МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ РЕАКТИВНЫХ ПЛЕНОК
FINE-GRAINED FILLERS FOR PHOTOMETRIC REACTIVE FILMS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к диагностическому тестовому элементу для обнаружения аналита в пробе жидкости тела и к способу получения такого диагностического тестового элемента. Подобные диагностические тестовые элементы используются, например, для обнаружения одного или нескольких аналитов в таких жидкостях тела, как цельная кровь, например, для обнаружения глюкозы, мочевой кислоты, этанола или лактата или подобных аналитов. Возможны также и другие приложения.
Уровень техники
Из уровня техники известно много диагностических тестовых элементов, которые могут применяться для обнаружения по меньшей мере одного аналита в пробе жидкости тела. Этот, по меньшей мере один, аналит может представлять собой, например, метаболит. Может осуществляться качественное и/или же количественное обнаружение аналита. Известными аналитами являются, например, глюкоза, в частности глюкоза в крови, мочевая кислота, этанол и/или лактат. Альтернативно или дополнительно, можно обнаружить также и другие типы аналитов. Под жидкостью тела могут иметься в виду, например, цельная кровь, плазма крови, интерстициальная жидкость, слюна, моча или другие типы жидкостей тела. Далее изобретение будет описываться, без ограничения других возможных воплощений, в основном в отношении обнаружения глюкозы в цельной крови.
Тестовые элементы, как правило, содержат по меньшей мере один реагент-индикатор для качественного и/или количественного обнаружения аналита. Под реагентом-индикатором при этом обычно следует понимать химическое вещество или смесь химических веществ, которые при наличии по меньшей мере одного аналита изменяют по меньшей мере одно обнаруживаемое свойство, в частности свойство, обнаруживаемое физически и/или химически. Предпочтительно это изменение свойства имеет место специфически, исключительно при наличии по меньшей мере одного детектируемого аналита, но не в присутствии других веществ. Однако на практике в определенных рамках может допускаться неспецифическое изменение свойств при наличии других химических веществ, присутствие которых в пробе жидкости тела, как правило, маловероятно и/или которые содержатся лишь в очень малой концентрации.
Под по меньшей мере одним изменением свойств речь может идти, например, об изменении оптически обнаруживаемого свойства, в частности об изменении окраски. Примеры диагностических тестовых элементов с оптическими реагентами-индикаторами в уровне техники достаточно известны. Например, документ EP 0821234 B1, на который в рамках настоящего изобретения можно сослаться во многих частях, включает подложку для диагностического теста для определения аналита в цельной крови с помощью содержащейся в подложке реакционной системы, которая включает в себя окрашивающий реагент. Подложка для диагностического теста содержит тестовое поле, которое имеет сторону нанесения пробы, на которую подается проба, и сторону детектирования, на которой вследствие реакции аналита с реакционной системой происходит оптически детектируемое изменение. Тестовое поле выполнено так, чтобы содержащиеся в пробе эритроциты не попадали на сторону детектирования. Тестовое поле содержит, кроме того, прозрачную фольгу и первый пленочный слой, а также второй пленочный слой, нанесенный на первый. При этом находящийся на прозрачной фольге первый слой во влажном состояние существенно меньше рассеивает свет, чем лежащий на нем второй слой. Первый пленочный слой содержит наполнитель, показатель преломления которого близок к показателю преломления воды, тогда как второй слой содержит пигмент с показателем преломления, предпочтительно по меньшей мере равным 2,0 или даже больше, в частности по меньшей мере 2,2, в концентрации предпочтительно по меньшей мере 25 вес.% или даже больше чем 25 вес.% в расчете на сухой второй слой. Например, первый слой в качестве наполнителя может содержать алюмосиликат натрия.
В документе US 4312834 раскрывается диагностический агент для обнаружения компонента материала. При этом раскрывается водонерастворимая пленка, которая состоит из пленкообразователя и разрыхлителя пленки в форме мелких нерастворимых неорганических или органических частиц. Разрыхлитель пленки служит для того, чтобы придать пленке пористость, чтобы могло произойти достаточное впитывание пробы через пленку. В соответствии с этим предлагается использовать в качестве разрыхлителя пленки, например пигменты, то есть частицы большого размера, например пигменты из диоксида титана.
В WO 2006/065900 A1 описаны тестовые полоски или электрохимические сенсоры для измерения количества аналита в биологической жидкости. Они включают в себя ферментную систему для реакции с аналитами. Реактивная система добавляется в водорастворимую способную набухать полимерную матрицу, которая содержит маленькие не растворимые в воде частицы с номинальным размером приблизительно от 0,05 до 20 микрон. Таким образом, описывается сниженная пористость при применении мелких частиц.
Известные из уровня техники тестовые элементы, в частности тестовые элементы с по меньшей мере одним тестовым полем, на практике имеют, однако, недостатки и технические проблемы. Так, оказалось, что обычные тестовые поля, какие известны из уровня техники, могут приводить к зернистому, неоднородному проявлению цвета. Однако такое неоднородное проявление цвета для традиционных аналитических тестеров, как правило, не имеет значения, так как они имеют сравнительно большое пятно измерения. Так, например, имеющиеся в продаже стандартные оптические приборы для измерения уровня сахара в крови имеют пятно измерения диаметром примерно 1,5 мм. При таких диаметрах средний коэффициент вариации, то есть отношение стандартного отклонения к среднему измеренному значению, для типичного диапазона измерений примерно от 10 до 600 мг на дл сахара в крови типично составляет около 1,5%.
Однако с точки зрения аппаратуры отмечается тенденция к аналитическим тестерам с меньшими пятнами измерения. Однако при меньших пятнах измерения неоднородность становится более заметной, в частности, в том, что касается проявлении цвета в реакции обнаружения. Так, например, при пятне измерения диаметром менее 0,5 мм коэффициент вариации заметно повышается, в частности, выше еще допустимого клинически значения примерно 4%. Так как разработка интегрированных измерительных систем для измерения уровня глюкозы в крови ведет к все более малым объемам крови, до примерно 100 нанолитров, то здесь должны стать возможными пятна измерений порядка 10 микрон × 10 микрон, в частности, при применении оптики с пространственным разрешением. Однако известные тестовые поля, как правило, не имеют достаточной точности для этой цели.
Задача изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработать диагностический тестовый элемент, способ получения диагностического тестового элемента, а также способ обнаружения аналита в пробе жидкости тела, которые по меньшей мере по существу устраняют недостатки известных диагностических тестовых элементов и известных способов. В частности, высокоточное количественное обнаружение по меньшей мере одного аналита должно стать возможным и в минимальных количествах жидкости.
Раскрытие изобретения
Эта задача решена изобретением с отличительными признаками независимых пунктов формулы изобретения. Выгодные усовершенствования изобретения, которые могут быть реализованы по отдельности или в произвольной комбинации, представлены в зависимых пунктах формулы. При этом предлагаются диагностический тестовый элемент для обнаружения аналита в пробе жидкости тела, способ получения диагностического тестового элемента для обнаружения аналита в пробе жидкости тела, а также способ обнаружения аналита в пробе жидкости тела. При этом диагностический тестовый элемент может быть получен способом по изобретению в одном или нескольких из предложенных форм осуществления, и способ получения может применяться, чтобы получить диагностический тестовый элемент в одной или нескольких из описанных форм осуществления. Соответственно, для описания возможных конструктивных форм диагностического тестового элемента можно ссылаться на описание способа получения и наоборот. Однако в принципе возможны и другие конструктивные решения. Предложенный способ обнаружения аналита в пробе жидкости тела осуществляется с применением диагностического тестового элемента в одной или нескольких описываемых далее конструктивных формах.
Таким образом, в первом аспекте настоящего изобретения предлагается диагностический тестовый элемент для обнаружения аналита в пробе жидкости тела. Для возможных форм осуществления этого тестового элемента в принципе можно сослаться на описанный выше уровень техники. Таким образом, этот, по меньшей мере один, аналит можно обнаружить, например, количественно или качественно. Под по меньшей мере одним аналитом речь может вестись, в частности, об одном или нескольких определяемых веществах: глюкозе, мочевой кислоте, этаноле, лактате или комбинации этих аналитов и/или других аналитов. Однако в принципе могут быть обнаружены также и другие аналиты, например, один или несколько из вышеназванных аналитов. Под пробой жидкости тела речь может идти, в частности, о цельной крови. Однако в принципе возможны и другие формы осуществления, причем можно сослаться на описание выше.
+
Диагностический тестовый элемент содержит по меньшей мере одно тестовое поле с по меньшей мере одним реагентом-индикатором. Под тестовым полем при этом понимается связанную поверхность реагента-индикатора, в частности пленку с одним или несколькими слоями, которая, как более подробно будет пояснено ниже, может быть нанесена, например, на по меньшей мере один несущий элемент. Реагент-индикатор способен при наличии аналита подвергаться по меньшей мере одному обнаруживаемому изменению. В частности, это обнаруживаемое изменение может быть физически и/или химически обнаруживаемым изменением. В дальнейшем, в частности, будем ссылаться на физические изменения в форме оптически обнаруживаемого изменения, в частности изменения окраски. Однако в принципе допустимы, альтернативно или дополнительно, и другие виды обнаруживаемых изменений, например изменения, обнаруживаемые химически и/или электрохимически. Реагент-индикатор может, в частности, содержать по меньшей мере один фермент, например дегидрогеназу глюкозы (например, FAD-, NAD- или PQQ-зависимую) и/или оксидазу глюкозы. Вообще говоря, таким образом можно использовать, например, индикаторы глюкозы, которые включают один или несколько из следующих ферментативных индикаторов или реагентов-индикаторов: GOD, Gluc-DOR (PQQ-зависимая GDH и ее мутанты, FAD-GDH, NAD-зависимая GDH с медиатором (например, диафораза) для переноса окислительно-восстановительного эквивалента с NADH на нитрозоанилиновый медиатор.
