专利名称：载液装置和制造该装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分析液体样品的装载液体的装置(在下文中称为载液装置)和制造该装置的方法。本发明的载液装置适合于在测量血液、尿和其它物质的组成中作为临床诊断分析的工具。
当样品是血液、尿或另一种液体时，分析一个样品的组成需要一个用于装载该液体的容器或装载装置。试管和其它的玻璃仪器都是通常的装载液体的容器。移液管用于装入固定量的样品。对于装载装置而言，由液体可渗透的纸张、有机高分子膜和其它的物质组成的试件是众所周知的。在这样的装载装置的情形下，通过移液管吸入一定量的待测液体，让这些液体穿过试件并装载于装置中。
但是，用试管或其它的玻璃仪器装入待测液体的方法，在收集微量的待测液体时会产生一些困难，并妨碍精确性。分析可以穿过试件的液体需要使用移液管，这不仅增加了操作的复杂性，而且阻碍了试图使操作程序自动化所使用的机器的小型化。
因此，就待测液体的分析而言，本发明的目的是提出一种简单的载液装置，这种装置使得装入液体，甚至装入微量的液体比较容易，并为分析提供足够定量的精度。
为了达到上述的目的，本发明所涉及的载液装置中装有由有机大分子组成的材料。这种材料的表面由不同的区域组成，这些区域关于液体具有互不相同的接触角。第一区域对于任何附着于该区域(第一区域)的液体的表面形成相对较小的接触角α；第二区域，紧靠第一区域，对于附着于该区域(第二区域)的与上述相同的液体的表面形成相对较大的接触角β。
制造为了分析液样而使液体能够被装入到其中的载液装置的适宜的方法包含下列主要的工艺特点(a)制备有机大分子材料的步骤。
(b)将给定型式的掩蔽层(mask)安置于材料表面的某一位置，该掩蔽层与材料表面形成紧密接触或相互分开。
(c)用紫外线穿过掩蔽层照射材料表面的步骤。
载液装置中的液体，除了需要分析的液体样品外，还包括溶解将与待测样品反应的试剂的液体。
图1表示实施例1的载液装置，其中有水附着在表面上。图1(a)是俯视图，图1(b)是正视图。
图2是实施例2的载液装置的截面图，其中有水附着在表面上。
本发明中的载液装置的材料的表面由不同的区域组成，这些区域对于液体具有各自不同的接触角，且这些区域相互紧靠。由于接触角的不同，如果液体的量很少，该液体将会附着于第一区域，第一区域有较小的接触角(使液体易于润湿第一区域)，而不会附着于第二区域，第二区域有较大的接触角(使液体难于润湿第二区域)。
例如，如果第一区域(具有较小的接触角)的面积在较高的精度下被确定，且周围环绕着第二区域(具有较大的接触角)，那么附着于第一区域的表面上的液体的量可以在很高的精度下被确定，此液体的量与第一区域的面积和由液体与第一区域形成的接触角有关，而与所提供的液体的量无关。这就使得所附着的液体能够通过使用已知量的试剂而进行定量分析。试剂也可以预先应用于具有较小接触角的区域。
如果所使用的材料是两张相对放置的透明薄片，和如果两张薄片间的距离已由插入两薄片间的垫片固定好，那么第一区域作为基面，液体以圆柱形状装载于两张薄片材料之间的空间。在这种情形下，仅在薄片材料的一张薄片的表面可以提供具有不同接触角的不同区域，试剂可以施用于另一张薄片的表面。这使得液体附着前使用试剂，而不改变第一区域的接触角。而且，因为待测液体装载在两张薄片材料之间，待测液体的泄漏是不容易的，工作人员可以避免任何来自待测液体的感染。这种安排也可以防止分析设备的污染。
如上面所解释，附着在本发明的材料表面上的液体的量不仅取决于材料的表面积，还取决于接触角。在本发明的载液装置的制备过程中，控制材料的各个独立区域的接触角是很重要的。例如，如果装载的液体是水基的液体，较好的安排是，憎水区域的较大的接触角β至少为60°，在一个区域与相邻区域的接触角差值(β-α)至少为30°。在这样的参数范围内，重复实验时，所附着的液体的量的变化较小。当载液装置用紫外线照射的方法制备时，可以通过使用下面将要解释的紫外照射的条件来控制接触角。
为了在一片材料的同一表面产生具有不同接触角的不同区域，要在憎水的(或亲水的)、有机的、高分子材料的表面上制备掩蔽层，这样亲水的基团(或憎水的基团)和接枝支链通过化学作用被引入到掩蔽层的暴露部位。可以使用等离子体工艺方法，电晕放电工艺方法和其它的方法代替化学方法而使得仅仅是暴露的表面部位变得具有亲水性(或憎水性)，但是上述的紫外照射的方法是非常好的，因为它不需要任何专门的预处理或后处理，而且所用的设备简单。
