Датчики обезвоживания с заряженными полимерными сурфактантами, чувствительными к ионам

Датчики обезвоживания с заряженными полимерными сурфактантами, чувствительными к ионам

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к датчику обезвоживания и поглощающим изделиям, содержащим такой датчик. В частности, изобретение относится к датчику, с помощью которого можно отслеживать состояние насыщенности организма пользователя водой.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обезвоживание представляет собой снижение количества жидкостей (текучих сред) и содержащихся в них электролитов в организме. Обычно общее суточное количество жидкости в организме человека должно колебаться в пределах приблизительно ±0,02% от массы тела, и содержание воды в организме может составлять приблизительно 63% от всей массы тела. Баланс физиологических жидкостей достигается и поддерживается за счет одинакового количества потребляемой и выделяемой из организма жидкости, и дисбаланс в содержании жидкостей может быть связан либо с обезвоживанием, либо с гипогидратацией (частичным обезвоживанием). Особенную опасность обезвоживание может представлять для ослабленных или пожилых людей или детей, и может иметь серьезные последствия, если человеку с обезвоживанием не будет предоставлено подходящее лечение. Потеря физиологических жидкостей в количестве, составляющем менее приблизительно 2-5% от массы тела, приводит к ухудшению отвода тепла, сбоям в работе сердечнососудистой системы и снижению физической выносливости.

Измерение удельной массы (плотности) мочи индивидуума представляет собой способ, обычно применяемый для оценки относительного уровня насыщенности организма индивидуума водой. Определение объема мочи и концентраций электролитов может помочь в определении того, сбалансированы ли количества физиологических жидкостей в организме индивидуума. Удельной массой мочи (англ. urine specific gravity, сокращенно USG) называется отношение плотности мочи к плотности воды. На величину USG главным образом влияет содержание в моче твердых веществ и ионов. Величина USG прямо пропорциональна концентрации твердых веществ и ионов в моче. Величина USG обычно составляет от 1,002 до 1,030. Принято считать, что если значение USG<1,020, то организм достаточно насыщен водой, если USG составляет от 1,020 до 1,025, то организм наполовину обезвожен, и если USG>1,025, то организм сильно обезвожен. Значение USG может быть измерено с помощью таких приборов, как урометр (ареометр для измерения плотности мочи) или тест-полоски или индикаторные полоски для мочи. Принцип действия современных или тест-полосок с латеральным потоком обычно основан на анализе латерального потока жидкости. Для измерений USG обычно применяют три основных способа: рефрактометрию, гидрометрию (измерение плотности жидкости) и индикаторные полоски. Несмотря на то, что рефрактометрия и гидрометрия являются очень точными способами, для их проведения необходимо специальное оборудование и опытный персонал.

В последнее время различными производителями были разработаны разные способы улучшения технических характеристик тест-полосок для измерения удельной массы, например, способы, включающие применение различных композиций, повышающих чувствительность и специфичность. Однако, все коммерчески доступные тест-полоски имеют определенные недостатки. Основная проблема состоит в том, что пользователь должен определить изменение цвета в течение буквально нескольких минут после погружения индикатора в образец, поскольку изменение цвета неустойчиво в условиях проведения испытания. Сигналы, которые могут быть получены после прохождения указанного временного промежутка, часто неточны и, следовательно, обычно неверны. Для определения некоторых анализируемых параметров, например, концентрации ионов в моче (т.е. удельной массы для определения степени обезвоживания), для получения сигнала и точных показателей необходимо ожидание в течение определенного времени. Такая ситуация не является проблематичной в том случае, когда пользователь может постоянно отслеживать результат испытания; тем не менее, ситуация становится проблемной, если постоянное отслеживание результатов испытания недоступно и время введения образца не может быть точно установлено. Например, сложно или невозможно точно предсказать время мочеотделения у младенца или взрослого человека, страдающего недержанием, чтобы получить образец для измерительного устройства, находящегося в памперсе (подгузнике) или другом изделии личной гигиены. Таким образом, для измерительного устройства требуется механизм корректировки, который подтвердит, что показание было получено во временном интервале, соответствующем получению корректных показаний.

