DE10034578B4 - Biosensors, process for their preparation and their use - Google Patents

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Abstract

Biosensor bestehend aus Mikroorganismen als Biokomponente und einem physikalischen Transduktor, gekennzeichnet dadurch, dass die Biokomponente in Mycelform vorliegt.Biosensor consisting of microorganisms as biocomponent and a physical transducer, characterized in that the biocomponent is in mycelial form.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige mikrobielle Biosensoren auf Mycelbasis, Verfahren zu deren Herstellung und ihre Verwendung. Erfindungsgemäß wird Mikroorganismen-Mycel in dünnen kompakten Schichten auf einem festen Nährboden erzeugt und vorzugsweise auf Polymeren immobilisiert. Diese festen Nährböden werden in Kombination mit physikalischen Transduktoren als Biosensoren für die Umweltanalytik, Biotechnologie, Lebensmittelanalytik und medizinische Diagnostik, insbesondere zur BSB-Bestimmung und Bestimmung von Disacchariden, angewendet. Derartige Sensoren werden in verschiedenen Anwendungsgebieten, insbesondere in der Umweltkontrolle eingesetztThe The present invention relates to novel microbial biosensors mycelium-based, process for their preparation and their use. According to the invention, microorganism mycelium becomes thin compact layers on a solid medium produced and preferably immobilized on polymers. These solid nutrient media will be in combination with physical transducers as biosensors for the Environmental analysis, biotechnology, food analysis and medical Diagnostics, in particular for the determination of BOD and determination of disaccharides, applied. Such sensors are used in various fields of application, especially used in environmental control

Mikrobielle Biosensoren auf Zellbasis sind bekannt für die Bestimmung einer Vielzahl von organischen und anorganischen Verbindungen, wie Zuckern, Aminosäuren, Peptiden, Aromaten, Halogenaromaten, Harnstoff, Phosphat usw. (siehe hierzu Riedel K. et al.: Microbial Sensors: Fundamentals and Application for Process Control. J. Chem. Techn. Biotechnol. 44, 85–106 (1989); Riedel, K. et al.: Mikrobielle Sensoren auf der Basis von Respirationsmessungen. Chem.-Ing.-Techn. 64, 518-528 (1992); Wittmann, C. et al.: Microbial and enzyme sensors for environmental monitoring. In: Handbook of biosensors and electronic noses (Ed.: Kress-Rogers, E.) CRC Press, pp. 299–332 (1997)). Weit verbreitet ist auch ihr Einsatz in der Abwasserkontrolle, zur Bestimmung des „Biochemischen Sauerstoffbedarfs" (BSB), deine Aussage über die Belastung des jeweiligen Abwassers erlaubt ( DD 253 045 A1 , DD 282 472 A5 , DE 43 01 087 A1 , Riedel K. Vom Wasser 81, 243–256 [1993]).Cell-based microbial biosensors are known for the determination of a large number of organic and inorganic compounds, such as sugars, amino acids, peptides, aromatics, haloaromatics, urea, phosphate, etc. (see Riedel K. et al .: Microbial Sensors: Fundamentals and Application for Process Control, J. Chem., Biotechnol., 44, 85-106 (1989), Riedel, K. et al .: Microbial Sensors Based on Respiratory Measurements, Chem.-Ing.-Techn., 64, 518-528 (1989). Wittmann, C. et al .: Microbial and enzyme sensors for environmental monitoring In: Handbook of biosensors and electronic noses (Ed .: Kress-Rogers, E.) CRC Press, pp. 299-332 (1997)) , Their use in the wastewater control is also widespread, for the determination of the "Biochemical oxygen demand" (BOD), your statement about the load of the respective wastewater allows ( DD 253 045 A1 . DD 282 472 A5 . DE 43 01 087 A1 , Riedel K. vom Wasser 81, 243-256 [1993]).

Als mikrobielle Sensorkomponenten werden für diese Sensoren definierte Mikroorganismenspezies mit einem möglichst breiten Substratspektrum genutzt, wie Trichosporon cutaneum (Hikuma, M. et al. Europ. J,. Appl. Microbiol. Biotechnol. 8, 289–297 [1979]), Klebisella ( EP 0 543 407 A1 ), Arxula adeninivorans ( DE 196 20 250 A1 ) und Kombinationen aus sich in ihrem Leistungsvermögen ergänzenden Mikroorganismen-Arten ( DE 431 4981 A1 ).Microbial sensor components used for these sensors are microorganism species with the broadest possible substrate spectrum, such as Trichosporon cutaneum (Hikuma, M. et al., European Journal, Appl. Microbiol. Biotechnol., 8: 289-297 [1979]), Klebisella (1979). EP 0 543 407 A1 ), Arxula adeninivorans ( DE 196 20 250 A1 ) and combinations of complementary microorganism species ( DE 431 4981 A1 ).

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, weitere Biosensoren bereitzustellen, die besondere Leistungsvermögen von Mikroorganismen für Biosensoren nutzbar machen können sowie entsprechende Verfahren zu ihrer Herstellung zu entwickeln.Of the The invention was based on the object of providing further biosensors, the special performance of microorganisms for Biosensors can harness and to develop corresponding processes for their production.

Überraschend wurde festgestellt, dass es möglich ist, auch Mycelien von Mikroorganismen als mikrobielle Komponente der Biosensoren zu nutzen. Das Mycel stellt unter diesen Bedingungen eine kompakte Schicht dar.Surprised it was found possible is also mycelia of microorganisms as a microbial component to use the biosensors. The mycelium presents under these conditions a compact layer.

Bisher wurden Mikroorganismen nur in Form von Zellen in Biosensoren eingesetzt. Für eine ganze Reihe von Mikroorganismen existieren jedoch verschiedene Wuchsformen. Man spricht auch von Pleiomorphismus. In Abhängigkeit von den Kultivierungs- oder Umweltbedingungen bilden beispelsweise Hefen und Streptomyceten neben den Zellen (einzellige Wuchsform) auch Mycelien, die auch als Pilzgeflecht bezeichnet werden (Schlegel, H. G. [1981]: Allgemeine Mikrobiologie. 5. Aufl. Thieme, Stuttgart).So far Microorganisms were used only in the form of cells in biosensors. For one However, a whole series of microorganisms exist different growth forms. One speaks also of Pleiomorphismus. Depending on the cultivation or environmental conditions form, for example, yeasts and streptomycetes in addition to the cells (single-celled growth form) also mycelia, which also be referred to as mushroom braid (Schlegel, H. G. [1981]: Allgemeine Microbiology. 5th edition Thieme, Stuttgart).

Die Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen gelöst. Besonders bevorzugt ist ein Biosensor mit der Hefe Arxula adeninivorans als mycelbildender Biokomponente. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere durch Bereitstellung von Biosensoren gelöst, bei denen das Mycel durch Oberflächenwachstum auf einen festen Nährboden in Form einer kompakten 2–100 μm dicken Platte erhalten und diese direkt in Biosensoren eingesetzt wird. Eine weitere Verfestigung ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante durch Immobilisierung mit anorganischen und organischen Polymeren in Analogie an sich bekannter Techniken möglich ( DE 197 36510 A1 ).. Polymere im Sinne der Erfindung sind Polyurethane, Polyvinylalkohole u. a.The object is achieved according to the claims. Particularly preferred is a biosensor with the yeast Arxula adeninivorans as mycel forming biocomponent. The object is achieved in particular by providing biosensors in which the mycelium obtained by surface growth on a solid medium in the form of a compact 2-100 micron thick plate and this is used directly in biosensors. Further solidification is possible in a preferred embodiment by immobilization with inorganic and organic polymers in analogy to known techniques ( DE 197 36510 A1 Polymers within the meaning of the invention are polyurethanes, polyvinyl alcohols and the like

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden die Mycelien auf einer durchlässigen Trägermembran, vorzugsweise eine Dialysemembran fixiert und ggf. desweiteren mit einem Immobilisierungsmittel, vorzugsweise Polymeren in Analogie zu DE 197 36510 A1 stabilisiert. Als Dialysemembran wird bevorzugt eine Kernspormembran verwendet (Riedel, K. et al. Anal. Lett. 31: 1–12 [1998]). Sie dient als Träger, auf dem Hefezellen und Mycelien immobilisiert werden.In a further preferred embodiment, the mycelia are fixed on a permeable carrier membrane, preferably a dialysis membrane, and optionally further with an immobilizing agent, preferably polymers in analogy to DE 197 36510 A1 stabilized. As a dialysis membrane, a nuclear spore membrane is preferably used (Riedel, K. et al., Anal. Lett. 31: 1-12 [1998]). It serves as a carrier on which yeast cells and mycelia are immobilized.

