专利名称：酶注射式葡萄糖传感在线分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及葡萄糖在线检测技术，是一种综合采用物理、化学、生物、电子的葡萄 糖在线分析仪，具体地说，是一种面向发酵过程的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪。
背景技术：
葡萄糖检测技术在发酵工业、食品工业、医用血糖分析上有着广泛的应用，与常见 葡萄糖分析方法——斐林定糖法、葡萄糖氧化酶-过氧化物酶-比色法相比，葡萄糖生物传 感器检测葡萄糖法，具有专一性强，适于在线，速度快，可连续操作，操作简便等诸多优点， 故葡萄糖生物传感器测糖得到了广泛的研究与应用。葡萄糖是微生物发酵过程中常见的反应物和中间产物，发酵过程中对葡萄糖浓度 的控制会直接关系到产物产率与质量。因此，葡萄糖浓度的实时在线检测是非常重要的。然 而发酵过程中，为了防止染菌，在线葡萄糖生物传感器及其与反应器间管路必须能承受高 温蒸汽灭菌，以避免灭菌后传感器性能下降或丧失，所以目前葡萄糖浓度检测主要采用离 线方式，在线方式还处于实验阶段。目前，葡萄糖传感器大多采用酶膜的方式，然而，酶膜制作需要酶固定化技术，即 将葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶固定于半透膜上或电极上，固定化技术复杂；酶膜的活度 受被测液影响，酶膜随反应活度逐渐降低，仪器需要不断校准；并且酶膜使用前需要泡涨， 用时较长，难以在线使用；一种酶膜的传感器只能检测一种物质；另外，酶膜价格昂贵。本发明是为了解决上诉问题，目的在于提供一种适用于在线的，测量准确的，操作 方便的，不需经常校准的，成本低的葡萄糖传感在线分析仪。

发明内容
本发明的目的是为了提供了一种面向发酵过程的酶注射式葡萄糖传感在线分析 仪。酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其包括酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路 结构系统1、三电极检测电路2、数据采集控制电路3、液晶屏4、PC机5、按键6、电源7，具体 连接关系为所述酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统1与三电极检测电路2和数据 采集控制电路3连接，三电极检测电路2用于检测酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结 构系统1中酶注射式葡萄糖生物传感器8产生的电流信号，数据采集控制电路3用于给酶 注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统1提供控制信号；三电极检测电路2与数据采 集控制电路3连接，数据采集控制电路3用于采集三电极检测电路2输出的电压信号；数据 采集控制电路3还分别与液晶屏4、PC机5、按键6相连，液晶屏4用于显示数据采集控制 电路3输出的数字信号，PC机5可通过串口与数据采集控制电路3进行通信，按键6用于 设置数据采集控制电路3运行参数；电源7与三电极检测电路2、数据采集控制电路3和酶 注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统1相连，为它们供电。要不要把三级检测电路画一下？所述酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构连接系统1包括酶注射式葡萄糖 生物传感器8、透析取样探头9、电磁六通阀10、定量环11、蠕动泵12、13、17、缓冲液瓶14、 酶液瓶15、废液瓶16 ；具体连接关系为所述透析取样探头9包括固定环18、外支撑网19、 透析膜20、内支撑网21、探头主体22、探头入口 23、探头出口 24、扩散池25 ；所述酶注射式葡萄糖生物传感器8的三电极通过电缆连接到三电极检测电路板， 实现传感器产生电流的Ι/ν变换及放大；所述酶注射式葡萄糖生物传感器8的被测液入口 通过管路与透析取样探头9的探头出口 M连接，在蠕动泵17的工作下，透析取样探头9的 扩散池中的待测液被引入到被测液池中；所述透析取样探头9的探头入口 23通过管路与缓 冲液瓶14连接，此管路经过蠕动泵17 ；所述电磁六通阀10的第6端口通过管路与缓冲液瓶14连接，此管路经过蠕动泵 12 ；所述电磁六通阀10的第3端口通过管路与酶液瓶15连接，此管路经过蠕动泵13 ；所述 电磁六通阀10的第2端口通过管路与废液瓶16连接；所述电磁六通阀10的第1端口与第 4端口相连，之间连接定量环11 ；所述电磁六通阀10的第5端口通过管路与酶注射式葡萄 糖生物传感器8的缓冲液、酶液入口连接；所述酶注射式葡萄糖生物传感器8的缓冲液、酶 液出口通过管路与废液瓶16连接；所述透析取样探头9的探头主体22上部开有探头入口 23和探头出口 24，探头主 体22的底部置有内支撑网21，底部外侧固定有外支撑网19，通过固定环18将内支撑网21 和外支撑网19固定在探头主体22底部；所述探头主体22与内支撑网21间构成扩散池25 ； 所述内支撑网21与外支撑网19间固定透析膜20，内支撑网21与外支撑网19对透析膜20 起加固作用；所述固定环18外圈带有螺纹，与一端带有螺纹的探头主体22螺纹连接，对外 支撑网19、透析膜20、内支撑网21进行固定；所述探头入口 23和探头出口 24，用于液体的 流入与流出。各部件间通过管路连接，此管路的材料可选不锈钢、聚四氟乙烯、PEEK或硅胶。电磁六通阀10与定量环11构成酶液定量注射装置。所述蠕动泵12、13、17是流量可调、正反转可调的蠕动泵。所述探头主体22材料可选不锈钢、PEEK。所述透析膜20，可选聚碳酸酯膜、聚砜膜。外支撑网19、内支撑网21由不锈钢网制成。其中，透析膜20，允许葡萄糖分子或比其小的分子通过，阻止大分子通过。本发明的优点是采用酶液注射方式，可实现传感器随发酵罐同时进行在线高压蒸汽灭菌，不仅增 强了传感器的可靠性，而且提高了检测精确度；酶以“新鲜”的酶液方式存在，与被测液独立，不受外界影响，使得仪器不需要频繁 校准；更换不同种类的酶液，可以检测不同物质，即一台仪器可检测多种物质；检测成本低，单次所用酶液成本0. 01元左右；透析取样探头的设计大大减少了检测中对待测液的消耗；实现了葡萄糖的在线检测；
本发明，结构紧凑、加工方便，易于批量化生产。


图1为本发明的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪的系统框图。图2为本发明的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构连接图。图3为本发明的透析取样探头结构俯视图，。图4为本发明的透析取样探头结构的剖视图。图中1、酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统，2、三电极检测电路、3、数 据采集控制电路，4、液晶屏，5、电脑，6、按键，7、电源，8、酶注射式葡萄糖生物传感器，9、透 析取样探头，10、电磁六通阀，11、定量环，12、蠕动泵，13、蠕动泵，14、缓冲液瓶，15、酶液瓶， 16、废液瓶，17、蠕动泵，18、固定环，19、外支撑网，20、透析膜，21、内支撑网，22、探头主体， 23、探头入口，对、探头出口，25、扩散池。
具体实施例方式如图1所示，本发明提供的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪系统包括如下部分 酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统1、三电极检测电路2、数据采集控制电路3、 液晶屏4、PC机5、按键6、电源7。其中，所述酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统1是仪器的流路结构部 分，各部件间通过管路连接，此管路的材料可选不锈钢、聚四氟乙烯、PEEK或硅胶。如图2所示，酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构连接系统1包括如下组件 酶注射式葡萄糖生物传感器8、透析取样探头9、电磁六通阀10、定量环11、蠕动泵12、蠕动 泵13、缓冲液瓶14、酶液瓶15、废液瓶16、蠕动泵17。所述酶注射式葡萄糖生物传感器8的三电极通过电缆连接到三电极检测电路板， 实现传感器产生电流的Ι/ν变换及放大；所述酶注射式葡萄糖生物传感器8的被测液入口 通过管路与透析取样探头9的探头出口 M连接，在蠕动泵17的工作下，透析取样探头9的 扩散池中的待测液被引入到被测液池中；所述透析取样探头9的探头入口 23通过管路与缓 冲液瓶14连接，此管路经过蠕动泵17 ；所述电磁六通阀10的第6端口通过管路与缓冲液瓶14连接，此管路经过蠕动泵 12 ；所述电磁六通阀10的第3端口通过管路与酶液瓶15连接，此管路经过蠕动泵13 ；所述 电磁六通阀10的第2端口通过管路与废液瓶16连接；所述电磁六通阀10的第1端口与第 4端口相连，之间连接定量环11 ；所述电磁六通阀10的第5端口通过管路与酶注射式葡萄 糖生物传感器8的缓冲液、酶液入口连接；所述酶注射式葡萄糖生物传感器8的缓冲液、酶 液出口通过管路与废液瓶16连接；其中，酶注射式葡萄糖生物传感器8已申请发明专利。