RU2292245C2 - Способ изготовления субстрата и субстрат, способ определения концентрации анализируемого вещества и устройство и комплект для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к сушке химических композиций в виде раствора на субстрате. Особенно хорошо подходит для сушки раствора при изготовлении тестирующих полосок с реагентом, используемых при анализах с целью определения концентрации анализируемого вещества, в частности, для электрохимического определения веществ, анализируемых в крови. Способ изготовления субстрата, покрытого реагентом, предусматривает покрытие субстрата реагентом в растворе и воздействие на раствор энергии излучения, подаваемой, по меньшей мере, одним нагревателем, одновременное направление воздушного потока на раствор, достаточного только для разрушения парового барьера раствора. Благодаря этому может быть достигнута быстрая сушка при одновременном получении изделия высокого качества. Субстрат, на котором сушатся химические вещества, может включать отражающее покрытие для обеспечения его применения с высокими уровнями энергии излучения. При изготовлении электрохимических тестирующих полосок преимущественно используется металлический или металлизированный субстрат. Такие тестирующие полоски могут использоваться в сочетании с различными наборами, и результаты исследования могут удобно считываться с использованием удерживаемых в руках счетчиков. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Данное изобретение относится к устройствам для сушки химических композиций в виде раствора, осажденных на субстрате. Изобретение особенно подходит для сушки раствора для изготовления тестирующих полосок с реагентом для использования при анализах с целью определения концентрации анализируемого вещества, в частности, для электрохимического определения веществ, анализируемых в крови.

Анализы для определения концентрации анализируемого вещества находят применение при множественных видах использования, включая клинические лабораторные тестирования, тестирование в домашних условиях и т.д., при которых результаты такого тестирования играют важную роль в диагностике и контроле различных состояний. Анализируемые вещества чаще всего включают глюкозу, спирт, формальдегид, L-глутаминовую кислоту, глицерин, галактозу, гликированные белки, креатинин, кетоновые тела, аскорбиновую кислоту, молочную кислоту, лейцин, оксиянтарную кислоту, пировиноградную кислоту, мочевую кислоту и стероиды и т.д. Определение концентрации анализируемого вещества часто выполняется в связи с физиологическими жидкостями, такими как слезная жидкость, слюна, цельная кровь и происходящие из крови продукты. В ответ на растущее значение определения анализируемых веществ было разработано множество аналитических протоколов исследований и устройств для определения анализируемых веществ и для клинического применения, и для применения в домашних условиях. Во многих протоколах исследований используется тестирующая полоска с реагентом для определения анализируемого вещества в образце.

Поскольку потребность в тестирующих полосках с реагентом возросла, увеличилась необходимость в создании эффективных и гибких устройств. Тем не менее, мало усовершенствований было осуществлено в отношении работы с материалом реагента, включенным в тестирующие полоски.

При производстве тестирующей полоски с реагентом покрытие биологического реагента, который обычно включает термолабильные или чувствительные к влаге биологические компоненты (после сушки для устойчивости при хранении) в водном растворе с низкой вязкостью, обычно наносится на субстрат, используемый для производства одной или более полосок. Много существующих устройств, предназначенных для сушки таких биологических реагентов, используют методики высокоскоростного воздушного удара для сушки покрытия, нанесенного в водной форме на субстрат. Хотя эти методики в определенной степени эффективны, существуют недостатки, связанные с этими применяемыми в настоящее время методиками, обычно вследствие низкого теплового режима, который может применяться, и высоких скоростей воздушных потоков, необходимых для сушки в течение необходимого периода времени.

По существу, имеется большой интерес к разработке новых методик сушки жидкой композиции реагента с низкой вязкостью и поверхностным натяжением, который был нанесен на субстрат. Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной методики подхода сушки жидкого покрытия или композиции, нанесенной на субстрат. В частности, в настоящем изобретении исключены проблемы, обычно связанные с сушкой высокоскоростным, воздушным потоком, такие как низкая эффективность, медленная диссоциация, нарушение структуры раствора вследствие воздушного потока. Настоящее изобретение обеспечивает возросшую эффективность изготовления, одновременное снижение затрат на изготовления и/или улучшенное качество тестирующих полосок.

Технический результат достигается посредством способа изготовления субстрата, покрытого реагентом, включающего:

покрытие субстрата реагентом в растворе и

обеспечение воздействия на раствор энергии излучения, подаваемой, по меньшей мере, одним нагревателем с использованием энергии излучения,

направление воздушного потока на раствор, который одновременно подвергают воздействию энергии излучения, достаточного только для разрушения парового барьера раствора.

Предпочтительно субстрат размещают на валике и подают мимо источника энергии.

Технический результат достигается также посредством покрытого реагентом субстрата, изготовленного указанным способом, посредством которого получают высушенный реагент, имеющий по существу однородную толщину.

При этом субстрат включает инертный материал подложки и металлическое покрытие.

Предпочтительно покрытый реагентом субстрат присутствует в заготовке тестирующей полоски и в тестирующей полоске с реагентом.

Технический результат достигается также посредством устройства для определения концентрации анализируемого вещества в физиологическом образце, содержащего тестирующую полоску с реагентом, включающую субстрат, изготовленный вышеуказанным способом, в комбинации с удерживаемым в руке счетчиком, причем тестирующая полоска с реагентом и счетчик выполнены с возможностью контакта друг с другом.

Технический результат достигается также посредством комплекта для определения концентрации анализируемого вещества в физиологическом образце, содержащего тестирующую полоску с реагентом, включающую субстрат, изготовленный вышеуказанным способом, в комбинации, по меньшей мере, с одним из следующих компонентов: набором инструкций по применению тестирующей полоски, средством для получения физиологического образца и стандартом анализируемого вещества.

Технический результат достигается также посредством способа определения концентрации анализируемого вещества в образце, включающего нанесение образца текучей среды на тестирующую полоску с реагентом, включающую покрытый реагентом субстрат, изготовленный вышеуказанным способом, определение сигнала от тестирующей полоски с реагентом и соотнесение определенного сигнала с концентрацией анализируемого вещества в образце для определения концентрации анализируемого вещества в образце жидкости.

