Датчики обезвоживания с заряженными полимерными сурфактантами, чувствительными к ионам

Изобретение относится к поглощающему изделию, выполненному с возможностью определения ионной силы мочи. Изделие включает непроницаемый для жидкости слой; проницаемый для жидкости слой; поглощающий внутренний слой, расположенный между непроницаемым для жидкости слоем и проницаемым для жидкости слоем; устройство с латеральным потоком, интегрированное в изделие и расположенное таким образом, что оно находится в жидкостном соединении с потоком мочи, выделяемой пользователем изделия. Устройство включает: буферную зону, которая содержит полиэлектролит и зону обнаружения или индикаторную зону, где зона обнаружения содержит недиффузионно иммобилизованные: буферный компонент, включающий слабую полимерную кислоту и слабое полимерное основание с pKa ≤ 10-3, и 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, где заряженный полимерный сурфактант растворим в количествах, превышающих или равных приблизительно 1 масс. % (≥ 1 масс. % растворенного вещества) в воде и водных растворах, имеющих низкую концентрацию ионов, составляющую ≤ 0,1 масс. % солей, но нерастворим (< 1 масс. % растворенного вещества) в водном растворе с высокой концентрацией ионов, составляющей > 0,1 масс. % солей. 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

 

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 только зону обнаружения, датчик обезвоживания на основе тест-полоски согласно изобретению может иметь конфигурацию, которая включает и зону обнаружения, и зону обратной связи. Преимущество размещения этих зон вместе на одной основе состоит в том, что пользователь может понять, правильно ли функционирует устройство и правильно ли проявился сигнал на устройстве, а также достаточное ли количество образца мочи было введено в устройство. Находящийся в зоне обнаружения pH-индикатор проявляется либо в виде разных цветов, либо интенсивностей цвета или оттенков в зависимости от ионной силы образца анализируемого вещества. Индикатор, находящийся в зоне обратной связи, изменяет цвет после контакта образца с датчиком независимо от ионной силы образца. Это осуществимо в результате простой долговременной иммобилизации чувствительного к ионам заряженного полимерного сурфактанта.

Например, при изготовлении датчика буферный раствор частично нейтрализованных слабых кислот или оснований может быть нанесен на пористую основу, после чего пористую основу сушат. Затем на пористую основу наносят иммобилизуемый раствор, который содержит чувствительные к ионам заряженные полимерные сурфактанты, и основу сушат. Затем на первый заданный участок пористой основы наносят раствор pH-индикатора, содержащий заряженные pH-индикаторы для зоны обнаружения, а другой раствор заряженного индикатора наносят на второй заданный участок пористой основы, образующий зону обратной связи. Два заданных участка разделены, отличаются друг от друга и/или удалены друг от друга. Основу оставляют сушиться, после чего из нее получают готовые датчики.

Раздел II - Мониторинг степени обезвоживания в формате латерального потока

Принцип работы традиционных устройств анализа мочи, например, тест-полосок или индикаторных полосок, включает погружение тест-полоски в образец мочи, быстрое его извлечение и последующее наблюдение полученного цвета, который можно сравнивать с цветовой шкалой. Обычно такие индикаторные полоски имеют короткий временной интервал считывания показаний, обычно приблизительно 2 или менее минуты, и не имеют механизма обратной связи с пользователем. В отличие от уже известных форматов с латеральным потоком для определения степени насыщения водой, устройство для определения и мониторинга степени насыщения водой, описанное в патентной заявке US 11/956428, имеет гораздо больший временной интервал считывания показаний, составляющий по меньшей мере приблизительно 2 часа, обычно приблизительно 4-6 часов или более, стабильный цветовой сигнал и зону обратной связи с пользователем, в которой обозначен объем образца и контакт образца с зоной проведения испытания. Большой временной интервал считывания показаний, долговременная стабильность цветового сигнала и механизм обратной связи с пользователем представляют собой важные элементы для формата анализаторов, поступающих в безрецептурные отделы продаж (англ. over-the-counter, сокращено ОТС), в частности, для анализаторов, находящихся в изделиях личной гигиены, где практика постоянного мониторинга не может быть соблюдена.

Ни одна из доступных в настоящее время технологий определения обезвоживания не может быть применена для создания подходящих поглощающих изделий, которые могли бы быть использованы потребителем. Уже известные датчики обезвоживания с латеральным потоком могут быть введены в поглощающие изделия, где они могут обеспечивать стабильный сигнал и механизм обратной связи. Несмотря на относительно небольшие затраты, необходимые для изготовления датчиков этого типа (стоимость одного устройства менее приблизительно 5 центов), и удобство их введения в поглощающее изделие, например, в виде вставки, вводимой при необходимости, их стоимость все еще остается достаточно высокой, чтобы широко использовать их во всех видах поглощающих изделий, используемых потребителем для личной гигиены. Для снижения стоимости датчика необходимо создать датчик обезвоживания, отличающийся большей простотой и экономичностью изготовления. Такой датчик может быть создан с помощью новых методик иммобилизации и смачивания.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному устройству с латеральным потоком и форматом для мониторинга удельной массы мочи. Настоящее изобретение не только учитывает принципы, лежащие в основе работы датчиков согласно предшествующему уровню техники, предназначенных для определения степени насыщения водой, например, описанных в публикации US 2009/0157024, содержание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки, но и является значительным усовершенствованием.

Величина удельной массы мочи (USG) может быть использована для определения наличия или степени обезвоживания человеческого организма. Поскольку величина удельной массы мочи связана с величиной ионной силы мочи, для оценки удельной массы может быть использовано значение ионной силы мочи, которое измеряют с помощью устройств, применяемых для обнаружения обезвоживания или определения степени обезвоживания.

В этом отношении настоящее изобретение в целом относится к устройству с латеральным потоком для определения ионной силы мочи. Устройство может включать буферную зону, в которой находится полиэлектролит, и индикаторную зону, в которой недиффузионно иммобилизован pH-индикатор.

Недиффузионная иммобилизация pH-индикатора может значительно увеличить период времени, в течение которого показание ионной силы остается стабильным. Кроме того, физическое разделение определенных реагентов может снизить воздействие потерь образца или диффузии, протекающей с течением времени, на колебания pH в окружении pH-индикатора.

В некоторых примерах осуществления материал покрытия может закрывать по меньшей мере часть буферной зоны и часть индикаторной зоны, предотвращая воздействие на закрытые части внешней среды. Материал покрытия может сводить к минимуму испарение образца и также может ограничивать воздействие реагентов на пользователей измерительного устройства. Дополнительно, в некоторых примерах осуществления также может присутствовать зона контроля, указывающая пользователям на то, что анализ был выполнен правильно.

Рассмотренные в настоящем описании устройства обеспечивают простой, удобный для пользователя, экономичный подход, позволяющий быстро измерять уровень насыщения организма водой посредством анализа мочи. Кроме того, для определения USG устройства, рассмотренные в настоящем описании, могут быть введены в поглощающие изделия, например, памперсы и прокладки для страдающих недержанием.

