专利名称：酶电极的自动温度补偿方法
技术领域：
本发明是关于生物传感器，特别是酶电极的自动温度补偿方法的发明，该方法结合采用温度检测器和单片计算机程序对酶电极的响应进行自动补偿。
酶电极由酶膜和基础电极(电化学传感器)组成。被测物浓度经酶膜催化作用和电极的转换作用以电信号的形式展现。酶膜对底物的催化反应和基础电极的电极过程均受温度影响，分别有可观的温度系数，已知的酶电极仪采用温度控制装置为酶促反应提供相对恒温环境，但因控温精度往往不够高，常通过一额外高精度温度传感器及其电路对基础电极进行温度补偿。这种方法一般能使酶电极响应免受温度影响，但成本较高，同时当环境温度低于控制温度时(如当室温低于25℃)，载流溶液会在测定池中溢出气泡，增加燥声源，干扰酶电极测定，温差越大，气泡干扰越严重，必须设计排气泡装置。此外，当环境温度高于控制温度时(如炎热季节)，控温装置实际又不起作用。
本发明的任务是提供一种方法，使酶电极在非控温条件下工作，在一个连续使用过程中，当环境温度发生变化时，整个酶电极(而不仅仅是基础电极)的响应被自动补偿。由于不采用温控装置，既减少了整机成本，也避免了温差带来的气泡对酶电极测定的干扰，提高酶电极的信燥比。
其解决的方案是将酶电极的温度系数定义为温度每变化1℃，酶电极响应活性变化的倍数，用Q表示，首先通过实验调查并确定酶电极的温度系数，建立温度对酶电极响应活性R的函数式，并存入单片计算机，在酶电极测定池中或其邻近装一热敏元件，该热敏元件将酶电极的工作温度适时地传送给单片计算机，由单片机程序按响应活性-温度关系式对酶电极的响应值进行补偿。
下文及附图描述了本发明的一个实施例用氧电极(CY-2)和葡萄糖氧化酶(GOD)酶膜制成测定葡萄糖的酶电极，实验测得，在8～40℃范围，酶电极对葡萄糖的响应活性随温度的升高而增高，温度系数Q不是一个常数，而是温度T的函数，其关系式为Q＝a+bT(1)设酶电极开始标定时的温度为To，在一个连续工作的过程中任一时刻的温度为Ti，则有△T＝Ti-To(2)酶电极的温度补偿式为R＝Ri-△TQoiRi(3)式中，R-补偿后的酶电极响应值Ri-温度为Ti时酶电极的响应值Qoi-温度为(Ti+To)1/2时酶电极的温度系数将(1)和(2)代入(3)并整理，得
R＝Ri｛1-(Ti-To)[a+b(Ti+To)1/2]｝(4)考虑到该实施例以氧电极作为基础电极，溶液中不含葡萄糖时酶电极经放大器输出为一高电位，该输出也随温度的漂移而漂移，而漂移会导致酶电极的响应斜率发生变化。因此，结合式(4)得出的该酶电极最终的温度补偿式为R＝Ri｛1-(Ti-To)[a+b(Ti+To)1/2]｝Do/Di(5)式中，Do-温度为To时酶电极对空白溶液的输出信号Di-温度为Ti时酶电极对空白溶液的输出信号如果以过氧化氢电极为基础电极，式(4)可直接作为酶电极的温度补偿式。
图1示意该温度补偿型GOD酶电极的结构。
图2为温度检测电路原理图。
图3为单片计算机温度补偿子程序框图。
在图1中，酶电极①经螺纹紧固在有机玻璃基座②上，酶电极端部(酶膜)③与液流通道④密封形成测定池⑤，在测定池⑤底部装有一微型热敏电阻器⑥，酶电极和热敏电阻与各自的检测电路相连接。
在图2中，微型热敏电阻器RT与另外三个精密电阻型电阻器R3，R9及R10组成电桥电路，由它完成温度～电压的转换。电桥采用电流供电方式，并由二个特性对称的三极管BG1与BG2组成恒流源。当电桥各臂的比值确定后，电桥电路的温度～电压转换斜率就主要由恒流源输出电流的大小确定，而改变W1电位器可以调节恒流源的输出电流值。考虑到热敏电阻RT参数的离散性，电桥在0℃时的零点由W2电位器进行较正。为了保证不给测量电桥电路引入更大的付加误差及满足后级的信号强度要求，采用了由IC1及IC2组成的同相串连差动放大电路。三极管BG3接受由计算机送来的采样控制信号，使继电器RY动作完成对温度检测器输出的温度信号采样。本温度检测器的温度检测范围为0～40℃，非线性度不大于2%，灵敏度5mv/℃。
在图3中，子程序调用后，先对测温标志清零，读A/D，再判断是否为测温状态，因测温标志已清零，故继续判断是否为酶电极待响应状态，若否，则存数据D0，返回。若是，则判断酶电极响应是否开始，若否，则存数据D1，返回。若是，则置测温标志，并输出采温控制信号。返回读A/D，进入测温状态，得到测温电路输出信号数据。继而判断酶电极是否为标定状态，若是，则存温度值T0，若否，酶电极为测定状态，存温度值T1。至此测温结束，返回主程序，并按公式(5)执行数据处理。
权利要求
生物传感器，特别是酶电极的自动温度补偿，其特征是无温度控制装置，在测定池中或其临近装有一热敏元件，在酶电极的工作过程中，由单片计算机适时采集热敏元件经温度检测电路给出的温度信号，并由单片计算机程序按式(4)或(5)对酶电极的响应值进行自动温度补偿。
全文摘要
本发明是关于生物传感器，特别是酶电极的自动温度补偿的发明，这种酶电极不需温度控制装置，在测定池中或临近装有一热敏元件，它能适时感知酶电极的工作温度，在酶电极的工作过程中，由单片计算机采集热敏元件经温度测量电路给出的温度信号，并由单片计算机程序按既定的酶电极响应活性-温度关系式结酶电极的响应值进行自动温度补偿，这种方法能减少酶电极仪的整机成本，也避免了温差带来的气泡对酶电极测定的干扰，提高酶电极的信噪比。
文档编号C12M1/34GK1089651SQ9310044
公开日1994年7月20日 申请日期1993年1月12日 优先权日1993年1月12日
发明者张先恩, 胡伟平, 唐建客, 张治平, 张晓梅 申请人:中国科学院武汉病毒研究所