DE19537506C1 - Durchflußmeßzelle für Biosensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußmeßzelle für Biosensoren.

Durchflußmeßzellen für Biosensoren sind bekannt. Sie werden in der Regel überall dort eingesetzt, wo es darum geht, Analysen in hoher Meßfrequenz auf der Grundlage der FIA-Technik durchzuführen. Das betrifft insbesondere sowohl medizinisch-diagnostische Bereiche als auch die Umweltanalytik und die Biotechnologie. Der Einsatz von Durchflußmeßzellen für Biosensoren ermöglicht eine kontinuierliche automatische Überwachung.

Biosensoren bestehen aus einer signalerzeugenden Komponente, einem Signalwandler und einem signalverarbeitenden Teil. Die biologische Komponente, die in der Regel in immobilisierter Form vorliegt, besteht beispielsweise aus einem oder mehreren Enzymen, Mikroorganismen, Zellen oder Gewebe. Der Signalwandler wandelt das physikochemische Signal, das durch die Biokomponente generiert wird, in ein elektrisches Meßsignal um. Im signalverarbeitenden Teil erfolgt dann die quantitative Darlegung des gemessenen Parameters. Die Zuverlässigkeit der Messung mittels einer Durchflußmeßzelle für Biosensoren wird insbesondere durch die Stabilität der immobilisierten biologischen Komponente bestimmt. Eine regelmäßige Wartung der Biosensoren beziehungsweise ihr Austausch ist damit unerläßlich.

In der DE 42 27 338 A1 ist ein Verfahren und eine Durchflußmeßanordnung zur Analyse von Flüssigkeiten beschrieben. Die dort beschriebene Durchflußmeßzelle besteht aus einem Unterteil und aus einem Kopfteil. Das Kopfteil ist abnehmbar und wird mittels Führungsstifte auf dem Unterteil befestigt. In einem Durchflußkanal, der sowohl das Unterteil als auch das Kopfteil durchquert, ist im Kopfteilbereich ein Biosensor angeordnet.

Auch in der DE 43 39 584 A1 ist eine Durchflußzelle beschrieben. Die Durchflußzelle besitzt ebenfalls einen Durchflußkanal mit Zu- und Ablauf, in dem ebenfalls ein Biosensor angeordnet ist, der aus einer Membran und dazwischen immobilisierten Mikroorganismen zusammengesetzt ist. Von der anderen Seite der Membran wird die zu bestimmende Substanz mit der Membran in Kontakt gebracht. Diese Meßzelle wird unter anderem zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs benutzt.

In der DE 41 15 792 A1 ist eine Anordnung für ein Biosensorsystem zur Analyse von in flüssiger Form vorliegenden Stoffen beschrieben. Die den Biosensor enthaltene Meßzelle besteht aus einem Unter- und Oberteil. Im Unterteil ist das Biosensorsystem angeordnet. Im Oberteil erfolgt die Zuführung der Meßflüssigkeit zum Biosensor. Durch Aufklappen des Oberteiles ist es möglich, Restmeßflüssigkeit zu entfernen und gegebenenfalls eine Regenerationslösung auf die auf dem Biosensor befindliche biologisch aktive Membran zu bringen. Zum Wechseln der Membran wird das Biosensorsystem aus einer Justierung gezogen und das Unterteil hochgeklappt, so daß dann anschließend die Membran entfernt werden kann. Diese Wechselprozedur ist relativ aufwendig.

Auch in der US 52 84 568 ist eine Durchflußmeßzelle mit ionenselektiver Elektrode beschrieben worden. Auch diese Durchflußzelle besitzt einen Sensor mit Zu- und Abfluß für die zu untersuchenden Lösungen.

