专利名称：基于微毛细管的光谱测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测定样品中分析物的光谱方法的应用以及一种用于定性和/或定量测量液体样品中的一种或多种分析物的测试系统。
背景技术：
在本领域中，人们已经建立用于家庭用的自我诊断，特别是用于血糖的自我诊断的测试系统很多年了。
尽管如此，仍然需要继续对现有产品进行进一步的开发，目的是在准确度和重复性方面，特别是在操作和用户友好性方面获得进一步提高。基于电化学探测反应的生物传感器和由反射测量来评价颜色反应的膜基测试条是本领域中的发展前沿。
特别地，考虑到用户友好性，吸取病人少量血液的生物传感器被认为是前途较好的。
为获得重复性结果，在现有产品中，电化学传感器(例如见USP5759364)的整个电极室必须被血液完全覆盖，为此通常需要至少3μl或更多的血液。
对于由反射测量来评价的膜基测试条系统(例如见USP5453360)，通常需要甚至更大量的血液。
考虑到重复性和精度，除了传感器几何结构和膜形态的一致性以外，向测试单元中均匀施用生化试剂是具有特别决定性的影响因素。
电化学生物传感器包括向传感器电极室施用酶/介体制剂，例如通过丝网印刷术或用微量移液管吸取。
比色测试带系统包括用酶/指示剂制剂浸渍或涂覆的微多孔膜。
色谱特别是气相色谱(GC)和毛细管电泳(CE)柱形式的多种微毛细管都是已知的(Kurt Grob的“Making and ManipulatingCapillary Columns for Gas Chromatography”，Huethig Verlag，1986)，以下称为微毛细管柱。可以将微毛细管柱制作成长度高达50或甚至100m，同时具有高重复性。
即将公布的德国专利申请书10008906公开了，在基于微毛细管柱来比色测定液体样品如血液中的分析物如葡萄糖时，可以在上述目标标准方面获得显著的进步。但是，比色测定需要将生色酶试剂系统整合到微毛细管柱中。这要求一个相对复杂的方法，该方法使酶试剂系统的成本相当大。而且，这种生色测试系统只能用于一种分析物。例如，葡萄糖氧化酶试剂系统只能用于一次性检测葡萄糖。
发明内容
本发明的目的是实现在液体样品中测定分析物，同时利用微毛细管的优点而不一定需要酶试剂系统，即试剂更少(没有分析辅剂)。
本发明提供了光谱方法在定性和/或定量测定通过微毛细管采取的样品的一种或多种分析物的应用。
本发明也提供了用于定性和/或定量测定液体样品的一种或多种分析物的测试系统，其中样品通过微毛细管采取，分析物通过光谱方法测定。
根据本发明，当用于例如色谱中时，液体样品，例如全血液或细胞间的组织液通过毛细作用力吸入微毛细管中。除了样品体积小这一方面外，这种方法还有的优点是样品液体不与通常用于制备常规测试条或生物传感器系统所需的粘合剂或胶粘剂相接触。
有用的光谱方法对本领域中的技术人员来说是公知的，并且考虑分析物和液体样品的特性来选择，以适当的方法进行。优选的光谱方法包括红外(IR)和拉曼光谱。对于红外区更优选的光谱方法包括近红外(NIR)和中红外区(MIR)。这两种方法都可以用来对微毛细管中非常小体积的样品进行分析，除了使用标准几何形状，还可通过各种其它有用的实施方案进行例如，表面敏化法如衰减全发射(ATR)方法、光学纤维形式的光波导管或平面光导管、用光近场方法(SNOM)对非常小探测体积的光激励，具体对于拉曼光谱表面增强拉曼光谱(SERS)或非线性拉曼光谱，例如，相干反斯托克司拉曼光谱(CARS)，用于减少背景信号的共焦几何结构。表面敏化法如IR光谱ATR技术对于不适于透射测量的样品是特别有用的。
应当选择根据本发明使用的微毛细管的尺寸和材料性能，以便于它们通过毛细作用力吸入基本为水溶液的样品液体。吸入的样品体积，特别是对于长度约为1cm的微毛细管，优选小于3μl，更优选小于1μl，最优选0.5μl或更小。
有用的微毛细管具体可从气相色谱(GC)和毛细管电泳(CE)知道。这种微毛细管柱基本上或者甚至完全满足了本发明设定的要求，不论在毛细管几何结构上，还是在毛细管内部的性能上。
根据本发明使用的微毛细管优选具有一个圆截面。微毛细管的内径优选小于500μm，更优选小于250μm，最优选10-100μm。
使用的微毛细管长度优选最长达2cm，更优选最长达1cm，最优选约0.5cm。
为了本发明的目的，GC或CE柱已经被证明是有用的，其尺寸通常是这样的，使得非常小的样品量例如0.5μl血液或细胞间的组织液，足够用于使用长度为1cm或更小的毛细管的官能测试。
由于样品体积小，本发明的微毛细管也满足了“最小入侵度”测试工具包的要求，其被认为是对病人特别有利的，尤其是最大限度地减小了痛苦。
该微毛细管含有适当的材料，其在特殊条件下是惰性的并且能透过光谱方法的辐射。实例包括石英玻璃和常规玻璃。
微毛细管优选载有一种内涂层，其在色谱中也称做固定相。这种涂层包含许多种材料，这对于市售的GC柱基本上是已知的。用于本发明微毛细管测试系统的有用涂层包括亲水性和/或极性涂层材料，例如具有不同分子量的聚乙二醇(Carbowax)、聚乙二醇衍生物例如Carbowax4000单硬脂酸酯和氰丙基聚硅氧烷。
