KR20060113518A - 친수성이 향상된 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험스트립의 제조방법 - Google Patents

친수성이 향상된 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험스트립의 제조방법 Download PDF

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Abstract

전기화학적 시험 스트립의 일부분의 제조방법은 상부 표면을 갖는 금속 전극을 전기절연성 기판의 표면에 형성함을 포함한다. 당해 방법은 또한 금속 전극의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하여 금속 전극에 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 처리된 상부 표면을 형성시키고, 금속 전극의 처리된 상부 표면에 효소 시약 층을 도포함을 포함한다.
전기화학적 시험 스트립, 전기절연성 기판, 금속 전극, 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기, 효소 시약 층

Description

친수성이 향상된 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립의 제조방법{Method for manufacturing an electrochemical-based analytical test strip with hydrophilicity enhanced metal electrodes}
도 1은 본 발명의 바람직한 하나의 양태에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립의 간략화된 분해 투시도이고,
도 2는 도 1의 전기화학적 분석 시험 스트립의 패턴화된 전도체 층의 간략화된 평면도이고,
도 3은 도 1의 전기화학적 분석 시험 스트립의 전기절연성 기판, 전도체 층 및 절연층의 일부분의 간략화된 평면도이고,
도 4a 및 도 4b는 금 금속 전극 표면을 처리하는 화학적 처리 순서와 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기(moiety)를 갖는 얻어진 금 전극 표면의 간략화된 도면이고,
도 5는 깨끗한 금 기판 표면, 깨끗한 폴리에스테르 기판 표면, 2-머캅토에탄설폰산(MESNA)으로 처리된 깨끗한 금 기판 표면 및 MESNA로 처리된 깨끗한 폴리에스테르 기판 표면에 대한 수 접촉각(water contact angle)을 나타내는 막대 그래프이고,
도 6은 깨끗한 금 기판 표면, MESNA로 처리된 깨끗한 금 기판 표면 및 2주 보관 후의 MESNA로 처리된 깨끗한 금 기판 표면에 대한 수 접촉각을 나타내는 막대 그래프이고,
도 7은 금 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 금 전극을 갖는 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분의 사진 이미지를 그린 것이고,
도 8은 금 금속 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 금 금속 전극을 갖는 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립에 대한 전류 응답 대 YSI 측정된 글루코스 농도의 그래프이고,
도 9는 금 금속 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 포함하는, 본 발명의 바람직한 하나의 양태에 따르는 금 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분의 사진 이미지를 그린 것이고,
도 10은 금 금속 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 포함하는, 본 발명의 바람직한 하나의 양태에 따르는 금 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립에 대한 전류 응답 대 YSI 측정된 글루코스 농도의 그래프이고,
도 11은 본 발명의 바람직한 하나의 양태에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분을 제조하는 공정의 흐름도이다.
본 발명은 일반적으로 분석 장치, 특히 전기화학적 분석 시험 스트립 및 이와 관련된 방법에 관한 것이다.
유체 샘플 속의 분석물의 측정(예: 검출 및/또는 농도 측정)은 의료 분야에서 특히 중요하다. 예를 들면, 소변, 혈액 또는 간질액과 같은 체액 샘플 속의 글루코스, 콜레스테롤, 아세트아미노펜 및/또는 HbAlc 농도를 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 측정은 관련 계량기와 함께, 예를 들면, 광도 측정 또는 전기화학적 기술을 기본으로 하는 분석 시험 스트립을 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 미국 밀피타스주에 소재하는 라이프스캔 인코포레이티드(LifeScan, Inc.)가 시판하고 있는 원터치 울트라 전혈 시험 키트(OneTouch®Ultra®whole blood testing kit)는 전혈 샘플 속의 혈당 농도 측정용 전기화학적 분석 시험 스트립을 사용한다.