Обращаясь к Фиг.1, более подробно рассмотрим один из примеров осуществления устройства 20 с латеральным потоком, которое может быть получено согласно настоящему изобретению. Как показано, устройство 20 содержит хроматографическую среду 23, необязательно поддерживаемую жестким носителем 21. В общем, хроматографическая среда 23 может быть получена из множества различных материалов, которые могут пропускать мочу. Например, хроматографическая среда 23 может представлять собой пористую мембрану, полученную из синтетических или натуральных материалов, например, полисахаридов (например, из целлюлозных материалов, например, бумаги и производных целлюлозы, например, ацетата целлюлозы и нитроцеллюлозы); простого полиэфирсульфона; полиэтилена; нейлона; поливинилиденфторида (ПВДФ); сложного полиэфира; полипропилена; оксида кремния; неорганических материалов, например, деактивированного оксида алюминия, диатомитовой земли, MgSO₄ или других неорганических тонко измельченных материалов, равномерно распределенных по пористой полимерной матрице, включающей такие полимеры, как винилхлорид, сополимер винилхлорида и пропилена, и сополимер винилхлорида и винилацетата; ткань, как натуральную (например, хлопковую), так и синтетическую (например, из нейлона или вискозы); пористые гели, например, силикагель, агарозу, декстран и желатин; полимерные пленки, например, полиакриламид; и т.д. В одном из конкретных примеров осуществления хроматографическая среда 23 получена из мембраны Biodyne.RTM. Plus, изготовляемой Pall Corporation.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что размер и форма хроматографической среды 23 могут в общем случае варьироваться. Например, длина полоски из пористой мембраны может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 100 миллиметров, в некоторых примерах осуществления от приблизительно 20 до приблизительно 80 миллиметров, и в некоторых примерах осуществления от приблизительно 40 до приблизительно 60 миллиметров. Ширина полоски мембраны также может составлять от приблизительно 0,5 до приблизительно 20 миллиметров, в некоторых примерах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 15 миллиметров, и в некоторых примерах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 10 миллиметров. Толщина полоски мембраны может составлять менее приблизительно 500 микрометров, в некоторых примерах осуществления менее приблизительно 250 микрометров, и в некоторых примерах осуществления менее приблизительно 150 микрометров.

Как указано выше, на носителе 21 находится хроматографическая среда 23. Например, носитель 21 может примыкать к хроматографической среде 23, как показано на Фиг.1, или между хроматографической средой 23 и носителем 21 может быть расположен один или более промежуточных слоев. В целом, носитель 21 может быть получен из любого материала, на который может быть нанесена хроматографическая среда 23. В общем случае также предпочтительно, чтобы носитель 21 был непроницаем для жидкости, и чтобы жидкость, текущая через среду 23, не просачивалась через носитель 21. Неограничивающие примеры материалов, подходящих для носителя включают: стекло; полимерные материалы, например, полистирол, полипропилен, сложный полиэфир (например, пленку Mylar. RTM.), полибутадиен, поливинилхлорид, полиамид, поликарбонат, эпоксиды, метакрилаты и полимеламин; и т.д. Для создания структурной прочности, достаточной для удержания хроматографической среды 23, обычно выбирают определенную минимальную толщину носителя 21. Так, например, толщина носителя 21 может составлять от приблизительно 100 до приблизительно 5000 микрометров, в некоторых примерах осуществления от приблизительно 150 до приблизительно 2000 микрометров, и в некоторых примерах осуществления от приблизительно 250 до приблизительно 1000 микрометров. Например, одна из подходящих мембранных полос толщиной приблизительно 125 микрометров может быть поставлена Millipore Corp., Bedford, Mass., под наименованием "SHF180UB25".

Как хорошо известно в данной области техники, хроматографическая среда 23 может быть нанесена на носитель 21, и из полученного многослойного материала с помощью высекательного штампа могут быть нарезаны куски требуемого размера и формы. В альтернативном варианте хроматографическая среда 23 может быть просто нанесена на носитель 21 ламинированием с помощью, например, клеящего вещества. В некоторых примерах осуществления на пленку Mylar. RTM. наклеивают пористую мембрану из нитроцеллюлозы или нейлона. Клеящее вещество, применяемое для фиксирования пористой мембраны на пленке Mylar. RTM. может представлять собой, например, чувствительный к давлению клей. Многослойные структуры такого типа коммерчески доступны, и их поставляет Millipore Corp., Bedford, Mass. Другие примеры подходящих устройств на основе многослойных структур описаны в патенте US 5075077, Durley, III, et al., содержание которого полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

Для инициирования процесса измерения ионной силы мочи, пользователь может непосредственно нанести испытуемый образец на участок хроматографической среды 23, через который она затем может протекать в направлении, указанном стрелкой "L" на Фиг.1. В альтернативном варианте испытуемый образец сначала может быть нанесен на зону 24 нанесения образца, которая находится в жидкостном соединении с хроматографической средой 23. Как показано на Фиг.1, зона 24 нанесения образца может быть сформирована на среде 23. В альтернативном варианте зона 24 нанесения образца может быть сформирована из отдельного материала, например, в виде пластинки. Неограничивающие примеры некоторых подходящих материалов, которые могут быть использованы для получения таких пластинок для нанесения образца, включают нитроцеллюлозу, целлюлозу, кусочки пористого полиэтилена и фильтровальную бумагу из стекловолокна. При необходимости зона 24 нанесения образца также может содержать один или более реагентов для предварительной обработки, которые могут быть закреплены на этой зоне как диффузионным, так и недиффузионным образом.

В показанном примере осуществления испытуемый образец перемещается из зоны 24 нанесения образца в буферную зону 22, которая находится в соединении с зоной 24 нанесения образца. Как показано на Фиг.1, буферная зона 22 может быть сформирована на среде 23. В альтернативном варианте буферная зона 22 может быть сформирована в виде отдельного материала или пластинки. Такой буферный элемент может быть получен из любого материала, через который может проходить испытуемый образец, например, стекловолокна или других подобных материалов, уже описанных в настоящем описании. Также следует понимать, что зона 24 нанесения образца может представлять собой ограниченную часть буферной зоны 22.

Для улучшения измерения ионной силы мочи описанным выше образом, в буферную зону 22 помещают полиэлектролит с определенным pH. В некоторых примерах осуществления полиэлектролит может быть диффузионно иммобилизован в буферной зоне 22 устройства 20 перед нанесением испытуемого образца. Полиэлектролит может быть нанесен ниже по потоку относительно зоны 24 нанесения образца. В этом случае при нанесении образец мочи может смешиваться с полиэлектролитом. В альтернативном варианте полиэлектролит может быть нанесен выше по потоку относительно зоны 24 нанесения образца. Например, для инициирования смешивания между полиэлектролитом и испытуемым образцом может быть применен разбавитель. В этом случае при нанесении образец мочи также может смешиваться с полиэлектролитом.

Как описано выше, присутствующие в моче ионы вступают в ионный обмен с полиэлектролитом, что приводит к возрастанию или снижению количества ионов водорода в моче. Для этого подходящий полиэлектролит может включать полимерную кислоту или полимерное основание, в частности, слабые полимерные кислоты и слабые полимерные основания. Значения кажущихся констант ассоциации/диссоциации слабых полимерных кислот или оснований изменяются при изменении ионной силы окружающей среды. Например, при повышении концентрации катиона константа диссоциации слабой кислоты на основе карбоновой кислоты повышается, что приводит к высвобождению большего количества протонов и повышению кислотности раствора.

Выбор компонентов буфера может быть важным для измерения чувствительности и порога изменения цвета устройства. В некоторых примерах осуществления буферная система предпочтительно представляет собой частично нейтрализованные слабые полимерные кислоты или нейтрализованные слабые полимерные основания. В этом отношении следует упомянуть, что кажущиеся константы ассоциации или константы диссоциации используемых кислот или оснований должны быть достаточно чувствительны к ионной силе. Для осуществления настоящего изобретения подходит множество слабых полимерных кислот и оснований. Например, подходящие слабые полимерные кислоты могут включать полиакриловую кислоту, полималеиновую кислоту, сополимер малеиновой кислоты и простого винилметилового эфира, полиметакриловую кислоту, сополимер стирола и малеиновой кислоты и сополимер малеинового ангидрида и простого винилметилового эфира. Подходящие слабые полимерные основания могут включать поливиниламин и поли-4-винилпиридин. Тем не менее, следует понимать, что настоящее изобретение может включать применение любого подходящего полиэлектролита.

