DE2717817A1 - Analytisches element - Google Patents

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21. März 1977 25/2

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Analytisches Element

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- 4 -Analytisches Element

Die Erfindung betrifft ein analytisches Element für die analytische Untersuchung von proteinhaltigen wäßrigen Flüssigkeiten mit einer Reagenzschicht und einer isotropen porösen Ausbreitschicht aus einem nicht-fasrigen wasser-resisten Material.

Es ist allgemein bekannt, zur Analyse von Flüssigkeiten wie Wasser, Nahrungsmitteln, beispielsweise Milch und biologischen Flüssigkeiten analytische Elemente zu verwenden. Derartige analytische Elemente enthalten dabei oftmals ein Reagenz für die Bestimmung einer bestimmten Substanz oder eines "Analyten" der Flüssigkeit, wobei das Reagenz bei Kontakt mit einer Flüssigkeitsprobe mit der zu analysierenden Substanz oder dem Analyten zur Bildung einer farbigen Verbindung führt oder zu einer anderen erkennbaren Veränderung als Folge des Vorhandenseins des Analyten. In jüngster Zeit sind analytische Elemente für die Durchführung diagnostischer chemischer Analysen bekannt geworden, bei denen biologische Flüssigkeiten, einschließlich Körperflüssigkeiten wie z.B. Blut, Blutserum, Urin und dergleichen, schnell und quantitativ untersucht werden.

Im Rahmen klinischer Laborverfahren, insbesondere bei der automatisierten Analyse haben Lösungen verwendende Analyseverfahren eine breite Anwendung gefunden. Derartige Verfahren erfordern jedoch die Verwendung von Analysiergeräten eines vergleichsweise komplizierten Aufbaues. Analysiergeräte für die flüssige Analyse sind beispielsweise aus der US-PS 2 797 149 bekannt. Kennzeichnend für derartige Geräte ist eine komplexe Flüssigkeitsbehandlung. Des weiteren erfordert die Verwendung derartiger Geräte ein geschultes Personal, und zwar sowohl für den Betrieb der Geräte als auch für eine sorgfältige Reinigung der Geräte, die erforderlich ist, um zu vermeiden, daß verfälschte Ergebnisse durch Vermischen einer Probe mit einer anderen erhalten werden.

Als Alternative für derartige auf der Untersuchung von Lösungen basierende Untersuchungsverfahren sind des weiteren verschiedene aus mehreren Schichten bestehende Elemente für chemische Analyseverfahren bekannt geworden, die keine Lösungen verwenden. Obgleich

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ein im wesentlichen trocken arbeitendes Analyseverfahren wesentliche Vorteile bietet, z.B. bezüglich Aufbewahrung, Lagerung und Handhabung im Vergleich zu naßen chemischen Analyseverfahren, haben die bekannten "trockenen" Verfahren doch nur einen vergleichsweise begrenzten Erfolg gehabt und wurden bisher primär lediglich für qualitative und halbquantitative Testverfahren angewandt.

tin besonderer Typ von analytischen Elementen ist aus der US-PS 3 092 465 bekannt geworden. Bei diesen bekannten mehrschichtigen analytischen Elementen handelt es sich um solche mit einem absorbierenden faserartigen Träger, z.B. Filterpapier, der mit einem oder mehreren Reagenzien imprägniert ist, und in Epischer Weise einen Farbbildner enthält, über den eine semipermeable Membran aufgetragen ist.

Bei Kontakt mit einer zu untersuchenden Flüssigkeit gelangt der Analyt durch die Membran, welche verhindert, daß bestimmte störende Komponenten der zu untersuchenden Flüssigkeit, beispielsweise Blutkörperchen, die die Testergebnisse verfälschen könnten, durch die Membran treten und von dem fasrigen Träger absorbiert werden.

Die Verwendung von analytischen Elementen die durch absorbierende Filterpapiere oder andere fasrige Medien für die Aufnahme und Verteilung einer Flüssigkeitsprobe gekennzeichnet sind, hat sich im Vergleich zu na äsen chemischen Verfahren, z.B. zur Durchführung von klinischen Laboruntersuchungen als nicht besonders vorteilhaft erwiesen, und zwar aufgrund der Unmöglichkeit sehr genaue quantitative Analysenergebnisse zu erzielen.

Der hier gebrauchte Ausdruck "fasrig" bezieht sich auf Stoffe wie beispielsweise Papier und dergleichen, d.h. Materialien mit diskreten Fasern, Fäden oder Faserstrahnen.

Es ist allgemein bekannt, daß diagnostische Elemente mit imprägnierten saugfähigen Materialien, wie beispielsweise Filterpapier, oftmals zu ungleichmäßigen Testergebnissen führen. Aus der US-PS 3 050 373 ist es beispielsweise bekannt, daß in den imprägnierenden Lösungen Ausfällungen auftreten können, wodurch eine gleichmäßige

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Verteilung von Reagenz in der saugfähigen Matrix verhindert wird. Auch hat sich gezeigt, daß analytische Elemente mit fasrigen, saugfähigen Materialien oftmals zu nicht gleichförmigen Testergebnissen aufgrund eines Phänomens führen, das als "Banding" bekannt geworden ist, das ganz offensichtlich auf einer nachteiligen Diffusion und Chromatographie von Reagenz-Chemikalien oder Analyt innerhalb des saugfähigen Materials beruht.

Sogenannte integrierte analytische Elemente für die Durchführung automatisierter Analyseverfahren sind beispielsweise aus den US-PS 3 368 872 und 3 526 480 bekannt. In der US-PS 3 526 480 werden gelartige Stoffe für die Herstellung von Reagenzien enthaltenden Schichten beschrieben. Daneben vcrden jedoch auch fasripe Stoffe als geeignet angegeben. Die Verwendung von fasrigen Stoffen für die Herstellung der Reagenzschichten wird auch in der US-PS 3 36S 872 empfohlen.

Line Diskussion eines analytischen Testmaterials, zu dessen Herstellung fasrige Stoffe verwendet werden, findet sich weiterhin in der US-PS 3 791 933. Bei dem aus dieser Patentschrift bekannten analytischen Material handelt es sich um ein Mehrkomponentenmaterial für die Bestimmung von Enzymsubstraten und Metaboliten, beispielsweise in Körperflüssigkeiten. Aus der HS-PS 3 791 933 ist des weiteren die Verwendung von Cllasfaserpanieren zur Verbesserung der Verteilung einer Reaktionsmischung über ein plastisches Betrachterfenster bekannt. Das Betrachterfenster ist vorzugsweise porös, um LaTninierungsprobleme, verursacht durch Lufteinschluß, auf ein Minimum zu reduzieren.

Es hat sich gezeigt, daß Testmaterialien, die auf der Verwendung von fasrigen Matrix-Stoffen beruhen, verschiedene Probleme aufwerfen, beispielsweise das "Banding"-Phänomen, auf das bereits verwiesen wurde. Wie ganz offensichtlich erkannt wurde, führen die chemischen Eigenschaften von fasrigen, saugfähigen Stoffen, die bisher als bevorzugte Matrix-Stoffe für die Herstellung integrierter analytischer empfohlen wurden, zu einer Beeinträchtigung der Genauigkeit analytischer Testergebnisse,

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und zwar aufgrund chromatographischer Effekte, physikalischer Beeinträchtigungen, einer nicht gleichförmigen Kapilarwanderung von Probenbestandteilen oder aufgrund unerwünschter chemischer Bindungen. Des weiteren können fasrige Stoffe zu einer einseitigen Quellung führen und genaue analytische Messungen nur vortäuschen, wenn derartige Stoffe untersucht werden, und zwar aufgrund von Veränderungen ihrer Eigenschaften, wie z.B. der Struktur, Textur und Reflexion.

Um das Banding-Phänomen und andere unerwünschte Effekte, die bei der Verwendung von fasrigen Stoffen oder Matrizen in analytischen Elementen auftreten, zu vermeiden, sind bereits die verschiedensten Vorschläge unterbreitet worden. So ist es beispielsweise aus den US-PS 3 061 523 und 3 104 209 bekannt, Gelatine und andere derartige Stoffe als Bestandteile von Imprägnierungslösungen für fasrige, aufsaugfähige Stoffe zu verwenden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Gelatine und gelatine-ähnliche Stoffe in den fasrigen, Reagenzien enthaltenden Matrizes die Aufnahmefähigkeit derselben für die zu analysierende Lösung im Vergleich zu stärker absorbierenden, gelatine-freien Matrizes beeinträchtigen. Eine derartige verminderte Absorption kann dazu führen, daß bei Verwendung derartiger Elemente zu analysierende Flüssigkeit auf der Oberfläche der Elemente verbleibt, was dazu führen kann, daß derartige Elemente gewaschen werden müssen, um überschüssige Lösung vor Durchführung des Bestimmungsverfahrens zu entfernen.

Aus den US-PS 3 368 872 und 3 526 480 ist es bekannt, unerwünschte chromatographische Effekte dadurch zu vermindern, daß man die Reagenzien eines Elementes immobilisiert oder dadurch, daß man Mittel zur Verminderung der Tendenz auf das Element aufgetragener Proben einen Wascheffekt auf das eingearbeitete Reagenz auszuüben vorsieht, beispielsweise durch Verwendung von bestimmten porösen Schichten über einem absorbierenden, ein Reagenz enthaltenden Stoff, z.B. fasrigem Filterpapier.

Die z.B. durch das Banding-Phänomen hervorgerufenen störenden Effekte werden auch in den US-PS 3 552 929 sowie 3 802 842

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erwähnt. Aus diesen Patentschriften ist es bekannt zur Vermeidung derartiger störender Effekte polymere Oberzüge und Netz-Deckschichten in Verbindung mit fasrigen Reagenzien enthaltenden Schichten zu verwenden.

Des weiteren ist bereits eine sog. Pseudo-Immersionstechnik bekanntgeworden, die als Tüpfel-Beschränkung bezeichnet werden kann, um präzisere Testergebnisse von Prüfling zu Prüfling zu erzielen, beispielsweise zwischen einer Protein-enthaltenden Testflüssigkeit und einem Protein-freien Kalibrator. Dieses Verfahren ist beispielsweise aus den US-PS 3 216 804, 3 368 872 und 3 526 480 bekannt. Bei diesen Verfahren wird normalerweise eine Sperrschicht im Element untergebracht, um die beispielsweise in Form eines kleinen Tropfens aufgebrachte Probe zu beschränken, und zwar in einem vorbestimmten Bereich der Oberfläche des Elementes. Normalerweise liegt auf dem Element nach Aufbringung der zu untersuchenden Probe überschüssige Flüssigkeit vor. Dies kann zu Nachteilen bei der Handhabung des Elementes führen, sofern es sich bei diesem um ein sog. integriertes Element handelt, und kann in besonders schwerwiegender Weise die Zufuhr eines genauen Probevolumens erfordern, wenn die Probe auf das Element aufgebracht wird, wenn Testgenauigkeit und Präzision eingehalten werden müssen.