통상적인 전기화학적 분석 시험 스트립은 대상 분석물과의 전기화학적 반응을 촉진하기 위해서 다수의 전극(예: 작동 전극 및 참조 전극)과 효소 시약을 사용하여 분석물의 농도의 측정한다. 예를 들면, 혈액 샘플 속의 글루코스 농도 측정용 전기화학적 분석 시험 스트립은 효소 글루코스 옥시다제와 매개체 페리시아나이드를 포함하는 효소 시약을 사용할 수 있다. 통상적인 전기화학적 분석 시험 스트립에 대한 추가의 상세한 설명은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제5,708,247호에 포함되어 있다.
친수성이 향상된 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 특징 및 장점은 본 발명의 원리를 이용하는 예시적인 양태를 제시하고 있는 다음 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조로 하여 보다 잘 이해될 것이다.
본 발명에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립의 하나의 양태는 전기절연성 기판과 전기절연성 기판의 표면에 위치하는 하나 이상의 금속 전극(예: 금 금속 전극)을 포함한다. 또한, 금속 전극은 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 상부 표면과 당해 상부 표면에 위치하는 효소 시약 층을 갖는다. 이러한 전기화학적 분석 시험 스트립의 상세한 설명, 특성 및 잇점이 다음에 논의되는 추가의 양태에 있어서 기재된다.
도 1은 본 발명에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립(1)의 간략화된 분해 투시도이다. 전기화학적 분석 시험 스트립(10)은 전기절연성 기판(12), 패턴화된 전도체 층 (14), 절연층(16)(전극 노출 창(17)이 이를 통해 연장된다), 효소 시약층(18), 패턴화된 접착층(20), 친수성 층 (22) 및 상부 필름(24)을 포함한다. 도 2, 도 3, 도 4a 및 도 4b에서 보다 상세히 설명하겠지만, 패턴화된 전도체 층(14)은 3개의 전극을 포함하고, 이들 전극 각각의 적어도 일부는 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기(도 4b에 도시)를 갖는 상부 표면을 갖는다.
전기절연성 기판(12)은, 예를 들면, 나일론 기판, 폴리카보네이트 기판, 폴리이미드 기판, 폴리비닐 클로라이드 기판, 폴리에틸렌 기판, 폴리프로필렌 기판, 글리콜화 폴리에스테르(PETG) 기판 또는 폴리에스테르 기판을 포함하여 당해 기술분야의 숙련인에게 알려져 있는 모든 적합한 전기절연성 기판일 수 있다. 전기절연성 기판은, 예를 들면, 약 5mm의 폭, 약 27mm의 길이 및 약 0.5mm의 두께를 포함하여 모든 적합한 치수를 가질 수 있다.
절연층(16)은, 예를 들면, 스크린 프린트(screen printing) 가능한 절연성 잉크로부터 형성될 수 있다. 이러한 스크린 프린트 가능한 절연성 잉크는 미국 메사츄세츠주 워리햄에 소재하는 어콘(Ercon)이 "인설레이어(Insulayer)"라는 상품명으로 시판하고 있다. 패턴화된 접착층(20)은, 예를 들면, 영국 스태포드셔 탬워쓰에 소재하는 아폴로 어드헤시브즈(Apollo Adhesives)가 시판하는 스크린 인쇄 가능한 감압성 접착제로부터 형성될 수 있다.
친수성 층(22)은, 예를 들면, 유체 샘플(예: 전혈 샘플)에 의한 전기화학적 분석 시험 스트립(10)의 습윤 및 충전을 향상시키는 친수성을 갖는 투명 필름일 수 있다. 이러한 투명 필름은 미국 미네소타주 미네아폴리스에 소재하는 3엠(3M)이 시판하고 있다. 상부 필름(24)은, 예를 들면, 흑색 장식 잉크로 오버프린트(overprinting)된 투명 필름일 수 있다. 적합한 투명 필름은 영국 허트포드셔 트링에 소재하는 테이프 스페셜리티즈(Tape Specialities)가 시판하고 있다
효소 시약 층(18)은 모든 적합한 효소 시약을 포함할 수 있고, 효소 시약은 측정될 분석물에 따라 선택된다. 예를 들면, 혈액 샘플 속의 글루코스를 측정하는 경우, 효소 시약 층(18)은 옥시다제(oxidase) 또는 글루코스 데하이드로게나제(glucose dehydrogenase)를 기능적 작업에 필요한 기타 성분들과 함께 포함할 수 있다. 일반적인 효소 시약 층과 전기화학적 분석 시험 스트립에 대한 추가의 상세한 설명은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제6,241,862호에 포함되어 있다.