Дополнительные, возможные преимущества настоящего изобретения могут быть также очевидны для специалистов в данной области.

Настоящее изобретение относится к устройству и способу сушки раствора, обычно имеющего вязкость менее чем 100 сантипуаз (сП), наиболее часто около 1,5 сП, который наносится на поверхность материала или субстрата, в частности, для использования при производстве тестирующих полосок с реагентом. Готовое изделие, изготовленное с использованием заявленного устройства, также составляет часть изобретения. Обычно продукт представлен в виде готовых тестирующих полосок с реагентом. Альтернативно, предшественники тестирующих полосок, включая, по меньшей мере, материал субстрата с химическим раствором, высушенным на нем, могут рассматриваться как изделие настоящего изобретения.

В изобретении используется энергия излучения для сушки раствора, нанесенного на субстрат. Для повышения скорости сушки может использоваться не повреждающий воздушный поток. Субстрат с высушенным на нем химическим покрытием в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в различных типах тестирующих полосок. Предпочтительно субстрат, обработанный в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно включает металлическую поверхность. Такое покрытие резко увеличивает возможность энергетического воздействия. Кроме того, металлический или покрытый металлом субстрат легко включается в тестирующие полоски электрохимического типа.

Каждый из следующих чертежей графически иллюстрирует варианты настоящего изобретения. Предусмотрено изменение изобретения по сравнению с вариантами, показанными на чертежах.

На фиг.1 показан общий вид сбоку устройства изобретения.

На фиг.2 показан вид сверху материала, покрытого секцией покрывающего устройства раствором для сушки в секции устройства для сушки с использованием инфракрасного (ИК) излучения изобретения.

На фиг.3А и 3В показан соответственно вид снизу и вид сбоку нагревательной панели, применяемой в секции устройства для сушки с использованием ИК излучения.

На фиг.4 показан вид снизу нагревательной панели в сборе, применяемой в секции устройства для сушки с использованием ИК излучения.

На фиг.5 показан крупный план вида сзади секции устройства для сушки с использованием ИК излучения.

На фиг.6 показано изделие устройства изобретения на промежуточной стадии изготовления.

На фиг.7 показан вид в перспективе с пространственным разделением деталей тестирующей полоски, изготовленной с использованием настоящего изобретения.

При более детальном описании изобретения сначала более подробно описываются устройство сушки и способы его применения, сопровождаемые обзором предшественников тестирующих полосок с реагентом, которые могут быть изготовлены с использованием устройства и способов, а также тестирующих полосок, изготовленных из предшественников тестирующих полосок и способов для использования таких тестирующих полосок в различных видах применения для выявления анализируемых веществ.

Однако перед таким детальным описанием настоящего изобретения следует понимать, что данное изобретение не ограничивается изложенными определенными вариантами и, конечно, может изменяться. Различные изменения изобретения могут производиться, и эквиваленты могут замещаться без отхода от сущности и объема притязаний изобретения. Кроме того, можно внести множество модификаций для приспособления к определенной ситуации, материалу, составу вещества, способу, этапу или этапам способа в задачу, сущность и объем настоящего изобретения. Предполагается, что все такие модификации находятся в пределах объема притязаний представленной здесь формулы изобретения. Кроме того, когда представлен диапазон величин, следует понимать, что каждая промежуточная величина между верхним и нижним пределами диапазона и любая другая заявленная или промежуточная величина в этом заявленном диапазоне охватывается диапазоном притязаний изобретения. Верхний и нижний пределы данных меньших диапазонов могут быть независимо включены в меньшие диапазоны, также охватываются диапазоном притязаний изобретения при условии, если в заявленном диапазоне определенно исключен любой предел. Когда заявленный диапазон включает один или оба предела, диапазоны, исключающие любой из обоих включенных пределов, также включаются в изобретение. Предусмотрено также, что описанные здесь любые необязательные признаки изменений изобретения могут быть раскрыты, и на них может быть истребована защита независимо или в комбинации с любым одним или более описанных здесь признаков.

При отсутствии других определений все используемые здесь технические и научные термины имеют такое же значение, которое обычно понятно среднему специалисту в данной области, для которого предназначено данное изобретение. Хотя на практике или при тестировании настоящего изобретения могут также использоваться любые способы и материалы, аналогичные или эквивалентные тем, которые описаны здесь, теперь описываются предпочтительные способы и материалы. Все упомянутые здесь существующие относящиеся к вопросу документы (например, публикации, патенты, патентные заявки и оборудование) включены сюда полностью в качестве ссылки. Приведенные ссылки представлены исключительно для их раскрытия до даты подачи настоящей заявки. Ничто представленное здесь не должно рассматриваться как предположение о том, что настоящее изобретение не имеет право на предвосхищение такого материала в силу предшествующего изобретения.

Отмечается, что до тех пор, пока контекст четко не указывает на иную трактовку, используемые здесь и в прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают соответствующие формы множественного числа. Напротив, предусматривается, что формула изобретения может быть составлена так, чтобы исключить любой необязательный элемент. Данное утверждение предназначено служить в качестве предшествующей основы для применения такой исключающей терминологии, как "исключительно", "только" и ей подобной, в связи с перечислением любого из элементов пунктов формулы или использованием "отрицательного" ограничения.

На фиг.1 элементы настоящего изобретения показаны при изготовлении устройства (2). Показанное устройство представляет собой модель ТМ-МСЗ устройства, производимого Hirano Tecseed Co., Ltd (Nara, Japan), приспособленного для использования с настоящим изобретением. Предпочтительно оно включает такие признаки покрытия раствором в секции (4) покрытия, как описано в заявке на патент США, озаглавленной "Устройство для нанесения полосок раствора", принадлежащей авторам настоящего изобретения и поданной на одну дату с настоящей заявкой.

На фиг.2 показан вид сверху элементов устройства для покрытия, предпочтительно используемого с устройством для сушки, использующим энергию излучения, или секцией (6). На фиг.2 субстрат или материал тканой ленты (8) покрывается раствором (10), который подается к головке экструдера (12) одним или более насосами (14) и который необходимо осадить в виде узких или широких полосок. Прижимной валик (16) используется для расположения тканой ленты, по мере того как она продвигается мимо головки экструдера в направлении, показанном жирными стрелками.

