酶注射式葡萄糖生物传感器建模方法研究

建立了酶注射式生物传感器的机理模型,并通过实验验证模型精确性.用传感器检测1和2 mg/mL葡萄糖溶液得到电压数据,通过数据拟合确定模型参数.将浓度值3 mg/mL带入模型得到预测曲线,再将其与传感器检测数据拟合后曲线进行比较,验证模型精确性.结果表明,参加反应的酶液米氏常数Km为1.97,数学模型与实际传感器工作模型相关系数(R2)为0.998.     

发酵过程葡萄糖在线检测系统的研制

发酵工艺中的高温蒸气灭菌过程使得传统"酶膜"方式葡萄糖生物传感器不能在线使用,导致不能实时控制葡萄糖的补加量,进而影响发酵的质量和产率。为了解决这一问题,本研究构建了一套用于发酵过程的葡萄糖在线检测系统。利用研制的耐高温的"酶液"方式葡萄糖生物传感器解决了"酶膜"方式传感器高温后无法正常工作的问题;利用研制的耐高温的透析取样系统解决了在线取样难题。实验表明:本传感器对葡萄糖的灵敏度达到0.259 nA/(mg/L);检出限为0.7 mg/L。对于500 mg/L葡萄糖浓度测量结果的相对标准偏差为2.02%;在0～1000 mg/L范围内,系统响应信号与葡萄糖浓度呈线性关系;本系统与商品化SBA-40E生物传感分析仪离线测量结果相比,呈现显著的线性相关关系。且线性相关方程的斜率k≈1。利用此检测系统对大肠杆菌发酵过程中的葡萄糖浓度进行了在线测量,并与SBA-40E生物传感分析仪离线测量结果进行了对比,变化趋势基本一致。     

在线测量发酵液葡萄糖浓度的过滤取样探头的研制

设计了一种罐内快速过滤取样探头,以解决在线测量发酵参数过程中的发酵液连续取样问题。此探头由支撑体、旋塞阀、O型圈、过滤膜管、管盖组成,可以直接插入发酵罐内,能够承受发酵前期的灭菌高温,并能避免取样时杂菌入侵发酵液。过滤膜采用筒状陶瓷膜,罐内发酵液经错流过滤,可由蠕动泵抽取适量无菌的渗透液给分析仪。利用此装置对葡萄糖溶液进行了取样测试,结果表明,此装置适用于发酵液在线取样,取样速率为3.0 mL/min,葡萄糖透过率保持100%,探头引起的时间延迟约为2 min。     

基于温度的酶注射式葡萄糖生物传感器检测方法研究

针对酶注射式葡萄糖生物传感器在实际使用中因为标定液与被测液的温度不同而引起的测量结果不准确问题,提出一种基于温度的葡萄糖浓度检测方法.首先根据酶促反应动力学建立目前酶注射式葡萄糖生物传感器浓度检测模型,之后利用阿伦尼乌斯公式建立温度与浓度检测动力学模型中未知参数之间的关系,并将此关系代入浓度检测动力学模型中,以建立基于温度的浓度检测新模型.此模型以温度与酶促反应的电流初始斜率为输入值,以被测葡萄糖浓度为输出值,利用此模型提出了以反应混合液的温度和反应初始电流斜率推导被测液浓度的检测方法.利用改进的检测方法进行检测,不仅能够降低温差的影响,提高检测的准确性,还可以省略常规检测中的人工标定,避免人工标定所需的取样探头拆卸步骤,更加有利于在线使用.分别在25.0,30.0和42.0℃下检测1.5 mg/mL和2.5 mg/mL葡萄糖溶液,利用原检测方法与基于温度的检测方法进行检测,结果表明,基于温度的检测方法回收率均在95.0％以上,明显优于原检测方法.