JP4031029B2 - 増量剤を含むポリマー組成物およびその使用 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は診断および分析デバイスの製造に有用なポリマーを含む組成物に関する。さらに詳しくは、このようなデバイスの製造に伴う多数の問題を緩和する組成物に関する。
背景および従来技術
臨床および分析化学の分野では試料中のアナライト（analyte）を調べるための多くのデバイスや装置を利用する。以後“乾燥化学技術（dry chemistry technique）”と呼ぶ小分野全体は、試料分析を実施するために使用できるデバイスの製造を含む。これらのデバイスは特別な物質の迅速かつ正確な測定を容易にする。これらは使用が容易で、これらにより患者が自身で試験したり、“店頭で”の使用などができる。
特に有用な形態の乾燥化学デバイスは試験片である。膨大な数の入手できる試験片があるが、それらは一般的に記載することができる。要するに、試験片は試験試料を受け入れることができる母体を含む。母体は通常、１種またはそれ以上の含浸させた、または何らかの方法で中に組み入れた試薬を含み、試薬は１つの反応または一連の反応で関心のある物質“アナライト”と結合して、ある検出可能な信号、例えば、色を発生する。母体は通常、熱可塑性樹脂またはセルロース基剤のような非-反応性物質で支持されている。
これらの試験デバイスの母体は、前記の検出可能な信号を導く反応に有害な作用をしない材料で作られていなければならない。さらに、頑強で安定でなければならない。試験片は、使用前に通常少なくとも短期間保存され、母体の劣化によりアナライトの測定における片の使用が妨げられるので、これらの性質は重要である。この目的のために、母体を作る材料は好ましくはポリマーである。このような母体を製造するのに使用するポリマーの例は、例えば、主題出願の譲受人に譲渡されたPCT出願PCT/US91/09819、並びにIto等に譲渡された米国特許第4,966,856号、Jonesに譲渡された第4,689,309号およびIto等に譲渡された第4,868,106号に見られる。前記の全ての参考資料を参照により引用する。Arai等に譲渡された米国特許第4,786,595号、Koyama等に譲渡された第4,576,793号、Okaniwa等に譲渡された米国特許第4,427,632号、Pierce等に譲渡された米国特許第4,258,001号、Levy等に譲渡された米国特許第4,147,76号およびSticklerに譲渡された米国特許第4,060,678号もまた参照により引用する。これらの参考資料に開示されているポリマーのいくつかを以下に要約し、そして試験片製造に有用な多様な型のポリマーを示す。
ここに記載されている型の母体の製造において、診断反応に必要な試薬を、好ましくは液体媒体を介して母体ポリマーに組み入れる。生じた液体、懸濁液、エマルジョンをその後、例えば、薄いフィルムを形成するように注入したり、そうでなければ分配する。そこに存在する液体を除去するようにフィルムを処理し、そして生じたフィルムを巻き上げ保存する。母体を使用する試験片を製造するために、適当な長さのフィルムを解いて望みの大きさに変える。
この手順での重大な問題は、乾燥している場合でさえ、多くのポリマーフィルムが残留している粘着力、粘着性、またはブロッキングを呈することであり、これはポリマーの多くが粘着剤、床磨き剤などとしても使用されることを考慮すれば意外なことではない。粘着力のために、巻き上げる時に被覆またはフィルムがお互いに粘着し、そして解いた時に裂けたりまたはブロッキングしたりまた他の劣化が生じる。その結果、粘着力を除去または低下させ、従って前に考察した問題が解消されるようにポリマー材料を処理する必要性がある。しかしながら、この問題を解決するために採られるいずれの手段も、フィルムに組み入れる材料、すなわちアナライトの測定に有用な試薬が処理によって損なわれないかどうかを考慮しなければならない。
PCT出願PCT/US91/09819には、非水性ポリマー系が記載されている。これらの系はアナライトを測定するのに有用な試薬フィルムを製造するために使用される。しかしながらこの参考資料は、水性ポリマーエマルジョンおよび溶液のような水基剤ポリマー系に関しては記載がない。この範疇に入る組成物が本発明の主題である。
今回、意外にもここに記載されている型のポリマーフィルムが、フィルムに含有されている試薬を損なうことなく粘着力の問題を緩和する方法で製造できることが見いだされた。
本発明を以下の好ましい実施態様の詳細な説明によりさらに詳細に記述する。
実施例1
以下の物質を含む、水性エマルジョンの形態の組成物を調製した：

