專利名稱：載液裝置和制造該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分析液體樣品的裝載液體的裝置(在下文中稱為載液裝置)和制造該裝置的方法。本發(fā)明的載液裝置適合于在測(cè)量血液、尿和其它物質(zhì)的組成中作為臨床診斷分析的工具。
當(dāng)樣品是血液、尿或另一種液體時(shí)，分析一個(gè)樣品的組成需要一個(gè)用于裝載該液體的容器或裝載裝置。試管和其它的玻璃儀器都是通常的裝載液體的容器。移液管用于裝入固定量的樣品。對(duì)于裝載裝置而言，由液體可滲透的紙張、有機(jī)高分子膜和其它的物質(zhì)組成的試件是眾所周知的。在這樣的裝載裝置的情形下，通過(guò)移液管吸入一定量的待測(cè)液體，讓這些液體穿過(guò)試件并裝載于裝置中。
但是，用試管或其它的玻璃儀器裝入待測(cè)液體的方法，在收集微量的待測(cè)液體時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些困難，并妨礙精確性。分析可以穿過(guò)試件的液體需要使用移液管，這不僅增加了操作的復(fù)雜性，而且阻礙了試圖使操作程序自動(dòng)化所使用的機(jī)器的小型化。
因此，就待測(cè)液體的分析而言，本發(fā)明的目的是提出一種簡(jiǎn)單的載液裝置，這種裝置使得裝入液體，甚至裝入微量的液體比較容易，并為分析提供足夠定量的精度。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明所涉及的載液裝置中裝有由有機(jī)大分子組成的材料。這種材料的表面由不同的區(qū)域組成，這些區(qū)域關(guān)于液體具有互不相同的接觸角。第一區(qū)域?qū)τ谌魏胃街谠搮^(qū)域(第一區(qū)域)的液體的表面形成相對(duì)較小的接觸角α；第二區(qū)域，緊靠第一區(qū)域，對(duì)于附著于該區(qū)域(第二區(qū)域)的與上述相同的液體的表面形成相對(duì)較大的接觸角β。
制造為了分析液樣而使液體能夠被裝入到其中的載液裝置的適宜的方法包含下列主要的工藝特點(diǎn)(a)制備有機(jī)大分子材料的步驟。
(b)將給定型式的掩蔽層(mask)安置于材料表面的某一位置，該掩蔽層與材料表面形成緊密接觸或相互分開。
(c)用紫外線穿過(guò)掩蔽層照射材料表面的步驟。
載液裝置中的液體，除了需要分析的液體樣品外，還包括溶解將與待測(cè)樣品反應(yīng)的試劑的液體。


圖1表示實(shí)施例1的載液裝置，其中有水附著在表面上。圖1(a)是俯視圖，圖1(b)是正視圖。
圖2是實(shí)施例2的載液裝置的截面圖，其中有水附著在表面上。
本發(fā)明中的載液裝置的材料的表面由不同的區(qū)域組成，這些區(qū)域?qū)τ谝后w具有各自不同的接觸角，且這些區(qū)域相互緊靠。由于接觸角的不同，如果液體的量很少，該液體將會(huì)附著于第一區(qū)域，第一區(qū)域有較小的接觸角(使液體易于潤(rùn)濕第一區(qū)域)，而不會(huì)附著于第二區(qū)域，第二區(qū)域有較大的接觸角(使液體難于潤(rùn)濕第二區(qū)域)。
例如，如果第一區(qū)域(具有較小的接觸角)的面積在較高的精度下被確定，且周圍環(huán)繞著第二區(qū)域(具有較大的接觸角)，那么附著于第一區(qū)域的表面上的液體的量可以在很高的精度下被確定，此液體的量與第一區(qū)域的面積和由液體與第一區(qū)域形成的接觸角有關(guān)，而與所提供的液體的量無(wú)關(guān)。這就使得所附著的液體能夠通過(guò)使用已知量的試劑而進(jìn)行定量分析。試劑也可以預(yù)先應(yīng)用于具有較小接觸角的區(qū)域。
如果所使用的材料是兩張相對(duì)放置的透明薄片，和如果兩張薄片間的距離已由插入兩薄片間的墊片固定好，那么第一區(qū)域作為基面，液體以圓柱形狀裝載于兩張薄片材料之間的空間。在這種情形下，僅在薄片材料的一張薄片的表面可以提供具有不同接觸角的不同區(qū)域，試劑可以施用于另一張薄片的表面。這使得液體附著前使用試劑，而不改變第一區(qū)域的接觸角。而且，因?yàn)榇郎y(cè)液體裝載在兩張薄片材料之間，待測(cè)液體的泄漏是不容易的，工作人員可以避免任何來(lái)自待測(cè)液體的感染。這種安排也可以防止分析設(shè)備的污染。
