[发明专利]基于可逆固定化酶的量热式生物传感器

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种结合可逆固定化酶技术的量热式生物传感器，能够应用在食品、医药、生化、环境和化工等领域的现场及在线多试样和组合测试与分析。

背景技术

目前，分析设备向着准确化、集成化与自动化的方向发展。要求能够用更低的消耗、更简便的方法和设备、更快的分析速度提供实时、准确、全面的信息。

量热式生物传感器是通过测量生化反应过程产生的热量变化来进行分析的生物传感器。量热式生物传感器通用性强，适用于绝大多数的生化样品。另外其不受颜色、浑浊和电化学等样品属性的影响，尤其适合于检测未经处理的实际样品和现场、在线组合分析检测。量热方法简便、可靠、快速、灵敏度高，并有利于微型系统的开发。但量热式生物传感器的缺点是基线稳定时间长、易受干扰。

基于稳定性及重复利用的考虑，传统的量热式生物传感器往往结合固定化酶，并采用交联、包埋等方法预制备，其步骤烦琐、增加成本，并且保证固定化酶在长时间的制备、贮藏、运输和检测过程中维持均一、稳定的活性，即固定化酶的标准化，是一个复杂的问题。尤其重要的是，对于进行不可逆抑制剂(像农药、重金属等有毒物质)检测时，不能重复使用，额外增加了成本。另外，现场及在线多试样和组合分析测试要求频繁更换试剂和酶种类，将人为引入干扰，这大大影响了量热式生物传感器在现场及在线测试中的高效、稳定使用。

可逆固定化酶技术是利用官能团、pH、温度等特征条件，控制酶固定在载体上的可逆过程。结合可逆固定化酶技术的量热式生物传感器十分方便地在载体上在线装载酶，即固定化，也可在线卸载酶，即逆固定化。无需更换载体便可切换测试物和固定化酶的种类，操作灵活方便，还可降低干扰。同时，省略了预制备固定化酶的过程，节省时问和经济成本，并能回收酶，对昂贵的酶种，尤为重要。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种能通过交互反应、pH、温度等方式控制酶的可逆固定化过程的量热式生物传感器，其灵活方便、适用性强，尤其适用于现场、在线多试样和组合测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于可逆固定化酶的量热式生物传感器系统，包括恒流泵、注入阀、恒温器、微反应器、检测器和循环流路等，其特点是恒流泵提供载流、酶液、底物和试剂的定流量输送的动力；注入阀实现载流、酶液、底物和试剂的组合和控制，并可切换工作模式，即开路模式和循环模式，前者将微反应器的流出液排出系统，作为废液或回收利用，后者将微反应器的流出液重新通过恒温器循环进入微反应器，进行酶的固定化；恒温器使载流、酶液、底物和试剂等的组合在进入微反应器前恒定达到设定温度，并能通过调节设定温度来改变反应温度；微反应器内部填充酶可逆固定化的功能载体(吸附材料、高分子材料、凝胶等)；用于检测器的热传感器检测微反应器中热量的变化，其输出端分别与信号处理及显示单元或计算机相连接，进行信号处理，并显示；恒温器、微反应器及连接管路和热传感器均放置在绝热环境中。基于可逆固定化酶的量热式生物传感器采用如下检测流程：第一步，准备和稳定过程，在微反应器中自然堆积填充功能载体，整个系统通入载流并至系统稳定，获得稳定基线；第二步，酶装载(固定化)过程，切换注入阀，工作在循环模式，此时载流、酶液和试剂混合物定流量循环流过微反应器，过程持续设定时间作为固定时间，酶被固定到功能载体上；第三步，反应及检测过程，切换注入阀，工作在开路模式，底物被引入系统，在微反应器中的功能载体上进行酶反应，热传感器全程监测微反应器中酶反应放出的热量变化，其信号变化反映了酶反应程度；第四步，卸载过程，是逆固定化过程，改变酶固定化的控制条件，酶从功能载体上脱离，微反应器的流出液可以作为废液，也可以用于回收酶；第五步，通入载流，排除微反应器及流路中的残液，进行下一测试。所述的系统流程，每步分别对应相应的程序和控制，实现流速和切换等操作。

本发明的有益效果是基于可逆固定化的量热式生物传感器省去预制固定化酶的环节，节省了时间和经济成本，能够灵活、方便、快速地更换测试物或酶种类，简化步骤、降低干扰。提高了检测的自动化和集成化程度，扩展并优化了传统量热式生物传感器的功能和反应模式。

图1为基于可逆固定化酶的量热式生物传感器系统

图2为基于可逆固定化酶的量热式生物传感器多试样组合分析示意图