一種單通道酶活自動檢測裝置的製作方法
2023-05-30 14:42:01
專利名稱：一種單通道酶活自動檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物酶應用及生物技術領域，特別涉及一種單通道酶活自動檢測裝置。
背景技術：
自20世紀三、四十年代開始，酶活的檢測一直採用常規比色法進行，該方法有較 多的缺點(l)結果受操作者主觀因素影響較大，重現性差；(2)分析精度低；(3)手動操 作，耗時較長，不利於酶促反應工藝的控制。
發明內容
為了彌補常規酶活檢測方法的不足，本發明提供一種單通道酶活自動檢測裝置， 其特徵在於，該單通道酶活自動檢測裝置包括進樣部分、反應部分、水浴部分、攪拌部分、驅 動部分、檢測部分和控制部分，進樣部分、反應部分、驅動部分和檢測部分依次串聯，由水浴 部分為反應部分提供反應溫度，由攪拌部分對反應部分進行攪拌，通過控制部分控制進樣 部分、反應部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分和檢測部分有序工作，實現酶活的半連續自 動檢測。 所述進樣部分為一個多功能旋轉球閥，多功能旋轉球閥分為外殼和內球體兩部 分，兩者光滑接觸，密封性良好；外殼上沿最大水平圓周設有若干接口 ，分別連接樣品和檢 測試劑進樣管，內球體上僅有一個開口 ；控制部分經信號線與多功能旋轉球閥連接，通過控 制部分實現球閥內球體的有序旋轉，使內球體上開口與外殼上不同接口相對接，實現樣品 和檢測試劑有序進入反應器。 所述反應部分由前端三通閥、檢測反應器、參比反應器和後端三通閥構成，進樣部 分的多功能旋轉球閥與前端三通閥相連，前端三通閥再分別連接檢測反應器和參比反應器 進口，檢測反應器和參比反應器出口與後端三通閥相連接，後端三通閥與驅動部分相連；檢 測反應器和參比反應器置於同一水浴中；控制部分經信號線分別與前端三通閥、後端三通 閥相連，通過控制前端三通閥和後端三通閥，實現樣品和檢測試劑有序流入檢測反應器或 者參比反應器，實現檢測反應器或者參比反應器內反應混合液有序進入檢測部分進行測 定。 所述水浴部分為一水浴槽，控制部分經信號線與水浴槽相連接，用以控制水浴用 水有序進出及水浴溫度。 所述攪拌部分為磁力攪拌器，在檢測反應器和參比反應器中放入磁力攪拌子，控 制部分經信號線與磁力攪拌器相連接，通過控制磁力攪拌器開啟、關閉及轉速，實現磁力攪 拌子的可控旋轉，使反應液均勻混合。 所述驅動部分為蠕動泵，反應部分的後端三通閥經矽膠管與蠕動泵相連，控制部 分經信號線與蠕動泵相連接，通過控制前端三通閥、後端三通閥和蠕動泵協調動作，使樣品 和檢測試劑通過蠕動泵的抽吸作用依次注入檢測反應器或者參比反應器。
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所述檢測部分為可見光檢測器，可見光檢測器具備自動調零功能，控制部分經信 號線與可見光檢測器相連接，蠕動泵經矽膠管與可見光檢測器連接，通過控制前端三通閥、 後端三通閥、蠕動泵和可見光檢測器協調動作，使反應液通過蠕動泵的抽吸作用有序進入 可見光檢測器，實現樣品酶活的檢測。
所述控制部分由小型程控機構成；用以同步跟蹤控制進樣部分、水浴部分、反應部
分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分，使樣品、檢測試劑、反應後混合液和水浴用水進出有序。 所述控制部分控制檢測過程按周期循環的方式進行，在每個周期中其能夠控制旋
轉球閥在各進樣管接口處的停留時間，實現樣品和檢測試劑的進樣量控制，同時其控制反
應部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分按設定的程序工作，在一個周期的末尾控
制旋轉球閥導入蒸餾水進行反應系統的衝洗，為下一個檢測做準備。
