KR100785670B1 - 폭이 좁은 균질한 시약 시트립을 제조하는 방법 및 시약 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 검사 스트립의 제조 공정에서 편평한 지지물의 다이 슬롯 코팅에 사용될 수 있는 시약 코팅 물질에 관한 것이다. 본 발명의 시약 물질에는 점도, 표면 장력 및 요변성 등의 소정의 우수한 유변특성이 있는 것이 유리하다. 시약은 통상적으로 효소, 산화환원방사체, 및 점성 개질제와 점증제, 예를 들어 쟁탄 검, 실리카, 카르복시메틸 세룰로스, 70 내지 130 mPa-s 에서 항복하는 계면활성제, 및 30 내지 50 nM/m 의 표면장력을 포함한다. 시약 물질은 편평한 웨브 물질상에 얇고, 폭이 좁고, 균질한 시약물질의 스트립을 코팅하는데 사용되는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 일반적으로 바이오센서 (biosensors) 또는 검사 스트립에 사용되는 시약에 관한 것으로, 보다 자세하게는 검사 스트립의 편평한 표면상에 폭이 좁은 균질한 시약 스트립을 제조하는 것에 관한 것이다.
검사 스트립에 시약을 도포하는 다양한 방법중에서, 종래의 전기화학 바이오센서는 스크린 인쇄 공정 등의 인쇄 기법 또는 액체 시약을 도포한 후 건조하는 분배 기법을 사용하여 주로 제조되었다 (미국특허 제 5,437,999 호 및 WO 97/02487 참조). 소위 "모세관 충전 (capillary fill)" 검사 스트립에 있어서, 상기 배분 방법은, Roche Diagnostics AccuChek
의 유리한 검사 스트립의 제조에서는 성공적으로 사용되었다. 이러한 기법은 신뢰성 있는 전기화학 바이오센서의 제조에는 가능하지만 처리량이 많은 제조 라인에는 적합하지 않다. 추가로, 이러한 배분 기법은, 시약의 비균질한 건조로 인해 덮여진 전극 영역에 걸쳐 불균일한 시약 두께를 유발하는 단점이 있다. 또한, 전술한 기법은 신뢰성 있는 재생산가능한 매우 얇은 시약층 (10㎛ 이하) 제조에는 적합하지 않다. 따라서, 개선된 시약 도포 방법에 대한 필요성이 대두되었다.
편평한 기재상에 시약 조성물을 코팅하는 블레이드 (blade) 가 제안되었고 예를 들어 투명한 중합 기재상에 코팅된 시약 필름의 제조시에 성공적으로 사용되었다 (예컨대, 미국특허 제 5,437,999 호와 제 6,036,919 호). 일반적으로, 몇 센티미터 내지 몇 미터까지의 폭을 가진 필름은 이러한 방법에 의해 제조될 수 있다. 검사 스트립의 제조에 있어서, 소위 형성된 시약층은 작은 스트립으로 절단된 후 검사 스트립 기재에 사용된다. 시약 물질로 코팅한 블레이드는, 필름의 중심부의 두께가 균질하더라도, 코팅된 영역의 가장자리에서 건조 및 가장자리 효과로 인하여 비균질성이 나타나는 문제점이 있다. 폭이 넓은 시약에서는 코팅의 비균질한 가장자리부가 가장자리 트림 (trim) 에 의해 버려질 수 있기 때문에 기재상에 코팅되더라도 이러한 비균질성은 수용가능하지만, 코팅될 시약의 스트립이 더 작고/폭이 좁아지게 되면 이러한 비균질성은 수용불가능하다.
WO 02/057781 에서는 웨브 물질로부터 시약 스트립을 제조하는 방법에 대해 개시하였다. 무엇보다도, 지지 캐리어에 의해 지지될 수 있거나 지지될 수 없는 폭이 좁은 시약 물질의 스트립을 아래에 배치함으로써 시약 물질을 스트립 지지 물질에 도포할 수 있음을 개시하였다.
미국특허공개 제 2003/0097981 호, 미국특허공개 제 2003/0099773 호, 미국특허 제 6,676,995 호, 미국특허 제 6,689,411 호, 유럽특허 1 316 367 호에서는, 기재상에 시약 용액 스트립을 아래에 배치하기 위한 용액 스트리핑 시스템을 개시하였다. 이 시스템은 예컨대 전기화학 글루코스 센서용 웨브 물질에 시약 용액을 슬롯 다이 코팅하고, 이 용액은 약 0.5 내지 25 센티포이즈 (cP=mPa-s) 의 낮은 점도를 가진다.
미국특허 제 3,032,008 호, 제 3,886,898 호 및 제 4,106,437 호에서는 액체 물질을 고체 지지부에 코팅하는데 유용한 코팅 장치에 대해 교시하였다.
미국특허 제 6,036,919 호에서는 광혈액 글루코스 (optical blood glucose) 검사 스트립을 위한 시약 필름을 개시하였다. 시약 조성물은, 무엇보다도, 쟁탄 검 (Xanthan gum) 을 포함한다.
미국특허공개 제 2003/0146113 호에서는 전기화학 응고 센서 (electrochemical coagulation sensor) 용 시약 필름을 개시하였다. 시약 조성물은, 무엇보다도, 필름 형성제 (former) 로서 카르복시화한 미정질 셀룰로스 (Avicel
R591) 를 포함한다.
전술한 문헌들은, 검사 스트립, 특히 전기화학 검사 스트립을 제조하기 위해 고체 지지물상에 폭이 좁고 (예를 들어 1 cm 미만) 얇은 (예를 들어 10 ㎛ 미만) 균질한 시약 스트립을 형성하는 신뢰성 있는 방법에 대한 필요성을 충족하지 못하였다.