Die bisher bekannten Durchflußmeßzellen für Biosensoren erfordern einen relativ hohen manuellen und zeitlichen Aufwand, um die Biosensoren beziehungsweise die auf austauschbaren Membranen befindlichen, immobilisierten biologischen Signalgeber auszuwechseln. Damit ist der Wartungsaufwand sehr hoch und für die Zeit der Wartung muß die Meßanlage stillgelegt werden. Häufig müssen komplizierte Schraubverbingungen gelöst werden, um an die Membranen zu gelangen, die die biologischen Signalgeber immobilisiert enthalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Durchflußmeßzelle für Biosensoren anzubieten, bei der es möglich ist, den Biosensor auf einfache Weise und in kürzester Zeit auszuwechseln, ohne daß Dichtungsprobleme entstehen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Meßzellenkörper, der einen drehbaren und durch ein Gummilager federnd gelagerten, exzentrischen Andruckhebel für den Biosensor aufweist. Dieser ermöglicht es, mittels eines einzigen Handgriffes den Biosensor flüssigkeitsdicht in die Durchflußmeßzelle einzubringen.

Der Andruckhebel drückt hierbei den planaren Biosensor am Rand seiner Indikationsfläche auf einen die Meßkammer umschließenden Dichtring.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Lager aus gummielastischem Material für die Aufnahme einer Achse können sowohl in den Schenkeln des Meßzellkörpers als auch im Andruckhebel angeordnet sein.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zur Erzielung einer federnden Wirkung die durch den Andruckhebel geführte Achse aus federndem Material wie Federstahl gefertigt.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit, bei Störungen, wie Verstopfungen im Meßkammerbereich oder bei Aktivitätsverlust, praktisch in Sekundenschnelle den Biosensor auszuwechseln und den Meßkammerbereich zu kontrollieren, so daß es nur zu kurzzeitigen Unterbrechungen des Meßprogrammes oder der Prozeßüberwachung kommt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 demontierte Durchflußmeßzelle,

Fig. 2 Durchflußmeßzelle im zusammengebauten Zustand,

Fig. 3 Biosensor mit elektrischen Anschlüssen,

Fig. 4 Ausschnitt aus dem Meßzellenkörper mit Zu- und Abfluß,

Fig. 5 Meßzellenkörper mit Gummilager,

Fig. 6 Andruckhebel mit Federstahlachse.

In Fig. 1 sind die drei Hauptteile der Durchflußmeßein­ richtung für Biosensoren gezeigt. Sie besteht aus einem Meßzellenkörper 1, einem Sensor 2 und einem Andruck­ hebel 5. Der Meßzellenkörper 1 weist einen Schlitz 10 auf, der durch zwei Schenkel 12 und einen Boden 11 begrenzt ist. Der Boden 11 weist einen Anschlag 3 auf, der der exakten Anordnung einer eigentlichen Indikationsfläche 24 (Fig. 3) eines Sensors 2, die eine Arbeitselektrode 18 und eine Referenzelektrode 19 enthält, über einer Meßkammer 15 dient. Im Bereich der Mündungen eines Zuflusses 16 und eines Abflusses 17 (Fig. 4) im Boden 11 ist ein Dichtring 4 aus Gummi angeordnet. Dieser Dichtring 4 bildet mit dem Boden 11 die Meßkammer 15. Die obere Begrenzung der Meßkammer 15 erfolgt durch die am Sensor 2 befindliche Indikationsfläche 24. Der Sensor 2 wird mittels des drehbaren, federnd gelagerten, exzentrischen Andruckhebels 5 flüssigkeitsdicht gegen die Meßkammer 15 gedrückt (Fig. 2). Auf der Indikationsfläche 24 des Sensors 2 befinden sich eine oder mehrere Arbeitselektroden 18 mit den immobilisierten biologischen Signalwandlern, und eine oder mehrere Referenzelektroden 19, deren elektrische Signale über die Kontakte für die elektrischen Anschlüsse 20 abgegriffen werden können (Fig. 3). Der exzentrisch drehbare Andruckhebel 5 ist mit einer Achse 6 in Bohrungen 13 der Schenkel 12 des Schlitzes 10 gelagert. Die Achse 6 ist mittels eines im Andruckhebel 5 angeordneten Gummielementes 7 als federnde Komponente fixiert. Aufgrund seiner elastischen Eigenschaften ist das Gummielement außerdem in der Lage, mögliche Dickenabweichungen des Sensors auszugleichen. Über eine Andruckfläche 9 des Andruckhebels 5 kann dadurch der Sensor 2 elastisch auf die Meßkammer 15 beziehungsweise den Dichtring 4 gedrückt werden. Die Exzenterwirkung des Andruckhebels 5 entsteht durch den unter­ schiedlichen Abstand der Andruckfläche 9 und einer Außenfläche 8 zum Drehpunkt der Achse 6 des Andruckhebels 5. Die Außenfläche 8 und die Andruck­ fläche 9 sind hierbei über einen Radius 14 miteinander verbunden. Die Andruckfläche 8 weist einen geringeren Abstand zum Drehpunkt der Achse 6 auf als die Andruckfläche 9, so daß im aufgeklappten Zustand des Andruckhebels 5 die Außenfläche 8 über den Anschlag 3 geschoben werden kann. Durch Anheben des Andruckhebels 5 läßt sich z. B. bei erforderlichem Wechsel der Sensor 2 aus dem Schlitz 10 des Meßzellenkörpers 1 herausziehen und der vorbereitete neue Sensor 2 wiedereinführen und durch Herabdrücken des Andruckhebels 5 flüssigkeitsdicht fixieren.