Es gibt einige Erkenntnisse über die Notwendigkeit die Wanderung von Reagenzien und Probebestandteilen, z.B. zwischen Schichten eines sog. integrierten analytischen Elementes zu fördern oder zu vermeiden. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die US-PS 2 761 813, 2 672 431, 2 672 423, 2 677 647, 2 923 669, 3 814 670 und 3 843 452. Dies geschah jedoch im Fall von Elementen für die Bestimmung des Vorhandenseins von Mikroorganismen. Derartige Elemente weisen jedoch keine Mittel zur Beeinflussung oder Beibehaltung von Konzentrationsgleichförmigkeiten auf, beispielsweise in lateraler Beziehung innerhalb einer Schicht und derartige Elemente können die Verwendung von Mischschichten erfordern, deren Grenzflächen gekennzeichnet sind durch wechselseitige Durchdringung der einander benachbarten Schichten.

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Bis in die jüngste Zeit hinein hat es auf dem Gebiet analytischer Elemente keine wirksamen Vorschläge bezüglich einer Schicht gegeben, welche Probenbestandteile aufnehmen und sie innerhalb der Schicht so verteilen kann, daß eine offensichtliche Konzentrationsgleichförmigkeit des Analyten, eines Analytenproduktes oder anderer Substanzen erreicht wird, die in einer derart gleichförmigen Konzentration einer benachbarten Schicht zum Zwecke analytischer Reaktionen zugeführt werden können.

Es wurde angenommen, daß Elemente mit absorbierenden Schichten aus fasrigen Materialien die Haupt-Effekte einer solchen Ungleichförmigkeit überwinden würden, doch hat sich gezeigt, daß sich mit derartigen Elementen die bestehenden Probleme nicht lösen lassen. So ist beispielsweise aus der US-PS 3 715 192 ein analytisches Element bekannt, bei dem ein Hohlraum in Verbindung mit der Oberfläche eines mit einem Reagenz imprägnierten, vorzugsweise fasrigen, absorbierenden Kapilarmaterials vorgesehen ist. Der Hohlraum bewirkt dabei offensichtlich eine schnellere Absorption von Flüssigkeit durch das Kapillarmaterial und vermindert das Auswaschen und die Chromatographie von Reagenzien, wodurch mehr Reagenzien zur Verfügung stehen, die in der zu analysierenden Flüssigkeit löslich sind. Aus der US-PS 3 723 064 ist des weiteren ein analytisches Element bekannt, das Bereiche verschiedener Permeabilität gegenüber einem Analyten oder einem Reaktionsprodukt eines Analyten aufweist und bei dessen Verwendung als Analysenergebnis eine stufenweise Farbanzeige erfolgt. Mit einem Element gemäß US-PS 3 723 064 lassen sich somit lediglich ungefähre analytische Ergebnisse erzielen. Wenn der Unterschied in der Permeabilität zwischen den Bereichen abnimmt, im Interesse einer erhöhten Wiedergabe-Genauigkeit innerhalb eines zu betrachtenden Bereiches, so nimmt die Komplexität der Elemente gemäß US-PS 3 723 064 außerordentlich zu.

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Überdies werden keinerlei Vorschläge gemacht, wie sich die Gleichförmigkeit und Genauigkeit von stufenlos, d.h. nicht stufenweise veränderlichen Testergebnissen verbessern lassen. Tatsächlich liefern im optimalen Falle Elemente des aus der US-PS 3 723 064 bekannten Typs stufenweise Ergebnisse, die ungleichförmig innerhalb eines jeden Permeabilitätsbereiches sind, und zwar aufgrund der Ungleichförmigkeiten, die auf der Verwendung von Filterpapieren und anderen fasrigen Materialien beruhen.

Verbesserte mehrschichtige integrale analytische Elemente sind des weiteren aus der BE-PS 801 742 bekannt. Derartige Elemente sind vorzugsweise zum überwiegenden Teil aus nicht fasrigen Komponenten aufgebaut. Sie können Flüssigkeitsproben aufnehmen und bewirken eine Verteilung der Flüssigkeitsproben innerhalb einer Ausbreitschicht, wobei eine gleichförmige Konzentration von Analyt, anderen Probenbestandteilen oder Analytprodukt erzeugt wird und liefern gleichförmige quantitative Analysenergebnisse, die aufgrund ihrer GEnauigkeit und Präzision in automatisch arbeitenden Vorrichtungen gemessen werden können, wobei beispielsweise spektrophotometrische oder fluorometrische Meßmethoden angewandt werden können. Die aus der BE-PS 801 742 bekannten Elemente weisen Ausbreitschichten und Reagenzschichten auf, die einen reaktionsfähigen oder in anderer Weise aktiven Stoff enthalten, der aufgrund seiner Aktivität im Element eine radiometrisch erfaßbare Veränderung herbeiführt, beispielsweise eine Farbänderung.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die analytischen Ergebnisse, die sich bei Verwendung von Elementen des aus der BE-PS 801 742 bekannten Typs erhalten lassen, die für die Untersuchung von Proteine enthaltenden wäßrigen Flüssigkeiten auf ihren Gehalt an wasserlöslichen Analyten bestimmt sind, durch die Proteinkonzentration derartiger Flüssigkeiten beeinflußt werden können. Insbesondere wird angenommen, daß eine erhöhte Proteinkonzentration zu einer Behinderung der Transportgeschwindigkeit und der Transportweite der Flüssigkeit und des Analyten innerhalb der Ausbreitschicht und der Geschwindigkeit eines solchen Transportes durch die Ausbreitschicht führen kann. Im Falle eines bestimmten Probevolumens führen

Analyt-positive Flüssigkeiten mit einem höheren Proteingehalt zu Testergebnissen, die eine geringere Analytkonzentration in der Probe anzeigen, als sie im Falle einer geringeren Proteinkonzentration angezeigt wird und es wird gewöhnlich ein Testergebnis erhalten, das eine höhere Analytkonzentration anzeigt, als die bei einer geringeren Proteinkonzentration auftreten würde. Es wird angenommen, daß diese Ergebnisse die Folge einer Transportbehinderung des Proben-Lösungsmittels und der gelösten Komponenten innerhalb der Ausbreitschicht sind, wobei in einer Analyt-positiven Probe ein geringerer Kontakt von Analyt mit der Indikatormasse oder anderen Reagenzien herbeigeführt wird und ein etwas geringerer benetzter Bereich für eine gegebene Probengröße erzeugt wird. Nachdem die Anzeigereaktion praktisch vollständig abgelaufen ist, wird eine größere Analytmenge einer jeden Inkrement-Einheit der Reagenzschicht, auf die die zu analysierende Probe einwirken gelassen wurde, zugeführt und es erfolgt eine größere Analytanzeige. Im Falle genauer Bestimmungen kann eine Veränderlichkeit der Testergebnisse, bewirkt durch verschiedene Proteingehalte erfordern, daß in jedem Falle eine Proteinbestimmung durchgeführt werden muß, um die Analytbestimmung zu kalibrieren. Derartige Verfahren sind naturgemäß zeitaufwendig und führen eine weitere Fehlerquelle in die analytische Bestimmungsmethode ein.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß nicht-ionogene oberflächenaktive Verbindungen, in einer effektiven Menge, insbesondere innerhalb der Ausbreitschicht von Elementen, insbesondere des aus der BE-PS 801 742 bekannten Typs diesen Proteineffekt zu inhibieren vermögen.

Die Verwendung von oberflächenaktiven Verbindungen zur Herstellung analytischer Elemente ist an sich bekannt. Aus der Literaturstelle Research Disclosure, Band 126, Nr. 12626 (Oktober 1974) ist es beispielsweise bekannt zur Herstellung von Elementen des aus der BE-PS 801 742 bekannten Typs, die für die Analyse von Flüssigkeiten auf ihren Cholesteringehalt bestimmt sind und bei denen das Enzym

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Cholesterinoxidase verwendet wird, nicht-ionogene oberflächenaktive Verbindungen als Beschichtungshilfsmittel zu verwenden. In der Literaturstelle finden sich jedoch keine Konzentrationsangaben, jedoch wird in der BE-PS 801 74 2 eine Konzentration von 0,11 als geeignet angegeben. Aus der Literaturstelle Research Disclosure geht des weiteren hervor, daß es wichtig ist, daß/die oberflächenaktive Verbindung in Gegenwart von Cholesterinoxidase befindet, um eine vollständige Oxidation des Cholesterins zu gewährleisten. In der zitierten Literaturstelle findet sich keinerlei Hinweis darauf, daß sich oberflächenaktive Verbindungen in vorteilhafter Weise auch zu anderen Zwecken in analytischen Elementen für die Bestimmung von gelösten Analyten verwenden lassen würden.

Cholesterin liegt bekanntlich im Serum nicht in gelöster Form vor, sondern wird vielmehr durch Assoziationen mit Lipoproteinen transportiert. Aus der US-PS 3 907 645 ist des weiteren die Verwendung von oberflächenaktiven Verbindungen für die Disassoziation von Cholesterinester-Proteinkomplexen bekannt.

Aus der US-PS 3 050 373 ist des weiteren die Verwendung von oberflächenaktiven Verbindungen zur Verstärkung der Farbdichte bekannt, die in einer saugfähigen Matrix bei der Glucosebestimmung unter Verwendung einer Glucoseoxidase,Peroxidase und einem Chromogen erzeugt wird. Den oberflächenaktiven Verbindungen wird weiterhin zugeschrieben, daß sie das bereits erwähnte Banding-Phänomen zu reduzieren vermögen. In der US-PS 3 050 373 findet sich jedoch keinerlei Hinweis darauf, daß es vorteilhaft sein könnte, eine oberflächenaktive Verbindung in einer anderen Schicht des Elementes als der Schicht, die Reagenzien enthält zu verwenden. Des weiteren werden für den in der US-PS 3 050 3 73 angegebenen Zweck nicht-ionogene wie auch anionische oberflächenaktive Verbindungen a?s geeignet angegeben.

Aus der US-PS 3 802 842 ist des weiteren die Verwendung von Netzmitteln in Reagenzschichten bekannt.

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Die analytischen Elemente der Erfindung eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für die Analyse von Proteine enthaltenden wäßrigen Flüssigkeiten, z.B. Proteine enthaltende biologische Flüssigkeiten, wie Blut, Blutserum, Urin und dergleichen.

Ein erfindungsgemäßes analytisches Element für die analytische Untersuchung von proteinhaltigen wäßrigen Flüssigkeiten weist eine Reagenzschicht und eine isotrope poröse Ausbreitschicht aus einem nicht-fasrigen wasser-resistenten Material auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitschicht mindestens 1 Gew.-I einer nicht-ionogenen oberflächenaktiven Verbindung enthält.

Ein erfindungsgemäßes Element eignet sich in hervorragender Weise für die Bestimmung einer Verbindung oder eines Analyten, das in einer proteinhaltigen wäßrigen Flüssigkeit gelöst ist.

