NO325307B1

NO325307B1 - Elektrokjemisk sensor samt fremgangsmate for fremstilling derav

Info

Publication number: NO325307B1
Application number: NO19981684A
Authority: NO
Inventors: Steven C Charlton; Yingping Deng; Karl-Heinz Hildenbrand; Larry D Johnson; James J Venosky
Original assignee: Bayer Corp
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2008-03-25
Also published as: DE69824664T2; NO981684D0; EP0877244A1; EP0877244B1; CA2236070C; CA2236070A1; JP3998807B2; AU6378398A; AU723307B2; NO981684L; IL123335A0; US5759364A; ZA983200B; ATE269973T1; DK0877244T3; JPH10318970A; IL123335A; DE69824664D1; ES2223093T3; NZ329791A

Description

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en elektrokjemisk biosensor samt en fremgangsmåte for fremstilling derav.

Foreliggende oppfinnelse vedrører følgelig en elektrokjemisk biosensor som kan anvendes for kvantifiseringen av en spesifikk komponent (analytt) i en flytende prøve og, nærmere bestemt, en fremgangsmåte for fremstilling av en slik biosensor. Elektrokjemiske biosensorer av den aktuelle typen er beskrevet i US-patentene 5 120 420 og 5 264 103. Innretningene som er beskrevet i disse patentene har en plastbasis hvorpå karbonelektroder er trykket, hvilke elektroder er dekket med et reagenslag som innbefatter en hydrofil polymer i kombinasjon med en oksidoreduktase som er spesifikk for analytten. Det er et typisk spacer-element plassert på platen, hvilket element er skåret ut for å tilveiebringe et generelt U-formet stykke og et dekkstykke, slik at når basisen, spacer-elementet og dekkstykket er laminert sammen skapes det et kapillært rom inneholdende elektrodene og reagenslaget. I tillegg til oksidoreduktasen er det innbefattet en elektronakseptor på reagenslaget eller i et annet lag inne i det kapillære rommet. En hydrofil polymer, f.eks. karboksymetylcellulose, anvendes for å lette trekkingen av det vandige testfluidet inn i det kapillære rommet.

Det er i den senere tid utviklet en elektrokjemisk sensor som består av to deler; en nedre del (basis), som bærer elektrodestrukturen med en oksidoreduktase og elektronakseptor jevnt fordelt i en hydratiserbar polymermatriks på elektrodeoverflaten, og en øvre del (lokk), som er preget for å danne tre sider av et kapillært rom hvor basisen danner den fjerde siden ved tilpasning av lokket og basisen. Basisen og lokket er laminert sammen ved hjelp av et varmeaktivert adhesivbelegg på lokket. Sensoren anvendes ved å dyppe den åpne enden av kapillardelen inn i en liten dråpe av forsøksfluidet, så som blod, som trekkes inn i kapillarrøret slik at det dekker enzymet og elektronakseptoren på elektrodens overflate. På grunn av den hydratiserbare naturen av polymermatriksen dispergerer den i det vandige forsøksfluidet og tillater derved oksidoreduktasen, som er glukoseoksidase når sensoren er utformet for å bestemme konsentrasjonen av glukose i blod, å oksydere analytten og elektronakseptoren å overføre overskuddselektrodene til arbeidselektroden, slik at det derved skapes en målbar strøm som er proporsjonal med konsentrasjonen av analytt i forsøksfluidet.

Fremstillingen av de tidligere kjente sensorene som beskrevet ovenfor, innbefatter anvendelsen av en ekstra del, avstandsgiverlaget, og et antall bearbeidelsestrinn som ikke er påkrevet med todels-sensoren (basis og lokk) hvormed foreliggende oppfinnelse befatter seg. Denne typen sensor fremstilles ved en enkel fremgangsmåte som innbefatter trinnene:

a) trykking av elektrodene på basismaterialet,

b) belegging av elektrodene med den polymere matriksen inneholdende oksidoreduktasen og elektronakseptoren, c) belegging av det bifunksjonelle adhesivlaget ifølge foreliggende oppfinnelse på lokket,

d) preging av kapillarkanalen i lokket, og

e) varmeforsegling av lokket på basisen.

Det foreligger to problemer ved fremstilling av en sensor av denne typen. Det første

vedrører tilveiebirngelsen av en sensor hvis kapillarrom raskt fylles med forsøksfluidet, og det andre er å lette sammensetning av sensoren ved klebing av lokket til basisen. For å oppnå dette på en måte som tillater rask sammensetning av en stor mengde sensorer var det nødvendig å fremstille et belegg for påføring på lokket som:

i. adheres sterkt til lokk-forrådsmaterialet,

ii. er bøyelig og strekkbart nok til å overleve preging i tre sider av lokket,

iii. muliggjør rask fylling av kapillarrommet,

iv. muliggjør fylling over en basis som har en relativt hydrofob overflate (kontaktvinkel opptil 90°), v. muliggjør fylling med blod som har hematokritt på fra 0 til 60 når blod er forsøksfluidet,

vi. er ikke-klebrig under omgivelsesbetingelser,

vii. er i stand til å aktiveres og forsegles ved hjelp av varme tilført gjennom lokket fra en varm plate, ca. 165°C,

viii. er i stand til å danne en god binding med overflaten av basismaterialet,

ix. ikke vil interferere med de individuelle sensorene utskåret fra en tett rekke, og

x. overholder de ovenfor nevnte egenskapene i et tidsrom som er tilstrekkelig til å

tilveiebringe en sensor med tilfredsstillende holdbarhet.