Die erfindungsgemäßen Biosensoren sind vielfältig verwendbar, insbesondere zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) und zahlreicher Substrate, wie z. B. von Monosacchariden, Disacchariden, Polysacchariden, Alkoholen, Aminosäuren oder anderen organischen Verbindungen.The biosensors according to the invention are diverse usable, in particular for the determination of the biological oxygen demand (BSB) and numerous substrates, such. B. of monosaccharides, Disaccharides, polysaccharides, alcohols, amino acids or other organic compounds.

Die veränderte morphologische Form wird durch Kultivierung im an sich bekannten Kultivierungsmedium nach Riedel et al. (1998), Anal. Lett. 31:1-12) erreicht. Im Unterschied zum bekannten Kultivierungsverfahren erfolgt die Kultivierung jedoch bei einer höheren Temperatur, > 42°C, was bei A. adeninivorans, vorzugsweise Stamm LS3, zur Bildung von Mycelien führt.The morphological morphology is changed by culturing in a conventional culture dium according to Riedel et al. (1998), Anal. Lett. 31: 1-12). In contrast to the known cultivation method, however, the cultivation is carried out at a higher temperature,> 42 ° C, which leads to the formation of mycelia in A. adeninivorans, preferably strain LS3.

Vorzugsweise wird bei einer Temperatur von 45°C kultiviert. Im Sensor erfolgt keine morphologische Änderung mehr.Preferably is at a temperature of 45 ° C cultured. There is no morphological change in the sensor more.

Nachfolgend wird die Erfindung an repräsentativen Beispielen erläutert. Dazu wird die Hefe A. adeninivorans, die besonders durch ihr breites Substratspektrum, sowie ihre große Temperaturstabilität und Salztoleranz als mikrobiologischer BSB-Sensor geeignet ist (Kunze, I. & Kunze G. Antonie van Leeuwenhoek 65, 29–34 [1994], Wartmann T. et al. Antonie van Leeuwenhoek 68, 215–223 [1995]), genutzt. Diese Hefe ist in der Lage, mit Hilfe ihres umweltbedingtem Dimorphismus, ihre Zellmorphologie zu ändern. So wächst A. adeninivorans bei einer Temperatur bis 41°C als Zellkultur, bei 42°C als Pseudomycel und bei höheren Temperaturen als Mycel.following the invention is representative Examples explained. For this, the yeast A. adeninivorans, which is particularly distinguished by its broad Substrate spectrum, as well as their high temperature stability and salt tolerance is suitable as a microbiological BOD sensor (Kunze, I. & Kunze G. Antonie van Leeuwenhoek 65, 29-34 [1994], Wartmann T. et al. Antonie van Leeuwenhoek 68, 215-223 [1995]), used. This yeast is able, with the help of its environmental Dimorphism to change their cell morphology. So A. adeninivorans grows at one Temperature up to 41 ° C as cell culture, at 42 ° C as pseudomycel and at higher Temperatures as mycelium.

Der Einsatz morphologischer Formen in Biosensoren ist bisher nicht bekannt. Erfindungsgemäß wurden erstmalig Mycelien vorzugsweise von A. adeninivorans, bevorzugt Stamm LS3, eingesetzt. Wie aus den Beispielen hervorgeht, sind die mikrobiologischen Sensoren mit Mycel als mikrobieller Sensorkomponente Hefezellen überlegen. Die Mycelform zeichnet sich nun durch größere Stabilität (z. B. Thermostabilität, Osmostabilität) und im Vergleich zur Zellform durch erhöhte metabolische Aktivität aus.Of the Use of morphological forms in biosensors is not yet known. According to the invention were For the first time, mycelia, preferably of A. adeninivorans, are preferred Strain LS3, used. As can be seen from the examples, the Microbiological sensors with mycelium as a microbial sensor component Superior to yeast cells. The mycelial form is now characterized by greater stability (eg. Thermal stability, Osmostabilität) and in comparison to the cell shape by increased metabolic activity.

Da sich diese Mycelien auch in ihren physiologischen Parameter von Hefezellen unterscheiden, war eine solche Überlegenheit nicht voraussehbar. Die Messung wird bei einer Temperatur von 15°C–50°C durchgeführt, wobei die Meßflüssigkeit ggf. bis zu 30% Salz, insbesondere Kochsalz, enthält.There These mycelia also in their physiological parameters of Distinguish yeast cells, such superiority was unpredictable. The measurement is carried out at a temperature of 15 ° C-50 ° C, wherein the measuring liquid optionally up to 30% salt, in particular saline.

Ein Einsatz von Mycelien in Biosensoren ist auf Grund ihres breiten Substratspektrums sowie der großen Temperaturstabilität und Salztoleranz deshalb dem Einsatz von Hefezellen vorzuziehen.One Use of mycelia in biosensors is due to their broad Substrate spectrum and the large temperature stability and salt tolerance therefore preferable to the use of yeast cells.

Ausführungsbeispieleembodiments

Beispiel 1example 1

Für die Präparation von A. adeninivorans LS3 als mikrobielle Sensorkomponente erfolgt eine 36-stündige Kultivierung in YEPD-Medium (0,3% Pepton, 0,3% Malzextrakt, 0,3% Hefeextrakt, 1% Glucose) bei 45°C. Das nach Kultivierung bei 45°C (Medium: 0,5% Hefeextrakt; 0,5% Pepton; 1% Glukose) erhaltene Mycel von A. adeninivorans LS3 wird abzentrifugiert, resuspendiert, immobilisiert und die mikrobiellen Sensoren in bekannter Art und Weise präpariert.For the preparation of A. adeninivorans LS3 as a microbial sensor component a 36-hour Cultivation in YEPD medium (0.3% peptone, 0.3% malt extract, 0.3% Yeast extract, 1% glucose) at 45 ° C. The after cultivation at 45 ° C (Medium: 0.5% yeast extract; 0.5% peptone; 1% glucose) obtained mycelium of A. adeninivorans LS3 is centrifuged off, resuspended, immobilized and preparing the microbial sensors in a known manner.

Um möglichst hohe Sensorsignale zu erhalten, muß eine optimale Menge an Mycelien auf der Dialysemembran immobilisiert werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß mit steigender Mycelkonzentration der Sauerstoffverbrauch und damit auch das Meßsignal und die Stabilität des Sensors erhöht werden. Gleichzeitig beeinflussen zu hohe Mycelkonzentrationen das Sensorsignal negativ, da dies zur Verringerung von Sauerstoff- und Substratdiffusion führt.Around preferably Obtaining high sensor signals requires an optimal amount of mycelia be immobilized on the dialysis membrane. It is important to take into account that with increasing mycelium concentration of oxygen consumption and thus also the measuring signal and the stability of the sensor increases become. At the same time, too high mycelial concentrations influence this Sensor signal negative, as this reduces oxygen and Substrate diffusion leads.

