DE69836749T2

DE69836749T2 - Herstellung von mikroküvetten

Info

Publication number: DE69836749T2
Application number: DE69836749T
Authority: DE
Inventors: Lars Jansson; Per Olsson; Norbert Pogorzelski; Ingrid Hultgren
Original assignee: Hemocue AB
Current assignee: Hemocue AB
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2018-10-03
Also published as: AU9468198A; CN1278914A; ATE349690T1; ES2274581T3; DE69836749D1; SE9703624L; JP2001519258A; DK1019700T3; US6607701B1; WO1999018422A1; CN1128998C; EP1019700B1; EP1019700A1; SE9703624D0; JP4210429B2; SE521120C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von wegwerfbaren Mikroküvetten oder Mikrovorrichtungen.
Eine Mikroküvette zum Sammeln eines Fluids, Mischen der Probe mit einem Reagenz und direkten Herstellen optischer Analysen der Probe, die mit dem Reagenz vermischt ist, ist zuvor aus US-PS 4 088 448 bekannt. Diese Küvette umfasst ein Körperelement, das zwei planare Oberflächen einschließt, die einen optischen Weg definieren und bei einem vorbestimmten Abstand voneinander platziert sind und so die optische Weglänge bestimmen und einen Hohlraum mit einem Einlass definieren, wobei der Hohlraum mit dem äußeren des Körperelements in Verbindung steht.
Der Hohlraum besitzt ein vorbestimmtes fixiertes Volumen, und der vorbestimmte Abstand wird so gewählt, um so zu ermöglichen, dass die Probe in den Hohlraum durch Kapillarkraft eindringt. Darüber hinaus wird ein Reagenz auf die Hohlraumoberfläche angelegt.
Diese bekannte Küvette besitzt mehrere Vorteile, wenn mit den herkömmlicherweise verwendeten Vorrichtungen verglichen. Sie erlaubt das Sammeln einer Flüssigkeit, das Mischen und chemische Umsetzen von diesen mit einem geeigneten Reagenz für z.B. Farbentwicklung in dem gleichen Behälter wie derjenige, der zur anschließenden Messung verwendet wird. Die in US-PS 0 088 448 offenbarte Küvette vereinfacht so das Probensammelverfahren, verringert die Anzahl von Utensilien und, abhängig von der Art der Analyse, verbessert beträchtlich die Exaktheit der Analyse, indem das Analyseverfahren unabhängig von der Betriebstechnik des Betreibers, der die Analyse durchführt, vorgenommen wird.
US 5 300 779 offenbart ein Verfahren zur Messung der Koagulationszeit einer Blutprobe, und eine Kapillarvorrichtung, die in dem Verfahren zu verwenden ist. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem Kapillardurchtrittsweg, der an einer Einlassöffnung eines Endes des Durchtrittswegs endet und eine Öffnung an dem anderen Ende des Durchtrittswegs, und eine Reaktionskammer, die ein Trockenreagenz enthält. Die Vorrichtung kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden, wobei eine aus zwei Blättern ist, wo eine der Blätter die Einheit definiert und das andere ein Deckblatt definiert. Nichts wird über eine gleichzeitige Herstellung von mehreren Vorrichtungen berichtet.
WO 90/13016 offenbart eine Kapillarküvette, die ein Trockenreagenz umfasst. Die Küvette kann aus zwei Wänden gebildet werden, wodurch eine Wand mit Aussparungen, die Hohlräume definieren, aus auf Cellulose basierenden Harz hergestellt wird, während die andere Wand, die einen Deckel bildet, aus einem Blatt des gleichen Materials geschnitten werden kann. Die Küvetten werden so eine nach der anderen aus diesen zwei Wänden zusammengebaut.
US 3 620 676 offenbart einen kolorimetrischen Indikator und eine Probenvorrichtung, die durch Prägen eines Kunststoffblattes mit einem spritzenähnlichen Hohlraum und Verschließen des Hohlraums durch Befestigen eines ebenen Kunststoffblattes über den Hohlraum. Der Hohlraum besitzt einen röhrenförmigen Abschnitt, dessen eines Ende sich an der Kante der befestigten Blätter öffnet, und das andere Ende des Hohlraums vergrößert sich und bildet so eine komprimierbare Fingervergrößerung. Eine Flüssigkeit wird in den röhrenförmigen Hohlraum durch erste Komprimieren der Vergrößerung und dann Freisetzen des Drucks gezogen. Die Indikatorvorrichtungen werden in großer Zahl aus großen Blättern hergestellt und werden anschließend in die individuellen Endindikatoren formgeschnitten. Wenigstens das Vorderblatt ist definierbar.