本發明是通過以下方式實現的 (1)由控制系統控制進樣部分、反應部分、驅動部分自動完成底物、酶、DNS試劑等 物質準確有序的添加，隨後進行參比反應和檢測反應的同水浴反應，降低邊界因素的影響。 通過控制部分控制其他部分有序工作，實現傳統手動間歇測定酶活法向半連續自動檢測酶 活法轉變。
(2)自控單元的設計避免了人為操作引起的較大誤差，縮短了酶活檢測周期，為實
時工藝控制創造條件。 本發明的有益效果為 1、本發明不僅能夠方便、迅速、精確地測出酶的活力，滿足酶促反應工藝的控制 要求，而且結構簡單，設計合理，造價低廉，便於推廣應用。本裝置酶活測定頻率為l次 /20min 1次/15min，測量精度達0. 01U/mL ; 2、可以實現酶活的半連續化自動檢測，避免了人為操作帶來的誤差； 3、本裝置的應用範圍較廣，可以檢測很多酶系的酶活凡酶促反應中底物或產物
存在還原糖的酶活可以直接通過本裝置來測定，其他酶促反應過程中底物或產物具有紫
外_可見光特徵吸收峰的酶也可通過修改程序來測定其活力，如纖維素酶、澱粉酶、果膠
酶、木聚糖酶、葡萄糖苷酶等均能用本裝置測定，特別對於棉織物的染整前處理、造紙、食品
加工、製藥等的大量使用生物酶製劑的過程，可實現反應平臺酶試劑用量連續精確的實時
控制，提高產品質量，提高物料利用率，降低能耗。 4、可以應用到利用生物酶進行加工的過程中，其和其他調節裝置聯機，可以實現 生產工藝的控制。
圖1是本發明裝置組成結構示意圖；
圖2是D-半乳糖醛酸的標準曲線；
圖3是不同酶濃度測定酶活的標準曲線；
圖中標號 1、2、3、4和5-進樣管；6-多功能球閥；7-前端三通閥；8-檢測反應器；9_參比反 應器；10-後端三通閥；ll-磁力攪拌器；12-水浴槽；13_蠕動泵；14_矽膠管；15_可見光檢 測器；16-信號線；17-小型程控機。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明
實施例1 —種單通道酶活自動檢測裝置，該單通道酶活自動檢測裝置包括進樣部分、反應 部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分和控制部分；裝置示意圖如圖1所示；
所述進樣部分為一個多功能旋轉球閥6，多功能旋轉球閥6分為外殼和內球體兩 部分，兩者光滑接觸，密封性良好；外殼上沿最大水平圓周設有若干接口 ，分別連接樣品和 檢測試劑進樣管(進樣管數量可根據實際情況來定，本實施例進樣管數目為5，分別用標號 1、2、3、4和5來表示)，內球體上僅有一個開口 ；控制部分經信號線16與多功能旋轉球閥 6連接，通過控制部分實現球閥內球體的有序旋轉，使內球體上開口與外殼上不同接口相對 接，實現樣品和檢測試劑有序進入反應器； 所述反應部分由前端三通閥7、檢測反應器8、參比反應器9和後端三通閥10構 成，進樣部分的多功能旋轉球閥6與前端三通閥7相連，前端三通閥7再分別連接檢測反 應器8和參比反應器9進口 ，檢測反應器8和參比反應器9出口與後端三通閥10相連接， 後端三通10與驅動部分相連；檢測反應器8和參比反應器9置於同一水浴中；控制部分經 信號線16分別與前端三通閥7、後端三通閥10相連，通過控制前端三通閥7和後端三通閥 10，實現樣品和檢測試劑有序流入檢測反應器8或者參比反應器9，實現檢測反應器8或者 參比反應器9內反應混合液有序進入檢測部分進行測定； 所述水浴部分為一水浴槽12，控制部分經信號線16與水浴槽12相連接，用以控制 水浴用水有序進出及水浴溫度； 所述攪拌部分為磁力攪拌器ll，在檢測反應器8和參比反應器9中放入磁力攪拌 子，控制部分經信號線16與磁力攪拌器11相連接，通過控制磁力攪拌器開啟、關閉及轉速， 實現磁力攪拌子的可控旋轉，使反應液均勻混合； 所述驅動部分為蠕動泵13，反應部分的後端三通閥10經矽膠管14與蠕動泵13相 連，控制部分經信號線16與蠕動泵13相連接，通過控制前端三通閥7、後端三通閥10和蠕 動泵13協調動作，使樣品和檢測試劑通過蠕動泵13的抽吸作用依次注入檢測反應器8或 者參比反應器9 ; 所述檢測部分為可見光檢測器15，可見光檢測器15具備自動調零功能，控制部分
