PL194818B1 - Sposób wytwarzania urządzeń analitycznych - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania urzadzen analitycz- nych ze strefa aktywna kapilarnie, znamienny tym, ze przygotowuje sie warstwe nosna (1), na warstwie nosnej (1) laminuje sie warstwe dystansujaca (2) a nastepnie przez warstwe dystansujaca (2) laminowana na warstwie no- snej (1) ustala sie ksztalt strefy aktywnej kapi- larnie (8), zwlaszcza poprzez przebijanie, wyci- nanie lub wytlaczanie konturu, przy czym frag- menty warstwy dystansujacej (2) juz niepo- trzebne do nadania ksztaltu strefie aktywnej kapilarnie usuwa sie z warstwy nosnej (1) oraz na warstwie dystansujacej (2) umieszcza sie warstwe pokrywowa i tworzy sie strefe aktywna kapilarnie (8) urzadzenia analitycznego. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania urządzeń analitycznych ze strefą aktywną kapilarnie, zwłaszcza analitycznych elementów testowych do badań próbek ciekłych. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania urządzeń analitycznych z materiałów w postaci taśmy.

Tak zwane testy na nośnikach (nośniki testowe, elementy testujące) stosowane są często do jakościowego lub ilościowego oznaczania analitycznego składników próbek ciekłych, np. płynów ustrojowych, jak krew, serum lub mocz. W testach tych reagenty są związane z odpowiednimi warstwami nośnika stałego, który kontaktuje się z ciekłą próbką. Jeżeli obecny jest szukany składnik, reakcja próbki ciekłej i reagentów prowadzi do mierzalnego sygnału, zwykle zmiany barwy, która może być oceniona wizualnie lub z pomocą przyrządu, np. fotometrii odbiciowej.

Elementy testujące lub nośniki testowe występują często w postaci pasków testowych, które zasadniczo składają się z wydłużonej warstwy nośnej, wykonanej z tworzywa sztucznego i warstw wykrywających jako stref testowych, umocowanych na warstwie nośnej. Jednakże znane są nośniki testowe wykonane w postaci kwadratowych płytek.

Elementy testujące, stosowane w diagnostyce klinicznej dla oceny wizualnej lub spekrometrią odbiciową, często konstruowane są tak, że strefa naniesienia próbki i strefa detekcji znajdują się prostopadle jedna nad drugą tak, że na przykład nanosi się próbę z góry na strefę nanoszenia próbki, a zmianę koloru obserwuje się z dołu. Ten sposób konstrukcji jest problematyczny. Jeżeli pasek testowy z naniesioną próbką ma być włożony do urządzenia, na przykład do fotometru odbiciowego w celu pomiaru, może dojść do kontaktu potencjalnie zakaźnego materiału próbki z częściami urządzenia co może je zanieczyścić. Ponadto trudno jest uzyskać dozowanie ściśle określonych objętości, zwłaszcza w przypadkach, gdy paski testowe używane są przez osoby nie przeszkolone, na przykład w samodzielnych testach kontrolnych poziomu cukru u diabetyków. Ponadto, konwencjonalne elementy testujące ze względu na swą budowę wymagają często stosunkowo dużych objętości próbek w celu uzyskania odpowiednich pomiarów. Im większa wymagana objętość próbki, tym pobieranie próbki może być bardziej bolesne dla pacjenta, u którego pobiera się próbkę krwi do badania. Dlatego celem jest dostarczenie pasów testowych, wymagających możliwie najmniejszej ilości materiału próbki.

Stosowanie analitycznych elementów testowych ze strefą aktywną kapilarnie jest jednym ze sposobów wygodnego odmierzania małych objętości próbek, typowo kilku mikrolitrów, i przenoszenia ich wewnątrz elementu testowego. Tego typu elementy testowe są już opisane w literaturze.

EP-B 0138152 opisuje kuwetkę jednorazową, która odpowiednia jest do prawie natychmiastowego pobierania ciekłej próbki do komory próbki dzięki szczelinie kapilarnej i pomiaru tej próbki. Reagenty mogą być zawarte wewnątrz pustej przestrzeni kapilary. Przestrzeń ta jest przynajmniej częściowo otoczona błoną półprzepuszczalną. Reagenty mogą na przykład być zawarte wewnątrz jako pokrycie ścian lub przez wbudowanie ich w błonę półprzepuszczalną.

EP-A-0287883 opisuje element testowy wykorzystujący szczelinę między warstwą detekcyjną i biernym nośnikiem do dozowania objętościowego. W celu napełnienia przestrzeni kapilarnej, element testowy zanurza się do badanej próbki, co wymaga dużych objętości i dlatego tego typu dozowanie objętościowe jest korzystnie stosowane w badaniach próbek materiału dostępnego w dużych ilościach, jak mocz.

Analityczny element testowy ze strefą aktywną kapilarnie znany jest również z EP-A 0212314. W celu wykonania tego elementu proponuje się umieszczenie między dwoma warstwami z plastiku warstwy pośredniej, zawierającej wycięcie odpowiadające strefie aktywnej kapilarnie. Według EP-A 0212314 wycięcie to już powinno być obecne w warstwie pośredniej przed montażem całości. Dokładne i odtwarzalne umieszczenie warstwy pośredniej, która już zawiera wycięcie jest trudne i skomplikowane w trakcie montażu elementu testowego, zwłaszcza gdy stosuje się giętkie warstwy pośrednie, takie jak na przykład dwustronne taśmy samoprzylepne.