В последнее время, в основном благодаря из низкой стоимости и простоте в обращении, стали более популярными индикаторные полоски, в частности, индикаторы, поступающие в безрецептурные отделы продаж и места оказания медицинской помощи. В общем, традиционные индикаторные полоски меняют цвет в зависимости от ионной силы образца мочи. Ионная сила мочи представляет собой меру количества ионов, присутствующих в моче. Величина USG пропорциональна ионной силе мочи. Таким образом, оценка ионной силы испытуемого образца позволяет опосредованно и полуколичественно определять величину USG по зависимости между величиной USG и ионной силой мочи.

Традиционные индикаторные полоски обычно изготавливают способом, при котором все необходимые реагенты диффузионно иммобилизованы вместе в пределах небольшой пористой зоны, находящейся на полоске. Затем на зону наносят образец мочи, или всю полоску погружают в образец мочи и затем быстро вытаскивают и оставляют проявляться до появления цвета. Примеры таких традиционных индикаторных полосок описаны в патенте US 4318709, Falb et al. и патенте US 4376827, Stiso et al.

В патенте US 4318709, Falb et al. и в патенте US 4376827, Stiso et al., содержания которых включены в настоящее описание посредством ссылки, описано применение ионообменного взаимодействия полиэлектролит-краситель, применяемого в традиционных индикаторных полосках для измерения USG. В таких традиционных индикаторных полосках между ионами, присутствующим в моче, и полиэлектролитом происходит ионный обмен, в результате которого в мочу попадают ионы водорода. Изменение концентрации ионов водорода обнаруживают с помощью pH-индикатора.

Тем не менее, традиционные индикаторные полоски для измерения USG имеют серьезные недостатки, в частности, полоски, поступающие в безрецептурные отделы продаж и места оказания медицинской помощи. Например, традиционные индикаторные полоски имеют ограниченный временной интервал считывания показаний, поскольку сигнал, получаемый на таких полосках, начинает изменяться спустя короткий промежуток времени после нанесения образца. Изменение сигнала может быть вызвано вымыванием реагента (что характерно для диффузионно иммобилизованных реагентов) и испарением образца. Если полоски не анализируют в течение короткого промежутка времени после нанесения образца, то изменение сигнала приводит к ошибочным результатам испытания. Кроме того, поскольку реагенты, содержащиеся в традиционных полосках, обычно растворимы в воде, полоски необходимо быстро вытаскивать из образца мочи, чтобы предотвратить вымывание реагентов из образца. Дополнительно, традиционные индикаторные полоски часто предназначены только для однократного анализа образца мочи. Многократное нанесение мочи может приводить к ошибочным результатам испытаний, что делает такие полоски неподходящими для применения в поглощающих изделиях, в которых невозможно проконтролировать количество воздействий мочи. Наконец, при использовании традиционных индикаторных полосок у пользователя нет возможности определить, было ли испытание произведено корректно или было ли использовано достаточное количество образца.

Несмотря на то, что в течение нескольких декад уже применяют различные типы тест-полосок для определения степени обезвоживания, существующие методики не отвечают требованиям, предъявляемым при изготовлении поглощающих изделий. Некоторые производители изделий медицинского назначения и гигиенических изделий хотели бы расширить область применения своих изделий в соответствии с нуждами многих потребителей. Эти производители уже давно намереваются включить датчики обезвоживания в поглощающие изделия. Возникшая необходимость ускорила разработку недорогих датчиков обезвоживания, которые могут быть интегрированы в поглощающее изделие, например, памперс или предмет одежды больных, страдающих недержанием. Тем не менее, датчики обезвоживания с латеральным потоком предшествующего уровня техники, которые подходят для введения в поглощающие изделия, относительно сложны, и введение таких датчиков поглощающие предметы одежды любого типа неэкономично. Таким образом, имеется необходимость создания недорогого измерительного устройства, отвечающего нуждам лиц, осуществляющих уход за больными.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к безмембранному устройству для анализа жидкости или датчику обезвоживания, который может быть интегрирован в поглощающее изделие личной гигиены. Для иммобилизации противоположно заряженных индикаторов, а также для повышения смачиваемости датчиков, в датчиках обезвоживания применяют чувствительные к ионам заряженные полимерные сурфактанты (поверхностно-активные вещества). Заряженные полимерные сурфактанты хорошо растворимы в воде, но наносятся при попадании в буферный раствор или раствор соли с высокой концентрацией, составляющей приблизительно 1 масс.% или более. Количество заряженного сурфактанта может составлять до приблизительно 22 масс.% Другими словами, растворимость полимерного сурфактанта понижается при повышении концентрации солей в водном растворе.

