提高玻璃珠流量以促进免疫诊断试验元件制造

摘要

本发明公开了一种制备玻璃珠混合物的方法、以及根据所述方法制造的试验元件，其中使用惰性纳米颗粒以提高玻璃珠的流量，用于制造免疫诊断试验元件诸如柱凝集试验盒的目的。

说明书

技术领域

本文中公开的主题一般涉及如在免疫诊断试验元件中使用的玻璃珠的制造，更具体地涉及用于改善试验元件中的玻璃珠的流动性能而不干扰其功能性的方法。

背景技术

柱凝集技术(CAT)采用免疫诊断试验元件诸如盒或卡，所述免疫诊断试验元件包括或支撑多个柱或室。在加入患者样品诸如全血、血浆、血清或红血细胞之前，将一定量的珠子（其通常由玻璃或类似材料制成）或作为另外一种选择凝胶基质连同适当的试剂一起添加到试验元件的柱中。然后可在每个试验室中产生凝集反应，随后将试验元件离心或搅拌，由此实现血液分型或其它试验。在离心过程中，大凝集物被捕集在珠子的上面，而较小的凝集物沿着柱的长度被捕集在珠子或凝胶基质内，并且较小的红血细胞(RBC)穿过其中到达柱的底部。采用CAT的试验盒的例子描述于美国专利5,338,689和5,863,802中，其各自以引用方式全文并入本文。

柱凝集试验元件的有效制造要求：在制造填充步骤中，当最初将玻璃珠分配到每个试验柱中时，在其中使用的玻璃珠能够自由地流动。在其制造之后，并且如从供应商接收到一样，玻璃珠通常具有足够的流量。然而，所述珠子也包括各种杂质，诸如灰尘、油和苏打灰，这会在使用中妨碍总体一致性。因此，在填充试验元件的柱之前，洗涤珠子。尽管洗涤操作除去杂质，但该过程也会在珠子之间产生吸引力，在填充试验元件的室时，所述吸引力可显著地减慢珠子的流速以及影响制造时间。

在柱凝集试验元件的制造中通常使用具有大约50-120µm直径的I型硼硅酸盐玻璃珠。所述珠子的清洁光滑表面会造成每个珠子与邻近的珠子在它们的接触点处结合或附着。该附着力不利地影响珠子的流动能力。因而，需要提高经清洁的玻璃珠的流量以及使不同批次的经清洁的珠子之间的流量的差异性最小化，以便减小制造机器停工时间。

发明内容

本发明包括以下实施方案：

1. 一种方法，包括如下步骤：

洗涤多个玻璃珠；

将所述多个经洗涤的玻璃珠放置在混合设备中；

将一定量的惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中，其中所述玻璃珠和所述纳米颗粒由基本上相同的材料制成；以及

使用所述混合设备来将所述多个玻璃珠和所述惰性纳米颗粒混合在一起，使得在所述混合步骤之后，所述惰性纳米颗粒附着到所述珠子的外部，以允许所述珠子的流动。

2. 实施方案1所述的方法，其中所述多个玻璃珠均基本上包含至少约85%的SiO₂。

3. 实施方案2所述的方法，其中所述多个玻璃珠基本上包含具有在约50-120µm之间的直径尺寸的硼硅酸盐玻璃珠。

4. 实施方案3所述的方法，其中所述多个玻璃珠基本上包含具有在约65-90µm之间的直径尺寸的硼硅酸盐玻璃珠。

5. 实施方案4所述的方法，其中所述多个玻璃珠基本上包含具有在约75-90µm之间的直径尺寸的硼硅酸盐玻璃珠。

6. 实施方案1所述的方法，其中将惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括放置使所述惰性纳米颗粒与所述玻璃珠之间的重量比基本上等于约0.0001%至约1.0%的量的纳米颗粒。

7. 实施方案6所述的方法，其中将惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括放置使所述惰性纳米颗粒与所述玻璃珠之间的重量比基本上等于约0.0005%至约0.1%的量的纳米颗粒。

8. 实施方案7所述的方法，其中将惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括放置使所述惰性纳米颗粒与所述玻璃珠之间的重量比基本上等于约0.0005%至约0.0015%的量的纳米颗粒。

9. 实施方案1所述的方法，其中将惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括放置具有附聚物尺寸的纳米颗粒，所述附聚物尺寸基本上等于约1µm。

