專(zhuān)利名稱：具有整體的試劑/血液隔離層的一次性試條的制作方法
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)涉及用于電化學(xué)測(cè)定血液分析物如葡萄糖的一次性試條和用于制造這種試條的方法和組合物。
葡萄糖監(jiān)測(cè)是糖尿病病人日常生活中的一項(xiàng)測(cè)量，這種監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性能精確的表明生命和死亡之間的區(qū)別。為了使正常的生活方式適應(yīng)經(jīng)常監(jiān)測(cè)葡萄糖水平的需要，現(xiàn)在已有許多種葡萄糖測(cè)量計(jì)，使病人只用少量血液就能測(cè)量其中的葡萄糖水平。
這些測(cè)量計(jì)許多用電化學(xué)方法測(cè)量血樣中的葡萄糖，都是通過(guò)用酶(如葡萄糖氧化酶)作為可棄置的一次性使用的電極系統(tǒng)的部分來(lái)測(cè)量血液葡萄糖的氧化。這類(lèi)裝置的例子公開(kāi)于歐洲專(zhuān)利號(hào)0 127 958與美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,141,868、5,286,636和5,437,999中，在此為了那些允許引用的國(guó)家方便，引用于本發(fā)明中。
一般說(shuō)，現(xiàn)存的用在電化學(xué)測(cè)量計(jì)中的葡萄糖試條包括一塊襯底、在襯底表面形成的工作電極和參比電極、以及在這些電極和測(cè)量計(jì)之間形成通路的裝置。用能氧化葡萄糖的酶和一種當(dāng)存在葡萄糖時(shí)能將電子從酶?jìng)鬟f給電極，產(chǎn)生可測(cè)量的電流的媒質(zhì)化合物涂布在工作電極上。代表性的媒質(zhì)化合物包括氰鐵酸鹽，茂金屬化合物如二茂鐵，醌，吩嗪鎓鹽(phenazinium salt)，氧化還原指示劑DCPIP和咪唑取代的鋨化合物。
已用許多方法配制了這類(lèi)工作電極。例如，已將導(dǎo)電性碳、葡萄糖氧化酶和一種媒質(zhì)的混合物配制成糊或漿液，涂在襯底上，EP 0 127 958和US 5,286,362。就一次性葡萄糖試條而言，用絲網(wǎng)印刷來(lái)涂上，以便獲得適用于小型平面試條。然而使用絲網(wǎng)印刷給電極操作帶來(lái)了問(wèn)題。
和在測(cè)量時(shí)能基本保持完整的較厚的碳糊電極不同，由碳糊或碳的漿液形成的絲網(wǎng)印刷電極在與樣品接觸時(shí)容易破碎。這種破碎引起的后果是雙重的。第一，電極制劑的組分會(huì)釋放到溶液中。一旦這些組分從其下面的導(dǎo)電層移動(dòng)超過(guò)一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，它們不再對(duì)測(cè)量起作用，而是通過(guò)消耗內(nèi)向擴(kuò)散的分析物來(lái)減少響應(yīng)。第二，絲網(wǎng)印刷電極的破碎意味著有效電極面積隨時(shí)間變小。
這兩種作用共同的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致電流的瞬變，即電流從最初的峰值隨測(cè)量時(shí)間而迅速下降，并大大提高氧的敏感性，因?yàn)檠鯐?huì)迅速與媒質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)酶。在血樣中測(cè)量到的電流比血漿樣品或其它水相媒質(zhì)測(cè)量到的電流低得多，清楚的證實(shí)了上述事實(shí)，而且還會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)。另一個(gè)后果是因?yàn)殡姌O會(huì)以無(wú)秩序的方式破碎，這種電流的瞬變常常是“差異很大”。差異很大的電流瞬變導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)，或不合格試條的增加，兩者都是不能接受的。
除了絲網(wǎng)印刷的碳基電極容易破碎外，一次性葡萄糖試條中使用的已知電極已由動(dòng)力學(xué)控制，即電流由酶轉(zhuǎn)化葡萄糖的速率所控制。因?yàn)閮x器測(cè)量出的該響應(yīng)反映了酶和媒質(zhì)、酶和葡萄糖、以及酶和氧反應(yīng)之間的平衡，而且因?yàn)檫@些反應(yīng)都具有其自身對(duì)溫度的依賴性，所以動(dòng)力學(xué)控制的試條的響應(yīng)對(duì)樣品溫度非常敏感。因此，所測(cè)葡萄糖值中的巨大差異可以是樣品處理中的差異造成的。