Foreliggende oppfinnelse er en elektrokjemisk sensor for deteksjon av en analytt i en flytende forsøksprøve som innbefatter: a) en isolerende basis; b) et elektrodemønster på nevnte basis i operativ forbindelse med et enzym som reagerer med analytten for å produsere mobile elektroner;

og

c) et lokk av deformerbart materiale som et lokk av deformerbart materiale som tilveiebringer et konkavt areal i en del derav mens det etterlates en flat overflate

som omgir den konkave delen i en slik konfigurasjon at, når det føres sammen med basisen, danner lokket og basisen et kapillært rom hvori enzymet er tilgjengelig for direkte kontakt med flytende forsøksprøve som trekkes inn i kapillarrommet ved kapillarvirkning, hvori nevnte sensor har et polymert materiale over undersiden av lokket for å lette binding av lokket til basisen når de føres sammen, og for å øke den hydrofile naturen av kapillarrommet.

Konstruksjonen av sensoren hvormed foreliggende oppfinnelse befatter seg er vist i figur 1. Sensoren 34 består av isolerende basis 36 hvorpå det er trykket i sekvens (ved skjermtrykkingsteknikker) et elektrisk ledermønster 38, et elektrodemønster (39 og 40), et isolerende (dielektrisk) mønster 42 og endelig et reagenslag 44. Det elektriske ledende mønsteret 38 er valgfritt, men dets nærvær i sensoren er foretrukket for å redusere den samlede resistensen av sensoren. Funksjonen av reagenslaget er å omdanne glukose, eller en annen analytt, støkiometrisk til et kjemisk spesies som er elektrokjemisk målbart, ved strømmen det produserer, ved komponentene i elektrodemønsteret. De to delene 39 og 40 av elektrodetrykket tilveiebringer de to elektrodene som er nødvendige for den elektrokjemiske bestemmelsen. Elektrodeblekket, som er ca. 14 um tykt inneholder elektrokjemisk aktivt karbon. Komponenter av lederblekket er typisk en blanding av karbon og sølv, valgt for å tilveiebringe en vei av lav elektrisk resistens mellom elektrodene og måleren hvormed de er i operativ forbindelse, via kontakt med ledermønsteret ved fiskehaleenden av sensoren 45. Den typiske tykkelsen av hele strukturen er 6 um. Funksjonen av de dielektriske mønstere er å fremme reproduser-barheten av sensoravlesningen ved isolering av elektrodene fra forsøksprøven, bortsett fra i et definert areal 41 av elektrodemønsteret. Et definert areal er viktig i denne typen elektrokjemisk bestemmelse fordi den målte strømmen er avhengig både av konsentrasjonen av analytt og arealet av elektroden som eksponeres mot analytten inneholdende forsøksprøve. Et typisk dielektrisk lag innbefatter en UV-herdet akrylatmodifisert polyuretan som er ca. 10 um tykk. Den typiske tykkelsen av elektrodestrukturen er 6 um. Lokket 46, som er preget for å tilveiebringe et konkavt rom 48 og punktert for å tilveiebringe luftventilasjon 50, er sammenføyet til basisen 36 i en varme-forseglingsoperasjon. Basisen og lokket stilles først på linje med hverandre og presses deretter sammen ved hjelp av en oppvarmet metallplate, som er formet slik at kontakt oppnås bare med de flate, ikke-pregede områdene av lokket 52. Det vanndispergerbare polyuretanlaget på bunnoverflaten av lokket smeltes derved og tjener derved til å sammensmelte lokket 46 og basisen 36 ved avkjøling. En typisk temperatur for den oppvarmede platen er 165°C, mens trykket er 15,2 Mpa. Holding av lokket og basisen sammen under disse betingelser med hensyn til varme og trykk i 1 Va sekund gir den ønskede enhetlige sensoren med kapillarrommet for akseptans av den flytende forsøks-prøven. Polyuretanlaget binder til det øverste eksponerte laget (dielektrisk 42 med prikkede kanter) av basisen under de flate områdene av lokket. Alternativt er kantene av dielektrikumet svakt innsnevret (representert ved dielektrisk lag 42 med faste kanter), hvilket tillater polyuretan å binde med materialet av elektrode-trykkemønsteret 40. Dette er en foretrukket konfigurasjon fordi bindingsstyrken mellom polyuretanadhesivet og elektrodeblekket er større enn mellom adhesivet og det dielektriske materialet, slik at det derved tilveiebringes et mer lekkasjesikkert kapillarrom.

Egnede materialer for den isolerende basisen innbefatter polykarbonat, polyetylen og dimensjonsmessig stabile vinyl- og akrylpolymerer, såvel som polymerblandinger, så som polykarbonat/polyetylentereftalat. Lokket er typisk fremstilt fra et deformerbart polymert lagmateriale, så som polykarbonat, eller en pregbar kvalitet av polyetylentereftalat, eller glykolmodifisert polyetylentereftalat, mens det dielektriske laget kan være fremstilt av en akrylatmodifisert polyuretan som er herdbar ved ultrafiolett (UV) lys, en polyuretan som er herdbar ved UV-lys eller fuktighet, eller en vinylpolymer som er varmeherdbar.