Zur Zeit werden Mikroküvetten, basierend auf den in US-PS 4 088 488 und US-PS 5 674 457 offenbarten Mikroküvetten zur Analyse z.B. von Hämoglobin und Glukose vermarktet. Die Genauigkeit und Präzision der gegenwärtig verwendeten Küvettenherstellung ist herausragend. Ein offensichtlicher Nachteil ist, dass jede Küvette in einem Stück geformt werden muss und ein spezifisches Werkzeug für jede Art von Hohlraum benötigt wird. Ein anderer Nachteil ist, dass die vergleichsweise kurze Stabilität aufgrund der Zersetzung der Reagenzmischung z.B. den Glukoseküvetten. Die Instabilität stammt von der Tatsache, dass verschiedene Komponenten der Reagenzien nicht physikalisch während der Lagerung wie, während der Herstellung, separiert werden können, die Reagenzien in die Küvette als eine Lösung eingebaut werden, welche anschließend austrocknet. Die dem Küvettenhohlraum gebildet ist, beinhaltet daher eine enge Mischung der verschiedenen Reagenzkomponenten. Darüber hinaus kann das Design, insbesondere die Tiefen der Küvetten mit mehr als einem Hohlraum, nicht willkürlich und angesichts den spezifischen Anorderungen für die spezifische analytische Bestimmung ausgewählt werden, sondern ist durch das Herstellungsverfahren beschränkt. Zum Beispiel ist es nicht möglich, eine Küvette mit zwei Hohlräumen mit unterschiedlichen Tiefen herzustellen, von welchen der tiefste Hohlraum von der Einlassöffnung durch die gegenwärtige Küvettenherstellungstechnik am meisten entfernt ist.
Angesichts dieser Probleme mit den gegenwärtig verwendeten Küvetten und deren Herstellung ist daher ein neues Herstellungsverfahren erwünscht, das die folgenden Bedingungen erfüllt. Das neue Herstellungsverfahren sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:
Es sollte ermöglichen, Reagenzien zu separieren, die der Küvette eine verlängerte Stabilität verleihen würden.
Es sollte möglich sein, die Reagenzverteilung und Separierung der Reagenzkomponenten auf der Oberflächen des Hohlraums zu steuern.
Es sollte eine hohe Flexibilität in der Wahl des Hohlraumsdesigns ermöglichen.
Es sollte die Herstellung von Mikroküvetten zur photometrischen Analyse mit sowohl hoher Genauigkeit als auch Präzision ermöglichen.
Es sollte die Herstellung von Mikroküvetten ermöglichen, wobei ein tieferer Hohlraum von der Probeneinlassöffnung als ein flacherer, Kapillareinlasshohlraum bereitgestellt wird. Der tiefere Hohlraum könnte kapillarförmig oder nicht-kapillarförmig sein. Wenn kapillarförmig ist der tiefere Hohlraum weniger kapillarförmig als der Kapillareinlasshohlraum.
Es sollte eine kontinuierliche Herstellung mit hoher Kapazität ermöglichen.
Es sollte ein modulares Herstellungssystem ermöglichen, wo die Module für eine besondere Anwendung ersetzt oder leicht modifiziert werden könnten.
Es hat sich nun herausgestellt, dass diese Bedingungen erfüllt werden können, indem das neue Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wie in Anspruch 1 definiert.
