專利名稱：基于微毛細(xì)管的光譜測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測定樣品中分析物的光譜方法的應(yīng)用以及一種用于定性和/或定量測量液體樣品中的一種或多種分析物的測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中，人們已經(jīng)建立用于家庭用的自我診斷，特別是用于血糖的自我診斷的測試系統(tǒng)很多年了。
盡管如此，仍然需要繼續(xù)對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)，目的是在準(zhǔn)確度和重復(fù)性方面，特別是在操作和用戶友好性方面獲得進(jìn)一步提高。基于電化學(xué)探測反應(yīng)的生物傳感器和由反射測量來評價(jià)顏色反應(yīng)的膜基測試條是本領(lǐng)域中的發(fā)展前沿。
特別地，考慮到用戶友好性，吸取病人少量血液的生物傳感器被認(rèn)為是前途較好的。
為獲得重復(fù)性結(jié)果，在現(xiàn)有產(chǎn)品中，電化學(xué)傳感器(例如見USP5759364)的整個(gè)電極室必須被血液完全覆蓋，為此通常需要至少3μl或更多的血液。
對于由反射測量來評價(jià)的膜基測試條系統(tǒng)(例如見USP5453360)，通常需要甚至更大量的血液。
考慮到重復(fù)性和精度，除了傳感器幾何結(jié)構(gòu)和膜形態(tài)的一致性以外，向測試單元中均勻施用生化試劑是具有特別決定性的影響因素。
電化學(xué)生物傳感器包括向傳感器電極室施用酶/介體制劑，例如通過絲網(wǎng)印刷術(shù)或用微量移液管吸取。
比色測試帶系統(tǒng)包括用酶/指示劑制劑浸漬或涂覆的微多孔膜。
色譜特別是氣相色譜(GC)和毛細(xì)管電泳(CE)柱形式的多種微毛細(xì)管都是已知的(Kurt Grob的“Making and ManipulatingCapillary Columns for Gas Chromatography”，Huethig Verlag，1986)，以下稱為微毛細(xì)管柱。可以將微毛細(xì)管柱制作成長度高達(dá)50或甚至100m，同時(shí)具有高重復(fù)性。
即將公布的德國專利申請書10008906公開了，在基于微毛細(xì)管柱來比色測定液體樣品如血液中的分析物如葡萄糖時(shí)，可以在上述目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)方面獲得顯著的進(jìn)步。但是，比色測定需要將生色酶試劑系統(tǒng)整合到微毛細(xì)管柱中。這要求一個(gè)相對復(fù)雜的方法，該方法使酶試劑系統(tǒng)的成本相當(dāng)大。而且，這種生色測試系統(tǒng)只能用于一種分析物。例如，葡萄糖氧化酶試劑系統(tǒng)只能用于一次性檢測葡萄糖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)在液體樣品中測定分析物，同時(shí)利用微毛細(xì)管的優(yōu)點(diǎn)而不一定需要酶試劑系統(tǒng)，即試劑更少(沒有分析輔劑)。
本發(fā)明提供了光譜方法在定性和/或定量測定通過微毛細(xì)管采取的樣品的一種或多種分析物的應(yīng)用。
本發(fā)明也提供了用于定性和/或定量測定液體樣品的一種或多種分析物的測試系統(tǒng)，其中樣品通過微毛細(xì)管采取，分析物通過光譜方法測定。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)用于例如色譜中時(shí)，液體樣品，例如全血液或細(xì)胞間的組織液通過毛細(xì)作用力吸入微毛細(xì)管中。除了樣品體積小這一方面外，這種方法還有的優(yōu)點(diǎn)是樣品液體不與通常用于制備常規(guī)測試條或生物傳感器系統(tǒng)所需的粘合劑或膠粘劑相接觸。
有用的光譜方法對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是公知的，并且考慮分析物和液體樣品的特性來選擇，以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行。優(yōu)選的光譜方法包括紅外(IR)和拉曼光譜。對于紅外區(qū)更優(yōu)選的光譜方法包括近紅外(NIR)和中紅外區(qū)(MIR)。這兩種方法都可以用來對微毛細(xì)管中非常小體積的樣品進(jìn)行分析，除了使用標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀，還可通過各種其它有用的實(shí)施方案進(jìn)行例如，表面敏化法如衰減全發(fā)射(ATR)方法、光學(xué)纖維形式的光波導(dǎo)管或平面光導(dǎo)管、用光近場方法(SNOM)對非常小探測體積的光激勵(lì)，具體對于拉曼光譜表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)或非線性拉曼光譜，例如，相干反斯托克司拉曼光譜(CARS)，用于減少背景信號的共焦幾何結(jié)構(gòu)。表面敏化法如IR光譜ATR技術(shù)對于不適于透射測量的樣品是特別有用的。
