專利名稱：酶熱生物反應(yīng)器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物分析儀器領(lǐng)域，更具體的涉及一種酶熱生物反應(yīng)器。用于測量由生物反應(yīng)的熱焓變化所產(chǎn)生的溫度信號，具有非常高精度的溫度控制、高效的流動傳熱和生物反應(yīng)、和高靈敏的差分溫度傳感性能(< IO-5 °c)。
背景技術(shù)：
生物體是由無機的和有機的分子組成的，這些分子在相互反應(yīng)的同時也伴隨著能量的交換，其中熱能的交換是最為常見的形式之一。因此，量熱分析方法在生物測量中具有廣泛的適用性。量熱生物傳感器(calorimetric biosensor)的研究歷史相當(dāng)久遠， 其發(fā)展過程可以大概分為如下歷史階段簡單分析系統(tǒng)、經(jīng)典分析系統(tǒng)、小型分析系統(tǒng)、微型分析系統(tǒng)和雜合分析系統(tǒng)。近年來研制出的量熱生物傳感器多采用了固定化酶(immobilized enzyme)技術(shù)。這種方法將量熱的廣泛適用性和酶學(xué)反應(yīng)的專一性的優(yōu)點結(jié)合了起來，因而成為這類傳感器的主流，并以瑞典LUND大學(xué)和Omic Bioscience (歐米克生物科技)公司共同開發(fā)生產(chǎn)的”Enzyme Thermistor”酶熱生物分析儀為代表。與其它分析方法相比較，”酶熱生物分析”技術(shù)具有其獨特的優(yōu)點適用于大多數(shù)生物樣品的分析；不受光、電化學(xué)物質(zhì)等干擾因素的影響；引入?yún)⒈炔考?，外界對測量結(jié)果的影響很??；固定化酶部分可以更換，器件可以重復(fù)使用；便于采用流動注射技術(shù) (flow injected technology)，操作簡單。隨著各種性能優(yōu)越的新型”酶熱生物分析”儀器的問世，近年來酶熱生物傳感技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品衛(wèi)生、工業(yè)發(fā)酵過程監(jiān)測等方面。酶熱生物分析儀(Enzyme Thermistor)主要由酶熱生物反應(yīng)器，信號檢測與放大器，樣品的采樣與流動控制等組成。其分析系統(tǒng)的核心部分是酶熱生物反應(yīng)器和傳感器。量熱生物傳感器是根據(jù)生化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量的多少對待測物質(zhì)進行定量的。如果反應(yīng)體系是絕熱體系，則反應(yīng)產(chǎn)生的熱會使酶體系溫度升高，通過測量體系的溫度變化便可推知待測物的含量。若生化反應(yīng)放出的熱量全部用于反應(yīng)體系的溫度升高，則滿足下列關(guān)系式k T = - η MI/ Cs式中/7為產(chǎn)物的摩爾數(shù)；LH為生化反應(yīng)的焓變；Δ Γ為反應(yīng)體系溫度的變化,· G為反應(yīng)體系的熱容量。由此式可見溫度變化與底物濃度呈線性關(guān)系。當(dāng)樣品溶液進入反應(yīng)器時，由于生化反應(yīng)放熱，便會產(chǎn)生溫度峰。正常情況下峰高或面積可以作為待測物濃度的量度。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是在于提供一種酶熱生物反應(yīng)器裝置。具有非常高精度的溫度控制、高效的流動傳熱和生物反應(yīng)、和高靈敏的差分溫度傳感功能(< IO-5 °c)。[0009]為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案一種酶熱生物反應(yīng)器，包括外柱、中柱、內(nèi)柱，其特征在于外柱為中空合金鋁制圓筒，柱身開有用于布線的凹形槽，槽內(nèi)設(shè)有第一加熱三極管、第二加熱三極管和溫度傳感器，底蓋通過螺絲與外柱緊固連接。