Przedmiotem wynalazku jest eliminacja trudności znanych ze stanu techniki.

Przedmiotem wynalazku jest zwłaszcza sposób, w którym wytwarzanie urządzeń analitycznych może odbywać się tanio, powtarzalnie i dokładnie.

Sposób wytwarzania urządzeń analitycznych ze strefą aktywną kapilarnie, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że przygotowuje się warstwę nośną, na warstwie nośnej laminuje się warstwę dystansującą a następnie przez warstwę dystansującą laminowaną na warstwie nośnej ustala się kształt strefy aktywnej kapilarnie, zwłaszcza poprzez przebijanie, wycinanie lub wytłaczanie konturu, przy czym fragmenty warstwy dystansującej już niepotrzebne do nadania kształtu strefie aktywnej

PL 194 818 B1 kapilarnie usuwa się z warstwy nośnej oraz na warstwie dystansującej umieszcza się warstwę pokrywową i tworzy się strefę aktywną kapilarnie urządzenia analitycznego. Jako warstwę dystansującą stosuje się dwustronną taśmę klejącą a jako warstwę pokrywową stosuje się warstwę składającą się z jednej lub kilku części.

Korzystnie jako warstwę pokrywową stosuje się warstwę składającą się co najmniej częściowo z analitycznej wykrywającej błony.

Warstwę dystansującą laminuje się na warstwie nośnej bezpośrednio przed przebijaniem, wycinaniem lub wytłaczaniem.

Jako warstwę nośną, warstwę dystansującą i warstwę pokrywową stosuje się korzystnie warstwy o postaci taśmy.

Zgodnie ze sposobem uzyskuje się kontur poprzez wycinanie ciągłe na wycinarce rotacyjnej. Korzystnie ten kontur uzyskuje się poprzez wycinanie na wycinarce, która zawiera rolkę wycinającą i wałek dociskający.

Urządzenia analityczne oddziela się po nałożeniu warstwy pokrywowej przez odcięcie lub wycięcie.

Przedmiotem wynalazku jest taki sposób wytwarzania urządzeń analitycznych ze strefą aktywną kapilarnie, w którym:

(a) przygotowuje się warstwę nośną;

(b) na warstwie nośnej laminuje się warstwę dystansującą;

(c) przez warsSwę dystansującą laminowaną na warwie nośnej przebija się, wycina lub wytłacza kontur, który wyznacza kształt strefy aktywnej kapilarnie;

(d) te fragmenty warstwy dystansującej, które są niepotrzebne do nadania kształtu strefie aktywnej kapilarnie usuwa się z warstwy nośnej; oraz (e) na warsswie dystansującej umieszcza się warsSwępokrywową dla uuworzenia s^efy aktywnej kapilarnie a także wytwarza się tym samym urządzenia analityczne.

W sensie wynalazku jako urządzenia analityczne rozumie są urządzenia, które mogą automatycznie pobierać próbki ciekłe przy pomocy strefy aktywnej kapilarnie zawartej w urządzeniu, tj. przy pomocy sił kapilarnych oraz udostępnić te próbki dla natychmiastowej lub późniejszej analizy. Strefa aktywna kapilarnie może być obecna w postaci szczeliny kapilarnej lub może być wytworzona z użyciem materiałów porowatych aktywnych kapilarnie, takich jak np. sploty włókien, papier lub membrany.

Urządzeniami analitycznymi mogą być korzystnie analityczne elementy testowe, w których odpowiednie reakcje pozwalające na oznaczenie obecności lub ilości badanej substancji w próbce zachodzą już w trakcie lub po pobraniu próbki cieczy. Jednakże, urządzeniami testowymi w sensie wynalazku mogą być również kuwetki lub pipetki, które jedynie pobierają próbkę w strefie kapilarnej i które albo uwalniają znów próbkę do celów analitycznych lub w których dokonuje się analiza bez następujących reakcji. Urządzenia analityczne mogą oczywiście być użyte również do przechowywania próbek cieczy.

Obecność strefy aktywnej kapilarnie w urządzeniach analitycznych według wynalazku umożliwia automatyczne pobieranie określonej objętości próbki, jeżeli strefa aktywna kapilarnie wytworzona jest wystarczająco dokładnie i odtwarzalnie. Strefa aktywna kapilarnie może mieć każdy żądany kształt, o ile kapilarność zapewniona jest przynajmniej w jednym wymiarze. Strefa aktywna kapilarnie może być w rzucie na płaszczyznę trójkątna, prostokątna lub półkolista, przy czym korzystnie jest, by kąty obrysowanych powierzchni były zaokrąglone, jako zabezpieczenie przed ryzykiem pozostałości kleju w strefie aktywnej kapilarnie. Korzystnymi strefami aktywnymi kapilarnie według wynalazku są strefy o geometrii w zasadzie prostopadłościennej, tj. z w zasadzie prostokątnym rzutem na płaszczyznę.

