用于分析物检测的多层装置的制作方法

专利名称：用于分析物检测的多层装置的制作方法
用于分析物检测的多层装置
背景技术：
已经开展了多项用于检测尿液中成分的测试。这样的测试可以提供有关全面健康 的信息，以及提供健康问题的指示。当及时执行时，这样的测试也可能能够提供健康问题的 早期指示，这可能对有效治疗非常有利。举例来说，尿液测试可以用来检测尿路感染、糖尿 病(包括糖尿病酮症酸中毒)、寄生虫、脱水、饮食缺陷、癌症、高血压、肾疾病、哮喘、严重肺 气肿、酒精中毒、系统性红斑狼疮(SLE)、血管球性肾炎和白血病。这样的测试可以通过患者主动采集并提供样品来进行。然而，患者收集尿液样品 对某些测试对象，诸如儿童、老人以及受伤或无法行动的患者而言不容易进行。此外，优选 在患者不必在医生或其他特别培训人员存在的特定时间或条件下从这些患者收集和测试 尿液样品。通常，这样的对象可以配有尿布或其他吸收性制品以收集尿液并以卫生的方式 来提供用于处理。当然，必须定时检查这些制品，以确定是否已经收集到尿液和其他身体废 弃物。此外，现代测试方法通常要求可控读数窗(controlled readingwindow)。然而，仔细 地监控测试并非总是切实可行的，尤其在基于消费者的应用中。使用尿布和/或吸收性制品来收集和检测尿液样品已经有一定的发展。然而，如 果在空气或其他氧化环境中放置太久的时间时，测试仍然会显示不准确的结果。例如，如果 在空气或其他氧化环境中放置太久的时间，某些化合物可以发生氧化反应。产生的氧化化 合物可以带有一定的颜色，这会指示“假阳性”或至少不利地影响确定分析物存在与否的能 力。此外，多次尿液污染可能影响测试结果的准确性。因而，对无需仔细监控而获得准确结果的测试装置存在需求。包括这样的装置的 吸收性制品会特别有用。此外，在某些实施方案中，也可以提供用于检测和报告尿路感染的 有效尿液测试的吸收性制品也会特别有用。发明概述根据本发明的一个实施方案，描述了一种用于检测测试样品内分析物存在与否的 多层装置。该装置包括传感层和控制层。传感层被构造成支持反应以便显示指示测试样品 中是否存在分析物的信号。控制层与传感层流体连通并垂直相邻，且包括能够通过试剂从 控制层扩散移动至传感层来抑制传感层处反应的试剂。在本发明的另一个实施方案中，描 述了一种用于检测测试样品内酶存在与否的多层装置。传感层包括底物，该底物能够在存 在酶的情况下被修饰以释放产物，所述产物用来指示测试样品中是否存在酶的。控制层与 传感层流体连通并垂直相邻，且包括能够通过控制试剂从控制层扩散移动至传感层来抑制 传感层处的反应和/或其他不需要的副反应的控制试剂。在本发明的又一个实施方案中，描述了一种用于检测测试样品内亚硝酸盐存在与 否的多层装置。传感层包括芳香族伯胺和检测试剂。芳香族伯胺能够与亚硝酸盐反应形成 重氮离子，且检测试剂能够与重氮离子反应形成指示剂，该指示剂显示颜色来指示测试样 品中是否存在亚硝酸盐。控制层与传感层流体连通并垂直相邻，且包含能够通过控制试剂 从控制层扩散移动至传感层来抑制传感层处的反应和/或其他不需要的副反应的控制试 剂。
在本发明的又一个实施方案中，描述了一种用于接收可能包含分析物的体液的吸 收性制品。该吸收性制品包括基本不透液层、透液层和位于基本不透液层和透液层之间的 吸收芯。将本发明的多层装置整合到制品中，并且其位置使得当由该制品的佩戴者提供时， 该装置与体液流体连通。以下将更详细地描述本发明的其他特征和方面。附图的简要说明说明书的剩余部分参考所附附图更详细地描述了全部且使本领域普通技术人员 能够实施的发明内容(包括其最佳实施方式)，其中

