NO162833B - Membrankyvette. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kyvette for engangsbruk av den art som er angitt i krav l's ingress, og som er ment for i det vesentlige samtidig prøvetagning av væske-prøve og analyse av prøven.

En kyvette for prøvetagning av væske, blanding av prøven med reagens og direkte utførelse av optisk analyse av prøven blandet med reagens er tidligere kjent fra US patent nr. 4.088.448. Denne kyvette består av et legeme med to plane overflater som avgrenser en optisk vei og som er anordnet med en på forhånd bestemt avstand fra hverandre slik at de bestemmer den optiske veilengden og avgrenser et hulrom med et innløp som forbinder hulrommet med omgivelsene utenfor legemet. Hulrommet har et på forhånd bestemt volum, og den på forhånd bestemte avstand er slik at det blir mulig å trekke prøven inn ved kapillarkreftenes innflytelse. Videre er en reagens anbrakt på hulrommets overflate.

Denne kjente kyvette har mange fordeler sammenlignet med konvensjonelt anvendte anordninger. Den muliggjør prøvetag-ning av væske, blanding og kjemisk reaksjon av prøven med en passende reagens til f.eks. fargefremkalling i én og samme beholder som den som anvendes til den etterfølgende måling. Den kyvette som beskrives i US patent nr. 4.088.448 forenkler altså prøvetagningsprosessen, reduserer antall utensilier og forbedrer i de fleste tilfeller, avhengig av analysetypen, betydelig analysenøyaktigheten ved at ana-lyseforløpet blir uavhengig av arbeidsteknikken til den som utfører analysen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny variant av denne kjente kyvette.

I denne hensikt har man nå utviklet en kyvette for engangsbruk, som er konstruert for i det vesentlige samtidig prøvetagning av væske og analyse av prøven, hvorunder kyvetten omfatter et legeme med minst et hulrom som er begrenset av omgivende vegger, hvorunder prøven kan trekkes inn i hulrommet gjennom et innløp ved påvirkning av kapillarkrefter, hvilket innløp forbinder hulrommet med omgivelsene utenfor legemet. Kyvetten erkarakterisert vedat minst en del av de vegger som vender mot hulrommet består av en semipermeabel membran, eventuelt med et integrert elektrode- og/eller sensorsystem.

En fordel med denne forbedrede kyvette er at den kan anvendes for andre typer av målinger enn optiske analyser, hvilket gjør den anvendelig for analyser innenfor et meget større område enn kyvetten ifølge US patent nr. 4.088.448. Ifølge foreliggende oppfinnelse kan således målingen gjen-nomføres ved anvendelse av forskjellige elektroder hvis overflater presses mot ytterflaten til den semipermeable membran, foruten at man kan anvende optiske instrumenter. Innenfor rammen for foreliggende oppfinnelse faller også elektrode- eller sensorsystemer som er integrert med, d.v.s. anbrakt på eller innbygget i, det semipermeable membranmaterialet.

En annen meget viktig fordel sammenlignet med den tidligere kjente kyvette er, at anvendelsen av membraner gjør det mulig å skille prøvemedier fra reagensmedier og at forstyr-relser som stammer fra substanser, uegnet pH, uegnet re-doksmiljø, o.s.v. kan unngås. Således kan to eller flere reaksjonssystemer som er inkompatible, inngå i den nye kyvetten, ettersom den semipermeable membranen fungerer som en barriere som hindrer en komponent, f.eks. en reagens, som finnes i hulrommet, i å nå frem til og forstyrre reak-sjonen eller reaksjonene i membranen eller membranene, og omvendt. Denne andre fordel gjør anvendelsesområdet for foreliggende kyvette enda større og tilpasningsdyktig for et stor mengde forskjellige analyser.

De ytterligere fordelene ifølge foreliggende oppfinnelse stammer således fra anvendelsen av den semipermeable membranen og gjør det mulig å kombinere denne membran med ytre eller indre elektroder.

