[發(fā)明專利]生物傳感器再生的設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880107415.1
• 申請日: 2008-09-12
• 公開（公告）號: CN101821625A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: U·雷特;A·弗里德伯格;B·鮑爾;M·?？嘶舴?/a>;T·盧德斯;G·米勒
• 申請（專利權(quán)）人: 伊德斯德國股份有限公司
• 主分類號: G01N33/543
• 分類號: G01N33/543;B05C5/00;B01L3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉維升;李連濤

本發(fā)明涉及生物傳感器的再生的設(shè)備，該生物傳感器在載體的表面上攜帶被設(shè)計(jì)來與所要分析的物質(zhì)相互作用的固定的和生物活性的材料。

與本發(fā)明相關(guān)的生物傳感器裝有生物學(xué)組分。生物傳感器的功能原理是基于位于傳感器元件表面上的固定的生物活性材料與電子信號轉(zhuǎn)換器、光學(xué)信號轉(zhuǎn)換器或其它信號轉(zhuǎn)換器，和電子式放大器之間的直接空間偶合。此類生物材料能夠是，例如抗體，酶，細(xì)胞器官，微生物或核酸。

位于傳感器表面上的固定的生物材料與所要分析的物質(zhì)相互作用。該相互作用可以是例如在酶和底物之間的相互作用，或在抗體與抗原之間的相互作用，導(dǎo)致物理改變，例如涂層厚度，折射率，光的吸收率，電荷或在各自表面的區(qū)域中特定離子的離子濃度(例如pH值的變化)的改變。這些變化能夠通過諸如光學(xué)傳感器、測量電流的電極或以電勢滴定法為基礎(chǔ)進(jìn)行操作的場效應(yīng)晶體管之類的測量裝置來測量。然而，在該測量程序之后，系統(tǒng)的初始狀態(tài)必須恢復(fù)。因此，物質(zhì)用生物傳感器分析的測量過程是在三個步驟中進(jìn)行的：首先，要被生物傳感器的生物體系所分析的物質(zhì)的生物化學(xué)反應(yīng)。然后，反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電或光信號。隨后，該信號被處理和放大。因此，生物傳感器的選擇性和敏感性源自于所使用的生物體系。

該生物材料利用載體被排列在該生物傳感器上，在該載體上施加該材料，或在載體上將該材料包埋在兩個膜之間。該生物材料也能夠在固體載體的化學(xué)官能化之后直接固定在載體上。此外，該生物體系能夠被施加到膜上，該膜然后與轉(zhuǎn)換器的表面結(jié)合。適合用于水和污水的分析用的生物傳感器中的應(yīng)用能夠被分成用于單個組分的分析、用于毒性和誘變性的分析的生物傳感器，和用于生化需氧量(BOD)的分析的生物傳感器。實(shí)例包括在例如手術(shù)之后的人體的血液中葡萄糖濃度的測量。該葡萄糖濃度能夠隨著因?yàn)槠咸烟茄趸复呋钠咸烟茄趸饔盟鶎?dǎo)致的pH值的變化或氧濃度的變化來分析。

再一種生物傳感器已知用于在生物反應(yīng)器(發(fā)酵罐)中青霉素濃度的?測量，在其中培養(yǎng)細(xì)菌菌株，后者表達(dá)和分泌青霉素到培養(yǎng)介質(zhì)中。當(dāng)濃度是足夠高時，該物質(zhì)能夠在幾次沉淀反應(yīng)之后用有機(jī)溶劑從培養(yǎng)介質(zhì)中萃取。在這一方面使用的傳感器的生物學(xué)組分是?；D(zhuǎn)移酶。該青霉素-分裂酶被嵌入膜中，將pH-電極放置在膜上。一旦在介質(zhì)中青霉素濃度提高，該酶催化增加量的苯基乙酸的形成，并且因此改變在電極鄰近的pH值。因此，可以通過該pH值推算青霉素濃度。

生物傳感器的再一種應(yīng)用涉及在浴水或污水中細(xì)菌含量的分析?？梢詫⑨槍δ承╊愋偷募?xì)菌的抗體施加到振蕩薄膜上。當(dāng)各自細(xì)菌被傳感器漂浮時，它們附著于該抗體上，因此減少該膜的振蕩。一旦膜的振蕩降到某個值之下就提供相應(yīng)信號。

生物傳感器的表面能夠由例如氮化鎵(GaN)或另一種光學(xué)透明半導(dǎo)體(SC)組成。氮化鎵是光學(xué)透明的半導(dǎo)體，它可在同樣光學(xué)透明的藍(lán)寶石基片上外延生長的。這一性能能夠用于利用在該表面的背面的光源，促使已用活動性(mobile)抗體標(biāo)記的熒光染料的激發(fā)。該活動性抗體結(jié)合于抗原上，該抗原同時結(jié)合于未標(biāo)記的固定抗體上。這一類型的抗原-抗體結(jié)合因此遵循夾層結(jié)構(gòu)-ELISA的原理。由活動性抗體發(fā)射出的熒光能夠在抗原的識別之后被敏感性檢測器所捕獲。抗體在半導(dǎo)體表面上或在其它材料如ZnO、SnO₂或金剛石上的固定能夠通過各種方法來實(shí)現(xiàn)，例如，通過用戊二醛或溴氰化物(BrCN)交聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。

抗體在傳感器表面上的固定也能夠通過用G蛋白和A蛋白的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用來實(shí)現(xiàn)。這里該G蛋白由金黃色葡萄球菌組成。作為G蛋白的替代，能夠使用A蛋白。在G蛋白或A蛋白的使用之間選擇來固定的可能性常常取決于抗體的來歷，即取決于可獲得抗體的具體生物體。兩個方法都能夠與可能的交聯(lián)劑相結(jié)合使用。在這種情況下，首先各自A蛋白或G蛋白用戊二醛固定在傳感器的表面上。在交聯(lián)后，抗體的實(shí)際施加通過在抗體的Fc-疇?上的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用來進(jìn)行。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是在傳感器的表面上抗體的最佳利用。大腸桿菌(E.coli)是能夠用作抗原的一個例子。

此類生物傳感器的一個缺點(diǎn)是它們體現(xiàn)特征于短的壽命和低的生物學(xué)穩(wěn)定性。在這方面人們認(rèn)為固定化蛋白質(zhì)組分和核酸組分的變性作用會在傳感器表面上發(fā)生，這樣已固定的大分子如核酸和蛋白質(zhì)的降解被認(rèn)為是此類生物傳感器的缺點(diǎn)。因此，需要改進(jìn)此類已固定的生物活?性材料的壽命和穩(wěn)定性。

因此，本發(fā)明的目的是通過提供生物傳感器的再生設(shè)備和方法來克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。

這一目的是基于下列設(shè)備和下列方法來達(dá)到的：