Как показано на фиг.1, субстрат (8) показан в виде ткани путем подачи рулона (18), и субстрат с покрытием реагента на нем накапливается на приемном рулоне (20) после прохождения через различные направляющие валики и прохождения через секцию (6) сушилки. Также могут быть включены одна или более дополнительных секций (22) устройства для сушки. Они могут содержать признаки, подобные признакам секции (6) устройства для сушки, или использовать методики сушки высокоскоростным воздушным ударом.

Как показано, различные секции сушки предоставлены предпочтительно позади крышки или внутри кожуха. Для доступа может быть выполнена дверца (дверцы). При применении в секции сушки, использующей энергию излучения, конструкция обеспечивает защиту от ненужного воздействия энергии излучения и действует подобно стенкам печи, повторно излучающим поглощенную энергию и ускоряющим сушку внутри. При использовании в дополнительных секциях сушки, где для сушки применяется форсированная воздушная струя (в частности, нагретая форсированная воздушная струя), конструкция включает защитную оболочку для среды.

Субстрат или лента ткани (8) предпочтительно включает полужесткий материал, который способен обеспечить структурную опору тестирующей полоске, в которую он может быть включен. Субстрат может включать инертный материал, подобный пластику (например, полиэтилентетрафталат (PET), полиэтилентетрафталатгликоль (PETG), полиимид, поликарбонат, полистирол или силикон), керамике, стеклу, бумаге или многослойному материалу из пластика и бумаги.

Для применения в электрохимической тестирующей полоске, по меньшей мере, поверхность субстрата, которая обращена к зоне реакции на полоске, включает металл, причем металлы, представляющие интерес, включают палладий, золото, платину, серебро, иридий, углерод, оксид олова с присадкой индия, нержавеющую сталь и различные сплавы этих металлов. Во многих вариантах реализации используется благородный металл, такой как золото, платина или палладий.

В некоторых случаях сам субстрат может быть изготовлен из металла, в частности из одного из указанных выше металлов. Однако в основном предпочтительно, чтобы субстрат включал композит опоры, покрытый металлическим и/или электропроводным покрытием (таким как палладий, золото, платина, серебро, иридий, углерод, электропроводная углеродная краска, оксид олова с присадкой или нержавеющая сталь). Для дальнейшего обсуждения материалов субстрата или опоры, которые находят применение в определенных вариантах реализации настоящего изобретения, можно обратиться к патентам США №№4935346, озаглавленному "Устройство с минимальным количеством процедур для определения анализируемых веществ", выданному 19 июня 1990 г. Roger Phillips et al., и 5304468, озаглавленному "Тестирующая полоска с реагентом и устройство для определения глюкозы крови", выданному 19 апреля 1994 г. Roger Phillips et al.

Когда в качестве субстрата или материала ленты ткани (8) предполагается использовать опору, покрытую металлом, ее толщина обычно находится в диапазоне приблизительно от 0,002 до 0,014 дюймов (от 51 до 356 мкм), предпочтительно приблизительно от 0,004 до 0,007 дюйма (от 102 до 178 мкм), в то время как толщина слоя металла обычно находится в диапазоне приблизительно от 10 до 300 нм, а предпочтительно приблизительно от 20 до 40 нм. В этом случае предпочтительным является золотое или палладиевое покрытие. Для облегчения изготовления может быть предпочтительно, чтобы вся поверхность субстрата (8) была покрыта металлом.

Независимо от типа используемого субстрата, устройства и способы могут применяться для сушки множества различных типов композиций покрытия, наносимых на поверхность субстрата. Во многих вариантах реализации покрытие (10) включает один или более элементов реагента устройства, вырабатывающего сигнал. "Устройство, продуцирующее сигнал", представляет собой устройство, в котором один или более реагентов работают в комбинации для обеспечения определяемого в присутствии анализируемого вещества сигнала, который может быть использован для определения присутствия и/или концентрации анализируемого вещества. Устройство, вырабатывающее сигнал, может представлять собой устройство, которое вырабатывает цветовой сигнал, который может быть соотнесен с присутствием или концентрацией анализируемого вещества, или оно может представлять собой устройство, вырабатывающее сигнал, которое вырабатывает электрический ток, который может быть соотнесен с присутствием или концентрацией анализируемого вещества. Также могут использоваться другие типы устройств.

Известно множество различных устройств, вырабатывающих цветовые сигналы. Необходимые типичные устройства, вырабатывающие цветовые сигналы, включают устройства, вырабатывающие сигнал окисления анализируемого вещества. "Устройство, вырабатывающее сигнал окисления анализируемого вещества", представляет собой устройство, которое генерирует выявляемый колориметрический сигнал, из которого выводят концентрацию анализируемого вещества в образце, причем анализируемое вещество окисляется подходящим ферментом для получения окисленной формы анализируемого вещества и соответствующего или пропорционального количества перекиси водорода. Затем перекись водорода в свою очередь используется для генерирования определяемого продукта из одного или нескольких индикаторных соединений, причем количество определяемого продукта, вырабатываемого устройством, вырабатывающим сигнал (т.е. сигнал), затем относят к количеству анализируемого вещества в исходном образце. По существу устройства, вырабатывающие сигнал окисления анализируемого вещества, которые могут использоваться в тестирующих полосках, можно также более точно охарактеризовать как вырабатывающие сигнал устройства на основе перекиси водорода.