전기화학적 분석 시험 스트립(10)은, 예를 들면, 전기절연성 기판(12) 위에 패턴화된 전도체 층(14), 절연층(16)(전극 노출 창(17)이 이를 통해 연장된다), 효소 시약 층(18), 패턴화된 접착층(20), 친수성 층(22) 및 상부 필름(24)을 순차적으로 형성시킴으로써 제조할 수 있다. 예를 들면, 스크린 프린팅, 석판 인쇄술(photolithography), 그라비어 인쇄술(photogravure), 화학 증착법 및 테이프 적층술을 포함하여 당해 기술분야의 숙련인에게 알려져 있는 모든 적합한 기술이 이러한 순차적 형성을 이루는 데 사용될 수 있다.
도 2는 전기화학적 분석 시험 스트립(10)의 패턴화된 전도체 층(14)의 간략화된 평면도이다. 패턴화된 전도체 층(14)은 상대 전극(26)(참조 전극이라고도 한다), 제1 작동 전극(28), 제2 작동 전극(30) 및 접촉 바(contact bar)(32)를 포함한다. 전기화학적 분석 시험 스트립(10)이 3개의 전극을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립의 양태들은 임의의 적합한 수의 전극을 포함할 수 있다.
상대 전극(26), 제1 작동 전극(28) 및 제2 작동 전극(30)은, 예를 들면, 금, 팔라듐, 백금, 인듐 및 티탄-팔라듐 합금을 포함하여 모든 적합한 전극 금속으로 형성될 수 있다. 이러한 금속 전극의 형성은 통상적으로 소수성이지만 평활한 표 면을 갖는 금속 전극을 생성시킨다.
도 3은 전기화학적 분석 시험 스트립(10)의 전기절연성 기판(12), 패턴화된 전도체 층(14) 및 절연층(16)(빗금친 부분)의 일부분의 간략화된 평면도이다. 절연층(16)의 전극 노출 창(17)은 상대 전극(26)의 일부분, 제1 작동 전극(28)의 일부분 및 제2 작동 전극(30)의 일부분, 즉 상대 전극 노출부(26'), 제1 작동 전극 노출부(28') 및 제2 작동 전극 노출부(30')를 노출시킨다. 사용하는 동안, 유체 샘플은 전극 노출 창(17)으로 전달되어 상대 전극 노출부(26'), 제1 작동 전극 노출부(28') 및 제2 작동 전극 노출부(30')와 효과적으로 접촉한다.
상대 전극 노출부(26'), 제1 작동 전극 노출부(28') 및 제2 작동 전극 노출부(30')는 임의의 적합한 치수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상대 전극 노출부(26')는 폭이 약 0.72mm이고 길이가 약 1.6mm인 한편, 제1 작동 전극 노출부(28')와 제2 작동 전극 노출부(30')는 폭이 약 0.72mm이고 길이가 약 0.8mm일 수 있다.
절연층(16) 및 패턴화된 전도체 층(14)을 형성시키고 상대 전극 노출부(26'), 제1 작동 전극 노출부(28') 및 제2 작동 전극 노출부(30') 위에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 부착시킨 후, 효소 시약 층(18)을 상대 전극 노출부(26'), 제1 작동 전극 노출부(28') 및 제2 작동 전극 노출부(30') 위에 도포한다. 본원에 기재되어 있는 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기는 없지만 유체 샘플 속의 분석물의 농도를 측정하기 위한 이러한 전극, 전극 노출부 및 효소 시약 층의 사용에 관한 상세한 설명은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제6,733,655호에 포함되어 있다.