Det vanndispergerbare polyuretanlaget på undersiden av lokket tjener til å øke den hydrofile naturen av kapillarrommet og å lette dets nære vedheng til basisen, enten ved binding til det dielektriske laget eller til elektrodematerialet.

Foreliggende oppfinnelse letter anvendelsen av et preget lokk (46, fig. 1) i motsetning til anvendelsen av en avstandsgiver (spacer) som i sensorelementene ifølge tidligere kjent teknikk hvori, istedenfor preging, de to sidene av det kapillære rommet er dannet ved en utskjæring i et spacermateriale som også bærer et trykkfølsomt adhesiv for å adhere basisen til spaceren og spaceren til lokket. Anvendelse av det pregede lokket gjør det mulig å unngå anvendelsen av en ekstra del, det vil si spaceren, og et antall bearbeidelsestrinn. Trinnene innbefattet i sammensetning av den spacerholdige sensoren er: i. fremstillingen av den fullstendige elektrodestrukturen innbefattende reagenslaget; et middel for å indusere veketransport av blod i kapillarrommet må innbefattes i det øvre laget; ii. tilsetning av et ekstra lag inneholdende et middel for å indusere veketransport av blod inn i det kapillære rommet; dette laget kan unngås dersom midlet er innbefattet i kjemilaget; iii. formkutting av en kapillarkanal i spacermaterialet som typisk er et laminat av slippmiddel/foirng/adhesiv/spacermateriale/adhesiv/slippforing; iv. slippforingen fjernes fra en side av spacermaterialet og spaceren festes til basisen; og v. slippforingen fjernes og lokket settes sammen med den andre siden av spaceren.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å fremstille en sensor ved:

i. trykking av elektroder på basismaterialet; ii. belegging av det bifunksjonelle laget på under overflaten av lokket; iii. preging av toppen og sidene av kapillarrommet inn i lokket; iv. sammenføring av lokket til basisen og forsegling av disse ved påtrykking av

varme og trykk.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte for fremstilling av en elektrokjemisk sensor for deteksjon av en analytt i en flytende forsøksprøve, kjennetegnet ved at den innbefatter: a) tilveiebringelse av en isolerende basis, som på overflaten har et elektrodemønster i operativ forbindelse med et enzym som reagerer med analytten for å produsere mobile elektroner; b) sammenføring av basisen med et lokk av et deformerbart materiale hvorav en del omfatter et konkavt areal med en flat overflate som omgir den konkave delen i en slik konfigurasjon at, når det sammenføres med basisen danner lokket og basisen et kapillært rom hvori enzymet er tilgjengelig for direkte kontakt med den flytende forsøksprøven i kapillarrommet, og lokket har et polymert lag over undersiden derav for å lette binding av lokket til basisen og øke den hydrofile naturen av kapillarrommet; og c) oppvarming av basisen og lokket mens det pålegges trykk dem imellom for å feste basisen til lokket.

Det bifunksjonelle belegget ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et ikke-klebrig adhesiv i motsetning til klebrigheten av et trykkfølsomt adhesiv. Følgelig er det ikke noe behov for å fjerne og avhende en slippforing før sammensetning og det oppnås en dramatisk reduksjon i problemene forbundet med sensorsammensetningsutstyret som forurenses ved adhesivmaterialet. Følgelig kan sensorene ifølge foreliggende oppfinnelse fremstilles ved sammenføring av en rekke av lokk med en tilsvarende rekke av basiser, og deretter utskjæring av individuelle sensorer fra rekken ved en stemplings-prosess. Et klebrig, trykkfølsomt adhesiv ville være inkompatibelt med dette stempel-trinnet på grunn av adhesivoppbygning i formene, hvilket ville nødvendiggjøre hyppig rensing og tapt produksjonstid.

De vanndispergerbare polyuretanene som anvendes ved foreliggende oppfinnelse er i stand til å bli nedlagt på lokk-forrådet i et mønster for å danne et ikke-klebrig lag under omgivelsesbetingelser. De kan aktiveres for sammensmelting til basisen ved en temperatur tilstrekkelig lav til å unngå skade på reagensene i reagenslaget samtidig som det dannes en god binding med ønskede lokkmaterialer som er holdbare, slik at det tilveiebringes god holdbarhet. Belegget øker også den hydrofile naturen av det indre av kapillarrommet på grunn av dets ionomere egenskap som sannsynligvis forårsaker at overflaten er signifikant ionisk av karakter. På grunn av disse dobbeltegenskapene kan de vanndispergerbare polyuretanene betegnes som et bifunksjonelt beleggingsmateriale.