В некоторых примерах осуществления для получения эффективного чувствительного буфера полимерные кислоты или основания могут быть нейтрализованы по меньшей мере на 50%. Обычно исходное значение pH буфера может быть установлено в определенном диапазоне, так что пороги изменения цвета, характеризующие удельную массу, можно до некоторой степени отрегулировать.

Например, если повышено исходное значение pH буфера и если применяют частично нейтрализованную слабую полимерную кислоту, то порог обнаружения USG также несколько повышен. Тем не менее, регулирование может быть ограниченно значением внутренней (собственной) константы ассоциации/ диссоциации применяемых кислот или оснований. Порог перехода цвета также может быть отрегулирован с использованием различных компонентов буфера. Например, при одинаковом исходном pH, составляющем 7.95, значительное изменение цвета для сополимера винилхлорида, винилацетата и малеиновой кислоты происходит приблизительно при 1,020 USG, в то время как пороговая точка перехода для полиакриловой кислоты составляет приблизительно 1,010.

Вновь обращаясь к Фиг.1 можно отметить, что устройство 20 с латеральным потоком включает индикаторную зону 31, в которой недиффузионно иммобилизован pH-индикатор. Индикаторная зона 31 отделена от буферной зоны 22, но расположена рядом с ней и находится в жидкостном соединении с буферной зоной 22. В альтернативном варианте индикаторная зона 31 может быть получена из отдельного материала, например, в виде пластинки. Неограничивающие примеры некоторых подходящих материалов, которые могут быть использованы для получения таких пластинок для нанесения образца, включают нитроцеллюлозу, целлюлозу, кусочки пористого полиэтилена и фильтровальную бумагу из стекловолокна. При этом индикаторная зона 31 расположена рядом с буферной зоной 22 и находится в жидкостном соединении с буферной зоной 22.

pH-Индикатор может быть нанесен непосредственно на среду 23, или перед нанесением pH-индикатор сначала может быть введен в раствор. Для получения раствора могут быть использованы различные растворители, неограничивающие примеры которых включают ацетонитрил, диметилсульфоксид (ДМСО), этиловый спирт, диметилформамид (ДМФА) и другие полярные органические растворители. Количество pH-индикатора в растворе может составлять от приблизительно 0,001 до приблизительно 100 миллиграммов на миллилитр растворителя, и в некоторых примерах осуществления от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 миллиграммов на миллилитр растворителя. В одном из конкретных примеров осуществления индикаторная зона 31 ограничивается хроматографической средой 23 и получена нанесением на среду 23 с помощью хорошо известных методик нанесения из раствора и последующей сушки. Для достижения требуемой чувствительности обнаружения можно селективно регулировать концентрацию pH-индикатора.

Предпочтительно, чтобы после нанесения pH-индикатора он по существу не диффундировал через матрицу хроматографической среды 23 (т.е. был недиффузионно иммобилизован). Это позволяет пользователю легко обнаруживать изменение цвета, происходящее при реакции pH-индикатора с мочой, а также предотвращает вымывание pH-индикатора из индикаторной зоны 31. Иммобилизация может быть произведена различными способами, например, посредством образования химической связи, физической абсорбцией или применением носителя, например, полимера или частицы. В одном из предпочтительных примеров осуществления противоположно заряженный индикатор может быть эффективно иммобилизован на пористом материале с высоким зарядом. Подходящие для этого заряженные пористые основы могут включать нейлоновые мембраны, например, Biodyne.RTM. Plus, поставляемые Pall Corporation. Также было обнаружено, что подходящими заряженными материалами для иммобилизации отрицательно заряженных индикаторов могут быть пористые нетканые материалы, например, бумага санитарно-гигиенического назначения, обработанная Kymene. RTM.

В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения на хроматографической среде устройства с латеральным потоком формируют сшитую сетчатую структуру, содержащую pH-индикатор. Не ограничиваясь какой-либо теорией можно предположить, что сшитая сетчатая структура позволяет осуществлять долговременное закрепление pH-индикатора, что облегчает пользователю обнаружение изменения цвета при использовании устройства. Сшитая сетчатая структура может содержать "внутренние поперечные связи" (т.е. ковалентные связи между функциональными группами одной и той же молекулы) и/или "межмолекулярные поперечные связи" (т.е. ковалентные связи между разными молекулами, например, между двумя молекулами pH-индикатора или между молекулой pH-индикатора и поверхностью основы). Образование поперечных связей может быть произведено посредством образования поперечных связей между молекулами самого индикатора и/или посредством введения специального сшивающего агента. Подходящие сшивающие агенты, например, могут включать простые полиглицидиловые эфиры, например, простой диглицидиловый эфир этиленгликоля и простой диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля; акриламиды; соединения, содержащие одну или более гидролизуемые группы, например, алкоксигруппы (например, метокси, этокси и пропокси); алкоксиалкоксигруппы (например, метоксиэтокси, этоксиэтокси и метоксипропокси); ацилоксигруппы (например, ацетокси и октаноилокси); группы кетоксимов (например, диметилкетоксим, метилкетоксим и метилэтилкетоксим); алкенилоксигруппы (например, винилокси, изопропенилокси и 1-этил-2-метилвинилокси); аминогруппы (например, диметиламино, диэтиламино и бутиламино); аминоксигруппы (например, диметиламинокси и диэтиламинокси); и амидогруппы (например, N-метилацетамид и N-этилацетамид).

Согласно настоящему изобретению может быть использовано множество различных механизмов образования поперечных связей, например, термическое инициирование (например, реакции конденсации, реакции присоединения и т.д.), электромагнитное излучение и т.д. Неограничивающие примеры некоторых подходящих видов электромагнитного излучения, которые могут быть применены согласно настоящему изобретению, включают облучение пучком электронов, облучение излучением природных и искусственных радиоизотопов (например, альфа-, бета- и гамма-излучение), облучение рентгеновским излучением, облучение пучком нейтронов, облучение пучком положительно заряженных частиц, облучение лазерным излучением, ультрафиолетовым излучением и т.д. Например, облучение пучком электронов включает генерацию потока ускоренных электронов с помощью электронно-лучевого устройства. Электронно-лучевые устройства хорошо известны в данной области техники. Например, в одном из примеров осуществления может быть использовано электронно-лучевое устройство, которое поставляет Energy Sciences, Inc., Woburn, Mass., под наименованием "Microbeam LV." Другие примеры подходящих электроннолучевых устройств описаны в патентах US 5003178, Livesay; US 5962995, Avnery и US 6407492, Avnery et al., содержание которых полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей. Длина волны λ (лямбда) излучения может быть различной в зависимости от спектра электромагнитного излучения, например, от приблизительно 10^-14 метров до приблизительно 10^-5 метров. Например, длина волны А электронного излучения составляет от приблизительно 10^-13 метров до приблизительно 10^-9 метров. Для регулирования плотности поперечных связей наряду с выбором длины волны λ электромагнитного излучения могут быть выбраны и другие параметры излучения. Например, доза излучения может составлять от приблизительно 0,1 Мегарад (Мрад) до приблизительно 10 Мрад, и в некоторых примерах осуществления от приблизительно 1 Мрад до приблизительно 5 Мрад (1 рад составляет 10^-2 Грей).

Источник электромагнитного излучения может представлять собой любой источник излучения, известный специалистам в данной области техники. Например, может быть применена эксимерная лампа или ртутная лампа с D-колбой. Возможно применение других ламп со специализированными добавками, которые излучают волны в достаточно узком диапазоне излучения, совместно с фотоинициаторами, имеющими эквивалентный максимум поглощения. Например, другой подходящей для применения лампой является лампа с V-колбой, поставляемая Fusion Systems. Кроме того, для совместного применения с одним или более определенными фотоинициаторами могут быть изготовлены специализированные лампы с определенным диапазоном излучения.

В некоторых примерах осуществления могут быть применены инициаторы, усиливающие функциональность выбранной методики образования поперечных связей.