В отличие от традиционных устройств с латеральным потоком для определения степени обезвоживания, полимерный сурфактант и pH-индикатор может быть нанесен способом печати или другим образом непосредственно в виде покрытия на активную поверхность пористой основы. Это позволяет не использовать отдельную пленку или мембрану, на которой иммобилизуют pH-индикатор во множестве традиционных устройств с латеральным потоком. Таким образом, в устройстве согласно настоящему изобретению присутствует минимальная или полностью отсутствует физическая граница раздела между пленочной мембраной, которая традиционно удерживает pH-индикатор, и находящейся под ней пористой основой, которая традиционно удерживает компоненты буфера. Кроме того, применение настоящего изобретения позволяет снизить стоимость и упростить способ изготовления датчиков с латеральным потоком.

Датчик обезвоживания содержит первую основу, включающую пористую матрицу, способную проводить латеральный поток. Основа включает зону нанесения образца и зону обнаружения или индикаторную зону, представляющую собой часть буферного участка, зону обратной связи, представляющую собой часть впитывающего участка, расположенную ниже по потоку относительно зоны обнаружения. Зона обнаружения содержит буферный компонент, включающий слабую полимерную кислоту и слабое полимерное основание с рКа ≤ 10^-3 или 10^-2, вещество из класса заряженных полимерных сурфактантов, чувствительных к относительным концентрациям ионов в растворе образца, и заряженный pH-индикатор, заряд которого противоположен заряду заряженного полимерного сурфактанта. Заряженный полимерный сурфактант растворим в воде и водных растворах с низкой ионной концентрацией, составляющей ≤0,1 масс.% солей, в количествах, превышающих или равных приблизительно 1 масс.% (≥1 масс.% растворенного вещества), но нерастворим (<1 масс.% растворенного вещества) в водном растворе с высокими ионными концентрациями, составляющими >0,1 масс.% солей.

Датчики обезвоживания согласно изобретению отличаются от датчиков предшествующего уровня техники более простой и менее дорогостоящей конструкцией. Настоящее изобретение позволяет дополнительно приблизить возможность интеграции датчика обезвоживания в поглощающее изделие любого типа. Предпочтительно датчик обезвоживания получен из единственной пористой основы. Преимущество единственной интегрированной основы состоит в отсутствии границы раздела или краевых эффектов, которые могут развиваться в датчиках обезвоживания, включающих материалы различных типов.

В других примерах осуществления элемент датчика обезвоживания может контролировать или регулировать скорость потока образца и модулировать проявление результатов испытания с целью снижения или устранения ошибок. Измерительное устройство включает первую основу с пористой матрицей, способную проводить латеральный поток. Основа включает зону нанесения образца, зону обнаружения, зону наблюдения/обратной связи и зону регулирования скорости потока, расположенную между зоной обнаружения и зоной обратной связи. Каждая из соответствующих зон находится в жидкостном соединении с другими зонами, либо непосредственно, либо опосредованно. Зона регулирования скорости потока содержит отдельную дискретную основу, например, мембрану или пленку, которая может иметь другой градиент пористости или множество элементов, создающих пути течения, или микроканалов, способствующих регулированию продвижения объема образца из одной части основы в другую. Все зоны закреплены на несущем элементе и составляют интегрированное устройство.

