SE527292C2 - Kalibrerbar genomflödesdetektor - Google Patents

Description

25 30 35 527 292 typen genomflödesdetektor. Genom användandet av olika typer av genomflödesdetektorer kan en rad viktiga kemiska substanser identifieras och kvantifieras i olika typer av mätmatriser exemplifierat men ej begränsat till fermentationsvätskor, blod, cerebrospinalvätska, urin etc.

Kalibrering av genomflödesdetektorer är nödvändigt för att erhàlla korrekta mätsvar vid kvalitativ och kvantitativ bestämning av kemiska substanser i vätskeflöden fràn mikrodialysprober, filterenheter, fermentorer, cellsuspensioner, kemiska reaktorer, människor, vävnader eller djur. Kalibreringsbehovet är orsakat av att genomflödesdetektorns mätsvar pâverkas dels av kontamination orsakad av matriskomponenter som finns i nämnda vätskeflöde, samt dels av tidsberoende förändringar av vätskeflödesmatrisens sammansättning.

De sistnämnda förändringarna i vätskeflödesmatrisens sammansättning kan uppstå som en följd av kemiska eller biologiska processer i kemiska reaktorer, fermentorer, cellsuspensioner, samt organismer sàsom cell, vävnad, människa, djur, växt, bakterie eller svamp.

Det är sedan läng tid känt att kalibrering av kemiska mätinstrument kan utföras med ett allmänt vedertaget förfarande som går under namnet standardadditions- metoden, d v s att en känd mängd av en den substans som ska analyseras tillsätts den provlösning som ska analyseras. Förfarandet grundas pà att mätning först utförs pà det rena provet utan någon tillsats följt av en (eller flera) ny(-a) mätning pà provet innehållande tillsats av en känd standard. Genom ett matematiskt förfarande kan provets innehàll av nämnda substans noggrant bestämmas.

Problemet med denna metod är att den är omständlig, tidskrävande samt kräver mycket manuellt arbete. 10 15 20 25 30 35 ñßñ Gun: m4 RQ? ä, Sedan 1995 har en ny typ av biosensorteknologi, SIRE Biosensor, utvecklats som baserar sig på injektion av igenkänningskomponenter [SE 510 733 (1999), US 6,2l4,206 (2001) & US 6,706,l60 (2004)]. många mättekniska problem. Föreliggande uppfinning kan Denna har visat sig lösa med fördel integreras med nämnda teknologi eftersom den kan använda injicerbara enzymer som reagens men med den skillnaden att den bygger på en ny teknisk konstruktion som på ett nytt och oväntat sätt löser problem som förekommer vid kvalitativ och kvantitativ mätning av kemiska substanser i vätskeflöden.

Fram tills idag har få tekniska lösningar presenterats som på ett kraftfullt och automatiserbart sätt löser de problemställningar som uppstår vid kalibrering av genomflödesdetektorer.

Föreliggande uppfinning löser problemen med kalibrering på ett helt nytt sätt. De viktigaste fördelarna med föreliggande uppfinning är att i synnerhet lågmolekylära substanser kvalitativt och kvantitativt kan bestämmas med en tillförlitlig kalibrerad genomflödesdetektorn och att denna kan anslutas direkt i anslutning till ett avtappningstställe.

Sammanfattning av uppfinningen Således avser föreliggande uppfinning en anordning, kännetecknad av att den innehåller ett membran som avgränsar två genomflödeskammare, där den första av genomflödeskamrarna innehåller en detektor samt en ingång och en utgång för ett vätskeflöde, samt där den andra av genomflödeskamrarna har minst två ingångar för vätskeflöden samt minst en utgång för ett vätskeflöde. 10 15 20 25 30 35 (31 hå w MJ “D AJ Uppfinningen avser också ett förfarande där en anordning enligt uppfinningen utnyttjas för kalibrering genom standardaddition alternativt genom en vanlig kalibrering utan standardadditionförfarande.

Uppfinningen avser dessutom ett förfarande där en anordning enligt uppfinningen speciellt utnyttjas för kvantitativ och kvalitativ detektion av substanser i vätskeflöden inom vätskekromatografi (t ex kapillär LC, HPLC, FPLC, Affinitetskromatografi samt Gelfiltrering) samt för standardadditionskalibrererad detektion av làgmolekylära substanser exemplifierat men ej begränsat till glukos, laktat, laktos, maltos, maleinsyra, citronsyra eller ättiksyra i sukros, etanol, metanol, askorbat, ett vätskeflöde från en mikrodialysprob, filterenhet, fermentor, cellsuspension, kemisk reaktor, människa, vävnad eller djur.

