KR100458978B1 - 헤마토크릿에대한감도가낮은혈액글루코즈스트립 - Google Patents

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Abstract

전혈중 글루코즈 농도를 측정하기 위한 시약 스트립(reagent strip)은 글루코즈 측정시 헤마토크릿의 간섭을 저하시킨다. 생물학적 유액이 스크립과 접촉하는 경우, 이것은 스트립중에 함침된 시약 중에서, 유액중 글루코즈 농도의 척도가 되는 색상 변화를 유발한다. 그러나, 색상 변화는 또한 적혈구 세포 농도(헤마토크릿: hematocrit)에 의해 영향받음으로써, 글루코즈 측정의 정확도를 떨어뜨린다. 헤마토크릿 효과는 시약에 아크릴산 중합체를 가함에 의해 감소시킨다.

Description

헤마토크릿에 대한 감도가 낮은 혈액 글루코즈 스트립
본 발명은 전혈 샘플 중의 글루코즈 농도를 측정하기 위한 건조 상 시약 스트립, 더욱 특히, 혈액 샘플의 헤마토크릿에 대해 비교적 덜 민감한 스트립에 관한 것이다.
효소를 기본으로 하는 조성물이 혼입된 건조 상 시약 스트립은 생물학적 유체의 시험 샘플중의 글루코즈 농도를 측정하기 위해 임상 실험실, 의원, 병원 및 가정에서 광범위하게 사용된다. 실제로, 시약 스트립은 전 인류의 수백만명의 당뇨병 환자들 다수에 있어 1일 필수품이 되고 있다. 당뇨병은 혈액 화학에서 위험한 비정상 상태를 유발할 수 있기 때문에, 시력 상실, 신 부전 및 기타의 심각한 의학적 결과를 초래할 수 있다. 이러한 결과의 위험을 최소화하기 위해, 대부분의 당뇨병 환자들은 스스로 주기적으로 글루코즈 농도를 측정한 후, 예를 들면 식이 조절 및/또는 인슐린 주사를 통해 자신의 글루코즈 농도를 상응하게 조절하여야만 한다. 일부 환자들은 1일에 4회 이상 자주 자신의 혈중 글루코즈 농도를 측정하여야만 한다.
자신의 식이를 조절하여 당 섭취를 조절하고/하거나 인슐린을 주사해야 하고 이와 관련하여 혈중 글루코즈 농도를 자주 측정해야만 하는 당뇨병 환자에게는 신속하고, 저렴하며 정확한, 글루코즈 측정용 시약 스트립이 매우 중요하다.
시약 스트립은 스트립에 적용된 혈액 샘플 중의 글루코즈의 농도에 따라서, 색상이 상이하게 변하는 지시약을 함유하는 것으로 공지되어 있다. 이러한 스트립 중 일부는 글루코즈를 글루콘산 락톤과 과산화수소로 산화시킬 수 있는 글루코즈 옥시다제와 같은 효소를 포함한다. 이들은 또한 산화가능한 염료 및 과산화수소의 존재하에서 산화가능한 염료의 산화에 선택적으로 촉매 작용을 할 수 있는 과산화 활성을 갖는 물질을 함유한다[참조: 필립스(Phillips) 등에게 1990년 6월 19일자로 허여된 미국 특허 제4,935,346].
측정이 가정, 의원, 진료소 또는 병원 어느 곳에서 수행되든지 간에, 글루코즈 측정의 정확성 및 재현성은 매우 중요하다. 색상-지시 시약 스트립의 경우, 색상 변화가 분명하고 글루코즈 외에 혈액중에 함유된 각종 화합물에는 민감하지 않은 것이 바람직하다. 육안으로 판독하는 시약 스트립의 경우, 시력의 손상으로 고생할 수 있는 당뇨병 환자들은 글루코즈 농도에 따라서 색상 변화가 현저하게 나타나는 시험 시약을 갖는 것이 특히 중요하다. 해당 파장에서 흡수 및/또는 반사의 변화에 의해 나타나는 색상 변화가 계측-판독 스트립의 정확도에 있어 또한 중요하다.
