CN101788462B - 一种单通道酶活自动检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于生物酶应用及生物技术领域的一种单通道酶活自动检测装置。该单通道酶活自动检测装置包括进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分和控制部分；通过控制部分来控制进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分的有序工作，可以实现酶活的半连续化自动检测，避免了人为操作带来的误差，能够检测多种工业生产使用酶系的酶活，检测频率为1次/20min～1次/15min，测量精度达0.01U/mL。本发明不仅能够方便、迅速、精确地测出酶的活力，满足酶促反应工艺的控制要求，而且结构简单，设计合理，造价低廉，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于生物酶应用及生物技术领域，特别涉及一种单通道酶活自动检测装置。
背景技术
自20世纪三、四十年代开始，酶活的检测一直采用常规比色法进行，该方法有较多的缺点：(1)结果受操作者主观因素影响较大，重现性差；(2)分析精度低；(3)手动操作，耗时较长，不利于酶促反应工艺的控制。
发明内容
为了弥补常规酶活检测方法的不足，本发明提供一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于，该单通道酶活自动检测装置包括进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分和控制部分，进样部分、反应部分、驱动部分和检测部分依次串联，由水浴部分为反应部分提供反应温度，由搅拌部分对反应部分进行搅拌，通过控制部分控制进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分和检测部分有序工作，实现酶活的半连续自动检测。
所述进样部分为一个多功能旋转球阀，多功能旋转球阀分为外壳和内球体两部分，两者光滑接触，密封性良好；外壳上沿最大水平圆周设有若干接口，分别连接样品和检测试剂进样管，内球体上仅有一个开口；控制部分经信号线与多功能旋转球阀连接，通过控制部分实现球阀内球体的有序旋转，使内球体上开口与外壳上不同接口相对接，实现样品和检测试剂有序进入反应器。
所述反应部分由前端三通阀、检测反应器、参比反应器和后端三通阀构成，进样部分的多功能旋转球阀与前端三通阀相连，前端三通阀再分别连接检测反应器和参比反应器进口，检测反应器和参比反应器出口与后端三通阀相连接，后端三通阀与驱动部分相连；检测反应器和参比反应器置于同一水浴中；控制部分经信号线分别与前端三通阀、后端三通阀相连，通过控制前端三通阀和后端三通阀，实现样品和检测试剂有序流入检测反应器或者参比反应器，实现检测反应器或者参比反应器内反应混合液有序进入检测部分进行测定。
所述水浴部分为一水浴槽，控制部分经信号线与水浴槽相连接，用以控制水浴用水有序进出及水浴温度。
所述搅拌部分为磁力搅拌器，在检测反应器和参比反应器中放入磁力搅拌子，控制部分经信号线与磁力搅拌器相连接，通过控制磁力搅拌器开启、关闭及转速，实现磁力搅拌子的可控旋转，使反应液均匀混合。
所述驱动部分为蠕动泵，反应部分的后端三通阀经硅胶管与蠕动泵相连，控制部分经信号线与蠕动泵相连接，通过控制前端三通阀、后端三通阀和蠕动泵协调动作，使样品和检测试剂通过蠕动泵的抽吸作用依次注入检测反应器或者参比反应器。
所述检测部分为可见光检测器，可见光检测器具备自动调零功能，控制部分经信号线与可见光检测器相连接，蠕动泵经硅胶管与可见光检测器连接，通过控制前端三通阀、后端三通阀、蠕动泵和可见光检测器协调动作，使反应液通过蠕动泵的抽吸作用有序进入可见光检测器，实现样品酶活的检测。
所述控制部分由小型程控机构成；用以同步跟踪控制进样部分、水浴部分、反应部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分，使样品、检测试剂、反应后混合液和水浴用水进出有序。
所述控制部分控制检测过程按周期循环的方式进行，在每个周期中其能够控制旋转球阀在各进样管接口处的停留时间，实现样品和检测试剂的进样量控制，同时其控制反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分按设定的程序工作，在一个周期的末尾控制旋转球阀导入蒸馏水进行反应系统的冲洗，为下一个检测做准备。
本发明是通过以下方式实现的：