經信號線16與可見光檢測器15相連接，蠕動泵13經矽膠管14與可見光檢測器15連接，
通過控制前端三通閥7、後端三通閥10、蠕動泵13和可見光檢測器15協調動作，使反應液
通過蠕動泵13的抽吸作用有序進入可見光檢測器15，實現樣品酶活的檢測； 所述控制部分由小型程控機17構成；用以同步跟蹤控制進樣部分、水浴部分、反
應部分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分，使樣品、檢測試劑、反應後混合液和水浴用水進出有序。 實施例2 採用實施例1所述的裝置進行果膠酶酶活的測定 果膠酶的酶活力單位U定義為一定溫度、pH條件下，每分鐘產生lmg D-半乳糖 醛酸所需要的酶量。本裝置的原理是以DNS法測定酶促反應產生的還原糖量，然後再換算
5成酶活。 1、試劑的配製 ( — ) D-半乳糖醛酸溶液取濃度為lmg/mL的D_半乳糖醛酸溶液分別配製成0. lmg/mL、0. 2mg/mL、0. 3mg/ mL、0. 4mg/mL、0. 5mg/mL、0. 6mg/mL的稀溶液100mL。
(二)DNS試劑 稱取酒石酸鉀鈉91.0g，溶於250mL蒸餾水中，加熱(不超過50°C )，於熱溶液中依 次加入3， 5- 二硝基水楊酸3. 15g， NaOHlO. 5g，苯酚2. 5g，無水亞硫酸鈉2. 5g，攪拌至溶解 完全，冷卻後用蒸餾水定容至500mL，貯存於棕色瓶中，室溫保存。
(三)鹼性果膠質溶液 稱取1. Og果膠質溶於50mL pH值為13. 0的氫氧化鈉/KC1緩衝液中，最後定容為 lOOmL。(四)果膠質溶液 稱取lg果膠質溶於50mL pH值為8. 0的氫氧化鈉/磷酸氫二鈉緩衝液中，最後定 容為lOOmL。 2、 D-半乳糖醛酸標準曲線的繪製 發明裝置中1號進樣管分別插入配製好的不同濃度D-半乳糖醛酸稀溶液中，3號 進樣管插入DNS試劑中，4號進樣管插入蒸餾水中，小型程控機17程序控制進口多功能球 閥6添加D-半乳糖醛酸2mL、DNS試劑1. 5mL到檢測反應器8中，添加蒸餾水2mL、DNS試劑 1. 5mL到參比反應器9中，沸水浴5min，然後添加蒸餾水使檢測反應器8和參比反應器9中 混合液總體積均為25mL，最後，通過控制前端三通閥、後端三通閥和蠕動泵協調動作，分別 將檢測反應器8和參比反應器9內反應完成的混合液通過蠕動泵13的抽吸作用送入可見 光檢測器15，其中檢測反應器8中混合液為檢測樣品，參比反應器9中混合液為參比，檢測 器響應值為光密度值0D54。。以0D54。為橫坐標，以D-半乳糖醛酸濃度為縱坐標，繪製標準曲 線，如圖2所示。
3、樣品酶活的測定 將1號進樣管插入果膠質溶液，2號進樣管插入酶溶液中，3號進樣管插入DNS試 劑，4號進樣管插入蒸餾水中，5號進樣管插入鹼性果膠質溶液，小型程控機17程序控制進 口多功能球閥6添加果膠質溶液lmL、酶溶液lmL到檢測反應器8中，添加鹼性果膠質溶液 lmL、酶溶液lmL到參比反應器9中，55。C水浴5min，然後向檢測反應器8、參比反應器9中 分別添加1. 5mLDNS試劑，沸水浴5min，然後添加蒸餾水使檢測反應器8和參比反應器9中 混合液總體積均為25mL，最後分別將檢測反應器8和參比反應器9內反應完成的混合液通 過蠕動泵13的抽吸作用送入檢測器15，其中檢測反應器8中混合液為檢測樣品，參比反應 器9中混合液為參比。取檢測器響應值光密度0054。，控制器根據標準曲線方程自動計算獲
得樣品酶的酶活力值。
實施例3 棉織物連續酶前處理工藝控制方法 通過該酶活檢測裝置檢測棉織物連續酶前處理工作槽中酶液的活力，以調整工作 槽中酶液補給速度，使工作槽中酶液的活力穩定在一定範圍之內，保證棉織物產品質量。
