专利名称：将流体组件和系统的表面亲水化的方法
技术领域：
本发明涉及在流体组件的内表面上产生亲水性聚合物的耐久薄膜，特别是改进其表面性质，例如其对于水溶液的可润湿性的方法。
本发明还涉及在其内表面上存在这种亲水性聚合物薄膜的流体组件。
本发明还涉及至少包含一个这种流体组件的用于输送液体的流体系统，以及用于生产这种流体系统的方法。
最后，本发明涉及用于测定液体、特别是体液的至少一种物理或者化学参数的分析系统，其具有至少一个用于测定该参数的传感元件以及由流体组件组成的流体系统，在该流体组件的内表面上存在亲水性聚合物薄膜。这种分析系统可特别地用于从体液测定诊断相关参数。
背景技术：
用于测定液体的物理或者化学参数的现代分析系统通常具有复杂的流体系统，该流体系统必须保证被试验的液体基本上不受干扰地被输送和到达传感元件，并且保证在测定所述参数之后液体样品被输送离开传感元件。
这种分析系统被特别地用于临床诊断学，其中它们尤其被用于血液气体分析或者以液体形式存在的样品的其它测量。这种系统被用于例如测定血液的氧气或者二氧化碳分压、血红蛋白参数例如全血或者溶血血液的总体血红蛋白、氧合血红蛋白、碳氧血红蛋白或者正铁血红蛋白、全血的血细胞比容值以及pH值，或者诸如锂、钠、钾、镁、钙或者氯根等离子或者特殊的代谢物例如葡萄糖、脲、肌酸酐或者乳酸盐在生理液体中的浓度。这种复杂的分析系统通常具有不同的传感元件，以测定相应的参数，它们被用于许多测定。这类传感元件是例如用于测定气体值、pH值、离子值和代谢物值的电化学或者光学传感器或者用于测定血红蛋白值的光学测量装置。美国专利US3,874,850(Sorensen等)描述了这类用于血液分析的分析系统。该系统具有几个传感元件，它们被用来测定血样的pH值、氧和二氧化碳的分压和血红蛋白含量。这些传感元件通过复杂的流体系统连接，所述流体系统由各种流体组件组成，例如管子、贮槽和废物容器、泵或者阀门，在该系统中样品借助于注射器或者毛细管从患者输送到分析系统。
除了这类系统之外，可在患者近处使用的系统也是已知的，其中借助于管道系统，液体样品被直接从患者转移到分析系统中。这类系统描述于例如美国6,080,583(von Bahr)。
除了用于输送样品液体和/或质量控制介质的流体分系统之外，许多分析系统通常还包含其它流体分系统，以便例如从贮藏容器到传感元件和从那里到废物容器输送液体或甚至气体校正介质和/或洗涤或清洗介质。各种介质的输送通过沿着路径的泵和阀门控制，所述路径是部分地不同的。
使用复杂的流体系统，用于从样品液体测定几种诊断相关参数的系统的另一个实例是来自Roche Diagnostics GmbH的Omni S分析系统。以模块形式设置的该系统的参数范围包括血液气体、电解质、总的血红蛋白、CO血氧定量法、代谢物和胆红素，并且其仅仅要求小的样品体积，因此特别适合用于新生儿病房。
图1显示了Omni S系统的流体系统的简图。在这种情况下，单个流体组件之间的连接线表示流体连接，根据预定应用其可以被设计成管子或者管道。在这些流体连接中显示的小圆表示可用于控制液体输送的阀门。它们通常被设计成夹阀。与流体连接线垂直的棒条表示耦合元件，其可用于使流体组件彼此接触。以三重线画出的流体连接线表示液体样品从供应口8到传感模块1a到1d的样品路径。区域1a到1d的每一个表示传感模块，其可以由几个传感元件组成。因此，传感模块1a可以包含用于测定代谢物例如乳酸盐、脲或者葡萄糖的元件，传感模块1b可以包含用于测定钙、钾、钠或者氯根的离子选择电极，传感模块1c可以包含用于测定氧和二氧化碳分压以及用于测定pH值的血液气体传感器，并且传感模块1d可以包含用于测定血红蛋白和血红蛋白衍生物的传感元件。被试验的样品经由供应口8引入分析系统的流体系统，样品从供应口8沿着样品通路被输送到各个传感模块1a到1d，借此样品在输送期间还被等分。这种功能借助于位于样品路径中的阀门来完成。用于质量控制目的的液体也可以通过供应口引入和在与样品本身的样品路径相同的路径上输送到传感模块。液体沿着样品路径输送的过程借助于物理样品传感器7监测，其除了别的功能以外，给出系统的装充水平的信息。引入的样品在其中阀门被再次集成的通路系统2内在传感模块1a到1c之间分配。用于清洁或者校正目的的液体存在于液体容器6，其通过管子或者管道连接到流体系统的其余部分，并且可以借助于阀门以控制方式进料到流体系统中。这些溶液以及样品溶液借助于经由阀门连接到流体系统的蠕动泵3输送。消耗的样品和液体借助于真空泵5经由流体系统从传感模块输送到收集容器9，最后到达废物容器4。
这类现代的仪器通常应用很小量的样品和液体，它们通常在流体系统中被再次等分。取决于被测定的参数的数目和类型，要求的样品体积可以是例如50到120微升。然而，需要特殊的手段，以保证这样的小样品体积被输送到分析系统的传感元件而不被污染。污染可以例如由残留在流体系统中的前面样品的残余物或者对照物的残余物、校正或清洁介质所引起。为了避免这类污染，可以例如在测定值的单个测定之间插入洗涤和干燥步骤。