Das erfindungsgemäße Element ist ein sog, integriertes oder integrales Element, d.h. ein Element mit mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten, vorzugsweise diskreten Schichten, die sich unter Verwendungsbedingungen in Kontakt miteinander befinden. Die beiden Schichten lassen sich voneinander dabei praktisch nicht ohne Zerstörung des Elementes trennen. Ein erfindungsgemäßes analytisches Element ist in der Lage eine Vielzahl von Funktionen zu erfüllen. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elementes erfordert keine hoch-qualifizierten Arbeitskräfte. Des weiteren lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Element quantitative analytische Ergebnisse ohne Anwendung spezieller Tüpfel- oder anderer Verfahren erzielen, die in typischer Weise bei Verwendung von vergleichbaren bekannten Elementen erforderlich sind. Die Testergebnisse, die bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Elementes erhalten werden sind reproduzierbar und frei von Abweichungen, so daß automatisch arbeitende Vorrichtungen für die Messung elektromagnetischer Strahlung (radiometrische Methoden) dazu verwendet werden können, um die Ergebnisse zu ermitteln, mit einem Minimum an Fehlerrisiko.

Ein erfindungsgemäßes Element weist somit mindestens zwei übereinander angeordnete Schichten auf, welche eine quantitative, meßbare Veränderung als Folge des Vorhandenseins eines Analyten, gelöst in einer Protein enthaltenden Flüssigkeit, die auf das Element aufgebracht wurde, liefern. Die zu analysierende Flüssigkeit kann dabei auf die Gesamtoberfläche des Elementes aufgebracht werden oder lokal, z.B. in Form eines Kontakttüpfels oder eines freien Tropfens. Eine lokale Applikation hat sich oftmals als vorteilhaft erwiesen, da eine geringere Probenmenge erforderlich ist.

Die Ausbreitschicht und die Reagenzschicht befinden sich unter den Bedingungen ihrer Verwendung in Strömungskontakt oder Flußkontakt miteinander.

Erfindungsgemäß enthält die Ausbreitschicht eine oberflächenaktive Verbindung, die eine Normalisierung des Transportes der aufgebrachten Proteine enthaltenden Flüssigkeit und ihrer gelösten Komponenten innerhalb der Ausbreitschicht ermöglicht. Unter "Normalisierung ist dabei zu verstehen, daß in der Ausbreitschicht eine äquivalente Penetration des Lösungsmittelmediums und der gelösten Komponenten von verschiedenen angewandten Proben eneicht wird, ungeachtet eines verschiedenen Proteingehaltes verschiedener Proben. Leicht zu bestimmende Indizes derartiger Äquivalenz sind die Geschwindigkeit mit welcher analytische Ergebnisse produziert werden und der maximale Durchmesser des farbigen Tüpfels oder Fleckens oder anderer analytischer Ergebnisse, die in den Elementen erzeugt werden. Bei den Tüpfel-Durchmesser-Ablesungen werden dabei Unterschiede im Volumen zwischen verschiedenen Proben berücksichtigt. In vorteilhafter Weise führt eine Normalisierung der Ausbreitung zu praktisch äquivalenten Geschwindigkeiten mit denen Testergebnisse erzielt werden, sowie zu Tüpfel-Durchmessern, die um nicht mehr als etwa 101 innerhalb des angezogenen Bereiches einer Proben-Proteinkonzentration voneinander abweichen. Eine Tüpfel-Größenveränderung von weniger als etwa +51 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

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Im Falle von menschlichem Serum beispielsweise liegt die Proteinkonzentration normalerweise bei etwa 6 bis 8 g Prozent. Die Konzentration an Proteinen kann jedoch beispielsweise auch bis zu 12 g Prozent im Falle eines Serums betragen, das einem stark dehydratisierten Körper entnommen wurde.

In der Ausbreitschicht liegt die oberflächenaktive Verbindung in einer Konzentration vor, die eine normalisierte Ausbreitung über den gesamten Bereich der Proteinkonzentrationen ermöglicht, die sich in den zu analysierenden Proben finden können.

Die Schichten eines erfindungsgemäßen Elementes können auf einem Schichtträger angeordnet sein, der in vorteilhafter Weise strahlungsdurchlässig ist. Unter "strahlungsdurchlässig" sind hier Schichtträger und andere Schichten eines analytischen Elementes zu verstehen, die einen wirksamen Durchtritt elektromagnetischer Strahlung ermöglichen, die dazu verwendet wird, um ein analytisches, im Element produziertes Ergebnis, zu bestimmen. Vorteilhafte, strahlungsdurchlässige Schichtträger sind beispielsweise solche, die elektromagnetische Strahlung einer oder mehrerer Wellenlängen des Bereiches von 200 mn bis 900 nm durchlassen und/oder meßbare Strahlung, die durch Radioaktivität erzeugt wird.

Weist ein erfindungsgemäßes Element einen Schichtträger auf, so befindet sich die Reagenzschicht zwischen Schichtträger und Ausbreitschicht.

Die Ausbreitschichten erfindungsgemäßer Elemente verteilen intern das Lösungsmittel oder Dispersionsmedium einer aufgebrachten wäßrigen FlUssigkeitsprobe und die Komponenten, die sich in der Probe befinden, einschließlich einer oder mehrerer gelöster Komponenten. Dabei wird zu jedem gegebenen Zeitpunkt eine gleichförmige Konzentration (d.h. eine Konzentration, die offensichtlich gleichförmig ist, wie durch geeignete Bestimmungsmethoden und chemische Verfahren, wie sie im folgenden noch beschrieben werden, feststellbar ist) von einer oder mehreren Ausgebreiteten Komponenten auf der Oberfläche der Ausbreitschicht, die der Reagenzschicht gegenüberliegt, erzeugt. Die aufgebrachte Probe braucht dabei nicht beschränkt zu werden und

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derartige Konzentrationen, obgleich augenblicklich gleichförmig> können sich mit der Zeit verändern, ohne daß nachteilige Effekte auftreten. Unter einer "Komponente" einer Flüssigkeitsprobe ist hier ein Bestandteil der Flüssigkeitsprobe zu verstehen, und zwar entweder im freien Zustand oder in Form eines chemischen Restes, der Teil einer komplexeren Komponente sein kann. Zu bemerken ist dabei, daß derartige Komponenten oder Bestandteile in der Flüssigkeit nach ihrer Aufbringung auf das Element erzeugt werden können, beispielsweise durch Ablauf chemischer Reaktionen. Die Komponente oder der Bestandteil kann somit beispielsweise ein Analyt sein oder eine Vorläuferverbindung eines Analyten oder ein Reaktionsprodukt eines Analyten. Reaktionsprodukte von Komponenten, z.B. Analyten können beispielsweise chemische Verbindungen sein, die Zerfallsprodukte oder andere Reaktionsprodukte einer Komponente darstellen wie auch andere Produkte, die sich von einer Komponente ableiten, z.B. Reaktionsprodukte, die erzeugt wurden, als Folge der enzymatischen Aktivität eines Analyten oder einer anderen Komponente.

Bei der Ausbreitschicht handelt es sich um eine isotrope poröse nicht fasrige Schicht. Unter einer isotropen Porosität ist dabei zu verstehen, daß die Schicht nach praktisch allen Richtungen hin porös ist. Der Grad der Porosität kann dabei verschieden sein, beispielsweise aufgrund einer verschiedenen Porengröße eines unterschiedlichen Hohlraumgehaltes und dergleichen.

Die Reagenzschicht enthält mindestens einen Stoff oder eine Verbindung, die in Gegenwart einer Analyt-positiven Flüssigkeit, die auf das Element aufgebracht ist, reaktiv ist. Dieser Stoff oder diese Verbindung kann beispielsweise mit einem Analyten oder einer Vorläuferverbindung hiervon oder einem Reaktionsprodukt eines Analyten zu einer Veränderung im Element führen.

Die Reagenzschicht ist für mindestens eine Probenkomponente permeabel, die innerhalb der Ausbreitschicht ausbreitbar ist, oder für ein Reaktionsprodukt einer solchen Komponente. Vorzugsweise weist sie eine gleichförmige oder praktisch gleichförmige Permeabilität für Substanzen auf, die innerhalb der Ausbreitschicht ausbreitbar sind.

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Der Ausdruck "permeabel" beschreibt dabei die Fähigkeit einer Substanz oder Schicht wirksam von einem Stoff durchdrungen zu werden, der sich in einer Flüssigkeit befindet, d.h. hierin verteilt ist, beispielsweise dadurch, daß er hierin gelöst oder dispergiert ist.

Unter einer gleichförmigen Permeabilität einer Schicht ist eine Permeabilität zu verstehen, die derart ist, daß, wird eine homogene Flüssigkeit gleichförmig auf die Oberfläche einer Schidit aufgetragen, identische Messungen der Konzentration einer solchen Flüssigkeit innerhalb der Schicht, jedoch in verschiedenen Bereichen einer Oberfläche der Schicht durchgeführt, zu praktisch gleichen Ergebnissen führen, z.B. Abweichungen von weniger als +_ 10% und vorzugsweise weniger als _+ 3,5%, wenn radiometrische Messungen durch eine kleine öffnung von beispielsweise etwa 3 bis 10 Mikron Breite und 50 bis 100 Mikron Länge durchgeführt werden. Erfolgen die Bestimmungen durch kontinuierliches Abtasten einer Probe mittels eines Energiestrahles und Übertragung auf einen Schreiber, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Umlauf-Geschwindigkeit des Schreibers derart eingestellt wird, daß eine etwa 16-fache Vergrößerung der aufgezeichneten Spur erfolgt.

Wie bereits dargelegt, ist eine gleichförmige Permeabilität nicht charakteristisch für fasrige Materialien, wie beispielsweise Filterpapiere, fasrige Matten, sog. "woven fabrics" und dergleichen Analytisch wertvolle Ergebnisse mögen in Elementen ohne gleichförmig permeable Schichten erzielbar sein, doch kann dabei die Wirksamkeit der Ermittlung der Ergebnisse beeinträchtigt werden, beispielsweise wenn im Element irreguläre Konzentrations-Diskontinuitäten oder andere Diskontinuitäten auftreten.

Unter einem Flüssigkeits-, Strömungs- oder Flußkontakt zwischen einer Ausbreitschicht und einer Reagenzschicht und/oder anderen Schichten eines integralen analytischen Elementes nach der Erfindung ist die Fähigkeit eines Strömungsmittels, und zwar einer Flüssigkeit oder eines Gases zu verstehen, in einem solchen Element Ubereinanderliegende Bereiche der Ausbreitschicht und der Reagenzschicht zu passieren. Anders ausgedrückt: Der Ausdruck Flüssig-

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keits-, Strömungs- oder Flußkontakt bedeutet, daß die Komponenten einer Flüssigkeit oder eines Gases, die Schichten, die sich in diesem Kontakt miteinander befinden zu durchdringen vermögen, wobei eine solche Fähigkeit vorzugsweise gleichförmig ist längs einer Zwischenfläche zwischen den in Kontakt befindlichen Schichten. Obgleich Schichten in einem derartigen Flußkontakt aneinander angrenzen können, können sie doch auch durch Zwischenschichten voneinander getrennt sein. Schichten im Element, die sich zwischen einer Ausbreitschicht und einer Reagenzschicht in gemeinsamen Flußkontakt miteinander befinden, befinden sich auch im Flußkontakt und verhindern deshalb nicht den Durchtritt von Flüssigkeit zwischen der Ausbreit- und der Reagenzschicht.

