專利名稱：酶電極的自動(dòng)溫度補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于生物傳感器，特別是酶電極的自動(dòng)溫度補(bǔ)償方法的發(fā)明，該方法結(jié)合采用溫度檢測(cè)器和單片計(jì)算機(jī)程序?qū)γ鸽姌O的響應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。
酶電極由酶膜和基礎(chǔ)電極(電化學(xué)傳感器)組成。被測(cè)物濃度經(jīng)酶膜催化作用和電極的轉(zhuǎn)換作用以電信號(hào)的形式展現(xiàn)。酶膜對(duì)底物的催化反應(yīng)和基礎(chǔ)電極的電極過(guò)程均受溫度影響，分別有可觀的溫度系數(shù)，已知的酶電極儀采用溫度控制裝置為酶促反應(yīng)提供相對(duì)恒溫環(huán)境，但因控溫精度往往不夠高，常通過(guò)一額外高精度溫度傳感器及其電路對(duì)基礎(chǔ)電極進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這種方法一般能使酶電極響應(yīng)免受溫度影響，但成本較高，同時(shí)當(dāng)環(huán)境溫度低于控制溫度時(shí)(如當(dāng)室溫低于25℃)，載流溶液會(huì)在測(cè)定池中溢出氣泡，增加燥聲源，干擾酶電極測(cè)定，溫差越大，氣泡干擾越嚴(yán)重，必須設(shè)計(jì)排氣泡裝置。此外，當(dāng)環(huán)境溫度高于控制溫度時(shí)(如炎熱季節(jié))，控溫裝置實(shí)際又不起作用。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種方法，使酶電極在非控溫條件下工作，在一個(gè)連續(xù)使用過(guò)程中，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)酶電極(而不僅僅是基礎(chǔ)電極)的響應(yīng)被自動(dòng)補(bǔ)償。由于不采用溫控裝置，既減少了整機(jī)成本，也避免了溫差帶來(lái)的氣泡對(duì)酶電極測(cè)定的干擾，提高酶電極的信燥比。
其解決的方案是將酶電極的溫度系數(shù)定義為溫度每變化1℃，酶電極響應(yīng)活性變化的倍數(shù)，用Q表示，首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)查并確定酶電極的溫度系數(shù)，建立溫度對(duì)酶電極響應(yīng)活性R的函數(shù)式，并存入單片計(jì)算機(jī)，在酶電極測(cè)定池中或其鄰近裝一熱敏元件，該熱敏元件將酶電極的工作溫度適時(shí)地傳送給單片計(jì)算機(jī)，由單片機(jī)程序按響應(yīng)活性-溫度關(guān)系式對(duì)酶電極的響應(yīng)值進(jìn)行補(bǔ)償。
下文及附圖描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用氧電極(CY-2)和葡萄糖氧化酶(GOD)酶膜制成測(cè)定葡萄糖的酶電極，實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在8～40℃范圍，酶電極對(duì)葡萄糖的響應(yīng)活性隨溫度的升高而增高，溫度系數(shù)Q不是一個(gè)常數(shù)，而是溫度T的函數(shù)，其關(guān)系式為Q＝a+bT(1)設(shè)酶電極開(kāi)始標(biāo)定時(shí)的溫度為To，在一個(gè)連續(xù)工作的過(guò)程中任一時(shí)刻的溫度為Ti，則有△T＝Ti-To(2)酶電極的溫度補(bǔ)償式為R＝Ri-△TQoiRi(3)式中，R-補(bǔ)償后的酶電極響應(yīng)值Ri-溫度為Ti時(shí)酶電極的響應(yīng)值Qoi-溫度為(Ti+To)1/2時(shí)酶電極的溫度系數(shù)將(1)和(2)代入(3)并整理，得
R＝Ri｛1-(Ti-To)[a+b(Ti+To)1/2]｝(4)考慮到該實(shí)施例以氧電極作為基礎(chǔ)電極，溶液中不含葡萄糖時(shí)酶電極經(jīng)放大器輸出為一高電位，該輸出也隨溫度的漂移而漂移，而漂移會(huì)導(dǎo)致酶電極的響應(yīng)斜率發(fā)生變化。因此，結(jié)合式(4)得出的該酶電極最終的溫度補(bǔ)償式為R＝Ri｛1-(Ti-To)[a+b(Ti+To)1/2]｝Do/Di(5)式中，Do-溫度為To時(shí)酶電極對(duì)空白溶液的輸出信號(hào)Di-溫度為Ti時(shí)酶電極對(duì)空白溶液的輸出信號(hào)如果以過(guò)氧化氫電極為基礎(chǔ)電極，式(4)可直接作為酶電極的溫度補(bǔ)償式。