內(nèi)柱為合金鋁制圓筒，內(nèi)柱內(nèi)部設(shè)有兩根平行并相互隔離且貫穿內(nèi)柱的第一塑料導(dǎo)管和第二塑料導(dǎo)管，用于安裝傳感電極。中柱為合金鋁制杯狀圓筒，中柱套在內(nèi)柱上半部份，通過螺絲將中柱頂部與內(nèi)柱緊固連接，中柱頂部開有第一電極入口和第二電極入口，第一電極入口與內(nèi)柱的第一塑料導(dǎo)管對合，第二電極入口與內(nèi)柱的第二塑料導(dǎo)管對合，中柱的內(nèi)表面與內(nèi)柱的外表面之間形成空氣夾層。中柱外表面上開有螺紋狀凹槽，內(nèi)柱下半部分外表面上也開有螺紋狀凹槽，第一不銹鋼管和第二不銹鋼管通過螺紋凹槽將中柱和內(nèi)柱纏繞在一起，且第一不銹鋼管和第二不銹鋼管位置對稱。中柱頂部開有第一流動進樣入端和第二流動進樣入端，第一不銹鋼管位于中柱上部的端口與第一流動進樣入端對合，第二不銹鋼管位于中柱上部的端口與第二流動進樣入端對合。樣品分配器通過螺絲與內(nèi)柱底部連接或分離，樣品分配器上設(shè)有第一分流器出口和第二分流器出口，第一分流器出口與內(nèi)柱的第一塑料導(dǎo)管對合，第二分流器出口與內(nèi)柱的第二塑料導(dǎo)管對合。樣品分配器上設(shè)有第一分流器入口和第二分流器入口，第一不銹鋼管位于內(nèi)柱下部的端口與第一分流器入口對合，第二不銹鋼管位于內(nèi)柱下部的端口與第二分流器入口對
I=I O內(nèi)柱下半部分套有金屬套，中柱和內(nèi)柱整體套入外柱內(nèi)。傳感電極下端裝有反應(yīng)酶柱，熱敏傳感電極上端裝有流動導(dǎo)管和電信號線，熱敏傳感電極整體插入第一塑料導(dǎo)管內(nèi)，第二塑料導(dǎo)管插入同樣的傳感電極。本實用新型的原理為溫度的控制和樣品的熱交換、三層絕熱系統(tǒng)、樣品的流動控制、生物反應(yīng)系統(tǒng)、差分量熱/測溫傳感檢測。溫度的控制、熱交換和絕熱部分主要由合金鋁柱和環(huán)繞不銹鋼管制作，它包括外柱、中柱和內(nèi)柱。其中，外柱是溫度的穩(wěn)定和控制部分，由金屬柱體和電子控溫元件組成。中柱由進樣和流動部分組成，具有實現(xiàn)樣品加載，溫度交換和控制的功能，這主要由緊密環(huán)繞的金屬管和凸形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。內(nèi)柱主要承接中柱的流動，并通過底座分配器實現(xiàn)與熱生物傳感電極的樣品連接，同時提供該電極的接插功能。底座分配器有三種形式雙流進雙流出， 單流進雙流出，和雙流進單流出功能。反應(yīng)器的主要特點包括1. 外柱外層的布線凹形槽、四個對稱設(shè)置的加熱三級管和一個溫度傳感器，實現(xiàn)對整個反應(yīng)器的精密溫度控制。其中，外柱的內(nèi)層上部直徑大于下部直徑，以配合凸形中柱和內(nèi)柱，同時在它們之間形成空氣夾層，達到絕熱的目的。2. 凸形中柱套在凸形內(nèi)柱外，并通過頂部螺絲和環(huán)形纏繞的不銹鋼流動管將中柱和內(nèi)柱連接成一體。流動進樣的入端在其上部，通過中柱和內(nèi)柱表面的環(huán)形凹槽將流動不銹鋼管緊密埋入槽中，實現(xiàn)進樣溫度與柱體溫度的有效交換和平衡，達到進樣樣品的溫度穩(wěn)定。其中，中柱的內(nèi)面與內(nèi)柱的外表面間形成的空氣夾層，可實現(xiàn)內(nèi)柱與外部的進一步的絕熱，以減小外部溫度變化的影響，達到高精度的溫度測量。3. 內(nèi)柱是一個空心筒。外層表面的凹槽承接中柱的環(huán)繞不銹鋼管，并止于底部的連接座。環(huán)繞鋼管的外部套有一層金屬套，以均衡溫度的分配。