Ein solcher Flüssigkeits-, Strömungs- oder Flußkontakt zwischen Schichten läßt sich erreichen durch Herstellung von Elementen mit Schichten, die von Anfang an aneinander anstoßen oder einander benachbart sind oder effektiv für die Zwecke des Flüssigkeitsoder Flußdurchtritts. Andererseitskkann es auch vorteilhaft sein, Elemente herzustellen, deren Schichten zunächst einander nicht benachbart sind oder nicht aneinander angrenzen und die voneinander getrennt sind, beispielsweise durch Verwendung von Zwischenschichten oder durch Verwendung eines federnden absorbierenden Materials oder deformierbarer Träger, z.B. des aus den US-PS 3 917 453 und 3 933 594 bekannten Typs. Weist ein Element keine von Anfang an einander benachbarte oder aneinander angrenzende Schichten auf so kann es erforderlich sein Druck anzuwenden oder andere Maßnahmen zu ergreifen, um die Schichten des Elementes in Flußkontakt miteinander zu bringen, wenn sie zu analytischen Zwecken verwendet werden.

Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Elementes erfolgt somit nach Auftragen einer Flüssigkeitsprobe mit einem hierin verteilten Analyten die Verteilung der Flüssigkeit in der Ausbreitschicht. Als Ergebnis einer solchen Ausbreitung liegt zu einem jeden gegebenen Zeitpunkt eine gleichförmige Konzentration der ausgebreiteten Probenkomponenten an der Oberfläche der Ausbreitschicht, die der Reagenzschicht gegenüberliegt, vor. Es ist möglich, eine derartige

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gleichförmige Konzentration über einen breiten Bereich von Probenvolumina zu erzielen, die auf das Element aufgebracht werden, und aufgrund des Vorhandenseins einer oberflächenaktiven Verbindung in der Ausbreitschicht über einen breiten Bereich von Proteinkonzentrationen in der zu analysierenden Flüssigkeit. Komponenten oder Bestandteile der zu analysierenden Probe werden von der Ausbreitschicht auf die Reagenzschicht übertragen, welche sie durchdringen, ohne daß dabei zu irgendeinem Zeitpunkt in Betracht zu ziehende Veränderungen der Konzentration der Probenkomponenten auftreten. Bei Verwendung einer aktiven (z.B. chemisch reaktionsfähigen) Komponente innerhalb der Reagenzschicht und bei einer gleichförmigen Konzentration von Probenkomponenten in der Reagenzschicht läßt sich eine gleichförmige, quantitativ bestimmbare Veränderung im Element hervorrufen.

Die Zeichnungen dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.

In den Figuren 1, 2 und 3 sind integrale analytische Elemente nach der Erfindung schematisch, im Shnitt, vergrößert dargestellt. Die Figuren 4, 5, 6 und 7 stellen Diagramme dar, die analytische Ergebnisse veranschaulichen, die unter Verwendung eines Elementes, das in den später folgenden Beispielen noch näher beschrieben wird, erhalten wurden. Die in Figur 4 dargestellten Ergebnisse sind die Ergebnisse eines Vergleichsversuchs, während die in den Figuren 5, 6 und 7 dargestellten Ergebnisse unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Elementes erhalten wurden.

Wie bereits dargelegt, handelt es sich bei der Ausbreitschicht eines erfindungsgemäßen Elementes um eine isotrop-poröse nichtfasrige Schicht, die dazu dient, innerhalb der Schicht eine Probe auszubreiten, einschließlich des Lösungsmittelmediums und mindestens einer gelösten Komponente einer Flüssigkeitsprobe oder eines Reaktionsproduktes hiervon unter Erzeugung einer gleichförmigen Konzentration der ausgebreiteten Komponente oder Komponenten an der Oberfläche der Ausbreitschicht, die der Reagenzschicht gegenüberliegt. Zu bemerken ist dabei, daß eine derart gleichförmige Konzentration mit Konzentrationsgradienten erreicht werden kann, die über die Dicke/der Ausbreitschicht vorliegen. Derartige

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Gradienten führen zu keinerlei Schwierigkeiten bezüglich der Erzielung quantitativer Testergebnisse und können unter Anwendung üblicher Kalibrierungsmethoden berücksichtigt werden.

Der Mechanismus der Ausbreitung ist noch nicht vollständig geklärt. Es wird jedoch angenommen, daß die Ausbreitung durch eine Kombination von Kräften, z.B. dem hydrostatischen Druck einer Flüssigkeitsprobe eine Kapilaraktion innerhalb der Ausbreitschicht, der Oberflächenspannung der Probe, eine Dochtwirkung der Schichten, die sich in Flußkontakt mit der Ausbreitschicht befinden und dergleichen, hervorgerufen wird. Das Ausmaß der Ausbreitschicht hängt teilweise vom Volumen der auszubreitenden Flüssigkeit ab. Zu bemerken ist jedoch, daß die gleichförmige, oder augenscheinlich gleichförmige Konzentration, die durch Ausbreiten in Schichten des beschriebenen Typs erzielt, praktisch unabhängig vom Volumen der angewandten Flüssigkeitsprobe ist. Dies bedeutet, daß bei Verwendung von erfindungsgemäßen Elementen keine präzise arbeitenden Verfahren zur Aufbringung von Flüssigkeitsproben erforderlich sind. Im Einzelfalle kann jedoch ein bestimmtes Flüssigkeits-Probenvolumen vorteilhaft sein, und zwar aus Gründen einer bevorzugten Ausbreitzeit oder dergleichen. Da die erfindungsgemäßen Elemente dazu geeignet sind, quantitative Testergebnisse bei Verwendung sehr kleiner Volumina einer zu analysierenden Flüssigkeit zu liefern, die vollständig von einem Bereich der Ausbreitschicht aufgenommen werden kann (z.B. einem Bereich eines Durchmessers von etwa 1 cm), besteht keine Notwendigkeit für die Entfernung überschüssiger Flüssigkeit oder Feuchtigkeit vom Element nach Aufbringung der Flüssigkeitsprobe. Da des weiteren das Ausbreiten in der Ausbreitschicht erfolgt und die ausgebreitete Substanz der Reagenzschicht zugeführt wird, ohne daß dabei ein in Betracht zu ziehender lateraler hydrostatischer Druck ausgeübt wird, tritt das sog. "Rii.ging"-Problem nicht auf, das oftmals bei bekannten analytischen Elementen des Standes der Technik auftritt.

Die Ausbreitschicht braucht lediglich eine gleichförmige oder augenscheinlich gleichförmige Konzentration an ausgebreiteten Komponenten pro Flächeneinheit auf der Oberfläche zu erzeugen, die der Reagenzschicht gegenüberliegt, mit der die Ausbreitschicht

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- 21 -in Fluß- oder Strömungskontakt steht.

Ein geeignetes Verfahren, mit dem festgestellt werden kann, ob eine spezielle Schicht für Ausbreitzwecke geeignet ist, beruht auf der Anwendung von densitometrischen oder anderen analytischen Methoden, z.B. durch Abtasten der Oberflächen- oder Reagenzschicht oder einer anderen assoziierten Schicht und Bestimmung der Konzentration der ausgebreiteten Komponenten oder eines ermittelbaren Produktes, das in Beziehung zur Konzentration der ausgebreiteten Komponenten steht. Ein derartiges Testverfahren ist beispielsweise aus der US-PS 3 992 158 bekannt.

Wenn beispielsweise vor der Verdampfung eines Lösungsmittel- oder Dispersionsmediums, ein Testelement gemäß US-PS 3 992 158 einen farbigen, vorzugsweise gut definierten Tüpfel einer praktisch gleichförmigen Farbdichte aufweist, wenn es mittels eines Densitometers mit einer öffnung von etwa 5 Mikron χ 100 Mikron abgetastet wird, dann hat eine Ausbreitung stattgefunden und es wurde eine gleichförmige Konzentration an der unter/Oberfläche der Testschicht und/oder in der Gelatineschicht erreicht.

Unter einer "gleichförmigen Dichte" oder "praktisch gleichförmigen Dichte" ist hier eine Dichte über den Tüpfel zu verstehen, mit der Ausnahme der Tüpfel-Peripherie mit Maximum- und Minimumwerten, die um nicht mehr als _+ 101 von der mittleren Dichte abweichen. Im Falle verschiedener besonders vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung weichen die Dichteänderungen oder anderen ermittelbaren Ergebnisse um nicht mehr als _♦ 51 voneinander ab. Aufgrund von Kanteneffekten können nicht charakteristische Dichtegradienten an der Tüpfel-Peripherie auftreten, die jedoch keinen Einfluß auf die Bedeutung des analytischen Ergebnisses zu haben brauchen. Die peripheren Bezirke können bei verschiedenen Tüpfel unterschiedlich sein. Sie machen jedoch in der Regel nicht mehr als etwa 20t des gesamten Tüpfels aus.

Wie bereits dargelegt, handelt es sich bei den Ausbreitschichten um isotrop-poröse Schichten. Die Schichten können ausgehend von verschiedenen Verbindungen und Komponenten hergestellt werden. So ist

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es beispielsweise möglich zur Erzeugung derartiger Schichten ein teilchenförmiges Material zu verwenden, in welchem Falle die isotrope Porosität durch Zwischenräume zwischen Teilchen hervorgerufen wird. Verschiedene Typen von teilchenförmigen! Material, das in vorteilhafter Weise chemisch inert gegenüber den Bestandteilchen der zu analysierenden Proben sind, können verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise Pigmente wie Titandioxid, Bariumsulfat, Zinkoxid, Bleioxid und dergleichen wie auch beispielsweise Diatomenerde und mikrokristalline kolloidale Stoffe von natürlichen oder synthetischen Polymeren. Zur Herstellung erfindungsgemäßer Elemente geeignete mikrokristalline Materialien sind beispielsweise bekannt aus der Arbeit von 0. A. Battista "Colloidal Macromolecular Phenomena, Part II, No/el Microcrystals of Polymers", veröffentlicht in der Zeitschrift Journal of Applied Polymer Science, Band II, Seiten 481 bis 498 (1967). Ein Beispiel für einen kolloidalen Stoff, der sich zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials eignet, ist mikrokristalline Cellulose, wie sie beispielsweise im Handel erhältlich ist unter der Handelsbezeichnung Avicel, Hersteller FMC Corporation USA. Auch können beispielsweise sphärische Teilchen gleichförmiger Größen, beispielsweise Harz- oder Polymerkügelchen oder Glaskügelchen verwendet werden, wobei die Verwendung derartiger Kügelchen oder Teilchen dann besonders vorteilhaft sein kann, wenn sich gleichförmige Poren besonders vorteilhaft auswirken, z.B. im Falle selektiver Filtrationen. Handelt es sich bei dem ins Auge gefaßten teilchenförmigen Material um ein nicht haftendes Material, wie im Falle von Glaskügelchen oder dergleichen, so können diese derart vorbehandelt werden, daß Teilchen oder Kügelchen erhalten werden, die aneinander an Kontaktpunkten anhaften, wodurch die Erzeugung einer isotrop-porösen Schicht erleichtert wird. Beispielsweise können normalerweise nicht haftende Teilchen mit einer dünnen Haftschicht versehen werden, beispielsweise durch BEhandlung mit einer Lösung eines hydrophilen Kolloides, z.B. einer Gelatine- oder Polyvinylalkohollösung und in einer Schicht in wechselseitigem Kontakt miteinander gebracht werden. Durch Trocknen der Kolloidbeschichtung wird eine feste Schicht erhalten, wobei freie Räume zwischen den

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- 23 -einzelnen Teilchen bestehen bleiben.