TiO₂（約140mμ）でわずかに着色したポリカーボネートフィルムを組成物で覆った。生じた湿潤フィルムは50〜150μmの範囲の粘着力を有していた。フィルムを50℃±20℃で15分間乾燥させた。フィルムは乾燥しているように見え、そして触ると粘着しなかった。このような物質には通例するように、巻いて保存した。しかしながら解いたとき、被覆の粘着性及び付着力のために被覆表面が広範囲に損なわれていた。
問題を解決するために、超微粒等級のマイカ（C4000、８グラム）を乾燥前に組成物に組み入れた。他の全ての要素は全く同一であった。得られるフィルムを巻き、そして解いたとき、全く損傷が見られなかった。
追加の実験を、325白色湿潤粉末マイカ、C-1000微小-マイカ、白雲母マイカ、264マイカ325メッシュ、粉末マイカおよびポリマイカ325を含む他の増量剤を使用して実施した。前記のものはお互いに粒子の大きさが異なる物質である。全ての型の増量剤により、乾燥させたときに粘着しないフィルムを生産する組成物が生じた。
フィルムの製造において、マイカの量に対するポリマーの量を変えることができる。良好なフィルムは、高くて10:0.1（ポリマー/マイカ）または低くて約5:1の比率で生産できる。
実施例2
マイカを除き、その代わりにクレー、すなわちGeorgia Kaolin社から市販されている“ハイドライト（Hydrite）UF”８ｇを使用することにより、実施例１で記載した組成物を変更した。クレーは約0.2μの中程度の粒子の大きさを有し、pHは4.2〜5.2のいずれかである。325-メッシュでは残留最大値（residue maximum）は0.03%である。“残留最大値”および“325-メッシュ”の参照資料には当業界で公知の情報が含まれている。詳しく説明すると、ある試料中の粒子は均一ではなく、ある範囲の値にわたる直径を有している。同様に、業界では試験物質の粒子の大きさを測定するために種々の大きさの開口部を持つ多数の篩いを使用する。例えば、“325-メッシュ”の篩いは直径約44ミクロンの開口部を有する。325-メッシュの篩を用いた場合に0.03%在留する物質は、ほぼ完全に直径44ミクロン以下の粒子から成っている。
得られたエマルジョンにより、マイカ含有組成物のときのように粘着しないフィルムを生じた。さらに実験を実施し、マイカとクレーを同一の組成物中に組み合わせた。生じたフィルムは粘着しなかった。
実施例3
ポリビニルアセテートポリマー、すなわち“UCAR-130”を使用して別のフィルムを製造した。処方は以下の通りである：

