[发明专利]用于并行测定小分子物质浓度和pH值的传感器装置

说明书

本发明涉及一种传感器装置(100)，其利用所谓的循环伏安法在生物技术过程进行期间并行测定溶液中小分子物质(例如乙醇，葡萄糖等)的浓度和pH值。该传感器装置(100)构造为杆状电极的形式。其中，传感器装置(100)至少由两个杆状的工作电极(102，103)和一个杆状的参比电极(104)组成，为所述工作电极选择不同的导电材料，使得可以为待测定的小分子物质确定可区分的电压/电流曲线。工作电极(102，103)和参比电极(104)分别嵌入或熔合在管状绝缘材料中。传感器装置(100)还包括构造为空心圆柱体的对配电极(105)，工作电极(102，103)和参比电极(104)设置在该对配电极内。传感器装置(100)还具有传感器头部(101)，其包括：至少一个用于为循环伏安法提供期望的电压曲线和用于信号放大的电子组件(107)，用于控制和评估的分析单元(108)，以及用于数据传输的接口(109)。

技术领域

本发明涉及一种用于利用所谓的循环伏安法来并行测定小分子物质以及溶液的pH值的传感器装置，所述小分子物质为例如醇(甲醇，乙醇等)或参与细胞代谢的其他物质(例如葡萄糖，谷氨酰胺，乳酸盐，乳糖，乙酸盐等)。小分子物质的浓度和pH值是在生物技术过程进行期间测定的。

背景技术

微生物(例如细菌，真菌，植物和/或动物细胞)经常用于制药工业和饮料工业的许多生物技术过程中。这些微生物大多已被详细研究，并且例如被用于在(所谓的发酵过程的)有机物质的酶催化代谢的范围内将该有机物质转化。为此，通常将微生物添加到包含营养液的生物反应器或发酵罐中，例如用以形成所需的物质(例如抗生素，胰岛素，透明质酸，醇等)或培养此类微生物。

生物技术过程通常在生物反应器或发酵罐中进行，在其中在尽可能最佳的条件下对特定的微生物或细胞进行培养或繁育，或者在其中例如通过发酵过程由微生物或细胞产生所需的物质。生物反应器中的溶液(也称为反应器肉汤)通常包含针对微生物的营养物，例如糖或葡萄糖等。然后，这些营养物被微生物至少部分转化成其他小分子物质，例如醇(例如乙醇)等，或复杂的有机物质，例如蛋白质。然而，对于生物反应器中的各个生物技术过程的控制以及各个产物的品质而言，了解各个过程变量(例如pH值，反应器肉汤的成分等)至关重要。

在生物技术过程中，微生物所需的营养物，例如糖、葡萄糖等，通常通过营养液或反应器肉汤提供。但是，溶液也容纳微生物的代谢产物，即所需的产物，例如醇等。这些代谢产物可能会对微生物产生毒性作用，尤其是在高浓度下。因此，了解溶液中的醇含量，特别是乙醇和/或甲醇的含量，对生物技术过程的控制以及各个产物的品质非常重要。此外，溶液的pH值对于工艺流程和产物品质也至关重要。由于微生物在生物技术过程期间的代谢过程，溶液在不同的阶段可能具有不同的pH值，故连续控制pH值很重要，例如以便通过添加碱将pH值尽可能恒定地保持在对于相应生产而言的最佳值。因此，测定溶液中小分子物质(例如甲醇，乙醇，葡萄糖等)的含量以及溶液的pH值对于过程控制和工艺流程控制而言很重要。

例如使用pH传感器来测量溶液的pH值。这些pH传感器可用于例如基于离子选择电极进行电位测量。例如，将填充有所谓的缓冲溶液的装置(例如玻璃膜球)浸入待测量的溶液中。由于例如氢离子易于在装置表面上积聚成薄层，因此视pH差而定，会在装置或pH测量传感器的内侧和外侧之间建立电压，该电压可以借助两个参比电极进行测量。传感器例如可以针对实验室领域实施为杆传感器，或实施为用于过程工业的在线传感器。但是，使用这类传感器只能测定溶液的当前pH值，需要其他测量或分析装置和/或传感器来测量小分子物质(例如乙醇，葡萄糖等)的含量。

溶液中例如乙醇，葡萄糖等的含量例如可以借助诸如气相色谱仪、高效液相色谱仪(HPLC)等分析装置来测定。在化学中，色谱法例如是指一种方法，借助该方法，通过各个组分在固定相和流动相之间的不同分布，来将诸如溶液的混合物分离。例如可以使用气相色谱法将混合物分离成能够以气态或未分解形式蒸发的单独的化学组分。高效液相色谱法是一种液相色谱法，其中不仅将物质(例如溶液样本)分解为组分，还可以测定这些物质的浓度。替代性地，小分子物质例如乙醇，葡萄糖等的含量可以借助于质谱法或借助于质谱仪来确定。