專利名稱：酶電極的自動溫度補償方法
技術領域：
本發(fā)明是關于生物傳感器，特別是酶電極的自動溫度補償方法的發(fā)明，該方法結合采用溫度檢測器和單片計算機程序對酶電極的響應進行自動補償。
酶電極由酶膜和基礎電極(電化學傳感器)組成。被測物濃度經(jīng)酶膜催化作用和電極的轉換作用以電信號的形式展現(xiàn)。酶膜對底物的催化反應和基礎電極的電極過程均受溫度影響，分別有可觀的溫度系數(shù)，已知的酶電極儀采用溫度控制裝置為酶促反應提供相對恒溫環(huán)境，但因控溫精度往往不夠高，常通過一額外高精度溫度傳感器及其電路對基礎電極進行溫度補償。這種方法一般能使酶電極響應免受溫度影響，但成本較高，同時當環(huán)境溫度低于控制溫度時(如當室溫低于25℃)，載流溶液會在測定池中溢出氣泡，增加燥聲源，干擾酶電極測定，溫差越大，氣泡干擾越嚴重，必須設計排氣泡裝置。此外，當環(huán)境溫度高于控制溫度時(如炎熱季節(jié))，控溫裝置實際又不起作用。
本發(fā)明的任務是提供一種方法，使酶電極在非控溫條件下工作，在一個連續(xù)使用過程中，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，整個酶電極(而不僅僅是基礎電極)的響應被自動補償。由于不采用溫控裝置，既減少了整機成本，也避免了溫差帶來的氣泡對酶電極測定的干擾，提高酶電極的信燥比。
其解決的方案是將酶電極的溫度系數(shù)定義為溫度每變化1℃，酶電極響應活性變化的倍數(shù)，用Q表示，首先通過實驗調查并確定酶電極的溫度系數(shù)，建立溫度對酶電極響應活性R的函數(shù)式，并存入單片計算機，在酶電極測定池中或其鄰近裝一熱敏元件，該熱敏元件將酶電極的工作溫度適時地傳送給單片計算機，由單片機程序按響應活性-溫度關系式對酶電極的響應值進行補償。
下文及附圖描述了本發(fā)明的一個實施例用氧電極(CY-2)和葡萄糖氧化酶(GOD)酶膜制成測定葡萄糖的酶電極，實驗測得，在8～40℃范圍，酶電極對葡萄糖的響應活性隨溫度的升高而增高，溫度系數(shù)Q不是一個常數(shù)，而是溫度T的函數(shù)，其關系式為Q＝a+bT(1)設酶電極開始標定時的溫度為To，在一個連續(xù)工作的過程中任一時刻的溫度為Ti，則有△T＝Ti-To(2)酶電極的溫度補償式為R＝Ri-△TQoiRi(3)式中，R-補償后的酶電極響應值Ri-溫度為Ti時酶電極的響應值Qoi-溫度為(Ti+To)1/2時酶電極的溫度系數(shù)將(1)和(2)代入(3)并整理，得
R＝Ri｛1-(Ti-To)[a+b(Ti+To)1/2]｝(4)考慮到該實施例以氧電極作為基礎電極，溶液中不含葡萄糖時酶電極經(jīng)放大器輸出為一高電位，該輸出也隨溫度的漂移而漂移，而漂移會導致酶電極的響應斜率發(fā)生變化。因此，結合式(4)得出的該酶電極最終的溫度補償式為R＝Ri｛1-(Ti-To)[a+b(Ti+To)1/2]｝Do/Di(5)式中，Do-溫度為To時酶電極對空白溶液的輸出信號Di-溫度為Ti時酶電極對空白溶液的輸出信號如果以過氧化氫電極為基礎電極，式(4)可直接作為酶電極的溫度補償式。


圖1示意該溫度補償型GOD酶電極的結構。
圖2為溫度檢測電路原理圖。
圖3為單片計算機溫度補償子程序框圖。
在圖1中，酶電極①經(jīng)螺紋緊固在有機玻璃基座②上，酶電極端部(酶膜)③與液流通道④密封形成測定池⑤，在測定池⑤底部裝有一微型熱敏電阻器⑥，酶電極和熱敏電阻與各自的檢測電路相連接。
在圖2中，微型熱敏電阻器RT與另外三個精密電阻型電阻器R3，R9及R10組成電橋電路，由它完成溫度～電壓的轉換。電橋采用電流供電方式，并由二個特性對稱的三極管BG1與BG2組成恒流源。當電橋各臂的比值確定后，電橋電路的溫度～電壓轉換斜率就主要由恒流源輸出電流的大小確定，而改變W1電位器可以調節(jié)恒流源的輸出電流值?？紤]到熱敏電阻RT參數(shù)的離散性，電橋在0℃時的零點由W2電位器進行較正。為了保證不給測量電橋電路引入更大的付加誤差及滿足后級的信號強度要求，采用了由IC1及IC2組成的同相串連差動放大電路。三極管BG3接受由計算機送來的采樣控制信號，使繼電器RY動作完成對溫度檢測器輸出的溫度信號采樣。本溫度檢測器的溫度檢測范圍為0～40℃，非線性度不大于2%，靈敏度5mv/℃。
在圖3中，子程序調用后，先對測溫標志清零，讀A/D，再判斷是否為測溫狀態(tài)，因測溫標志已清零，故繼續(xù)判斷是否為酶電極待響應狀態(tài)，若否，則存數(shù)據(jù)D0，返回。若是，則判斷酶電極響應是否開始，若否，則存數(shù)據(jù)D1，返回。若是，則置測溫標志，并輸出采溫控制信號。返回讀A/D，進入測溫狀態(tài)，得到測溫電路輸出信號數(shù)據(jù)。繼而判斷酶電極是否為標定狀態(tài)，若是，則存溫度值T0，若否，酶電極為測定狀態(tài)，存溫度值T1。至此測溫結束，返回主程序，并按公式(5)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。
權利要求
生物傳感器，特別是酶電極的自動溫度補償，其特征是無溫度控制裝置，在測定池中或其臨近裝有一熱敏元件，在酶電極的工作過程中，由單片計算機適時采集熱敏元件經(jīng)溫度檢測電路給出的溫度信號，并由單片計算機程序按式(4)或(5)對酶電極的響應值進行自動溫度補償。
全文摘要
本發(fā)明是關于生物傳感器，特別是酶電極的自動溫度補償?shù)陌l(fā)明，這種酶電極不需溫度控制裝置，在測定池中或臨近裝有一熱敏元件，它能適時感知酶電極的工作溫度，在酶電極的工作過程中，由單片計算機采集熱敏元件經(jīng)溫度測量電路給出的溫度信號，并由單片計算機程序按既定的酶電極響應活性-溫度關系式結酶電極的響應值進行自動溫度補償，這種方法能減少酶電極儀的整機成本，也避免了溫差帶來的氣泡對酶電極測定的干擾，提高酶電極的信噪比。
文檔編號C12M1/34GK1089651SQ9310044
公開日1994年7月20日 申請日期1993年1月12日 優(yōu)先權日1993年1月12日
發(fā)明者張先恩, 胡偉平, 唐建客, 張治平, 張曉梅 申請人:中國科學院武漢病毒研究所