KR20150111981A

KR20150111981A - 가용성 산성 재료 코팅부를 갖는 전기화학-기반 분석 검사 스트립

Info

Publication number: KR20150111981A
Application number: KR1020157022926A
Authority: KR
Inventors: 가빈 맥피; 알렉산더 쿠퍼; 크리스토퍼 리치; 스테펜 맥켄토시
Original assignee: 라이프스캔 스코트랜드 리미티드
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2015-10-06
Also published as: CA2899372A1; RU2015136508A; GB201301747D0; HK1200537A1; CN104968798A; EP2951312A1; BR112015017894A2; GB2510371A; JP2016505153A; TW201432258A; WO2014118551A1; GB2510371B; US20150362453A1; AU2014210961A1

Abstract

체액 샘플 (예를 들어, 전혈 샘플) 내의 분석물 (예를 들어, 포도당)의 결정을 위한 전기화학-기반 분석 검사 스트립 (EBATS)은, 전기 절연 베이스 층(110), 상기 전기 절연 베이스 층 상에 배치된 패턴화된 전기 전도성 층(120), 상기 패턴화된 전기 전도체 층 상에 배치된 효소 시약 층(140), 패턴화된 스페이서 층(150), 하측 표면을 갖는 상부 층(170), 및 상기 상부 층의 상기 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부(160)를 포함한다. 상기 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층은 EBATS 내에 샘플 수용 챔버(180)를 형성하고 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 샘플 수용 챔버 내에서 상기 상부 층의 상기 하측 표면 상에 배치된다. 또한, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 상기 EBATS의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 감소되게 한다.

Description

가용성 산성 재료 코팅부를 갖는 전기화학-기반 분석 검사 스트립 {ELECTROCHEMICAL-BASED ANALYTICAL TEST STRIP WITH SOLUBLE ACIDIC MATERIAL COATING}

본 발명은 일반적으로 의료 장치, 그리고 특히 분석 검사 스트립(analytical test strip) 및 관련 방법에 관한 것이다.

유체 샘플 내의 분석물의 결정 또는 유체 샘플의 특성의 결정 (예를 들어, 검출 및/또는 농도 측정)은 의료 분야에서 특별한 관심의 대상이다. 예를 들어, 소변, 혈액, 혈장, 또는 간질액(interstitial fluid)과 같은 체액의 샘플에서 포도당, 케톤체, 콜레스테롤, 지질 단백질, 트라이글리세라이드, 아세트아미노펜, 헤마토크릿(hematocrit) 및/또는 HbA1c 농도를 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 결정은 예를 들어 시각적, 측광학적 또는 전기화학적 기술을 기반으로 하는 분석 검사 스트립을 사용하여 달성될 수 있다. 통상적인 전기화학-기반 분석 검사 스트립이, 예를 들어, 미국 특허 제5,708,247호 및 제6,284,125호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

제1 태양에서는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립이 제공되는데, 이 전기화학-기반 분석 검사 스트립은

전기 절연 베이스 층;

상기 전기 절연 베이스 층 상에 배치된 패턴화된 전기 전도성 층;

상기 패턴화된 전기 전도체 층의 적어도 일부분 상에 배치된 효소 시약 층;

패턴화된 스페이서(spacer) 층;

하측 표면을 갖는 상부 층; 및

상기 상부 층의 상기 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부를 포함하며;

적어도 상기 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층은 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립 내에 샘플 수용 챔버를 형성하고;

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 샘플 수용 챔버의 적어도 일부분 내에서 상기 상부 층의 상기 하측 표면 상에 배치되고;

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 감소되게 한다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 계면활성제를 포함할 수 있다.

상기 효소 시약 층은 페리시안화물을 포함할 수 있고, 상기 체액 샘플은 요산을 함유하는 전혈 샘플일 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능할 수 있어서, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 pH 4 내지 pH 6의 범위의 pH로 감소되게 할 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능할 수 있어서, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 대략 4의 pH로 감소되게 할 수 있다.

상기 상부 층 및 가용성 산성 재료 층은 엔지니어드 상부 테이프(engineered top tape)로서 일체화될 수 있다.

상기 패턴화된 전기 전도성 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에 배치된 복수의 전극들을 포함할 수 있다.

상기 분석물은 포도당일 수 있고, 상기 체액 샘플은 전혈 샘플일 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 시트르산을 포함할 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 시트르산 및 시트르산삼나트륨을 포함할 수 있다.

상기 시트르산 및 시트르산삼나트륨은 pH 4 완충제로서 제형화된다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부 및 패턴화된 전기 전도체 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에서 대략 100 마이크로미터의 수직 거리만큼 이격된다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부의 두께는 5.8 마이크로미터 내지 17.3 마이크로미터의 범위일 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 아세트산, 말레산, 포름산, 및 락트산 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 전기 전도성 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에 배치된 하나 이상의 작업 전극을 포함하고, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 샘플 수용 챔버 내에서 상기 하나 이상의 작업 전극 위에 배치된다.