유체 샘플 속의 분석물 농도(예: 전혈 샘플 속의 혈당 농도)를 측정하기 위해 전기화학적 분석 시험 스트립(10)을 사용하는 동안, 상대 전극(26), 제1 작동 전극(28) 및 제2 작동 전극(30)을 사용하여 대상 전기화학 반응 유도된 전류를 모니터링한다. 이러한 전류의 크기는 조사되는 유체 샘플에 존재하는 분석물의 양과 상관관계가 있을 수 있다.
작동 전극에 의해 측정되는 전류는 다음 간략화된 수학식으로 결정된다.
Figure 112006029820326-PAT00001
위의 수학식 1에서,
i는 측정되는 전류이고,
n은 반응 동안 생성된 전자의 수이고,
F는 패러데이 상수이고,
A는 반응이 일어나는 전극의 면적(전극의 활성 표면적이라고도 한다)이고,
J는 전극에 대한 대상 종의 유량이다.
위의 수학식 1을 기본으로 하여, 유체 샘플 속의 분석물 농도를 확실하고 정확하게 측정(정량화)하기 위해서는 반응이 일어나는 작동 전극의 면적을 알아야 한다. 전기화학적 분석 시험 스트립에서 전극의 감지 면적은 제조하는 내내 그리고 사용하는 동안 전극에 대한 효소 시약 층의 균일성 및 접착성에 좌우되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금속 전극을 사용함으로써 효소 시약 층의 균일성 및 접착성이 향상되어 이러한 금속 전극을 사용하는 전기화학적 분석 시험 스트립으로 얻어진 결과의 재현성 및 정확성이 향상되는 것으로 밝혀졌다.
도 4a와 도 4b는 금 금속 전극 표면(40)을 처리하는 화학적 처리 순서와 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기(42)를 갖는 얻어진 금 금속 전극 표면의 간략화된 도면이다. 도 4a는 금 금속 표면(40)을 친수성 향상 조성물(44)에 노출시켜 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기(42)를 생성시키고 수소를 유리시키는 방식을 도시한다.
금 금속 전극 표면과 친수성 향상 조성물(44)의 티올(-SH) 그룹간에 일어나는 화학 반응을 반응식 1에 나타낸다.
X-R-SH + Au →X-R-S-Au+ + ½H2
위의 반응식 1에서,
X는 극성 측쇄 그룹, 양으로 하전된 측쇄 그룹 또는 음으로 하전된 측쇄 그룹이고,
R은, 예를 들면, C1 내지 C5의 탄소 쇄이고,
SH는 티올 그룹이고,
Au는 원자 금이고,
X-R-S-Au+는 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금 금속 전극 표면을 나타낸다.
위의 반응식 1에서, R은 가용성이지만 금 금속 전극 표면에 자기조립 단층(self-assembled monolayer)을 형성시키지 않는 친수성 향상 조성물을 제공하기 위해서 C1 내지 C5로 한정되는 것이 유리할 수 있다. 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기의 자기조립 단층을 반드시 막아야 하는 것은 아니지만, 이의 형성은 조절하기가 어렵고 종종 느리며 "원자적으로" 깨끗한 전극 표면을 요구할 수 있다. 따라서, 이러한 자기조립 단층의 제조는 본원의 다른 부분에서도 기재되는 MESNA 용액으로 전극 표면을 침지 피복함으로써 자발적으로 일어나는 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기의 비자기조립 부착보다 어렵다.
또한, 티올 그룹("테일(tail)" 그룹이라고도 한다)은 금 금속 전극 표면과 친수성 향상 조성물간의 콘쥬케이션(conjugation)이 일어나도록 할 수 있다. 또한, 극성 측쇄 그룹, 양으로 하전된 측쇄 그룹 또는 음으로 하전된 측쇄 그룹 "X"("헤드(head)" 그룹이라고도 한다)를 효소 시약 층과의 친수성 상호작용을 위해 제공하여 금속 전극 상부 표면에 대한 효소 시약 층의 균일성 및 접착성을 향상시킨다. 적합한 헤드 그룹의 예로는 NH2(아민)그룹, COOH(카복시) 그룹 및 SO2OH(설포네이트) 그룹이 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
위에서 언급한 바와 같이, "R" 그룹("스페이서 쇄(spacer chain)"라고도 한다)의 길이는 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 전극 표면에 자기조립 단층으로서 위치하는지를 결정하는 인자이다.