Далее, реагент-индикатор может содержать, альтернативно или дополнительно, один или несколько медиаторов, то есть веществ, которые могут переносить электрические заряды с одного вещества на другие. В частности, могут применяться медиаторы, которые годятся для переноса электронов. Например, таким веществом может быть нитрозоанилин. Кроме того, опять же альтернативно или дополнительно, реагент-индикатор может содержать по меньшей мере один индикатор. Под индикатором может пониматься вещество, которое само может изменять по меньшей мере одно свойство, которое можно обнаружить, в зависимости от того, в какой форме находится это вещество. Например, могут использоваться вещества, которые в оксидированной и восстановленной форме могут иметь разные оптические свойства, например разную окраску. Альтернативно или дополнительно, индикаторы могут содержать вещество, которое в разных зарядовых состояниях имеют разные оптические свойства, например разные цветовые характеристики. Таким образом, обычно под реагентом-индикатором может пониматься отдельное вещество или смесь веществ, например, как описано выше, смесь по меньшей мере одного фермента, по меньшей мере одного медиатора и по меньшей мере одного индикатора. Такие реагенты-индикаторы в уровне техники в принципе известны, например, из описанного выше уровня техники.
Тестовое поле имеет по меньшей мере один детекторный слой, содержащий реагент-индикатор. При этом может применяться система с единственным детекторным слоем, или можно использовать несколько детекторных слоев, которые можно наносить друг на друга напрямую или с промежуточным включением одного или нескольких других слоев. Однако особенно предпочтительна система всего с одним детекторным слоем. При этом под слоем в рамках настоящего изобретения обычно следует понимать элемент, у которого материал покрытия нанесен плоскостно на несущий элемент или оформлен как отдельная пленка. Слой может, но не должен обязательно, быть выполнен непрерывным, но может, например, также иметь отверстия. Однако особенно предпочтительна, как ниже еще будет пояснено подробнее, по существу равномерная, предпочтительно без отверстий, гомогенная форма осуществления детекторного слоя с однородной толщиной слоя. При этом толщина слоя, то есть средняя толщина детекторного слоя, составляет предпочтительно от 3 до 60 микрон, в частности от 5 до 15 микрон, например 8 микрон.
Детекторный слой содержит частицы. Под частицами в рамках настоящего изобретения понимаются, вообще говоря, твердые тела размерами в микронном или нанометровом диапазоне, которые не являются напрямую связанными друг с другом и которые, тем самым, в сухом состоянии и без прочих веществ детекторного слоя могут образовывать, например, сыпучий порошок. Вообще говоря, частицы могут составлять, например, твердые компоненты аэрозолей, суспензий или порошков.
Согласно изобретению предлагается, чтобы частицы имели распределение по размеру, в частности, в сухом состоянии детекторного слоя, в котором по меньшей мере 90% всех частиц детекторного слоя имеют фактический размер менее 10 микрон, предпочтительно менее 3 микрон или даже меньше 1 микрона.
Под детекторным слоем, для которого должно выполняться это условие, при этом следует понимать весь детекторный слой, изменение которого можно измерить. При этом речь может идти, в частности, когда измеряется оптически детектируемое изменение, как, например, изменение окраски, о совокупном оптически распознаваемом детекторном слое, необязательно до отражательного слоя или разделительного слоя, который нанесен на детекторный слой на сторону нанесения пробы, как еще будет пояснено подробнее ниже. Так, на детекторном слое, например, может лежать, как ниже еще будет поясняться, по меньшей мере один следующий слой, который, например, может иметь отражающие свойства. При этом слои не должны обязательно быть четко разграничены друг с другом. При этом локально, если смотреть со стороны детектирования, под детекторным слоем фактически следует понимать слой, который обмеряется, например, до отражающих частиц и/или до другого отражающего объекта прямо или опосредованно прилегающего слоя.
Под размером частиц при этом следует понимать эквивалентный диаметр частицы, то есть диаметр сферы, которая имеет такой же объем и/или такую же площадь, что и частица. При этом для определения распределения частиц по размеру могут применяться различные способы. При этом следует различать разные случаи. Для сырьевых материалов, как, например, один или несколько наполнителей, которые могут быть компонентами детекторного слоя, размер частиц можно установить, например, с помощью лазерного рассеяния и/или лазерной дифракции. В слоистой структуре, например, детекторного слоя и необязательно нанесенного на него разделительного слоя могут применяться также оптические способы, например способы, которые базируются на распознавании образов. Таким путем можно установить, например, распределение частиц по размеру в детекторном слое, вплоть до диапазона от 3 микрон до 10 микрон. Опять же альтернативно или дополнительно, могут применяться также и другие способы, как, например, растровая электронная микроскопия образцов, например микротомных срезов. Такими способами можно, например, установить размер частиц и распределение частиц по размеру в детекторном слое и, необязательно, также в одном или нескольких нанесенных на него слоях, как, например, необязательном разделительном слое. Однозначную идентификацию частиц можно осуществить также, например, применяя дополнительно рентгеновскую спектроскопию с дисперсией по энергии (EDX). При применении электронно-микроскопических методов достаточны разрешения типично в области нанометров, при этом, например, можно учесть все частицы с размером >1 нанометра. Вообще, устройства и способы определения распределения частиц по размеру специалисту известны и доступны для приобретения. В рамках настоящего изобретения, поскольку обнаруживаемое изменение является оптически детектируемым изменением, применимо оптическое определение распределения частиц по размеру. Например, это может быть автоматический анализ изображений по снимку детекторного слоя, как ниже еще будет пояснено подробнее. При этом автоматическое распознавание образов может осуществляться, например, тем, что с помощью камеры или другого детектора изображений с пространственным разрешением делается снимок по меньшей мере части детекторного слоя и затем с помощью распознавания образов распознается отдельная частица и ей сопоставляется распределение по размерам. При этом, вообще говоря, для определения распределения частиц по размеру могут учитываться, например, все распознанные частицы. Однако, так как на практике частицы, как правило, могут распознаваться как частицы только начиная с некоторого минимального размера, то, например, при определении распределения частиц по размеру могут учитываться только частицы начиная с заданного минимального размера, например только с минимального размера 10-200 нанометров, в частности начиная с размера частиц 50-100 нанометров.
При этом в рамках настоящего изобретения под фактическим размером частиц понимается размер частиц в детекторном слое в форме, в которой частица фактически присутствует в детекторном слое. Если в детекторном слое частица состоит из нескольких первичных частиц, например находится в виде агломератов и/или агрегатов, которые слиплись, то следует использовать эквивалентный диаметр агрегата или агломерата, а не эквивалентный диаметр первичной частицы. Таким образом, настоящим изобретением не охватываются случаи, когда детекторный слой хотя и получен так, что при его приготовлении применялся порошок, который номинально имеет указанные свойства, но у которого частицы порошка, например, по время приготовления детекторного слоя, так взаимодействовали друг с другом, что в готовом и предпочтительно сухом детекторном слое присутствуют агломераты и/или агрегаты, так что в итоге для всех частиц в готовом детекторном слое указанное условие больше не выполняется.
В частности, по меньшей мере 80% всех частиц детекторного слоя могут иметь фактический размер менее 5 микрон, в частности менее 1 микрона. Особенно предпочтительно, если по меньшей мере 70% всех частиц детекторного слоя имеют фактический размер менее 900 нанометров, предпочтительно менее 800 нанометров.
При этом частицы детекторного слоя могут, в частности, иметь средний размер от 10 нанометров до 5 микрон, предпочтительно менее 1 микрона. Предпочтительно средний размер частиц может составлять от 20 нанометров до 1 микрона, особенно предпочтительно от 20 нанометров до 500 нанометров. Альтернативно или дополнительно, средний размер частиц может предпочтительно составлять от 70 нанометров до 5 микрон, в частности от 70 нанометров до 1 микрона и особенно предпочтительно от 70 нанометров до 500 нанометров.
Частицы детекторного слоя могут, в частности, иметь средний размер меньше 1 микрона, в частности меньше 500 нанометров и особенно предпочтительно максимум 300 нанометров или даже менее 100 нанометров, например 25 нанометров или меньше.
50
50
При этом под средним размером частиц может пониматься, например, средний размер распределения частиц по размеру, который обычно обозначается d. Это среднее значение обычно выбирается так, чтобы примерно 50% частиц имело размер ниже значения d и примерно 50% частиц имело размер выше этого среднего значения.
2
2
Частицы могут, в частности, содержать один или несколько следующих материалов: SiO; кизельгур; силикат, в частности алюмосиликат натрия; оксид металла, в частности оксид алюминия и/или оксид титана; синтетический оксидный материал, в частности оксидный материал нанометрового размера, в частности наночастицы оксида кремния, и/или оксида алюминия, и/или оксида титана; каолин; стеклянный порошок; осажденную кремниевую кислоту; сульфат кальция × 2HO.