제2 태양에서는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법이 제공되는데, 이 방법은

전기화학-기반 분석 검사 스트립의 샘플 수용 챔버 내로 체액 샘플을 도입하는 단계로서, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립은

하측 표면을 갖는 상부 층; 및

상기 샘플 수용 챔버의 적어도 일부분 내에 있는, 상기 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부를 포함하고,

상기 도입은 상기 가용성 산성 재료 코팅부가 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해되고 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH를 감소시키게 하는, 상기 도입 단계;

상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 전기화학적 응답을 검출하는 단계; 및

상기 검출된 분석 응답에 기초하여 상기 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 단계를 포함한다.

상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립은

전기 절연 베이스 층;

상기 패턴화된 전기 전도체 층의 적어도 일부분 상에 배치된 효소 시약 층; 및

패턴화된 스페이서 층을 추가로 포함할 수 있고;

적어도 상기 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층은 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립 내에 샘플 수용 챔버를 형성한다.

상기 전기화학적 응답의 검출은 상기 패턴화된 전기 전도성 층의 복수의 전극들을 이용하는 것을 포함할 수 있다.

상기 체액 샘플은 요산을 함유하는 전혈 샘플일 수 있다.

상기 분석물을 포도당일 수 있다.

상기 효소 시약 층은 페리시안화물을 포함하고, 상기 체액 샘플은 요산을 함유하는 전혈 샘플일 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 용해될 수 있어서 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 pH 4 내지 pH 6의 범위의 pH로 감소되게 할 수 있다.

상기 시트르산 및 시트르산삼나트륨은 pH 4 완충제로서 제형화될 수 있다.

상기 가용성 산성 재료 코팅부 및 패턴화된 전기 전도체 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에서 대략 100 마이크로미터의 수직 거리만큼 이격될 수 있다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 현재 바람직한 실시 형태를 예시하고 상기 제공된 일반적인 설명 및 하기 제공된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 특징을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 단순화된 분해 사시도.
도 2는 도 1의 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 단순화된 사시도.
도 3은 도 2의 선 A-A를 따라서 취해진 도 1의 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 일부분의 단순화된 측단면도.
도 4는 전혈 샘플의 pH에 대한 시트르산 첨가의 영향을 도시하는 그래프.
도 5a 및 도 5b는, 각각, 본 발명의 실시 형태에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 전기화학적 응답 대 적용된 전혈 샘플 내의 포도당 농도의 그래프, 및 기준 측정(reference measurement)과 비교한 전기화학적 응답의 바이어스(bias)의 히스토그램.
도 6a 및 도 6b는, 각각, 대조군 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 전기화학적 응답 대 적용된 전혈 샘플 내의 포도당 농도의 그래프, 및 기준 측정과 비교한 전기화학적 응답의 바이어스의 히스토그램.
도 7은 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 바이어스 대 요산 농도 (즉, 0 mg/dL의 수준 0; 5.88 mg/dL의 수준 1 및 11.75 mg /dL의 수준 2)의 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 바이어스 대 요산 농도 (즉, 0 mg/dL의 수준 0; 5.88 mg/dL의 수준 1 및 11.75 mg /dL의 수준 2)의 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법의 단계들을 도시하는 흐름도.

하기의 상세한 설명은 상이한 도면들에서 동일한 요소가 동일한 도면 부호로 표기되는 도면들을 참조하여 이해되어야 한다. 반드시 축척에 맞게 도시되지는 않은 도면들은 오로지 설명의 목적을 위해 예시적인 실시 형태들을 도시하며, 본 발명의 범주를 제한하려는 의도는 아니다. 상세한 설명은 본 발명의 원리를 제한이 아닌 예로서 예시한다. 이러한 설명은 명백하게 당업자가 본 발명을 제조 및 사용하도록 할 것이고, 현재 본 발명을 수행하는 최선의 모드로 여겨지는 것을 비롯한, 본 발명의 몇몇 실시예, 개작, 변형, 대안 및 사용을 기술한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 임의의 수치 값 또는 범위에 대한 용어 "약" 또는 "대략"은 구성요소들의 일부 또는 집합체가 본 명세서에 기술된 바와 같은 그의 의도된 목적으로 기능할 수 있게 하는 적합한 치수 공차(dimensional tolerance)를 나타낸다.