この混合物はスラリーを生じた。その後、その一部（250.0ｇ）を約6.9重量%のC-4000マイクロマイカ総量18.5ｇと組み合わせた。スラリーを100μの濾過袋を通して濾過し、その後、実施例１および２のフィルムと同様の方法で被覆し乾燥させた。生じた物質は、乾燥させると、有用なフィルムを形成し、実施例１および２のフィルムと同様の性質を示した。
前記により、ポリマー基剤の組成物、特にフィルムの粘着力の問題が粘着力を低下させる増量剤をポリマー物質に組み入れることにより緩和できることが示される。この増量剤は生じたフィルムの粘着力を緩和するのに十分な量を添加するが、組み入れる量は、それを組み入れるフィルムの意図する機能に有害な作用を及ぼすほど高くないことを条件とする。組み入れる増量剤の量の限界は変化するであろうが、上記に示したように、増量剤のフィルムに対する効果は、例えば、損傷を試験するためにポリマーおよび増量剤を含むフィルムを巻き上げそして解くことにより、容易に測定できる。それ故、当業者は日常実験により種々の濃度の物質を試験できるであろう。
増量剤の性質は変化するであろうが、マイカおよびクレーが特に好ましく、超微粒の等級が特に好ましい。マイカまたはクレーを使用する場合は、量は変化してもよく、１〜25重量%が好ましい。さらに好ましい範囲は１〜10重量%であり、最適範囲は１〜３重量%である。超微粒マイカが好ましいが、白雲母マイカのような他の形態のマイカも使用できる。さらに、クレーは処理または未処理のいずれでも使用でき、透明繊維材料としてフィルムに組み入れられる大きさに切断する。使用できる繊維型の中には、オーロン（Orlon）（登録商標）、ダクロン（Dacron）（登録商標）およびラミー繊維がある。これらの繊維もまた、製造するフィルムを補強し強化するために利用できる。上記のマイカの割合を、これらの別の増量剤にも使用できるが、１種以上の増量剤が使用でき、組み合わせの総量は前記の指針内であると好成績であることが理解されよう。
増量剤は、いずれの増量剤も当分野で使用でき、いずれのポリマーとも使用でき、分析試験器具のためのフィルムを作るために使用できるポリマーが特に好ましい。コポリマーは増量剤と組み合わせて使用でき、式：

