PL189131B1

PL189131B1 - Analityczny element testowy, sposób wytwarzania analitycznego elementu testowego i zastosowanie

Info

Publication number: PL189131B1
Application number: PL98341558A
Authority: PL
Inventors: Volker Zimmer; Hans-Peter Braun
Original assignee: Roche Diagnostics Gmbh
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2005-06-30
Also published as: CZ302529B6; HUP0101121A2; CZ20002017A3; HUP0101121A3; KR20010032612A; DE59807585D1; TW419396B; WO1999029435A2; CA2311494A1; PL341558A1; ATE234689T1; EP1037717A1; CN1195887C; US8211245B2; US20060174978A1; JP2001525496A; DE19753848A1; US7025836B1; AU738615B2; KR100568916B1

Abstract

1. Analityczny element testowy, w którym ciecz próbki jest transportowana z miej- sca pobrania próbki do miejsca jej przeznaczenia, przy czym miejsce detekcji znajduje sie w kierunku transportu zgodnie z przeplywem próbki z miejsca jej pobrania, znamienny tym, ze analityczny element testowy ma przynajmniej jedna powierzchnie, która sklada sie przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego woda lub ze stopu utlenialnego woda, które poddano dzialaniu wrzacej wody lub pary wodnej. 2. Sposób wytwarzania analitycznego elementu testowego o co najmniej jednej war- stwie powloki powierzchniowej dla zwiekszenia napiecia powierzchniowego, znamienny tym, ze na powierzchni przedmiotu elementu testowego osadza sie warstwe elementu te- stowego przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego woda lub stopu utlenialnego wo- da i nastepnie na tak osadzona warstwe dziala sie wrzaca woda lub para wodna i utlenia sie te warstwe przynajmniej powierzchniowo. 14. Zastosowanie sposobu wedlug zastrz. 2 do wytwarzania analitycznego elementu testowego. 15. Zastosowanie powloki wytwarzanej sposobem wedlug zastrz. 2 do analitycznego elementu testowego. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest analityczny element testowy, sposób wytwarzania analitycznego elementu testowego i jego zastosowanie oraz zastosowanie powłok powierzchniowych dla zwiększenia napięcia powierzchniowego przedmiotów.

Nanoszenie powłoki na powierzchnie przedmiotów stałych jest szeroko znanym środkiem uzyskania pożądanej zmiany właściwości powierzchniowych przedmiotów. Można tu wskazać na niezliczone sposoby ochrony przed korozją przedmiotów codziennego użytku wykonanych z metali nieszlachetnych lub też na lakierowanie przedmiotów z zamiarem zmiany ich wyglądu zewnętrznego.

Pod pojęciem nanoszenia powłoki względnie powlekania rozumie się powszechnie sposób nanoszenia na półwyrób lub taśmę nośną trwale przywartej warstwy z bezpostaciowego materiału. Zasadniczo można wyróżnić 4 grupy sposobów powlekania, które różnią się stanem powlekającego materiału przed powlekaniem:

1. Powlekanie z fazy gazowej lub parowej, jak na przykład naparowywanie lub metalizowanie;

2. Powlekanie z fazy ciekłej, stałej w postaci papkowatej lub pastowatej, jak na przykład lakierowanie, powlekanie dyspersyjne lub powlekanie polewą;

3. Powlekanie z fazy /jonizowanej przez osadzanie elektrolityczne lub chemiczne, takie jak między innymi eloksalacja lub lakierowanie elektroforetyczne;

4. Powlekanie z fazy stałej, to znaczy z fazy ziarnistej lub proszkowej, na przykład powlekanie proszkowe lub za pomocą spiekania.

W zakresach zastosowania, w których wykorzystuje się tanie artykuły jednorazowego użytku, zwłaszcza w diagnostyce medycznej lub przy analizach środowiska, tworzywa sztuczne okazały się korzystne do ich wyrobu. Ponieważ tworzywa sztuczne, zwłaszcza tanie, łatwe do przerobu, prawie dowolnie formowalne i powszechnie stosowane składają się z reguły z niepolamych polimerów organicznych, więc są one często niezwilżalne lub trudno zwilżalne przez ośrodki polarne takie jak woda i wodniste ciecze, zwłaszcza próbki biologiczne. Tego rodzaju własności dla pewnych zastosowań są korzystne, na przykład tam gdzie przyczepność cieczy do przedmiotów z tworzywa sztucznego jest niepożądana, jak na przykład w ostrzach pipetek jednorazowego użytku. Istnieją jednak liczne dziedziny zastosowań przedmiotów z tworzywa sztucznego, w których pożądana jest zwilżalność polarnymi cieczami, jak to ma miejsce na przykład w zakresie szybkiej diagnostyki, gdzie tworzywa sztuczne mogą służyć jako materiały do pobierania biologicznych próbek ciekłych/w płynie.