Jako warstwę nośną do wytwarzania urządzeń analitycznych według wynalazku takich jak elementy testowe, stosować można wiele typowych materiałów, np. folie metalowe lub plastikowe, pokrywany papier lub tekturę oraz - mimo że mniej korzystnie szkło. Jeżeli urządzenie analityczne stosowane jest w badaniach cieczy niepolarnych, odpowiednią kapilarność strefy kapilarnej urządzenia analitycznego wytwarzanego według wynalazku uzyskuje się od razu, stosując niepolarne warstwy nośne, np. folie plastikowe. W celu osiągnięcia odpowiedniej kapilarności przy badaniu próbek wodnych, takich jak wodne próbki płynów biologicznych, jak krew, serum, mocz, ślina lub pot, korzystnym jest gdy stosowany materiał nośny ma powierzchnię hydrofilową, przynajmniej na stronie skierowanej do strefy aktywnej kapilarnie. W tej relacji powierzchnie hydrofilowe są powierzchniami przyciągającymi wodę. Próbki wodne, w tym krew, dobrze rozpływają się na takich powierzchniach. Powierzchnie takie

PL 194 818 B1 charakteryzuje się między innymi tym, że kropla wody na nich umieszczona tworzy ostry kąt zwilżania z powierzchnią (porównaj na przykład szczegóły w rozdziale „Benetzung” w „CD Rompp Chemie Lexikon”, wersja 1,0, 1995). Przeciwnie, kąt rozwarty tworzy się na granicy między kroplą wody a powierzchnią hydrofobową, tj. powierzchniami odpychającymi wodę.

Kąt zwilżania będący wynikiem napięć powierzchniowych cieczy badanej i badanej powierzchni jest miarą hydrofilności powierzchni. Na przykład woda ma napięcie powierzchniowe równe 72 mN/m. Jeżeli wartość napięcia powierzchniowego badanej powierzchni jest znacznie mniejsza niż ta wartość, tj., więcej niż 20 mM/m poniżej tej wartości, wtedy zwilżanie jest słabe i uzyskany kąt zwilżania jest rozwarty. Powierzchnia taka nazywana jest hydrofobową. Jeżeli napięcie powierzchniowe zbliża się do wartości stwierdzanej dla wody, zwilżanie jest dobre i kąt zwilżania ostry. Jeżeli przeciwnie, napięcie powierzchniowe jest takie samo lub większe od wartości dla wody, wtedy kropla rozlewa się i następuje całkowite rozpłynięcie cieczy. Nie można w tym przypadku zmierzyć kąta zwilżania. Powierzchnie tworzące kąt zwilżania ostry z kroplami wody lub na których zachodzi całkowite rozpłynięcie kropli wody, nazywane są hydrofilowe.

Zdolność kapilary do wciągania wody zależy od zwilżalności powierzchni kapilary przez ciecz. Dla próbek wodnych oznacza to, że kapilara powinna być wykonana z materiału, którego napięcie powierzchniowe osiąga prawie 72 mN/m lub przekracza tę wartość. Wystarczająco hydrofilowymi materiałami do wykonania kapilary, która łatwo wciąga próbki wodne, są na przykład szkło, metal lub ceramika. Jednakże materiały te są często nieodpowiednie do wykorzystania w urządzeniach analitycznych takich jak nośniki testowe, ponieważ mają one pewne niekorzystne cechy, takie jak ryzyko pęknięcia w przypadku szkła lub ceramiki lub zmiany właściwości powierzchniowych z upływem czasu, w przypadku licznych metali. Dlatego do wykonania urządzeń analitycznych zwykle stosuje się folie plastikowe lub plastikowe części formowane wtryskowe. Z reguły stosowane plastiki mają napięcie powierzchniowe z rzadka przekraczające 45 mN/m. Nawet w przypadku względnie hydrofilowych plastików jak polimetakrylan metylu (PMMA) lub poliamidu (PA) możliwe jest, jeżeli w ogóle, wykonanie kapilar bardzo wolno wciągających wodę. Kapilary wykonane z plastików hydrofobowych, jak na przykład polistyren (PS), polipropylen (PP) lub polietylen (PE) w zasadzie nie wciągają wodnych próbek. W konsekwencji konieczne jest nadanie właściwości hydrofilowych, tj. hydrofilizowanie, plastikom stosowanym do wykonania urządzeń analitycznych ze strefą aktywną kapilarnie, takich jak np. elementy testowe ze szczeliną kapilarną.

W korzystnej wersji sposobu wytwarzania urządzeń analitycznych według wynalazku, przynajmniej jedna, ale korzystnie dwie, a szczególnie korzystnie dwie przeciwległe powierzchnie tworzące wewnętrzną powierzchnię kanału zdolnego do kapilarnego transportu cieczy są hydrofilizowane. Jeżeli więcej niż jedna powierzchnia jest hydrofilizowana, wtedy powierzchnie hydrofilizować można stosując te same lub różne sposoby. Hydrofilizowanie jest szczególnie konieczne, gdy materiały tworzące aktywny kapilarnie kanał, zwłaszcza warstwa nośna, są same z siebie hydrofobowe lub jedynie bardzo słabo hydrofilowe, ponieważ na przykład składają się z niepolarnych plastików. Plastiki niepolarne, takie jak na przykład polistyren (PS), polietylen (PE), tereftalan polietylenu (PET) lub polichlorek winylu (PVC) są korzystne jako materiały nośne, ponieważ nie absorbują wodnych próbek, które mają być badane, ani też nie są przez nie niszczone. Hydrofilizowanie powierzchni strefy kapilarnej umożliwia łatwe wejście próbki cieczy, korzystnie wodnej do strefy aktywnej kapilarnie. Jeżeli urządzeniem analitycznym jest element testowy, wodna próbka jest dodatkowo szybko transportowana do elementu rejestrującego lub do miejsca elementu rejestrującego, gdzie odbywa się detekcja.