시약 스트립의 성능은 각종 간섭 인자의 존재에 의해 영향받을 수 있으며, 임상 화학에서 간섭 효과를 감소시키거나 제거하는 것에 대한 요구가 다른 문헌에 의해 인지되어 왔다. 예를 들면, 1994년 1월 19일자로 공개된 유럽 특허원 제93111290.8호에서 아르터(Arter) 등은 수성 유체 중에서 분석물을 측정하기 위한 분석용 부재를 기술하고 있다. 이 부재는 유체중에 존재하는 유리 설프하이드릴 그룹을 결합시킬 수 있는 시약을 포함한다. 아르터 등은 아세트아미노펜, 살리실산염, 크레아티닌, 콜레스테롤, HDL 콜레스테롤, 트리글리세라이드, 글루코즈 및 요산과 같은 분석물을 검출하는데 주로 관심을 기울이고 있다. 이들은 퍼옥시다제-커플링된 산화환원 화학에 의해 검정되는, 과산화수소를 생성하는 효소를 사용한다. 특정 형태의 약물 치료 개인의 혈청중에 존재하는 N-아세틸 시스테인과 같은 간섭 설프하이드릴 그룹이 유체중에 존재할 수 있으며 이는 심지어 분석물의 부재하에서도 산화/환원을 유발할 수 있다. 아르터 등은 설프하이드릴 그룹과 반응하여 결합하는 제제를 가함에 의해 간섭 유리 설프하이드릴 그룹의 문제를 해결하고자 하고 있다. 적합한 제제로는 말레이미드, N-에틸말레이미드, 요오도아세트아미드, 질산은 및 염화금이 포함된다.
1993년 2월 9일자로 허여된 이스마일(Ismail) 등의 미국 특허 제5,185,247호에는 각종 조성물의 첨가에 의해 안정화된, 효소를 기본으로 하는 시험 스트립이 기술되어 있다. 이들은 열 안정성을 부여하는 제제중 이미다졸을 포함하나, 이것은 스트립이 또한 산화수은 및 사르코신을 포함하는 "아스코르베이트 간섭 조성물"로 함침되는 경우에만 효과적이다. 일반적으로 시약중 중금속 산화물의 혼입은 이들이 독성이기 때문에 바람직하지 않다.
1993년 12월 15일자로 공개된 마진거(Matzinger) 등의 유럽 특허원 제93303643.6호에는 전혈 중에서 글루코즈의 농도를 측정하기 위한 시약 스트립이 기술되어 있다. 이 스트립은 색상 변화로 글루코즈 농도를 나타내는 시약 시스템을 포함하는 시험 패드(testing pad)를 갖는다. 시험 패드는 비교적 큰 공극이 한 쪽의 주요 표면 근처에 존재하고 보다 작은 공극이 반대쪽 표면 근처에 존재하는, 이방성 막으로부터 형성된다. 다공성 운반 매질은 패드의 큰 공극이 있는 표면에 부착되어 있다. 패드의 큰 공극이 있는 면으로 검출가능한 샘플 분량을 운반하는 운반 매질에 전혈 샘플을 도포한다. 이어서 샘플중 글루코즈는 반대쪽 면을 향해 이동하며, 여기서 글루코즈는 시약과 반응하여 패드의 작은 공극이 있는 면으로부터 가시화되고, 샘플중 글루코즈 농도를 나타내는 색상 변화를 유발한다.
카이저(Kiser) 등의 미국 특허 제5,306,623호에는 전혈로부터 적혈구 세포를 분리하기 위한 분리 매트릭스를 포함하는 혈액 글루코즈 시험 스트립이 기술되어 있다. 시험 시약은 분리된 성분과 반응하여 혈중 글루코즈 농도를 나타내는 색상 변화를 유발시킨다. 분리 층 중에 혼입된 성분중에서는 폴리아크릴 중합체(CarbopolR)가 기술되어 있다. 이들 "분리 성분"(또한 추가의 설명 없이 "헤마토크릿 조정제"로서 언급됨)은 일반적으로 별개의 분리 층 내에 존재하는 반면, 카이저 등은 또한 시그날 생성 성분 및 혈액 분리 성분 모두를 포함하는 시약을 함유하는 단일 층 매트릭스를 기술하고 있다. 모든 경우 구체화하면, 분리 성분은 7 내지 35% w/v 범위의 양으로 포함된다. 실제로, 카보폴은 이 시약 중에서 상기 농도 범위로 사용될 수 없다.
간섭 인자가 혈중 글루코즈를 측정하는 시약 스트립의 색상 변화에 영향을 미칠 수 있음은 공지되어 있다. 예를 들면, 글루코즈 측정시 저하된 색상 변화는 일반적으로 혈중 적혈구 세포의 농도(헤마토크릿)와 관련된다.
글루코즈를 함유하는 혈액에 적용하는 경우 글루코즈 농도에 따라 색상이 명백하게 변하는 시약 스트립에 대한 요구가 지속적으로 있어왔다. 이상적으로는, 시약 스트립은 헤마토크릿 농도가 25 내지 60% 범위인 전혈 샘플에 적용하는 경우에도, 약 40 내지 500mg/dL 범위의 글루코즈 농도를 정확히 측정해 내야 한다.