Например, в некоторых примерах осуществления могут быть применены термические инициаторы, такие как азо-инициаторы, пероксидные, персульфатные и окислительно-восстановительные инициаторы. Репрезентативные примеры подходящих термических инициаторов включают азо-инициаторы, например, 2,2'-азобис(2,4-диметилвалеронитрил), 2,2'-азобис(изобутиронитрил), 2,2'-азобис-2-метилбутиронитрил, 1,1'-азобис(1-циклогексанкарбонитрил), 2,2'-азобис(метилизобутират), 2,2'-азобис(2-амидинопропан)дигидрохлорид и 2,2'-азобис(4-метокси-2,4-диметилвалеронитрил); пероксидные инициаторы, например, бензоилпероксид, ацетилпероксид, лауроилпероксид, деканоилпероксид, дицетилпероксидикарбонат, ди(4-tтрет-бутилциклогексил)пероксидикарбонат, ди(2-этилгексил)пероксидикарбонат, трет-бутилпероксипивалят, трет-бутилперокси-2-этилгексаноат и дикумилпероксид; персульфатные инициаторы, например, персульфат калия, персульфат натрия и персульфат аммония; окислительно-восстановительные инициаторы, например, комбинации перечисленных выше персульфатных инициаторов и восстановителей, например, метабисульфита натрия и бисульфита натрия, систем на основе органических пероксидов и третичных аминов и систем на основе органических гидропероксидов и переходных металлов; другие инициаторы, например, пинаколы; и подобные им соединения (и их смеси). В общем случае предпочтительными являются азо-соединения и пероксиды. Также могут быть применены фотоинициаторы, например, замещенные ацетофеноны, например, бензилдиметилкеталь и 1-гидроксициклогексил-фенилкетон; замещенные альфа-кетолы, например, 2-метил-2-гидроксипропиофенон; простые бензоиновые эфиры, например, простой метилбензоиновый эфир и простой изопропилбензоиновый эфир; замещенные простые бензоиновые эфиры, например, простой метиланизионовый эфир; ароматические сульфонилхлориды; фотоактивные оксимы; и т.д. (и их смеси). Другие подходящие фотоинициаторы описаны в патентах US 6486227, Nohr et al. и US 6780896, MacDonald et al., содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.

Необязательно, для усиления фиксации pH-индикатора в сшитой сетчатой структуре также могут быть применены дополнительные компоненты. Например, могут быть применены соединения, усиливающие сцепление, которые связывают pH-индикатор с поверхностью хроматографической среды и дополнительно повышают долговечность pH-индикатора в устройстве с латеральным потоком. Обычно молекулы соединения, усиливающего сцепление, крупнее молекул pH-индикатора, что повышает вероятность их удержания на поверхности хроматографической среды во время использования. Например, соединение, усиливающее сцепление, может включать макромолекулярное соединение, например, полимер, олигомер, дендример, частицу и т.д. Полимерные соединения, усиливающие сцепление, могут быть натуральными, синтетическими или их комбинацией. Примеры натуральных полимерных соединений, усиливающих сцепление, включают, например, полипептиды, белки, ДНК/РНК и полисахариды (например, полимеры на основе глюкозы). Примеры синтетических полимерных соединений, усиливающих сцепление, включают, например, полиакриловую кислоту и поливиниловые спирты. Один из конкретных примеров полисахаридного соединения, усиливающего сцепление, представляет собой активированный декстран. В некоторых примерах осуществления соединение, усиливающее сцепление, может представлять собой частицу (иногда называемую "гранулой" или "микрогранулой"). Могут быть применены встречающиеся в природе частицы, например, ядра, микоплазма, плазмиды, пластиды, клетки млекопитающих (например, "тени" эритроцитов), неклеточные микроорганизмы (например, бактерии), полисахариды (например, агароза) и т.д. Дополнительно, также могут быть использованы синтетические частицы. Например, в одном из примеров осуществления применяют микрочастицы латекса. Несмотря на то, что могут быть применены любые синтетические частицы, частицы обычно получают из полистирола, бутадиенстиролов, стирол-акрил-винильного тройного полимера, полиметилметакрилата, полиэтилметакрилата, сополимера стирола и малеинового ангидрида, поливинилацетата, поливинилпиридина, полидивинилбензола, полибутилентерефталата, акрилонитрила, винилхлоридакрилатов и т.д. или их альдегидных, карбоксильных, амино-, гидроксильных или гидразидных производных. Если такие частицы применяют, то их форма в общем случае может быть различной. Например, в одном из конкретных примеров осуществления частицы имеют сферическую форму. Тем не менее, следует понимать, что изобретение также включает использование частиц других форм, например, пластинок, палочек, дисков, стержней, трубок, неправильных форм и т.д. Кроме того, размер частиц также может быть различным. Например, средний размер (например, диаметр) частиц может составлять от приблизительно 0,1 нанометров до приблизительно 1000 микрон, в некоторых примерах осуществления от приблизительно 0,1 нанометров до приблизительно 100 микрон, и в некоторых примерах осуществления от приблизительно 1 нанометра до приблизительно 10 микрон.

Способ образования соединения между pH-индикатором и хроматографической средой с помощью соединения, усиливающего сцепление, может быть различным. Например, в одном из примеров осуществления соединение, усиливающее сцепление, присоединяют к pH-индикатору до нанесения их обоих на хроматографическую среду. В других примерах осуществления соединение, усиливающее сцепление, может быть связано с хроматографической средой до нанесения pH-индикатора. В других примерах осуществления материалы могут быть нанесены на хроматографическую среду как отдельные компоненты, и реакции присоединения могут протекать in situ, необязательно одновременно с образованием поперечных связей сетчатой структуры. Например, pH-индикатор может связываться с соединением, усиливающим сцепление, соединение, усиливающее сцепление, может связываться со средой, и одновременно, между соединениями, усиливающими сцепление, между индикаторами или между и теми, и другими, могут протекать реакции образования поперечных связей. В одном из таких примеров осуществления полученная таким образом поперечно сшитая сетчатая структура может удерживаться за счет физического сцепления на пористой мембране хроматографической среды, что устраняет необходимость образования связей между пористой мембраной и другими компонентами системы. В частности, сшитая сетчатая структура, участки которой могут быть распределены внутри пор и между порами пористой мембраны, может быть закреплена за счет физического сцепления с мембраной даже без образования определенных связей между мембраной и компонентами сшитой сетчатой структуры.

В случае образования связей между компонентами системы присоединение соединения, усиливающего сцепление, к хроматографической среде, а также присоединение соединения, усиливающего сцепление, к индикатору может быть произведено за счет реакций карбоновых групп, аминогрупп, альдегидных, бромацетильных, йодацетильных, тиольных, эпоксидных или других реакционноспособных функциональных групп, а также остаточных свободных радикалов и радикал-катионов, реакции которых приводят к образованию связей и могут быть осуществлены с помощью любых подходящих способов, например, термических способов, фотоинициируемых способов, катализируемых реакций и подобных им взаимодействий. Например, для повышения функционализации поверхности аминогруппами и связывания соединения, усиливающего сцепление, с поверхностью по реакции, например, функциональных альдегидных групп соединения, усиливающего сцепление, хроматографическая среда может быть функционализирована аминогруппами посредством контакта с аминосодержащим соединением, например, 3-аминопропилтриэтоксисиланом. В соединение, усиливающее сцепление, которое имеет форму частицы, также может быть введена поверхностная реакционноспособная функциональная группа, например, если поверхность частицы содержит относительно высокую поверхностную концентрацию полярных групп. В некоторых случаях частица может непосредственно связываться с хроматографической средой и/или pH-индикатором без дополнительной модификации.