Najlepiej hydrofilizowanie powierzchni strefy aktywnej kapilarnie osiąga się przez zastosowanie materiału hydrofilowego w trakcie wykonywania, który to materiał nie może absorbować lub tylko w niewielkim stopniu może absorbować ciekłą próbkę. W przypadkach, gdy nie jest to możliwe, powierzchnię hydrofobową lub bardzo słabo hydrofilową można hydrofilizować przez odpowiednie pokrycie trwałą warstwą hydrofilową, bierną w stosunku do materiału próbki, na przykład przez wiązanie kowalencyjne hydrofilowych fotoreaktywnych polimerów, przez nakładanie warstw zawierających środki zwilżające lub przez pokrywanie powierzchni materiałami nanokompozytowymi w technologii zol-żel. Ponadto możliwe jest także zwiększenie hydrofilowości przez termiczne, fizyczne lub chemiczne traktowanie powierzchni.

Hydrofilizowanie jest najkorzystniej osiągane przez zastosowanie cienkich warstw utlenionego glinu, jak opisano w niemieckim zgłoszeniu patentowym nr P 19753848.7. Warstwy te nanosi się albo bezpośrednio na żądane części elementu testowego, na przykład przez napylanie pod próżnią fragmentów pracujących metalicznym glinem i następne utlenianie metalu lub przez zastosowanie folii

PL 194 818 B1 metalicznych lub plastików pokrytych metalem do wykonania nośników testowych, które również muszą być utlenione w celu uzyskania wymaganej hydrofilowości. W tym przypadku odpowiednia jest warstwa metalu o grubości od 1 do 500 nm. Warstwa metalu jest następnie utleniana z wytworzeniem tlenku, w którym to przypadku najlepszymi metodami okazały się utlenianie w obecności pary wodnej lub przez gotowanie w wodzie, poza elektrochemicznym anodowym utlenianiem. Warstwy tlenkowe utworzone w ten sposób mają grubość od 0,1 do 500 nm, korzystnie między 10 a 100 nm, w zależności od metody. W zasadzie, w praktyce uzyskać można większe grubości tak warstwy metalu jak i tlenku, ale nie wykazuje to żadnych dodatkowych korzystnych efektów.

Strefa kapilarna urządzenia analitycznego tworzona jest z warstwy nośnej, warstwy dystansującej i warstwy przykrywającej. Zadaniem warstwy dystansującej jest korzystnie określenie wymiaru, który powoduje kapilarność strefy. Korzystnie stosowana jest grubość warstwy dystansującej do zdefiniowania tego wymiaru. Jednakże możliwe jest również wycięcie lub przycięcie z warstwy dystansującej kawałka o odpowiedniej szerokości, co spowoduje powstanie strefy o wymiarze aktywnym kapilarnie. Przynajmniej jeden wymiar strefy jest określony przez fizyczne granice aktywności kapilarnej. W przypadku cieczy wodnych, wymiar ten jest rzędu wielkości od 10 do 500 pm, korzystnie między 20 a 300 pm, a najkorzystniej między 50 a 200 pm, ponieważ w innym przypadku nie zaobserwuje się aktywności kapilarnej.

Pomimo tego, że warstwę dystansującą wykonać można w zasadzie z każdego materiału, który jest bierny w stosunku do analizowanej próbki cieczy, okazało się, że korzystną jest dwustronna taśma klejąca, ponieważ rozwiązuje w prosty sposób problem zamocowania warstwy dystansującej na warstwie nośnej oraz problem zamocowania warstwy pokrywającej na warstwie dystansującej. Pozwala to uniknąć czasochłonnego i kosztownego procesu wiązania lub klejenia przy wytwarzaniu urządzenia analitycznego. Jednakże, jeśli nie stosuje się tego korzystnego rozwiązania, urządzenie analityczne może również być wykonane według wynalazku z zastosowaniem dodatkowego procesu wiążącego, np. przez spawanie, zgrzewanie na przykład z polietylenem, sklejanie na zimno lub na gorąco, bądź spinając warstwę nośną z warstwą dystansującą lub warstwę dystansującą z warstwą nośną. W związku z tym, warstwa dystansującc w zasadzie może być wykonana z materiałów odpowiednich dla warstwy nośnej.

Ponieważ warstwa dystansująca razem z warstwą nośną i warstwą pokrywającą określają geometrię strefy aktywnej kapilarnie, nadaje się kształt w warstwie dystansującej po umocowaniu jej na warstwie nośnej, co pozwala na usunięcie z warstwy nośnej tych zbędnych części warstwy dystansującej, które są zbyteczne przy nadawaniu geometrii strefy aktywnej kapilarnie. Przykładem jest ta część warstwy dystansującej, która tworzy obszar kapilarny urządzenia analitycznego po uprzednim jej oddzieleniu od warstwy nośnej.

Kształt w zasadzie można nadać w warstwie dystansującej stosując wszystkie metody umożliwiające czyste oddzielenie części warstwy dystansującej mających pozostać na warstwie nośnej od tych części, które mają być z niej usunięte. Przykładami są przecinanie, wycinanie lub odciskanie, z których korzystnymi według wynalazku są przecinanie lub wycinanie. Okazało się szczególnie korzystne dla czystego oddzielania części warstwy dystansującej mających pozostać na warstwie nośnej od tych części, które mają być z niej usunięte, jeżeli przecina się kształt przez warstwę dystansującą, nacinając nieco warstwę nośną, nie na tyle wszakże głęboko by zdestabilizować warstwę nośną. Można tego łatwo uniknąć stosując precyzyjne narzędzia do cięcia.