在用于测定气体的传感元件、例如电化学或者光学气敏传感器的情况下，以及在例如测定血红蛋白的光学测量系统情况下，由于在流体系统中包含气泡，特别是在传感元件区域中包含气泡，因此仍然存在产生测量误差的危险。因此当利用电化学气敏传感器测定液体中的气体被测物时，当样品或者质量控制或者校正试剂没有完全填充传感元件的液体-输送区域时，或者当在该区域中存在气泡例如空气气泡时，在样品测定或者在校正或者质量控制中可能会出现问题。当在流体系统内存在不均匀的内表面，该内表面对液体具有不同的润湿性时，尤其会形成气泡。在流体系统中，在各个流体组件的内表面的润湿性存在突变的位置，尤其会形成或者附着气泡。例如，当表面由不同的彼此邻接的材料构成时，就是这种情况。然而，许多分析系统的流体系统由许多单个流体组件组成，它们由具有不同的润湿性的邻接表面的不同材料构成。此外，这类分析系统的许多流体组件用塑料制成，其具有低亲水性和疏水性特征。这类塑料表面被含水液体润湿的性能很差并且尤其具有形成或者附着气泡的倾向。
WO 02/070590(Faure等)描述了用于疏水性基材表面的亲水化的方法，其中将已经存在的亲水性聚合物薄膜施加到基材上。由于这类预制的非常薄的亲水性聚合物薄膜的处理性能差，因此正如WO02/070590中公开的，施加这类预制薄膜在技术上是非常困难和复杂的，几乎不可能对内部和因此非常难到达的流体组件例如管子的表面机械地施加应力，因此经济上是不可行的。
美国6,432,510(Kim等)描述了用于改进表面润湿性的方法，其中基础基材的表面首先通过物理化学方法粗糙化。随后利用物理方法，例如从气相沉积涂层物质，将具有良好的润湿性的涂层物质的薄层施加到这些粗糙化的表面上。在US 6,432,510的方法中，关键点在于，前面进行的基体材料的粗糙化必须甚至在涂层物质被施加之后得到保持，以便改进润湿性。然而，具有这类粗糙化的表面的流体组件不适用于诊断分析系统，因为生理液体与这类粗糙化表面接触导致污染危险大大提高，并且因此需要明显更多的附加洗涤和清洗步骤。特别是，试验液体的多孔的和高分子组分，尤其在血液的情况下，对这类表面附着的危险大大提高。
US 5,212,000(Rose等)描述了通过引入特殊的具有触变性能的聚合物溶液，在薄的流体元件的内侧上产生聚合物层的涂覆方法。作为这些特殊的触变性能的结果，至少某些聚合物溶液作为涂层保留在膜的内侧上。然而，使用这类方法只限于特殊的应用领域，并且只能使用特殊的触变性涂层溶液实施。作为这些触变性能的结果，尤其在其中液体在某些情况下在很高的压力下经由流体元件的内腔通过的系统中，由于这些压力和/或体积流动的影响，存在涂层物质再次液化和脱离表面的危险。
EP 0379156(Fan)描述了涂覆方法，其中首先将多异氰酸酯溶液施加到卫生器材、特别是导液管的表面，(任选地)将该溶液干燥，随后施加另一种包含羧酸基团的聚合物的溶液。在这种两步或者多步过程中通常需要许多工艺步骤，涉及几种试剂溶液和化学反应步骤，以便获得需要的涂层。然而，对于尽可能简单和经济的涂布技术，有利的是需要尽可能少的工艺步骤和反应溶液。
US 4,752,426(Cho)描述了用于表面亲水化的方法，其中首先利用低温等离子体处理在表面上产生化学反应性基团或者自由基。随后将单体溶液施加到该表面。单体与表面上的化学反应性基团或者自由基起化学反应，最后利用接枝聚合在表面上形成涂层。这种方法的缺点是工艺步骤和条件必须彼此完全匹配。例如，必须对等离子体处理参数进行选择，使得在表面上尽可能只形成这些还可以在随后的接枝聚合中用作聚合核心的化学反应性基团或者自由基。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于改进流体组件内表面的表面润湿性的方法，该方法避免了现有技术的缺点。
本发明的目的特别地是提供能够以最简单和最经济的方式实施并且能够将流体组件内表面亲水化的方法，该亲水化作用在长期使用中是稳定的，并且是耐物理或者化学应力的。
本发明的另一个目的是提供流体组件和系统，其中在长期使用中能够降低在这些流体组件内表面上附着或者形成气泡的危险。
此外，本发明的目的是提供用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的分析系统，其中在长期使用中能够降低样品液体污染的危险，特别是由于在这些流体组件内表面上附着或者形成气泡或者其它物质而造成的污染的危险。
本发明通过提供在流体组件内表面上产生亲水性聚合物薄膜的方法而达到了这些目的，在本发明方法中，首先对流体组件内表面进行物理化学处理，随后将流体组件内表面与亲水性聚合物溶液接触，然后以这样一种方式用气态介质置换亲水性聚合物的溶液，使得首先流体组件的内表面保持被部分的亲水性聚合物溶液润湿，和最后通过除去溶剂，亲水性聚合物的薄膜保留在流体组件的内表面上。按照本发明，使用的亲水性聚合物所具有的对于水溶液的表面润湿性高于在没有亲水性聚合物薄膜存在下流体组件内表面的表面润湿性。
本发明通过提供流体组件和系统而达到了这些目的，在所述流体组件和系统的内表面上直接存在亲水性聚合物的薄膜，而不存在另外的中间层，所述薄膜特别地使用本发明的上述方法产生。
本发明通过提供用于在这类流体系统的内表面上产生亲水性聚合物薄膜的方法而达到这些目的。
本发明通过提供用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的分析系统而达到了这些目的，该分析系统包含至少一个用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的传感元件和用于将液体输送到传感元件和/或从传感元件输送出去的流体系统，所述流体系统包含一个或多个流体组件，在所述流体组件的内表面上直接存在亲水性聚合物的薄膜，而不存在另外的中间层，所述薄膜特别地通过本发明上述的方法产生。
