DE2727347A1 - Indikator und verfahren zum herstellen desselben - Google Patents

Indikator und verfahren zum herstellen desselben

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Description

Indikator und Verfahren zum Herstellen desselben
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Indikators mit einem TrSger und mindestens zwei von diesem getragenen Substanzen, die bei Oebrauoh des Indikators aktiviert werden.
Indikatoren von dieser Art wurden bisher auf verschiedene Arten hergestellt. Bei einem Verfahren wurden die Substanzen In sogenannten Mikrokapseln eingekapselt, die In einer Flüssigkeit suspendiert wurden, die die andere Substanz enthielt, worauf die Mikrokapseln und die Flüssigkeit auf die eine oder andere Welse auf einen Träger aufgebracht wurden. Die Herstellung eines solohen Indikators 1st recht teuer.
Nach einem anderen Verfahren wurden Indikatoren von der beschriebenen Art dadurch hergestellt, dafl ein Träger, der In zwei voneinander getrennten Zonen eine poröse Struktur aufwies, mit Flüssigkeiten imprägniert wurde, die die Substanzen enthielten. Die Herstellung
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eines solchen Indikators ist wegen der Schwierigkeiten ein und denselben Träger mit zwei Flüssigkeiten zu imprägnieren schwierig.
Bs ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Indikator bzw. ein Verfahren zum Herstellen desselben anzugeben, das einfach und preiswert ist und das zu einem Indikator führt, mit dem es möglich ist, quantitative Analysen von hoher Genauigkeit durchzuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungagemSfi dadurch gelöst, daft durch Aufbringen von mindestens zwei Flüssigkeiten, die jede eine der Substanzen enthfllt, unmittelbar auf die eine Oberfläche des Tragers in einer solohen Welse, daß die Substanzen auf der Oberfläche duroh einen vorbestimmten Zwischenraum auf der Oberfläche getrennt bleiben, wobei an sioh bekannte Druokteohniken verwendet werden zum Erzeugen eines vorbestimmten Zwischenraumes.
Vorzugswelse wird mindestens eine der Substanzen auf dem Träger in einer solohen Weise angebracht, daß diese Substanz auoh bei Benutzung des Indikators an dem Träger verbleibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in Rede stehenden Substanzen auf der Oberfläche des Trägers an einer Anzahl von Stellen aufgebracht, die einen kleinen Abstand voneinander haben, und zwar beispielsweise als Punkte und/ oder als Streifen auf der Oberfläche. Die Stellen können auf der Oberfläche vermischt aufgebracht sein.
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Die Erfindung let bei versohledenen Indikatorsyetemen anwendbar. Es wird in dieses Zusammenhang beispielsweise auf die US-Patentsohrlften 3 092 463, 3 511 608, 3 549 328 und 3 926 732 hlngewlesen«
GeaSft einer bevorzugten Aus füh rungs form der Erfindung werden die Substanzen, die bei der Verwendung des Indikators aktiviert werden, auf einer Anzahl von Stellen auf der OberflSohe des Trägers angebracht, und zwar alt einem sehr kleinen Zwischenraum dazwisohen. Dies bedeutet Jedoch nloht, daB die Erfindung auf FIlIe besohrinkt ist, in denen Abstände von mikroskopischer OrOAe notwendig sind. Auoh in den Fällen, in denen der Abstand zwlsohen den Substanzen etwas grOAer sein soll, d.h. etwa in der Größenordnung von 1 rna, 1st die Erfindung anwendbar. Eine Reaktion «wischen verschiedenen Substanzen auf der Oberfläche des Indikatorträgers 1st nämlich denkbar, wenn der Abstand zwlsohen den Substanzen in dieser OrOBenordnung dadurch von Bedeutung ist, da* eine Flüssigkeit, die in Kontakt mit dem Indikatorträger zu bringen ist, in der Lage sein muA, zwlsohen die Substanzen einzudringen, um ein Diffusionmittel, beispielsweise für einen Teil der Substanzen auf dem Weg zu der anderen Substanz vorzusehen. In einem solohen Fall liegt auf der Rand, dal eine äusserste Genauigkeit notwendig 1st im Hinblick auf die Zwischenräume zwischen den Substanzen, etwa eine Genauigkeit von 1 oder wenigen Hundertsein eines Millimeters.