Dlatego też nie brak jest różnych sposobów mających na celu hydrofitową modyfikację powierzchni ze sztucznego tworzywa. Hydrofitowe powierzchnie odznaczają się dużym napięciem powierzchniowym mającym wartość zbliżoną do wartości napięcia powierzchniowego wody (72 mN/m). Przykładowymi dla hydrofitowej modyfikacji powierzchni z tworzywa sztucznego są na przykład obróbka koronowo-plazmowa, Plasma Chemical Vapor Deposition (PACVD na przykład Fa.Antee, Kelkheim), opisane na przykład w US 4 973 493 kowalentne wiązanie hydrofitowego polimeru wyposażonego fotoreakcyjnie na powierzchni z tworzywa sztucznego (Photo Link Surface, Fa. BSI Corporation, Eden Prairie, Minnesota, USA), nanoszenie na powierzchnię z tworzywa sztucznego warstw zawierających środki zwilżające (na przykład Fa. Adhesive Research, Glen Rock, PA, USA) lub powlekanie modyfikowanych powierzchni nieorganiczno-organicznymi nanokompozytami za pomocą technologii zolowo-żelowej (np. Fa. JNM, Saarbrucken).

Do hydrofitowej modyfikacji powierzchni z tworzywa sztucznego, czy to folii czy też kształtek, nadają się między innymi wspomniane wyżej sposoby, z których każdy ma swe zalety i wady.

Obróbka koronowo-plazmowa powoduje zwiększenie napięcia powierzchniowego, które po obróbce stale maleje w krótkim czasie przez wiele dni do kilku tygodni. Osiągalne napięcia powierzchniowe są przy tym stosunkowo niewielkie.

Niewiele większe napięcia powierzchniowe niz przy obróbce koronowo-plazmowej uzyskuje się techniką PACVd. Mimo, że metoda ta prowadzi do stabilnych w czasie powłok powierzchniowych to także tutaj obserwuje się z czasem zmniejszanie się napięcia powierzchniowego.

189 131

Stabilne w czasie pod względem swego napięcia powierzchniowego są powierzchnie wyposażone w tak zwane Photo Link Surfaces lub na które nałożono powłokę z warstwami zawierającymi środki powierzchniowo-czynne. Oba te warianty nie prowadzą jednak do optymalnie wysokich napięć powierzchniowych. Nanoszenie powłok z warstwami zawierającymi środki powierzchniowo-czynne ma dodatkowo zasadniczą wadę, gdyż środek powierzchniowo czynny może wzbogacić się w ciekłej, wodnistej próbce, która wprowadzona została w kontakt z warstwą i w ten sposób może tę próbkę zmienić lub nawet uczynić bezużyteczną.

Nanoszenie na modyfikowane powierzchnie powłoki z nieorganiczno-organicznych nano-kompozytów przy użyciu technologii zolowo-żelowej powoduje powstawanie większych napięć powierzchniowych. Wadą jest to, że sposób ten jest kłopotliwy i czasochłonny i dlatego okazał się nieprzydatny do modyfikacji masowych artykułów z tworzywa sztucznego.

W stosunku do rozwiązań znanych ze stanu techniki rozwiązania według wynalazku odróżniają się następująco:

GB 2 075 556

Dokument ujawnia pokrywanie elektrody warstwą np. molibdenu aluminium/glinu (warstwy składającej się z molibdenu połączonego z glinem) w temperaturze około 1000°C. Ze względu na zastosowane temperatury sposób ten ani nie nadaje się do nakładania powłok na nośnik z tworzywa sztucznego, ani nie jest przewidziany do hydrofilizacji tego nośnika.

FR 2.100.817

Do rodziny patentów wymienionego wyżej francuskiego prawa należy prawo ochronne US 3,730,783, cytowane w przebiegu badania. Dokument ten opisuje sposób otrzymywania błony z tlenku aluminium AI2O3, która jest stabilna i nieporowata, dobra dla ochrony narzędzi przed uszkodzeniami.

Dokument US 3,730,783 ujawnia sposoby wytwarzania powłoki, które nie prowadzą do powstania hydrofilowej błony. Dla znawcy dziedziny techniki jest wiadome, że struktura tlenku aluminium różni się w szerokim zakresie od struktury amorficznej (bezpostaciowej), semimorficznej do struktury krystalicznej. Jedynie specyficzny sposób jaki opisano w US 4,759,805 generuje boehmit (AlO(OH)), który ma znakomitą naturę hydrofitową.

Przedmiotowy wynalazek dotyczy jednak sposobu, w którym generuje się porowatą błonę/film na powierzchni aluminiowego przewodnika/przewodu (conductor).

Błony z tlenku aluminium wytworzone różnymi sposobami mają różnorodną naturę i dzięki temu tylko jeden boehmit (bemit) (AIO(OH)) jest wyjątkowym związkiem aluminium, bo ma własności hydrofitowe.