图1是可以用在本发明中的装置的一个实施方案的透视图；图2是可以用在本发明中的装置的一个实施方案的透视图；以及图3是可以用在本发明中的装置的一个实施方案的透视图；本说明书和附图中重复使用的参考标记意图表示本发明的相同或相似的特征或 部件。发明详述^JL本文所使用的术语“分析物”通常表示待检测的物质。例如，分析物可以包括抗 原物质、半抗原、抗体及其组合。分析物包括，但不限于，毒素、有机化合物、蛋白质、肽、微 生物、氨基酸、核酸、激素、类固醇、维生素、药物(包括那些为治疗目的给予的药物以及那 些为不正当目的给予的药物)、细菌、病毒颗粒和任何上述物质的代谢物或抗体。一些分析 物的具体实例包括铁蛋白；肌酸激酶同工酶MB(CK-MB)；地高辛；苯妥英；苯巴比妥；卡马 西平；万古霉素；庆大霉素；茶碱；丙戊酸；奎纳定；促黄体激素(LH)；卵泡刺激素(FSH)； 雌二醇，孕酮；IgE抗体；维生素B2微球蛋白；糖化血红蛋白(Gly.Hb)；皮质醇；毛地黄毒 苷；N-乙酰普鲁卡因胺(NAPA)；普鲁卡因胺；风疹的抗体，诸如风疹-IgG和风疹IgM;弓形 虫病的抗体，诸如弓形虫病IgG(Toxo-IgG)和弓形虫病IgM(Toxo-IgM)；睾丸激素；水杨酸 盐；对乙酰氨基酚；乙肝病毒表面抗原(HBsAg)；乙肝核心抗原的抗体，诸如抗乙肝核心抗 原IgG和IgM(抗-HBC)；人类免疫缺陷病毒1和2(HIV1和2)；人类T细胞白血病毒1和 2 (HTLV)；乙型肝炎e抗原(HBeAg)；乙型肝炎e抗原抗体(抗-HBe)；促甲状腺激素(TSH)； 甲状腺素(T4)；总三碘甲状腺原氨酸(总T3)；游离三碘甲状腺原氨酸(游离T3)；癌胚抗 原(CEA)；以及甲胎蛋白(AFP)。滥用药物和管制物质包括，但不意图限于，安非他明；甲基 苯丙胺；巴比妥酸盐，诸如异戊巴比妥，司可巴比妥，戊巴比妥，苯巴比妥和巴比妥；苯二氮 平(benzodiaz印ines)，诸如利眠宁和安定；大麻(cannabinoids)，诸如大麻(hashish)和 大麻(marijuana)；可卡因；芬太奴；LSD ；安眠酮；鸦片剂，诸如海洛因，吗啡，可待因，氢吗 啡酮，氢可酮，美沙酮，氧可酮(oxycodone)，氧吗啡酮(oxymorphone)和鸦片；苯环己哌啶； 和丙氧芬。其他可能的分析物在授予Tom等人的美国专利第4，366，241号中有描述。本文所使用的术语“测试样品”通常是指可能含有分析物的任何材料。测试样 品可以获自任何生物来源，诸如生理流体，包含血液、组织间液、唾液(saliva)、接目镜液 (ocular lens fluid)、脑脊椎液、汗液、尿液、乳液、腹水液(ascites fluid)、黏液、鼻液、 唾液(sputum)、滑液、腹腔液(peritoneal fluid)、阴道液、月经、羊膜液、精子等。除生理 流体之外，可以使用其他流体样品，诸如水、食物产品等来进行环境或食物产品检测。此外，可能包含分析物的固体材料可以用作测试样品。从生物来源获得或者经预处理修饰样品性 质之后的测试样品可以直接使用。例如，这样的预处理也可以包括由血液制备血浆、稀释粘 稠液体等。预处理的方法也可以包括过滤、沉淀、稀释、蒸馏、混合、浓缩、使干扰成分失活、 添加试剂、裂解等。此外，修饰固体测试样品以形成液体底物或释放分析物也是有益的。详细描述现在将详细参考本发明的各种实施方案，以下列出其中的一个或多个实例。各实 例以解释本发明的方式而提供，并非限制本发明。事实上，在不脱离本发明的范围或精神的 情况下可以对本发明进行各种修饰和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。例如， 一个实施方案的部分所说明或描述的特征可以用在另一个实施方案来产生又一个实施方 案。因而，本发明意图包含落入所附权利要求和它们等价物的范围内的这样的修饰和变化。本发明通常涉及一种用于检测测试样品中是否存在一种或多种分析物的多层装 置。更通常地，该装置包括一个或多个传感层，该传感层被构造成支持反应以便显示指示测 试样品中是否存在分析物的信号。此外，该装置包括一个或多个控制层，该控制层与传感层 流体连通并垂直相邻。控制层包括一个或多个能够通过试剂从控制层扩散移动至传感层来 抑制传感层处的反应的试剂。本文描述了使用多层装置来实现检测分析物的各种实施方案。例如，参见图1，示 出了根据本发明的一个实施方案的多层装置10，如所示的，该装置包括传感层12和与其呈 垂直相邻关系的控制层14。该装置任选包括支座16。将足够体积的测试样品应用于装置10可以使得传感层12内形成指示感兴趣的分 析物是否存在的信号。