Reaksjonen av et diisocyanat med ekvivalente mengder av en bifunksjonell alkohol, så som glykol, gir et enkelt lineært polyuretan. Disse produktene er uegnede for anvendelse ved fremstillingen av belegg, malinger og elastomerer. Når enkle polyglykoler først omsettes med dikarboksylsyrer i en polykondensasjonsreaksjon for å danne langkjedede polyesterdioler og disse produktene som generelt har en gjennomsnittlig molekylvekt mellom 300 og 2000 senere omsettes med diisocyanater, er resultatet dannelsen av polyesteruretaner med høy molekylvekt. Polyuretandispersjoner har vært kommersielt viktige siden 1972. Polyuretanionomerer er strukturelt egnede for fremstillingen av vandige to-fasesystemer. Disse polymerene som har hydrofile ioniske seter mellom overveiende hydrofobe kjedesegmenter er selvdispergerende og danner, under fordel-aktige betingelser, stabile dispersjoner i vann uten innvirkningen av skjærkrefter og i fravær av dispersjonsmidler. En fremgangsmåte for fremstilling av kationiske uretaner er ved omsetningen av et dibromid med et diamin. Dersom en av disse komponentene inneholder et langkjedet polyetersegment oppnås en ionomer. Alternativt kan poly-ammoniumpolyuretaner fremstilles ved først å fremstille et tertiært nitrogenholdig polyuretan og deretter kvaternisere nitrogenatomene i et andre trinn. Med utgangspunkt fra polyeterbaserte NCO-prepolymerer oppnås segmenterte kvaternære polyuretaner. Tilsvarende kan kationiske polyuretaner med tertiære sulfoniumgrupper fremstilles når den tert-aminoglykolen anvendes i stedet for tiodiglykol. Den ioniske enheten eller dens forstadium kan også være diisocyanatet eller del av en langkjedet polyeterdiol.

For å oppnå anioniske polyuretaner blir dioler som bærer en karboksylsyre- eller en sulfonatgruppe vanligvis innført og syregruppene deretter nøytralisert, f.eks. med tertiære aminer. Sulfonatgrupper bygges vanligvis via et diaminoalkansulfonat, etter som disse forbindelsene er oppløselige i vann og reaksjon med NCO-prepolymerer ikke i negativ retning påvirkes av vannet. De resulterende polyuretanharpiksene har inn-byggede ioniske grupper som tilveiebringer mekanisk og kjemisk stabilitet, såvel som gode filmdannelses- og adhesjonsegenskaper.

Den viktigste egenskapen av polyuretanionomerer er deres evne til å danne stabile dispersjoner i vann spontant under visse betingelser for å tilveiebringe et binært kolloidalt system, hvori en diskontinuerlig polyuretanfase er dispergert i en kontinuerlig vandig fase. Diameteren av de dispergerte polyuretanpartiklene kan varieres mellom ca. 10 og 5000 nm.

Oppløsninger av polyuretanionomerer i polare oppløsningsmidler, så som aceton, metyl-etylketon og tetrahydrofuran, danner spontant dispersjoner og vann røres inn. Det organiske oppløsningsmidlet kan da destilleres av for å gi oppløsningsmiddelfrie soler og latekser av ionomerene. Avhengig av innholdet av ioniske grupper og konsentrasjonen av oppløsningen dannes ionomerdispersjonen ved utfelling av de hydrofobe segmentene eller ved faseinversjoner av en innledningsvis dannet invers emulsjon.

Ved omdanning av en organisk oppløsning til en vandig dispersjon omsettes en polyester med 2000 molekylvekt basert på adipinsyre med overskudd heksametylen-diisocyanat for å gi en NCO-terminert prepolymer. Etter tilsetningen av en lik molar mengde av N-metyldietanolamin oppløst i aceton øker viskositeten mens polyaddisjon forløper. Ettersom viskositeten øker, tilsettes ytterligere mengder aceton for å holde blandingen rørbar. Det kvaternært nitrogenholdige segmenterte polyuretanet kvaterni-seres nå med dimetylsulfat. Dannelse av polyuretanionomeren resulterer i ytterligere økning i viskositet. De ioniske sentrene assosierer på en måte svarende til den for såper i parafinolje med en tilsynelatende økning i molekylvekt. Når vann langsomt tilsettes til en slik ionomeroppløsning øker viskositeten under tilsetningen av de første få milli-metrene vann. Tilsynelatende er den ioniske assosiasjonen reversibel og eventuelt vann tilstede reduserer den ioniske assosiasjonen for å tilveiebringe en klar oppløsning hvori ionomeren er molekylært dispergert. Ettersom mer vann tilsettes, øker viskositeten igjen selv om polymerkonsentrasjonen avtar. Dette er den første fasen av dannelsen av dispersjonen. Ytterligere tilsetning av vann produserer en turbiditet, som indikerer begyn-nelsen av dannelsen av en dispergert fase.Ytterligere tilsetning av vann øker turbiditet og endelig faller viskositeten, siden, på grunn av den ytterligere reduserte acetonkonsen-trasjonen, agglomeratene er rearrangert under dannelse av mikrosfærer. I denne til-standen er det en kontinuerlig vannfase og en diskontinuerlig fase av polyuretanpartikler som er svellet ved hjelp av aceton.

Det endelige trinnet ved fremstilling av den vandige dispersjonen er fjernelsen av aceton ved destillasjon. Turbiditeten øker og viskositeten reduseres på grunn av polymerkjede-opprulling eller krympning.

De fysikalske egenskapene av dispersjonen avhenger av en rekke parametre, så som kjemisk sammensetning, type og mengde ionisk gruppe, molekylvekt og fremstillings-fremgangsmåte. Diameteren av partiklene vil variere fra ca. 10 nm til 5 um og utseendet av dispersjonen kan variere mellom en opak gjennomskinnelig sol og en melkehvit dispersjon. Viskositeten og de rheologiske egenskapene kan også variere innenfor vide grenser, innbefattende Bingham-type viskositet og rheopeksi.