Ze stanu techniki dla sposobów wytwarzania błon hydrofitowych jedynie dokument US 4,759,805 wydaje się być istotnym. Jednak ten dokument ujawnia tylko sposób pokrywania elementów metalowych wykonanych z aluminium. Opisano tu jednak wyłącznie błonę hydrofitową uzyskaną poprzez utlenianie aluminium we wrzącej wodzie.

Znawca nie będzie stosował sposobu powlekania odpowiedniego dla elementów aluminiowych do elementów testowych z tworzywa sztucznego. Dokument ten nie zawiera wskazówek do stosowania sposobu do tworzyw sztucznych.

FR 1.373.816

Dokument opisuje proces kodowania, według którego w komorze ciśnieniowej w temperaturze 1400°C wytrąca się rtęć na nie-metalowy nośnik. Dokument nie opisuje procesu hydrofilizacji ani też na podstawie etapów sposobu nie przewiduje elementu testowego według wynalazku. Tutaj warstwę metalu tworzy rtęć.

GB 895879

Dokument ujawnia elektrolityczne wytrącanie w próżni warstwy metalu na nośnik.

Wynikające różnice są takie jak to już przytoczono powyżej.

EP 0 045 416

Dokument opisuje wytwarzanie warstwy ochronnej na obrabianych metalowych częściach. Stosuje się do tego wysokie temperatury.

GB 1 0 84 696

Dokument opisuje wytrącanie cienkiej warstwy składającej się z chalkonu.

Znane metody metalizowania tworzyw sztucznych opisane w poradniku „Tworzywa sztuczne”, Saechtling, WNT, dotyczą metod pokrywania pojedynczych elementów lub folii

189 131 w warunkach wysokiej próżni warstwą metalu (najczęściej aluminium) o grubości 0,1-1 mm. Grubsze warstwy można nanosić metodami galwanicznymi. Nie dotyczy to jednak przedmiotu wynalazku.

Jak można stwierdzić w stanie techniki trudno doszukać się wskazówek czy sugestii dla przedmiotowego rozwiązania. Stan techniki dotyczący elementów testowych nie zawiera żadnych informacji co do tlenku aluminium stosowanego zamiast czynnika zwilżającego do otrzymania hydrofilowej kapilary elementu testowego z tworzywa sztucznego.

Zadaniem wynalazku jest usunięcie wad rozwiązań znanych ze stanu techniki, a zwłaszcza opracowanie stabilnych w czasie powłok powierzchniowych o dużym napięciu powierzchniowym, na przykład nadających się do hydrofilowej modyfikacji przedmiotów. Ponadto, powlekanie powinno być proste i niezawodne do przeprowadzenia, a tym samym do modyfikacji artykułów masowych.

Zadanie to zostało rozwiązane według wynalazku za pomocą cech podanych w zastrzeżeniach patentowych.

Przedmiotem wynalazku jest analityczny element testowy, w którym ciecz próbki jest transportowana z miejsca pobrania próbki do miejsca jej przeznaczenia, przy czym miejsce detekcji znajduje się w kierunku transportu zgodnie z przepływem próbki z miejsca jej pobrania, charakteryzujący się tym, że analityczny element testowy ma przynajmniej jedną powierzchnię, która składa się przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub ze stopu utlenialnego wodą, które poddano działaniu wrzącej wody lub pary wodnej. Sposób wytwarzania analitycznego elementu testowego o co najmniej jednej warstwie powłoki powierzchniowej dla zwiększenia napięcia powierzchniowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze na powierzchni przedmiotu elementu testowego osadza się warstwę elementu testowego przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub stopu utlenialnego wodą i następnie na tak osadzoną warstwę działa się wrzącą wodą lub parą wodną i utlenia się tę warstwę przynajmniej powierzchniowo.

Powłokę powierzchniową uzyskuje się przez osadzenie warstwy przynajmniej jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub stopu utlenialnego wodą i następnie przez następujące bezpośrednio po tym, działanie przegrzaną parą wodną. Pierwiastek wybiera się z następującej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb a korzystnie pierwiastek wybiera się z grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, Zr. Pierwiastkiem korzystnie jest Al. Stop tworzy się z przynajmniej dwóch składników z następującej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb, przy czym stapia się przynajmniej jeden składnik z pierwszej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb z przynajmniej jednym pierwiastkiem z drugiej grupy pierwiastków: Mg, Ca, Sr, Ba.

Korzystnie stapia się przynajmniej jeden składnik z pierwszej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, Zr z przynajmniej jednym pierwiastkiem z drugiej grupy pierwiastków: Mg, Ca, Sr, Ba.

Stop korzystnie stapia się z Al stopionego z przynajmniej jednym pierwiastkiem z grupy pierwiastków: Mg, Ca, Sr, Ba.

Osiąga się grubość warstwy osadzonej między 1 nm i 500 nm. Uzyskuje się powierzchniową warstwę utlenioną o grubości między 0,1 nm i 500 nm, a korzystnie uzyskuje się powierzchniową warstwę utlenioną o grubości między 10 nm i 100 nm.

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie tego sposobu do wytwarzania analitycznego elementu testowego.