일반적으로, 본 발명의 실시 형태에 따른, 체액 샘플 (예를 들어, 전혈 샘플) 내의 분석물 (예를 들어, 포도당)의 결정을 위한 전기화학-기반 분석 검사 스트립은 전기 절연 베이스 층, 상기 전기 절연 베이스 층 상에 배치된 패턴화된 전기 전도성 층, 상기 패턴화된 전기 전도체 층의 적어도 일부분 상에 배치된 효소 시약 층, 패턴화된 스페이서 층, 하측 표면을 갖는 상부 층, 및 상기 상부 층의 상기 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부를 포함한다. 상기 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층은 전기화학-기반 분석 검사 스트립 내에 샘플 수용 챔버를 형성하며, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 샘플 수용 챔버 내에서 상기 상부 층의 상기 하측 표면 상에 배치된다. 또한, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 감소되게 한다.

전기화학-기반 분석 검사 스트립을 사용한, 체액 샘플 내의 분석물의 결정, 예를 들어, 전혈 샘플 내의 포도당의 결정은, 전혈 샘플 내의 내인성 및 외인성 물질 (간섭 화합물 또는 단순히 "간섭물"(interferent)로 지칭됨)의 존재로 인해 생기는 결정 부정확성에 영향을 받기 쉬울 수 있다. 그러한 간섭 화합물은 2가지 메커니즘을 통해 측정 부정확성을 일으킬 수 있다. 첫째로, 간섭 화합물이 전극 표면에서 직접 산화되어서, 직접적인 간섭 오차 전류(interference error current)를 일으킬 수 있다. 둘째로, 간섭 화합물이 효소 시약의 매개체와 반응하여, 간접적인 간섭 오차 전류를 일으킬 수 있다. 전혈 샘플 내의 요산이 한 가지 그러한 간섭물이며, 예를 들어, 3 mg/dL 내지 8 mg/dL의 범위의 내인성 수준으로 존재할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립은, 예를 들어, 체액 샘플의 감소된 pH가, 결정에 이용되는 분석 검사 스트립의 전기화학적 응답에 대한 간섭물 (예를 들어,전혈 샘플 내의 요산)의 해로운 영향을 감소시키는 역할을 할 수 있다는 점에서 유리하다. 더욱이, 가용성 산성 재료 코팅부는 샘플 수용 챔버의 부피를 증가시키지 않으며, 상부 층의 하측 표면 상에 배치되기 때문에, 패턴화된 전기 전도체 층 상에 배치된 효소 시약 층의 화학적 특성을 직접적으로 손상시키지 않는다. 또한, 가용성 산성 재료 코팅부는 상부 층의 하측 표면 상에 배치되기 때문에, (i) 가용성 산성 재료는 효소 시약 층과 접촉해 있지 않으며, 따라서, 예를 들어, 효소 변성과 같은, 효소 시약 층에 대한 임의의 해로운 영향을 방지하고, (ii) 사용 동안, 효소 시약 층 및 그의 용해된 성분들을 과도하게 공격적인 환경에 노출시키지 않고서, 체액 샘플의 pH가 감소된다.

본 발명의 실시 형태가 페리시안화물을 포함하는 효소 시약 층과 조합된 전혈 샘플 내의 간섭 요산과 관련하여 특히 유익한 것으로 제한됨이 없이 간주된다. 그러한 상황에서, 감소된 pH는 더 적은 요산이 전기화학적 활성 1가 음이온 형태로 분화되게 하며 또한 요산과 페리시안화물 사이의 간접적인 간섭을 줄여준다. 간섭 메커니즘이 요산과 유사한 임의의 간섭물에 대해 유사한 이점이 예상된다. 구체적으로, 생리학적 pH에서보다 낮은 pH에서 전기화학적으로 덜 활성이고/이거나 생리학적 pH에서보다 낮은 pH에서 효소 시약 층 매개체에 대해 덜 반응성인 방식으로 분화되는 그러한 간섭물의 경우에 그러하다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)의 단순화된 분해 사시도이다. 도 2는 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)의 단순화된 사시도이다. 도 3은 도 2의 선 A-A를 따라서 취해진 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)의 일부분의 단순화된 측단면도이다. 도 4는 전혈 샘플의 pH에 대한 시트르산 첨가의 영향을 도시하는 그래프이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 체액 샘플 (예를 들어, 전혈 샘플) 내의 분석물 (예를 들어, 포도당)의 결정을 위한 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)은 전기 절연 베이스 층(110), 패턴화된 전기 전도성 층(120), 선택적인 패턴화된 절연 층(130), 효소 시약 층(140), 패턴화된 스페이서 층(150), 가용성 산성 재료 코팅부(160), 친수성 서브층(sub-layer)(172)과 상부 테이프(174)로 이루어진 상부 층(170)을 포함한다. 상부 층(170)의 친수성 서브층(172)은 하측 표면(176)을 갖는다 (특히 도 3 참조).