Ionomerer er utmerkede dispersjonsmidler. Acetonprosessen virker godt selv om bare en fraksjon av polyuretanet er ionisk, idet denne delen av materialet vil danne det ytre skallet av de relativt grove latekspartiklene.

Fremgangsmåten ovenfor for fremstilling av polyuretandispersjoner er universell; alle lineære polyuretaner som kan syntetiseres i organiske oppløsningsmidler kan modi-fiseres med ioniske grupper. På grunn av dets lave kokepunkt og lave toksisitet er aceton spesielt velegnet for fremstilling av polyuretandispersjoner.

Konstruksjonen av en sensor ifølge foreliggende oppfinnelse oppnås i henhold til følgende generelle eksempel:

Generelt eksempel

I dette eksempelet fremstilles et stort antall sensorlokk fra et sammenrullet lag av polykarbonat som er rullet opp for å danne en flat overflate. Dette laget refereres til som lokk-forråd, idet det vil være kilden for et stort antall lokk.

En bifunksjonell beleggingsoppløsning, innbefattende en vandig polyuretandispersjon, spres på en side av et polykarbonatlag (175 um tykt) ved å anvende en trådvunnet stav

eller en spalteformbelegger og lufttørkes. Den tørkede belagte tykkelsen er i området fra 17 nm til 50 um, mens den våte beleggingstykkelsen er i området fra 35 um til 125 um, for et typisk faststoffinnhold på 40 til 50 %. Tørking kan foregå ved omgivelsestempera-tur eller ved tvunget tørking under en strøm av luft ved 70°C. Det bifunksjonelle laget har en viss klebrighet i en kort periode etter tørking, og når laget gjenoppvikles innføres en temporær foring eller mellomlag i kontakt med belegget, og belegget er i kontakt med foringen av polykarbonatet. Etter en periode på få timer er den innledende klebrigheten tapt og tillater polykarbonat-lokk-forrådet å rulles ut uten skade på belegget. Egnede materialer for foringen er polyolefiner eller polyetylentereftalat i en tykkelse på fra 25 til 75 nm.

Det neste trinnet av bearbeidelse innbefatter preging av de konkave arealene av lokkene og stempling av forskjellige hull i polykarbonatlaget for registrering og sporing (tracking). Laget oppspaltes deretter longitudinelt for å gi et bånd av sensorlokk i en linje som deretter rulles opp. Det er vesentlig at adhesivet er ikke-klebrig, slik at det verken kleber til prege- og stempleverktøyet eller til den motsatte siden av poly-karbonatbæreren mens det opprulles i båndform. Det er også vesentlig at klebemidlet ikke danner gummiformige avsetninger på stemple- og pregeverktøyet, som ville nødvendiggjøre hyppig rensing.

Basisforrådet, typisk av polykarbonat, trykkes med forskjellige blekk for å danne elektrodene og overbelegges deretter med et dielektrisk lag i et på forhånd bestemt mønster utformet for å etterlate en ønsket overflate av elektroden eksponert. Det bifunksjonelle materialet må klebe til det dielektriske materialet når lokket tilføres direkte til det dielektriske laget. For å sammensette lokk-forrådet på basisen vikles det kontinuerlige båndet av lokk-forråd ut og føres gjennom en spesiell laminator hvor det

registreres og deretter kombineres med et bånd av basisforrådet under innvirkningen av varme og trykk. Det er ønskelig at varmeforseglingsprosessen tar ca. ett sekund, hvilket

krever et adhesiv som er i stand til meget raskt å danne en sterk binding. Etter varmeforsegling vikles det kontinuerlige båndet av laminat opp på en rull.

For å danne individuelle sensorer fra laminatbåndet føres laminatet gjennom stemplings-utstyr hvori individuelle sensorer stemples ut fra båndet og deretter plasseres i en bufret preparator for å bli plassert i en foliebærerpakning for lagring. Igjen er det vesentlig at adhesivet ikke danner gummi eller flyter ut og danner avsetninger i stemplingsmekanismen. Det er også vesentlig at adhesivet er klebefritt, slik at sensoren ikke kleber til stempelet og på pålitelig måte overføres til bufferen og fra bufferen til blærepakningen hvorfra den vil tømmes. Følgelig må beleggets smeltepunkt være høyt nok til å forhindre utilsiktet smelting og resulterende klebing fra friksjonsoppvarming under smelteprosessen. Videre må adhesivbindingsstyrken mellom lokk-forrådet og basisforrådet være sterkt nok til å motstå delaminerende avskallingskrefter som genereres under denne stempleoperasjonen.

I den foretrukne fremgangsmåten for anvendelse av sensorene er de forpakket i en sirkulær skive som har ti individuelle kammere (blærer) anordnet radielt. Skiven er fremstilt av et aluminiumfolie/plastlaminat som er forseglet for å isolere sensoren fra omgivende fuktighet og fra andre sensorer med et bristefoliedekke, hvilken skive er montert i et spesielt utformet instrument. Sensoren holdes tørr ved hjelp av et tørke-, middel anbragt inne i de individuelle kammerne. For å få ut en sensor drives en kniv gjennom bristefolien inn i det individuelle avlange kammeret ved enden nærmest sentrum av skiven og beveges deretter radielt mot omkretsen av blæren. Under dette engasjerer kniven bakenden (fiskehalen) av sensoren i dette kammeret. Radiell bevegelse av kniven puffer tuppen av sensoren ut gjennom bristefolien og gjennom deler av instrumentet, slik at nesen av sensoren er fullstendig ute av instrumentet og er klar til å motta en flytende forsøksprøve, f.eks. blod. For dette trinnet er det vesentlig at bindingen mellom basis og lokket av sensoren motstår skjærkreftene som genereres når sensoren brister ut gjennom folien. Denne fremgangsmåten for å tilveiebringe en sensor klar for bruk er mer fullstendig beskrevet i US-patent nr. 5 575 403.