應(yīng)當(dāng)選擇根據(jù)本發(fā)明使用的微毛細(xì)管的尺寸和材料性能，以便于它們通過毛細(xì)作用力吸入基本為水溶液的樣品液體。吸入的樣品體積，特別是對于長度約為1cm的微毛細(xì)管，優(yōu)選小于3μl，更優(yōu)選小于1μl，最優(yōu)選0.5μl或更小。
有用的微毛細(xì)管具體可從氣相色譜(GC)和毛細(xì)管電泳(CE)知道。這種微毛細(xì)管柱基本上或者甚至完全滿足了本發(fā)明設(shè)定的要求，不論在毛細(xì)管幾何結(jié)構(gòu)上，還是在毛細(xì)管內(nèi)部的性能上。
根據(jù)本發(fā)明使用的微毛細(xì)管優(yōu)選具有一個(gè)圓截面。微毛細(xì)管的內(nèi)徑優(yōu)選小于500μm，更優(yōu)選小于250μm，最優(yōu)選10-100μm。
使用的微毛細(xì)管長度優(yōu)選最長達(dá)2cm，更優(yōu)選最長達(dá)1cm，最優(yōu)選約0.5cm。
為了本發(fā)明的目的，GC或CE柱已經(jīng)被證明是有用的，其尺寸通常是這樣的，使得非常小的樣品量例如0.5μl血液或細(xì)胞間的組織液，足夠用于使用長度為1cm或更小的毛細(xì)管的官能測試。
由于樣品體積小，本發(fā)明的微毛細(xì)管也滿足了“最小入侵度”測試工具包的要求，其被認(rèn)為是對病人特別有利的，尤其是最大限度地減小了痛苦。
該微毛細(xì)管含有適當(dāng)?shù)牟牧希湓谔厥鈼l件下是惰性的并且能透過光譜方法的輻射。實(shí)例包括石英玻璃和常規(guī)玻璃。
微毛細(xì)管優(yōu)選載有一種內(nèi)涂層，其在色譜中也稱做固定相。這種涂層包含許多種材料，這對于市售的GC柱基本上是已知的。用于本發(fā)明微毛細(xì)管測試系統(tǒng)的有用涂層包括親水性和/或極性涂層材料，例如具有不同分子量的聚乙二醇(Carbowax)、聚乙二醇衍生物例如Carbowax4000單硬脂酸酯和氰丙基聚硅氧烷。
關(guān)于固定相(微毛細(xì)管的內(nèi)涂層)的應(yīng)用，可以參考已知用于GC柱的標(biāo)準(zhǔn)步驟。如在上述文獻(xiàn)(K.Grob，1986)中所描述的，基本上有兩種方法。它們是靜態(tài)涂層和動(dòng)態(tài)涂層。這些方法可以使長達(dá)50或甚至100m的微毛細(xì)管涂上涂層。在固定相中的聚合物也可以與石英柱的表面以共價(jià)鍵的形式鍵合，如在上述文獻(xiàn)中所描述的。
常規(guī)微毛細(xì)管柱一般含有已經(jīng)提及的石英(熔融二氧化硅)。先前使用的玻璃柱在色譜中已經(jīng)變得不重要了，由于他們優(yōu)良的透明性，其對于本發(fā)明的測試系統(tǒng)具有實(shí)際的重要性。
通常將石英柱外側(cè)涂上一層黃色/褐色高溫穩(wěn)定的聚酰亞胺層。這消除了石英柱的脆性并且獲得了易于處理的柔韌的微毛細(xì)管柱，其在生產(chǎn)和進(jìn)一步處理中可以作為輥軸材料處理。
本發(fā)明測試系統(tǒng)要求對光譜方法的輻射有足夠的透明度。當(dāng)有色的聚酰亞胺層妨礙了光譜分析時(shí)，可以使用無色的聚合物，例如聚硅氧烷、丙烯聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚酰胺或聚酯聚砜取而代之。如果需要，可以在用于分析的微毛細(xì)管的適當(dāng)區(qū)域內(nèi)將妨礙層除去，例如通過激光燒蝕。
對于作為本發(fā)明測試工具包的基本成分的微毛細(xì)管的必要要求是在毛細(xì)管力的輔助下，它們具有吸入全血液、細(xì)胞間組織液或其他樣品液體的能力。
令人驚訝的是，人們發(fā)現(xiàn)具有親水性和/或極性涂層[例如聚乙二醇(Carbowax)]或具有已知作為固定相的材料(例如氰丙基聚硅氧烷)的微毛細(xì)管能顯著地吸入樣品液體如血液或細(xì)胞間組織液，也即是說，親水性和/或極性涂層有利于通過毛細(xì)作用力吸入樣品液體，而用疏水性涂層(例如聚硅氧烷改性)改性的微毛細(xì)管沒有表現(xiàn)出這種特性。
然而，為達(dá)到這個(gè)目的，后一種類型毛細(xì)管可以通過用特定的表面活性劑處理進(jìn)行改性。