Особенно предпочтительно, если все частицы детекторного слоя с размером частиц более 10 нанометров, в частности более 20 нанометров или более 100 нанометров, являются неорганическими частицами. Как уже определено выше, понятием "частица" не должны охватываться органические пленкообразователи и образованная из них органическая пленка, так как пленки обычно не состоят из свободных, не связанных друг с другом частиц, но пленки, как правило, образуют сплошной слой. Однако частицы детекторного слоя, как ниже еще будет описано подробнее, могут быть введены в по меньшей мере один такой пленкообразователь.
Детекторный слой может, в частности, иметь показатель преломления от 1,1 до 1,8, предпочтительно от 1,2 до 1,5. Таким образом, детекторный слой может, в частности, будь он в сухом состоянии или же во влажном состоянии, иметь показатель преломления, который близок к показателю преломления воды (около 1,33).
Диагностический тестовый элемент, в частности, по меньшей мере один реагент-индикатор и/или по меньшей мере один детекторный слой, может быть выполнен, в частности, так, чтобы обнаруживаемое изменение завершилось в пределах периода времени, который меньше 60 секунд, предпочтительно меньше 40 секунд и особенно предпочтительно составляет 20 секунд или менее. Этот период может также называться временем реакции. Если, например, обнаруживаемое изменение включает оптическое изменение в форме изменения окраски, то в качестве времени реакции можно определить, например, промежуток времени с момента нанесения пробы на тестовое поле, в течение которого его цветная реакция пройдет настолько, что затем изменение относительной ремиссии будет меньше чем 1% за полсекунды. Относительную ремиссию можно определить, например, как отношение ремиссии к ремиссии тестового элемента без пробы и/или к ремиссии калибровочного стандарта. Время реакции можно регулировать, например, соответствующим выбором химических свойств тестового реагента-индикатора, и/или полным составом тестового поля, и/или даже через используемое в рамках настоящего изобретения распределение частиц по размеру.
Тестовое поле может, в частности, иметь сторону для нанесения пробы жидкости тела и сторону детектирования для обнаружения изменения реагента-индикатора, в частности оптического изменения, например изменения окраски. Кроме того, тестовое поле может содержать по меньшей мере один разделительный слой. Этот разделительный слой может нести несколько функций. Так, например, он может быть способен отделять крупные компоненты пробы, в частности отделять эритроциты. Альтернативно или дополнительно, разделительный слой может быть выполнен также таким образом, чтобы перекрашивать собственный цвет пробы, например собственную окраску крови. Для этой цели можно, как еще будет подробнее изложено ниже, чтобы разделительный слой содержал, например, по меньшей мере один пигмент, предпочтительно по меньшей мере белый пигмент. Опять же альтернативно или дополнительно, разделительный слой может быть также выполнен таким образом, чтобы выполнять функцию отражения, например, чтобы отражать измерительный свет, который рассеивается в детекторном слое, и/или свет, испускаемый в детекторном слое, как например, флуоресцентное свечение.
Разделительный слой может, в частности, находиться на стороне детекторного слоя, обращенной к стороне нанесения. Например, разделительный слой может быть нанесен на детекторный слой напрямую или опосредованно. Под опосредованным нанесением при этом может пониматься, например, промежуточное включение одного или нескольких дополнительных слоев. Разделительный слой может, в частности, быть способным не пропускать крупные компоненты пробы, в частности эритроциты цельной крови, к стороне детектирования детекторного слоя или вообще к детекторному слою. Под крупными компонентами при этом понимаются в целом компоненты, которые имеют размер, например размер частиц и/или эквивалентный диаметр, более 1 микрона, в частности более 5 микрон. В частности, эритроциты, которые имеют характерную и интенсивную собственную окраску, могут помешать или даже воспрепятствовать обычной цветовой индикации сахара в крови на стороне детектирования, например, с помощью вышеописанных реагентов-индикаторов.
Разделительный слой может быть выполнен, в частности, крупнозернистым, то есть также иметь корпускулярную структуру, причем частицы этого разделительного слоя могут быть сделаны крупнее, чем частицы детекторного слоя. В частности, разделительный слой может содержать частицы размером более одного микрона. В частности, разделительный слой может содержать по меньшей мере один пигмент, то есть зернистый краситель, предпочтительно неорганический краситель, со средним размером частиц, который лежит выше длины световой волны, используемой для оптического обнаружения, например выше длины волны 660 нанометров. В частности, разделительный слой, как описано выше, может содержать по меньшей мере один пигмент для оптического перекрытия собственного цвета крови. Разделительный слой может, в частности, содержать по меньшей мере один белый пигмент (белила). Разделительный слой может, например, содержать один или несколько следующих пигментов: диоксид титана, диоксид циркония, титанат бария, цирконат бария, силикат бария. Возможна также комбинация названных и/или других пигментов. Особенно предпочтительно применение диоксида циркония и/или диоксида титана. Для оптимального отражения света пигмент предпочтительно имеет средний размер частиц от 200 нанометров до 400 нанометров.
Альтернативно или дополнительно, разделительный слой может необязательно содержать по меньшей мере один наполнитель, предпочтительно наполнитель с показателем преломления <2,0. С помощью этого наполнителя можно регулировать, например, всасывающую способность и/или светопропускание разделительного слоя. Этот, по меньшей мере один, наполнитель может содержать, например, кремниевую кислоту и/или силикат. Например, наполнитель может иметь средний размер частиц < 5 микрон.
В частности, разделительный слой может содержать пигмент с показателем преломления по меньшей мере 2,0, предпочтительно по меньшей мере 2,2 или даже по меньшей мере 2,5, в концентрации по меньшей мере 25 вес.%, в расчете на сухой слой, то есть высушенный разделительный слой. Под этим пигментом могут иметься в виду, в частности, частицы диоксида титана и/или частицы диоксида циркония, или пигмент может содержать частицы другого типа. Однако возможны также и другие формы осуществления. Частицы диоксида титана или частицы диоксида циркония могут, в частности, иметь средний размер, например, по меньшей мере около 300 нанометров. Однако при этом допустимы отклонения предпочтительно не более 50%, особенно предпочтительно не более 10%. Размер частиц 300 нанометров является, как правило, оптимальным для отражающего видимый свет белого пигмента. Частицы диоксида титана имеют особые светорассеивающие свойства, так что разделительный слой одновременно может действовать как отражающий слой, чтобы ослаблять или отражать свет, падающий со стороны детектирования. Однако альтернативно или дополнительно, слоистая структура тестового поля может, кроме того, содержать по меньшей мере один отражающий слой, который может обладать названными свойствами.
Диагностический тестовый элемент может, как уже говорилось, быть выполнен как слоистая структура и/или содержать слоистую структуру. Наряду с по меньшей мере одним детекторным слоем он может, кроме того, содержать по меньшей мере один разделительный слой и/или по меньшей мере один отражательный слой. Тестовое поле может быть нанесено своей стороной детектирования на по меньшей мере один несущий элемент. Таким образом, диагностический тестовый элемент может, в частности, содержать по меньшей мере один несущий элемент, причем несущий элемент предпочтительно содержит по меньшей мере одну прозрачную область. Тестовое поле может быть нанесено своей стороной детектирования на прозрачную область. Несущий элемент может, например, быть плоским несущим элементом, в частности несущим элементом в виде полосы. Например, несущий элемент может содержать пластиковый слой, бумажный слой, керамический слой или ламинатную структуру и/или содержать комбинацию указанных слоев. Например, несущий элемент вне прозрачной области может быть выполнен по существу непрозрачным, чтобы сторона детектирования тестового поля была различима только через прозрачную область. Сторона нанесения пробы может тогда располагаться на противоположной от несущего элемента стороне тестового поля. Диагностический тестовый элемент может быть выполнен так, чтобы проба жидкости тела наносилась непосредственно на сторону нанесения, так что, например, сторона нанесения доступна напрямую пользователю диагностическим тестовым элементов, чтобы, например, накапать, смочить или иным образом нанести пробу прямо на поверхность стороны нанесения, которая доступна по меньшей мере частично. Альтернативно, можно было бы также предусмотреть транспортную систему, которая способна перенести пробу жидкости тела с одного места стороны нанесения на другое место стороны нанесения, однако это менее предпочтительно.
Детекторный слой может, как уже неоднократно упоминалось выше, наряду с частицами и реагентом-индикатором содержать и другие вещества. Частицы предпочтительно не идентичны реагенту-индикатору или по меньшей мере не полностью идентичны реагенту-индикатору, причем, как написано выше, под реагентом-индикатором может иметься в виду смесь нескольких реагентов-индикаторов или нескольких веществ, которые вместе образуют реагент-индикатор. Детекторный слой может быть выполнен, например, аналогично описанному в EP 0821234 B1 первому пленочному слою диагностической тестовой подложке за исключением описанного выше распределения частиц по размеру. Таким образом, детекторный слой может содержать, например, по меньшей мере один органический пленкообразователь. Например, этот, по меньшей мере один, пленкообразователь может содержать дисперсию поливинилпропионата. Однако альтернативно или дополнительно, могут применяться и другие пленкообразователи.