본 발명에 따라서, 적혈구 세포를 포함하는 전혈 샘플 중의 글루코즈 농도를 측정하는 시약 스트립은
(a) 공극이 비교적 큰 샘플 면과 공극이 비교적 작은 시험 면을 갖고 샘플이 샘플 면 위에 수용되어 시험 면 쪽으로 통과하도록 조정된 이방성 막 및
(b) (i) 글루코즈와 산소로부터 과산화수소를 생성하는 성분,
(ii) 과산화수소와 반응하여 색상이 변화는 지시약 및
(iii) 글루코즈 농도 측정에 미치는 적혈구 세포의 영향을 감소시키는, 약 0.1% 내지 약 4% w/v 농도의 아크릴산 중합체를 포함하는, 막 내에 함침된 시험 시약을 포함한다.
본 발명의 방법에 있어서, 적혈구 세포를 포함하는 전혈 샘플 중의 글루코즈 농도를 측정하는 방법은 (a) (i) 공극이 비교적 큰 샘플 면과 공극이 비교적 작은 시험 면을 갖고, (ii) 글루코즈와 반응하여 시험 면의 색상을 변화시킬 수 있으며, 글루코즈 옥시다제, 퍼옥시다제, 산화가능한 염료 또는 염료 커플, 및 농도 범위가 약 0.1% 내지 약 4% w/v인 아크릴산 중합체를 포함하는 시험 시약으로 함침시킨 이방성 막을 제공하는 단계;
(b) 혈액을 막의 샘플 면에 도포하는 단계 및
(c) 시험 면의 색상 변화를 측정하여 혈중 글루코즈 농도를 측정하는 단계를 포함한다.
스트립은 샘플 면 상에 도포된, 적혈구 세포와 글루코즈를 포함하는 전혈 샘플을 수용하도록 조정된다. 샘플 용적을 측정하거나 적합한 한계내에서 조절할 필요가 없다. 막의 다공성은 유체이 샘플 면으로부터 시험 면 쪽으로 예를 들면, 모세관 작용에 의해 통과하도록 한다. 즉, 시험 시약은 혈중 글루코즈와 반응하여 시험 면 상에서 또는 그 근처에서 색상 변화를 유발할 수 있다. 색상 변화는 샘플중 글루코즈의 농도에 따른다. 혈중 글루코즈 농도는 각종 방법, 예를 들면 시험 면의 색상을 보정 참조물 또는 색상 챠트와 비교하거나, 반사 측광법에 의해서, 또는 글루코즈 농도 범위에 상응하는 일련의 세그먼트(segment)를 사용하고 특정 시간 한도내에서 색상을 변화시키는 최종 세그먼트를 인지함으로써 글루코즈 농도를 측정하는 방법에 의해서 측정할 수 있다. 색상 변화의 검출을 어렵게 하는 진한 색상의 적혈구 세포는 샘플 면 상의 큰 공극으로부터 시험 면 상의 작은 공극으로 등급화되어 배열된 이방성 막의 샘플 면 근처에서 여과된다. 본 발명의 시약 스트립의 각종 성분에는 다양한 물질이 사용될 수 있다. 이러한 물질의 일부는 본원에서 참조로 인용된, 카이저 등에게 각각 1994년 4월 26일 및 1995년 5월 23일 허여된 미국 특허 제5,306,623호 및 제5,418,142호에 기술되어 있다.
시험 시약은 글루코즈를 과산화수소로 전환시키기 위한 글루코즈 옥시다제와 같은 하나의 성분 및 샘플중에 존재하는 글루코즈로부터 생성된 과산화수소를 검출하기 위한 하나 이상의 성분을 포함한다. 과산화수소를 검출하기 위한 성분은 반응 과정중에 색상을 변화시키는 "지시약"과 배합된 퍼옥시다제, 바람직하게는 서양 고추냉이 퍼옥시다제일 수 있다. 지시제는 산화가능한 염료 또는 염료 커플(dye couple)일 수 있다. 퍼옥시다제는 과산화수소의 존재하에서 지시제의 산화 반응에 촉매로서 작용한다.
시험 시약은 추가로 헤마토크릿(전혈 샘플중 적혈구 세포의 백분율)이 측정되는 글루코즈 농도를 변화시키는 효과를 감소시키는 아크릴산 중합체를 포함한다.
본 발명의 시험 스트립 및 방법은 글루코즈 농도가 약 40 내지 500mg/dL이고 헤마토그릿 수준이 약 25 내지 60% 범위인 혈액 샘플 중의 글루코즈 농도를 측정할 수 있도록 한다.