도 4a, 도 4b 및 반응식 1이 금 금속 전극 표면의 경우를 예시하고 있지만, 당해 기술분야의 숙련인은 본 명세서에 비추어 볼 때 다른 금속 전극 표면도 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 위치시키기에 유리하게 처리될 수 있음을 알 것이다.
효소 시약은 이들이 통상의 유체 샘플(예: 전혈 또는 기타 체액 샘플)과 쉽게 혼합되도록 제형되며, 따라서 통상적으로 수용액에 쉽게 용해되는 성분들로 이루어진다. 이러한 성분들은 친수성 표면 또는 적어도 양쪽성(amphiphilic) 표면에 대한 친화성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
각종 금속 전극 표면은 본래 소수성이다. 즉, 이러한 금속 전극 표면은 물, 수용액 및 친수성 성분 함량이 상당한 용액(예: 효소 시약)에 반발하는 경향이 있다. 그러나, 이러한 금속 전극 표면은 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 금속 전극 표면에 위치시키는 친수성 향상 조성물로 금속 전극 표면을 처리함으로써 보다 친수성화(즉 친수성 향상)될 수 있다.
친수성 향상 조성물의 예는 2-머캅토에탄설폰산(MESNA), 3-머캅토프로판설폰산, 2,3-디머캅토프로판설폰산 및 이의 동족체, 비스-(2-설포에틸)디설파이드, 비스-(3-설포프로필)디설파이드 및 동족체, 머캅토석신산, 시스테인, 시스테아민 및 시스틴을 함유하는 조성물이다. 이러한 친수성 향상 조성물이 설포네이트 잔기를 갖는 화합물(예: MESNA) 또는 아미노 잔기를 갖는 화합물(예: 시스테아민)을 포함하는 경우, 금속 전극의 상부 표면에 대한 효소 시약 층의 접착성이 특히 향상된다.
도 5는 깨끗한 금 기판 표면(A), 깨끗한 폴리에스테르 기판 표면(B), MESNA 로 처리된 깨끗한 금 기판 표면(C) 및 MESNA로 처리된 깨끗한 폴리에스테르 기판 표면(D)에 대한 수 접촉각을 도시한 막대 그래프이다. 도 6은 깨끗한 금 기판 표면(A, 도 5에서와 동일), MESNA로 처리된 깨끗한 금 기판 표면(C, 도 5에서와 동일) 및 2주 동안 저장한 후의 MESNA로 처리된 깨끗한 금 기판 표면(E)에 대한 수 접촉각을 도시한 막대그래프이다. 도 5와 도 6에 반영된 MESNA 처리는 물 속에서 MESNA 4g/L로 이루어진 MESNA 조성물에 5분 동안 노출시키는 것이었다.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 깨끗한 폴리에스테르 기판 표면을 MESNA로 처리하는 경우, 깨끗한 폴리에스테르 기판의 친수성이 크게 변화되지 않았음이 수 접촉각으로 입증된다. 측정된 수 접촉각(B)과 수 접촉각(D)의 차이는 5% 이내이다. 그러나, 도 5의 데이터는, 수 접촉각으로 입증되는 바와 같이, 깨끗한 금 기판 표면을 MESNA로 처리하는 경우에는 표면의 친수성이 크게 변화됨(즉 향상됨)을 나타낸다. 깨끗한 금 기판 표면의 수 접촉각은 대략 78°이고, MESNA로 처리한 후의 수 접촉각은 대략 52°이다. 이러한 수 접촉각의 감소 및 이에 따른 친수성의 증가가 처리된 금 표면에 대한 효소 시약 층의 균일성 및 접착성을 향상시키는 것으로 간주된다. 즉, 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 처리된 금 기판 표면은 효소 시약 층에 대해 향상된 균일성 및 접착성을 나타낸다. 또한, 도 6의 데이터는 수 접촉각의 감소가 2주 동안의 저장 후에도 지속됨을 나타낸다. 이러한 친수성 향상의 지속은 제조시간 제약을 완화시키는 데 있어서 유리하다.