Во втором аспекте настоящего изобретения предлагается способ получения диагностического тестового элемента для обнаружения аналита в пробе жидкости тела. Как упомянуто выше, этот диагностический тестовый элемент может представлять собой, в частности, диагностический тестовый элемент согласно одной или нескольким описанным выше формам осуществления или согласно одному или нескольким описываемым далее примерам осуществления. Диагностический тестовый элемент содержит по меньшей мере одно тестовое поле с по меньшей мере одним реагентом-индикатором. Реагент-индикатор способен при наличии аналита испытывать по меньшей мере одно изменение, в частности оптическое изменение. Тестовое поле включает в себя по меньшей мере один детекторный слой, содержащий реагент-индикатор. В этом способе детекторный слой создается таким образом, чтобы он содержал частицы, причем по меньшей мере 90% всех частиц детекторного слоя имеет фактический размер менее 10 микрон, предпочтительно менее 3 микрон или даже менее 1 микрона. Относительно особенно предпочтительных распределений частиц по размеру можно сослаться на описание выше.
Детекторный слой может быть получен, в частности, с помощью по меньшей мере одного мокрохимического способа, в частности, из одной или нескольких дисперсий, предпочтительно водных дисперсий. Такой способ образования слоя из одной или нескольких дисперсий специалисту в принципе известен, причем в качестве примера снова можно сослаться, например, на вышеупомянутый уровень техники, в частности на документ EP 0821234 B1.
Чтобы гарантировать, что в готовом детекторном слое соблюдаются указанные условия по распределению частиц по размеру, можно использовать различные способы. В частности, для приготовления частиц детекторного слоя можно использовать по меньшей мере один порошок, например пигментный порошок. Этот порошок может содержать агломераты первичных частиц, которые могут иметься уже непосредственно в исходном порошке или которые преимущественно могут образовываться только в процессе получения, например, в дисперсии. При этом, однако, пигментный порошок в предложенном способе получения обрабатывают в по меньшей мере одном процессе механического диспергирования, чтобы по меньшей мере частично разбить агломераты, чтобы в детекторном слое имелось вышеуказанное распределение частиц по размеру. Под процессом диспергирования при этом, вообще говоря, понимается способ, в котором порошок, например пигментный порошок, распределяют в по меньшей мере одной жидкой среде, предпочтительно водной среде, без того чтобы порошок растворялся в этой среде, так что образуется дисперсия. В дисперсию могут добавляться дополнительные вещества. Под способом механического диспергирования понимается (в отличие от способа химического диспергирования, который также может дополнительно применяться, что, однако, менее предпочтительно) способ диспергирования, при котором распределение порошка в среде поддерживается посредством механического воздействия на дисперсию. Это механическое воздействие может осуществляться, в частности, так, чтобы при этом механическом воздействии действовали высокие сдвиговые усилия на дисперсию и, в частности, на порошок и содержащиеся в нем агломераты, среди которых следует также учитывать агрегаты, чтобы они по меньшей мере частично разбивались, и возникали более мелкие частицы, которые удовлетворяют вышеуказанному критерию распределения частиц по размеру.
В частности, для осуществления механического способа диспергирования могут применяться диссольверы. Под диссольвером понимается, вообще говоря, устройство, которое может поддерживать распределение порошка в среде, в частности, по существу гомогенное распределение, и которое одновременно может оказывать высокие сдвиговые усилия на дисперсию. Например, эти сдвиговые усилия могут оказываться посредством двух или более перемещающихся относительно друг друга разделенных малым расстоянием поверхностей, между которыми захватывается дисперсия. Так, например, в продаже имеются диссольверы в виде дисковых мешалок, в которых посредством перемешивающего диска, который приводится во вращательное движение, к дисперсии прикладываются высокие сдвиговые усилия, так что агломераты отрываются друг от друга. Альтернативно или дополнительно, могут применяться диссольверы, работающие по принципу ротор/статор. Так, с такими диссольверами можно создавать или обрабатывать дисперсию, из которой образуют детекторный слой, чтобы выполнялось указанное выше условие распределения частиц по размеру.
Альтернативно или дополнительно, для осуществления процесса механического диспергирования, в частности для диспергирования наполнителей, может применяться трехвальцовый измельчитель (называемый также трехвальцовым прессом). У такого трехвальцового измельчителя имеются по меньшей мере три валка или цилиндра, которые движутся с разными скоростями относительно друг друга. Расстояние между валками или цилиндрами при этом, как правило, устанавливают сравнительно малым, например от 1 мм и меньше, до нанометрового диапазона.
Для приготовления частиц можно, с одной стороны, как еще подробнее поясняется ниже, использовать имеющиеся в продаже частицы, которые удовлетворяют указанному условию на распределение частиц по размеру. Однако альтернативно или дополнительно, можно также применять процессы размола. Так, для приготовления частиц можно использовать, например, по меньшей мере один порошок, в частности по меньшей мере один пигментный порошок, причем порошок подвергается по меньшей мере одному этапу измельчения. Под этапом измельчения при этом следует понимать процесс, при котором порошок в сухом или во влажном состоянии растирается под действием механических усилий. При этом известны разные способы размола. Так, этот, по меньшей мере один, этап измельчения может включать в себя, например, этап мокрого размола, в частности, в шаровой мельнице, и/или этап сухого размола, в частности, в воздухоструйной мельнице. Специалисту известны и другие способы размола, которые доступны на рынке, так что можно выбирать соответствующие мельницы, которые могут подбираться в соответствии с типом порошка и/или типом желаемого распределения частиц по размеру.
2
3
2
2
При приготовлении частиц можно использовать, в частности, порошок из синтетического оксидного материала. Такие синтетические оксидные материалы, как ниже подробнее поясняется на примере, уже частично доступны для приобретения с указанным размером частиц, например, от производителей, которые специализируются на микро- и/или наноматериалах. В частности, этот, по меньшей мере один, синтетический оксидный материал может быть оксидным материалом нанометрового диапазона. При этом в рамках настоящего изобретения под материалом нанометрового размера понимаются вообще все материалы, частицы которых имеют средний размер ниже 100 нанометров. В частности, под оксидным материалом речь может вестись, например, об оксиде кремния, и/или оксиде алюминия, и/или оксиде титана, например AlO, и/или TiO, и/или SiO. В частности, указанные оксиды, которые могут представлять собой также смешанные оксиды, могут находиться в форме наночастиц.
В следующем аспекте настоящего изобретения предлагается способ обнаружения аналита в пробе жидкости тела, в частности цельной крови. При этом используется диагностический тестовый элемент в одном или нескольких из вышеописанных вариантов осуществления и/или в одной или нескольких описываемых подробнее ниже конструктивных формах. При этом проба имеет объем менее 2 микролитров, в частности менее 0,5 микролитра, особенно предпочтительно менее 0,3 микролитра, например 100 нанолитров. В частности, под обнаруживаемым изменением по меньшей мере одного реагента-индикатора в тестовом поле применяемого диагностического тестового элемента речь может идти, как упоминается выше, об оптически детектируемом изменении. В этом случае особенно предпочтительно, если для детектирования обнаруживаемого изменения применяется оптический детектор с пространственным разрешением. Под оптическим детектором с пространственным разрешением при этом понимается оптический детектор, который имеет большое число оптических сенсоров, которые могут охватывать не полностью равновеликие области стороны детектирования детекторного слоя. В частности, оптический детектор с пространственным разрешением может содержать по меньшей мере один датчик изображения, то есть массив оптических детекторов, который может быть выполнен одномерным или же двумерным. Так, оптический детектор может содержать, в частности, ПЗС- и/или КМОП-чип. Кроме того, оптический детектор с пространственным разрешением может содержать по меньшей мере один оптический элемент для отображения стороны детектирования и/или детекторного слоя на чувствительной к изображению поверхности оптического детектора с пространственным разрешением. С оптическим детектором с пространственным разрешением и указанными малыми объемами пробы преимущества настоящего изобретения, которые еще будут подробнее описываться дальше, становятся особенно заметными, так как в случае обычных детекторных слоев из-за невыгодного влияния смачивания и крупнозернистости на обнаруживаемое изменение, в частности, оптически обнаруживаемое изменение, возникает высокая ненадежность обнаружения.
Предложенный диагностический тестовый элемент, предложенный способ получения и предложенный способ обнаружения имеют много преимуществ по сравнению с известными устройствами и способами названного типа. Так, важная основа настоящего изобретения состоит в знании того, что при применении мелких корпускул в виде частиц для получения детекторного слоя, как правило, происходит образование агрегатов, так что детекторный слой больше не может воспользоваться выгодой от малого размера первичных частиц. Поэтому тестовые полоски, которые получают известными способами уровня техники из веществ с описанными размерами частиц, как правило, соответственно содержат лишь частицы в агрегированном состоянии. Известные из обычных способов получения размеры частиц, которые используются в порошках как исходном материале, тем самым являются лишь номинальными значениями, которые, как правило, не имеются в фактическом распределении частиц по размеру в детекторном слое. Как правило, при получении детекторного слоя исходный материал (который здесь обобщенно называется наполнителем или который может содержать по меньшей мере один наполнитель) должен тонко диспергироваться. В случае некоторых наполнителей, как, например, аэросилы и/или Aeroxide, это, как правило, не нужно специально принимать во внимание, так как такие вещества во многих случая оптимизированы производителем для легкости обработки дисковыми мешалками.