Kort beskrivning av ritningar Figur 1 visar en principskiss av anordningen enligt föreliggande uppfinning. Ett vätskeflöde innehållande den substans som skall detekteras leds in genom ingång A till genomflödeskammaren B. Genom ingång C leds ett vätskeflöde som antingen innehåller endast buffertlösning alternativt en buffertlösning innehållande en känd halt De båda vätskeflödena blandas i genomflödeskammaren B. Substansen som skall substans som skall bestämmas. detekteras diffunderar över membranet F in i genomflödeskammare G där den kan reagera med reagens exempelvis enzymer som har kommit in med ett vätskeflöde via ingång J. Substansen eller de substrat/produkter som förbrukas/bildas vid den enzymatiska reaktionen genererar en mätsignal vid kontakt med detektorn H. Vätskan i genomflödeskammaren G leds ut genom utgång K. Vätskan i genomflödeskammaren B leds ut genom utgång E.

Ingång J och utgång K i genomflödeskammare G kan omkastas så att ett motströms flöde erhålls. 10 15 20 25 30 35 afi IJ -1 f.) W) NJ Detaljerad beskrivning av uppfinningen Enligt en aspekt av uppfinningen är anordningen kännetecknad av att var och en av genomflödeskamrarna har en kammarvolym inom intervallet 0,1 till 5000 ul.

Enligt en annan aspekt är anordningen kännetecknad av att detektorn består av ett amperometriskt tre- elektrodsystem innehållande en arbetselektrod av platina, en referenselektrod av silver samt en motelektrod av platina eller silver.

Enligt ännu en aspekt är anordningen enligt uppfinningen kännetecknad av att arbetselektroden har en potential som är +200 till +l00O mV över en silver eller silver-silverklorid referenselektrod.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen används de erhållna mätsignalerna för enbart buffert, prov, standardadderat prov alternativt enbart standard, för att beräkna enligt SIRE Biosensorkonceptet bakgrunds- kompenserade samt kalibrerade kvalitativa och kvantitativa mätresultat.

Enligt ytterligare en aspekt är anordningen kännetecknad av att den är utrustad med en mixningsenhet D (figur l) bestående av en magnetloppa eller paddlar, vilken eller vilka drivs internt eller externt av en mekanisk rörelse alternativt ett roterande magnetfält.

Enligt ytterligare en aspekt är anordningen kännetecknad av att den är utrustad med ett värmegenererande eller kylande element för termostatering av anordningen vid en konstant temperatur inom intervallet 5 till 80 grader Celsius. Detta säkerställer att omgivningens temperaturvariationer ej kan påverka diffusionsförloppet över membranet F (figur 1) som i sin tur påverkar mätsignalen.

Enligt ytterligare en aspekt är anordningen kännetecknad av att den är utrustad med en temperatursensor för att matematiskt med mjukvara kompensera mätsignalen vid temperaturavvikelser. 10 15 20 25 30 35 NJ Enligt en aspekt bygger mätförfarandet på att detektor H (figur 1) ingår som del i en SIRE Biosensor konfiguration tidigare nämnd i denna ansökan.

Figur 1 visar en principskiss av anordningen enligt föreliggande uppfinning. Ett vätskeflöde, exempelvis 0.1 M fosfatbuffert pH 7.4, skall detekteras leds in genom ingång A till innehållande den substans som genomflödeskammaren B. Genom ingång C leds ett vätskeflöde som antingen innehåller endast buffertlösning alternativt en buffertlösning innehållande en känd halt substans, exempelvis 1 mM glukos eller laktat, som skall bestämmas. De båda vätskeflödena blandas i genomflödeskammaren B. Substansen, exempelvis glukos eller laktat, membranet F, exempelvis dialysmembran (MWCO=3 kDa) av som skall detekteras diffunderar över cellulosaacetat, in i genomflödeskammare G där den kan reagera med reagens såsom enzymer, exempelvis som har kommit in med ett vätskeflöde, 0.1 M fosfatbuffert pH 7.4, via ingång J. Substansen eller de substrat/produkter som glukosoxidas eller laktatoxidas, förbrukas/bildas vid den enzymatiska reaktionen genererar elektrokemiskt eller amperometriskt eller optiskt en mätsignal vid kontakt med detektorn H. vätskan i genomflödeskammaren G leds ut genom utgång K. Vätskan i genomflödeskammaren B leds ut genom utgång E.