본 발명의 목적은, 예를 들어 웨브 물질로 된 편평한 표면, 보다 자세하게는 전기화학 바이오센서 검사 스트립의 전극 영역상에 매우 얇고 폭이 좁은 균질한 시약 라인 또는 스트립을 증착시킬 수 있는 방법과 이에 상응하는 시약 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적은 폭이 좁은 균질한 시약 스트립을 슬롯 다이 코팅 공정을 하기 위한 시약과 관련된 본 발명에 의해 달성된다.
제 1 양태에 있어서, 본 발명은 전단 박화성 (shear thinning), 약요변성 (slightly thixotropic) 또는 요변 거동을 나타내는 시약 조성물에 관한 것이다.
제 2 양태에 있어서, 본 발명은 전단 박화성, 약요변성 또는 요변성 시약 조성물을 슬롯 다이 코팅 공정으로 웨브 물질에 코팅하는 방법에 관한 것이다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 전단 박화성, 약요변성 또는 요변성 시약을 포함하는 분석 검사 요소에 관한 것이다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 전단 박화성 및 적어도 약변성인 시약 조성물에 관한 것이다. 또한, 분석 검사 요소 및 전단 박화성 및 적어도 약요변성인 시약 조성물을 사용하는 것을 포함하는 상기 분석 검사 요소를 만드는 방법에 관한 것이다.
도 1 은 단일 시약 영역을 가진 전기화학 검사 요소를 본 발명의 슬롯 다이 코팅 공정을 사용하여 제조하는 방법을 6 단계 (A-F) 로 개략적으로 도시한 도면,
도 2 는 2 개의 시약 영역을 가진 전기화학 검사 요소를 본 발명의 슬롯 다이 코팅 공정을 사용하여 제조하는 방법을 6 단계 (A-F) 로 개략적으로 도시한 도면,
도 3 은 예 1 에 따른 시약 스트립에 걸친 프로파일미터 (profilometric) 측정 결과를 도시한 도면,
도 4 는 본 발명에 따른 시약 스트립에 걸친 프로파일미터 측정 데이타를 도 시한 도면,
도 5 는 본 발명의 유변 개질제 (rheological modifiers) 를 사용하지 않은 시약 스트립에 걸친 프로파일미터 측정 데이타를 도시한 도면,
도 6 은 본 발명에 따라서 웨브 물질에 코팅된 시약 스트립의 정밀도의 사진, 및
도 7 은 본 발명의 유변 개질제를 사용하지 않고서 웨브 물질에 코팅된 시약 스트립의 정밀도의 2 개의 사진 (도 7a 및 도 7b).
본 발명의 원리를 보다 잘 이해하기 위해서, 본원에 기재된 특별한 실시형태를 참조하여 이를 설명하기 위해 특별한 언어를 사용한다. 그럼에도 불구하고, 이는 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 전술한 공정 또는 장치의 다른 변형과 추가 변형 및 본원에 기재된 본 발명의 원리의 어떠한 다른 응용도 일반적으로 당업자에 의해 실시할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태는 종속항의 내용에 기재되어 있다.
본 발명의 시약 조성물은 전단 박화성, 약요변성 또는 요변성이다. 요변성 시약 조성물은 이 시약 조성물에 전단력이 가해지는 유무에 상관없이 유변 거동을 나타내는 시약 조성물이다. 전단 박화성 시약 조성물은 이 시약 조성물에 전단력이 가해질 때 더 박화되는, 즉 덜 점착성으로 되는 시약 조성물이다. 일반적으로, 본 발명의 시약 조성물에 전단력을 가하기 전에, 이 조성물은 소정의 점성을 갖는다. 이 조성물에 전단력이 가해지면, 이 조성물의 점성이 감소 된다. 전단력을 중지시킨 후 소정의 시간이 지남에 따라 점성이 다시 증가하면, 이 시약 조성물은 "전단 박화성" 이라고 볼 수 있다. 전단력을 중지시킨 후 단지 소정의 지체로 점성이 증가하면, 시약 조성물은 "요변성" 이라고 볼 수 있다.
요변성은 위가소성 (pseudoplasticity) 의 특별한 경우이다. 요변성 유체는 "전단 박화" 를 받게 된다. 하지만, 전단력이 감소함에 따라, 점성이 다시 생기고 천천히 증가하여, 히스테리시스 곡선 (hysteresis loop) 을 생성시킨다. 약요변성 유체는 덜 뚜렷한 히스테리시스를 갖는다. 추가로, 요변 거동은 검사시 물질의 전단 히스토리 (history) 에 의해 상당한 영향을 받는다. 비교 측정시, 비교될 샘플에 동일한 또는 적어도 매우 유사한 히스토리가 주어졌음을 확인하는데 주의해야 한다.
본 발명의 시약 조성물은 슬롯 다이 코팅 공정에 유용하다. 슬롯 다이 코팅시, 슬롯 다이 코팅 헤드의 슬롯을 통하여 시약 액체 또는 슬러리를 가함으로써, 유체의 시약 조성물이 고체 기재, 바람직하게는 웨브 물질 형상의 기재에 가해진다. 일반적으로, 웨브 물질은 소정의 속도로 소정의 거리에서 슬릿을 통과한다. 하지만, 슬롯 다이 코팅 헤드는 웨브 물질에 걸쳐 이동할 수 있고 또는 슬롯 다이 헤드 및 웨브 둘다가 이동할 수 있다.
본 발명의 목적을 이루기 위해, 코팅 물질로 사용된 시약 조성물의 유변특성이 소정의 바람직한 범위에 있는 것이 유리하다. 점도는 바람직하게는 약 70 내지 약 130 mPa-s, 가장 바람직하게는 95 내지 115 mPa-s 의 범위이다. 표면 장력은 30 내지 50 mN/m 인 것이 유리하고, 바람직하게는 약 40±2 mN/m 이다. 또한, 코팅 물질은 전단 박화성, 약요변성, 또는 요변 거동을 나타내는 것이 중요하다.