如上面所解釋，附著在本發(fā)明的材料表面上的液體的量不僅取決于材料的表面積，還取決于接觸角。在本發(fā)明的載液裝置的制備過(guò)程中，控制材料的各個(gè)獨(dú)立區(qū)域的接觸角是很重要的。例如，如果裝載的液體是水基的液體，較好的安排是，憎水區(qū)域的較大的接觸角β至少為60°，在一個(gè)區(qū)域與相鄰區(qū)域的接觸角差值(β-α)至少為30°。在這樣的參數(shù)范圍內(nèi)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，所附著的液體的量的變化較小。當(dāng)載液裝置用紫外線照射的方法制備時(shí)，可以通過(guò)使用下面將要解釋的紫外照射的條件來(lái)控制接觸角。
為了在一片材料的同一表面產(chǎn)生具有不同接觸角的不同區(qū)域，要在憎水的(或親水的)、有機(jī)的、高分子材料的表面上制備掩蔽層，這樣親水的基團(tuán)(或憎水的基團(tuán))和接枝支鏈通過(guò)化學(xué)作用被引入到掩蔽層的暴露部位?？梢允褂玫入x子體工藝方法，電暈放電工藝方法和其它的方法代替化學(xué)方法而使得僅僅是暴露的表面部位變得具有親水性(或憎水性)，但是上述的紫外照射的方法是非常好的，因?yàn)樗恍枰魏螌ｉT的預(yù)處理或后處理，而且所用的設(shè)備簡(jiǎn)單。
下列當(dāng)中的一種或多種可以用作本發(fā)明的材料所需的有機(jī)高分子聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂、聚氯乙烯、聚二氯乙烯、熱塑性聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚環(huán)氧乙烷、氟樹脂、聚碳酸酯、聚酰胺、縮醛樹脂、聚苯氧、聚對(duì)苯二酸丁酯、聚對(duì)苯二酸乙酯、聚苯硫醚、或其它的熱塑性樹脂；不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、尿素樹脂、密胺樹脂、聚鄰苯二甲酸二烯丙基酯、硅氧烷樹脂、或其它的熱固性樹脂；硅橡膠或其它的橡膠。
材料可以被加工成片狀、圓柱狀、圓筒狀、凝膠、膜、或纖維形狀。最基本地，為了裝載待測(cè)液體如果材料能夠使一片區(qū)域具有較小的接觸角，那么就可以使用該材料。具有較小的接觸角的區(qū)域的形狀通常為圓形，其直徑在1mm和7mm之間；若為多邊形，其一邊的長(zhǎng)度在1mm和7mm之間；或?yàn)榫€形，其寬度在1mm和5mm之間。上述的制備方法中的紫外線的光源是低壓水銀燈。這是因?yàn)楣鼙跍囟缺匦栎^低，大約100℃，燈管輻射高能量、短波長(zhǎng)的紫外線。短波長(zhǎng)的紫外線的波長(zhǎng)為185nm或254nm比較好，因?yàn)樵诖瞬ㄩL(zhǎng)紫外線具有較高的能量。
進(jìn)行照射通常需要1分鐘至120分鐘的一段時(shí)間，照射的距離在0.5cm至8.0cm，照射強(qiáng)度大約在1mW/cm2至20mW/cm2。
實(shí)施例1
準(zhǔn)備三種材料的(每一種為五張)薄片聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對(duì)苯二酸丁酯(PET)、和聚碳酸酯(PC)，每一薄片厚度為0.5mm，準(zhǔn)備兩類具有直徑為2mm或3mm的圓形透光孔的掩蔽層。
材料在50％的乙醇水溶液中進(jìn)行超聲清洗，然后干燥。然后將一個(gè)掩蔽層放置在材料的表面，垂直于材料正上方2cm處固定好低壓水銀燈。然后用紫外線照射材料10分鐘，產(chǎn)生本發(fā)明的載液裝置的第一個(gè)實(shí)施例。緊接上面的過(guò)程，將載液裝置浸入到水中，然后輕輕地拿出來(lái)，檢查材料表面的水以保證水僅僅附著在對(duì)應(yīng)于掩蔽層的透光孔的圓形區(qū)域，這樣在材料的表面就有兩個(gè)相鄰的區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域關(guān)于上述的水具有不同的接觸角，并以圓形邊界隔開。上述的載液裝置，表面上附著了水之后的俯視圖和正視圖如圖1(a)和圖1(b)所示。圖中裝置和水分別以符號(hào)”1”和“W”表示。此載液裝置表面上附著的水的量使用KarlFischer的方法進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果列于表1中。