Следует понимать, что, кроме ковалентной связи, для прикрепления соединения, усиливающего сцепление, к хроматографической среде и/или прикрепления pH-индикатора к соединению, усиливающему сцепление, также могут быть применены другие методики прикрепления, например, взаимодействия типа заряд-заряд. Например, заряженное соединение, усиливающее сцепление, например, положительно заряженный полиэлектролит, усиливающий сцепление, может быть иммобилизован на отрицательно заряженной хроматографической среде, например, отрицательно заряженной пористой нитроцеллюлозной мембране, посредством заряд-зарядовых взаимодействий между ними. Аналогично, отрицательно заряженный индикатор, например, ион диазония, может быть иммобилизован на положительно заряженном соединении, усиливающем сцепление.

Важно подобрать pH-индикатор, чувствительный к незначительным изменениям pH буфера, вызываемым изменениями ионной силы мочи. Поскольку pH нормальной мочи приблизительно нейтрален, заметный переход цвета индикатора предпочтительно находится вблизи нейтрального значения pH, т.е. 7.

Например, в некоторых примерах осуществления фталеиновые хромогены составляют одну группу подходящих pH-чувствительных хромогенов, которые могут быть применены согласно настоящему изобретению. Например, переход фенолового красного (т.е. фенолсульфонфталеина) от желтого к красному происходит в диапазоне pH от 6.6 до 8.0. При pH, превышающих приблизительно 8.1, феноловый красный становится ярко розовым (фуксиновым). Производные фенолового красного также подходят для осуществления настоящего изобретения, например, производные, замещенные хлором, бромом, метилом, карбоксилатом натрия, функциональными группами карбоновых кислот, гидроксильными и аминогруппами. Примеры замещенных производных фенолового красного включают, например, метакрезоловый пурпурный (мета-крезолсульфонфталеин), крезоловый красный (орто-крезолсульфонфталеин), пирокатехиновый фиолетовый (пирокатехинсульфонфталеин), хлорфеноловый красный (3',3"-дихлорфенолсульфонфталеин), ксиленоловый синий (натриевая соль пара-ксиленолсульфонфталеина), ксиленоловый оранжевый, хромазурол ВЗ (C.I. 43820), 3,4,5,6-тетрабромфенолсульфонфталеин, бромоксиленоловый синий, бромфеноловый синий (3',3",5',5"-тетрабромфенолсульфонфталеин), бромхлорфеноловый синий (натриевая соль дибром-5',5"-дихлорфенолсульфонфталеина), бромкрезоловый пурпурный (5',5"-дибром-орто-крезолсульфонфталеин), бромкрезоловый зеленый (3\3",5',5"-тетрабром-орто-крезолсульфонфталеин) и т.д. Другие подходящие фталеиновые хромогены хорошо известны в данной области техники и могут включать бромтимоловый синий, тимоловый синий, бромкрезоловый пурпурный, тимолфталеин и фенолфталеин (обычный компонент универсальных индикаторов). Например, переход от желтого цвета к синему для бромтимолового синего находится в диапазоне pH от приблизительно 6.0 до 7.6; переход от бесцветного к синему для тимолфталеина находится в диапазоне pH от приблизительно 9.4 до 10.6; от бесцветного к розовому для фенолфталеина находится в диапазоне pH от приблизительно 8.2 до 10.0; первый переход от красного к желтому для тимолового синего находится в диапазоне pH от приблизительно 1.2 до 2.8, а второй переход от желтого к синему находится в диапазоне pH от 8.0 до 9.6; переход от желтого к фиолетовому для бромфенолового синего находится в диапазоне pH от приблизительно 3.0 до 4.6; переход от желтого к синему для бромкрезолового зеленого находится в диапазоне pH от приблизительно 3.8 до 5.4; и переход от желтого к фиолетовому для бромкрезолового пурпурного находится в диапазоне pH от приблизительно 5.2 до 6.8.

Устройство также может включать зону регулирования скорости потока, которая регулирует скорость течения образца между буферным участком и впитывающим участком. Зона регулирования скорости потока может регулировать период времени, в течение которого образец полностью контактирует с зоной обнаружения, находящейся в буферном участке, что позволяет в результате протекания аналитической реакции создать стабильный сигнал до развития и появления визуального сигнала в зоне регулирования/обратной связи, находящейся во впитывающем участке. В зоне обнаружения может быть использован pH-индикатор, изменяющий цвет в зависимости от разных значений pH. Зона наблюдения образца - обратной связи содержит недиффузионно иммобилизованный pH-индикатор и регулятор pH. При контакте с образцом мочи pH-индикатор меняет цвет. Зона регулирования скорости потока имеет дифференциал градиента пористости по сравнению с соседним буферным участком или впитывающим участком. Зона регулирования скорости потока может быть получена из различных материалов, например, из нитроцеллюлозной мембраны, пластинки из стекловолокна, нейлоновой мембраны, целлюлозной пластинки, фильтровальной бумаги, нетканого материала или полимерной пленки.

В некоторых примерах осуществления регулировка исходного цвета иммобилизованного индикатора может быть выполнена с помощью иммобилизации индикатора вместе с регулятором pH, который представляет собой либо кислоту, либо буфер, либо основание или некоторую их комбинацию. Исходный цвет необходим для создания максимально резкого цветового контраста. Например, если в качестве индикатора применяют бромтимоловый синий, в щелочных условиях индикаторная зона приобретает ярко-зеленый цвет, который легко отличим от желтого цвета, проявляющегося в слабокислой среде.

Для повышения точности обнаружения устройство 20 с латеральным потоком может включать еще одну зону - зону 32 контроля. В зоне 32 контроля формируется сигнал, указывающий пользователю на то, что испытание произведено корректно. Цветообразующий контрольный сигнал появляется в устройстве ниже по потоку относительно индикаторной зоны. В некоторых примерах осуществления контрольный индикатор иммобилизован в зоне контроля вместе с pH регулятором, в результате чего исходное значение pH находится вне пределов диапазона, типичного для pH образцов мочи. В некоторых примерах осуществления эти значения могут составлять <5,5 или >9.5. При исходном pH контрольный индикатор имеет исходный цвет. После прохождения образца мочи через индикаторную зону и его попадания в зону контроля, значение pH в зоне контроля изменяется, вызывая изменение цвета контрольного индикатора, означающее, что через индикаторную зону в зону контроля поступило достаточное количество образца и испытание произведено корректно.

Подходящие контрольные индикаторы, которые могут быть помещены в зону 32 контроля, включают pH-индикаторы, описанные выше. Дополнительно, другие подходящие pH регуляторы могут включать сульфоновые кислоты (например, 2-[N-морфолино]этансульфоновую кислоту ("MES")), карбоновые кислоты и полимерные кислоты. Конкретные примеры подходящих карбоновых кислот включают лимонную кислоту, гликолевую кислоту, молочную кислоту, уксусную кислоту, малеиновую кислоту, галловую (3,4,5-триоксибензойную) кислоту, яблочную кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, бензойную кислоту, малоновую кислоту, салициловую кислоту, глюконовую кислоту и их смеси. Конкретные примеры подходящих полимерных кислот включают неразветвленную полиакриловую кислоту и ее сополимеры (например, сополимеры малеиновой и акриловой, сульфоновой и акриловой кислот и стирола и акриловой кислоты), сшитые полиакриловые кислоты, молекулярные массы которых составляют менее приблизительно 250000, полиметакриловую кислоту и натуральные полимерные кислоты, например, каррагинановую кислоту, карбоксиметилцеллюлозу и альгиновую кислоту. В этом случае также наличие pH регулятора приводит к тому, что исходное значение pH находится за пределами типичного диапазона pH мочи (<5,5 или >9.5), что позволяет контрольному индикатору формировать сигнал.

Расположение зоны 32 контроля может быть различным в зависимости от типа проводимого анализа. Например, в показанном примере осуществления зона 32 контроля ограничена хроматографической средой 23 и расположена ниже по потоку относительно индикаторной зоны 31. В альтернативном варианте зона 32 контроля может быть получена из отдельного материала, например, в виде пластинки, как описано в настоящем описании при рассмотрении буферной зоны и зоны обнаружения или индикаторной зоны.