为了说明本发明，以下对某些术语进行了解释在本申请的范围内，流体组件基本上指任何适合于接收、输送或者分配液体的组件。特别地，在本发明范围内，组件被认为是流体组件，由于其具有特定的立体结构，被设计成能以特定的和限定的方式接收、输送或者分配液体。流体组件通常被用作流体系统的组件，并且就此而论被用来在这种系统内输送液体。这类流体组件能够实现各种功能，并且特别地，它们可以用作液体容器例如瓶子、试剂包装、分离器或者废物容器，用于输送液体，例如管子、管道、通道或者输送液体的传感元件的区域，作为阀门或者控制元件，例如夹管阀、混合阀、压力阀或者阀门三通管，作为液体吸取装置，例如针、管或者特别地形成的注入口，用于连接到各种组件例如接头、对接弹性体、T-或者Y-接头、十字接头、角形连接器或者插塞连接器，或者用于密封功能，例如密封元件。为了实现其功能，管子例如由弹性材料构成，并且可特别地用于限定的液体输送，例如使用用于调控的夹阀。特别地，它们可用于分析系统，用于样品液体到传感元件的特定的输送，并且作为能够被简单地组装的组件，用于将液体输送走，例如进入废物容器。与此相反，刚性管通常由具有某些物理性能例如透明性、不透气性、导热率或者能被清洁的材料制成，并且通常能够被用作流体组件，用于其中不需要借助于夹阀进行调节的领域中的液体输送。连接元件，例如插入式接头、T-或者Y-形接头、十字接头、角形连接器或者插塞连接器，被通常用作流体组件，以在其它流体组件例如管子、管道以及传感元件的液体-输送区域之间进行连接。对接弹性体是连接系统的特定实施方案，其允许以便于使用者操作的方式将流体系统的单个组件经常地插入或者断开。这类连接系统能够例如被用于试剂包装，以便将它们在一次操作中连接到流体系统。这类连接系统可用于容易地拆卸和更换流体系统的单个组件。液体吸取装置的特定形式是所谓的进料口。这些被用来接收外部液体容器，例如毛细管、注射器或者接引管。这类进料口可用于在外部样品容器和诊断分析系统之间产生密封的流体连接，使得以这样的方式，样品液体能够被安全地注入或者吸入分析系统。液体容器例如瓶子或者试剂包装被用来储存和提供液体，例如校正液体和清洁和调节溶液。溶液能够例如借助于抽吸从这些液体容器中除去。对于两个非弹性的流体组件之间的连接，特别地使用了用于流体连接的密封元件。流体组件还可以具有更复杂的用于输送液体的装置，例如通路系统。在本申请的范围内，流体组件还是传感元件的液体-输送区域。这些被理解为是可能与被试验的液体直接接触的传感元件的区域，并且因此具有本申请意义上的内表面。其可以是例如传感元件中的液体提供和排出样品通道，或者还可以是与液体直接接触的传感器本身的一部分，例如电化学气敏传感器的气体渗透膜。在光测量方法情况下，例如在血红蛋白测定情况下，在测定所述测定值的时候容纳被分析的液体体积的传感元件的一部分也被认为是流体组件。流体组件通常由满足流体组件的特殊要求的材料构成。例如，管子通常由硅橡胶或者柔软的聚氯乙烯构成，管道由聚氯乙烯、聚酰胺或者丁腈共聚物构成，通路系统用聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁腈共聚物或者苯乙烯-甲基丙烯酸类-丁二烯共聚物制成，连接器用聚丙烯、聚碳酸酯或者聚酰胺制成，对接弹性体用丁腈橡胶、硅橡胶或者氟化橡胶制成，进料口用硅橡胶或者聚醚醚酮制成，瓶子和液体容器用聚乙烯制成，和密封元件用天然橡胶、硅橡胶或者氟化橡胶制成。
在本申请范围内，流体系统被认为是几个流体组件的组合，所述流体组件以这样的方式连接在一起，使得液体可以在这些流体组件之间被输送。特别地，这类流体系统适合于接收、输送或者分配液体。借助于将各种流体组件结合形成流体系统，可以将单个流体组件的功能结合起来，使得得到的流体系统还可以执行复杂的流体功能。因此，例如，可以在规定的路径中输送规定的液体体积的流体系统可以借助于管子、阀门和泵的适合的组合来形成。这类流体系统可以包含任何数量的流体组件，并且可以具有任何程度的复杂性。由于具有立体结构，可以执行几个流体组件的功能的单一组件，也可以被认为是流体系统。这类复杂组件可以例如在注塑工艺中制造，该工艺允许将特别复杂的通路系统制造成单一组件。流体系统尤其被用于分析系统，其中传感元件的液体-输送区域也被认为是流体系统的组件。
在本申请的范围内，分析系统被认为是任何系统，其具有至少一个用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的传感元件，和用于将液体输送到传感元件或者从传感元件输送出的流体系统。分析系统可以具有几个流体分系统，它们是彼此独立的或者彼此连接的，以及几个传感单元或者模块。例如，分析系统可以具有用于输送样品或者质量控制液体的流体分系统，和用于输送液体以及气体校正介质和/或洗涤或清洁介质的流体分系统，它们例如通过阀门被连接起来形成总的流体系统。
在本申请的意义上，传感元件被认为是所有可用于测定液体的物理或者化学参数的装置。这些可以特别地是与被试验样品发生直接接触的传感器，或者例如利用透射或者散射光的光学测量来间接地测定物理或者化学参数的传感系统。前种类型的传感器可以例如是电化学或者光学传感器，用于测定血样的气体值、pH值、离子值或者代谢物值。第二种类型的传感系统可以例如是用于测定血样的血红蛋白值的光学测量装置。前种类型的传感器与被试验的液体发生直接接触，使得这类传感元件的液体-输送区域起到流体组件的作用。在第二种类型的传感系统中，被用来输送液体的所述系统的区域，尤其是在测定所述测定值的时候包含被分析的液体体积的所述系统的区域，就其功能而言可以被认为是流体组件。例如，在光学测量系统情况下，它们可以是流体系统中的光谱测定路径或者吸收池。
