БИОЛОГИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПРОДУКТА, МЕТКА И СПОСОБ ИНДИКАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПРОДУКТОВ Российский патент 2005 года по МПК C12Q1/58 G01N33/573 

Область изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к биологическому сенсору. Более конкретно, настоящее изобретение относится к биологическому сенсору для указания состояния продукта. Настоящее изобретение также относится к способу использования указанного биологического сенсора и к метке, содержащей такой биологический сенсор, а также к способу указания состояния продукта посредством биологического сенсора.

Указанные состояния продукта могут относиться к сроку годности или указывать, до какой степени продукт приготавливался или нагревался.

Предпосылки создания изобретения

Во многих случаях состояние продукта в большой степени является функцией времени и температуры.

Состояние может, например, относиться к сроку годности таких продуктов, как пищевой или лекарственный продукт. Продукт непрерывно изменяет свое состояние, так что оставшийся срок годности непрерывно уменьшается. Как правило, продукт имеет более длительный срок годности, если он хранится охлажденным или замороженным. Однако является невозможным контролировать срок годности продукта только путем осмотра контейнера, в который продукт упакован. Поэтому такой контейнер для продукта часто снабжается так называемой "конечной датой оптимального использования". Как правило, эта "конечная дата оптимального использования" предполагает, что продукт хранится при определенной температуре, и если эта температура превышается, эта "конечная дата оптимального использования", разумеется, является неверной. Чтобы избежать продажи продуктов, срок годности которых истек, указывается "конечная дата оптимального использования", срок действия которой истекает с определенным запасом времени перед истечением срока годности продукта. Это означает, что все еще годные к употреблению продукты часто должны быть исключены.

Состояние может также указывать, до какой степени, например, пищевой продукт приготовлен или нагревался. Продукт, как правило, становится более готовым к употреблению с увеличением времени и температуры. Пищевые продукты могут, например, быть приготовлены путем помещения продукта и его контейнера в СВЧ-печь. В этом случае является невозможным проверить, готов ли пищевой продукт к употреблению только путем осмотра контейнера, и продукт приготавливается путем нагрева в течение предписанного периода времени при заданном воздействии.

Следовательно, для того чтобы определить состояние продукта более точным образом, должны быть разработаны различные типы меток, которые могут помещаться на контейнеры для продуктов и которые контролируют время и температуру, с которой продукт соприкасался, и которые, таким образом, показывали бы состояние продукта, хранящегося в контейнере.

Первый тип таких меток, так называемых РЧ этикеток, включает электрическую схему с микропроцессором. Микропроцессор является приспособленным для непрерывного детектирования и регистрации времени и температуры. Путем определения изменения состояния продукта заранее как функции времени и температуры такая метка может быть изготовлена для указания имеющегося состояния продукта. Однако недостатком таких меток является то, что микропроцессоры указанного типа являются сравнительно дорогими, что приводит к относительно высокой стоимости производства таких меток. В действительности, с экономической точки зрения, не реально применять такие метки для контейнеров, предназначенных для продуктов, поскольку стоимость одной метки является слишком высокой по сравнению с ценой продукта в каждом контейнере.

Второй тип меток содержит субстрат, который приспособлен для осуществления оптически считываемых изменений, таких как изменение цвета, по прохождении определенного времени и температуры. Оптические изменения могут быть приспособлены для выявления истечения срока годности продукта. Когда приготавливается пищевой продукт, например когда приготавливается еда или напиток в СВЧ-печи, такая метка, приклеиваемая к контейнеру, может быть приспособлена для появления оптически считываемых изменений, когда продукт готов. Преимуществом этих меток или индикаторов является то, что они могут быть произведены относительно дешево. С другой стороны, недостатком является то, что метки должны читаться органолептически, без приборов. Если метка приклеена, например, к картонному пакету молока, каждый картонный пакет молока и приклеенная метка должны быть обследованы для определения состояния каждого из картонных пакетов. Когда готовится пища, изменения появляются, когда пищевой продукт приготовлен. Таким образом, метка должна наблюдаться непрерывно, чтобы сделать возможным прекращение приготовления, когда пищевой продукт готов. Как следствие, этот тип метки является достаточно сложным для применения.

Описанный выше второй тип меток может быть сконструирован в виде так называемых биологических сенсоров, где фермент вызывает желаемые изменения цвета субстрата. Путем использования ферментов биологический сенсор может быть настроен на продукт, состояние которого должно указываться с помощью биологического сенсора. Таким образом, станет возможным удостовериться, что изменение цвета имеет место в желаемый момент времени, при этом, принимая во внимание изменения температуры, оказываемые на продукт и биологический сенсор, нанесенный на него. Однако проблема оптического считывания результата остается нерешенной.