Независимо от выбора конкретной методики контроля, нанесение достаточного объема мочи на устройство 20 приводит к формированию сигнала в зоне 32 контроля независимо от величины USG. Одним из преимуществ зоны контроля является то, что без сложных измерений или расчетов пользователь знает, что в устройство поступил достаточный объем испытуемого образца. Это позволяет создавать устройство 20 с латеральным потоком, для которого не требуется внешний контроль продолжительности реакции, объема испытуемого образца и т.д.

В общем случае в индикаторной зоне 31 и зоне 32 контроля может находиться любое количество отдельных областей обнаружения для большего удобства определения ионной силы мочи пользователем. Каждая область может содержать одинаковые или различные материалы. Например, зоны могут включать две или более отдельных области (например, линии, точки и т.д.). Такие области могут быть выполнены в виде линий в направлении, по существу перпендикулярном течению испытуемого образца через устройство 20. Аналогично, в некоторых примерах осуществления области могут быть выполнены в виде линий в направлении, по существу параллельном течению испытуемого образца через устройство 20.

Кроме того, участки одной или более зон устройства, рассмотренного в настоящем описании, могут быть закрыты материалом 28 покрытия, который ограничивает воздействие внешней среды на эту зону (зоны). Например, образец мочи может испаряться, если его оставляют на воздухе или в другом окружении в течение слишком длительного времени. Полученная моча может быть более концентрированной, что может вызывать неточности в определении. Таким образом, автором изобретения была разработан способ для решения этой проблемы, включающий покрытие зоны (зон) с целью снижения воздействия внешней среды. Например, как показано на Фиг.1, в материале 28 покрытия, который закрывает зону (зоны), может находиться отверстие 30, через которое воздух может выходить из устройства при поступлении в устройство мочи, вытесняющей воздух. Как известно в данной области техники, для выпуска из устройства достаточного количества воздуха, отверстие 30 должно иметь достаточные размеры. В некоторых примерах осуществления в качестве материала покрытия может быть применена лента. Материал покрытия также может служить для скрепления деталей устройства. Дополнительно, материал покрытия может предотвращать утечку реагента из устройства или случайный контакт пользователя с реагентом.

В некоторых примерах осуществления устройство, получаемое согласно настоящему изобретению, может сохранять интенсивность сигнала в течение по меньшей мере приблизительно 2 часов, предпочтительно по меньшей мере в течение приблизительно 4 часов, более предпочтительно по меньшей мере в течение приблизительно 6 часов, еще более предпочтительно по меньшей мере в течение приблизительно 8 часов.

Ниже более подробно описан пример осуществления способа обнаружения ионной силы мочи с использованием устройства 20, изображенного на Фиг.1. Сначала испытуемый образец мочи наносят на зону 24 нанесения образца, откуда он перемещается в направлении "L" к буферной зоне 22. В буферной зоне 22 ионы, находящиеся в образце мочи, вступают в ионный обмен с полиэлектролитом, вызывая повышение или понижение концентрации ионов водорода в моче. По мере перемещения смеси через устройство 20, моча и ионы водорода перемещаются в индикаторную зону 31, в которой изменение концентрации ионов водорода регистрируется pH-индикатором. После этого цвет или интенсивность цвета индикаторной зоны 31 может быть обнаружена визуально или с помощью специальных инструментов. При необходимости, интенсивность цвета в индикаторной зоне 31 может быть измерена для проведения количественного или полуколичественного определения ионной силы мочи и, в свою очередь, величины USG.

Настоящим изобретением предоставлено относительно простое, компактное и недорогое устройство для точного определения USG. Результат испытания может быть оценен визуально, то есть быстро определен человеком, проводящим испытание, и при этом условия проведения испытания приводят к получению надежных и согласованных результатов.

Раздел III - Поглощающие изделия

Согласно настоящему изобретению, одно или более устройств, описанных в настоящем описании, также может быть введено в поглощающее изделие. Под "поглощающим изделием" обычно понимают любое изделие, которое может поглощать воду или другие жидкости. Неограничивающие примеры некоторых поглощающих изделий включают поглощающие изделия для личного пользования, например, подгузники (памперсы), тренировочные брюки, поглощающие нижние брюки, изделия для больных недержанием, изделия женской гигиены (например, гигиенические прокладки), купальные костюмы, гигиенические салфетки для младенцев и т.д.; медицинские поглощающие изделия, например, одежду, материалы для ограничения операционного поля, нижнее белье, наматрасники, перевязочные материалы, поглощающие простыни и медицинские салфетки; салфетки для подачи пищи; одежду; и т.д. Материалы и способы, подходящие для изготовления таких поглощающих изделий, хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, поглощающие изделия обычно включают по существу непроницаемый для жидкости слой (например, внешнюю оболочку), слой, проницаемый для жидкости (например, слой, прилегающий к телу, слой, расположенный со стороны потока жидкости, и т.д.) и поглощающий внутренний слой.

Ниже более подробно описаны различные примеры осуществления поглощающего изделия, которое может быть получено согласно настоящему изобретению. Показанное на Фиг.2 в целях иллюстрации изобретения поглощающее изделие представляет собой памперс 101. В показанном примере осуществления развернутый памперс 101 имеет форму песочных часов. Тем не менее, возможно применение других форм, например, в целом прямоугольной формы, Т-образной формы или 1-образной формы. Как показано, памперс 101 включает каркас, образованный различными компонентами, которые включают внешнюю оболочку 117, выстилающий слой 105, прилегающий к телу, поглощающий внутренний слой 103, и слой 107, расположенный со стороны потока жидкости. Тем не менее, следует понимать, что некоторые примеры осуществления настоящего изобретения также могут включать другие слои. Аналогично, в некоторых примерах осуществления настоящего изобретения один или более слой, показанный на Фиг.2, может отсутствовать.

Выстилающий слой 105, прилегающий к телу, обычно применяют для изоляции кожи пользователя от жидкостей, находящихся в поглощающем внутреннем слое 103. Например, выстилающий слой 105 имеет обращенную к телу поверхность, обычно мягкую и гладкую на ощупь, которая не раздражает кожу пользователя. Обычно выстилающий слой 105 также менее гидрофилен, чем поглощающий внутренний слой 103, то есть поверхность, обращенная к телу пользователя, остается относительно сухой. Как указано выше, выстилающий слой 105 может быть проницаемым для жидкости, то есть жидкость легко проходит через этот слой. Примеры выстилающих конструкций, которые содержат нетканое полотно, описаны в патентах US 5192606, Proxmire, et al.; US 5702377, Collier, IV, et al.; US 5931823, Stokes, et al.; US 6060638, Paul et al.; и US 6150002, Varona, а также в опубликованных патентных заявках US No. 2004/0102750, Jameson; 2005/0054255, Morman, et al.; и 2005/0059941, Baldwin, et al., содержания которых полностью включены в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

Памперс 101 также может включать слой 107, расположенный со стороны потока жидкости, который позволяет замедлять или распределять выбросы или потоки жидкости, которые могут быть быстро введены в поглощающий внутренний слой 103. Предпочтительно, слой 107, расположенный со стороны потока жидкости, быстро впитывает и кратковременно удерживает жидкость, а затем высвобождает ее в участки поглощающего внутреннего слоя 103, предназначенные для хранения или удержания. Например, в показанном примере осуществления, слой 107, расположенный со стороны потока жидкости, расположен между обращенной вовнутрь поверхностью 116 слоя 105, прилегающего к телу, и поглощающим внутренним слоем 103. В альтернативном варианте слой 107, расположенный со стороны потока жидкости, может находиться на обращенной наружу поверхности 118 слоя 105, прилегающего к телу. Слой 107, расположенный со стороны потока жидкости, обычно изготавливают из материалов, хорошо проницаемых для жидкостей. Примеры материалов, подходящих для слоев, расположенных со стороны потока жидкости, описаны в патентах US 5486166, Ellis et al. и US 5490846, Ellis et al., содержание которых полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