有用的表面活性劑包括例如SDS的離子型表面活性劑，例如磷脂的兩性離子表面活性劑和例如Pluronic或含氟表面活性劑(例如Bayowet FT 219)的非離子表面活性劑。
考慮到進(jìn)一步優(yōu)化吸入特性，這些表面活性劑也可以存在于所提及的親水性涂層，例如Carbowax內(nèi)或其上。
樣品液體通?；旧鲜撬芤海貏e是體液。實(shí)例包括尿、細(xì)胞內(nèi)組織液和血液。
被測定的典型分析物的實(shí)例包括葡萄糖、膽紅素、酮類化合物、pH、蛋白質(zhì)和膽固醇。
雖然傳統(tǒng)比色測試系統(tǒng)(測試條、生物傳感器)只允許每一個(gè)測試成分進(jìn)行一種測定，但是本發(fā)明測試系統(tǒng)的較少試劑成分允許在一個(gè)測試成分中同時(shí)或順次進(jìn)行多種測定，例如進(jìn)行葡萄糖和膽固醇測試。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，液體樣品是血液或細(xì)胞間組織液，而分析物為葡萄糖。
光譜測量一般通過穿過微毛細(xì)管壁的透射率進(jìn)行。
在吸入樣品液體例如細(xì)胞間組織液后，分析物例如葡萄糖的定量和/或定性測定通過光譜方法進(jìn)行，優(yōu)選立即在微毛細(xì)管中進(jìn)行，其能夠有效地作為比色皿。
考慮到實(shí)際處理以及光譜分析，本發(fā)明的微毛細(xì)管測試系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)形成一個(gè)適當(dāng)?shù)母袷健?br> 在下面的實(shí)施例中，其中測試了不同市售GC微毛細(xì)管柱的吸入特性，使用的微毛細(xì)管為來自Varian的約1cm長的微毛細(xì)管柱部分。
獲得下列吸入結(jié)果CP-Sil 5 CB測試液體沒有被吸入。
CP-Wax 52 CB測試液體在幾秒內(nèi)被吸入。
CP-Wax 52 CB測試液體在幾秒內(nèi)被吸入。實(shí)施例2疏水性GC微毛細(xì)管柱的表面活性劑涂層如在實(shí)施例1中所提及的，具有疏水性固定相(CP-Sil 5 CB，Varian)的GC微毛細(xì)管柱沒有吸入樣品溶液，將其用下列表面活性劑涂覆表面活性劑溶液磷脂90G(Rhone-Poulene)的1％異丙醇溶液。
在減壓下用表面活性劑溶液將約1cm的CP-Sil 5 CB微毛細(xì)管柱涂覆，然后干燥(動(dòng)態(tài)涂布，見K.GrobMaking and ManipulatingCapillary Columns for Gas Chromatography)。
使用ENCOTETM參比溶液進(jìn)行吸入測試在小于1秒的時(shí)間內(nèi)將2cm的微毛細(xì)管柱部分充滿。
權(quán)利要求
1.光譜方法在對通過微毛細(xì)管采取的一個(gè)樣品的一種或多種分析物進(jìn)行定性或定量測定中的應(yīng)用。
2.權(quán)利要求1的應(yīng)用，其特征在于在微毛細(xì)管的內(nèi)表面有一層涂層。
3.權(quán)利要求1或2的應(yīng)用，用于測定血液或細(xì)胞間組織液中的葡萄糖。
4.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的應(yīng)用，其特征在于微毛細(xì)管含有玻璃或石英。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的應(yīng)用，其特征在于微毛細(xì)管的內(nèi)徑為500μm或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的紅外或拉曼光譜的應(yīng)用。
7.用于對一個(gè)液體樣品的一種或多種分析物進(jìn)行定性和/或定量測定的測試系統(tǒng)，其中樣品通過一個(gè)微毛細(xì)管取樣而分析物通過光譜方法測定。
8.權(quán)利要求7的測試系統(tǒng)，其特征在于在微毛細(xì)管中進(jìn)行一種或多種分析物的測定。
9.權(quán)利要求7或8的測試系統(tǒng)，其特征在于通過微毛細(xì)管采取的樣品體積小于3μl。
10.權(quán)利要求7-9的任一項(xiàng)的測試系統(tǒng)，其特征在于通過紅外或拉曼光譜進(jìn)行一種或多種分析物的測定。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測定樣品中分析物的光譜方法的應(yīng)用，以及一種用于定性和/或定量測量液體樣品中的一種或多種分析物的測試系統(tǒng)。
文檔編號B01L3/00GK1407336SQ0213018
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者K·希爾登布蘭德, I·多恩, E·迪貝爾, F·利森 申請人:拜爾公司