본 발명의 일양태는 시약 코팅 물질안에 쟁탄 검을 개재하는 것이다. 사용될 수 있는 쟁탄 검의 상표명 중 하나는 Keltrol
이다. 이 성분은 시약 물질의 요변성에 영향을 준다. 예를 들어 Keltrol
등의 쟁탄 검을 포함한 시약 코팅 물질은 매우 얇은 시약층을 만들 수 있게 해준다. 시약층이 건조된 필름은 10 ㎛ 미만의 두께를 가지는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 건조된 시약층이 1.5 내지 5 ㎛ 두께를 가진다.
본 발명의 시약 조성물에 실리카를 포함시키면 시약의 점성 및 요변 거동에 바람직한 영향을 줌을 알게 되었다. 이러한 2 개의 물성은 실리카의 첨가로 향상된다. 피처리된 친수성 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 실리카의 바람직한 형태의 입자 크기는 약 1 내지 7 ㎛ 범위이다. 실리카는 코팅 물질의 다른 성분, 특히 카르복시메틸 셀룰로스 및 Keltrol
의 요변 거동을 예상외로 향상시킴을 알게 되었다. 또한, 건성 필름내의 실리카 입자는, 물질을 회전시킴에 따라 코팅된 웨브 물질을 축적시키면서, 코팅된 스트립과 웨브의 후면간의 후면이동을 방지한다. 또한, 건성 필름내의 실리카 입자는, 예를 들어 시약을 샘플 액체내에 급속 용해시키면서, 시약 코팅의 특정 표면을 증가시킨다. 본 발명의 시약 조성물을 갖는 시약 스트립을 포함하는 모세관 충전 바이오센서에 있어서, 실리카는 또한 시약 스트립의 성분 이동 및 모세관 충전 시간을 개선시켜준다.
시약의 점성과 요변성을 향상시키는 다른 첨가제로는 카르복시메틸 셀룰로스 (CMC) 이다. 따라서, 진보적인 시약 조성물의 특히 바람직한 실시형태는 예를 들어 Keltrol
등의 쟁탄 검, 실리카, 및 CMC 를 포함한다.
본 발명의 시약 조성물은 얇은 시약층의 형성, 예를 들어 전기화학 바이오센서의 제조를 가능케 한다. 얇은 시약층은 다음의 여러가지 장점을 가진다.
샘플 성분이 시약 성분에 비하여 초과되어 결정 반응 (determination reactions) 시 제한하지 않는다.
얇은 시약층은 균질한 두께로 만들어질 수 있다.
얇은 시약층은 소량의 시약만을 포함하고, 이는 반응시간을 빠르게 해준다.
상기 반응은 단지 확산 시간이 짧다.
얇은 시약층은 신속하게 용해될 수 있어서 시약을 신속하게 이용할 수 있고 또한 시약 스트립의 샘플 재수화 후에 매트릭스 (matrix) 의 신속한 평형을 유도하여 측정을 신속하게 해준다.
진보적인 시약층은 매우 얇게 만들어질 수 있을 뿐만 아니라 반응 영역에서 웨브 아래 및 웨브에 걸쳐 높은 균질성을 나타낸다. 검사 영역의 시약층은 편평하고 두께가 균일하다. 코팅된 스트립의 두께 변화는 스트립의 외부 0.2 cm (또는 그 미만) 가장자리에서만 나타나는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 영역은 센서 조립시 스페이서층에 의해 덮여질 수 있고 또는 최 종 조립 공정에서 완성된 센서로부터 트림될 수 있다.
본 발명의 시약 조성물의 유변특성에 영향을 주는 전술한 성분 이외에도, 시약은 다음의 물질 종류 중 1 종 이상의 물질 (성분) 을 추가로 포함할 수 있다. 시약에 첨가될 수 있는 물질, 첨가제, 및 성분은 다음을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
인산염 버퍼 (buffers) 등의 버퍼,
글루코스 탈수소효소, 글루코스 염료 산화환원효소, 글루코스 산화효소와 다른 산화효소, 또는 유산염 또는 콜레스테롤 결정을 위한 탈수소효소, 에스터라제 (esterases) 등의 효소,
니트로소아닐린 (nitrosoanilines), 페리시안화물, 루테늄 헥사민, 오스뮴 복합제 등의 매개물질,
트레할로스 (trehalose), 숙신산 나트륨 등의 안정제,
Keltrol
, CMC 등의 증점제,
효소, 소혈청 알부민 (bovine serum albumin) 등의 프로테인,
지시약,
염료,
Mega 8
, Geropon
등의 계면활성제; Triton
, Tween
, Mega 9
, DONS,
Keltrol
, Propiofan
, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알코올, Klucel
등의 필름 형성제,
NAD, NADH, PQQ 등의 효소용 보인자 (co-factor), 및
실리카, 예를 들어 DS 300, DS 320, DS 300 의 밀드 실리카 (milled silica), DS 320 의 밀드 실리카.
특정 분석물을 측정하는데 사용될 수 있는 매개물질 및 효소의 예는 이하의 표 1 에 기재되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.