下列当中的一种或多种可以用作本发明的材料所需的有机高分子聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚氯乙烯、聚二氯乙烯、热塑性聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷、氟树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、缩醛树脂、聚苯氧、聚对苯二酸丁酯、聚对苯二酸乙酯、聚苯硫醚、或其它的热塑性树脂；不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、尿素树脂、密胺树脂、聚邻苯二甲酸二烯丙基酯、硅氧烷树脂、或其它的热固性树脂；硅橡胶或其它的橡胶。
材料可以被加工成片状、圆柱状、圆筒状、凝胶、膜、或纤维形状。最基本地，为了装载待测液体如果材料能够使一片区域具有较小的接触角，那么就可以使用该材料。具有较小的接触角的区域的形状通常为圆形，其直径在1mm和7mm之间；若为多边形，其一边的长度在1mm和7mm之间；或为线形，其宽度在1mm和5mm之间。上述的制备方法中的紫外线的光源是低压水银灯。这是因为管壁温度必需较低，大约100℃，灯管辐射高能量、短波长的紫外线。短波长的紫外线的波长为185nm或254nm比较好，因为在此波长紫外线具有较高的能量。
进行照射通常需要1分钟至120分钟的一段时间，照射的距离在0.5cm至8.0cm，照射强度大约在1mW/cm2至20mW/cm2。
实施例1
准备三种材料的(每一种为五张)薄片聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二酸丁酯(PET)、和聚碳酸酯(PC)，每一薄片厚度为0.5mm，准备两类具有直径为2mm或3mm的圆形透光孔的掩蔽层。
材料在50％的乙醇水溶液中进行超声清洗，然后干燥。然后将一个掩蔽层放置在材料的表面，垂直于材料正上方2cm处固定好低压水银灯。然后用紫外线照射材料10分钟，产生本发明的载液装置的第一个实施例。紧接上面的过程，将载液装置浸入到水中，然后轻轻地拿出来，检查材料表面的水以保证水仅仅附着在对应于掩蔽层的透光孔的圆形区域，这样在材料的表面就有两个相邻的区域，这两个区域关于上述的水具有不同的接触角，并以圆形边界隔开。上述的载液装置，表面上附着了水之后的俯视图和正视图如图1(a)和图1(b)所示。图中装置和水分别以符号”1”和“W”表示。此载液装置表面上附着的水的量使用KarlFischer的方法进行测量。测量结果列于表1中。
另外，为了测量上述的两个区域各自的接触角，通过在50％的乙醇水溶液中超声清洗的方法准备前述的三种材料(每一种为10张)薄片。然后将材料干燥。接下来，将1.8μl的水滴落到每一种材料的5张薄片上面，并测得静止的接触角(在紫外照射之前)。每一种材料的剩余的5线薄片在与前述的载液装置实施方案相同的条件下进行紫外照射，然后以与不照射的薄片所用的相同的方法在照射区域滴上水。然后测得静止的接触角(在紫外照射之后)。这些测量的结果列于表1中。
表1 (n＝5)材料种类 PMMA PET PC掩蔽层小孔直径(mm) 3 2 2静止接触角(度)紫外照射前 797794紫外照射后 314223附着水的量(μg) 1927.0±51.1 876.4±30.8 532.2±29.4如表1中所见，上述的载液装置的实施例能够装载微量的固定量的水，甚至低于微升量级，具有较高的精度。载液装置的装载能力不仅可以通过改变紫外照射的表面积大小进行调节，而且可以通过控制接触角进行调节。这一实施例的每一种材料是透明的，这样可以使得附着的水吸收光线，测量穿过材料的光的量而进行吸光测定。在材料浸入水中之前宏观上不能证实存在具有不同接触角的两个区域。但是，如果在将材料进行紫外照射之前，沿掩蔽层的透光孔的内圆周划线，那么两个区域的边界可以辨认出来。
实施例2本发明的载液装置的第二个实施例将参照图示进行解释。图2是本发明的载液装置的第二个实施例的截面图。在此例中，载液装置ll由相对放置的两块薄片材料12和13和垫片14组成，垫片14用于分隔和固定材料12与材料13之间的距离。
