[發明專利]濃度響應型生化多組分在線分析儀

有效

• 申請號: 201810851550.2
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108918626B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 薄翠梅;金萬勤;吳昊;儲震宇;王軼卿;王曉榮
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 32218 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 許軻;徐冬濤

本發明公開了一種濃度響應型生化多組分在線分析儀，包括多組分濃度檢測模塊，精確進樣機械臂，多通道數據采集模塊，自動采樣模塊和多通道流路結構；多組分濃度檢測模塊由檢測池、樣品池、取樣池、清洗池和廢液池組成，可實現對多種組分濃度在線檢測；進樣機械臂由二自由度機械臂、精密注射器、進樣針組成，實現對檢測池精確定位進樣控制；多通道數據采集模塊由嵌入式開發板與觸摸屏組成，實現多種組分濃度在線檢測、顯示和存儲；自動采樣模塊由精密膜取樣器、微型真空隔膜泵和截止閥組成；多通道流路集成結構將四個部分進行鏈接組裝。本發明可實現微生物發酵過程中多種底物、關鍵中間代謝物及產物濃度的在線實時檢測，結構緊湊、便于批量生產。

技術領域

本發明屬于生物傳感技術與工業自動化技術交叉領域，具體涉及一種基于生物傳感電極，實現多種組分濃度響應的微生物發酵過程多組分濃度在線分析儀。

背景技術

發酵過程主要涉及微生物的生長和代謝，發酵體系中的底物、關鍵中間代謝產物、產物的種類與濃度以及相互作用，均會對微生物發酵過程中的反應速率、產品收率以及細胞對代謝途徑的選擇產生重大影響。針對發酵過程的調控目的是將環境等因素調節到最適宜微生物生長的狀態，調控的過程中必須了解環境條件和微生物生理的相關信息。相對于針對環境條件如pH、溶氧、溫度等參數的常規檢測，與發酵參數和條件有關的多組分濃度關鍵參數檢測是非常重要的, 檢測所提供的信息可直接反映微生物生長過程，有助于人們更好地理解發酵過程, 從而對工藝過程進行改進，因此實現發酵過程中底物與產物成分的在線檢測與反饋控制，可有利于保證發酵過程的平穩運行，提高發酵效率。

當前發酵過程中的成分組分濃度的分析定量檢測主要有以下幾種辦法：化學顯色/滴定法、色譜法、電化學-生物傳感器法等。其中前兩種儀器檢測方法的操作周期長、線性范圍狹窄，不適合用于在線檢測。這些方法通過離線采樣和檢測能夠獲得一部分發酵過程的信息，從而指導發酵過程的調控，已經受到廣泛采用。而電化學-生物傳感器法是利用生物活性物質（如酶，細胞，抗體，核酸適配體等）為生物功能性敏感元件，并將其固定在信號轉換器上，而目標待測物會與負載的生物活性物質發生特異性的反應（如酶催化反應），并通過信號轉換器轉化為相應的電學信號（電勢，電流，電阻或電容等），配合嵌入式微電子技術實現模數轉換，將電信號轉化為設備能夠識別的數字量，從而實現對目標待測物的定量或者定性分析檢測。因此，對復雜組分體系中的目標待測物具有選擇性好、靈敏度高等優點，且尺寸、樣式豐富可調，非常適宜在微生物發酵環境中使用。由于靈敏度高，易微型化，能在復雜體系樣品中進行檢測等優勢，更加受到發酵過程的青睞。

隨著發酵工程的發展，對信息重要發酵參數的實時性、完整性、可靠性的要求也日益提升。當前市場上存在的組分濃度分析儀器，絕大多數采用離線采樣、稀釋需要人工取樣并經過復雜的預處理對低濃度的組分濃度進行離線檢測，而發酵體系中的組分濃度往往遠高于這些儀器的檢測線性范圍，這就導致必須對樣品進行稀釋才能進行檢測離線檢測，導致檢測周期大大延長，檢測數據不能及時反映當前發酵體系中的組分濃度變化（如底物、關鍵中間代謝物、產物），因此并不能對發酵過程給予及時的指導和調控，極大地限制了基于濃度反饋的發酵過程控制技術的廣泛應用。

因此，組分濃度在線分析儀由于其在實時性、可靠性上的優勢，相對于現有的離線式濃度分析儀而言，可為發酵過程提供實時的組分濃度變化信息，從而建立相關的反饋控制回路，實現對發酵過程的自動控制，具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的是針對發酵過程中底物、重要代謝中間產物和產物成分濃度在線檢測技術缺乏的問題，采用生物傳感電極，提供一種能夠實現多組分在線檢測的在線濃度分析儀。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：一種濃度響應型生化多組分在線分析儀，該分析儀包括多組分濃度檢測模塊，精確進樣機械臂，多通道數據采集模塊，自動采樣模塊和多通道流路結構；