[发明专利]使用短寿命酶进行酶电化学流体分析的装置

说明书

一种利用短寿命酶测定流体中分析物浓度的酶电化学测量装置。该装置由在其上产生膜的基底组成，该膜被浸入被测流体中。该膜含有能够原位产生所需的短寿命酶的微生物培养物。因此，所述膜容纳微型生物反应器。产生的酶离开微型生物反应器，向附近电极扩散。受体分子固定在该电极的表面上，并且对蛋白酶具有特异性。这样，酶与电极表面结合。当目标分析物到达结合酶时，电子在电极和酶之间转移。用已知的电子电路感测电极上的电荷以测量电流或电荷。总电荷与到达酶的分析物分子的数量线性相关，因此也与被测流体中所求分析物浓度线性相关。

技术领域

本发明涉及一种用于连续电化学测定流体中目标分析物浓度的装置，其中使用短寿命酶。

特别地，本发明涉及一种具有容纳微生物培养物的微流体腔的耗材，其产生用于流体的连续电化学分析必需的酶。

背景技术

为了确保液体的安全性和质量，经常需要进行化学分析以测定相关分析物的浓度。这可以通过采集液体样品来完成，随后在实验室中使用先进的方法如色谱法、质谱法或免疫测定法进行分析。在不必以极高的特异性和灵敏度分析液体的情况下，可以使用电化学法进行连续分析。这允许连续读取分析物浓度值，而不是通过将合适的传感器头浸入液体中来重复测量来自样品的分析物浓度。

连续测定分析物分子浓度的典型电化学方法是酶电化学法。它包括通过将氧化还原酶偶联到电极表面而使电极官能化。这样，分析物的存在引起电极和酶的辅因子之间的电子转移，这是酶作为催化剂的活性所需的。因此，转移电荷的测定是通过酶的催化性能进行还原或氧化的分析物的数量的直接测量，因此该分析物的浓度可以直接和连续地测量。

大多数酶主要由蛋白质组成，通常掺入一些称为辅因子的非蛋白质组分。这些蛋白酶中的一些在室温下不是非常稳定，并且它们可能在数月、数周、数天或甚至数小时内迅速降解。因此，利用这种短寿命酶的酶电化学传感器系统只能用于由相应酶蛋白的寿命给定的短时间段，该短时间段比电化学流体分析系统的预期寿命短。

发明内容

为了克服目前使用短寿命酶的酶电化学法的局限性，本发明提出了一种用于流体中分析物浓度的连续酶电化学测量的装置，利用短寿命酶，其特征在于：

所述装置包括基底，所述基底上包括膜，所述膜将一定体积封闭在所述基底上，所述膜被浸入被测流体中；所述膜容纳微型生物反应器和电化学传感器，微型生物反应器包含微生物培养物和电化学传感器寿命必需的营养物；微生物培养物由通过适当的DNA插入制备的微生物组成，所述微型生物反应器连续地原位产生短寿命酶；

所述短寿命酶扩散到所述电化学传感器的电极表面的受体分子，使得所述短寿命酶紧密结合到电极表面；所述短寿命酶的特异性催化反应导致到达结合所述短寿命酶的目标分析物的氧化或还原，从而在所述短寿命酶和电极之间产生电子转移；测量电极的电流，所述电流与被测流体中分析物浓度线性相关。

优选地，所述电化学传感器放置在所述微型生物反应器内；

优选地，通过允许流体从所述微型生物反应器流向所述电化学传感器的半渗透膜或导管，使所述微型生物反应器与所述电化学传感器分离；

优选地，所述测量电极的电流包括使用电荷敏感放大器或电流传感器来测量；

优选地，所述基底上部具有盖，使所述装置成为所述被测流体流动方向上的微流体系统。

优选地，所述微流体系统中的所述微型生物反应器和所述电化学传感器各自包含在其自身的流体隔室中，由半渗透膜或流体流动控制器分开。