6[OO54]( — )果膠質溶液 稱取lg果膠質溶於50mL pH值為8. 0的氫氧化鈉/磷酸氫二鈉緩衝液中，最後定 容為100mL。 ( 二 )鹼性果膠質溶液 稱取lg果膠質溶於50mL pH值為13. 0的氫氧化鈉/KC1緩衝液中，最後定容為 100mL。(三)果膠酶溶液 將lmL果膠酶用pH值為8. 0的氫氧化鈉/磷酸氫二鈉緩衝液稀釋，分別配製成果 膠酶濃度分別為0. 04g/L、0. 06g/L、0. 08g/L、0. 10g/L、0. 12g/L、0. 14g/L的稀液。
(四)DNS試劑(500mL) 稱取酒石酸鉀鈉91.0g，溶於250mL蒸餾水中，加熱(不超過50°C )，於熱溶液中依 次加入3， 5- 二硝基水楊酸3. 15g， NaOHlO. 5g，苯酚2. 5g，無水亞硫酸鈉2. 5g，攪拌至溶解 完全，冷卻後用蒸餾水定容至500mL，貯存於棕色瓶中，室溫保存。
1.標準曲線的繪製 將1號進樣管插入果膠質溶液，2號進樣管分別插入預先配製好的不同濃度的果 膠酶溶液中，3號進樣管插入DNS試劑，4號進樣管插入蒸餾水中，5號進樣管插入鹼性果膠 質溶液。小型程控機17程序控制進口多功能球閥6添加果膠質溶液lmL、酶溶液lmL到檢 測反應器8中，添加鹼性果膠質溶液lmL、酶溶液lmL到參比反應器9中，55。C水浴5min，然 後向檢測反應器8和參比反應器9中分別添加1. 5mLDNS試劑，沸水浴5min，然後添加蒸餾 水使檢測反應器8和參比反應器9中混合液總體積均為25mL，最後，通過控制前端三通閥、 後端三通閥和蠕動泵協調動作，分別將檢測反應器8和參比反應器9內反應完成的混合液 通過蠕動泵13的抽吸作用送入檢測器15，其中檢測反應器8中混合液為檢測樣品，參比反 應器9中混合液為參比。檢測器響應值為0D54。，以0D54。為縱坐標，以酶濃度為橫坐標，繪製 標準曲線，如圖3所示。
2.棉織物精練液酶活的控制 將2號管接入棉織物處理精練液中，按照標準曲線測定方法測定精練液中果膠酶 的活性，當檢測器響應值0D54。超出0. 131 0. 146範圍，小型程控機17即調節棉織物精練 裝置酶液的補給速度，當響應值低於O. 131時加大補給速度，當響應值大於O. 146時減小補
給速度。
權利要求
一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於該單通道酶活自動檢測裝置包括進樣部分、反應部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分和控制部分，進樣部分、反應部分、驅動部分和檢測部分依次串聯，由水浴部分為反應部分提供反應溫度，由攪拌部分對反應部分進行攪拌，通過控制部分控制進樣部分、反應部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分和檢測部分有序工作，實現酶活的半連續自動檢測。
2. 根據權利要求1所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於所述進樣部分 為一個多功能旋轉球閥(6)，多功能旋轉球閥(6)分為外殼和內球體兩部分，兩者光滑接 觸，密封性良好；外殼上沿最大水平圓周設有若干接口 ，分別連接樣品和檢測試劑進樣管 (1、2、3、4、5)，內球體上僅有一個開口，控制部分經信號線(16)與多功能旋轉球閥(6)連 接，通過控制部分實現球閥內球體的有序旋轉，使內球體上開口與外殼上不同接口相對接， 實現樣品和檢測試劑有序進入反應器。