Как указано выше, вырабатывающие сигнал устройства на основе перекиси водорода включают фермент, который окисляет анализируемое вещество и вырабатывает соответствующее количество перекиси водорода, причем под соответствующим количеством подразумевается то, что количество перекиси водорода, которое вырабатывается, пропорционально количеству анализируемого вещества, присутствующего в образце. Определенная природа данного первого фермента обязательно зависит от природы подвергающегося количественному определению анализируемого вещества, но в основном представляет собой оксидазу. По существу первый фермент может представлять собой: глюкозо-оксидазу (если анализируемое вещество представляет собой глюкозу); холестерин-оксидазу (если анализируемое вещество представляет собой холестерин); алкоголь-оксидазу (если анализируемое вещество представляет собой спирт); лактат-оксидазу (если анализируемое вещество представляет собой лактат) и им подобные. Специалистам в данной области также известны и могут применяться другие окисляющие ферменты для применения с данными и другими представляющими интерес анализируемыми веществами. В тех вариантах реализации, в которых тестирующая полоска с реагентом предназначена для выявления концентрации глюкозы, первый фермент представляет собой глюкозо-оксидазу. Глюкозо-оксидазу можно получить из любого подходящего источника (например, естественно встречающегося источника, такого как Aspergillus niger или Penicillum), или она может быть получена рекомбинантным способом.

Второй фермент устройства, вырабатывающего сигнал, представляет собой фермент, который катализирует превращение одного или более индикаторных соединений в определяемый продукт в присутствии перекиси водорода, причем количество определяемого продукта, который может быть получен в данной реакции, пропорционально количеству присутствующей перекиси водорода. Данный второй фермент представляет собой в основном пероксидазу, причем подходящие пероксидазы включают: пероксидазу хрена (HRP), пероксидазу сои, рекомбинантно продуцируемую пероксидазу и синтетические аналоги, обладающие перекисной активностью, и им подобные (см., например, Y.Ci, F.Wang; Analytica Chimica Acta, 233 (1990), 299-302).

Индикаторное соединение или соединения представляют собой соединения, которые или образованы или подверглись разложению перекисью водорода в присутствии пероксидазы для получения индикаторного красителя, который поглощает свет в заданном диапазоне длины волн. Предпочтительно индикаторный краситель сильно поглощает свет при длине волн, отличной от длины, при которой происходит сильное поглощение образцом или тестирующим реагентом. Окисленная форма индикатора может представлять собой окрашенный, слегка окрашенный или бесцветный конечный продукт, который свидетельствует об изменении цвета. То есть тестирующий реагент может указать на присутствие анализируемого вещества (например, глюкозы) в образце окрашенной зоной, которая отбеливается, или, альтернативно, окрашиванием бесцветной зоны.

Индикаторные соединения, которые могут применяться в настоящем изобретении, включают и одно-, и двухкомпонентные колориметрические субстраты. Однокомпонентные системы включают ароматические амины, ароматические спирты, азины и бензидины, такие как тетраметилбензидин-HCl. Подходящие двухкомпонентные системы включают системы, в которых один компонент представляет собой МВТН, производное МВТН (см., например, соединения, раскрытые в заявке на патент США S/N 08/302575, включенной сюда в качестве ссылки) или 4-аминоантипирин, а другой компонент представляет собой ароматический амин, ароматический спирт, связанный спирт или ароматический или алифатический альдегид. Иллюстративные двухкомпонентные системы представляют собой 3-метил-2-бензотиазолинонгидразонгидрохлорид (МВТН) в комбинации с 3-диметиламинобензоевой кислотой (DMAB); МВТН в комбинации с 3,5-дихлор-2-гидроксибензолсульфоновой кислотой (DCHBS) и мононатрий-3-метил-2-бензотиазолинонгидразон-N-сульфонилбензолсульфонат (MBTHSB) в комбинации с 8-аналин-1-нафталинсульфоновокислым аммонием (ANS). В определенных вариантах реализации предпочтительно использовать пару красителей MBTHSB-ANS.

В изобретении могут также применяться устройства, вырабатывающие сигнал, которые могут вырабатывать флюоресцентный выявляемый продукт или выявляемое не флюоресцентное вещество (например, при флюоресцентом фоне), такие как соединения, описанные в публикации: Kiyoshi Zaitsu, Yosuke Ohkura: New Fluorogenic substrates for Horseradish Peroxidase: rapid and sensitive assay for hydrogen peroxidase and the Peroxidase. Analytical Biochemistry (1980) 109, 109-113.

Особый интерес для настоящего изобретения представляют вырабатывающие сигнал устройства, которые вырабатывают электрический ток (например, устройства, которые применяются в электрохимических тестирующих полосках). Такие устройства с реагентом включают устройства с окислительно-восстановительным реагентом, причем устройства с реагентом обеспечивают вид, который измеряется электродом и поэтому используется для выведения концентрации анализируемого вещества в физиологическом образце. Устройство с окислительно-восстановительным реагентом, присутствующее в зоне реакции, обычно включает, по меньшей мере, фермент (ферменты) и медиатор. Во многих вариантах реализации ферментный элемент (элементы) устройства с окислительно-восстановительным реагентом представляет собой фермент или множество ферментов, которые работают совместно для окисления требуемого анализируемого вещества. Другими словами, ферментный компонент устройства с окислительно-восстановительным реагентом составлен из одного фермента, окисляющего анализируемое вещество, или набора из двух или более ферментов, которые работают совместно для окисления требуемого анализируемого вещества. Необходимые ферменты включают оксидазы, дегидрогеназы, липазы, киназы, дифоразы, хинопротеиды и им подобные.

Определенный фермент, присутствующий в реакционной зоне, зависит от конкретного анализируемого вещества, для выявления которого предназначена тестирующая полоска, причем типичные ферменты включают; глюкозо-оксидазу, глюкозо-дегидрогеназу, холестерин-эстеразу, холестерин-оксидазу, липопротеид-липазу, глицерин-киназу, глицерин-3-фосфат-оксидазу, лактат-оксидазу, лактат-дегидрогеназу, пируват-оксидазу, алкоголь-оксидазу, билирубин-оксидазу, уриказу и им подобные. Во многих предпочтительных вариантах реализации, где необходимое анализируемое вещество представляет собой глюкозу, ферментный компонент системы окислительно-восстановительного реагента представляет собой фермент, окисляющий глюкозу, например глюкозо-оксидазу или глюкозо-дегидрогеназу.