다음 표 1에는 여러 가지 처리를 한 금 기판 표면의 수 접촉각이 기재되어 있다. 표 1의 처리 1 내지 15의 경우, 표에 나타낸 바와 같이, 세정된 금 기판을 MESNA 용액에 노출시킨다. 처리 16은 금 기판 표면을 세정하지만 MESNA에 노출시키지는 않고 처리 17은 세정하지 않거나 MESNA에 노출시키지 않는다. 표 1의 데이터는 수 접촉각의 상당한 감소와 이에 따른 친수성 및 효소 시약 층의 접착성 및 균일도의 향상이 1분과 같은 짧은 시간 동안에도 MESNA에 노출시킴으로써 이루어질 수 있음을 나타낸다. 따라서, 도 1의 데이터는 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금속 전극을 금속 전극 상부 표면 처리 모듈을 포함하도록 변형된 연속 웹 기반 공정(예: 본원에 참고로 인용된 국제공개공보 제WO 01/73109호에 기재된 공정)을 사용하여 제조할 수 있음을 나타낸다.
처리 번호 MESNA 농도(g/L) 시간(분) 평균 수 접촉각(°)
1 16 1 41
2 16 2 52
3 16 5 49
4 16 10 50
5 16 15 52
6 4 1 48
7 4 2 65
8 4 5 53
9 4 10 63
10 4 15 55
11 1 1 60
12 1 2 54
13 1 5 69
14 1 10 64
15 1 15 58
16 세정함 - 78
17 세정하지 않음 - 79
비교 실시예
본 발명의 양태들에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립의 특성 및 잇점을 입증하기 위해서, 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 금 전극을 갖는 전기화학 분석 시험 스트립(즉, 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립)과 본 발명의 바람직한 하나의 양태에 따르는 금 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립을 비교한다.
도 7은 금 전극 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 금 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분(100)의 사진 이미지를 그린 것이다. 도 7은 혈액 샘플을 도포하기 전의 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분(100)을 도시한다. 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분(100)은 전기절연성 기판(102), 절연층(104), 상대 전극 노출부(106), 제1 작동 전극 노출부(108), 제2 작동 전극 노출부(110) 및 효소 시약 층(112)을 포함한다. 효소 시약 층(112)의 조성 및 이의 도포 방법은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제5,708,247호에 기재되어 있다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 효소 시약 층(112)은 상대 전극 노출부(106), 제1 작동 전극 노출부(108) 및 제2 작동 전극 노출부(110)에 대해 상당한 불균일성을 나타내며, 이는 이들 노출부에 대한 불충분한 접착성을 나타낸다. 이러한 불충분한 균일성 및/또는 접착성은 신뢰할 수 없고 부정확한 전기화학적 분석 시험 스트립 생성의 원인인 것으로 간주된다. 또한, 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 전극 표면에 위치하는 효소 시약 층은 통상적인 시험 스트립 제조 공정시 발생하는 물리적 조작 동안 쉽게 손상되고 유체 샘플에 노출시 전극 표면으로부터 분리될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
도 8은 금 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 금 금속 전극을 갖는 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립(즉, 도 7에 사실상 상응하는 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립)에 대한 전류 응답 대 YSI 측정된 글루코스 농도의 그래프이다. 도 8의 데이터에 대한 최적합 라인(best fit line)과 R2 값을 그래프 상에 나타낸다. 도 8의 데이터와 R2 값은 금 전극을 갖는 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립을 사용하여 이루어진 측정의 반복성 및 정확성의 지표이다.
도 7과 관련하여 위에서 언급한 바와 같이, 효소 시약 층(112)은 금 금속 전극과 함께 사용되는 경우, 불충분한 균일성과 접착성을 나타낸다. 이러한 불충분한 균일성과 접착성은 예기치 않게도 작동 전극의 감지 영역에 악영향을 미치는 부정확성 및 불충분한 측정 반복성을 야기하는 것으로 간주된다.
