DE69535720T2

DE69535720T2 - Faserstoffbahn und verfahren zur deren herstellung

Info

Publication number: DE69535720T2
Application number: DE69535720T
Authority: DE
Inventors: David B. Roslyn Estates Pall; Richard L. Centerport MANTEUFFEL
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: US5714073A; DE69535720D1; US5582907A; US5652050A; US5846438A; US5586997A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Faservliese, insbesondere schmelzgeblasene Faservliese und ihre Herstellung. Derartige Faservliese sind besonders geeignet als Filtermedien und zum Abtrennen von Plasma oder Serum aus Blut. Sie sind ferner immer dann geeignet, wenn ein im Wesentlichen gleichmäßiges poröses Medium erwünscht ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schmelzblasprozesse
Bei einem existierenden Schmelzblasprozess wird geschmolzenes Harz durch eine Reihe von linear angeordneten Löchern extrudiert, welche in einer linearen Anordnung mit einem Mittenabstand von ca. 1 bis 2 mm in eine flache Oberfläche mit einer Breite von ca. 1 bis 2 mm gebohrt sind, wobei die Oberfläche wie in 1 gezeigt am Apex eines Elementes mit einem dreieckigen Querschnitt lokalisiert ist und wobei die Winkel an dem Apex ca. 45° bis 60° zur Mittellinie betragen. Den Apex 11 umgebend, wie in 1 gezeigt, befinden sich zwei Schlitze 12, 13, jeder auf einer Seite, durch die erwärmte Luft geliefert wird, welche das durch die Löcher extrudierte geschmolzene Harz verfeinert, um so einen Strom von Fasern zu bilden. Die Fasern werden auf einer Seite eines bewegten Siebs, welches um ca. 10 oder mehr Zentimeter von den Düsenspitzen getrennt ist, gesammelt, wobei die andere Seite des Siebs mit einem Sauggebläse verbunden ist. Im Betrieb werden die meisten der Fasern auf dem Sieb gesammelt, um ein Vlies niedriger Dichte mit einer rauen Oberfläche zu bilden; jedoch entweicht ein signifikanter Anteil der Fasern in die Umgebung, und es ist eine Saughaube vorgesehen, mit der sie gesammelt werden und als Abfall verloren gehen.
Das gesammelte Vlies ist ziemlich schwach, mit Zugfestigkeiten, die weit unterhalb von ca. 1,5 kg/cm² liegen. Die Fasern zeigen eine breite Größenverteilung, wobei die größten Fasern zehn oder mehr Male größer sind als die kleinsten und wobei der durchschnittliche Faserdurchmesser ca. fünf bis sieben oder mehr Male größer ist als der kleinste Faserdurchmesser. Viele der Fasern sind verzwillingt, wobei ein Zwilling definiert ist als zwei parallele Fasern, die entlang einer Länge, die das 20-fache oder mehr ihrer durchschnittlichen Durchmesser beträgt, aneinander haften, während andere seilartig zusammengedreht sind, d. h. aus zwei oder mehr Fasern bestehen, die in einer Form, die einem Seil ähnelt, umeinander geschlungen oder miteinander verdrillt sind. Seilartig verdrillte Fasern verhalten sich in der Praxis, z. B. bei der Filtration, sehr ähnlich einer einzigen Faser mit einem Durchmesser, der in etwa gleich demjenigen des seilartig verdrillten Gebildes ist. Sowohl Verzwillingung als auch seilartige Verdrillung bewirken, dass das gesammelte Vlies einen hohen Druckabfall und eine geringe Filtrationseffizienz aufweist. Fasern, die zum Zwilling gebunden sind, sind weniger effizient in einem Filter als zwei separate Fasern. "Shot", d. h. kleine Körner nicht-verfaserten Harzes, die in dem Vlies verteilt sind, stellt ebenfalls ein Problem dar. Typischerweise spiegelt das gesammelte Vlies, welches wie oben beschrieben erzeugt wird, einen Kompromiss wider zwischen der Bildung von Shot und seilartig verdrillten Gebilden. Ferner neigt dieses Vlies dazu, eine raue, mehr flaumige Oberfläche aufzuweisen, die für viele Anwendungen unerwünscht ist, so z. B. zur Verwendung für Wegwerfbekleidung.
Das oben beschriebene System zur Herstellung von Vliesen ist ineffizient aufgrund seiner Geometrie. Wenn die zwei Luftströme konvergieren, wird ein Teil der zur Bildung von Fasern aus dem Harz erforderlichen Energie im Verhältnis zur Komponente ihrer Geschwindigkeiten senkrecht zu der Mittellinie der Vorrichtung dissipiert. Eine weitere Ineffizienz ist die rechteckige Gestalt des Luft stroms, der auf jede Düse wirkt; wenn z. B. Löcher von 0,5 mm Durchmesser in einem Mittenabstand von 2 mm lokalisiert sind, wirkt ein 2 mm breiter rechteckiger Luftstrom auf jeden Harzdurchgang von 0,5 mm Durchmesser. Weil der Flüssigkeitsstrom kreisförmig ist, ist der Teil der Luft, der aus einer Ecke des Rechtecks austritt, welche von der Harzdüse am weitesten entfernt ist, relativ ineffektiv, so dass ein hoher Grad an Turbulenz bei relativ kleinem Beitrag zur Faserbildung erzeugt wird. Als eine Folge dieser Ineffizienzen sind die Energiekosten zum Verdichten und Erwärmen der Luft in diesem Prozess viel höher, als sie es wären, wenn jede Harzdüse ihre eigene Luftversorgung durch einen kreisförmigen Ringraum erhielte. Infolge des hohen Luftvolumens, welches erforderlich ist, um ein gegebenes Harzgewicht zu zerfasern, beträgt die Distanz von dem Harzdüsenauslass zu der Fasersammeloberfläche in der üblichen Praxis mehr als ca. 10 bis 13 cm, und diese relativ lange Passage durch sehr turbulente Luft bewirkt das unerwünschte seilartige Verdrillen und Verzwillingen der Fasern des gesammelten Vlieses. Versucht man, bei viel weniger als 10 cm zu arbeiten, wird das Sammeln auf dem Vakuumsieb schwierig, es sei denn, die Fasern sind so heiß, dass sie halb geschmolzen sind, was zu einem nahezu festen Produkt führt, welches als Filter ineffizient ist. Eine grundlegende Defizienz dieses System liegt darin, dass das geschmolzene Harz außerhalb der Zerfaserungsdüse zerrissen und gleichzeitig verfeinert wird, um Fasern zu bilden; es gibt keine klare Abgrenzung zwischen Zerreißen und Faserbildung und als eine Folge ist die Beherrschung der Faserbildung schlecht.
Die WO 92/18677 beschreibt Vliese, welche aus schmelzgeblasenen Fasern hergestellt werden, wobei faserbildendes Material aus einer Düsenkavität extrudiert wird und erwärmte Primärluft auf das extrudierte Material einwirkt und das extrudierte Material schnell zu einer Masse von Fasern auszieht und verfeinert. Die Fasern laufen zu einer primären röhrenförmigen Orientierungskammer und durch dieselbe hindurch, wobei Orientierungsluft in die Kammer eingeführt wird durch Öffnungen, welche in der Nähe des ersten offenen Endes der Kammer angeordnet sind, wo in der Primärluft mitgerissene Fasern in die Kammer eintreten. Vorzugsweise wird die Orientierungsluft von beiden Seiten der Kammer und um die gekrümmten Flächen der Kammer herum eingeführt.
Ferner wird sekundäre Kühlluft entlang der Breite der Kammer durch die Wände der Kammer eingeführt, um die Polymerverfestigungs- und/oder Kristallisationsrate in der Kammer zu erhöhen. Nach Verlassen der Kammer zeigen die Fasern typischerweise eine oszillierende Bewegung und werden auf einer Sammelvorrichtung als ein Vlies gesammelt.
Ein weiteres existierendes System, welches verfeinerte Fasern produziert, stellt ein Zerreißen des geschmolzenen Harzes außerhalb der Düse bereit. Die produzierten Fasern werden in einer stochastisch orientierten, heterogenen, ineinander verfangenen Anordnung auf dem Dorn gesammelt. Wenn die Fasern den Dorn erreichen, sind sie entweder bereits aufgebrochen oder in diskontinuierliche Längen zerrissen oder sie sind noch durch einen Teil, der geschmolzen ist, mit der Düse verbunden, aus der sie ausgesponnen werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet unabhängige individuelle Zerfaserungsdüsen, welche einen ringförmigen Luftdurchlass umfassen. Diese Zerfaserungsdüsen sind in der Lage, Flachmaterial-Fasermedien mit durchschnittlichen Durchmessern von ca. 2 μm oder weniger herzustellen, und können mit einer Düse-zu-Sammler-Distanz (im Folgenden DCD genannt) betrieben werden, der im Bereich von ca. 2,5 bis ca. 11,0 cm liegt, z. B. im Bereich von ca. 2,8 bis ca. 9,0 cm, und können ein Produkt mit kontrollierter Orientierung der Fasern erzeugen.
Eine derartige Zerfaserungsdüse ist in 2 dargestellt, wobei die Zerfaserungsdüse 21 eine Kapillare 22 enthält, durch die das geschmolzene Harz gepumpt wird, und einen kreisförmigen Ringraum 23, durch den Heißluft geliefert wird. Das gepumpte Harz tritt aus der Kapillare 22 in die Harzzerreißzone 24 und sodann in den Düsenkanal 25 ein, wo das Harz, nun in winzige Tröpfchen zerlegt, in dem Luftstrom aus der Düsenspitze 26 herausgetragen wird, jenseits welcher die individuellen winzigen Tröpfchen zu Fasern gedehnt werden.
Weil die Luftzufuhr effizienter genutzt wird und entsprechend geringer ist im Verhältnis zum Gewicht des Produktvlieses, kann das zerfaserte Produkt gemäß vorliegender Erfindung zum Vlies gesammelt werden durch Auftreffenlassen auf eine feste Sammeloberfläche – im Gegensatz zu dem vakuumunter stützten Sieb der ineffizienten Vorrichtung, wie früher zusammengefasst. Bei einer weiteren markanten Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik kann der DCD-Wert (Distanz zwischen der Düsenspitze 26 in 2 und der Zielsammeloberfläche) auf einen Betrag unterhalb von ca. 5,5 cm verkürzt werden, beispielhaft auf ca. 2,5 bis ca. 5,5 cm, z. B. ca. 2,8 bis ca. 5,5 cm, d. h. auf ca. die Hälfte oder weniger des Betrages, der für andere Systeme verwendet wird, wodurch die Breite des Faserstroms verringert und die Fasersammeleffizienz weiter verbessert wird.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung werden innerhalb der Zerfaserungsdüse gebildet und sind bei direkter Beobachtung unter einem Mikroskop als voll ausgebildet und nicht in Kontakt mit der Öffnung, aus der der Faserstrom austritt, erkennbar. Die erfindungsgemäße Abwesenheit von Zerreißen außerhalb der Öffnung ist wesentlich für die Bildung eines Vlieses, bei dem die Fasern kontinuierlich sind und in einer kontrollierten Weise deutlich orientiert sind.
Somit werden die Fasern gemäß vorliegender Erfindung erzeugt, kontrolliert und gesammelt, derart, dass ein Vlies von orientierten Fasern produziert wird, welches im Gegensatz zu einer heterogenen, ineinander verfangenen Anordnung zur Faserherstellung steht, die keine Kontrolle über den Pfad der Fasern hat.
Während feinere Fasern und verbesserte Sammlung in existierenden Systemen durch die Verwendung von individuellen Düsen möglich gemacht werden, hat deren Verwendung den Nachteil, dass das Produktvlies ein streifiges Erscheinungsbild aufweist. Die Streifen spiegeln den Abstand zwischen benachbarten Düsen wider.
Die vorliegende Erfindung mildert mindestens einige der Nachteile der schmelzgeblasenen Faservliese nach dem Stand der Technik und der Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die vorliegende Erfindung stellt ein geeignetes Mittel bereit zum Sammeln der Ausgabe von individuellen Zerfaserungsdüsen in Form eines Vlieses, welches nicht nur im Wesentlichen frei von Streifigkeit ist, sondern auch durch einen hohen Grad an Gleichmäßigkeit gekennzeichnet ist, z. B. durch eine Gewichtsverteilung, die um weniger als ca. 1% über einen Bereich von 50 cm variiert. Ein derartiger Gleichmäßigkeitsgrad macht das Produkt geeignet für Anwendungen wie diagnostische Vorrichtungen sowie für andere Anwendungen, wo eine nahezu perfekte Gleichmäßigkeit verlangt wird. Die Produkte gemäß vorliegender Erfindung sind im Wesentlichen frei von Shot und seilartiger Verdrillung.
Diagnostische Vorrichtungen
Wie oben angegeben, stellt die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges Produkt bereit, welches besonders erwünscht ist zur Verwendung in diagnostischen Vorrichtungen.
Viele Körperfluid-Prozessierungsprotokolle, insbesondere jene, welche diagnostische Testung beinhalten, umfassen das Bestimmen, ob eine bestimmte Substanz, z. B. ein Zielanalyt, in dem Körperfluid vorhanden ist. Viele dieser Tests beruhen auf kalorimetrischer oder spektrophotometrischer Evaluierung einer Reaktion einer Fluidkomponente mit einem oder mehreren spezifischen Reagenzien. Andere Tests umfassen z. B. die Evaluierung von Veränderungen im pH-Wert oder in der elektrischen Leitfähigkeit, um die Gegenwart des Analyten zu bestimmen. Jedoch können diese Tests Ergebnisse liefern, die weniger als optimal sind, weil z. B. das Fluid darin fehlschlagen kann, die Testvorrichtung effizient zu benetzen, und/oder andere, in dem Körperfluid anwesende Substanzen mit der bestimmten, zu analysierenden Substanz interferieren und/oder Schwierigkeiten bei der Interpretation der Testergebnisse verursachen können.
Als Beispiel: wenn das zu testende Körperfluid Blut ist, kann die rote Farbe infolge der Gegenwart von roten Blutzellen und/oder des von hämolysierten roten Zellen freigesetzten Hämoglobins mit diagnostischen Tests interferieren, welche einen Farbwechsel als Teil ihrer Prozedur verwenden. Demgemäß umfassen viele Körperfluid-Testungsprotokolle das Abtrennen einer oder mehrerer Komponenten aus dem Körperfluid vor der Testung. Beispielsweise können Plasma oder Serum aus Blut abgetrennt werden, bevor das Plasma oder das Serum einer Analyse unterworfen wird, so dass zelluläres Material, z. B. rote und/oder weiße Blutzellen, nicht mit den Testresultaten interferieren.
Eine Technik zum Trennen von Plasma oder Serum von anderen Blutkomponenten, z. B. zellulären Komponenten wie roten und weißen Blutzellen, umfasst das Gewinnen von Blut, z. B. durch Fingerbeerenpunktion, und Platzieren des Bluts auf einen Blutteststreifen. Der Teststreifen, der mindestens ein poröses Element umfasst, erlaubt das Einfließen von Blut in den Streifen und das Abtrennen eines Teil des Plasmas von den in der Blutprobe enthaltenen Zellen. Einige Teststreifen können eine Mehrzahl von porösen Elementen umfassen, welche den Durchtritt von Plasma oder Serum hierdurch erlauben, wobei mindestens ein Element ein oder mehrere Reagenzien umfassen kann, welche mit dem Analyten reagieren, so dass die Gegenwart des Analyten in dem Plasma oder Serum bestimmt werden kann.
Jedoch sind die Teststreifen nach dem Stand der Technik mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. Ein besonderer Nachteil ist das Fehlen von Produktreproduzierbarkeit, da es schwierig ist, die Streifen mit einem ausreichenden Gleichmäßigkeitsgrad herzustellen. So sind z. B. einige Streifen unzureichend gleichmäßig, um eine effiziente und/oder reproduzierbare Plasmaseparierung bereitzustellen. Zum Beispiel umfassen einige Streifen Faservliese mit einem streifigen Erscheinungsbild, resultierend aus einem Mangel an gleichmäßiger Faserverteilung, z. B. aus der Bildung von rippenartigen Erhebungen von Fasern. Um die Effekte der Ungleichmäßigkeit zu mindern, umfassen einige Teststreifen mehrfache Lagen von Vliesen, z. B. ca. 10 Lagen oder mehr, um eine zuverlässige Trennung bereitzustellen. Angesichts der Anzahl der Lagen können solche Vorrichtungen jedoch eine relativ große Menge an Blut benötigen, um ausreichend Plasma für einen diagnostischen Test bereitzustellen.
Andere Vorrichtungen, mit oder ohne fasrige Medien, versagen darin, eine ausreichend große Plasmafront vor der Front von zellulärem Material bereitzustellen, um Testung des Plasmas ohne Interferenz durch das zelluläre Material zu erlauben; folglich kann das Versagen dieser Vorrichtungen, Plasma effizient abzutrennen, die Verwendung einer relativ großen Blutprobe verlangen, um zu gewährleisten, dass ausreichend Plasma zum Testen zur Verfügung steht.
Weiter: weil einige Vorrichtungen ein oder mehrere, in einem oder mehreren Bereichen der Vorrichtung präplatzierte Reagenzien umfassen, kann ein Mangel an Produktreproduzierbarkeit von einer Vorrichtung zur anderen dazu führen, dass das Plasma darin versagt, mit dem oder den Reagenzien in einer bestimmten Lokalisation in Kontakt zu kommen und/oder mit dem oder den Reagenzien für eine ausreichende Zeitdauer in Kontakt zu kommen. Weil z. B. einige präplatzierte Reagenzien löslich sind, können Vorrichtungen, welche dem Plasma einen zu schnellen Durchtritt erlauben, darin versagen, dem Plasma zu erlauben, das Reagens zu lösen, und so zu einem ungenauen Testergebnis führen. Dementsprechend können – infolge eines Mangel an Gleichmäßigkeit – zwei Vorrichtungen verschiedene Testergebnisse für den gleichen Patienten unter Verwendung von konsekutiven Blutstropfen liefern, und es kann schwierig sein zu bestimmen, welche der Vorrichtungen, wenn überhaupt, ein genaues Ergebnis geliefert hat.
Ferner kann es sich insbesondere bei einigen derjenigen Streifen, welche mindestens zwei aneinander gesicherte poröse Elemente umfassen, umständlich und/oder schwierig gestalten, die Elemente miteinander zu verbinden. Nicht nur ist die durch einfaches Zusammenpressen von zwei oder mehr Lagen oder Elementen erhaltene Bindung im Allgemeinen schwach, die Lagen tendieren auch dazu, unerwünschterweise komprimiert zu werden, wenn sie zur Bildung der Bindung zusammengepresst werden, was wiederum die Effektivität der Plasmatrennung verringert. Bindung unter Verwendung kommerzieller "klebriger" Adhäsivmaterialien hat einen nachteiligen Einfluss auf den Fluss von einer Lage zu ihrem oder ihren Nachbarn; somit kann die Permeabilität der Bindung oder des Bereichs nahe der Bindung abträglich beeinflusst werden.
Demgemäß besteht auf dem Fachgebiet weiterhin Bedarf an Vorrichtungen zur Prozessierung von Körperfluid und Verfahren zu ihrer Verwendung, welche eine effiziente Abtrennung von mindestens einer gewünschten Komponente des Körperfluids in für die Analyse ausreichenden Mengen bereitstellt. Vorzugsweise sind derartige Prozessierungsvorrichtungen leicht zu verwenden, sei es von Patienten oder von medizinischem Personal wie Ärzten, Krankenschwestern oder Labortechnikern. Ferner sollten die Vorrichtungen die Tren nung in einer Weise durchführen, dass die Testergebnisse genau und reproduzierbar sind.
Ferner vorzugsweise erlauben die Vorrichtungen eine effiziente Abtrennung von Plasma aus Blut, ohne einen signifikanten Anteil der Substanz(en) oder Material(ien) in dem Plasma, die analysiert oder bestimmt werden sollen, z. B. Glucose, Cholesterin, Lipide, Serumenzyme, Nucleinsäuren, Viren, Bakterien und/oder Koagulationsfaktoren, um nur ein paar zu nennen, zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung mildert mindestens einige der Nachteile der Teststrips nach dem Stand der Technik und der Verfahren zu ihrer Verwendung. Die vorliegende Erfindung kann ferner für Protokolle verwendet werden, welche die Prozessierung von nicht-biologischen Fluiden beinhalten. Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies bereitgestellt aus Fasern, wobei 90% der Fasern des Vlieses einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das Dreifache des minimalen Faserdurchmessers beträgt, und wobei das Vlies eine Gewichtsverteilung aufweist, die um weniger als 1% variiert, wenn sie sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung gemessen wird, wobei die Gewichtsverteilung entlang Flächen von 0,64 × 13 cm und auf Quadraten von 2,54 cm gemessen wird.
Ferner sind erfindungsgemäße Ausführungsformen von schmelzgeblasenen Faservliesen im Wesentlichen frei von seilartiger Verdrillung, Verzwillingung und Shot. In bevorzugten Ausführungsformen können sie gekennzeichnet sein durch eine Zugfestigkeit in einer ersten Richtung, die mindestens ca. 1,5 mal und mehr bevorzugt einige Male höher liegt als die Zugfestigkeit in einer zweiten Richtung 90° zu der ersten Richtung. Das schmelzgeblasene Faservlies kann ferner gekennzeichnet sein durch eine höchst wünschenswerte Dochtwirkungsrate nach Inkontaktkommen mit einer Flüssigkeit. Die Zeit, die die Dochtwirkung braucht, um sich von dem Applikationspunkt über eine angegebene Distanz auszubreiten, wird im Folgenden definiert und wird als Lateralflusszeit oder LFT bezeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Prozessieren eines Fluids mindestens ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies gemäß der Erfindung. Weil die schmelzgeblasenen Vliese gemäß der Erfindung im Wesentlichen gleichmäßig sind, liefern Testvorrichtungen, welche diese Vliese umfassen, genaue und reproduziebare Testergebnisse von einer Vorrichtung zur anderen und von einer Probe von Fluid, insbesondere biologischem Fluid, zu einer zweiten Probe des gleichen Fluids.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Filterelement das vorliegende erfindungsgemäße schmelzgeblasene Faservlies. Ein Gehäuse kann für das Filterelement bereitgestellt sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst eine poröse Kompositstruktur mindestens ein poröses Flachmaterial, welches ein schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies gemäß der Erfindung hierauf aufweist, wobei nicht mehr als ca. 10% der Poren des porösen Flachmaterials durch das schmelzgeblasene fasrige Nonwoven-Bindevlies blockiert sind.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit zur Herstellung eines schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses, umfassend das Extrudieren von geschmolzenem Harz aus zwei parallelen Reihen von linear angeordneten, im Wesentlichen gleichabständigen Düsen zum Bilden von Fasern auf die Oberfläche einer zylindrischen Sammelvorrichtung mit einer parallel zu den Reihen von Düsen angeordneten Längsachse, wobei die Reihen von Düsen voneinander versetzt und in einem Winkel zueinander hin gerichtet sind. Individuelle Düsen stellen individuelle Luftsäulen bereit, welche jeden individuellen Faserstrom umgeben. Die Fasern werden auf der Oberfläche der zylindrischen Sammelvorrichtung gesammelt, während die zylindrische Sammelvorrichtung rotiert.
Das vorliegende erfindungsgemäße schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies kann optional modifiziert werden, um die kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST) und/oder das Hohlraumvolumen des Vlieses zu verändern, um eine gewünschte Dochtwirkungsrate oder Lateralflusszeit (LFT) zu erhalten.
Vorrichtungen und Verfahren, welche schmelzgeblasene Faservliese gemäß vorliegender Erfindung verwenden, stellen eine effiziente Prozessierung von Fluid, insbesondere biologischem Fluid, bereit. Beispielsweise stellen Vorrichtungen und Verfahren, welche die vorliegenden Vliese verwenden, eine effiziente Plasmaabtrennung aus biologischen Fluiden, z. B. Blut, bereit durch Inkontaktbringen von mindestens einem schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies mit einer Probe des biologischen Fluids. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine genaue und reproduzierbare Bestimmung von Analyten von Interesse in dem separierten Plasma oder Serum. Ferner stellen Vorrichtungen und Verfahren, welche Faservliese gemäß der Erfindung verwenden, eine effiziente Prozessierung von Plasma bereit, welches bereits aus dem biologischen Fluid abgetrennt worden ist.
Bei einer Ausführungsform sind die schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliese gemäß der Erfindung kompatibel mit einer Vielfalt von anderen porösen Medien, wie z. B. anderen fasrigen und/oder nicht-fasrigen Medien, einschließlich Membranen, zum Prozessieren von biologischem Fluid, und erlauben das Leiten von Plasma, z. B. durch Dochtwirkung, von den schmelzgeblasenen Vliesen zu diesen anderen Medien. Bei einigen Ausführungsformen kann Plasma ferner von der stromabwärts angeordneten Membran zu mindestens einem zusätzlichen porösen Medium geleitet werden, z. B. zu einer anderen Membran und/oder einem Faservlies, welches vorzugsweise ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies ist.
Durch die Verwendung von Vorrichtungen und Verfahren, welche ein Faservlies gemäß der Erfindung verwenden, können Substanzen oder Analyten von Interesse, z. B. Lipide, Enzyme, Nucleinsäuren und/oder Viren, welche sich in dem Plasma befinden oder mit Serum transportiert werden können, in oder an dem schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies und/oder dem oder den anderen, stromabwärts des Vlieses angeordneten porösen Medien gefangen oder isoliert werden. Diese Substanzen oder Analyten können in dem Vlies und/oder den anderen Medien detektiert oder quantifiziert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Teil oder eine Komponente in der Probe von dem isolierten Analyten amplifiziert und detektiert werden, und die Gegenwart dieses Teils oder dieser Komponente zeigt die Gegenwart des Analyten in dem getesteten Fluid an. Beispielsweise kann ein Analyt, wie z. B. ein Virus, in oder an einem Element stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses gefangen oder isoliert werden, und das Virus kann lysiert werden, um seine virale Nucleinsäure, d. h. DNA oder RNA, freizusetzen. Nachfolgend kann ein Teil der viralen Nucleinsäure durch auf dem Fachgebiet wohlbekannte Mittel amplifiziert und detektiert werden. Die Detektion des Teils der viralen DNA oder RNA zeigt die Gegenwart des zu analysierenden Virus an.
In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Termini verwendet.

(A) Biologisches Fluid. Ein biologisches Fluid umfasst ein beliebiges behandeltes oder unbehandeltes Fluid, welches mit lebenden Organismen assoziiert ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Blut, Saliva, Lymphe, Zerebrospinalflüssigkeit, Aszitesflüssigkeit und Urin. Biologisches Fluid umfasst insbesondere Blut, einschließlich Vollblut, Warm- oder Kaltblut und Blutkonserven oder Frischblut; behandeltes Blut, z. B. Blut, welches mit einer physiologischen Lösung verdünnt ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf physiologische Kochsalzlösung, Nährlösungen und/oder Antikoagulanslösungen; eine oder mehrere Blutkomponenten, wie in Plasma suspendierte Blutplättchen, Blutplättchenkonzentrat (PC), plättchenreiches Plasma (PRP), plättchenfreies Plasma, plättchenarmes Plasma (PPP), Plasma, gepackte rote Zellen (PRC), Buffy-Coat; analoge Blutprodukte, abgeleitet von Blut oder von einer Blutkomponente oder abgeleitet von Knochenmark; in einem physiologischen Fluid suspendierte rote Zellen; und in einem physiologischen Fluid suspendierte Blutplättchen. Das biologische Fluid kann Leukozyten umfassen oder eine Behandlung zur Entfernung von Leukozyten durchlaufen haben. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "biologisches Fluid" auf die oben beschrie benen Komponenten und auf ähnliche Blutprodukte, welche mit anderen Mitteln erhalten werden und ähnliche Eigenschaften aufweisen.
(B) Analyt. Ein Analyt umfasst, ist jedoch nicht beschränkt auf mindestens eine der folgenden Komponenten: Glucose; Cholesterin; Urea; Triglyceride; Ketone; Bilirubin; Urobilinogen; Nitrite; Theophyllin; Galactose; Lipide; Serumenzyme; Proteine; Hormone; Nucleinsäuren; Koagulationsfaktoren; Wachstumsfaktoren; Ionen wie Kalium, Natrium, Calcium und Lithium; Wirkstoffe wie Morphin, Codein, Heroin, Kokain, Steroide und Marihuana; Metabolite; Pestizide; Umweltschadstoffe; Blutkomponenten wie Plasma, Blutplättchen, rote Blutzellen und Leukozyten; Viren und Mikroorganismen wie Bakterien und Protozoen. Ein Analyt kann ein Antigen oder ein Antikörper sein.