Сущность изобретения.

Одна из задач настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного биологического сенсора, который является относительно недорогим для производства и который может быть использован для указания состояния продукта. Биологический сенсор должен также давать возможность простой и рациональной индикации указанного состояния.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании способа использования такого биологического сенсора, метки, содержащей такой биологический сенсор, а также способа указания состояния продукта посредством такого биологического сенсора.

Для успешного решения первой задачи предусматривается биологический сенсор в соответствии с п.1 формулы изобретения. Предпочтительные воплощения сформулированы в пп.2-6 формулы изобретения.

Для успешного решения дополнительных задач сформулированы способ использования указанного биологического сенсора согласно п.7 формулы изобретения, метка согласно п.8 формулы изобретения и способ согласно п.9 формулы изобретения. Предпочтительное воплощение способа сформулировано в п.10 формулы изобретения.

Более конкретно, согласно настоящему изобретению, определяется биологический сенсор для указания состояния продукта, указанный биологический сенсор отличается наличием узла, содержащего субстрат и фермент, который, когда приводится в контакт с субстратом, адаптируется для того, чтобы воздействовать на субстрат таким образом, что его проводимость изменяется как функция времени и температуры, и электрическую схему, указанный узел включен в указанную электрическую схему в качестве компонента, и указанная электрическая схема приводится в действие путем приложения к ней электрического поля и/или магнитного поля с генерацией измеряемого сигнала, который зависит от общего сопротивления в цепи.

Таким образом, предусматривается биологический сенсор, который может быть произведен с относительно низкими затратами и который очень подходит для указания состояния продукта. Фермент является соответствующим образом приспособленным для воздействия на проводимость субстрата согласно функции, в соответствии с которой состояние продукта изменяется под действием времени и температуры. Сигнал, который генерируется, когда приводится в действие электрическая схема, зависит от общего сопротивления в цепи. Электрическая проводимость субстрата, то есть его проводимость, которая является обратной величиной по отношению к удельному сопротивлению субстрата, влияет на общее сопротивление в цепи. Таким образом, сигнал, генерируемый, когда приводится в действие электрическая схема, будет зависеть от общего сопротивления в цепи, которое в свою очередь зависит от проводимости субстрата. Сигнал, таким образом, также показывает косвенно, помимо имеющейся проводимости субстрата, имеющееся состояние продукта, который подвержен в это же время таким же температурным условиям, как и биологический сенсор. Когда изменение состояния продукта под воздействием времени и температуры является известным, является также возможным прогнозировать будущие изменения состояния продукта с помощью некоторых предположений о температурных условиях в будущем. Наконец, биологический сенсор делает возможной простую и рациональную индикацию указанного состояния. Приведение в действие электрической схемы и считывание генерируемого сигнала могут быть автоматизированы. Как результат, не является необходимым считывать данные соответствующих биологических сенсоров органолептически, при этом является возможным, например, определять состояние большого количества продуктов эффективным способом.

Электрическая схема приводится в действие путем приложения к ней электрического поля и/или магнитного поля. Сигнал, который генерируется, когда схема приводится в действие, предпочтительно представляет собой измеряемый ток, индуцируемый в цепи. Схема в свою очередь предпочтительно представляет собой так называемый колебательный контур. Таким образом, создается биологический сенсор, колебательный контур которого приводится в действие путем приложения к нему, например, магнитного поля для генерации измеряемого тока, который зависит от общего сопротивления в цепи, и который, таким образом, изменяется как функция времени и температуры, с которой соприкасается узел биологического сенсора. Как результат, является возможным косвенное считывание сигнала, генерируемого схемой, путем считывания реального магнитного поля, который зависит от тока, индуцированного в цепи. Сам ток зависит от общего сопротивления в цепи, сопротивление которой в свою очередь зависит от имеющейся проводимости субстрата.

Согласно предпочтительному воплощению биологического сенсора по настоящему изобретению фермент приспособлен для воздействия на субстрат таким образом, что его проводимость возрастает как функция времени и температуры.

Фермент, который включается в узел биологического сенсора, предпочтительно является выбранным из одного из следующих классов ферментов: трансферазы, гидролазы и лиазы. Фермент, который в настоящее время является наиболее предпочтительным, представляет собой уреазу, которая является ферментом из класса ферментов гидролаз.