Endelig berører sensortuppen, inneholdende åpningen til kapillarrommet, en liten dråpe av den flytende forsøksprøven som typisk er blod ved hjelp av et fingerstikk. Blodet trekkes raskt opp i kapillaret hvor interaksjonen med enzymet initieres og instrumentet gis signal for å initiere tidtakingssekvensen. Det er vesentlig at blod trekkes meget raskt inn i kapillarrommet, uansett dets romlige orientering for at tidtakingssekvensen kan initieres.

Det bifunksjonelle belegget ifølge foreliggende oppfinnelse er basert på en vanndispergerbar polyuretan fremstilt som beskrevet tidligere. En spesiell nyttig formulering er "Dispercoll U 53 BC" fra Bayer AG, som er en lineær alifatisk polyesteruretan basert på heksametylendiisocyanat (HDI) og isoforondiisocyanat (IPDI) i vandig dispersjon med en midlere partikkelstørrelse på 100 nm. Dette produktet, hvis samlede vekt-prosent faststoffer i vandig dispersjon er 40 ± 1, har en viskositet ved 23°C (cps/mpa)

(Brookfield LVF, spindel 2, 30 opm) på <600. Den hvite flytende dispersjonen har en spesifikk tetthet på 1,2 g/cm<3> og polymeren viser et høyt nivå av krystallisering. Dispersjonens spesifikke vekt er 1,1, dens pH er 7 og den bærer en anionisk partikkel-ladning. Fabrikanten anbefaler at den holdes ved en pH på 6-8, idet sure eller sterkt alkaliske betingelser kan forårsake tap av egenskaper på grunn av hydrolytisk ned-brytning av polymeren.

"Dispercoll U" handelsnavnet for en rekke vandige, kolloidale dispersjoner av hydroksypolyuretanpolymerer av høy molekylvekt er foretrukket for anvendelse i foreliggende oppfinnelse. Fordi det fremstilles ved den tidligere beskrevne ionomer-prosessen inneholder disse dispersjonene bare små mengder emulgeringsmidler, mens de fremdeles viser utmerket mekanisk og kjemisk stabilitet.

Forskjellige andre materialer kan kombineres med uretandispersjonen for å fremme egenskapene med adhesjon og hydrofilisitet som gjør den nyttig i fremstillingen av sensorer. Tilsetningen av overflateaktive midler vil øke fuktbarheten av overflaten av den tørkede polyuretanfilmen for å fremme evnen av forsøksfluider, så som blod, til å tre inn i kapillarrommet. Følgelig er tilsetningen av overflateaktive midler, så som natriumsaltet av et oktylfenoksypolyetoksyetylsulfat ("Triton W30"), et fluorkarbon, så som et aminperfluoralkylsulfonat ("Fluorad FC 99"), et kaliumsalt av et fluoralkyl-karboksylat ("Fluorad FC 129") eller en anionisk eller en nøytral fluorsurfaktant, så som "Zonyl FSA" eller "Zonyl FSN" nyttig for å øke evnen av kapillarrommet til å trekke forsøksfluid inn og unngå defekter under beleggingsfremgangsmåten ved å forbedre fuktingen av substratet. Det er et optimalt område av konsentrasjon for hvert overflateaktivt middel, det vil si nok til å tilveiebringe god hydrofil natur i kapillarrommet av sensoren, men ikke nok til å redusere bindingsstyrken mellom lokket og basis. Konsen-trasjoner varierer typisk fra 0,05 % til 0,2 vekt-% av polyuretandispersjonen.

Tilsetningen av en sekundær polymer eller kopolymer, så som "Airflex 400" vinylacetat-etylenkopolymer, "Elvace 40705" eller "40722" i mengder opptil 33 vekt-% av dispersjonen kan anvendes for å styrke bindingen mellom lokket og laget av dielektrisk materiale. Vinylacetat-kopolymerer, så som "Flexbond 150" fra Air Products kan også anvendes i en mengde på opptil ca. 10 vekt-% av dispersjonen for å fremme bindingsstyrke mellom lokket og det dielektriske laget. Dette er spesielt viktig når det dielektriske laget inneholder silisiumadditiver som anti-skummemidler.

Fortykningsmidler, så som "Acrysol RM-8", som er et polyuretan-assosiativt for-tykningsmiddel, kan tilsettes til dispersjonen for å heve dens viskositet for lettere

belegging og forhindre oppsprekking av polyuretanlaget under tørking. Et fargemiddel, så som "Erioglaucin" fra Sigma Chemical Company, en vannoppløselig blå kromofor, kan tilsettes til beleggingsmaterialet som et visualiserende middel. Den følgende tabell A angir 8 preparater for det bifunksjonelle belegget som er nyttige ved fremstilling av sensoren med hvilken foreliggende oppfinnelse befatter seg.