본 발명은 전혈중의 혈액 글루코즈의 농도를 측정하기 위한 건조 상 시약 시험 스트립에 관한 것이다. 이와같은 스트립의 주요 부재는 시험 시약이 혼입된 다공성 막이다. 이 스트립은 스트립에 도포된 혈액 샘플중의 글루코즈에 반응하여 색상을 변화시킨다.
막은 균질한 조성물이거나 피복된 기재일 수 있다. 이것은 샘플이 도포되는 샘플 면과 색상 변화가 관측되는 시험 면을 갖는다. 바람직하게는, 막은 이방성이며, 더욱 바람직하게는 광범위한 공극 크기를 갖는다. 예를 들면, 최대 공극 대 최소 공극의 비가 약 100 내지 400 범위인 공극 크기의 구배를 갖는다. 공극이 최소 크기인 막의 한쪽 면에서, 공간 용적(void volume)은 상대적으로 작고, 막의 물질은 통상적으로 막 두께의 20% 이하를 구성할 수 있는 층 내에서 일반적으로 매우 조밀하다. 이러한 층내에서, 공극 크기는 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.8㎛의 범위이고, 공칭 공극 크기는 바람직하게는 약 0.3 내지 0.4㎛이다. 큰 공극이 있는 면에서, 공극 크기는 바람직하게는 약 40 내지 약 125㎛ 범위이다. 혈액을 샘플 (큰 공극이 있는) 면에 도포시키는 경우, 샘플은 막을 침투하면서 점진적으로 작아지는 공극과 부딪치게 된다. 궁극적으로, 적혈구 세포와 같은 고형물은, 더 이상 침투할 수 없는 막 내의 위치에 도달하게 된다. 용해된 글루코즈를 여전히 포함하는 샘플의 나머지는 통과하여 시험 면에 이른다. 막의 이방성은, 심지어 고형물의 여과가 일어나더라도 비교적 신속한 유동 속도로 막을 통과하도록 하는 것이다.
샘플이 막을 통과함에 따라, 시약과의 반응으로 시험 면 근처의 공간 용적내에서 광 흡수 염료가 형성되거나 탈색되어, 실질적으로 막으로부터의 반사에 영향을 미치게 된다.
폴리설폰 및 폴리아미드(나일론)는 적합한 막 물질의 예이다. 필적하는 특성을 갖는 다른 중합체 또한 사용할 수 있다. 중합체는 하전된 구조를 제공하는 다른 작용성 그룹을 도입하도록 개질될 수 있으므로, 막의 표면은 중성, 포지티브 또는 네가티브일 수 있다.
막을 형성하는 다공성 물질을 제조하기 위한 바람직한 방법은 지지체 코어 없이 중합체를 주조하는 것이다. 이와같은 막은 예를 들면, 멈텍사(Memtec Inc., Timonium, MD 소재)에서 시판되는 이방성 폴리설폰 막이다. 두께가 약 200㎛ 미만인 막이 일반적으로 사용되나, 약 115 내지 155㎛인 막이 바람직하다. 특히 막이 나일론 또는 이방성 폴리설폰인 경우, 두께가 약 130 내지 140㎛인 것이 가장 바람직하다.
막을 성분들의 혼합물에 침지시켜 막에 시험 시약을 처리함으로써 막을 포화시킨다. 바람직하게는, 성분들의 적어도 일부를 막에 연속적으로 도포시킨다. 과량의 시약은 예를 들면 에어 나이프(air knife), 닥터 블레이드(doctor blade) 또는 유리 막대와 같은 기계적 수단으로 제거할 수 있다. 이어서 막을 건조시킨다. 시약은 막의 작은 공극이 있는 (시험)면 근처에서 농축되는 경향이 있다.
시험 시약은 (i) 글루코즈를 과산화수소로 전환시키는 성분, (ii) 과산화수소를 검출하는 성분 및 (iii) 글루코즈 농도 측정에 미치는 혈액 샘플 중의 헤마토크릿의 영향을 감소시키는 성분을 포함한다. 시약은 또한 적혈구 세포와 같은 고형물이 막에 부착되거나 막 내에 포획되게 함으로써 생물학적 유체로부터 고형물을 효율적으로 제거하는 분리 성분을 임의로 포함할 수 있다. 추가의 성분은 또한 하기 및 실시예에서 기술된 바와 같이 포함될 수 있다.