Analyser basert på anvendelsen av semipermeable membraner og elektroder er forut kjente. Imidlertid har man, når man utnytter kjent teknikk, problemer med håndtering av prøven, forurensning av elektrodene, som ofte er ømfindtlige for forurensninger, fordampning av prøvene og innflytelse av forskjellige typer gasser, såsom luftoksygen. Alle disse problemer kan unngås ved anvendelse av kyvetten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan kyvettelegemet bestå av glass eller polymermateriale. Det er også fullt ut mulig å tilvirke hele legemet eller en vegg av dette av semipermeabelt materiale, hvilket i dette tilfellet fortrinnsvis bør være selvbærende. Hvis membranmaterialet ikke er vesentlig selvbærende, kan det anvendes som et belegg på den overflate av legemet som vender mot hulrommet. Eventuell reagens som er anbrakt på minst en del av den flate av legemet som vender mot hulrommet, kan anbringes ved fordampning, frysetørking, sprøyting eller filmtrykk på kjent måte.

Den semipermeable membran kan foreligge i form av et sepa-rat membransjikt, eller to eller flere separate sjikt som er forbundet med hverandre, slik at de danner en sammensatt membran. De forskjellige reagensene kan være anbrakt på denne membranflaten, som vender mot hulrommet, og anbringes på flaten ved fordampning, frysetørking, sprøyting eller filmtrykk, o.s.v. Det er også mulig å anbringe reagensen som sjikt på adskilte flater av membranen på slik måte at dette sjikt danner et mellomsjikt i den ferdige, sammen-satte membran. Ett eller flere slike sjikt kan foreligge. Den semipermeable membran kan også fremstilles på slik måte at reagensen eller reagensene dispergeres eller løses i hele membranmaterialet, eller i ett eller flere sjikt derav. En annen mulighet er at man fremstiller membranmaterialet på slik måte at reagensmolekylene bindes kovalent til polymermolekylene i den semipermeable membranen. Materialet i den semipermeable membranen velges avhengig av den type analyse som skal utføres, og kan bestemmes av en fagmann. Membranmaterialet kan være hydrofilt eller hydro-fobt. Eksempler på forskjellige materialer som kan anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse er "Teflon", silikongummi, polyakrylat, polyvinyl, kollagen og til og med fornettede enzymer, o.s.v. Forskjellige substanser kan finnes innebyg-get i membranen, slik at man får spesielle selektive egenskaper, slik at en viss kjemisk reaksjon kan gjennomføres, o.s.v. Om man innbygger, spesielle kroneetere i en polyvin-ylmembran, får membranen selektive egenskaper for alkali-ioner. Hvis man innbygger glukoséoksydase i en membran, muliggjør man måling av glukose ved dannelse av hydrogen-peroksyd eller reduksjon av oksygenkonsentrasjonen.

Membranen kan selektivt tillate gjennomtrengning av bare eller i det vesentlige den substans/ion som er relevant/- interessant, og som kan påvises med f.eks. en elektrode på membranens utvendige flate. Videre kan membranen fungere som en diskriminator, hvori bare molekyler/ioner under en viss størrelse kan bevege seg fritt.

Ved målinger med elektroder på eller i den forbedrede kyvetten, fungerer membranen som en semipermeabel barriere (med eller uten selektive egenskaper), som hindrer at elektroden blir forurenset av prøvemediet og/eller reagensene. Membranen kan delta i en kjemisk reaksjon gjennom innbygget reagens og/eller selektivt tillatte fri passasje for de forbindelser som skal bestemmes med elektroden.

Den elektrode som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse kan bestå av en vanlig potensiometrisk, d.v.s. ioneselek-tiv, eller amperometrisk elektrode, som sammen med den semipermeable membranen i kyvetten fungerer som en enzym-elektrode eller biosensor av den type som er beskrevet i f.eks. P. Vadgama, Journal of Medical Engineering & Techno-logy, bind 5, nr. 6, 1981, 293-298.

Eksempler på elektroder som kan anvendes med membrankyvet-ten ifølge foreliggende oppfinnelse er vanlige elektroder, såsom glasselektroder (pH), platina-, gull- eller karbon-elektroder, eller andre mer eksklusive utensilier, såsom halvlederkretser ( solid state devices) av typen CHEMFET" s eller ISFET's med tilhørende elektroniske deler.

Et eksempel på et platina/sølv-sølvkloridelektrodesystem sammen med en sammensatt membran for bestemmelse av glukose ved amperometrisk måling av forbrukt oksygen, finnes i en artikkel av Jean-Louis Romtte, B. Fromment & D. Thomas, (Clin.Chim.Acta, 95 (1979) 249-253).

Et eksempel på anvendelse av glasselektrode sammen med en sammensatt membran for måling av urea ved pH-måling av dan-net ammoniakk, er vist i en artikkel av M. Mascini og G.G. Guilbault, (Anal.Chem., bind 49, nr. 6, mai 77, 795-798).