其中，电磁六通阀10与定量环11构成酶液定量注射装置。其中，透析取样探头9，用于插入待测液中，对待测液进行取样。其中蠕动泵12、蠕动泵13和蠕动泵17是流量可调、正反转可调的蠕动泵。如图3、图4所示，透析取样探头9用于插入待测液中，对待测液进行取样，其包括 如下组件固定环18、外支撑网19、透析膜20、内支撑网21、探头主体22、探头入口 23、探头出口 24、扩散池25。所述透析取样探头9的探头主体22上部开有探头入口 23和探头出口 24，探头主 体22的底部置有内支撑网21，底部外侧固定有外支撑网19，通过固定环18将内支撑网21 和外支撑网19固定在探头主体22底部；所述探头主体22与内支撑网21间构成扩散池25 ； 所述内支撑网21与外支撑网19间固定透析膜20，内支撑网21与外支撑网19对透析膜20 起加固作用；所述固定环18外圈带有螺纹，与一端带有螺纹的探头主体22螺纹连接，对外 支撑网19、透析膜20、内支撑网21进行固定；所述探头入口 23和探头出口 24，用于液体的 流入与流出。其中，探头主体22材料，可选不锈钢、PEEK等。其中，透析膜20，可选聚碳酸酯膜、聚砜膜等。其中，外支撑网19、内支撑网21，可由不锈钢网制成。其中，通过蠕动泵17正反转，促进待测液中的待测物质加快向扩散池25内扩散。本发明的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪工作过程如下将透析取样探头9插入待测液中，开启仪器，设置仪器工作参数。如下过程将自动 完成，首先，蠕动泵12、蠕动泵13蠕动泵17启动，抽取缓冲液或酶液对电磁六通阀10、定量 环11、酶注射式葡萄糖生物传感器8、透析取样探头9进行清洗，清洗完毕，停止3个蠕动 泵。然后，低速启动蠕动泵17，令其间歇式的正反转，通过设定扩散时间控制蠕动泵17转 动时间。扩散完毕，通过蠕动泵17将扩散进的待测液引入酶注射式葡萄糖生物传感器8的 被测液池中，启动酶注射式葡萄糖生物传感器8磁搅拌转子。引入完毕后，软换电磁六通阀 10，开启蠕动泵12，将由电磁六通阀10和定量环11组成的酶液定量注射装置所定量的酶液 引入到酶注射式葡萄糖生物传感器8的反应池中，在反应池中，葡萄糖氧化酶与待测液中 的葡萄糖发生反应，产生传感器电流信号。三电极检测电路、数据采集控制电路系统对此电 流信号进行检测、采集和处理，得到与此电流信号对应的葡萄糖浓度数值，此葡萄糖浓度数 值可在液晶屏4上进行显示，也可通过串口传给PC机5，进行上位机的处理。
权利要求
1.酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于其包括酶注射式葡萄糖传感在线 分析仪流路结构系统(1)、三电极检测电路O)、数据采集控制电路(3)、液晶屏G)、PC机 (5)、按键(6)、电源(7)，具体连接关系为所述酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统(1)与三电极检测电路(2)和数据 采集控制电路C3)连接，三电极检测电路( 用于检测酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流 路结构系统(1)中酶注射式葡萄糖生物传感器(8)产生的电流信号，数据采集控制电路(3) 用于给酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统(1)提供控制信号；三电极检测电路 (2)与数据采集控制电路C3)连接，数据采集控制电路C3)用于采集三电极检测电路(2)输 出的电压信号；数据采集控制电路⑶还分别与液晶屏G)、PC机(5)、按键(6)相连，液晶 屏(4)用于显示数据采集控制电路(3)输出的数字信号，PC机(5)可通过串口与数据采集 控制电路⑶进行通信，按键(6)用于设置数据采集控制电路(3)运行参数；电源(7)与三 电极检测电路O)、数据采集控制电路(3)和酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系 