Zastosowanie powłoki wytwarzanej sposobem według wynalazku do analitycznego elementu testowego jest także przedmiotem rozwiązania.

Korzystnie, do obróbki osadzonej powłoki powierzchniowej stosuje się wrzącą wodę lub parę wodną, szczególnie korzystnie stosuje się zdejonizowaną wodę.

Zwiększenie napięcia powierzchniowego wynika ze zwiększenia biegunowości (polarności) i odpowiada zwiększonej hydrofilności danych powierzchni. Hydrofilowość jest powinowactwem wodnym danej powierzchni. Powierzchnie hydrofitowe są więc powierzchniami przyciągającymi wodę. Wodniste próbki, także próbki biologiczne takie jak krew, mocz, ślina, pot oraz pochodzące z nich próbki, takie jak plazma i surowica, dobrze rozprzestrzeniają się na takich powierzchniach. Tego rodzaju powierzchnie charakteryzują się między innymi tym, że

189 131 na powierzchni granicznej kropla wody tworzy na niej ostry kąt zwilżania lub przylegania (porównaj na przykład omówienie hasła „zwilżanie” w CD Rompp Chemie Lexikon wersja 1.0, 1995 r). W przeciwieństwie do tego na powierzchniach hydrofobowych, to znaczy niezdolnych do łączenia się z wodą, na powierzchni granicznej pomiędzy kroplą wody i powierzchnią tworzy się rozwarty kąt zwilżania.

Kąt zwilżania jako wynik napięć powierzchniowych cieczy kontrolnej i badanej powierzchni nadaje się jako miara hydrofilowości danej powierzchni. Woda na przykład ma napięcie powierzchniowe wynoszące 72 mN/m. Jeżeli wartość napięcia powierzchniowego danej powierzchni jest dużo niższa od tej wartości, to znaczy jest niższa o więcej niż 20 mN/m, to zwilżanie jest złe a wynikający kąt zwilżania jest rozwarty. Tego rodzaju powierzchnia jest powierzchnią hydrofobową. Jeżeli napięcie powierzchniowe jest bliskie wartości ustalonej dla wody to zwilżanie jest dobre a kąt zwilżania jest ostry. Natomiast, jeżeli napięcie powierzchniowe jest równe lub większe od wartości ustalonej dla wody, to kropla rozpada się i zachodzi całkowite rozprzestrzenienie się cieczy. Kąt zwilżania jest wtedy niemierzalny. Powierzchnie tworzące z kroplą wody ostry kąt zwilżania lub dla których zachodzi całkowite rozprzestrzenienie się kropli wody, nazywane sąhydrofilowymi.

Według wynalazku powlekanie powierzchni następuje przez osadzenie warstwy przynajmniej jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub stopu utlenialnego wodą. Jako przedmioty przeznaczone do powlekania brane są pod uwagę takie, których powierzchnie w stanie niepowleczonym wykazują mniejszą hydrofilowość niż po obróbce, to znaczy w stanie powleczonym. Wymienić tu można tworzywo sztuczne, metal, szkło, ceramikę, papier, włókninę, karton itd., przy czym postać przedmiotów może być dowolna, na przykład płaska, trójwymiarowa, porowata itd.

W celu osadzenia warstwy stosuje się w zasadzie dowolny jeden z czterech wspomnianych sposobów nanoszenia powłoki, to znaczy powlekanie z fazy gazowej lub parowej, z fazy ciekłej, papkowej lub pastowatej, z fazy zjonizowanej lub z fazy stałej. Korzystne jest nanoszenie powłoki z fazy gazowej. Szczególnie korzystne jest jeżeli na przeznaczoną do modyfikacji powierzchnię, w próżniowym urządzeniu naparowującym nanieść warstwę pierwiastka lub stopu utlenialnego wodą. Sposób ten na przykład przy użyciu aluminium jako pierwiastka utlenialnego wodą, stosuje się jako tani, dla dużych powierzchni w przemyśle środków opakowaniowych i w przemyśle elektrotechnicznym.

Warstwy nanosi się na przeznaczony do powlekania przedmiot jako całopowierzchniowe lub też w postaci dowolnych dwuwymiarowych wzorów.

Istotne dla przedmiotu wynalazku jest to, że osadzona warstwa pierwiastka utlenialnego wodą lub utlenialnego wodą stopu, następnie po właściwym procesie powlekania poddawana jest działaniu wrzącej wody lub pary wodnej. Wystarczającym jest, aby wrząca woda lub para wodna działała pod ciśnieniem normalnym. Korzystnie pracuje się jednak przy użyciu pary przegrzanej, gdyż czas oddziaływania skraca się przy tym wyraźnie. Przykładowo warstwa aluminium o grubości 30 nm utlenia się całkowicie w całej objętości w czasie około 45 sek. jeżeli działa się na nią przegrzaną parą.