In Kürze betrifft dieses Herstellungsverfahren die kontinuierliche Herstellung von Wegwerfwarenkapillarkunststoffmikroküvetten, die die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Blattes
– Bereitstellen einer Mehrzahl von Absenkungen mit vorbestimmten Tiefen an vorbestimmten Plätzen in wenigstens einem der Blätter;
– Einführen wenigstens eines Zusatzstoffes und/oder Reagenz in wenigstens eine der Mehrzahl von Vertiefungen
– Platzieren der Blätter in einem überlagerten Zusammenhang;
– Verbinden des ersten Blattes und des zweiten Blattes zum Erhalten eines Körperelements, das eine Mehrzahl von Kapillarhohlräumen mit einem vorbestimmten Volumen einschließt, wobei die inneren Wände der Hohlräume durch die Mehrzahl von Vertiefungen und vorbestimmten Flächen des gegenüberliegenden Blattes definiert sind, der Abstand zwischen diesen inneren Wänden eine auf vorbestimmte optische Weglänge definiert, wobei wenigstens einige der Kapillarhohlräume einen Zusatzstoff und/oder ein Reagenz enthalten;
– Ausschneiden, aus dem Körperelement von Mikroküvetten, wodurch jede wenigstens ein Zusatzstoff und/oder Reagenz einschließt, das einen Hohlraum enthält und eine vorbestimmte Größe und Aufbau besitzt, auf eine solche Weise, dass wenigstens ein Hohlraum der Mikroküvette in Verbindung mit der äußeren Atmosphäre der Mikroküvette durch eine Kapillarprobeneinlassöffnung steht, die vorzugsweise durch dieses Schneiden erzeugt wird;

Gemäß diesem Verfahren wird eine wegwerfbare Kapillarkunststoffmikroküvette oder Mikrovorrichtung zum Sammeln einer Flüssigkeit, Mischen der Probe mit Reagenzien und direkten Herstellungsanalysen der Proben, die mit den Reagenzien vermischt sind, erhalten. Diese Mikroküvette umfasst eine Kapillarprobeneinlassöffnung und wenigstens einen Hohlraum, der wenigstens ein Trockenreagenz und/oder Zusatzstoff einschließt. Der Hohlraum steht mit der äußeren Atmosphäre der Mikroküvette durch die Kapillareinlassöffnung in Verbindung, durch welche die Probe, z.B. Vollblut, durch Kapillarwirkung gezogen wird. Darüber hinaus ist die Mikroküvette durch zwei benachbarte Blätter aufgebaut, wobei in wenigstens einen davon eine Mehrzahl von Vertiefungen vorbestimmten Stellen und mit einer vorbestimmten Tiefe bereitgestellt ist. Die Stelle und Orientierung der Vertiefungen sind nicht kritisch. Vorzugsweise werden die Vertiefungen auf eine solche Weise bereitgestellt, dass jede Vertiefung durch das Blattmaterial umgeben ist. Die Alternative, worin die Vertiefung an der Kante des Blattes bereitgestellt ist, ist jedoch auch innerhalb des Umfangs der Erfindung. In dieser Alternative wird die Kapillareinlassöffnung durch die Kante der benachbarten Blätter erzeugt.
Ein Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass eine sehr genau bestimmte Tiefe, die für sehr genaue optische Messungen geeignet ist, unter Verwendung der Vakuumerzeugungs- oder Stempeltechnik hergestellt werden kann, wobei die Vakuumerzeugungstechnik bevorzugt ist, da in diesem Fall eine positive Form verwendet wird und die Oberfläche, die der Kapillaröffnung gegenübersteht, nicht durch die Form beeinflusst wird. Ein zusätzlicher Vorteil mit einer positiven Form ist, dass diese von der Dicke des Filmmaterials unabhängig ist, was eine Hohlraumerzeugung mit einer sehr hohen Genauigkeit ermöglicht.
Die inneren Wände des Hohlraums werden durch die Vertiefung und eine vorbestimmte Fläche der inneren Oberfläche des benachbarten Blattes erzeugt.
Löcher werden in wenigstens einem Blatte bereitgestellt. Diese Löcher sind auf eine solche Weise angeordnet, dass sie ein Entlüftungsloch in der Endmikroküvette erzeugen.
Vorzugsweise besitzt der Hohlraum ein vorbestimmtes Volumen. Die inneren Oberflächen der Wände, die den Hohlraum definieren, sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel eben und definieren eine optische Weglänge oder Volumen gemäß dem Gesetz nach Beer.
Der Hohlraum schließt wenigstens ein Trockenreagenz und/oder Zusatzstoff ein. Wenn das Reagenz durch mehr als eine Substanz hergestellt ist, können die verschiedenen Substanzen voneinander in dem gleichen Hohlraum separiert werden, in dem z.B. eine Drucktechnik verwendet wird, wie etwa Tintenstrahldruck oder Siebdruck. Das Reagenz, das abhängig von der Analyse, die durchzuführen ist, ausgewählt wird, wird vorzugsweise in der Form einer Lösung eingeführt, die anschließend z.B. durch Heißluft getrocknet wird.