W korzystnej wersji urządzenia analitycznego, w którym warstwę dystansującą tworzy się z dwustronnej taśmy klejącej, okazało się korzystne laminowanie warstwy dystansującej na warstwie nośnej bezpośrednio przed przecinaniem, wycinaniem lub odciskaniem kształtu strefy aktywnej kapilarnie i usuwanie tych fragmentów warstwy dystansującej, które nie są potrzebne do utworzenia strefy aktywnej kapilarnie bezpośrednio po przecinaniu, wycinaniu lub odciskaniu kształtu strefy aktywnej kapilarnie. Jeżeli usunie się wymienione fragmenty, unika się problemów takich jak np. pozostałości kleju w strefie aktywnej kapilarnie lub wiązanie zbędnych fragmentów warstwy dystansującej oddzielonych przez przecinanie, wycinanie lub odciskanie. Dodatkowo stwierdzono nieoczekiwanie, że krawędzie obszaru wyciętego w warstwie dystansującej są szczególnie gładkie w porównaniu ze stosowaniem uprzednio wyciętych taśm klejących, co ułatwia kapilarność.

Przy korzystnym stosowaniu dwustronnej taśmy klejącej jako warstwy dystansującej niezbędnym jest po usunięciu zbędnych fragmentów taśmy klejącej a przed nałożeniem warstwy pokrywającej, zdjąć zwykle obecną folię zabezpieczającą z taśmy klejącej, aby umożliwić przyklejenie warstwy pokrywającej.

PL 194 818 B1

Wszystkie materiały odpowiednie jako warstwa nośna nadają się również jako warstwa pokrywająca strefę aktywną kapilarnie urządzenia analitycznego według wynalazku. W rezultacie urządzenie analityczne może zasadniczo składać się z identycznych materiałów tworzących warstwę nośną, dystansującą i pokrywającą, ale możliwe są również każde kombinacje materiałów. Dla korzystnego przypadku, w którym urządzenie analityczne stosuje się dla badań optycznych próbki, dobrze jest, jeżeli przynajmniej warstwa nośna lub pokrywająca lub obie wykonane są całkowicie lub częściowo z materiału przezroczystego, korzystnie przezroczystego plastiku.

Dla korzystnego przypadku wytwarzania sposobem według wynalazku analitycznego elementu testowego, stosuje się jednoelementową warstwę jako warstwę nośną, natomiast warstwa pokrywająca może składać się z jednej lub kilku części. Warstwa pokrywająca może składać się całkowicie lub częściowo z filmu dla detekcji analitycznej, jak opisano w Niemieckim Zgłoszeniu Patentowym nr P 19629656.0.

Film ten składa się z dwóch warstw filmu na przezroczystej folii i film jako całość zawiera wszystkie reagenty i środki pomocnicze wymagane dla analitycznej reakcji detekcji z cieczą próbki. Tego typu reagenty i środki pomocnicze są znane fachowcom w różnych odmianach dla różnych substancji badanych, na przykład z niemieckiego zgłoszenia patentowego nr P 19629656.0. Reagenty i środki pomocnicze zawarte w filmie wykrywającym, w obecności szukanej substancji w badanej próbce cieczy, korzystnie dają jakościowy lub ilościowy sygnał, który może być rejestrowany wizualnie lub optycznie przy pomocy aparatu.

Ważną cechą filmu wykrywającego, która jest korzystna w korzystnej wersji analitycznego elementu testowego według wynalazku jest, że pierwsza warstwa leżąca na przezroczystej folii rozprasza światło zdecydowanie w mniejszym stopniu niż leżąca na niej warstwa druga. Podczas gdy warstwa pierwsza zawiera środek spęczniający, taki jak kopolimer kwasu maleinowego i eteru metylowinylowego i ewentualnie słabo rozpraszający światło wypełniacz, warstwa druga wymaga środka spęczniającego i w każdym przypadku przynajmniej jednego pigmentu silnie rozpraszającego światło, a także może dodatkowo zawierać wypełniacze nieporowate i porowate, takie jak diatomit w małych ilościach, bez stawania się przepuszczalną dla ziarnistych składników próbki, takich jak erytrocyty.

Ponieważ wypełniacze słabo rozpraszające światło i barwniki silnie rozpraszające światło są zasadniczo odpowiedzialne za optyczne właściwości warstw filmu, pierwsza i druga warstwa filmu zawierają różne wypełniacze i barwniki. Pierwsza warstwa filmu powinna albo wcale nie zawierać wypełniaczy lub zawierać wypełniacze o współczynniku refrakcji bliskim współczynnikowi refrakcji wody, na przykład dwutlenek krzemu, krzemiany i glinokrzemiany. Średni rozmiar cząstki szczególnie korzystnych cząstek wypełniacza wynosi około 0,06 pm. Druga warstwa powinna korzystnie bardzo silnie rozpraszać światło. Najlepiej, jak współczynnik refrakcji barwników w drugiej warstwie filmu wynosi 2,5. Wobec tego korzystnie stosuje się tlenek tytanu. Szczególnie korzystne okazały się cząstki o uśrednionej średnicy od około 0,2 do 0,8 pm.