Ein Analyt kann direkt bestimmt werden oder er kann behandelt werden, so dass ein Teil oder eine Komponente des Analyten detektiert werden kann. Beispielsweise kann ein Analyt, z. B. ein Virus, behandelt werden, um die virale Nucleinsäure freizusetzen, und ein Teil der Nucleinsäure kann detektiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine querschnittliche Darstellung einer konventionellen Zerfaserungsdüsenöffnung.
2 ist eine querschnittliche Darstellung einer bevorzugten Zerfaserungsdüse.
3 ist eine perspektivische Darstellung einer Schmelzblasvorrichtung mit einer einzigen Reihe von Zerfaserungsdüsen.
4A ist eine Endansicht einer Schmelzblasvorrichtung mit vier Reihen von Zerfaserungsdüsen.
4B ist eine vergrößerte Draufsicht auf die gleiche Vorrichtung wie in 4A gezeigt, gesehen entlang der Linie A-A von 4A.
5 ist eine Endansicht einer Schmelzblasvorrichtung mit zwei Reihen von winklig angeordneten und versetzten Zerfaserungsdüsen.
6A ist eine Endansicht einer weiteren Schmelzblasvorrichtung mit zwei Reihen von winklig angeordneten und versetzten Zerfaserungsdüsen, während 6B eine Draufsicht auf die gleiche Vorrichtung ist, gesehen entlang der Linie A-A von 6A. 6C ist eine Seitenansicht einer Schmelzblasvorrichtung, welche die Translation des Sammelzylinders zeigt.
7 ist eine Scanning-Elektronenmikroskopaufnahme (220X) eines erfindungsgemäß hergestellten schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses.
8 ist eine Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der Lateralflusszeiten von Materialien, wie z. B. dem erfindungsgemäß hergestellten schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlies.
9 ist ein Graph, der die Lateralflusszeiten (s) in der Quermaschinenrichtung als Funktion des Hohlraumvolumens in % für ein erfindungsgemäß hergestelltes schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies zeigt.
10 ist ein Graph, der die Lateralflusszeiten (s) in der Maschinenrichtung (MD) und in der Quermaschinenrichtung (CMD) als Funktion des durchschnittlichen Faserdurchmessers für erfindungsgemäß hergestellte schmelzgeblasene Nonwoven-Faservliese zeigt.
11 ist eine Seitenansicht einer Schmelzblasvorrichtung, welche zur Herstellung von Laminaten gemäß vorliegender Erfindung geeignet ist.
12 ist eine Scanning-Elektronenmikroskopaufnahme (220X) eines erfindungsgemäß hergestellten schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses.
13 ist eine Scanning-Elektronenmikroskopaufnahme (500X) eines erfindungsgemäß hergestellten schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses.
14 ist eine Scanning-Elektronenmikroskopaufnahme (220X) eines typischen, kommerziell erhältlichen schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses.
15 zeigt eine β-Strahlen-Rückstreuaufzeichnung in der Quermaschinenrichtung für ein erfindungsgemäß hergestelltes schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies.
16 zeigt eine β-Strahlen-Rückstreuaufzeichnung in der Maschinenrichtung für das gleiche, erfindungsgemäß hergestellte schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies, wie es Gegenstand von 15 ist.
17 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher ein einziges Vlies und eine im Wesentlichen impermeable Struktur verwendet.
18 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher ein einziges Vlies und eine im Wesentlichen impermeable Struktur verwendet.
19 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher ein einziges Vlies, ein zusätzliches poröses Medium und eine im Wesentlichen impermeable Struktur verwendet.
20 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher zwei Vliese und eine im Wesentlichen impermeable Struktur verwendet.
21 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher eine zwischengeschaltete Membran verwendet.
22 ist eine Seitenansicht einer mehr bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher eine zwischengeschaltete Membran verwendet.
23 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine in einen Behälter platzierte Testvorrichtung zeigt.
24 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher drei Vliese und eine zwischen zwei der Vliese zwischengeschaltete Membran verwendet.
25 ist eine Ansicht von unten eines Mediums, welches so konfiguriert ist, dass es Zugang hierdurch bereitstellt.
26 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher ein einziges Vlies, ein zusätzliches poröses Medium und eine im Wesentlichen impermeable Struktur verwendet.
27 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher zwei Vliese und zwei im Wesentlichen impermeable Strukturen verwendet.
28 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Teststreifens, welcher ein einziges Vlies und zwei im Wesentlichen impermeable Strukturen verwendet.
29 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein einziges Vlies und eine nicht-poröse Struktur zur Verwendung mit einer Kapillare verwendet werden.
30 zeigt eine Verwendung der Kapillare gemäß der in 29 illustrierten Ausführungsform.
31 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Kapillare, welche von einem Vlies entfernt werden kann.
32 ist eine querschnittliche Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Mehrzahl von Vliesen und eine entfernbare Kapillare.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt mindestens ein schmelzgeblasenes Faservlies bereit, wobei das Vlies hoch gleichmäßig ist. Das Faservlies, welches ein Nonwoven-Vlies umfasst, kann auf verschiedene Weise charakterisiert werden. Das Nonwoven-Vlies umfasst Fasern, derart, dass 90% der Fasern einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das Dreifache des minimalen Faserdurchmessers beträgt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Nonwoven-Vlies Fasern, derart, dass 90% der Fasern einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmes ser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das Zweifache des minimalen Faserdurchmessers beträgt.
Die Fasern in dem Nonwoven-Vlies können einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ca. 15 μm aufweisen, z. B. im Bereich von 3 bis 8 μm, und sie können weniger als ca. 2 μm aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der durchschnittliche Faserdurchmesser weniger als ca. 1,5 μm oder weniger als ca. 1 μm betragen. Das schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies ist ferner gekennzeichnet durch eine Gewichtsverteilung, die um weniger als 1% variiert, wenn sie sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung gemessen wird, wobei eine derartige Gewichtsverteilung entlang Flächen von 0,64 × 13 cm und auf Quadraten von 2,54 cm gemessen wird.
Ferner ist das schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies im Wesentlichen frei von seilartiger Verdrillung, Verzwillingung und Shot, und es kann gekennzeichnet sein durch eine Zugfestigkeit in einer ersten Richtung, die mindestens ca. das 1,2-fache, z. B. mindestens ca. das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens ca. das 2-fache und mehr bevorzugt mindestens ca. das 4-fache der Zugfestigkeit in einer zweiten Richtung 90° zu der ersten Richtung beträgt.
Das schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies kann ferner gekennzeichnet sein durch eine 2 cm-Lateralflusszeit (LFT) von ca. 60 s oder weniger, z. B. ca. 15 s, in einer ersten Richtung, und/oder eine 4 cm-LFT-Zeit von ca. 300 s oder weniger, z. B. ca. 45 s, in einer ersten Richtung. Noch mehr bevorzugt weisen die Vliese einen 2 cm-LFT-Wert von ca. 50 s bis ca. 20 s in einer ersten Richtung und/oder einen 4 cm-LFT-Wert von ca. 200 s bis ca. 64 s in einer ersten Richtung auf. Bei einigen Ausführungsformen kann der 2 cm-LFT-Wert ca. 40 s oder weniger, z. B. ca. 10 s, in einer ersten Richtung betragen und/oder der 4 cm-LFT-Wert kann ca. 225 s oder weniger betragen. Beispielsweise können die Vliese einen 2 cm-LFT-Wert von ca. 35 s bis ca. 12 s in einer ersten Richtung aufweisen. Derartige Vliese können so hergestellt werden, dass der LFT-Wert in einer zweiten Richtung 90° zu der ersten Richtung verschieden ist von dem LFT-Wert in der ersten Richtung. Bei einer Ausführungsform überschreitet der LFT-Wert in einer ersten Richtung den LFT-Wert in einer zweiten Richtung um mehr als ca. 5%. Ferner können derartige Vliese so hergestellt werden, dass das Vlies im Wesentlichen keine Kügelchenfront-Verzögerung in der ersten und/oder zweiten Richtung zeigt.
Eine Vorrichtung zum Prozessieren eines Fluids, welches ein biologisches Fluid sein kann, kann mindestens ein schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies wie oben beschrieben umfassen. Bei einigen Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Prozessieren eines biologischen Fluids weist mindestens eines der schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservliese eine kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST) von mindestens ca. 65 dyn/cm auf.
Ferner kann die Vorrichtung mindestens eine zusätzliche Struktur umfassen, z. B. ein nicht-poröses Medium, ein poröses Medium, einen Biosensor, eine Kapillare und ein Gehäuse.
Wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, sind Ausführungsformen der Vorrichtung geeignet für die Filtration von Fluiden, zum Bestimmen der Gegenwart eines Analyten in Fluiden und/oder zum Abtrennen von Plasma aus plasmahaltigen Fluiden. Die Vorrichtung kann verwendet werden, um ein proteinhaltiges Fluid zu filtern.
Ausführungsformen der Vorrichtung können verwendet werden zum Bestimmen der Gegenwart von mindestens einem Analyten in dem biologischen Fluid und/oder zum Abtrennen eines Teils des Plasmas aus einem plasmahaltigen biologischen Fluid. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein im Wesentlichen gleichmäßiges schmelzgeblasenes Faservlies, wobei die Vorrichtung eine Region zum Empfangen einer biologischen Fluidprobe, welche einen Analyten und andere Substanzen aufweist, und eine Region, in die der Analyt ohne mindestens einen Teil der anderen Substanzen fließt, aufweist. Die Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass ein vorwiegend vertikaler oder ein vorwiegend horizontaler Fluss bereitgestellt wird.
Falls gewünscht, kann ein Vlies die Region zum Empfangen der biologischen Fluidprobe, welche einen Analyten und andere Substanzen enthält, und die Region, in welche der Analyt ohne mindestens einen Teil der anderen Substanzen fließt, umfassen. Alternativ kann die Vorrichtung zwei oder mehr Vliese umfassen, z. B. ein Vlies, welches eine Region zum Empfangen der biologi schen Fluidprobe umfasst, und ein weiteres Vlies, welches die Region umfasst, in die der Analyt ohne mindestens einen Teil der anderen Substanzen fließt.
Das Vlies kann mindestens eine Oberfläche umfassen, welche geeignet ist zum Inkontakttreten mit der biologischen Fluidprobe, und es kann mindestens eine Oberfläche umfassen, durch die der Analyt strömt, vorzugsweise ohne mindestens einen Teil der anderen Substanzen. Fluid kann durch einander gegenüberliegende Oberfläche oder nicht-gegenüberliegende Oberflächen eines Faservlieses strömen.
Ferner kann die Vorrichtung zwei oder mehr im Wesentlichen gleichmäßige schmelzgeblasene Faservliese umfassen, wobei eines der Vliese eine Region zum Empfangen einer biologischen Fluidprobe umfasst, welche einen Analyten und andere Substanzen enthält, und wobei ein weiteres Vlies die Region umfasst, in die der Analyt ohne mindestens einen Teil der anderen Substanzen fließt.
Bei der Vorrichtung kann das Faservlies vollkommen gleichmäßig sein hinsichtlich seines Hohlraumvolumens, oder es kann einen komprimierten Bereich für einen gewünschten Effekt enthalten. Zum Beispiel kann das Faservlies einen komprimierten Bereich enthalten, welcher mindestens einige der anderen Substanzen, z. B. rote und/oder weiße Blutzellen, daran hindert, hierdurch hindurchzutreten. Der komprimierte Bereich kann verhindern, dass die anderen Substanzen in einen anderen Bereich des Vlieses passieren, oder er kann verhindern, dass die anderen Substanzen aus dem Vlies heraus und zu einem anderen Medium übertreten.
Die Vorrichtung kann zusätzlich zu dem Nonwoven-Faservlies mindestens ein zusätzliches poröses Medium umfassen, z. B. ein zweites poröses Medium, so etwa eine Membran. Beispielsweise kann die Vorrichtung ferner ein zusätzliches poröses Medium, z. B. eine Membran, umfassen, welches eine Stromaufwärts- und eine Stromabwärtsoberfläche aufweist, wobei mindestens ein Bereich der Stromaufwärtsoberfläche des zusätzlichen porösen Mediums in Fluidverbindung mit einer Oberfläche des Faservlieses steht und wobei das zusätzliche poröse Medium es erlaubt, den Analyten hierdurch zu fangen, und mindestens einige der anderen Substanzen daran hindert, hier hinein zu passie ren. Das poröse Medium kann koextensiv mit dem Faservlies sein, oder es kann eine auskragende Region aufweisen, die sich über das Vlies hinaus erstreckt. Bei einer Ausführungsform kann das Faservlies einen komprimierten Bereich benachbart zu einer auskragenden Region des zusätzlichen porösen Mediums enthalten, der den Durchtritt von mindestens einigen der anderen Substanzen, z. B. roten und/oder weißen Blutzellen, durch das Vlies zu der auskragenden Region verhindert.
Das zusätzliche oder zweite poröse Medium kann aus einem beliebigen geeigneten Material in einer beliebigen geeigneten Konfiguration sein, z. B. eine mikroporöse Membran, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf eine Nylon-Membran, eine Polyvinylidenfluorid-(PVDF-)Membran, eine Polysulfon-Membran und eine Nitrocellulose-Membran. Bei einigen Ausführungsformen kann die Membran eine Virus entfernende Membran sein, z. B. eine isotrope, hautlose Polyvinylidenfluorid-Membran, insbesondere eine derartige poröse Membran, welche eine Titerreduktion von mindestens ca. 10⁸ gegen den Bakteriophagen T₁ und/oder einen K_UF-Wert von mindestens ca. 15 psi bei Testung unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 dyn/cm aufweist.
Die Virus entfernende Membran kann eine Ultrafiltrations-/Diafiltrationsmembran sein, welche in der Lage ist, monodisperse Latexpartikel von 0,02 μm Durchmesser auszuschließen und welche ohne Verlust derartiger Ultrafiltrationseigenschaften getrocknet werden kann und welche, nachdem sie mindestens einen Nass/Trocken-Zyklus durchlaufen hat, eine K_UF-Fließrate von unter 50 cm³/min pro ft² der Membran bei 10 psi unter Verwendung von mit Wasser gesättigtem 1-Butanol als die Benetzungsflüssigkeit und mit 1-Butanol gesättigtem Wasser als die Verdrängungsflüssigkeit bei Umgebungstemperatur aufweisen wird. Geeignete Ultrafiltrations-/Diafiltrationsmembranen umfassen Polysulfon-Membranen, z. B. Polyethersulfon- oder Polyphenylsulfon-Membranen.
Die Vorrichtung kann ferner mindestens ein zusätzliches poröses Medium umfassen, d. h. ein drittes poröses Medium, welches zwischen das Faservlies und das zweite poröse Medium zwischengeschaltet ist. Bei einer Ausführungsform ist das dritte poröse Medium vorzugsweise ein zweites schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung zusätzlich ein drittes poröses Medium umfassen, welches eine Stromaufwärts- und eine Stromabwärtsoberfläche aufweist, wobei die Stromaufwärtsoberfläche des dritten porösen Mediums in Fluidverbindung mit der Stromabwärtsoberfläche des zweiten porösen Mediums steht. Bei einer derartigen alternativen Ausführungsform umfasst das zweite poröse Medium vorzugsweise eine poröse Membran, z. B. eine Nylon-Membran, eine Polysulfon-Membran oder eine isotrope, hautlose Polyvinylidenfluorid-(PVDF-)Membran.
Ferner kann die Vorrichtung eine nicht-poröse Struktur umfassen, welche mit einer Oberfläche von mindestens einem Faservlies und/oder mindestens einem anderen porösen Medium in Kontakt steht. Bei diesen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ferner wünschenswerterweise eine oder mehrere nicht-poröse Strukturen, welche der Vorrichtung anhaften, z. B. mindestens einer Oberfläche des Faservlieses, um eine Verdampfung der biologischen Probe zu verringern.
Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung eine nicht-poröse Struktur umfassen, wie z. B. eine Kapillare. Die Kapillare kann in der Lage sein, ein biologisches Fluid, z. B. Plasma oder Vollblut, an das Vlies und/oder das andere poröse Medium abzugeben, oder die Kapillare kann in der Lage sein, das biologische Fluid aus dem Vlies und/oder dem anderen porösen Medium abzuziehen.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine poröse Kompositstruktur bereit, umfassend mindestens ein poröses Flachmaterial, welches ein schmelzgeblasenes fasriges Nonwoven-Bindevlies hierauf enthält, wobei nicht mehr als ca. 50%, vorzugsweise nicht mehr als ca. 10% oder nicht mehr als ca. 5% der Poren des porösen Flachmaterials durch das schmelzgeblasene fasrige Nonwoven-Bindevlies blockiert sind. Der Schmelzpunkt des fasrigen schmelzgeblasenen Nonwoven-Bindevlieses ist vorzugsweise niedriger als derjenige eines angrenzenden porösen Flachmaterials. Bei der porösen Kompositstruktur kann mindestens ein poröses Flachmaterial ein schmelzgeblasenes Nonwoven-Fa servlies sein und zwei poröse Flachmaterialien können durch das schmelzgeblasene fasrige Nonwoven-Bindevlies miteinander verbunden sein. Ähnlich kann bei der porösen Kompositstruktur eines der porösen Flachmaterialien eine mikroporöse Membran sein und das andere der porösen Flachmaterialien kann ein schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies sein. Ferner kann die poröse Kompositstruktur eine mikroporöse Membran oder ein impermeables Flachmaterial mit einem daran anhaftenden schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlies umfassen.
Ein Filterelement kann das schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies und ein Gehäuse hierfür umfassen. Ein Beutelfilter kann ein Filtermedium umfassen, welches zu einer beutelförmigen Konfiguration geformt ist, welche ein geschlossenes Ende, ein offenes Ende, eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist, wobei das Filtermedium, aus dem das Beutelfilter gebildet ist, das vorliegende schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies umfasst. Das Beutelfilter kann ferner einen an dem offenen Ende des Filters gesicherten Kragen umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Beutelfilter eine oder mehrere Nähte, die thermisch versiegelt oder genäht und mit einem Thermoplastband heißgesiegelt sind.
Ein Verfahren zum Filtern eines Fluids umfasst das Hindurchleiten eines Fluids durch das vorliegende schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies.
Ein Verfahren zur Herstellung eines schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses kann das Modifizieren des vorliegenden schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses umfassen, um die kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST) des Vlieses zu verändern. Beispielsweise kann das Vlies so modifiziert werden, dass es einen CWST-Wert von mindestens ca. 55 dyn/cm, z. B. ca. 65 dyn/cm bis ca. 115 dyn/cm oder mehr aufweist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Vlies so modifiziert werden, dass es einen ausgewählten CWST-Wert zwischen ca. 73 und ca. 110 dyn/cm aufweist, mehr bevorzugt zwischen ca. 73 und ca. 100 dyn/cm, um eine gewünschte Lateralflusszeit (LFT) zu erhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses kann das Modifizieren des vorliegenden erfindungsgemäßen schmelzgebla senen Nonwoven-Faservlieses umfassen, um das Hohlraumvolumen des Vlieses so zu verändern, dass ein gewünschter LFT-Wert erhalten wird. Beispielsweise kann ein schmelzgeblasenes Faservlies erzeugt werden, bei dem das Hohlraumvolumen vorzugsweise im Bereich von ca. 60% bis ca. 96% liegt, mehr bevorzugt im Bereich von ca. 64% bis ca. 94%, um einen gewünschten LFT-Wert zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung kann für ein Verfahren zur Prozessierung eines Fluids verwendet werden, z. B. eines biologischen Fluids. Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Inkontaktbringen der biologisches Fluid empfangenden Region einer Vorrichtung, welche mindestens ein schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies aufweist, mit einer biologischen Fluidprobe, welche einen Analyten und andere Substanzen enthält. Beispielsweise kann das biologische Fluid Blut oder ein Blutprodukt sein, und der Analyt kann mindestens eine der Komponenten sein, welche sind Glucose, Cholesterin und ein Virus. Insbesondere kann das biologische Fluid ein plasmahaltiges Fluid sein, wobei der Analyt ein Virus sein kann, und das biologische Fluid kann Substanzen umfassen wie z. B. rote und/oder weiße Blutzellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens wird Plasma aus Blut abgetrennt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses umfasst das Extrudieren von geschmolzenem Harz aus zwei parallelen Reihen von linear angeordneten, im Wesentlichen gleichabständigen Düsen zum Bilden von Fasern auf die Oberfläche einer zylindrischen Sammelvorrichtung mit einer parallel zu den Reihen von Düsen angeordneten Längsachse, wobei die Reihen von Düsen voneinander versetzt und in einem Winkel zueinander hin gerichtet sind. Die Reihen von Düsen sind vorzugsweise um ca. den halben Abstand zwischen den Düsen innerhalb jeder Reihe voneinander versetzt, und die Reihen von Düsen sind vorzugsweise zueinander hin geneigt um im Wesentliche gleiche, aber entgegengesetzte Winkel; z. B. ist jede der Reihen von Düsen um ca. 25° oder weniger geneigt, vorzugsweise ca. 5° bis ca. 20°, mehr bevorzugt ca. 10° bis ca. 16°, bezogen auf eine vertikale Lotlinie, welche vom Zentrum der zylindrischen Sammelvorrichtung ausgeht.
Die Reihen von Düsen können so lokalisiert sein, dass die Mittellinie des Faserstroms mit der Außenlinie der zylindrischen Sammelvorrichtung zusammenfällt, oder sie können so versetzt sein, dass ein Teil oder die Gesamtheit des Faserstroms auf die vorrückende Seite der zylindrischen Sammelvorrichtung trifft, oder sie können so versetzt sein, dass ein Teil oder die Gesamtheit des Faserstroms auf die zurückweichende Seite des Faserstroms trifft.
Die zylindrische Sammelvorrichtung kann bei einer beliebigen geeigneten Oberflächengeschwindigkeit rotiert werden, die allgemein bei mindestens ca. 20 m/min liegt und vorzugsweise ca. 600 m/min nicht überschreitet, obschon eine höhere Oberflächengeschwindigkeit (z. B. ca. 1000 m/min oder höher, die durch Rotation einer zylindrischen Sammelvorrichtung von 35 cm Durchmesser bei ca. 900–1000 U/min oder mehr erhalten werden kann) ein Nonwoven-Faservlies produzieren kann, welches für einige Anwendungen überlegen ist. Die zylindrische Sammelvorrichtung kann einen beliebigen geeigneten Durchmesser aufweisen, vorzugsweise ca. 5 cm bis ca. 150 cm, mehr bevorzugt ca. 10 cm bis ca. 75 cm und am meisten bevorzugt ca. 10 cm bis ca. 44 cm.
Die Düsen können eine beliebige Düse-zu-Sammler-(DCD-)Distanz zu der zylindrischen Sammelvorrichtung aufweisen, vorzugsweise ca. 1,5 cm bis ca. 15 cm und mehr bevorzugt ca. 2 cm bis ca. 12 cm. Bei einigen Ausführungsformen kann der DCD-Wert ca. 2 cm bis ca. 8 cm oder ca. 2 cm bis ca. 5 cm betragen. Die zylindrische Sammelvorrichtung wird vorzugsweise bei einer Rate von nicht mehr als ca. 2 cm/Umdrehung, mehr bevorzugt bei einer Rate von nicht mehr als ca. 1 cm/Umdrehung und am meisten bevorzugt bei einer Rate von nicht mehr als ca. 0,75 cm/Umdrehung translatiert. Innerhalb jeder der Reihen können die Düsen um eine beliebige geeignete Distanz voneinander beabstandet sein, allgemein ca. 2 cm oder weniger, vorzugsweise ca. 0,25 cm bis ca. 2 cm, mehr bevorzugt ca. 0,1 cm bis ca. 1,5 cm und am meisten bevorzugt ca. 0,37 cm bis ca. 1,2 cm, z. B. ca. 0,5 cm bis ca. 1 cm. Die parallelen Reihen können um eine beliebige geeignete Distanz voneinander beabstandet sein, vorzugsweise so, dass die Entfernung von Düsenspitze zu Düsenspitze zwischen den Reihen ca. 1 bis 2 cm beträgt. Ferner wird das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise unter Aufrechterhaltung eines Unterdrucks zwischen den Reihen der Düsen durchgeführt.
Herstellung des Faservlieses
Einreihige Anordnung von individuellen Düsen
Eine Anordnung zum Sammeln eines Faservlieses aus einer einzigen Reihe von individuellen Zerfaserungsdüsen ist in perspektivischer Darstellung in 3 gezeigt, wobei jede Zerfaserungsdüse 301 mit einem Zweifachverteiler 302 verbunden ist, von dem ein Teil so angeordnet ist, dass den Düsen geschmolzenes Harz von einem Extruder zugeführt wird, und der andere Teil so, dass erwärmte Luft bei kontrollierter Temperatur und Druck zugeführt wird. Die Düsen 301 sind in einer einzigen Linie angeordnet und um eine Distanz voneinander beabstandet, die vorzugsweise im Bereich zwischen ca. 0,4 und 1,5 cm und mehr bevorzugt im Bereich von ca. 0,6 bis 1,2 cm liegt. Diese Anordnung lieferte ein streifiges Produkt, welches aber dennoch Eigenschaften aufweist, die den Produkten der existierenden Systeme beträchtlich überlegen sind mit Bezug auf bessere Faserkonformation, und welches in der Lage, feinere Fasern zu erzeugen, die im Gebrauch kleinere Partikel entfernen und eine längere Standzeit aufweisen.
Die mittels der Vorrichtung von 3 gebildeten Vliese können dick genug und ausreichend kohärent sein, um Bildung direkt auf die äußere Oberfläche eines Zylinders 303 zu gestatten, von der sie kontinuierlich abgezogen werden können, wie in US-Patent Nr. 4 021 281 beschrieben; es kann jedoch auch vorteilhaft sein, insbesondere bei einem Vliesgewicht von weniger als ca. 3 bis 10 mg/cm², das Vlies auf der Oberfläche eines Stützgewebes 304 zu sammeln, bei dem es sich z. B. um ein billiges Nonwoven-Material handeln kann, welches Sammeln, Lagern und spätere Verwendung des Produktes erlaubt, wobei das Produkt zusammen mit dem Gewebe verwendet werden kann oder das Gewebe vor dem Gebrauch entfernt werden kann.
Mehrreihige Anordnung von Zerfaserungsdüsen
Eine Vorrichtung, welche in einem Versuch verwendet wurde, Streifenbildung zu verringern oder zu beseitigen, ist in den 4A und 4B gezeigt, wobei 4A eine Endansicht einer Vorrichtung ist, die sich von der in 3 gezeigten nur dadurch unterscheidet, dass eine Zerfaserungsanordnung mit vier Reihen von Zerfaserungsdüsen eingesetzt wird, und 4B ist eine Draufsicht, geschnitten entlang der Linie A-A von 4A. In 4B bezeichnet 401 die Sammeloberfläche, während 402–403 eine Reihe von 106 linear lokalisierten Zerfaserungsdüsen bezeichnet, wobei die Zerfaserungsdüsen um 0,84 cm voneinander beabstandet sind, wobei 402–403 eine von vier solcher Reihen darstellt, und wobei die Reihen um 1,27 cm voneinander beabstandet sind. In 4A bezeichnet 404 einen rotierenden Zylinder, auf dem mit einem Umschlingungswinkel von 180° ein 110 cm breites Nonwoven-Textilmaterial 405 mit glatter Oberfläche läuft. Auf das Textilmaterial treffen die Faserströme 406 von den (4 × 106 = 424) Zerfaserungsdüsen 402–403 in der in den 4A und 4B gezeigten Weise, so dass ein poröses Medium 407 gebildet wird mit loser Bindung an das Textilmaterial 405, von dem das poröse Medium 407 entfernt und separat umgerollt werden kann.
Bei seinem Lauf über den rotierenden Zylinder 404 wurde das Textilmaterial 405 von 424 Faserströmen 406 getroffen, wobei jeder Strom von einer Düse ausgeht, welche 0,21 cm von ihrem diagonalen Nachbarn entfernt ist. Weil visuell erkennbar war, dass jeder Faserstrom bei seinem Auftreffen auf die Oberfläche des Textilmaterials 405 eine ca. 0,5 cm breite Schwade ablegte, und weil die Düsen einen Mittenabstand von 0,21 cm aufwiesen, erwartete man, eine gleichmäßige oder nahezu gleichmäßige Faserverteilung zu erhalten, so dass Streifenbildung reduziert oder eliminiert sein würde; statt dessen war die Streifenbildung betont gegenüber dem Resultat mit einer einzigen Düsenreihe. Die Streifen waren 0,84 cm voneinander beabstandet, wobei die dazwischenliegenden transparenten Bereiche etwa die Hälfte der Menge an Fasern enthielten, die in den weniger transparenten Streifen enthalten waren.
Eine sorgfältige visuelle Beobachtung der Faserströme bei in Betrieb befindlicher Vorrichtung offenbarte, dass bei der Bewegung des Textilmaterials 405, auf welches die Faserströme gerichtet waren, über der Düse in der in den 4A und 4B gezeigten Pfeilrichtung der von der ersten Reihe von 106 Düsen 402–403 ausgehende Faserstrom so auf das Textilmaterial traf, dass 106 rippenartige Erhebungen von Fasern gebildet wurden, von denen jede eine Ablenkung der 106 Faserströme der folgenden drei Reihen aus der Vertikalrichtung der Düse, von der sie ausgingen, verursachte, derart, dass ein we sentlicher Anteil ihrer Fasern auf den von der ersten Reihe gebildeten rippenartigen Erhebungen deponiert wurde und somit die bereits deponierten rippenartigen Erhebungen von Fasern eher noch vergrößert wurden, als dass neue rippenartige Erhebungen gebildet wurden. Wieder auf die 4A und 4B Bezug nehmend lässt sich zusammenfassend sagen, dass bei der Bewegung des Textilmaterials in der Richtung der Pfeile die Düsen 402–403 rippenartige Erhebungen deponierten, die dort lokalisiert waren, wo man sie erwarten würde, d. h. in Linie mit den Düsen; dass aber die Faserströme aus allen anderen Düsen sichtbar abgelenkt wurden zu den von der ersten Reihe von Düsen 402–403 gebildeten rippenartigen Erhebungen hin, wobei die letzte der vier Reihen überraschenderweise um volle 0,63 cm abgelenkt wurde. Auf diese Weise wurde ein Produktvlies erhalten, welches schwere Streifenbildung mit einem Mittenabstand von 0,84 cm zeigte.
Die Aerodynamik, auf welche dieses unerwartete Verhalten zurückgeführt werden könnte, ist noch nicht quantitativ erklärt worden, aber qualitativ kann eine Konsequenz des Bernoulli'schen Theorems angewendet werden, d. h. ein schnell strömendes Gas wird in Richtung einer benachbarten festen Oberfläche abgelenkt, in diesem Falle in Richtung der von der führenden Reihe von Zerfaserungsdüse gebildeten rippenartigen Erhebungen.
Gekreuzte Faserströme
Eine Endansicht einer Konfiguration eines Schmelzblassystems mit gekreuzten Faserströmen gemäß vorliegender Erfindung ist in 5 gezeigt, wobei 54 einen rotierenden Zylinder bezeichnet, über den ein Textilmaterial 53, typischerweise ein Wegwerf-Nonwoven, gezogen wird, wobei es sich im Gegenuhrzeigersinn um den Metallzylinder 54 in Richtung zu einer nicht gezeigten Umwickelstation bewegt. Ein Zweifachverteiler 51, dessen Länge um ein paar Zentimeter kleiner ist als die Breite der Bahn 53, führt heiße Luft und geschmolzenes Harz zu einer Reihe 56 von Zerfaserungsdüsen, welche nach rechts geneigt sind, relativ zu einer vom Zentrum des Zylinders 54 aus gezogenen vertikalen Lotlinie 55, so dass sie Faserströme erzeugen, welche den Sammelzylinder bei 59 treffen. Ein passender Satz, umfassend einen Verteiler 52 und Düsen 57, ist nach links geneigt und deponiert Harz auf der Sam meloberfläche bei 58; wenn der axiale Abstand (senkrecht zum Papier) zwischen benachbarten Düsen die Distanz D ist, so sind die zwei Reihen von Düsen um die Distanz 0,5 D zueinander versetzt und somit kreuzen sich die Faserströme untereinander. Die Distanz 58–59, um die sie überlappen, kann in der Praxis der Erfindung so groß wie 1 cm oder mehr sein. Die Distanz 58–59 kann null sein, und in einigen Fällen kann eine begrenzte negative Überlappung (Trennung) akzeptabel sein. Über den gesamten Überlappungsbereich von 1 cm oder mehr bis zu einer negativen Überlappung kann keine Interferenz zwischen benachbarten Faserströmen visuell detektiert werden – eine Beobachtung, die sehr im Gegensatz zu den oben beschriebenen Resultaten für mehrfache Reihen von Düsen steht. Als eine Folge sind unter Verwendung des Systems mit gekreuzten Faserströmen hergestellte Medien gleichmäßiger, wobei Streifenbildung, wenn auch nicht eliminiert, so doch reduziert ist.
Der Überlappungsgrad wird zum Teil durch den DCD-Wert bestimmt, der in der Konfiguration von 5 die Distanz von den Düsenspitzen 56 oder 57 bis zur Oberfläche des Zylinders 54 ist. Mit einem Sammelzylinder von 15 cm Durchmesser und einem Neigungswinkel zwischen den zwei Sätzen von Düsen von 26° und mit der Distanz zwischen den Düsenspitzen 56–57 zu 1,4 cm gesetzt beträgt eine bevorzugte Überlappung ca. 0,5 bis ca. 1,0 cm für einen relativ großen DCD-Wert von ca. 6 bis ca. 10 cm und zwischen ca. 0,23 cm bis null Überlappung für relativ kleinere DCD-Werte von ca. 4 bis ca. 2,8 cm.
Generell ist der DCD-Wert kleiner, wenn ein poröses Medium höherer Dichte mit geringerem Porenvolumen und höherer Zugfestigkeit gewünscht wird. Der DCD-Wert der erfindungsgemäßen Verfahren ist in einem Bereich von ca. 2,5 cm bis ca. 11 cm angesiedelt. Bei einer Ausführungsform ist der DCD-Wert in einem Bereich von ca. 2,7 cm bis ca. 7,5 cm angesiedelt. Parameter, welche von dem DCD-Parameter verschieden sind und welche variiert werden können, um ein gewünschtes Produkt zu erzeugen, umfassen die Neigungswinkel, die allgemein vorzugsweise symmetrisch sind, die aber für bestimmte Zwecke vorteilhaft variiert werden können, die Distanz von Düsenspitze 56 zu Düsenspitze 57, gegebenenfalls der Versatz von der Mittellinie des angepassten Zerfaserer-Satzes zu der vertikalen Lotlinie 55 des Sammelzylinders, und die Temperatur, Fließraten und Zerfaserungscharakteristika des Harzes, welches zerfasert werden soll, sowie Volumen, Temperatur und Druck der zu den Zerfaserungsdüsen gelieferten Luft.
Unter den vielen Variationen von Betriebsbedingungen, wie oben beschrieben, ist das System mit gekreuzten Fasern konsistent darin, keine Wechselwirkung zwischen benachbarten Produktströmen zu zeigen; die von diesem System erzeugten Fasern sammeln sich auf den Zieloberflächen in der für ein System von gegebener Geometrie erwarteten Weise.
Das Scanning-System
Die 6A–6C zeigen das Scanning-System gemäß vorliegender Erfindung. In 6A sind die Verteiler 61 ähnlich lokalisiert und haben die gleiche Funktion wie die Verteiler 51 und 52 von 5. Der Bereich zwischen den zwei Verteilern ist wie gezeigt und an beiden Enden umschlossen, um eine Kavität 62 zu bilden, die an ihrem unteren Ende mit einer zylindrischen Öffnung 63 versehen ist. Der Zylinder 54 von 5 ist durch einen Zylinder 64 ersetzt, und das Textilmaterial 53 ist entfernt. 6B ist eine Teilansicht entlang der Linie A-A in 6A und zeigt geneigte Düsen 65, welche mit einem Mittenabstand P-P lokalisiert sind, wobei die Düsen der einen Reihe um 0,5 P von denjenigen der anderen Reihe versetzt sind. 6C zeigt eine Ansicht einer Zerfaserungsanordnung 66 mit gekreuzten Strömen, welche in der Nähe des rechten Endes des Sammelzylinders 64 lokalisiert ist.
Im Gebrauch ist die Zerfaserungsanordnung 66 stationär, während der Sammelzylinder 64 rotiert, z. B. bei einer Oberflächengeschwindigkeit im Bereich von ca. 20 bis 600 m/min, wobei der Zylinder gleichzeitig nach rechts translatiert werden kann bei einer Rate von ca. 0,01 bis 0,1 cm pro Umdrehung. Die Rotations- und Translationsraten werden konstant gehalten, während sich der Sammelzylinder 64 über den Zerfaserer zu Position 67 bewegt, die in durchbrochenen Linien gezeigt ist, wobei im Verlauf dieser Bewegung ein Faservlies 68 durch die auftreffenden Fasern gebildet wird. Das Vlies wächst in der Länge, bis die Translation abgeschlossen und die ganze Oberfläche des Sammelzylinders bedeckt ist. Der Zylinder von porösem Medium kann dann entlang seiner Länge aufgeschnitten werden und seine sich verjüngenden Enden können getrimmt werden. Das so geformte Flachmaterial kann an einem Lichttisch überprüft werden, wobei festzustellen ist, dass es gleichmäßig und frei von jeglicher visuell detektierbarer Streifigkeit ist.
Erhöht man während der Verwendung der erfindungsgemäßen gekreuzten Faserströme die Translation pro Umdrehung (im Folgenden als T/R bezeichnet) auf Werte oberhalb 0,1 cm pro Umdrehung in Inkrementen von ca. 0,04 cm oder kleiner und unter Konstanthaltung einer gegebenen Kombination von Zerfaserungsdüsenabmessungen, Düsenplatzierung, DCD, Dorndurchmesser, Dornrotationsrate und Harzzusammensetzung, und untersucht dann jede so hergestellte Probe sequentiell an einem Lichttisch, so wird ein T/R-Wert erreicht werden, bei dem die Existenz von parallelen Streifen in dem Produkt leicht erkennbar wird. Geht man dann von diesem T/R-Wert um ca. 0,04 cm zurück, so wird ein Produkt von ausgezeichneter Gleichmäßigkeit erzeugt, und ein derartiges Produkt ist von der vorliegenden Erfindung umfasst. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen gekreuzten Faserströme hergestellte Produkte, welche schwache oder moderate Streifigkeit zeigen, können hinsichtlich ihrer Gleichmäßigkeit immer noch überlegen sein im Vergleich zu den Produkten, welche nach einem beliebigen früheren Schmelzblasverfahren hergestellt werden; derartige Produkte sind ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst.
Die Größe des T/R-Wertes, der ein streifenfreies Produkt erzeugt, wird beeinflusst durch Faktoren, welche den Düse-Düse-Abstand umfassen, der vorzugsweise so klein wie praktisch möglich ist; es sind Zerfaserungsdüsenanordnungen mit einem Abstand von Düsenmitte zu Düsenmitte von 0,76 cm verwendet worden, um die erfindungsgemäßen Beispiele zu erzeugen, da vorausgehende Tests mit einer ähnlichen Vorrichtung, aber mit einem Abstand von 1,02 cm, weniger erfolgreich waren. Unter gewissen Bedingungen, z. B. bei Betrieb mit sehr großen DCD-Werten, können streifenfreie Produkte mit Düsenabständen weit oberhalb von 1 bis 2 cm erhalten werden, und derartige Produkte fallen in den Bereich der vorliegenden Erfindung. Ein Abstand von weniger als 0,76 cm ist erwünscht und kann möglich sein, jedoch wäre eine solche Verringerung etwas limitiert durch die konstruktiven Gegebenheiten, z. B. durch die Dimension der Luft- und Harzstromkanäle. Andere Kriterien zur Erzielung von perfekter Gleichmäßigkeit bestehen darin, dass die Umdre hungs-, Translations- und Harzlieferraten über die ganze Bildung der gesamten Länge des Flachmaterials hinweg konstant sein müssen.
Die meisten Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden durchgeführt unter Verwendung geeigneter T/R-Werte, die eine Fraktion, z. B. weniger als ein Viertel bis eine Hälfte, des größten T/R-Wertes waren, mit dem noch ein streifenfreies Produkt erhalten wurde. Bei einem Experiment, welches darauf ausgerichtet war, den maximal möglichen T/R-Wert zu erforschen, wobei der Luftdüsendurchmesser relativ groß, nämlich 0,17 cm, war, wobei die Lufttemperatur 310°C betrug, wobei Harz bei 305°C bei 0,51 g/min/Düse geliefert wurde und wobei der DCD-Wert 4,1 cm betrug, wurde eine hervorragende Gleichmäßigkeit bei Inspektion am Lichttisch im T/R-Bereich von 0,12 bis 0,44 cm erhalten, und die Gleichmäßigkeit blieb fast so gut bis hinauf zu einem T/R-Wert von 0,63 cm, wobei sichtbare Streifen in dem Produkt bei 0,76 cm erschienen.
In weiteren Experimenten unter verschiedenen Zerfaserungsbedingungen wurde beobachtet, dass der Einsatz von streifigen Bedingungen bei viel niedrigeren Werten eintrat. Gelegentlich waren die Bedingungen so, dass Streifenbildung bei einem niedrigeren Wert in Erscheinung trat und dann mit weiterer Erhöhung des T/R-Wertes bis hin zu ca. 0,29 cm (0,375 × der 0,76 cm-Düsenabstand) verschwand, und ein weiterer "Knoten", bei dem Streifenbildung minimal wurde, ist bei 0,48 cm (0,625 × der 0,76 cm-Düsenabstand) beobachtet worden.
Vor der Konzeption des Systems mit gekreuzten Faserströmen zum Liefern von Fasern an einen translatierenden Zylinder wurde versucht, den translatierenden Zylinder mit anderen Typen von Faserliefersystemen zu verwenden, einschließlich einzelne und doppelte Reihen von Düsen (nicht gekreuzt) mit den gleichen Zerfaserungsdüsen und alternativen Düsen. Keines dieser Systeme lieferte ein anderes als eindeutig streifiges Produkt.
Andere Zerfaserungssysteme, z. B. die Systeme, welche auf den Verfahren basieren, die in dem Teil mit der Überschrift "Hintergrund der Erfindung" beschrieben sind, können nicht-streifige Produkte liefern, wobei diese Produkte jedoch mit Bezug auf Gleichmäßigkeit des Faserdurchmessers, Gewichtsver teilung und Freiheit von Shot, Verzwillingung und seilartiger Verdrillung unterlegen sind und nicht in der Lage sind, Medien zu erzeugen, deren durchschnittliche Faserdurchmesser unterhalb von ca. 3 bis 5 μm liegen.
Es wird nun auf 6A Bezug genommen, gemäß welcher die Lokalisation der Zerfaserungsdüsen vorzugsweise so ist, dass die Distanz N-N zwischen den Düsenspitzen im Bereich von ca. 0,5 bis 3 cm liegt, mehr bevorzugt im Bereich von ca. 1 bis 2 cm und noch mehr bevorzugt im Bereich von ca. 1,2 bis 1,6 cm, und es ist bevorzugt, wenn der Winkel θ zwischen der Düse und der vom Zentrum des Sammelzylinders ausgehenden vertikalen Lotlinie innerhalb von ca. 5° oder weniger von gleicher, aber entgegengesetzter Richtung für beide Düsen ist, und es ist ferner bevorzugt, wenn der Winkel θ im Bereich von ca. 3° bis 25° und mehr bevorzugt im Bereich von ca. 5° bis 20° und noch mehr bevorzugt im Bereich von ca. 10° bis 16° liegt. Es ist üblicherweise bevorzugt, wenn das Volumen und der Typ von Fasern, die von jeder Seite austreten, gleich sind; Produkte von Interesse für Spezialzwecke können hergestellt werden durch Betreiben jeder Seite unter Verwendung von unterschiedlichen Bedingungen, z. B. um hohe mechanische Festigkeit mit sehr kleinem Faserdurchmesser zu kombinieren.
Das deponierte poröse Medium kann in Längsrichtung aufgeschnitten, abgenommen und flachgelegt werden zur Verwendung z. B. als eine Komponente für eine diagnostische Vorrichtung oder als ein Filter, oder es kann kalandriert werden, um z. B. seinen Porendurchmesser zu reduzieren, um ein Filtermedium mit einem gewünschten Absolut-Rückhaltekennwert, z. B. mit einem Absolut-Rückhaltekennwert von kleiner als ca. 1,0 μm, z. B. kleiner als ca. 0,5 μm bereitzustellen. Beispielhafte Methoden zum Bestimmen der Absolut-Rückhaltekenndaten umfassen die in US-Patent Nr. 4 340 479 beschriebenen.
Der Sammelzylinder 64 gemäß den 6A und 6C kann mit einer geeigneten Trennbeschichtung oberflächenbehandelt sein. In Abhängigkeit von der Dicke, dem Hohlraumvolumen und anderen Charakteristika des porösen Mediums kann dann ein röhrenförmiger Zylinder von porösem Medium von dem Sammelzylinder abgezogen werden und z. B. als ein Filter mit Strömungsrich tung von innen nach außen verwendet werden, oder er kann gefaltet werden, um ein nahtlos gefaltetes Filterelement zu bilden.
Es ist bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Anordnung mit gekreuzten Faserströmen als der Fasererzeuger mit dem erfindungsgemäßen Scanning-System verwendet wird, weil sie hohe Translationsraten zusammen mit hohen Faserdepositionsraten erlaubt und dabei gleichzeitig den Faserverlust infolge "Qverspray" minimiert, und weil sie, im Gegensatz zu Anordnungen, bei denen die Düsen parallel angeordnet sind, verwendet werden kann, um sehr gleichmäßige fasrige Produkte mit einem sehr breiten Bereich an Charakteristika mit präziser Reproduzierbarkeit von Los zu Los herzustellen. Die so hergestellten Medien sind gleichmäßig innerhalb der Empfindlichkeit der Tests, welche angewendet werden können, z. B. Gewicht pro Flächeneinheit, Dicke, Hohlraumvolumen, Porengröße, Dochtwirkungsrate und Partikelrückhaltevermögen.
Es wird nun erneut auf 6A Bezug genommen, gemäß welcher ein geeigneter Betriebsmodus erzielt wird durch Befestigen am Anschluss 63 Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks im Bereich von 0 bis ca. 3'' WS innerhalb der Kammer 62, wodurch ein gleichmäßigeres Produkt erzielt wird, von denen einige in Beispiel 44 beschrieben sind. Weiter: während es ein Vorteil des Systems mit gekreuzten Faserströmen ist, dass beide Sätze von Faserströmen auf oder nahe an einer geraden Linie auf den Sammelzylinder treffen und somit dabei helfen, den Faseranteil zu minimieren, der nicht gesammelt wird, so kann es dennoch bei Betrieb mit relativ hohen Luftströmungsraten dazu kommen, dass das den Zylinder erreichende Luftvolumen so hoch ist, dass einige der Fasern den Sammelzylinder umgehen ("Bypassing") und über den Abzugskanal verloren gehen. Der in der Kammer 62 angelegte Unterdruck wirkt dahingehend, Bypassing zu verhindern oder zu verringern und die Menge an Fasern, welche in Form von Abfall verloren gehen, auf null oder nahe null zu reduzieren.
Durch Verändern der Orientierung, Lokalisation und Geometrie der Zerfaserer mit gekreuzten Strömen, durch Verändern der Harzfließrate, Luftfließrate und Temperatur und durch die Verwendung von Düsen mit größeren oder kleineren Öffnungen können Medien hergestellt werden, die, im Zustand wie sie von der Maschine abgezogen werden, einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als 1 μm bis mehr als ca. 20 bis 50 μm aufweisen, mit einem Bereich von Hohlraumvolumina von ca. 60% bis ca. 94% und einem Bereich von Dicken von weniger als 0,008 cm bis 0,5 cm oder mehr. Derartige Medien können z. B. mit guten Zugeigenschaften, kontrollierter Porengröße, Dicke, Faserorientierung und Porenvolumen hergestellt werden.