关于固定相(微毛细管的内涂层)的应用，可以参考已知用于GC柱的标准步骤。如在上述文献(K.Grob，1986)中所描述的，基本上有两种方法。它们是静态涂层和动态涂层。这些方法可以使长达50或甚至100m的微毛细管涂上涂层。在固定相中的聚合物也可以与石英柱的表面以共价键的形式键合，如在上述文献中所描述的。
常规微毛细管柱一般含有已经提及的石英(熔融二氧化硅)。先前使用的玻璃柱在色谱中已经变得不重要了，由于他们优良的透明性，其对于本发明的测试系统具有实际的重要性。
通常将石英柱外侧涂上一层黄色/褐色高温稳定的聚酰亚胺层。这消除了石英柱的脆性并且获得了易于处理的柔韧的微毛细管柱，其在生产和进一步处理中可以作为辊轴材料处理。
本发明测试系统要求对光谱方法的辐射有足够的透明度。当有色的聚酰亚胺层妨碍了光谱分析时，可以使用无色的聚合物，例如聚硅氧烷、丙烯聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚酰胺或聚酯聚砜取而代之。如果需要，可以在用于分析的微毛细管的适当区域内将妨碍层除去，例如通过激光烧蚀。
对于作为本发明测试工具包的基本成分的微毛细管的必要要求是在毛细管力的辅助下，它们具有吸入全血液、细胞间组织液或其他样品液体的能力。
令人惊讶的是，人们发现具有亲水性和/或极性涂层[例如聚乙二醇(Carbowax)]或具有已知作为固定相的材料(例如氰丙基聚硅氧烷)的微毛细管能显著地吸入样品液体如血液或细胞间组织液，也即是说，亲水性和/或极性涂层有利于通过毛细作用力吸入样品液体，而用疏水性涂层(例如聚硅氧烷改性)改性的微毛细管没有表现出这种特性。
然而，为达到这个目的，后一种类型毛细管可以通过用特定的表面活性剂处理进行改性。
有用的表面活性剂包括例如SDS的离子型表面活性剂，例如磷脂的两性离子表面活性剂和例如Pluronic或含氟表面活性剂(例如Bayowet FT 219)的非离子表面活性剂。
考虑到进一步优化吸入特性，这些表面活性剂也可以存在于所提及的亲水性涂层，例如Carbowax内或其上。
样品液体通常基本上是水溶液，特别是体液。实例包括尿、细胞内组织液和血液。
被测定的典型分析物的实例包括葡萄糖、胆红素、酮类化合物、pH、蛋白质和胆固醇。
虽然传统比色测试系统(测试条、生物传感器)只允许每一个测试成分进行一种测定，但是本发明测试系统的较少试剂成分允许在一个测试成分中同时或顺次进行多种测定，例如进行葡萄糖和胆固醇测试。
在本发明的一个具体实施方案中，液体样品是血液或细胞间组织液，而分析物为葡萄糖。
光谱测量一般通过穿过微毛细管壁的透射率进行。
在吸入样品液体例如细胞间组织液后，分析物例如葡萄糖的定量和/或定性测定通过光谱方法进行，优选立即在微毛细管中进行，其能够有效地作为比色皿。
考虑到实际处理以及光谱分析，本发明的微毛细管测试系统应当形成一个适当的格式。
在下面的实施例中，其中测试了不同市售GC微毛细管柱的吸入特性，使用的微毛细管为来自Varian的约1cm长的微毛细管柱部分。
获得下列吸入结果CP-Sil 5 CB测试液体没有被吸入。
CP-Wax 52 CB测试液体在几秒内被吸入。
CP-Wax 52 CB测试液体在几秒内被吸入。实施例2疏水性GC微毛细管柱的表面活性剂涂层如在实施例1中所提及的，具有疏水性固定相(CP-Sil 5 CB，Varian)的GC微毛细管柱没有吸入样品溶液，将其用下列表面活性剂涂覆表面活性剂溶液磷脂90G(Rhone-Poulene)的1％异丙醇溶液。
在减压下用表面活性剂溶液将约1cm的CP-Sil 5 CB微毛细管柱涂覆，然后干燥(动态涂布，见K.GrobMaking and ManipulatingCapillary Columns for Gas Chromatography)。
使用ENCOTETM参比溶液进行吸入测试在小于1秒的时间内将2cm的微毛细管柱部分充满。
权利要求
1.光谱方法在对通过微毛细管采取的一个样品的一种或多种分析物进行定性或定量测定中的应用。
2.权利要求1的应用，其特征在于在微毛细管的内表面有一层涂层。
3.权利要求1或2的应用，用于测定血液或细胞间组织液中的葡萄糖。
4.前述权利要求任一项的应用，其特征在于微毛细管含有玻璃或石英。
5.前述权利要求任一项的应用，其特征在于微毛细管的内径为500μm或更小。
6.根据权利要求1的红外或拉曼光谱的应用。
7.用于对一个液体样品的一种或多种分析物进行定性和/或定量测定的测试系统，其中样品通过一个微毛细管取样而分析物通过光谱方法测定。
8.权利要求7的测试系统，其特征在于在微毛细管中进行一种或多种分析物的测定。
9.权利要求7或8的测试系统，其特征在于通过微毛细管采取的样品体积小于3μl。
10.权利要求7-9的任一项的测试系统，其特征在于通过红外或拉曼光谱进行一种或多种分析物的测定。
全文摘要
本发明涉及用于测定样品中分析物的光谱方法的应用，以及一种用于定性和/或定量测量液体样品中的一种或多种分析物的测试系统。
文档编号B01L3/00GK1407336SQ0213018
公开日2003年4月2日 申请日期2002年8月23日 优先权日2001年8月24日
发明者K·希尔登布兰德, I·多恩, E·迪贝尔, F·利森 申请人:拜尔公司