도 9는 금 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 위치하는 금 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분(200)의 사진 이미지를 그린 것이다. 도 9는 혈액 샘플을 도포하기 전의 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분(200)을 도시한다. 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분(200)은 전기절연성 기판(202), 절연층(204), 상대 전극 노출부(206), 제1 작동 전극 노출부(208), 제2 작동 전극 노출부(210) 및 효소 시약 층(212)을 포함한다. 효소 시약 층(212)의 조성 및 이의 도포 방법은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제5,708,247호에 기재되어 있다. 도 9는 효소 시약 층(212)이 상대 전극 노출부(206), 제1 작동 전극 노출부(208), 및 제2 작동 전극 노출부(210)에 균일하고 충분히 접착되어 있음을 나타낸다. 또한, 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 전극 표면에 위치하는 효소 시약 층은 통상적인 시험 스트립 제조 공정에서 발생하는 물리적 조작에 대해 강한 것으로 밝혀졌다.
친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 MESNA 4g/L 수용액에 2분 동안 침지시킨 후, 물로 세정함으로써 상대 전극 노출부(206), 제1 작동 전극 노출부(208) 및 제2 작동 전극 노출부(210) 위에 배치시킨다. 노출은 효소 시약 층(212)의 도포 전에 일어난다.
도 10은 금 금속 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금 금속 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립(즉, 도 9에 사실상 상응하는 전기화학적 분석 시험 스트립)에 대한 전류 응답 대 YSI 측정된 글루코스 농도의 그래프이다. 도 10의 데이터에 대한 최적합 라인(best fit line)과 R2 값을 그래프 상에 나타낸다. 도 10의 데이터와 R2 값은 금 전극을 갖는 전기화학적 분석 시험 스트립을 사용하여 이루어진 측정의 반복성 및 정확성의 지표이다.
도 10과 도 8을 비교해 보면, 금속 전극의 상부 표면에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금속 전극을 사용하는 전기화학적 분석 시험 스트립의 반복성 및 정확성이 이러한 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기가 존재하지 않는 금속 전극을 사용하는 비교용 전기화학적 분석 시험 스트립보다 우수함을 알 수 있다. 예를 들면, 도 10의 데이터에 대한 R2 값은 0.9985이며, 이는 도 8의 데이터에 대한 R2 값 0.774에 비해 상당히 향상된 값이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 하나의 양태에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립의 일부분을 제조하기 위한 공정(400)의 흐름도이다. 공정(400)은 단계(410)에 기재되어 있는 바와 같이, 상부 표면을 갖는 하나 이상의 금속 전극을 사용하여 전기절연성 기판의 표면에 하나 이상의 금속 전극(예: 금 금속, 팔라듐 금속 또는 백금 금속 전극)을 형성함을 포함한다.
이어서, 단계(420)에 기재되어 있는 바와 같이, 하나 이상의 전극들 각각의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하여 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금속 전극의 처리된 상부 표면을 형성한다. 당해 처리는, 예를 들면, 침지 피복술, 분무 피복술 및 잉크젯 피복술을 포함하여 모든 적합한 처리 기술을 사용하여 수행할 수 있다. 본 발명에 따르는 전기화학적 분석 시험 스트립과 관련하여 위에서 기재한 조성물을 포함하여 모든 적합한 친수성 향상 조성물이 사용될 수 있다.
다음 두 실시예는 공정(400)의 처리 단계(420)에서 사용될 수 있는 처리 순서를 비제한적으로 예시한다.
처리 실시예 1
(a) 2분 동안 실온에서 금속 전극(들)을 2%(v/v) 세척제(예: Micro-90®) 수용액에 넣어 금속 전극(들)의 상부 표면을 세척한다.
(b) 물로 금속 전극을 세정하여 과량의 세척제를 제거한다.
(c) 금속 전극을 4g/L MESNA 수용액에 2시간 동안 침지시킨다.