材料12和材料13都是透明的聚苯乙烯(PS)薄片，它们的厚度为lmm，与附着于它们的表面的水的接触角为90°。仅在薄片12和薄片13的表面的中央有一个直径为3mm的圆形区域(未在图中标出)，该圆形区域具有亲水性，使得它们与水的接触角为15°。将试剂使用在材料13的圆形区域内。载液装置11按下述步骤制造。首先，通过实验探索对PS的紫外照射条件(例如照射时间)与接触角之间的关系。用50％的乙醇水溶液超声清洗聚苯乙烯薄片，然后干燥，然后将聚苯乙烯薄片放置于紫外照射设备中。将一个具有直径为3mm的圆形透光孔的掩蔽层放置在薄片的上面，在掩蔽层上方固定一个低压水银灯。然后用紫外线穿过掩蔽层照射材料，直至圆形区域与水的接触角为15°为止。另外，制备一种含有下列组份的试剂溶液。
过氧化物酶4,000单位葡糖氧化酶4,000单位4-氨基安替比林10mg1-萘酚-3，6-二磺酸钠12mg0.1M磷酸盐缓冲溶液(pH6)3ml聚乙烯基吡咯烷酮50mg在紫外照射之后，将一个1μl的试剂溶液的液滴滴在薄片上的圆形区域内，然后将薄片干燥，由此获得材料13。除了不滴加试剂外，以相同的方法获得材料12。将材料12和材料13的暴露于紫外线中的区域相对放置，将垫片14插入并固定在薄片之间，薄片12与薄片13之间的空隙为0.3mm。这就完成了本发明的第二个载液装置11的实施例的制作。将葡萄糖水溶液灌入到材料12与13之间的空隙。结果是葡萄糖水溶液(图中以符号“W”表示)仅附着于前述的每块材料的圆形区域，如图2所示，并且溶液呈圆柱形状被装载。让载液装置保持1分钟，波长为550mm的光线垂直照射穿过材料12和材料13的圆形区域，并测量吸光度。三种不同浓度的葡萄糖水溶液的吸光度的测量结果列于表2中。
表2葡萄糖浓度 吸光度(mg/dl) 平均值±偏差1000.102±0.0062000.187±0.0094000.390±0.017如表2中所见，吸光度与葡萄糖水溶液的浓度之间几乎是成正比例的关系。这些结果确证了材料12和材料13之间装载的葡萄糖水溶液的量是一定的。
权利要求
1.一种用于液样分析的装载液体的装置，该装置包括一种由有机高分子组成的材料，这种材料的表面被分成不同的区域；第一区域对于附着在该区域的任何液体的表面形成相对较小的接触角α，和第二区域紧靠上述的第一区域，并对于附着在该区域的与上述相同的液体的表面形成相对较大的接触角β。
2.根据权利要求1的装置，其中在第一区域施用将与样品反应的试剂。
3.根据权利要求1的装置，其中第二区域包围着第一区域。
4.根据权利要求1的装置，其中材料是透明的。
5.根据权利要求1的装置，其中的有机高分子至少一种是选自热塑性树脂、热固性树脂、橡胶、和它们的组合物组成的集合。
6.根据权利要求1的装置，其中材料为片状、凝胶、膜、柱状、或纤维状。
7.根据权利要求1的装置，其中β不低于60°，α与β的差值不低于30 °。
8.一种用于液样分析的装载液体的装置，该装置包括两张有机高分子材料的透明薄片，这两张薄片相对放置，至少一张薄片的表面被分成不同的区域，第一区域对于附着于该区域的任何液体的表面形成相对较小的接触角α，第二区域紧靠第一区域，第二区域对于附着于该区域的与上述相同的液体的表面形成相对较大的接触角β；和在上述的两张薄片间插入一个垫片，用来固定两张薄片之间的空隙。
9.根据权利要求8的装置，其中在第一区域应用将与样品反应的试剂。
10.根据权利要求8的装置，其中第二区域包围着第一区域。
11.根据权利要求8的装置，其中β不低于60°，α与β的差值不低于30°
12.一种制造用于液样分析的装载液体的装置的方法，该方法包括以下步骤(a)准备有机高分子材料。(b)将已给定型式的掩蔽层放置在材料上面，该掩蔽层与材料表面形成紧密接触，或者是相互分开的。(c)用紫外(μV)线穿过掩蔽层照射材料表面。
13.根据权利要求12的方法，其中将掩蔽层制造成阻挡紫外线穿过的部分包围着让紫外线穿过的部分。
全文摘要
一个用于液样分析的装载液体的简单装置，该装置包括有机大分子材料，表面分成不同的区域，每个区域相对于液体的接触角互不相同，一个区域被另一个区域包围着。对于检测液体的分析，该装置能使甚至微量液体的装载变得容易并为分析提供足够量的精度。
文档编号G01N35/00GK1155081SQ9610942
公开日1997年7月23日 申请日期1996年8月9日 优先权日1996年8月9日
发明者大久保章男, 福冈隆夫 申请人:株式会社京都第一科学