Falls gewünscht, können mehrfache Passagen realisiert werden, wie oben beschrieben, unter Anpassung des DCD-Wertes, um ein einziges Vlies mit einer gewünschten Kombination oder Anordnung von zwei oder mehr Hohlraumvolumina zu erzeugen. Beispielhaft kann das so erzeugte Vlies einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweisen, wobei der erste Bereich ein anderes Hohlraumvolumen aufweist als der zweite Bereich. Beispielsweise kann ein erster oder Stromaufwärtsbereich des Vlieses ein höheres Hohlraumvolumen aufweisen als der zweite oder Stromabwärtsbereich des Vlieses. Demgemäß passiert bei einer Ausführungsform, z. B. bei einer Vorrichtung zum Abtrennen von Plasma aus einem biologischen Fluid, das biologische Fluid in einen Bereich, der ein ausgewähltes Hohlraumvolumen, z. B. im Bereich von ca. 80 oder mehr, aufweist, und das Plasma, welches sich von dem biologischen Fluid trennt, passiert in einen Bereich, der ein anderes ausgewähltes Hohlraumvolumen aufweist, z. B. im Bereich von ca. 70% oder weniger.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Zerfaserer in einem Winkel mit Bezug auf den Sammelzylinder platziert sein, um ein Vlies mit einer gradierten Porenstruktur und einem gradierten Hohlraumvolumen zu erzeugen.
Bei ihrer Verwendung als Filter stellen erfindungsgemäß hergestellte Medien eine gewünschte Porenstruktur und/oder Filtrationseffizienz bereit. Beispielsweise stellen bei einigen Ausführungsformen erfindungsgemäß hergestellte Filter Partikelrückhaltekenndaten, wie z. B. nach dem OSU-(Oklahoma State University-)Test gemessen, von 1 μm bis 200 μm oder mehr bereit. Eine lange Standzeit wird mit diesen Medien erhalten wegen ihres hohen Hohlraumvolumens und ihrer Resistenz gegen Kompression, wenn die gesammelten Feststoffe einen Druckaufbau über das Filter verursachen.
Erfindungsgemäß können die schmelzgeblasenen Vliese aus einer breiten Vielfalt von synthetischen polymeren Materialien hergestellt werden, umfassend z. B. Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylen, Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen, Polymethylpenten, Polychlortrifluorethylen, Polyphenylsulfid, Poly-(1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat), PETG (ein Polyester, polymerisiert mit einem Überschuss an Glycol), Nylon 6, Nylon 66, Nylon 612, Nylon 11 und ein Polyamid-Polyether-Copolymer, z. B. ein Polyamid/Polyalkylenoxiddiamin-Copolymer, z. B. ein Nylon 6-Copolymer, beschrieben als "80% Nylon 6 mit 20% Polyethylenoxiddiamin".
In der Charakterisierung von Medien verwendete Termini und Konzepte
Der folgende Teil liefert eine Zusammenfassung der Termini und Konzepte, welche in der Charakterisierung von Medien verwendet werden. Besondere Termini und Konzepte von Interesse umfassen die Evaluierung des Faserdurchmessers, die Evaluierung der Gleichmäßigkeit, die Evaluierung des Hohlraumvolumens, diagnostische Vorrichtungen, Lateralflusszeit (LFT), Lateraldiffusionsrate, kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST) und Proteinbindung durch poröse Medien.
Diese Termini und Konzepte werden in der Beschreibung der Herstellung von erfindungsgemäßen Medien in den Beispielen verwendet.
Evaluierung des Faserdurchmessers
Viele der Anwendungen für fasrige poröse Medien werden ermöglicht oder können besser befriedigt werden, wenn die Durchmesser der Fasern klein sind. Beispielsweise werden Filter, welche verwendet werden, um optisch klare Fluide bereitzustellen oder um Bakterien oder Partikel im Mikrometerbereich zu entfernen, einen niedrigeren Druckabfall und eine längere Standzeit haben, wenn sie unter Verwendung von kleineren Fasern hergestellt werden. Ferner können Filter, welche zur Verwendung in der Prozessierung von transfundiertem Blut und Blutprodukten hergestellt werden, z. B. Filter, welche nach Art der US-Patente Nr. 4 880 548 und Nr. 4 925 572 hergestellt werden, in der Größe kleiner gemacht werden und können dadurch ein kleineres internes Holdup-Volumen bei gleicher oder besserer Rückhalteeffizienz haben, so dass ein größerer Anteil des Bluts an den Patienten abgegeben wird, oder sie können effizienter gemacht werden, ohne das Blut-Holdup-Volumen innerhalb des Filters zu erhöhen.
Die Proben von kommerziell verfügbaren schmelzgeblasenen Medien, welche untersucht worden sind, hatten alle Faserdurchmesserverteilungen derart, dass das Verhältnis des größten Durchmessers zum kleinsten Durchmesser größer als 10 ist. Die Verwendung von optischer oder Scanning-Elektronenmikroskopie zur genauen Bestimmung des durchschnittlichen Faserdurchmessers solcher Medien ist außerordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich. Das Zählen der Fasern durch Identifizieren individueller Fasern und Messen ihrer Durchmesser ist leicht, wenn der Bereich klein ist, z. B. wenn die größte Faser weniger als ca. das 2- bis 4-fache des Durchmessers der kleinsten Faser ist; jedoch gestaltet es sich sehr schwierig, wenn der Bereich 10 oder mehr zu 1 ist. In typischen kommerziell erhältlichen Medien laufen die gleichen Fasern aus dem Foto heraus und dann vielleicht wieder hinein oder hinunter in Tiefen unterhalb der Fokustiefe eines optischen oder Scanning-Elektronenmikroskops und dann vielleicht wieder herauf. Aus diesem Grunde geben Schätzungen eines Faserdurchmessers, der nach konventionellen Schmelzblasverfahren hergestellt wird, einen Bereich an, z. B. 1 bis 10 μm. In einem solchen Bericht sollte einer Einzelfaser von 10 μm Durchmesser ein Gewicht für die Mittelwertbildung zugeordnet werden, welches das 100-fache dessen einer 1 μm-Faser beträgt, und somit hat das Sichten von einer oder zwei Fasern mit einem Durchmesser von 1 μm wenig Einfluss.
In der Praxis war es leicht, ein Produkt "enthaltend 1 μm-Fasern" herzustellen, aber der durchschnittliche Durchmesser aller der Fasern war um ein Vielfaches, z. B. 5 oder mehr Male größer als der Durchmesser der kleinsten Faser. Die Produkte der vorliegenden Erfindung haben Faserdurchmesserbereiche, die kleiner sind als 1/3 derer von konventionellen Medien, was es erlaubt, die durchschnittlichen Faserdurchmesser mit einer Präzision, die auf ca. ±5% geschätzt wird, durch Messen der Durchmesser von 100 Fasern zu bestimmen.
Die Evaluierung des mittleren Durchmessers von Fasern, wie hierin berichtet, wird, sofern nichts anderes angegeben ist, unter Anwendung von Scanning- Elektronenmikroskopie durchgeführt, um den Durchmesser von mindestens 100 Fasern unter Verwendung mehrerer Felder zu bestimmen, von denen jedes typischerweise ca. 20 bis 30 Fasern enthielt. Jede gezählte Faser wurde auf dem Foto identifiziert und ihr Durchmesser notiert. Wo zur Feststellung der Durchmesser der feinsten Fasern erforderlich, wurden Vergrößerungen bis hin zu 2000X verwendet. Die Durchschnitte wurden als quadratischer Mittelwert (RMS) berechnet, d. h.
worin n die Anzahl der Fasern bedeutet und worin d der Einzelfaserdurchmesser ist. Diese Formel berücksichtigt den größeren Beitrag zu Gewicht und Oberflächenbereich von den Fasern größeren Durchmessers. Der arithmetische Durchschnitt ΣndΣn im Folgenden als der durchschnittliche Faserdurchmesser bezeichnet, beträgt für die erfindungsgemäßen Produkte ca. 10% oder weniger.
Faseroberflächenbereiche wurden, wenn erforderlich, berechnet als
worin ρ die Dichte in g/cm³ des Harzes bedeutet, aus dem die Fasern zusammengesetzt sind.
Unter Anwendung dieser Methode für die Evaluierung des Faserdurchmessers ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, PBT-(Polybutylenterephthalat-) und Polypropylen-Medien mit durchschnittlichen Faserdurchmessern (RMS) von ca. 1 μm oder weniger herzustellen, wie durch die (nachfolgenden) Beispiele 3, 4, 5 und 7 gezeigt. Am anderen Ende der Skala wurden gleichförmige Medien, umfassend Fasern mit einem Durchmesser von 30 μm und größer hergestellt.
Eine Zusammenstellung der Hersteller von schmelzgeblasenen Fasern in den USA, Europa, Asien und den Amerikas ergab 13 Hersteller, die schmelzgeblasene Vliese für den öffentlichen Verkauf anbieten. Von jedem wurde eine Probe der Faser mit dem kleinsten erzeugten Durchmesser angefordert; dieser Anforderung kamen neun Hersteller nach. Diese Proben, die angeblich einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 3 μm oder weniger hatten, wurden mittels Gasadsorption bei 80°C (BET-Verfahren) evaluiert, und der durchschnittliche Faserdurchmesser wurde berechnet. Keine Probe war in ihrem durchschnittlichen Faserdurchmesser kleiner als 1,8 μm, und die meisten waren größer als 3 μm.
Evaluierung der Gleichmäßigkeit
Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen Produkte mit einer Gleichmäßigkeit, die besser ist als die bisher durch einen Schmelzblasprozess erzielte.
Zu den Tests, die verwendet werden können, um die Gleichmäßigkeit von schmelzgeblasenen Produkten zu definieren, gehören: Gleichmäßigkeit des Faserdurchmessers; Freiheit von seilartiger Verdrillung, wobei Zweier- oder Dreiergruppen von Fasern miteinander verdrillt sind; Freiheit von Verzwillingung, wobei Paare von Fasern entlang ihrer Länge miteinander verbunden sind; ein relativ enger Faserdurchmesserbereich; und, was am wichtigsten ist, Gleichmäßigkeit von Gewicht und Dicke von einem Teil des Vlieses zu einem anderen. Produkte, die in ihrem Faserdurchmesser näher an der Gleichmäßigkeit liegen, zeigen besseres Verhalten im Vergleich zu weniger gleichmäßigen Produkten, da ihre Porengrößen gleichmäßiger sind, weshalb sie, wenn sie für die Filtration eingesetzt werden, feinere Partikel effizienter zurückhalten und gefilterte Flüssigkeit mit geringerem Druckabfall passieren lassen. Seilartige Verdrillung und Verzwillingung erhöhen effektiv den Faserdurchmesser und bewirken, dass die Fasergrößenverteilung weniger gleichmäßig ist, und sind somit unerwünscht. Filter, die von einer Stelle zu einer anderen schwerer oder dicker sind, zeigen weniger effizientes Verhalten, weil die dünneren Bereiche weniger effizient sind mit Bezug auf die Partikelrückhaltung und weil die dickeren Bereiche den Druckabfall erhöhen, der durch die Passage von Flüssigkeit durch die Filter erzeugt wird. Nicht-gleichmäßige Medien zeigen unbefrie digendes Verhalten, wenn sie in diagnostischen Vorrichtungen verwendet werden, in denen sie für einen Lateralflusstransfer von Flüssigkeiten genutzt werden.
Evaluierung des Hohlraumvolumens
Die erforderlichen Daten zum Bestimmen des Hohlraumvolumens umfassen das Gewicht des Flachmaterials pro Flächeneinheit, die Dichte der Faser und die Dicke des Flachmaterials. Die Messung der Dicke ist nicht "straightforward", weil die Medien kompressibel sind, was zu großen Fehlern führen kann, wenn ungeeignete Geräte verwendet werden. Für die Erfindung wurden Dickenmesser verwendet, wobei ein Aluminiumfuß von 7,62 cm Durchmesser an einem Messgerät mit einer Einteilung von 0,0001 Inch (0,00025 cm) befestigt ist. Das Messgerät mit seinem Fuß wird an einem U-förmigen Rahmen montiert, der an seinem unteren Arm eine flache Oberfläche umfasst, gegen die der Fuß des Messgeräts anliegt. Der Fuß des Messgeräts wurde nach unten betätigt mittels einer Feder mit einer Kraft von 60 g, so dass zusammen mit dem Gewicht von 80 g des Fußes eine Druckkraft von 140 g oder 3,1 g/cm² auf den Prüfkörper ausgeübt wird. Diese Kraft komprimiert selbst das voluminöseste und am leichtesten zu komprimierende der erfindungsgemäßen Medien um weniger als ca. 1%.
Sodann wurde das Hohlraumvolumen in % berechnet als % Hohlraumvolumen = (t – W/ρ)t–1 × 100worin t = Dicke (cm), worin W = Gewicht (g/cm²) und worin ρ = Dichte der Faser (g/cm³).
Diagnostische Vorrichtungen und Lateralflusszeit (LFT)
Nylon-Membranen, insbesondere Nylon-Membranen der Klasse mit einer absoluten Rückhaltung von 5 μm, sind in den vergangenen Jahren weitverbreitet für die Filtration eingesetzt worden, insbesondere als eine Komponente von Vorrichtungen, welche zur medizinischen Diagnose verwendet werden, z. B. in Vorrichtungen, welche eine Schwangerschaft anzeigen, wenn sie mit einer Urinprobe in Kontakt gebracht werden, oder welche den Cholesterinspiegel im Blut messen. Bei diesen und anderen diagnostischen Vorrichtungen wird von einem porösen Medium, welches als Substrat bezeichnet werden kann, oft verlangt, dass es als ein Teil oder die Gesamtheit der Struktur der Vorrichtung dient. In den folgenden Abschnitten wird eine Struktur beschrieben, die zwar nur eine von vielen Variationen darstellt, aber dennoch repräsentativ ist für viele kommerziell verwendete Typen von Vorrichtungen.
Der Käufer der diagnostischen Vorrichtung, bei dem es sich um eine Privatperson, einen Doktor der Medizin, einen Tierarzt, ein medizinisches Labor oder ein Krankenhaus handeln kann, verwendet die Vorrichtung im Allgemeinen so, dass er eine Probe, z. B. Urin, Saliva, Blut oder Blutplasma oder ein anderes Körperfluid, auf einen bezeichneten Bereich aufgibt, im Allgemeinen an einem Ende des Substrates. Die Probe wird rasch in das Substrat absorbiert und wird dann durch die Kapillarwirkung des Substrats veranlasst, lateral durch das Substrat zu diffundieren oder zu fließen. Das Substrat kann unlösliche Partikel enthalten, welche von dem Hersteller der Vorrichtung präplatziert worden sind, und es kann ferner ein oder mehrere lösliche Reagenzien enthalten, welche in ähnlicher Weise so präplatziert worden sind, dass das oder die Reagenzien an Ort und Stelle gehalten werden. Die präplatzierten Partikel, welche mittels eines inerten Binders wie Saccharose an die Fasern des Substrats gebunden sein können, werden von dem diffundierenden Testfluid, zusammen mit jeglichen löslichen Reagenzien, aufgenommen und diffundieren dann, zusammen mit der reagierten Probe, lateral weiter zu einer "Fangzone", wo die Mischung durch ein noch weiteres Reagens oder durch die Konfiguration des Substrates immobilisiert werden kann. In der Fangzone kann das reagierte Produkt visuell abgeschätzt werden, z. B. durch einen Farbwechsel als ein einfacher Schwangerschaftstest, oder es kann spektroskopisch im oder außerhalb des sichtbaren Bereichs evaluiert werden oder es kann u. a. durch eine Veränderung des pH-Wertes oder der elektrischen Leitfähigkeit evaluiert werden.
Die Zeit, die das Testfluid braucht, um von dem Bereich, in dem die Untersuchungsprobe deponiert wird, durch das Substrat hindurch zu der Fangzone zu diffundieren, ist als Lateralflusszeit oder LFT bekannt. Der LFT-Wert ist kritisch für das Funktionieren der Vorrichtung; beispielsweise sollte er nicht so klein sein, dass er darin fehlschlägt, ein präplatziertes Reagens zu lösen; und er sollte – konsistent mit der Auflösungszeit oder ähnlichen Anforderungen – so klein wie möglich sein, um dem Nutzer des Tests zu erlauben, so schnell wie möglich zu einem Resultat zu kommen.
Nylon-Membranen, einschließlich jener, die z. B. in US-Patent Nr. 4 340 479 offenbart sind, haben bereits als Substrate für Lateralfluss in einer Vielfalt von solchen Vorrichtungen Verwendung gefunden; es besteht jedoch Bedarf an einem porösen Medium, welches Flüssigkeiten schneller lateral transferieren kann, d. h. ein Medium, welches einen kleineren LFT-Wert aufweist als derjenige, der mittels einer Nylon-Membran erhalten wird. Eine Nitrocellulose-Membran, die einen etwas niedrigeren LFT-Wert hat, der jedoch immer noch zu hoch ist für viele oder die meisten Anwendungen, ist als eine Alternative zu den oben beschriebenen Nylon-Membranen kommerziell verfügbar. Die Nitro-cellulose-Membran ist nicht inhärent hydrophil, und aus diesem Grund wird sie vom Hersteller mit einem oberflächenaktiven Agens imprägniert, ohne das die Membran von den zu analysierenden Proben nicht benetzt und somit auch nicht penetriert würde. Die Gegenwart des oberflächenaktiven Agens ist von Herstellern von diagnostischen Vorrichtungen als sehr unerwünscht charakterisiert worden, weil es sich in der Untersuchungsprobe löst und ihr Verhalten verändern kann. Dennoch ist Nitrocellulose in einigen Anwendung zum Einsatz gekommen wegen ihrer Lateralflusszeit, die zwar häufig immer noch höher ist als von der Diagnoseindustrie gewünscht, aber immerhin niedriger ist als der LFT-Wert der Nylon-Membran.
Die Konstruktionen, welche für diagnostische Vorrichtungen verwendet werden, die poröse Medien benutzen, sind in der Vergangenheit eingeschränkt gewesen durch die Verfügbarkeit von porösen Medien mit den gewünschten Charakteristika. Ausführungsformen der Erfindung stellen einen sehr breiten Bereich an porösen Medien zur Verwendung in diesen Vorrichtungen bereit.
Testen von Lateraldiffusionsraten
Um die Lateraldiffusionsrate der erfindungsgemäßen Produkte zu messen, wurde eine Testmethode entwickelt, welche die laterale Diffusion der Testflüssigkeit in üblicherweise verwendeten Tests nachahmt: Eine Suspension von blaugefärbten Polystyrol-Kügelchen in Wasser wurde von der Firma Bangs Laborstories, Carmel, Indiana, bezogen, spezifiziert als "Royal Blue A1-gefärbte Polystyrol-Mikrosphären von 0,303 μm Durchmesser, Bestellnummer D0003030PB". Vor der Verwendung in dem Test wurde die Konzentration der Mikrosphären auf 0,04% reduziert durch Zugabe von 1 Teil der Suspension zu 250 Teilen Wasser.
Zur Durchführung des Tests wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die im Wesentlichen mit der Darstellung von 8 übereinstimmt. 8 ist eine Ansicht einer Transparentkunststoff-Testvorrichtung 81, umfassend eine Plattform 82, einen aufrecht stehenden Pfosten 83 und eine flache Kavität 84. In die Kavität 84 werden 200 μl der Testsuspension gegeben, wodurch ein Pool 85 gebildet wird. Aus dem zu testenden porösen Medium wird ein Teststreifen 86 auf eine Größe von 0,5 × 7 cm geschnitten und in der Nähe einer Kante bei 1, 3 und 5 cm von einem Ende entfernt markiert. Das unmarkierte Ende des Teststreifens wird dann oben an dem Pfosten 83 befestigt, so dass sich das markierte Ende freitragend in der Luft über der Plattform 82 befindet. Unter Verwendung einer Pinzette wird das freitragende Ende des Teststreifens 86 in das Zentrum des Pool 85 getaucht, in dem es durch Kapillarkraft zurückgehalten wird, und die Zeiten, welche die vorrückende(n) Front(en) benötigt oder benötigen, um eine Strecke von 2 cm, von der 1 cm-Marke zur 3 cm-Marke, zurückzulegen, werden gemessen sowie die Zeit, die benötigt wird, um eine Strecke von 4 cm, von der 1 cm-Marke zur 5 cm-Marke, zurückzulegen.
In Abhängigkeit von der Natur des Substrates können die blauen Kugeln gleichzeitig mit der Flüssigkeitsfront vorrücken oder die blauen Kugeln können verzögert werden, in welchem Falle eine separate blaue Front beobachtet wird und ein Zwischenraum zwischen der blauen Front und der Flüssigkeitsfront vorhanden ist. Wenn die blauen Kügelchen die 4 cm-Marke gleichzeitig mit der Flüssigkeitsfront erreichen (d. h. die vorrückenden Fronten koinzidieren), wird die "Verzögerung" als null aufgezeichnet; wenn die blauen Kügelchen zurückbleiben und nicht voll vorgerückt sind, wird die Größe der Verzögerung bei 4 cm entsprechend aufgezeichnet. Eine Verzögerung von mehr als ca. 1 mm ist nicht wünschenswert, und eine Null-Verzögerung ist hoch bevorzugt für das richtige Funktionieren eines diagnostischen Tests.
Kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST)
Eine wichtige Eigenschaft von porösen Medien, die noch nicht umfassend verstanden wird, ist die kritische Benetzungsoberflächenspannung oder CWST. Der CWST-Wert ist z. B. in US-Patent Nr. 4 880 548 beschrieben. Kurz gesagt ist der CWST-Wert eines porösen Mediums in dem Patent Nr. 4 880 548 definiert als gleich dem Durchschnitt der Oberflächenspannungen von zwei Flüssigkeiten, von denen eine absorbiert wird, wenn ein Tropfen der Flüssigkeit auf die Oberfläche des porösen Mediums aufgebracht wird, während ein Tropfen der Flüssigkeit mit einer geringfügig höheren Oberflächenspannung, z. B. 2 dyn/cm höher, nicht absorbiert wird. Vorzugsweise, wie im Folgenden näher erläutert, zeigen Vliese gemäß der Erfindung einen CWST-Wert von größer als ca. 65 dyn/cm, mehr bevorzugt größer als ca. 72 dyn/cm.
Es wurde gefunden, dass der CWST-Wert eines porösen Mediums signifikante Auswirkungen auf das Verhalten hat bei Verwendung mit Flüssigkeiten, deren Oberflächenspannung unter dem CWST-Wert des porösen Mediums liegt. Die verschiedenen Produkte der vorliegenden Erfindung, seien sie aus Polyester, Polypropylen oder einem anderen Harz, sind im Herstellungszustand möglicherweise nicht hydrophil, und für Anwendungen wie die Verwendung als diagnostische Substrate müssen sie in den hydrophilen Zustand überführt werden, der definiert ist als der Zustand, in dem ihr CWST-Wert einen Betrag von 73 dyn/cm, das ist die Oberflächenspannung von Wasser, überschreitet.
Bei einigen Ausführungsformen, z. B. dort, wo es wünschenswert ist, einen spezifizierten Bereich von Lateralflusszeiten (LFTs) zu erhalten, können die Vliese gemäß der Erfindung so hergestellt werden, dass sie einen vorab ausgewählten CWST-Wert aufweisen, um einen gewünschten LFT-Wert zu erhalten. Bei einigen Ausführungsformen, welche zwei oder mehr Faservliese umfassen, können mindestens zwei der Vliese mit unterschiedlichen CWST-Werten oder unterschiedlichen Porendurchmessern oder Porengrößen erzeugt werden, um verschiedene gewünschte LFT-Werte zu erhalten. Es versteht sich, dass bei den Ausführungsformen, welche mindestens ein Faservlies und min destens ein nicht-fasriges poröses Medium umfassen, das oder die Vliese und/oder das oder die nicht-fasrigen porösen Medien so erzeugt werden können, dass verschiedene gewünschte LFT-Werte erhalten werden, wie oben beschrieben.
Oberflächencharakteristika des Vlieses können modifiziert werden, z. B. um den CWST-Wert zu verändern, durch chemische Reaktion, einschließlich nasser oder trockener Oxidation, durch Auftragen oder Niederschlagen eines Polymers auf die Oberfläche oder durch eine Pfropfreaktion. Pfropfreaktionen können aktiviert werden durch Exposition mit einer Energiequelle, z. B. einem Gasplasma, Wärme, einem Van der Graff-Generator, UV-Licht, Elektronenstrahlen, Cobalt 80 oder einer anderen radioaktiven Quelle, oder mit verschiedenen anderen Formen von Strahlung oder durch Oberflächenätzen oder -deposition unter Verwendung einer Gasplasmabehandlung. Hinsichtlich der Gasplasmabehandlungen verwenden typische Prozesse z. B. mindestens ein organisches oder anorganisches Gas. Beispielhaft kann ein Prozess ein einziges Gas verwenden, z. B. Sauerstoffplasma, oder eine Mischung von Gasen, z. B. eine Mischung aus Ammoniakplasma und dem Plasma eines Inertgases, z. B. Argon. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der CWST-Wert modifiziert werden wie in den US-Patenten Nr. 4 880 548 , Nr. 4 925 572 , Nr. 5 152 905 und Nr. 5 258 127 und in der Internationalen Veröffentlichung Nr. WO 93/04673 beschrieben.
Beispielhaft weisen Vliese gemäß der Erfindung einen CWST-Wert im Bereich von ca. 58 dyn/cm oder mehr auf, mehr bevorzugt ca. 65 dyn/cm oder mehr. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der CWST-Wert ca. 74 bis ca. 78 dyn/cm. Bei weiteren Ausführungsformen weisen Vliese gemäß der Erfindung einen CWST-Wert im Bereich von ca. 80 bis ca. 90 dyn/cm auf, z. B. ca. 82 bis ca. 88 dyn/cm. Bei noch weiteren Ausführungsformen weisen Vliese gemäß der Erfindung einen CWST-Wert von ca. 92 bis ca. 98 dyn/cm auf. Bei weiteren Ausführungsformen weisen Vliese einen CWST-Wert von ca. 100 dyn/cm oder größer auf, z. B. im Bereich von ca. 105 bis ca. 115 dyn/cm oder größer.
Bei einigen Beispielen der Erfindung wurden Polybutylenterephthalat-(PBT-)Medien vor der Verwendung hydrophiliert unter Verwendung konventioneller Mittel zur Exposition mit Sauerstoffplasma; jedoch ist der Sauerstoffplasmaprozess keine wahre Pfropfung, und wenn nicht die so hergestellten Produkte verpackt werden, um Exposition gegenüber der Umgebungsatmosphäre zu verhindern, können sie eine unbefriedigende Lagerbeständigkeit haben. Ferner können einige Sauerstoffplasmasysteme Pfropfung für fünf oder mehr Minuten verlangen.
Demgemäß stellt bei einer Ausführungsform ein Plasmapfropfungsprozess, wie unten beschrieben, neben anderen Vorteilen ein Pfropfungssystem bereit mit einer Gesamtzeit für die Pfropfung von weniger als ca. 5 Minuten, z. B. ca. 1 Minute oder weniger. Die Gesamtzeit kann so kurz wie ca. 40 Sekunden sein. Bei dieser Ausführungsform wird der CWST-Wert auf einen eng reproduzierbaren CWST-Wert angehoben, der bestimmt wird durch das jeweilige eingesetzte Monomer und relativ unempfindlich ist gegenüber Variationen in der Zeit und Temperatur.
Bei dieser Ausführungsform wird der CWST-Wert des Fasermediums auf einen spezifischen CWST-Wert angehoben, reproduzierbar innerhalb von ca. ±1 dyn/cm, wobei zuerst eine Exposition mit einem Plasma von einem Inertgas, z. B. Argon oder Helium, für einen Zeitabschnitt, der so kurz wie ca. 10 s sein kann, durchgeführt wird. Das Plasma wird dann unterbrochen, z. B. durch Abschalten der Energieversorgung, und der Dampf eines ungesättigten Monomers wird für einen Zeitabschnitt eingeführt, der so kurz wie ca. 20 s sein kann. Geeignete Monomere umfassen Hydroxypropylacrylat (HPA), Hydroxybutylacrylat (HBA) und Methacrylsäure (MAA) sowie andere Acrylat- und Allylmonomere.
Die CWST-Werte, die durch Behandlung von PBT-Medien gemäß der Erfindung nach dieser Methode erhalten werden, betragen für HPA, HBA und MAA 74, 76 bzw. 76 dyn/cm, alle innerhalb von ca. ±1 dyn/cm.
Bei dieser Methode kann der erste Schritt so lang wie mehrere Minuten sein und der zweite Schritt kann ebenfalls eine Dauer von mehreren Minuten haben. Ferner kann die Methode einen Zwischenschritt umfassen, wobei das Inertgas nach dem ersten Schritt entfernt wird auf ein Vakuumniveau unterhalb von ca. 10 μm.
Das Monomer kann in die Kammer, auf eine Metalloberfläche abgegeben werden, wobei ein bevorzugtes Metall Aluminium ist, weil es hohe thermische Leitfähigkeit mit der erforderlichen chemischen Resistenz verbindet, welche einen Verdampfer bildet, der mit einer Heizeinrichtung ausgestattet sein kann. Der Verdampfer kann innerhalb einer Gasplasmakammer, zusammen mit dem zu pfropfenden Medium, enthalten sein, in welchem Falle der Verdampfer innerhalb des Plasmas oder alternativ in einem Bereich der Kammer, in dem kein Plasma gebildet wird, lokalisiert sein kann. Bei einer dritten Anordnung kann er in einer separaten, üblicherweise kleineren Kammer enthalten sein, die der Plasmakammer hinzugefügt ist und mit dieser in Verbindung steht.
Wenn das Monomer einen Dampfdruck im Bereich von weniger als ca. 10 μm Hg bei Umgebungstemperatur aufweist, ist es bevorzugt, wenn der Verdampfer mit einer Heizeinrichtung und einer thermostatischen Kontrolleinrichtung ausgestattet ist; wenn jedoch der Dampfdruck des Monomers mehr als ca. 10 bis 20 μm bei Umgebungstemperatur beträgt, kann die zum Verdampfen des Monomers erforderliche Wärme geeignet dadurch bereitgestellt werden, dass das Volumen des Verdampfers vergrößert wird, z. B. durch Dickermachen des Verdampfers, um dadurch eine ausreichende Zufuhr von sensibler Wärme zum Verdampfen des Monomers bereitzustellen.
Bei dieser Methode kann das Monomer direkt auf eine Oberfläche innerhalb des Verdampfers aufgebracht werden, die möglicherweise erhitzt werden muss, um Monomerdampf in die Plasmakammer zu liefern. Ein derartiges Erhitzen kann dazu führen, dass das flüssige Monomer polymerisiert, derart, dass sein Dampf Dimere oder Trimere des Monomers enthalten kann. Diese unerwünschte Bedingung wird erfindungsgemäß vermieden durch Abgeben des Monomers in den Raum oberhalb des Verdampfers bei einer relativ langsamen Rate, vorzugsweise aus einer Spritze durch eine Kapillare, beispielsweise durch eine hypodermische Nadel mit einem Innendurchmesser von ca. 0,1 bis 0,3 mm. Eine derartige Vorrichtung wurde als in der Lage gefunden, Monomer in der Form von sehr kleinen Tröpfchen bei einer Rate im Bereich von z. B. ca. 0,1 bis ca. 1,0 cm³/min abzugeben.
Somit kann die Fließrate des Monomers so eingestellt werden, dass das Fluid in der Form von individuellen Tröpfchen in den Verdampfer abgegeben wird. Durch Wahl der geeigneten hypodermischen Nadel kann die Methode so sein, dass die individuellen Tröpfchen entweder verdampfen, bevor sie die Verdampferoberfläche erreichen, oder – als eine akzeptable Alternative – dass sie zwar mit der Oberfläche in Kontakt kommen, aber jeder Tropfen von der Oberfläche verdampft, bevor der nächste Tropfen die Oberfläche erreicht. Im letztgenannten Falle kann beobachtet werden, dass die Verdampferoberfläche sauber bleibt, weil die Verweilzeit an der Oberfläche so kurz ist, dass keine nennenswerte Polymerisation auftreten kann.
Verwendung von gemischten Monomeren
Es mag wünschenswert sein, gemischte Monomere zu verwenden. Erfindungsgemäß erzeugte Medien können für eine breite Vielfalt von diagnostischen Tests Verwendung finden, von denen jeder ein anderes Protein involvieren kann. Wenn z. B. die Oberfläche des Proteins, welches immobilisiert werden soll, Regionen enthält, die elektropositiv sind, dann wäre es bevorzugt, wenn die Faseroberflächen eines fasrigen Mediums elektronegativ sind, um Immobilisierung zu erzielen. Dies könnte z. B. erzielt werden durch die Verwendung von Methacrylsäure (MAA) als das Monomer; jedoch kann die so erzielte Adhäsion stärker ausfallen als gewünscht. Durch die Verwendung von Mischungen von Monomeren, z. B. durch Mischen von MAA mit Hydroxypropylacrylat (HPA), welches geringe Adhäsion zu Proteinen zeigt, wird ein beliebiger gewünschter Adhäsionsgrad aus einem Bereich von Adhäsionsgraden erzielbar. Vorzugsweise wird jedes der Monomere bei einer konstanten Rate zugeführt. Das Herstellen einer Mischung von den zwei Monomeren und anschließendes Gießen der Mischung auf den Verdampfer würde jedoch nicht das gewünschte Resultat erzielen, weil MAA einen viel höheren Dampfdruck hat als HPA; als eine Folge würde die MAA zuerst abdestillieren, so dass das Produkt in unkontrollierter Weise variieren würde. Dieses Problem kann umgangen werden durch die Verwendung des auf tropfenweiser Abgabe basierten Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; bei seiner Verdampfung liefert jeder Tropfen das gewünschte Verhältnis der zwei Komponenten auf eine gleichmäßige und reproduzierbare Weise.
Nachdem die zwei oder drei Schritte abgeschlossen sind, kann die Kammer evakuiert und dann mit Luft gefüllt werden, das gepfropfte Polymer kann entnommen und ohne weitere Prozessierung verwendet werden oder es kann einem Waschvorgang, z. B. einer Wasserwäsche, unterzogen werden, um jegliches ungebundene Restmaterial (z. B. Kontaminanten, welche in der Monomerzusammensetzung vorhanden waren) zu entfernen, gefolgt von Trocknen. Die Gewichtszunahme ist abhängig vom Oberflächenbereich des porösen Mediums und kann in einem Bereich angesiedelt sein, der von weniger als 1% bis hinauf zu ca. 10% reicht. Die Temperatur während des Vorgangs kann im Wesentlichen bei Umgebungstemperatur gehalten werden. Bevorzugte Monomere umfassen z. B. Hydroxypropylacrylat und Methacrylsäure zusammen mit anderen, ähnlich funktionellen Monomeren, wie Acrylat- und Allyl-Verbindungen und anderen ungesättigten Verbindungen, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Pfropfung bekannt sind.
Bei einer Variation der oben beschriebenen Methode kann das ungesättigte Monomer zum Bilden eines Plasmas in Schritt (a) an Stelle eines Inertgases verwendet werden, mit ähnlichen Endergebnissen.
Ein bemerkenswertes Merkmal dieser Ausführungsform der Erfindung ist, dass im Gegensatz zu anderen Pfropfmethoden, die dem Fachmann bekannt sind, der über einen weiten Bereich von Konzentrationen und Expositionszeiten erzeugte CWST-Wert, bei Verwendung zur Behandlung von hydrophoben Polyester-Substraten mit z. B. MAA, HPA oder Mischungen der beiden, ca. 74 bis ca. 76 dyn/cm beträgt und der mit HBA erzeugte CWST-Wert ca. 72 bis ca. 74 dyn/cm beträgt.
Andere Mittel zum Erzielen einer dauerhaften Pfropfung umfassen die Substitution einer Vielfalt von Monomeren, welche z. B. einen Allyl- oder einen Acrylrest umfassen können, mit einem oder mehreren hydrophilen Resten wie z. B. Carboxyl, Amin, Amid, Pyridin und Pyrrolidon; sowie Cobalt 80-Bestrahlung, UV-Exposition oder Elektronenstrahlen, in jedem Fall gefolgt von einer Expo sition mit einer wässrigen Lösung von einem geeigneten Monomer, welches z. B. ein Acrylalkohol sein könnte, der dann Wasch- und Trocknungsvorgänge folgen müssen.
Der CWST-Wert von porösen Medien, welche als Substrate in diagnostischen Vorrichtungen Verwendung finden können, kann einen wichtigen Einfluss auf die Lateralflusszeit (LFT) haben; so tendiert z. B. die Lateralflusszeit von PBT-Medien, welche einer Sauerstoffplasmabehandlung unterzogen wurden, um einen Bereich von CWST-Werten zu erzielen, dazu, bei CWST-Werten oberhalb von ca. 100 dyn/cm am kürzesten zu sein, während die Zeiten bei ansonsten gleichen Substraten, aber mit CWST-Werten im Bereich von 70 bis 80 dyn/cm, länger sind. Wo Anwendungen längere LFTs verlangen, können diese in einem gegebenen Substrat dadurch erhalten werden, dass der CWST-Wert des Substrates ohne Änderung der Porengröße oder des Hohlraumvolumens verringert wird; jedoch sind andere Methoden zum Verändern der Lateralflusszeiten, wie oben beschrieben, leichter zu beherrschen und können aus diesem Grund bevorzugt sein.
Proteinbindung durch poröse Medien
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung stellen Vorrichtungen gemäß der Erfindung das Filtern von proteinhaltigen Fluiden durch ein Vlies bereit, derart, dass eine verringerte Proteinbindung an das Vlies erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung kann in diagnostischen Vorrichtungen Verwendung finden. In diagnostischen Anwendungen wird die zu testende Flüssigkeitsprobe an einem Ende eines porösen Streifens aufgegeben, durch den sie lateral diffundiert. Die diagnostische Vorrichtung kann einen porösen Streifen umfassen, der in der Nähe seines Zentrums präplatzierte Partikel aufweist, die kugelig sein können und die so vorbeschichtet sind, dass sie das spezifische Protein in der Fluidprobe binden, während diese entlang dem Streifen diffundiert. Eine Funktion der Faseroberflächen des Streifens besteht darin, die präplatzierten Partikel vor dem Gebrauch an Ort und Stelle zu halten, um dann während des Tests der strömenden Flüssigkeit zu erlauben, die präplatzierten Partikel loszulösen, welche Partikel submikroskopische Dimensionen aufweisen können und an ein Enzym, ein Antigen oder einen Antikörper angeheftet oder damit beschichtet sein können, wobei die Partikel dann durch die Strömung der Flüssigkeit mitgetragen werden. Es kann erwünscht sein, dass die Inhalte der strömenden Flüssigkeit, seien es feste Partikel in Suspension oder wahre Lösungen, nicht durch Adsorption an den Faseroberflächen, durch die sie passieren, entfernt werden. Bei anderen diagnostischen Anwendungen wird ein gewisser Grad an Adhäsion bevorzugt, so dass z. B. suspendierte, mit einem proteinhaltigen Recktanten beschichtete Partikel veranlasst werden, sich in einem Ausmaß an die Faseroberflächen anzuheften, das ausreichend ist, um sie während der Fertigung und Verpackung auf dem Teststreifen an Ort und Stelle zu halten, aber nicht so stark, dass ein Mitnehmen der Partikel verhindert wird, wenn die flüssige Untersuchungsprobe lateral entlang der Länge des Streifens diffundiert.
Der erforderliche Adhäsionsgrad ist abhängig von der Zusammensetzung der inneren Oberflächen des porösen Mediums und von den Charakteristika des besonderen Proteins, mit dem die Partikel beschichtet worden sind, sowie von der Natur der zu analysierenden Probe und dem Analyten von Interesse.
In vielen oder den meisten, wenn nicht allen Fällen ist das gelöste Material und/oder die Beschichtung auf den Partikeln mindestens teilweise proteinhaltig. Die Adsorption von Rinderserumalbumin (BSA) und von Immunogammaglobulin (IgG) haben weitverbreitet Verwendung gefunden als Screening-Tests, d. h. Tests zum Bestimmen, ob ein gegebenes poröses Medium mehr oder weniger wahrscheinlich Proteine aus Lösung adsorbiert oder suspendierte Partikel zurückhält, wie sie z. B. durch Adsorption von an den Partikeloberflächen angehefteten Proteinen verursacht werden könnten.
Die Evaluierung der Proteinbindevermögen der erfindungsgemäßen Medien unter Verwendung der BSA- und IgG-Tests erlaubt dem Nutzer, den Typ von Lateralflusstransfermedium zu wählen, der optimal für die jeweilige Anwendung ist; z. B. haben die HPA-behandelten Medien gemäß der Erfindung nach den BSA- und IgG-Tests Proteinadsorptionswerte von ca. 5 μg/cm², während die MAA-behandelten Medien einen BSA-Adsorptionswert von ca. 5 μg/cm² und einen IgG-Adsorptionswert von ca. 40 bis 50 μg/cm² aufweisen. Medien mit IgG-Adsorptionswerten, die zwischen ca. 5 und ca. 50 μg/m² liegen, kön nen erwünscht sein, und diese Werte können z. B. durch die Verwendung von einer Mischung von MAA und HPA in verschiedenen Anteilen hergestellt werden. Beispielsweise liefert die Verwendung von 30 Gew.-Tln. MAA mit 70 Gew.-Tln. HPA ein Produkt mit einer IgG-Adsorption von ca. 20 μg/cm². Andere Monomere oder Monomerpaare können eingesetzt werden unter Verwendung der erfindungsgemäßen Methoden, um Produkte mit höherer, niedrigerer oder dazwischenliegender Proteinadsorbanz bereitzustellen.
Für die vorliegende Erfindung wurde, wie z. B. in den folgenden Beispielen 34–36 und 41 gezeigt, die Proteinbindung bestimmt unter Verwendung eines radioaktiven Assay, wobei 2,5 ml einer BSA-Lösung, enthaltend 250 000 cpm ¹²⁵I BSA (ICN 68031, Costa Mesa, CA) in einer Gesamtmenge von 250 μg BSA (Sigma A2153 Fraction V Powder, St. Louis, Mo.) in 10 mM Phosphatpuffer mit pH 7 und 0,15 M NaCl, bei einer Rate von 0,5 ml/min durch eine 13 mm Scheibe des zu testenden porösen Mediums gepumpt werden. Die Scheibe wird dann von dem Halter entfernt, auf Adsorptionspapier geblottet und auf gebundene Radioaktivität in einem Gammazähler (Wallac RIA Gamma, Gaithersburg, MD) analysiert, woraus dann die Gesamtmenge an adsorbiertem Protein berechnet wird.
Bei einer alternativen oder zusätzlichen Methode zum Bestimmen der Proteinadsorption wurde Immunogammaglobulin (IgG) als ein repräsentativer Typ von Protein verwendet. Bei dem radioaktiven Assay auf IgG wurden 2,5 ml einer IgG-Lösung, enthaltend ca. 250 000 cpm 125I-markiertes IgG (DuPont NEN, NEX-155, Wilmington, DE) in einer Gesamtmenge von 250 μg IgG (Sigma I 5256, St. Louis, MO) in 10 mM Phosphatpuffer mit pH 7 und 0,15 M NaCl, bei einer Rate von 0,5 ml/min durch eine 13 mm Scheibe des zu testenden porösen Mediums gepumpt. Die Scheibe wurde dann von dem Halter entfernt, auf Adsorptionspapier geblottet und auf gebundene Radioaktivität in einem Gammazähler (Wallac RIA Gamma, Gaithersburg, MD) analysiert, woraus dann die Gesamtmenge an adsorbiertem Protein berechnet wurde.
Beispiele 1–6
Um das poröse Medium von Beispiel 1 herzustellen, wurde das erfindungsgemäße Scanning-System mit einer Zerfaserungsanordnung betrieben, umfas send zwei Zerfaserer, jeweils mit 21 Zerfaserungsdüsen mit Luftöffnungen von 0,13 cm Durchmesser, denen Luft bei 304°C und 0,39 kg/cm² Druck zugeführt wird. Die zwei Zerfaserer, jeweils mit 21 Düsen mit einem Mittenabstand von 0,76 cm, waren um 0,38 cm axial voneinander versetzt und mit einem Winkel von 13° von der Vertikalen zueinander hin geneigt, wobei die Distanz N-N von 6B zu 1,42 cm gesetzt war. Die zwei Sätze von einander schneidenden Faserströmen lieferten Polybutylenterephthalat-Harz (im Folgenden PBT-Harz) bei 293°C und bei einer Rate von 0,44 g/min/Düse. Die Faserströme trafen über eine Distanz von 4,1 cm hinweg (d. h. DCD = 4,1 cm) auf einen Sammelzylinder mit den Abmessungen 15 cm Durchmesser × 137 cm Länge, der bei 512 U/min rotiert und gleichzeitig bei einer Rate von 0,2 cm/Umdrehung axial translatiert wurde, für die Länge eines einzigen 124 cm-Hubs, wodurch auf der Oberfläche des Sammelzylinders in 1,2 Minuten 0,0043 g/cm² eines fasrigen porösen Mediums deponiert wurden, welches dann in Längsrichtung aufgeschnitten, an beiden Enden getrimmt und dann von dem Zylinder entfernt wurde, wobei ein Flachmaterial von 47,5 cm Breite × 102 cm Länge gebildet wurde. Der Luftdruck und der DCD-Wert wurden dann variiert, um fünf zusätzliche Flachmaterialien zu erzeugen mit Ergebnissen, die als Beispiele 1–6 in Tabelle I präsentiert sind. Alle der so gebildeten Flachmaterialien wurden an einem Lichttisch untersucht und als streifenfrei und gleichmäßig befunden. Die Flachmaterialien waren sehr leicht zu handhaben und konnten wiederholt gestapelt und entnommen werden, ohne dass Pilling oder andere sichtbare Oberflächenstörungen auftraten. Während einer dreimonatigen Lagerperiode in einem gemischten Stapel von 24 Flachmaterialien traten keine signifikanten dimensionalen Änderungen auf. Dieser Grad an Dimensionsstabilität ist sehr bemerkenswert für Kunststoffprodukte, von denen manche Feststoffgehalte aufweisen, die so niedrig sind wie 8 Vol.%, wobei der Rest Luft ist.
Alle die Beispiele 1 bis 6 zeigen die niedrigen Lateralflusszeiten, die ein wünschenswertes Merkmal der vorliegenden Erfindung sind. Die Beispiele 3, 4 und 5 weisen durchschnittliche Faserdurchmesser (quadratischer Mittelwert, RMS) von 1,0, 0,9 bzw. 1,0 μm (arithmetische Durchschnitte 0,9, 0,8 und 0,9 μm) auf und es wird angenommen, dass sie in Bezug auf ihren durchschnittlichen Faserdurchmesser kleiner sind im Vergleich mit jedem anderen derzeit oder bisher kommerziell erhältlichen schmelzgeblasenen Produkt. Die Beispiele 5 und 6 vermögen sehr feine Partikel aus durch sie hindurch geleiteten Flüssigsuspensionen zu entfernen. So konnte z. B. unter Verwendung des F-2-Tests, der an der Oklahoma State University (OSU) entwickelt wurde und seither von einem breiten Bereich von Industrien, die sich mit Flüssigkeiten wie Treibstoffen, Schmierölen und Flüssignahrungsmittelprodukten beschäftigen, als ein Standard übernommen worden ist, für die Medien von Beispiel 6 gezeigt werden, dass sie Partikel größer als 1 μm im Durchmesser in einer einzigen Passage bei geringem Druckabfall mit langer Standzeit und einer Partikelrückhalteeffizienz von über 99,9% entfernen.
Alle der sechs Beispiele zeigen wesentlich höhere Zugfestigkeit in der Quermaschinenrichtung (d. h. senkrecht zu der langen (102 cm-)Richtung des Flachmaterials, im Folgenden als CMD bezeichnet), verglichen mit ihrer Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung (MD); für die Beispiele 2, 3 und 4 beträgt das Verhältnis der Zugfestigkeit ca. 4:1. Dies spiegelt den Grad der direktionalen Orientierung der Fasern wider. Ein Beispiel für ein höher direktionales Medium, welches unter Verwendung der Methoden gemäß vorliegender Erfindung hergestellt wurde, ist in dem SEM-Foto von 7 zu sehen.
Die Daten von Tabelle I wurden unter Verwendung einer einzigen Passage über den Sammelzylinder erhalten; jedoch können mehrfache Passagen verwendet werden durch hin- und hergehendes Bewegen des Sammelzylinders, bis zum Ende seines Hubs und wieder zurück, was häufig vorteilhaft ist, z. B. beim Sammeln von dicken Vliesen, wobei die Verwendung von mehrfachen Passagen die Fähigkeit bereitstellt, den DCD-Wert anzupassen, um die Dicke des gesammelten Mediums zu berücksichtigen. Auf diese Weise können Vliese, oder vielleicht richtiger "Battings", von gleichmäßiger Struktur mit Dicken bis hinauf zu einem oder mehreren Zentimetern hergestellt werden.
Beispiel 7
Um das poröse Medium von Beispiel 7 herzustellen, wurde das erfindungsgemäße Scanning-System mit einer Zerfaserungsanordnung betrieben, umfassend zwei Zerfaserer, jeweils mit 21 Zerfaserungsdüsen mit Luftöffnungen von 0,106 cm Durchmesser, denen Luft bei 332°C und 0,74 kg/cm² Druck zugeführt wird. Die zwei Zerfaserer, jeweils mit 21 Düsen mit einem Mittenabstand von 0,76 cm, waren um 0,38 cm axial voneinander versetzt und mit einem Winkel von 13° von der Vertikalen zueinander hin geneigt, wobei die Distanz N-N von 6A zu 1,42 cm gesetzt war und wobei der DCD-Wert (Düse-zu-Sammler-Distanz) 3,3 cm betrug. Die zwei Sätze von einander schneidenden Faserströmen wurden bereitgestellt mit Polypropylen-Harz bei 318°C bei einer Rate von 0,134 g/min pro Düse. Die Faserströme trafen auf einen Sammelzylinder mit den Abmessungen 15 cm Durchmesser × 137 cm Länge, der bei 175 U/min rotiert und gleichzeitig bei einer Rate von 0,11 cm/Umdrehung axial translatiert wurde, für die Länge eines einzigen 125 cm-Hubs, wodurch auf der Oberfläche des Sammelzylinders in 6,5 Minuten 0,054 g/cm² eines fasrigen porösen Mediums deponiert wurden, welches dann in Längsrichtung aufgeschnitten, an beiden Enden getrimmt und von dem Zylinder entfernt wurde, wobei ein Flachmaterial von 47,5 cm Breite × 102 cm Länge gebildet wurde. Das so erzeugte Flachmaterial von 0,0054 g/cm² hatte eine Dicke von 0,056 cm und ein Hohlraumvolumen von 89%, einen linearen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,8 μm und einen mittleren quadratischen Durchmesser von 0,9 μm (im Folgenden werden alle durchschnittlichen Durchmesser als mittlere quadratische (RMS-)Durchmesser angegeben).
Eine Scanning-Elektronenmikroskopaufnahme des Produkts bei einer 220-fachen Vergrößerung ist in 7 gezeigt, wobei die Maschinenrichtung horizontal ist. Die Fasern sind überwiegend in etwa gleich nach links und rechts von der Vertikalen in der Quermaschinenrichtung orientiert, jeweils mit einem ungefähren Winkel von 10° bis 15° zur Vertikalen. In 7 ist ferner bemerkenswert die relative Abwesenheit von seilartiger Verdrillung, Verzwillingung und Shot, welche bislang hergestellte schmelzgeblasene Medien charakterisieren.
Zugversuche wurden mit den folgenden Resultaten durchgeführt:

MD CMD

Zugfestigkeit, kg/lin.cm 1,67 7,5

Dehnung % 49 12
Das Verhältnis für die CMD/MD-Zugfestigkeiten beträgt 4,5, was die aus 7 ersichtliche Faserorientierung widerspiegelt.
Beispiel 8
Ein Flachmaterial von PBT-Harz wurde hergestellt, wobei wie in Beispiel 3 der Erfindung verfahren wurde. Es wurden Probekörper auf die Maße 0,5 × 7 cm geschnitten, jeweils fünf in MD- und in CMD-Richtung. Jeder der zehn Probekörper wurde dann an einem Ende ca. 0,3 cm tief in Wasser getaucht, und die Zeit, die das Wasser benötigte, um 2 cm anzusteigen, wurde beobachtet. Die durchschnittliche Zeit für die Maschinenrichtung betrug 15,9 s, und die durchschnittliche Zeit für die Quermaschinenrichtung betrug 9,6 s. Diese Daten spiegeln die Faserorientierung des Flachmaterials wider; die Kapillardiffusionsrate ist größer in der CMD-Richtung, welche die überwiegende Richtung der Faserorientierung darstellt.
Beispiele 9–16
Die Vorrichtung von Beispiel 7 und ähnliche Methoden wie in Beispiel 7 wurden mit Polypropylenharz verwendet, um die Beispiele 9–16 herzustellen. Die Maschineneinstellungen und die resultierenden durchschnittlichen Faserdurchmesser sind in Tabelle II präsentiert. Das Gewicht des Flachmaterials war für alle die Beispiele gleich, nämlich 0,043 g/cm². Die Faserdurchmesser variierten von 1,4 bis 15 μm. Die Inspektion am Lichttisch zeigte, dass alle die Produkte gleichmäßig waren.
Beispiele 17–24

Die Medien der Beispiele 1 bis 6 wurden sauerstoffplasmabehandelt, um ihre Oberflächen zu modifizieren; danach betrug ihr CWST-Wert 100 dyn/cm. Sodann wurden Streifen aus jeder der Proben geschnitten und dem oben beschriebenen Lateralflusstest unterworfen; die Resultate sind in Tabelle III präsentiert. Alle der Proben wiesen null Verzögerung auf, und alle der Lateralflusszeiten tendieren dazu, am niedrigen Ende des Bereichs zu liegen, der zur Verwendung in diagnostischen Vorrichtungen gefordert ist. Zu Vergleichszwecken wurden Proben von einer Nitrocellulose-Membran mit einer Porengröße von 12 μm und von einer Nylon-Membran mit einer Porengröße von 5 μm auf ähnliche Weise getestet, wobei gefunden wurde, dass sie sehr viel längere Lateralflusszeiten aufwiesen.

TABELLE III
Bsp. Nr.	Probe geschnitten aus Beispiel Nr.	Lateralflusszeit (s)				Verzögerung bei 4 cm-Marke (mm)
		2 cm		4 cm		Verzögerung bei 4 cm-Marke (mm)
		CMD	MD	CMD	MD	CMD	MD
17	1	7,2	10,0	25,8	37,2	0	0
18	2	10,8	12,6	35,0	45,6	0	0
19	3	11	15	40,4	54,0	0	0
20	4	11,4	15,8	39,6	57,4	0	0
21	5	14,2	19,8	49,2	68,8	0	0
22	6	16,0	22,0	58,2	75,0	0	0
23	NITROCELLULOSE 12 μm	80		> 240		0
24	NYLON 5 μm	96		> 240		4

Die MD-Lateralflusszeiten waren 17 bis 45% höher verglichen mit den CMD-Zeiten, was die Orientierung der Fasern widerspiegelt. Es wird angenommen, dass in den CMD-Tests die Testsuspension in einem kleinen Winkel fließt, d. h. näher an parallel zu der Faserrichtung, und somit ein schnellerer Flüssigkeitsfluss erhalten wird, zusammen mit keiner detektierbaren Interferenz mit der Passage der Mikrosphären. In den MD-Tests wird der Flüssigkeitsfluss durch die Fasern behindert, über die sie fließen müssen, weil die Fasern nahe an senkrecht zu der Strömungsrichtung sind, und somit fallen die LFTs länger aus.
Die Hydrodynamik von Flüssigsuspensionen ist so, dass bei Strömung parallel oder nahe an parallel zu einer benachbarten Oberfläche die Partikel sich von der Oberfläche weg bewegen, und als eine Folge davon ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Partikel an der Oberfläche adsorbiert wird, verringert. Im Gegensatz dazu erhöht eine Strömung senkrecht oder nahe an senkrecht zur Faserorientierung die Wahrscheinlichkeit für Kollision und Adsorption. Aus diesen Gründen wird eine Orientierung bevorzugt, die nahe an parallel ist, wenn eine minimale Adhäsion von Partikeln erwünscht ist. Wenn Adsorption erwünscht ist, z. B. in der Fangzone oder um eine unerwünschte Komponente der Probe zu entfernen, kann dies erzielt oder unterstützt werden durch die Verwendung des Substrates mit Fluss in der Maschinenrichtung. Neben diesen Vorteilen gibt es noch einen Bequemlichkeitsfaktor für den Nutzer, der eine einzige Klasse von Medium mit zwei LFT-Zeiten zur Verfügung hat.
Beispiel 25
Die porösen Medien gemäß der Erfindung werden mit Hohlraumvolumina hergestellt, die von ca. 60% bis ca. 96% variieren. Höhere Hohlraumvolumina werden erhalten durch die Verwendung von relativ niedrigeren Zuführraten des geschmolzenen Harz zusammen mit einem höheren DCD-Wert; umgekehrt können der DCD-Wert verringert und die Harzrate erhöht werden, um niedrigere Hohlraumvolumina (d. h. höhere Dichte) zu erzielen.
Um einen Bereich von Lateralflusszeiten zu erhalten, wurde eine Reihe von PBT-Medien hergestellt, wobei das Flachmaterialgewicht konstant bei 0,0053 g/cm² lag, während die Hohlraumvolumina von 65% bis 93% variierten, und wobei die Bedingungen so eingestellt wurden, dass der durchschnittliche Faserdurchmesser für alle die Proben in einem Bereich von ca. 6 bis 10 μm lag. Nach Exposition mit Sauerstoffplasma betrug der CWST-Wert 100 bis 110 dyn/cm. Die Resultate sind grafisch in 9 dargestellt, welche gut kontrollierte 2 cm- und 4 cm-LFTs zeigt, die von 7 bis 64 s für die 2 cm-Spanne variieren. Die korrespondierenden Werte für die 4 cm-Spanne liegen im Bereich von 26 s bis über 70 s. Alle die Messungen zeigten null Verzögerung.
Beispiele 26–30

Ein weiteres Mittel zum Modifizieren des LFT-Wertes eines porösen Mediums besteht darin, seine Dicke zu reduzieren, z. B. durch Kalandrieren, und dadurch sein Hohlraumvolumen zu reduzieren. Bis auf die Verwendung eines kleineren DCD-Wertes wurde zur Herstellung von Beispiel 26 so verfahren wie zur Herstellung von Beispiel 2. Bereiche von Beispiel 26 wurden dann kalandriert, um Dicke und Hohlraumvolumen zu reduzieren, gefolgt von einer Sauerstoffplasmabehandlung, wobei Beispiele die 26–30 erzeugt wurden, für die die LFT-Daten in Tabelle IV gezeigt sind.

TABELLE IV
Bsp. Nr.	Dicke (cm)	Hohlraumvolumen (%)	Lateralfluss (s)				Kügelchenfront-Verzögerung bei 4 cm (cm)
			CMD		MD
			2 cm	4 cm	2 cm	4 cm
26	0,026	84,8	9	41	11,5	56	0
27	0,019	79,2	12	51	14,5	64	0
28	0,015	74,4	18	75	22,5	102	0
29	0,0115	65,1	27	109	27,5	151	0
30	0,0100	60,6	32	173	37,5	227	0

Während der LFT-Tests wurde keine Verzögerung beobachtet. Diese LFTs decken den Bereich ab, der in der Herstellung von diagnostischen Vorrichtungen erwartungsgemäß am nützlichsten ist. Die sehr glatten Oberflächen, die erhöhte Zähigkeit und Resistenz gegenüber Abrasion, die durch das Kalandrieren entwickelt werden, tragen zur leichten Automatisierung für die Produktion bei und können aus kosmetischen Gründen bevorzugt sein.
Beispiel 31
Es wird ein Satz hergestellt, der in der Funktion ähnlich demjenigen der Beispiele 26–30 ist, mit dem Faserdurchmesser als Variable und konstant gehaltenem Hohlraumvolumen und CWST-Wert. Die Proben mit feineren Fasern weisen höhere Lateralflusszeiten auf, wodurch es möglich wird, einen Graphen zu erstellen, in dem der LFT-Wert als Funktion des Faserdurchmessers aufgetragen ist, was für die Herstellung eines Mediums mit einem gewünschten LFT-Wert nützlich wäre.
Beispiel 32
Es wird ein Satz hergestellt, der in der Funktion ähnlich demjenigen der Beispiele 26–30 ist, unter Verwendung einer einzigen Klasse von porösem Medium, von dem Proben hergestellt werden mit CWST-Werten, die über einen Bereich von 73 bis 110 dyn/cm variieren. Die Lateralflusszeiten variieren im Bereich von ca. 10 s bei CWST > 100 bis über 25 s bei CWST = 73 dyn/cm. Die resultierenden LFT-Daten können dann gegen den CWST-Wert aufgetragen werden, so dass ein Medium mit einem gewünschten LFT-Wert hergestellt werden kann.
Beispiel 33
Ein Substrat, hergestellt wie für Beispiel 2 beschrieben, wurde auf die Maße 23 × 25 cm geschnitten und an einem Fluorkohlenstoffstab im Zentrum einer 50 l-Kammer, ausgestattet mit zwei ca. 25 cm voneinander beabstandeten Elektroden mit den Abmessungen 27 × 30 cm, aufgehängt. Nach Evakuierung auf einen Druck von weniger als 5 μm Hg wurde Helium in die Kammer eingeleitet bei einer Rate, die ausreichend war, um einen Druck von 110 μm Hg innerhalb der Kammer aufrechtzuerhalten, während das Vakuumpumpen fortgesetzt wurde. Ein Plasma wurde gebildet durch Anlegen von 500 W Leistung bei 13,56 MHz für 30 s an die Elektroden, zu welcher Zeit der Heliumfluss auf null reduziert und die Leistung abgeschaltet wurde, während das Vakuumpumpen fortgesetzt wurde, bis der Druck auf 3 μm Hg gesunken war, zu welcher Zeit das Vakuumventil geschlossen wurde und 2 cm³ von flüssigem Hydroxypropylmethacrylat-(HPA-)Monomer in die Kammer eindosiert wurden. Der Druck innerhalb der Kammer erhöhte sich dann schnell auf ca. 200 μm Hg und stieg während der nächsten drei Minuten auf ca. 450 μm Hg. Nach Abschluss einer dreiminütigen Exposition wurde die Kammer auf unter ca. 20 μm Hg abgepumpt und der Zutritt von Luft in die Kammer gestattet, so dass der Druck auf Umgebungsdruck angehoben wurde, woraufhin die Kammertür geöffnet und die Probe entnommen wurde. Die Gewichtszunahme infolge Pfropfung betrug 5,9%. CWST-Tests mit einem Mittenabstand von ca. 4,5 cm über den gesamten Bereich zeigten einen gleichmäßigen CWST-Wert von 76 dyn/cm, der danach stabil blieb. Die Probe wurde einem LFT-Test unterzogen, wobei CMD-Zeiten von 15 und 48 s für 2 cm bzw. 4 cm und MD-Zeiten von 24 und 72 s für 2 cm bzw. 4 cm erzeugt wurden, alle mit null Verzögerung.
Das oben beschriebene Pfropfungsverfahren wurde mit zahlreichen Variationen wiederholt, einschließlich der Verwendung von Neon und Argon als Inertgas sowie der Verwendung von HPA selbst zum Bilden des Plasmas, bei Drücken, die im Bereich von ca. 30 bis 600 μm variierten, und mit einem weiten Bereich an Expositionszeiten von ca. 10 bis 120 s mit dem inerten Plasma und von ca. 30 s bis 5 min mit dem Monomer. Bemerkenswerterweise und im Gegensatz zu einigen anderen Pfropfmethoden, bei denen die Resultate mit der Strahlungsintensität, der Reagenskonzentration und der Expositionszeit variieren können, zeigten die Produkte alle einen gleichmäßigen CWST-Wert nach Behandlung von 74 bis 76 dyn/cm über ihren gesamten Bereich. Durch Aufskalierung zu einer größeren Vorrichtung, welche bei einer Frequenz von 40 kHz arbeitet, wurden Flachmaterialien mit den Abmessungen 45 × 100 cm mit im Wesentlichen gleichen Resultaten behandelt. Andere Acrylat-Monomere, z. B. Methacrylsäure und N-Vinylpyrrolidinon, haben sich als effektiv zum Erhalt alternativer CWST-Werte erwiesen, und man geht davon aus, dass die Chemie so ist, dass Verbindungen, welche eine oder mehrere zugängliche Doppelbindungen enthalten und einen ausreichenden Dampfdruck bei Umgebungstemperatur aufweisen, zur Reaktion gebracht werden können, um eine Vielfalt von Ergebnissen zu produzieren, welche Modifikation ihrer CWST-Werte und der LFT-Raten umfassen können. Weitere Vorteile der CWST-Änderung bestehen z. B. darin, dass verschiedene CWST-Werte die Kompatibilität des Mediums mit einem gewünschten Fluid verbessern können. Beispielsweise haben Schwefelsäure, Flusssäure und Lösungen von Natriumhydroxid in Wasser Oberflächenspannungen im Bereich von 80 bis 115 dyn/cm, so dass ihre Passage durch ein Filtermedium in Abwesenheit von Medien mit hohen CWST-Werten gehemmt wird.
Beispiele 34–35

Es wurden erfindungsgemäße PBT-Produkte hergestellt unter Verwendung der Methode der Beispiele 1 und 2, und sodann wurden die Faseroberflächen auf einen CWST-Wert von 76 dyn/cm modifiziert unter Verwendung des Heliumplasma/HPA-Dampf-Expositionssystems von Beispiel 33. Ein Teil von jeder der zwei Proben wurde in einen Filterhalter für Filter mit einem Durchmesser von 13 mm eingespannt, und eine Lösung von Rinderserumalbumin (BSA), welche radioaktiv markiert worden war, wurde durch das Filter passieren gelassen; anschließend wurde der Radioaktivitätslevel im Effluens gemessen und die resultierenden Daten wurden verwendet, um das Gewicht des adsorbierten Proteins zu berechnen. Die resultierenden Daten für die zwei Proben, Beispiel 34 und 35, sind in Tabelle V dargelegt.

TABELLE V
Beispiel Nr.	Material	Behandlung	Gewicht von BSA gebunden durch eine 13 mm-Scheibe (μg)
34	Medien von Beispiel 1	Herstellungszustand, ab Maschine	58
34	Medien von Beispiel 1	Behandelt nach der Methode von Bsp. 33	2,7
35	Medien von Beispiel 2	Herstellungszustand, ab Maschine	59
35	Medien von Beispiel 2	Behandelt wie Bsp. 33	2,4

Beispiel 36
Ein Flachmaterial von einer Nylon-Membran mit 0,2 μm Porengröße, hergestellt nach dem Verfahren von US-Patent Nr. 4 340 479 , wurde getestet, um seine Proteinadsorptionscharakteristika unter Verwendung des oben beschriebenen BSA-Tests zu bestimmen. Eine aus dem gleichen Flachmaterial geschnittene Probe mit den Abmessungen 9'' × 10'' wurde gepfropft unter Anwendung der Methode von Beispiel 33. Die BSA-Adsorption vor und nach der Pfropfung betrug 114 μg/cm² bzw. 3,7 μg/cm; nach einer Methanolwäsche, Wasserspülung und Trocknung sank der BSA-Wert der gepfropften Probe auf 2,4 μg/cm².
Beispiele 37–40

Ein Copolymer, umfassend ca. 80% Nylon 6 mit ca. 20% Polyethylenoxiddiamin, wurde verwendet, um Flachmaterialien mit den Abmessungen 50 × 100 cm unter Verwendung der Vorrichtung und der Verfahrensweise von Beispiel 1 herzustellen, wobei eine Harzrate von 0,61 g/min/Düse bei 344°C verwendet wurde und die Luft bei 361°C zugeführt wurde. Der DCD-Wert betrug 4,1 cm, und der Luftdruck wurde über einen Bereich von 0,56 bis 1,25 kg/cm² variiert, um Medien mit durchschnittlichen Faserdurchmessern von 2,5 und 5,6 μm herzustellen. In separaten, ähnlichen Arbeitsgängen wurden Medien gleicher Zusammensetzung mit durchschnittlichen Faserdurchmessern von 8,1 und 10,2 μm hergestellt. Das Hohlraumvolumen jedes der vier Flachmaterialien betrug ca. 74%, und der CWST-Wert von allen vier Flachmaterialien betrug 92 dyn/cm. Die LFT-Werte wurden bestimmt und sind in Tabelle VI gezeigt.