在本申请的意义上，传感模块通常被认为是几个传感元件的组合。这类传感模块可以特别地在共同的壳体内具有几个传感元件，它们具有共同的流体分系统。这类传感模块可以例如被设计成盒子或者传感阵列，它们可用于在一次进样样品的基础上基本同时地测定许多物理或者化学参数。这类传感模块可以例如具有这样的流体系统，其具有单一的流体入口、开口或者包含一个或多个通道的分枝的流体输送空间，以及单一流体出口。几个传感元件可以与共同的流体输送空间接触，因此该流体输送空间在该传感模块内起共同的样品通道的作用。
在本申请的意义上，流体组件或者流体系统的内表面被认为是与被输送的液体接触的表面，其为立体形式，流体组件以该形式被用于液体输送。这些是例如管子、管道或者通道的内壁，其可能与流过它们的液体接触。然而，就此而论，流体组件的整个内表面不一定必须接触到所述液体。
在本申请的意义上，亲水性聚合物被理解为是这样的聚合物，其由相同类型或者不同类型的单体构部组成，并且具有亲水性性能。这类聚合物的聚合物链是亲水性的，或者至少具有亲水链序列。这类亲水性聚合物具有对水具有高亲合性的化学基团，例如羟基或者醚基团。亲水性聚合物的实例是某些聚醚，例如某些聚乙二醇或者某些聚丙二醇，某些聚糖，例如某些右旋糖酐或者某些聚醇，例如某些聚乙烯醇。特别地，某些聚醚-聚氨酯共聚物也可以被用作亲水性聚合物。本发明的主要优点是，该亲水性聚合物不必须仅仅在涂覆表面上生产，而是所述亲水性聚合物链可以已经以溶液的形式施加到所述表面上。这使本发明特别地区分于通过聚合前体、尤其是利用等离子聚合或者接枝聚合在表面上生产的亲水性涂层，因为本发明方法使用已经聚合的亲水性聚合物，该亲水性聚合物基本上由非共价交联聚合物链组成，因此不需要复杂的聚合步骤。借助于在表面上由前体进行聚合的涂覆工艺的另一个缺点是，制造薄层的可重复性取决于许多因素，并且可能因此不能总是得到保证。按照本发明，使用这类亲水性聚合物能够直接和简单地生产亲水性涂层，而不需要附加的化学反应步骤。为了这一目的，为了获得耐久的亲水性涂层，聚合物链并不必须彼此交联。通过使用本发明的聚合物，即使在没有共价交联的情况下，它们也可以形成耐久的亲水性聚合物薄膜。因此，可以特别优选地使用由非共价交联的聚合物链组成的亲水性聚合物。这是特别有利的，因为使用已经聚合的亲水性聚合物，与前体在基材表面上聚合形成薄膜相比，是较不费时的。
在本申请的意义上，亲水性聚合物特别地是已经聚合的聚合物分子，尤其是较长链聚合物分子，其没有共价交联在一起，并且因此仍然可以以适当的量溶于适合的溶剂。在这种情况下，非共价交联被理解为是指单个聚合物链基本上没有以共价键连接在一起。然而，在本发明的非共价交联的聚合物已经被施加到要被涂覆的表面上和形成聚合物薄膜之后，在单个聚合物链之间和/或在单个聚合物链和表面之间可以随后形成轻微程度的非特定的共价键合，或者作为随后的过程例如贮存过程的结果形成该键合。然而，可以例如作为等离子体处理的结果在单个聚合物链之间或者在聚合物链和表面之间非特定地形成的这类键合对于聚合物薄膜的生产和/或创造性性能不是必需的。因此，它们可以与在聚合物薄膜仅仅在要被涂覆的表面上从前体生产的情况下在单个分子和/或表面之间的化学键明显地区别开，对于这种情况，这些形成的化学键对于形成的聚合物薄膜的生产和性能是必要的和决定性的。
在本申请的意义上，薄膜被理解为是物质在基材上的基本上连续和均匀的层，其特别地通过将要被涂覆的物质以溶解的形式涂覆在要被涂覆的表面上，然后除去溶剂或者溶剂混合物以形成薄膜而产生。
在本申请的意义上，术语表面润湿性或者润湿性被用作表面的亲水性或者疏水性性能的量度。可以容易地被含水液体润湿的表面和物质通常具有高亲水性。润湿角或者接触角被规定为润湿性的测量手段，其被理解为是这样一种角度，该角度是在三相点处液滴的外形的切线相对于固体表面的角度，并且表示一种表面或者界面被另一个相润湿的性质的测量手段。润湿角越小，润湿性越高，并且表面越具有亲水性。尤其是当润湿角小于90°时，表面可以被水润湿。
在本申请的意义上，所有物质和物质混合物，其在标准条件下为液体并且具有大于50重量％的含水量，被认为是含水液体或者溶液。它们可以是溶液或者均匀或者非均匀混合物，例如分散体、乳液或者悬浮体。特别地，它们可以是样品液体，特别是体液或者由其得到的流体，例如血液、血浆、血清、尿、脑脊液、眼泪、渗析液或者诸如此类的液体。含水液体还可以是盐溶液、缓冲溶液、校正溶液、参比溶液、质量控制溶液、洗涤或者清洁溶液、试剂溶液或者包含标准化被分析物浓度的溶液、所谓的标准样品。
在本申请的意义上，有机溶剂和溶剂混合物是具有小于50重量％含水量的溶剂和溶剂混合物。
本发明的方法和装置能够提供流体系统，其允许单个流体组件的内表面的湿润性彼此匹配。这可以降低在长期使用期间在流体系统的内表面上附着或者形成气泡的危险。按照本发明，借助于在流体组件或者流体系统的内表面上存在相同的亲水性聚合物薄膜而达到该目的。亲水性聚合物在流体组件内表面上的这类薄膜可以通过本发明方法特别简单地和经济地生产。此外，通过本发明方法生产的亲水性聚合物薄膜坚固地粘合到流体组件的内表面，并且非常耐物理或者化学应力，因此它们尤其适用于诊断分析仪。
本发明方法的特征在于以下步骤序列1.首先，将流体组件的内表面经受物理化学处理。