Dialysemembranen wurden mit 2.5–30 mg Mycelien/cm2 beladen und auf ihre Eignung zur BSB-Messung getestet. Nach einer 12-ständigen Aktivierung der Sensoren mit 1,88 mM Glucose wird bei Immobilisierungen von 6,8 mg Mycel/cm2 der für die BSB-Messung optimale Grundstrom (Io) von 4500 nA erreicht.Dialysis membranes were loaded with 2.5-30 mg mycelia / cm 2 and tested for their suitability for BOD measurement. After a 12-hour activation of the sensors with 1.88 mM glucose, immobilization of 6.8 mg mycelium / cm 2 achieves the optimum basic current (Io) of 4500 nA for the BOD measurement.

Gleichzeitig wurden mit den beladenen Dialysemembranen die SensorBSB-Werte von 0–8 mM Glucose ermittelt. Die besten Meßwerte wurden mit den 6,8 mg Mycel/cm2 beladenen Membranen erhalten. Hier wird eine Linearität des SensorBSB-Signales bis zu 524 mg O2/1 bei einem r2 von 0,9681 erreicht. Sowohl die Bestimmungsgrenze mit 7,73 mg O2/l als auch die Nachweisgrenze mit 2,61 mg O2/l liegen bei Messungen mit solch einem Mycel-Sensor deutlich günstiger als beim Zell-Sensor (1, Tab. 1). Tab. 1: Nachweis- und Bestimmungsgrenze von Arxula Mycel- und Zell-Sensoren. Mycel-Sensor Zell-Sensor Nachweisgrenze (mg O2/l) 2,61 3,05 Bestimmungsgrenze (mg O2/l) 7,73 8,38 At the same time, the SensorBSB values of 0-8 mM glucose were determined with the loaded dialysis membranes. The best readings were obtained with the 6.8 mg mycelium / cm 2 loaded membranes. Here, a linearity of the SensorBSB-signal up to 524 mg O 2/1 will be achieved with a r 2 of 0.9681. Both the quantification limit of 7.73 mg O 2 / l and the detection limit of 2.61 mg O 2 / l are significantly more favorable for measurements with such a mycelium sensor than for the cell sensor ( 1 , Tab. 1). Tab. 1: Detection and quantification limit of Arxula mycelium and cell sensors. Mycelium sensor Cell sensor Detection limit (mg O 2 / l) 2.61 3.05 Limit of quantification (mg O 2 / l) 7.73 8.38

Beispiel 2Example 2

Die Stabilität und Lagerkapazität von A. adeninivorans Mycel- bzw. Zell-Sensoren wurde mittels Glucose-Standard (1,88 mM) ermittelt. Dazu wurden Dialysemembranen mit 6,8 mg Mycelien/cm2 bzw. 6,8 mg Zellen/cm2 auf ihre Eignung zur BSB-Messung über einem Zeitraum von 110 Tage getestet. Es wurde sowohl der Grundstrom (Io) als auch die mit Glucose als Standard erreichten Sensor-Signale ermittelt. Bei beiden Sensortypen (Mycel- und Zellsensor) betrug die Standardabweichung beider Parameter innerhalb dieses Zeitraumes weniger als 10%.The stability and storage capacity of A. adeninivorans mycelial or cell sensors was determined by glucose standard (1.88 mM). For this purpose, dialysis membranes with 6.8 mg mycelia / cm 2 or 6.8 mg cells / cm 2 were tested for their suitability for BOD measurement over a period of 110 days. Both the background current (Io) and the sensor signals achieved with glucose were determined. For both sensor types (mycelial and cell sensor) the standard deviation of both parameters was less than 10% within this period.

Auch die Lagerstabilität der mit Mycelien- bzw. Zellen beladenen Membranen wurde ermittelt. Bei Lagertemperaturen von 4°C waren die mit Mycel beladenen Membranen bis zu 6 Monate lagerbar, ohne das es zu Veränderungen der Sensorparameter kam. In Gegensatz dazu ist der Zellsensor nur 2 Monate lagerbar.Also the storage stability the membrane loaded with mycelia or cells was determined. At storage temperatures of 4 ° C the membranes loaded with mycelium could be stored for up to 6 months, without it to change the sensor parameter came. In contrast, the cell sensor is only Storable for 2 months.

Beispiel 3Example 3

Mit dem Mycel-Sensor wurden 27 verschiedene Substrate gemessen und die erhaltenen Signale (ΔI) mit denen des Zell-Sensors verglichen. Hierbei werden bei 17 Substraten mit dem Mycel-Sensor höhere Sensor-Signale erreicht. Dies betrifft vor allem Mono-, Di- und Oligosaccharide (Glucose, Galactose, Xylose, Lactose, Maltose, Saccharose, Raffinose), aber auch Zitronensäure, Essigsäure, Glucosamin, Glycerin und die Aminosäuren Asparagin, Lysin, Arginin, Histidin, Phenylalanin und Prolin. Lediglich 8 der 27 Substrate (Fructose, Ethanol, Glutamin, Alanin, Leucin, Methionin, Threonin, Tryptophan) lassen sich besser mit dem Zell-Sensor messen (Tab. 2). Tab. 2: Vergleich der mit einem A. adeninivorans Zell- bzw. Mycel-Sensors erhaltenen Sensor-Signale von 27 Substraten. Für deren Herstellung der Sensoren wurden die Zellen bei 37°C (Zell-Sensor) bzw. 45°C (Mycel-Sensor) kultiviert. Die Substratkonzentration der Meßproben betrug stets 1 mM. ΔI(nA) Mycel-Sensor/Zell-Sensor Zell-Sensor Mycel-Sensor Glucose 233 338 1,45 Fructose 60 32 0,53 Galactose 211 310 1,47 Xylose 62 75 1,22 Lactose 25 36 1,44 Maltose 65 246 3,79 Saccharose 32 50 1,56 Raffinose 0 32 Zitronensäure 6 27 4,50 Essigsäure 370 520 1,41 Methanol 0 0 0,00 Ethanol 899 653 0,73 Asparagin 177 202 1,14 Glutamin 85 76 0,89 Lysin 145 209 1,44 Arginin 141 176 1,25 Histidin 143 197 1,38 Alanin 138 80 0,58 Leuci 182 155 0,85 Phenylalanin 56 95 1,70 Prolin 58 105 1,81 Methionin 130 47 0,36 Threonin 130 90 0,69 Tryptophan 52 23 0,44 Tyrosin 179 185 1,03 Glucosamin 51 81 1,59 Glycerin 91 224 2,46 With the mycelium sensor, 27 different substrates were measured and the received signals (ΔI) compared with those of the cell sensor. In this case, higher sensor signals are achieved with 17 substrates with the mycelium sensor. This applies in particular to mono-, di- and oligosaccharides (glucose, galactose, xylose, lactose, maltose, sucrose, raffinose), but also citric acid, acetic acid, glucosamine, glycerol and the amino acids asparagine, lysine, arginine, histidine, phenylalanine and proline , Only 8 of the 27 substrates (fructose, ethanol, glutamine, alanine, leucine, methionine, threonine, tryptophan) can be better measured with the cell sensor (Table 2). Tab. 2: Comparison of the sensor signals of 27 substrates obtained with an A. adeninivorans cell or mycelial sensor. For the production of the sensors, the cells were cultured at 37 ° C (cell sensor) or 45 ° C (mycelium sensor). The substrate concentration of the test samples was always 1 mM. .DELTA.I (nA) Mycelium sensor / sensor cell Cell sensor Mycelium sensor glucose 233 338 1.45 fructose 60 32 0.53 galactose 211 310 1.47 xylose 62 75 1.22 lactose 25 36 1.44 maltose 65 246 3.79 sucrose 32 50 1.56 raffinose 0 32 citric acid 6 27 4.50 acetic acid 370 520 1.41 methanol 0 0 0.00 ethanol 899 653 0.73 asparagine 177 202 1.14 glutamine 85 76 0.89 lysine 145 209 1.44 arginine 141 176 1.25 histidine 143 197 1.38 alanine 138 80 0.58 Leuci 182 155 0.85 phenylalanine 56 95 1.70 proline 58 105 1.81 methionine 130 47 0.36 threonine 130 90 0.69 tryptophan 52 23 0.44 tyrosine 179 185 1.03 glucosamine 51 81 1.59 glycerin 91 224 2.46