3. 根據權利要求1、2所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於所述反應部 分由前端三通閥(7)、檢測反應器(8)、參比反應器(9)和後端三通閥(10)構成，進樣部分 的多功能旋轉球閥(6)與前端三通閥(7)相連，前端三通閥(7)再分別連接檢測反應器(8) 和參比反應器(9)進口，檢測反應器(8)和參比反應器(9)出口與後端三通閥(10)相連 接，後端三通閥(10)與驅動部分相連；檢測反應器(8)和參比反應器(9)置於同一水浴中； 控制部分經信號線(16)分別與前端三通閥(7)、後端三通閥(10)相連，通過控制前端三通 閥(7)和後端三通閥(IO)，實現樣品和檢測試劑有序流入檢測反應器(8)或者參比反應器 (9)，實現檢測反應器(8)或者參比反應器(9)內反應混合液有序進入檢測部分進行測定。
4. 根據權利要求1所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於所述水浴部分 為一水浴槽(12)，控制部分經信號線(16)與水浴槽(12)相連接，用以控制水浴用水有序進 出及水浴溫度。
5. 根據權利要求1所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於所述攪拌部分 為磁力攪拌器(11)，在檢測反應器(8)和參比反應器(9)中放入磁力攪拌子，控制部分經信 號線(16)與磁力攪拌器(11)相連接，通過控制磁力攪拌器開啟、關閉及轉速，實現磁力攪 拌子的可控旋轉，使反應液均勻混合。
6. 根據權利要求3所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於所述驅動部分 為蠕動泵(13)，反應部分的後端三通閥(10)經矽膠管(14)與蠕動泵(13)相連，控制部分 經信號線(16)與蠕動泵(13)相連接，通過控制前端三通閥(7)、後端三通閥(10)和蠕動泵 (13)協調動作，使樣品和檢測試劑通過蠕動泵(13)的抽吸作用依次注入檢測反應器(8)或 者參比反應器(9)。
7 根據權利要求6所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於所述檢測部分 為可見光檢測器(15)，可見光檢測器(15)具備自動調零功能，控制部分經信號線(16)與可 見光檢測器(15)相連接，蠕動泵(13)經矽膠管(14)與可見光檢測器(15)連接，通過控制 前端三通閥(7)、後端三通閥(10)、蠕動泵(13)和可見光檢測器(15)協調動作，使反應液 通過蠕動泵(13)的抽吸作用有序進入可見光檢測器(15)，實現樣品酶活的檢測。
8. 根據權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一種單通道酶活自動檢測裝置，其特徵在於 所述控制部分由小型程控機(17)構成；用以同步跟蹤控制進樣部分、水浴部分、反應部分、 攪拌部分、驅動部分、檢測部分，使樣品、檢測試劑、反應後混合液和水浴用水進出有序。
全文摘要
本發明公開了屬於生物酶應用及生物技術領域的一種單通道酶活自動檢測裝置。該單通道酶活自動檢測裝置包括進樣部分、反應部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分和控制部分；通過控制部分來控制進樣部分、反應部分、水浴部分、攪拌部分、驅動部分、檢測部分的有序工作，可以實現酶活的半連續化自動檢測，避免了人為操作帶來的誤差，能夠檢測多種工業生產使用酶系的酶活，檢測頻率為1次/20min～1次/15min，測量精度達0.01U/mL。本發明不僅能夠方便、迅速、精確地測出酶的活力，滿足酶促反應工藝的控制要求，而且結構簡單，設計合理，造價低廉，便於推廣應用。
文檔編號G01N1/28GK101788462SQ201010120789
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月9日 優先權日2010年3月9日
發明者呂濤, 周律, 楊海軍, 郭世良 申請人:清華大學;北京國環清華環境工程設計研究院有限公司