專利名稱：酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葡萄糖在線檢測技術(shù)，是一種綜合采用物理、化學(xué)、生物、電子的葡萄 糖在線分析儀，具體地說，是一種面向發(fā)酵過程的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀。
背景技術(shù)：
葡萄糖檢測技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)用血糖分析上有著廣泛的應(yīng)用，與常見 葡萄糖分析方法——斐林定糖法、葡萄糖氧化酶-過氧化物酶-比色法相比，葡萄糖生物傳 感器檢測葡萄糖法，具有專一性強(qiáng)，適于在線，速度快，可連續(xù)操作，操作簡便等諸多優(yōu)點(diǎn)， 故葡萄糖生物傳感器測糖得到了廣泛的研究與應(yīng)用。葡萄糖是微生物發(fā)酵過程中常見的反應(yīng)物和中間產(chǎn)物，發(fā)酵過程中對葡萄糖濃度 的控制會直接關(guān)系到產(chǎn)物產(chǎn)率與質(zhì)量。因此，葡萄糖濃度的實(shí)時在線檢測是非常重要的。然 而發(fā)酵過程中，為了防止染菌，在線葡萄糖生物傳感器及其與反應(yīng)器間管路必須能承受高 溫蒸汽滅菌，以避免滅菌后傳感器性能下降或喪失，所以目前葡萄糖濃度檢測主要采用離 線方式，在線方式還處于實(shí)驗(yàn)階段。目前，葡萄糖傳感器大多采用酶膜的方式，然而，酶膜制作需要酶固定化技術(shù)，即 將葡萄糖氧化酶或葡萄糖脫氫酶固定于半透膜上或電極上，固定化技術(shù)復(fù)雜；酶膜的活度 受被測液影響，酶膜隨反應(yīng)活度逐漸降低，儀器需要不斷校準(zhǔn)；并且酶膜使用前需要泡漲， 用時較長，難以在線使用；一種酶膜的傳感器只能檢測一種物質(zhì)；另外，酶膜價格昂貴。本發(fā)明是為了解決上訴問題，目的在于提供一種適用于在線的，測量準(zhǔn)確的，操作 方便的，不需經(jīng)常校準(zhǔn)的，成本低的葡萄糖傳感在線分析儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供了一種面向發(fā)酵過程的酶注射式葡萄糖傳感在線分析 儀。酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其包括酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1、三電極檢測電路2、數(shù)據(jù)采集控制電路3、液晶屏4、PC機(jī)5、按鍵6、電源7，具體 連接關(guān)系為所述酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1與三電極檢測電路2和數(shù)據(jù) 采集控制電路3連接，三電極檢測電路2用于檢測酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)1中酶注射式葡萄糖生物傳感器8產(chǎn)生的電流信號，數(shù)據(jù)采集控制電路3用于給酶 注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1提供控制信號；三電極檢測電路2與數(shù)據(jù)采 集控制電路3連接，數(shù)據(jù)采集控制電路3用于采集三電極檢測電路2輸出的電壓信號；數(shù)據(jù) 采集控制電路3還分別與液晶屏4、PC機(jī)5、按鍵6相連，液晶屏4用于顯示數(shù)據(jù)采集控制 電路3輸出的數(shù)字信號，PC機(jī)5可通過串口與數(shù)據(jù)采集控制電路3進(jìn)行通信，按鍵6用于 設(shè)置數(shù)據(jù)采集控制電路3運(yùn)行參數(shù)；電源7與三電極檢測電路2、數(shù)據(jù)采集控制電路3和酶 注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1相連，為它們供電。要不要把三級檢測電路畫一下？