Med hensyn til optiske analyser som kan utføres med foreliggende kyvette, foreligger hovedsakelig to muligheter: A. Fargen utvikles i hulrommet B. Fargen utvikles i membranen

I "A" må hulrommets to hovedflater ligge på en i forveien bestemt eller bestembar avstand fra hverandre, slik at det blir mulig å bestemme den optiske veilengden. Den bestem-bare avstanden kan oppnås ved at man plasserer en utvendig kraft på flaten til en vesentlig elastisk membran inntil membranens bevegelse stopper mot en avstandsholder av en på forhånd bestemt tykkelse, som er innført i hulrommet.

I "B" må den fargefremkallende del (sjiktet) av membranen eller hele membranen ha en på forhånd bestemt tykkelse, slik at man kan få en bestemt optisk veilengde.

Et praktisk eksempel på "B" er en kyvette som er utformet holder urea og et alkalisk buffersystem i tørr form, som, når det oppløses i prøvemediet, gir fri ammoniakk eller urea, og membranen inneholder en indikator (= en reagens) for ammoniakk. Membranen er fremstilt av et polymermateriale hvis hydrofobisitet er tilstrekkelig høy til å forhin-dre forstyrrelse fra den alkaliske bufferen på indikatoren, men er gjennomtrengelig for ammoniakk. Indikatoren består av en i et løsningsmiddel oppløselig pH-indikator med et indikator intervall i det sure området.

Forskjellige metodikker ved analysene kan anvendes for forskjellige typer elektroder, forskjellige typer membraner og forskjellige reaksjonsveier, hvilket en fagmann lett vil se.

Oppfinnelsen skal beskrives i nærmere detalj i det følg-ende, under henvisning til de vedlagte tegninger, som skjematisk og i stor skala belyser flere utførelsesformer. På tegningene viser: Fig. 1 - en målekyvette ifølge foreliggende oppfinnelse

Fig. la - et snitt langs linjen I-l i fig. 1

Fig. 2a - en modifisert utførelsesform av kyvetten

Fig. 2b - gjenstanden fra fig. 2a, sett ovenfra

Fig.3- kyvetten ifølge fig. 2 og 2a i kontakt med en

måleelektrode

Fig. 4 - kyvetten ifølge fig. 2 og 2a klargjort for optisk

måling

Fig. 5 - en utførelsesform hvori kyvetten har parallell

koblede hulrom

Fig. 5a - et snitt langs linjen II-II

Fig. 6 - en ytterligere modifisert utførelsesform av

kyvetten

Fig. 6a - et snitt langs linjen III-III.

Den kyvette som er vist i fig. 1 og la inneholder en vegg 10 (av et kyvettelegeme) av glass eller polymermateriale, og en vegg 11 (av et kyvettelegeme) av en membran av semiper meabelt materiale. Veggene avgrenser et hulrom 12 som skal romme en væskeprøve og hvis dimensjoner er slik at det kan fylles ved innvirkning av kapillarkrefter. To kanaler 13 går fra motsatte sider av kyvetten og munner i hulrommet 12. En prøve kan således her trekkes rett gjennom kyvetten, hvilket under visse forhold kan være fordelaktig. Hulrommet 12 kan være utstyrt med en reagens (d.v.s. et middel som rea-gerer med prøven som trekkes inn i hulrommet) ved fordampning, frysetørking, sprøyting, filmtrykk eller på annen passende måte avhengig av den måten som kyvetten er til-virket på.

Veggen 11 av semipermeabelt membranmateriale kan lages på slik måte at et reagenssystem inngår i membranen, f.eks. er dispergert eller oppløst i membranen. Det er også mulig å tilvirke membranen på slik måte at reagenssystemets kompo-nenter (molekyler) bindes kovalent til de polymerer som danner membranmaterialet. En annen mulighet er at man byg-ger opp en semipermeabel membran av to eller flere sjikt og plasserer reagenssystemet eller reagenssystemene som mellomsjikt mellom to membransjikt som ligger inntil hverandre. Ett eller flere slike sjikt og mellomliggende sjikt kan forefinnes. Alle typer kombinasjoner av måter for å innebygge reagenssystemet, som er åpenbare for fagmannen, faller innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

I fig. 2a angir 10 en vegg av polymert bærende materiale. II utgjør en semipermeabel membran, som eventuelt er satt sammen av flere sjikt. 12 angir det hulrom som inneholder prøven. Forhøyninger 14bestemmer den optiske veilengden. Når prøven trekkes inn i hulrommet 12, presses luft ut gjennom kanalen 15. Veggen 10 og den semipermeable membran 11 er sammenføyde langs fugen 16 (en sveise- eller lim-fuge). Området 17 gir en passende målesone.

