專利名稱:用于分析物檢測的多層裝置的制作方法
用于分析物檢測的多層裝置
背景技術(shù):
已經(jīng)開展了多項用于檢測尿液中成分的測試。這樣的測試可以提供有關(guān)全面健康 的信息,以及提供健康問題的指示。當及時執(zhí)行時,這樣的測試也可能能夠提供健康問題的 早期指示,這可能對有效治療非常有利。舉例來說,尿液測試可以用來檢測尿路感染、糖尿 病(包括糖尿病酮癥酸中毒)、寄生蟲、脫水、飲食缺陷、癌癥、高血壓、腎疾病、哮喘、嚴重肺 氣腫、酒精中毒、系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、血管球性腎炎和白血病。這樣的測試可以通過患者主動采集并提供樣品來進行。然而,患者收集尿液樣品 對某些測試對象,諸如兒童、老人以及受傷或無法行動的患者而言不容易進行。此外,優(yōu)選 在患者不必在醫(yī)生或其他特別培訓人員存在的特定時間或條件下從這些患者收集和測試 尿液樣品。通常,這樣的對象可以配有尿布或其他吸收性制品以收集尿液并以衛(wèi)生的方式 來提供用于處理。當然,必須定時檢查這些制品,以確定是否已經(jīng)收集到尿液和其他身體廢 棄物。此外,現(xiàn)代測試方法通常要求可控讀數(shù)窗(controlled readingwindow)。然而,仔細 地監(jiān)控測試并非總是切實可行的,尤其在基于消費者的應用中。使用尿布和/或吸收性制品來收集和檢測尿液樣品已經(jīng)有一定的發(fā)展。然而,如 果在空氣或其他氧化環(huán)境中放置太久的時間時,測試仍然會顯示不準確的結(jié)果。例如,如果 在空氣或其他氧化環(huán)境中放置太久的時間,某些化合物可以發(fā)生氧化反應。產(chǎn)生的氧化化 合物可以帶有一定的顏色,這會指示“假陽性”或至少不利地影響確定分析物存在與否的能 力。此外,多次尿液污染可能影響測試結(jié)果的準確性。因而,對無需仔細監(jiān)控而獲得準確結(jié)果的測試裝置存在需求。包括這樣的裝置的 吸收性制品會特別有用。此外,在某些實施方案中,也可以提供用于檢測和報告尿路感染的 有效尿液測試的吸收性制品也會特別有用。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,描述了一種用于檢測測試樣品內(nèi)分析物存在與否的 多層裝置。該裝置包括傳感層和控制層。傳感層被構(gòu)造成支持反應以便顯示指示測試樣品 中是否存在分析物的信號??刂茖优c傳感層流體連通并垂直相鄰,且包括能夠通過試劑從 控制層擴散移動至傳感層來抑制傳感層處反應的試劑。在本發(fā)明的另一個實施方案中,描 述了一種用于檢測測試樣品內(nèi)酶存在與否的多層裝置。傳感層包括底物,該底物能夠在存 在酶的情況下被修飾以釋放產(chǎn)物,所述產(chǎn)物用來指示測試樣品中是否存在酶的??刂茖优c 傳感層流體連通并垂直相鄰,且包括能夠通過控制試劑從控制層擴散移動至傳感層來抑制 傳感層處的反應和/或其他不需要的副反應的控制試劑。在本發(fā)明的又一個實施方案中,描述了一種用于檢測測試樣品內(nèi)亞硝酸鹽存在與 否的多層裝置。傳感層包括芳香族伯胺和檢測試劑。芳香族伯胺能夠與亞硝酸鹽反應形成 重氮離子,且檢測試劑能夠與重氮離子反應形成指示劑,該指示劑顯示顏色來指示測試樣 品中是否存在亞硝酸鹽??刂茖优c傳感層流體連通并垂直相鄰,且包含能夠通過控制試劑 從控制層擴散移動至傳感層來抑制傳感層處的反應和/或其他不需要的副反應的控制試 劑。
在本發(fā)明的又一個實施方案中,描述了一種用于接收可能包含分析物的體液的吸 收性制品。該吸收性制品包括基本不透液層、透液層和位于基本不透液層和透液層之間的 吸收芯。將本發(fā)明的多層裝置整合到制品中,并且其位置使得當由該制品的佩戴者提供時, 該裝置與體液流體連通。以下將更詳細地描述本發(fā)明的其他特征和方面。附圖的簡要說明說明書的剩余部分參考所附附圖更詳細地描述了全部且使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 能夠?qū)嵤┑陌l(fā)明內(nèi)容(包括其最佳實施方式),其中