(d) 금속 전극을 물로 세정하여 과량의 수용액을 제거한다.
(e) 금속 전극을 깨끗한 환경에서 건조시킨다.
처리 실시예 2
(a) 2%(v/v) 세척제(예: Micro-90®) 함유 수용액과 4g/L MESNA가 들어있는 초음파 욕(ultrasonic bath)에 금속 전극을 넣는다.
(b) 50℃의 초음파 욕 속에서 2분 동안 초음파 처리한다.
(c) 금속 전극을 물로 세정하여 과량의 세척제와 MESNA를 제거한다.
(d) 금속 전극을 건조시킨다.
그 다음, 공정(400)의 단계(430)에서, 효소 시약 층을 하나 이상의 금속 전극의 처리된 상부 표면에 도포한다.
본 명세서에 기재된 발명의 양태들에 대한 다양한 변형이 본 발명의 실시에 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 다음 특허청구범위는 본 발명의 범위를 한정하고 특허청구범위 내의 구조 및 방법 및 이의 등가물은 본 발명에 포함된다.
친수성 향상 조성물로 금속 전극 표면을 처리함으로써 금속 전극 표면의 친수성을 향상시켜, 효소 시약 층의 금속 전극 표면에 대한 균일성 및 접착성이 향상된 전기화학적 분석 시험 스트립을 제공한다.

Claims (13)

  1. 상부 표면을 갖는 하나 이상의 금속 전극을 전기절연성 기판의 표면에 형성시키는 단계,
    하나 이상의 금속 전극의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하여 금속 전극에 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기(moiety)를 갖는 처리된 상부 표면을 형성하는 단계 및
    하나 이상의 금속 전극의 처리된 상부 표면에 효소 시약 층을 도포하는 단계를 포함하는, 전기화학적 시험 스트립의 일부분의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 금속 전극을 전기절연성 기판의 표면에 형성시키는 단계가 금, 팔라듐, 백금, 인듐, 티탄-팔라듐 합금 및 이들의 배합물 중의 하나 이상으로 이루어진 금속 전극을 형성시킴을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 금속 전극을 전기절연성 기판의 표면에 형성시키는 단계가 하나 이상의 금 금속 전극을 형성시킴을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 금속 전극의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하는 단계가 반응식 1의 화학 반응을 사용하는 방법:
    반응식 1
    X-R-SH + Au →X-R-S-Au+ + ½H2
    위의 반응식 1에서,
    X는 극성 측쇄 그룹, 양으로 하전된 측쇄 그룹 또는 음으로 하전된 측쇄 그룹이고,
    R은 탄소 쇄이고,
    SH는 티올 그룹이고,
    Au는 원자 금이고,
    X-R-S-Au+는 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 금 금속 전극 표면을 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서, R이 C1 내지C5의 탄소 쇄인 방법.
  6. 제4항에 있어서, X가 아민 그룹인 방법.
  7. 제4항에 있어서, X가 카복시 그룹인 방법.
  8. 제4항에 있어서, X가 설포네이트 그룹인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 금속 전극의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하는 단계가 비자기조립 단층 방식(non-self-assembled monolayer manner)으로 금속 전극 위에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 자발적으로 형성시키는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 금속 전극의 처리된 상부 표면에 효소 시약 층을 도포하는 단계가 글루코스 특이성 효소를 포함하는 효소 시약 층을 도포함을 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 금속 전극의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하는 단계가 2-머캅토에탄설폰산(MESNA)을 포함하는 친수성 향상 조성물을 사용하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 금속 전극의 상부 표면을 친수성 향상 조성물로 처리하는 단계가 하나 이상의 금속 전극을 MESNA 함유 친수성 향상 조성물에 침지시켜 금속 전극에 상부에 친수성을 향상시키는 화학물질의 잔기를 갖는 처리된 상부 표면을 자발적으로 형성시킴을 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 금속 전극을 전기절연성 기판의 표면에 형성시키는 단계가 석판인쇄술을 사용하는 방법.
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