Субстрат, который включается в узел биологического сенсора, преимущественно содержит мочевину. В соответствии с настоящим изобретением заявляется также использование биологического сенсора, как определено выше, для указания состояния продукта, который демонстрирует изменение состояния, которое осуществляется как заданная функция времени и температуры, фермент является приспособленным для воздействия на проводимость субстрата согласно той же функции времени и температуры, этот продукт и этот биологический сенсор являются синхронизованными относительно указанной функции, узел биологического сенсора приводится в действие путем приведения в контакт фермента с субстратом, когда биологический сенсор наносится на продукт, при этом имеющееся состояние продукта индицируется путем приложения электрического поля и/или магнитного поля к электрической схеме, которая, как результат, генерирует сигнал, который зависит от общего сопротивления в цепи и, таким образом, также указывает проводимость субстрата.

Согласно настоящему изобретению определяется также метка для нанесения на контейнер с продуктом, указанная метка включает биологический сенсор, как описано выше.

Наконец, согласно настоящему изобретению определяется способ указания состояния продукта, такого как пищевой или лекарственный продукт, размещенного в контейнере, включающий стадии (i) определения состояния продукта как функции времени и температуры, (ii) адаптации фермента биологического сенсора, как определено выше, для воздействия на проводимость субстрата согласно той же функции времени и температуры, (iii) помещения биологического сенсора на указанном контейнере, (iv) приведения в действие узла биологического сенсора путем приведения в контакт фермента с субстратом, когда продукт помещается в контейнер, (v) приложения электрического поля и/или магнитного поля к электрической схеме, когда состояние продукта необходимо проверить, (vi) измерения сигнала, который в этом контексте генерируется электрической схемой биологического сенсора и который зависит от имеющейся проводимости субстрата, и (vii) определения на основе указанного сигнала имеющегося состояния продукта.

Согласно предпочтительному варианту воплощения способ содержит стадию хранения измеренного сигнала в узле памяти вместе с данными, идентифицирующими контейнер, на котором помещен биологический сенсор. Это дает гарантии качества, посредством которых возможно проверять, в какое время и каким температурным условиям подвергался продукт в определенный момент манипуляций с ним.

Настоящее изобретение будет описано, для целей иллюстрации, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематически показывает биологический сенсор согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой схематический общий вид контейнера для продуктов, на котором помещается биологический сенсор по настоящему изобретению.

Фиг.3 представляет собой схематический общий вид метки согласно настоящему изобретению.

Описание вариантов воплощений

Обратимся к фиг.1, которая схематически показывает биологический сенсор согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения. Биологический сенсор содержит узел 1, включающий в себя фермент 1а и субстрат 1b, а также электрическую схему 2, которая подвергается воздействию указанного узла 1 и которая является приспособленной для генерирования сигнала, когда приводится в действие. Благодаря тому факту, что узел 1 оказывает воздействие на электрическую схему 2, узел 1 также оказывает воздействие на сигнал, который генерируется, когда приводится в действие схема 2.

Основой для понимания настоящего изобретения является то, что могут быть получены определенные ферменты для оказания такого воздействия на связанный с ними субстрат, так что его проводимость изменяется. Проводимость является мерой электрической проводимости субстрата. Другая мера указанной электрической проводимости представляет собой удельное сопротивление субстрата, это сопротивление является величиной, обратной к проводимости.

Ферменты представляют собой белки, которые катализируют химические реакции в живых организмах. Более конкретно, ферменты состоят из аминокислот, связанных друг с другом в длинную цепь. Эта цепь складывается и образует сложную трехмерную структуру, которая составляет основу для свойств фермента. Ферменты имеют очень специфичные взаимодействия, и в смеси миллионов различных, но похожих веществ, они могут выбрать нужное вещество. Посредством добавок ферменты могут также быть стабилизированы таким образом, что они могут быть подвержены высоким температурам.

Скорость реакции, катализируемой ферментом, изменяется в зависимости от времени и температуры.

Существует множество различных ферментов, но те, которые относятся к настоящему изобретению, представляют собой такие из них, которые вызывают изменения в проводимости субстрата. Ферменты, которые катализируют реакцию, в которой образуется как можно больше ионов, являются наиболее предпочтительными. Причина этого в том, что таким путем относительное изменение проводимости доводится до максимума. Ферменты, имеющие это свойство, могут быть найдены в следующих классах ферментов: трансферазы, гидролазы и лиазы.

Гидролазы представляют собой класс ферментов, который является в настоящее время наиболее предпочтительным, и среди ферментов этого класса фермент уреаза, как обнаружено, является особенно предпочтительным.