[式中、R₁、R₃およびR₄はそれぞれ水素、またはC1-C6アルキルにでき、各場合のアルキル基は場合により置換され、そしてR₂は置換または非置換芳香族部分である]のモノマーを含有するコポリマーが特に好ましい。上記のような特に好ましい実施態様では、コポリマーはスチレン/アクリル酸コポリマー、すなわちR₁、R₃およびR₄がそれぞれ水素であり、そしてR₂はフェニル基であるものである。
ここで使用する試薬系という用語は、興味の対象であるアナライトと接触すると、アナライトの存在および/または量を示す、検出可能な信号を発する全ての物質または物質の組み合わせを意味する。例えば、興味の対象であるアナライトがグルコースの場合は、試薬系はグルコースオキシダーゼ、西洋わさびペルオキシダーゼおよび3，3′，5,5′-テトラメチルベンジジンを含むであろう。これらの３種の成分は、当分野で公知のグルコースを分析する標準試薬系を構成する。例えば、コレステロールオキシダーゼのようなコレステロール特異的酵素、非酵素化学薬品などを含む他の組み合わせもまた当業者には知られているであろう。これらの試薬を本発明による分析フィルムに組み入れる場合は、粉末のような固体、カプセル化物質、エマルジョンなどの形態にできる。
本発明の組成物は、好ましくはフィルムとして形成することが上記で言及されている。このようなフィルムは試験片および同様の分析デバイスに有用である。これらのデバイスは、一般に指摘した型のフィルムおよび不活性支持体を含む。フィルムと支持体は直接接触するかまたは間に物質を介在できる。
本発明により種々のポリマーを使用できることが上記に指摘されている。これらは水性ポリマーおよびコポリマー等を含む。乳化性のポリマー、並びに可溶性ポリマーもまた使用できる。使用できる種々のポリマーのうちに以下のものがある：
（1）ポリ（スチレン-コ-グリシジルメタクリレート）[90/10]、
（2）ポリ（スチレン-コ-メチルアクリレート-コ-グリシジルメタクリレート）[80/15/5]、
（3）ポリ（スチレン-コ-n-ブチルメタクリレート-コ-グリシジルメタクリレート）[75/15/10]、
（4）ポリ（スチレン-コ-ビニルベンジルクロリド-コ-グリシジルメタクリレート）[80/10/10]、
（5）ポリ（スチレン-コ-ジビニルベンゼン-コ-グリシジルアクリレート）[90/2/8]、
（6）ポリ（p-ビニルトルエン-コ-グリシジルメタクリレート）[90/10]、
（7）ポリ（メタクリレート-コ-グリシジルメタクリレート）[80/20]、
（8）ポリ（スチレン-コ-N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート）[95/5]、
（9）ポリ（スチレン-コ-アジリジルエチルメタクリレート）[90/5]、
（10）ポリ（スチレン-コ-メチルアクリレート-コ-アクロレイン）[90/5/5]、
（11）ポリ（スチレン-コ-アクリルアミド）[95/5]、
（12）ポリ（スチレン-コ-ビニルチオール）[95/5]、
（13）ポリ（スチレン-コ-メチローレートアクリルアミド）[95/5]、
（14）ポリ（スチレン-コ-t-ブチルアクリレート-クリシジルメタクリレート）[90/5/5]
（15）ポリ（スチレン-コ-ビニルイソシアネート）[95/5]
（16）ポリ（メチルアクリレート-コ-スチレン-コ-N-メチロールアクリルアミド）[50/35/15]、
（17）ポリ（スチレン-コ-グリシジルメタクリレート-コ-N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート）[90/5/5]、
（18）ポリ（スチレン-コ-メタクリン酸-コ-アクリルアミド）[95/2/3]、
（19）ポリ（コ-N-メチロールアクリルアミド-コ-メトキシエチルアクリレート）[90/5/5]、
（20）ポリ（p-ビニルトルエン-コ-N-メチロールアクリルアミド-コ-アクリル酸）[90/8/2]、
（21）ポリ（メチルメタクリレート-コ-グリシジルメタクリレート-コ-t-ブチルアクリレート）[80/10/10]、
（22）ポリ（スチレン-コ-p-ビニルベンジルクロリド-コ-アクリル酸-コ−ウレイドエチルアクリレート）[75/10/5/10]、
（23）ポリ（スチレン-コ-メタクリレイン-コ-α-ヒドロキシエチルメタクリレート）[90/5/5]、
（24）ポリ（スチレン-コ-アクロレイン-コ-アセトアセトキシエチルメタクリレート）[85/5/10]、
（25）ポリ（スチレン-コ-N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート-コ-ビニルスルホニルエチルメタクリレート）[90/5/5]、
（26）ポリ（p-ビニルトルエン-コ-アミノスチレン-コ-ビニルスルホニルエチルメタクリレート）[85/10/5]、
（27）ポリ（スチレン-コ-N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート）[90/10]、
（28）ポリ（スチレン-コ-アクリル酸）[97/3]、
（29）ポリ（スチレン-コ-アクリルアミド）[97/3]、
（30）ポリ（ビニルトルエン-コ-t-ブチルアクリレート）［95/5］、
（31）ポリ（メチルアクリレート-コ-メタクリルアミド）［95/5］、
（32）ポリ（スチレン-コ-N-メチロールアクリルアミド）［95/5］、