Die vorliegende Erfindung wurde gemaoht, als der Erfinder zufällig
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■It den Einzelheiten von konventionellen Druckteohniken bekannt wurde. Es wurde herausgefunden, dafl ein gedruckter Text oder ein Bild aus einer Anzahl von winzig kleinen Punkten bestehen kann, die mikroskopische Abstände voneinander aufweisen, wobei diese Abstande normalerweise nicht mit den unbewaffneten Auge gesehen werden können. Es wurde auch erkannt, dafl ein gedrucktes farbiges Bild, das das Auge als nur aus einer Farbe bestehend empfindet, In Wirklichkeit aus einer Anzahl von Punkten von unterschiedlichen Farben bestehen kann. Somit kann ein Bild, das das Auge als grün wahrnimmt, aus einer Anzahl von blauen und gelben Punkten bestehen.
Die Zusammenhänge bei konventionellen Druoktechniken führten zu der Erkenntnis der einzigartigen Möglichkeiten beim Anwenden von Druckteohnlken zum Aufbringen zwei oder mehreren reaktiven Substanzen auf die Oberflache eines Indikatorträgers, wobei der Abstand zwischen den Substanzen genau vorbestimmt ist.
Der erflndungsgemfifle Indikator wird somit mit Hilfe von an sich bekannten Druckteohniken, etwa dem Fotooffsetdruck, hergetellt, was bedeutet, dafl die In geeigneten Lösungsmitteln gelösten Substanzen auf die Oberfläche des Trägers duroh Druckwalzen aufgebracht werden, die mit sehr kleinen Vertiefungen oder Poren von unterschiedlichen Tiefen versehen sind.
Der Siebdruck gehört auoh zu den bekannten Druoktechniken. Dies bedeutet, dafl die in Rede stehende Substanz In einem geeigneten
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Lösungsmittel gelöst wird, welches durch ein Sieb mit sehr feinen Masohen hlndurehgedrOokt wird. Das Sieb wird um eine drehbare Walze herum angeordnet.
Bs gibt verschiedene Arten von Drucktechniken, die an sich bekannt sind, die aber nicht allgemein als konventionelle Drucktechniken bezeichnet werden. Es gibt beispielsweise verschiedene Arten von plattenlosen Druoktechnlken, so etwa direktes elektrostatisches Drucken, indirektes elektrostatisches Druoken und Tlntenspritzdrukken, was In letzter Zelt an Bedeutung gewonnen hat.
Direktes elektrostatisches Druoken bedeutet, daß elektrostatische Ladungen direkt auf speziell aberzogenem Papier erzeugt und dort festgehalten werden, wobei das Papier eine leitfShige Schicht besitzt, die durch eine isolierende Schicht bedeckt 1st. Die elektrostatische Ladung wird durch einen Toner zu einem sichtbaren Bild entwickelt, wobei der Toner eine Flüssigkeit sein kann, die die gewünschte reaktive Substanz enthält.
Indirektes elektrostatisches Drucken ist ein Offsetverfahren, bei dem die elektrostatische Ladung auf einer Zwischenoberfliehe, etwa einer Trommel gehalten wird und lediglich der Toner, der die gewünschte reaktive Substanz enthalt, wird auf das Papier übertragen und dort fixiert. Dieses Verfahren wird bei den xerografIschen Trockenkopierverfahren verwendet.
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Das Tlntensprltzdruokverfahren hat sich In letzter Zelt sehr schnell entwickelt. Es gibt viele verschiedene Systeme, aber sie arbeiten alle Bit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Strumen von sehr dünnen Flüssigkeitsstrahler!, die mit großer Genauigkeit in die gewünschte Riohtung auf den Träger geriohtet werden.
Jede Art von reproduzierenden graphischen Techniken kann verwendet werden, um die vorliegende Erfindung durchzuführen.