所述酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)1包括酶注射式葡萄糖 生物傳感器8、透析取樣探頭9、電磁六通閥10、定量環(huán)11、蠕動泵12、13、17、緩沖液瓶14、 酶液瓶15、廢液瓶16 ；具體連接關(guān)系為所述透析取樣探頭9包括固定環(huán)18、外支撐網(wǎng)19、 透析膜20、內(nèi)支撐網(wǎng)21、探頭主體22、探頭入口 23、探頭出口 24、擴(kuò)散池25 ；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器8的三電極通過電纜連接到三電極檢測電路板， 實(shí)現(xiàn)傳感器產(chǎn)生電流的Ι/ν變換及放大；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器8的被測液入口 通過管路與透析取樣探頭9的探頭出口 M連接，在蠕動泵17的工作下，透析取樣探頭9的 擴(kuò)散池中的待測液被引入到被測液池中；所述透析取樣探頭9的探頭入口 23通過管路與緩 沖液瓶14連接，此管路經(jīng)過蠕動泵17 ；所述電磁六通閥10的第6端口通過管路與緩沖液瓶14連接，此管路經(jīng)過蠕動泵 12 ；所述電磁六通閥10的第3端口通過管路與酶液瓶15連接，此管路經(jīng)過蠕動泵13 ；所述 電磁六通閥10的第2端口通過管路與廢液瓶16連接；所述電磁六通閥10的第1端口與第 4端口相連，之間連接定量環(huán)11 ；所述電磁六通閥10的第5端口通過管路與酶注射式葡萄 糖生物傳感器8的緩沖液、酶液入口連接；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器8的緩沖液、酶 液出口通過管路與廢液瓶16連接；所述透析取樣探頭9的探頭主體22上部開有探頭入口 23和探頭出口 24，探頭主 體22的底部置有內(nèi)支撐網(wǎng)21，底部外側(cè)固定有外支撐網(wǎng)19，通過固定環(huán)18將內(nèi)支撐網(wǎng)21 和外支撐網(wǎng)19固定在探頭主體22底部；所述探頭主體22與內(nèi)支撐網(wǎng)21間構(gòu)成擴(kuò)散池25 ； 所述內(nèi)支撐網(wǎng)21與外支撐網(wǎng)19間固定透析膜20，內(nèi)支撐網(wǎng)21與外支撐網(wǎng)19對透析膜20 起加固作用；所述固定環(huán)18外圈帶有螺紋，與一端帶有螺紋的探頭主體22螺紋連接，對外 支撐網(wǎng)19、透析膜20、內(nèi)支撐網(wǎng)21進(jìn)行固定；所述探頭入口 23和探頭出口 24，用于液體的 流入與流出。各部件間通過管路連接，此管路的材料可選不銹鋼、聚四氟乙烯、PEEK或硅膠。電磁六通閥10與定量環(huán)11構(gòu)成酶液定量注射裝置。所述蠕動泵12、13、17是流量可調(diào)、正反轉(zhuǎn)可調(diào)的蠕動泵。所述探頭主體22材料可選不銹鋼、PEEK。所述透析膜20，可選聚碳酸酯膜、聚砜膜。外支撐網(wǎng)19、內(nèi)支撐網(wǎng)21由不銹鋼網(wǎng)制成。其中，透析膜20，允許葡萄糖分子或比其小的分子通過，阻止大分子通過。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用酶液注射方式，可實(shí)現(xiàn)傳感器隨發(fā)酵罐同時進(jìn)行在線高壓蒸汽滅菌，不僅增 強(qiáng)了傳感器的可靠性，而且提高了檢測精確度；酶以“新鮮”的酶液方式存在，與被測液獨(dú)立，不受外界影響，使得儀器不需要頻繁 校準(zhǔn)；更換不同種類的酶液，可以檢測不同物質(zhì)，即一臺儀器可檢測多種物質(zhì)；檢測成本低，單次所用酶液成本0. 01元左右；透析取樣探頭的設(shè)計(jì)大大減少了檢測中對待測液的消耗；實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的在線檢測；
本發(fā)明，結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便，易于批量化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀的系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)連接圖。圖3為本發(fā)明的透析取樣探頭結(jié)構(gòu)俯視圖，。圖4為本發(fā)明的透析取樣探頭結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖中1、酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，2、三電極檢測電路、3、數(shù) 據(jù)采集控制電路，4、液晶屏，5、電腦，6、按鍵，7、電源，8、酶注射式葡萄糖生物傳感器，9、透 析取樣探頭，10、電磁六通閥，11、定量環(huán)，12、蠕動泵，13、蠕動泵，14、緩沖液瓶，15、酶液瓶， 16、廢液瓶，17、蠕動泵，18、固定環(huán)，19、外支撐網(wǎng)，20、透析膜，21、內(nèi)支撐網(wǎng)，22、探頭主體， 23、探頭入口，對、探頭出口，25、擴(kuò)散池。