(1)由控制系统控制进样部分、反应部分、驱动部分自动完成底物、酶、DNS试剂等物质准确有序的添加，随后进行参比反应和检测反应的同水浴反应，降低边界因素的影响。通过控制部分控制其他部分有序工作，实现传统手动间歇测定酶活法向半连续自动检测酶活法转变。
(2)自控单元的设计避免了人为操作引起的较大误差，缩短了酶活检测周期，为实时工艺控制创造条件。
本发明的有益效果为：
1、本发明不仅能够方便、迅速、精确地测出酶的活力，满足酶促反应工艺的控制要求，而且结构简单，设计合理，造价低廉，便于推广应用。本装置酶活测定频率为1次/20min～1次/15min，测量精度达0.01U/mL；
2、可以实现酶活的半连续化自动检测，避免了人为操作带来的误差；
3、本装置的应用范围较广，可以检测很多酶系的酶活：凡酶促反应中底物或产物存在还原糖的酶活可以直接通过本装置来测定，其他酶促反应过程中底物或产物具有紫外-可见光特征吸收峰的酶也可通过修改程序来测定其活力，如纤维素酶、淀粉酶、果胶酶、木聚糖酶、葡萄糖苷酶等均能用本装置测定，特别对于棉织物的染整前处理、造纸、食品加工、制药等的大量使用生物酶制剂的过程，可实现反应平台酶试剂用量连续精确的实时控制，提高产品质量，提高物料利用率，降低能耗。
4、可以应用到利用生物酶进行加工的过程中，其和其他调节装置联机，可以实现生产工艺的控制。
附图说明
图1是本发明装置组成结构示意图；
图2是D-半乳糖醛酸的标准曲线；
图3是不同酶浓度测定酶活的标准曲线；
图中标号：
1、2、3、4和5-进样管；6-多功能球阀；7-前端三通阀；8-检测反应器；9-参比反应器；10-后端三通阀；11-磁力搅拌器；12-水浴槽；13-蠕动泵；14-硅胶管；15-可见光检测器；16-信号线；17-小型程控机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
一种单通道酶活自动检测装置，该单通道酶活自动检测装置包括进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分和控制部分；装置示意图如图1所示；
所述进样部分为一个多功能旋转球阀6，多功能旋转球阀6分为外壳和内球体两部分，两者光滑接触，密封性良好；外壳上沿最大水平圆周设有若干接口，分别连接样品和检测试剂进样管(进样管数量可根据实际情况来定，本实施例进样管数目为5，分别用标号1、2、3、4和5来表示)，内球体上仅有一个开口；控制部分经信号线16与多功能旋转球阀6连接，通过控制部分实现球阀内球体的有序旋转，使内球体上开口与外壳上不同接口相对接，实现样品和检测试剂有序进入反应器；
所述反应部分由前端三通阀7、检测反应器8、参比反应器9和后端三通阀10构成，进样部分的多功能旋转球阀6与前端三通阀7相连，前端三通阀7再分别连接检测反应器8和参比反应器9进口，检测反应器8和参比反应器9出口与后端三通阀10相连接，后端三通10与驱动部分相连；检测反应器8和参比反应器9置于同一水浴中；控制部分经信号线16分别与前端三通阀7、后端三通阀10相连，通过控制前端三通阀7和后端三通阀10，实现样品和检测试剂有序流入检测反应器8或者参比反应器9，实现检测反应器8或者参比反应器9内反应混合液有序进入检测部分进行测定；
所述水浴部分为一水浴槽12，控制部分经信号线16与水浴槽12相连接，用以控制水浴用水有序进出及水浴温度；
所述搅拌部分为磁力搅拌器11，在检测反应器8和参比反应器9中放入磁力搅拌子，控制部分经信号线16与磁力搅拌器11相连接，通过控制磁力搅拌器开启、关闭及转速，实现磁力搅拌子的可控旋转，使反应液均匀混合；
所述驱动部分为蠕动泵13，反应部分的后端三通阀10经硅胶管14与蠕动泵13相连，控制部分经信号线16与蠕动泵13相连接，通过控制前端三通阀7、后端三通阀10和蠕动泵13协调动作，使样品和检测试剂通过蠕动泵13的抽吸作用依次注入检测反应器8或者参比反应器9；
所述检测部分为可见光检测器15，可见光检测器15具备自动调零功能，控制部分经信号线16与可见光检测器15相连接，蠕动泵13经硅胶管14与可见光检测器15连接，通过控制前端三通阀7、后端三通阀10、蠕动泵13和可见光检测器15协调动作，使反应液通过蠕动泵13的抽吸作用有序进入可见光检测器15，实现样品酶活的检测；
所述控制部分由小型程控机17构成；用以同步跟踪控制进样部分、水浴部分、反应部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分，使样品、检测试剂、反应后混合液和水浴用水进出有序。
实施例2
采用实施例1所述的装置进行果胶酶酶活的测定