该装置也包括与传感层12流体连通的控制层14。测试样品可以从 传感层12移动至控制层14，并从而使得控制试剂扩散移动返回传感层12。控制试剂在一 定时间之后能够抑制传感层处的反应和/或其他不需要的副反应。以这种方式，本发明的 测试装置不需要仔细监控就可获得准确结果。如上所述，如果在空气或其他氧化环境中放置太久的时间，某些化合物可以发生 氧化反应。多次尿液感染也可以影响测试结果的准确性。然而，如本发明所述的，由于控制 试剂扩散移动至传感层并在传感层抑制不需要的反应，可以将这样的问题减到最少。例如，在某些实施方案中，装置10可以包括控制试剂，该控制试剂能够抑制酶催 化底物反应。控制试剂可以包括酶抑制剂(竞争性(结合至酶)、非竞争性(结合至酶底物 复合物)或无竞争性(结合至酶和/或酶底物复合物))等。在又一个实施方案中，控制试剂可以根据需要选择性控制以压缩反应时间。加快 酶反应的合适的控制试剂可以包括，对水解酯酶可以包括，例如吡啶、咪唑以及它们的衍生 物、金属络合物和醇。特别有用的醇是具有1至15个碳原子的线性醇，诸如癸醇、十一醇和 十二醇。适合的控制试剂的其他实例在Corey等人的美国专利第4，657，855号和Bergen 等人的美国专利第4，299，917号中有描述，这些专利出于各种目的在此以引用的方式整体 并入本文中。可以选择性控制pH值以增强酶活性并抑制不需要的副反应。例如，许多酯底物在 强酸或强碱的条件下由于易于水解而不稳定。因而，通常将PH值维持在相对中性的水平， 诸如约6至约9，且在一些实施方案中，约7。然而，本发明的控制试剂可以调节pH值，以便 改变反应速度。一些可以用作本发明的控制试剂来维持期望PH值的生物可兼容缓冲液包括硼酸盐缓冲液、磷酸盐缓冲液(PBS)、2-(N_吗啡啉)乙磺酸(“MES”)、三羟甲基氨基甲 烷(“Tris”)、柠檬酸盐缓冲液等。类似地，可以用控制试剂缓冲液来调节pH值以抑制亚硝酸盐反应，诸如以上所述 的。例如，通常维持PH值在6以下的水平，在一些实施方案中为约1至约4。然而，本发明 的控制试剂可以用来改变PH值，以改变反应速度。可以用在本发明中的一些合适的控制试 剂的实例包括，但不限于，矿物酸、磺酸(例如，2-[吗啡啉]乙磺酸(“MES”)、羧酸和聚合 物酸。合适的矿物酸的具体实例是盐酸、硝酸、磷酸和硫酸。合适的羧酸的具体实例是柠 檬酸、乙醇酸、乳酸、醋酸、马来酸、没食子酸、苹果酸、琥珀酸、戊二酸、安息香酸、丙二酸、水 杨酸、葡糖酸及其混合物。合适的聚合物酸的具体实例包括直链聚丙烯酸及其共聚物(例 如，马来酸_丙烯酸共聚物、磺酸_丙烯酸共聚物和苯乙烯_丙烯酸共聚物)、分子量低于 约250，000的交联聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和天然形成的聚合物酸，诸如角叉菜胶、羧甲基 纤维素和海藻酸。此外，合适的控制试剂可以包括碱和缓冲化合物。合适的碱的实例包括碳酸氢钠、 碳酸钠、硼酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾或其组合。如图1所示，控制层14与传感层12流体连通。测试样品可以从传感层12移动至 控制层14并从而使控制试剂扩散移动返回传感层12。以这种方式，控制试剂能够抑制传感 层12处的反应。例如，在一些实施方案中，控制层14位于传感层12下面。由于传感层12 和控制层14相互分离，因而，降低了过早扩散进入传感层的任何控制试剂的可能。如上所述，本发明的多层装置也采用一个或多个传感层来提供是否存在分析物的 指示。更具体地，这样的层通常包括化学或生物试剂，该试剂与分析物和/或其他试剂相互 作用以产生信号(例如，视觉信号)。再参见图1，例如，多层装置10包括在其中放置有俘获 试剂的传感层12。通常，俘获试剂以使其基本上不扩散而穿过传感层12的基体(matrix) (即，非扩散式固定(non-diffusively immobilized))的方式来应用。这使得使用者能够 容易地检测俘获试剂与其他化合物反应时所发生的颜色变化。俘获试剂可以，例如，与出现 在传感层12表面上的官能团形成离子键和/或共价键，使其在上面保持不动。