在该过程中，至少随后被提供亲水性聚合物薄膜的流体组件内表面的部分被处理。对此，在该处理期间，组件以以后作为流体组件存在于流体系统中的形式存在，并不是绝对必要的。在某些实施方案中，并且尤其在柔性的或者弹性的组件情况下，内表面对该处理的可达性可以通过在处理之前改变组件形状来提高。因此，例如，可以首先将一段管子由里向外翻过来，使得内表面向外，随后对现在向外的表面进行处理，并且最后再次将这段管子由里向外翻过来，使得预处理的表面再次向内，以这样的方式对其内表面进行处理。在另一个实施方案中，一段管子的外侧可以首先经过处理。随后将这段管子由里朝外翻转，使得这段管子的处理的表面变成其内表面。在其它实施方案中，可以首先对流体组件的单个元件的表面进行处理，并且随后将这些元件组装形成流体组件。当在复杂的流体组件中，内表面对于这类处理不是能到达的或者不是易到达的时，这可能是尤其有利的。内表面的预处理特别地改进了亲水性聚合物的薄膜对内表面的粘合性以及涂覆的薄膜对物理或者化学应力的耐受性。物理应力可以特别地被理解为是在长时间内与含水样品液体并且特别是体液例如血液、血浆、血清或者尿的重复接触。这类在长时间中的物理应力，可能随着时间的推移降低亲水性聚合物薄膜的层厚度，或者薄膜可能完全或者部分地从流体组件内表面上脱离。化学应力尤其可能是与侵蚀性的化学试剂例如侵蚀性的清洁液接触。在涂覆亲水性聚合物薄膜之前处理内表面，可以使用物理化学方法进行，优选地借助于等离子体处理来进行。然而，本质上可以使用其它物理化学方法来预处理所述膜，例如离子束处理或者用氧化物质例如萘基钠溶液处理。这类表面处理方法是已知的，并且描述于例如“借助于化学蚀刻、等离子体和离子束处理的聚四氟乙烯薄膜的表面改性”，Kim S.，Journal of Applied PolymerScience，2000，第77卷，第1913-1920页，或者WO94/06485(Chatelier等)。表面处理的化学方法优选地不是其中涂覆附加的中间层例如粘合剂层的那些方法。相反地，在本申请中，导致表面的反应活性提高而基本上不改变表面化学组成的用于表面处理的物理化学方法，被认为是优选的方法。在优选实施方案中，在生产亲水性聚合物薄膜之前，流体组件的内表面借助于等离子体处理进行处理。在涂覆聚合物溶液之前用等离子体处理内表面获得了内表面和聚合物薄膜之间的结合，这样的结合对于对物理或者化学应力具有高耐受性的薄膜而言是足够好的。这类物理等离子体处理允许省去使用用于表面处理的有毒化学品。用气体等离子体预处理内表面导致表面的均匀改性，其只伸入到表面材料的较低深度。在这类用于表面预处理的等离子体方法中，包含电离粒子的气体等离子体通过放电产生，或者通过在降低的压力下在气体气氛中束流电磁场而产生。这种气体等离子体可用于在表面上产生反应性的区域，并且因此至少暂时地提高其反应活性，使得聚合物薄膜对内表面的粘合性和其对物理或者化学应力的耐受性得到提高。
2.在下一个工艺步骤中，将流体组件的内表面与亲水性聚合物的溶液接触。
流体组件的内表面与亲水性聚合物溶液的这种接触可以利用本领域技术人员已知的所有方法，例如用溶液漂洗或者填充流体组件，将流体组件浸渍在溶液中，或者将溶液喷雾在内表面上。在这种方法中，可以在流体组件的整个内表面上提供亲水性聚合物薄膜，或者只在内表面的某些部分提供。特别地，这些部分区域可以是以后在流体系统中接触液体的那些区域。在优选的实施方案中，亲水性聚合物溶液被用于该工艺步骤，该亲水性聚合物可溶于有机溶剂和溶剂混合物，并且基本上不溶于水溶液，并且特别地不溶于样品液体和含水的清洁或者校正溶液。特别地，使用这类亲水性聚合物能够以有效的方式使流体组件内表面被永久地和坚牢地涂覆，而不使用附加的化学反应步骤。使用基本上不溶于水溶液的亲水性聚合物可以实质上降低薄膜在含水液体中的溶解，并且因此这类薄膜在这类介质中是非常耐久的，并且因此尤其适用于诊断分析系统。在优选的实施方案中，聚醚-聚氨酯共聚物被用作亲水性聚合物。这类聚醚-聚氨酯共聚物描述于例如美国专利5,728,762(Reich等)和美国5,932,200(Reich等)。这类优选的聚醚-聚氨酯共聚物是具有亲水性区域和疏水性区域的嵌段共聚物。作为这些两亲性能的结果，聚合物在某些有机溶剂和溶剂混合物中能较好地溶解，另一方面它们在除去有机溶剂或者溶剂混合物之后本身形成具有亲水性表面性能的水凝胶，其实质上不溶于水溶液，并且因此特别适合于本发明的涂层。这类特别适合的聚醚-聚氨酯共聚物可以例如从Cardio Tech International，Inc，Wobum，MA，美国获得。
按照本发明，通过直接在流体组件的内表面上制造亲水性聚合物的薄膜来生产薄膜，而不使用另外的中间层。作为本发明表面处理的结果，在第一个工艺步骤中以这样的方式改性该表面，使得在内表面和聚合物薄膜之间存在足够的粘合力，并且薄膜具有高的对物理或者化学应力的耐受性。因此，在涂覆亲水性聚合物薄膜之前，没有必要在表面上进行复杂的附加中间层例如粘合剂层的涂覆。
3.在下一个工艺步骤中，用气态介质以这样的方式替代亲水性聚合物溶液，使得首先流体组件的内表面保持被一部分的亲水性聚合物溶液润湿。
在该过程中，可能存在的任何过量的聚合物溶液通过导入气体体积而被除去，使得一定量的聚合物溶液保持在要被涂覆的表面上。过量的聚合物溶液可以主动地或者被动地除去。特别地，这可以通过以这样的方式引入气态介质来进行，使得流体组件被这种气态介质冲洗，并且因此使过量的聚合物溶液被这种介质置换。在其它实施方案中，这可以通过从亲水性聚合物溶液中除去流体组件，并且允许过量的聚合物溶液从被涂覆的流体组件的表面流走，并且由围绕的气态介质特别是空气来代替聚合物溶液来完成。此外，通过调节保持在表面上的聚合物溶液的量和/或浓度，可以特别地限定和调节施加到表面的亲水性聚合物薄膜的厚度。