统⑴相连，为它们供电；所述酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构连接系统(1)包括酶注射式葡萄糖生 物传感器(8)、透析取样探头(9)、电磁六通阀(10)、定量环(11)、蠕动泵(12、13、17)、缓冲 液瓶(14)、酶液瓶(15)、废液瓶(16)；具体连接关系为所述透析取样探头(9)包括固定环 (18)、外支撑网(19)、透析膜00)、内支撑网(21)、探头主体02)、探头入口(23)、探头出口 (M)、扩散池(25)；所述酶注射式葡萄糖生物传感器(8)的三电极通过电缆连接到三电极检测电路板，实 现传感器产生电流的ΙΛ变换及放大；所述酶注射式葡萄糖生物传感器(8)的被测液入口 通过管路与透析取样探头(9)的探头出口 04)连接，在蠕动泵16的工作下，透析取样探头 (9)的扩散池中的待测液被引入到被测液池中；所述透析取样探头(9)的探头入口 03)通 过管路与缓冲液瓶(14)连接，此管路经过蠕动泵(17)；所述电磁六通阀(10)的第6端口通过管路与缓冲液瓶(14)连接，此管路经过蠕动泵(12)；所述电磁六通阀(10)的第3端口通过管路与酶液瓶(1 连接，此管路经过蠕动泵(13)；所述电磁六通阀(10)的第2端口通过管路与废液瓶(16)连接；所述电磁六通阀(10) 的第1端口与第4端口相连，之间连接定量环(11)；所述电磁六通阀9的第5端口通过管 路与酶注射式葡萄糖生物传感器(8)的缓冲液、酶液入口连接；所述酶注射式葡萄糖生物 传感器8的缓冲液、酶液出口通过管路与废液瓶(16)连接；所述透析取样探头(9)的探头主体0 上部开有探头入口 和探头出口(M)，探 头主体0 的底部置有内支撑网(21)，底部外侧固定有外支撑网(19)，通过固定环(18) 将内支撑网和外支撑网(19)固定在探头主体0 底部；所述探头主体0 与内支 撑网间构成扩散池05)；所述内支撑网与外支撑网(19)间固定透析膜00)，内 支撑网与外支撑网(19)对透析膜OO)起加固作用；所述固定环(18)外圈带有螺纹， 与一端带有螺纹的探头主体0 螺纹连接，对外支撑网(19)、透析膜(20)、内支撑网 进行固定；所述探头入口 和探头出口(M)，用于液体的流入与流出。
2.按照权利要求1所述的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于各部件间通 过管路连接，此管路的材料可选不锈钢、聚四氟乙烯、PEEK或硅胶。
3.按照权利要求1所述的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于电磁六通阀10与定量环11构成酶液定量注射装置。
4.按照权利要求1所述的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于所述蠕动泵 (12、13、17)是流量可调、正反转可调的蠕动泵。
5.按照权利要求1所述的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于所述探头主 体02)材料可选不锈钢、PEEK。
6.按照权利要求1所述的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于所述透析膜 (20)，可选聚碳酸酯膜、聚砜膜。
7.按照权利要求1所述的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其特征在于外支撑网 (19)、内支撑网由不锈钢网制成。
全文摘要
本发明提供了一种面向发酵过程的酶注射式葡萄糖传感在线分析仪，其包括如下部分酶注射式葡萄糖传感在线分析仪流路结构系统1、三电极检测电路2、数据采集控制电路3、液晶屏4、PC机5、按键6、电源7。本发明采用酶液注射方式，可实现传感器随发酵罐同时进行在线高压蒸汽灭菌，不仅增强了传感器的可靠性，而且提高了检测精确度；酶以“新鲜”的酶液方式存在，与被测液独立，不受外界影响，使得仪器不需要频繁校准；更换不同种类的酶液，可以检测不同物质，即一台仪器可检测多种物质；检测成本低，透析取样探头的设计大大减少了检测中对待测液的消耗；实现了葡萄糖的在线检测；本发明，结构紧凑、加工方便，易于批量化生产。
文档编号G01N27/26GK102141535SQ20101061622
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者刘广生, 王普, 程丽, 高学金, 齐永生 申请人:北京工业大学