Зона обнаружения может представлять собой часть буферного участка, расположенного между зоной нанесения образца и зоной регулирования скорости потока или в альтернативном варианте зоной наблюдения/обратной связи, которая представляет собой часть впитывающего участка. Впитывающий участок может дополнительно включать зону контроля-наблюдения за образцом, которая изменяет цвет при контакте с образцом мочи, независимо от удельной массы мочи. Зона регулирования скорости потока регулирует скорость потока от буферного участка до впитывающего участка. В некоторых примерах осуществления зона регулирования скорости потока может быть частью той же основы, частью которой является впитывающий участок, а в других примерах осуществления, зона регулирования скорости потока представляет собой по меньшей мере часть второй основы, отделенной от первой основы. Зона регулирования скорости потока включает пористую мембрану, которая перекрывает зазор между буферным участком и впитывающим участком. Между зоной обнаружения и зоной наблюдения за образцом/зоной обратной связи можно предусмотреть различные устройства или элементы для регулирования скорости потока, участки которых могут перекрываться с зоной регулирования скорости потока для модулирования или регулирования латерального потока мочи или других жидкостей при перемещении жидкости из зоны нанесения, находящейся на первой или внутренней поверхности, к зоне обнаружения, находящейся на второй или внешней поверхности. В зоне регулирования скорости потока происходит регулирование промежутка времени, необходимого для проявления и появления визуального сигнала в зоне наблюдения/обратной связи, пока цвет в зоне обнаружения не достигнет стабильного уровня интенсивности. Указанные элементы могут, например, представлять собой микроканалы, расположенные в соответствии с заранее заданной схемой, и/или основу, имеющую одну или множество дифференцированных плотностей. Такие элементы могут быть ориентированы как параллельно, так перпендикулярно траектории течения жидкости. В зоне регулирования скорости потока происходит регулирование заранее заданного промежутка времени, протекающего до проявления визуального сигнала в зоне наблюдения/обратной связи, так, чтобы цвет в зоне обнаружения достиг стабильного уровня интенсивности.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способу количественного или полуколичественного определения ионной силы или удельной массы испытуемого образца мочи. Способ включает следующие стадии: получают устройство с латеральным потоком, включающее пористую матрицу, находящуюся в жидкостном соединении с буферным участком или буферной зоной и индикаторной зоной; вводят испытуемый образец в зону нанесения образца, находящуюся в буферном участке; позволяют образцу протечь через зону обнаружения в зону регулирования скорости потока до появления визуального сигнала в индикаторной или впитывающей зоне. В буферной зоне находится полиэлектролит; индикаторная зона включает недиффузионно иммобилизованный в этой зоне pH-индикатор, причем индикаторная зона отделена от буферной зоны и находится в жидкостном соединении с буферной зоной; полиэлектролит может вступать в ионный обмен с ионами, находящимися в моче, в результате чего происходит увеличение или снижение количества ионов водорода в моче, и pH-индикатор может генерировать сигнал, соответствующий изменению концентрации ионов водорода в моче. Полиэлектролиты могут включать частично нейтрализованные слабые полимерные кислоты и основания. Испытуемый образец контактирует со средой для протекания жидкости, находящейся в устройстве с латеральным потоком, в котором происходит определение ионной силы мочи на основании сигнала, получаемого от pH-индикатора.

Альтернативный вариант относится к способу определения ионной силы образца мочи. Способ включает следующие стадии: вводят образец мочи в измерительное устройство, например, описанное выше, включающее зону нанесения образца и зону обнаружения, содержащую слабую кислоту и/или слабое основание, и пропускают или позволяют образцу мочи протечь через буферный участок, включающий зону обнаружения, что вызывает изменение цвета pH-индикатора в зоне обнаружения. В некоторых примерах осуществления мочу также пропускают через зону регулирования скорости потока с целью регулирования периода времени, необходимого для появления визуального сигнала в зоне регулирования/обратной связи впитывающего участка таким образом, чтобы цвет, проявляющийся в зоне обнаружения, достиг стабильного уровня интенсивности.