Als Alternative oder zusätzlich zur Verwendung von teilchenförmigen Materialien, die selbst nicht isotrop-porös zu sein brauchen, läßt sich eine Ausbreitschicht beispielsweise auch unter Verwendung von isotrop-porösen Stoffen in Form von TEilchen oder in anderer Weise herstellen. Die isotrop-porösen Stoffe können dabei in ihrer Zusammensetzung polymer sein und beispielsweise aus sog. "Blush"-Polymeren bestehen. Andere geeignete Methoden zur Erzeugung von isotrop-porösen Polymermassen sind solche, bei denen Gebrauch von der Verwendung eines Gases oder anderen quellbaren Bestandteilen gemacht wird, mit dem Ziel poröse Schäume zu erzeugen oder bei denen innerhalb einer Polymerphase ein lösbarer fester Stoff verwendet wird, der später unter Erzeugung von Poren gelöst wird.

Schichten aus oder mit Blush-Polymeren (oder ausgefällten Polymeren) haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen und lassen sich beispielsweise auf einem Substrat oder Schichtträger dadurch erzeugen, daß ein Polymer in einer Mischung aus zwei Flüssigkeiten gelöst wird, von denen die eine mit einem tieferen Siedepunkt ein gutes Lösungsmittel für das Polymer darstellt und in der die andere Flüssigkeit einen höheren Siedepunkt aufweist und ein NichtLösungsmittel oder wenigstens ein schlechtes Lösungsmittel für das Polymer darstellt. Eine solche Polymerlösung wird dann auf das Substrat oder den Schichtträger aufgetragen und unter bestimmten Bedingungen getrocknet. Das Lösungsmittel mit dem tieferen Siedepunkt verdampft dabei schneller, so daß die Beschichtung mit der Flüssigkeit angereichert wird, die das schlechtere Lösungsmittel oder das Nicht-Lösungsmittel für das Polymer darstellt. Bei fortschreitender Verdampfung unter geeigneten Bedingungen bildet das Polymer auf dem Träger eine isotrop-poröse Schicht. Zur Herstellung derartiger Schichten können viele verschiedene Polymere verwendet werden, und zwar einzeln oder in Kombination miteinander, beispielsweise Polycarbonate, Polyamide, z.B. vom Nylon-Typ, Polyurethane und Celluloseester, beispielsweise Celluloseacetate.

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Zur Herstellung erfindungsgemäßer Aufzeichnungsmaterialien können die verschiedensten üblichen bekannten nicht ionogenen oberflächenaktiven Verbindungen verwendet werden. Beispiele hiervon sind in dem Buch "McCutcheon¹s Detergents and Emulsifiers", 1974, nordamerikanische Ausgabe, Verlag Allured Publishing Corporation, aufgeführt.

Besonders vorteilhafte nicht-ionogene oberflächenaktive Verbindungen zur Herstellung erfindungsgemäßer Elemente sind Alkarylpolyäther, z.B. Alkylphenoxypolyäthoxyäthanole, insbesondere solche der folgenden Formel I:

(I) R ^ ^ 0-(CH₂-CH₂-O-^H

worin bedeuten:

R einen Alkylrest, insbesondere mit 1 bis 9 C-Atomen und

η eine Zahl von 1 bis 70.

Beispiele geeigneter oberflächenaktiver Verbindungen dieses Typs sind die Octyl- und Nonyl-Phenexypolyäthoxyäthanole der Formel I, in der R einen Oxyl- bzw. Nonylrest darstellt.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von oberflächenaktiven Verbindungen der angegebenen Formel erwiesen, in der R für einen Octylrest steht und η eine Zahl von 9 bis 40, vorzugsweise etwa 40 darstellt.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von in Wasser löslichen oberflächenaktiven Verbindungen erwiesen, doch können auch organo-lösliche Verbindungen in vorteilhafter Weise verwendet werden, und zwar insbesondere dann, wenn eine Lösung der oberflächenaktiven Verbindung in die Masse eingeführt werden kann, aus der die Ausbreitschicht hergestellt wird oder wenn die Lösung in die Schicht eingeführt werden kann.

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Die oberflächenaktiven Verbindungen werden dabei in der Ausbreitschicht in solchen Konzentrationen angewandt, die eine Normalisierung der Ausbreitung in der Schicht bewirken. Die Konzentration liegt normalerweise bei mindestens 1%, vorzugsweise bei 1 bis 15%. Sofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist, beziehen sich die hier angegebenen Prozentkonzentrationen auf Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoffen in der betreffenden Schicht. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die oberflächenaktive Verbindung in der Ausbreitschicht in einer Konzentration von 1 bis 10 Gew.-I, insbesondere 1 bis 6 Gew.-I vorliegt. Bei der Berechnung der Konzentration der oberflächenaktiven Verbindung sind bei Verwendung handelsüblicher Produkte nicht aktive Bestandteile der Produkte zu berücksichtigen. Ausgedrückt in Konzentration pro Schichtträgerfläche lassen sich besonders vorteilhafte Ergebnisse dann erhalten,

2
wenn pro m Schichtträgerfläche etw;

flächenaktive Verbindung vorliegen.

2 wenn pro m Schichtträgerfläche etwa 1,0 bis etwa 6,0 g ober-

Die Art und Weise, in welcher die oberflächenaktive Verbindung die Ausbreitung normalisiert, ist noch nicht vollständig geklärt. Es wird jedoch angenommen, daß eine wirksame Menge der oberflächenaktiven Verbindung zu einer Verminderung des Hydratwassers der Proteine innerhalb einer wäßrigen Flüssigkeitsprobe führt, derart, daß eine vergleichsweise größere Menge des Wassers der Probe und des gelösten Analyten rasch in sowohl die Ausbreitschicht als auch die Reagenzschicht einzudringen vermag. Die rasche Eindring-geschwindigkeit beschleunigt dabei den Ablauf der Anzeigereaktionen und fördert die Bildung von mit der Probe benetzten Bezirken äquivalenter Größe innerhalb des Elementes.

Die Reagenzschichten der erfindungsgemäßen Elemente sind für Substanzen, die in der Ausbreitschicht ausgebreitet werden oder für Reaktionsprodukte hiervon permeabel und gegebenenfalls porös.

Der Ausdruck "permeabel" und der Ausdruck "Permeabilität" beziehen sich dabei auf eine Permeabilität aufgrund einer vorhandenen Porosität, der Fähigkeit zu quellen oder anderer Charakteristika. Die Reagenzschichten können eine Matrix aufweisen, in der ein

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reaktionsfähiger Stoff verteilt ist, d.h. gelöst oder dispergiert ist. Eine Beschreibung von Reagenzschichten, die auch im Falle erfindungsgemäßer Elemente vorliegen können, findet sich beispielsweise in der US-PS 3 992 158.

Die Wahl einer Reagenzschicht-Matrix kann im Einzelfalle teilweise von ihren optischen oder anderen Eigenschaften abhängen, die radiometrische Messungen beeinflussen könnten. Die Reagenzschicht soll auf jeden Fall die ins Auge gefaßte Methode zur Bestimmung des Ergebnisses nicht stören. Im Einzelfalle kann es erforderlich sein, Materialien für den Aufbau der Reagenzschicht auszuwählen, die verträglich sind mit benachbarten Schichten, z.B. bei der Herstellung des Elementes durch Beschichtung bei der Herstellung des Materials.

In manchen Fällen kann es zur Erleichterung der Konzentrationsgleichförmigkeit innerhalb der Ausbreitschicht vorteilhaft sein, eine Reagenzschicht zu verwenden, die eine geringere Permeabilität aufweist als die Ausbreitschicht. Die relative Permeabilität einer Schicht läßt sich dabei nach bekannten Methoden ermitteln.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung reagiert der reaktionsfähige Stoff in der Reagenzschicht mit dem Analyten, demgegenüber das Element anspricht. In anderen Fällen kann der reaktionsfähige oder aktive Stoff mit einer Vorläuferverbindung oder einem Reaktionsprodukt eines Analyten reagieren. Unter einem "reaktionsfähigen" oder "aktiven" Stoff ist ein Stoff oder eine Verbindung zu verstehen, der bzw. die eine chemische Reaktionsfähigkeit aufweist, z.B. eine Reaktionsfähigkeit für eine Additionsreaktion, eine Protonisierung oder eine Zerfallsreaktion und dergleichen oder eine Aktivität wie im Falle der Bildung eines Enzym-Substratkomplexes oder eine Aktivität wie sie erzeugt wird als Ergebnis einer enzymatischen Aktion, wie auch jede andere Form oder Zusammensetzung von chemischen oder physikalischen Reaktionen, die dazu geeignet sind, innerhalb des Elementes, z.B. der Reagenzschicht die Bildung einer radiometrisch erkennbaren Veränderung zu erzeugen oder zu begünstigen, d.h. eine Veränderung, die durch

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geeignete Messung mit Licht oder anderer elektromagnetischer Strahlung feststellbar ist.

Ein reaktionsfähiger Stoff, der bei entsprechender Einwirkung direkt zu einer feststellbaren Veränderung im Element führt, läßt sich als Indikator bezeichnen. Eine Mehrzahl von Stoffen mit mindestens einem reaktionsfähigen Stoff, der zu einer feststellbaren Veränderung im Element führt, läßt sich als Indikatormasse bezeichnen.

Chromogene Stoffe oder Verbindungen, die eine oxidierbare Gruppe oder einen oxidierbaren Rest aufweisen und die bestimmbare Verbindungen liefern,sind beispielsweise bestimmte Farbstoffe erzeugende Verbindungen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Verbindung dazu benutzt werden, um einen Farbstoff zu erzeugen, wenn sie oxidiert worden ist, beispielsweise durch Kupplung mit sich selbst oder durch Kupplung mit einer anderen Verbindung oder durch Kupplung mit ihrer reduzierten Form unter Erzeugung eines Farbstoffes.

Verbindungen dieses Typs sind allgemein bekannt, beispielsweise aus dem Buch von Mees und James "The Theory of the Photographic Process" (1966), insbesondere Kapitel 17.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die bestimmbare Verbindung (der Farbstoff) durch Oxidation eines Leucofarbstoffes zum entsprechenden Farbstoff erhalten werden. Als besonders vorteilhaft hat sich beispielsweise die Verwendung von nicht stabilisierten oxichromogenen Verbindungen des aus der US-PS 3 380 658 bekannten Typs erwiesen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die bestimmbaren Verbindungen durch Farbstoff liefernde Verbindungen erzeugt werden, zu denen eine oxidierbare Verbindung und ein Farbkuppler gehören, wobei die oxidierbare Verbindung aus einer solchen besteht, die zu einer oxidativen Kondensation mit dem Farbkuppler befähigt ist, z.B. einem solchen mit phenolischen Gruppen oder aktivierten Methylengruppen.