글루코즈를 과산화수소로 전환시키기 위한 바람직한 성분은 일반적으로 아스퍼질루스 나이거(Aspergillus niger) 또는 페니실리움(Penicillium)으로부터 수득되는 효소인 글루코즈 옥시다제를 포함한다. 글루코즈 옥시다제는 글루코즈 및 산소와 반응하여 글루콘락톤 및 과산화수소를 생성한다. 글루코즈 옥시다제의 최적 농도는 지시약 시스템의 조성에 따른다. 예를 들면, 지시약 시스템이 MBTHSB-ANS(후술됨)인 경우, 약 500 내지 10,000U./mL 범위의 글루코즈 옥시다제가 적합하며, 약 700 내지 2000U./mL가 더욱 바람직하고 약 1000U./mL가 가장 바람직하다. 일반적으로 고농도의 글루코즈 옥시다제는 반응을 더욱 신속하게 역으로 진행시킨다.
이렇게 생산된 과산화수소는, 과산화수소와 지시약 간의 반응에 대해 선택적으로 촉매 작용을 하는 퍼옥시다제를 포함하는, 과산화수소를 검출하기 위한 성분과 반응한다. 퍼옥시다제는 각종 기질로부터 수소 원자를 제거할 수 있는 산화제로써 과산화수소를 사용한다. 적합한 퍼옥시다제는 식물로부터 수득된 적색 헤민인 페리프로토포르피린을 포함할 수 있다. 동물, 예를 들어 동물의 갑상선으로부터 수득된 퍼옥시다제가 또한 적합하다. 과산화수소를 검출하기 위한 성분의 구성 요소로서 서양 고추냉이 퍼옥시다제가 특히 바람직하다.
바람직하게는 퍼옥시다제에 의해 촉매된 과산화수소는 직접 또는 간접적으로 반응하여 소정의 파장 범위내에서 광을 흡수하는 지시약 염료를 형성시키거나 분해시킨다. 바람직하게는, 지시약 염료는 샘플 또는 시험 시약이 강력하게 흡수하는 파장과 상이한 파장에서 강력하게 흡수한다. 지시약의 산화 형은 착색된, 담색의 또는 무색의 최종 생성물일 수 있고, 이는 막의 시험 면의 색상변화를 입증한다. 즉, 시험 시약은 착색 영역이 표백되거나 또는 무색 영역이 착색되는 것으로 샘플 중 글루코즈의 존재를 나타낼 수 있다.
본 발명에 유용한 지시약은 1성분 및 2성분의 발색성 기질을 둘 다 포함한다. 1성분 시스템은 방향족 아민, 방향족 알콜, 아진 및 테트라메틸 벤지딘-HCl과 같은 벤지딘을 포함한다. 적합한 2성분 시스템은 1개 성분이 MBTH, MBTH 유도체(예: 본원에서 참조로 인용한 미국 특허원 제08/302,575호에 기술됨) 또는 4-아미노안티피린을 포함하고 또 다른 성분이 방향족 아민, 방향족 알콜, 공액된 아민, 공액된 알콜 또는 방향족 또는 지방족 알데하이드인 것을 포함한다. 2성분 시스템의 예에는 3-디메틸아미노벤조산(DMAB)과 배합된 3-메틸-2-벤조티아졸리논 하이드라존 하이드로클로라이드(MBTH); 3,5-디클로로-2-하이드록시벤젠-설폰산(DCHBS)과 배합된 MBTH 및 8-아닐리노-1 나프탈렌 설폰산 암모늄(ANS)과 배합된 [3-메틸-2-벤조-티아졸리논 하이드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노나트륨(MBTHSB)이 포함된다. MBTHSB-ANS가 바람직하다.
글루코즈 측정시 미치는 혈액 샘플내의 헤마토크릿의 영향을 감소시키기 위한 성분에는 아크릴산 중합체(-CH2-CH-COOH)n이 있다. 이와같은 중합체는 일반적으로 상표명 CARBOPOL로 공지되어 있다. 바람직하게는, 중합체의 분자량은 약 200,000 내지 약 4,000,000이다. 약 750,000의 분자량이 가장 바람직하다. 바람직한 농도는 약 0.1 내지 4.0% w/v 의 범위이고 약 0.5% w/v 가 가장 바람직하다.
본 발명의 방법은 글루코즈 농도가 약 50 내지 400mg/dL 범위인 생물학적 유체를 사용하여 실행하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 방법은 바람직한 글루코즈 농도의 범위내에서 사용될 경우, 특히 헤마토크릿 농도가 25 내지 60%의 바람직한 범위내인 경우, 통상적인 시약 스트립에서 보다 샘플중 글루코즈 농도 단위당 색상 변화도가 더욱 큼을 입증하고 있다. 유리한 효과는 글루코즈 농도가 높을수록 더욱 크다.