| 특정 분석물의 레벨을 측정하는데 사용될 수 있는 매개물질, 일부 분석물, 및 효소의 부분 목록 | |||
| 분석물 | 효소 | 매갤물질 (산화된 형태) | 추가 매개물질 |
| 글루코스 | 글루코스 탈수소효소 및 디아포라제 | 페리시안화물 | |
| 글루코스 | 글루코스 탈수소효소 (퀴노프로테인) | 페리시안화물 | |
| 콜레스테롤 | 콜레스테롤 에스터라제 및 콜레스테롤 산화효소 | 페리시안화물 | 2,6-디메틸-1, 4- 벤조퀴논 2,5-디클로로-1,4- 벤조퀴논 또는 페나진 에토술페이트 |
| HDL 콜레스테롤 | 콜레스테롤 에스터라제 및 콜레스테롤 산화효소 | 페리시안화물 | 2,6-디메틸-1,4- 벤조퀴논 2,5-디클로로-1,4- 벤조퀴논 또는 페나진 에토술페이트 |
| 트리글리세라이드 | 리포프로테인 리파아제 글리세롤 키나제 및 글리세롤-3-인산 산화효소 | 페리시안화물 또는 페나진 에토술페이트 | 페나진 메토술페이트 |
| 유산염 | 유산염 산화효소 | 페리시안화물 | 2,6-디클로로-1,4- 벤조퀴논 |
| 유산염 | 유산염 산화효소 및 디아포라제 | 페리시안화물 페나진 에토술페이트, 또는 페나진 메토술페이트 | |
| 유산염 탈수소효소 | 디아포라제 | 페리시안화물 | 페나진 에토술페이트 또는 페나진 메토술페이트 |
| 파이루브산 | 파이루브산 산화효소 | 페리시안화물 | |
| 알코올 | 알코올 산화효소 | 페닐렌디아민 | |
| 빌리루빈 | 빌리루빈 산화효소 | 1-메톡시- 페나진 메토술페이트 | |
| 요산 | 요산 분해효소 | 페리시안화물 | |
표 1 에 도시된 일부 예에서, 1 이상의 추가 효소가 반응 촉매로서 사용되었다. 또한, 표 1 에 도시된 일부 예에서는 산화형태의 매개물질로의 전자 이동을 촉진시키는 추가의 매개물질을 사용할 수 있다. 추가의 매개물질은 시약에 산화형태의 매개물질보다 더 소량으로 제공될 수 있다. 이러한 분석이 기재되어 있지만, 샘플의 전류, 전하, 임피던스, 컨덕턴스, 전위, 또는 전기화학 특성은 상기 개시에 따른 전기화학 바이오센서를 가진 샘플의 분석물의 농도와 정밀하게 관련있음을 알 수 있었다.
시약 조성물의 예는 각각 전기화학 혈액 글루코스 및 응고 센서를 위한 예 1, 2, 3, 4 에 주어져 있다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 시약 조성물은 슬롯 다이 코팅 공정에 의해 전기화학 센서의 전극 흔적 또는 회로를 이미 포함하고 있는 기재에 사용된다. 이러한 공정의 예는 예 5 에 있다.
이러한 전극 회로의 바람직한 제조 기법은 레이저 제거 공정을 사용하는 것이다. 레이저 제거법에 대한 추가의 설명은 본원에 그 전체가 참조된 WO 01/25775 를 참조하면 된다. 가장 바람직하게는, 상기 제조 기법은 릴투릴 (reel-to-reel) 레이저 제거 공정을 사용하였다. 이러한 공정은 중합 기재상에 매우 얇은 금속 구조체를 형성하도록 하기 위해 릴투릴식으로 사용될 수 있고, 이 금속 구조체는 전기화학 센서에서 전극 추적물 (traces) 로서 사용될 수 있다. 시약은 상기 공정을 사용하는 구조체에 사용될 수 있다.
놀랍게도, 스페이서 구조체로서 각각의 절취부를 가진 양면 접착 테이프를 사용하여 전극 기재상에 시약층 부분을 덮음으로써 센서의 모세관 채널 및 스페이서 구조체가 형성될 수 있음을 알았다. 불행하게도, 양면 접착 테이프가 시약 필름을 덮는 위치에서 샘플 액체의 누수가 관찰될 수 있다. 따라서, 웨브 물질상에 레이저 제거 공정으로 전극 추적물을 우선 만든 후, 시약 물질을 슬롯 다이 코팅하여 각각 형성된 양면 접착 스페이서를 사용하여 혈액 샘플과 접촉하는 활성 시약 영역을 형성할 수 있다. 이러한 공정은 제조 라인에서 공차를 제거하는데 유리하게 사용될 수 있다. 특히, 스페이서로 시약 코팅을 표시함으로써 실제 반응 영역을 정확하게 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 있어서, 본 발명은 본원의 전단 박화, 약요변성 또는 요변성 시약 조성물을 사용하여 고체 지지 물질상에 시약층을 제조하기 위한 방법 또는 공정에 관한 것이다. 이 공정은 DuPont 사의 Melinex
329 와 같은 플라스틱제 웨브 등의 고체 지지 물질을 제공하는 것을 포함한다. 본 발명의 공정중, 고체 지지 물질은 슬롯 다이 코팅 헤드에 대하여 이동된다. 일반적으로, 고체 지지 웨브 물질은 다이 코팅 헤드의 슬롯을 가로질러 릴투릴 공정내에서 이송된다. 하지만, 다이 코팅 헤드를 이동시켜 웨브 물질을 정체 유지할 수 있다. 다이 코팅 헤드에 대하여 웨브 물질을 이동시킬 시, 웨브와 다이 코팅 헤드 사이에 소정의 간격이 유지된다. 바람직하게는, 코팅 틈이 30 내지 90 ㎛ 범위이고, 통상적으로 68 내지 83 ㎛ 이고, 가장 바람직하게는 72 내지 76 ㎛ 이다. 슬롯 다이 코팅 헤드의 슬롯을 통하여 시약 조성물을 가함으로써, 고체 지지 물질상에 연속적인 시약 스트립을 형성하면서 고체 지지 물질상에 시약을 증착시킨다. 전술한 바와 같이, 웨브 물질은 전극 추적물을 포함할 수 있고 시약 스트립은 이 추적물을 부분적으로 덮을 수 있다. 시약 스트립은 건조 상태에서 1 cm 미만의 폭과 10 ㎛ 미만의 높이를 갖는 것이 바람직하다.
고체 지지 물질은 슬롯 다이 코팅 헤드에 대하여 바람직하게는 20 내지 80 m/분 속도로, 가장 바람직하게는 30 내지 40 m/분 속도로 이동된다.
시약 조성물은 바람직하게는 5.5 내지 30 g/분 코팅 플럭스로, 가장 바람직하게는 13 내지 15 g/분 플럭스로 고체 지지 물질에 전달된다.