Gemäß Fig. 5 ist in einer anderen Ausführung der Erfindung in den Schenkeln 12 ein Gummilager 21 für die Lagerung der Achse 6 vorgesehen, das bei der Betätigung des Andruckhebels 5 für die federnde Wirkung zuständig ist.

Die Weiterbildung der Erfindung, die in Fig. 6 dargestellt ist, sieht vor, daß die Achse 6 aus Federstahl besteht. Um die elastische Beweglichkeit beim Bewegen des Andruckhebels nicht zu behindern, ist im Bereich der Durchführung der Achse 6 des Andruckhebels 5 eine Hebelaussparung 23 und in den Bohrungen 13 an der Innenseite des Schenkel 12 eine Aussparung 22 vorgesehen.

Claims (11)

1. Durchflußmeßzelle für Biosensoren, bestehend aus
einem Meßzellenköper (1), der einen Schlitz (10) aufweist, auf dessen Boden (11) ein durch einen Dichtring (4) zum Boden (11) auf Abstand gehaltener Sensor (2) aufliegt, wobei in den als eine Meßkammer (15) ausgebildeten inneren Bereich des Dichtringes (4) ein Zufluß (16) und ein Abfluß (17) münden, und
aus einem den Sensor flüssigkeitsdicht auf den Dichtring (4) pressenden exzentrisch geformten Andruckhebel (5), der zwischen den Schenkeln (12) des Schlitzes (10) drehbar elastisch gelagert ist.

2. Durchflußmeßzelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Andruckhebel (5) eine Achse (6) aufweist, die in Bohrungen (13) der beiden Schenkel (12) des Schlitzes (10) drehbar elastisch gelagert ist.

3. Durchflußmeßzelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Andruckhebel (5), eine Andruckfläche (9) und eine rechtwinklig dazu angeordnete Außenfläche (8) aufweist, wobei der Abstand der Andruckfläche (9) vom Drehpunkt der Achse (6) größer ist als der Abstand der Außenfläche (8) zum Drehpunkt der Achse (6).

4. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenfläche (8) und die Andruckfläche (9) über einen Radius (14) miteinander verbunden sind.

5. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Sensor (2) als flaches Element ausgebildet ist, der eine Indikationsfläche (24) mit Arbeitselektrode (18), Referenzelektrode (19) und Kontakte für elektrische Anschlüsse (20) aufweist.

6. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßkammer (15) durch den Dichtring (4), den Boden (11) und den Sensor (2) begrenzt ist.

7. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Achse (6) im Andruckhebel (5) drehbar elastisch gelagert ist.

8. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Boden (11) des Schlitzes (10) einen Anschlag (3) für den Sensor (2) aufweist.

9. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Dichtring (4) gummielastische Eigenschaften aufweist.

10. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1, 3-6, 8 oder 9, gekennzeichnet dadurch, daß die drehbar gelagerte Achse (6) aus elastisch biegsamem Material besteht.

11. Durchflußmeßzelle nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet dadurch, daß die Lager der Achse (6) aus gummielastischem Material bestehen.