4.在最后的工艺步骤中，通过除去溶剂或者溶剂混合物在流体组件的内表面上产生了亲水性聚合物的薄膜。
在该最后的工艺步骤中，保留在表面上的聚合物溶液的溶剂或者溶剂混合物被除去，使得最后亲水性聚合物薄膜保留在该表面上。溶剂或者溶剂混合物的除去必须至少进行到这样的程度，使得在表面上保留亲水性聚合物的机械稳定的薄膜。在这种情况下，溶剂或者溶剂混合物可以被被动地除去，例如通过在外部大气中缓慢蒸发，或者被主动地加速，例如通过施加真空或者低压，通过用气体冲洗表面，或者通过提高温度来加速蒸发。
在所述方法的某些实施方案中，可以首先在单个组件的表面或者流体组件的区域并且特别是其液体-输送区域上提供亲水性聚合物的薄膜，并且随后组装这些元件以形成流体组件。
本发明的另一个方面涉及流体组件，其特征在于，亲水性聚合物薄膜直接存在于流体组件的内表面上，而没有其它中间层。特别地，本发明涉及在内表面上具有亲水性聚合物薄膜的流体组件，其中亲水性聚合物薄膜已经通过如上所述的本发明方法的一种产生。
在内表面上存在亲水性聚合物薄膜改变了流体组件的物理表面性质。特别地，这类涂层可以提高这些表面被水溶液润湿的能力，并且因此降低包含或者形成气泡的危险。在流体组件的内表面上存在这类聚合物薄膜的另一个作用是，这些表面中任何存在的纳米到微米范围的粗糙度可以通过在这些面上产生薄膜而得到很大程度的补偿。当这类流体组件被用于诊断分析系统时，这是特别有利的，因为这类分析系统通常具有提高的由于在前面的测定或者清洗步骤中保留的物质所引起的污染危险。这类物质，尤其是来自体液的多孔或者大分子物质，例如蛋白质，更倾向于在粗糙的或者非常难以到达的表面区域上沉积。按照本发明，在这些面上存在亲水性聚合物的稳定薄膜降低了在长期使用中这类污染的危险。
在优选实施方案中，流体组件的内表面由塑料构成。在本申请的意义上，并且按照“Plastics in the DIN”的标准委员会的定义，塑料被理解为是“其必要组分由高分子有机化合物组成的材料，该高分子有机化合物通过合成形成或者通过改性天然产品而形成”。在很多情况下，它们可以在一定条件下例如在热或者压力下被熔融和模塑。橡胶和化学纤维的性能使它们也包括在塑料当中。塑料作为流体元件的材料是特别适合的，因为其性能可以以各种方式改变，并且因此可以被最佳地调整以适应在流体系统中必须完成的功能，例如通过改变其弹性来作到这一点。许多塑料可以以本领域技术人员已知的各种方法模塑，例如注塑或者深拉方法，因此流体组件的形状可以被特别地调整以适应于其在流体系统中的功能。除了别的以外，使用了以下塑料作为流体组件的材料聚酰胺、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、丁腈共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸类-丁二烯共聚物、天然橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶或者氟化橡胶。
在优选实施方案中，在这些组件的内表面上亲水性聚合物薄膜的厚度在0.01到50微米之间、优选地在0.01到10微米之间、特别优选地在0.01到5微米之间。在流体组件上施加薄的聚合物薄膜，一方面能够满足对流体组件的表面性质和尤其是对其润湿性或者表面结构的要求，另一方面这类薄膜的生产能够特别地节约成本，并且因此使亲水性聚合物的使用更经济。
本发明的另一个方面涉及用于输送液体的流体系统，其由几个流体组件构成，这些流体组件以这样的方式被连接，使得液体可以在这些流体组件之间被输送，并且包括至少一个本发明的流体组件。在由几个流体组件构成的流体系统中，特别地在单个流体组件接触的位置，其中各个流体组件的内表面的湿润性存在突变，例如由于具有不同的表面材料，可能形成或者附着气泡，或者可能沉积污染物质。按照本发明，通过在单个流体组件的邻接内表面上存在亲水性聚合物薄膜，优选地相同的亲水性聚合物的薄膜，能够解决上述问题。在单个流体组件的内表面上存在相同的亲水性聚合物薄膜，使这些组件的物理特性并且尤其是其湿润性得到匹配，因此实质上防止了污染。
按照本发明，亲水性聚合物的薄膜不必须存在于流体系统的整个内表面上。在很多情况下，当这类薄膜只存在于流体系统的某些区域或者某些流体组件的内表面或者部分的这些表面上时就已经足够了。如果流体系统被用于分析系统，并且特别地被用于诊断分析系统，则在流体系统的以下区域中提供亲水性聚合物薄膜，即从相应的传感元件上游的输送路径中的样品施加装置开始，或者在传感元件本身的液体-输送区域中提供亲水性聚合物薄膜，对于精确和无误差测定所述测定值通常是足够的。应该优选地提供亲水性聚合物薄膜的流体系统的其它区域，是位于同样在传感元件上游的流体系统中的区域，但是其不用于输送样品液体，而是例如输送校正或者清洁介质，并且通常流入传感元件上游的样品液体的输送路径。传感元件下游的流体系统的区域，例如到废物容器的输送管道不必须具有亲水性聚合物薄膜，因为这些区域的气泡或者污染对测定值的测定不具有不利影响。
本发明的另一个方面涉及生产这类流体系统的方法，该流体系统至少部分地在其内表面上具有亲水性聚合物薄膜。