Второй компонент системы окислительно-восстановительного реагента представляет собой медиаторный компонент, который составлен из одного или более медиаторных агентов. В данной области известно множество различных медиаторных агентов, и они включают: феррицианид, феназинэтосульфат, феназинметосульфат, фенилендиамин, 1-метоксифеназинметосульфат, 2,6-диметил-1,4-бензохинон, 2,5-дихлор-1,4-бензохинон, производные ферроцена, комплексы осмия с бипиридилом, комплексы рутения и им подобные. В тех вариантах реализации, при которых необходимое анализируемое вещество представляет собой глюкозу, а ферментными компонентами являются глюкозо-оксидаза или глюкозо-дегидрогеназа, медиаторами, представляющими особый интерес, являются феррицианид и ему подобные.

Другие реагенты, которые могут присутствовать в реакционной зоне, включают буферные агенты, цитраконат, цитрат, соли оксиянтарной кислоты, соли малеиновой кислоты, фосфат, "Хорошие" буферы и им подобные. Еще одни агенты, которые могут присутствовать, включают: двухвалентные катионы, такие как хлорид кальция и хлорид магния; пиррохинолинхинон; такие виды поверхностно-активных веществ, как Triton, Macol, Tetronic, Silwet, Zonyl и Pluronic; стабилизирующие агенты, такие как альбумин, сахароза, трегалоза, маннит и лактоза.

Для использования в производстве электрохимических тестирующих полосок для покрытия (10) предпочтительно используется окислительно-восстановительная система, включающая, по меньшей мере, фермент и медиатор, как описано выше. В растворе система предпочтительно включает смесь приблизительно 6% белка, приблизительно 30% солей и приблизительно 64% воды. Жидкость наиболее предпочтительно имеет вязкость около 1,5 сантипуаз (сП). Следует отметить, что многочисленные виды раствора могут сушиться посредством настоящего устройства изобретения. Наиболее предпочтительно раствор включает раствор типа реагента. Действительно, преимущество настоящего устройства наиболее очевидно в связи с сушкой раствора, в котором должна поддерживаться химическая активность, и с менее вязкими растворами, в частности с растворами с вязкостью ниже 100 сП.

Что касается аппаратуры, которую следует использовать в устройстве изобретения, то на фиг.3А и 3В показан предпочтительный нагревательный элемент, используемый для подачи энергии излучения внутрь секции (6) сушки. Изображенное устройство представляет собой панель или плату (24) нагревателя, изготавливаемую Radiant Energy Systems (Wayne, NY). Для каждой платы (24) выполнены 8 резистивных нагревателей (26) в соединении с керамическим измерительным каналом для ввода термопар (28) и связанными электрическими соединениями (30). Нагреватели установлены для испускания энергии инфракрасного излучения со средней длиной волн. Вместо использования одной или более панелей (24) нагревателя ряд отдельных нагревателей может быть установлен друг за другом. Подходящий блок инфракрасной сушки промышленного типа также производится Radiant Energy Systems в виде модели номер SFA-24. Альтернативно, в соответствии с изобретением, для сушки раствора на тканой ленте для обеспечения энергии излучения (в частности, ИК) могут использоваться один или более кварцевых трубчатых нагревателей. В этом случае эффективным оказался нагреватель Sun-Mite™, модель номер FFH-912B, производимая Fostoria (Comstock, MI).

На фиг.4 показано наиболее предпочтительное устройство нагревательных элементов. Три платы (24) нагревателя показаны в последовательном расположении. Перед нагревательными элементами установлены экраны (32). При использовании предпочтительной энергии инфракрасного излучения со средней длиной волн экраны - это все, что нужно для рандомизации воздействия лучей и обеспечения более равномерной подачи энергии.

На фиг.5 показано устройство, изображенное на фиг.4, помещенное внутрь секции (6) сушки. Хотя показаны шесть плат (24) нагревателя, энергия предпочтительно подается только элементами над тканой лентой (8), движущейся как указано тонкими стрелками. Элементы (26) нагревателя предпочтительно расположены на высоте приблизительно от 1 до 5 дюймов (от 25,4 до 127 мм) над субстратом, на который было нанесено покрытие. Более предпочтительно промежуток составляет приблизительно от 2 до 4 дюймов (от 50,8 до 101,6 мм). Количество энергии, подаваемой вдоль тканой ленты или субстрата (8), составляет предпочтительно приблизительно от 3,5 до 8 Вт/дюйм² (от 5,4 до 12,4 кВт/м²).

Особенно предпочтительна подача таких высоких количеств энергии вдоль тканой ленты, когда тканая лента включает поверхность, которая отражает большую часть удара. При использовании отражающего покрытия, имеющего низкую излучающую способность, такого как платина или палладий (около 0,1), высокоэнергетические уровни не разрушают субстрат. В некоторых случаях может быть возможно использование субстрата, который передает или является прозрачным для энергии, при этом достигается такой же эффект.

В любом случае раствор (10) обычно легко поглощает энергию, т.е., имеет высокую излучающую способность (около 0,9). Соответственно, направляемая ИК энергия оказывает воздействие при необходимости для сушки, а не в ином случае.

Даже в условиях сушки высокой интенсивности в соответствии с настоящим изобретением возможна сушка покрытия реагентом без значительного воздействия на активность реагента. Например, при включении в покрытие реагентов на основе белка применяемые условия сушки устанавливаются так, чтобы не разрушать белковые реагенты до такой степени, чтобы их нельзя было использовать. Более конкретно, когда раствор, нанесенный на поверхность субстрата, включает фермент, активность ферментной покрывающей композиции после сушки посредством настоящего устройства не проявляет значительной потери активности, по данным определения методологией системы физиологического контроля DCIP/PMS. Низкая поглощающая способность воды в покрытии и воздействие охлаждения при испарении на раствор после испарения воды в парообразное состояние защищают белки от разрушения.

Хотя последний эффект мог бы использоваться при сушке одним нагретым воздухом, отсутствуют другие преимущества, необходимые для сушки энергией излучения. Попытка быстрой сушки посредством воздушного удара при попытке получения работы, обеспечиваемой настоящим устройством, просто разрушила бы активность покрытия реагентом или расплавила бы тканую ленту.