（33）ポリ（p-ビニルベンジルクロリド-コ-N-メチロールアクリルアミド）［96/4］、
（34）ポリ（スチレン-コ-イタコン酸）［98/2］、
（35）ポリ（スチレン-コ-t-ブチルアクリレート）［92/8］、
（36）ポリ（メチルアクリレート-コ-スチレン-コ-アクロレイン）［30/65/5］、
（37）ポリ（メチルメタクリレート-コ-スチレン-コ-2-ヒドロキシエチルメタクリレート）［25/70/30］、
（38）ポリ（スチレン-コ-ビニルスルホニルエチルアクリレート）［80/20］、
（39）ポリ（スチレン-コ-N,N-ジメチルアミノエチルアクリレート）［90/10］、
（40）ポリ（スチレン-コ-メチルアクリレート-コ-アセトアセトキシエチルアクリレート）［90/5/5］および
（41）ポリ（スチレン-コ-メタクリル酸）［95/5］
使用できる別のポリマーは、アクリルコポリマー、ポリビニルピロリドン-コ-スチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアセテート-コ-ビニルエチレン、ポリスチレン-コ-ブタジエン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、生体高分子、ゼラチン、アルギン酸塩、カラゲーナン、塩化ビニル、ビニルプロピオネート、エチレンビニルアセテート、メラミン、メラミンホルムアルデヒドおよびユリアホルムアルデヒドをふくむ。
組成物に組み入れる試薬系の観点から、これは信号を発生させるものならばいずれの材料でもよい。米国特許第4,966,856号に記載されているような、種々の酵素を組成物に組み入れることができる。これらの実施例は、グリセロールデヒドロゲナーゼのようなデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼを含むオキシダーゼ；西洋わさびペルオキシダーゼを含むペルオキシダーゼ、コレステロールおよびコリンエステラーゼのようなエステラーゼ、アルカリホスファターゼのようなホスファターゼ、ガラクトシダーゼ、アミラーゼなどを含む。酵素は乾燥粉末のようないずれの適切な形態で組み合わせることができる。これらの酵素との関連で、ガラクトシド（例えば、p-ニトロフェニル-β-D-ガラクトシド）、ピロガロール、没食子酸、3，3′，5,5′-テトラメチルベンジジン、他のトリンダー（Trinder）型指示薬、レドックス指示薬などを含む特異的基質または指示薬が使用できる。
示唆したように、増量剤を使用することが本発明の基本必須条件である。ここで使用する“増量剤”という用語は、重合フィルムでの希釈剤として本質的に作用するすべての固体材料を意味する。標準増量剤の例は一般的な塗料増量剤、“チャイナクレー”である。マイカおよびクレーは、上記に記載のように特に好ましい増量剤であるが、チョップトファイバー並びにコロイドシリカもまた使用できる。すべての増量剤について超微粒等級が好ましい。
ドデシルスルホン酸ナトリウムおよびドデシル硫酸ナトリウムのような界面活性剤もまた組成物のなかに組み入れることができる。界面活性剤は荷電指示薬分子を安定化させ、色の形成を強化し、および/または分析する試料の表面接触を強化する。
この開示の全てにおいて、“水性エマルジョンポリマー”および/または“水性ポリマーエマルジョン”、“ラテックスエマルジョン”および同様の言いまわしを参照されたい。これらの用語は微小のポリマー粒子が水母体中に分散または懸濁している系を単に意味する。エマルジョンを支持体上に塗布する場合は、水が蒸発し、そして、毛細管圧の結果として粒子が変形する。これらは一緒に動き、ポリマー球はしばしばへこみ、その後、粒子が共に粘着しフィルムを生じる。このフィルム形成過程は、溶媒の添加、または加熱により強化することができ、その結果ポリマーを柔らかくして、それによりフィルムを形成するための十分な変形がなされる。
本発明の試験器具の製造において、上記の母体をフィルムの形態で製造し、所望の大きさに切断し、その後、試験片に組み込む。この組み込みは、例えば、ホットメルト接着剤、裁縫、貼合せなど、またはその構成材料としてさらに複雑な系への組み込みを介して、不活性支持体にフィルム母体を最小限に接着させることを含むことができる。このような試験片の調製および製造は当業者には公知であり、ここで繰り返す必要はないであろう。
試験デバイスを作る別の方法には、液体形態の母体を、不活性支持体または他のフィルム支持体に直接適用することが含まれる。その後、組成物を平滑にし、レーキし、またもしくは処理して乾燥により平滑で均一のフィルムを製造できる。その後、生じた製品を裁断し、“そのまま”または適切な所望の試験デバイスに組み合わせることができる。
このようなデバイスを使用する方法は当業者には明白であろう。本質的には、分析する試料を母体に適用し、そして試料がそれにより取り込まれる。試薬系と反応する試料中のいずれの反応体も、検出可能な信号を発生する。しばしばこれは色の形成であるが、そうである必要はなく、色の変化、光の反射または吸収など、測定可能な全てのパラメーターである。電極および電気化学バイオセンーの使用を含む電気化学的検出もまた本発明に含まれる。本発明の組成物と試験デバイスの他の使用は当業者には明白であり、ここで繰り返す必要はないであろう。
詳細な説明及び実施例は本発明を説明するものであるが、制限するものではなく、そしてその発明の精神と範囲内の他の実施態様も当業者には示唆を与えるであろうことが理解されよう。