其中，內(nèi)柱內(nèi)部有兩根平行，并相互隔離的塑料管，作為熱生物傳感電極的導(dǎo)管。樣品的流動控制主要包括進樣連接、環(huán)形纏繞的不銹鋼流動管、底座樣品分配器。其中樣品分配器有三種類型雙流進雙流出型，用于獨立的兩流動和反應(yīng)通道；單流進雙流出型，用于一個進樣樣品分流為兩個流動反應(yīng)通道；雙流進單流出型，用于兩個進樣樣品混合為一個流動反應(yīng)通道。生物反應(yīng)和溫度傳感由熱生物傳感電極實現(xiàn)。它由柱形傳感套筒，反應(yīng)酶柱，流動和電導(dǎo)管構(gòu)成。其中，傳感套筒內(nèi)置熱敏傳感器，反應(yīng)柱內(nèi)可填充生物固相材料，導(dǎo)管頭還有固定電極的功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1.采用流動控制技術(shù)與精密測溫技術(shù)，檢測快速，反應(yīng)條件可控。2.采用固相酶技術(shù)，酶可反復(fù)使用，檢測成本低。3.酶柱易于更換，反應(yīng)器可用于不同的酶反應(yīng)測量或其它生物分析。4.反應(yīng)器流動通道與控溫柱體實現(xiàn)有效溫度交換，減小了環(huán)境溫度的影響。5.采用差分溫度檢測技術(shù)，提高了溫度的共模抑制比，使溫度的檢測精度達10_5 V以上。6.溫度傳感電極靈敏度極高，與流動進樣的樣品分配器結(jié)合，可作雙通道或多通道的獨立反應(yīng)分析，混合分析和分流分析等。

圖1為酶熱生物反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖2為酶熱生物反應(yīng)器的外觀示意圖圖3為中柱和內(nèi)柱整體結(jié)構(gòu)示意圖圖4為底蓋結(jié)構(gòu)示意圖圖5為中柱頂部結(jié)構(gòu)示意圖圖6為樣品分配器結(jié)構(gòu)示意圖圖7為傳感電極結(jié)構(gòu)示意圖其中1-外柱、2a_第一加熱三極管、2b_第二加熱三極管、3_溫度傳感器、4_中柱、5-內(nèi)柱、6-中柱頂部、7a-第一不銹鋼管、7b-第二不銹鋼管、8a-第一流動進樣入端、 8b-第二流動進樣入端、10-空氣夾層、12-金屬套、13a-第一塑料導(dǎo)管、13b-第二塑料導(dǎo)管、14-樣品分配器、15-熱敏傳感電極、16-反應(yīng)酶柱、17-流動導(dǎo)管、18-電信號線、19a_第一電極入口、19b-第二電極入口、20-底蓋、21a-第一分流器入口、21b_第二分流器入口、 22a-第一分流器出口、22b-第二分流器出口。
具體實施方式
[0043]一種酶熱生物反應(yīng)器，包括外柱1、中柱4、內(nèi)柱5，其特征在于外柱1為中空合金鋁制圓筒，柱身開有用于布線的凹形槽，槽內(nèi)設(shè)有第一加熱三極管加、第二加熱三極管2b和溫度傳感器3，底蓋20通過螺絲與外柱1緊固連接。內(nèi)柱5為合金鋁制圓筒，內(nèi)柱5內(nèi)部設(shè)有兩根平行并相互隔離且貫穿內(nèi)柱5的第一塑料導(dǎo)管13a和第二塑料導(dǎo)管13b，用于安裝傳感電極15。中柱4為合金鋁制杯狀圓筒，中柱4套在內(nèi)柱5上半部份，通過螺絲將中柱頂部6 與內(nèi)柱5緊固連接，中柱頂部6開有第一電極入口 19a和第二電極入口 19b，第一電極入口 19a與內(nèi)柱5的第一塑料導(dǎo)管13a對合，第二電極入口 19b與內(nèi)柱5的第二塑料導(dǎo)管1 對合，中柱5的內(nèi)表面與內(nèi)柱5的外表面之間形成空氣夾層10。中柱4外表面上開有螺紋狀凹槽，內(nèi)柱5下半部分外表面上也開有螺紋狀凹槽，第一不銹鋼管7a和第二不銹鋼管7b通過螺紋凹槽將中柱4和內(nèi)柱5纏繞在一起，且第一不銹鋼管7a和第二不銹鋼管7b位置對稱。