In Bezug auf die Ausführungsform der Erfindung, bei der die Substanzen auf eine Anzahl von Stellen mit sehr kleinen Abständen oder Zwischenräumen aufgebracht werden, ist als Vorteil herauszuheben, daß eine Farbänderung Infolge der Aktivierung der als Indikator verwendeten Substanzen wahrgenommen werden wird, und zwar als eine gleichzeitige Farbänderung über einen verhältnismäßig großen Bereich. (Die umgebenden Teile des IndlkatortrSgers sollten vorzugsweise die gleiohe Farbe haben, wie die Oberfläche vor den Farbwechsel hatte). Ein derartiger Indikator, der beispielsweise zwei Substanzen aufweist, wird eine bessere Anzeige einer erfolgten Reaktion ergeben als ein Indikator mit einer Oberfläche, die nur mit einer der Substanzen bedeckt ist, die allmählich ihre Farbe von einem Teil zum anderen Teil ändert, wenn die zweite Substanz über die Oberfläche diffundiert. Falls somit die Substanz vollständig verbraucht wird bevor sie über die gesamte Oberfläche diffundiert ist, so daß ein Farbwechsel lediglich in einem Teil der Oberfläche erfolgt, können Zweifel entstehen hinsiohtllch der Zuverlässigkeit des Indikators.
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Die Möglichkeit, einen Indikator für eine quantitative Analyse zu verwenden, wird auoh verbessert, falls ein Farbwechsel auf einer verhältnismäßig großen Oberfläche erfolgt.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Die Flg. 1 bis 1 zeigen schematise!) verschiedene Ausführungsformen eines nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Indikators. Die Fig. 5 zeigt lediglich als Beispiel in schematisoher Heise die Herstellung eines Indikators nach den Fig. 1 bis 4.
Die Flg. 1 bis 4 zeigen drei verschiedene Indikatoren, die beispielsweise vorgesehen sein können zum Naohweis eines bestimmten Enzyms in einer Flüssigkeit. Der Indikator weist Träger 1, 2, 3 und 4 auf. Zwei reaktive Substanzen A, B sind mit Hilfe konventioneller Druokteohniken mit verschiedenen Mustern auf diese Träger aufgebracht. Ein Indikator von dieser Art kann, in eine Probe der genannten Flüssigkeit eingetaucht werden, um ihn dann daraus zu entfernen, so da* eine dünne Flussigkeitsschioht auf dem Träger verbleibt. Eine der Substanzen auf dem Träger, beispielsweise die Substanz A, kann dadurch veranlaßt werden, durch die dünne FlUssigkeltsschicht in Richtung auf die andere Substanz, z.B. zu der Substanz B zu diffundieren. Das in der Flüssigkeit anzuzeigende Enzym kann dann mit der Substanz A reagieren oder eine duroh die Substanz A verursaohte chemisohe Reaktion katalysieren. Somit wird die Substanz A vollständig
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oder teilweise auf dieses Weg In Richtung auf die Substanz B verbraucht, und zwar In Abhängigkeit von der Konzentration des Enzyms In der Flüssigkeit. Falls die Substanz A von des Enzym In der Flüssigkeit vollständig verbraucht wird, kann keine Reaktion zwischen den Substanzen A und B erfolgen. Falls ein Teil der Substanz A bis zur Substanz B gelangt, wird diese reagieren, wobei die Substanzen A und B von einer solchen Art sind, daß ein Farbweohsel eintritt. Eine solche Reaktion wird von menschlichen Auge in Gestalt eines Farbweohsels der geseilten Oberfläche wahrgenommen, auf die die Substanzen A und B aufgebracht sind. Die Intensität dieses Farbweohsels hingt von der Konzentration des Enzyme ab, dessen Quantität in der Flüssigkeit abzuschätzen ist. Die Substanzen A und B können natürlich auf irgendeine andere Weise miteinander reagieren. Beispielsweise können sie miteinander in einer ersten Stufe reagieren und eine Zwischensubstanz erzeugen, die keinen Farbwechsel zur Folge hat. Dann kann diese ZwIsohensubstanz in einer zweiten Stufe mit einem vorhanden Enzym reagieren, um einen Farbwechsel hervorzurufen. Andererseits kann auch ein erster Farbwechsel erfolgen, wenn die Zwisohensubstanz gebildet wird, wobei ein zweiter Farbwechsel erfolgt, wenn die Zwisohensubstanz mit dem Enzym reagiert. Ein solohes System würde es mSglioh machen, mit Sicherheit festzustellen, ob der Indikator bereits benutzt worden ist, selbst wenn die Enzymreaktion nioht erfolgt, weil ein Enzym nloht vorhanden ist.