10. 实施方案9所述的方法，其中所述惰性纳米颗粒包含至少约99%或更多的SiO₂。

11. 实施方案9所述的方法，其中将所述多个玻璃珠和所述惰性纳米颗粒混合在一起的所述步骤包括在聚集体中将所述惰性纳米颗粒的尺寸减小至约0.1至0.2µm之间，每个聚集体由多个原生颗粒组成。

12. 实施方案1所述的方法，其中所述洗涤步骤包括使用酸洗，或碱洗和酸洗的组合。

13. 实施方案1所述的方法，还包括如下步骤：将所述多个经混合的玻璃珠和所述惰性纳米颗粒分配到免疫诊断试验元件的至少一个试验柱中。

14. 实施方案13所述的方法，还包括如下步骤：将至少一种水性试剂添加到所述至少一个试验柱中。

15. 实施方案14所述的方法，还包括如下步骤：将样品添加到至少一个试验柱中以及离心所述试验柱，以在所述至少一种水性试剂与所述样品之间产生凝集反应。

16. 一种制造免疫诊断试验元件的方法，所述元件包括多个试验柱，所述方法包括：

洗涤多个玻璃珠；

将所述多个玻璃珠放置在混合设备中；

将预选量的惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中，其中所述玻璃珠和所述纳米颗粒由基本上相同的材料制成；

使用所述混合设备来将所述多个玻璃珠和所述惰性纳米颗粒混合在一起，其中致使所述惰性纳米颗粒附着到所述玻璃珠的外表面；

将所述玻璃珠和所述惰性纳米颗粒的混合物放置到所述试验柱中；以及

将水性试剂放置到所述试验柱中。

17. 实施方案16所述的方法，还包括将所述多个试验柱基本上平行地固定在刚性包装件中。

18. 实施方案16所述的方法，其中将预选量的惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括以烟雾硅胶与所述玻璃珠之间约0.0001%至约1.0%的重量比，将所述烟雾硅胶放置在所述混合设备中。

19. 实施方案18所述的方法，其中将预选量的惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括以烟雾硅胶与所述玻璃珠之间约0.0005%至约0.1%的重量比，将所述烟雾硅胶放置在所述混合设备中。

20. 实施方案19所述的方法，其中将预选量的惰性纳米颗粒放置在所述混合设备中的所述步骤包括以烟雾硅胶与所述玻璃珠之间约0.0005%至约0.0015%的重量比，将所述烟雾硅胶放置在所述混合设备中。