Другой аспект настоящего изобретения относится к поглощающему изделию, включающему описанное выше измерительное устройство с латеральным потоком для мониторинга степени насыщения водой или обезвоживания, которое включает: первую основу, включающую пористую матрицу, способную проводить латеральный поток, причем основа включает зону нанесения образца, зону обнаружения, зону наблюдения/обратной связи и зону регулирования скорости потока, расположенную между зоной обнаружения и зоной обратной связи, причем каждая из зон находится в жидкостном соединении с другими зонами непосредственно или опосредованно через соседние компоненты. Ионная сила мочи может быть определена с помощью поглощающего изделия. Изделие включает по существу непроницаемый для жидкости слой, проницаемый для жидкости слой, поглощающий внутренний слой, расположенный между по существу непроницаемым для жидкости слоем и проницаемым для жидкости слоем, и устройство с латеральным потоком, интегрированное в изделие и расположенное таким образом, что устройство находится в жидкостном соединении с мочой, когда она поступает от пользователя изделия. Примеры поглощающих изделий могут включать памперсы (подгузники), изделия для взрослых больных, страдающих недержанием, или изделия личной или женской гигиены или поглощающие прокладки для медицинского или лечебного применения.

В альтернативном варианте изобретение относится к вставке в предмет одежды (например, белье) или поглощающее изделие личной гигиены, где вставка содержит измерительное устройство, включающее: полоску для латерального потока, включающую пористую матрицу, находящуюся в жидкостном соединении с буферным участком, впитывающий участок и зону регулирования скорости потока, расположенную между буферным участком и впитывающим участком, причем в зоне регулирования скорости потока происходит регулирование периода времени, необходимого для проявления и появления визуального сигнала в зоне регулирования-обратной связи впитывающего участка таким образом, чтобы цвет, проявляющийся в зоне обнаружения, достиг стабильного уровня интенсивности.

Дополнительные признаки и преимущества трехмерного датчика или измерительного устройства согласно изобретению и соответствующих поглощающих изделий, содержащих такие датчики, более подробно описаны ниже. Следует понимать, что приведенное выше общее описание и приведенное ниже подробное описание и примеры даны для иллюстрации изобретения и позволяют получить общее представление, позволяющее лучше понять принципы настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг.1 схематически представлено изометрическое изображение устройства с латеральным потоком согласно настоящему изобретению.

На Фиг.2 представлено перспективное изображение одного из примеров осуществления поглощающего изделия согласно настоящему изобретению.

На Фиг.3 схематически представлено несколько датчиков обезвоживания и соответствующие изменения цвета при реакции с образцами синтетической мочи, которые различались значениями удельной массы.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение создано на основе устройств с латеральным потоком для определения степени обезвоживания согласно предшествующему уровню техники, например, устройств, описанных в патентной заявке US 11/956428, содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. В частности, настоящее изобретение относится к датчику обезвоживания, который содержит чувствительные к ионам заряженные полимерные сурфактанты.

В частности, другой аспект изобретения относится к измерительному устройству для количественного или полуколичественного определения ионной силы испытуемого образца мочи. Измерительное устройство включает основу для латерального потока или устройство с латеральным потоком, включающее среду для протекания жидкости, определяющую границы буферной зоны и зоны обнаружения или индикаторной зоны, причем по буферной зоне распределен полиэлектролит, в индикаторной зоне недиффузионно иммобилизован pH-индикатор, и при этом индикаторная зона отделена от буферной зоны и находится в жидкостном соединении с буферной зоной; при этом пол и электролит может вступать в ионный обмен с ионами, содержащимися в моче, в результате чего возрастает или снижается количество ионов водорода в моче, и pH-индикатор может генерировать сигнал, соответствующий изменению концентрации ионов водорода в моче. Полиэлектролиты могут включать частично нейтрализованные слабые полимерные кислоты и основания. Испытуемый образец контактирует со средой для протекания жидкости, находящейся в устройстве с латеральным потоком, в котором происходит определение ионной силы мочи на основании сигнала, получаемого от pH-индикатора. Полоска с латеральным потоком включает пористую матрицу, которая обеспечивает контакт жидкости с буферным участком и впитывающим участком, и может включать зону регулирования скорости потока, расположенную между буферным и впитывающим участками.