Ponadto okazało się korzystne, gdy przy stosowaniu filmu wykrywającego, warstwa pokrywająca jest dodatkowo utworzona przez dodatkową folię pokrywającą, która korzystnie leży przy filmie wykrywającym i przez to jest na tej stronie warstwy nośnej, która jest naprzeciwko strefy kapilarnej. Folia pokrywająca zastępuje element wykrywający na części strefy kapilarnej. Ponieważ element wykrywający z reguły zawiera cenne reagenty, jak enzymy i przez swą często skomplikowaną strukturę jest znacznie kosztowniejszy w wytworzeniu niż zwykła folia pokrywająca, sposób ten znacznie obniża koszty materiałowe i produkcyjne. Stosuje się to zwłaszcza do przypadku długich stref kapilarnych, które rozumie się jako strefy o długości większej niż 5 mm. Ponadto w elementach testowych, w których reakcja wykrywająca zachodzi w filmie wykrywającym w dokładnie przestrzennie zdefiniowanym obszarze, na przykład w przypadku detekcji optycznej w instrumencie, gdzie pożądane jest rozdzielenie miejsca naniesienia próbki od miejsca detekcji, na przykład ze względu na higienę przyrządu, sposób ten ułatwia przyspieszony transport próbki z otworu nanoszenia próbki w elemencie testowym do miejsca wykrywania w elemencie testowym tak, że transport próbki w kanale kapilarnym ze strefy naniesienia próbki do obszaru detekcji jest tak szybki, że nie nakłada żadnych ograniczeń czasowych na analizę próbki. W dodatku układ taki jest wygodniejszy dla użytkownika.

Folia pokrywająca i film wykrywający muszą być połączone tak, że przylegają do siebie w końcowym elemencie testowym tak, że transport cieczy nie jest zakłócany w kapilarze w miejscu kontaktu folii przykrywającej i filmu wykrywającego, przez na przykład niekorzystną zmianę przekroju kapilary, obejmuje to również przerwę w ciągłości powierzchni granicznej w kapilarze. Z tego powodu należy odpowiednio dopasować wymiary filmu wykrywającego i folii przykrywającej. Jeśli nie jest możliwe

PL 194 818 B1 złożenie dwu elementów razem wystarczająco blisko, należy uniknąć przerwy w strefie aktywnej kapilarnie przez sklejenie.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że w szczególnie korzystnej wersji wytwarzania elementu testowego według wynalazku, można zamocować dodatkowo miękką folię na tej stronie folii pokrywającej, która zwrócona jest w stronę kanału zdolnego do kapilarnego transportu cieczy, która to folia rozciąga się na całej długości pokrycia, zakrywa strefę kapilarną na całej jej szerokości i jest przynajmniej częściowo zawarta między przeciwległymi powierzchniami brzegów folii pokrywającej i filmu wykrywającego tak, że kapilarny transport cieczy niezałamuje się w miejscu kontaktu filmu wykrywającego i folii pokrywającej. Materiał i ewentualnie pokrywanie hydrofilizujące folii może w zasadzie odpowiadać opisanemu powyżej dla przypadków warstwy nośnej i warstwy pokrywającej. W tym szczególnie korzystnym wariancie film wykrywający i folia pokrywającą mocowane są tak blisko siebie, jak to jest możliwe.

Sposób według wynalazku jest korzystnie stosowany do wytwarzania urządzeń analitycznych w dużych ilościach tak, że proces można w dużym stopniu zautomatyzować. W tym celu materiały na urządzenia analityczne, takie jak warstwa nośna, warstwa dystansująca i warstwa pokrywająca stosuje się w postaci taśm, podobnych do rolki filmowej. Kontur określający kształt strefy aktywnej kapilarnie jest korzystnie wycinany przez warstwę dystansującą laminowaną na warstwie nośnej z zastosowaniem wycinarki rotacyjnej, która korzystnie składa się z rolki wycinającej i wałka dociskającego. Daje to korzystne ciągłe cięcie w lub przez warstwę dystansującą, umiejscowione precyzyjnie i odtwarzalnie na ciągłej taśmie, i w konsekwencji na urządzeniach analitycznych wytworzonych według wynalazku.

W tym szczególnie korzystnym sposobie według wynalazku, urządzenia analityczne, na przykład analityczne elementy testowe, oddziela się po zamocowaniu warstwy pokrywającej, przez odcięcie lub wycięcie, tj. oddziela się je z poprzedniej postaci taśmy, jako korzystnie wąskie, zasadniczo regularne paski. Tak więc wytwarzanie według wynalazku prowadzić można jako jedną operację przy dużej szybkości wytwarzania (0,1 m/min do około 50 m/min).

Korzyści sposobu według wynalazku można podsumować następująco:

- Możliwy jest duży stopień zautomatyzowania procesu produkcyjnego, przez co koszty produkcji pojedynczych urządzeń analitycznych pozostają niskie.

- Utrzymywane są precyzyjne i odtwarzalne pozycja i kształt strefy aktywnej kapilarnie w urządzeniu analitycznym; jej pozycja względem innych funkcjonalnych elementów urządzenia analitycznego może być regulowana szybko odtwarzalnie.

- Strefa aktywna kapilarnie ma dokładnie i czysto określone granice dzięki warstwie dystansującej, co umożliwia precyzyjną regulację właściwości kapilarnych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie fragment zautomatyzowanego wytwarzania urządzenia analitycznego według korzystnej wersji wynalazku, fig. 2 przedstawia schematycznie sześć etapów (A do F) wytwarzania urządzenia analitycznego według korzystnej wersji wynalazku, fig. 3 przedstawia schematycznie powiększony diagram korzystnej wersji urządzenia analitycznego, które można wytworzyć sposobem według wynalazku.