그 후, 증착된 시약 스트립은 대기중에서 또는 가열된 기류중에서 건조된다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 상기 시약 조성물을 포함하는 분석 검사 요소에 관한 것이다. 본 발명의 분석 검사 요소는 전술한 공정에 따라 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명은 다음의 장점을 가진다.
1. 작은 샘플 용량 (통상적으로 100 내지 1000 nl) 을 필요로 하는 센서는 슬롯 다이 코팅된 건조 필름 및 스페이서/모세관 채널 적층 공정을 사용하여 용이하게 구성될 수 있다. 건조 필름 스트립은 균일한 두께로 되어 있고 전기화학 반응 영역에 걸쳐 균질하다. 센서의 필요한 모세관 치수/부정확성은 스페이서의 두께 변화와 모세관 채널의 구성에 따라 변한다.
2. 다이 슬롯 코팅 기법은 전극 구성의 복잡한 배치와 짝을 이루어, 소형화가 가능하고 센서 모세관 (예를 들어, 전극의 적절한 배치내에 상이한 시약들의 엇갈리게 배열된 2 이상의 라인/스트립) 에 다중 적용할 수 있도록 해준다. 이러한 목적을 달성하기 위해 2 이상의 유체를 위해 구성된 2 개의 엇갈리게 배치된 슬롯 다이 또는 특별한 슬롯 다이 조립체를 사용할 수 있다. 코팅 유체는 유변성과 적절하게 일치하는 것이 바람직하다. 상이한 유체의 코팅 윈도우가 일정한 겹침 영역을 가진다면 가장 기술적인 경우가 달성된다.
3. 시약의 유변성과 짝을 이루어 결합된 슬롯 다이 코팅 필름을 사용함으로써 진단 센서의 신속한 제조를 위한 릴투릴 코팅 공정을 사용하여 균질한 코팅을 할 수 있다.
4. 요변성 또는 전단 박화 거동은, 젖은 또는 건조된 층의 평탄성, 반복성 (repeatability), 및 균질성에 영향을 주는, 코팅층에 걸친 프로파일 및 질량 분포에 대하여 코팅될 유체의 주요 유변성 특징이다. 이러한 특징은, 코팅 유체의 소망하는 전단 박화, 약요변, 또는 요변 거동을 일치시키도록 농축 및 결합되는 예를 들어 Keltrol
등의 쟁탄 검, CMC 및 실리카를 사용하여 이룰 수 있다.
놀랍게도, (코팅 유체내의) "젖은 상태" 에서, 특히 바람직하게 피처리된 실리카, 바람직하게는 1 내지 7 ㎛의 입자 크기 D50 (즉, 입자의 50% 는 주어진 크기 또는 그 이하를 가짐) 를 갖는 친수성 실리카는, 필름 점증제 (Keltrol
과 CMC 중 하나 또는 둘다) 와 결합하여 실리카의 점성이 증가하고 코팅 유체의 전단 박화, 약요변 또는 요변 거동을 향상시켜주는 역할을 한다.
실리카는, 무엇보다도,
(a) 웨브 물질이 코팅 및 건조 공정후 롤에 권취된다면, 호일/캐리어의 비코팅된 측면상에서 건조된 필름의 후면 이동을 방지하도록, 또한
(b) 매끄러운 코팅층에 비하여 건조된 코팅층의 특정표면을 확장하도록, 건조된 상태에서 작용한다. 이는, 어떠한 특별한 이론에 한정되지는 않고, 실리카 입자의 입자 크기 분포에 연유한다. 유체의 이동 속도가 표면적과 유체체적간의 비에 의해 증가하기 때문에, 확장된 특정표면은 건조된 필름의 습윤 공정 (wetting process) 을 가속화시키고 그 결과 모세관 충전 시간이 더 짧아지게 된다.
본 발명은 다음의 예 및 도면에 의해 보다 상세히 설명된다. 도면에서, 동일한 도면부호, 문자, 기호는 동일 구조, 특징 및 부재를 나타낸다. 예를 들어, 본원에서 다른 언급이 없으면 다음과 같다.
1 : 웨브
2 : 스퍼터링된 금속막 (sputtered metal film)
3 : 전극쌍 1 의 작동 전극
3' : 전극쌍 2 의 작동 전극
4 : 전극쌍 1 의 기준/반대 전극
4' : 전극쌍 2 의 기준/반대 전극
5 : 시약 스트립 1
5' : 시약 스트립 2
6 : 스페이서 (예를 들어, 이중면 접착제)
7 : 상부 호일
8 : 상부 호일내의 통기구
도 1 과 도 2 는, 본원의 시약 조성물과 공정을 사용하여 전기화학 검사 요소를 위한 제조 공정시 실시하는 여러 단계의 개략도이다. 다른 전극 형상으로 또한 동일하거나 상이한 조성물과 스트립상에 상이한 위치를 가진 다중 스트립으로 상기 공정을 사용할 수 있음을 당업자라면 용이하게 알 수 있다. 도 1 과 도 2 에 도시된 공정은 또한 검사 스트립상에 전극없이 실시할 수 있음을 알 수 있다. 본원에 기재된 공정과 시약은 광학 검사 요소에 매우 잘 적합함을 당업자라면 용이하게 알 수 있다.
도 1 과 도 2 의 A, B 부분은 동일하고 바람직하게는 DuPont 사의 Melinex
329 등의 불활성 플라스틱제인 폴리머 웨브 (1) (예를 들어, A 부분 참조) 를 나타내며, 이 폴리머 웨브상에는, 스퍼터링, 화학적, 전기화학적 또는 물리적 증착법 등의 종래의 기술에 의해 금속층 (2) (예를 들어, B 부분 참조) 이 코팅된다.