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀系統(tǒng)包括如下部分 酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1、三電極檢測電路2、數(shù)據(jù)采集控制電路3、 液晶屏4、PC機(jī)5、按鍵6、電源7。其中，所述酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1是儀器的流路結(jié)構(gòu)部 分，各部件間通過管路連接，此管路的材料可選不銹鋼、聚四氟乙烯、PEEK或硅膠。如圖2所示，酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)1包括如下組件 酶注射式葡萄糖生物傳感器8、透析取樣探頭9、電磁六通閥10、定量環(huán)11、蠕動泵12、蠕動 泵13、緩沖液瓶14、酶液瓶15、廢液瓶16、蠕動泵17。所述酶注射式葡萄糖生物傳感器8的三電極通過電纜連接到三電極檢測電路板， 實(shí)現(xiàn)傳感器產(chǎn)生電流的Ι/ν變換及放大；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器8的被測液入口 通過管路與透析取樣探頭9的探頭出口 M連接，在蠕動泵17的工作下，透析取樣探頭9的 擴(kuò)散池中的待測液被引入到被測液池中；所述透析取樣探頭9的探頭入口 23通過管路與緩 沖液瓶14連接，此管路經(jīng)過蠕動泵17 ；所述電磁六通閥10的第6端口通過管路與緩沖液瓶14連接，此管路經(jīng)過蠕動泵 12 ；所述電磁六通閥10的第3端口通過管路與酶液瓶15連接，此管路經(jīng)過蠕動泵13 ；所述 電磁六通閥10的第2端口通過管路與廢液瓶16連接；所述電磁六通閥10的第1端口與第 4端口相連，之間連接定量環(huán)11 ；所述電磁六通閥10的第5端口通過管路與酶注射式葡萄 糖生物傳感器8的緩沖液、酶液入口連接；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器8的緩沖液、酶 液出口通過管路與廢液瓶16連接；其中，酶注射式葡萄糖生物傳感器8已申請發(fā)明專利。其中，電磁六通閥10與定量環(huán)11構(gòu)成酶液定量注射裝置。其中，透析取樣探頭9，用于插入待測液中，對待測液進(jìn)行取樣。其中蠕動泵12、蠕動泵13和蠕動泵17是流量可調(diào)、正反轉(zhuǎn)可調(diào)的蠕動泵。如圖3、圖4所示，透析取樣探頭9用于插入待測液中，對待測液進(jìn)行取樣，其包括 如下組件固定環(huán)18、外支撐網(wǎng)19、透析膜20、內(nèi)支撐網(wǎng)21、探頭主體22、探頭入口 23、探頭出口 24、擴(kuò)散池25。所述透析取樣探頭9的探頭主體22上部開有探頭入口 23和探頭出口 24，探頭主 體22的底部置有內(nèi)支撐網(wǎng)21，底部外側(cè)固定有外支撐網(wǎng)19，通過固定環(huán)18將內(nèi)支撐網(wǎng)21 和外支撐網(wǎng)19固定在探頭主體22底部；所述探頭主體22與內(nèi)支撐網(wǎng)21間構(gòu)成擴(kuò)散池25 ； 所述內(nèi)支撐網(wǎng)21與外支撐網(wǎng)19間固定透析膜20，內(nèi)支撐網(wǎng)21與外支撐網(wǎng)19對透析膜20 起加固作用；所述固定環(huán)18外圈帶有螺紋，與一端帶有螺紋的探頭主體22螺紋連接，對外 支撐網(wǎng)19、透析膜20、內(nèi)支撐網(wǎng)21進(jìn)行固定；所述探頭入口 23和探頭出口 24，用于液體的 流入與流出。其中，探頭主體22材料，可選不銹鋼、PEEK等。其中，透析膜20，可選聚碳酸酯膜、聚砜膜等。其中，外支撐網(wǎng)19、內(nèi)支撐網(wǎng)21，可由不銹鋼網(wǎng)制成。其中，通過蠕動泵17正反轉(zhuǎn)，促進(jìn)待測液中的待測物質(zhì)加快向擴(kuò)散池25內(nèi)擴(kuò)散。本發(fā)明的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀工作過程如下將透析取樣探頭9插入待測液中，開啟儀器，設(shè)置儀器工作參數(shù)。