中柱頂部6開有第一流動進樣入端8a和第二流動進樣入端8b，第一不銹鋼管7a 位于中柱4上部的端口與第一流動進樣入端8a對合，第二不銹鋼管7b位于中柱4上部的端口與第二流動進樣入端8b對合。樣品分配器14通過螺絲與內(nèi)柱5底部連接或分離，樣品分配器14上設(shè)有第一分流器出口 2 和第二分流器出口 22b，第一分流器出口 2 與內(nèi)柱5的第一塑料導(dǎo)管13a對合，第二分流器出口 22b與內(nèi)柱5的第二塑料導(dǎo)管1 對合；樣品分配器14上設(shè)有第一分流器入口 21a和第二分流器入口 21b，第一不銹鋼管 7a位于內(nèi)柱5下部的端口與第一分流器入口 21a對合，第二不銹鋼管7b位于內(nèi)柱5下部的端口與第二分流器入口 21b對合。內(nèi)柱5下半部分套有金屬套12，中柱4和內(nèi)柱5整體套入外柱1內(nèi)。傳感電極15下端裝有反應(yīng)酶柱16，熱敏傳感電極15上端裝有流動導(dǎo)管17和電信號線18，熱敏傳感電極15整體插入第一塑料導(dǎo)管13a內(nèi)，第二塑料導(dǎo)管1 插入同樣的傳感電極15。本實用新型的原理為溫度的控制和樣品的熱交換、三層絕熱系統(tǒng)、樣品的流動控制、生物反應(yīng)系統(tǒng)、差分量熱/測溫傳感檢測。溫度的控制、熱交換和絕熱部分主要由合金鋁柱和環(huán)繞不銹鋼管制作，它包括外柱、中柱和內(nèi)柱。其中，外柱是溫度的穩(wěn)定和控制部分，由金屬柱體和電子控溫元件組成。中柱由進樣和流動部分組成，具有實現(xiàn)樣品加載，溫度交換和控制的功能，這主要由緊密環(huán)繞的金屬管和凸形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。內(nèi)柱主要承接中柱的流動，并通過底座分配器實現(xiàn)與熱生物傳感電極的樣品連接，同時提供該電極的接插功能。底座分配器有三種形式雙流進雙流出， 單流進雙流出，和雙流進單流出功能。反應(yīng)器的主要特點包括1. 外柱外層的布線凹形槽、四個對稱設(shè)置的加熱三級管和一個溫度傳感器，實現(xiàn)對整個反應(yīng)器的精密溫度控制。其中，外柱的內(nèi)層上部直徑大于下部直徑，以配合凸形中柱和內(nèi)柱，同時在它們之間形成空氣夾層，達到絕熱的目的。2. 凸形中柱套在凸形內(nèi)柱外，并通過頂部螺絲和環(huán)形纏繞的不銹鋼流動管將中柱和內(nèi)柱連接成一體。流動進樣的入端在其上部，通過中柱和內(nèi)柱表面的環(huán)形凹槽將流動不銹鋼管緊密埋入槽中，實現(xiàn)進樣溫度與柱體溫度的有效交換和平衡，達到進樣樣品的溫度穩(wěn)定。其中，中柱的內(nèi)面與內(nèi)柱的外表面間形成的空氣夾層，可實現(xiàn)內(nèi)柱與外部的進一步的絕熱，以減小外部溫度變化的影響，達到高精度的溫度測量。3. 內(nèi)柱是一個空心筒。外層表面的凹槽承接中柱的環(huán)繞不銹鋼管，并止于底部的連接座。環(huán)繞鋼管的外部套有一層金屬套，以均衡溫度的分配。其中，內(nèi)柱內(nèi)部有兩根平行，并相互隔離的塑料管，作為熱生物傳感電極的導(dǎo)管。樣品的流動控制主要包括進樣連接、環(huán)形纏繞的不銹鋼流動管、底座樣品分配器。其中樣品分配器有三種類型雙流進雙流出型，用于獨立的兩流動和反應(yīng)通道；單流進雙流出型，用于一個進樣樣品分流為兩個流動反應(yīng)通道；雙流進單流出型，用于兩個進樣樣品混合為一個流動反應(yīng)通道。生物反應(yīng)和溫度傳感由熱生物傳感電極實現(xiàn)。它由柱形傳感套筒，反應(yīng)酶柱，流動和電導(dǎo)管構(gòu)成。其中，傳感套筒內(nèi)置熱敏傳感器，反應(yīng)柱內(nèi)可填充生物固相材料，導(dǎo)管頭還有固定電極的功能。