В настоящем изобретении внутри сушки (6) могут быть установлены один или более датчиков температуры (34). Могут применяться термопары и/или ИК датчики. Они могут использоваться для контроля за окружающей температурой или температурой воздуха внутри секции сушки или температурой тканой ленты. Даже при отражающем покрытии на тканой ленте, имеющем высокую отражательную способность или низкую излучающую способность, пластик, на который часто наносится покрытие (предпочтительно, полиэфирная ткань), может быть подвергнут воздействию температур, превышающих приблизительно 300°F (150°С). Обратная связь от датчиков температуры может использоваться для установки или регулировки температуры во избежание повреждения тканой ленты или покрытого на нее материала реагента.

Согласно настоящему изобретению скорости обработки тканой ленты (т.е. скорость, с которой раствор может сушиться на субстрате) могут достигаться до 100 фут/мин (30,48 м/мин). Предпочтительно достигаются скорости обработки от 5 до 25-50 футов субстрата в 1 мин (от 1,524 до 7,62-15,24 м/мин). Самые высокие скорости обработки достигаются в установке, в которой элемент (элементы) нагревателя используется в соединении с одним или более фенами (36), которые обеспечивают не нарушающий воздушный поток для разрушения парового барьера подвергающегося сушке раствора внутри секции (6) устройства для сушки с использованием излучения.

Как отмечено выше, в настоящем изобретении могут использоваться один или более необязательных, дополнительных секций (22) устройства для сушки. Обычно каждая секция включает воздушно-ударную сушку с использованием нагретого, форсированного воздуха. Дополнительные устройства для сушки (22) могут использоваться при ускорении обработки ткани посредством полной сушки, как только форма капли раствора, нанесенного на субстрат, по существу определена сушкой энергией излучения.

Обычно сушка воздушным ударом обеспечивает множество проблем, особенно при сушке раствора с низкой вязкостью. Простая сушка воздушным ударом обеспечивает неравномерность нанесенной полоски реагента и поперек ткани, и вдоль ткани, по сравнению со способами настоящего изобретения.

На самом базовом уровне легко понятно, как воздействие на раствор высокоскоростной струей воздуха вызывает образование ряби, что приводит к неравномерному распределению высушенного продукта по длине полоски раствора. Однако воздействие на поперечное сечение высушенного реагента, полученного с использованием только сушки воздушным ударом, менее очевидно. Покрытие раствором, высушенным просто посредством воздушного удара, обеспечивает излишне выраженное U-образное поперечное сечение. Такой профиль возникает вследствие миграции реагента по направлению к краям, которые высыхают быстрее, в результате осмоса.

Как показывает последовательность тестирующих полосок с покрытием реагентом, высушенным в соответствии с настоящим изобретением посредством использования энергии излучения, приводит к более равномерному поперечному сечению. Считается, что возможность быстрой сушки, согласно настоящему изобретению, уменьшает краевое наслоение посредством уменьшения времени, необходимого для того, чтобы произошла миграция осмосом.

Также улучшается равномерность покрытия вдоль ткани, поскольку, когда раствор склонен к движению, он не подвергается возмущениям. Даже при использовании в устройстве (2) дополнительных устройств для сушки (22) воздушным ударом, рябь или возмущения не являются очевидными в высушенном покрытии реагента, поскольку секция (6) сушки обеспечивает достаточную энергию для эффективной установки формы покрытия.

Быстрая установка формы посредством энергии излучения также обеспечивает получение однородного продукта в другом отношении. При использовании раствора с низкой вязкостью или низким поверхностным натяжением с субстратом, который является гидрофильным или включает гидрофильное покрытие (что часто может быть предпочтительным в электрохимической тестирующей полоске, см. заявку на патент США S/N 09/497269, озаглавленную "Электрохимическая тестирующая полоска для использования при определении анализируемого вещества", и заявку на патент США, озаглавленную "Устройство для нанесения полосок раствора"), раствор имеет тенденцию быстро "вымачивать" субстрат. Раствор также имеет тенденцию проходить в поперечном направлении и покрывать большую площадь, чем желательно, а не сохранять полоску или каплю после нанесения. Эффект немедленного высыхания, достигаемый посредством настоящего изобретения посредством подачи энергии излучения на достаточном уровне, прекращает это, устанавливая границы реагента. Соответственно, дорогостоящий реагент не теряется миграцией. В этом случае обеспечивается значительное усовершенствование точности ширины высушенной полоски и точности размещения.

Кроме того, могут быть получены области более толстого покрытия реагента без необходимости множественных покрытий раствора. В случаях, когда невозможно изменить поверхностное натяжение реагента или поверхностную энергию подлежащего покрытию субстрата, существует несколько альтернатив для регулировки ширины и толщины полосок. Способность быстро установить форму толстых покрытий делает возможным их применение.

В электрохимической тестирующей полоске высушенное покрытие реагента служит в качестве активного слоя в гальваническом элементе. Для достижения удовлетворительных результатов требуются достаточные концентрации компонентов реагента. Авторы настоящего изобретения считают необходимым отметить, что низкие концентрации реагента дают неудовлетворительные результаты тестирования. Таким образом, возможность нанесения относительно более толстого покрытия реагента на субстрат для включения в тестирующие полоски обеспечивает улучшение точности тестирующей полоски.

При использовании признаков изобретения можно изготовить различные виды изделия. На фиг.6 показана заготовка (54) тестирующей полоски в плате для изготовления электрохимических тестирующих полосок. Она включает субстрат или материал ленты ткани (8), как показано на фиг.4, разрезанный надвое между полосами реагента для образования двух плат шириной 2 1/8 дюйма (5,4 см), как показано, дополнительно снабженных выемками (56). Заготовка может, кроме того, включать противоположную ленту ткани (58) и прокладку (60), расположенную между ними. Каждая из них показана в отрезанном, отсеченном пробойником или штампованном виде для ограничения концов (62) тестирующих полосок.