如下過程將自動 完成，首先，蠕動泵12、蠕動泵13蠕動泵17啟動，抽取緩沖液或酶液對電磁六通閥10、定量 環(huán)11、酶注射式葡萄糖生物傳感器8、透析取樣探頭9進(jìn)行清洗，清洗完畢，停止3個蠕動 泵。然后，低速啟動蠕動泵17，令其間歇式的正反轉(zhuǎn)，通過設(shè)定擴(kuò)散時間控制蠕動泵17轉(zhuǎn) 動時間。擴(kuò)散完畢，通過蠕動泵17將擴(kuò)散進(jìn)的待測液引入酶注射式葡萄糖生物傳感器8的 被測液池中，啟動酶注射式葡萄糖生物傳感器8磁攪拌轉(zhuǎn)子。引入完畢后，軟換電磁六通閥 10，開啟蠕動泵12，將由電磁六通閥10和定量環(huán)11組成的酶液定量注射裝置所定量的酶液 引入到酶注射式葡萄糖生物傳感器8的反應(yīng)池中，在反應(yīng)池中，葡萄糖氧化酶與待測液中 的葡萄糖發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生傳感器電流信號。三電極檢測電路、數(shù)據(jù)采集控制電路系統(tǒng)對此電 流信號進(jìn)行檢測、采集和處理，得到與此電流信號對應(yīng)的葡萄糖濃度數(shù)值，此葡萄糖濃度數(shù) 值可在液晶屏4上進(jìn)行顯示，也可通過串口傳給PC機(jī)5，進(jìn)行上位機(jī)的處理。
權(quán)利要求
1.酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于其包括酶注射式葡萄糖傳感在線 分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(1)、三電極檢測電路O)、數(shù)據(jù)采集控制電路(3)、液晶屏G)、PC機(jī) (5)、按鍵(6)、電源(7)，具體連接關(guān)系為所述酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(1)與三電極檢測電路(2)和數(shù)據(jù) 采集控制電路C3)連接，三電極檢測電路( 用于檢測酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流 路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(1)中酶注射式葡萄糖生物傳感器(8)產(chǎn)生的電流信號，數(shù)據(jù)采集控制電路(3) 用于給酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(1)提供控制信號；三電極檢測電路 (2)與數(shù)據(jù)采集控制電路C3)連接，數(shù)據(jù)采集控制電路C3)用于采集三電極檢測電路(2)輸 出的電壓信號；數(shù)據(jù)采集控制電路⑶還分別與液晶屏G)、PC機(jī)(5)、按鍵(6)相連，液晶 屏(4)用于顯示數(shù)據(jù)采集控制電路(3)輸出的數(shù)字信號，PC機(jī)(5)可通過串口與數(shù)據(jù)采集 控制電路⑶進(jìn)行通信，按鍵(6)用于設(shè)置數(shù)據(jù)采集控制電路(3)運(yùn)行參數(shù)；電源(7)與三 電極檢測電路O)、數(shù)據(jù)采集控制電路(3)和酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系 統(tǒng)⑴相連，為它們供電；所述酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)(1)包括酶注射式葡萄糖生 物傳感器(8)、透析取樣探頭(9)、電磁六通閥(10)、定量環(huán)(11)、蠕動泵(12、13、17)、緩沖 液瓶(14)、酶液瓶(15)、廢液瓶(16)；具體連接關(guān)系為所述透析取樣探頭(9)包括固定環(huán) (18)、外支撐網(wǎng)(19)、透析膜00)、內(nèi)支撐網(wǎng)(21)、探頭主體02)、探頭入口(23)、探頭出口 (M)、擴(kuò)散池(25)；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器(8)的三電極通過電纜連接到三電極檢測電路板，實(shí) 現(xiàn)傳感器產(chǎn)生電流的ΙΛ變換及放大；所述酶注射式葡萄糖生物傳感器(8)的被測液入口 通過管路與透析取樣探頭(9)的探頭出口 04)連接，在蠕動泵16的工作下，透析取樣探頭 (9)的擴(kuò)散池中的待測液被引入到被測液池中；所述透析取樣探頭(9)的探頭入口 03)通 