TABELLE VI
Beispiel Nr.	Luftdruck (kg/cm²)	Dicke (cm)	Faserdurchmesser (μm)	LFT (s)
Beispiel Nr.	Luftdruck (kg/cm²)	Dicke (cm)	Faserdurchmesser (μm)	CMD	MD
37	1,25	0,030	2,5	20,6	31,2
38	1,16	0,019	5,6	19	26,6
39	0,81	0,019	8,1	17,6	23,4
40	0,56	0,020	10,2	15,2	18,4

Wie die in Tabelle VI und in 10 dargestellten Daten zeigen, nimmt – sowohl in der CMD- als auch in der MD-Richtung – mit zunehmendem durchschnittlichen Faserdurchmesser der LFT-Wert im Wesentlichen linear ab, wie in dem Graphen von 10 dargestellt, in dem der LFT-Wert als Funktion des durchschnittlichen Faserdurchmessers aufgetragen ist, was die Daten von Tabelle VI widerspiegelt.
Beispiel 41
Wie durch den BSA-Test gemessen, weist das Nylon-Copolymer der Beispiele 37–40 natürlicherweise eine geringe Proteinadsorption auf, wobei die Adsorption für eine 13 mm-Scheibe in einem Bereich von ca. 8,3 μg für einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 2,5 μm bis 1,2 μg für eine Probe mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 10,2 μm liegt, welche Werte für viele Anwendungen geeignet sind. In anderen Anwendungen, z. B. zum Fixieren des Signals in der Fangzone einer diagnostischen Vorrichtung oder zum Entfernen einer unerwünschten Komponente, sind höhere Proteinadsorptionen bevorzugt; für diese kann die Methode von Beispiel 33 verwendet werden, wobei das HPA mit Ammoniak oder mit Aminen, vorzugsweise tertiären Aminen, substituiert ist, um Amingruppen auf der Faseroberfläche zu präsentieren, oder mit Methacrylsäure oder ähnlichen acidischen Acrylaten substituiert ist, um Carboxylgruppen zu präsentieren.
Um die erhöhte Proteinadsorption zu demonstrieren, wurde das poröse Nylon-Copolymer-Medium von Beispiel 37 unter Verwendung der Pfropfungsmethode von Beispiel 33 gepfropft, mit Helium im ersten Schritt und Ammoniak im zweiten Schritt, und sodann wurde das Produkt BSA-getestet; die BSA-Adsorption betrug 60 μg pro 13 mm-Testscheibe. In einem ähnlichen Test wurde Methacrylsäure im zweiten Schritt verwendet, wobei ein Adsorptionslevel von 59 μg/13 mm-Scheibe erzielt wurde. Diese Alternativen stellen eine Auswahl von alkalischen oder acidischen Gruppen bereit.
Die Beispiele 17 bis 41 wurden hergestellt unter Verwendung von schmelzgeblasenen Fasermedien mit durchschnittlichen Faserdurchmessern im Bereich von ca. 1 bis ca. 10,2 μm. Ähnliche Produkte werden hergestellt mit durchschnittlichen Faserdurchmessern, die so groß wie ca. 20 bis 25 μm waren, jedoch kann in Medien mit relativ höheren Hohlraumvolumina die Kapillarkraft so klein sein, dass längere Lateralflusszeiten verursacht werden, wenn ein Streifen von Medium in einer nahe an vertikalen Position ist; aus diesem Grund sind Faserdurchmesser im Bereich oberhalb von ca. 10 bis 20 μm weniger wünschenswert; sie können aber in Verbindung mit Hohlraumvolumina von weniger als ca. 70 bis 80% verwendet werden.
Mehrlagige Produkte
Erfindungsgemäß können die Medien in mehrlagigen Produkten verwendet werden. Beispielsweise kann es erwünscht sein, mindestens eine zusätzliche Lage einzubeziehen aus Gründen der leichten Handhabung und/oder der leichten Herstellung. Die Lage(n) können verwendet werden, um Stützung, Schutz bereitzustellen und/oder den Transfer von Fluid von einer Lage zu einer anderen zu erlauben.
Beispielsweise kann das erfindungsgemäße poröse Flachmaterial-Medium unzureichend steif sein für einige Anwendungen, z. B. für die Verwendung in diagnostischen Vorrichtungen. Es kann ferner wünschenswert sein, das poröse Medium vor mechanischer Beschädigung während der Herstellung oder vor Missbrauch im Gebrauch zu schützen. Es kann auch erwünscht sein, ein poröses Flachmaterial mit einer Stützfolie zu verbinden, um es bequemer durch einen automatisierten Herstellungsprozess zu transportieren, z. B. das poröse Flachmaterial-Medium mit einem Streifen von Folie, z. B. Polyesterfolie, zu verbinden, die mit Löchern perforiert sein kann, welche mit Zähnen zusammenpassen, ähnlich den für fotografische Filme verwendeten. Einige Vorrichtungen verlangen, zwei oder mehr Lagen von porösen Medien miteinander zu verbinden und dabei gleichzeitig freien Transfer von Fluiden zwischen den Lagen zu gestatten.
Bezüglich des Fluidtransfers verwenden einige Vorrichtungen, wie z. B. diagnostische Vorrichtungen, z. B. Vorrichtungen, welche zum Abtrennen von Plasma aus einer Blutprobe verwendet werden, ein poröses Flachmaterial von fasrigem Material, verbunden mit einem Membranfilter mit einem Porendurchmesser derart, dass die in dem Blut enthaltenen roten Zellen zurückgehalten werden und nicht in der Lage sind, in die Membran einzutreten, während das Plasma frei in die Membran und durch diese hindurch treten kann. Beispielhafte diagnostische Vorrichtungen sind z. B. in US-Patent Nr. 5 266 219 offenbart.
Vorrichtungen zum Abtrennen von Plasma aus Blut sind bisher nicht vollkommen befriedigend. Es wird angenommen, dass zwei Gründe hierfür verantwortlich sind. Erstens war das poröse Medium, welches die obere Lage bildet, auf welche die Blutprobe aufgebracht wird, nicht mit einem ausreichenden Grad an Gleichmäßigkeit verfügbar, um das Produkt reproduzierbar zu machen; das beste verfügbare poröse Medium war sichtbar streifig und war nicht gleichmäßig, wie visuell evident durch die Beobachtung, dass es streifig war, wobei das Materialgewicht im dunkleren Bereich des Streifes etwa zwei oder mehr Male größer ist als das Gewicht im helleren Bereich des Streifens. Der zweite Grund war eine schwache Bindung zwischen dem porösen Medium und der Membran; weil zu dieser Zeit kein permeables Adhäsivmaterial verfügbar war, wurden die zwei Lagen einfach zusammengedrückt, wodurch eine sehr schwache Bindung gebildet wurde. Der Erhalt selbst einer schwachen Bindung verlangte übermäßige Kompression des porösen Materials, was das Hohlraumvolumen des Fasermediums auf ein unerwünscht niedriges Niveau reduzierte. In diesen und ähnlichen Anwendungen können die erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, um zwei Lagen mit minimaler Kompression fest miteinander zu verbinden, wobei eine Bindung von hoher Festigkeit entwickelt wird und dabei gleichzeitig eine hohe Permeabilität für Fluide in der oder den porösen Lagen erhalten bleibt.
Die zu bindende(n) Oberfläche(n) können zum Binden vorbereitet werden durch Verwendung der Scanning-Methode gemäß vorliegender Erfindung, um auf eine oder beide Oberflächen ein niedrigschmelzendes Harz von fasriger Form als das Bindungsagens zu deponieren. Bevorzugte Harze umfassen jene mit einer Glasübergangstemperaur unterhalb von Umgebungstemperatur und mit einem Schmelz- oder Erweichungspunkt unterhalb von denjenigen der zu bindenden Materialien. Eine Vielfalt von Harzen ist geeignet. Polyethylen und PETG (ein Polyester, hergestellt mit einem Überschuss an Glycol) sind Beispiele für niedrigschmelzende Bindeharze, welche verwendet werden können, um z. B. PBT, Nylon, Polyethylenterephthalat und andere feste und poröse Materialien zu binden.
Beispielsweise wird ein niedrigschmelzendes Harz zerfasert unter Verwendung der erfindungsgemäßen Scanning-Methode, wobei die Harzlieferung und die Scanning-Raten so eingestellt sind, dass vorzugsweise ca. 1 bis 20 g/m² Bindefasern mit einem Faserdurchmesser von ca. 2 bis ca. 10 μm oder mehr bevorzugt ca. 2 bis 5 g/m² Bindefasern mit einem Durchmesser von ca. 3 bis ca. 7 μm deponiert werden. Die Bindefasern werden auf eine oder beide der zu verbindenden Oberflächen auftreffen gelassen.
Die Bindefaser kann verwendet werden, um zwei fasrige Flachmaterialien miteinander zu verbinden oder um ein fasriges Flachmaterial mit einem festen Flachmaterial zu verbinden. Im letzten Fall kann die Bindefaser entweder auf das fasrige oder auf das feste Flachmaterial deponiert werden. Um die Bindung herzustellen, werden die zwei Lagen, mit den Bindefasern auf einer oder beiden Lagen deponiert, einem sanften Druck unterworfen, während sie auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes der Bindefaser für eine Zeitdauer erhitzt werden, die ausreichend ist, um Bindung herzustellen. Beim Zusammenfügen von zwei Lagen, wobei eine Lage relativ dünn ist, kann die Zeit, die benötigt wird, um Bindung herzustellen, ca. 10 s oder weniger betragen und sollte generell nicht länger sein als notwendig, um die Bindung herzustellen, da zusätzliche Zeit der geschmolzenen Bindefaser erlauben kann, durch Kapillarwirkung in das poröse Medium absorbiert zu werden, wodurch die Bindung geschwächt wird. Vorzugsweise wird Wärme auf die Seite aufgebracht, die dünner ist und/oder eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, um eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Bindefaser zu erzielen, während das Vlies und das andere Medium sanft zusammengedrückt werden. Wenn die Wärme entfernt ist, wird eine effektive Bindung erzielt worden sein. Wenn jede der zwei Lagen permeabel ist, dann werden die zwei gebundenen Lagen eine Permeabilität aufweisen, die nur geringfügig unterhalb von derjenigen von zwei ungebundenen Lagen von den gleichen Medien liegt.
Die Faserdurchmesser und das Gewicht pro Flächeneinheit der Bindefaser sind so, dass ca. 1 bis 30% des Bereichs der Oberfläche, auf die sie aufgebracht wird, bedeckt werden, vorzugsweise zwischen ca. 1 und 10% der Oberfläche und mehr bevorzugt zwischen ca. 2 und 5% der Oberfläche, wobei der mehr bevorzugte Bereich ca. 95 bis 98% der Oberfläche, auf welche die Bindefasern deponiert wurden, offen lässt. Auf diese Weise kann der Transfer von Plasma durch Kapillarwirkung zwischen dem porösen Medium und der Membran unbehindert schnell vor sich gehen und gleichzeitig gewährleistet werden, dass die beiden Lagen gut aneinander haften, und, weil nur eine sanfte Kom pression angewendet wurde, brauchen die beiden Lagen nicht wesentlich oder in der Tat überhaupt nicht in ihrer Ausgangsdicke vermindert sein.
Als ein Beispiel sei angeführt, dass, wenn das Produkt von Beispiel 19 oder 20 als die obere Lage an eine Nylon-Membran, z. B. eine gemäß US-Patent Nr. 4 340 479 erzeugte Nylon-Membran, gebunden würde, so würde ein auf die obere Lage platzierter Blutstropfen innerhalb von Sekunden die Nylon-Membran mit von roten Zellen freiem Plasma sättigen. Wenn die obere Lage und die Nylon-Membran so miteinander verbunden wären, dass ein Bereich der Nylon-Membran über die obere Lage hinaus vorkragt, z. B. gemäß 19, so würde der vorkragende Bereich der Membran schnell gesättigt werden durch laterale Diffusion des klaren Plasmas, welches dann für eine Vielfalt von diagnostischen Tests verwendet werden könnte.
Es kann erwünscht sein, dass die Adhäsion zwischen zwei Lagen so ist, dass die Bindung geeignet ist für eine anfängliche Periode, z. B. während des Versands, des Auspackens und im Gebrauch während des ersten Teils einer Testprozedur, und dass die Bindung dann während eines zweiten Teils einer Prozedur leicht, sauber gelöst werden kann. Dieses lässt sich leicht erreichen durch die Verwendung einer kleineren Menge an feineren Fasern oder durch die Verwendung von feineren Fasern oder einer Kombination von beidem in dem Bindeverfahren.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Bindung von zwei Lagen wird die Bindefaser im gleichen Arbeitsgang, in dem das poröse Medium gebildet wird, auf das poröse Medium deponiert, unter Verwendung einer Anordnung wie der in 11 gezeigten, wobei der kleinere der zwei Zerfaserer 1012 und 1013 Bindefaser auf ein erfindungsgemäßes poröses Medium deponiert, während dasselbe auf dem Sammelzylinder 1011 gebildet wird, alles während eines einzigen Durchgangs des Zielzylinders 1011, während er sich in Pfeilrichtung bewegt.
Ferner profitieren die in der oben beschriebenen diagnostischen Vorrichtung verwendeten Produkte stark von der Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen fasrigen Medien, indem diese an die Stelle der bisher verfügbaren nicht-gleichmäßigen fasrigen Medien treten. Die erfindungsgemäßen Verfahren stellen dünnere Lagen von sehr gleichmäßigen Medien mit höheren Hohlraumvolumina bereit, z. B. mit dem Hohlraumvolumen von 94% von Beispiel 3, wodurch Plasma mit hoher Effizienz aus sehr kleinen Blutproben erhalten werden kann, z. B. aus so wenig wie 10 μl Blut, während gleichzeitig ausreichend Plasma bereitgestellt wird, um einen diagnostischen Test durchzuführen.
Mit diesen Verbesserungen sind die oben beschriebenen Vorrichtungen, einschließlich der in US-Patent Nr. 5 266 219 offenbarten, gut geeignet für eine automatisierte Produktion eines stark verbesserten Produktes zum Erhalt von Plasma aus kleinen Blutproben.
In einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Bindesystems wird das Bindeagens auf die Oberfläche einer Membran oder eines anderen porösen Mediums aufgebracht, welches einen Absolut-Rückhaltekennwert im Bereich von ca. 0,04 bis 10 μm aufweisen kann, welches dann an eine gerillte Platte gebunden wird für die Verwendung in dem dynamischen Mikrofilter, das in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 08/038 257 beschrieben ist.
Beispiel 42
Ein poröses Flachmaterial mit den Abmessungen 45 × 100 cm wurde hergestellt unter Verwendung der gekreuzten Faserströme und des Scanning-Systems gemäß vorliegender Erfindung, wobei 3,2 cm Quecksilbervakuum am Anschluss 62 von 6 angelegt wurden, unter Verwendung einer Luftdüse von 0,13 cm Durchmesser und eines Luftdrucks von 0,5 kg/cm², einer PBT-Harzrate von 0,51 g/min/Düse von Harz bei 302°C und eines DCD-Wertes von 4,1 cm; das resultierende Produkt hatte eine Dicke von 0,020 cm und wog 0,0054 g/cm². Eine SEM-Aufnahme dieser Probe ist in 12 mit 220-facher Vergrößerung gezeigt. Die Durchmesser von allen den auf diesem Foto und auf den drei Fotos von benachbarten Bereichen gezeigten Fasern wurden gemessen. Mehr als 95% der Fasern lagen im Bereich von 3,5 bis 7,7 μm Durchmesser, d. h. ein Verhältnis von 1:2,2, welches ein bemerkenswert enger Faserdurchmesserbereich für ein schmelzgeblasenes Produkt ist. Der enge Faserdurchmesserbereich des Produktes machte es praktikabel und schnell, den durchschnittlichen Durchmesser (RMS) durch Mikroskopie zu 5,9 μm mit einer Standardabweichung von 1,4 μm zu bestimmen. Andere Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden in ähnlicher Weise evaluiert, und die Resultate sind in Tabelle VII zusammengefasst.
Beispiel 43
Ein poröses fasriges Flachmaterial mit den Abmessungen 45 × 100 cm wurde hergestellt unter Verwendung der gekreuzten Faserströme und des Scanning-Systems gemäß vorliegender Erfindung und in der Art und Weise wie für Beispiel 42 beschrieben, ausgenommen, dass der Luftdüsendurchmesser 0,11 cm, der Luftdruck 1,4 kg/cm² und der DCD-Wert 3,3 cm betrug. Die Faserdurchmessercharakteristika sind in Tabelle VII gezeigt.
Beispiel 44

Ein poröses fasriges Flachmaterial wurde hergestellt, wobei identisch wie in Beispiel 43 verfahren wurde, ausgenommen, dass der Luftdruck 1,06 kg/cm² betrug. Die Faserdurchmessercharakteristika sind in Tabelle VII gezeigt.

TABELLE VII
Poröses Medium Beispiel Nr.	90% der Fasern im Durchmesserbereich (μm)	Verhältnis max./min.	Durchschn. Faserdurchmesser, μm (arithmetisch)
1	2,5–6,2	2,50	4,0
3	0,5–1,6	3,2	0,9
6	0,6–1,6	2,67	1,1
9	0,9–2,5	2,78	1,4
10	1–3	3,00	1,9
14	5–12	2,40	7,9
15	6,5–15	2,30	10,6
38	1,4–3,9	2,78	2,4
39	3,5–7,8	2,22	5,5
40	5,1–11,3	2,21	7,9
41	6,7–13,3	1,98	10,0
42	3,5–7,7	2,20	5,9
43	4,2–7,7	1,83	5,9
44	6,4–10,1	1,58	8,1

Beispiel 45
Beispiel 45 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie Beispiel 42, ausgenommen, dass der Luftdüsendurchmesser 0,17 cm, der Luftdruck 0,74 kg/cm² und die Harztemperatur 304°C betrug. Das resultierende Produkt ist in der SEM-Aufnahme von 13 mit einer 500-fachen Vergrößerung gezeigt. Verglichen mit 12 erscheint 13 auf den ersten Blick weniger gleichmäßig zu sein. Bei der Analyse ergab eine Zählung von 100 Fasern, dass 39 der Fasern (jene, die im Vordergrund zu sehen sind) im Durchmesserbereich von 2,5 bis 4,5 μm lagen, wobei der durchschnittliche Durchmesser 4,2 μm betrug, und die restlichen 61%, in der unteren Ebene der SEM-Aufnahme, im Bereich von 1,1 bis 2,3 μm lagen, wobei der durchschnittliche Durchmesser 1,9 μm betrug; nur eine Faser von den 100 gezählten Fasern wurde als im Bereich zwischen 2,3 und 2,8 μm liegend gefunden, verglichen mit 23 Fasern zwischen 2,2 und 2,3 μm und 27 Fasern zwischen 2,8 und 3,5 μm. Dies eta bliert eindeutig eine bimodale Verteilung, die mit der Annahme erklärt werden könnte, dass sich die Fasern größeren Durchmessers auf direktem Weg von den Zerfaserungsdüsen zu dem Sammelzylinder bewegen, während die Fasern kleineren Durchmessers Fasern repräsentieren, die durch die Aerodynamik abgelenkt werden und somit einen längeren Weg zurücklegen, bevor sie mit dem Sammelzylinder in Kontakt kommen. Es ist erkennbar, dass die Fasern orientiert sind, wobei ihre Bewegungs- und Depositionsrichtung in der CMD-Richtung verläuft. Die zwei Typen von Fasern liegen jeweils innerhalb eines max.:min.-Durchmesserbereichs von 2:1.
Beispiel 46
Beispiel 42 (12) kann mit der in 14 gezeigten SEM-Aufnahme von Beispiel 46 verglichen werden, wobei es sich um ein typisches kommerzielles Produkt handelt, bei dem 90% der Fasern im Bereich zwischen ca. 0,5 und 5 μm liegen; d. h. ein max./min.-Verhältnis von 10:1, die seltsam geformte Masse im oberen linken Quadranten des Bildes nicht gerechnet. Man beachte auch die große Anzahl von verzwillingten Fasern, zusammen mit einer gelegentlichen leichten seilartigen Verdrillung.
Beispiel 47
Eine direkte Messung der Gewichtsgleichmäßigkeit wurde durchgeführt durch Zuschneiden von 1''-Quadraten aus Test-Flachmaterialien. Bei einem solchen Test wurde ein Polypropylen-Flachmaterial von 0,0064 g/cm², hergestellt unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, entlang seiner Länge von 96 cm Länge geschnitten, um 91 Quadrate von 2,540 cm, repräsentativ für die Länge oder Maschinenrichtung des Flachmaterials, bereitzustellen. Jedes Quadrat wurde gewogen, und der lineare Durchschnitt wurde zu 0,0410 g/cm² berechnet, mit einem wahrscheinlichen Fehler von 0,8%. Die Gleichmäßigkeit in der Quermaschinenrichtung der 46 cm Breite des Flachmaterials wurde in ähnlicher Weise bestimmt durch Zuschneiden von 39 Quadraten von 2,540 cm in der Quermaschinenrichtung; diese zeigten ebenfalls ein durchschnittliches Gewicht von 0,0410 g/cm², mit einem wahrscheinlichen Fehler im linearen Durchschnitt von 0,7% Von diesen wahrscheinlichen Fehlerschätzungen kön nen 0,2 bis 0,3% oder mehr auf Fehler in den Abmessungen der geschnittenen Quadrate zurückzuführen sein.
Beispiel 48
Ein alternatives Mittel zum Bestimmen der Gewichtsgleichmäßigkeit wurde durch die Verwendung eines β-Strahlen-Rückstreuinstruments, Modell 103, ein Produkt der Firma NDC Systems, 730 East Cypress Avenue, Monrovia, CA, bereitgestellt. Dieses Instrument ist mit einer Linse mit einem Durchmesser von 0,64 cm ausgestattet, durch die ein kontrollierter Strahl von β-Strahlung geleitet wird. Die Linse ist von einem peripheren Rückstreusammelsystem von 3,5 cm Durchmesser umgeben. Der Betrag an rückgestreuter Strahlung ist, wenn gemittelt, proportional zum Gewicht pro Flächeneinheit des Flschmaterials. Das Instrument ist mit einem Aufzeichnungssystem ausgestattet sowie mit Mitteln zum Scannen der Linsenanordnung bei einer gleichmäßigen Rate, z. B. bei 1,3 cm/s, über die Oberfläche des Flachmaterials, dessen Gewicht gemessen werden soll. Das Flachmaterial, an dem die Messung durchgeführt werden soll, muss an seinen Rändern so aufgehängt werden, dass sich kein Metall in weniger als ca. 10 cm Entfernung von der Linse befindet.
Wie hierin beschrieben, wurde das Scanning durchgeführt mit einer einzigen Passage bei 1,3 cm/s in einer Richtung über das zu testende Flachmaterial, mit der konzentrischen Linsenanordnung in leichtem Kontakt mit der Oberfläche des Flachmaterials. Die Aufzeichnungseinrichtung misst die Anzahl und Intensität der individuellen rückgestreuten β-Strahlen und mittelt ihre Energie über eine 10-Sekunden-Periode, so dass eine kontinuierliche Linie auf dem Schreiberdiagramm entsteht. Die Genauigkeit des Systems ist so, dass, wenn der Sensor wiederholt dem identischen Zyklus ausgesetzt wird, das aufgezeichnete Signal im Durchschnitt um ca. ±0,5% variieren kann.
Die 15 und 16 zeigen die Aufzeichnungen, die erhalten werden, wenn ein typisches Produkt gemäß vorliegender Erfindung in der Quermaschinenrichtung bzw. in der Maschinenrichtung gescannt wird. In 15 beträgt die maximale Abweichung vom mittleren Gewicht (3,96–3,91)/2 oder 0,025 g/ft² (0,27 g/m²) bei einem Flachmaterialgewicht von 3,94 g/ft² (42 g/m²), also mit einer maximalen Abweichung vom Mittelwert von 0,64% Die maximale Abweichung in der Maschinenrichtung ist in 16 mit 0,26% gezeigt.
Beispiel 49
Ein typisches Produkt gemäß der Erfindung in der Form eines Flachmaterials mit den Abmessungen 50 × 100 cm und einem Hohlraumvolumen von 85 wurde getestet, um seine Dicke an 48 Stellen mit einem Mittenabstand von 10 cm zu bestimmen. Die mittlere Dicke betrug 0,027 cm, die Standardabweichung betrug 0,7% und der wahrscheinliche Fehler betrug 0,4%; dies zeigt, dass die Dickengleichmäßigkeit innerhalb von 1% liegt.
Beispiel 50–56
Die Vorrichtung, welche zur Herstellung der Beispiele 50 bis 56 verwendet wurde, wurde mit einer Luftöffnung von 0,11 cm im Durchmesser verwendet, wobei die Luft bei 301°C zugeführt wurde. Der DCD-Wert und der Luftdruck wurden so eingestellt, dass drei Lose von Medien mit den in Tabelle VIII aufgezeigten Charakteristika hergestellt wurden, die dann unter Anwendung der oben, unter der Überschrift "Verwendung von gemischten Monomeren" beschriebenen Methoden gepfropft und dann getestet wurden, um ihre BSA- und IgG-Adsorptionen zu bestimmen, wobei in der oben beschriebenen Weise verfahren wurde. Die in Tabelle VIII gezeigten Resultate demonstrieren die Möglichkeit der Verwendung von gemischten Monomeren, um die Proteinaffinitäten der erfindungsgemäßen Medien einzustellen. Beispielsweise haben Produkte, welche unter Verwendung von 100% HPA hergestellt werden, eine IgG-Proteinadsorption von ca. 3 μg/cm².

Die in Tabelle VIII präsentierten Medien wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Methode gepfropft, in diesem Falle durch Herstellen einer Lösung, welche MAA und HPA in den angegebenen Anteilen enthielt, und tropfenweises Abgeben der Lösung durch eine hypodermische Nadel mit einem Innendurchmesser von 0,015 cm auf einen Verdampfer, der mit der Vorrichtung verbunden, aber außerhalb derselben angeordnet war, wobei der Verdampfer bei Umgebungstemperatur (normaler Raumtemperatur) (ca. 21 bis 22°C) gehalten wurde. TABELLE VIII

Bsp. Nr.	DCD cm	Luftdruck kg/cm²	Hohlraumvolumen %	Dicke cm	% MAA (Rest HPA)	IgG adsorbiert μg/cm^2*	LFT s
							2 cm	4 cm
50 51	7,6	2,18	88	0,027	100	49	24	75
					70	37	35	89
52 53 54	5,8	2,39	82	0,018	100	38	33	98
					70	37	50	142
					30	18	19	58
55 56	5,2	1,9	78	0,014	100	28	48	139
					70	21	76	227

* Vergleichbar mit ca. 3 μg/cm² HPA

SPEZIFISCHE AUSFÜHRUNGSFORMEN VON VORRICHTUNGEN
Vorrichtungen können mit einer Vielfalt von Fluiden Verwendung finden, einschließlich biologischer Fluide, welche verschiedene Analyten und andere Substanzen enthalten. Ausführungsformen der Vorrichtungen sind besonders gut geeignet zur Verwendung mit Blut und Blutprodukten, z. B. zum Abtrennen von Plasma aus Blut oder einem anderen plasmahaltigen biologischen Fluid oder zum Abtrennen eines Virus aus Plasma oder einem anderen geeigneten biologischen Fluid. Die Vorrichtung kann ferner konfiguriert sein zum Trennen großer Viren (einschließlich Viren mit einem effektiven Durchmesser von ca. 0,08 μm oder größer) von kleinen Viren (einschließlich Viren mit einem effektiven Durchmesser von ca. 0,025–0,028 μm) oder zum chromatographischen Trennen von Mischungen von Komponenten. Die folgenden spezifischen Ausführungsformen der Vorrichtung werden mit Bezug auf derartige beispielhafte Verwendungen beschrieben.
Bei einer Ausführungsform hat diese Vorrichtung eine erste Region zum Empfangen einer Probe von einem biologischen Fluid, z. B. Blut, welches Plasma enthält, und eine zweite Region, in die das von dem Blut abgetrennte Plasma fließt. Die Vorrichtung kann eine erste Region zum Empfangen einer Probe von einem biologischen Fluid, welches Plasma enthält, und eine zweite Region zum Ansammeln des Plasmas umfassen. Das Platzieren eines biologischen Fluids, welches Plasma und mindestens eine zelluläre Komponente wie rote und/oder weiße Blutzellen enthält, auf die erste Region kann in der Ansammlung von Plasma in der zweiten Region resultieren, welches im Wesentlichen frei von roten Zellen ist und zellfrei sein kann.
Die Vorrichtung kann ferner mindestens ein zusätzliches poröses Medium in Fluidverbindung mit dem schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies umfassen, so dass Plasma von dem gleichmäßigen Faservlies in das oder die porösen Medien fließen kann. Beispielsweise kann Plasma von dem gleichmäßigen Faservlies durch Dochtwirkung von dem Faservlies in ein oder mehrere stromabwärts angeordnete Medien fließen. Nach Bedarf kann entweder das Plasma in dem Vlies oder in dem Medium analysiert werden. Somit kann mindestens ein Analyt von Interesse in dem Vlies detektiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Analyt von Interesse in oder an dem oder den stromabwärts angeordneten Medien detektiert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung eine poröse Kompositstruktur umfassen, umfassend mindestens ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies und mindestens ein poröses Medium stromabwärts des Vlieses.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung mindestens ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies und mindestens ein zusätzliches poröses Medium stromabwärts des Vlieses, wobei das zusätzliche poröse Medium eine mikroporöse Membran umfasst, welche das Plasma von dem gleichmäßigen Faservlies in die Membran fließen lässt. Wie oben angegeben, kann mindestens ein Analyt von Interesse in oder an dieser stromabwärts angeordneten Membran detektiert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Bindeagens, z. B. ein thermoplastisches Faserharz, zwischen das Vlies und die mikroporöse Membran zwischengeschaltet sein.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung mindestens zwei schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservliese, konfiguriert zum Bereitstellen einer Fluidverbindung zwischen den Vliesen. Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst eines der schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliese eine Region zum Empfangen eines biologischen Fluids, welches einen Analyten und andere Substan zen enthält, und ein anderes schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies umfasst eine Region, in die der Analyt ohne mindestens einen Teil der anderen Substanzen fließt. Gemäß dieser Ausführungsform kann biologisches Fluid auf eine erste Oberfläche eines ersten schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses platziert werden, und der Analyt, entweder abgetrennt von den anderen Substanzen oder nicht abgetrennt von den anderen Substanzen, kann durch eine zweite Oberfläche des Vlieses passieren. Diese zweite Oberfläche des Vlieses kann, muss aber nicht gegenüber der biologisches Fluid empfangenden ersten Oberfläche angeordnet sein. Der Analyt kann durch eine erste Oberfläche des zusätzlichen Vlieses hindurch in den Analyt empfangenden Bereich des zusätzlichen Vlieses passieren. Bei einigen Ausführungsformen stellt das Passieren des biologischen Fluids in und/oder durch das zusätzliche Vlies eine Trennung des Analyten von den anderen Substanzen in dem biologischen Fluid bereit. Der Fluss durch mindestens eines der Vliese kann vorwiegend vertikal oder vorwiegend horizontal sein. Ähnlich kann der Fluss von einem Vlies zu einem anderen vorwiegend vertikal durch die Vorrichtung oder vorwiegend horizontal durch die Vorrichtung sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung, umfassend ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies und ein zusätzliches poröses Medium, welches eine mikroporöse Membran in Fluidverbindung mit dem Vlies umfasst, ferner mindestens ein weiteres poröses Medium, vorzugsweise ein zusätzliches schmelzgeblasenen Faservlies, noch mehr bevorzugt ein zweites schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies, wobei die mikroporöse Membran zwischen das zusätzliche Vlies und das erste Vlies zwischengeschaltet ist.
Gemäß dieser Ausführungsform wird Plasma von dem ersten gleichmäßigen Vlies durch eine mikroporöse Membran hindurch und in das zweite Vlies fließen gelassen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung so konfiguriert, dass die Membran quer zum Plasmaströmungspfad angeordnet ist, so dass mindestens ein Analyt in oder an der Membran gefangen oder isoliert werden kann. Beispielsweise fließt das Plasma im Wesentlichen lateral durch das erste Faservlies, dann im Wesentlichen senkrecht durch die Analyt fangende Oberfläche der Membran, durch die Membranoberfläche gegenüber der Analyt fangenden Oberfläche und im Wesentlichen lateral durch das zweite Faservlies. Vorzugsweise kann die mikroporöse Membran der Vorrichtung, welche zwischen die Faservliese zwischengeschaltet ist, mindestens einen Analyten, z. B. ein Virus oder ein Bakterium, fangen oder isolieren, der analysiert werden kann. Noch mehr bevorzugt ist die mikroporöse Membran entfernbar, so dass analytische Prozeduren erlaubt werden zum Detektieren von Analyten, welche in oder an der Membran gefangen wurden. Das Analysieren des Analyten kann Lysieren des Analyten und z. B. Amplifizieren der Nucleinsäure des Analyten, vorzugsweise durch eine Polymerasekettenreaktion, umfassen. Das Analysieren kann Untersuchung durch Elektronenmikroskopie umfassen.
Bei einer Ausführungsform ist die Vorrichtung eingerichtet für ein leichtes Trennen, falls erforderlich, der Membran von dem ersten und dem zweiten Vlies zu einer geeigneten Zeit, z. B. nach Fang eines Analyten, z. B. eines Virus, in oder an der Membran, aber noch vor einer Lyse des Analyten, falls nötig, und Amplifizieren, soweit erforderlich, eines Teils der Nucleinsäure des Analyten.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung mindestens eine nicht-poröse oder im Wesentlichen impermeable Struktur, um z. B. Stützung, verringerte Verdampfung des biologischen Fluids und/oder Erhaltung des Kontakts zwischen dem Faservlies und mindestens einem zusätzlichen porösen Medium bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine nicht-poröse oder im Wesentlichen impermeable Struktur das Abgeben von biologischem Fluid an die Vorrichtung und/oder das Abziehen von biologischem Fluid aus der Vorrichtung unterstützen.
Die 17–24 und 26–32 illustrieren Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Prozessieren von biologischem Fluid gemäß der Erfindung, welche mindestens ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Nonwoven-Faservlies umfassen. 23 illustriert eine Ausführungsform, wobei eine Vorrichtung zum Prozessieren von biologischem Fluid in einem Behälter platziert ist. Elemente, die den Vorrichtungen gemein sind, tragen die gleichen Bezugsziffern.
Beispielsweise umfasst bei den Ausführungsformen, welche in den 17–20 und 26–32 illustriert sind, eine Vorrichtung 100 mindestens ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies 1, wobei das Vlies vorzugsweise einen Applikationsbereich oder eine Applikationszone 150 für biologisches Fluid auf mindestens einer ersten Oberfläche des Vlieses 1 umfasst.
Die illustrierte Vorrichtung von 19, 26 und 32 umfasst ferner mindestens ein zusätzliches Medium 3, welches vorzugsweise ein poröses Medium umfasst, z. B. eine mikroporöse Membran. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von mikroporösen Membranen umfassen. Das Vlies 1 und das andere Medium 3, z. B. die Membran, können miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann, wie bei den in 19 und 26 illustrierten Ausführungsformen, ein Bindeagens, z. B. ein Faserharz, eine Bindung zwischen der zweiten Oberfläche 44 des Vlieses 1 und der Stromaufwärtsoberfläche 45 des Mediums 3 bilden.
Auch zwischen Faservliesen kann eine Bindung vorhanden sein; so kann z. B. ein Bindeagens, z. B. ein Faserharz, eine Bindung zwischen schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliesen 1 und 1111 bilden, wie bei der in 20 illustrierten Ausführungsform. Zusätzlich oder alternativ kann bei anderen Ausführungsformen eine Bindung z. B. unter Verwendung eines drucksensitiven Adhäsivmaterials gebildet werden.
Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung, einschließlich derjenigen, welche ein fasriges Bindeagens zwischen den Vliesen 1 und 1111 (20); zwischen dem Vlies 1 und dem zusätzlichen Medium 3 (19, 26 und 32) und/oder zwischen dem Medium 3 und Vlies 1111 (32) aufweisen, können die Vliese und/oder das Medium zu einer geeigneten Zeit voneinander getrennt werden, z. B. vor der Bestimmung der Gegenwart des oder der Analyten.
Bei einigen Ausführungsformen, bei denen Vlies und Membran gebunden sind, z. B. wie in den 19 und 26 illustriert, ist ein erster Bereich 6 des Mediums 3 an das Vlies 1 gebunden, und ein zweiter Bereich 5 des Mediums 3 erstreckt sich über das Vlies 1 hinaus. Wie in 32 illustriert, worin das Medium 3 zwischen die Vliese 1 und 1111 zwischengeschaltet ist, ist ein Bereich einer Oberfläche des Mediums 3 an eine Oberfläche des Vlieses 1 gebunden und ein Bereich 5 erstreckt sich über das Vlies 1 hinaus, und ein Bereich einer anderen Oberfläche des Mediums 3 ist an eine Oberfläche des Vlieses 1111 gebunden und ein Bereich erstreckt sich über das Vlies 1111 hinaus.
Wie in den 19 und 29–31 illustriert, kann das schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservlies 1 mindestens einen komprimierten Bereich 10 umfassen. Bei der in 19 illustrierten Ausführungsform umfasst das zusätzliche Medium 3 ein poröses Medium, vorzugsweise eine poröse Membran.
Die Vorrichtung 100, wie in den 17–20 und 26–32 illustriert, umfasst ferner mindestens eine zusätzliche Struktur oder Element 2, vorzugsweise eine im Wesentlichen impermeable Struktur. Mehr bevorzugt umfasst die Struktur 2 eine nicht-poröse Kunststofffolie oder -Flachmaterial.
Die Struktur 2 kann an mindestens ein Faservlies und/oder mindestens ein poröses Medium 3 gebunden sein. Beispielsweise, wie in den 17, 18 und 28 illustriert, kann eine erste Oberfläche 4 der Struktur 2 an eine zweite Oberfläche 44 des Faservlieses 1 gebunden sein. Ähnlich, wie in den 19, 20, 26 und 27 illustriert, kann die Struktur 2 an das poröse Medium 3 (19 und 20) und/oder die Faservliese 1 und/oder 1111 (20 und 27) gebunden sein. Zwei oder mehr Strukturen 2 können an eine Vorrichtung gebunden sein, wie z. B. in 27 und 28 gezeigt. Eine Vielfalt von Bindungen ist geeignet. Beispielsweise kann ein Faserharz verwendet werden, um die Bindung zu bilden, und/oder die Struktur 2 kann ein Adhäsivmaterial umfassen, z. B. ein drucksensitives Adhäsivmaterial.
Alternativ oder zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen, wie z. B. in den 29–32 illustriert, die Vorrichtung mindestens eine im Wesentlichen impermeable Struktur 400, z. B. eine Kapillare, umfassen, um biologisches Fluid an die Vorrichtung zu liefern und/oder biologisches Fluid aus der Vorrichtung abzuziehen.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von schmelzgeblasenen Faservliesen umfassen, mit oder ohne zusätzliches Medium 3 und/oder Struktur 2. Wie oben angegeben und wie in den 20, 27 und 32 illustriert, kann die Vorrichtung 100 mindestens ein zusätzliches schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies 1111 umfassen. Die Vliese 1 und 1111 können miteinander verbunden sein, z. B. über ein Bindeagens, wie z. B. ein Faserharz, welches eine Bindung bildet, wie z. B. in einer Ausführungsform gemäß 20. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine zusätzliche Struktur 2 verwendet werden, um den Kontakt zwischen den Vliesen aufrecht zu erhalten, wie in 27 illustriert. Typischerweise, mit Bezug auf die in 27 illustrierte Ausführungsform, sind die Vliese 1 und 1111 zwar in körperlichem Kontakt miteinander, aber es gibt keine Bindung zwischen ihnen.
Bei anderen Ausführungsformen, wie z. B. in den 21, 22 und 24 illustriert, umfasst eine Vorrichtung 200 eine Mehrzahl von schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliesen 111a, 111b und ein weiteres poröses Medium 33, z. B. eine mikroporöse Membran, welches zwischen die Faservliese 111a und 111b zwischengeschaltet ist. Die Vorrichtung 200 kann mindestens ein zusätzliches schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies 111c stromaufwärts von Vlies 111b umfassen, wie in 24 gezeigt.
Vorzugsweise umfasst ein stromaufwärts angeordnetes gleichmäßiges Faservlies 111a (21 und 22) oder 111c (24) einen Applikationsbereich oder eine Applikationszone 250 für biologisches Fluid. Typischerweise, mit Bezug auf die in den 21, 22 und 24 illustrierten Ausführungsformen, gibt es kein Bindeagens oder Bindung zwischen den Vliesen 111a, 111b und dem Medium 33, und der körperliche Kontakt zwischen den Vliesen und dem Medium 33 erlaubt effiziente Fluidverbindung.
Die Vorrichtung kann mindestens ein zusätzliches Medium umfassen, vorzugsweise mindestens eine im Wesentlichen impermeable Struktur oder Element, wie z. B. mindestens ein nicht-poröses Medium. Wie in den 21, 22 und 24 illustriert, umfasst die Vorrichtung 200 zusätzliche Medien 501 und 504, und die Vorrichtung 200 in den 22 und 24 umfasst ferner zusätzliche Medien 502 und 503. Vorzugsweise sind diese zusätzlichen Strukturen 501–504 nicht-poröse Medien, z. B. nicht-poröse Kunststoff-Flachmaterialien oder -Folien. Die Strukturen 501–504 in der Vorrichtung 200 und die Struktur 2 in der Vorrichtung 100 können die gleichen oder ähnlichen Medien umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen stellt ein zusätzliches Medium, z. B. ein nicht-poröses Medium 2 und 501–504, verringerte Verdampfung bereit, z. B. während biologisches Fluid, insbesondere Plasma, durch ein Vlies und/oder ein anderes poröses Medium passiert. Beispielsweise verringert mindestens ein nicht-poröses Medium 501–504 die Verdampfung, während Plasma durch das gleichförmige Vlies 111c und/oder 111a und das poröse Medium 33 passiert. Ähnlich kann das nicht-poröse Medium 2 die Verdampfung verringern, während Plasma durch das Vlies 1 und/oder 1111 passiert.
Ein nicht-poröses Medium kann Stützung für mindestens ein poröses Medium, z. B. für das gleichmäßige Vlies 111a, 111b, 111c und/oder das poröse Medium 33, und/oder Aufrechterhaltung des Kontakts bereitstellen und effiziente Fluidverbindung zwischen einer Mehrzahl von Medien erlauben, z. B. zwischen den Faservliesen 111a, 111b und dem porösen Medium 33 und/oder zwischen den Faservliesen 1 und 1111.
Mindestens ein Medium, z. B. ein nicht-poröses Medium, kann eine definierte Applikationszone zum Inkontaktbringen des schmelzgeblasenen Faservlieses mit dem biologischen Fluid bereitstellen. Bei einer Ausführungsform kann ein nicht-poröses Medium modifiziert sein, z. B. perforiert, wobei die Perforation(en) die definierte Applikationszone bereitstellen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines nicht-porösen Mediums zum Bereitstellen einer definierten Applikationszone liegt darin, die Trenneffizienz des Vlieses zu verbessern, indem mehr von der Probe Zutritt zum Inneren des Vlieses gestattet und die Oberflächenbenetzung des Vlieses minimiert wird.
Allgemein besitzt das schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies, welches eine Region zum Empfangen der biologischen Fluidprobe enthält, eine im Wesentlichen gleichmäßige Struktur. Während andere Faservliese, welche in der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung existieren können, vorzugsweise ebenfalls eine solche im Wesentlichen gleichmäßige Struktur aufweisen, ist dies in vielen Anwendungen weniger kritisch. So weisen z. B. bei den in den 17–24 und 26–32 dargestellten Ausführungsformen die Nonwoven- Vliese 1 und 111a derartige im Wesentlichen gleichmäßige Strukturen auf. Während die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung andere poröse Medien umfassen kann, welche schmelzgeblasene Nonwoven-Faservliese sein können, und obschon derartige andere schmelzgeblasene Nonwoven-Faservliese, wie z. B. die Nonwoven-Vliese 1111, 111b und 111c der in den 20–24 und 27 dargestellten Ausführungsformen, nicht unbedingt im Wesentlichen gleichmäßige Strukturen haben müssen, sind solche anderen porösen Medien vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen gleichmäßige schmelzgeblasene Nonwoven-Faservliese, insbesondere, wenn derartige poröse Medien, entweder stromabwärts oder stromaufwärts, in Fluidverbindung mit einer porösen Membran stehen, die Teil der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet.
Wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, erlauben schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservliese gemäß der Erfindung eine effiziente Abtrennung von Plasma oder Serum aus einem biologischen Fluid, z. B. Blut, und erlauben der Plasma- oder der Serumfront, schnell und im Wesentlichen gleichmäßig durch das Faservlies zu passieren. Ferner erlauben Ausführungsformen der Erfindung, eine ausreichende Menge an Plasma für einen diagnostischen Test aus einer Probe abzutrennen, die z. B. weniger als ca. 20 μl Blut umfasst. Beispielsweise kann eine ausreichende Menge an Plasma für einen diagnostischen Test aus einer Probe abgetrennt werden, die so wenig wie ca. 10 μl Blut umfasst. Ferner stellen Ausführungsformen der Erfindung eine effiziente Plasmatrennung aus Blutproben bereit, welche einen Bereich von Hämatokriten aufweisen, z. B. größer als ca. 30%. Beispielsweise kann eine effiziente Plasmatrennung aus Blutproben mit Hämatokriten im Bereich von über ca. 34% bis ca. 58% oder mehr erhalten werden. Typischerweise weisen Blutproben, die mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen in Kontakt gebracht werden, Hämatokrite im Bereich von ca. 38% bis ca. 46% auf.
Es gibt eine Vielfalt von Techniken zum Bestimmen der Plasmatrenneffizienz von erfindungsgemäß hergestellten Faservliesen, und es können vielfältige Typen von Blutproben durch die Durchführung dieser Bestimmungen evaluiert werden. Eine Blutprobe kann z. B. gewonnen werden durch Fingerbeerenpunktion; durch eine Kapillare, z. B. ein Mikrohämatokritröhrchen; oder sie kann einem Menschen oder Nicht-Menschen mittels einer Spritze abgezapft werden; oder sie kann aus gespendetem Blut entnommen werden, und mit dem Faservlies in Kontakt gebracht werden.
Beispielhaft kann, unter Verwendung der Konfiguration der Vorrichtung von 17 als Referenz, die Probe an das poröse Vlies 1 in dem Applikationsbereich 150 abgegeben werden. Wenn die Probe durch Inkontaktbringen des Vlieses mit einer Fingerbeerenpunktion appliziert wird, kann das Gewicht des Bluts durch Wiegen der Vorrichtung vor und nach der Applikation bestimmt werden. Alternativ kann das Blutvolumen mittels einer Pipette oder mit anderen geeigneten Mitteln gemessen werden. Die applizierte Blutprobe kann in das poröse Vlies der Vorrichtung absorbiert werden, wonach eine in Längsrichtung entlang dem porösen Streifen von Vlies wandernde rote Zellenfront zu sehen ist. Nach einer kurzen Periode hört die Wanderung der roten Zellen auf, während das farblose Plasma seine Wanderung entlang der Länge des Streifens fortsetzt. Der Plasma enthaltende Bereich kann in oder als eine diagnostische Vorrichtung verwendet werden, z. B. um den in dem Plasma enthaltenen Anteil einer Komponente von Interesse zu bestimmen, oder für einen oder mehrere andere nützliche Zwecke.
Die Gewichte oder Volumina des gesammelten klaren Plasmas und die Effizienz, mit der das Plasma abgetrennt wurde, sind für die erfindungsgemäßen Plasmatrennvorrichtungen nach mindestens einer der nachfolgend beschriebenen Methoden bestimmt worden.
Bei Methode #1 kann das Taragewicht der Vorrichtung vorab bestimmt werden, wobei die Blutprobe dann so nahe wie möglich an einem Ende des Streifens aufgebracht wird. Sobald zu beobachten ist, dass die Wanderung aufhört, kann die Vorrichtung geschnitten oder auf andere Weise getrennt werden, um einen Abschnitt bereitzustellen, der nur klares Plasma enthält. Das Gewicht w₄ des gesammelten klaren Plasmas kann dann wie folgt bestimmt werden:

(A) Berechnen des Gewichts des gesammelten Plasmas: W₁ = Taragewicht des Teststreifens, g. W₂ = Gewicht des Teststreifens nach Applikation der Blutprobe; somit ist das Gewicht des aufgebrachten Bluts W = W2 – W1. L₁ = Länge des Testreifens, cm. L₂ = Länge des Abschnitts, der so geschnitten ist, dass er nur klares Plasma enthält. W₃ = Gewicht des Abschnitts, der so geschnitten ist, dass er nur klares Plasma enthält. Das Taragewicht des Abschnitts, der so geschnitten ist, dass er nur klares Plasma enthält, ist dann
und somit ist das Gewicht des gesammelten Plasmas
(B) Berechnen der Effizienz, mit der das Plasma gesammelt wurde. Das Gewicht W₅ an Plasma in einer Blutprobe mit einem Hämatokrit H% und einem Gewicht W ist WS = W(1 – H100 ) Die Plasmasammeleffizienz ist somit

Bei Methode #2 kann der abgeschnittene, das Plasma enthaltende Abschnitt gewogen, dann mit Kochsalzlösung und dann mit Wasser gewaschen und so dann getrocknet und erneut gewogen werden, um eine Berechnung des Gewichts des gesammelten Plasmas zu erlauben.
Bei Methode #3 kann die Plasmasammeleffizienz definiert werden als die von dem Plasma benetzte Länge des Abschnitts des Testreifens dividiert durch die gesamte benetzte Länge des Teststreifens, multipliziert mit 100, um die Effizienz ausgedrückt in Prozent (%) zu erhalten. Die gesamte von der Blutprobe benetzte Länge ist die Summe der von dem Plasma benetzten Länge und der von den roten Blutzellen benetzten Länge.
Die oben beschriebenen Assay-Methoden sollten mit angemessener Sorgfalt durchgeführt werden, um Fehler infolge Verdampfung zu minimieren, indem die Zeit, über die die Proben der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt sind, begrenzt wird und so Fehler infolge Verdampfung auf ein vernachlässigbares Niveau reduziert werden. Fehler infolge Verdampfung werden bei der in 28 illustrierten Konfiguration minimiert.
Bei jeder der Methoden kann die Plasmasammeleffizienz berechnet werden, vorausgesetzt, der Hämatokrit (H%) des Bluts wurde bestimmt.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung stellen erfindungsgemäß hergestellte Vliese eine effiziente Plasmatrennung bereit unter Verwendung einer einzigen Lage von Vlies. Die Vliese gemäß vorliegender Erfindung stellen eine effiziente Plasmatrennung bereit, wenn die Plasmaströmung parallel oder senkrecht zur Faserorientierung gerichtet ist. Wenn die Länge des Teststreifens in der Quermaschinenrichtung (CMD) verläuft, tendiert das Plasma dazu, näher an parallel zu der Faserrichtung zu strömen, und somit wird die Trennung im Allgemeinen in einer kürzeren Zeit vollendet. Wenn die Länge des Streifens in der Maschinenrichtung (MD) verläuft, d. h. senkrecht zu der Orientierung eines größeren Teils der Fasern, wird die Trennung in einer längeren Zeit vollendet.
Beispielhaft kann ein Vlies, wie früher beschrieben, so hergestellt werden, dass 90% der Fasern einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als das ca. 3-fache des minimalen Faserdurchmessers beträgt.
Die Länge des Vlieses kann in der Maschinenrichtung oder in der Quermaschinenrichtung verlaufen. Nach Inkontaktbringen des Vlieses mit Blut mit einem Hämatokrit von z. B. ca. 38% bis ca. 45% ist die Plasmasammeleffizienz typischerweise größer als ca. 15% für beide Typen von Vlies. Bei einigen Ausführungsformen kann die Plasmasammeleffizienz größer als ca. 25% für beiden Typen von Vlies sein.
Vorzugsweise, mit Bezug auf Strömung parallel zur Faserorientierung, kann die Plasmasammeleffizienz größer als ca. 30% und größer als ca. 40% sein. Mit Bezug auf Strömung senkrecht zur Faserorientierung kann die Plasmasammeleffizienz vorzugsweise größer als ca. 20% sein, wobei in manchen Ausführungsformen die Effizienz größer als ca. 25% sein kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Streifen, wie er z. B. in 17 gezeigt ist, verwendet werden, um die Abtrennung von Plasma aus Blut mit den konventionellen Mitteln für diagnostische Testung, wie oben beschrieben, zu kombinieren. Beispielsweise können proteinbeschichtete Partikel, welche für eine diagnostische Funktion verwendet werden, auf dem porösen Streifen in der konventionellen Weise, an einer Lokalisation relativ näher am Zentrum als an einem der Enden, platziert sein. Eine Blutprobe kann in der Nähe eines Endes platziert werden, und das Plasma fließt durch Dochtwirkung den roten Zellen voraus, nimmt die präplatzierten Partikel auf und bewegt sich weiter bis zu dem gegenüberliegenden Ende, wo eine Diagnose durchgeführt werden kann; z. B. spektrophotometrisch oder durch einen Farbwechsel oder andere Mittel, die auf dem Fachgebiet der Diagnosetechnik bekannt sind. Insbesondere kann von einer solchen Vorrichtung erwartet werden, dass sie als eine diagnostische Vorrichtung gut funktioniert, selbst wenn im Gebrauch die nachlaufenden roten Zellen über den zentralen Bereich passieren, in dem die proteinbeschichteten Partikel deponiert wurden.
Weil verschiedene Ausführungsformen der Erfindung das Passieren des Plasmas durch Regionen des Vlieses, welche ein oder mehrere präplatzierte Reagenzien, einschließlich lösliche Reagenzien, aufweisen, und/oder das Passieren des Fluids durch eine Mehrzahl von porösen Medien umfassen können, stellen die schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliese gemäß der Erfindung einen optimalen Bereich von Lateralflusszeiten (LFTs) für die gewünschte Ausführungsform bereit. Als Beispiel: während Plasma schnell durch das Faservlies passiert, z. B. den roten Blutzellen voraus, sollte der LFT-Wert nicht so klein sein, dass er darin fehlschlägt, ein präplatziertes Reagens zu lösen, und/oder dass er darin fehlschlägt, eine ausreichende Menge an Plasma von den roten Zellen zu trennen. Zusätzlich sollte – konsistent mit der Auflösungszeit oder ähnlichen Anforderungen – der LFT-Wert so klein wie möglich sein, um dem Nutzer des Tests zu erlauben, so schnell wie möglich zu einem Resultat zu kommen.
Es versteht sich, dass die gleichmäßige Struktur von Vliesen gemäß der Erfindung diese ferner geeignet macht, vorab abgetrenntes Plasma oder Serum zu prozessieren, weil das abgetrennte Plasma schnell und im Wesentlichen gleichmäßig durch das Faservlies passiert.
Erfindungsgemäß umfassen die schmelzgeblasenen Faservliese Fasern mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Faserdurchmesser, wobei z. B. 90% der Fasern des Vlieses einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das 3-fache des minimalen Faserdurchmessers beträgt, z. B. einen maximalen Faserdurchmesser von nicht mehr als ca. dem 2,5-fachen des minimalen Faserdurchmessers oder einen maximalen Faserdurchmesser von nicht mehr als ca. dem 2,2-fachen des minimalen Faserdurchmessers.
Bei einer mehr bevorzugten Ausführungsform weisen 90% der Fasern des Vlieses einen Durchmesser auf, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das 2-fache beträgt, z. B. einen maximalen Faserdurchmesser von nicht mehr als ca. dem 1,8-fachen des minimalen Faserdurchmessers oder einen maximalen Faserdurchmesser von nicht mehr als ca. dem 1,6-fachen des minimalen Faserdurchmessers. Bei einigen Ausführungsformen können 90% der Fasern des Vlieses einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das 1,5-fache des minimalen Faserdurchmessers beträgt.
Erfindungsgemäß können Vliese erzeugt werden, welche Fasern umfassen, die einen ausgewählten, im Wesentlichen gleichmäßigen Faserdurchmesser aufweisen. Der Faserdurchmesser wird bestimmt wie früher beschrieben.
Beispielsweise können Vliese gemäß der Erfindung erzeugt werden, welche Fasern umfassen, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser im Bereich von ca. 0,5 μm oder weniger bis ca. 20 μm oder mehr aufweisen. Mehr bevorzugt liegt der durchschnittliche Faserdurchmesser in einem Bereich von ca. 0,7 μm bis ca. 15 μm, noch mehr bevorzugt ca. 0,7 μm bis ca. 10 μm. Bei einigen Ausführungsformen ist der Bereich ca. 1 μm bis ca. 7 μm, z. B. ca. 2 μm bis ca. 6 μm. Bei einer Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes Vlies Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ca. 2 μm. Beispielsweise umfassen erfindungsgemäße Vliese Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von ca. 1,9 μm, ca. 1,8 μm oder ca. 1,6 μm.
Bei einer anderen Ausführungsform weisen die Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von ca. 1,5 μm oder weniger und in einigen Ausführungsformen von ca. 1 μm oder weniger auf. Beispielhaft umfassen erfindungsgemäße Vliese Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von ca. 1,3 μm, ca. 1,1 μm oder ca. 0,9 μm.
Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen, welche zwei oder mehr Faservliese umfassen, mindestens zwei der Vliese Fasern umfassen können, die verschiedene durchschnittliche Faserdurchmesser aufweisen.
Erfindungsgemäß erzeugte Vliese können eine Vielfalt von Flächengewichten aufweisen. Beispielhaft kann das Flächengewicht im Bereich von ca. 0,001 g/cm² (ca. 1 g/ft²) oder weniger bis ca. 0,05 g/cm² (ca. 50 g/ft²) oder mehr angesiedelt sein. Bei einigen Ausführungsformen beträgt das Flächengewicht ca. 0,03 g/cm² (ca. 30 g/ft²) oder weniger. Mehr bevorzugt beträgt das Flächengewicht ca. 0,02 g/cm² (ca. 20 g/ft²) oder weniger, z. B. im Bereich von ca. 0,002 g/cm² bis ca. 0,012 g/cm² (ca. 2 bis ca. 12 g/ft²). Typische Flächengewichte umfassen ca. 0,002 g/cm², ca. 0,004 g/cm² (ca. 4 g/ft²), ca. 0,005 g/cm² (ca. 5 g/ft²), ca. 0,006 g/cm² (ca. 6 g/ft²) und ca. 0,011 g/cm² (ca. 10 g/ft²). Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen, welche zwei oder mehr Faservliese umfassen, mindestens zwei der Vliese verschiedene Flächengewichte aufweisen können.
Das vorliegende erfindungsgemäße schmelzgeblasene Nonwoven-Faservlies ist vorzugsweise ferner im Wesentlichen frei von seilartiger Verdrillung, Verzwillingung, Streifigkeit und Shot und kann bei mehr bevorzugten Ausführungsformen, wie früher beschrieben, gekennzeichnet sein durch eine Zugfestigkeit in einer ersten Richtung von mindestens ca. dem 1,2-fachen der Zugfestigkeit in einer zweiten Richtung 90° zu der ersten Richtung.
Die schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliese gemäß vorliegender Erfindung weisen vorzugsweise ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen auf. Bei einigen Ausführungsformen, z. B. in den Fällen, in denen es wünschenswert ist, einen spezifizierten Bereich von LFT-Werten zu erhalten, können die erfindungsgemäßen Vliese mit einem vorgewählten, im Wesentlichen gleichmäßigen Hohlraumvolumen erzeugt werden, um einen gewünschten LFT-Wert zu erhalten. Ein Protokoll zum Bestimmen der Lateraldiffusion der vorliegenden schmelzgeblasenen Vliese ist früher beschrieben worden, unter Verwendung einer Vorrichtung wie in 8 illustriert.
Erfindungsgemäß weisen die vorliegenden schmelzgeblasenen Vliese vorzugsweise ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen von mindestens ca. 40%, z. B. im Bereich von ca. 45% bis ca. 98% auf. Das Hohlraumvolumen kann bestimmt werden wie früher beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen variieren die Hohlraumvolumina der erfindungsgemäßen Produkte um ca. 3% oder weniger, z. B. ca. 0,2% oder weniger, von Flachmaterial zu Flachmaterial, bei Messung über eine Fläche von 100 cm².
Bei einigen Ausführungsformen weisen die vorliegenden schmelzgeblasenen Vliese vorzugsweise ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen im Bereich von ca. 60% bis ca. 94% und mehr bevorzugt im Bereich von ca. 65% bis ca. 90% auf. Beispielhaft können schmelzgeblasene Vliese gemäß der Erfindung im Wesentlichen gleichmäßige Hohlraumvolumina im Bereich von ca. 70% bis ca. 85%, z. B. ca. 74%, ca. 77%, ca. 78%, ca. 80%, ca. 82% oder ca. 85% aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen können schmelzgeblasene Vliese gemäß der Erfindung ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen im Bereich von ca. 75% bis ca. 85%, mehr bevorzugt im Bereich von ca. 77% bis ca. 83% aufweisen. Bei einer Ausführungsform weisen schmelzgeblasene Vliese gemäß der Erfindung ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen im Bereich von ca. 78% bis ca. 81% auf.
Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen, welche zwei oder mehr Faservliese umfassen, mindestens zwei der Vliese unterschiedliche Hohlraumvolumina aufweisen können.
Schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservliese gemäß der Erfindung weisen vorzugsweise eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf. Beispielhaft können erfindungsgemäße Vliese Dicken im Bereich von weniger als ca. 0,005 cm bis ca. 0,5 cm oder mehr umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Faservlies zwar ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen, jedoch kann ein Bereich des Vlieses komprimiert sein, um die Prozessierungseffizienz zu verbessern. Demgemäß kann ein Abschnitt oder Bereich des Vlieses ein anderes Hohlraumvolumen aufweisen als der Rest des Faservlieses.
Beispielsweise, wie in den 19 und 29–31 gezeigt, kann das Vlies 1 einen komprimierten Abschnitt 10 umfassen. Als Beispiel, mit Bezug auf 19: während der Bereich des Vlieses, der nicht komprimiert ist, z. B. links von Abschnitt 10, ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen aufweist, z. B. ca. 75% oder ca. 80%, weist der Bereich des Vlieses innerhalb des Abschnitts 10 ein kleineres Hohlraumvolumen auf, z. B. weniger als ca. 60%.
Wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, wird bei einigen Ausführungsformen, z. B. bei der in 19 dargestellten Ausführungsform, wobei ein weiteres Medium 3, z. B. eine mikroporöse Membran stromabwärts des Vlieses angeordnet ist, wobei ein Bereich 5 des Mediums 3 sich über den Rand des Vlieses 1 hinaus erstreckt, eine Probe von biologischem Fluid, z. B. ein Tropfen von Fingerstichblut, mit dem Faservlies 1 in der Applikationszone 150 für biologi sches Fluid in Kontakt gebracht. Die Blutprobe wird fast augenblicklich in das poröse Medium 1 absorbiert, und rote Zellen, welche nicht in der Lage sind, die kleinen Poren der Membran zu penetrieren, werden zurückgehalten, während das Plasma durch die Faserbindung passiert und lateral entlang der Membran 3 diffundiert, so dass eine mit optisch transparentem Plasma gesättigte Membran bereitgestellt wird und somit die Detektion und Identifikation von Analyten in dem Plasma durch z. B. Infrarotspektroskopie möglich wird. Die Funktion des komprimierten Abschnitts 10 liegt darin zu verhindern, dass Blutzellen lateral durch das Vlies 1 auf den Bereich 5 des Mediums 3 sickern. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Bereich des komprimierten Abschnitts 10 hydrophob gemacht werden, um das laterale Durchsickern von zellulärem Material durch das Vlies weiter zu minimieren.
Bei einer Variation dieser Methode ist eine Stützstruktur 2 (wie in 25 illustriert) ein perforierter nicht-poröser Streifen, der z. B. aus einem Kunststoff-Flachmaterial geschnitten ist. Wenn das Plasma innerhalb der Membran 3 diffundiert, kann eine chromatographische Trennung stattfinden. Eine chromatographische Trennung kann z. B. infolge von Größenunterschieden (z. B. Bakterien oder Viren) oder infolge von unterschiedlichen Oberflächenaffinitäten stattfinden. Sodann können Proben an jeder der Perforationen genommen und durch eine Polymerasekettenreaktion (PCR) amplifiziert werden. Es kann eine spektrographische Analyse der in der Membran enthaltenen Plasmafraktion über eine oder mehrere der Perforationen durchgeführt werden.
Bei anderen Ausführungsformen, wie z. B. in den 29–31 illustriert, kann der Bereich des Vlieses 1, der nicht komprimiert ist, z. B. beiderseits des Abschnitts 10, ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hohlraumvolumen aufweisen, z. B. ca. 75%, und der Bereich des Vlieses innerhalb des Abschnitts 10 kann ein kleineres Hohlraumvolumen aufweisen, z. B. weniger als ca. 60%. Wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, wird bei einigen Ausführungsformen eine Probe von biologischem Fluid, z. B. ein Tropfen von Fingerstichblut, mit dem Faservlies 1 in der Applikationszone 150 für biologisches Fluid in Kontakt gebracht. Während das Blut nach unten und lateral passiert und die Plasmafront den roten Zellen voraus passiert, passiert abgetrenntes Plasma durch das Vlies 1, in den Bereich 20 des Vlieses hinein. Jedoch verhindert der kompri mierte Abschnitt 10, dass Blutzellen lateral durch das Vlies 1 hindurch und in den Bereich 20 einsickern. Falls gewünscht, können das Plasma und/oder die im Plasma mitströmenden Analyten in dem Bereich 20 analysiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann Plasma aus dem Bereich 20 zur weiteren Verwendung und/oder Analyse abgezogen werden.
Beispielsweise kann, wie in den 29 und 30 gezeigt, eine Kapillare 400 mit der Vorrichtung 100 in Kontakt gebracht werden (wie durch den Pfeil gezeigt), so dass Plasma durch Kapillarwirkung von dem Bereich 20 in die Kapillare 400 geleitet werden kann. 30 zeigt Plasma, welches bis zu einem Niveau 110 in die Kapillare 400 passiert.
Bei einer alternativen Ausführungsformen, wie in 31 illustriert, umfasst die Vorrichtung 100, die Kapillare 400 vor dem Gebrauch einzuführen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 so konfiguriert sein, dass die Kapillare 400 nicht-permanent in das Vlies 1 oder zwischen das Vlies 1 und das nicht-poröse Medium 2 eingeführt wird, bevor ein Blutstropfen in der Applikationsbereich 150 platziert wird. Plasma, welches durch das Vlies in die Region 20 passiert, wird dann die Kapillare 400 füllen. Die Kapillare, nun mit Plasma befüllt, kann von der Vorrichtung abgezogen werden, wie durch den Pfeil in 31 gezeigt. Das abgetrennte Plasma und/oder die darin enthaltenen Analyten können wie gewünscht verwendet, z. B. analysiert werden.
Zusätzliche Medien
Vorzugsweise umfassen Vorrichtungen mindestens ein zusätzliches Medium, mehr bevorzugt zwei oder mehr Medien, welche mit den schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Vliesen der Erfindung assoziiert sind. Beispielsweise können Vorrichtungen mindestens ein Medium stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses 1, 1111, 111a oder 111c umfassen (wie z. B. in den 17, 20–22, 24 bzw. 26–32 illustriert). Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen die Vorrichtungen ein oder mehr Medien stromaufwärts der schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliese umfassen können. Eine Vielfalt von zusätzlichen Medien ist geeignet, wie im Folgenden ausführlicher dargestellt.
Eine Vorrichtung kann mindestens ein poröses Medium stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses umfassen, um Plasma oder Serum von dem Faservlies in und möglicherweise durch das oder die stromabwärts angeordneten Medien passieren zu lassen. Ähnlich kann eine Vorrichtung mindestens ein poröses Medium stromaufwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses umfassen, um Plasma oder Serum von dem oder den stromaufwärts angeordneten Medien in und möglicherweise durch das stromabwärts gelegene Faservlies passieren zu lassen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung mindestens ein nicht-poröses Medium stromaufwärts, stromabwärts und/oder sonstwie mit dem Faservlies assoziiert aufweisen, um z. B. mindestens eine verringerte Verdampfung und/oder Stützung, bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen hält mindestens ein nicht-poröses Medium den Kontakt zwischen einer Mehrzahl von Medien aufrecht. Das nicht-poröse Medium kann so konfiguriert sein, dass es eine definierte Applikationszone bereitstellt zum Inkontaktbringen des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses mit dem biologischen Fluid.
Mit Bezug auf diejenigen Ausführungsformen, welche die Verwendung von mindestens einem zusätzlichen porösen Medium umfassen, umfassen geeignete Medien Membranen, vorzugsweise mikroporöse Membranen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Membranen hydrophil.
Eine Vielfalt von Membranen ist für eine erfindungsgemäße Verwendung geeignet. Geeignete Membranen umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf beliebige konventionelle Membranen, welche in diagnostischen Prozeduren verwendet werden, z. B. um die Gegenwart von mindestens einem Analyten, z. B. von Glucose, Cholesterin und einem Serumenzym, zu bestimmen. Andere geeignete Membranen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Virus entfernende oder trennende Membranen.
Geeignete Membranen umfassen Nylon 66-Membranen, insbesondere diejenigen, welche gemäß US-Patent Nr. 4 340 479 hergestellt werden; und Virus entfernende oder trennende Membranen, insbesondere diejenigen, welche gemäß den veröffentlichten UK-Patentanmeldungen GB 2 266 851 A und GB 2 285 010 , der parallel anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 08/327 622, eingereicht am 24. Oktober 1994, und der parallel anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 07/882 473 hergestellt werden.
Beispielhafte Virus entfernende Membran umfassen Ultrafiltrations-/Diafiltrationsmembranen, welche gemäß der UK-Patentanmeldung GB 2 266 851 A hergestellt werden und in der Lage sind, monodisperse Latexpartikel von 0,02 μm Durchmesser auszuschließen und welche ohne Verlust derartiger Ultrafiltrationseigenschaften getrocknet werden können und welche, nachdem sie mindestens einen Nass/Trocken-Zyklus durchlaufen haben, eine K_UF-Fließrate von unter 50 cm³/min pro ft² der Membran bei 10 psi unter Verwendung von mit Wasser gesättigtem 1-Butanol als die Benetzungsflüssigkeit und mit 1-Butanol gesättigtem Wasser als die Verdrängungsflüssigkeit bei Umgebungstemperatur aufweisen werden. Geeignete Ultrafiltrations-/Diafiltrationsmembranen umfassen Polysulfon-Membranen, z. B. Polyethersulfon- oder Polyphenylsulfon-Membranen, insbesondere solche mit Molekulargewichts-Trenngrenzen-Kenndaten von ca. 1000 Da bis ca. 20 000 Da und solche mit Molekulargewichts-Trenngrenzen-Kenndaten von ca. 20 000 bis 200 000 Da und welche in der Lage sind, monodisperse Latexpartikel mit einem Durchmesser größer als ca. 40 nm auszuschließen.
Andere beispielhafte Virus entfernende Membranen umfassen isotrope, hautlose Polyvinylidenfluorid-Membranen, insbesondere solche poröse Membranen, welche eine Titerreduktion von mindestens ca. 10⁸ gegen den Bakteriophagen T₁ und/oder einen K_UF-Wert von mindestens ca. 15 psi bei Testung unter Verwendung von Flüssigkeitspaaren mit einer Grenzflächenspannung von ca. 4 dyn/cm aufweisen. Die K_UF-Testmethode ist z. B. in der UK-Patentanmeldung Nr. 2 266 851 A beschrieben. Gemäß der K_UF-Testmethode wird die zu testende Membran zunächst gründlich benetzt mit einer Benetzungsflüssigkeit, welche die Membran vollständig zu benetzen vermag. Eine Verdrängungsflüssigkeit, welche mit der zum Benetzen der Membran eingesetzten Benetzungsflüssigkeit unmischbar ist, aber eine niedrige, stabile Grenzflächenspannung aufweist, wird in Kontakt mit der Stromaufwärtsseite der benetzten Membran gebracht. Sodann wird ein Druck auf die Verdrängungsflüssigkeit inkrementell aufgebracht, und der Fluss der Verdrängungsflüssigkeit durch die Membran wird als eine Funktion des aufgebrachten Drucks gemessen. Die Grenzflächenspannung zwischen den zwei Flüssigkeiten sollte ca. 10 dyn/cm (10 mN/m) oder weniger sein. Es kann ein Graph erstellt werden, in dem die Fließrate der Verdrängungsflüssigkeit durch die Membran pro Flächeneinheit der Membran als Funktion des aufgebrachten Drucks aufgetragen ist, und durch Anwendung der Regressionsanalyse kann eine gerade Linie durch den steilen Teil der resultierenden Kurve gezogen werden, welche die horizontale Achse bei einem gegebenen Druckwert schneiden wird. Dieser Schnittpunkt wird als der K_UF-Wert angesehen und steht in direkter Beziehung zu der Porengröße der Membran.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein poröses Medium stromabwärts eines schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses so angeordnet, dass Fluid, z. B. Plasma, von dem Vlies in das oder die stromabwärts angeordneten porösen Medien geleitet werden kann.
Beispielsweise, unter Bezugnahme auf die 19, 26 und 32, ist das zusätzliche Medium 3 vorzugsweise eine mikroporöse Membran, welche stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses 1 angeordnet ist. Ähnlich, unter Bezugnahme auf die 21 und 22, ist das poröse Medium 33, welches vorzugsweise eine mikroporöse Membran ist, stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses 111a angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das zusätzliche Medium ein weiteres schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Vlies. Demnach ist, wie in 24 gezeigt, das zusätzliche schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservlies 111a stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses 111c angeordnet. Ähnlich, wie in 27 gezeigt, ist das zusätzliche schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservlies 1111 stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses 1 angeordnet.
Wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, stellen das oder die stromabwärts angeordneten porösen Medien vorzugsweise eine Kapillaranziehung für das Plasma bereit, die höher ist als die Kapillaranziehung für das Plasma des stromaufwärts angeordneten Mediums. Demgemäß kann bei den in den 19–22, 24, 26 und 27 illustrierten Ausführungsformen das Plasma effizient aus dem Vlies 1, 11, 111a und 111c heraus geleitet werden.
Bei den in den 19, 26 und 32 illustrierten Ausführungsformen, wobei das Medium 3 ein poröses Medium umfasst, z. B. eine mikroporöse Membran, mehr bevorzugt eine hydrophile Membran, noch mehr bevorzugt eine hydrophile Nylon-Membran (19 und 32) oder eine PVDF-Membran (26), ist das Medium 3 stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses 1 angeordnet. Bei der in 32 illustrierten Ausführungsform ist das Medium 3 zwischen die schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliese 1 und 1111 zwischengeschaltet.
Das Medium 3 umfasst vorzugsweise ein poröses Medium, da es mit dem durch das Faservlies 1 passierenden Plasma gefüllt werden kann. Beispielsweise kann das poröse Medium 3 eine Porenstruktur aufweisen, welche die Penetration von roten Blutzellen in das Medium verhindert. Somit kann am Übergang zwischen dem Faservlies 1 und dem porösen Medium 3 das poröse Medium 3 als ein Filter wirken, um rote Blutzellen aus dem Plasma abzutrennen, und das Plasma kann schnell in das Medium 3 eindiffundieren.
Die zweite Oberfläche 44 des Vlieses 1 und die erste Oberfläche 45 des Mediums 3 können im Wesentlichen überlappen. Bei einigen Ausführungsformen, wie in den 19, 26 und 32 gezeigt, kann sich ein Bereich 5 des Mediums 3 über das Vlies 1 hinaus erstrecken.
Beispielhaft, unter Bezugnahme auf 19, kann das Medium 3 mindestens die zweifache Länge des Vlieses 1 aufweisen, z. B. die 2- bis 5-fache Länge des Vlieses 1, so dass der Bereich 5 ungefähr die gleiche Länge aufweist wie das Vlies 1. Zusätzlich oder alternativ kann das Medium 3 breiter sein als das Vlies 1, um den Bereich 5 zu erzeugen.
Mit Bezug auf 26 kann die Länge und/oder Breite des Mediums 3 mehr als ca. das 2-fache der Länge und/oder Breite des Vlieses 1 betragen. Bei einer Ausführungsform gemäß 26 umfasst das Vlies 1 einen Probenapplikationsbereich von ca. 5 mm × 5 mm, und das Medium 3 hat eine Breite, die mindestens ca. das 3-fache der Breite des Vlieses 1 beträgt, um dem Plasma zu erlauben, in weniger als ca. 10 Sekunden in die Membran (Medium 3) zu passieren.
Es versteht sich, mit Bezug z. B. auf die 17, 18 und 28, wobei die Struktur 2 ein nicht-poröses Medium umfasst, dass der Analyt detektiert werden kann, nachdem das Plasma lateral durch das Faservlies 1 passiert ist.
Bei den Ausführungsformen, welche in den 19, 26 und 32 illustriert sind, sind das Vlies 1 und das Medium 3 sowie das Medium 3 und das Vlies 1111 (32) vorzugsweise mittels eines Bindeagens, z. B. einer Faserharzbindung, miteinander verbunden. Das Faserbindesystem kann sehr flexibel sein mit Bezug auf die Festigkeit der Bindung, die variiert werden kann durch Ändern der Anzahl und der Faserdurchmesser der Fasern, die bei Erweichung, z. B. Erhitzung, die Bindung bewirken. Somit kann die Bindung so eingestellt werden, dass das Vlies 1 und das Medium 3 und/oder das Medium 3 und das Vlies 1111 zu einer gewünschten Zeit leicht getrennt werden können. Es versteht sich, dass nach vollendeter Trennung der Plasma enthaltende Bereich, als Alternative, von dem rote Zellen enthaltenden Bereich abgeschnitten werden kann.
Als Beispiel: sobald das Plasma in das Medium 3 passiert ist, kann das Vlies 1 von demselben getrennt werden, und das Plasma in Medium 3 kann weiter prozessiert werden. Weil das abgetrennte Vlies beseitigt werden kann, bevor das Plasma weiter getestet wird, kann dies das Expositionsrisiko gegenüber durch Blut übertragene Krankheiten verringern.
Vorzugsweise ist bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen das Medium 3 ein poröses Medium umfasst, mindestens ein Bereich des Mediums 3 an das Faservlies gebunden durch ein Bindeagens, z. B. eine Faserharzbindung, welche zwischen die zweite Oberfläche 44 des Faservlieses 1 und die Stromaufwärtsoberfläche 45 des Mediums 3 zwischengeschaltet ist, wie z. B. in den Fi guren 19 und 32 gezeigt. Ähnlich, mit Bezug auf die in 20 illustrierte Ausführungsform, können die Faservliese 1 und 1111 über eine Faserharzbindung miteinander verbunden sein.
Als Beispiel: bei der Verwendung von zwei oder mehr Zerfaserern, wie früher, in dem Teil mit der Überschrift "Mehrlagige Produkte" beschrieben, kann einer der Zerfaserer dazu verwendet werden, das schmelzgeblasene Vlies herzustellen, und ein anderer Zerfaserer kann Bindeharzfasern auf dem schmelzgeblasenen Vlies deponieren, während es auf der Sammelvorrichtung gebildet wird.
Somit kann ein Harz zerfasert und auf der zweiten Oberfläche 44 des Vlieses 1 und/oder der Stromaufwärtsoberfläche 45 des Mediums 3 deponiert und für eine kurze Zeit erwärmt werden, um das Harz zu schmelzen, ohne die Oberflächen des Vlieses und des Mediums 3 zu erweichen. Das Vlies und das Medium können sanft zusammengedrückt werden, und die Wärme kann entfernt werden, um eine effektive und dauerhafte Bindung bereitzustellen.
Bei anderen Ausführungsformen, wie in den 21 und 22 illustriert, ist ein poröses Medium 33, mehr bevorzugt eine mikroporöse Membran, stromabwärts des Vlieses 111a angeordnet. Wie bei einigen der früher, in Verbindung mit den 19 und 26 beschriebenen Ausführungsformen, kann das stromabwärts angeordnete poröse Medium mit dem Plasma gefüllt werden, ohne dass rote Blutzellen in das Medium passieren. Im Gegensatz zu den in den 19 und 26 illustrierten Ausführungsformen können die in den 21 und 22 gezeigten Ausführungsformen jedoch so gestaltet sein, dass keine Haft- oder Faserharzbindung zwischen dem porösen Medium 33 und den Faservliesen 111a, 111b vorhanden ist.
Als Beispiel: mindestens ein nicht-poröses Medium 501 und/oder 504, z. B. eine Kunststofffolie mit einem Adhäsivmaterial, hält die Position des porösen Mediums 33 zwischen den Faservliesen 111a und 111b ohne eine Bindung zwischen Vlies 111a und 33 und ohne eine Bindung zwischen 33 und Vlies 111b aufrecht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das poröse Medium 33 zwischen den Faservliesen 111a und 111b so in Position gehalten, dass Bypassing des Mediums 33 minimiert oder verhindert wird. Das poröse Medium 33 kann sich seitlich über die seitlichen Ränder der Enden der Vliese 111a und 111b hinaus erstrecken (nicht gezeigt). Ferner sollte ein Abstand zwischen den Faservliesen 111a und 111b vorhanden sein, so dass die Vliese darin fehlschlagen, einander zu berühren, während sie über das zwischengeschaltete poröses Medium 33 in Fluidverbindung miteinander bleiben. Ähnlich, mit Bezug auf die in 24 illustrierte Ausführungsform, ist das poröse Medium 33 vorzugsweise so zwischen die Faservliese 111a und 111b zwischengeschaltet, dass keine Harzbindung zwischen 33 und den Vliesen 111a und 111b vorhanden ist. Vorzugsweise ist keine Bindung zwischen den Faservliesen 111c und 111a vorhanden. Beispielsweise hält mindestens ein nicht-poröses Medium, umfassend ein Adhäsivmaterial, mehr bevorzugt zwei nicht-poröse Medien 502 und 503, jeweils umfassend ein Adhäsivmaterial, die Vliese 111c und 111a in Fluidverbindung miteinander.
Bei einigen Ausführungsformen, wobei die Medien 3 und 33 eine Porenstruktur aufweisen, welche die Passage von roten und weißen Blutzellen blockiert, z. B. eine absolute Porengröße von ca. 5 μm oder weniger, mehr bevorzugt ca. 2 μm oder weniger, ist das in die Medien 3 und 33 eintretende Plasma im Wesentlichen zellfrei.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Medien 3 und 33 mit der Porenstruktur wie oben zusammengefasst besteht darin, dass die Medien eine Kapillaranziehung für das Plasma bereitstellen, welche höher ist als die des Faservlieses. Demgemäß erlaubt diese feinerporige Membran, das Plasma effektiv durch Dochtwirkung aus dem Faservlies 1 (19, 26 und 32) und 111a (21, 22 und 24) heraus zu ziehen oder zu saugen.
Bei einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Analyt in dem Faservlies 1 oder 111a detektiert werden, z. B. nach Exposition des oder der Analyten mit mindestens einem Reagens in dem Vlies. Typischerweise passiert jedoch mindestens ein Analyt mit dem Plasma in das oder die stromabwärts angeordneten Medien, und der Analyt kann in oder an dem oder den stromabwärts angeordneten Medien detektiert werden.
Beispielsweise, mit Bezug auf die in den 19 und 26 illustrierten Ausführungsformen, wobei das Medium 3 eine poröse Membran umfasst, mehr bevorzugt eine hydrophile Membran, z. B. eine hydrophile Nylon-Membran, z. B. eine gemäß US-Patent Nr. 4 340 479 hergestellte Membran, kann mindestens ein Analyt in dem im Wesentlichen zellfreien Plasma in dem Medium 3 analysiert werden, z. B. nach Exposition mit mindestens einem Reagens, welches in dem Medium 3 vorliegen kann, ohne Interferenz durch das zelluläre Material in der biologischen Fluidprobe. Es versteht sich, dass bei denjenigen Ausführungsformen, welche ein zusätzliches poröses Medium stromabwärts des Mediums 3 aufweisen, z. B. das Faservlies 1111, wie in 32 illustriert, mindestens ein Analyt in dem im Wesentlichen zellfreien Plasma in dem Vlies 1111 analysiert werden kann, ohne Interferenz durch das zelluläre Material in der biologischen Fluidprobe.
Ähnlich, mit Bezug auf eine Ausführungsform, die in 26 illustriert ist, wobei das Medium 3 eine Virus entfernende oder Virus fangende Membran umfasst, wie z. B. in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/327 622 und in der UK-Patentanmeldung GB 2 266 851 A beschrieben, kann mindestens ein Analyt in dem im Wesentlichen zellfreien Plasma in dem Medium 3 analysiert werden, ohne Interferenz durch das zelluläre Material in der biologischen Fluidprobe.
Eine Analyse umfasst typischerweise, ist jedoch nicht beschränkt auf kalorimetrische, spektrophotometrische, pH-, Leitfähigkeitstestung und/oder Amplifikation, um die Gegenwart des oder der Analyten zu evaluieren.
Mit Bezug auf die in den 21, 22 und 24 illustrierten Ausführungsformen, welche ein Passieren von plasmahaltigem biologischem Fluid von dem stromaufwärts angeordneten, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies 111a, durch das poröse Medium 33 hindurch und in das stromabwärts angeordnete, im Wesentlichen gleichmäßige Faservlies 111b hinein bereitstellen, stellt das Medium 33 ein Fangen oder Isolieren von mindestens einem in dem Plasma vorliegenden Analyten, insbesondere Viren, bereit. Bei einer Ausführungsform ist die Virus fangende Membran eine PVDF-Membran, hergestellt gemäß der US-Patentanmeldung Serial No. 08/327 622, und das stromabwärts angeordnete im Wesentlichen gleichmäßige Faservlies 111b ist ein schmelzgeblasenes Faservlies, welches wie oben beschrieben hergestellt wird.
Bei einer mehr bevorzugten Ausführungsform, wobei das plasmahaltige biologische Fluid, welches mit dem stromaufwärts angeordneten Faservlies 111a (21 und 22) oder 111c (24) in Kontakt gebracht wird, mehr ein zellhaltiges biologisches Fluid, z. B. ein Antikoagulans umfassendes Vollblut oder Fingerstichblut, als ein separiertes Plasma umfasst, lässt sich das stromaufwärts angeordnete Faservlies 111a oder 111c leicht körperlich trennen, um den zellhaltigen Bereich des Vlieses von dem Plasma enthaltenden Bereich des Vlieses zu entfernen.
Beispielhaft, unter Verwendung der Vorrichtung 200 von 22 als Referenz, wird ein Blutstropfen mit dem Faservlies 111a in der Applikationszone 250 in Kontakt gebracht, und das Blut diffundiert in das Vlies. Die Plasmafront wird, den roten Zellen voraus, durch das Vlies 111a passieren. Sobald die Plasmafront ausreichend durch das Vlies passiert ist, z. B. wenn das Plasma das poröse Medium 33 erreicht, aber noch bevor die roten Zellen die Lokalisation A erreichen, wird das Vlies 111a an der Lokalisation A geschnitten, um den zellhaltigen Abschnitt zu entfernen. Das separierte Plasma wird weiter, via Kapillarwirkung, durch das stromaufwärts angeordnete Vlies 111a und durch das Analyt fangende Medium 33 hindurch und in das stromabwärts angeordnete Vlies 111b hinein passieren gelassen. Der oder die Analyten, z. B. Viren, welche von dem Medium 33 gefangen werden, können später bestimmt werden, vorzugsweise nachdem der Analyt lysiert und die Nucleinsäure des Analyten amplifiziert wurde.
Mit Bezug auf die in den 21, 22 und 24 illustrierten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Analysieren des Analyten ferner vorzugsweise das Passieren von mindestens einer Wasch- und/oder Pufferlösung durch die Vorrichtung, vorzugsweise ohne die Verwendung von Luft- oder Flüssigkeitsdruck zum Passieren der Wasch- und/oder Pufferlösung hierdurch. Demgemäß, vorzugsweise nachdem das Plasma das Medium 33 benetzt hat, wird die Vorrichtung 200 in einen Behälter platziert, der geeignet ist, Pufferlösung aufzunehmen, wie in 23 gezeigt, derart, dass das Faservlies 111a, z. B. der Plasma enthaltende Bereich des Vlieses, der nach dem Schneiden an der Lokalisation A zum Entfernen der roten Zellen übrig bleibt, dem Boden des Röhrchens zugewandt ist, und das distale Ende des Faservlieses 111b (das Ende, welches das Medium 33 nicht berührt) dem oberen Teil des Röhrchens zugewandt ist.
Bei einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann sich das distale Ende von 111b über den oberen Teil des Röhrchens hinaus erstrecken, wodurch ein schnelleres Verdampfen der Wasch- und/oder Pufferlösung bereitgestellt werden kann. Nachdem die Lösung(en) ausreichend durch Dochtwirkung durch die Vorrichtung 200 geleitet oder diffundiert wurden, wird die Vorrichtung aus dem Röhrchen entnommen und das Medium 33 wird von den Faservliesen 111a und 111b getrennt.
Der oder die Analyten, welche in oder an dem Medium 33 gefangen oder isoliert werden, können nachfolgend detektiert werden. Vorzugsweise, wenn der gefangene Analyt mindestens ein Virus umfasst, wird das Virus lysiert, um die virale Nucleinsäure freizusetzen, und mindestens ein Teil der viralen Nucleinsäure wird amplifiziert, vorzugsweise über eine Polymerasekettenreaktion, und detektiert. Die Gegenwart dieses Teils der viralen Nucleinsäure zeigt die Gegenwart des Virus an. Das Lysieren, Amplifizieren und Detektieren kann durchgeführt werden, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Verwendung von mindestens einer Wasch- und/oder Pufferlösung die Entfernung und/oder Inaktivierung von unerwünschtem Material vor Bestimmung der Gegenwart des Analyten bereitstellen. Beispielsweise kann, nachdem ein Analyt wie ein Virus in oder an dem Medium 33 gefangen wurde, die Wasch- und/oder Pufferlösung unerwünschtes Material abtrennen und/oder inaktivieren, z. B. mindestens eine der Komponenten, welche sind Detergens, Proteinkomplex, RNase, DNase oder Enzyminhibitor. Weil z. B. dieses unerwünschte Material mit der Polymerasekettenreaktion interferieren und dadurch zu ungenauen Resultaten führen könnte, kann die Wasch- und/oder Pufferlösung das interferierende Material entfernen oder inaktivieren, und der Analyt kann amplifiziert und genau bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen es z. B. erwünscht sein kann, ein erhöhtes Volumen an Wasch- und/oder Pufferlösung zu verwenden, kann sich das distale Ende des Vlieses 111b über den oberen Bereich des Behälters 500 hinaus erstrecken, um schnelleres Verdampfen der Lösung zu erlauben. Dies erlaubt es, zusätzliches Fluid zu dem Behälter 500 hinzuzugeben und durch Dochtwirkung durch die Vorrichtung 200 zu leiten.