Przy tej obróbce osadzona warstwa pierwiastka utlenialnego wodą lub stopu utlenialnego woda, utleniana jest przynajmniej powierzchniowo. Przynajmniej powierzchnia osadzonej warstwy utlenialnego wodą pierwiastka lub utlenialnego wodą stopu traci przy tym swój pierwiastkowy charakter. Dla metali lub ich stopów oznacza to między innymi utratę połysku i przewodności. Utlenienie powierzchni wychodzi przy tym poza własności warstwy stanowiącej ewentualnie naturalną warstwę ochronną. Cienkie warstwy metaliczne przy obróbce wrzącą wodą lub parą wodną utleniają się tak dalece, że tracą zupełnie swój wygląd metaliczny i w pewnych przypadkach stają się zupełnie przejrzyste.

Obróbkę wrzącą wodą lub parą wodną przeprowadza się korzystnie czystą wodą, szczególnie korzystnie wodą zdejonizowaną (por. Aqua purificata według DAB). Uzyskane przy tym powierzchnie nie są obciążone obecnością żadnych chemikaliów, które występują przy innych sposobach utleniania, zwłaszcza przy sposobach mokrego utleniania chemicznego takiego jak utlenianie kwasami utleniającymi. Zbędne też są operacje oczyszczania i płukania, co czyni proces prostszym i tańszym.

189 131

Według wynalazku do nanoszenia powłok nadają się nieszlachetne pierwiastki utleniałne przez wrzącą wodę lub parę wodną. Korzystnie są to następujące pierwiastki Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb. Szczególnie korzystne są Al, Si, Ti, Zr. Najbardziej korzystny jest Al.

Według wynalazki stosuje się również nieszlachetne stopy utlenialne wrzącą wodą lub parą wodną. Korzystne są takie stopy, które zawierają przynajmniej dwa składniki z następującej grupy pierwiastków Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn i Sb. Przykładowo nadaje się stop składający się z 99% wag. Al i 1% wag. Si.

Również nadają się stopy zawierające przynajmniej jeden składnik z następującej, pierwszej grupy pierwiastków składającej się z Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn i Sb, z co najmniej jednym pierwiastkiem z drugiej grupy pierwiastków składającej się z Mg, Ca, Sr i Ba, jak na przykład stop składający się z 95% wag. Al i 5% wag. Mg. Szczególnie korzystne są stopy zawierające przynajmniej jeden składnik z pierwszej grupy pierwiastków obejmujący Al, Si, Ti i Zr, z przynajmniej jednym pierwiastkiem drugiej grupy pierwiastków obejmującej Mg, Ca, Sr i Ba. Szczególnie korzystne są stopy składające się z Al, z przynajmniej jednym pierwiastkiem z grupy pierwiastków składającej się z Mg, Ca, Sr i Ba.

Warstwa osadzona według wynalazku ma, korzystnie grubość 1 nmdo 500 nm. Oddziaływanie wrzącej wody lub pary wodnej na osadzoną warstwę prowadzi do tworzenia się warstw utlenionych, które korzystnie mają grubość między 0,1 nm i 500 nm, szczególnie korzystnie, między 10 nm i 100 nm.

Wytworzone według wynalazku powłoki powierzchniowe stanowią jednorodne, nieorganiczne warstwy utlenione mające duże napięcia powierzchniowe i dużą biegunowość, które są stabilne w długim okresie czasu i które wykazują dobrą przyczepność przy jednoczesnej elastyczności po osadzeniu na pokrytym powłoką przedmiocie.

Określenie własności powierzchni o dużych napięciach powierzchniowych („powierzchnie wysokoenergetyczne”) stwarza problemy dla techniki pomiarowej. W różnych sposobach pomiaru takich jak pomiar kąta przylegania, zjawiska badanej powierzchni powodowane granicą faz wyliczane są w stosunku do cieczy kontrolnych. Ponieważ ciecze kontrolne o napięciach powierzchniowych znacznie większych od napięcia powierzchniowego wody (72 mN/m), są trudne do wytworzenia, więc istnieją określone granice ekstrapolowania poza tą wartość. Utrudniająco wpływają tu także zjawiska kinetyczne. Ciecz, która zwilża powierzchnię rozprzestrzenia się w krótkim czasie, zwykle w czasie poniżej 1,5 sek. Ważne dla określenia napięcia powierzchniowego odnośnie aktywności kapilarnej jest jednak zwilżanie spontaniczne. Przy dynamicznym sposobie z zastosowaniem kąta przylegania mówi się o postępującym kącie zwilzania stale zwiększającej się kropli. Dla przedstawionych tu hydrofilowych powłok powierzchniowych dozowanie kropli i pomiaru kropli za pomocą dostępnych na rynku pomiarowych automatów kąta przylegania, jest jednak zbyt długie aby jednoznacznie opisać powłoki powierzchniowe według wynalazku. Użyteczne okazało się więc w praktyce, aby powłoki powierzchniowe według wynalazku mierzyć za pomocą porównawczego ustalania czasu napełniania kapilary testowej.