在优选实施方案中，这类流体系统通过首先在随后被组装形成流体系统的单个流体组件或者这类流体组件的较小的组合件的内表面上生产亲水性聚合物薄膜来生产。在其中涂覆整个流体系统或者其大的部件在经济上并不适合的情况下，或者由于例如系统的单个子区域不是可到达的或者不是易于到达的，因此这类涂覆在技术上是不可行的或者非常困难的时候，可以特别地使用上述方法。这些可以例如是阀门后面的流体系统的子区域或者非常窄的液体输送路径。然而，为了在流体系统的这类区域中仍然生产亲水性聚合物薄膜，其内表面应该具有亲水性聚合物薄膜的单个流体组件被首先单独地提供这类薄膜，并且随后组装形成流体系统。以这样的方式，还可以以简单的方式为系统的一部分提供亲水性聚合物薄膜，在组装的系统中，这样的部分对于这类涂覆不是能够达到的，或者是非常难以达到的。
在另一个优选实施方案中，通过首先物理化学地预处理单个流体组件的内表面，随后将这些组件组装形成流体系统，并且在这样的组装流体系统上进行本发明的其它工艺步骤来生产这类流体系统。这种过程可以特别地用于这样的情况，其中整个流体系统或者其大的部件的物理化学预处理不是经济可行的，或者因为技术原因是不可能的或者非常困难的，例如由于系统的单个小部分对于这类预处理不是可到达的或者是难以到达的。在某些预处理方法中，特别是在等离子体处理的情况下，有时会出现这样的问题，即预处理的作用被限制在流体系统的易到达的区域，而流体系统的难以到达的区域不能被预处理或者非常难以被预处理。为了克服这一问题，在此提供了这样一种方法，该方法借助于以下内容解决了上述问题不使整个流体系统或者其大的部件经受这类预处理，而是首先只对单个流体组件或者其部分进行预处理，因此能够更容易地进行预处理。因此，例如阀门的单个元件或者长段管子的一段可以被单独地预处理，随后被组装起来。在流体系统的内表面上生产亲水性聚合物薄膜的其它步骤通常不是关键的，并且可以在组装的系统中进行。
在上述的实施方案中，薄膜还可以在几个这类流体组件的较小组合件上通过实施对于单个流体组件所描述的工艺步骤来生产。
例如，在开始本发明方法之前，流体组件，例如管子或者弯头，可以被组装成小的组合件，并且作为普通的小的组合件进行用于在内表面上生产亲水性聚合物薄膜的后续步骤。
本发明的另一个方面涉及用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的分析系统，其包括至少一个用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的传感元件，以及用于将液体输送到传感元件和/或从传感元件输送走液体的本发明的流体系统。
在这类分析系统中，可以使用所有前面描述的本发明流体系统的实施方案。这类分析系统原则上可以被用来分析所有类型的液体，并且特别优选地用来分析含水液体。在优选实施方案中，这类分析系统被用来分析生理液体，例如血液、血浆、血清、尿、脑脊髓液体、眼泪流体，或者液体生物试样，例如细胞悬液、细胞上清液、细胞抽提物、组织溶解产物或者类似的液体。它们被特别优选地用于分析血液、血清、血浆或者尿。
在优选实施方案中，亲水性聚合物的薄膜还存在于分析系统的液体-输送区域或者一个或多个传感元件的内表面上。这些传感元件的液体-输送区域与被分析的液体直接接触。在这些区域中存在亲水性聚合物的薄膜是特别有利的，因为其能够降低由于在传感元件中存在气泡或者污染物质而导致的测定值失真的危险。在特别优选的实施方案中，通过在传感元件的液体-输送区域上以及在其余的流体系统的邻接部分上存在相同亲水性聚合物的薄膜，能够进一步降低这类危险。
在另一个优选实施方案中，分析系统包含几个传感元件，以测定通常用于许多测定的液体的不同的物理和/或化学参数。然而，除了可以重复地和多次使用的传感元件之外，还可以使用只能使用一次的传感元件。在这种情况下，各个元件通常通过也能够彼此直接接触的流体组件连接在一起。在这方面，各种传感元件还可以被结合成传感模块，它们具有共用的流体分系统。
具体实施例方式
实施例1在用作例如外壳通道的用等离子体预处理的流体元件上制备亲水性聚合物薄膜在下文中作为流体组件的一个例子描述了传感元件、例如氧电极的壳体通道。这类壳体通道实质上相当于传感元件的液体-输送区域，其与液体直接接触，并且特别地包含在传感元件内提供和除去液体的样品通道。图2显示了这类传感元件的传感区域的剖面的实例，该传感元件作为一个例子使用Clark类型的氧传感器，其用于例如Roche诊断学的OMNI分析系统。这些传感元件(10)包括用于输送和提供样品的样品或者壳体通道(12)，以及实际的传感器(11)，其具有内部电解质空间和设置在其中的电极。气体可渗透的和实质上离子-和液体-不可渗透的塑料膜(13)位于内部电解质空间和样品通道之间，其将内部电解质空间和样品通道分离。在显示的情况下，传感元件(15)的壳体以及壳体通道(12)的壁由透明塑料例如甲基丙基酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物构成。为了在实际的水凝胶涂覆之前预处理壳体通道，将壳体(15)固定在支承板上，并且放在来自Plasmafinish公司的V15-G类型的等离子体设备中，并且按照制造商的说明在2.45GHz下用氯等离子体处理几分钟。在所显示的情况下，等离子体可以经由壳体通道(12)两侧的开口以及经由以后被膜(13)覆盖的壳体中的开口进入壳体通道的内侧。在完成等离子体处理之后在大约5-60分钟内，将等离子体-处理的壳体从支承板上除去，并且固定在壳体支撑物中。在该壳体支撑物中，将提供和排出液体的液体管道连接到壳体通道(12)的两端。借助于存在于壳体(15)上的可压缩密封(14)或者存在于液体管道上的密封，通过压力连接机构将液体管道密封。