另外，為了測(cè)量上述的兩個(gè)區(qū)域各自的接觸角，通過(guò)在50％的乙醇水溶液中超聲清洗的方法準(zhǔn)備前述的三種材料(每一種為10張)薄片。然后將材料干燥。接下來(lái)，將1.8μl的水滴落到每一種材料的5張薄片上面，并測(cè)得靜止的接觸角(在紫外照射之前)。每一種材料的剩余的5線薄片在與前述的載液裝置實(shí)施方案相同的條件下進(jìn)行紫外照射，然后以與不照射的薄片所用的相同的方法在照射區(qū)域滴上水。然后測(cè)得靜止的接觸角(在紫外照射之后)。這些測(cè)量的結(jié)果列于表1中。
表1 (n＝5)材料種類 PMMA PET PC掩蔽層小孔直徑(mm) 3 2 2靜止接觸角(度)紫外照射前 797794紫外照射后 314223附著水的量(μg) 1927.0±51.1 876.4±30.8 532.2±29.4如表1中所見，上述的載液裝置的實(shí)施例能夠裝載微量的固定量的水，甚至低于微升量級(jí)，具有較高的精度。載液裝置的裝載能力不僅可以通過(guò)改變紫外照射的表面積大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且可以通過(guò)控制接觸角進(jìn)行調(diào)節(jié)。這一實(shí)施例的每一種材料是透明的，這樣可以使得附著的水吸收光線，測(cè)量穿過(guò)材料的光的量而進(jìn)行吸光測(cè)定。在材料浸入水中之前宏觀上不能證實(shí)存在具有不同接觸角的兩個(gè)區(qū)域。但是，如果在將材料進(jìn)行紫外照射之前，沿掩蔽層的透光孔的內(nèi)圓周劃線，那么兩個(gè)區(qū)域的邊界可以辨認(rèn)出來(lái)。
實(shí)施例2本發(fā)明的載液裝置的第二個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D示進(jìn)行解釋。圖2是本發(fā)明的載液裝置的第二個(gè)實(shí)施例的截面圖。在此例中，載液裝置ll由相對(duì)放置的兩塊薄片材料12和13和墊片14組成，墊片14用于分隔和固定材料12與材料13之間的距離。
材料12和材料13都是透明的聚苯乙烯(PS)薄片，它們的厚度為lmm，與附著于它們的表面的水的接觸角為90°。僅在薄片12和薄片13的表面的中央有一個(gè)直徑為3mm的圓形區(qū)域(未在圖中標(biāo)出)，該圓形區(qū)域具有親水性，使得它們與水的接觸角為15°。將試劑使用在材料13的圓形區(qū)域內(nèi)。載液裝置11按下述步驟制造。首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索對(duì)PS的紫外照射條件(例如照射時(shí)間)與接觸角之間的關(guān)系。用50％的乙醇水溶液超聲清洗聚苯乙烯薄片，然后干燥，然后將聚苯乙烯薄片放置于紫外照射設(shè)備中。將一個(gè)具有直徑為3mm的圓形透光孔的掩蔽層放置在薄片的上面，在掩蔽層上方固定一個(gè)低壓水銀燈。然后用紫外線穿過(guò)掩蔽層照射材料，直至圓形區(qū)域與水的接觸角為15°為止。另外，制備一種含有下列組份的試劑溶液。
過(guò)氧化物酶4,000單位葡糖氧化酶4,000單位4-氨基安替比林10mg1-萘酚-3，6-二磺酸鈉12mg0.1M磷酸鹽緩沖溶液(pH6)3ml聚乙烯基吡咯烷酮50mg在紫外照射之后，將一個(gè)1μl的試劑溶液的液滴滴在薄片上的圓形區(qū)域內(nèi)，然后將薄片干燥，由此獲得材料13。除了不滴加試劑外，以相同的方法獲得材料12。將材料12和材料13的暴露于紫外線中的區(qū)域相對(duì)放置，將墊片14插入并固定在薄片之間，薄片12與薄片13之間的空隙為0.3mm。這就完成了本發(fā)明的第二個(gè)載液裝置11的實(shí)施例的制作。將葡萄糖水溶液灌入到材料12與13之間的空隙。結(jié)果是葡萄糖水溶液(圖中以符號(hào)“W”表示)僅附著于前述的每塊材料的圓形區(qū)域，如圖2所示，并且溶液呈圓柱形狀被裝載。讓載液裝置保持1分鐘，波長(zhǎng)為550mm的光線垂直照射穿過(guò)材料12和材料13的圓形區(qū)域，并測(cè)量吸光度。三種不同濃度的葡萄糖水溶液的吸光度的測(cè)量結(jié)果列于表2中。