圖1是可以用在本發(fā)明中的裝置的一個實施方案的透視圖;圖2是可以用在本發(fā)明中的裝置的一個實施方案的透視圖;以及圖3是可以用在本發(fā)明中的裝置的一個實施方案的透視圖;本說明書和附圖中重復使用的參考標記意圖表示本發(fā)明的相同或相似的特征或 部件。發(fā)明詳述^JL本文所使用的術(shù)語“分析物”通常表示待檢測的物質(zhì)。例如,分析物可以包括抗 原物質(zhì)、半抗原、抗體及其組合。分析物包括,但不限于,毒素、有機化合物、蛋白質(zhì)、肽、微 生物、氨基酸、核酸、激素、類固醇、維生素、藥物(包括那些為治療目的給予的藥物以及那 些為不正當目的給予的藥物)、細菌、病毒顆粒和任何上述物質(zhì)的代謝物或抗體。一些分析 物的具體實例包括鐵蛋白;肌酸激酶同工酶MB(CK-MB);地高辛;苯妥英;苯巴比妥;卡馬 西平;萬古霉素;慶大霉素;茶堿;丙戊酸;奎納定;促黃體激素(LH);卵泡刺激素(FSH); 雌二醇,孕酮;IgE抗體;維生素B2微球蛋白;糖化血紅蛋白(Gly.Hb);皮質(zhì)醇;毛地黃毒 苷;N-乙酰普魯卡因胺(NAPA);普魯卡因胺;風疹的抗體,諸如風疹-IgG和風疹I(lǐng)gM;弓形 蟲病的抗體,諸如弓形蟲病IgG(Toxo-IgG)和弓形蟲病IgM(Toxo-IgM);睪丸激素;水楊酸 鹽;對乙酰氨基酚;乙肝病毒表面抗原(HBsAg);乙肝核心抗原的抗體,諸如抗乙肝核心抗 原IgG和IgM(抗-HBC);人類免疫缺陷病毒1和2(HIV1和2);人類T細胞白血病毒1和 2 (HTLV);乙型肝炎e抗原(HBeAg);乙型肝炎e抗原抗體(抗-HBe);促甲狀腺激素(TSH); 甲狀腺素(T4);總?cè)饧谞钕僭彼?總T3);游離三碘甲狀腺原氨酸(游離T3);癌胚抗 原(CEA);以及甲胎蛋白(AFP)。濫用藥物和管制物質(zhì)包括,但不意圖限于,安非他明;甲基 苯丙胺;巴比妥酸鹽,諸如異戊巴比妥,司可巴比妥,戊巴比妥,苯巴比妥和巴比妥;苯二氮 平(benzodiaz印ines),諸如利眠寧和安定;大麻(cannabinoids),諸如大麻(hashish)和 大麻(marijuana);可卡因;芬太奴;LSD ;安眠酮;鴉片劑,諸如海洛因,嗎啡,可待因,氫嗎 啡酮,氫可酮,美沙酮,氧可酮(oxycodone),氧嗎啡酮(oxymorphone)和鴉片;苯環(huán)己哌啶; 和丙氧芬。其他可能的分析物在授予Tom等人的美國專利第4,366,241號中有描述。本文所使用的術(shù)語“測試樣品”通常是指可能含有分析物的任何材料。測試樣 品可以獲自任何生物來源,諸如生理流體,包含血液、組織間液、唾液(saliva)、接目鏡液 (ocular lens fluid)、腦脊椎液、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)、陰道液、月經(jīng)、羊膜液、精子等。除生理 流體之外,可以使用其他流體樣品,諸如水、食物產(chǎn)品等來進行環(huán)境或食物產(chǎn)品檢測。此外,可能包含分析物的固體材料可以用作測試樣品。從生物來源獲得或者經(jīng)預處理修飾樣品性 質(zhì)之后的測試樣品可以直接使用。例如,這樣的預處理也可以包括由血液制備血漿、稀釋粘 稠液體等。預處理的方法也可以包括過濾、沉淀、稀釋、蒸餾、混合、濃縮、使干擾成分失活、 添加試劑、裂解等。此外,修飾固體測試樣品以形成液體底物或釋放分析物也是有益的。詳細描述現(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的各種實施方案,以下列出其中的一個或多個實例。各實 例以解釋本發(fā)明的方式而提供,并非限制本發(fā)明。事實上,在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的 情況下可以對本發(fā)明進行各種修飾和變化,這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。例如, 一個實施方案的部分所說明或描述的特征可以用在另一個實施方案來產(chǎn)生又一個實施方 案。因而,本發(fā)明意圖包含落入所附權(quán)利要求和它們等價物的范圍內(nèi)的這樣的修飾和變化。本發(fā)明通常涉及一種用于檢測測試樣品中是否存在一種或多種分析物的多層裝 置。更通常地,該裝置包括一個或多個傳感層,該傳感層被構(gòu)造成支持反應以便顯示指示測 試樣品中是否存在分析物的信號。此外,該裝置包括一個或多個控制層,該控制層與傳感層 流體連通并垂直相鄰??刂茖影ㄒ粋€或多個能夠通過試劑從控制層擴散移動至傳感層來 抑制傳感層處的反應的試劑。本文描述了使用多層裝置來實現(xiàn)檢測分析物的各種實施方案。