Beispiel 4Example 4

Um den Mycel-Sensor zur Messung des SensorBSB nutzen zu können, sollten die Meßwerte einer Probe untereinander nur gering variieren. Um dies zu testen, wurde ein Substratgemisch eingesetzt, daß jeweils 1 mM Glucose, Glutamin, Glycin, Histidin, Lysin, Asparagin, Valin, Tryptophan, Methionin, Prolin, Alanin, Asparaginsäure, Tyrosin, Methanol, Fructose, Saccharose, Maltose, Serin, Threonin und Isoleucin enthält. Der BSB5-Wert dieses Gemisches liegt bei 138 mg/l. Die 6-malige Messung der Probe mit dem Mycel- und dem Zell-Sensor zeigt, daß die mit dem Mycel-Sensor erhaltenen Meßwerte nur gering untereinander differieren, was in der sehr niedrigen Standardabweichung zum Ausdruck kommt. Außerdem kommt der mit dem Mycel-Sensor erhaltene, gemittelte SensorBSB-Wert von 144 mg/l dem BSB5-Wert sehr nahe, während der SensorBSB-Wert des Zell-Sensors stärker vom BSB5-Wert abweicht (Tab. 3). Tab. 3: Mittelwert, Standardabweichung und VK-Wert des mit dem Mycel- und Zell-Sensor jeweils 6× gemessenen Substratgemisches. Sensor BSB (mg/l) BSB5 (mg/l) Mycel-Sensor Zell-Sensor Mittelwert 144 263 138 Standardabweichung 9 29 20 VK-Wert (%) 6,25 11,03 14,4 In order to be able to use the mycelium sensor to measure the SensorBSB, the measured values of a sample should vary only slightly with one another. To test this, a substrate mixture was used, each containing 1 mM glucose, glutamine, glycine, histidine, lysine, asparagine, valine, tryptophan, methionine, proline, alanine, aspartic acid, tyrosine, methanol, fructose, sucrose, maltose, serine, Contains threonine and isoleucine. The BOD 5 value of this mixture is 138 mg / l. The 6-times measurement of the sample with the mycelium and the cell sensor shows that the measured values obtained with the mycelium sensor differ only slightly from one another, which is reflected in the very low standard deviation. In addition, the averaged SensorBSB value of 144 mg / L obtained with the mycelial sensor comes very close to the BOD 5 value, whereas the Sensor B B value of the cell sensor deviates more strongly from the BOD 5 value (Table 3). Tab. 3: Mean value, standard deviation and VK value of the substrate mixture measured in each case with the mycelium and cell sensor 6 ×. Sensor BOD (mg / l) BOD 5 (mg / l) Mycelium sensor Cell sensor Average 144 263 138 standard deviation 9 29 20 VK value (%) 6.25 11.03 14.4

Beispiel 5Example 5

Die Eignung des Mycel-Sensors zur Messung von NaCl-haltigen Proben beschreibt das Beispiel 5. Dazu wurde der Sensor, wie beschrieben, präpariert und der Einfluß von steigenden Konzentrationen an NaCl auf die bei 37°C gemessenen Sensor-Signale (ΔI) getestet. Im Gegensatz zum Zell-Sensor, ändern sich beim Mycel-Sensor die Signale (ΔI) bei Zusatz von NaCl nur gering. Dieser Effekt (physikalischer Effekt) ist vor allem auf die Verringerung der in der Meßlösung vorhandenen gelösten Sauerstoffkonzentration zurückführbar. Im Gegensatz zum Zell-Sensor erfolgt beim Mycel-Sensor jedoch bis zu einer NaCl-Konzentration von 30% in der Meßprobe weder eine zusätzliche Hemmung noch eine Aktivierung des Sensors, was für die BSB-Messung von salzhaltigen Proben von großem Vorteil ist (2).The suitability of the mycelium sensor for measuring NaCl-containing samples is described in Example 5. For this purpose, the sensor was prepared as described and the influence of increasing concentrations of NaCl on the sensor signals (ΔI) measured at 37 ° C. was tested. In contrast to the cell sensor, the signals (ΔI) of the mycelium sensor change only slightly with the addition of NaCl. This effect (physical effect) is attributable above all to the reduction of the dissolved oxygen concentration present in the measurement solution. However, in contrast to the cell sensor, the mycelium sensor has no additional inhibition or activation of the sensor up to a NaCl concentration of 30% in the sample, which is of great advantage for the BOD measurement of saline samples ( 2 ).

Um den physiologischen Effekt von NaCl genauer zu untersuchen, wurde zuerst in die Meßflüssigkeit NaCl zugegeben, was einen Abfall des Sensor-Signals (ΔI) verursacht. Erst nach erreichen des „Steady State" wurde 1 mM Glucose zugesetzt und die erneute Änderung des Stromes gemessen. Bis zu einer NaCl-Konzentration von 1,5% in der Meßzelle (entspricht 30% in der Meßprobe) bleibt das Sensor-Signal (ΔI) beim Mycel-Sensor relativ konstant, d. h. bis zu dieser Konzentration ist bei der BSB-Messung nur der physikalische Effekt von NaCl auf den Biosensor zu berücksichtigen. Im Gegensatz dazu kommt es beim Zell-Sensor bei einer NaCl-Konzentration von 0,5% in der Meßzelle (entspricht 10% NaCl in der Meßprobe) zum Abfall des gemessenen Sensor-Signals (ΔI), d. h. hier muß neben dem physikalischen Effekt auch der physiologischen Effekt des NaCl auf den Zell-Sensor bei der BSB-Messung berücksichtigt werden (3).To further investigate the physiological effect of NaCl, NaCl was first added to the measurement liquid, causing a decrease in the sensor signal (ΔI). 1 mM glucose was added and the change of the current was measured until the NaCl concentration of 1.5% in the measuring cell (corresponding to 30% in the test sample) was reached, the sensor signal (ΔI ) with the mycelium sensor is relatively constant, ie up to this concentration only the physical effect of NaCl on the biosensor has to be taken into account in the BOD measurement In contrast, the cell sensor has a NaCl concentration of 0.5% in the measuring cell (corresponds to 10% NaCl in the test sample) to the fall of the measured sensor signal (.DELTA.I), ie in addition to the physical effect of the physiological effect of NaCl on the cell sensor must be considered in the BOD measurement ( 3 ).

Die Abhängigkeit der Substratspezifität des Mycel-Sensors von der NaCl-Konzentration wurde mit Glucose, Essigsäure und Maltose getestet. Dazu wurden diese Substrate in einer Konzentration von 1 mM mit steigenden Salzkonzentrationen in die Meßzelle gegeben und das Sensor-Signal (ΔISubstrat-Effetk+Salz-Effetk – ΔISalz-Effekt) bestimmt. Als Kontrolle wurde das Sensor-Signal ohne Substrat mit steigender NaCl-Konzentration bestimmt. Durch Subtraktion der Kontrollkurve läßt sich der physiologische Effekt des Salzes auf das entsprechende Substrat ermitteln.The dependence of the substrate specificity of the mycelium sensor on the NaCl concentration was tested with glucose, acetic acid and maltose. For this purpose, these substrates were added in a concentration of 1 mM with increasing salt concentrations in the measuring cell and the sensor signal (.DELTA.I substrate effetk + salt effetk - .DELTA.I salt effect ) determined. As a control, the sensor signal without substrate was determined with increasing NaCl concentration. By subtracting the control curve, the physiological effect of the salt on the corresponding substrate can be determined.