그 후, 금속층 (2) 은 예를 들어 레이저 제거 공정으로 조직화되는 것이 바람직하다. 이러한 공정에 의하면, 금속층 (2) 의 일부분이 제거되어 전극 (3, 4) 으로서 작용하는 별도의 금속 구조가 폴리머 웨브 (1) 의 표면상에 남게 된다. 하지만, 종래의 인쇄 기법 또는 평판 공정 (lithographic processes) 은 폴리머 웨브 (1) 상에 전극 (3, 4) 을 만드는데 사용될 수 있다.
도 1 의 C 부분의 레이저 제거 단계후에, 폴리머 웨브상에 2 개의 전극 (3, 4) 을 형성한다. 도 2 의 C 부분에서, 2 쌍의 전극 (3, 3', 4, 4') 이 형성된다.
다음 단계 (도 1 과 도 2 의 D 부분에 도시) 에서, 시약 스트립 (5, 5') 은 작동 및 반대 전극 (3, 3', 4, 4') 의 활성 영역에 걸쳐 증착되었다. 시약 조성물은 본 발명의 슬롯 다이 코팅 공정에 의해 전극 구조체에 가해진다.
도 1 및 도 2 의 E 부분에서, 스페이서층 (6) 이 도 1 과 도 2 의 D 부분의 전극 구조체에 적층된다. 이 스페이서 (6) 는 시약 전부를 덮는 양면 접착 테이프와 액체 샘플과 접촉하지 않게 되는 전극 구조체인 것이 바람직하다. 추가로, 스페이서 (6) 는 시약과 하부 전극의 반응 영역을 형성하는 절취부를 가진다. 스페이서 (6) 의 맞은편 단부, 즉 시약 조성물로 덮히지 않는 전극 도선 (leads) 이 위치하는 단부에서, 스페이서 (6) 는 검사 스트립을 각각의 검사 스트립 판독 미터에 연결하는데 사용될 수 있는 전극 구조체의 자유부를 남겨놓는다.
스페이서 (6) 는 시약 코팅의 최종의 비균질한 가장자리 영역을 차폐하기 위해 시약의 폭이 좁은 부분 (2 mm 미만) (도 1 의 5, 도 2 의 5') 을 덮는 것이 바람직하다.
스페이서 (6) 를 전극 및 시약 웨브에 적층한 후, 바람직한 실시형태에 있어서, 웨브 물질의 부분은 시약 스트립 (5) 을 트림하도록 절단된다.
도 1 과 도 2 의 F 부분에 있어서, 상부 호일 (7), 바람직하게는 불활성 플라스틱 커버는 폴리머 웨브 (1) 와 접촉하지 않는 스페이서 (6) 의 표면에 배치된다. 폴리머 웨브 (1), 스페이서 (6), 및 상부 호일 (7) 은 스페이서 (6) 의 두께 및 스페이서내의 절취부의 치수에 의해 제한되는 3D 모세관 채널을 형성한다. 모세관 공간을 충전하기 위해, 바람직하게는 상부 호일 (7) 또는 폴리머 웨브 (1) 는 통기구 (8) 를 구비한다.
당업자에게 명확하지만, 모세관 공간과 대향하는 폴리머 웨브 (1) 또는 상부 호일 (7) 의 표면은, 각각의 친수성 처리에 의해, 예를 들어 계면활성제 또는 플라즈마 처리로 코팅함으로써 친수성으로 형성될 수 있다.
비한정적으로 설명되는 다음의 예는 본 발명을 보다 자세히 기재한다.
예 1 : 전기화학
전류법
(
amperometric
)
글루코스
바이오센서에 사용하는 시약 조성물
다음 성분의 수성 혼합물이 준비되었다.
시약 매트릭스는 슬롯 다이 코팅 공정의 요구조건을 충족하기 위해 개질된 맞춤형 (custom) 이다. 실리카, Keltrol
(쟁탄 검), 카르복시메틸 셀룰로스 (CMC) 및 계면활성제는 시약 물질의 유변성을 개질시키도록 코팅 매트릭스에 첨가되었다. 계면활성제의 농도는 33 내지 42 mN/m 의 가장 바람직한 범위의 표면 장력 (인장측정기 K10T (Kruess) 로 측정) 을 얻도록 조절되었다. 이 범위의 표면장력은 웨브상에 코팅된 스트립의 보다 나은 접착성 및 제어된 퍼짐성을 향상시켜주었다. 코팅 물질에 대한 Rheomat 115 (Contraves) 를 사용하여 측정된 가장 바람직한 점도는 95 내지 115 mPa-s 이다. 폴리머와 실리카는 또한 코팅에 요변 거동을 부여해준다. 코팅이 슬롯 다이 헤드를 통하여 웨브상에 분산됨에 따라 전단 박화된다. 이는 코팅의 외관 점성을 감소시켜준다.
더 낮은 점도를 가진 시약 코팅 물질의 스트립에서는 건조공정시 스트립 가장자리 및 시약 성분이 스트립의 중심 쪽으로 이동함이 나타났다. 이러한 이동은 건조된 스트립의 중간에 불균일하고 재생불가능한 표면 프로파일을 유발하였다. 전단 박화, 약요변성 또는 요변성을 가진 코팅의 분배는 동일한 전단 박화 효과를 나타내었다. 하지만, 코팅된 스트립의 점성은 분배 후에 또한 건조 영역에 들어가기 전에 바로 외관 점성에 근접하게 되돌아가게 된다. 건조시 스트립 가장자리가 중심 쪽으로 이동하는 것이 지체된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 이는 반응 영역에서 스트립의 중심에 편평한 재생가능한 영역을 유발하였다. 더 얇은 필름은 코팅 가장자리가 코팅된 스트립의 중심으로 이동하는 것을 더 방해한다.
예 2 : 전기화학
전류법
응고 센서를 위한 시약 조성물
다음 성분의 수성 혼합물이 준비되었다.
예 3 : 전기화학
전류법
글루코스
바이오센서를 위한 다른 시약 조성물
다음 성분의 수성 혼합물이 준비되었다.