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Derartige Kuppler, einschließlich sog. auto-kuppelnder Verbindungen sind bekannt, und werden in der Literatur beschrieben. Verwiesen wird beispielsweise auf die bereits erwähnte Literaturstelle Mees und James sowie das Buch von Kosar "Light-Sensitiv Systems", 1965, Seiten 215-249.

Die Herstellung erfindungsgemäßer integraler analytischer Elemente kann dadurch erfolgen, daß die Schichten separat vorgebildet werden und daß die vorgebildeten Schichten unter Erzeugung des erfindungsgemäßen Elementes zusammengebracht werden. Die Schichten können vor ihrer Verwendung zusammenlaminiert werden oder getrennt aufbewahrt werden, bis sie in Fluß- oder Strömungskontakt miteinander gebracht werden, wenn das Element verwendet wird. Schichten, die in dieser Weise hergestellt werden, lassen sich in typischer Weise dadurch herstellen, daß eine Lösung oder Dispersion einer Beschichtungsmasse auf eine Oberfläche aufgetragen wird, von der die getrocknete Schicht auf physikalischem Wege abgestreift werden kann. Ein vorteilhaftes Verfahren, durch das mehrfache Abstreifstufen und Laminierungsstufen verhindert werden können, besteht darin, eine Ausgangsschicht auf eine Abstreif-Oberfläche oder einen Schichtträger aufzutragen, worauf nacheinander die weiteren benötigten Schichten aufgetragen werden. Vorteilhafte Beschichtungsverfahren, die zur Herstellung erfindungsgemäßer Elemente angewandt werden können, sind beispielsweise aus der US-PS 3 992 158 bekannt.

Außer ihrer Permeabilität und Strahlungsdurchlässigkeit ist die Reagenzschicht in vorteilhafter Weise frei von Eigenschaften oder Charakteristika, dfe als "Mottle"-Effekt in Erscheinung treten könnten oder zur Ausbildung eines solchen Effektes beitragen könnten oder in anderer Weise die Bestimmung oder Ermittlung des analytischen Ergebnisses stören könnten. So können beispielsweise Veränderungen im Farbton oder in der Textur innerhalb der Reagenzschicht, wie sie im Falle fasriger Materialien auftreten können, z.B. im Falle einiger Papiere, wenn diese als permeables Medium verwendet werden, nachteilig sein, aufgrund einer nicht gleichförmigen Reflexion oder Durchlässigkeit für die zur Bestimmung angewandte Strahlung. Obgleich fasrige Materialien wie beispielsweise Filterpapiere und andere Papiere im allgemeinen insgesamt

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permeabel sind, können sie doch verschiedene Permeabilitätsgrade aufweisen und keine gleichförmige Permeabilität zeigen, beispielsweise aufgrund struktureller Verschiedenheiten, wie beispielsweise verschiedenen Faserdimensionen und verschiedenen Faserabständen. Aus derartigen Gründen und des weiteren im Hinblick auf die bereits diskutierten Gründe, stellen derartige Materialien keine bevorzugten Materialien für Reagenz- und Ausbreitschichten erfindungsgemäßer Elemente dar. In vorteilhafter Weise werden sowohl die Ausbreitschichten wie auch Reagenzschichten aus nicht-fasrigen Stoffen erstellt. Zu bemerken ist dabei jedoch, daß es möglich ist fasrige Stoffe oder Materialien in geeigneter Kombination mit nicht-fasrigen Materialien zu verwenden.

Ausbreitschichten können ebenfalls durch Beschichtung aus Lösungen oder Dispersionen erzeugt werden. Wie bereits dargelegt, sind Ausbreitschichten und hierzu assoziierte Schichten eines erfindungsgemäßen Elementes übereinander angeordnet, so daß sich eine Ausbreitschicht in Flußkontakt oder Strömungskontakt mit einer Reagenzschicht befindet, mindestens unter den Bedingungen, unter denen die Elemente verwendet werden. Zur Herstellung der Ausbreitschichten können die verschiedensten Materialien verwendet werden, wie sie bereits diskutiert wurden. Außer einer oberflächenaktiven Verbindung werden zu ihrer Herstellung in vorteilhafter Weise mindestens zum überwiegenden Teile Materialien verwendet, die resistent sind, d.h. praktisch unlöslich in Wasser und anderen Lösungsmitteln der zu analysierenden Flüssigkeit und de bei Kontakt mit Wasser oder anderen Lösungsmitteln der zu analysierenden Flüssigkeit praktisch nicht oder nur wenig quellen. Eine Quellung von etwa 10 bis 40i bezogen auf die Dicke der Schichten,trocken gemessen, kann normal sein. Die im Einzelfalle optimale Dicke einer Ausbreitschicht hängt teilweise von dem verwendeten Probevolumen ab, das aus Gründen der Zweckmäßigkeit und Sauberkeit von der Ausbreitschicht absorbiert werden sollte, sowie vom Hohlraumvolumen der Schichten, das ebenfalls die Menge der Probe beeinflußt, die von der Schicht absorbiert werden kann. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Ausbreitschichten einer Dicke von etwa 50 bis etwa 300 Mikron, trocken gemessen, erwiesen. Jedoch

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können aich Ausbreitschichten einer Dicke außerhalb des angegebenen Bereiches in vorteilhafter Weise angewandt werden.

Bei der Herstellung einer isotrop-porösen Ausbreitschicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Schicht ein Hohlraumvolumen von mindestens etwa 25% des gesamten Schichtvolumens aufweist. In vorteilhafter Weise kann die Schicht ein Hohlraumvolumen von 25 bis 95*, beispielsweise von 50 bis 95% aufweisen. Veränderungen im Hohlraumvolumen poröser Ausbreitschichten können in vorteilhafterweise dazu benutzt werden, um Element-Charakteristika zu modifizieren, beispielsweise die Gesamt-Permeabilität der Ausbreitschicht oder die Zeit, die benötigt wird, um eine Probe auszubreiten. Das Hohlraumvolumen einer Schicht läßt sich steuern, beispielsweise durch Auswahl teilchenförmiger Materialien geeigneter Größe oder durch Auswahl der Lösungsmittel oder Trockenbedingungen, wenn Blush-Polymere zur Herstellung der isotropporösen Ausbreitschichten verwendet werden. Das Höhlraumvolumen einer Schicht läßt sich mit genügender Genauigkeit nach verschiedenen Methoden ermitteln, z.B. nach der statistischen Methode, die von Chalkley in der Zeitschrift "Journal of the National Cancer Institute", A_, 47 (1943), beschrieben wird oder durch direktes Wiegen und durch Bestimmung des Verhältnisses von tatsächlichem Gewicht der Schicht zum Gewicht an Feststoffen, das dem Volumen der Schicht entspricht. Zu bemerken ist, daß die Porengröße in jedem Fall ausreichend sein soll, um eine Ausbreitung der Probenkomponenten zu ermöglichen, die der Reagenzschicht zugeführt werden sollen.

Bei dem erfindungsgemäßen Element kann es sich um ein selbsttragendes analytisches Element handeln oder um ein Element mit einem Schichtträger. Bei Verwendung eines Schichtträgers kann dieser aus den üblicherweise zur Herstellung von analytischen Elementen des beschriebenen Typs üblicherweise verwendeten Schichtträgermaterialien bestehen. Typische geeignete Schichtträgermaterialien sind Polymere, z.B. Celluloseacetat, Poly(äthylenterephthalat), Polycarbonate und Polyvinylverbindungen, wie beispielsweise

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Polystyrol. Vorzugsweise werden zur Herstellung der Elemente strahlungsdurchlässige Schichtträgermaterialien verwendet. Im Falle von fluorimetrischen Bestimmungen analytischer Ergebnisse durch den Schichtträger hindurch, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schichtträger für eine etwas breitere Bande durchlässig ist, als sie für Nicht-Fluoreszenz-Bestimmungsverfahren erforderlich ist oder wenn alternativ der Schichtträger bei den Absorptions- und Emissionsspektren der fluoreszierenden Stoffe durchlässig ist, die für das Bestimmungsverfahren verwendet werden. Gegebenenfalls kann es des weiteren vorteilhaft sein, einen Schichtträger zu haben,der für eine oder mehrere enge Wellenlängebande durchlässig ist und undurchlässig für benachbarte oder angrenzende Wellenlängenbanden. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man den Schichtträger mit einer oder mehreren färbenden Komponenten mit geeigneten Absorptions-Charakteristika imprägniert oder beschichtet.

Im Falle von Elementen mit Schichtträgern befindet sich die

gewöhnlich Reagenzschicht/zwischen Schichtträger und Ausbreitschicht, die oftmals die äußerste Schicht des Elementes darstellt.

Der Aufbau einer jeden Schicht eines analytischen Elementes nach der Erfindung und die Schicht-Konfiguration hängen von dem Verwendungszweck des Elementes ab.

Gegebenenfalls kann ein erfindungsgemäßes Element mehr als nur eine, d.h. zwei oder mehrere Ausbreitschichten aufweisen, in welchem Falle eine jede Schicht ein verschiedenes Verhalten bezüglich Ausbreitung und Filtereffekt zeigt. Ist des weiteren eine Verzögerung oder Beschränkung beim Transport von Substanzen innerhalb des Elementes zusätzlich zu der Verzögerung oder Behinderung, die durch die Ausbreitschichten bewirkt wird, erforderlich, so kann eine Filter- oder Dialysierschicht im Element untergebracht werden.

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Gegebenenfalls kann es des weiteren vorteilhaft sein im Element eine oder mehrere reflektierende Schichten unterzubringen, gegebenenfalls absorptiv gegenüber der zur Bestimmung des analytischen Ergebnisses verwendeten Strahlung, z.B. zur Erleichterung der Bestimmung des analytischen Ergebnisses durch Reflextions-Radiometrie, z.B. Reflextions-Photometrie oder ein ähnliches Bestimmungsverfahren. Eine solche Reflexion läßt sich beispielsweise durch eine Schicht erreichen, die beispielsweise auch als Ausbreitschicht wirkt oder durch Verwendung einer zusätzlichen Schicht, die keine weitere zusätzliche Funktion in der Schicht haben kann. Zur Herstellung derartiger reflektierendet Schichten können übliche bekannte Pigmente verwendet werden, z.B. Titandioxid, Zinkoxid und Bariumsulfat.

Blus'h-Polymere können auch zur Herstellung reflektierender Schichten verwendet werden. So können beispielsweise Pigmente enthaltende Ausbreitschichten für diesen Zweck geeignet sein wie auch aus Blush-Polymeren aufgebaute Schichten, die gleichzeitig die Funktion von Ausbreitschichten haben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können aus Blush-Polymeren aufgebaute Schichten zusätzlich ein Pigment enthalten, um die Ausbreitung und/oder Reflexion zu steigern. Die Pigmentmenge, die in einer Schicht gemeinsam mit einem Blush-Polymeren untergebracht werden kann, kann sehr verschieden sein. Vorzugsweise werden etwa 0,2 bis 10 Gew.-Teile Pigment pro Gew.-Teil Blush-Polymer verwendet, insbesondere etwa 2 bis 6 Gew.-Teile Pigment pro Gew.-Teil Blush-Polymer.