도 1 내지 도 4의 실시 형태에서, 적어도, 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층이 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100) 내에 샘플 수용 챔버(180)를 형성한다 (특히, 체액 샘플 (즉, 혈액)을 샘플 수용 챔버(180) 내로 도입하는 것이 화살표로 도시되어 있는 도 3 참조).

전기 절연 베이스 층(110)은, 예를 들어, 나일론 베이스 층, 폴리카르보네이트 베이스 층, 폴리이미드 베이스 층, 폴리비닐 클로라이드 베이스 층, 폴리에틸렌 베이스 층, 폴리프로필렌 베이스 층, 글리콜화된 폴리에스테르 (PETG) 베이스 층, 또는 폴리에스테르 베이스 층을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 적합한 전기 절연 베이스 층일 수 있다. 전기 절연 베이스 층은, 예를 들어, 약 5 mm의 폭 치수, 약 27 mm의 길이 치수 및 약 0.5 mm의 두께 치수를 포함하는 임의의 적합한 치수를 가질 수 있다.

전기 절연 베이스 층(110)은 취급 용이성을 위해 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)에 구조를 제공하며, 또한 후속 층 (예를 들어, 패턴화된 전기 전도체 층)의 적용 (예를 들어, 인쇄 또는 침착)을 위한 베이스로서 역할을 한다.

패턴화된 전기 전도성 층(120)은 전기 절연 베이스 층(110) 상에 배치되며, 제1 전극(122), 제2 전극(124) 및 제3 전극(126)을 포함한다. 제1 전극(122), 제2 전극(124) 및 제3 전극(126)은, 예를 들어, 각각, 상대/기준 전극, 작업 전극 및 다른 작업 전극으로서 구성될 수 있다. 그러므로, 제2 전극 및 제3 전극은 본 명세서에서 작업 전극들 (124, 126)로서 또한 지칭된다. 비록, 단지 설명의 목적을 위해, 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)이 총 3개의 전극을 포함하는 것으로 도시되지만, 본 발명의 실시 형태를 포함하는 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 실시 형태는 임의의 적합한 개수의 전극을 포함할 수 있다.

전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)의, 제1 전극(122), 제2 전극(124) 및 제3 전극(126)을 포함하는, 패턴화된 전기 전도성 층(120)은, 예를 들어, 금, 팔라듐, 백금, 인듐, 티타늄-팔라듐 합금, 및 탄소 잉크를 포함하는 전기 전도성 탄소계 재료를 포함하는 임의의 적합한 전도성 재료로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 분석 검사 스트립에 이용되는 패턴화된 전기 전도체 층들은 임의의 적합한 형상을 취할 수 있으며, 예를 들어, 금속 재료 및 전도성 탄소 재료를 포함하는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있음에 유의해야 한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 전극(122), 제2 전극(124) 및 제3 전극(126)과 효소 시약 층(140)의 배치는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)이, 샘플 수용 챔버(180)에 충전된 체액 샘플 (예를 들어, 간섭 요산을 함유하는 전혈 샘플) 내의 분석물 (예를 들어, 포도당)의 전기화학적 결정을 위해 구성되도록 하는 것이다.

효소 시약 층(140)은 패턴화된 전기 전도체 층(120)의 적어도 일부분 상에 배치된다. 효소 시약 층(140)은 임의의 적합한 효소 시약을 포함할 수 있으며, 이때 효소 시약의 선택은 결정될 분석물에 따라 좌우된다. 예를 들어, 포도당이 혈액 샘플에서 결정되어야 하는 경우, 효소 시약 층(140)은 기능적 작동에 필요한 다른 성분과 함께 포도당 산화효소 또는 포도당 탈수소효소를 포함할 수 있다. 효소 시약 층(140)은, 예를 들어, 포도당 산화효소, 시트르산삼나트륨, 시트르산, 폴리비닐 알코올, 하이드록실 에틸 셀룰로오스, 페리시안화칼륨, 페로시안화칼륨, 소포제(antifoam), (소수성으로 표면 개질되거나 되지 않은) 건식 실리카, PVPVA, 및 물을 포함할 수 있다. 시약 층, 및 일반적으로 전기화학-기반 분석 검사 스트립에 관한 추가의 상세 사항은 미국 특허 제6,241,862호 및 제6,733,655호에 있으며, 이들의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 효소 시약에 이용되는 산성 재료 (예를 들어, 상기에 언급된 시트르산 및 시트르산삼나트륨)의 양은 유리하게 감소된 간섭 효과를 제공하는 데 필요한 수준으로 체액 샘플의 pH를 감소시키기에는 충분하지 않음에 유의해야 한다.