In Fig. 4 ist ein Indikator zur Anzeige des Enzyme Katalase in
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einer Flüssigkeit gezeigt. Der Indikator weist einen TrSger 4 und Substanzen A1 B und C auf, die daran alt Hilfe einer konventionellen Drucktechnik angebracht sind.
Die Substanz A enthält das Enzym Peroxidase und einen Farbstoff wie O-Tolidlne. Die Substanz B enthalt das Enzym Gluooseoxidase und die Substanz C Glucose. Die Enzyme Peroxidase und Gluooseoxidase sind beide cheaiach an Zellulosepartikel gebunden, die an den Träger mittels eines geeigneten Bindemittels unter Verwendung einer Drucktechnik befestigt sein. Nach dem Aufbringen der Substanzen A und B sind die Enzyme in Bezug zueinander und zu dem Träger 4 unbeweglich angeordnet.
Der soeben beschriebene Indikator wird in der im folgenden beschriebenen Heise reagieren, wenn er mit der zu testenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird.
1) Die Glucose Ln der Substanz C wird durch die Flüssigkeit gelöst und Ober den TrSger 4 verteilt.
2) In der Nähe der Substanz B katalysiert das Enzym Gluooseoxidase die Reaktion zwischen Gluoose und Sauerstoff, wodurch Wasserstoffperoxid als Reaktionsprodukt erhalten wird.
3) Das wasserstoffperoxid diffundiert durch die Flüssigkeit, die in den Berelohen zwisohen den Substanzen A und B vorhanden 1st,
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zu den Stellen mit der Substanz A.
4) An den Stellen mit der Substanz A wird der Farbstoff O-Tolidine duroh Wasserstoffperoxid in der Gegenwart des Ezyms Peroxldase oxidiert und eine blaue Farbe wird erhalten.
5) Falls das Enzym Katalase in der Flüssigkeit vorhanden ist, wird das Wasserstoffperoxid vollständig oder teilweise versetzt. Eine hohe Konzentration von Katalase in der Flüssigkeit wird das Wasserstoffperoxid vollständig zersetzen, bevor es Zeit gehabt hat, zu den Stellen mit der Substanz A zu diffundieren, und es wird keine blaue Farbe erhalten. Eine kleine Konzentration von Katalase wird das Wasserstoffperoxid teilweise zersetzen und ein Teil des Wasserstoffperoxids wird zu den Stellen mit der Substanz A diffundieren und eine blaue Farbe erzeugen. Somit wird infolge der Konzentration des Enzyms Katalase in der Flüssigkeit eine mehr oder weniger intensive Farbänderung auf dem Indikator erhalten.
Die Indikatoren nach den Fig. 1 bis 4 werden, wie bereits erwähnt wurde, duroh Drucktechniken hergestellt. Die Fig. 5 zeigt das Prinzip des konventionellen Drückens. Ein Blatt 5 wird in der Richtung des Pfeiles gefordert. Mit zwei Druckwalzen 6 und 7 werden zwei verschiedene Flüssigkeiten, die die Substanzen A und B enthalten, auf das Blatt gedruckt. Wie bereits erwähnt wurde, gibt es viele verschiedene Arten von Walzen, die dem Fachmann wohl bekannt sind,
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so dafl keine detaillierte Beschreibung notwendig let.
Natürlioh ist es notwendig, die Viskosität der die in Rede stehenden Substanzen enthaltenden Flüssigkeit je nach den ausgewählten Druckverfahren einzustellen.
Beispiel
10 g von aus Einzelteilen bestehende CMC (Carboxl-Methylcellulose) werden In einer bekannten Welse aktiviert.
Gluooseoxidase (Boehrlnger) und Peroxldase (Signa Co.) wurden nach bekannten Verfahren in verschiedenen Proben des aktivierten CMC unbeweglich gemacht. Die Genisehe zum Drucken wurden in der folgenden Heise zubereitet.