Напротив, согласно изобретению получение диагностического тестового элемента можно осуществить с детекторным слоем, который ведет к существенно более благоприятному распределению частиц по размеру в готовом детекторном слое. Так, например, можно применять исходные порошки со средним размером частиц, например, до 50 нанометров, предпочтительно до 30 нанометров, для которых можно предусмотреть диспергирование частиц перед получением детекторного слоя, например перед нанесением дисперсии на несущий элемент для получения детекторного слоя, чтобы размер частиц соответствовал указанному условию. При этом, например, размер первичных частиц исходного порошка по существу остается без изменений, или агломерация и/или агрегация первичных частиц во время приготовления может происходить лишь в незначительной степени.
При этом в качестве исходных материалов для получения дисперсии могут применяться имеющиеся в продаже материалы, например имеющиеся в продаже порошки, которые уже имеют желаемый размер частиц или распределение частиц по размеру. Однако альтернативно или дополнительно, допустимо также, чтобы по меньшей мере часть исходных веществ, например по меньшей мере одного порошка, перед получением детекторного слоя сначала, как описано выше, измельчалась, чтобы достичь соответствующего распределения частиц по размеру с предпочтительными размерами зерна.
Кроме того, оказалось, что, как подробнее еще будет описано ниже, не все материалы годятся для подобного способа, так как в зависимости от выбранного материала во время диспергирования такие материалы могут также действовать как загустители, так что может произойти образование геля. В частности, в известных условиях определенные материалы могут действовать как загустители начиная, например, с концентрации более 3 вес.%, в частности более 5 вес.% или даже более 20 вес.%, в расчете на дисперсию. Однако вышеназванные материалы проявили себя особенно выгодными, так как по меньшей мере при концентрациях в дисперсии до 3 вес.%, предпочтительно выше, например, до 5 вес.% или до 20 вес.%, такое загущающее действие не возникает или, по меньшей мере, как правило, не возникает.
Настоящее изобретение основано, кроме того, на преодолении технических предубеждений, которые часто имеются в отношении мелкозернистых детекторных слоев. Так, например, до настоящего времени не было известно о влиянии мелких частиц на глубину окраски и время реакции в детекторном слое. Для достижения требуемой точности, например, при оптическом обнаружении, как правило, нужно, чтобы разность ремиссий, называемая также амплитудой реакции, между концентрациями глюкозы 10 мг/дл и 600 мг/дл, которые типично образуют диапазон измерений, достигала более 40%, предпочтительно более 50% или даже более 60% от относительной ремиссии, рассчитанной относительно холостого значения сухого детекторного слоя. Под ремиссией при этом понимается, вообще говоря, диффузное, ненаправленное отражение волн, в частности, света в отличие от регулярного, направленного отражения. При этом ремиссию часто относят к площади стороны детектирования и также называют коэффициентом ремиссии. Под коэффициентом ремиссии понимается отношение диффузно отраженной от поверхности плотности свечения к плотности свечения эталонной белой поверхности. Ремиссия в случае оптических тестовых элементов, как, например, в тестовых элементах, описанных в уровне техники, является обычным измеряемым параметром и специалисту в данной области известна.
Кроме того, при обычных диагностических тестовых элементах необходимо, как правило, чтобы время реакции составляло менее 10 секунд. Под временем реакции при этом следует понимать время, в течение которого после нанесения пробы на тестовое поле устанавливается по существу стационарное состояние. Однако, в частности, в отношении времени реакции до сих пор имелось опасение, что более плотноупакованные ингредиенты детекторного слоя потребуют большего времени для проникновения и растворения в пробе жидкости. Проба жидкости может представлять собой, например, кровь или плазму, полученную после удаления из крови эритроцитов.
Тем более неожиданным было, что, как более подробно еще будет говориться ниже, при предпочтительном распределении частиц по размеру диапазон ремиссии практически не изменяется по сравнению с крупнозернистыми детекторными слоями, и время реакции также остается по меньшей мере приблизительно равным. Однако одновременно можно достичь существенно более однородного смачивания тестового поля, благодаря чему, как еще подробнее будет говориться ниже, заметно уменьшается, в частности, коэффициент вариации. Таким образом, преодолев названные предубеждения, можно получить диагностические тестовые элементы, которые имеют существенно более высокую точность, чем обычные диагностические тестовые элементы, и которые одновременно подходят также для измерения проб очень малого объема, в частности, при применении оптических детекторов с пространственным разрешением.
Краткое описание фигур
Следующие детали и отличительные признаки изобретения выявляются из дальнейшего описания предпочтительных примеров осуществления, в частности, в сочетании с зависимыми пунктами формулы. При этом примеры осуществления по меньшей мере частично схематически показаны на фигурах. Одинаковые обозначения на разных фигурах при этом обозначают одинаковые или функционально одинаковые, то есть соответствующие друг другу по своим функциям, элементы. Изобретение не ограничивается этими примерами осуществления.
В частности, показано:
Фиг.1 - схематический вид в разрезе диагностического тестового элемента согласно настоящему изобретению;
фиг.2A и 2B - примеры смачивания поверхности тестового поля обычного диагностического тестового элемента (фиг.2A) и диагностического тестового элемента согласно изобретению (фиг.2B);
фиг.3 - кривые ремиссии диагностических тестовых элементов согласно фиг.2A и 2B;
фиг.4 - кривые ремиссии следующих примеров осуществления диагностических тестовых элементов согласно настоящему изобретению;
фиг.5 - кривые ремиссии образцов с по-разному диспергированными ингредиентами;
фиг.6A-6D - микрофотографии образцов с разной зернистостью;
фиг.7A и 7B - стандартные отклонения яркости на фиг.6A-6D и
фиг.8A и 8B - автокорреляционные функции яркости на фиг.6A-6D.
Примеры осуществления
На фиг.1 схематически в виде в разрезе показана возможная структура диагностического тестового элемента 110, который может применяться в рамках настоящего изобретения. В этом примере осуществления диагностический тестовый элемент 110 содержит несущий элемент 112, который может быть выполнен, например, как полоса. Таким образом, диагностический тестовый элемент 110 может быть выполнен в целом как тестовая полоска.
Несущий элемент 112 содержит по меньшей мере одну прозрачную область 114. В зоне прозрачной области 114 на несущий элемент 112 нанесена слоистая структура, которая может полностью или частично накрывать прозрачную область 114. В представленном примере осуществления структура имеет два слоя и образует тестовое поле 116. Это тестовое поле 116 содержит в показанном примере осуществления типично один детекторный слой 118 с обращенной к несущему элементу 112 и прозрачной области 114 стороной 120 детектирования. Кроме того, тестовое поле 116 в показанном примере осуществления необязательно содержит также разделительный слой 122 на противоположной от несущего элемента 112 стороне детекторного слоя 118. Этот разделительный слой 122 служит для отделения крупных компонентов пробы 126 жидкости тела, которая может быть нанесена на поверхность 124 тестового поля на стороне нанесения 128.
Прозрачная область 114 может быть, например, просто отверстием, например может быть выполнена как дырка в несущем элементе 112. В частности, в этом случае, а также и в других формах осуществления дополнительно на несущий элемент 112 может быть нанесена пленка-подложка или другой тип подложки, предпочтительно прозрачная пленка-подложка. Эта факультативная пленка-подложка обозначена на фиг.1 позицией 119. Эта пленка-подложка 119 может быть встроена в показанную на фиг.1 слоистую структуру, например, между несущим элементом 112 и детекторным слоем 118. Например, пленка-подложка 119 может быть выполнена как часть реактивной пленки, причем на пленку-подложку 119 наносится по меньшей мере один детекторный слой 118 и, необязательно, по меньшей мере один разделительный слой 122, например, с помощью процесса печати и/или процесса ракельной глубокой печати. Затем эта реактивная пленка наносится на собственно несущий элемент 112 с прозрачной областью 114, так что детекторный слой 118 виден сквозь прозрачную область 114.
Однако альтернативно, прозрачная область 114 может быть также заполнена, целиком или частично, прозрачным материалом, например прозрачным синтетическим материалом, и/или весь несущий элемент 112 может быть выполнен как прозрачный несущий элемент. В частности, в этом случае, а также и в других случаях слоистая структура с по меньшей мере одним детекторным слоем 118 и, необязательно, по меньшей мере одним разделительным слоем 122 может быть нанесена прямо на несущий элемент 112. Альтернативно, здесь также может применяться реактивная пленка согласно сказанному выше, которая наносится на несущий элемент 112.
Отметим, что показанную на фиг.1 структуру диагностического тестового элемента следует понимать лишь как примерную и что возможны другие типы структуры. Так, например, можно предусмотреть несколько детекторных слоев 118 и/или несколько разделительных слоев 122 или вообще не предусматривать наличия разделительных слоев 122. Кроме того, показанная на фиг.1 структура может быть дополнена различными дополнительными элементами, которые не показаны. Так, например, на поверхности 124 тестового поля можно предусмотреть распределительную сетку. Кроме того, части поверхности 124 тестового поля могут быть закрыты, например, гидрофобным материалом, например, чтобы сделать доступной только часть стороны нанесения 128 для подвода пробы 126. В отношении возможных форм осуществления диагностического тестового элемента 110 можно сослаться, например, на вышеупомянутый документ EP 0821234 B1 или на другие известные структуры тестовых полосок.