Foreliggende oppfinnelse er videre illustrert ved hjelp av de følgende eksemplene: Eksempel 1 - Vanndispergerbart polyuretan U53 som bifunksjonelt lag.

Komponenter ble kombinert i rekkefølgen vist i tabell 1 med grundig blanding.

Oppløsningen ble tillatt å stå i et antall timer for å tillate innesluttede bobler å slippe ut og ble deretter belagt på et polykarbonatlag (190 um tykt) ved anvendelse av en #38 trådvunnet stav for å gi en våt tykkelse på 0,0033 cm. Etter tørking ved 50°C i 3 minutter under en strøm av luft oppvarmet til 60° var filmen av den tørr sammen-setningen 0,0033 cm/35 um tykk. Denne filmen var klebrig, men kunne rulles opp med et polyetylen-mellomark. Etter et tidsrom på flere timer ble dette mellomarket fjernet uten skade på filmen, idet det ble etterlatt en glatt, ikke-klebrig overflate. Dette materialet ble deretter stemplet og dannet i mekaniske verktøy for å generere den pregede, konkave formen av lokket som angitt i figur 1. En polykarbonat-isolerende basis ble trinnvis trykket med følgende blekk: et ledermønster ved anvendelse av polymer-tykk filmsammensetning 5085 fra duPont; et dielektrisk mønster ved anvendelse av polymer-tykk filmsammensetning 7102T, også fra duPont, et dielektrisk mønster ved anvendelse av RDMSK 4954 fra Norcote. Dette dielektriske materialet inneholder normalt en liten mengde av det overflateaktive midlet "Silwet 77". For forsøksformål ble visse trykk utført uten dette overflateaktive midlet. Det pregede lokk-forrådet ble stilt på linje med det egnede området av basismaterialet og varmeforseglet med en varm plate ved en temperatur på 165°C med påtrykking på ca. 13.790 kPa i et tidsrom på 1 sekund. Lokk-forrådet ble smeltet direkte på det dielektriske belegget på basisen.

Den ferdige sensoren ble montert vertikalt med kapillaråpningen vendende nedover og en liten dråpe blod (7 ul) ble hevet, slik at den bare knapt berørte åpningen. Tiden det tar for blodet å bevege seg vertikalt oppover fra fronten til enden av kapillaret (en avstand på 4 mm) ble målt ved hjelp av et videokamera. Fylletidene er angitt i tabell 2.

For å måle avskallingsstyrken av bindingen mellom lokket og det dielektriske laget på basisen, 0,508 cm x 1,02 cm lukket areal mellom lokk-basisen og basisen ble utført ved holding av basisen og avskalling av lokk-basisen ved en vinkel på 90°. Den midlere kraften i p.l.i. (pund pr. lineær tomme) nødvendig for å gjøre dette ble målt og er angitt i tabell 2.

I dette forsøket hadde basisen ikke noe reaksjonslag. Ikke desto mindre ble det vist sterk bindingsstyrke og en meget rask fylletid over lagringsbetingelsene på 4° til 40°. Innbe-fatning av det overflateaktive midlet "Silwet L-77" i det dielektriske laget hadde en neglisjerbar effekt.

Eksempel 2 - Vanndispergerbar polyuretan kombinert med den sekundære polymeren "Flexbond 845".

Filmen ble fremstilt og testet som i det foregående eksempelet med resultater som angitt i tabellene 3 og 4. Forsøksresultatene viser god bindingsstyrke og rask blodfylling selv

ved høy hematokritt ved lagring ved kjøleskapstemperaturer. Vinylakrylat-kopolymeren er valgfri i forbindelse med det bifunksjonelle beleggingsmaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse. Det kan fordelaktig anvendes i situasjoner så som de hvori det dielektriske laget ikke danner en langvarig binding med polyuretan.

Eksempel 3 - Vanndispergerbar polyuretan "U 53" med det overflateaktive midlet "Triton W30".

Denne filmen ble fremstilt som i de foregående eksemplene med komponentene tilsatt i den angitte rekkefølgen. Fylletider med superscript 1 tilsvarer sensorer uten reagenslag som ble testet etter 10 ukers lagring. Sensorene med superscript 2 hadde trykkede reagenslag av glukoseoksydase/kaliumferricyanid i poly(etylenoksyd) under det dielektriske laget og partielt eksponert gjennom åpningen i dette laget. Resultatene av dette forsøket er angitt i tabellene 5 og 6.

Disse data demonstrerer høy bindingsstyrke og raske fylletider under alle lagrings-betingelser undersøkt, selv med blod med ekstremt høy hematokritt. Nærværet av

overflateaktivt middel i det dielektriske materialet forårsaker en svak forbedring i fylletider. Dette eksempelet demonstrerer gode fylletider for både normalt blod og blod med høy hematokritt, selv etter at sensoren var belastet. Fire sammenligningssensorer med et reagenslag ble sammensatt ved anvendelse av lokk-forrådet som var utstemplet og dannet som beskrevet, men som ikke hadde det bifunksjonelle belegget. Disse sensorene ble holdt sammen ved hjelp av dobbeltsidig limband. Fylletiden for disse nyfremstilte sensorene var mer enn 11 sekunder, hvilket indikerer at det bifunksjonelle belegget ifølge foreliggende oppfinnelse er kritisk for rask fylling av kapillarrommet.