Die Blätter, die in der Form von kontinuierlichen Filmen bereitgestellt werden, werden vorzugsweise aus ein und demselben Polymermaterial hergestellt, das thermoplastisch und transparent sein sollte. Es ist auch bevorzugt, dass das Polymer selbsttragend ist. Beispiele für geeignete Polymermaterialien sind PVC, PET, Polystyrole und Polycarbonate.
Die Vertiefungen werden vorzugsweise durch Vakuumerzeugen oder Stempel erhalten. Eine Mehrzahl von Vertiefungen, die in einem der Blätter bereitgestellt sind, und das andere Blatt kann eben sein. In diesem Fall wird jeder Hohlraum durch eine ebene Abdeckung oder Deckel und die Vertiefung erzeugt.
Vor dem Verbinden der Blätter wird ein Reagenz und/oder Zusatzstoff, wie etwa ein Oberflächenmodifizierungsmittel in einer oder mehreren Vertiefungen bereitgestellt.
Die Oberflächen der Blätter, die zusammenzupassen sind, werden dann vorzugsweise mit einem UV empfindlichen Klebemittel, wie etwa Loctit^TM 3106 für PVC und Loctit^TM 3108 für Polycarbonatmaterialien, versehen, das Lösungsmittel benötigt, das das Polymermaterial schädigen kann und das beim Bestrahlen mit UV-Licht härtet. Vorzugsweise wird das Klebemittel durch Siebdruck aufgetragen. Wenn die Oberflächen zusammengepresst worden sind, wird das Klebemittel durch Bestrahlung, wie etwa UV-Bestrahlung gehärtet. Andere Verfahren zum Verbinden der Blätter, wie etwa Ultraschallschweißen, haben sich als weniger attraktiv aufgrund von Problemen des Erhaltens von genauen und reproduzierbaren Hohlraumtiefen, d.h. optischen Wegen, herausgestellt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die inneren Oberflächen der Blätter, d.h. die Oberflächen, die den Hohlräumen gegenüberstehen, mit Prägungen versehen, die die Tiefe des Kapillarhohlraums bestimmen und gegebenenfalls überflüssiges Klebemittel zu Flächen zwischen den Prägungen auf eine solche Weise leiten, dass das Klebemittel keinen Einfluss auf die Hohlraumtiefe besitzt. Da bei der Herstellung von Mikroküvetten die Hohlraumtiefe sehr klein, höchstens 1 mm ist, und ein vorbestimmter genauer Wert dieser Tiefe zur anschließenden Verwendung der Küvette kritisch ist, ist die Bereitstellung von Prägungen bevorzugt. Vorteilhafterweise werden diese Prägungen in einem vorbestimmten Muster angeordnet.
Wenn eine sehr genaue Hohlraumtiefe der Küvette benötigt wird, ist es wichtig, dass die Vertiefung(en) und die Verbindung der Blätter auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass die Hohlraumtiefe von anschließenden Schritten des Küvettenherstellungsverfahrens unabhängig ist. Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Vertiefung(en) durch Vakuumerzeugungstechnik unter Verwendung einer positiven Form durchgeführt wird (werden). Es ist auch bevorzugt, dass die innere Oberfläche der Blätter mit Prägungen vor der Adhäsion der Blätter bereitgestellt werden. Die Prägung wird verwendet, um gegebenenfalls überflüssiges Klebemittel zu Flächen zwischen der Prägung zu leiten. Es ist auch bevorzugt, ein Klebemittel zu verwenden, dass das die Oberfläche des Blattes nicht modifiziert, wie etwa ein Klebemittel, das durch UV-Licht gehärtet wird.