Пример 1
Настоящее изобретение относится в основном к разработке и получению детекторного слоя 118. Чтобы сравнить диагностические тестовые элементы 110, имеющие вышеописанное распределение частиц по размеру согласно изобретению, с обычными диагностическими тестовыми элементами, в принципе можно использовать слоистые структуры, какие описаны, например, в EP 0821234B 1. Однако в настоящем примере использовались слоистые структуры тестового поля 116, которые получены следующим образом:
Образец A:
В качестве сравнительного образца (образец A) был приготовлен диагностический тестовый элемент 110, соответствующий следующей структуре:
a) Детекторный слой:
Для получения дисперсии для детекторного слоя 118 сначала готовят два отдельных раствора (частичный раствор 1 и 2), которые затем соединяют в частичную композицию. Термин "раствор" в этой связи применяется независимо от того, действительно ли имеется настоящий раствор или, например, только дисперсия. Готовят ферментный раствор и смешивают частичную композицию 1 и ферментный раствор, так что образуется масса для покрытия.
Для этого действуют следующим образом.
Частичный раствор 1: 0,34 г ксантановой смолы предварительно держали для набухания в 35,5 г 0,02 M глицерин-3-фосфатного буфера с pH 6,5 в течение 24 ч и смешивали с 5,0 г дисперсии поливинилпропионата.
Частичный раствор 2: 5,2 г Transpafill диспергировали в 21,5 г воды в течение 10 мин, диспергатор Ultraturrax.
Частичная композиция 1: Оба частичных раствора соединяли и после добавления 0,15 г тетраэтиламмонийхлорида, 0,17 г N-октаноил-N-метилглюкамида, 0,06 г N-метил-N-октадеценилтаурата ("Geropon T 77") и 0,88 г PVP (Мол.вес 25000) интенсивно перемешивали 1 ч в лопастной мешалке. Затем по очереди добавляли следующие частичные растворы:
- 0,10 г бис-(2-гидроксиэтил)-(4-гидроксииминоциклогекса-2,5-диенилидин)аммонийхлорида в 1,5 г воды,
- 0,65 г гексанатриевой соли 2,18-фосформолибденовой кислоты в 1,5 г воды,
после чего с помощью NaOH устанавливали pH 6,7.
2
Ферментный раствор: К 25,6 г 0,1M глицерин-3-фосфатного буфера с pH 6,5 добавляли 5 мг динатриевой соли PQQ и 0,28 г GDH (Mutante 31), а также 0,16 г 1М раствора CaCl и перемешивали более 3 ч.
3
6
Смешивали частичную композицию 1 и ферментный раствор, соединяли с раствором 20 мг K[Fe(CN)] в 0,4 г воды, а также 1,0 г 2-метил-2-бутанола и перемешивали 30 мин. При этом образуется состав для покрытия для получения детекторного слоя 118.
2
Полученный так состав для покрытия наносят с поверхностной плотностью 90 г/м на пленку-подложку 119 в форме поликарбонатной пленки толщиной 125 микрон и сушат.
Transpafill представляет собой порошок алюмосиликата натрия, выпускаемый в продажу Evonik Industries AG. Повышающее точность действие N-метил-N-октадеценилтаурата ("Geropon T 77") было описано в EP 0995994.
b) Разделительный слой:
Для получения разделительного слоя 122 в настоящем примере осуществления также сначала готовят два отдельных раствора (частичный раствор 1 и частичный раствор 2) и затем их соединяют.
Для этого действуют следующим образом.
Частичный раствор 1: Взвесь 1,37 г Gantrez S 97 в 13,5 г воды предварительно смешивали с 2,2 г 16%-ого NaOH и оставляли предварительно набухать в течение ночи. Затем добавляли 0,40 г тетраэтиламмонийхлорида, 0,34 г N-октаноил-N-метилглюкамида, 0,06 г N-метил-N-октадеценилтаурата ("Geropon T 77") и 1,87 г PVP (мол.вес 25000) и перемешивали 1 ч.
Частичный раствор 2: 14,3 г диоксида титана E 1171 фирмы Kronos и 1,95 г осажденной кремниевой кислоты FK 320 фирмы Degussa диспергировали 10 мин в 36,4 г воды, диспергатор Ultraturrax.
3
6
После соединения частичных растворов добавляли 5,7 г дисперсии поливинилпропионата, 0,15 г бис-(2-гидроксиэтил)-(4-гидроксиминоциклогекса-2,5-диенилидин)аммонийхлорида в 4,2 г воды, 1,85 г гексанатриевой соли 2,18-фосформолибденовой кислоты в 4,2 г воды, 10 мг K[Fe(CN)] в 0,4 г воды и устанавливали pH 6,8 с помощью NaOH. После добавления 1,0 г 2-метил-2-бутанола перемешивали еще 1 ч.

Обозначение Gantrez относится к кодировке продукта ISP (International Speciality Products, Кельн, Германия). С точки зрения химии речь при этом идет о сополимере малеиновой кислоты и метилвинилового эфира.
2
Состав для покрытия, полученный путем соединения частичных растворов 1 и 2, наносят затем с поверхностной плотностью 45 г/м на описанную выше уже покрытую один раз пленку-подложку 119 из поликарбоната, то есть на детекторный слой 118, и сушат.
Образец B:

Для получения диагностического тестового элемента 110 согласно изобретению с детекторным слоем 118 исходный материал Transpafill, который в основном ответственен за крупнозернистость этого детекторного слоя 118, подвергают процессу измельчения. Необязательно можно также подвергнуть измельчению кизельгур, также крупнозернистое сырье, для разделительного слоя 122, который действует как осажденная кремниевая кислота. Напротив, не должен измельчаться в разделительном слое 122 диоксид титана, который служит белым пигментом и, таким образом, должен отражать испущенный свет, например свет с длиной волны 660 нанометров. Этот свет, например, проходит сквозь прозрачную область 114, пронизывает детекторный слой 118 и отражается от разделительного слоя 122, так что разделительный слой 122 в показанном на фиг.1 примере осуществления одновременно может служить отражающим слоем.

50
90
90
90
Чтобы измельчить вышеназванные крупнозернистые наполнители Transpafill и, необязательно, осажденную кремниевую кислоту, их подвергают процессу мокрого размола. Это может проводиться с бисерной мельницей, например, в течение 20 минут, что соответственно приводит к измеренному размеру частиц d около 0,3 микрон и размеру частиц d около 0,5 микрон. Величина d обозначает размер, для которого 90% частиц имеют размер меньше чем d.
С полученными таким образом образцами A и образцами B можно проводить различные сравнительные эксперименты. На основании этих сравнительных экспериментов можно, в частности, освободиться от предубеждений, что в случае более плотноупакованных ингредиентов требуется более длительное время для просачивания и, тем самым, для растворения в жидкой пробе.
На фиг.2A и 2B показаны опыты по смачиванию, которые проводились на образцах типа A (фиг.2A) и образцах типа B (фиг.2B). Эти опыты показывают, во-первых, влияние этапа размола на смачивание. Сравнительные опыты показывают соответственно тестовые поля 116 с поверхностью 124 тестового поля, на которую наносится капля 130 пробы 126. При этом отдельные изображения 132 на фиг.2A и 2B показывают соответственно микрофотографии поверхности 124 тестового поля, тогда как отдельные изображения 134 показывают изменение яркости на микрофотографии 132 вдоль линии разреза 136 через каплю 130 пробы 126. В качестве пробы 126 при этом используется тестовая жидкость с концентрацией глюкозы 50 мг/дл.
На отдельных изображениях 134 по вертикальной оси в произвольных единицах отложена обозначенная символом # позиция пикселя вдоль линии разреза 136. Горизонтальная ось указывает время t в секундах после нанесения пробы 126. При этом на отдельном изображении 134 показаны изменения яркости. Справа на этом отдельном изображении показана шкала, которая указывает изменения яркости ΔI в произвольных единицах. При этом фиг.2A показывает поверхность 124 тестового поля образца A, то есть материала тестового поля, который применяется в настоящее время в стандартных покупных тестовых полосках. Напротив, фиг.2B показывает тестовое поле 116 с материалом тестового поля согласно образцу B в соответствии с настоящим изобретением.
Не вдаваясь в численные детали измерения, укажем, в частности, что отдельные изображения 134 изменения яркости на фиг.2A и 2B при непосредственном сравнении показывают, что измельчение материала тестового поля ведет к заметно более однородному временному изменению характеристик яркости вдоль линии разреза 136. В соответствии с этим начало реакции, которая является специфической для подтверждения обнаруживаемого аналита, в примере осуществления согласно фиг.2B идет вдоль линии разреза 136 почти одновременно, тогда как в опыте с неизмельченным материалом тестового поля согласно фиг.2A отмечается сильное временное смещение начала реакции. Так, между отдельными местами вдоль линии разреза 136 имеется смещение во времени, которое может составлять до 3 секунд или больше. Также вдоль линии разреза 136 наблюдаются места, в которых реакция начинается мгновенно, а также места, в которых реакция, по-видимому, вообще не идет.
Кроме того, на фиг.2A и 2B можно различить большое число частиц 137 в детекторном слое 118. При этом на микрофотографии на отдельных изображениях 132 виден почти исключительно детекторный слой 118, так как световые лучи, которые проникли через прозрачную область 114 в детекторный слой 118, отражаются самое позднее от пигментов разделительного слоя 122, в частности пигментов диоксида титана.