Внешнюю оболочку 117 обычно получают из материала, который по существу непроницаем для жидкостей. Например, внешняя оболочка 117 может быть получена из тонкой полимерной пленки или другого гибкого непроницаемого для жидкости материала. В одном из примеров осуществления внешняя оболочка 117 получена из полиэтиленовой пленки, толщина которой составляет от приблизительно 0,01 миллиметра до приблизительно 0,05 миллиметра. Пленка может быть непроницаема для жидкостей, но проницаема для газов и водяных паров (т.е. пленка "дышит"). Это позволяет парам выходить из поглощающего внутреннего слоя 103, но не дает жидкости просачиваться через внешнюю оболочку 117. Если необходимо получение изделия, более похожего по ощущениям на ткань, то внешняя оболочка 117 может быть изготовлена из полиолефиновой пленки, нанесенной на нетканое полотно ламинированием. Например, на полотно спанбонд из полипропиленового волокна термическим ламинированием может быть нанесена растянутая полипропиленовая пленка.

Как известно в данной области техники, кроме рассмотренных выше компонентов памперс 101 также может включать другие различные компоненты. Например, памперс 101 также может включать по существу гидрофильный оберточный материал из тонкого полотна (не показан), который позволяет сохранять целостность волокнистой структуры поглощающего внутреннего слоя 103. Оберточный материал из тонкого полотна обычно помещают вокруг поглощающего внутреннего слоя 103, поверх по меньшей мере двух его основных лицевых поверхностей; этот слой состоит из поглощающего целлюлозного материала, например, крепированной ваты или сильно впитывающего полотна. Оберточный материал из тонкого полотна может быть сформован таким образом, что он образовывает впитывающий слой, способствующий быстрому распределению жидкости по всей массе поглощающих волокон поглощающего внутреннего слоя 103. Оберточный материал, находящийся на одной из сторон поглощающей волокнистой массы, может быть соединен с оберточным материалом, расположенным на противоположной стороне волокнистой массы, заключая внутри поглощающий внутренний слой 103. Кроме того, памперс 101 также может включать вентиляционный слой (не показан), который расположен между поглощающим внутренним слоем 103 и внешней оболочкой 117. При наличии вентиляционного слоя он позволяет изолировать внешнюю оболочку 117 от поглощающего внутреннего слоя 103, снижая, таким образом, влажность внешней оболочки 117. Примеры таких вентиляционных слоев могут включать нетканое полотно, нанесенное ламинированием на воздухопроницаемую (дышащую) пленку, например, описанное в патенте US 6663611, Blaney et al., содержание которого полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

В некоторых примерах осуществления памперс 101 также может включать пару боковых панелей (или ушек) (не показаны), направленных от боковых краев 132 памперса 101 в одну из областей талии. Боковые панели могут составлять одно целое с выбранным компонентом памперса. Например, боковые панели могут составлять одно целое с внешней оболочкой 117 или представлять собой часть материала, применяемого для изготовления верхней поверхности. В альтернативных конфигурациях боковые панели могут быть снабжены элементами, присоединенными и объединенными с внешней оболочкой 117, верхней поверхностью, расположенными между внешней оболочкой 117 и верхней поверхностью или имеющими другие конфигурации. При необходимости боковые панели могут быть эластичными или им может быть придана эластичность посредством использования эластичного нетканого композиционного материала согласно настоящему изобретению. Примеры поглощающих изделий, которые включают эластичные боковые панели и язычки для крепления, имеющие выбранную конфигурацию, описаны в патентной заявке РСТ WO 95/16425, Roessler; патентах US 5399219, Roessler et al.; US 5540796, Fries; и US 5595618, Fries, содержание каждого из которых полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

Как показано в репрезентативном примере, представленном на Фиг.2, памперс 101 также мог включать пару удерживающих клапанов (крылышек) 112, конфигурация которых обеспечивает создание барьера, препятствующего растеканию выделений в боковых направлениях. Удерживающие клапаны 112 могут быть расположены вдоль противоположных боковых сторон 132 прилегающего к телу слоя 105, прилегающих к боковым краям поглощающего внутреннего слоя 103. Удерживающие клапаны 112 могут простираться вдоль всей длины поглощающего внутреннего слоя 103 или могут простираться только вдоль части всей длины поглощающего внутреннего слоя 103. Если удерживающие клапаны 112 короче, чем длина поглощающего внутреннего слоя 103, то они могут быть расположены на любом выбранном участке вдоль боковых сторон 132 памперса 101 в области 110 паха. В одном из примеров осуществления удерживающие клапаны 112 простираются вдоль всей длины поглощающего внутреннего слоя 103, обеспечивая лучшее удержание выделений из организма. В целом, конструкции таких удерживающих клапанов 112 хорошо известны специалистам в данной области техники. Например, подходящие конструкции и расположение удерживающих клапанов 112 описаны в патенте US 4704116, Enloe, содержание которого полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

Для улучшения посадки изделия и снижения вероятности просачивания выделений организма, памперсу 101 может быть придана эластичность с помощью подходящих эластичных элементов, дополнительно описанных ниже. Например, как показано в репрезентативном примере, представленном на Фиг.2, памперс 101 может включать ножные эластичные элементы 106, сконструированные с возможностью в рабочем состоянии присобирать боковые поля памперса 101, образуя эластичные полосы, плотно охватывающие ногу пользователя, препятствующие подтеканию, повышающие комфорт и улучшающие внешний вид изделия. Для придания эластичности краевым деталям памперса 101 и создания эластичной полосы на талии, также могут быть применены эластичные элементы 108 в области талии. Эластичные элементы 108 в области талии сконструированы так, что они обеспечивают эластичную, комфортабельную и плотную посадку изделия на талии пользователя.

Памперс 101 также может включать один или более элементов 130 для застегивания. Например, на Фиг.2 представлены два гибких элемента 130 для застегивания, расположенные на противоположных боковых краях области талии, которые образуют отверстие для талии и пару отверстий для ног пользователя. В общем случае форма элементов 130 для застегивания может быть разной и может обычно включать, например, прямоугольную форму, квадратную форму, круглую форму, треугольную форму, овальную форму, линейную форму и т.д. Элементы для застегивания могут включать, например, застежку типа "крючок и петля", кнопки, булавки, зажимы, застежки на клейких лентах, самофиксирующиеся застежки, застежки типа "лента и петля" (и т.д. В одном из конкретных примеров осуществления каждый элемент 130 для застегивания включает отдельный элемент крепежного материала на гибкой основе, прикрепленный к внутренней поверхности.

Различные области и/или компоненты памперса 101 могут быть собраны вместе с помощью любой известной методики скрепления, например, с помощью клеящего вещества, ультразвукового, термического скрепления и т.д. Подходящие клеящие вещества могут включать, например, термореактивные клеи, чувствительные к давлению клеи и т.д. При использовании клеящего вещества, оно может быть нанесено в виде равномерного слоя, слоя в виде диаграммы, напыления в виде диаграммы или любых отдельных линий, штрихов или точек. Например, в показанном примере осуществления внешняя оболочка 117 и слой 105, прилегающий к телу, соединены друг с другом и с поглощающим внутренним слоем 103 с помощью клеящего вещества. В альтернативном варианте поглощающий внутренний слой 103 может быть соединен с внешней оболочкой 117 с помощью традиционных элементов для застегивания, например, кнопок, застежек типа "крючок и петля", застежек на клейких лентах и т.д. Аналогично, другие компоненты памперса, например, эластичные элементы 106 в области ног, эластичные элементы 108 в области талии и элементы 130 для застегивания также могут быть закреплены на памперсе 101 с помощью любой методики крепления.