電化學(xué)葡萄糖測(cè)量傳感器面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是由樣品中存在的血細(xì)胞的干擾引起的。在紅細(xì)胞壓積讀數(shù)中反映了紅血細(xì)胞水平。通常，高紅細(xì)胞壓積樣品會(huì)使讀數(shù)比真實(shí)值低，而低紅細(xì)胞壓積樣品導(dǎo)致讀數(shù)高于真實(shí)值，因?yàn)檠?xì)胞會(huì)弄臟電極表面從而限制電子轉(zhuǎn)移。與紅血細(xì)胞的血紅蛋白結(jié)合的氧還與媒質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)還原的酶，從而進(jìn)一步減少了對(duì)葡萄糖的響應(yīng)。已嘗試通過(guò)添加膜來(lái)濾去血液組分，來(lái)限制紅細(xì)胞壓積作用(見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,658,444，為了那些允許引用的國(guó)家方便，引用于此。)，但這在制造過(guò)程中加入了一個(gè)額外的步驟，引起成本增加，而且常常在其它方面如精確度上帶來(lái)不利影響。
因?yàn)楂@得準(zhǔn)確的葡萄糖讀數(shù)對(duì)于使用葡萄糖測(cè)量計(jì)和一次性試條的病人健康很重要，非常理想的是有一種葡萄糖試條，它沒(méi)有這些缺點(diǎn)，因而不論實(shí)際條件如何都能提供較為穩(wěn)定和可靠的實(shí)際血液葡萄糖值。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一次性葡萄糖試條，它能提供基本上與樣品的紅細(xì)胞壓積無(wú)關(guān)的葡萄糖讀數(shù)，包括一層整體的試劑/血液隔離層。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制造一次性葡萄糖試條的改進(jìn)方法。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明提供了一種測(cè)量計(jì)中用的改進(jìn)的一次性試條，該測(cè)量計(jì)接受一次性試條和來(lái)自病人的血樣，對(duì)血液分析物(如樣品中的葡萄糖)的量進(jìn)行電化學(xué)分析。試條包括(a)一塊襯底；(b)置于襯底上的第一導(dǎo)電元件；(c)置于襯底上的第二導(dǎo)電元件，它和第一導(dǎo)電元件足夠近，使得當(dāng)血樣置于試條上時(shí)第一和第二導(dǎo)電元件之間形成電流環(huán)路；(d)置于第一導(dǎo)電元件上的一層非導(dǎo)電性整體的試劑/血液隔離層；(e)在第一、第二導(dǎo)電元件和測(cè)量計(jì)之間形成電氣連接的接點(diǎn)。整體的試劑/血液隔離層含有用于分析物電化學(xué)測(cè)量的，分散在非導(dǎo)電性基質(zhì)中的試劑，該基質(zhì)能將血細(xì)胞與第一導(dǎo)電元件表面隔離，而同時(shí)允許可溶性電活性物質(zhì)能到達(dá)第一導(dǎo)電元件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成了帶有整體的試劑/血液隔離層的葡萄糖試條，該隔離層含有一種同時(shí)具有疏水和親水的表面區(qū)域的填料、有效氧化葡萄糖的酶(如葡萄糖氧化酶)和能將電子從酶有效轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電元件的媒質(zhì)。所選的填料在疏水性和親水性之間有一個(gè)平衡，從而在整體的試劑/血液隔離層干燥時(shí)在導(dǎo)電元件表面形成二維網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選整體的試劑/血液隔離層包含非導(dǎo)電性二氧化硅填料以及羥乙基纖維素(HEC)等材料。二氧化硅和HEC形成能排除紅血細(xì)胞的二維網(wǎng)絡(luò)，從而使試條對(duì)病人的紅細(xì)胞壓積基本上不敏感。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，制備的試條具有至少置于第一導(dǎo)電元件上的一絕緣層。該絕緣層中有一個(gè)形成的孔，與第一導(dǎo)電元件的一部分對(duì)齊，將整體的試劑/血液隔離層安置成通過(guò)該孔與第一導(dǎo)電元件接觸。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A和1B顯示一種本發(fā)明用于一次性試條的電極結(jié)構(gòu)；圖2顯示本發(fā)明的試條；圖3A-3C顯示對(duì)于三種不同紅細(xì)胞壓積水平，測(cè)出的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系；圖4顯示測(cè)出的電流與葡萄糖濃度的依賴性關(guān)系，隨紅細(xì)胞壓積的變化；圖5A-5C顯示對(duì)于三種不同導(dǎo)電元件，在血液和一種對(duì)照溶液中測(cè)出的電流與葡萄糖的關(guān)系；圖6A和6B顯示在兩種不同溫度下測(cè)出的電流與葡萄糖的關(guān)系；
圖7顯示本發(fā)明葡萄糖試條的另一個(gè)實(shí)施例；圖8A和8B顯示用本發(fā)明的試條和一種商品碳基試條測(cè)出的電流瞬變過(guò)程。