I fig. 3 er en måleelektrode i kontakt med den semipermeable membranen 11 i den kyvette som vises i fig. 2a og 2b.

I denne spesielle utførelsesform består elektroden av en platinaelektrode 18 og en referansesølv/sølv-kloridelek-trode 19. 20 er et glasslegeme som omgir platinaelektroden 18.

I fig.4er kyvetten ifølge fig. 2a og 2b klargjort for optisk måling. 21 angir således her en lyskilde for eksempel-vis monokromatisk lys. 2 2 viser lysets vei mot kyvetten. 2 3 viser lysets vei for ikke-absorbert lys etter kyvetten og 24 er en optisk detektor.

Den kyvette som er vist i fig. 5 har fire parallellkoblede hulrom 25, 25' som er koblet til en felles kanal 26 gjennom forgreningskanaler 27, som fortsetter på motsatte sider av hulrommene og munner ut i luften og forhindrer luftinne-slutninger i hulrommene når prøven trekkes in i disse. Forskjellige reaktive systemer kan være innesluttet i forskjellige hulrom og/eller membranmaterialet som begrenser hele eller deler av hulrommene.

Fig. 5a viser et snitt av fig. 5 langs linen II-II.

I den utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som er vist i fig.6og 6a, består hele kyvetten av et elastisk semipermeabelt materiale. Innløpskanalen 28 står i forbind-else med omgivelsene (utenfor kyvetten) gjennom hulrommet 12.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet under henvisning til foretrukne utførelsesformer, er det her åpenbart for fagmannen at forskjellige forandringer, med hensyn til form og detaljer, kan foretas uten at man avviker fra oppfinnelsens idé og omfang. Mange alternative utførelser kan konstrueres ved hjelp av hvilke de fordelaktige resultater som her vises, kan oppnås.

Det er videre åpenbart at hvilken som helst analysemetode kan tilpasses den viste oppfinnelse. Den beskrevne kyvette er spesielt egnet for kjemiske rutinebestemmelser av blod, såsom bestemmelse av glukose, blodureanitrogen, albumin, bilirubin, totalprotein, o.s.v. og flere andre analytiske prøver.

Følgelig er alle tillegg og modifikasjoner og substitu-sjoner som kan foretas med foreliggende oppfinnelse uten at man avviker fra idéen og omfanget av det som her er vist, ment å utgjøre en del av foreliggende oppfinnelse.

Claims (7)

1. Kyvette for engangsbruk tilsiktet i det vesentlige samtidig prøvetagning av væske og analyse av prøven, hvilken kyvette inneholder et legeme med minst ett hulrom (12) som er avgrenset av omgivende vegger (10), hvorved - ved innvirkning av kapillarkrefter - prøven kan trekkes inn i hulrommet (12) gjennom et innløp (13) som forbinder hulrommet (12) med omgivelsene utenfor legemet, karakterisert vedat minst en del av de vegger (10) som vender mot hulrommet (12) består av en semipermeabel membran (11), eventuelt med integrert elektrode- (18,19) og/eller sensorsystem (24).

2. Kyvette ifølge krav 1,karakterisertved at den semipermeable membranen (11) består av ett eller flere sjikt.

3. Kyvette ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat minst en reagens eller et reagenssystem er innbygget i eller anbrakt på den semipermeable membran (11) eller ett eller flere sjikt derav.

4. Kyvette ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat en reagens eller et reagenssystem er dispergert eller oppløst i membranen (11) eller i det minste et sjikt derav.

5. Kyvette ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat reagensen eller reagenssystemets molekyler er kovalent bundet til polymerene i den semipermeable membranen (11) eller et sjikt derav.

6. Kyvette ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert vedat den semipermeable membranen (11) eller et sjikt derav har en på forhånd bestemt tykkelse som definerer en optisk veilengde (14).

7. Kyvette ifølge ett av kravene 1-5,karakterisert vedat elektrode- (18,19) eller sensorsystemet(2 H)er anbrakt på eller innbygget i den semipermeable membran (11) .