본 발명의 시약 스트립의 바람직한 양태로서, 시약은 색상-변화 반응을 억제하기 위한 억제제를 포함한다. 이러한 양태에서, 막에 피복되거나 막내로 함침된 시험 시약은 시험 스트립의 표면 위에 균일하지 않다. 더욱이, 시약은 바람직하게는 일련의 평행한 줄 무늬로 막에 도포되거나 "결과 세그먼트(result segment)"(여기서, 인접하는 결과 세그먼트에 있어서 조성물 중의 억제제 농도는 단계별로 증가한다)에 도포된다. 따라서 각각의 연속되는 세그먼트는 단계별로, 샘플중의 글루코즈 농도가 높아짐에 따라서 세그먼트의 색상을 변화시킬 수 있어야 한다. 이러한 디자인의 스트립은 "직접 판독형(direct reading)"이며; 즉 이것은 가시적이고 직접적인 정량적 판독을 가능케 한다. 이러한 양태의 세부 사항은 1995년 3월 27일 출원되어 본원에서 참조로 인용된, 공계류중인 미국 특허원 제411,238호에 나타나 있다.
본 발명의 다른 양태로서, 시약은 억제제를 포함하지 않으나, 스트립은 시약이 함침된 막 외에, 막의 샘플 면에 부착된 제2 층의 다공성 운반 매질을 포함한다. 이 "이중 층" 양태에 있어서, 운반 매질은 전혈 샘플을 수용하여 막의 샘플 수용 표면으로 샘플의 검출가능한 부위를 운반하도록 조정된다. 이 샘플은 모세관 작용에 의해 이동될 수 있다. 운반 매질은 바람직하게는 시험 패드의 하나 이상의 말단을 지나 연장됨으로써 과량의 혈액 샘플을 수용하는 저장기를 형성한다. 따라서, 운반 매질이 약 10 내지 약 50㎕의 혈액, 바람직하게는 약 35㎕의 혈액을 수용하고 약 3 내지 약 10㎕의 혈액을 막에 통과시키는 것이 바람직하다. 운반 매질은 천연 섬유(예; 면 또는 제지), 및 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌 및 다른 합성 중합체로 구성될 수 있다. 폴리에틸렌, 예를 들면 포렉스 코포레이션(Porex Corp., Fairburn, Georgia 소재)에서 시판되는 다공성 폴리에틸렌이 바람직한 운반 매질 물질이다. 임의로, 시약 스트립의 이러한 양태는 막의 시험 면에 부착된, 색상 변화를 측정할 수 있는 개구(apeture)가 있는 지지층을 포함할 수 있다. 막의 시험 면 상에서의 색상 변화는 바람직하게는 광학 센서로 측정하여 혈중 글루코즈 농도를 수득한다.
광학 센서(즉, 반사 측광법)에 의해 측정하는 경우, 하나 이상의 보정 참조 색상 지침물을 시험 면이 광원에 노출되기 전 또는 후에 광원에 노출시킨다. 예를 들어, 광은 색상 지침물 및 시험 면으로부터 센서에 연속해서 반사될 수 있다.
센서는 참조물 및 시험 면이 연속해서 광원에 노출됨에 따라 변화하는 시그날을 생성한다. 이어서 시그날의 변화는, 유사한 관측 수단 및 글루코즈 농도가 공지되어 있는 샘플을 사용하여 미리 작성한 수학식에 따라서 샘플중 글루코즈의 농도와 정량적으로 관련된다. 이러한 양태의 세부 사항은 본원에서 참조로 인용하고 1995년 6월 22일에 출원되어 공계류중인 미국 특허원 제493,435호에 나타나 있다.
이제 본 발명을 도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명할 것이다. 도 1은 전혈 샘플중 글루코즈의 양을 측정하기 위한 본 발명의 막(10)을 나타낸 것이다. 비록 굽은 형태로 나타냈다해도, 막(10)은 가요성이며 사용할 때에는 일반적으로 편평한 평면이다. 막은, 혈액 샘플이 적용되는 샘플 면(12) 및 자체에서 또는 주변에서 색상의 변화로 글루코즈의 존재를 나타내는 시험 면(14)을 포함한다. 색상 변화는 공극(16)내에 함침된 시약과 글루코즈의 상호작용으로부터 초래된다. 바람직하게는, 공극 크기는 샘플 면(12) 근처에서 비교적 크며 시험 면(14)에 이를수록 크기가 감소한다. 이러한 공극 크기의 구배는 샘플 면(12) 근처에서 적혈구 세포를 포획하도록 함으로써, 이들의 색상이 글루코즈의 존재를 나타내는 색상 변화를 관측하는 능력에 가능한 한 영향을 미치지 않도록 한다.