圖1示意該溫度補(bǔ)償型GOD酶電極的結(jié)構(gòu)。
圖2為溫度檢測(cè)電路原理圖。
圖3為單片計(jì)算機(jī)溫度補(bǔ)償子程序框圖。
在圖1中，酶電極①經(jīng)螺紋緊固在有機(jī)玻璃基座②上，酶電極端部(酶膜)③與液流通道④密封形成測(cè)定池⑤，在測(cè)定池⑤底部裝有一微型熱敏電阻器⑥，酶電極和熱敏電阻與各自的檢測(cè)電路相連接。
在圖2中，微型熱敏電阻器RT與另外三個(gè)精密電阻型電阻器R3，R9及R10組成電橋電路，由它完成溫度～電壓的轉(zhuǎn)換。電橋采用電流供電方式，并由二個(gè)特性對(duì)稱的三極管BG1與BG2組成恒流源。當(dāng)電橋各臂的比值確定后，電橋電路的溫度～電壓轉(zhuǎn)換斜率就主要由恒流源輸出電流的大小確定，而改變W1電位器可以調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流值?？紤]到熱敏電阻RT參數(shù)的離散性，電橋在0℃時(shí)的零點(diǎn)由W2電位器進(jìn)行較正。為了保證不給測(cè)量電橋電路引入更大的付加誤差及滿足后級(jí)的信號(hào)強(qiáng)度要求，采用了由IC1及IC2組成的同相串連差動(dòng)放大電路。三極管BG3接受由計(jì)算機(jī)送來(lái)的采樣控制信號(hào)，使繼電器RY動(dòng)作完成對(duì)溫度檢測(cè)器輸出的溫度信號(hào)采樣。本溫度檢測(cè)器的溫度檢測(cè)范圍為0～40℃，非線性度不大于2%，靈敏度5mv/℃。
在圖3中，子程序調(diào)用后，先對(duì)測(cè)溫標(biāo)志清零，讀A/D，再判斷是否為測(cè)溫狀態(tài)，因測(cè)溫標(biāo)志已清零，故繼續(xù)判斷是否為酶電極待響應(yīng)狀態(tài)，若否，則存數(shù)據(jù)D0，返回。若是，則判斷酶電極響應(yīng)是否開(kāi)始，若否，則存數(shù)據(jù)D1，返回。若是，則置測(cè)溫標(biāo)志，并輸出采溫控制信號(hào)。返回讀A/D，進(jìn)入測(cè)溫狀態(tài)，得到測(cè)溫電路輸出信號(hào)數(shù)據(jù)。繼而判斷酶電極是否為標(biāo)定狀態(tài)，若是，則存溫度值T0，若否，酶電極為測(cè)定狀態(tài)，存溫度值T1。至此測(cè)溫結(jié)束，返回主程序，并按公式(5)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。
權(quán)利要求
生物傳感器，特別是酶電極的自動(dòng)溫度補(bǔ)償，其特征是無(wú)溫度控制裝置，在測(cè)定池中或其臨近裝有一熱敏元件，在酶電極的工作過(guò)程中，由單片計(jì)算機(jī)適時(shí)采集熱敏元件經(jīng)溫度檢測(cè)電路給出的溫度信號(hào)，并由單片計(jì)算機(jī)程序按式(4)或(5)對(duì)酶電極的響應(yīng)值進(jìn)行自動(dòng)溫度補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于生物傳感器，特別是酶電極的自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)陌l(fā)明，這種酶電極不需溫度控制裝置，在測(cè)定池中或臨近裝有一熱敏元件，它能適時(shí)感知酶電極的工作溫度，在酶電極的工作過(guò)程中，由單片計(jì)算機(jī)采集熱敏元件經(jīng)溫度測(cè)量電路給出的溫度信號(hào)，并由單片計(jì)算機(jī)程序按既定的酶電極響應(yīng)活性-溫度關(guān)系式結(jié)酶電極的響應(yīng)值進(jìn)行自動(dòng)溫度補(bǔ)償，這種方法能減少酶電極儀的整機(jī)成本，也避免了溫差帶來(lái)的氣泡對(duì)酶電極測(cè)定的干擾，提高酶電極的信噪比。
文檔編號(hào)C12M1/34GK1089651SQ9310044
公開(kāi)日1994年7月20日 申請(qǐng)日期1993年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月12日
發(fā)明者張先恩, 胡偉平, 唐建客, 張治平, 張曉梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所