圖9A-C顯示制造本發(fā)明試條的三步過(guò)程；和圖10A-10G顯示本發(fā)明試條的制造。
發(fā)明詳述圖1A和1B顯示用于本發(fā)明的一次性試條的電極。如圖所示，在襯底10上形成了電極。在襯底10上放置兩個(gè)導(dǎo)電元件14’和16，它們藉導(dǎo)線14和15與導(dǎo)電性接點(diǎn)11、12和13連接。然后形成一個(gè)絕緣罩18，它僅使導(dǎo)電元件14’和16的一部分，以及接頭11、12和13露出來(lái)。然后將非導(dǎo)電的整體試劑/血液隔離層17加到絕緣罩18上，與導(dǎo)電元件16接觸。
當(dāng)與測(cè)量計(jì)連接時(shí)，圖1所示的組件提供了測(cè)量血液分析物的全功能組件。然而有利的是，本發(fā)明的電極試條是通過(guò)將一層尼龍或聚酯篩網(wǎng)21加在加樣區(qū)上完成的，該加樣區(qū)由電極組件22整體的試劑/血液隔離層17的位置所限定，然后加上頂蓋23，防止血樣濺出(圖2)。聚酯篩網(wǎng)的作用是將血樣引到參比電極(導(dǎo)電元件14’)，從而觸發(fā)裝置開(kāi)始測(cè)試過(guò)程。
非導(dǎo)電性整體試劑/血液隔離層的使用與利用含試劑的導(dǎo)電性漿液印刷試劑的已知試條相比，是一個(gè)重要的特點(diǎn)，而且是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在后一種系統(tǒng)中，印刷的漿液變成電極的一個(gè)功能部分，在試劑層的外表面上會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。如果試劑和血液直接接觸，即其間沒(méi)有隔離層時(shí)，樣品中存在的紅血細(xì)胞和白血細(xì)胞、脂肪和蛋白質(zhì)可與試劑層相互作用，干涉樣品中分析物的測(cè)量。
相反，本發(fā)明中整體的試劑/血液隔離層是不導(dǎo)電的，因此在結(jié)構(gòu)上和功能上都不是電極的一部分。除非電活性物質(zhì)通過(guò)整體的試劑/血液隔離層的開(kāi)口/孔到達(dá)下面的導(dǎo)電元件，否則不發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。因此，整體的試劑/血液隔離層提供了干擾物質(zhì)(如細(xì)胞和高分子)通過(guò)達(dá)到導(dǎo)電元件的屏障，得到在制造上更簡(jiǎn)便，性能更卓越的裝置。
為了達(dá)到這個(gè)結(jié)果，特別理想的是將整體的試劑/血液隔離層沉積在加樣區(qū)中時(shí)，導(dǎo)電元件16沒(méi)有一部分直接和樣品接觸。上述方法(其中利用了具有一些孔的絕緣層，這些孔提供了到達(dá)導(dǎo)電元件14’和16的入口)特別適合于實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果。因此，如圖9A-C所示，該方法僅用三步就能形成試條。在第一步中(圖9A)，將兩個(gè)導(dǎo)電元件14’和16，以及有關(guān)導(dǎo)線和觸點(diǎn)沉積在襯底上。在第二步中(圖9B)，將一層絕緣材料沉積在導(dǎo)電元件上。該絕緣材料具有兩個(gè)孔94和96，分別和導(dǎo)電元件14’和16對(duì)準(zhǔn)。在第三步中(圖9C)，整體的試劑/血液隔離層17沉積在孔96上，由于使得沉積的隔離層17的尺寸比孔96大，因此試劑層完全覆蓋著下面的導(dǎo)電元件，從而使試劑層不直接與血樣接觸，提供了有效的與血液的隔離。
導(dǎo)電元件16被完全覆蓋還克服了另一個(gè)誤差來(lái)源，該誤差可能是電化學(xué)氧化存在于樣品中的小分子(如抗壞血酸、尿酸和乙酰氨基苯)造成的。這些分子存在時(shí)，它在電極表面的氧化導(dǎo)致電流假性升高，從而使所要進(jìn)行的分析物(如葡萄糖)測(cè)量不準(zhǔn)確。本發(fā)明整體的試劑/血液隔離層一般不隔離這些分子，因?yàn)樗鼈儽扔^察到的孔尺寸小。然而，在整體的試劑/血液隔離層中加入pH緩沖劑，可以將電極表面的局部pH提高到一定水平，此時(shí)這些物質(zhì)的電化學(xué)勢(shì)提高。因此，例如使用pH被緩沖到大約5的整體的試劑/血液隔離層，就能大大減小這些干擾物質(zhì)的影響。然而為了使該緩沖作用最大化，必須覆蓋整個(gè)導(dǎo)電元件，因?yàn)榧词?未緩沖)的電極表面很小的區(qū)域外露，也會(huì)導(dǎo)致大的干擾電流。
本發(fā)明的試條不僅因?yàn)閷?dǎo)電元件和血樣隔開(kāi)得到了性能上的益處，而且還不會(huì)產(chǎn)生其它誤差。例如，在測(cè)試期間，試劑可從原沉積位置側(cè)向擴(kuò)散。如果試劑層直接放在導(dǎo)電元件上，這些試劑將繼續(xù)對(duì)測(cè)量的信號(hào)起作用。因此，各次測(cè)試之間對(duì)流擴(kuò)散的任何差異(例如由于溫度差異或設(shè)備處理差異引起的)將表現(xiàn)為信號(hào)的不可重復(fù)性。然而如果試劑層重疊在印刷的絕緣層上，其從孔的側(cè)向不會(huì)對(duì)信號(hào)起作用，因此不會(huì)引起信號(hào)的變化。