패턴화된 스페이서 층(150)은, 예를 들어, 영국 스태퍼드셔 탬워스 소재의 아폴로 어드히시브즈(Apollo Adhesives)로부터 구매가능한 스크린 인쇄가능 감압 접착제로부터 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 3의 실시 형태에서, 패턴화된 스페이서 층(150)은 샘플 수용 챔버(180)의 외벽을 형성한다. 패턴화된 스페이서 층(150)은 두께가, 예를 들어, 대략 75 마이크로미터일 수 있고, 전기적으로 비전도성일 수 있고, 상부 및 하부 면에 아크릴계 감압 접착제를 갖는 폴리에스테르 재료로 형성될 수 있다.

가용성 산성 재료 코팅부(160)는 샘플 수용 챔버(180)의 적어도 일부분 내에서 상부 층(170)의 친수성 서브층(172)의 하측 표면(176) 상에 배치되어서, 가용성 산성 재료 코팅부(160)는 적어도 작업 전극들(124, 126) 위에 배치된다. 더욱이, 가용성 산성 재료 코팅부(160)는 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 샘플 수용 챔버 내의 체액 샘플의 pH가 감소되게 한다.

특히 도 4를 참조하면, 샘플 수용 챔버에 충분한 시트르산이 존재한다면, 전혈 샘플의 pH는 대략 pH 3으로 감소될 수 있는 것으로 결정되었다. 도 4는, pH 5 시트르산염 완충제 (CA/TSC = 0.4), pH 4 시트르산염 완충제 (CA/TSC = 1.4), pH 3 시트르산염 완충제 (CA /TSC 4.6) 및 시트르산 단독 (CA)에 대하여, 혈액의 pH에 대한 시트르산 (CA) 첨가의 영향을 도시한다. 대략 0.25M의 시트르산의 첨가는 혈액 샘플의 pH를 pH 4 미만으로 감소시킨다 (도 4 참조). 4의 pH는 전혈 내의 간섭 요산을 실질적으로 양성자화시키기에 충분하여서 요산을 전기화학적으로 비활성으로 만들고, 따라서 효소 시약 층에 보통 존재하는 페리시안화물과 요산 사이의 임의의 간섭 반응을 효과적으로 제거한다. 전기화학적으로 비활성인 형태의 요산은 전극 표면에서 산화하지 않음에 유의한다. 더욱이, 낮은 pH에서는 페리시안화물과 요산 사이의 반응 속도가 상당히 감소하기 때문에, 그러한 반응에 의해 생성되고 전극 표면에서 산화되는 페로시안화물의 양이 또한 상당히 감소된다. 따라서, 그러한 시트르산 첨가는, 요산을 함유하는 전혈 샘플 내의 포도당의 결정에 대한 요산의 간섭 효과의 상당한 감소를 가져올 것으로 예상된다.

GOD (포도당 산화효소)의 용액 안정성의 연구는, GOD가 pH 3까지는 상당히 안정하지만, pH 3에서 페리시안화물의 존재 하에서 신속하게 불활성화됨을 밝혀내었다. 그러므로, 상부 층 상에 코팅된 가용성 산성 재료의 양은 유리하게는, 예를 들어, 체액 샘플의 pH를 pH 4 내지 pH 6의 범위로 감소시키기에 충분할 수 있다. 이러한 pH 범위에서는, 요산의 전기화학적 활성 1가 음이온의 농도 및 페로시안화물을 형성하는 페리시안화칼륨과 요산 사이의 반응 속도 둘 모두의 감소로 인해, 요산의 간섭 효과가 생리학적 pH에서와 비교하여 실질적으로 감소된다. 추가로, 가용성 산성 재료 코팅부 내의 가용성 산성 재료의 양이 효소 시약 층의 영역에서의 체액 샘플의 pH가 pH 3으로 감소되지 않게 하는 것이 유리할 수 있으며, pH 3으로 감소되는 때에는 낮은 pH와 페리시안화물의 존재의 조합이 포도당 산화효소의 해로운 비활성화를 가져올 수 있다.

설명의 목적을 위해, 시트르산이 가용성 산성 재료 코팅부를 위한 산성 재료로서 선택되었다. 그러나, 체액 샘플에 용이하게 가용성이고, 신속하게 확산되며, 효소 시약 화학에 대해 임의의 악영향을 미치지 않기만 한다면, 임의의 적합한 산성 재료가 본 발명의 실시 형태에서 이용될 수 있다. 분석물, 체액 샘플 및 효소 시약 층 특성에 따라, 예를 들어, 아세트산, 말레산, 포름산 또는 락트산과 같은 다른 약산이 적합할 수 있다.