Claims (21)

1. 分析用組成物であって、
   （i） 水性ポリマーエマルジョン；
   （ii） アナライト（analyte）を測定するための酵素、および
   （iii） 前記エマルジョンの粘着力を低下させるのに十分な量の増量剤
   を含み、
   ここで前記増量剤が、マイカおよびクレーから成る群から選ばれる少なくと
   も1種のメンバーである、上記分析用組成物。
2. 前記ポリマーがコポリマーである、請求項1の分析用組成物。
3. 前記コポリマーが式
   

   

   の第一のモノマーと、式
   

   

   の第二のモノマー
   [式中、R₁、R₃およびR₄は同一でも異なっていても良く、水素または非置換若しくは置換C₁-C₆アルキルであり、そしてR₂は置換または非置換芳香族部分である]とのコポリマーである、請求項２の分析用組成物。
4. 前記酵素が、前記アナライトと反応して第一の反応生成物を形成する酵素、および前記反応生成物、または前記第一の反応生成物の反応により形成される第二の反応生成物と反応する指示薬分子、並びに前記反応体系での反応を含む、請求項１の分析用組成物。
5. 前記指示薬が染料である、請求項４の分析用組成物。
6. 前記酵素がグルコースオキシダーゼである、請求項４の分析用組成物。
7. 前記酵素がさらにペルオキシダーゼを含む、請求項６の分析用組成物。
8. 前記染料が3,3',5,5'-テトラメチルベンジジンである、請求項５の分析用組成物。
9. さらに界面活性剤を含む、請求項１の分析用組成物。
10. 前記界面活性剤がドデシルスルホン酸ナトリウムである、請求項９の分析用組成物。
11. 前記増量剤が、前記組成物の約1〜約25重量％の範囲の量で存在する、請求項１の分析用組成物。
12. 前記増量剤が、前記組成物の約1〜約10重量％の範囲の量で存在する、請求項１１の分析用組成物。
13. 前記増量剤が、前記組成物の約1〜約3重量％の範囲の量で存在する、請求項１２の分析用組成物。
14. フィルム形態における請求項１の分析用組成物及び不活性支持体を含む、試料中のアナライトを測定するのに有用な分析器具。
15. 前記試料を請求項１の分析用組成物と接触させ、そして前記アナライトと、前記アナライトの指示薬として前記酵素との反応により形成される検出可能な信号の形成を測定することを含む、試料中のアナライトを測定する方法。
16. 前記試料を請求項１４の分析要素と接触させ、そして前記アナライトと、前記アナライトの指示薬としての前記酵素との反応により形成される検出可能な信号の形成を測定することを含む、試料中のアナライトを測定する方法。
17. 前記ポリマーが式
    

    

    [式中、R₁、R₃およびR₄は同一でも異なっていても良く、水素または非置換若しくは置換C₁-C₆アルキルであり、そしてR₂は置換または非置換芳香族部分である]から成る群から選ばれる少なくとも1種のモノマーから形成される、請求項１の分析用組成物。
18. R₁、R₂およびR₄が水素であり、そしてR₁はフェニルである、請求項１７の分析用組成物。
19. 分析用のフィルム-形成組成物であって、
    （i） 水性ポリマーエマルジョン；
    （ii） アナライトを測定するための酵素、および
    （iii） 前記エマルジョンの粘着力を低下させるのに十分な量の増量剤
    を含み、
    ここで前記増量剤が、マイカおよびクレーから成る群から選ばれる少なくと
    も1種のメンバーである、上記分析用のフィルム-形成組成物。
20. 支持体を被覆する、請求項１９の分析用のフィルム-形成組成物。
21. 請求項１９の乾燥させた分析用組成物を含むフィルム。