除了提供具有有益性能的試條外，圖9A-9C概述的方法還提供了制造方面的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，如果試劑層直接印在導(dǎo)電元件上，試劑層的面積就是“活性面積”。因此，試劑層印刷的精度就決定了測(cè)量精度。與此不同，首先沉積一個(gè)在試劑層和下面導(dǎo)電元件之間形成接觸區(qū)的開(kāi)孔絕緣層，則由該絕緣層中孔的尺寸確定了活性區(qū)。由于絕緣層通常是用細(xì)絲網(wǎng)印刷的，可實(shí)現(xiàn)更好的邊緣分辨力，因此能實(shí)現(xiàn)更高的裝置精度。因此，導(dǎo)電元件16和整體試劑/血液隔離層對(duì)于完成的試條的性能特征都不是關(guān)鍵的?？梢杂帽仍谄渌椒ㄖ惺褂玫木容^低的技術(shù)施加導(dǎo)電元件和整體的試劑/血液隔離層。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明白，雖然兩個(gè)導(dǎo)電元件必須能與放置在加樣區(qū)中的樣品中的電活性物質(zhì)接觸，絕緣罩的重要作用是提供一個(gè)孔，用于構(gòu)成導(dǎo)電元件16和整體的試劑/血液隔離層17之間的接觸區(qū)。因此在極限情況下，僅需在絕緣層中有一個(gè)孔?？蓪⒌诙?dǎo)電元件與絕緣層邊緣接觸，也可將其放置在一面對(duì)的表面上呈折疊的電極結(jié)構(gòu)。
用于制備本發(fā)明試條的襯底10可以是任何不導(dǎo)電、尺寸上穩(wěn)定、并適合插入葡萄糖測(cè)量計(jì)中的材料。合適的材料包括聚酯薄膜，如330微米的聚酯薄膜，還有其它絕緣襯底材料如聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯。
導(dǎo)電元件和連接的導(dǎo)線及觸點(diǎn)可用基本上任何導(dǎo)電材料(包括銀、Ag/AgCl、金或鉑/碳)形成，但并不需要都用相同的材料。導(dǎo)電元件16優(yōu)選用導(dǎo)電碳。優(yōu)選的導(dǎo)電碳是ERCON ERC1、ERCON ERC2和Acheson Carbon Electrodag 423。這些牌號(hào)的碳可從Ercon Inc.(Waltham，Massachusetts，USA)或AchesonColloids，(Princes Rock，Plymouth，England)購(gòu)得。導(dǎo)電元件16與工作電極軌15接觸，并與置于參比電極軌14末端的導(dǎo)電元件14’接近，但不接觸。
可用聚酯基的可印刷電介質(zhì)材料(如ERCON R488-B(HV)-B2 Blue)構(gòu)成絕緣層18。頂蓋23適合由聚酯條或“熱熔性”涂層塑料構(gòu)成。
本發(fā)明的試條不需要形成獨(dú)立的出口，在樣品進(jìn)入電極室時(shí)讓空氣從裝置流出之用，而是以沿著篩網(wǎng)所有邊緣分布的出口起這種作用。隨著樣品液沿網(wǎng)眼吸入，空氣在頂層下面環(huán)繞整個(gè)裝置的篩網(wǎng)邊緣逸出。而樣品液體不會(huì)滲出，因?yàn)榻^緣層賦予篩網(wǎng)該部分顯著的疏水性。因此，液體樣品仍然留在中央的親水區(qū)域中。
用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其功能的關(guān)鍵在于整體試劑/血液隔離層17的本性?？捎煤刑盍?同時(shí)具有疏水和親水表面區(qū))、可氧化葡萄糖的酶(就葡萄糖試條而言)、以及可將電子從酶轉(zhuǎn)移到下面的導(dǎo)電元件層16的媒質(zhì)的混合物形成該層?？膳渲埔环N漿液(它含有在合適載體中的填料、酶和媒質(zhì))，合適的形成該層，并用該漿液將層17印刷到裝置上。
用于層17的優(yōu)選填料是二氧化硅。有各種級(jí)別的和各種表面修飾的二氧化硅。雖然所有試驗(yàn)用的二氧化硅化合物得到可在一定條件下測(cè)量葡萄糖的產(chǎn)品，如果使用經(jīng)表面修飾從而具有部分疏水性的二氧化硅，能獲得本發(fā)明葡萄糖試條的優(yōu)越性能。這類(lèi)材料包括Cab-O-Sil TS610，一種用甲基二氯硅烷部分表面處理的二氧化硅；Cab-o-Sil 530，一種用六甲基二硅氮烷完全表面處理的二氧化硅；用4條碳鏈表面修飾的Spherisorb C4二氧化硅；還有其它類(lèi)似的經(jīng)表面修飾的二氧化硅；或它們的組合。應(yīng)避免使用疏水性太強(qiáng)的表面修飾的二氧化硅。例如，已觀察到C-18修飾的二氧化硅疏水性太強(qiáng)，不能形成可印刷的漿液。
在制造本發(fā)明漿液的過(guò)程中，勻漿破碎二氧化硅顆粒，暴露出顆粒的親水性內(nèi)部。因此，漿液中存在的實(shí)際顆粒同時(shí)具有親水區(qū)和疏水區(qū)。親水區(qū)互相之間，親水區(qū)和水形成氫鍵。