При работе с заготовочными элементами может использоваться непрерывный способ (например, способ, при котором различные рулоны материала объединяются для изготовления заготовки), такой как при способе с использованием непрерывного рулона ткани, или прерывистый способ (например, способ, при котором части полоски сначала отрезаются, а затем соединяются друг с другом). Могут также использоваться другие виды изготовления многокомпонентных полосок.

Прокладка предпочтительно включает двухстороннее клеевое изделие. Оно может быть изготовлено из любого удобного материала, причем типичные материалы включают PET, PETG, полиимид, поликарбонат и им подобные. Лента ткани (8) представляет собой предпочтительно пластик с нанесенным на него напылением палладием, и она используется в качестве "рабочего" электрода, в то время как лента ткани (58) представляет собой пластик, покрытый золотом, и она используется как "эталонный" электрод. Каждая часть ленты ткани может иметь толщину в диапазоне приблизительно от 0,005 до 0,010 дюйма (от 127 до 254 мкм).

Перед стадией изготовления, показанной на фиг.6, заготовка тестирующей полоски может быть в виде непрерывной ленты или быть в виде базовой платы (например, имеющей форму параллелограмма или аналогичную ему форму меньшей длины). По существу длина заготовки тестирующей полоски может значительно изменяться в зависимости от того, имеет ли она форму ленты или более короткую форму (т.е., представлена в виде платы). Ширина заготовки тестирующей полоски также может изменяться в зависимости от природы конкретной тестирующей полоски, которую необходимо изготовить. В основном ширина заготовки тестирующей полоски (или отдельно покрытого субстрата) может находиться в диапазоне приблизительно от 0,5 до 4,5 дюйма (от 13 до 114 мм). Конечно, она может быть шире, особенно для обеспечения места для размещения дополнительных полосок раствора.

Как упоминалось выше, ширина и глубина покрытия раствором, наносимого на субстрат или ленту ткани (8), могут также изменяться, в зависимости от изделия, которое необходимо изготовить. Для изготовления тестирующей полоски ширина нанесения полосы раствора обычно находится в диапазоне приблизительно от 0,05 до 0,5 дюйма (от 1,3 до 13 мм), а его толщина - в диапазоне приблизительно от 5 до 50 мкм. В частности, для применения в электрохимических тестирующих полосках узкие или широкие полоски водного материала реагента наиболее предпочтительно наносятся при величинах ширины приблизительно от 0,065 до 0,200 дюйма (от 1,7 до 5,1 мм) и глубине приблизительно от 15 до 25 мкм во влажном состоянии.

После отсечения на плату, подобную плате, показанной на фиг.6, заготовку (54) отделяют для изготовления отдельных тестирующих полосок (62). Как и заготовка, тестирующие полоски могут отрезаться вручную или автоматизированными средствами (например, лазерным режущим устройством или средством в виде роторного резака и т.д.). Заготовку можно отрезать поэтапно, как показано и описано, или используя одну операцию. Образцы, используемые для резки, могут устанавливаться программой, направляющей, картой, изображением или другим направляющим средством, которое направляет или указывает, как следует проводить резку заготовки тестирующей полоски на тестирующие полоски с реагентом. Образец может быть видимым на заготовке тестирующей полоски перед резкой/отделением, а может и не быть видимым. Когда образец видим, изображение может быть очевидным по полному очертанию, частичному очертанию, обозначенным точкам или отметкам полоски. Дополнительные подробности того, как можно изготовить тестирующие полоски, можно найти в заявке на патент США S/N 09/737179, озаглавленной "Способ изготовления тестирующих полосок с реагентом".

На фиг.7 показан вид с пространственным разделением деталей одиночной типичной электрохимической тестирующей полоски (62). Такая тестирующая полоска содержит эталонный электрод (64) и рабочий электрод (66), отделенный распорным элементом (60), который срезан для обозначения реакционной зоны или области (68), сообщающейся с боковыми отверстиями (70), определяемыми разрывом покрытия распорки, примыкающего к накладке реагента (72), образовавшейся из высохшей полоски раствора.

Для использования такой электрохимической тестирующей полоски образец водной жидкости (например, крови) помещают в реакционную зону. Количество физиологического образца, которое вводится в реакционную область тестирующей полоски, может изменяться, но в основном оно находится в диапазоне приблизительно от 0,1 до 10 мкл, предпочтительно приблизительно от 0,3 до 0,6 мкл. Образец может быть введен в реакционную область с использованием любой удобной последовательности операций, причем образец может быть инъецирован в реакционную область, он может стекать в реакционную область или он может быть введен другим образом через отверстия.

Компоненту, анализ которого предстоит, обеспечивают возможность вступить в реакцию с покрытием окислительно-восстановительного реагента для образования окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации подлежащего анализу компонента (т.е. анализируемого вещества). Затем электрохимическим измерением определяют количество присутствующего окисляемого (или восстанавливаемого) вещества.

Произведенное измерение может изменяться, в зависимости от конкретной природы анализа и устройства, с которым используется электрохимическая тестирующая полоска (например, в зависимости от того, является ли анализ кулометрическим, амперометрическим или потенциометрическим). Измерение полоской (62) предпочтительно осуществляют посредством элемента измерительного датчика, расположенного между электродными элементами для контакта с их соответствующими внутренними поверхностями. Обычно измерение проводят в течение определенного периода времени после введения образца в реакционную область. Способы проведения электрохимических измерений дополнительно описаны в патентах США №№4224125; 4545382 и 5266179, а также в публикациях WO 97/18465 и WO 99/49307.

После определения электрохимического сигнала, полученного в реакционной зоне, количество анализируемого вещества, присутствующего в образце, обычно определяют соотношением полученного электрохимического сигнала с рядом ранее полученных контрольных или стандартных величин. Во многих вариантах реализации этапы измерения электрохимического сигнала и этапы выведения величин концентрации анализируемого вещества выполняются автоматически устройством, предназначенным для работы с тестирующей полоской для получения величины концентрации анализируемого вещества в образце, нанесенном на тестирующую полоску. Типичное считывающее устройство для автоматического проведения этих этапов таким образом, что пользователю необходимо только нанести образец на реакционную зону, а затем считывать с устройства конечный результат определения концентрации анализируемого вещества, дополнительно описано в одновременно рассматриваемой заявке на патент США S/N 09/333793, поданной 15 июня 1999 г.