果胶酶的酶活力单位U定义为：一定温度、pH条件下，每分钟产生1mg D-半乳糖醛酸所需要的酶量。本装置的原理是以DNS法测定酶促反应产生的还原糖量，然后再换算成酶活。
1、试剂的配制：
(一)D-半乳糖醛酸溶液
取浓度为1mg/mL的D-半乳糖醛酸溶液分别配制成0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.3mg/mL、0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.6mg/mL的稀溶液100mL。
(二)DNS试剂
称取酒石酸钾钠91.0g，溶于250mL蒸馏水中，加热(不超过50℃)，于热溶液中依次加入3，5-二硝基水杨酸3.15g，NaOH10.5g，苯酚2.5g，无水亚硫酸钠2.5g，搅拌至溶解完全，冷却后用蒸馏水定容至500mL，贮存于棕色瓶中，室温保存。
(三)碱性果胶质溶液
称取1.0g果胶质溶于50mL pH值为13.0的氢氧化钠/KCl缓冲液中，最后定容为100mL。
(四)果胶质溶液
称取1g果胶质溶于50mL pH值为8.0的氢氧化钠/磷酸氢二钠缓冲液中，最后定容为100mL。
2、D-半乳糖醛酸标准曲线的绘制
发明装置中1号进样管分别插入配制好的不同浓度D-半乳糖醛酸稀溶液中，3号进样管插入DNS试剂中，4号进样管插入蒸馏水中，小型程控机17程序控制进口多功能球阀6添加D-半乳糖醛酸2mL、DNS试剂1.5mL到检测反应器8中，添加蒸馏水2mL、DNS试剂1.5mL到参比反应器9中，沸水浴5min，然后添加蒸馏水使检测反应器8和参比反应器9中混合液总体积均为25mL，最后，通过控制前端三通阀、后端三通阀和蠕动泵协调动作，分别将检测反应器8和参比反应器9内反应完成的混合液通过蠕动泵13的抽吸作用送入可见光检测器15，其中检测反应器8中混合液为检测样品，参比反应器9中混合液为参比，检测器响应值为光密度值OD540。以OD540为横坐标，以D-半乳糖醛酸浓度为纵坐标，绘制标准曲线，如图2所示。
3、样品酶活的测定
将1号进样管插入果胶质溶液，2号进样管插入酶溶液中，3号进样管插入DNS试剂，4号进样管插入蒸馏水中，5号进样管插入碱性果胶质溶液，小型程控机17程序控制进口多功能球阀6添加果胶质溶液1mL、酶溶液1mL到检测反应器8中，添加碱性果胶质溶液1mL、酶溶液1mL到参比反应器9中，55℃水浴5min，然后向检测反应器8、参比反应器9中分别添加1.5mLDNS试剂，沸水浴5min，然后添加蒸馏水使检测反应器8和参比反应器9中混合液总体积均为25mL，最后分别将检测反应器8和参比反应器9内反应完成的混合液通过蠕动泵13的抽吸作用送入检测器15，其中检测反应器8中混合液为检测样品，参比反应器9中混合液为参比。取检测器响应值光密度OD540，控制器根据标准曲线方程自动计算获得样品酶的酶活力值。
实施例3
棉织物连续酶前处理工艺控制方法
通过该酶活检测装置检测棉织物连续酶前处理工作槽中酶液的活力，以调整工作槽中酶液补给速度，使工作槽中酶液的活力稳定在一定范围之内，保证棉织物产品质量。
(一)果胶质溶液
称取1g果胶质溶于50mL pH值为8.0的氢氧化钠/磷酸氢二钠缓冲液中，最后定容为100mL。
(二)碱性果胶质溶液
称取1g果胶质溶于50mL pH值为13.0的氢氧化钠/KCl缓冲液中，最后定容为100mL。
(三)果胶酶溶液
将1mL果胶酶用pH值为8.0的氢氧化钠/磷酸氢二钠缓冲液稀释，分别配制成果胶酶浓度分别为0.04g/L、0.06g/L、0.08g/L、0.10g/L、0.12g/L、0.14g/L的稀液。
(四)DNS试剂(500mL)
称取酒石酸钾钠91.0g，溶于250mL蒸馏水中，加热(不超过50℃)，于热溶液中依次加入3，5-二硝基水杨酸3.15g，NaOH10.5g，苯酚2.5g，无水亚硫酸钠2.5g，搅拌至溶解完全，冷却后用蒸馏水定容至500mL，贮存于棕色瓶中，室温保存。
1.标准曲线的绘制
将1号进样管插入果胶质溶液，2号进样管分别插入预先配制好的不同浓度的果胶酶溶液中，3号进样管插入DNS试剂，4号进样管插入蒸馏水中，5号进样管插入碱性果胶质溶液。小型程控机17程序控制进口多功能球阀6添加果胶质溶液1mL、酶溶液1mL到检测反应器8中，添加碱性果胶质溶液1mL、酶溶液1mL到参比反应器9中，55℃水浴5min，然后向检测反应器8和参比反应器9中分别添加1.5mLDNS试剂，沸水浴5min，然后添加蒸馏水使检测反应器8和参比反应器9中混合液总体积均为25mL，最后，通过控制前端三通阀、后端三通阀和蠕动泵协调动作，分别将检测反应器8和参比反应器9内反应完成的混合液通过蠕动泵13的抽吸作用送入检测器15，其中检测反应器8中混合液为检测样品，参比反应器9中混合液为参比。检测器响应值为OD540，以OD540为纵坐标，以酶浓度为横坐标，绘制标准曲线，如图3所示。