當(dāng)將該二氧化硅材料如下文實(shí)施例1中所述配制成漿液，并用絲網(wǎng)印刷印到導(dǎo)電元件16上時(shí)，該材料的雙重性質(zhì)就使它形成蜂窩狀的二維網(wǎng)絡(luò)層，這在顯微鏡檢查時(shí)清晰可見(jiàn)。在再次水化后，該層不破碎，而是在下面的導(dǎo)電元件附近膨脹形成膠凝的反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)物如酶、媒質(zhì)和葡萄糖在該區(qū)中可自由遷移，但干擾物質(zhì)，如含有氧化血紅蛋白的紅血細(xì)胞會(huì)排除。這樣就得到一種裝置，其對(duì)應(yīng)給定葡萄糖量產(chǎn)生的電流量在紅細(xì)胞壓積范圍從40-60％內(nèi)的改變小于10％，因此對(duì)樣品的紅細(xì)胞壓積基本不敏感，而且實(shí)際上在血液中和在無(wú)細(xì)胞的對(duì)照溶液中是一樣的(圖3A-C，圖4和圖5A-5C)。
另外，膠凝反應(yīng)區(qū)代表了血液分析物(如葡萄糖)進(jìn)入的更大屏障，從而使裝置是擴(kuò)散限制的，而不是動(dòng)力學(xué)限制的。這得到了一種裝置，其在溫度從20℃變到37℃時(shí)，測(cè)出的電流變化小于10％，因此基本上是不受溫度影響的(圖6A和6B)。
當(dāng)制造葡萄糖試條時(shí)，最好用含有2-10％重量，優(yōu)選4-10％重量和更優(yōu)選約4.5％重量的粘合劑(如羥乙基纖維素或羥乙基纖維素和藻酸鹽或其它增稠劑的混合物)；3-10％重量，優(yōu)選3-5％重量，更優(yōu)選約4％重量二氧化硅；8-20％重量，優(yōu)選14-18％重量和更優(yōu)選約16％重量媒質(zhì)(如氰鐵酸鹽)；和0.4-2％重量，優(yōu)選1-2％重量和更優(yōu)選約1.6％重量的酶(如葡萄糖氧化酶，假設(shè)其比活性是約250單位/毫克，或約1000-5000單位/克漿液制劑)形成整體的試劑/血液隔離層。
整體的試劑/血液隔離層還在不違背本發(fā)明的范圍情況下可包含其它成分。例如，非導(dǎo)電層可包括一種防沫劑。另外，非導(dǎo)電層配制時(shí)可用一種緩沖劑來(lái)控制反應(yīng)區(qū)的pH。pH可維持在pH3到pH10的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，特別實(shí)用的是將裝置pH維持在大于8的水平上，因?yàn)樵谠損H，與血紅蛋白結(jié)合的氧不會(huì)釋放。另外在該pH，葡萄糖氧化酶與氧的反應(yīng)速率非常小。因此，選擇合適的pH能進(jìn)一步穩(wěn)定試條的性能，使其不受變化的紅細(xì)胞壓積的影響。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選維持低pH(pH在5.5以下，是葡萄糖氧化酶與氧反應(yīng)的最佳pH)。例如，如果主要關(guān)注的是要消除干擾物質(zhì)(如抗壞血酸、尿酸或?qū)σ阴０被?氧化產(chǎn)生的電化學(xué)影響，那么將pH維持在5左右更好，因?yàn)檫@些化合物在較低的pH下更難氧化。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選例是如上所述的葡萄糖試條，但本發(fā)明的試條不限于測(cè)量葡萄糖。例如，一條果糖胺試條可在導(dǎo)電元件上置有兩層。下面的第一層是含有碳酸鹽緩沖劑(pH＞10)的二氧化硅混合物(基本如實(shí)施例7所述，但不含酶、媒質(zhì)或檸檬酸緩沖劑)的漿液形成的。上面的第二層是由還含有氰鐵酸鹽等氧化劑的漿液形成的。
圖7顯示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，將第二個(gè)非導(dǎo)電層71置于整體試劑/血液隔離層17上面。該層與第一整體試劑/血液隔離層相同，但不含酶或不含酶和媒質(zhì)。該層還使導(dǎo)電元件16和攜帶氧的紅血細(xì)胞隔離，不致接觸，從而減少了氧的影響。另外，就酶在測(cè)量過(guò)程中會(huì)從電極表面擴(kuò)散開(kāi)來(lái)而言，含有媒質(zhì)的這個(gè)層可提供擴(kuò)大的區(qū)域，其中具有能傳遞電子用的媒質(zhì)。
實(shí)施例1如下制備了一種用于制備整體的試劑/血液隔離層17的非導(dǎo)電性制劑。通過(guò)加入0.1M檸檬酸，將100毫升水相20mM檸檬酸三鈉水溶液調(diào)節(jié)到pH6。加入6g羥乙基纖維素(HEC)，并勻漿混合。混合物放置過(guò)夜，并讓空氣冒泡分散，然后用作涂層組合物的儲(chǔ)藏溶液。
在50克HEC溶液中手工逐漸加入2克Cab-o-Sil二氧化硅和0.1克DowCorning防沫劑化合物，直到加入總量的4/5為止。一邊勻漿混合，一邊加入剩下的。然后在冰箱中冷卻該混合物10分鐘。然后加入8g六氰基鐵酸(III)鉀，混合直到完全溶解。最后，加入0.8克葡萄糖氧化酶制劑(250單位/毫克)，然后完全混合直至溶解。得到的制劑可用于印刷或冷藏。