Раздел I - Буферная краска, содержащая чувствительные к ионам заряженные полимерные сурфактанты

Применение настоящего изобретения может решить задачу создания улучшенного и более стабильного датчика обезвоживания. Согласно изобретению, датчик обезвоживания состоит из единственной интегрированной пористой основы (например, пластины, состоящей из целлюлозы или фильтровальной бумаги), имеющей покрытие, состоящее из 1) буферного компонента, полученного из частично нейтрализованной слабой кислоты или слабого основания, константа диссоциации которого меньше или равна приблизительно 10^-2 (значение рКа ≤10^-2; предпочтительно ≤10^-3), 2) заряженного полимерного сурфактанта и 3) заряженного pH-индикатора, заряд которого противоположен заряду полимерного сурфактанта. Буферный компонент, заряженный сурфактант и индикатор нанесены на одну и ту же поверхность пористой основы. (Заряженный полимерный сурфактант может быть подобран соответственно аналогичным материалам, как описано в патентах US 7456117 В2, US 7157389 В2, US 6960371 В2 или US 6828014 В2, содержания которых включены в настоящее описание посредством ссылки). Все три компонента могут быть нанесены на один и тот же участок вместе или на разные участки пористой основы. Покрытие может быть нанесено либо на всю поверхность основы, либо на ограниченную, локализованную площадь поверхности. Покрытия могут быть нанесены с помощью традиционных способов печати.

Величина рКа слабой кислоты должна составлять менее приблизительно 10^-3, что позволяет концентрации соли, содержащейся в образце мочи, влиять на равновесие между солевой формой и кислотной формой. Величина рКа слабого основания также должна составлять менее приблизительно 10^-3, что позволяет концентрации соли, содержащейся в образце мочи, влиять на равновесие между протонированной формой и формой основания. Слабая кислота или основание буфера может представлять собой, например, слабую полимерную кислоту (например, полиакриловую кислоту), или слабое полимерное основание (например, полиимин). Индикатор pH может представлять собой краситель или окрашивающее вещество (например, бромотимольный синий, нитразиновый желтый, нейтральный красный), диапазон изменения цвета которого зависит от величины pH. Важной особенностью изобретения является введение необычного класса полимерных сурфактантов, имеющих заряд и чувствительных к относительной концентрации ионов в растворе. Заряженный полимерный сурфактант играет двоякую роль: действует как иммобилизующий агент и агент, усиливающий смачиваемость. Сурфактанты растворимы в воде и водных растворах с низкими концентрациями ионов, но нерастворимы в водных растворах с высокими концентрациями ионов. Сурфактанты способны растворяться в количествах, превышающих или равных приблизительно 1 масс.% (≥ 1 масс.% растворенного вещества), в чистой воде и водных растворах с низкими концентрациями ионов (т.е. ≤0,1 масс.% солей), но нерастворимы (т.е. <1 масс.% растворенного вещества) в водных растворах с высокими концентрациями ионов (т.е. >0,1 масс.% солей). Это уникальное свойство использовано в датчике для недиффузионной иммобилизации заряженных индикаторов и в то же время для повышения смачиваемости основы. Обычные заряженные сурфактанты не обладают этим свойством, поскольку сурфактанты такого типа растворимы в воде в широком диапазоне ионных концентраций. В тех датчиках обезвоживания, в которых необходимо поддержание высоких концентраций буферного вещества, применение сурфактанта позволяет производить иммобилизацию и повышать смачиваемость, что значительно упрощает изготовление и применение датчиков.