過管路與緩沖液瓶(14)連接，此管路經(jīng)過蠕動泵(17)；所述電磁六通閥(10)的第6端口通過管路與緩沖液瓶(14)連接，此管路經(jīng)過蠕動泵(12)；所述電磁六通閥(10)的第3端口通過管路與酶液瓶(1 連接，此管路經(jīng)過蠕動泵(13)；所述電磁六通閥(10)的第2端口通過管路與廢液瓶(16)連接；所述電磁六通閥(10) 的第1端口與第4端口相連，之間連接定量環(huán)(11)；所述電磁六通閥9的第5端口通過管 路與酶注射式葡萄糖生物傳感器(8)的緩沖液、酶液入口連接；所述酶注射式葡萄糖生物 傳感器8的緩沖液、酶液出口通過管路與廢液瓶(16)連接；所述透析取樣探頭(9)的探頭主體0 上部開有探頭入口 和探頭出口(M)，探 頭主體0 的底部置有內(nèi)支撐網(wǎng)(21)，底部外側(cè)固定有外支撐網(wǎng)(19)，通過固定環(huán)(18) 將內(nèi)支撐網(wǎng)和外支撐網(wǎng)(19)固定在探頭主體0 底部；所述探頭主體0 與內(nèi)支 撐網(wǎng)間構(gòu)成擴(kuò)散池05)；所述內(nèi)支撐網(wǎng)與外支撐網(wǎng)(19)間固定透析膜00)，內(nèi) 支撐網(wǎng)與外支撐網(wǎng)(19)對透析膜OO)起加固作用；所述固定環(huán)(18)外圈帶有螺紋， 與一端帶有螺紋的探頭主體0 螺紋連接，對外支撐網(wǎng)(19)、透析膜(20)、內(nèi)支撐網(wǎng) 進(jìn)行固定；所述探頭入口 和探頭出口(M)，用于液體的流入與流出。
2.按照權(quán)利要求1所述的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于各部件間通 過管路連接，此管路的材料可選不銹鋼、聚四氟乙烯、PEEK或硅膠。
3.按照權(quán)利要求1所述的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于電磁六通閥10與定量環(huán)11構(gòu)成酶液定量注射裝置。
4.按照權(quán)利要求1所述的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于所述蠕動泵 (12、13、17)是流量可調(diào)、正反轉(zhuǎn)可調(diào)的蠕動泵。
5.按照權(quán)利要求1所述的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于所述探頭主 體02)材料可選不銹鋼、PEEK。
6.按照權(quán)利要求1所述的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于所述透析膜 (20)，可選聚碳酸酯膜、聚砜膜。
7.按照權(quán)利要求1所述的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其特征在于外支撐網(wǎng) (19)、內(nèi)支撐網(wǎng)由不銹鋼網(wǎng)制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種面向發(fā)酵過程的酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀，其包括如下部分酶注射式葡萄糖傳感在線分析儀流路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1、三電極檢測電路2、數(shù)據(jù)采集控制電路3、液晶屏4、PC機(jī)5、按鍵6、電源7。本發(fā)明采用酶液注射方式，可實(shí)現(xiàn)傳感器隨發(fā)酵罐同時進(jìn)行在線高壓蒸汽滅菌，不僅增強(qiáng)了傳感器的可靠性，而且提高了檢測精確度；酶以“新鮮”的酶液方式存在，與被測液獨(dú)立，不受外界影響，使得儀器不需要頻繁校準(zhǔn)；更換不同種類的酶液，可以檢測不同物質(zhì)，即一臺儀器可檢測多種物質(zhì)；檢測成本低，透析取樣探頭的設(shè)計(jì)大大減少了檢測中對待測液的消耗；實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的在線檢測；本發(fā)明，結(jié)構(gòu)緊湊、加工方便，易于批量化生產(chǎn)。
文檔編號G01N27/26GK102141535SQ20101061622
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者劉廣生, 王普, 程麗, 高學(xué)金, 齊永生 申請人:北京工業(yè)大學(xué)