Cylindryczna kapilara testowa utworzona jest z dwóch równolegle naprzeciwległe usytuowanych folii, które utrzymywane są w ustalonym odstępie względem siebie za pomocą dokładnie ustalonej przekładki w postaci obustronnie klejącej się taśmy, która określa wymiary kapilary pod względem długości, szerokości i wysokości.

Przeciwległe powierzchnie obu folii wyposażone są w testowaną powłokę. Kapilara ma wymiary wynoszące: 0,1 mm wysokość, 2 mm szerokość i 15 mm długość, przy czym długość kapilary odpowiada drodze transportu będącej do dyspozycji dla cieczy, a wysokość kapilary odpowiada takiemu wymiarowi, który powoduje kapilamość.

Kapilara ma otwór służący do wprowadzania cieczy badanej o powierzchni przekroju poprzecznego wynoszącej 0,1 mm x 2 mm, który odpowiada powierzchni podstawowej cylindrycznej kapilary. Na przeciwległym końcu kapilary znajduje się otwór odpowietrzający, który służy do odprowadzania wypieranego z kapilary powietrza przy zasysaniu cieczy badanej. Ciecz tę stanowi korzystnie destylowana woda, na przykład Aqua purificata według DAB, jednakże zależnie od zakresu zastosowania powłoki powierzchniowej możliwe jest zastosowanie innych cieczy kontrolnych na przykład krwi lub innych cieczy fizjologicznych. Czasy

189 131 napełnienia dla cieczy badanych mierzy się przy połowie napełnienia (7,5 mm drogi ich transportu) i zupełnym napełnieniu (15 mm drogi transportu). Wyniki porównawcze podane są w przykładzie 1.

Szczególnie korzystne jest zastosowanie powłok powierzchniowych według wynalazku dla analitycznych elementów testowych do zwiększenia hydrofllowości. Przedmiotem wynalazku jest więc także analityczny element testowy na przykład pasmo testowe, w którym badana ciecz transportowana jest z miejsca wysyłania próbki do miejsca przeznaczenia, przy czym w kierunku transportu, zgodnie z kierunkiem przepływu od miejsca wysyłania znajduje się miejsce detekcji. Istotne jest przy tym, że analityczny element testowy ma przynajmniej jedną powierzchnię, która składa się przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub ze stopu utlenialnego wodą, które to powierzchnie poddane zostały działaniu wrzącej wody lub pary wodnej. Jako pierwiastki i stopy brane są pod uwagę uprzednio opisane materiały.

Zwłaszcza w tzw. kapilarnych elementach szczelinowych niezbędne są powierzchnie o własnościach hydrofitowych. Kapilarne elementy szczelinowe są elementami testowymi, w których ciecz badana z miejsca wysyłania próbki do oddalonego od niego miejsca detekcji próbki porusza się w kanale transportowym (kanał kapilarny, szczelina kapilarna) za pomocą sił kapilarnych, ażeby w miejscu detekcji nastąpiła reakcja wykrywania.

Zdolność kapilary do zasysania cieczy zachodzi przy zwilżalności cieczą powierzchni kanału kapilarnego. Dla wodnistych próbek oznacza to, ze kapiłara powinna być wykonana z materiału, którego napięcie powierzchniowe sięga wartości 72 mN/m lub ją przewyższa.

Wystarczająco hydrofitowymi materiałami do budowy kapilary szybko zasysającej wodniste próbki są na przykład szkło, metal lub ceramika. Przy zastosowaniu jako nośniki testowe materiały te mają jednak pewne wady, na przykład niebezpieczeństwo złamania w przypadku szkła lub ceramiki. Zwykle, z tego właśnie powodu, do wyrobu elementów testowych stosuje się folie lub kształtki z tworzywa sztucznego. Stosowane sztuczne tworzywa z reguły nie przekraczają napięcia powierzchniowego o wartości 45 mN/m. Nawet najbardziej hydrofitowe tworzywa sztuczne, jak na przykład polimetakrylan metylu (PMMA) lub poliamid (PA) umożliwiają budowę jedynie bardzo wolno ssących kapilar. Kapilary z hydrofobowych tworzyw sztucznych jak na przykład z polistyrenu (PS), polipropylenu (PP) lub z polietylenu (PE) zasadniczo nie zasysają wodnistych próbek. Dlatego też powstaje konieczność, aby tworzywa sztuczne stosowane jako materiał konstrukcyjny na elementy testowe z kanałami kapilarnymi wyposażyć w parametry hydrofitowe, to znaczy, aby je hydrofilizować.