직접 판독형 시험 스트립에 있어서, 도 1의 막은 당해 분야에 잘 공지되어 있는 적합한 열가소성 필름일 수 있는, 2개의 커버 시이트 사이에 끼워져 있다. 도 2 및 도 3은 시험 스트립(20)의 샘플 면(22)와 시험 면(24) 각각의 평면도이다. 사용할 때, 혈액 샘플은 샘플 면(22)의 개구부(26)에 도포된다. 샘플은 모세관 작용에 의해 스트립의 상부와 하부 쪽으로 세로 방향으로 확산되어 막에 침투된다. 배출 구멍(28)은 스트립내로의 샘플 유동을 촉진한다. 측정하기에 충분한 양의 샘플이 제공되는지를 임의의 투명 창(30) 및 (32)를 통해 샘플을 관찰하여 확인한다. 시험 면 (24) 상에서 (34)와 같은 지시약 환은 색상 형성 반응에 요구되는 산소를 유입시키며 혈중 글루코즈 농도를 나타내도록 표지되어 있다. 시험이 진행되면서, 샘플내 혈중 글루코즈 농도가 환에 상응하는 양을 만족시키거나 초과하는 경우, 지시제 환은 연속해서 색상을 변화시킨다. 임의의 화학적 타이머 환(chemical timer circle)(36)은 스트립을 판독하는데 적절한 시간이 경과되었음을 나타낸다(타이머에 대한 세부 사항은 1995년 3월 27일 출원된, 공계류중인 미국 특허원 제411,238호에 나타나 있다). 도 3에 나타난 결과는 샘플 글루코즈 농도가 120mg/dL 이상이나, 150mg/dL 미만임을 나타낸다. 도 3에 있어서, 색상 변화는 글루코즈와의 반응에 의해 백색으로부터 착색됨을 나타낸다는 점에 주목한다. 그러나, 시스템은, 또한 글루코즈에 의해 유도된 산화에 의해 분해되는 지시약 염료와 함께 작용하여 상응하는 색상 변화를 유색에서 백색으로 변화시킬 수 있다.
도 4는, 도 1의 막(10)의 큰 공극이 있는 면이 운반 매질(40)에 부착된 이중 층 시약 스트립의 개략도이다. 작은 공극이 있는 면은 임의의 지지체(42)에 부착된다. 지지체(42)는 광학 센서(나타내지 않음)가 시험 표면(46) 상에서 혈액 샘플중 글루코즈와 막(10)의 시약의 반응에 의해 발색된 색상을 검출할 수 있도록 하는 구(44)를 갖는다.
하기 실시예에서는 본 발명에 따라서 샘플의 헤마토크릿 농도 변화에 대한 시약 스트립의 감도를 감소시키는 아크릴산 중합체의 효능을 입증한다. 본 실시예는 어떠한 방식으로든 한정되지 않는다.
실시예
몇몇 등급의 폴리아크릴산을 알드리히 케미칼(Aldrich Chemical, Milwaukee, WI 소재)로부터 입수하여 정제하지 않고 사용한다. 비에프 굳리치(BF Goodrich, Cleveland, OH 소재)로부터 입수한 CarbopolR 910(폴리아크릴산)을 참조 물질로서 사용한다. 알드리치 및 비에프 굳리치로부터 입수한 폴리아크릴산들은 매우 유사한 물리적 특성과 화학적 특성을 나타낸다.
폴리아크릴산을 아세토니트릴에 현탁시키고 교반되고 있는 효소 용액(표 1 참조)에 서서히 분배한다. 수득되는 혼합물을 1시간 동안 반응시킨 후, 용액을 0.1M 이나트륨 시트레이트로 조정한다. 수득되는 황갈색 용액을 멤텍 코포레이션(Memtec Corp., San Diego, CA 소재)에서 제조한 폴리설폰 막 상에 피복시킨다. 피복된 막을 56℃의 공기 순환식 오븐내에서 10분간 건조시키면 이 시간 동안 이의 색상이 담황색으로 변한다. 건조된 막을 염료 용액(표 2)으로 피복하고 상술한 바와 같이 다시 건조시킨다. 이어서 막을 혈액 시험용 스트립으로 절단한다.
[표 1]
효소 용액
[표 2]
염료 용액
3개의 분자량이 상이한 폴리아크릴산과 Carbopol 910을 사용하여 제조한 스트립을 제조하고 25%, 43% 및 60%의 3개의 헤마토크릿 값에서 전혈중 글루코즈 농도를 측정하는데 사용한다. 결과는 폴리아크릴산을 포함하지 않는 대조군을 사용하여 수득한 결과와 함께 표 3에 나타내었다. 폴리아크릴산은 일반적으로 중합도에 다라 헤마토크릿 억제 정도가 달라진다. 분자량이 증가함에 따라서, 일반적으로 헤마토크릿의 영향은 감소하나 반응이 완료되는데 걸리는 시간이 증가하고 색상 강도가 감소한다. 또한, 고분자량 중합체는 덜 가용성이며, 이러한 특성은 제조 공정에 있어 바람직하지 않다. 즉, 폴리아크릴산의 최적 분자량은 중간값인, 약 750,000에서 선택한다.
