DE3127138C2 - Meßgefäß mit fest angebrachten Enzymen - Google Patents

Meßgefäß mit fest angebrachten Enzymen

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Description

ISL
4. Meßgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (12) mit einer Meßelekirode (13) und rhi einer Bezugselektrode (14) versehen ist.
5. Meßgefäß nach Anspruch '. dadurch gekennzeichnet, daß ein ionenselektiver Feldeffekttransistor (16) in der Wand des Gefäßes an einer Stelle eingebettet ist, die der Lage des fest angebrachten Enzyms entspricht.
Die Erfindung betrifft ein Meßgefäß mit fest angebrachten Enzymen auf einer inneren Umfangsoberfläche für ein automatisches Analysiergerät für biochemische Analysen.
Bisher sind Enzyme für qualitative und quantitative Analysen eines gewissen Stoffs au grund der Substrat- ^ spezifizität verwendet worden und sind weitverbreitet auf biochemischem Gebiet, da sie eine hohe analytische Empfindlichkeit besitzen. Weil Enzyme teuer sind, sind verschiedene Verbesserungen unternommen worden, um ein Enzym über längere Zeit hinweg wiederholt und stabil benutzen zu können. Die Verwendung fest angebrachter Enzyme, die jeweils durch Fixieren de> Enzyms an einem nicht löslichen Feststoff gebildet werden, ist daher in neuerer Zeit schon vielfach anzutreffen. Für selbsttätige Analysen wird ein Strömungssystem verwendet, bei dem das Enzym an einer Innenfläche eines Nylonschlauchs fest angebracht ist. oder ein Strömungssystem mit einer Säule, die mit Perlen gefüllt ist. an denen Enzyme haften, und schließlich auch ein Elektrodensystem, welches einen fest angebrachten Enzymfilm und dgl. aufweist. Alle diese Anordnungen eigenen sich für eine Elinfachkanal-Einfachposten-Analyse. aber nicht für eine F.infachkanal-Mehrfachposten-Analyse. Wenn das Strömungssystem für eine Mehrfachposten-Analyse angewendet wird, bleibt als latentes Problem die Gefahr des Übertrags. Im Fall der Elektrodenanordnung muß für jeden Posten ein fest angebrachter Enzymfilm und eine Anzeige- oder Meßelektrode verwendet werden, so daß für die Mehrfachposten-Analyse eine Vielzahl fest angebrachter Enzymfilme und. Elektroden benötigt Werden'; Folglich eignet steh die? Elektrodenanordnung aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der Leistungsfähigkeit nicht für Mehrfachposten-Analysen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Machteile bekannter Meßgefäße mit fest angebrachtem Enzym tunlichst zu vermeiden Und ein Meßgefäß für Analysen mit fest angebrachtem Enzym zu schaffen. Welches in
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60 einem selbsttätigen biochemischen Analysiergerät nicht nur fur die Analyse eines einzelnen Postens sondern auch für Mehrfachposten-Analysen verwendbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei dem eingangs genannten bekannten Meßgefäß mit fest angebrachten Enzymen vor. daß die innere Umfangsoberfläche teilweise mit mindestens einem fest angebrachten Enzym versehen ist und einen beweglichen Boden aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Meßgefäßes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Meßgefäß für Analysen unter Verwendung eines fest angebrachten Enzyms gemäß der Erfindung haftet mindestens ein fixiertes Enzym an mindestens einem Teil der inneren Umfangsfläche des Meßgefäßes, so daß das Reagenz wirtschaftlich genutzt werden kann und gleichzeitig die verschiedenen Vorteile beibehalten bleiben, die auf der Verwendung des beKannten, fest angebrachten Enzyms beruhen, und außerdem das Reagenz stabil einsetzbar und leicht zu bewahren ist. Ferner ermöglicht die Erfindung, nicht nur Einfachkanal-Einfachposten-Analysen sondern auch Einfachkanal-Mehrfachposten-Analysen durchzuführen. Darüber hinaus kann auf den beweglichen Boden eine Antriebsvorrichtung einwirken, mit der die Stellung des Bodens entsprechend dem zu analysierenden Posten bewegbar ist, beispielsweise t «sprechend einem Posten, für den das Enzym nicht benötigt wird, einem Posten, für den ein bestimmtes Enzym nötig ist, und dgl. In manchen Fällen läßt sich eine rasche, kontinuierliche Messung durchführen. Zum Waschen des Meßgefäßes kann der Boden mittels der Antriebsvorrichtung ohne weiteres nach unten zu einer Abgabeöffnung für Waschwasser bewegt werden, so daß das benutzte Reagenz und die Probe, die die Ursache für Verschmutzung sein können, nicht im Gefäß zurückbleiben, was eine exakte Messung ermöglicht. Wenn das Meßgefäß gemäß der Erfindung mit den obengenannten vorteilhaften Merkmalen in einem automatischen Analysiergef't für biochemische Analysen angeordnet ist. läßt sich nicht nur eine Einfachkanal·Mehrfachposten Analyse durchfuhren, sondern auch eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, der Genauigkeit der Analysewerte und dgl. erzielen.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele naher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
F1 g. 1 ein Gesamtschema eines biochemischen Analysiergeräts mit einem Ausführungsbeispiel einer Meßvomchtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2A und 2B Schnitiansichten von Meßgefäßen gemäß der Erfindung;
Fig. 3A und 3B .Schnittansichten von Meßgefäßen gemäß der Erfindung, die am Boden jeweils mit einer Antriebsvorrichtung versehen sind.