COMSOL (구매가능한 무한 요소 모델링 소프트웨어 패키지) 모델링은, 두께가 5.8 마이크로미터 내지 17.3 마이크로미터의 범위인 시트르산 기반 가용성 산성 재료 코팅부의 체액 샘플 내로의 용해 및 확산이 전혈 샘플의 pH를 유리하게 감소시키는 데에 효과적임을 나타낸다. 17.3 um 두께의 경우, pH는 체액 샘플 도입 2초 이내에 샘플 챔버 전반에서 pH 6 미만으로 감소되었다. 5초에는, 샘플 챔버 전반의 pH가 pH 3.5 내지 pH 4.5의 범위였는데, 이러한 pH는 요산의 전기화학적 활성 1가 음이온의 농도 및 페로시안화물을 형성하는 페리시안화칼륨과 요산 사이의 반응 속도 둘 모두의 감소를 달성하여 요산의 간섭효과를 감소시키기에 충분히 낮은 것이다. 또한, 전극의 표면 지역에서의 pH는 pH 4 초과였으므로, 효소 시약 층 내의 효소의 불활성화는 없거나 최소한일 것으로 예상되며 포도당 응답이 약화되지 않을 것으로 기대된다. 그러므로, COMSOL 확산 모델에 기초하면, 17.3 μm 두께 가용성 산성 재료 코팅부의 용해는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 포도당 감도가 손상되는 정도로 효소를 불활성화시키지 않으면서, 요산 간섭의 감소를 달성하기에 충분히 샘플 챔버 전반의 pH를 낮출 것이다.

상부 층(170)은, 예를 들어, 유체 샘플 (예를 들어, 전혈 샘플)에 의한 전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)의 습윤 및 충전을 촉진하는 친수성 특성을 갖는 투명 필름일 수 있다. 그러한 투명 필름은, 예를 들어, 미국 미네소타주 미니애폴리스 소재의 쓰리엠(3M) 및 코벰(Coveme)(이탈리아 산 라자로 디 사베나 소재)으로부터 구매가능하다. 상부 층(170)은, 예를 들어, 10도 미만의 친수성 접촉각을 제공하는 계면활성제로 코팅된 폴리에스테르 필름일 수 있다. 상부 층(170)은 또한 계면활성제 또는 다른 표면 처리로 코팅된 폴리프로필렌 필름일 수 있다. 그러한 상황에서, 계면활성제 코팅은 친수성 서브층(172)으로서의 역할을 한하다. 더욱이, 원한다면, 가용성 산성 재료 코팅부가 친수성 코팅으로서 제형화될 수 있으며 또한 친수성 서브층으로서의 역할을 할 수 있다. 상부 층(170)은 두께가, 예를 들어, 대략 100 μm일 수 있다.

전기화학-기반 분석 검사 스트립(100)은, 예를 들어, 패턴화된 전기 전도체 층(120), 효소 시약 층(140), 패턴화된 스페이서 층(150), 및 친수성 서브층(172)의, 전기 절연 베이스 층(110) 상으로의 순차적인 정렬 형성에 의해 제조될 수 있다. 그러한 순차적인 정렬 형성을 수행하기 위하여, 예를 들어, 스크린 인쇄, 포토리소그래피, 포토그라비어, 화학 증착, 및 테이프 라미네이션 기술을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 적합한 기술이 사용될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는, 각각, 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립으로부터의 전기화학적 응답 대 적용된 전혈 샘플 내의 포도당 농도의 그래프, 및 기준 측정과 비교한 전기화학적 응답의 바이어스의 히스토그램이다. 도 6a 및 도 6b는, 각각, 대조군 전기화학-기반 분석 검사 스트립으로부터의 전기화학적 응답 대 적용된 전혈 샘플 내의 포도당 농도의 그래프, 및 기준 측정과 비교한 전기화학적 응답의 바이어스의 히스토그램이다. 도 5b 및 도 6b에서, 75 mg/dL 미만의 포도당 수준에 대해서는 절대 바이어스(absolute bias)가 이용되며, 75 mg/dL 초과의 포도당 수준에 대해서는 퍼센트 바이어스가 이용된다. 도 7은 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 바이어스 대 요산 농도 (즉, 0 mg/dL의 수준 0; 5.88 mg/dL의 수준 1 및 11.75 mg /dL의 수준 2)의 그래프이다. 도 8은 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 바이어스 대 요산 농도 (즉, 0 mg/dL의 수준 0; 5.88 mg/dL의 수준 1 및 11.75 mg /dL의 수준 2)의 그래프이다.