При этом четко видно, что частицы 137 в обычном образце A согласно фиг.2A являются существенно более крупными и имеют более широкое распределение по размеру, чем частицы 137 в образце B согласно изобретению (фиг.2B). Из такой микрофотографии согласно отдельному изображению 132 на фиг.2A и 2B при соответствующем увеличении можно без затруднений установить также распределение частиц по размеру посредством распознавания образов и автоматического распознавания частиц. Альтернативно или дополнительно, можно также использовать для этого изменение яркости согласно отдельным изображениям 134. Такие способы обработки с автоматическим распознаванием образов специалисту в области обработки изображений в принципе известны.
В результате как первый положительный эффект применения измельченного материала тестового поля можно наблюдать выравнивание протекания специфической для аналита реакции. Кроме того, как четко следует из фиг.2A и 2B, в итоге следует отметить однородное протекание реакции на всей смоченной поверхности 124 тестового поля.
Далее, в целом в опытах время реакции в случае измельченных и неизмельченных образцов в среднем остается почти постоянным. Так, во всех случаях было установлено время реакции примерно 6-7 секунд. Однако, как вытекает из описанных выше результатов, пространственно разрешенное, локальное время реакции в случае измельченного материала тестового поля является сильно выровненным, так что локальные колебания времени реакции благодаря измельченному материалу тестового поля можно существенно уменьшить.
В следующем опыте проводились эксперименты с образцами A и B в отношении амплитуды ремиссии. Согласно упомянутому выше предубеждению, что измельчение материалов тестового поля ведет к неполному прохождению через детекторный слой 118, в образцах типа B должно было бы наблюдаться заметное снижение амплитуды ремиссии, так как проба 126 должна пройти только через малую область детекторного слоя 118 и тем самым стать доступной для реакции обнаружения.
Результаты этих измерений ремиссии представлены на фиг.3. При этом по горизонтальной оси отложена концентрация глюкозы в пробе 126, а по вертикальной оси нанесена относительная ремиссия R. В качестве пробы 126 использовалась венозная кровь EDTA, причем концентрации глюкозы в этой тестовой жидкости варьировались. Кривая 138 на фиг.3 показывает ремиссии, которые были измерены для обычного диагностического тестового элемента, то есть образца типа A, а кривая 140 показывает ремиссии образца типа B согласно изобретению. Как можно видеть из этих представлений, амплитуда ремиссии, то есть изменение ремиссии во всем диапазоне измерений, который типично составляет от 10 до 600 мг/дл, практически не изменяется. Таким образом, мокрый размол наполнителя не приводит к ухудшению оптических свойств и/или характеристик обнаружения.

Таким образом, опыты, представленные на фиг.1-3, четко показывают, что при применении измельченных наполнителей не происходит никакого ухудшения свойств диагностических тестовых элементов 110 в виде увеличения продолжительности реакции или в форме ухудшения амплитуды ремиссии. Однако, как четко подтверждается фиг.2A и 2B, одновременно благодаря использованию измельченных реагентов тестового поля можно заметно улучшить гомогенность и точность измерений. Уже на приборе типа Accu-Chek Active при нескольких измерениях было отмечено улучшение коэффициента вариации VK (называемого также "coefficient of variation", CV), который указывает соотношение между стандартным отклонением и средним значением измерений, с 1,5 до 1,2% при переходе от образцов типа A к образцам типа B.
Альтернативно описанному на примере образца B мокрому размолу можно также, например, альтернативно или дополнительно, проводить измельчение посредством сухого размола. Соответственно, можно, например, использовать воздухоструйную мельницу, с помощью которой в принципе можно достичь размеров частиц до, например, 100 нанометров.
Кроме того, проводились опыты, в которых измельчали всю массу покрытия для детекторного слоя 118 и разделительного слоя 122. При этом в детекторном слое 118 реагент-индикатор, в частности фермент, из-за вносимой энергии в процессе размола не измельчался. Вместе с тем, такие способы не вносят в результате никакого улучшения в гомогенность или вносят лишь незначительное улучшение, диапазон ремиссии и время реакции. Измельчение всей совокупности материалов покрытия не вносит также никаких преимуществ по сравнению с размолом предварительной смеси наполнителя. Однако последнее существенно проще с производственно-технической точки зрения, так как размол можно производить с запасом.
Пример 2
Измельчение сырья для детекторного слоя 118 представляет собой дополнительный технологический этап и может сильно повысить стоимость диагностических тестовых элементов 110. Поэтому во второй фазе исследовалось сырье, которое имеется в продаже и которое с самого начала обладает средним размером частиц в диапазоне <<1 микрона. Здесь предлагается, наряду с прочими, спектр продуктов серии так называемых аэросилов от Evonik Industries AG. Это гидрофильные оксиды с нанометровыми размерами частиц, в частности оксиды металлов.
Так, в качестве замены описанному выше Transpafill в образце B использовали следующие заменители:
<b>Таблица 1</b>Примеры дальнейших возможных заместителей Transpafill<sup></sup>
Материал
Тип
Средний размер частиц
SiO<sub>2</sub>
Почти не загущающий при диспергировании:Aerosil EG50, Aerosil 90
20 нм
Сильно загущающий при диспергировании:Aerosil 200, Aerosil COK 84
TiO<sub>2</sub>
Aeroxide TiO<sub>2</sub> P25
21 нм
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Aeroxide Alu 65
17 нм
При этом выражениями "загущающий при диспергировании" или "не загущающий при диспергировании" обозначается свойство определенного вещества, которое можно установить экспериментально, что это вещество во время процесса диспергирования оказывает загущающее действие на дисперсию.
При использовании этих заменителей сначала из-за вышеназванных предубеждений, естественно, возникает опасение, что теперь поры могут иметь в конце слишком малый размер, чтобы позволить прохождение через детекторный слой 118, так что амплитуда ремиссии и время реакции по сравнению со стандартными образцами станут хуже.

В соответствии с этим получены образцы, у которых по сравнению с описанным выше образцом A Transpafill в детекторном слое 118 был заменен следующими материалами в соотношении 1:1:
Образец C:
2
2
3
SiO, Aerosil COK 84 (смешанный оксид с 10% AlO), средний размер частиц 20 нм
Образец D:
2
2
TiO, Aeroxide TiO P 25, средний размер частиц 21 нанометр
и
Образец E:
2
3
AlO, Aeroxide Alu 65, средний размер частиц 17 нанометров
Образец F:

В четвертом образце этого второго примера по сравнению с образцом A вместо Transpafill используется мокроизмельченная смесь осажденной кремниевой кислоты и диоксида титана с совокупным средним размером частиц 0,3 микрона.
На этих образцах снова частично проводили измерения ремиссии аналогично эксперименту согласно фиг.3. Результаты этих измерений показаны на фиг.4 в изображении, аналогичном фиг.3. При этом кривая 142 относится к ремиссии образца A, кривая 144 - к ремиссии образца D, кривая 146 - к ремиссии образца E, и кривая 148 - к ремиссии образца F.
Сначала было установлено, что время реакции для всех образцов составляло 6 секунд и, следовательно, не изменилось по сравнению со сравнительным образцом A. Далее, амплитуды ремиссии остаются по существу одинаковыми, как отчетливо видно из фиг.4, во всей области измерения. При этом кривые 142 и 148 на фиг.4 в дальних областях даже перекрываются.

Правда, в этих опытах оказывается, что ультратонкие наполнители должны измельчаться почти до размера своих первичных частиц, чтобы предотвратить агломерацию и/или образование агрегатов. Для этого используются обычные диссольверы, причем, например, можно сослаться на аппараты фирмы Kinematica AG серии Polytron или Megatron или на аппараты фирмы IKA Maschinenbau, например, серии Ultra-Turrax.
2
2
2
В случае аэросила типа SiO, как, например, описанные выше образцы C, оказывается, что диссольвер применять сложно. Таким образом, диссольвер предпочтительно используется для образцов типа D и E, то есть для оксидов титана и оксидов алюминия, в частности, с номинальным средним размером частиц исходного порошка 30 нанометров или меньше. Напротив, в случае образцов типа C применение диссольверов из-за загущающего действия аэросила типа SiO и образования геля приводит к диспергированию в исходной мокрой смеси лишь до концентраций примерно 3 вес.%. Однако здесь можно использовать мешалку с пониженной скоростью сдвига, что, правда, дает в экспериментах почти такие же результаты, какие показаны на кривых на фиг.4. Это указывает на то, что аэросилы были оптимизированы в отношении диспергируемости. В случае Aeroxide TiO P 25 и Aeroxide Alu 65 загущение в экспериментах было несущественным.

Альтернативно или дополнительно, к названным выше наполнителям, измельченным или уже поступивших в продажу в виде наночастиц, исследовали следующие вещества, которые могут использоваться в качестве наполнителей в детекторном слое 118, например, как замена Transpafill в вышеописанном образце A.
При этом помимо описанных выше марок аэросила оценивались, наряду с прочими, следующие вещества:
- каолин;
- стеклянный порошок (фирма TROVOtech, Wolfen);
- осажденная кремниевая кислота;
2
- сульфат кальция × 2HO;
- алюмосиликат натрия, как, например Sipernat 44 MS (Degussa/Evonik).
Эти наполнители либо уже доступны с желаемым размером частиц или распределением по размеру, либо могут быть обработаны путем измельчения до требуемого размера частиц, соответственно, распределения частиц по размеру.