Die Glucose-, Essigsäure und Maltose-Signale werden bis zu einer NaCl-Konzentration von 30% in der Meßprobe nur durch den physikalischen und nicht bzw. nur gering durch den physiologischen Effekt beeinflußt (4).The glucose, acetic acid and maltose signals are up to a NaCl concentration of 30% in the test sample only by the physical and not or only slightly influenced by the physiological effect ( 4 ).

Beispiel 6Example 6

Die mit 6,8 mg Mycelien/cm2 bzw. 6,8 mg Zellen/cm2 beladenen A. adeninivorans Sensoren wurden auf ihre Eignung zur SensorBSB-Bestimmung getestet. Da Abwässer in der Regel Substratgemische entalten, wurde ein synthetische Abwasser, Hefeextrakt, für diese Vergleiche genutzt. Hier korrelieren die mit dem Mycel-Sensor ermittelten SensorBSB-Werte direkt mit dem BSB5-Wert (m = 1,168). Im Gegensatz dazu erreichen die mit dem Zell-Sensor erhaltenen Werte (m = 0,75) eine geringere Korrelation zwischen beiden Parameter (5).The A. adeninivorans sensors loaded with 6.8 mg mycelia / cm 2 or 6.8 mg cells / cm 2 were tested for their suitability for SensorBSB determination. Since effluents usually form substrate mixtures, a synthetic wastewater, yeast extract, was used for these comparisons. Here, the SensorBSB values determined with the mycelium sensor correlate directly with the BOD 5 value (m = 1.168). In contrast, the values obtained with the cell sensor (m = 0.75) achieve a lower correlation between the two parameters ( 5 ).

Beispiel 7Example 7

Die Eignung des Mycel-Sensors zur SensorBSB-Messung wurde am Beispiel von Abwasserproben mit hohem Disaccharid-Anteil, entnommen an verschiedenen Tagen aus dem Zu- und Ablauf einer Kläranlage, getestet. Dazu wurde der Sensor, wie in Beispiel 1 beschrieben, präpariert und die bei 37°C erhaltenen Meßwerte mit denen des A. adeninivorans Zell-Sensors verglichen. Gleichzeitig wurde von allen Proben der BSB5-Wert ermittelt (Tab. 4). Tab. 4: Vergleich der mit einem Arxula Zell-Sensor bzw. einem Arxula Mycel-Sensor gemessenen SensorBSB-Werte verschiedener Abwasserproben mit dem BSB5-Wert. Proben Nr. BS B5 SensorBSB (mg/l) SensorBSB/BSB5 Zell-Sensor Mycel-Sensor Zell-Sensor Mycel-Sensor Einlauf Auslauf Einlauf Auslauf Einlauf Auslauf Einlauf Auslauf Einlauf Auslauf MW 2503 82,6 43,2 50,3 23,8 121,2 34,0 0,6 0,5 1,5 0,8 MW 0104 59,0 38,6 42,3 16,2 40,7 15,0 0,7 0,4 0,7 0,4 MW 2907 116 33,7 51,8 16,7 124 20,5 0,4 0,5 1,1 0,6 MW 0209 52,3 46,4 27,7 16,8 54,2 27,7 0,5 0,4 1,0 0,6 MW 0909 49,5 34,3 32,3 10,0 42,8 14,0 0,6 0,3 0,9 0,4 MW 1609 19,6 32,9 27,0 9,3 22,5 28,2 1,4 0,3 1,2 0,9 MW 2309 28,2 30,2 36,8 1,0 26,3 29,5 1,3 0,1 0,9 1,0 The suitability of the mycelium sensor for SensorBSB measurement was tested on the example of wastewater samples with a high disaccharide content, taken on different days from the inlet and outlet of a sewage treatment plant. For this purpose, the sensor was prepared as described in Example 1, and the measured values obtained at 37 ° C. were compared with those of the A. adeninivorans cell sensor. At the same time, the BOD 5 value of all samples was determined (Table 4). Table 4: Comparison of the measured sensorBBB values of various wastewater samples with the BOD 5 value using an Arxula cell sensor or an Arxula mycelium sensor. Samples no. BS B 5 SensorBSB (mg / l) SensorBSB / BSB 5 Cell sensor Mycelium sensor Cell sensor Mycelium sensor enema outlet enema outlet enema outlet enema outlet enema outlet MW 2503 82.6 43.2 50.3 23.8 121.2 34.0 0.6 0.5 1.5 0.8 MW 0104 59.0 38.6 42.3 16.2 40.7 15.0 0.7 0.4 0.7 0.4 MW 2907 116 33.7 51.8 16.7 124 20.5 0.4 0.5 1.1 0.6 MW 0209 52.3 46.4 27.7 16.8 54.2 27.7 0.5 0.4 1.0 0.6 MW 0909 49.5 34.3 32.3 10.0 42.8 14.0 0.6 0.3 0.9 0.4 MW 1609 19.6 32.9 27.0 9.3 22.5 28.2 1.4 0.3 1.2 0.9 MW 2309 28.2 30.2 36.8 1.0 26.3 29.5 1.3 0.1 0.9 1.0

Die Meßwerte von Tab. 4 belegen, daß bei einer erlaubten Abweichung der SensorBSB-Werte vom BSB5-Wert 65% der mit dem Mycel-Sensor erreichten Meßwerte vom Ein- und Auslauf der Kläranlage mit dem BSB5-Wert übereinstimmen. Im Gegensatz dazu wird bei dem Zell-Sensor nur ein Übereinstimmungsgrad von 14% erreicht.The measured values of Tab. 4 prove that with a permitted deviation of the SensorBSB values from the BOD 5 value 65% of the measured values achieved by the mycelium sensor from the inlet and outlet of the sewage treatment plant correspond to the BOD 5 value. In contrast, only a degree of agreement of 14% is achieved with the cell sensor.

Beispiel 8 (Immobilisierung)Example 8 (Immobilization)

Für die Präparation von A. adeninivorans LS3 als mikrobielle Sensorkomponente erfolgt eine 36-stündige Kultivierung in YEPD-Medium (0,3% Pepton, 0,3% Malzextrakt, 0,3% Hefeextrakt, 1% Glucose) bei 45°C. Von dieser Kultur werden anschließend 10 μl auf eine auf YEPD-Agar befindliche Dialysemembran gedropft und alles für mehrere Stunden bei 45°C inkubiert. Es bildet sich nun auf der Dialysemembran eine Mycelkolonie, die mit PVA bzw. PU nach bekannter Art und Weise stabilisiert wird ( DE 197 36510 A1 ). Die so beladene Dialysemembran läßt sich sofort als mikrobielle Sensorkomponente nutzen.For the preparation of A. adeninivorans LS3 as a microbial sensor component is a 36-hour cultivation in YEPD medium (0.3% peptone, 0.3% malt extract, 0.3% yeast extract, 1% glucose) at 45 ° C. 10 μl of this culture are then added dropwise to a dialysis membrane on YEPD agar and incubated at 45 ° C. for several hours. A mycelial colony now forms on the dialysis membrane which is stabilized with PVA or PU in a known manner ( DE 197 36510 A1 ). The thus loaded dialysis membrane can be used immediately as a microbial sensor component.