Numery na rysunkach oznaczają:

warstwa nośna warstwa dystansująca rolka wycinająca wałek dociskający pozostałość warstwy dystansującej, którą trzeba oddzielić od warstwy nośnej rolka oddzielająca reszta warstwy dystansującej, która pozostaje na warstwie nośnej strefa aktywna kapilarnie wcięcie w warstwie nośnej film wykrywający folia pokrywająca folia zabezpieczająca

Figura 1 pokazuje schemat fragmentu automatycznej linii produkcyjnej urządzeń analitycznych, zwłaszcza analitycznych elementów testowych według szczególnie korzystnej wersji sposobu według wynalazku. Na fig. 1a warstwę nośną, na której laminowana jest w bezpośrednio poprzedzającym etapie produkcyjnym warstwa dystansująca 2 w postaci dwustronnej taśmy klejącej, podaje się z lewej strony i jest ona transportowana automatycznie na stronę prawą. W tym procesie laminat składający się

PL 194 818 B1 z warstwy nośnej 1 i warstwy dystansującej 2 przechodzi przez rotacyjne urządzenie wycinające, zawierające rolkę wycinającą 3 i wałek dociskający 4, które nadaje kontur zasadniczo w postaci prostokątnego meandra przez warstwę dystansującą 2 z zastosowaniem rolki wycinającej 3, która nadaje geometrię strefie aktywnej kapilarnie końcowego analitycznego elementu testowego. Bezpośrednio po przejściu przez urządzenie wycinające, zawierające rolkę wycinającą 3 i wałek dociskający 4, pozostałość 5 warstwy dystansującej 2, którą należy usunąć, jest ściągana z warstwy nośnej 1. Wałek ściągający 6, służący temu celowi w tym procesie, zapewnia, że fragment 5 warstwy dystansującej 2, który ma być ściągnięty, oddzielany jest czysto i bez pozostałości w kierunku geometrii wyciętej kapilary, bez rozdzierania pozostałości 5 w trakcie ściągania. Bardzo wąskie pozostałości 5 warstwy dystansującej 2 mogą być w ten sposób usunięte łatwo i odtwarzalnie. Pozostały na warstwie nośnej fragment 7 warstwy dystansującej 2, zasadniczo określa geometrię strefy aktywnej kapilarnie 8, którą tworzy się przez następne pokrycie warstwy dystansującej 2 folią pokrywającą, która nie jest pokazana na fig. 1; w trakcie pokrywania wierzchnia folia zabezpieczająca taśmę klejącą jest usuwana bezpośrednio przed nałożeniem folii pokrywającej. W ten sposób na końcu procesu wytwarzania uzyskuje się z ciągłej taśmy przez odcięcie lub wycięcie, pojedyncze elementy testowe, każdy ze strefą aktywną kapilarnie 8, składające się z warstwy nośnej 1, warstwy dystansującej 2 i folii pokrywającej.

Figura 2 pokazuje schematycznie sześć etapów produkcji (A do F) analitycznego elementu testowego według korzystnej wersji sposobu według wynalazku. W etapie A przygotowuje się warstwę nośną 1, w której wycina się wcięcie 9, które w końcowym analitycznym elemencie testowym może służyć między innymi jako punkt orientacyjny przy pobieraniu próbki, ułatwiając też pobieranie próbki do kapilary (etap B). Etap C pokazuje warstwę nośną 1, na której, po wycięciu wcięcia 9, nakłada się warstwę dystansującą 2 w postaci dwustronnej taśmy klejącej. W tym przypadku kontur strefy kapilarnej 8 został już wycięty przez warstwę dystansującą 2, niepożądane fragmenty warstwy dystansującej 2 zostały ściągnięte oraz zdjęto folię zabezpieczającą (osłonę) z taśmy klejącej. Następnie (etap D) laminuje się analityczny film wykrywający 10 na odpowiednie miejsce pozostałej na warstwie nośnej 1 warstwie dystansującej 2. Pozostały uprzednio nie pokryty obszar strefy aktywnej kapilarnie 8, pokrywa się folią pokrywającą, co daje ciągłą strefę aktywną kapilarnie, która zawiera folię pokrywającą 11 oraz film wykrywający 10 (etap E). Ze względów produkcyjnych, pozostałe eksponowane powierzchnie taśmy klejącej są następnie zabezpieczone folią zabezpieczającą 12, w celu uniknięcia niepożądanego przyklejania się analitycznych elementów testowych wytworzonych według wynalazku (etap F). Aby umożliwić ucieczkę powietrza ze strefy aktywnej kapilarnie gdy wypełnia się ona próbką cieczy, w procesie tym z reguły zostawia się małą szczelinę, zwykle parę milimetrów między folią zabezpieczającą a filmem wykrywającym. Z tego samego powodu strefa 8 nie jest całkowicie pokryta folią pokrywającą 11 oraz element wykrywający 10 nie jest całkowicie pokryty na stronie zwróconej w kierunku folii zabezpieczającej 12.

Analityczny element testowy z fig. 2, wytworzony według wynalazku jest znów pokazany schematycznie na fig. 2 w powiększeniu. Warstwa dystansująca 2, definiująca kontur i wysokość (odpowiadającą grubości warstwy dystansującej) kanału aktywnego kapilarnie, umieszczona jest na warstwie nośnej 1, w której wykonano wcięcie 9. Folia pokrywająca 11, film wykrywający 10 oraz folia zabezpieczająca są w kolejności na nim umieszczone. Folia pokrywająca 11 oraz film wykrywający 10 są zamocowane tak blisko razem, że strefa aktywna kapilarnie rozciąga się od wolnego krańca folii pokrywającej 11, leżącego nad wcięciem 9, aż do przeciwległego wolnego krańca filmu wykrywającego 10. Wycięta powierzchnia w warstwie dystansującej 2 jest nieco dłuższa niż folia pokrywająca 11 i element wykrywający 10 tak, że pozostaje zwykle nie pokryta szczelina o kilku milimetrach szerokości, z której może uciekać powietrze, gdy strefa aktywna kapilarnie wypełnia się próbką cieczy. Szczelina ta pozostaje również nie pokryta folią zabezpieczającą 12 tak, że zapewniona pozostaje jej funkcja.

