとベースとで毛管空間を形成し、この空間の中
で酵素が毛管空間中の流体試料と直接接触できるような
形状であり、ポリマー層をその下側に有して、ベースに
対するふたの接合を促進し、毛管空間の親水性を高める
ふたと、ベースプレートとを合わせる工程と、 c)ベースプレートおよびふたをそれらの間に圧力を加
えながら加熱して、ベースプレートをふたに融着させる
工程と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項14】 電極層の上にパターン化された誘電材
料の層があり、誘電体層のパターンによって予め決定さ
れる電極の一部だけが流体試料との直接接触に利用でき
る、請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 誘電体層が、ふたの平面が誘電体層と
だけ合わさるような形状である、請求項13記載の方
法。 - 【請求項16】 誘電体層が、電極層の少なくとも一部
をふたの平面との直接接触のために露出したまま残すよ
うな形状である、請求項13記載の方法。 - 【請求項17】 ふたの下側のポリマー層が、界面活性
剤で安定化されたポリウレタンを含む、請求項13記載
の方法。 - 【請求項18】 ポリマー層が水分散性ポリウレタンイ
オノマーを含む、請求項13記載の方法。 - 【請求項19】 ポリウレタンイオノマーがアニオン性
である、請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 アニオン性ポリウレタンイオノマー
が、ヘキサメチレンジイソシアネートおよびイソホロン
ジイソシアネートに基づく直鎖状(脂肪族ポリエステル
ウレタン)である、請求項19記載の方法。
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