经由液体管道并且因此经由壳体通道(12)吸入亲水性聚合物X1的溶液，持续几分钟。X1表示聚醚-聚氨酯共聚物类型的亲水性聚合物，其可以例如作为“亲水性聚醚聚氨酯”从Cardio Tech International，78 E OlympiaAvenue，Woburn MA 01801-2057，美国得到，并且具有50％的水分吸收率和60％的溶胀的膨胀率。为了制备亲水性聚合物X1的溶液，将规定量的水凝胶颗粒X1在搅拌的同时溶于乙醇-水混合物中。随后，将亲水性聚合物X1的溶液从液体管道和壳体通道(12)中除去，并且经由液体管道和壳体通道吸入空气，持续几分钟。在壳体通道(12)的内壁上以这种方法将水凝胶层干燥，从而按照本发明的涂覆工艺在壳体通道(12)的内壁上得到亲水性聚合物的薄膜。
权利要求
1.用于在流体组件的内表面上产生亲水性聚合物薄膜的方法，所述亲水性聚合物具有高于在没有亲水性聚合物薄膜存在下的流体组件内表面的表面润湿性的对于含水溶液的表面润湿性，其特征在于，亲水性聚合物的薄膜按照以下产生a)将流体组件的内表面经受物理化学预处理，b)使流体组件内表面与亲水性聚合物溶液接触，c)以这样的方式用气态介质置换亲水性聚合物的溶液，使得首先流体组件的内表面保持被部分的亲水性聚合物的溶液润湿，和d)通过除去溶剂使亲水性聚合物薄膜保留在流体组件的内表面上。
2.权利要求1的方法，其特征在于物理化学预处理是等离子体处理。
3.前面权利要求之一的方法，其特征在于亲水性聚合物可溶于有机溶剂或者溶剂混合物，并且实质上不溶于含水溶液。
4.前述权利要求任何一项的方法，其特征在于亲水性聚合物是聚醚-聚氨酯共聚物。
5.前述权利要求任何一项的方法，其特征在于亲水性聚合物薄膜直接在流体组件的内表面上产生，而不使用附加的中间层。
6.前述权利要求任何一项的方法，其特征在于物理化学预处理改进了亲水性聚合物薄膜对内表面的粘合性以及其对物理或者化学应力的耐受性。
7.流体组件，其在内表面上具有亲水性聚合物薄膜，其特征在于，亲水性聚合物薄膜通过权利要求1到6任何一项的方法产生。
8.权利要求7的流体组件，其特征在于，流体组件是选自以下的组件通道、管子、管道、阀门、分配器、连接元件、液体接收设备、接头、传感元件的液体-输送区域或者液体容器。
9.权利要求7或8的流体组件，其特征在于，流体组件的内表面由至少一种塑料组成。
10.权利要求7到9任何一项的流体组件，其特征在于，亲水性聚合物薄膜的厚度在0.01到50微米之间、优选地在0.01到10微米之间、特别优选地在0.01到5微米之间。
11.用于输送液体的流体系统，其特征在于，该流体系统由几个流体组件组成，它们以这样的方式被连接起来，使得液体可以在这些流体组件之间被输送，并且该流体系统包含一个或多个权利要求7到10之一的流体组件。
12.权利要求11的流体系统，其特征在于，单个流体组件的内表面的物理特性和特别是其湿润性，借助于在这些流体组件的内表面上存在相同的亲水性聚合物的薄膜而得到均衡。
13.用于生产权利要求11到12任何一项的流体系统的方法，其特征在于，首先在随后将被组装形成流体系统的单个流体组件或者这类流体组件的较小的组合件的内表面上生产亲水性聚合物的薄膜。
14.用于生产权利要求11或12的流体系统的方法，其特征在于，首先在单个流体组件或者这类流体组件的较小的组合件的内表面上进行权利要求1的工艺步骤a)的预处理，这些流体组件或者组合件被随后组装形成流体系统，并且权利要求1的工艺步骤b)到d)在这种组装的流体系统上进行。
15.用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的分析系统，其包括用于测定液体的至少一种物理或者化学参数的至少一个传感元件，和用于将液体输送到传感元件和/或从传感元件输送走液体的流体系统，其特征在于该流体系统包含一个或多个权利要求7到10任何一项的流体组件。
16.权利要求15的分析系统，其特征在于，被分析的液体是生理液体，尤其是血液、血清、血浆或者尿。
17.权利要求15到16任何一项的分析系统，其特征在于，亲水性聚合物的薄膜还存在于一个或多个传感元件的液体-输送区域的内表面，所述内表面与被分析的液体直接接触。
18.权利要求15到17任何一项的分析系统，其特征在于，该分析系统包含几个传感元件，尤其是传感模块形式的几个传感元件，以测定液体的各种物理和/或化学参数。
全文摘要
本发明描述了用于在流体组件的内表面上生产亲水性聚合物薄膜的方法，其中首先将流体组件的内表面经受物理化学处理，尤其是等离子体处理，随后将内表面接触亲水性聚合物的溶液，然后以这样的方式用气态介质置换聚合物溶液，使得首先内表面保持被部分的聚合物溶液润湿，并且最后通过除去溶剂使亲水性聚合物的薄膜保留在流体组件的内表面上。在这种情况下使用的亲水性聚合物具有高于流体组件本身的内表面的表面润湿性的对于含水溶液的表面润湿性。此外，本发明描述了流体组件和系统以及分析系统，在其内表面上至少部分地存在亲水性聚合物的薄膜。
文档编号G01N27/327GK1689711SQ200510066910
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年4月26日
发明者M·J·P·莱娜, L·维斯, D·沃克尔, W·蔡勒 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司