Сурфактант может быть как катионным, так и анионным. Например, может быть применен SSB-6, который представляет собой сополимер акриловой кислоты, бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата и 2-акриламидопропансульфоната натрия, или OASIS "L7170", который представляет собой сополимер метилакрилата и [(2-акрилоилокси)этил]триметиламмонийхлорида. Количество заряженного полимерного сурфактанта может составлять от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 20 масс.% или 22 масс.%, но обычно составляет от приблизительно 0,5 или 1 масс.% до приблизительно 15 или 17 масс.%, предпочтительнее от приблизительно 1,5 или 3 масс.% до приблизительно 10 или 12 масс.%, и предпочтительно между приблизительно 2 или 4 масс.% до приблизительно 7 или 8 масс.% Например, в конкретных примерах осуществления, этот диапазон может составлять от приблизительно от 1 до 5 масс.%

В отличие от датчиков обезвоживания для латерального проточного анализа предшествующего уровня техники, в датчике обезвоживания для латерального проточного анализа согласно настоящему изобретению все реагенты нанесены на одну и ту же единственную пористую основу, что устраняет необходимость создания границы раздела между основой, на которой иммобилизован индикатор, и пористой основой, на которую нанесен буфер. Такая структурная конфигурация улучшает течение образца и смешивание реагентов. Датчик обезвоживания согласно изобретению позволяет не применять индикаторный участок и участок зоны обратной связи, которые обычно включают в другие датчики обезвоживания. Вместо использования заряженных мембран для иммобилизации индикаторов в зоне обнаружения и зоне обратной связи, в новом датчике применяют заряженные полимерные сурфактанты для иммобилизации противоположно заряженных индикаторов на единственной интегрированной пористой основе, содержащей компоненты буфера. В отличие от датчиков обезвоживания согласно предшествующему уровню техники, в которых имеется множество границ раздела, через которые для выполнения анализа должен протекать образец жидкости, датчик согласно изобретению не содержит границ раздела, которые могут препятствовать потоку жидкости. В результате датчики обезвоживания согласно настоящему изобретению имеют улучшенные технические характеристики, а именно повторяемость результатов после проведения множества испытаний.

Дополнительно, в то время как конструкции датчиков согласно предшествующему уровню техники должны включать отдельные физические детали, и для сборки всего измерительного устройства требуется проведение нескольких этапов, изготовление датчика согласно изобретению упрощено и может быть выполнено за два общих этапа. Сначала получают основу, содержащую пористую матрицу, которую пропитывают или на которую наносят достаточное количество компонентов буферного раствора, после чего оставляют основу с нанесенным буферным покрытием сушиться. Затем на высушенную основу с нанесенным буферным покрытием наносят pH-индикатор и раствор заряженного полимерного сурфактанта. pH-индикатор и заряженный полимерный сурфактант могут быть нанесены способом печати или нанесены на основу другим способом как одновременно, так и последовательно, по отдельности. При проведении сонанесения участок поверхности основы, содержащий pH-индикатор, должен перекрывать по меньшей мере часть участка, на который нанесен заряженный полимерный сурфактант, и наоборот. Кроме того, снижение количества материалов и уменьшение сложности устройств удешевляет их производство, что является преимуществом, способствующим широкому применению таких датчиков во множестве поглощающих изделий, используемых потребителями.

Примеры пористых матриц включат целлюлозные пластинки, фильтровальную бумагу, нетканые материалы и пластинки из стекловолокна. Способ количественного или полуколичественного определения ионной силы испытуемого образца мочи включает получение устройства с латеральным потоком, которое содержит пористую среду, ограничивающую буферную зону и зону обнаружения или индикаторную зону. Свойства пористой матрицы не должны оказывать значительного влияния на константу ассоциации и диссоциации буфера. Измерительное устройство для определения степени обезвоживания включает измерительный участок (зону), в которой недиффузионно иммобилизован pH-индикатор. Предпочтительно pH-индикатор имеет диапазон изменения цвета при приблизительно нейтральном pH или при pH, составляющем от приблизительно 5,5 до приблизительно 10,5. Примеры pH-индикаторов включают бромотимольный синий, тимольный синий, м-крезоловый пурпурный, бриллиантовый желтый и нейтральный красный. Предпочтительно, матрица представляет собой пористый и смачиваемый мочой (водой) материал, имеющий высокую проницаемость для мочи.