Korzystnie więc, w analitycznych elementach testowych ze szczelinami kapilarnymi hydrofilizuje się przynajmniej jedną, a jeszcze lepiej dwie lub najlepiej dwie przeciwległe sobie powierzchnie tworzące wewnętrzne powierzchnie kanału zdolnego do kapilarnego transportu cieczy. Jeżeli hydrofilizuje się więcej niż jedną powierzchnię, to powierzchnie te mogą być hydrofilizowane tym samym sposobem lub różnymi sposobami. Hydrofilizowanie jest konieczne przede wszystkim wtedy, gdy materiały tworzące kanał aktywiy kapilarnie same są hydrofobowe lub hydrofitowe tylko w niewielkim stopniu, na przykład dlatego, że wykonane są z niebiegunowych tworzyw sztucznych. Niebiegunowe tworzywa sztuczne, jak na przykład polistyren (PS), polietylen (PE), politereftalan etylu (PTE) lub polichlorek winylu (PCW) są korzystne jako materiał nośny, gdyż nie wchłaniają one przeznaczonych do badania cieczy a tym samym objętość próbki może być wykorzystana skutecznie do reakcji wykrywania. Przez hydrofilizację powierzchni kanału kapilarnego uzyskuje się to, że biegunowa, korzystnie wodnista ciecz próbki łatwo wchodzi w kanał kapilarny i jest tak szybko transportowana do miejsca elementu testowego, w którym zachodzi detekcja.

Szczególnie korzystna jest hydrofilizacja przy zastosowaniu cienkich warstw utlenionego aluminium. Warstwy te nanosi się albo bezpośrednio na żądane części elementu testowego, na przykład za pomocą naparowania próżniowego metalicznym aluminium i następuje potem utlenienie metalu, albo tez stosuje się w postaci metalowych folii lub powleczonych metalem folii z tworzywa sztucznego służących do budowy nośnika testowego, które to folie dla uzyskania pożądanej hydrofllowości również muszą być utlenione. Wystarczające są przy tym warstwy metalowe o grubości 1 do 500 nm. Metalowa warstwa w celu utworzenia postaci utlenionej poddawana jest utlenieniu, przy czym według wynalazku jako szczególnie korzystne okazało się utlenianie w obecności pary wodnej lub gotowanie w wodzie. Uzyskane tak

189 131 utlenione warstwy, zależnie od metody mają grubość od 0,1 do 500 nm. Większe grubości warstw zarówno warstwy metalowej jak i warstwy utlenionej są w zasadzie możliwe do zrealizowania, nie wykazują jednak żadnych dodatkowych zalet.

Znanymi postaciami zastosowania powłok powierzchniowych według wynalazku są:

- hydrofitowe, wolne od detergentów utworzenie polimerowych folii, tkanin, włókniny lub trójwymiarowych kształtek, w celu poprawy jakości przyczepiania warstw lakierów, klejów lub tworzywa sztucznego,

- adsorpcyjne wiązanie biegunowych molekuł lub substancji zwłaszcza adsorpcja biologicznie aktywnych molekuł, takich jak na przykład proteiny, enzymy, przeciwciała, kwasy nukleinowe itd. (patrz na przykład Chem. Pharm. Buli. 41(1993) 1055), gdyż zwiększone napięcie powierzchniowe wiąże się ze zwiększeniem biegunowości powierzchni,

- wytwarzanie wzorów powierzchniowych („Pattem”), na przykład ścieżek do transportu biegunowych cieczy, w celu wyraźnego odgraniczenia obszarów biegunowych od niebiegunowych, przy czym wzory wykonuje się za pomocą tworzenia odpowiedniej struktury osadzanego materiału lub za pomocą późniejszego, selektywnego pokrywania, na przykład woskiem, pewnych obszarów naniesionego materiału pozostającego na czas działania wrzącą wodą lub parą wodną.

Wynalazek zostanie wyjaśniony na podstawie poniższego przykładu.

Przykład ł

Porównanie czasów napełniania kapilary kontrolnej

Cylindryczna kapilara testowa zbudowana została z dwóch naprzeciwległe usytuowanych folii, które utrzymywane są w ustalonym względem siebie odstępie za pomocą dokładnie dobranej przekładki w postaci dwustronnie klejącej taśmy tak, że ustalona jest długość, szerokość i wysokość kapilary. Obie przeciwległe powierzchnie obu folii zostały zaopatrzone w przeznaczoną do testowania powłokę. Zastosowano folie poliestrowe (Melinex®, ICI), które były modyfikowane różnie, jak podano poniżej:

1) folia powleczona fotoreaktywnym, hydrofitowym polimerem (BSI),

2) folia poddana obróbce koronowo-plazmowej (Antec),

3) folia, na którą naniesiono warstwę zawierającą środki zwilżające (A.R.),

4) folia, na którą za pomocą technologii zolowo-żelowej naniesiono warstwę nieorganiczno-organicznych nanokompozytów (INM),

5) folia, na którą naparowano tlenek aluminium, której jednak nie poddano następnie działaniu wrzącej wody lub pary wodnej (Alu-Ox),

6) folia, na którą najpierw naparowano warstwę aluminium o grubości 30 nm i która została następnie całkowicie utleniona za pomocą pary wodnej działającej przez 45 sek (Alu-Ox/H2O).