Eksempel 4 - Vanndispergerbar polyuretan U 53" kombinert med sekundær kopolymer "Airflex 400" vinyletylen-emulsjon og "Fluorad FC 99".

Filmen ble fremstilt og testet som i det første eksempelet, bortsett fra at basisen hadde et reaksjonslag over de trykkede elektrodene. Resultatene er angitt i tabeller 7 og 8.

Fra data presentert i tabellene 7 og 8 kan det bestemmes at en kombinasjon av et annet overflateaktivt middel og en annen sekundær polymer gir utmerkede fylletider med blod av normal og høy hematokritt uten å kreve kjølelagring.

Eksempel 5 - Vanndispergerbar polyuretan "U 54" kombinert med "Elvase 40722" vinylacetat-etylenemulsjon, "Flexbond 150" polyvinylacetat basert generelt trykkfølsom emulsjon, og overflateaktivt middel "Fluorad FC 129".

Data generert ved anvendelse av denne formuleringen er angitt i tabeller 9 og 10.

Dette eksempelet demonstrerer utmerket virkning med en annen vannoppløselig polyuretan.

Claims

1. Elektrokjemisk sensor for deteksjon av en analytt i en flytende forsøksprøve, karakterisert ved at den innbefatter: a) en isolerende basis; b) et elektrodemønster på nevnte basis i operativ forbindelse med et enzym som reagerer med analytten for å produsere mobile elektroner; og c) et lokk av deformerbart materiale som tilveiebringer et konkavt areal i en del derav mens det etterlates en flat overflate som omgir den konkave delen i en slik konfigurasjon at, når det føres sammen med basisen, danner lokket og basisen et kapillært rom hvori enzymet er tilgjengelig for direkte kontakt med flytende forsøksprøve som trekkes inn i kapillarrommet ved kapillarvirkning, hvori nevnte sensor har et polymert materiale over undersiden av lokket for å lette binding av lokket til basisen når de føres sammen, og for å øke den hydrofile naturen av kapillarrommet.

2. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymere materialet innbefatter et polyuretan stabilisert med overflateaktivt middel.

3. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at polymermaterialet innbefatter en vanndispergerbar polyuretanionomer.

4. Sensor ifølge krav 3, karakterisert ved at polyuretanionomeren er anionisk.

5. Sensor ifølge krav 4, karakterisert ved at polyuretanionomeren er en lineær alifatisk polyesteruretan basert på heksametylen-diisocyanat og isoforon-diisocyanat.

6. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at polymeren er en vinylacetat-etylenkopolymer.

7. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at det er et elektrisk ledende lag på overflaten av den isolerende basisen og elektrodemønsteret er på overflaten av det ledende laget og i elektrisk ledende kontakt med dette.

8. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at lokket tilføres til basisen slik at direkte kontakt mellom lokket og basisen er ved elektrodeoverflaten og undersiden av lokket.

9. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at det er et lag av dielektrisk materiale mønstret over elektrodemønsteret slik at bare en del av elektroden, som bestemt ved mønsteret av det dielektriske laget, er tilgjengelig for direkte kontakt med den flytende forsøksprøven.

10. Sensor ifølge krav 9, karakterisert ved at lokket er konfigurert slik at dets kanter stemmer overens med det dielektriske laget.

11. Sensor ifølge krav 9, karakterisert ved at det dielektriske laget er konfigurert slik at det etterlater en del av elektrodemønsteret eksponert for direkte kontakt med de flate overflatene av lokket.

12. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at enzymet er en oksidoreduktase.

13. Fremgangsmåte for fremstilling av en elektrokjemisk sensor for deteksjon av en analytt i en flytende forsøksprøve, karakterisert ved at den innbefatter: a) tilveiebringelse av en isolerende basis, som på overflaten har et elektrodemønster i operativ forbindelse med et enzym som reagerer med analytten for å produsere mobile elektroner; b) sammenføring av basisen med et lokk av et deformerbart materiale hvorav en del omfatter et konkavt areal med en flat overflate som omgir den konkave delen i en slik konfigurasjon at, når det sammenføres med basisen danner lokket og basisen et kapillært rom hvori enzymet er tilgjengelig for direkte kontakt med den flytende forsøksprøven i kapillarrommet, og lokket har et polymert lag over undersiden derav for å lette binding av lokket til basisen og øke den hydrofile naturen av kapillarrommet; og c) oppvarming av basisen og lokket mens det pålegges trykk dem imellom for å feste basisen til lokket.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at det er et lag av dielektrisk materiale mønstret over elektrodemønsteret slik at bare en del av elektroden, som forutbestemt ved mønsteret av det dielektriske laget, er tilgjengelig for direkte kontakt med den flytende forsøksprøven.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at det dielektriske laget er konfigurert slik at de flate overflatene av lokket stemmer overens utelukkende med det dielektriske laget.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at det dielektriske laget er konfigurert slik at det etterlater i det minste en del av elektrodemønsteret eksponert for direkte kontakt med de flate overflatene av lokket.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at polymerlaget på undersiden av lokket innbefatter en polyuretan stabilisert med overflateaktivt middel.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at polymerlaget innbefatter en vanndispergerbar polyuretanionomer.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at polyuretanionomeren er anionisk.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at den anioniske polyuretanionomeren er en lineær alifatisk polyesteruretan basert på heksametylen-diisocyanat og isoforon-diisocyanat.