例如,參見圖1,示 出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的多層裝置10,如所示的,該裝置包括傳感層12和與其呈 垂直相鄰關(guān)系的控制層14。該裝置任選包括支座16。將足夠體積的測試樣品應用于裝置10可以使得傳感層12內(nèi)形成指示感興趣的分 析物是否存在的信號。該裝置也包括與傳感層12流體連通的控制層14。測試樣品可以從 傳感層12移動至控制層14,并從而使得控制試劑擴散移動返回傳感層12??刂圃噭┰谝?定時間之后能夠抑制傳感層處的反應和/或其他不需要的副反應。以這種方式,本發(fā)明的 測試裝置不需要仔細監(jiān)控就可獲得準確結(jié)果。如上所述,如果在空氣或其他氧化環(huán)境中放置太久的時間,某些化合物可以發(fā)生 氧化反應。多次尿液感染也可以影響測試結(jié)果的準確性。然而,如本發(fā)明所述的,由于控制 試劑擴散移動至傳感層并在傳感層抑制不需要的反應,可以將這樣的問題減到最少。例如,在某些實施方案中,裝置10可以包括控制試劑,該控制試劑能夠抑制酶催 化底物反應。控制試劑可以包括酶抑制劑(競爭性(結(jié)合至酶)、非競爭性(結(jié)合至酶底物 復合物)或無競爭性(結(jié)合至酶和/或酶底物復合物))等。在又一個實施方案中,控制試劑可以根據(jù)需要選擇性控制以壓縮反應時間。加快 酶反應的合適的控制試劑可以包括,對水解酯酶可以包括,例如吡啶、咪唑以及它們的衍生 物、金屬絡(luò)合物和醇。特別有用的醇是具有1至15個碳原子的線性醇,諸如癸醇、十一醇和 十二醇。適合的控制試劑的其他實例在Corey等人的美國專利第4,657,855號和Bergen 等人的美國專利第4,299,917號中有描述,這些專利出于各種目的在此以引用的方式整體 并入本文中??梢赃x擇性控制pH值以增強酶活性并抑制不需要的副反應。例如,許多酯底物在 強酸或強堿的條件下由于易于水解而不穩(wěn)定。因而,通常將PH值維持在相對中性的水平, 諸如約6至約9,且在一些實施方案中,約7。然而,本發(fā)明的控制試劑可以調(diào)節(jié)pH值,以便 改變反應速度。一些可以用作本發(fā)明的控制試劑來維持期望PH值的生物可兼容緩沖液包括硼酸鹽緩沖液、磷酸鹽緩沖液(PBS)、2-(N_嗎啡啉)乙磺酸(“MES”)、三羥甲基氨基甲 烷(“Tris”)、檸檬酸鹽緩沖液等。類似地,可以用控制試劑緩沖液來調(diào)節(jié)pH值以抑制亞硝酸鹽反應,諸如以上所述 的。例如,通常維持PH值在6以下的水平,在一些實施方案中為約1至約4。然而,本發(fā)明 的控制試劑可以用來改變PH值,以改變反應速度??梢杂迷诒景l(fā)明中的一些合適的控制試 劑的實例包括,但不限于,礦物酸、磺酸(例如,2-[嗎啡啉]乙磺酸(“MES”)、羧酸和聚合 物酸。合適的礦物酸的具體實例是鹽酸、硝酸、磷酸和硫酸。合適的羧酸的具體實例是檸 檬酸、乙醇酸、乳酸、醋酸、馬來酸、沒食子酸、蘋果酸、琥珀酸、戊二酸、安息香酸、丙二酸、水 楊酸、葡糖酸及其混合物。合適的聚合物酸的具體實例包括直鏈聚丙烯酸及其共聚物(例 如,馬來酸_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 約250,000的交聯(lián)聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和天然形成的聚合物酸,諸如角叉菜膠、羧甲基 纖維素和海藻酸。此外,合適的控制試劑可以包括堿和緩沖化合物。合適的堿的實例包括碳酸氫鈉、 碳酸鈉、硼酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀或其組合。如圖1所示,控制層14與傳感層12流體連通。測試樣品可以從傳感層12移動至 控制層14并從而使控制試劑擴散移動返回傳感層12。以這種方式,控制試劑能夠抑制傳感 層12處的反應。例如,在一些實施方案中,控制層14位于傳感層12下面。由于傳感層12 和控制層14相互分離,因而,降低了過早擴散進入傳感層的任何控制試劑的可能。如上所述,本發(fā)明的多層裝置也采用一個或多個傳感層來提供是否存在分析物的 指示。更具體地,這樣的層通常包括化學或生物試劑,該試劑與分析物和/或其他試劑相互 作用以產(chǎn)生信號(例如,視覺信號)。再參見圖1,例如,多層裝置10包括在其中放置有俘獲 試劑的傳感層12。