Wymiary kapilary wynosiły: wysokość 0,1 mm, szerokość 2 mm i długość 15 mm, przy czym długość odpowiadała drodze transportu cieczy a wysokość była wymiarem powodującym kapilamość. Kapilara miała otwór służący do wprowadzania cieczy badanej, którego powierzchnia przekroju poprzecznego wynosiła 0,1 mm x 2 mm i odpowiadała powierzchni podstawowej kapilary cylindrycznej. Na przeciwległym końcu kapilary umieszczony jest otwór odpowietrzający, służący do odprowadzania wypieranego z kapilary powietrza przy zasysaniu cieczy badanej. Cieczą badaną raz była destylowana woda Aqua purificata zgodnie z DAB a drugim razem była ludzka krew (z EDTA jako antykoagulant, hematokryt 44%). Czasy napełniania mierzono dla cieczy badanych przy połowie napełnienia (7,5 mm drogi transportowej) i przy zupełnym napełnieniu (15 mm drogi transportowej). Podczas napełniania kapilara utrzymywana była pionowo tak, że ciecz badana musiała przebyć drogę napełniania wynoszącą 15 mm przeciwnie do siły ciężkości. Wyniki porównawcze zawarte są w tabeli 1.

Tabela 1

Powlekanie	Czas napełnienia po 7,5 mm	Dla krwi po 15 mm	Czas napełnienia dla wody po 15 mm
BSI	0,5-0,6	2,1-2,7	0,6-0,9
Antec	1,4-2,3	4,7-8,4	4,0-7,0
A.R.	0,4-0,5	1,8-2,1	0,4-0,5
INM		1,0-3,0
Alu-Ox	-	1,2	-
AIu-0x/H20	0,2-0,3	0,7	<0,2

Powlekanie według wynalazku (Alu-0x/H20) wykazuje największą zwilżalność ze wszystkich badanych warstw. Powłoka według wynalazku utworzona po naniesieniu warstwy metalowej przez działanie pary wodnej (Alu-Ox/H2O), w stosunku do powłoki w postaci naniesionego bezpośrednio tlenku aluminium jednakże nie utlenionego przez działanie parą wodną (Alu-Ox), wykazuje wyraźnie lepszą hydrofilowość. Sposób wytwarzania według wynalazku jest stosunkowo prosty, łatwy do regulowania i powoduje utworzenie stabilnych powłok o stałych w czasie wysokich napięciach powierzchniowych.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Analityczny element testowy, w którym ciecz próbki jest transportowana z miejsca pobrania próbki do miejsca jej przeznaczenia, przy czym miejsce detekcji znajduje się w kierunku transportu zgodnie z przepływem próbki z miejsca jej pobrania, znamienny tym, że analityczny element testowy ma przynajmniej jedną powierzchnię, która składa się przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub ze stopu utlenialnego wodą, które poddano działaniu wrzącej wody lub pary wodnej.
2. Sposób wytwarzania analitycznego elementu testowego o co najmniej jednej warstwie powłoki powierzchniowej dla zwiększenia napięcia powierzchniowego, znamienny tym, że na powierzchni przedmiotu elementu testowego osadza się warstwę elementu testowego przynajmniej z jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub stopu utlenialnego wodą i następnie na tak osadzoną warstwę działa się wrzącą wodą lub parą wodną i utlenia się tę warstwę przynajmniej powierzchniowo.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że powłokę powierzchniową uzyskuje się przez osadzenie warstwy przynajmniej jednego pierwiastka utlenialnego wodą lub stopu utlenialnego wodą i następnie przez następujące bezpośrednio po tym, działanie przegrzaną parą wodną.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwiastek wybiera się z następującej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwiastek wybiera się z następującej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, Zr.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwiastkiem korzystnie jest Al.
7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stop tworzy się z przynajmniej dwóch składników z następującej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb.
8. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stapia się przynajmniej jeden składnik z pierwszej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Cd, In, Sn, Sb z przynajmniej jednym pierwiastkiem z drugiej grupy pierwiastków: Mg, Ca, Sr, Ba.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że korzystnie stapia się przynajmniej jeden składnik z pierwszej grupy pierwiastków: Al, Si, Ti, Zr z przynajmniej jednym pierwiastkiem z drugiej grupy pierwiastków: Mg, Ca, Sr, Ba.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stop stapia się z Al stopionego z przynajmniej jednym pierwiastkiem z grupy pierwiastków: Mg, Ca, Sr, Ba.
11. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że osiąga się grubość warstwy osadzonej między 1 nm i 500 nm.
12. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że uzyskuje się powierzchniową warstwę utlenioną o grubości między 0,1 nm i 500 nm.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że uzyskuje się powierzchniową warstwę utlenioną o grubości między 10 nm i 100 nm.
14. Zastosowanie sposobu według zastrz. 2 do wytwarzania analitycznego elementu testowego.
15. Zastosowanie powłoki wytwarzanej sposobem według zastrz. 2 do analitycznego elementu testowego.

* * *

189 131