Gluooaeoxldase-CHC
2,5 g nasses GO/CMC wurden unter Verwendung eines MagnetHlhrers
In 20 al destillierten Wassers gerührt. Es wurden 0,085 g kolloidales CMC zugegeben, üb die Viskosität des Qemisohes einzustellen. Peroxldaae/CMC
2,5 g nasses PO/CMC wurden unter Verwendung eines MagnetrOhrers in 20 al destillierten Wassers gerührt. Bs wurden 0,085 g kolloidales
CMC zugegeben, u» die Viskosität des Oemlsohes einzustellen. Unter Rühren des Oeaisohes wurden 0,033 g O-Tolldin zugegeben.
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Dl« beiden so erhaltenen Oealaohe wurden Mittel· Siebdruokea als deutllohe parallele Linien entspreohend des Systea QO-PO-OO-PO usw. auf ein Filterpapier gedruokt, das In eine 10 ?-ige OluooaelSaung in Wasser elngetauoht und bei 35° C getrooknet «orden war.
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Claims (15)

ALFA - UVAL AB, Postfack, 3-1η7 00 Tuaba (Schweden) PatentanaprOehe
1. Indikator alt «Ines Träger und mindestens zwei Substanzen auf
der gleichen Oberfläche des Trägers, die bei Verwendung des Indikators aktiviert werden, daduroh gekennzeichnet, dal die Substanzen (A, B) In eine· bestimmten Abstand voneinander getrennt sind.
2. Indikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dat mindestens eine der Substanzen (A, B) bei Verwendung des Indikators auf den Träger haften bleibt.
709851/1231 ORIGiNAL INSPECTED
3. Indikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanzen (A, B) auf die Oberfläche an einer Hehrzahl von Stellen ■it eines geringen Abstand voneinander aufgebracht werden.
1. Indikator naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen auf der OberflSohe verteilt sind.
5. Indikator nach Anspruch 3 oder 4, daduroh gekennzeichnet, daft die Substanzen (A, B) auf der Oberfläche als eine Anzahl von Punkten aufgebracht sind.
6. Indikator nach Anspruch 3 oder Ί, daduroh gekennzeichnet, daß
die Substanzen (A, B) auf der Oberfläche als «ine Anzahl von Streifen aufgebracht sind.
7. Verfahren zum Herstellen eines Indikators mit einem Träger und mindestens zwei von diesem getragenen Substanzen, die bei Gebrauch des Indikators aktiviert werden, gekennzeichnet durch Aufbringen von mindestens zwei Flüssigkeiten, die jede eine der Substanzen enthalten, unmittelbar auf die eine Oberfläche des Trägers In etner solchen Welse, daß die Substanzen (A, B) auf der OberflSohe durch einen vorbestimmten Zwischenraum auf der OberflSehe getrennt bleiben, wobei an sieh bekannte Druekteohniken verwendet werden zum Erzeugen des genau vorbestimmten Zwischenraumes.
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8. Verfahren nach Anapruoh 1, gekennzeichnet durch Aufbringen mindestens einer der Substanzen (A, B) auf die OberflSohe des Trägers in einer solohen Welse, da· sie sogar bei Oebrauoh des Indikators darauf haften bleibt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,, gekennzeichnet durch Aufbringen der Substanzen (A, B) auf die Oberflflohe an einer Mehrzahl von Orten, die kleine Zwieohenrfluee zwischen sieh aufweisen.
10. Verfahren naoh Anspruoh 9, gekennzeichnet duroh Verteilen dieser Orte auf der Oberfläche.
11. Verfahren naoh Anspruoh 9 oder 10, gekennzeichnet duroh Aufbringen wenigstens einer der Substanzen (A, B) als Punkte auf der OberflSehe.
12. Verfahren naoh Anspruoh 9 oder 10, gekennzeichnet duroh Aufbringen wenigstens einer der Substanzen (A, B) als Streifen auf der Oberfllohe.
13. Verfahren naoh eines der AnaprOohe 7 bis 12, gekennzeichnet dureh Aufbringen der Substanzen (A, B) duroh Potooffeetdruok.
14. Verfahren naoh eines der Ansprache 7 bis 12, gekennzeichnet duroh Aufbringen der Substanzen (A, B) duroh Slebdruok..
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15. Verfahren nach eines der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet duroh Aufbringen der Substanzen (A, B) durch Tintensprltsdrucken.
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