예 4 : 전기화학
전류법
글루코스
바이오센서를 위한 다른 시약 조성물
다음 성분의 수성 혼합물이 준비되었다.
예 5 : 코팅 공정
폴리머 웨브 (Dupont 사의 Melinex
329) 가 슬롯 다이 헤드와 백업 롤러 (back up roller) 를 포함하는 코팅 영역으로 이동되었다. 슬롯 다이 헤드 (TSE, 스위스) 가 웨브 표면에 초점을 맞추고 웨브 틈이 74 ㎛ 가 되도록 슬롯에 조절되었다. 웨브 속도는 웨브상에 코팅을 증착하기 위해 0 내지 38 m/분 으로 상승되었다. 시약 매트릭스는 기어 펌프, 피스톤, 주사기 (sypringes), 블래더 시스템 (bladder systems) 을 포함하는 다양한 수단을 사용하여 슬롯 다이 헤드에 전달될 수 있다. 시약 전달 시스템은 코팅 헤드를 통하여 53 g/㎡ 의 코팅중량을 전달하도록 13.58 ml/분 의 물유동으로 조절되었다. 최종 코팅된 스트립의 폭은 7.0±0.3 mm 이다. 코팅은 가열된 건조 영역 (길이 15 m, 온도 110℃, 38 m/분 의 속도로) 에서 건조되고 재권취 스테이션에서 스풀상에 재권취되었다.
도 3 내지 도 5 는 상기 예에 따른 시약 스트립에 걸친 프로파일미터 측정결과를 도시하였다. 사용된 프로파일미터 시스템은 Dektak ⅡA 표면 프로파일 측정 시스템 (텍사스주 달라스에 소재하는, Sloan Technology Division, Veeco Instruments Inc.) 이다. Dektak ⅡA 로부터의 프로파일 데이타는 교정된 기준선 (baseline) 이다.
도 3 에 있어서, P(mm) 는 웨브와 시약 스트립에 걸친 스캔의 x-위치 (mm 로) 를 나타내고, H(㎛) 는 코팅의 각 상대 높이 (㎛ 로) 를 나타낸다. 시약 물질은 예 1 에 따라 형성되었다. 도시된 바와 같이, 시약 스트립은 약 7 mm 의 단면 폭과 각각 대략 5 ㎛ 의 평균 중심 높이를 갖는다. 시약 코팅의 가장자리는 비교적 날카롭다. 코팅의 균질한 평면 영역은 시약 스트립 폭의 약 80% 를 충전하였다.
도 3 에 도시된 시약 코팅의 프로파일은 본 발명에 따른 코팅에 있어 통상적이다. 기초 웨브 물질 (제로 높이의 코팅에 대응) 로부터 각각의 측면상에 1 mm 또는 그 이하의 코팅의 중심의 평면 영역 (즉, 80% 이상의 코팅은 균질한 중심 평면 영역에 속함) 에 해당하는 10 mm 이하의 폭과 날카로운 가장자리를 가진 시약 스트립이 얻어질 수 있다. 중심 영역내에서는 시약 코팅의 두께가 실질적으로 균일하였다.
도 4 에서는 이러한 예에 따라 형성된 시약 스트립에 걸친 프로파일미터 측정결과를 도시하였다. 스캔 거리 (㎛) 는 웨브와 시약 스트립을 가로지르는 스캔의 X-위치 (㎛ 로) 를 나타내고, 높이 (㎛) 는 코팅의 각 상대 높이 (㎛로) 를 나타낸다. 시약 물질은 밀드 실린카로 예 1 에 따라 형성되었다. 도 4 의 A 내지 E 는 각각 20, 25, 30, 40, 50 mg/㎡ 의 코팅 중량에 대한 결과를 나타내었다.
도 5 는 비교예, 즉 본 발명의 교시에 따르지 않은 시약 스트립에 걸친 프로파일미터 측정 결과를 도시하였다. 스캔 거리 (㎛) 는 웨브와 시약 스트립을 가로지르는 스캔의 X-위치 (㎛ 로) 를 나타내고, 높이 (㎛) 는 코팅의 각 상대 높이 (㎛) 를 나타낸다. 시약 물질은 유변성 개질제인 Keltro
, CMC, 및 실리카 없이 예 1 에 따라 형성되었다.
도 5a 및 도 5b 에서는, 유변성 개질제없이 건조된 시약 코팅이 웨브 물질상에 비균질한 시약 스트립을 형성하는 경향을 나타냄을 도시하였다. 도 5a 에서는 시약이 코팅된 스트립의 중심부에 집중되고, 도 5b 에서는 시약이 시약 스트립의 중심과 가장자리부 사이에 위치한 2 개의 영역에 집중되었다. 둘 다의 경우에, 가장자리부에서는 시약이 감소되었다.
도 3 과 도 4 (둘 다 본 발명에 따름) 및 도 5 (비교예) 를 비교해보면 본 발명의 시약 조성물과 공정의 유리한 효과를 알 수 있다.
도 6 은 예 1 (도 4 에 도시된 프로파일미터 데이타와 비교가능함) 에 따른 시약 조성물로부터 웨브 물질 (중심 스트립 주변의 밝은 부분) 에 코팅된 시약 스트립 (중심의 어두운 사각형 영역) 의 정밀도의 사진이다. 예 5 에 따라 코팅을 실시하였다. 코팅된 스트립은 코팅 방향 (코팅 방향은 상부에서 바닥까지이다) 을 가로질러 뿐만 아니라 이 방향을 따라 양호한 균질성을 나타내었다.