[표 3]
폴리아크릴산을 포함하는 글루코즈 시험 스트립의 헤마토크릿 성능
당해 분야의 숙련가들은, 상술한 기술 및 실시예가 본 발명을 수행하기 위해 나열한 것이며, 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본원에 나타낸 세부 사항의 변화는 본 발명의 영역 및 취지를 벗어남이 없이 이루어 질 수 있다.
본 발명의 시약 스트립은 글루코즈의 농도 범위에 걸쳐서 측정되지 않은 혈액 샘플중의 글루코즈 농도를 비교적 단순하고 신속하게 측정할 수 있게 한다. 이 시약 스트립은 헤마토크릿이 약 25% 내지 60% 농도 범위인 전혈 샘플에서 사실상 일정한 값의 글루코즈 농도를 제공한다.
도 1은 본 발명의 시약 스트립의 막의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 직접 판독형 시약 스트립의 샘플 면의 평면도이다.
도 3은 도 2의 스트립의 시험 면의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 이중-층 시약 스트립의 투시도이다.

Claims (10)

  1. (a) 공극이 비교적 큰 샘플 면과 공극이 비교적 작은 시험 면을 갖고 샘플이 샘플 면 위에 수용되어 시험 면 쪽으로 통과하도록 조정된 이방성 막 및
    (b) (i) 글루코즈와 산소로부터 과산화수소를 생성하는, 글루코즈 옥시다제,
    (ii) 과산화수소와 반응하여 색상이 변하는, 3-디메틸아미노벤조산(DMAB)과 배합된 3-메틸-2-벤조티아졸리논 하이드라존 하이드로클로라이드(MBTH); 3,5-디클로로-2-하이드록시벤젠-설폰산(DCHBS)과 배합된 MBTH; 및 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄(ANS)과 배합된 [3-메틸-2-벤조티아졸리논 하이드라존] N-설포닌 벤젠설포네이트 모노나트륨(MBTHSB)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 조성물과 퍼옥시다제를 포함하는 지시약 및
    (iii) 글루코즈 농도 측정에 미치는 적혈구 세포의 영향을 감소시키는, 분자량 범위가 750,000 내지 4,000,000이고, 농도 범위가 0.1% 내지 2% w/v인 아크릴산 중합체를 포함하는, 막 내에 함침된 시험 시약을 포함하는,
    적혈구 세포를 함유하는 전혈 샘플 중의 글루코즈 농도를 측정하기 위한 시약 스트립.
  2. 제1항에 있어서, 막에 대한 열가소성 지지체를 추가로 포함하는 시약 스트립.
  3. 제1항에 있어서, 지시약이 퍼옥시다제와 MBTHSB-ANS를 포함하는 시약 스트립.
  4. 제1항에 있어서, 아크릴산 중합체의 분자량이 약 750,000인 시약 스트립.
  5. 제1항에 있어서, 샘플을 수용하여 이의 검출가능한 분량을 막의 샘플 면으로 통과시키기 위한 막의 샘플 면에 부착된 다공성 운반 층을 추가로 포함하는 시약 스트립.
  6. 제1항에 있어서, 시약이 지시약의 색상 변화를 억제하는 억제제를 추가로 포함하는 시약 스트립.
  7. (a) (i) 공극이 비교적 큰 있는 샘플 면과 공극이 비교적 작은 시험 면을 갖고, (ii) 글루코즈와 반응하여 시험 면의 색상을 변화시킬 수 있는, 글루코즈 옥시다제, 퍼옥시다제, 산화가능한 염료 또는 염료 커플, 및 분자량 범위가 750,000 내지 4,000,000이고 농도범위가 0.1% 내지 2% w/v인 아크릴산 중합체를 포함하는 시험 시약과 함침시킨 이방성 막을 제공하는 단계,
    (b) 혈액을 막의 샘플 면에 도포하는 단계 및
    (c) 시험 면의 색상 변화를 측정하여 혈중 글루코즈 농도를 측정하는 단계를 포함하는,
    적혈구 세포를 포함하는 전혈 샘플 중의 글루코즈 농도를 측정하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 혈중 글루코즈 농도 범위가 50 내지 400mg/dL인 방법.
  9. 제7항에 있어서, 혈중 헤마토크릿(hematocrit) 농도 범위가 25 내지 60%인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 아크릴산 중합체의 농도가 0.5% w/v인 시약 스트립.
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