Ingång J och utgång K i genomflödeskammare G kan omkastas så att ett motströms flöde erhålls.

Vätskeflödena genom genomflödeskamrarna kan exempelvis etableras genom användandet av pumpar alternativt självflöde. Växling mellan olika vätskeflöden innehållande känd halt substans alternativt enzymatiska reagens erhålls exempelvis med externa ventiler. 10 15 I \) "*J Blandning av de olika vätskeflödena som kommer in i 'q 1 MI. -u -F-Fna-i nn 4.4.¿.u.ua.vaa; genomflödescellen B kan ske passivt via alternativt via laminär/turbulent strömning, alternativt genom omrörning med magnetloppa eller paddel.

Genom att använda flera än två ingångar till genomflödescellen B kan fler än två olika vätskeflöden inträda i nämnda genomflödescell helt oberoende av varandra. Detta innebär att användandet av externa ventiler reduceras samt att olika substanser samt olika halter av substans kan inträda i genomflödescellen B.

Således kan mer än ett slag av ämne analyseras. Dessutom kan fler punkter i de upprättade standaradditions- graferna fàs innebärande säkrare mätresultat.

Claims (11)

10 15 20 30 35 527 292 PATENTKRAV

1. Anordning, k ä n n e t e c k n a d av att den är en biosensor som innehåller ett membran som avgrânsar två genomflödeskamare, där den första av genomflödeskamrarna innehåller en detektor av amperometrisk typ samt en ingång och en utgång för ett vätskeflöde, samt där den andra av genomflödes-kamrarna har minst två ingångar för vätskeflöden samt minst en utgång för ett vätskeflöde.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda membran är semipermeabelt innehållande nanoporer med ett genomsnittligt tvärsnitt inom intervallet 0.1 ~ 900 nm samt att det kan exempelvis bestå av cellulosa acetat, Nafion, keramiska material, metallurgiska material eller polymera material.

3. Anordning enligt något av kraven 1-2, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda detektor dels består av en arbetselektrod av platina eller annan âdelmetall, samt dels består av en referenselektrod av silver samt en motelektrod av platina alternativt en kombinerad referens- och motelektrod av silver.

4. Anordning enligt något av kraven l~3, k ä n ~ n e t e c k n a d av att den är utrustad med ett värmegenererande eller kylande element för termostatering av anordningen vid en konstant temperatur inom intervallet 5 till 80 grader Celsius.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e ~ t e c k n a d av att en av de nämnda ingångar till den andra genomflödeskammaren är ansluten till ett vâtskeflöde från en mikrodialysprob, filterenhet, fermentor, cellsuspension, kemisk reaktor, människa, vävnad eller djur. 10 l5 20 25 30

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n - e t e c k n a d av att en av de nämnda ingångar till den andra genomflödeskammaren är ansluten till utgången på en ventil med två eller flera ingångar för injektion av buffertlösning, tvättlösning samt kalibreringslösning.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n - e t e c k n a d av att tre av dess ingångar till den andra genomflödeskamaren är kopplade till vätskeflöden innehållande buffertlösning, tvättlösning samt kalibreringslösning.

8. Anordning enligt något av kraven 1-7, k ä n n ~ e t e c k n a d av att dess ingångar till den andra genomflödeskammaren leder till ett internt blandninge- förmak som utgör del av andra genomflödeskamaren.

9. Anordning enligt något av kraven l~8, k ä n ~ n e t e c k n a d av att båda nämnda genomflödeskammare har en kamarvolym inom intervallet 0.1 till 5000 ul.

10. Förfarande där anordningen enligt något av kraven 1-9 utnyttjas för kvalitativ och/eller kvantitativ bestämning av lågmolekylära (Mw < 5 kDa) substanser i ett vätskeflöde från en mikrodialysprob, filterenhet, fermentor, cellsuspension, kemisk reaktor, människa, vävnad eller djur.

11. ll. Förfiarande där anordningen enligt något av kraven 1-9 utnyttjas för optimering, styrning eller reglering av kemiska eller biologiska processer i fermentatorer, cellsuspensioner eller kemiska reaktorer.