21. 实施方案16所述的方法，其中所述多个玻璃珠基本上包含具有在约50-120µm之间的直径的硼硅酸盐玻璃珠。

22. 实施方案21所述的方法，其中所述多个玻璃珠基本上包含具有在约65-90µm之间的直径的硼硅酸盐玻璃珠。

23. 实施方案22所述的方法，其中所述多个玻璃珠基本上包含具有在约75-90µm之间的直径的硼硅酸盐玻璃珠。

24. 实施方案18所述的方法，其中附着到所述玻璃珠的外表面的惰性纳米颗粒包括烟雾硅胶颗粒，所述烟雾硅胶颗粒熔融成具有约0.1µm至约0.2µm的尺寸的聚集体。

25. 一种免疫诊断试验元件，包括：

平面基底；

由所述平面基底支撑的多个试验柱，所述试验柱设置成线性阵列，其中所述试验柱中的每一个包含多个微型的玻璃珠和预选量的惰性纳米颗粒。

26. 实施方案25所述的试验元件，其中所述多个试验柱中的每一个还包含至少一种水性试剂。

27. 实施方案26所述的试验元件，其中所述多个试验柱中的每一个由基本上透明的和基本上刚性的材料制成。

28. 实施方案27所述的试验元件，其中所述玻璃珠包含具有在约50-120µm之间的直径尺寸的硼硅酸盐。

29. 实施方案28所述的试验元件，其中所述玻璃珠包含具有在约75-90µm之间的直径尺寸的硼硅酸盐。

30. 实施方案29所述的试验元件，其中所述玻璃珠包含具有在约65-90µm之间的直径尺寸的硼硅酸盐。

31. 实施方案28所述的试验元件，其中所述惰性纳米颗粒包括烟雾硅胶。

32. 实施方案31所述的试验元件，其中所述预选量占所述玻璃珠的重量的约0.0001%至约1.0%。

33. 实施方案32所述的试验元件，其中所述预选量占所述玻璃珠的重量的约0.0005%至约0.1%。

34. 实施方案33所述的试验元件，其中所述预选量占所述玻璃珠的重量的约0.0005%至约0.0015%。

进行中的研究已经表明，玻璃珠与痕量的化学惰性的纳米颗粒诸如烟雾硅胶共混，会导致玻璃珠的流量显著提高，并且可改善试验元件填充过程。由于经清洁的和经干燥的珠子因经清洁的珠子之间的强吸引力而不能自由地流动，因此将为有利的是，通过添加惰性纳米颗粒诸如烟雾硅胶来破坏那些力。这些纳米颗粒附着到玻璃珠的外表面，从而造成表面不完整性，所述表面不完整性会破坏玻璃珠之间的吸引力并改善它们的流动性能。有利地，烟雾硅胶或其它合适的惰性纳米颗粒的添加对试验元件的功能或功效没有影响。少量添加的烟雾硅胶（例如，以约0.0001%至约1.0%的重量比）会在制造过程中提供显著的流动改善。水性试剂在柱中的存在会有效地消除纳米颗粒与玻璃珠的结合，并因此不会干扰随后产生的凝集反应。

一个实施方案包括如下步骤：洗涤多个玻璃珠，然后将所述玻璃珠与一定量的惰性纳米颗粒一起放置在混合设备中，以及使用混合设备将它们混合在一起。在所述混合步骤中，惰性纳米颗粒分解为更小的颗粒。优选地，玻璃珠和纳米颗粒由基本上相同的材料制成。

另一个实施方案包括制造具有多个试验柱的免疫诊断试验元件的方法。所述方法包括洗涤多个玻璃珠。然后将所述珠子与预选量的惰性纳米颗粒一起放置在混合设备中，并混合或共混。在所述混合过程中，惰性纳米颗粒分解为更小的颗粒。将水性试剂和玻璃珠/纳米颗粒混合物以任意次序一次一种地、或同时地放置在试验柱中。该混合物消除惰性纳米颗粒对玻璃珠的附着力。玻璃珠和纳米颗粒优选地由基本上相同的材料制成。

根据另一个方面，免疫诊断试验元件包括平面基底，其支撑形成为线性阵列的多个试验柱，并且其中每个试验柱包括水性试剂、玻璃珠和预选量的惰性纳米颗粒。

当结合下述描述和附图考虑时，将更好地明白和理解本发明的这些和其它方面和目的。然而，应当理解，下述描述尽管指示了本发明的优选实施方案及其众多具体细节，但是其作为说明而非限制目的而给出。例如，上文总结性描述无意描述其要素不可互换的各个单独实施方案。实际上，许多关于特定实施方案描述的要素可与描述的其它实施方案的要素一起使用并可能与其互换。在本发明的范围内可作出许多变化和修改形式而不脱离本发明的精神，并且本发明包括所有这样的修改形式。下面的附图旨在既不是关于相对尺寸、角度关系或相对位置而言按照任何精确比例绘制，也不是关于实际实现的可互换性、置换或表示而言按照任意组合关系绘制。

附图说明

图1是柱凝集试验元件的制造和使用的简图；

图2是制备玻璃珠的方法的流程图，所述玻璃珠用于制造柱凝集试验元件；

图3描绘了在共混过程中，惰性纳米颗粒对玻璃珠的表面的影响；并且

图4是基于制备的玻璃珠的流量的对照表。

具体实施方式

在以下讨论中，使用多个术语诸如“外”、“内”、“顶”、“底”、“上”和“下”，以便提供关于附图的合适参考系。

术语“样品”是指一定体积的液体、溶液或悬浮液，旨在关于其性能中的任一种（诸如组分是否存在、组分的浓度等）对其进行定性或定量测定。本发明的实施方案可适用于人和动物的全血样品。在如本文所述的本发明的上下文中的典型样品包括血液、血浆、红血细胞、血清及其悬浮液。

在说明书和权利要求书中结合数值使用的术语“约”表示本领域的技术人员熟悉的和可接受的准确度区间。控制该术语的区间为优选地±10%。除非详细说明，否则上述术语不旨在缩小如本文中所述的和根据权利要求书的本发明的范围。

参见附图，图1示出了具有添加至其的纳米颗粒的微型的玻璃珠的应用的一个示例性实施方案100。更具体地，采用柱凝集技术(CAT)的免疫诊断试验元件101包括由适当地刚性材料诸如塑料或其它惰性材料制成的平面基底111，所述平面基底支撑多个试验柱103，所述试验柱形成为管状构型并设置成线性阵列112。根据本实施方案，平行地提供六(6)个试验柱103并且其彼此等距离地隔开。应当认识到，试验柱的数目可容易地变化。每个试验柱103的尺寸设定成保持一定量的玻璃珠和至少一种水性试剂104，用于测试患者样品诸如全血105和/或血浆、血清或红细胞悬浮液的目的。