實(shí)施例2為了用實(shí)施例1的漿液制劑制備葡萄糖試條，在330微米聚酯襯底(Melinex329)上以一系列圖案進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。第一步是印刷上碳?jí)|。用EC2碳(Ercon)對(duì)聚酯襯底進(jìn)行印刷，在其表面上形成10×50的碳?jí)|陣列。然后使該印刷好的襯底通過(guò)加熱干燥器，還可以在高溫(如70℃)下固化1-3周。
接著，用ERCON R-414(DPM-68)1.25生物電極傳感器涂層材料在該襯底上印刷出銀/氯化銀連接軌和接點(diǎn)的陣列，并干燥。對(duì)此陣列中的每塊碳?jí)|，印刷出一條與碳?jí)|接觸的工作軌和一條參比軌。
然后用ERCON R488-B(HV)-B2藍(lán)印刷電介質(zhì)層。用電介質(zhì)層印上的圖案幾乎覆蓋著每個(gè)裝置的全部，僅露出接點(diǎn)、參比電極的頭和碳?jí)|。
在電介質(zhì)層頂部用實(shí)施例1的漿液，形成覆蓋每塊導(dǎo)電碳?jí)|頂部的整體試劑/血液隔離層。
然后在襯底上成行的放置一些聚酯篩網(wǎng)條(Scrynel PET230 HC)，覆蓋電介質(zhì)中窗口所露出的反應(yīng)區(qū)。然后將5毫米寬的聚酯條(50微米厚)加到篩條上面，并加熱密封電極邊緣。最后，將襯底切開(kāi)，得到50個(gè)獨(dú)立電極，例如每個(gè)寬5.5毫米，長(zhǎng)30毫米。
實(shí)施例3將用實(shí)施例1的漿液，以實(shí)施例2的方式制造的試條置于測(cè)量計(jì)中，加上500mV的電壓，用于測(cè)試不同葡萄糖濃度、紅細(xì)胞壓積在40％-60％之間的血液樣品。圖3A-3C顯示了加上電壓25秒后測(cè)得的電流與葡萄糖濃度的關(guān)系，而圖4是葡萄糖響應(yīng)的斜率作為紅細(xì)胞壓積的函數(shù)作圖。可以看到，結(jié)果是電流的重現(xiàn)性很好，基本上與紅細(xì)胞壓積無(wú)關(guān)。
實(shí)施例4根據(jù)實(shí)施例2制備了本發(fā)明的葡萄糖試條，除了用7克Spherisorb C4和1克Cab-o-Sil TS610形成了非導(dǎo)電層。該制劑鋪在下列三種不同的含碳導(dǎo)電元件上AErcon EC1BErcon EC2CErcon EC2在Acheson Carbon(Electrodag 423 SS)的頂部。
用這些試條在425mV的電壓下測(cè)定了含有溶于惰性溶液的葡萄糖的對(duì)照溶液(One Touch Control Solution，Lifescan Inc.)或血液中的不同葡萄糖濃度。測(cè)量了加上電壓25秒后觀察到的電流。圖5A-5C顯了三種制劑A、B和C獲得的結(jié)果。在所有的情況下，顯示測(cè)量計(jì)對(duì)不同葡萄糖濃度的響應(yīng)的線的斜率基本是相同的，不論是在血液還是在對(duì)照溶液中進(jìn)行測(cè)量。因此，這進(jìn)一步證明本發(fā)明的試條不受樣品含氧量和紅細(xì)胞壓積的影響，也不受使用各種材料作為導(dǎo)電元件的能力的影響。
實(shí)施例5在兩種不同樣品溫度，即37℃和20℃，在425mV電壓下測(cè)量了實(shí)施例2的試條。圖6A和6B顯示了加上電壓25秒后，測(cè)得的電流與葡萄糖的關(guān)系。如所見(jiàn)，兩條線的斜率基本相同(20℃時(shí)0.1068，37℃時(shí)0.1009)，因此證明試條在環(huán)境溫度到生理溫度下的溫度范圍內(nèi)，其行為基本上不依賴于溫度。
實(shí)施例6測(cè)量了根據(jù)實(shí)施例2制備的試條和用含碳漿液制備的商品試條的電流瞬變過(guò)程。圖8A和8B顯示了結(jié)果。如圖所示，本發(fā)明的試條(圖8A)是一個(gè)非常平坦的電流瞬變過(guò)程，在試條開(kāi)始響應(yīng)后大于25秒的時(shí)間內(nèi)仍維持大于峰值電流的50％。與此不同，碳基電極的電流幾乎立即顯示衰減，在試條開(kāi)始響應(yīng)后最初的1-2秒內(nèi)就由峰值電流下降了50％。如果要測(cè)量峰電流值，這就難于抓住測(cè)量的時(shí)間，或者如果要在發(fā)生了基本衰減后必須測(cè)量電流，就降低了測(cè)量計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍。因此，本發(fā)明的試條具有對(duì)于給定量的葡萄糖響應(yīng)產(chǎn)生的電流在峰值電流產(chǎn)生5秒內(nèi)衰減小于50％的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例7根據(jù)本發(fā)明如下配制了印刷葡萄糖試條用的漿液67.8克20mM檸檬酸緩沖液，pH60.68克聚乙烯醇(分子量85,000-146,000，88％水解)0.68克聚乙烯吡咯烷-乙酸乙烯酯0.42克Dow Corning DC1500防沫劑3.4克羥乙基纖維素(Natrosol 250G，Hercules)5.5克表面修飾的二氧化硅(Cabo-Sil TS 610，Cabot)1.5克葡萄糖氧化酶20.0克氰鐵酸鉀實(shí)施例8