表2葡萄糖濃度 吸光度(mg/dl) 平均值±偏差1000.102±0.0062000.187±0.0094000.390±0.017如表2中所見，吸光度與葡萄糖水溶液的濃度之間幾乎是成正比例的關(guān)系。這些結(jié)果確證了材料12和材料13之間裝載的葡萄糖水溶液的量是一定的。
權(quán)利要求
1.一種用于液樣分析的裝載液體的裝置，該裝置包括一種由有機(jī)高分子組成的材料，這種材料的表面被分成不同的區(qū)域；第一區(qū)域?qū)τ诟街谠搮^(qū)域的任何液體的表面形成相對(duì)較小的接觸角α，和第二區(qū)域緊靠上述的第一區(qū)域，并對(duì)于附著在該區(qū)域的與上述相同的液體的表面形成相對(duì)較大的接觸角β。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中在第一區(qū)域施用將與樣品反應(yīng)的試劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中第二區(qū)域包圍著第一區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中材料是透明的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中的有機(jī)高分子至少一種是選自熱塑性樹脂、熱固性樹脂、橡膠、和它們的組合物組成的集合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中材料為片狀、凝膠、膜、柱狀、或纖維狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中β不低于60°，α與β的差值不低于30 °。
8.一種用于液樣分析的裝載液體的裝置，該裝置包括兩張有機(jī)高分子材料的透明薄片，這兩張薄片相對(duì)放置，至少一張薄片的表面被分成不同的區(qū)域，第一區(qū)域?qū)τ诟街谠搮^(qū)域的任何液體的表面形成相對(duì)較小的接觸角α，第二區(qū)域緊靠第一區(qū)域，第二區(qū)域?qū)τ诟街谠搮^(qū)域的與上述相同的液體的表面形成相對(duì)較大的接觸角β；和在上述的兩張薄片間插入一個(gè)墊片，用來(lái)固定兩張薄片之間的空隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中在第一區(qū)域應(yīng)用將與樣品反應(yīng)的試劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中第二區(qū)域包圍著第一區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中β不低于60°，α與β的差值不低于30°
12.一種制造用于液樣分析的裝載液體的裝置的方法，該方法包括以下步驟(a)準(zhǔn)備有機(jī)高分子材料。(b)將已給定型式的掩蔽層放置在材料上面，該掩蔽層與材料表面形成緊密接觸，或者是相互分開的。(c)用紫外(μV)線穿過(guò)掩蔽層照射材料表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中將掩蔽層制造成阻擋紫外線穿過(guò)的部分包圍著讓紫外線穿過(guò)的部分。
全文摘要
一個(gè)用于液樣分析的裝載液體的簡(jiǎn)單裝置，該裝置包括有機(jī)大分子材料，表面分成不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域相對(duì)于液體的接觸角互不相同，一個(gè)區(qū)域被另一個(gè)區(qū)域包圍著。對(duì)于檢測(cè)液體的分析，該裝置能使甚至微量液體的裝載變得容易并為分析提供足夠量的精度。
文檔編號(hào)G01N35/00GK1155081SQ9610942
公開日1997年7月23日 申請(qǐng)日期1996年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月9日
發(fā)明者大久保章男, 福岡隆夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社京都第一科學(xué)