In Fig. I ist ein selbsttätiges Analysiergerät für biochemische Analysen als Ganzes gezeigt welches mit einem Ausführungsbeispiel eines Meßgefäßes gemäß der Erfindung versehen ist.
In Pfeilrichtung wird längs einer Probenreihe ein Probengefäß 1 befördert. Eine im Probengefäß 1 enthaltene Probenflüssigkeit wird in gegebener Menge von einem Pröbenpipettiefglied2an ein Reaktionsrohr* chen 3 abgegeben. Dies Reaklionsröhrchen 3 ist ein Meßgefäß gemäß der Erfindung. Andererseits wird ein in einem Reagenzvorratsbehälter 4 enthaltenes Rea^ genz mittels eines Reagenzpipettiergliedes 5 in das Reaklionsröhrchen 3 abgegeben. Das Raktionsröhrchen
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3 steht unter thermostatischer Steuerung in einer thermostatischen Kammer 6. Im Reaktionsröhrchen 3 wird die Probenflüssigkeit mit dem Reagenz umgesetzt. Die Reaktionsflüssigkeit wird z. B. mittels eines Verfahrens unter Verwendung ionenempfindlicher Elektroden einer spektroskopischen Analyse oder dgl. gemessen und der Meßwert als elektrisches Signal in einen Meßschaltkreis eingegeben (siehe Fig. 2A), wo das Signal in e'nen der Konzentration entsprechenden Wert umgewandelt und aus dem Schaltkreis abgegeben wird. Nach beendigter Messung wird die im Reaktionsröhrchen 3 vorhandene Reaktionsflüssigkeit mittels einer Entleerungspumpe 7 in einen Abfallbehälter 8 abgegeben. Dann wird aus einem Wasserbehälter 9 mittels einer Pumpe 10 Waschwasser in das Reaktionsröhrchen 3 geleitet, um das Innere desselben zu reinigen. Anschließend wird das Waschwasser mittels der Entleerungspumpe 7 in den Abfallbehälter 8 abgegeben.
In den F i g. 2A und 2B sind Ausführungsbeispiele von Meßgefäßen gemäß der Erfindung im Schnitt gezeigt.
Das Meßgefäß bzw. Reaktionsröhrchen 3 gemäß der Erfindung kann verschiedene Gestalt haben · nd ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein hohler Zylinder. An mindestens einem Teil der inneren Umfangsfläche des Reaktionsröhrchens 3 ist ein fixiertes Enzym in Form eines Bandes 11 vorgesehen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei verschiedene fest angebrachte Enzymbänder lla. 116 und lic axial in Abständen von einander an der inneren Umfangsfläche des Reaktionsröhrchens 3 vorgesehen, JO deren Enzyme sich, wie schon gesagt, voneinander unterscheiden. Ferner hat das Reaktionsröhrchen J einen nach oben und unten bewegbaren Boden 12. Der Boden 12 kann also innerhalb des Reaktionsröhrchens 3 entsprechend dem gewünschten Meßposten, der FIüssigkeitsabgabe bzw. dem Waschvorgang /u der entsprechenden Stellung bewegt werden.
F ι g. 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel des Reaktionsröhrchens 3 zur Verwendung in einem mit lonencmpfindlicher El ktrode arbeitenden Verfahren. In diesem Fall ist der Boden 12 des Reaktionsrohrchens 3 mn einer Meß- oder Anzeigeelektrode 13 und einer Bezugselektrode 14 versehen, die beide an einen Meßschaltkreis 15 angeschlossen sind. F'erner ist jedes fest angebrachte Enzymband 11 auf einem entsprechenden ionenemp- 4^ findlichen TiIm angeordnet, der au, einem Gatterbereich eines ionenselektiv cn Feldeffekttransistors (ISFET) 16 ausgebildet ist. welcher an axial vorherbestimmter Stelle in der Wand des Reaktionsröhrchens eingebettet und an den r'eßschaltkreis 15 angeschlos- r>< > sen ist. I >m die Aufgabe des ISFET 16 voll ausnutzen zu können. mu3 das fest angebrachte Enzymband 11 porös oder mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen sein. Gemäß einer Alternative kann der ISF'FT 16 oder eine ionenempfindliche Elektrode oberhalb und unterhalb jedes fest angebrachten Enzymbandes und getrennt von denselben angeordnet sein.