도 5a 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립은, pH 4를 갖는 진한 완충 용액을 생성하도록 함께 혼합된 시트르산 (700 g/L) 및 시트르산삼나트륨 (400g/L)을 사용하여 제조하였다. 터지톨(Tergitol) NP7 (계면활성제)을 (0.5%로) 첨가하여서 가용성 산성 재료 코팅부의 습윤성을 증가시키고, 체액 샘플에서의 그의 거의 즉각적인 용해를 보장하였다. 그러한 거의 즉각적이고 균일한 용해는, 계면활성제가 전혀 첨가되지 않은 경우와 비교하여 계면활성제가 첨가된 제형의 경우에 정밀도 개선을 가져온 것으로 결정되었다. 추가의 조사는, 분석물 결정의 정밀도 증가의 관점에서 5% 이하의 계면활성제 농도가 유익할 수 있음을 밝혀내었다.

이어서, 바이오도트(Biodot) AD3050 분무 장치를 사용하여 1.7 마이크로리터/제곱센티미터의 분배 속도(dispense rate)로 산성 용액을 상부 층의 하측 상에 분무 코팅하였다. 시트르산 및 시트르산삼나트륨의 벌크 밀도를 사용하여 그러한 분배 속도를 계산하여, 두께가 17.3 μm인 건조 가용성 산성 재료 코팅부를 제공하였다. 그렇게 제조된 산-코팅된 상부 층은, 표준 절차를 사용하여 전기화학-기반 분석 검사 스트립을 제조하는 데 사용하였다.

2개의 로트의 전기화학-기반 분석 검사 스트립을 제조하였다. 하나는 상기에 기재된 바와 같이 제조하였고, 나머지 하나는 가용성 산성 재료 코팅부를 포함하지 않는다는 점에서 대조군으로서 제조하였다. 500, 100, 200, 300 및 500 mg/dL의 포도당으로 스파이킹된 혈액을 사용하여 둘 모두의 로트를 시험하여서 그들의 포도당 감도를 특징지었다. 5초에서의 전류 대 포도당 농도의 얻어진 보정 플롯 및 이러한 보정 파라미터를 사용하여 계산된, YSI 기준에 대한 바이어스의 히스토그램 (50 mg/dL에서의 절대 바이어스, 100, 200, 300 및 500 mg/dL에서의 퍼센트 바이어스)이 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b에 나타나 있다. 도 6a와 도 6b의 데이터를 비교하면, 분석 검사 스트립의 세트를 구성하는 데 사용된 방법의 부정확성 및 실험 오차를 고려할 때, 가용성 산성 재료 코팅부를 갖는 전기화학-기반 분석 검사 스트립에 대한 바이어스의 표준 편차는 대조군 전기화학-기반 분석 검사 스트립에 대한 바이어스의 표준 편차와 본질적으로 동등하였다.

두 로트를, 50 mg/dL의 포도당과 5.88 mg/dL 및 11.75 mg /dL의 요산으로 스파이킹된 전혈 샘플을 사용하여 시험하였다. YSI에 대한 바이어스를 결정하였다. 도 7 및 도 8에서는 이들 바이어스를 요산 농도에 대해 플롯하였다. 요산 스파이킹된 혈액의 경우의 평균 바이어스의 증가는, 대조군 전기화학-기반 분석 검사 스트립 (도 8 참조)과 비교하여 본 발명에 따른 전기화학-기반 분석 검사 스트립 (도 7 참조)의 경우에 더 많이 감소하였다.

도 9는, 본 발명의 실시 형태에 따른 체액 샘플 (예를 들어, 전혈 샘플) 내의 분석물 (예를 들어, 포도당)을 결정하는 방법(900)에서의 단계들을 도시하는 흐름도이다. 방법(900)은, 단계(910)에서, 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 샘플 수용 챔버 내로 체액 샘플을 도입하는 것을 포함하는데, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립은 하측 표면을 갖는 상부 층 및 샘플 수용 챔버의 적어도 일부분 내에 있는 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부를 포함한다. 도입 단계(910)는, 가용성 산성 재료 코팅부가 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해되고 샘플 수용 챔버 내의 체액 샘플의 pH를 감소시키게 한다.

방법(900)의 단계(920)에서는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 전기화학적 응답을 검출한다. 또한, 도 9의 단계(930)에서는, 검출된 분석 응답에 기초하여 체액 샘플 내의 분석물을 결정한다.

또한, 일단 본 발명을 알게 되면, 당업자는 방법(900)이 본 발명의 실시 형태에 따른 그리고 본 명세서에 기재된 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 기술, 이점, 특징 및 특성 중 임의의 것을 포함하도록 용이하게 수정될 수 있음을 인식할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태들이 본 명세서에 도시되고 기술되었지만, 그러한 실시 형태들이 단지 예로서 제공되는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 이제 본 발명으로부터 벗어나지 않고서 여러 변형, 변경, 및 대체가 당업자에 의해 안출될 것이다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 형태에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시함에 있어서 채용될 수 있음을 이해해야 한다. 다음의 청구범위는 본 발명의 범주를 한정하고, 이에 의해 이들 청구범위 및 그들의 등가물의 범주 내의 장치 및 방법이 포괄되는 것으로 의도된다.