Des weiteren kann es vorteilhaft sein, in Schichten eines erfindungsgemäßen Elementes Stoffe oder Verbindungen unterzubringen, die durch chemische Reaktion oder durch andere Weise Verbindungen oder Stoffe in-aktiv machen können, welche sich bei der angewandten analytischen Bestimmungsmethode nachteilig auswirken könnten.

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Zur Erleichterung der Ermittlung einer in einem erfindungsgemäßen Element bewirkten Veränderung, beispielsweise einer Farbveränderung, einer Veränderung der optischen Dichte oder der Fluoreszenz kann es vorteilhaft sein eine Schicht zu verwenden, welche die Aufgabe hat, Reaktionsprodukte von anderen Stoffen oder Verbindungen, deren relative Anwesenheit oder Abwesenheit das analytische Ergebnis kennzeichnet, aufzunehmen. Eine solche Schicht, die auch als Registrierschicht bezeichnet werden kann, steht in vorteilhafter Weise in Flußkontakt oder Strömungskontakt mit einer Reagenzschicht und kann gegebenenfalls von einer Reagenzschicht durch eine reflektierende und/oder opake Schicht getrennt sein, um die Ermittlung des analytischen Ergebnisses durch verschiedene radiometrische Methoden zu erleichtern. In vorteilhafter IVeise sind derartige Registrierschichten strahlungsdurchlässig. In vorteilhafter Weise werden sie unter Verwendung von hydrophilen Kolloiden hergestellt, wie sie auch zur Herstellung der Reagenzschichten benutzt werden. Werden im Element Farbstoffe erzeugt, so kann die Registrierschicht Beizmittel für die Farbstoffe enthalten, wie sie üblicherweise zur Herstellung farbphotographischer Filme und Papiere verwendet werden.

Erfindungsgemäße analytische Elemente können zur Durchführung der verschiedensten chemischen Analysen verwendet werden, und zwar nicht nur auf dem Gebiete der klinischen Chemie, sondern vielmehr ganz allgemein auf dem Gebiet der chemischen Forschung sowie in Laboratorien, die den Ablauf chemischer Prozesse überwachen. In besonders vorteilhafter Weise eignen sie sich für die Durchführung klinischer Testverfahren, und zwar für die Untersuchung von Körperflüssigkeiten, z.B. Blut, Blutserum und Urin, da hierbei oftmals wiederholte Untersuchungen erforderlich sind und die Untersuchungsergebnisse oftmals kurz nach dem die Proben entnommen wurden, vorliegen müssen.

Im Falle der Analyse von Blut mittels eines analytischen Elementes nach der Erfindung können die Blutkörperchen zunächst vom Serum abgetrennt werden, beisμi.elsweise durch Zentrifugieren, worauf das Serum auf ein erfindungsgemäßes Element aufgebracht werden kann. Eine derartige Abtrennung der Blutkörperchen ist jedoch

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nicht erforderlich, und zwar insbesondere dann nicht, wenn spektrophotometrische Reflexionsmethoden angewandt werden, um das Reaktionsprodukt im Element zu bestimmen, da Blut auf das Element aufgetragen werden kann, in welchem Falle die Blutkörperchen durch eine Filterschicht abgetrennt werden. Die Gegenwart dieser Blutkörperchen im Element stört die spektrometrische Analyse nicht, sofern nach der Reflexionsmethode mit Licht gearbeitet wird, das durch den Schichtträger und eine Registrierschicht gelangt, und von einer strahlungs-blockierenden Schicht oder einer anderen reflektierenden Schicht reflektiert wird, wobei die Blutkörperchen die anzeigende Strahlung nicht beeinträchtigen. Ein besonders wesentlicher Vorteil eines erfindungsgemäßen integralen analytischen Elementes ist darin zu sehen, daß es für die Analyse von sowohl Blutserum als auch Blut verwendet werden kann, ohne daß es dabei erforderlich ist in einer besonderen Verfahrensstufe Bestandteile des zu untersuchenden Materials zu entfernen.

Je nach der im Einzelfalle durchzuführenden Analyse können die verschiedensten Elemente hergestellt werden. Des weiteren können die Elemente in verschiedener Form vorliegen, beispielsweise in Form von Bändern und Streifen einer jeden gewünschten Breite,in Form von Blättern oder in Form von vergleichsweise kleinen Streifen oder Chips. Des weiteren ist es möglich Elemente derart zu gestalten, daß sie für die Durchführung von nur einem wie auch mehreren Testen eines Typs oder verschiedener Typen geeignet sind. Im letzteren Fall kann es vorteilhaft sein auf einen gemeinsamen Schichtträger ein oder mehrere Streifen oder Abschnitte aufzutragen, von denen ein jeder gegebenenfalls eine andere Zusammensetzung hat, unter Bildung eines zusammengesetzten Elementes, das für die Durchführung einer Mehrzahl oder Vielzahl von Testen geeignet ist.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Elementen handelt es sich um Beispiele erfindungsgemäßer Elemente.

Das in Figur 1 dargestellte analytische Element besteht aus einem strahlungsdurchlässigen Schichtträger 10, auf dem aufgetragen sind:

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eine Reagenzschicht 12, eine reflektierende Schicht 14, die einen geeigneten Hintergrund für die Ermittlung analytischer Ergebnisse liefert, beispielsweise durch Reflexions-Spektrophotometrie, eine Filterschicht 16 und eine Proben-Ausbreitschicht 18.

Die Bestimmung kann durch den Schichtträger erfolgen, sofern dieser für die zur Bestimmung verwendete Wellenlänge durchlässig ist. Die Reagenzschicht 12 kann aus einer Lösung oder Dispersion von einem oder mehreren Testreagenzien in einem Bindemittel, z.B. Gelatine bestehen, wohingegen die Schichten 14, 16 und 18 aus Blush-Polymeren aufgebaut und isotrop-porös sein können und/oder eine Porengröße aufweisen können, die für die spezielle Funktion, die eine jede Schicht zu erfüllen hat, erforderlich ist. Die Ausbreitschicht 18 und die Reagenzschicht 12 stehen in Fluß- oder Strömungskontakt miteinander.

Das in Figur 2 dargestellte analytische Element nach der Erfindung besteht aus einem Schichtträger 20 mit einer hierauf aufgetragenen Reagenzschicht 22 in Fluß- oder Strömungskontakt mit einer Ausbreitschicht 24, die zugleich die Funktion einer Filterschicht ausüben kann und des weiteren einen geeigneten reflektierenden Hintergrund für reflexions-spektrometrische Bestimmungsmethoden durch den Träger 20 hindurch liefern kann. Alternativ kann die Schicht auch derart beschaffen sein, daß sie nicht-reflektierend wirkt, in welchem Falle die Bestimmung des analytischen Ergebnisses nach dem Transmissionsverfahren erfolgen kann. Die Schicht 24 kann beispielsweise eine isotrop-poröse Blush-Polymerschicht sein, die auf die Schicht 22 aufgetragen oder auflaminiert worden sein kann.

Das in Figur 3 dargestellte erfindungsgemäße Element besteht aus einem Schichtträger 30, einer Reagenzschicht 32, einer Dialysierschicht 34, die aus einer semipermeablen Membran gebildet sein kann und einer Ausbreitschicht 36, z.B. aus einer isotrop-porösen Blush-Polymerschicht, welche die Funktionen des Ausbreitens und Abfilterns ausüben kann und die des weiteren einen geeigneten Hintergrund für reflexions-spektrophotometrische Methoden durch

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den Schichtträger 30 hindurch liefern kann. Die Ausbreitschicht und die Reagenzschicht 32 stehen in Fluß- oder Strömungskontakt miteinander.

Die erfindungsgemäßen Elemente können im Rahmen analytischer Verfahren verwendet werden, wie sie beispielsweise näher in der US-PS 3 992 158 beschrieben werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen. Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Zunächst wurde zu Vergleichszwecken ein analytisches Element aus einem transparenten Polyäthylenterephthalat-Schichtträger hergestellt. Auf den Schichtträger wurde zunächst eine Reagenzschicht aufgetragen, die nach dem Auftrocknen der Schicht jeweils pro m Schichtträgerfläche enthielt:

Gelatine 21,5 g/m 1-Naphtholsulfonsäure, Natriumsalz 1,08 g/m

4-Aminoantipyrin 0,54 g/m

GIyzein 2,15 g/m²

Peroxidase 7000 Einheiten/m²

2 Glucoseoxidase 6900 Einheiten/m

oberflächenaktive Verbindung * 0,39 g/m

Auf die Reagenzschicht wurde dann eine Ausbreitschicht aufgetragen, die nach dem Auftrocknen folgende Zusammensetzung hatte:

Celluloseacetat (Blush-Polymer) 6,6 g/m² Titandioxid 46,0 g/m² Polyurethan-Elastomer (Handelsprodukt Estane 5715, Hersteller B.F. Goodrich Comp. ₇

USA) 1,38 g/m

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Auf einen ersten Abschnitt des hergestellten Elementes wurden 10μ1 einer 400 mg* Lösung von Glucose in Wasser aufgetüpfelt. Auf einen zweiten Abschnitt des Elementes wurden 10 μΐ einer 400 mg* Lösung von Glucose in einem handelsüblichen Serumersatz⁺⁺ aufgetüpfelt.

Verwendet wurde Surfactant 1OG, d.h. ein p-Isononylphenoxypolyglycidoläther mit 10 Glycidoleinheiten, Hersteller Olin Mathieson Company, USA.

Verwendet wurde das Handelprodukt Versatol, d.h. ein standardisierter Serumersatz, standardisiert für 14 Bestandteile in für Erwachsene durchschnittlichen Konzentrationen. Das Produkt ist im Handel in Form eines lyophilisierten Pulvers, Hersteller General Diagnostics, Division of Warner-Lambert Company, USA, erhältlich. Wird das Pulver nach den Anweisungen der Herstellerin in deionisiertem Wasser gelöst, so enthält es 81 mg* Glucose, 4,1 g* Albumin und 3,0 g* Gesamt-Globuline (A/G-Verhältnis - 1,4).

Die Reflexionsdichte des farbigen Farbstofftüpfeis, der in der Reagenzschicht des Elementes erzeugt wurde, wurde 8 Minuten lang überwacht, in welcher Zeit der Elementabschnitt auf einer Temperatur von 37°C gehalten wurde. Die Überwachung erfolgte mittels eines Densitometers bei einer Wellenlänge von 510 nm. Die Ausbreitschicht lieferte einen reflektierenden Hintergrund für die Densitometerbestimmungen. Nach einer Inkubationszeit von 8 Minuten wurden die Durchmesser der farbigen Tüpfel gemessen. Mindestens zwei weitere Sätze von Proben wurden in entsprechender Weise getüpfelt und analysiert, und zwar wurde sowohl wiederum die Reflexionsdichte als auch die Tüpfelgröße bestimmt. Es zeigte sich, daß in jedem Falle die Geschwindigkeit der Farbstoffbildung, bestimmt als D_R, im Falle der Elemente größer war, auf die keine Proteine enthaltende wäßrige Glucoselösung aufgetüpfelt wurde. Des weiteren zeigte sich, daß die Farbtüpfeldurchmesser der Elemente, auf die die wäßrige Glucoselösung aufgetüpfelt worden war, um ungefähr 20* größer waren als die Durchmesser der Farbtüpfel, die

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erzeugt wurden, wenn zum Tüpfeln der standardisierte Serumersatz verwendet wurde.