Beispiel 9 (Beladungsdichte)Example 9 (loading density)

Um reproduzierbare Messwerte zu erhalten, muss eine optimale Zellzahl auf die Dialysemembran immobilisiert werden. Dabei gilt, je mehr Zellen immobilisiert werden, desto höher der Sauerstoffverbrauch und damit das Messsignal. Gleichzeitig steigt mit der Beladungsdichte die Stabilität des Sensors. Diesem Prozeß wirkt jedoch die Diffusionsgeschwindigkeit entgegen, die proportional zur Stärke der immobilisierten Zellschicht ist. Dies bedeutet, dass eine zu hohe Beladungsdichte die Diffusion von Sauerstoff und Substrat herabsetzt, was zum Absinken der Grundstromes (Io) und damit zu kleineren Messsignalen führt.Around to obtain reproducible readings, must have an optimal cell count be immobilized on the dialysis membrane. The more applies Cells are immobilized, the higher the oxygen consumption and thus the measuring signal. At the same time increases with the loading density the stability of the sensor. This process works however, contrary to the diffusion rate, which is proportional to strength the immobilized cell layer is. This means that one too high loading density reduces the diffusion of oxygen and substrate, which leads to a decrease of the background current (Io) and thus to smaller measuring signals leads.

Um ein konstantes Mycelwachstum auf einer Dialysemembran zu gewährleisten, müssen z. B. aufgetropfte 10 μl Mycel-Kulturen über eine definierte Fläche ausgestrichen werden (Durchmesser: 0,4 cm). Durch die Verwendung unterschiedlicher Kultivierungszeiten und die Nutzung von zwei Dialysemembran-Typen mit unterschiedlicher Porengröße (0,6 μm, 10 μm), lässt sich die Beladungsprozedur optimieren.Around to ensure a constant mycelial growth on a dialysis membrane, have to z. B. dripped 10 .mu.l Mycelial cultures over a defined area are struck out (diameter: 0.4 cm). By use different culture times and the use of two dialysis membrane types with different pore size (0.6 μm, 10 μm), can be optimize the loading procedure.

Tab. 5: Beladung der Dialysemembran mit Mycelien von A. adeninivorans LS3. Dazu wurde der Stamm LS3 für 36 Stunden bei 45°C in YEPD-Medium kultiviert, 10 μl dieser Mycel-Kultur auf Dialysemembranen mit 0,6 μm bzw. 10 μm Porengröße gegeben, die auf YEPD-Agar aufgelegt waren. Alles wurde für 6, 10, 12 und 24 Stunden bei 45°C inkubiert, die Beladung der Membran (mg Trockengewicht/cm2) nach der Formel m/π·d2 berechnet, die Mycelien mit PU immobilisiert und der Grundstrom (Io) als auch das letztes Sensorsignal bei der Aktivierungsmessung (ΔI) bestimmt. Zur Aktivierung wurde 100 mM Glucose genutzt. Inkubationszeit (h) Beladung (mg TG/cm2) Io (nA) IA (nA/min) 0,6 μm-Membranen 6 4,7 5321,1 139,9 10 5,2 3962,7 250,5 12 6,8 5442,0 113,0 20 10,5 91,0 4,0 24 13,1 - - 10 μm-Membranen 6 4,6 4070,8 46,6 10 9,3 2836,5 228,8 12 13,8 3656,0 57,0 24 6,5 Tab. 5: Loading of the dialysis membrane with mycelia of A. adeninivorans LS3. For this purpose, the strain LS3 was cultured for 36 hours at 45 ° C in YEPD medium, 10 .mu.l of this mycelium culture on dialysis membranes with 0.6 micron and 10 micron pore size, which were placed on YEPD agar. Everything was incubated for 6, 10, 12 and 24 hours at 45 ° C, the loading of the membrane (mg dry weight / cm 2 ) calculated according to the formula m / π · d 2 , the mycelia immobilized with PU and the base current (Io) as well as the last sensor signal the activation measurement (.DELTA.I) determined. For activation, 100 mM glucose was used. Incubation period (h) Loading (mg TG / cm 2 ) Io (nA) IA (nA / min) 0.6 μm membranes 6 4.7 5,321.1 139.9 10 5.2 3,962.7 250.5 12 6.8 5,442.0 113.0 20 10.5 91.0 4.0 24 13.1 - - 10 μm membranes 6 4.6 4,070.8 46.6 10 9.3 2,836.5 228.8 12 13.8 3,656.0 57.0 24 6.5

Nach 6-stündiger Inkubation beider Membrantypen bei 45°C erreichen die Mycel-Kolonien einen Durchmesser ca. 0,4 cm. Während aber die Mycel-Masse bei der 0,6 μm Dialysemembran zwischen 1,6 und 4,0 mg beträgt, liegt diese bei den 10 μm Membranen nur zwischen 1,6 und 3,3 mg. Damit erfolgt die Zunahme der Dicke der Mycel-Kolonie in Anhängigkeit von der Porengröße der Dialysemembran. Während der weiteren Kultivierung werden Mycel-Massen von über 10 mg erreicht.To 6 hours Incubation of both types of membranes at 45 ° C reach the mycelial colonies a diameter about 0.4 cm. While but the mycelium mass at the 0.6 microns Dialysis membrane is between 1.6 and 4.0 mg, this is the 10 micron membranes only between 1.6 and 3.3 mg. This is the increase in thickness the mycelial colony in pendency of the pore size of the dialysis membrane. While the further cultivation will be mycelium masses of over 10 mg reached.

Werden nun die auf beiden Membrantypen gewachsenen Mycel-Massen hinsichtlich ihrer erreichbaren Aktivierungssignalen (ΔI) verglichen, die stets zwischen 150 und 450 nA betragen sollten, so können diese Werte nur mit Mycelmassen zwischen 2,1 und 8,2 mg, d. h. 4,2 und 15,5 mg TG/cm2 erreicht werden. Derartige Werte werden nach 10-stündiger Inkubation bei 45°C erreicht. Werden für die Beladungen längere Inkubationszeiten genutzt, kommt es zu einem weiteren Anstieg der Mycel-Masse, was gleichzeitig einen Abfall des Aktivierungssignales (ΔI) zu Folge hat.If the mycelium masses grown on both types of membranes are compared with regard to their achievable activation signals (ΔI), which should always be between 150 and 450 nA, these values can only be determined with mycelium masses between 2.1 and 8.2 mg, ie 4.2 and 15.5 mg TG / cm 2 can be achieved. Such values are reached after 10 hours incubation at 45 ° C. If longer incubation times are used for the loadings, there is a further increase in the mycelium mass, which at the same time results in a decrease in the activation signal (ΔI).

Optimale Beladungen der 0,6 μm und 10 μm Dialsemembranen mit A. adeninivorans Mycelien werden damit nach 10-ständiger Inkubation bei 45°C erreicht (1).Optimum loading of the 0.6 μm and 10 μm dialysis membranes with A. adeninivorans mycelia is thus achieved after 10 hours of incubation at 45 ° C. ( 1 ).