도 6 에 도시된 매끈하고 균일한 시약층과는 완전히 반대로, 도 7a 및 도 7b 에서는 도 5 에 도시된 프로파일 데이타와 비교가능한 프로파일미터 데이타를 가진 웨브 물질상에 코팅된 시약 스트립의 정밀도 (비교예) 의 사진이다. 예 5 에 따라 코팅이 실시되었지만, 시약은 유변성 개질제를 포함하지 않는다. 코팅된 스트립은 코팅 방향 (코팅 방향은 상부에서 바닥까지이다) 을 가로질러 비균질성을 명확하게 나타내었다. 예를 들어, 더 두꺼운 시약 영역은 스트립을 따라서 어두운 밴드로 나타났다. 도 7a 에서는 (도 5a 에 비교하여) 스트립의 대략 중간에 위치한 하나의 어두운 밴드를 도시한 반면, 도 7b 에서는 (도 5b 에 비교하여) 2 개의 어두운 밴드를 도시하였다. 시약 스트립내의 더 두꺼운 시약 코팅의 하나 또는 2 개의 영역 (어두운 영역) 은 시약 코팅 물질의 건조 효과로 인한 것으로 여겨진다.
예 6 : 예
1 의
시약
조성물내의
유변성
개질제의
변형
예 1 의 시약 조성물에, 성분 CMC, Keltro
, Propiofan
, 및 PVP 의 함량은 다음 표에 따라 변한다. 성분 함량은 % w/w 로 나타내었고 점도는 mPa-s 로 나타내었다.
본원에 인용된 모든 공개문헌, 특허, 및 특허출원은, 각각 개별 공개문헌, 특허, 또는 특허출원이 특별하게 또한 개별적으로 본원에 참조되고 전체적으로 배포된 바와 같이, 본원에 참조되었다.
본원의 원리를 포함하는 바람직한 실시형태가 상기와 같이 기재되어 있지만, 본 발명은 개시된 실시형태에만 제한되지 않는다. 대신, 본 출원은 당업기술 및 첨부된 청구항의 범위내에서 공지되거나 관례내에서 본원의 기재의 변경을 포함한다.
Claims (20)
- 슬롯 다이 코팅 과정으로 시약 스트립을 형성하는데 유용한 시약 조성물은,시약, 물, 점성과 요변성을 향상시키기 위한 첨가제, 및 표면활성제를 포함하고,상기 첨가제는 실리카, 쟁탄 검, 카르복시메틸 셀룰로스 및 이들의 혼합물에서 선택되고,상기 조성물은, 전단 박화성 또는 약요변성을 갖고, 약 70 내지 약 130 mPa-s 의 점도와, 약 30 내지 약 50 mN/m 의 표면 장력을 갖는 시약 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 95 내지 115 mPa-s 범위의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 시약 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 약 40±2 mN/m 의 표면 장력을 갖는 것을 특징으로 하는 시약 조성물.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 버퍼, 효소, 매개물질, 안정제, 점증제, 프로테인, 지시약, 염료, 필름 형성제, 계면활성제, 보인자, 또는 이들 성분의 조합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 고체 지지물인 폴리머 웨브상에 시약층을 제조하는 방법으로서,고체 지지물을 제공하는 단계,상기 고체 지지물 또는 슬롯 다이 코팅 헤드를 이동시킴으로써, 고체 지지물을 슬롯 다이 코팅 헤드에 대하여 이동시켜, 고체 지지물의 표면과 슬롯 다이 코팅 헤드 사이에 소정의 간격을 유지하는 단계,고체 지지물상에 연속적인 시약 조성물의 스트립을 생성시키도록 슬롯 다이 코팅 헤드를 통하여 시약 조성물을 증착시키는 단계, 및웨브상의 코팅된 시약 스트립을 건조하는 단계를 포함하고,시약 조성물은 시약, 물, 점성과 요변성을 향상시키기 위한 첨가제, 및 표면활성제를 포함하고, 상기 첨가제는 실리카, 쟁탄 검, 카르복시메틸 셀룰로스 및 이들의 혼합물에서 선택되고, 상기 조성물은, 전단 박화성 또는 약요변성을 갖고, 약 70 내지 약 130 mPa-s 의 점도와, 약 30 내지 약 50 mN/m 의 표면 장력을 갖는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 시약 스트립은 1 cm 미만의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 시약 스트립은 10 ㎛ 의 건조 필름 두께보다 작은 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 고체 지지물을 슬롯 다이 코팅 헤드에 대하여 이동시키는 속도는 20 내지 80 m/분 인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 고체 지지물을 슬롯 다이 코팅 헤드에 대하여 이동시키는 속도는 30 내지 40 m/분 인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 또는 제 12 항에 있어서, 시약은 5.5 내지 30 g/분 의 코팅 플럭스로 지지물에 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항 또는 제 12 항에 있어서, 시약은 13 내지 15 g/분 의 코팅 플럭스로 지지물에 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 슬롯 다이 코팅 헤드와 지지물간의 간격은 30 내지 90 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 고체 지지물인 폴리머 웨브와,상기 제 1 고체 지지물상에 코팅되는 시약 스트립을 포함하는 검사 스트립에 있어서,시약 스트립의 시약은 제 1 항에 따른 시약인 것을 특징으로 하는 검사 스트립.
- 제 1 고체 지지물인 폴리머 웨브와,상기 제 1 고체 지지물상에 코팅되는 시약 스트립을 포함하는 검사 스트립에 있어서,시약은 제 9 항에 따른 방법에 의해 제 1 고체 지지물상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 검사 스트립.
- 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 모세관 틈을 형성하도록 스페이서층으로서 작용하고 시약 스트립의 일부분들을 덮는 양면 접착 테이프와,스페이서층에 부착되어 제 1 고체 지지물, 시약 스트립, 및 스페이서층과 협력하여 시약 스트립의 상기 부분들 위에 모세관 공간을 형성하는 제 2 고체 지지물을 더 포함하고,상기 모세관 공간은 양면 접착 테이프에 의해 덮여지지 않는 것을 특징으로 하는 검사 스트립.
- 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 제 1 고체 지지물상의 2 이상의 전극을 더 포함하고, 이들 전극은 시약 스트립에 의해 부분적으로 덮여지는 것을 특징으로 하는 검사 스트립.
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