P r zykła d 1

Wytwarzanie analitycznego elementu testowego sposobem według wynalazku

Przykleja się dwustronną taśmę klejącą o grubości 100 pm jako warstwę dystansującą na folii z tereftalanu polietylenu o grubości 350 pm (Melinex®, ICI, Frankfurt n/Menem, Niemcy). Warstwa nośna ma długość 25 mm i szerokość 5 mm. Centralnie umieszczone na jednym z krótszych boków warstwy nośnej wcięcie o kształcie trójkątnym ma 1 mm szerokości i 2 mm długości, jak to również opisano w niemieckim zgłoszeniu patentowym nr P 19753850.9. Nacina się przez taśmę samoprzylepną laminowaną na warstwie nośnej kontur wycięcia o szerokości 2 mm i 16 mm długości, określający geometrię kanału kapilarnego, przy pomocy odpowiednio ukształtowanego urządzenia tnącego, nie nacinając warstwy nośnej na tyle głęboko, by uszkodzić jej sztywność i stabilność. Długość wycięcia

PL 194 818 B1 musi być tak dobrana, by być nieco większa od pożądanej długości kanału aktywnego kapilarnie, która jest określana przez jego pokrycie, by zapewnić odpowietrzenie kanału w trakcie wypełniania próbką cieczy. Zdejmuje się niepotrzebne fragmenty taśmy samoprzylepnej z warstwy nośnej natychmiast po wycięciu konturu. Przykleja się film wykrywający o długości 3 mm i szerokości 5 mm na powierzchnię pozostałej taśmy przylepnej w odległości 1 mm od krańca wycięcia, by zapewnić odpowietrzanie. Jako film wykrywający stosuje się film znany z niemieckiego opisu patentowego nr P 19629656.0. Film wykrywający jest specyficzny względem glukozy. Przykleja się folię pokrywającą o długości 12 mm i 5 mm szerokości na powierzchnię taśmy przylepnej, która jest jeszcze wolna, między wcięciem w kształcie trójkąta a filmem wykrywającym tak, że warstwa pokrywająca i film wykrywający ściśle przylegają do siebie. Folia pokrywająca składa się z folii z tereftalanu polietylenu o grubości 150 pm, na nią przyklejona jest na powierzchni zwróconej w stronę kanału kapilarnego 6 pm grubości folia z tereftalanu polietylenu (obie produkcji Hostphan®, Hoechst, Frankfurt n/Menem, Niemcy), pokryta 30 nm grubości warstwą utlenionego glinu. W tym przypadku cieńsza folia wystaje około 500 pm poza grubszą folię na stronie zwróconej w kierunku filmu wykrywającego. Gdy warstwę pokrywającą nakłada się na taśmę przylepną, należy zwrócić uwagę, by wystający koniec cieńszej folii ułożył się między elementem wykrywającym a grubszą folią z folii pokrywającej. W celu pokrycia powierzchni taśmy przylepnej, które są jeszcze eksponowane, pokrywa się je 175 pm grubości folią Melinex®, jednakże bez pokrycia powierzchni funkcjonalnych.

Wytworzony w ten sposób element testowy ma kanalik kapilarny o długości 15 mm, szerokości 2 mm i wysokości 0,1 mm. Kanalik może pobrać 3 pl próbki ciekłej. Próbka zwilża powierzchnię filmu wykrywającego o wymiarach 3 mm x 2 mm.

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania urządzeń analitycznych ze strefą aktywną kapilarnie, znamienny tym, że przygotowuje się warstwę nośną (1), na warstwie nośnej (1) laminuje się warstwę dystansującą (2) a następnie przez warstwę dystansującą (2) laminowaną na warstwie nośnej (1) ustala się kształt strefy aktywnej kapilarnie (8), zwłaszcza poprzez przebijanie, wycinanie lub wytłaczanie konturu, przy czym fragmenty warstwy dystansującej (2) już niepotrzebne do nadania kształtu strefie aktywnej kapilarnie usuwa się z warstwy nośnej (1) oraz na warstwie dystansującej (2) umieszcza się warstwę pokrywową i tworzy się strefę aktywną kapilarnie (8) urządzenia analitycznego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę dystansującą (2) stosuje się dwustronną taśmę klejącą.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako warstwę pokrywową stosuje się warstwę składającą się z jednej lub kilku części.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę pokrywową stosuje się warstwę składającą się co najmniej częściowo z analitycznej wykrywającej błony.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę dystansującą (2) laminuje się na warstwie nośnej (1) bezpośrednio przed przebijaniem, wycinaniem lub wytłaczaniem.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę nośną (1), warstwę dystansującą (2) i warstwę pokrywową stosuje się warstwy o postaci taśmy.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że kontur uzyskuje się poprzez wycinanie ciągłe na wycinarce rotacyjnej.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że kontur uzyskuje się poprzez wycinanie na wycinarce, która zawiera rolkę wycinającą (3) i wałek dociskający (4).

9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że urządzenia analityczne oddziela się po nałożeniu warstwy pokrywowej przez odcięcie lub wycięcie.