Die Mikroküvette oder Mikrovorrichtung, die durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wird, insbesondere zur Durchführung optischer Analysen auf Fluide, wie etwa Vollblut, Serum, Plasma, Urin, Rückenmark- und interstitiell Fluide, nützlich. Nach dem Probesammelverfahren, wenn z.B. Blut aus der Fingerspitze der Patienten in die Mikroküvette durch Kapillarwirkung aufgesaugt wird, wird die Mikroküvette in ein separates Spektrophotometer geschoben, das für die gewünschte Analysenart kalibriert ist. Die Verwendung eines separaten Spektrophotometers ist ein Hauptunterschied zwischen der vorliegenden Erfindung und der in EP 0172540 offenbarten Erfindung, deren Aufgabe es ist, ein Analyseinstrument bereitzustellen, worin die Reaktionskammer, welche auch eine Küvette genannt wird, innerhalb des Analyseinstruments hergestellt wird. Es wird angenommen, dass diese Anordnung einen ökonomischen Vorteil bereitstellt, der darin liegt, dass diese die Kosten der früheren Bildung der Kammer eliminiert. Wenn die Reaktionskammer oder Küvette das Instrument verlässt, werden die Reaktion genauso wie die Analyse vervollständigt und die Küvette wird entsorgt. Das EP Patent betrifft so Küvetten, die nur in Verbindung mit dem Analyseinstrument verwendet werden können, worin die Küvette erzeugt wird, und nicht zur Analyse in verschiedenen anderen Analyseinstrumenten. Das Prinzip für die Herstellung von Hohlräumen in diesen bekannten Küvetten basiert auf der Deformierung eines Kunststoffmaterials im engen Kontakt mit einem Formhohlraum, in dem ein Strom an Heißluft verwendet wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird ferner in 1 veranschaulicht.
Ein erstes Blatt oder Deckblatt und ein zweites Blatt oder Basisblatt aus PVC werden separat bereitgestellt. Acht Entlüftungslöcher werden in dem Deckblatt bereitgestellt und ein Reagenz, z.B. ein Enzym wird als nächstes auf die Löcher tintenbedruckt. Acht Hohlräume werden gleichzeitig in dem Basisblatt vakuumgebildet. Die Tiefen der Hohlräume werden mit 140 μm ausgewählt, aber andere Hohlraumtiefen können verwendet werden. Die Blätter werden in Tunneln getrocknet und miteinander unter Verwendung eines UV empfindlichen Klebstoffes (Loctit^TM 3106) verbunden. Küvetten wurden anschließend aus den Mehrfachküvettenblatt durch Schneiden oder Lochen geschnitten und verpackt.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von wegwerfbaren Kapillarkunststoffmikroküvetten, das die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Blattes – Bereitstellen einer Mehrzahl von Vertiefungen mit vorbestimmten Tiefen an vorbestimmten Stellen in wenigstens einem der Blätter; – Einführen mindestens eines Zusatzstoffes und/oder Reagenz in mindestens einige der Mehrzahl der Vertiefungen; – Platzieren der Blätter in einem überlagerten Zusammenhang; – Verbinden des ersten Blattes und des zweiten Blattes zum Erhalten eines Körperelements, das eine Mehrzahl von Kapillarhohlräumen mit einem vorbestimmten Volumen einschließt, wobei die inneren Wände der Hohlräume durch die Mehrzahl der Vertiefungen und vorbestimmten Flächen des gegenüberliegenden Blattes definiert sind, der Abstand zwischen diesen inneren Wänden eine vorbestimmte optische Weglänge definiert, wobei mindestens einige der Kapillarhohlräume einen Zusatzstoff und/oder Reagenz enthalten; – Ausschneiden von Mikroküvetten aus dem Körperelement, wodurch jede mindestens einen Hohlraum, der einen Zusatzstoff und/oder Reagenz einschließt, enthält und eine vorbestimmte Größe und Aufbau besitzt, auf eine solche Weise, dass mindestens ein Hohlraum der Mikroküvette mit der äußeren Atmosphäre der Mikroküvette durch eine Kapillarprobeneinlassöffnung in Verbindung steht, die vorzugsweise durch dieses Schneiden gebildet wird; – und wobei Löcher in mindestens einem Blatt auf eine solche Weise bereitgestellt sind, dass sie Entlüftungslöcher in den Endküvetten erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, zur kontinuierlichen Herstellung, wobei mindestens ein Blatt in der Form eines kontinuierlichen Kunststofffilms bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Vertiefung durch Vakuumerzeugen bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Prägungen in einem vorbestimmten Muster um die Vertiefungen herum bereitgestellt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das einen UV-empfindlichen Klebstoff auf denjenigen Oberflächen der Blätter bereitstellt, die zu verbinden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Klebstoff durch Siebdruck aufgetragen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zusatzstoff und/oder das Reagenz flüssig ist und durch Drucken bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zusatzstoff und/oder das Reagenz getrocknet wird, bevor die Blätter in einem überlagerten Zusammenhang platziert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der vorbestimmte Abstand zwischen den Wänden des Kapillarhohlraums, der den optischen Weg definiert, weniger als 1 mm beträgt.