F ι g. 2B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Reaktionsröhrchens 3 zur Verwendung in der spektroskopischen Analvse In diesem Fall ist die Wand des m> Reaktionsröhrchens lichtdurchlässig, und es sind drei fest angebrachte Enzymbänder 11 an der inneren Umfangsfläche des Röhrchens in axial vorherbestimm·' ten Abständen voneinander angeordnet. Ferner sind an beiden Seilen des Reakliönsröhrchehs 3 Lichtquellen 17, f>5 Linsen 18, Interferenzfilter 19 von jeweils ünlerschiedli* cherri Durchlässigkeitsgnd sowie Lichtempfarigsele' rrienle 20 angeordnet
Wenn bei Benutzung des Reaktionsröhrchens 3 für den Analyseposten das fest angebrachte Enzym benötigt wird, wird der Boden 12 zunächst in solche Stellung bewegt, daß die in das Reaktionsröhrchen 3 zu füllende Probenflüssigkeit sowie das Reagenz ausreichend mit dem benötigten fest angebrachten Enzymband 11 in Berührung treten können. Dann werden mittels entsprechender Pipettierglieder die Probenflüssigkeit und das Reagenz in das Reaktionsröhrchen 3 gefüllt, wo sie mit dem Enzym in Berührung gelangen, um die für einen gegebenen Posten nötige Reaktion durchzuführen. Nach Beendigung der Reaktion wird die entsprechende Messung an der Reaktionsflüssigkeit vorgenommen. Nach beendigter Messung wird der Boden 12 in solche Stellung bewegt, daß die Reaktionsflüssigkeit mittels der Entleerungspumpe 7 in den Abfallbehälter 8 durch eine Entlserungsöffnung 21 abgegeben werden kann, um auf diese Weise die Flüssigkeit zu entfernen und das Gefäß zu waschen.
Wenn für einen Analyseposten d?r fest angebrachte Fn7vm nicht benötigt wird, wird derjenige Bereich des Reaktionsröhrchens 3 benutzt, an dessen innerer Umfangsfläche kein fest angebrachtes Enzym vorhanden ist, d. h. ein enzymfreier Bereich 22. In diese..i Fall wird der Boden 12 des Reaktionsröhrchens 3 zunächst in solche Stellung gebracht, daß die in das Reaktionsröhrchen zu füllende Probenflüssigkeit und das Reagenz nie mit dem fest angebrachten Enzymband 11 in Berührung gelangen. Dann wird mittels der entsprechenden Pipettierglieder die Probenflüssigkeit und das Reagenz in das Reaktionsröhrchen 3 gefüllt, wo sie ohne Berührung mit dem fest angebrachten Enzym miteinander umgesetzt werden. Der Vorgang nach beendigter Reaktion ist der gleiche wie bei dem bereits beschriebenen Beispiel eines Analysepostens unter Verwendung des fest angebrachten Enzyms.
Durch Wiederholen des obengenannten Verfahrens für jeden Posten im Meßgefäß bzw. im Reaktionsröhrchen gemäß der Erfindung kann also eine Einkanal-Mehrposten-Analyse durchgeführt werden. Außerdem kan" wenn die Wand des Reaktionsgefäßes, die dem enzymfreien Bereich 22 entspricht, lichtdurchlässig ist. eine kolorimetrische Analyse durchgeführt werden.
Die Erfindung soll nun in Anwendung an eine Messung unter Benutzung ähnlicher Reagenzien, die einander nicht stören, beschrieben werden.
Es ist allgemein bekannt, daß Glukose. Cholesterin. Neutralfett. Phospholipid. Harnsäure und dgl. alle mit einem oxidierenden Enzym unter F.r/eugung von Wasserstoffperoxid reagieren. Deshalb wird beim Messen dieser Substanzen unter Verwendung ähnlicher Reagenzien das Verfahren der Probenaufgabe — Reti-Renzaufgabe -» Messung des Postens a -» Messung des Postens b— Flüssigkeitsabgabe -» Waschen durchgeführt, statt das Verfahren für jeden Posten als Probenaufgabe -· Reagenzaufgabe — Messung -» Flüssigkeitsabgabe -> Waschen zu wiederholen, wie oben erwähnt. Das bedeutet, daß Mehrfachposten kontinuierlich gern -ssen werden können.