例如，颗粒， 诸如以下所述的，可以促使在传感层12的试剂固定不动。也就是说，试剂可以涂到颗粒上， 然后固定在装置10的传感层12上。以这种方式，试剂能够容易地接触流过多层装置10的 化合物。如果需要，用在检测装置中的一种或多种试剂可以放置在颗粒上(有时称为“珠” 或“微珠”)。例如，可以使用自然产生的颗粒，诸如核、支原体、质粒、质体、哺乳动物细胞 (例如，红细胞影)、单细胞微生物(例如，细菌)、多糖(例如，琼脂糖)等。此外，也可以 使用合成颗粒。尽管任何合成颗粒可以用在本发明中，但是颗粒通常由以下形成聚苯乙 烯、丁二烯苯乙烯、苯乙烯丙烯酸乙烯三元共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、 苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚醋酸乙烯、聚乙烯基吡啶、聚二乙烯基苯、聚对苯二甲酸丁二 醇酯、丙烯腈、氯乙烯-丙烯酸酯等或其醛、羧基、氨基、羟基或胼衍生物。当使用时，颗粒 的形状通常可以改变。在一个特殊的实施方案中，例如，颗粒是球形的。然而，应该理解的 是，其他形状也被本发明所包含，诸如板状、棒状、盘状、条状、管状、不规则形状等。此外，颗 粒的大小也可以改变。例如，颗粒的平均大小(例如，直径)可以为约0. 1纳米至约1，000 纳米，在一些实施方案中，为约0. 1纳米至约100纳米，以及在一些实施方案中，为约1纳
7米至约10纳米。市售的合适颗粒的实例包括以商品名称"FluoSphere" (Red 580/605) 和"TransfluoSphere" (543/620)以及〃 Texas Red"和5_和6_羧基四甲基罗丹明(其 也由Molecular Probes，Inc出售)由Molecular Probes, Inc.出售的荧光羧基微球。此 外，市售的合适的有色乳胶微粒的实例包括由Bang' sLaboratory, Inc出售的羧基乳胶珠。传感层12和控制层14的位置可以根据进行测试的性质而变化。在图示的实施方 案中，例如，传感层12与控制层14垂直相邻，且放置使得控制层14直接位于传感层12之 下。在这样的实施方案中，传感层12可以含有材料，该材料以如上所述的方式非扩散式固 定且与传感试剂形成化学和/或物理键。用在本发明装置中的特定试剂依赖于感兴趣的分析物。在一个特定的实施方案 中，例如，理想的是，检测尿液中存在的白细胞作为尿路感染(“UTI”)的早期诊断。尽管白 细胞通常存在于尿液中，但是已经确定病理水平的阈限是每毫升未离心尿液约IxlO4个白 细胞。当白细胞存在于尿液中时，白细胞酯酶产生并可以用作白细胞存在的生物标记物。各种试剂均可以用于检测白细胞酯酶的存在。一个这样的试剂是以化学方式作用 于感兴趣的酶或被感兴趣的酶“裂解”以释放产物的底物。例如，底物可以是酯，其在白细 胞酯酶存在下会催化水解产生芳香族化合物。芳香族酯可以包括，例如具有以下通式的吲 哚酯 其中，R可以被取代或未被取代，且可以是烷基、烷氧基、羟烷基、烯烃基、脂肪酸 基等。此外，芳香环也可以被取代或未被取代。具体实例包括，例如吲哚乙酸酯、吲哚丁酸 酯、吲哚月桂酸酯、吲哚硬脂酸酯、N-阻断氨基酸或肽及其硫代吲哚酚衍生物的吲哚酯以及 N-甲苯磺酰-L-丙氨酸-3-吲哚酯。这样的吲哚酯被白细胞酯酶水解形成苯并吡略，诸如 吲哚，其具有以下结构 也可以使用月桂酸酯，诸如在Johnson等人的美国专利第5，464，739号和 Noffsinqer等人的美国专利第5，663，044号中所描述的，这些专利出于各种目的在此以引用的方式整体并入本文中。月桂酸酯通常被白细胞酯酶水解形成羟基吡咯化合物。其他合 适的酯底物包括噻唑酯、吡咯酯、噻吩酯、萘酯、苯氧基酯、喹啉基酯，诸如在Huh等人的美 国专利第5，750，359号、Corey等人的美国专利第4，657，855号和Kawanishi等人的日本
发明者宋旭东 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司