2.棉织物精练液酶活的控制
将2号管接入棉织物处理精练液中，按照标准曲线测定方法测定精练液中果胶酶的活性，当检测器响应值OD540超出0.131～0.146范围，小型程控机17即调节棉织物精练装置酶液的补给速度，当响应值低于0.131时加大补给速度，当响应值大于0.146时减小补给速度。
Claims (6)
1.一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于：该单通道酶活自动检测装置包括进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分和控制部分，进样部分、反应部分、驱动部分和检测部分依次串联，由水浴部分为反应部分提供反应温度，由搅拌部分对反应部分进行搅拌，通过控制部分控制进样部分、反应部分、水浴部分、搅拌部分、驱动部分和检测部分有序工作，实现酶活的半连续自动检测；
所述进样部分为一个多功能旋转球阀(6)，多功能旋转球阀(6)分为外壳和内球体两部分，两者光滑接触，密封性良好；外壳上沿最大水平圆周设有若干接口，分别连接样品和检测试剂进样管(1、2、3、4、5)，内球体上仅有一个开口，控制部分经信号线(16)与多功能旋转球阀(6)连接，通过控制部分实现球阀内球体的有序旋转，使内球体上开口与外壳上不同接口相对接，实现样品和检测试剂有序进入反应器；
所述反应部分由前端三通阀(7)、检测反应器(8)、参比反应器(9)和后端三通阀(10)构成，进样部分的多功能旋转球阀(6)与前端三通阀(7)相连，前端三通阀(7)再分别连接检测反应器(8)和参比反应器(9)进口，检测反应器(8)和参比反应器(9)出口与后端三通阀(10)相连接，后端三通阀(10)与驱动部分相连；检测反应器(8)和参比反应器(9)置于同一水浴中；控制部分经信号线(16)分别与前端三通阀(7)、后端三通阀(10)相连，通过控制前端三通阀(7)和后端三通阀(10)，实现样品和检测试剂有序流入检测反应器(8)或者参比反应器(9)，实现检测反应器(8)或者参比反应器(9)内反应混合液有序进入检测部分进行测定。
2.根据权利要求1所述的一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于：所述水浴部分为一水浴槽(12)，控制部分经信号线(16)与水浴槽(12)相连接，用以控制水浴用水有序进出及水浴温度。
3.根据权利要求1所述的一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于：所述搅拌部分为磁力搅拌器(11)，在检测反应器(8)和参比反应器(9)中放入磁力搅拌子，控制部分经信号线(16)与磁力搅拌器(11)相连接，通过控制磁力搅拌器开启、关闭及转速，实现磁力搅拌子的可控旋转，使反应液均匀混合。
4.根据权利要求1所述的一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于：所述驱动部分为蠕动泵(13)，反应部分的后端三通阀(10)经硅胶管(14)与蠕动泵(13)相连，控制部分经信号线(16)与蠕动泵(13)相连接，通过控制前端三通阀(7)、后端三通阀(10)和蠕动泵(13)协调动作，使样品和检测试剂通过蠕动泵(13)的抽吸作用依次注入检测反应器(8)或者参比反应器(9)。
5.根据权利要求4所述的一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于：所述检测部分为可见光检测器(15)，可见光检测器(15)具备自动调零功能，控制部分经信号线(16)与可见光检测器(15)相连接，蠕动泵(13)经硅胶管(14)与可见光检测器(15)连接，通过控制前端三通阀(7)、后端三通阀(10)、蠕动泵(13)和可见光检测器(15)协调动作，使反应液通过蠕动泵(13)的抽吸作用有序进入可见光检测器(15)，实现样品酶活的检测。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种单通道酶活自动检测装置，其特征在于：所述控制部分由小型程控机(17)构成；用以同步跟踪控制进样部分、水浴部分、反应部分、搅拌部分、驱动部分、检测部分，使样品、检测试剂、反应后混合液和水浴用水进出有序。
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