Wenn /. B. die freie Cholesterinmenge und die Cholesleringesamtmenge der Probenfiüssigkeit unter Verwendung des Meßgefäßes gemäß dttr Erfindung (Fig,2A) kontinuierlich gemessen werden, wird der Boden 12 des Reaktionsröhrchens zunächst in eine Stellung bewegt, die Htlerri fest angebrachten Enzymband lla entspricht, welches Gholesterinoxidase enthält. Dann wird die Probenflüssigkeit und ein gegebenes Reagenz (phosphorsäure Pufferlösung) in das Reak-
(iiinsröhrchen 3 gefüllt, wo das in der Probenflüssigkeit enthaltene freie Cholesterin unter Erzeugung von Wasserstoffperoxid oxidiert. Die entstehende Menge Wasserstoffperoxid wird mittels der Meßelcktrode 13 gemessen, die im Boden 12 eingebettet ist (Messung der freien Cholesterinmenge).
Danach wird der Boden 12 in eine Stellung bewegt, die einem fest angebrachten Enzymband 116 entspricht, welches Cholesterineslerhydrase und Cholesterinoxidase enthält, wodurch esterartiges Cholesterin in der Probenflüssigkeit unter Erzeugung von Wasserstoffperoxid hydrolisiert und oxidiert wird. Wiederum wird die Menge des entstehenden Wasserstoffperoxids mittels der Meßelektrode 13 gemessen. Der Meßwert wird mit dem Meßwert für freies Cholesterin kombiniert, um den Cholesteringesamlweft zu bestimmen (Messung der Gholesteringesamtmenge).
Wenn im Fall der oben beschriebenen kontinuierli-
jeden Posten anspricht.
hl Fig.3A und 3B sind Ausführungsbeispiele des Meßgefäßes oder Rcaklionsröhrchens gemäß der Erfindung im Schnitt gezeigt, die an ihrem Boden jeweils mit einer Antriebsvorrichtung für den BödCif Versehen sind.
F i g. 3A zeigt ein Aüsführungsbeispiel des Rcaklionsröhrchens 3, bei dem als Antriebsvorrichtung ein Schrittschaltmotor 23, der an eine MotOrsteuerschaltung 24 angeschlossen ist, am Boden 12 angebracht ist.
F i g. 3B zeigt ein Ausführungsbeispiel des Reaktiönsföhrchens 3, bei dem als Antriebsvorrichtung ein Umkehrmotor 25 am Boden 12 angebracht ist. Da der Umkehrmotor 25 den Boden 12 des Reaktionsröhrchens 3 nach oben und unten bewegt, wird die Betätigung dieses Motors durch Wahrnehmen von Strahlung gesteuert, die von einer Photodiode 26 ausgeht, welche entsprechend jeder Haltepositiöii des Bodens 12 an
benötigten Reagenz nicht ausreicht, oder wenn die für den zweiten Posten einzusetzende Menge des Reagenz größer ist als die für den ersten Posten benutzte Reagenzmenge kann die zusätzliche Menge des Reagenz für den zweiten Posten nach der Abwärtsbewegung des Bodens 12 und vor dem Messen des zweiten Postens hinzugefügt werden. Das bedeutet, daß die Messung rasch auf die geänderte Reagenzmenge für Hubantriebswelle angebracht ist und mit einem Lichlmeßfühlef 27 über die Motöfsteüerschaltuhg 24 zusammenwirkt, um die Bewegung des Bodens 12 zu steuern.
Beim Meßgefäß gemäß der Erfindung kann der Boden abgesehen von dem genannten Motor von jeder beliebigen bekannten Antriebsvorrichtung nach oben und unten bewegt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Meßgefäß mit fest angebrachten Enzymen auf einer inneren Umfangsoberfläche für ein automatisches Analysiergenn für biochemische Analysen, s dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsoberfläche teilweise mit mindestens einem fest angebrachten Enzym (11) versehen ist und einen beweglichen Boden (12) aufweist.
2. Meßgefäß nach Anspruch 1, dadurch geker.n- m zeichnet, daß zwei oder mehr fest angebrachte Enzyme (lla, Wb) an der inneren Umfangsoberfläche des Gefäßes in bestimmten axialen Abständen voneinander angeordnet sind.
3. Meßgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Gefäßes lichtdurchlässig
DE3127138A 1980-07-09 1981-07-09 Meßgefäß mit fest angebrachten Enzymen Expired DE3127138C2 (de)

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WO1991011507A1 (en) * 1990-01-30 1991-08-08 Institut Khimicheskoi Fiziki Imeni N.N.Semenova Akademii Nauk Sssr Indication and test device for determining concentrations of substrates of fermentation reactions

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