通常,俘獲試劑以使其基本上不擴散而穿過傳感層12的基體(matrix) (即,非擴散式固定(non-diffusively immobilized))的方式來應用。這使得使用者能夠 容易地檢測俘獲試劑與其他化合物反應時所發(fā)生的顏色變化。俘獲試劑可以,例如,與出現(xiàn) 在傳感層12表面上的官能團形成離子鍵和/或共價鍵,使其在上面保持不動。例如,顆粒, 諸如以下所述的,可以促使在傳感層12的試劑固定不動。也就是說,試劑可以涂到顆粒上, 然后固定在裝置10的傳感層12上。以這種方式,試劑能夠容易地接觸流過多層裝置10的 化合物。如果需要,用在檢測裝置中的一種或多種試劑可以放置在顆粒上(有時稱為“珠” 或“微珠”)。例如,可以使用自然產(chǎn)生的顆粒,諸如核、支原體、質(zhì)粒、質(zhì)體、哺乳動物細胞 (例如,紅細胞影)、單細胞微生物(例如,細菌)、多糖(例如,瓊脂糖)等。此外,也可以 使用合成顆粒。盡管任何合成顆粒可以用在本發(fā)明中,但是顆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-馬來酸酐共聚物、聚醋酸乙烯、聚乙烯基吡啶、聚二乙烯基苯、聚對苯二甲酸丁二 醇酯、丙烯腈、氯乙烯-丙烯酸酯等或其醛、羧基、氨基、羥基或胼衍生物。當使用時,顆粒 的形狀通常可以改變。在一個特殊的實施方案中,例如,顆粒是球形的。然而,應該理解的 是,其他形狀也被本發(fā)明所包含,諸如板狀、棒狀、盤狀、條狀、管狀、不規(guī)則形狀等。此外,顆 粒的大小也可以改變。例如,顆粒的平均大小(例如,直徑)可以為約0. 1納米至約1,000 納米,在一些實施方案中,為約0. 1納米至約100納米,以及在一些實施方案中,為約1納
7米至約10納米。市售的合適顆粒的實例包括以商品名稱"FluoSphere" (Red 580/605) 和"TransfluoSphere" (543/620)以及〃 Texas Red"和5_和6_羧基四甲基羅丹明(其 也由Molecular Probes,Inc出售)由Molecular Probes, Inc.出售的熒光羧基微球。此 外,市售的合適的有色乳膠微粒的實例包括由Bang' sLaboratory, Inc出售的羧基乳膠珠。傳感層12和控制層14的位置可以根據(jù)進行測試的性質(zhì)而變化。在圖示的實施方 案中,例如,傳感層12與控制層14垂直相鄰,且放置使得控制層14直接位于傳感層12之 下。在這樣的實施方案中,傳感層12可以含有材料,該材料以如上所述的方式非擴散式固 定且與傳感試劑形成化學和/或物理鍵。用在本發(fā)明裝置中的特定試劑依賴于感興趣的分析物。在一個特定的實施方案 中,例如,理想的是,檢測尿液中存在的白細胞作為尿路感染(“UTI”)的早期診斷。盡管白 細胞通常存在于尿液中,但是已經(jīng)確定病理水平的閾限是每毫升未離心尿液約IxlO4個白 細胞。當白細胞存在于尿液中時,白細胞酯酶產(chǎn)生并可以用作白細胞存在的生物標記物。各種試劑均可以用于檢測白細胞酯酶的存在。一個這樣的試劑是以化學方式作用 于感興趣的酶或被感興趣的酶“裂解”以釋放產(chǎn)物的底物。例如,底物可以是酯,其在白細 胞酯酶存在下會催化水解產(chǎn)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、羥烷基、烯烴基、脂肪酸 基等。此外,芳香環(huán)也可以被取代或未被取代。具體實例包括,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-阻斷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。這樣的吲哚酯被白細胞酯酶水解形成苯并吡略,諸如 吲哚,其具有以下結(jié)構(gòu) 也可以使用月桂酸酯,諸如在Johnson等人的美國專利第5,464,739號和 Noffsinqer等人的美國專利第5,663,044號中所描述的,這些專利出于各種目的在此以引用的方式整體并入本文中。月桂酸酯通常被白細胞酯酶水解形成羥基吡咯化合物。其他合 適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,諸如在Huh等人的美 國專利第5,750,359號、Corey等人的美國專利第4,657,855號和Kawanishi等人的日本
發(fā)明者宋旭東 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司