В общем, ориентации и конфигурации, в соответствии с которыми устройства согласно настоящему изобретению могут быть введены в поглощающие изделия, могут быть различными, при условии, что в устройство попадает моча, и устройство может генерировать сигнал, соответствующий величине USG, распознаваемый пользователем или лицом, осуществляющим уход за пользователем. Например, зона нанесения образца и зона контроля могут быть видимыми пользователю или лицу, осуществляющему уход, позволяя производить простое считывание точного и быстро появляющегося значения USG. Возможность наблюдения за слоем (слоями) может быть предоставлена разными способами. Например, в некоторых примерах осуществления поглощающее изделие может включать прозрачный или полупрозрачный участок 140 (например, окошко, пленку и т.д.), через который зона нанесения образца и/или зона контроля может быть легко различима без необходимости удаления поглощающего изделия с тела пользователя и/или без разборки поглощающего изделия. В других примерах осуществления зона нанесения образца и/или зона контроля может выступать из отверстия в поглощающем изделии и быть доступной для наблюдения. В других примерах осуществления зона нанесения образца и/или зона контроля может быть просто расположена на поверхности поглощающего изделия и быть доступной для наблюдения.

Независимо от конкретного способа интегрирования устройства, моча может непосредственно достигать участка зоны нанесения образца, проницаемого для жидкости материала покрытия или другого материала, окружающего измерительное устройство 120, или может достигать компонента поглощающего изделия, в который было введено измерительное устройство 120.

После протекания реакции в течение достаточного времени, для количественного или полуколичественного определения величины USG может быть измерена интенсивность цвета. Однако, несмотря на то, что может быть произведено количественное определение, для ранней диагностики и мониторинга состояния здоровья обычно применяют качественное определение. Таким образом, при обнаружении определенного значения USG, пользователь или лицо, осуществляющее уход, получают указание на необходимость проведения дополнительных количественных определений. Например, памперсы, включающие интегрированное измерительное устройство, могут быть периодически надеты на младенца или обездвиженного пациента для выполнения одного из разделов программы мониторинга состояния, касающегося USG. При получении достаточного высокого значения USG, могут быть проведены дополнительные количественные измерения для определения серьезности и стадии развития проблем, которые могут предоставить дополнительную информацию для лечения.

Раздел IV - Эмпирические примеры

Для дополнительной иллюстрации настоящего изобретения ниже приведены эмпирические примеры.

Пример 1

Целлюлозный материал был пропитан 20 мг/мл полиакриловой кислоты (ПАК) при pH 7.95 и высушен на воздухе. Затем материал пропитывали раствором, содержащим 2,4% Oasis (сурфактант) в смеси 90% этанола и 10% воды, и сушили на воздухе. Затем материал нарезали на небольшие кусочки (2 см × 4 см), на каждый кусочек наносили небольшую каплю раствора бромтимолового синего в воде концентрацией 5 мг/мл и оставляли сушиться. На кусочки тест-полоски наносили по одной капле синтетической мочи, имеющей разные удельные массы, получая следующие цвета: зеленый, желтовато-зеленый, зеленовато-желтый, желтый, желтый и желтый для образцов, имеющих, соответственно, следующие удельные массы: 1,002, 1,008, 1,014, 1,020, 1,025 и 1,035.

Пример 2

На целлюлозный материал, на который было нанесено 20 мг/мл ПАК при pH 8.2, наносили полосами раствор, содержащий 2 мл раствора Oasis (сурфактант) концентрацией 200 мг/мл и 1 мл раствора бромтимолового синего (БТС) концентрацией 5 мг/мл и сушили на воздухе. Материал нарезали, получая устройства шириной 5 мм, имеющие исходный синий цвет. Устройства герметизировали лентой скотч, исключая участки нанесения образца. На каждое устройство наносили синтетические образцы мочи, имеющие следующие удельные массы: 1,002, 1,008, 1,014, 1,020, 1,025 и 1,035, получая, соответственно, следующие цвета: зеленый, зеленый, желто-зеленый, зеленовато-желтый, желтый и желтый, как показано на Фиг.3.

Пример 3

Целлюлозный материал длиной 30 см и шириной 4 см, на который было нанесено 20 мг/мл ПАК при pH 8.2, пропитывали 10 мл раствора, содержащего 4,8% Oasis (сурфактант), 0,1% раствором Tween 20 в смеси воды и этанола (вода/этанол=2/8) и сушили на воздухе. Затем на материал с помощью дозатора Kinematic наносили полосами раствор 5 мг/мл БТС в воде/этаноле (7/3), получая узкую полоску зоны обнаружения. Затем материал нарезали, получая устройства шириной 5 мм. Устройства герметизировали лентой скотч, исключая участки нанесения образца. На каждое устройство наносили синтетические образцы мочи, имеющие следующие удельные массы: 1,002, 1,008, 1,014, 1,020, 1,025 и 1,035, получая, соответственно, следующие цвета: синий, зеленый, зеленовато-желтый, желтый, желтый и желтый.

Выше приведено как обобщенное, так и подробное описание настоящего изобретения, сопровождаемое примерами и графическими материалами. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что изобретение не обязательно ограничено конкретными описанными примерами осуществления, и может включать замены, модификации и изменения, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение включает все изменения, если получаемые в результате таких изменений модификации не выходят за пределы объема изобретения, ограничиваемого прилагаемой формулой изобретения.

1. Поглощающее изделие, выполненное с возможностью определения ионной силы мочи, включающее:
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 оно находится в жидкостном соединении с потоком мочи, выделяемой пользователем изделия, причем устройство включает:
буферную зону, которая содержит полиэлектролит;
зону обнаружения или индикаторную зону, где зона обнаружения содержит недиффузионно иммобилизованные: буферный компонент, включающий слабую полимерную кислоту и слабое полимерное основание с pKa ≤ 10-3, и 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, где
заряженный полимерный сурфактант растворим в количествах, превышающих или равных приблизительно 1 масс. % (≥ 1 масс. % растворенного вещества) в воде и водных растворах, имеющих низкую концентрацию ионов, составляющую ≤ 0,1 масс. % солей, но нерастворим (< 1 масс. % растворенного вещества) в водном растворе с высокой концентрацией ионов, составляющей > 0,1 масс. % солей.

2. Поглощающее изделие по п. 1, в котором зона обнаружения по большей части имеет общую границу с буферным участком.

3. Поглощающее изделие по п. 1, в котором зона обнаружения отделена от буферной зоны, расположена рядом и находится в жидкостном соединении с буферной зоной, и при этом включает материал покрытия, причем материал покрытия закрывает по меньшей мере часть буферной зоны и часть индикаторной зоны, предотвращая воздействие внешней среды на покрытые участки.

4. Поглощающее изделие по п. 1, в котором полиэлектролит включает частично нейтрализованную полиакриловую кислоту, полималеиновую кислоту, сополимер малеиновой кислоты и простого винилметилового эфира, полиметакриловую кислоту, сополимер стирола и малеиновой кислоты, сополимер малеинового ангидрида и простого винилметилового эфира, поливиниламин, поли-4-винилпиридин или их комбинации.

5. Поглощающее изделие по п. 1, в котором полиэлектролит недиффузионно иммобилизован в буферной зоне.

6. Поглощающее изделие по п. 1, в котором pH-индикатор включает бромтимоловый синий, тимоловый синий, феноловый красный, нейтральный красный, бромфеноловый синий, метиловый оранжевый, ализариновый желтый R, или их комбинации.

7. Поглощающее изделие по п. 1, в котором имеется окно, через которое можно наблюдать зону обнаружения.

8. Поглощающее изделие по п. 3, в котором в материале покрытия имеется отверстие для выхода воздуха по мере протекания мочи через устройство.