Gleichzeitig wurden mit den beladenen 0,6 μm und 10 μm Dialysemembranen die Sensor-BSB-Werte von 0–8 mM Glucose ermittelt. Die besten Messwerte wurden mit den 6,8 mg Mycel/cm2 beladenen Membranen beider Typen (0,6 μm, 10 μm) erhalten. Sowohl die Bestimmungsgrenze (4,46 mg O2/l – 0,6 μm Membran, 5,8 mg O2/l – 10 μm Membran) als auch die Nachweisgrenze (1,5 mg O2/l – 0,6 μm Membran, 2,0 mg O2/l – 10 μm Membran) liegen bei Messungen mit solch präparierten Mycelsensoren deutlich günstiger als bei den konventionell präparierten Zell-Sensoren (2). Tab. 6: Nachweis und Bestimmungsgrenze von Mycel- und Zellsensoren, die mit der neu entwickelten Procedur bzw. konventionell präpariert wurden. Prozedur mit 0,6 μm Dialysemembran Prozedur mit 10 μm Dialysemembran konventionell präparierter Mycel-Sensor konventionell präparierter Zell-Sensor Nachweisgrenze (mg O2/l) 1,5 2,0 2,6 3,0 Bestimmungsgrenze 4,5 5,8 7,7 8,4 At the same time, the loaded 0.6 μm and 10 μm dialysis membranes were used to determine the sensor BOD values of 0-8 mM glucose. The best readings were obtained with the 6.8 mg mycelium / cm 2 loaded membranes of both types (0.6 μm, 10 μm). Both the quantification limit (4.46 mg O 2 / l - 0.6 μm membrane, 5.8 mg O 2 / l - 10 μm membrane) and the detection limit (1.5 mg O 2 / l - 0.6 μm Membrane, 2.0 mg O 2 / l-10 μm membrane) are significantly more favorable in measurements with such prepared mycelium sensors than in the conventionally prepared cell sensors ( 2 ). Tab. 6: Detection and determination limit of mycelium and cell sensors, which were prepared with the newly developed procedure or conventionally. Procedure with 0.6 μm dialysis membrane Procedure with 10 μm dialysis membrane conventionally prepared mycelium sensor conventionally prepared cell sensor Detection limit (mg O 2 / l) 1.5 2.0 2.6 3.0 Limit of quantitation 4.5 5.8 7.7 8.4

Beispiel 10 (Stabilität. Lagerkapazität)Example 10 (stability, storage capacity)

Die Stabilität und Lagerkapazität beider Sensoren wurde mit Hilfe von Glucose-Standard (1,88 mM Glucose) ermittelt. Dazu wurden die beiden Dialysemembranen (0,6 μm, 10 μm) mit 6,8 mg Mycelien/cm2 beladen und auf ihre Eignung zur BSB-Messung über einem Zeitraum von 110 Tagen getestet. Es wurde sowohl der Grundstrom (Io) als auch die mit Glucose als Standard erreichten Sensor-Signale ermittelt. Bei beiden Sensortypen betrug die Standardabweichung dieser Messwerte innerhalb von 110 Tagen weniger als 10%.The stability and storage capacity of both sensors was determined using glucose standard (1.88 mM glucose). For this purpose, the two dialysis membranes (0.6 μm, 10 μm) were loaded with 6.8 mg mycelia / cm 2 and tested for their suitability for BOD measurement over a period of 110 days. Both the background current (Io) and the sensor signals achieved with glucose were determined. At both Sen The standard deviation of these measurements within 110 days was less than 10%.

Auch die Lagerkapazität beider beladenen Membrantypen wurde ermittelt. Bei Lagertemperaturen von 4°C waren die Membranen bis zu 6 Monate lagerbar, ohne dass es zu Veränderungen der Sensorparameter kam. Damit weisen beide beladenen Membrantypen ähnliche Stabilitäten und Lagerkapazitäten wie der konventionell präparierte Mycel-sensor auf. Im Gegensatz dazu ist der konventionell präparierte Zell-Sensor nur 2 Monate lagerbar.Also the storage capacity both loaded membrane types was determined. At storage temperatures of 4 ° C The membranes were storable for up to 6 months without causing any changes the sensor parameter came. Thus, both loaded membrane types have similar stabilities and storage capacities like the conventionally prepared one Mycelium sensor on. In contrast, the conventionally prepared Cell sensor can be stored for only 2 months.

Beispiel 11 (Substratspezifität)Example 11 (substrate specificity)

Die auf Dialysemembranen mit 0,6 bzw. 10 μm Porendurchmesser über PU immobilisierten Mycelien wurden als mikrobielle Sensorkomponenten in bekannter Art und Weise präpariert. Mit beiden Sensortypen wurden verschiedene Substrate gemessen und die erhaltenen Signale mit einem konventionell hergestellten Mycel-Sensor verglichen.The immobilized on dialysis membranes with 0.6 or 10 microns pore diameter via PU Mycelia were used as microbial sensor components in a known manner and prepared. With both sensor types different substrates were measured and the signals obtained with a conventionally prepared mycelium sensor compared.

Der Vergleich der SensorBSB-Werte 29 unterschiedlicher Substrate, gemessen mit allen drei Sensortypen zeigt, dass deren Substratspezifität sehr ähnlich ist.Of the Comparison of SensorBSB values of 29 different substrates, measured with all three sensor types shows that their substrate specificity is very similar.

Tab. 3: Vergleich der Substratspezifität von A. adeninivorans LS3 Mycel-Sensoren, präpariert nach der in diesem Patent neu beschiebenen und nach der konventionellen Art und Weise. Für die Herstellung der Sensoren wurden Dialysemembranen mit 0,6 μm und 10 μm Porendurchmesser zur Immobilisierung der Arxula Mycelien (kultiviert bei 45°C) bzw. Zellen (kultiviert bei 30°C) genutzt. Die Messtemperatur betrug 37°C und die Substratkonzentration der Messproben 1 mM. ΔI (nA) Mycel-Sensor/Zell-Sensor Zell-Sensor Mycel-Sensor Glucose 233 338 1,45 Fructose 60 32 0,53 Galactose 211 310 1,47 Xylose 62 75 1,22 Lactose 25 36 1,44 Maltose 65 246 3,79 Saccharose 32 50 1,56 Raffinose 0 32 Zitronensäure 6 27 4,50 Essigsäure 370 520 1,41 Methanol 0 0 0,00 Ethanol 899 653 0,73 Asparagin 177 202 1,14 Glutamin 85 76 0,89 Lysin 145 209 1,44 Arginin 141 176 1,25 Histidin 143 197 1,38 Alanin 138 80 0,58 Leucin 182 155 0,85 Phenylalanin 56 95 1,70 Prolin 58 105 1,81 Methionin 130 47 0,36 Threonin 130 90 0,69 Tryptophan 52 23 0,44 Tyrosin 179 185 1,03 Glucosamin 51 81 1,59 Glycerin 91 224 2,46 Table 3: Comparison of the substrate specificity of A. adeninivorans LS3 mycelium sensors prepared according to the method newly described in this patent and in the conventional manner. For the preparation of the sensors dialysis membranes were used with 0.6 microns and 10 microns pore diameter for the immobilization of Arxula mycelia (cultured at 45 ° C) or cells (cultured at 30 ° C). The measurement temperature was 37 ° C and the substrate concentration of the measurement samples 1 mM. ΔI (nA) Mycelium sensor / sensor cell Cell sensor Mycelium sensor glucose 233 338 1.45 fructose 60 32 0.53 galactose 211 310 1.47 xylose 62 75 1.22 lactose 25 36 1.44 maltose 65 246 3.79 sucrose 32 50 1.56 raffinose 0 32 citric acid 6 27 4.50 acetic acid 370 520 1.41 methanol 0 0 0.00 ethanol 899 653 0.73 asparagine 177 202 1.14 glutamine 85 76 0.89 lysine 145 209 1.44 arginine 141 176 1.25 histidine 143 197 1.38 alanine 138 80 0.58 leucine 182 155 0.85 phenylalanine 56 95 1.70 proline 58 105 1.81 methionine 130 47 0.36 threonine 130 90 0.69 tryptophan 52 23 0.44 tyrosine 179 185 1.03 glucosamine 51 81 1.59 glycerin 91 224 2.46

Beispiel 12 (Parameter, die den Sensor beeinflussen)Example 12 (parameters that the sensor influence)

Die Eignung der drei Sensortypen zur Messung von NaCl-haltigen Proben beschreibt das Beispiel 12. Dazu wurden sie wie beschrieben präpariert und der Einfluß von steigenden Konzentrationen an NaCl auf die bei 37°C gemessenen Sensorsignale (ΔI) getestet.The Suitability of the three sensor types for the measurement of NaCl-containing samples describes Example 12. For this they were prepared as described and the influence of increasing concentrations of NaCl to those measured at 37 ° C Sensor signals (ΔI) tested.