当测试血液样品105时，穿过柱103的顶部的开口，将一定量的患者的血液样品105分配在试验柱103的每一个中。然后将试验元件101离心或垂直摇动，以产生样品和凝集试剂的混合。在通过离心机106进行旋转的同时，在施加的g力的驱动下，血液基于形成的凝集物的尺寸穿过玻璃珠102和水性试剂104而下降至不同的水平。取决于水性试剂104中的血液样品105的凝集，血液样品的全部或部分可能不会穿过玻璃珠102。凝集的细胞109不会完全地穿过玻璃珠，而未凝集的红血细胞108继续在珠子102之间经过，并最终沉到试验柱103的底部。取决于凝集的量，凝集物可在不同的水平被捕集在玻璃珠102中。使用用于对比的常规凝集模式度量110，血液样品的特征性的凝集模式决定样品105的反应结果。以此方式，玻璃珠102充当血液在其中经过的过滤器（基于血液样品的凝集性能），并促进通过肉眼或通过仪器观察进行的检查，以便确定反应程度。

如上所述且为了实现玻璃珠对本文中描述的试验元件101的试验柱103的有效填充，期望的是，保持玻璃珠102在制造批次之间的均匀流动性能。图2示出的流程图描绘了一种制备微型的玻璃珠102的方法，所述玻璃珠用于免疫诊断试验元件诸如采用柱凝集技术的盒或试验卡中。在步骤201处，从供应商接收尺寸基本上不可改变的珠子。根据一个示例性实施方案，提供1型、优选1A型硼硅酸盐玻璃珠，其尺寸范围为约50-120µm直径，更优选65-90µm直径，并且甚至更优选75-90µm直径。1型和1A型命名是由美国试验与材料协会(ASTM)指定的种类命名符。所述玻璃珠通常包含85-95重量%的SiO₂，并且具有约80µm直径的平均尺寸，Na₂O、B₂O₃和Al₂O₃构成珠子的其它示例性的化学组分。

作为第一步，可测试未洗过的玻璃珠的流量和其它性能，尽管仍需执行洗涤过程。该试验步骤可帮助确保，在洗涤玻璃珠和将纳米颗粒添加到玻璃珠的步骤之后，珠子将以足够的速率流动，如将在下文所述。输入玻璃珠的其它质量控制要求可包括例如通过目检或其它方式发现的微量变色珠子、球形一致性的最低要求、以及指定范围的粒度的证实、和特定污染物的最大量。

污染物和/或杂质在玻璃珠的表面上的存在可导致血细胞附着到珠子，并影响试验元件的功能性和一致性。例如，苏打灰和油可能出现在玻璃珠的表面上，作为它们的制造的副产物。为了从所提供的玻璃珠的表面除去这些和其它污染物，在步骤202处执行示例性酸洗，包括在蒸馏水中冲洗玻璃珠。可执行替代性的附加洗涤，其包括在酸洗之前或之后的碱洗，以及使用蒸馏水的冲洗步骤。在步骤203处，在烘箱中干燥经洗涤的珠子。应当指出，碱洗和酸洗以及干燥步骤是本领域的普通技术人员所熟知和熟悉的。这些清洁步骤不是本发明必需的，并且可用同样有效的清洁和干燥操作来替换。这样的其它操作被认为是本文中描述的洗涤和干燥步骤的等效的和可互换的替代操作，且被包括在下面的权利要求书中。在步骤204处，将玻璃珠进行筛选或筛分，以分离任何残余的块。

在步骤205处，然后使用霍尔流量计(Hall>101的工具，可能需要最小流量。为了增加珠子在各批之间流量的一致性，可根据它们的测量流量，对已经进行上述制备步骤的批次分类。为了实现流量在各批之间的一致性，可将它们混合在一起。例如，可将两批放置在适当尺寸的容器中，并使用匙手工混合，或者可将两批流过筛子。

在步骤206处，将惰性纳米颗粒与经洗涤的玻璃珠共混，以提高经洗涤的玻璃珠的流量。根据本实施方案，使用亲水的烟雾硅胶，其包含约99重量%或更多的SiO₂，形成为球形SiO₂颗粒的成链附聚物。烟雾硅胶是一种普通市售产品，其可从多个生产商商购获得，例如Evonik>® 380商标的烟雾硅胶作为与玻璃珠共混的纳米颗粒的源。