圖10A-I顯示了本發(fā)明試條的分步制備。將該試條和圖1試條比較可以明白，在試條上電極的確切安排不是關(guān)鍵性的。另外，制備試條中可使用不同的材料。
制備試劑條的第一步是沉積襯底100上的銀軌101、102。襯底優(yōu)選是500微米厚的聚酯膜，它是以商品名ValoxTM出售的?？赏ㄟ^(guò)絲網(wǎng)印刷，用實(shí)施例2中配制的漿液組合物形成這些銀電極。
在銀電極沉積好后，進(jìn)行第二次印刷，形成圖10B中所示的碳導(dǎo)電元件103、104和105。形成的導(dǎo)電元件103與銀軌101接觸，并將在制成的試條中構(gòu)成工作電極。碳?jí)|104和105與銀軌101和102的兩端通電連接，并在試條和測(cè)量計(jì)之間形成通路?？捎蒙鲜鰧?shí)施例中所述的導(dǎo)電碳漿液制劑進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，形成碳導(dǎo)電元件。
制造過(guò)程的下一步是通過(guò)例如絲網(wǎng)印刷絕緣漿液(如實(shí)施例2的電介質(zhì)漿液)沉積出絕緣層106(圖10C)。如圖所示，該絕緣層含有三個(gè)窗口107、108和109。窗口108位于碳導(dǎo)電元件103的末端。窗口107位于銀軌102的末端，提供與參比電極的接觸。第三個(gè)窗口109是用來(lái)讓絕緣材料從第二絕緣涂層通過(guò)篩網(wǎng)層的，但這個(gè)窗口不是必需的。
圖10D顯示了過(guò)程中的下一步，即制備整體的試劑/血液隔離層110。該層沉積在108窗口上，并在窗口108四個(gè)邊上延伸越過(guò)絕緣層106。印刷整體的試劑/血液隔離層110用的合適制劑(其緩沖的pH約為6)具有下列組分
在整體的試劑/血液隔離層110形成后，在試條的樣品收集區(qū)上沉積一層篩網(wǎng)111(圖10E)。篩網(wǎng)111優(yōu)選是尼龍的，它預(yù)先用丙酮和Fluorad 170C表面活性劑處理，使其具有親水性。篩網(wǎng)111的作用是將液體樣品均勻的傳送通過(guò)工作電極和參比電極之間的區(qū)域。
然后用稍有柔性的絕緣漿液(ERCON Insulayer 820202)進(jìn)行第二次絕緣印刷112，用來(lái)限定樣品收集區(qū)(圖10F)。然后如實(shí)施例2所述將帶狀覆蓋物113加到試條頂部，形成完成的試條(圖10G)。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量計(jì)的一次性試條，該測(cè)量計(jì)的類(lèi)型是接受一次性試條和血液樣品，并對(duì)樣品中血液分析物的量進(jìn)行電化學(xué)分析，其特征在于，該試條包括(a)一塊襯底；(b)置于襯底上的第一導(dǎo)電元件；(c)置于襯底上的第二導(dǎo)電元件，它和第一導(dǎo)電元件足夠近，使得當(dāng)血樣置于試條上時(shí)第一和第二導(dǎo)電元件之間形成電流環(huán)路；(d)置于第一導(dǎo)電元件上的一層非導(dǎo)電性的整體的試劑/血液隔離層，所述整體的試劑/血液隔離層含有電化學(xué)測(cè)量分析物用的試劑，所述試劑分散在非導(dǎo)電性基質(zhì)中，所述基質(zhì)能將血細(xì)胞與第一導(dǎo)電元件表面有效隔離，而允許可溶性電活性物質(zhì)與第一導(dǎo)電物質(zhì)接觸；(e)在第一、第二導(dǎo)電元件和測(cè)量計(jì)之間形成電氣連接的接點(diǎn)；和(f)置于至少第一導(dǎo)電元件上的一個(gè)絕緣層，所述絕緣層具有與第一導(dǎo)電元件對(duì)齊的第一個(gè)孔，其中非導(dǎo)電整體試劑/血液隔離層與第一導(dǎo)電元件通過(guò)絕緣層中的所述孔接觸，其中形成的非導(dǎo)電性整體試劑/血液隔離層覆蓋著整個(gè)第一個(gè)孔，從而使第一導(dǎo)電元件沒(méi)有一部分與加到試劑條上的樣品直接接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的試條，其特征在于，所述整體的試劑/血液隔離層包含一種氧化葡萄糖的酶和一種氧化還原媒質(zhì)，所述氧化還原媒質(zhì)有效的將電子從酶轉(zhuǎn)移到第一導(dǎo)電元件上。
3.如權(quán)利要求2所述的試條，其特征在于，所述基質(zhì)是同時(shí)具有疏水表面和親水表面的二氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的試條，其特征在于，第一和第二導(dǎo)電元件含有導(dǎo)電性碳。
5.如權(quán)利要求4所述的試條，其特征在于，所述酶是葡萄糖氧化酶。
6.如權(quán)利要求5所述的試條，其特征在于，所述氧化還原媒質(zhì)是氰鐵酸鹽。
7.如權(quán)利要求3所述的試條，其特征在于，用一種水相組合物形成整體的試劑/血液隔離層，該組合物含有2-10％重量的粘合劑；3-10％重量的二氧化硅；8-20％重量的氧化還原媒質(zhì)；和每克水相組合物1000-5000單位的酶。