Wie früher angegeben, umfassen gewisse Ausführungsformen der Erfindung die Verwendung von mindestens einem nicht-porösen Medium. Beispielsweise können die Struktur 2 (17–20 und 26–32) und die Strukturen 501–504 (21, 22 und 24) nicht-poröse Medien umfassen. Typischerweise ist mindestens ein nicht-poröses Medium eine Kunststofffolie oder -Flachmaterial, z. B. eine Polyesterfolie wie Mylar^TM und dergleichen. Allgemein, wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, stellt mindestens ein nicht-poröses Medium Stützung für die Vorrichtung bereit und/oder minimiert die Verdampfung von biologischem Fluid, speziell Plasma, während es durch die Vorrichtung passiert.
Beispielsweise kann es erwünscht sein, ein nicht-poröses Medium zur Stützung bereitzustellen, insbesondere, wenn das Faservlies und/oder die stromabwärts angeordnete Membran unzureichend steif ist und/oder beschädigt werden könnte, während z. B. die Analyse des Analyten durchgeführt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, Stützung bereitzustellen, um die leichte Durchführung einer automatisierten oder halbautomatisierten Analyse zu ermöglichen. Ferner kann mindestens ein nicht-poröses Medium eine leichte Handhabung der Vorrichtung bereitstellen, z. B. dadurch, dass es dem Benutzer erlaubt, die Vorrichtung zu halten, ohne mit dem benetzten oder unbenetzten porösen Medium in Kontakt zu kommen, oder es kann den Herstellungsprozess leichter oder effizienter machen.
Wie in 22 illustriert, umfasst die Vorrichtung 200 ein Medium 503, z. B. eine nicht-poröse Kunststofffolie, z. B. eine Polyesterfolie, zur Stützung. Ähnlich kann die Struktur 2 (in den 17–20 und 26–32) eine strukturelle Stütze für die Vorrichtung bereitstellen. Bei einer Ausführungsform umfasst das nicht-poröse Medium 503 (in den 22 und 24) ein Adhäsivmaterial, welches an die Faservliese 111a und 111b und das nicht-poröse Medium 504 bindet. Ähnlich umfasst das nicht-poröse Medium 2 ein Adhäsivmaterial, welches an die Faservliese 1 und 1111 (27) oder an das Faservlies 1 (28) bindet. Mit Bezug auf die 22 und 24 erlaubt diese Anordnung, d. h. wobei das Medium 503 ein Adhäsivmaterial umfasst, zusätzlich dazu, dass sie strukturelle Stütze für die Vorrichtung bereitstellt, ein leichtes Trennen des Mediums 33 von den Faservliesen 111a und 111b, wie im Folgenden ausführlicher dargestellt.
Alternativ oder zusätzlich, mit Bezug auf 22, erlaubt der Bereich des Mediums 503, der sich über das erste Faservlies 111a hinaus erstreckt, d. h. vor der Applikationszone 250 für biologisches Fluid, die Vorrichtung zu handhaben, ohne dabei mit dem oder den porösen Medien der Vorrichtung in Kontakt zu kommen. Beispielsweise kann nach Aufbringen eines Blutstropfens auf die Vorrichtung 200 in der Applikationszone 250 die Vorrichtung gehalten werden, ohne dass man mit den Fingern mit dem benetzten Vlies 111a in Kontakt kommt. Bei einigen Ausführungsformen, wie z. B. in 22 illustriert, kann sich das Medium 503 über das Vlies 111a und 111b hinaus erstrecken, so dass ein oder beide Fortsätze als Griff verwendet werden können. Eine derartige Anordnung kann z. B. nützlich sein, wenn man die Vorrichtung 200 an der Lokalisation A schneidet, so dass der sich über das Vlies 111b hinaus erstreckende Fortsatz von 503 als Griff verwendet werden kann.
Ähnlich, mit Bezug auf die 18, 20 und 28–32, kann sich ein Bereich der Struktur 2 über das Vlies 1 (18, 20 und 28–31) oder das Vlies 1111 (32) der Vorrichtung 100 hinaus erstrecken, um eine leichte Handhabung bereitzustellen. Die Struktur 2 kann sich in beliebiger Richtung über das Vlies 1 oder 1111 hinaus erstrecken, und sie kann sich in mehr als einer Richtung über das Vlies 1 oder 1111 hinaus erstrecken. Falls gewünscht, kann sich die Struktur 2 in 19 in einer oder mehreren Richtungen über das Medium 3 hinaus erstrecken, um einen besseren Griff bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen stellt das Medium 501 (wie in den 21, 22, 24 illustriert) und/oder die Struktur 2 (wie in den 27 und 28 illustriert), welche vorzugsweise nicht-poröse Medien, z. B. eine Kunststofffolie, umfassen, ferner eine Minimierung der Verdampfung des biologischen Fluids, z. B. des Plasmas, oder eines Teils hiervon bereit. Bei einigen Ausführungsformen erlaubt dies, mehr von dem biologischem Fluid zu trennen und durch das poröse Medium 33 (21, 22 und 24) oder das Faservlies 1 (27 und 28) passieren zu lassen. Noch mehr bevorzugt umfasst das Medium 501 ferner ein Adhäsivmaterial, welches das Medium 501 an die Faservliese 111a, 111b und an das poröse Medium 33 zu binden erlaubt.
Ähnlich kann die Struktur 2 ein Adhäsivmaterial umfassen, welches eine Bindung dieser Struktur an das Faservlies 1 und 1111 und/oder das poröse Medium 3 erlaubt, wie z. B. in 27 illustriert. Neben anderen Vorteilen und zusätzlich zur Bereitstellung von verringerter Verdampfung kann die Verwendung eines nicht-porösen Mediums mit einem Adhäsivmaterial die Möglichkeit minimieren, dass sich das poröse Medium 33 (21, 22 und 24) oder das Faservlies 1111 (27) in der Position verschieben, was die Wirksamkeit der Vorrichtung verringern könnte. Ferner kann die Verwendung eines nicht-porösen Mediums mit einem Adhäsivmaterial ein leichteres Trennen des porösen Mediums 33 von der Vorrichtung erlauben. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Faserharzbindung, wie früher beschrieben, verwendet werden, um mindestens ein Medium 501–504 oder eine Struktur 2 an die Vorrichtung zu binden. Beispielsweise kann das Medium 504 eine Faserharzbindung zwischen Medium 33 und Medium 504 umfassen, wobei die Anzahl und der Durchmesser der Fasern so eingestellt werden, dass die Medien 33 und 504 zu einer gewünschten Zeit getrennt werden können.
Bei den in den 21 und 22 illustrierten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 200 ein Medium 504, welches vorzugsweise ferner ein nicht-poröses Medium, z. B. eine Kunststofffolie, umfasst, und welches ferner eine Minimierung der Verdampfung des Plasmas bereitstellen kann. Mit Bezug auf eine Ausführungsform, welche in 22 illustriert ist, wobei alle die Medien 501, 504 und 503 nicht-poröse Medien umfassen, umfassen die Medien 501 und 503 vorzugsweise ein Adhäsivmaterial, das Medium 504 jedoch nicht. Demgemäß ist das Medium 501 an die Faservliese 111a, 111b und an das poröse Medium 33 gebunden und das Medium 503 ist an die Faservliese 111a, 111b und an das Medium 504 gebunden. Diese Anordnung erlaubt ein leichtes Trennen des porösen Mediums 33 von der Vorrichtung 200 zu einer gewünschten Zeit. So kann z. B. vor der Analyse des oder der in oder an dem Medium 33 gefangenen Analyten ein Bereich des nicht-porösen Mediums 501 ergriffen und abgezogen werden, um so das Medium 501 und das poröse Medium 33 von den Faservliesen 111a und 111b abzuziehen. Typischerweise wird nach dem Entfernen das poröse Medium 33 zusammen mit dem Medium 501 mindestens einem Reagens ausgesetzt, so dass der oder die gefangenen Analyten schließlich detektiert werden können.
Es sei angemerkt, dass mindestens eines der Medien 501 und 504 sich weiter entlang der Länge der Vorrichtung 200 erstrecken kann, um einen größeren Bereich der Oberfläche des Faservlieses 111a und/oder 111b zu bedecken, was die Verdampfung des biologischen Fluids weiter verringern kann. Die Struktur 2 kann ähnlich eingesetzt werden mit Bezug auf eine Bedeckung der Vliese 1 und/oder 1111 in der Vorrichtung 100, wie in den 27 und 28 illustriert.
Während es, mit Bezug auf die Vorrichtung 200, im Allgemeinen wünschenswert ist, die Verdampfung aus dem oder den Medien stromaufwärts des Faservlieses 111b (z. B. 111a und poröses Medium 33) zu verringern, kann jedoch bei einigen Ausführungsformen eine Verringerung der Verdampfung des Plasmas aus dem Faservlies 111b selbst weniger wünschenswert sein. Als Beispiel: weil die Verdampfung aus dem Faservlies 111b es erlauben kann, dass mehr Fluid durch das poröse Medium gewaschen wird und den gefangenen Analyten waschen kann, z. B. um unerwünschtes Material zu entfernen, kann es wünschenswert sein, eine derartige Verdampfung zuzulassen.
Wie im Folgenden ausführlicher dargestellt und wie in den 22 und 24 illustriert, kann ein zusätzliches Medium 502, welches auch ein nicht-poröses Medium, z. B. eine Kunststofffolie, umfassen kann, ebenfalls eine Minimierung der Verdampfung stromaufwärts des Faservlieses 111b bereitstellen. Mit Bezug auf 24 kann das zusätzliche Medium 502 ferner die Faservliese 111c und 111a in Position halten, um Fluidverbindung zwischen den Vliesen bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, eine definiertere Applikationszone für biologisches Fluid für die Vorrichtung bereitzustellen. Wenn es z. B. erwünscht ist, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass das biologische Fluid auf einen bestimmten Abschnitt des Vlieses aufgebracht wird, kann ein Medium 502, z. B. ein nicht-poröses Medium, mehr bevorzugt eine Polyesterfolie, angeordnet werden, wie in den 22 und 24 gezeigt. Dies kann besonders wünschenswert sein für weniger erfahrene Benutzer der Vorrichtung, die das biologische Fluid möglicherweise am falschen Ende der Vorrichtung auftragen. Ferner, unabhängig von der Erfahrung des Benutzers der Vorrichtung, kann es wünschenswert sein, die Nicht-Applikationszone des am weitesten stromaufwärts angeordneten Vlieses der Vorrichtung zu bedecken, da dies die Ausbreitung der Probe auf der Oberfläche des Vlieses minimieren kann. Demgemäß gelangt mehr von dem biologischen Fluid in das Innere des Vlieses, wodurch eine effizientere Plasmatrennung möglich wird.
Selbstverständlich kann es ferner wünschenswert sein, eine definiertere Applikationszone für biologisches Fluid mit Bezug auf die in den 17, 18, 20 und 29–32 illustrierten Ausführungsformen aus ähnlichen Gründen bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen, z. B. wie in 22 illustriert, kann das Medium 502 ferner eine Minimierung der Verdampfung bereitstellen.
Mit Bezug auf das Bereitstellen einer definierteren Applikationszone ist bei einer weiteren Ausführungsform ein schmelzgeblasenes, im Wesentlichen gleichmäßiges Faservlies an eine impermeable Struktur 2 gebunden in einer Konfiguration ähnlich der in 18 illustrierten. Jedoch bildet bei dieser alternativen Ausführungsform der Bereich der Struktur 2, der sich über das Vlies 1 hinaus erstreckt, die Applikationszone für biologisches Fluid. Beispielhaft wird ein Blutstropfen auf den erweiterten Bereich von Struktur 2 aufgebracht, um mit dem Faservlies 1 in Kontakt zu kommen, und das Blut kann durch Dochtwirkung lateral durch das Vlies geleitet werden.
Wie früher angemerkt, können einige Ausführungsformen der Erfindung die Verwendung von mindestens einem nicht-porösen Medium umfassen, z. B. eine Kunststofffolie, z. B. eine Polyesterfolie, um z. B. Stützung, minimale Verdampfung und/oder eine definierte Applikationszone bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen das nicht-poröse Medium so modifiziert oder konfiguriert sein, dass Zugang zu einem porösen Medium, z. B. dem Faservlies 1 oder einer Membran, bereitgestellt wird, z. B. um eine definierte Applikationszone bereitzustellen und/oder Probenahme oder Detektion des Analyten in dem porösen Medium zu erlauben.
Beispielhaft, mit Bezug auf 19, kann bei einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Struktur 2 ein nicht-poröses Medium ist, welches an das Faservlies 1 gebunden ist, das nicht-poröse Medium modifiziert, z. B. perforiert werden, bevor es mit dem Vlies 1 in Kontakt gebracht wird, so dass mindestens ein in das Vlies passierender Analyt detektiert werden kann. Beispielsweise kann, wie in 25 gezeigt, wobei die Struktur 2 ein nicht-poröses Kunststoff-Flachmaterial, z. B. eine Polyesterfolie, umfasst, die Struktur eine Reihe von Löchern 700 umfassen. Vorzugsweise sind die Löcher 700 etwas zentral entlang der Länge der Struktur 2 lokalisiert. Typischerweise sind die Lochdurchmesser in einem Bereich von ca. 0,1 mm bis ca. 1 mm angesiedelt.
Demgemäß, sobald die Struktur 2, umfassend Löcher 700, an das Faservlies 1 gebunden ist und nachdem das biologische Fluid das Vlies benetzt hat, können der oder die Analyten chromatographisch getrennt werden, z. B. infolge von Unterschieden in der Größe oder in ihren Oberflächencharakteristika. Von dem separierten oder gefangenen Analyten von Interesse, z. B. einem Virus, Bakterium oder einer Nucleinsäure, können durch aufeinanderfolgende Löcher 700 Proben genommen und identifiziert werden. Bei einigen Ausführungsformen können nicht-poröse Medien mit beiden Seiten des Faservlieses 1 in Kontakt stehen, und ein oder beide nicht-poröse Medien können Löcher 700 zur Probenahme umfassen. Selbstverständlich kann mindestens ein nicht-poröses Medium, welches Löcher 700 umfasst, gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel können die in den 19–22 und 24 illustrierten Vorrichtungen mindestens ein nicht-poröses Medium mit Löchern umfassen, z. B. für Probenahme oder Zugang zu einem Faservlies und/oder einer Membran.
Eine Vielfalt von anderen Ausführungsformen sind von der vorliegenden Erfindung umfasst. Vorrichtungen können so konfiguriert sein, dass eine unidirektionale Strömung bereitgestellt wird, wobei z. B. das biologische Fluid auf ein Ende der Vorrichtung aufgebracht wird; oder eine bi- oder multi-direktionale Strömung, wobei z. B. das biologische Fluid in einem mehr zentralen Bereich der Vorrichtung aufgebracht wird. Beispielsweise, mit Bezug auf die in 17 illustrierte Vorrichtung 100, kann die Applikationszone 150 für biologisches Fluid irgendwo entlang der Oberfläche des Vlieses 1 angeordnet sein.
Vorrichtungen können eine Mehrzahl von Faservliesen und/oder anderen Medien, speziell porösen Medien, z. B. Membranen, umfassen. Beispielsweise können eine Mehrzahl von schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservliesen in einer vertikalen oder horizontalen Konfiguration, wie z. B. in den 20 bzw. 27 illustriert, angeordnet sein. Die Vorrichtung kann Vliese in vertikaler und horizontaler Konfiguration umfassen. Verschiedene Vliese können z. B. verschiedene Hohlraumvolumina, Faserdurchmesser und/oder Reagenzien umfassen. Vliese können gebunden oder ungebunden sein. Die Vliese können direkt gebunden sein, z. B. mit einem Bindeagens zwischen den Vliesen, oder indirekt gebunden, z. B. mit einem Stützmedium. Beispielhaft, wie in 20 gezeigt, können die Faservliese 1 und 1111 über ein Bindeagens miteinander verbunden sein; alternativ, wie in 24 illustriert, können die Faservliese 111a und 111c über mindestens ein nicht-poröses Medium miteinander verbunden sein. Ähnlich, wie in 27 illustriert, können die Faservliese 1 und 1111 über mindestens ein nicht-poröses Medium miteinander verbunden sein.
Zusätzliche Faservliese und/oder andere poröse Medien können in Vorrichtungen gemäß vorliegender Erfindung umfasst sein. Vorrichtungen können ein oder mehrere Vliese und eine oder mehrere poröse Membranen umfassen. Verschiedene Vliese können z. B. mit Bezug auf mindestens eine der Eigenschaften, welche sind Hohlraumvolumen, CWST-Wert, Zetapotential, Proteinbindecharakteristika, Faserdurchmesser, Gewicht, Dicke und/oder Reagenzien, variieren. Ähnlich können bei den Ausführungsformen, welche ein oder mehrere andere poröse Medien, z. B. mikroporöse Membranen, umfassen, verschiedene poröse Medien z. B. mit Bezug auf Hohlraumvolumen, CWST-Wert, Zetapotential, Proteinbindecharakteristika, Dicke, Porosität und/oder Reagenzien variieren.
Es versteht sich, dass, da die Vorrichtungen für eine Vielfalt von diagnostischen Anwendungen geeignet sind, die Charakteristika eines Vlieses und/oder einer Membran von einer Vorrichtung zur anderen variieren können. Beispielhaft kann eine Vorrichtung zum Detektieren der Gegenwart von Faktor VIII ein Vlies mit einem CWST-Wert von ca. 74 bis ca. 76 dyn/cm umfassen und geeignete Proteinbindung bereitstellen. Eine alternative Vorrichtung zum Detek tieren der Gegenwart von Glycoproteinen (z. B. an roten Zellen) kann ein Vlies mit einem CWST-Wert von ca. 80 bis ca. 90 dyn/cm umfassen, ein positives Zetapotential aufweisen und eine erhöhte Proteinbindung bereitstellen.
Andere Ausführungsformen sind möglich. Beispielsweise sind bei einer Ausführungsform, welche die Verwendung von mindestens einem schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies in einer horizontalen Konfiguration ähnlich der in den 21 und 22 illustrierten umfasst, das stromaufwärts angeordnete Faservlies und die Membran so gestaltet, wie mit Bezug auf die besagten Figuren beschrieben, jedoch ist das am weitesten stromabwärts angeordnete poröse Medium nicht das schmelzgeblasene, im Wesentlichen gleichmäßige Faservlies 111b. Bei dieser Ausführungsform ist das am weitesten stromabwärts angeordnete poröse Medium ein drittes poröses Medium, welches ausreichend Kapillaranziehung für das Plasma oder das Serum aufweist, so dass das Fluid durch Dochtwirkung durch die Membran hindurch und in das stromabwärts angeordnete Medium hinein gezogen wird. Beispielhaft ist dieses stromabwärts angeordnete poröse Medium ein schmelzgeblasenes Faservlies, welches nicht im Wesentlichen gleichmäßig zu sein braucht.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung mindestens eine stromaufwärts angeordnete Membran und mindestens ein stromabwärts angeordnetes schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies. Beispielsweise kann eine Probe von einem biologischen Fluid, z. B. Blut, mit der Membran in Kontakt gebracht werden, und das Fluid kann durch Kapillarwirkung durch die Membran hindurch und in das stromabwärts angeordnete Vlies gezogen werden. Es kann wünschenswert sein, Hämolyse der roten Zellen in dem Blut zu verursachen, während es in die Membran passiert. Beispielsweise kann eine Membran mit einer Porengröße von ca. 0,65 μm Hämolyse der roten Blutzellen verursachen und glycosyliertes Hämoglobin freisetzen, während das Fluid durch die Membran und in das Vlies passiert. Das Hämoglobin kann dann detektiert werden.
Bei anderen Ausführungsformen, z. B. bei Ausführungsformen, welche die Verwendung von unlöslichen Partikeln umfassen, die in mindestens einem Vlies und/oder mindestens einer Membran, präplatziert sind, stellen die Vorrichtun gen eine "Fangzone" zum Detektieren der Gegenwart von mindestens einem Analyten bereit. Beispielsweise können ein oder mehrere poröse Medien ein oder mehrere präplatzierte unlösliche Partikel und lösliche Reagenzien umfassen. Die präplatzierten Partikel können von dem diffundierenden Testfluid zusammen mit jeglichem oder jeglichen löslichen Reagenzien aufgenommen werden, die dann zusammen mit dem reagierten Analyten in eine Fangzone diffundieren, wo die Mischung durch noch ein weiteres Reagens immobilisiert werden kann. Alternativ kann die Mischung durch die Konfiguration des porösen Mediums immobilisiert werden. Beispielsweise kann die Porenstruktur des porösen Mediums, z. B. die Porengröße oder der Porendurchmesser, groß genug sein, um unreagierte Partikel passieren zu lassen, aber klein genug, um aggregierte Partikel, welche den reagierten Analyten umfassen, zu fangen oder zu sieben. Unabhängig von dem Immobilisationsprotokoll kann die immobilisierte Mischung dann detektiert werden, um die Gegenwart des oder der Analyten zu bestimmen.
Beispielhafte Verwendungen
Die erfindungsgemäß hergestellten Vorrichtungen sind mit einer Vielfalt von diagnostischen Testungsprotokollen kompatibel, umfassend Nass- oder Trockenanalyse, kalorimetrische oder spektrophotometrische Analyse, Evaluierung von pH-Änderungen oder elektrischen Leitfähigkeiten und elektrochemische Analyse, z. B. Siliziumsubstrate und Biosensoren. Beispielsweise können schmelzgeblasene Faservliese, mit oder ohne zusätzliche poröse Medien, mit Elektrodenteststreifen für elektrochemische Sensoren verwendet werden. Beispielhafte elektrochemische Sensoren können für die amperometrische oder potentiometrische Detektion verwendet werden. Beispielhafte Biosensoren sind z. B. in den US-Patenten Nr. 4 545 382 und Nr. 5 262 067 , in den Europäischen Patenten Nr. 0 127 958 und Nr. 0 351 891 und in der Internationalen Veröffentlichung WO 94/27140 offenbart. Ein Beispiel für einen geeigneten Biosensor ist ein Glucosesensor.
Sie sind ferner kompatibel mit biotechnologiespezifischen Analyt-Detektionsprotokollen, z. B. Immunoassays und Amplifikationssprotokollen. Die vorlie gende Erfindung ist sowohl für humane als auch für veterinäre Anwendungen geeignet.
Die Vorrichtungen können mit automatisierten Systemen kompatibel sein. Beispielsweise können schmelzgeblasene Faservliese, mit oder ohne ein nicht-poröses Stützmedium und/oder zusätzliches poröses Medium, durch automatisierte Systeme geleitet werden, welche ein oder mehrere Reagenzien an eine oder mehrere gewünschte Regionen des oder der Vliese und/oder zusätzlichen porösen Medien ausgeben. Beispielhaft kann, nachdem eine Kunststoff-Stützlage mit einem oder mehreren schmelzgeblasenen Faservliesen verbunden wurde, ein automatisiertes System die Orientierung der Vorrichtung bestimmen und das Vlies/Kunststoff-Komposit unter eine Sprühvorrichtung leiten, welche die gewünschten Reagenzien ausgibt. Falls gewünscht, kann mindestens eine Kunststofflage auf einen anderen Bereich, z. B. auf die oberste Oberfläche, des Komposits aufgebracht werden, bevor es auf Breite geschnitten wird. Es versteht sich, dass die Vorrichtung ferner mit automatisierten Analysesystemen kompatibel sein kann, z. B. um die Testergebnisse nach Applikation des biologischen Fluids auf die Vorrichtung abzulesen.
Die vorliegende Erfindung ist geeignet, eine gewünschte Menge an prozessiertem Fluid bereitzustellen. Beispielsweise stellt, bei einigen Ausführungsformen, die vorliegende Erfindung eine gewünschte Menge an abgetrenntem Plasma bereit. Beispielsweise können einige Ausführungsformen der Erfindung ca. 3 μl oder mehr, z. B. ca. 30 μl, an abgetrenntem Plasma bereitstellen. Falls gewünscht, kann ein Teil des separierten Plasmas gesammelt und aus der Vorrichtung entfernt werden. Beispielsweise, wie früher angegeben, kann Plasma, welches in den Bereich 20 des Vlieses 1 (29–31) oder des Vlieses 1111 (32) passiert, in die Kapillare 400 passieren, die von der Vorrichtung entfernt werden kann.
Ein Verfahren stellt die Prozessierung eines plasmahaltigen biologischen Fluids bereit durch Inkontaktbringen von mindestens einem schmelzgeblasenen Vlies wie hierin beschrieben mit einem derartigen Fluid. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wobei das plasmahaltige biologische Fluid ferner ein zellhaltiges Fluid ist, z. B. Blut, umfasst das Verfahren das Inkontaktbringen des Vlieses mit Blut und Abtrennen von Plasma aus dem Blut. Noch mehr bevorzugt ist das abgetrennte Plasma im Wesentlichen zellfrei. Bei einigen Ausführungsformen wird mindestens ein Analyt von Interesse (z. B. in dem Plasma) in dem in dem schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies detektiert.
Erfindungsgemäße Verfahren können umfassen: Passierenlassen von Plasma von einem schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlies in ein oder mehrere zusätzliche poröse Medien stromabwärts des Vlieses. Beispielsweise, wie oben angegeben, kann Plasma von dem gleichmäßigen Faservlies durch Dochtwirkung aus dem Faservlies heraus in das oder die stromabwärts angeordneten Medien geleitet werden, und mindestens ein Analyt von Interesse kann in oder an dem oder den stromabwärts angeordneten Medien detektiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das Fangen oder Isolieren von mindestens einem Analyten in oder an einer mikroporösen Membran stromabwärts des schmelzgeblasenen, im Wesentlichen gleichmäßigen Faservlieses.
Mit Bezug auf die Analyt-Detektion in dem Vlies und/oder in oder an den stromabwärts angeordneten Medien können erfindungsgemäße Verfahren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: kalorimetrische, spektrophotometrische, pH- und/oder Leitfähigkeitstestung zur Evaluierung der Gegenwart des oder der Analyten. Die Gegenwart des oder der Analyten kann durch den vorhandenen Radioaktivitätslevel bestimmt werden. Ferner, wie im Folgenden ausführlicher dargestellt, kann das Verfahren das Fangen und/oder Isolieren von mindestens einem Analyten umfassen, gefolgt von Amplifizieren und Detektieren von mindestens einem Teil oder einer Komponente des Analyten, um die Gegenwart des oder der Analyten anzuzeigen. Typischerweise umfassen jene Ausführungsformen des Verfahrens, welches Amplifikation eines Teils des Analyten umfasst, das Lysieren von mindestens einem gefangenen Analyten, z. B. von einem Virus, um die virale Nucleinsäure, d. h. DNA oder RNA, freizusetzen, gefolgt von Amplifikation von mindestens einem Teil der Nucleinsäure. Vorzugsweise umfasst die Amplifikation die Verwendung einer Polymerasekettenreaktion, um einen Teil der Nucleinsäure zu amplifizieren.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung und sind selbstverständlich nicht so auszulegen, dass sie den Bereich der Erfindung einschränken.
Beispiele 57–62
In den folgenden Beispielen 57–62 werden die Faservliese mit Sauerstoffplasma behandelt, wie allgemein mit Bezug auf US-Patent Nr. 5 258 127 beschrieben.
Die Fasern werden modifiziert durch Exposition mit Sauerstoffplasma, erzeugt durch eine Eingangsleistung von 2 kW bei 40 kHz in einer 0,5 m³-Kammer für ca. 5 bis ca. 15 min bei einer Temperatur von ca. 50°C bis ca. 80°C bei einem Gasdruck von ca. 135 mTorr. Die Fasern werden modifiziert, wobei die Oberfläche des Vlieses ausgehend von seinem natürlichen hydrophoben Zustand so modifiziert wird, dass es hydrophil wird, derart, dass ein auf seine Oberfläche platzierter Wassertropfen schnell in seine Poren absorbiert wird. Nach Modifikation weist das Vlies einen CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm auf.
Beispiel 57
Es wird eine Vorrichtung konstruiert mit einer Konfiguration, die im Wesentlichen zu der in 22 illustrierten korrespondiert. Die stromaufwärts und die stromabwärts angeordneten Abschnitte von schmelzgeblasenen Faservliesen (111a bzw. 111b) wurden erfindungsgemäß hergestellt. Die Vliese, die jeweils Polybutylenterephthalat-(PBT-)Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ca. 1,1 μm umfassen, weisen jeweils ein Hohlraumvolumen von ca. 78% auf. Die Vliese sind ca. 0,018 cm dick. Jedes Vlies weist ein Flächengewicht von ca. 5 g/ft² auf. Nach Sauerstoffplasmabehandlung zeigen die Vliese einen CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm. Die Vliese werden auf eine Breite von ca. 8 mm getrimmt; das Vlies 111a wird auf eine Länge von ca. 20 mm getrimmt und das Vlies 111b wird auf eine Länge von ca. 30 mm getrimmt, wobei die Länge der Streifen parallel zur Faserorientierung verläuft.
Eine 0,004 cm dicke Polyvinylidenfluorid-(PVDF-)Membran (33) mit einem K_UF-Wert von ca. 17 psi wird hergestellt gemäß der veröffentlichten UK-Pa tentanmeldung GB 2 285 010 und wird zwischen die Enden der Faservliese zwischengeschaltet, wie unten erläutert. Die Membran wird auf eine Breite von ca. 5 mm und eine Länge von ca. 8 mm getrimmt.
Nicht-poröse Polyesterfolien, kommerziell erhältlich von der Firma Adhesive Research Inc. (Glen Rock, PA) als Arcare^TM unter den nachfolgend angeführten Teilenummern, werden verwendet, um die Medien 501–504 bereitzustellen. Die Polyesterstreifen 501 und 504 (Teilenr. 78-15), welche ein für den Einsatz im Diagnostikbereich geeignetes Adhäsivmaterial der Klasse AS 110 auf einer Seite umfassen, sind ca. 2 mil dick und ca. 10 mm lang. Der Polyesterstreifen 503 (Teilenr. 78-43), welcher ebenfalls ein für den Einsatz im Diagnostikbereich geeignetes Adhäsivmaterial der Klasse AS 110 auf einer Seite umfasst, ist ca. 3 mil dick und ca. 55 mm lang. Der Polyesterstreifen 502 (Teilenr. 77-59) ist ca. 1 mil dick und umfasst ein Adhäsivmaterial der Klasse AS 110. Der Polyesterstreifen 502 ist ca. 14 mm lang. Streifen von diesen Medien werden auf 8 mm Breite geschnitten.
Die Membran wird auf folgende Weise zwischen die Faservliese zwischengeschaltet. Der Polyesterstreifen 501 wird so platziert, dass die Adhäsivlage das Faservlies 111b berührt und überlappt, so dass es an ihn gebunden wird, wobei ein Bereich des Polyesterstreifens 501 sich über das Ende des Vlieses hinaus erstreckt. Die Membran 33 wird in Kontakt mit der Adhäsivlage von Polyesterstreifen 501 und Faservlies 111b gebracht, so dass ca. 2,5 mm der Membran das Ende von Vlies 111b berühren und überlappen.
Das Faservlies 111a wird in Kontakt mit der Adhäsivlage von 501 und Membran 33 gebracht, so dass ca. 2,5 mm der Membran das Ende von Vlies 111a berühren und überlappen. Die Membran 33 wird über die Adhäsivlage von 501 an den Streifen 501 gebunden, und die Faservliese 111b und 111b werden über die Adhäsivlage von 501 an den Streifen 501 gebunden. Die Membran 33 ist in körperlichem Kontakt mit den Vliesen 111a und 111b, aber es gibt kein Adhäsivmaterial zwischen der Membran 33 und den Vliesen. Zwischen den der Membran zugekehrten Enden der Faservliese 111a und 111b gibt es eine Distanz von ca. 2 mm.
Sodann wird der Polyesterstreifen 504 über die Enden der Vliese 111a und 111b und die zwischengeschaltete Membran 33 platziert. Die Adhäsivlage von 504 weist nach unten, so dass sie in Kontakt mit der Adhäsivlage von 503 gebracht werden kann. Die Adhäsivlage von 503 wird ferner mit den Vliesen 111a und 111b in Kontakt gebracht. Der Polyesterstreifen 502 wird auf das erste Faservlies 111a platziert, wie in 22 gezeigt, um eine Blutstropfen-Applikationszone von ca. 3 mm zu definieren und um Verdampfung und Oberflächenbenetzung zu minimieren.
Nach erfolgtem Zusammensetzen der Medien kann die Vorrichtung getrimmt werden, um eine Breite von ca. 5 mm bereitzustellen.
Ein Blutstropfen wird auf das erste Faservlies in der Blutapplikationszone platziert, und das Fluid tritt schnell in das Vlies ein. Innerhalb kurzer Zeit ist das stromaufwärts angeordnete Vlies vollständig benetzt, wobei die klare Plasmafront die Membran erreicht und die Front der roten Blutzellen nacheilt. Sobald das Plasma die Membran erreicht hat, wird der rote Blutzellen enthaltende Bereich des stromaufwärts angeordneten Vlieses abgeschnitten. Der verbleibende Teil des stromaufwärts angeordneten Vlieses zeigt keine rote Farbe.
Wie in 23 gezeigt, wird die Vorrichtung in ein Kunststoff-Teströhrchen 500 platziert, dessen Innendurchmesser ca. 7 mm und dessen Tiefe 90 mm beträgt. Das Röhrchen enthält ca. 40 μl einer Pufferlösung, physiologisch gepufferte Kochsalzlösung (PBS). Die Vorrichtung wird so in das Röhrchen platziert, dass der Schnittbereich des Vlieses nach unten weist und mit dem Boden des Teströhrchens und der Pufferlösung in Kontakt kommt. Das Plasma und die Pufferlösung werden durch Dochtwirkung durch das Faservlies 111a und die Membran 33 hindurch und in das Vlies 111b hinein gezogen. Nach ca. 4 h wird die Vorrichtung aus dem Röhrchen entnommen. Die PVDF-Membran 33 wird von den Faservliesen 111a und 111b entfernt durch Biegen der Enden der Vorrichtung, Ergreifen eines der Enden des Polyesterstreifens 501 mit einer Zange und Abziehen des Streifens 501. Der Streifen 501 löst sich leicht von den Faservliesen 111a und 111b, nicht aber von der Membran 33. Weil die adhäsive Seite des Streifens 501 mit der Mem bran 33 in Kontakt steht und die adhäsive Seite des Streifens 504 nicht, wird der Streifen 501 zusammen mit der Membran 33 von der Vorrichtung abgezogen.
Beispiel 58
Es wird eine Vorrichtung konstruiert mit einer Konfiguration, die im Wesentlichen zu der in 24 illustrierten korrespondiert. Die Vorrichtung wird ähnlich konstruiert wie in Beispiel 57 beschrieben. Die Vliese 111a und 111b sind wie im Wesentlichen in Beispiel 57 beschrieben, jedoch ist das Faservlies 111a ca. 15 mm lang, d. h. ca. 5 mm kürzer als das in Beispiel 57 verwendete. Die Vliese, welche jeweils Polybutylenterephthalat-(PBT-)Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ca. 1,1 μm umfassen, weisen jeweils ein Hohlraumvolumen von ca. 78% auf. Die Vliese sind ca. 7,2 mil (0,018 cm) dick. Jedes Vlies weist ein Flächengewicht von ca. 5 g/ft² auf. Nach Sauerstoffplasmabehandlung zeigen die Vliese einen CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm.
Das Faservlies 111c wird erfindungsgemäß hergestellt. Das Vlies, welches Polybutylenterephthalat-(PBT-)Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ca. 1,2 μm umfasst, weist ein Hohlraumvolumen von ca. 80% auf. Das Vlies ist ca. 0,040 cm dick, und das Gewicht beträgt ca. 10 g/ft². Das Vlies weist einen CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm auf. Das Vlies wird getrimmt, so dass die Länge ca. 8 mm beträgt.
Die PVDF-Membran und die Polyesterstreifen sind wie mit Bezug auf Beispiel 57 beschrieben. Jedoch ist der Polyesterstreifen 503 ca. 60 mm lang, so dass ferner Kontakt mit dem Faservlies 111c erlaubt wird. Die Medien werden miteinander in Kontakt gebracht, wie allgemein in Beispiel 57 beschrieben. Jedoch wird das Vlies 111c mit dem Vlies 111a und dem Polyesterstreifen 502 in Kontakt gebracht, bevor der Polyesterstreifen 503 oben auf die überlappenden Enden der Vliese 111c und 111a platziert wird. Der Streifen 503 haftet den Vliesen 111a, 111b und 111c an. Die Vliese 111c und 111a sind in körperlichem Kontakt, ohne eine Bindung zwischen ihnen.
Ein Tropfen Fingerstichblut wird auf das erste Faservlies 111c in der Blutapplikationszone aufgebracht, und das Fluid tritt schnell in das Vlies ein. Die klare Plasmafront passiert, den roten Zellen voraus, durch das Vlies 111c und 111a und kommt mit der PVDF-Membran 33 in Kontakt. Sobald das Plasma die Membran erreicht hat, wird der rote Blutzellen enthaltende Bereich des Vlieses 111a abgeschnitten, so dass das Vlies 111c und ein Bereich des Vlieses 111a von der Vorrichtung getrennt werden.
Die Vorrichtung wird mit einer Pufferlösung in Kontakt gebracht, und die Membran wird entfernt, wie mit Bezug auf Beispiel 57 beschrieben.
Beispiel 59
Es wird eine Vorrichtung konstruiert mit einer Konfiguration, die im Wesentlichen zu der in 19 illustrierten korrespondiert.
Es wird ein schmelzgeblasenes Faservlies 1 in der erfindungsgemäßen Weise hergestellt, umfassend PBT-Fasern mit einem Durchmesser von ca. 3 μm, mit einem Hohlraumvolumen von ca. 80%, einer Dicke von ca. 0,020 cm und einem Gewicht von ca. 0,0055 g/cm², wobei eine Polyethylen-Bindefaser auf einer Seite aufgebracht ist, wie in der Erfindung beschrieben. Dieses Vlies wird dann einer Sauerstoffplasmabehandlung auf einen CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm unterzogen. Das so gebildete Flachmaterial wird sodann geschnitten, um einen Streifen mit 16 mm Breite × 70 cm Länge bereitzustellen. Das Faservlies wird dann an seinen beiden Rändern so komprimiert, dass ein 1 mm breiter Bereich jedes Randes des Faservlieses komprimiert wird, wie in 19 gezeigt, um die Dicke an seinen Außenkanten um ca. 50% zu verringern.
In einem separaten Arbeitsgang wird ein Streifen von 50 mm Breite × 70 cm Länge aus einer Nylon-Membran mit einer Porengröße von 0,65 μm und einer Dicke von 0,005 cm, hergestellt gemäß US-Patent Nr. 4 340 479 , geschnitten. Die zwei Streifen werden dann zusammengesetzt, wobei der 25 mm-Nylon-Membranstreifen auf der Oberfläche einer Heizplatte abgelegt und der 16 mm breite Streifen von Faservlies dann mit seiner Bindefaserseite nach unten weisend zentral lokalisiert auf den Nylon-Membranstreifen gelegt wird. Sodann wird ein sanfter Druck ausgeübt, z. B. indem ein Aluminiumstab mit den Abmessungen 5 cm Dicke × 2 cm Breite × 70 cm auf das Vlies gelegt wird. So dann wird die Unterseite der Membran mit Wärme beaufschlagt für eine Zeit, die ausreichend ist, um die Bindefaser zu schmelzen, aber nicht lang genug ist, um sie durch Kapillarkraft in die Poren der Medien diffundieren zu lassen. Die Nylon-Membran wird an ihrer unteren Oberfläche an eine adhäsiv beschichtete Polyesterfolie gebunden, um eine steifere Struktur bereitzustellen.
Der Streifen wird dann entlang seiner Länge in zwei gleiche Teile geschnitten und jedes der beiden Teile wird dann so geschnitten, dass sich 100 Diagnosestreifen gemäß der Erfindung ergeben, jeder 7 mm breit, jeder in der Lage, ca. 15 μl Blut zu empfangen, welches auf die Vliesoberfläche (Probenplatzierungsfläche) aufgegeben wird, und einen 1,7 cm langen Abschnitt von plasmagesättigter Nylon-Membran zu liefern, zu welchem Zeitpunkt die in dem Bereich 150 von 19 enthaltenen roten Zellen abgeschnitten werden. Die Plasmarückgewinnung beträgt typischerweise über ca. 30 bis 40%.
Im Gebrauch werden die 15 μl Blut auf den viereckigen 7 mm-Faservlies-Probenplatzierungsbereich aufgebracht; das Blut wird absorbiert und das Plasma erscheint innerhalb von ca. 1 s auf dem 7 mm-Bereich der Membran, der direkt mit dem Faservlies verbunden ist, und diffundiert dann innerhalb von Sekunden entlang der auskragenden Länge der Membran. Sodann kann Licht durch das Plasma in der Membran geleitet werden, um einen spektrographischen Test durchzuführen, um einen oder mehrere Analyten zu identifizieren, oder es können andere Tests angewendet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
Bei einer alternativen Konstruktion ist die Polyesterfolie perforiert, wie in 25 gezeigt, und wird so zuammengesetzt, dass ihr unperforiertes Ende unter dem Probenplatzierungsbereich lokalisiert ist. Dies erlaubt dann die Durchführung von diagnostischen Tests unter Verwendung von transmittiertem Licht ohne Interferenz durch die Polyesterfolie; ferner kann durch Testung jedes der perforierten Bereiche eine chromatographische Analyse durchgeführt werden, die z. B. Bakterien unterscheiden könnte, die von Viren abgetrennt werden, während das Plasma durch die Membran diffundiert.
Beispiel 60
Es wurde eine Reihe von Vorrichtungen konstruiert, von denen jede eine Konfiguration aufweist, die im Wesentlichen zu der in 28 gezeigten korrespondiert, umfassend ein schmelzgeblasenes Faservlies 1 und eine nicht-poröse Polyesterfolie 2. Die Folie 2 umfasste ein Adhäsivmaterial, so dass sie an das Vlies 1 gebunden werden kann.
Das schmelzgeblasenen Faservlies 1 wurde erfindungsgemäß hergestellt. Das Vlies umfasst Polybutylenterephthalat-Fasern, im Folgenden PBT genannt. Das Vlies wurde unter den folgenden Betriebsbedingungen hergestellt: die Lufttemperatur betrug 311°C und der Luftdruck betrug 2,25 kg/cm² durch Luftdüsendurchmesser von 0,107 cm, und die zwei Sätze von einander schneidenden Faserströmen lieferten PBT-Harz bei 305°C und bei einer Rate von 0,59 g/min/Düse. Die Faserströme trafen über eine Distanz von 3,0 cm hinweg (d. h. DCD = 3,0 cm) auf einen Sammelzylinder mit den Abmessungen 17,3 cm Durchmesser × 152 cm Länge, der bei 500 U/min rotiert und gleichzeitig bei einer Rate von 0,2 cm/Umdrehung axial translatiert wurde, für die einfache Länge eines 127,4 cm-Hubs, wodurch auf der Oberfläche des Sammelzylinders in 1,4 Minuten 0,0054 g/cm² eines Faservlieses deponiert wurden, welches dann auf 106 cm Länge geschnitten, in Längsrichtung aufgeschnitten und von dem Zylinder entfernt wurde, wobei ein Flachmaterial von 54 cm Breite × 106 cm Länge gebildet wurde. Die Produktcharakteristika waren: Dicke 0,0183 cm, durchschnittlicher Faserdurchmesser 1,3 μm, und das Hohlraumvolumen betrug 78,1%.
Die Fasern wurden modifiziert durch ca. 7-minütige Exposition mit Sauerstoffplasma, um ein Vlies mit einem CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm herzustellen.
Ein Bereich des 54 × 106 cm-Flachmaterials wurde mit einer nicht-porösen Polyesterfolie verbunden, kommerziell erhältlich von der Firma Adhesive Research Inc. (Glen Rock, PA) als Arcare^TM unter der Teilenr. 78-15. Die Folie umfasste ein für den Einsatz im Diagnostikbereich geeignetes Adhäsivmaterial der Klasse AS 110 auf einer Seite und war ca. 0,005 cm dick. Ein weiteres Flachmaterial von dieser nicht-porösen Polyesterfolie wurde mit der anderen Oberfläche des Vlieses verbunden. Jedoch war, wie in 28 gezeigt, das Flachmaterial auf einer Oberfläche des Vlieses kürzer als das andere, um eine Applikationszone 150 bereitzustellen. Das kürzere Flachmaterial von nicht-poröser Folie wurde getrimmt, bevor es mit dem Vlies verbunden wurde, und stellte eine Applikationszone von ca. 3 mm bereit.
Aus diesem Komposit wurde eine Reihe von Prüfkörpern geschnitten mit den Abmessungen 0,5 cm × 6,0 cm, wobei ihre Länge in der Quermaschinenrichtung (CMD) verläuft, d. h. die Länge des 5 × 60 mm-Streifens verläuft senkrecht zur Länge des rechteckigen 54 × 106 cm-Flachmaterials, aus dem er geschnitten wurde.