В буферной зоне содержится полиэлектролит, а зона обнаружения содержит недиффузионно иммобилизованные: буферный компонент, включающий слабую полимерную кислоту и слабое полимерное основание с рКа ≤ 10^-2, вещество из класса заряженных полимерных сурфактантов, чувствительных к относительным концентрациям ионов в растворе образца, и заряженный pH-индикатор, заряд которого противоположен заряду заряженного полимерного сурфактанта. Буфер может состоять из частично нейтрализованной слабой полимерной кислоты или частично нейтрализованного слабого основания. Примеры слабых полимерных кислот или оснований могут включать полиакриловую кислоту, полималеиновую кислоту, поливиниламин и поли-4-винилпиридин. Буфер может состоять из слабых кислот, не являющихся полимерами, например, 2-(N-морфолино)-этансульфоновой кислоты и простого бис-(аминоэтил)-гликолевого эфира N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты.

Датчик обезвоживания может быть получен несколькими простыми способами. Один из примеров изготовления датчика обезвоживания в виде тест-полоски включает нанесение буферного раствора частично нейтрализованных слабых кислот или оснований (например, полимерные основания наносят на пористую основу, такую как пластинка целлюлозного материала или кусочек фильтровальной бумаги, и затем пористую основу сушат). Обычно буферный раствор представляет собой водный раствор. Индикаторный раствор, который содержит один или более чувствительный к ионам заряженный полимерный сурфактант и один или более pH-индикатор, наносят вместе на пористую основу и сушат, получая готовые датчики в виде тест-полосок. Индикаторный раствор может содержать воду, летучие органические растворители или оба упомянутых компонента. Количество заряженного полимерного сурфактанта по меньшей мере в два раза превышает массовое процентное содержание заряженного pH-индикатора. В альтернативном варианте другой пример получения датчика обезвоживания в виде тест-полоски включает получение буферного раствора, содержащего частично нейтрализованные слабые кислоты или основания и один или более чувствительный к ионам заряженный полимерный сурфактант, нанесение буферного раствора на единственную интегрированную пористую основу и сушку пористой основы. Индикаторный раствор, который содержит один или более pH-индикатор наносят на пористую основу и сушат, получая готовые датчики в виде тест-полосок. Индикаторный раствор может содержать воду, летучие органические растворители или оба упомянутых компонента.

Датчик обезвоживания с латеральным потоком согласно настоящему изобретению может быть получен различными способами. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, один из способов, например, включает: во-первых, получение полоски пористой основы, например, целлюлозной пластинки или фильтровальной бумаги, последующее пропитывание основы раствором, содержащим частично нейтрализованные слабые кислоты или основания и один или более чувствительные к ионам заряженные полимерные сурфактанты, и сушку. Затем на разные участки пористой основы либо одновременно, либо по отдельности наносят полосами индикаторный раствор, содержащий один или более заряженные pH-индикаторы для зоны обнаружения и/или индикатор для зоны обратной связи, и затем пористую полоску сушат, получая датчик обезвоживания с латеральным потоком. Затем может быть дополнительно произведена герметизация зоны обнаружения и зоны обратной связи датчика для сведения к минимуму испарения образца.

Настоящее изобретение позволяет устойчиво фиксировать молекулы индикатора на поверхности основы и предотвращать их вымывание из соответствующих участков датчика для анализа или наблюдения. Согласно одному из примеров осуществления, датчик может иметь форму тест-полоски, но в отличие от традиционных тест-полосок для определения степени обезвоживания, индикатор, содержащийся в датчике, не вымывается из основы.

Согласно другому примеру, буферный раствор частично нейтрализованных слабых кислот или оснований сначала наносят на пористую основу, и затем пористую основу сушат. Затем на пористую основу наносят иммобилизуемый раствор, который содержит чувствительные к ионам заряженные полимерные сурфактанты, и основу снова сушат. Наконец, на пористую основу наносят индикаторный раствор заряженных pH-индикаторов, и основу сушат. На основу могут быть нанесены бороздки, и основа может быть нарезана на полоски подходящих размеров, из которых получают готовые тест-полоски.

В дополнительном примере осуществления, в отличие от традиционных тест-полосок, которые включают тол