Legende zu 1 bis 5 und 1 und 2 Legend too 1 to 5 and 1 and 2

1: Kalibrierungskurve des A. adeninivorans Mycel-Sensors. Für die Versuche wurden Dialysemembranen mit 6,8 mg Mycelien/cm2 genutzt, die mit PVA nach herkömmlicher Art und Weise immobilisiert waren. Die Meßzeit betrug 70 Sekunden. Bei der Glucosekonzentration handelt es sich um die Endkonzentration in der Meßprobe. 1 : Calibration curve of the A. adeninivorans mycelial sensor. For the experiments dialysis membranes were used with 6.8 mg mycelia / cm 2 , which were immobilized with PVA in a conventional manner. The measuring time was 70 seconds. The glucose concentration is the final concentration in the test sample.

2: Einfluß von NaCl auf die Sensor-Signale (ΔI) des Zell-(⎕) bzw. Mycel-Sensors

Figure 00150001
2 : Influence of NaCl on the sensor signals (ΔI) of the cell (⎕) or mycelium sensor
Figure 00150001

3: Abhängigkeit des Glucose-Signals (ΔI) von der NaCl-Konzentration der Meßprobe bei Nutzung eines Zell-(⎕) bzw. Mycel-Sensors

Figure 00150002
3 : Dependence of the glucose signal (ΔI) on the NaCl concentration of the test sample using a cell (⎕) or mycelium sensor
Figure 00150002

4: Einfluß von NaCl auf das Sensor-Signal (ΔI) bei Nutzung von 1 mM Glucose (⎕), Essigsäure

Figure 00150003
bzw. Maltose
Figure 00150004
Die dargestellte Kurve ist die Differenzkurve aus Substratkurve – Salzkurve. Die NaCl-Konzentration ist als Konzentration in der Meßprobe angegeben. 4 : Influence of NaCl on the sensor signal (ΔI) using 1 mM glucose (⎕), acetic acid
Figure 00150003
or maltose
Figure 00150004
The curve shown is the difference curve from substrate curve - salt curve. The NaCl concentration is given as the concentration in the test sample.

5: Korrelation von SensorBSB zum BSB5-Wert des Zell-(⎕) bzw. Mycel-Sensors

Figure 00150005
bei der Verwendung von Hefeextrakt als Substrat. 5 : Correlation of SensorBSB to the BOD 5 value of the cell (⎕) or mycelial sensor
Figure 00150005
when using yeast extract as a substrate.

1: Abhängigkeit des Aktivierungssignals (ΔI) von der Biomasse der auf den Dialysemembranen immobilisierten Mycelien. 1 : Dependence of the activation signal (ΔI) on the biomass of the mycelia immobilized on the dialysis membranes.

2: Kalibrierungskurven von A. adeninivorans LS3 Mycel-Sensoren, präpariert nach der (A) konventionellen und nach der erfindungsgemäßen Art und Weise. Dazu wurden Dialysemembranen mit (B) 0,6 μm und (C) 10 μm Porendurchmesser genutzt. Die Messtemperatur betrug 37°C. 2 : Calibration curves of A. adeninivorans LS3 mycelium sensors prepared according to (A) conventional and the manner according to the invention. For this purpose, dialysis membranes with (B) 0.6 μm and (C) 10 μm pore diameter were used. The measuring temperature was 37 ° C.

Claims (15)

Biosensor bestehend aus Mikroorganismen als Biokomponente und einem physikalischen Transduktor, gekennzeichnet dadurch, dass die Biokomponente in Mycelform vorliegt.Biosensor consisting of microorganisms as biocomponent and a physical transducer, characterized in that the biocomponent is in mycelial form. Biosensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Mycel mit anorganischen und organischen Polymeren verfestigt ist.Biosensor according to claim 1, characterized in that that the mycelium solidifies with inorganic and organic polymers is. Biosensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Mycel mit folienbildenden anorganischen und organischen Polymeren überschichtet ist.Biosensor according to claim 1, characterized in that that mycelium with foil-forming inorganic and organic Overcoated polymers is. Biosensor nach einem der Ansprüche 1–3, gekennzeichnet dadurch, dass der mycelbildende Organismus die Hefe Arxula adeninivorans ist.Biosensor according to any one of claims 1-3, characterized by that the mycel-forming organism is the yeast Arxula adeninivorans is. Biosensor nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet dadurch, dass das Mycel in dünnen kompakten Schichten auf einer auf dem Nährboden aufliegenden Nährstoff durchlässigen Trägermembran fixiert vorliegt.Biosensor according to one of claims 1-4, characterized in that that the mycelium is in thin compact layers on a nutrient on the nutrient medium permeable support membrane fixed. Biosensor nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet dadurch, dass das Mycel an einer Dialysemembran fixiert ist, die die Mycelien vorzugsweise messseitig schützt.Biosensor according to one of claims 1-4, characterized in that that the mycelium is fixed to a dialysis membrane containing the mycelia preferably protects the measuring side. Biosensor nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Dialysemembran eine Kernspormembran ist.Biosensor according to claim 6, characterized in that the dialysis membrane is a nuclear spore membrane. Verfahren zur Herstellung von mikrobiellen Biosensoren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass ein Mycelgeflecht in dünnen kompakten Schichten durch Oberflächenwachstum auf festen Nährböden bei Temperaturen > 42°C erzeugt wird, welche direkt in den Biosensoren eingesetzt werden.Process for the preparation of microbial biosensors according to one of the claims 1 to 7, characterized in that a mycelial braid in thin compact Layers by surface growth on solid nutrient media Temperatures> 42 ° C generated which are used directly in the biosensors. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass das Mycel auf einer auf dem Nährboden aufliegenden Nährstoff durchlässigen Trägermembran erzeugt und diese Trägermembran mit dem Mycel in den Biosensoren eingesetzt wird.Method according to claim 8, characterized in that that the mycelium is placed on a nutrient on the nutrient medium permeable support membrane generated and this support membrane is used with the mycelium in the biosensors. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet dadurch, dass diese Trägermembran eine Dialysemembran ist, auf der Hefezellen und Mycelien immobilisiert werden.A method according to claim 8 or 9, characterized in that this carrier membrane a dialysis membrane is immobilized on the yeast cells and mycelia become. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass das Mycel durch Immobilisierungsmittel verfestigt wird.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the mycelium solidifies by immobilizing agent becomes. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Immobiliserungsmittel Polymere, insbesondere PVA und PU eingesetzt werden.Method according to claim 11, characterized in that as immobilizing agents polymers, in particular PVA and PU be used. Verwendung von Biosensoren nach Anspruch 1–7 zur BSB-Bestimmung.Use of biosensors according to claims 1-7 for BOD determination. Verwendung von Biosensoren nach Anspruch 1–7 zur Bestimmung von Substraten und Substratgemischen.Use of biosensors according to claims 1-7 for determination of substrates and substrate mixtures. Verwendung nach Anspruch 14 zur Bestimmung von Sacchariden, Alkoholen und/oder organischen Säuren.Use according to claim 14 for the determination of saccharides, alcohols and / or organic Acids.
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