Figur 4 ist eine graphische Darstellung der Dichte innerhalb des angegebenen 8 Minuten Zeitraumes, erhalten bei Verwendung einer wäßrigen Glucoselösung und einer standardisierten Serumlösung wie in diesem Beispiel beschrieben.

Beispiel 2 Es wurden weitere Elemente des in Beispiel 1 beschriebenen Aufbaues

hergestellt, mit der Ausnahme jedoch, daß die Ausbreitschicht zu-

2 sätzlich 3,2 g/m (5,6i) einer nicht-ionogenen oberflächenaktiven Verbindung, nämlich Octylphenoxypolyäthoxyäthanol mit ungefähr 9 bis 10 Äthoxyeinheiten enthielt. Verwendet wurde ein handelsübliches Produkt, nämlich Triton X-100, Hersteller Rohm und Haas Company, USA.

Auf Abschnitte des hergestellten Elementes wurden die in Beispiel 1 beschriebenen Lösungen aufgetüpfelt, worauf die Elemente analysiert wurden. Es zeigte sich, daß der Unterschied in den Tüpfel-Dichten der Elemente, auf die eine wäßrige Glucoselösung aufpetüpfelt wurde, und der Elemente, auf die standardisierte Serumlösung aufgetüpfelt wurde, beträchtlich weniger voneinander abwichen als im Falle der in Beispiel 1 beschrüenen Elemente. Des weiteren zeigte sich, daß die Farbstoff-Tüpfel-Durchmesser zwischen den Tuffe In, die mit der Glucoselösung erzeugt wurden und den Tüpfeln, die mit der standardisierten Serumlösung erzeugt wurden, nur um etwa 8% voneinander abwichen.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in dem Diagramm der Figur 5 dargestellt.

Beispiel 3

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Es wurden weitere analytische Elemente wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme jedoch, daß die in Beispiel 2 verwendete oberflächenaktive Verbindung diesmal in einer Konzentration von 6,4 g/m (10,5t) in der Ausbreitschicht verwendet wurde. Die in diesem Falle erzeugten Dichten der Tüpfel waren vergleichbar mit den Tüpfel-Dichten, die im Falle des Beispieles 2 erhalten wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in dem Diagramm der Figur 6 graphisch dargestellt.

Die Durchmesser der Tüpfel, die mit einer wäßrigen Glucoselösung erzeugt wurden und der Tüpfel, die mit einer standardisierten Serumlösung erzielt wurden, wichen um nur etwa 9t voneinander ab.

Beispiel 4

Es wurde ein weiteres analytisches Element wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal die Ausbreitschicht die oberflächenaktive Verbindung in einer Schichtstärke von 12,88 g/m² (19,0t) enthielt. Die im vorliegenden Falle erzielten Tüpfel-Dichten waren einander etwas weniger ähnlich als die Tüpfel-Dichten, die im Falle der Beispiele 2 und 3 erhalten wurden. Die im Falle dieses Beispiels erzielten Ergebnisse sind in dem Diagramm der Figur 7 graphisch dargestellt. Die Farbtüpfel-Durchmesser der durch Auftüpfeln einer wäßrigen Glucoselösung und einer standardisierten Serumlösung erzielten Tüpfel wichen um etwa 12t voneinander ab. Durch einige Irregularitäten in den Tüpfelkanten wurde diese Bestimmung jedoch etwas erschwert.

Beispiele 5 bis 12

Vorteilhafte Ergebnisse wurden des weiteren unter Verwendung von Alkylphenoxypolyäthoxyäthanolen mit sowohl längeren als auch kürzeren Polyäthoxykettenlängen im Vergleich zu der in den Beispielen 1 bis 4 verwendeten Verbindung erzielt. Dies zeigen die folgenden Versuche. Zunächst wurden wätere Elemente nach folgenden Verfahren hergestellt:

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2717S17

Zu Vergleichszwecken (Beispiel 5) wurde ein transparenter PoIyäthylenterephthalatschichtträger mit einer Reagenzschicht beschichtet, die nach dem Auftrocknen folgende Zusammensetzung hatte:

Gelatine 21,52 g/m²

Oleyläther von Polyäthylenglykol 0,646 g/m²

oberflächenaktive Verbindung gemäß .

Beispiel 1 0,387 g/nr

Glucoseoxidase 6886 Einheiten/m

Peroxidase 6994 Einheiten/m Glyzerin 2,152 g/m²

7-Hydroxy-1-naphthol 0,656 g/m

4-Aminoantipyrin · HCl 0,635 g/m²

S.S-Dimethylcyclohexandion-i,3 0,215 g/m

Auf die Reagenzschicht wurde als Haft- oder Zwischenschicht eine Schicht aus 0,323 g/m Poly-M-isopropylacrylamid aufgetragen.

Auf diese Schicht wurde nunmehr eine Ausbreitschicht aufgetragen, die nach dem Auftrocknen bestand aus:

TiO₉ 55,73 g/m²

^L 2

Celluloseacetat (Blush-Polymer) 7,8 g/m

Polyurethan-Elastomer (Estane 5715) 2,29 g/m²

Oleyläther des Polyäthylenglykols 0,78 g/m²

Auf einen ersten Abschnitt des hergestellten Elementes wurden 10 μΐ einer 400 mgI Lösung von Glucose in Wasser aufgetüpfelt. Auf einen zweiten Abschnitt des Elementes wurden 10 μΐ einer 400 mgi Lösung von Glucose in der in Beispiel 1 beschriebenen standardisierten Serumlösung (Versatol) aufgetüpfelt. Ermittelt wurden Ausbreitzeit, Tüpfel-Bereichverhältnis und Tüpfel-Qualität. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

Es wurden dann des weiteren sechs weitere Sätze von Elementen (Beispiele 6 bis 12) hergestellt, wobei sich diese Elemente von dem Element des Beispieles 5 lediglich dadurch unterschieden, daß

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die Ausbreitschichten verschiedene nicht-ionogene oberflächenaktive Verbindungen enthielten. Bei den verwendeten oberflächenaktiven Verbindungen handelte es sich um Octylphenoxypolyäthoxyäthanole wie in den Beispielen 2 bis 4 beschrieben, mit der im folgenden angegebenen Anzahl von Äthoxyeinheiten:

Tabelle I Beispiel Menge, Gew.-% Polyoxyäthylenkettenlänge, η

6 4,U (2,87 g/_m2) 1

7 3

8 .... 7-8

9 .... 9-10

10 " " 12 - 13

11 " " 30

12 2,9% (2,01 g/m²) 40

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt. Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich, daß in jedem Falle im Vergleich zu dem Vergleichsversuch, Ausbreitzeit und Tüpfel-Bereichverhältnis verbessert wurden. (Die Ausbreitzeit ist um so besser um so geringer der angegebene Wert ist; das Tüpfel-Bereichverhältnis ist um so besser, um so näher es dem Werte 1,0 liegt.)

- 42 -

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	Ausbre wäßrige Lösung	3,9	itzeit Serum	- 42 -	Tüpfel-Qualität wäßrige Serum Lösung	2
	5(Ver- 7,2 gleich)	2,6	9,1	Tabelle II	1	1
Bei spiel	6	2,4	6,9	Tüpfel-Bereich- verhältnis Serum/wäßrige Lösung	2	1
	7	2,1	5,1	0,726	1	1
	8	2,2	4,6	0,795	2	Z
9	1,8	4,0	0,881	1	2
10	2,0	4,4	0,901	2	3
11		3,2	0,855	2	3
12		3,5	0,896	2 +
+ 0 =	nicht sichtbar	0,910
1 =	mäßig	0,881
2 =	gut
3 =	sehr gut
4 =
ausgezeichnet
Beispiel 13

Das in Beispiel 12 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei jedoch diesmal die oberflächenaktive Verbindung in Konzentrationen von 2,01 g/m² (2,9 Gew.-I), 2,85 g/m² (4 Gew.-l) und 3,4 g/m² (5 Gew.-S) verwendet wurde und die Glucose in einer Konzentration von 800 mgI.

Hs zeigte sich, daß im Falle des Elementes mit 4 Gew.-I oberflächenaktiver Verbindung die beste Tüpfel-Qualität erzielt wurde. Alle übrigen Ergebnisse stimmten im wesentlichen mit den Ergebnissen überein, die in Tabelle II für Beispiel 12 angegeben wurden.

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Beispiel 14

Das in Beispiel 12 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal ein Octylphenoxypolyäthoxyäthanol mit einer Polyoxyäthylenkettenlänge, n, von etwa 70 verwendet wurde. Es wurden entsprechende Ergebnisse wie in Beispiel 12 angegeben erhalten.

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Leerseite

Claims (7)

1. PATbNTANSPROC Π Ε

   Analytisches Clement für die analytische Untersuchung von proteinhaltigen wäßrigen Flüssigkeiten mit einer Reagenzschicht und einer isotropen porösen Ausbreitschicht aus einem nicht-fasrigen wasser-resistenten Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitschicht mindestens 1 Gew.-'o einer nicht-ionogenen oberflächenaktiven Verbindung enthält,
2. 2. Hlement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine nicht-ionogene Verbindung der folgenden Formel enthält;

   -0-(CH₂-CH₂-O yi worin bedeuten:

   R einen Alkylrest mit 1 bis 9 C-Atomen und η eine Zahl von 1 bis 70.
3. 3. lilement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es

   eine nicht-ionogene oberflächenaktive Verbindung der angegebenen Formel enthält, die 9 bis 40 Äthoxyeinheiten aufweist.
4. 4. lilement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen strahlur.gsdurchlässigen Schichtträger aufweist, auf dem die Ausbreitschicht und die Reagenzschicht aufgetragen sind und daß die Reagenzschicht zwischen Schichtträger und Ausbreitschicht angeordnet ist und wasser-quellbar ist.
5. 5. Clement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausbreitschicht und die Reagenzschicht in Flüssigkeitskontakt mit dem Schichtträger befinden und daß die Reagenzschicht eine geringere Permeabilität als die Ausbreitschicht aufweist.

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   ORIGINAL INSPECTED
6. 6. filement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß de Reagenzschicht eine hydrophile Kolloidmatrix aufweist, in der ein Stoff oder eine Verbindung verteilt ist, der bzw. die in Gegenwart einer zu bestimmenden Substanz, einer Vorläuferverbindung oder eines Reaktionsproduktes hiervon eine feststellbare Veränderung im Element herbeiführt.
7. 7. hlement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-fasrige, wasser-resistente Material der Ausbreitschicht aus einem "ßlush-Polymeren" oder einem mikrokristallinen kolloidalen natürlichen oder synthetischen Polymeren sowie gegebenenfalls einem Pigment besteht.

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