20 μl-Proben von frisch entnommenem Blut mit Antikoagulans wurden mittels Pipette abgemessen und dann in einem Abstand von ca. 0,1 bis 0,2 cm vom Ende der 0,5 × 6,0 cm-Streifen platziert. Es wurde beobachtet, dass das Blut sich entlang der Länge des Vlieses ausbreitete, und klares Plasma erschien, den roten Zellen voraus, innerhalb von ca. 10 Sekunden. Die Plasmafront rückte weiter vor, bis die Dochtwirkung aufhörte. Die Zeit bis zur Vollendung, d. h. die Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem die Probe erstmals mit dem Streifen in Kontakt kam, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Probe voll aufgesaugt war und der Fluss aufhörte, wurde bestimmt. Die von dem Plasma benetzte Länge des Streifens und die von den roten Blutzellen benetzte Länge des Streifens wurden gemessen, und die Effizienz der Plasmasammlung oder -rückgewinnung wurde sodann nach der früher beschriebenen Methode #3 berechnet. Die Plasmasammeleffizienz wurde wie in Tabelle IX gezeigt bestimmt. TABELLE IX

Hämatokrit %	Länge des Abschnitts mm		Plasmarückgewinnung %	Zeit bis zur Vollendung s
Hämatokrit %	Rote Zellen	Plasma	Plasmarückgewinnung %	Zeit bis zur Vollendung s
32,5	23,7	14,6	38	556
34,0	23,0	14,5	39	460
38,0	24,7	12,2	33	579
38,0	24,0	10,5	30	728
38,6	23,1	13,9	38	745
42,0	24,5	12,1	33	820

Wie in Tabelle IX gezeigt, stellen erfindungsgemäße Vorrichtungen eine effiziente Plasmarückgewinnung für Blut mit einem Bereich von Hämatokriten bereit.
Beispiel 61

Es wurde eine Reihe von Vorrichtungen konstruiert, von denen jede eine Konfiguration aufweist, die im Wesentlichen entweder zu der in 27 gezeigten korrespondiert, umfassend schmelzgeblasene Faservliese 1 und 1111 und nicht-poröse Kunststofffolien 2, oder zu der in 28 gezeigten, umfassend das schmelzgeblasene Faservlies 1 und nicht-poröse Folien 2. Die Beschreibungen der Konfigurationen der Vliese 1 und 1111 sind in Tabelle X zusammengefasst, wobei das Medium 1 sich auf Vlies 1 und das Medium 11 sich auf Vlies 1111 bezieht. Tabelle X – Beschreibung der Medienkonfiguration für die Vorrichtungen

Vorrichtung Beispiel #	Referenzfigur #	Medienkonfiguration
Vorrichtung Beispiel #	Referenzfigur #	Medium 1 Typ	Medium 1 Länge	Medium 11 Typ	Medium 11 Länge
61E	28	61A	40 mm	nicht verwendet	nicht verwendet
61F	28	61B	40 mm	nicht verwendet	nicht verwendet
61G	27	61D	05 mm	61B	35 mm
61H	27	61D	10 mm	61B	30 mm
61I	27	61C	05 mm	61B	35 mm
61J	27	61C	10 mm	61B	30 mm

Die Folien umfassten jeweils ein Adhäsivmaterial, so dass die Folien an die Vliese 1 und 1111 (Konfiguration von 27) oder an das Vlies 1 (Konfiguration von 28) gebunden werden konnten. Die Vorrichtung, welche im Wesentlichen zu der in 27 gezeigten Konfiguration korrespondiert, unterschied sich von der in der besagten Figur gezeigten dadurch, dass die zum Definieren der Blutapplikationszone 150 verwendete Folie 2 sich so erstreckte, dass sie den Rest der obersten Oberfläche des Vlieses 1111 bedeckte.

Die schmelzgeblasenen Faservliese 1 und 1111 wurde erfindungsgemäß hergestellt unter Verwendung von PBT-Fasern. Die Beschreibung der Konfiguration der Medien ist in Tabelle X zusammengefasst, und die Zerfaserungsbedingungen sind in Tabelle XI zusammengefasst. Die Vliese wurden mit Sauerstoffplasma behandelt, um Vliese mit einem CWST-Wert von ca. 110 dyn/cm herzustellen. Tabelle XI – Zerfaserungsbedingungen

Vorrichtung Beispiel #	Lufttemp. °C	Harztemp. °C	Luftdruck kg/cm²	DCD cm	Zylinder U/min	g Harz pro Minute pro Düse
61A	317	309	2,46	3,0	500	0,69
61B	317	309	2,46	3,0	500	1,08
61C	317	309	2,46	3,0	500	0,69
61D	317	309	2,46	3,0	500	1,08

Vorrichtung Beispiel #	Translationsrate cm/U	Anzahl Passagen	Hub cm	Hub Zeit	VLIES gm/cm²	VLIES Dicke cm	Faserdüse μm	Hohlraumvolumen %
61A	0,254	1	127,4	1,00	0,0043	0,0152	1,1	79
61B	0,203	1	127,4	1,25	0,0054	0,0185	1,1	78
61C	0,254	2	127,4	2,00	0,0086	0,0305	1,1	79
61D	0,203	2	127,4	2,51	0,0108	0,0371	1,1	78

Die Vorrichtungen, welche eine Konfiguration korrespondierend zu der in 28 gezeigten aufweisen, wurden auf ähnliche Weise konstruiert wie allgemein in Beispiel 60 beschrieben. Das Vlies 1111 hatte eine Länge von 40 mm, wie in Tabelle XI angegeben. Wie oben gesagt, umfasst Tabelle XI die Be schreibung der Medien, welche für die Vorrichtungen verwendet wurden, deren allgemeine Konfiguration zu der in 27 gezeigten korrespondiert.
Die Vorrichtungen, welche eine Konfiguration korrespondierend zu der in 27 gezeigten aufweisen, wurden wie folgt konstruiert:
Die Vliese wurden in Abschnitte von ca. 75 mm × ca. 40 mm geschnitten. Die Kunststofffolien wurden auf eine Größe von ca. 75 mm × ca. 5 mm geschnitten für die Beispiele 61G und 61I und auf eine Größe von ca. 75 mm × ca. 10 mm für die Beispiele 61H und 61J. Die adhäsive Schutzlage oder Trennlage wurde entfernt, und die lange Seite der Folie wurde um ca. 2–3 mm überlappend auf eine Oberfläche des Vlieses 1111 platziert und mit dem Vlies in Kontakt gebracht, so dass das Adhäsivmaterial mit dem Vlies in Kontakt gebracht wurde. Das andere Vlies, Vlies 1, wurde dann sowohl mit dem Vlies 1111 als auch mit der Folie 2 in Kontakt gebracht, derart, dass sich ca. 2–3 mm der Vliese 1 und 1111 überlappten und mindestens ca. 2–3 mm der Adhäsivlage der Folie 2 mit einer Oberfläche des Vlieses 1 in Kontakt kamen. Zwischen den Vliesen 1 und 1111 war kein Adhäsivmaterial vorhanden, aber jedes Vlies war an die Folie 2 angeheftet. Die Oberfläche von Vlies 1, die nicht von der Folie 2 bedeckt war, war die Probenapplikationszone 150.
Es wurde eine weitere Kunststofffolie 2 auf eine ausreichende Größe geschnitten, um die gesamte andere Oberfläche der Vliese 1 und 1111 zu bedecken, wie in 27 illustriert. Die Kunststofffolie 2 hatte eine ausreichende Größe, um hinter dem Ende des Vlieses 1 zu enden, um einen Griff für die Vorrichtung bereitzustellen, wie in 28 illustriert. Die adhäsive Schutzlage dieser zweiten Folie 2 wurde geschnitten und teilweise entfernt, so dass das Adhäsivmaterial mit den Faservliesen 1 und 1111 in Kontakt gebracht wurde. Ein Bereich der Adhäsivlagenabdeckung blieb an die Folie angeheftet, um einen benutzerfreundlichen Griff bereitzustellen. Diese verbleibende Lage bedeckte den obersten Bereich der Folie 2, der sich über das Vlies 1 hinaus erstreckte.
Ein Bereich von dem 54 × 106 cm-Flachmaterial wurde mit einer nicht-porösen Polyesterfolie, kommerziell erhältlich von der Firma Adhesive Research Inc. (Glen Rock, PA) als Arcare^TM unter der Teilenr. 78-15, verbunden. Die Folie umfasste ein für den Einsatz im Diagnostikbereich geeignetes Adhäsivmaterial der Klasse AS 110 auf einer Seite und war ca. 2 mil dick. Ein weiteres Flachmaterial von dieser nicht-porösen Polyesterfolie wurde mit der anderen Oberfläche des Vlieses verbunden. Jedoch war das Flachmaterial auf einer Oberfläche des Vlieses kürzer als das andere, um eine Applikationszone 150 bereitzustellen. Das kürzere Flachmaterial von nicht-poröser Folie wurde getrimmt, bevor es mit dem Vlies verbunden wurde, und stellte eine Applikationszone von ca. 3 mm bereit.
Aus diesem Komposit wurde eine Reihe von Prüfkörpern in den Abmessungen 0,5 cm × 6,0 cm zugeschnitten, wobei ihre Länge in der Quermaschinenrichtung (CMD) verläuft, d. h. die Länge des 5 × 60 mm-Streifens verläuft senkrecht zur Länge des rechteckigen 54 × 106 cm-Flachmaterials, aus dem er geschnitten wurde.
Alle die Vorrichtungen wurden auf folgende Weise getestet:
20 μl-Proben von frisch entnommenem Blut mit Antikoagulans wurden mittels Pipette abgemessen und dann im Bereich der Applikationszone 150 platziert, z. B. 0,1 bis 0,2 cm vom Ende der Vliese 1 entfernt.
Mit Bezug auf die gemäß 27 konfigurierten Vorrichtungen wurde sodann beobachtet, dass das Blut sich entlang der Länge des Vlieses 1 und in das Vlies 1111 ausbreitete, und klares Plasma erschien, den roten Zellen voraus, innerhalb von ca. 10 Sekunden.
Mit Bezug auf die gemäß 28 konfigurierten Vorrichtungen wurde sodann beobachtet, dass sich das Blut entlang der Länge des Vlieses 1 ausbreitete, und klares Plasma erschien, den roten Zellen voraus, innerhalb von ca. 10 Sekunden.

Für alle die Tests gilt, dass die Plasmafront weiter vorrückte, bis die Dochtwirkung aufhörte. Die Zeit bis zur Vollendung, d. h. die Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem die Probe erstmals mit dem Streifen in Kontakt kam, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Probe voll aufgesaugt war und der Fluss aufhörte, wurde bestimmt. Die von dem Plasma benetzte Länge des Streifens und die von den roten Blutzellen benetzte Länge des Streifens wurden gemessen, und die Effi zienz der Plasmasammlung oder -rückgewinnung wurde sodann nach der früher beschriebenen Methode #3 berechnet. Die Plasmasammeleffizienz wurde wie in Tabelle XII gezeigt bestimmt. TABELLE XII

Vorrichtung Beispiel #	Hämatokrit %	Abschnittslänge mm		Plasmarückgewinnung %	Zeit bis zur Vollendung s
Vorrichtung Beispiel #	Hämatokrit %	Rote Zellen	Plasma	Plasmarückgewinnung %	Zeit bis zur Vollendung s
61E	40	22,2	10,6	32	547
61F	40	21,0	11,0	34	489
61G	40	17,4	17,0	49	266
61H	40	14,6	16,1	52	143
61I	40	18,6	15,4	45	355
61B	40	17,7	15,0	46	296

Wie in Tabelle XII gezeigt, ist die Plasmatrenneffizienz für Vorrichtungen, welche verschiedene Typen von fasrigen Medien umfassen (Konfiguration von 27), größer als für Vorrichtungen, welche einen einzigen Typ von fasrigem Medium umfassen (Konfiguration von 28).
Beispielsweise lieferte die als Beispiel 61H konfigurierte Vorrichtung, enthaltend als Medium 1 10 mm von einem Medium, welches in Beispiel 61D beschrieben ist, und als Medium 11 30 mm von einem Medium, welches in Beispiel 61B beschrieben ist, eine höhere Plasmarückgewinnung (über 50%) und eine schnellere Zeit bis zur Vollendung als eine als 61F konfigurierte Vorrichtung (welche einen einzigen Typ von Fasermedium enthält, der in Beispiel 61B beschrieben ist).
Die Daten beschrieben ferner die Effekte von kürzeren Distanzen und Dickenreduzierung des Mediums 1 von 27. Die Verkürzung der Distanz hatte einen kleinen Effekt auf die Plasmarückgewinnung (vergleiche (Beispiel 61H mit Beispiel 61G) und (Beispiel 61J mit Beispiel 61I)), aber einen großen Effekt auf die Zeit bis zur Vollendung (vergleiche wieder (Beispiel 61H mit Beispiel 61G) und (Beispiel 61J mit Beispiel 61I)). Die Verringerung der Dicke von Medium 1 hatte einen markanten Effekt auf die Zeit bis zur Vollendung. Wenn sich z. B. die Dicke des Mediums 1 von 0,0371 (wie in Beispiel 61H) in 0,0305 (wie in Beispiel 61J) änderte, verdoppelte sich die Zeit, die benötigt wurde, um den Blutstropfen aufzusaugen und durch Dochtwirkung wegzusaugen (von 143 s auf 296 s).
Beispiel 62
Eine Reihe von Vorrichtungen, welche im Wesentlichen zu der in 27 gezeigten Konfiguration korrespondieren, wurde wie in Beispiel 61 beschrieben konstruiert.
Die Vorrichtungen werden für einen Blutglucosetest verwendet. Glucoseoxidase und ein organischer Redox-Farbstoff werden dem Faservlies 1111 an vorgewählten Lokalisationen zugegeben, so dass das klare Plasma, welches in das Vlies 1111 passiert, sowohl mit dem Glucoseoxidase-Enzymsystem als auch mit dem organischen Redox-Farbstoff in Kontakt kommt. Die Blutglucose kommt mit der Glucoseoxidase in Kontakt, und durch eine Serie von enzymgerichteten Reaktionen wird der Farbstoff chemisch modifiziert, so dass eine Farbänderung verursacht wird. Die Farbänderung wird mit einem Referenzstandard verglichen, und der Blutglucosespiegel wird bestimmt.

Claims

Schmelzgeblasenes Nonwoven-Faservlies aus Fasern, wobei 90% der Fasern des Vlieses einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das Dreifache des minimalen Faserdurchmessers beträgt, und wobei das Vlies eine Gewichtsverteilung aufweist, die um weniger als 1% variiert, wenn sie sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung gemessen wird, wobei die Gewichtsverteilung entlang Flächen von 0,64 × 13 cm und auf Quadraten von 2,54 cm gemessen wird.
Vlies nach Anspruch 1, wobei die Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ca. 15 μm aufweisen.
Vlies nach Anspruch 2, wobei die Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser im Bereich von 3 bis 8 μm aufweisen.
Vlies nach Anspruch 1, wobei die Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ca. 2 μm aufweisen.
Vlies nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei 90% der Fasern des Vlieses einen Durchmesser aufweisen, der von einem minimalen Faserdurchmesser bis zu einem maximalen Faserdurchmesser reicht, welcher nicht mehr als ca. das Zweifache des minimalen Faserdurchmessers beträgt.
Vlies nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Vlies gekennzeichnet ist durch eine Zugfestigkeit in einer ersten Richtung von mindestens ca. dem 1,5-fachen der Zugfestigkeit in einer zweiten Richtung 90° zu der ersten Richtung.
Verfahren zur Herstellung eines schmelzgeblasenen Nonwoven-Faservlieses, umfassend das Extrudieren von geschmolzenem Harz aus zwei parallelen Reihen von linear angeordneten, im Wesentlichen gleichab ständigen Düsen zum Bilden von Fasern auf die Oberfläche einer zylindrischen Sammelvorrichtung mit einer parallel zu den Reihen von Düsen angeordneten Längsachse, wobei die Reihen von Düsen voneinander versetzt und in einem Winkel zueinander hin gerichtet sind und wobei individuelle Düsen individuelle Luftsäulen bereitstellen, welche jeden individuellen Faserstrom umgeben, und wobei die Fasern auf der Oberfläche der zylindrischen Sammelvorrichtung gesammelt werden, während die zylindrische Sammelvorrichtung rotiert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Reihen von Düsen um ca. den halben Abstand zwischen den Düsen innerhalb jeder Reihe voneinander versetzt sind.
Verfahren zum Filtern eines Fluids, umfassend das Durchleiten eines Fluids durch das Vlies nach einem der Ansprüche 1 bis 6.