8.如權(quán)利要求7所述的試條，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電元件包含導(dǎo)電碳。
9.如權(quán)利要求7所述的試條，其特征在于，所述酶是葡萄糖氧化酶。
10.如權(quán)利要求9所述的試條，其特征在于，所述氧化還原媒質(zhì)是氰鐵酸鹽。
11.一種形成用于測(cè)量計(jì)的一次性試條的方法，該測(cè)量計(jì)的類(lèi)型是接受一次性試條和血液樣品，并進(jìn)行樣品中血液分析物的量的電化學(xué)分析，其特征在于，該方法包括(a)在襯底上形成第一和第二導(dǎo)電元件；(b)形成覆蓋第一導(dǎo)電元件的一層絕緣層，所述絕緣層具有第一個(gè)孔，它與加樣區(qū)中的第一導(dǎo)電元件的一部分對(duì)齊；和(c)在絕緣層上形成一試劑層，并使其與第一導(dǎo)電元件通過(guò)絕緣層中的第一個(gè)孔接觸，所述整體的試劑/血液隔離層含有用于電化學(xué)測(cè)量葡萄糖的試劑，所述試劑分散在非導(dǎo)電性基質(zhì)中，所述基質(zhì)能將血細(xì)胞與第一導(dǎo)電元件表面有效隔離，而允許可溶性電活性物質(zhì)能達(dá)到第一導(dǎo)電元件，從而避免第一導(dǎo)電元件與置于試條上的樣品直接接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述試劑層是非導(dǎo)電性整體試劑/血液隔離層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，形成的非導(dǎo)電性整體試劑/血液隔離層覆蓋著整個(gè)第一個(gè)孔，從而避免第一導(dǎo)電元件的任何一部分與加到試條上的樣品直接接觸。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，整體的試劑/血液隔離層含有一種氧化葡萄糖的酶和一種氧化還原媒質(zhì)，所述媒質(zhì)能有效的將電子從酶轉(zhuǎn)移到第一導(dǎo)電元件上。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述基質(zhì)是由同時(shí)具有疏水和親水表面的二氧化硅形成的。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，第一和第二導(dǎo)電元件含有導(dǎo)電性碳。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述酶是葡萄糖氧化酶。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述氧化還原媒質(zhì)是氰鐵酸鹽。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，用一種水相組合物形成整體的試劑/血液隔離層，該組合物含有2-10％重量的粘合劑；3-10％重量的二氧化硅；8-20％重量的氧化還原媒質(zhì)；和每克水相組合物1000-5000單位的酶。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電元件包含導(dǎo)電碳。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述酶是葡萄糖氧化酶。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述氧化還原媒質(zhì)是氰鐵酸鹽。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在第一和第二導(dǎo)電元件上都形成絕緣層，而且所述絕緣層具有與第二個(gè)導(dǎo)電元件對(duì)齊的第二個(gè)孔。
全文摘要
一種改進(jìn)的用于測(cè)量計(jì)的一次性葡萄糖試條,該測(cè)量計(jì)的類(lèi)型是接受一次性試條和病人的血液樣品,并用非導(dǎo)電性整體試劑/血液隔離層(17)進(jìn)行電化學(xué)分析,該隔離層含有一種填料、一種可有效氧化葡萄糖的酶(如葡萄糖氧化酶)和能有效從酶?jìng)鬟f電子的媒質(zhì)。將該整體層的制劑印刷在導(dǎo)電碳元件(16)上,形成工作電極。選擇具有疏水性平衡的填料(如二氧化硅填料),使其在干燥時(shí)在導(dǎo)電元件表面能形成二維網(wǎng)絡(luò)。該試條的響應(yīng)基本上在相關(guān)溫度范圍內(nèi)與溫度無(wú)關(guān),而且對(duì)病人的紅細(xì)胞壓積基本上不敏感。
文檔編號(hào)G01N33/50GK1341210SQ00804294
公開(kāi)日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者J·F·麥克阿萊, D·斯科特, G·霍爾, M·阿爾瓦雷斯-伊卡薩, E·V·普洛特金, O·W·H·戴維斯 申請(qǐng)人:印弗尼斯醫(yī)學(xué)技術(shù)股份有限公司