[发明专利]生物量监测方法和适于进行该方法的生物量监测探针

说明书

本发明涉及用于从一种或多种生物介质获得多个生物量测量值的方法，以及用于这些方法的生物量传感探针(1)。

众所周知，电容测量技术用于测量液体和悬浮液(诸如生物细胞在离子水溶液中)的电容(或比电容或介电常数)。

并入这种测量能力的监测系统有益于测量活细胞的浓度。特别是在酿造工业中，活酵母的浓度可以用在线电容探针测量。从探针的电极施加的射频使悬浮介质(例如麦芽汁或生啤)中的离子和酵母的细胞质朝向两个各自带相反电荷的电极移动。由于质膜不导电，会在细胞中产生电荷的积累，据说酵母细胞在介质中充当微小的电容器，从而使细胞极化。非活细胞或具有受损膜的细胞不会干扰信号。因此，不会发生电荷累积，这是由于离子可以自由地跨膜移动，因此细胞不会极化。测量的电容与在宽浓度范围内的样品中的活酵母量成正比。这种技术还可用于测量生物技术领域中的生物量，例如，控制细胞培养过程。

已使用各种不同的探针布置来测量生物量。一般而言，生物量传感探针可分为两组，即一次性或一次性使用探针与可重复使用的探针。

决定生物量传感探针是可重复使用还是一次性使用的一个重要特性是其对灭菌的抵抗力。一旦生物量探针用于在第一介质中获得生物量测量，则不能将其用于在第二介质中获得此类测量直至其已被灭菌。灭菌是必要的，以确保在与第一介质一起使用后沉积在探针上的痕量残留的含细胞的介质不影响随后在第二介质中使用探针时获得的生物量读数，以及防止第二介质被残留的第一介质污染。

对于生物技术应用来说，介质间污染的问题尤其严重，因为这些应用的产品的污染会对这些产品的使用者造成严重的健康风险。因此，根据法规要求，生物量传感探针(和培养系统的其它组件)一旦被使用，如果它们将在随后的生物量传感操作中被再次使用，就必须对它们进行灭菌。

如本领域技术人员将意识到的，存在许多用于对生物量传感探针进行灭菌的技术，包括干热灭菌(例如在高压灭菌器中)、蒸汽灭菌和γ射线辐射。应该认识到，将探针暴露于苛刻条件的这些技术会致其损坏，导致探针出现缺陷。灭菌引起的探针损坏在生物量传感领域中是特别严重的问题，这是由于使用的探针检测到的电容信号相对较弱，因此即使探针灵敏度的微小降低也会使探针失效。在英国专利NO.GB2177801中考虑了由灭菌引起的电极损坏的问题。

大量的可重复使用的探针，即对灭菌引起的损坏具有抗性的探针已被商业化。例如，Aber Instruments Limited已经将一系列可重复使用的探针商业化，用于酿造和生物技术行业，例如以品牌销售的钉扎电极、冲洗电极和环形电极探针。品牌探针已被证明可用于50次的(最近开发的探针可用100次)通过蒸汽、干热或高压灭菌器的灭菌。

在英国专利No.2479783和英国专利No.2507283中公开了其它可重复使用的生物量探针。

因此，虽然可以生产可重复使用的生物量传感探针，但为了使它们能够抗灭菌，它们的结构很复杂。此外，可重复使用的生物量传感探针必须由高档材质形成，因此它们的成本相对较高。虽然在某些应用中对可重复使用的生物量传感探针的投资可能是合理的，但在其它情况下，较低成本的选择可能是更好的选择。

一次性使用的探针通常比可重复使用的探针成本低。这是因为一次性使用的探针不必耐受灭菌，其结构通常不那么复杂，并且制造材料成本较低。另外，最终用户不需要购买灭菌设备，其在工业规模上的实施和操作可显着增加操作成本。一次性使用的探针的明显缺点是其适用性有限，顾名思义，其只能使用一次。因此，在需要进行重复生物量读数的应用中，将需要大量的一次性使用的探针，这将增加成本，并且在使用后增加环境负担，探针通常会被丢弃。

因此，虽然传统的生物量传感探针为生物技术和酿造工业提供了许多选择，但仍需要可重复使用的生物量探针，其具有比传统的可重复使用的生物量传感探针更简单的结构和/或更便宜和/或更复杂的生产。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于从一种或多种生物介质获得多个生物量测量值的方法，该方法包括：