Реакционная зона, в которой происходит активность, предпочтительно имеет объем, по меньшей мере, приблизительно 0,1 мкл, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,3 мкл, а более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,6 мкл, причем объем может достигать 10 мкл или более. Размер зоны в значительной степени определяется характеристиками прокладки (60). Хотя, как показано, слой прокладки ограничивает прямоугольную реакционную область, в которой происходит активность, возможны другие конфигурации (например, реакционные области квадратной, треугольной, круговой, неправильной формы и т.д.). Толщина слоя прокладки в основном находится в диапазоне приблизительно от 0,001 до 0,020 дюйма (от 25 до 500 мкм), предпочтительно приблизительно от 0,003 до 0,005 дюйма (от 76 до 127 мкм). Способ, которым отрезается прокладка, также определяет характеристики отверстий (70). Площадь поперечного сечения впускных и выпускных отверстий может изменяться, пока она достаточно велика для обеспечения эффективного входа или выхода жидкости из реакционной области.

Как показано, рабочий и эталонный электроды в основном выполнены в виде удлиненных полосок. Обычно длина электродов находится в диапазоне приблизительно от 0,75 до 2 дюймов (от 1,9 до 5,1 см), предпочтительно приблизительно от 0,79 до 1,1 дюйма (от 2,0 до 2,8 см). Ширина электродов находится в диапазоне приблизительно от 0,15 до 0,30 дюйма (от 0,38 до 0,76 см), предпочтительно приблизительно от 0,20 до 0,27 дюйма (от 0,51 до 0,67 см). В определенных вариантах реализации длина одного из электродов короче, чем другого, причем в определенных вариантах реализации она короче приблизительно на 0,135 дюйма (3,5 мм). Предпочтительно ширину электрода и прокладки подбирают, когда элементы перекрывают друг друга. В самом предпочтительном варианте реализации электрод (64) имеет длину 1,365 дюйма (3,5 см), электрод (66) имеет длину 1,5 дюйма (3,8 см), и каждый из них имеет в своей самой большой части ширину 0,25 дюйма (6,4 мм), а в своей самой маленькой части - ширину 0,103 дюйма (2,6 мм), реакционная зона (68) и отверстия (70) имеют ширину 0,065 дюйма (1,65 мм), а реакционная зона имеет площадь приблизительно 0,0064 дюйма² (0,041 см²). Электроды обычно имеют толщину в диапазоне приблизительно от 10 до 100 нм, предпочтительно приблизительно от 18 до 22 нм. Прокладка, включенная в полоску, устанавливается на 0,3 дюйма (7,6 мм) сзади от конца электрода (66), оставляя отверстие между электродами, которое имеет глубину 0,165 дюйма (4,2 мм).

Тестирующие полоски в соответствии с настоящим изобретением могут быть выполнены в упакованной комбинации со средством для получения физиологического образца и/или с измерительным устройством или считывающим прибором, такими как отмечено выше. Когда физиологический образец, подлежащий исследованию полоской, представляет собой кровь, набор может включать такой инструмент, как ланцет для прокола пальца, средство привода ланцета и им подобные устройства. Кроме того, наборы тестирующей полоски могут включать контрольный раствор или стандарт (например, контрольный раствор глюкозы, который содержит стандартизированную концентрацию глюкозы). Наконец, набор может включать инструкции по использованию тестирующих полосок в соответствии с изобретением для определения концентрации анализируемого вещества в физиологическом образце. Эти инструкции могут присутствовать в одном или более контейнере (контейнерах), упаковке, ярлыке-вкладыше или им подобных в сочетании с тестирующими полосками.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на один пример, необязательно включающий различные признаки, изобретение не должно ограничиваться описанным устройством. Изобретение не ограничено предоставленными здесь отмеченными или приведенными в качестве иллюстративного описания видами применения. Следует понимать, что широта настоящего изобретения должна ограничиваться только буквальным и беспристрастным объемом следующей формулы изобретения.

Claims (9)

1. Способ изготовления субстрата, покрытого реагентом, включающий покрытие субстрата реагентом в растворе и обеспечение воздействия на раствор энергии излучения, подаваемой, по меньшей мере, одним нагревателем с использованием энергии излучения, направление воздушного потока на раствор, который одновременно подвергают воздействию энергии излучения, достаточного только для разрушения парового барьера раствора.

2. Способ по п.1, при котором субстрат размещают на валике и подают мимо источника энергии.

3. Покрытый реагентом субстрат, изготовленный способом по п.1 или 2, посредством которого получают высушенный реагент, имеющий по существу однородную толщину.

4. Покрытый реагентом субстрат по п.3, в котором субстрат включает инертный материал подложки и металлическое покрытие.

5. Покрытый реагентом субстрат по п.3 или 4 в заготовке тестирующей полоски.

6. Покрытый реагентом субстрат по п.3 или 4 в тестирующей полоске с реагентом.

7. Устройство для определения концентрации анализируемого вещества в физиологическом образце, содержащее тестирующую полоску с реагентом, включающую субстрат, изготовленный способом по п.1 или 2 в комбинации с удерживаемым в руке счетчиком, причем тестирующая полоска с реагентом и счетчик выполнены с возможностью контакта друг с другом.

8. Комплект для определения концентрации анализируемого вещества в физиологическом образце, содержащий тестирующую полоску с реагентом, включающую субстрат, изготовленный способом по п.1 или 2 в комбинации, по меньшей мере, с одним из следующих компонентов: набором инструкций по применению тестирующей полоски, средством для получения физиологического образца и стандартом анализируемого вещества.

9. Способ определения концентрации анализируемого вещества в образце, включающий нанесение образца текучей среды на тестирующую полоску с реагентом, включающую покрытый реагентом субстрат, изготовленный способом по п.1 или 2, определение сигнала от тестирующей полоски с реагентом и соотнесение определенного сигнала с концентрацией анализируемого вещества в образце для определения концентрации анализируемого вещества в образце жидкости.

Images