權(quán)利要求1. 一種酶熱生物反應(yīng)器，包括外柱(1)、中柱(4)、內(nèi)柱(5)，其特征在于 外柱(1)為中空合金鋁制圓筒，柱身開有用于布線的凹形槽，槽內(nèi)設(shè)有第一加熱三極管 (2a)、第二加熱三極管(2b)和溫度傳感器(3)，底蓋(20)通過螺絲與外柱(1)緊固連接；內(nèi)柱(5)為合金鋁制圓筒，內(nèi)柱(5)內(nèi)部設(shè)有兩根平行并相互隔離且貫穿內(nèi)柱(5)的第一塑料導(dǎo)管(13a)和第二塑料導(dǎo)管(1北)，用于安裝傳感電極(15)；中柱(4)為合金鋁制杯狀圓筒，中柱(4)套在內(nèi)柱(5)上半部份，通過螺絲將中柱頂部 (6)與內(nèi)柱(5)緊固連接，中柱頂部(6)開有第一電極入口(19a)和第二電極入口(19b)，第一電極入口(19a)與內(nèi)柱(5)的第一塑料導(dǎo)管(13a)對合，第二電極入口(19b)與內(nèi)柱(5)的第二塑料導(dǎo)管(1 )對合，中柱(5)的內(nèi)表面與內(nèi)柱(5)的外表面之間形成空氣夾層(10);中柱(4)外表面上開有螺紋狀凹槽，內(nèi)柱(5)下半部分外表面上也開有螺紋狀凹槽，第一不銹鋼管(7a)和第二不銹鋼管(7b)通過螺紋凹槽將中柱(4)和內(nèi)柱(5)纏繞在一起，且第一不銹鋼管(7a)和第二不銹鋼管(7b)位置對稱；中柱頂部(6)開有第一流動進樣入端(8a)和第二流動進樣入端(8b)，第一不銹鋼管 (7a)位于中柱(4)上部的端口與第一流動進樣入端(8a)對合，第二不銹鋼管(7b)位于中柱(4)上部的端口與第二流動進樣入端(8b)對合；樣品分配器(14)通過螺絲與內(nèi)柱(5)底部連接或分離，樣品分配器(14)上設(shè)有第一分流器出口(22a)和第二分流器出口(22b)，第一分流器出口(22a)與內(nèi)柱(5)的第一塑料導(dǎo)管(13a)對合，第二分流器出口(22b)與內(nèi)柱(5)的第二塑料導(dǎo)管(1 )對合；樣品分配器(14)上設(shè)有第一分流器入口(21a)和第二分流器入口(21b)，第一不銹鋼管(7a)位于內(nèi)柱(5)下部的端口與第一分流器入口(21a)對合，第二不銹鋼管(7b)位于內(nèi)柱(5)下部的端口與第二分流器入口(21b)對合；內(nèi)柱(5)下半部分套有金屬套(12)，中柱(4)和內(nèi)柱(5)整體套入外柱(1)內(nèi)； 傳感電極(15)下端裝有反應(yīng)酶柱(16)，熱敏傳感電極(15)上端裝有流動導(dǎo)管(17)和電信號線(18)，熱敏傳感電極(15)整體插入第一塑料導(dǎo)管(13a)內(nèi)，第二塑料導(dǎo)管(1 )插入同樣的傳感電極(15)。
專利摘要本實用新型公開了一種酶熱生物反應(yīng)器裝置，外柱是溫度的穩(wěn)定和控制部分，由金屬柱體和電子部分組成。中柱由進樣和流動部分組成，具有實現(xiàn)樣品加載，溫度交換和控制的功能，這主要由緊密環(huán)繞的金屬管和凸表面凹形槽結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。內(nèi)柱主要承接中柱的流動，并通過底座連接器實現(xiàn)與熱生物傳感電極的樣品連接，同時提供該電極的接插功能。底座有三種形式雙流進雙流出，單流進雙流出，和雙流進單流出功能。該流動生物量熱反應(yīng)器是酶熱生物分析儀的一部份，通過其熱生物傳電極的反應(yīng)信號檢測和精密的電子放大實現(xiàn)對各種生物反應(yīng)的定量分析,本實用新型流動和溫度控制精確,通過差分測溫技術(shù)和高信噪比的熱敏電阻，能實現(xiàn)對10-5℃以上的溫度變化的測量。
文檔編號G01N25/20GK201974397SQ20112003372
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者謝斌 申請人:謝斌