仍然参见步骤206，作为一个实施例，可根据下述实施方案执行玻璃珠和烟雾硅胶的共混。将预定量的玻璃珠（例如，约20kg）放置在Patterson-Kelley>

图3示出了该共混过程。在共混过程中，玻璃珠301的硬度足以将机械地缠结的烟雾硅胶附聚物306破碎成更小的基本上三维的聚集体307，从而在玻璃珠之间有效地分散烟雾硅胶，其中所述聚集体具有约0.1µm至约0.2µm的尺寸。聚集体307本身由熔融的原生颗粒构成，其中每个原生颗粒具有约7nm的直径尺寸，其以聚集形式附着到玻璃珠的表面，并破坏玻璃珠之间的物理吸引力。考虑如上所述的7nm原生颗粒和80µm玻璃珠，根据该示例性实施方案的玻璃珠与原生纳米颗粒的直径/尺寸比为约11,429。

基于上述的惰性纳米颗粒与玻璃珠的共混，提供了显著提高的流量。参见图4，收集了许多批次的对比数据，其中测量的流量从经洗涤的玻璃珠的约0.84g/s（克/秒）的平均值增加至经洗涤的、已添加惰性纳米颗粒的珠子的约1.05g/s的平均值。应当指出，V-搅拌机用于共混干燥颗粒的用途是本领域的普通技术人员所熟知和熟悉的。在本文中描述的特定的设备、量、持续时间、和其它共混步骤可用同样有效的已知共混技术来替代，并且这被视作涵盖于下面的权利要求书中。

图3示出了散置的纳米颗粒的得到的效应，其促成了经洗涤的玻璃珠的流量提高。最初，经洗涤的玻璃珠301的表面与邻近玻璃珠的表面直接接触，如在304处所示。这会造成玻璃珠彼此附着，所述附着归因于附着力诸如物理附着力例如范德华力、静电力，或由邻近玻璃珠的靠近造成的其它化学附着力。通过将烟雾硅胶附聚物306与玻璃珠302混合，添加的纳米颗粒分解成聚集体307，并附着到经洗涤的玻璃珠303的表面，并且在实际上，用辅助附着力替代邻近玻璃珠之间的吸引力。也就是说，烟雾硅胶纳米颗粒的作用是分离经洗涤的玻璃珠（如305所示），并减小经洗涤的玻璃珠304之间的附着力。因而，纳米颗粒会维持玻璃珠之间的分离，这会导致珠子之间减小的附着力和提高的流量。玻璃珠的流动性增加如下辅助柱填充操作：增加玻璃珠流动性和减小瓶颈和在柱填充操作过程中的停工时间。图4显示了在玻璃珠处理过程中的三个不同点处的玻璃珠流量的表：接收时、洗涤后、和烟雾硅胶共混后。

在柱填充操作之后，当将水性凝集试剂和玻璃珠/纳米颗粒分配在每个试验柱中（作为试验元件制造的一部分）时，在烟雾硅胶颗粒与玻璃珠之间产生的吸引力会容易地扩散，并且纳米颗粒分离成溶液。因此，纳米颗粒允许在填充操作过程中保持足够的流量，但是由于它们的相对较小的尺寸，不会干扰试验元件制造的其它部分或预期的试验方案。

图1-4的部件列表

100具有添加的纳米颗粒的玻璃珠的应用

101试验元件

102玻璃珠

103试验柱

104水性试剂

105血液样品

106离心机

107倾倒的玻璃珠

108下降的血液样品

109未下降的血液样品

110柱凝集反应

111基底

112线性阵列

201步骤-接收玻璃珠

202步骤-洗涤玻璃珠

203步骤-干燥玻璃珠

204步骤-筛选珠子

205步骤-试验和混合玻璃珠

206步骤-将玻璃珠与烟雾硅胶共混

301经洗涤的玻璃珠

302将玻璃珠与烟雾硅胶混合

303具有附着的纳米颗粒的玻璃珠

304玻璃珠表面接触

305被纳米颗粒分离的玻璃珠表面

306纳米颗粒附聚物

307纳米颗粒聚集体

本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳方式，并且也使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制备和使用任意设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利的范围由下面的权利要求限定，并且可包括由本领域的技术人员实践的其它实施例。这样的其它实施例旨在落在下面的权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的字面语言没有差异的结构性要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言具有非实质差异的等效结构性要素。