Claims

체액 샘플 내의 분석물의 결정을 위한 전기화학-기반 분석 검사 스트립(electrochemical-based analytical test strip)으로서, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립은
전기 절연 베이스 층;
상기 전기 절연 베이스 층 상에 배치된 패턴화된 전기 전도성 층;
상기 패턴화된 전기 전도체 층의 적어도 일부분 상에 배치된 효소 시약 층;
패턴화된 스페이서(spacer) 층;
하측 표면을 갖는 상부 층; 및
상기 상부 층의 상기 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부를 포함하며;
적어도 상기 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층은 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립 내에 샘플 수용 챔버를 형성하고;
상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 샘플 수용 챔버의 적어도 일부분 내에서 상기 상부 층의 상기 하측 표면 상에 배치되고;
상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 감소되게 하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 계면활성제를 포함하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 효소 시약 층은 페리시안화물을 포함하고, 상기 체액 샘플은 요산을 함유하는 전혈 샘플인, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제3항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 pH 4 내지 pH 6의 범위의 pH로 감소되게 하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제3항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해가능하여서 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 사용 동안 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 대략 4의 pH로 감소되게 하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 층 및 가용성 산성 재료 층은 엔지니어드 상부 테이프(engineered top tape)로서 일체화되는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴화된 전기 전도성 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에 배치된 복수의 전극들을 포함하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석물은 포도당이고, 상기 체액 샘플은 전혈 샘플인, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 시트르산을 포함하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제9항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 시트르산 및 시트르산삼나트륨을 포함하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제10항에 있어서, 상기 시트르산 및 시트르산삼나트륨은 pH 4 완충제로서 제형화되는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부 및 패턴화된 전기 전도체 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에서 대략 100 마이크로미터의 수직 거리만큼 이격되는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제12항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부의 두께는 5.8 마이크로미터 내지 17.3 마이크로미터의 범위인, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 아세트산, 말레산, 포름산, 및 락트산 중 하나 이상을 포함하는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에 배치된 하나 이상의 작업 전극을 포함하고, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 샘플 수용 챔버 내에서 상기 하나 이상의 작업 전극 위에 배치되는, 전기화학-기반 분석 검사 스트립.
체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법으로서,
전기화학-기반 분석 검사 스트립의 샘플 수용 챔버 내로 체액 샘플을 도입하는 단계로서, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립은
하측 표면을 갖는 상부 층; 및
상기 샘플 수용 챔버의 적어도 일부분 내에 있는, 상기 하측 표면 상의 가용성 산성 재료 코팅부를 포함하고,
상기 도입은 상기 가용성 산성 재료 코팅부가 상기 체액 샘플 중에 작동가능하게 용해되어 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH를 감소시키도록 하는, 상기 도입 단계;
상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립의 전기화학적 응답을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 분석 응답에 기초하여 상기 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 단계를 포함하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립은
전기 절연 베이스 층;
상기 전기 절연 베이스 층 상에 배치된 패턴화된 전기 전도성 층;
상기 패턴화된 전기 전도체 층의 적어도 일부분 상에 배치된 효소 시약 층; 및
패턴화된 스페이서 층을 추가로 포함하고;
적어도 상기 패턴화된 스페이서 층 및 상부 층은 상기 전기화학-기반 분석 검사 스트립 내에 상기 샘플 수용 챔버를 형성하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 전기화학적 응답의 검출은 상기 패턴화된 전기 전도성 층의 복수의 전극들을 이용하는 것을 포함하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체액 샘플은 요산을 함유하는 전혈 샘플인, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석물은 포도당인, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 계면활성제를 포함하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 효소 시약 층은 페리시안화물을 포함하고, 상기 체액 샘플은 요산을 함유하는 전혈 샘플인, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 상기 체액 샘플 중에 용해되어서, 상기 샘플 수용 챔버 내의 상기 체액 샘플의 pH가 pH 4 내지 pH 6의 범위의 pH로 감소되게 하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 시트르산을 포함하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 시트르산 및 시트르산삼나트륨을 포함하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제25항에 있어서, 상기 시트르산 및 시트르산삼나트륨은 pH 4 완충제로서 제형화되는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부 및 패턴화된 전기 전도체 층은 상기 샘플 수용 챔버 내에서 대략 100 마이크로미터의 수직 거리만큼 이격되는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부의 두께는 5.8 마이크로미터 내지 17.3 마이크로미터의 범위인, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.
제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가용성 산성 재료 코팅부는 아세트산, 말레산, 포름산, 및 락트산중 하나 이상을 포함하는, 체액 샘플 내의 분석물을 결정하는 방법.