Вышеуказанные эксперименты по существу показывают, что марки Aerosil/Aeroxide были со стороны производителя сбалансированы в отношении легкости диспергирования, так что введение в смесь по существу не зависит от сдвиговых усилий.
2
2
Чтобы более точно проверить необходимость диспергирования до размера первичных частиц, проводили дополнительные опыты. С этой целью еще раз исследовали образец D разными способами. Для этого Aeroxide TiO P 25 диспергировали один раз в диссольвере (образец G) и один раз в пропеллерной мешалке с низким числом оборотов. Добавление Aeroxide TiO P 25 проводили один раз после предшествующего замеса с водой до получения пасты (образец H) и один раз путем введения в твердом состоянии в раствор загустителя (ксантановая смола) (образец I). В качестве сравнительного образца по-прежнему использовался образец A согласно описанному выше.
В итоге для описываемого далее опыта были получены следующие образцы:
образец A': как образец A выше,
2
образец G: как образец D с диспергированием Aeroxide TiO P 25 в диссольвере,
2
образец H: как образец D, но с диспергированием Aeroxide TiO P 25 в пропеллерной мешалке при низком числе оборотов, добавление после предшествующего замеса с водой до состояния пасты, и
2
образец I: как образец D, но с диспергированием Aeroxide TiO P 25 в пропеллерной мешалке при низком числе оборотов путем введения в твердом состоянии в раствор загустителя (ксантановая смола).

2
Таким способом получали образцы с G по I, в которых Transpafill был заменен в весовом соотношении 1:1 на Aeroxide TiO P 25. В остальном получение диагностических тестовых элементов 110 такое же, как описано выше.
С этими образцами диагностических тестовых элементов 110 в виде тестовых полосок проводились измерения на выпускаемой в продажу системе измерения уровня сахара в крови Accu-Chek Active с 15 разными концентрациями глюкозы в EDTA-венозной крови, причем обрабатывалось n=10 отдельных измерений на каждую концентрацию.
На фиг.5 по аналогии с представленным на фиг.4 показаны кривые ремиссии для этих образцов A', G, H и I. При этом кривая 150 относится к измерениям ремиссии образца A', кривая 152 - к измерениям ремиссии образца G, кривая 154 - к измерениям ремиссии образца H, и кривая 156 - к измерениям ремиссии образца I.
Измеренные кривые показывают, что глубина окраски для четырех разных покрытий почти одинакова. Равным образом, скорость реакции для всех образцов лежит в интервале от 6 до 8 секунд.
2
2
2
Это показывает, что Aeroxide TiO P 25 во всех трех случаях, то есть в образцах G, H и I, находится в тонкодисперсном виде, так как агрегаты TiO имеют пигментные свойства, то окраска реакции иначе ослабилась бы. Ослабление окраски было бы обусловлено тем, что в случае образования агрегатов пигмент находился бы в детекторном слое 118. Напротив, тонкодисперсный TiO не является пигментом, так как в этом случае размер частиц меньше длины световой волны. Это свойство используется, например, в солнцезащитных средствах.
Существенное преимущество детекторных пленок с мелкозернистыми наполнителями состоит в заметно улучшенной однородности окрашивания реакции, что позволяет в результате проводить измерение на меньшей площади и тем самым с меньшими объемами крови.
2
Это можно еще раз показать в сравнительном эксперименте, в котором исследуются различные образцы. Для этого диагностические тестовые элементы 110 в виде тестовых полосок плазменным осаждением покрывали 100 мг/дл глюкозы и цвет реакции измеряли ПЗС-камерой. Так как можно было разобрать отдельные пиксели, статистически анализировали число пикселей по их точности (т.е. в отношении их стандартного отклонения). При этом оценка велась при самом высоком разрешении 10 пикселей (длина ребра 10 микрон), т.е. суммарная площадь 1000 мкм. При меньших разрешениях, т.е. более значительных площадях, расчет велся по большему числу пикселей.
При этом снова исследовались разные образцы по аналогии с вышеказанными образцами:
образец A": как образец A выше, неизмельченные наполнители, сравнительный образец,

образец J: как образец A", но с измельченными Transpafill и осажденной кремниевой кислотой,
образец A"': как образец A выше, крупные ингредиенты, сравнительный образец, и

2
образец K: замена Transpafill на Aeroxide TiO P25.

2
На фиг.6A-6C показаны микрофотографии пятен измерения, которые представляют основу для последующих измерений. При этом фиг.6A показывает микрофотографию смоченной раствором области образца A", то есть образца с неизмельченными наполнителями. Фиг.6B показывает аналогичный снимок для образца J, то есть образца с измельченными тестовыми химикатами. Фиг.6C показывает снимок для образца A'", который, в свою очередь, по существу представляет собой образец с крупными ингредиентами и соответствует образцу A", а фиг.6D показывает аналогичный снимок для образца K, в котором Transpafill заменен на Aeroxide TiO P25.
Надписи по осям на фиг.6A-6D воспроизводят в произвольных единицах положение пикселя на ПЗС-чипе. Кроме того, на фиг.6A-6C пятна измерения отмечены соответствующими квадратами, координаты которых указаны на снимках.
На фиг.7A и 7B представлены соответственно стандартные отклонения для образцов фиг.6A-6D. По вертикальной оси на фиг.6A-6D отложено стандартное отклонение s яркости. Это стандартное отклонение s указано в процентах в расчете на среднюю девиацию яркости между измерением без пробы и с прореагировавшей пробой. Это стандартное отклонение s указано как функция отложенной по горизонтальной оси площади A, по которой проводилось усреднение.
При этом 7A показывает сравнение образцов A" и J, то есть сравнение стандартного образца с образцом с измельченными тестовыми реагентами. Кривая 158 воспроизводит ход стандартного отклонения для образца A", тогда как позиция 160 характеризует кривую образца J с измельченными тестовыми реагентами. На фиг.7B стандартный образец A'" (позиция 162) противопоставлен своим стандартным отклонением образцу K (позиция 164).
2
2
Результаты измерений показывают, что ниже примерно 30×30 мкм, т.е. при площади <0,01 мм, стандартное отклонение s и, тем самым, возможная погрешность измерения сильно возрастают. Кроме того, следует понимать, что это повышение стандартного отклонения в случае образца J (кривая 160) с измельченными тестовыми химикатами заметно меньше, так что для миниатюризации объема крови, т.е. для миниатюризации пятна измерения на фиг.6A-6D, выгодны измельченные реагенты. Аналогичные результаты получаются также для образца K (кривая 164 на фиг.7B).
Выше были приведены различные способы определения размера частиц в образцах. Следующая, применимая альтернативно или дополнительно, возможность состоит в том, чтобы по микрофотографиям, как, например, согласно фиг.6A-6D, по распределению яркости рассчитать автокорреляционные функции. Автокорреляционная функция представляет собой взаимно корреляционную функцию сигнала с самим собой, представляющую собой функцию смещения τ.
На фиг.8A и 8B показаны автокорреляционные функции (обозначенные там ACF) для образцов с A" по K. При этом фиг.8A приводит сопоставление сравнительного образца A" (кривая 166) и образца J с измельченными ингредиентами (кривая 168), а фиг.8B приводит сопоставление сравнительного образца A'" с крупными ингредиентами (кривая 170) и образца K с мелкими ингредиентами (кривая 172). Показаны, соответственно, по вертикальной оси автокорреляционная функция ACF, а по горизонтальной оси смещение τ автокорреляционной функции в миллиметрах. При этом автокорреляционные функции устанавливались путем обработки фиг.6A-6D.
Из сравнения автокорреляционных функций можно видеть, что крупные наполнители (кривые 166, 170) имеют заметно более широкие автокорреляционные функции, чем мелкозернистые наполнители (кривые 168, 172). Эта иллюстрация показывает, что автокорреляционная функция ACF коррелирует с распределением частиц по размеру. Таким образом, по одних только микрофотографиям, как, например, снимки на фиг.6A-6D, можно определить зернистость образца. Например, полуширина автокорреляционных функций 166-172 может быть мерой зернистости детекторного слоя 118. Правда, непосредственное распознавание распределения частиц по размеру из этих кривых 166-172 невозможно. Сделать напрямую заключение о размере частиц или распределения частиц по размеру из кривых 166-172 можно с помощью одной или нескольких калибровок на образцах с известными распределениями частиц по размерам.
Список позиций для ссылок
110 диагностический тестовый элемент
112 несущий элемент
114 прозрачная область
116 тестовое поле
118 детекторный слой
119 пленка-подложка
120 сторона детектирования
122 разделительный слой
124 поверхность тестового поля
126 образец
128 сторона нанесения
130 капли
132 отдельное изображение: микроснимок
134 отдельное изображение: изменение яркости
136 линия разреза
137 частица
138 ремиссия образца A
140 ремиссия образца B
142 ремиссия образца С
144 ремиссия образца D
146 ремиссия образца E
148 ремиссия образца F
150 ремиссия образца A'
152 ремиссия образца G
154 ремиссия образца H
156 ремиссия образца I
158 стандартное отклонение для образца A"
160 стандартное отклонение для образца J
162 стандартное отклонение для образца A"'
164 стандартное отклонение для образца K
166 автокорреляция для образца A"
168 автокорреляция для образца J
170 автокорреляция для образца A'"
172 автокорреляция для образца K