Уреаза катализирует гидролиз мочевины следующим образом:

Мочевина + вода → двуокись углерода + аммоний

H₂NCONH₂ + Н₂О + 2Н⁺ → 2NH₄ ⁺ + СО₂ (реакция катализируется уреазой)

СО₂ + Н₂О → НСО₃ ^- + Н⁺ (самопроизвольная реакция).

Большое количество микроорганизмов и высших растений содержат уреазу. Уреаза извлекается для коммерческого использования из стручков бобовых. Фермент имеет очень высокую специфичность к мочевине. Фермент имеет молярную массу 480000 г/моль и имеет атом никеля в виде простетической группы (принимает участие в катализе).

Мочевина представляет собой бесцветное кристаллическое вещестзо, которое имеет температуру плавления 132,7°С и которое является также известным под названием карбамид. Мочевина присутствует в моче млекопитающих и производится в печени как конечный продукт, когда разлагается белок. Мочевина может также быть синтезирована химически и, среди прочего, используется в удобрениях в качестве источника азота.

Преимущественно, узел 1 биологического сенсора, представленный на фиг.1, содержит фермент 1а в форме уреазы, а также субстрат 1b, который содержит мочевину. Для приведения в действие узла 1 биологического сенсора фермент 1а приводится в контакт с субстратом 1b, при этом фермент уреаза катализирует гидролиз мочевины, как определено выше, проводимость субстрата 1b, таким образом, возрастает как функция времени и температуры. Как только фермент 1а приводится в контакт с субстратом 1b, проводимость последнего изменяется как функция времени и температуры и это означает, что электрическая проводимость субстрата 1b будет изменяться.

Субстрат 1b может также содержать буферный раствор для компенсации изменения рН субстрата 1b. Таким путем исключаются экстремальные значения рН, которые могут инактивировать фермент 1а.

Как видно из фиг.1, узел 1 образует компонент в электрической схеме 2. Кроме того, электрическая схема 2 представляет собой так называемый колебательный контур 2, который приводится в действие путем приложения к нему электрического и/или магнитного поля М. С этого момента описание будет направлено на приведение в действие схемы путем приложения к ней магнитного поля. Это не направлено, однако, на ограничение рамок настоящего изобретения, и, как станет понятно, схема приводится в действие путем подвода энергии, которую схема использует для генерирования сигнала, амплитуда и длительность которого зависят от общего сопротивления в цепи.

Указанный колебательный контур 2 содержит катушку 3, конденсатор 4 и сопротивление 5, которые соединены последовательно в замкнутую цепь. Узел 1 соединен последовательно с другими компонентами 3, 4, 5. Для приведения в действие схемы 2 магнитное поле М прикладывается к катушке 3 для индуцирования тока в схеме 2.

Более конкретно, ток, который индуцируется, когда магнитное поле М прикладывается к колебательному контуру 2, будет зависеть от общего сопротивления в цепи 2. Когда магнитное поле М прикладывается к катушке 3, некоторая частота его изменения также генерируется в схеме 2. Амплитуда этого изменения зависит от тока и, таким образом, зависит также от общего сопротивления схемы 2. Поскольку фермент 1а приспособлен для изменения проводимости субстрата 1b (и таким образом, также его удельного сопротивления) как функции времени и температуры, указанный ток будет зависеть от имеющейся проводимости субстрата 1b и, как следствие, изменяться в соответствии с той же функцией времени и температуры. Как результат, станет возможно определять время и температуру, которой подвергался биологический сенсор, путем приложения магнитного поля М к катушке 3 и детектирования индуцируемого таким образом тока. Это также может быть достигнуто путем детектирования амплитуды изменений, которые генерируются в это же время.

Самый простой путь для детектирования сигнала, генерируемого схемой 2, такой как ток или амплитуда изменений, представляет собой косвенное измерение магнитного поля М, приложенного к схеме 2. Как уже говорилось, указанный фермент 1а предпочтительно адаптируется таким образом, что проводимость субстрата 1b возрастает как функция времени и температуры, что означает уменьшение удельного сопротивления субстрата 1b. В результате в схеме 2, показанной на фиг.1, магнитное поле М будет все больше и больше подвергаться воздействию схемы 2 с увеличением проводимости субстрата 1b.

Биологический сенсор по настоящему изобретению очень подходит для использования, когда указывает на состояние продукта, такого как пищевой или лекарственный продукт. Фермент 1а биологического сенсора приспособлен для изменения проводимости субстрата 1b в соответствии с функцией времени и температуры, согласно которой продукт изменяет свое состояние. Эта настройка может быть достигнута многими различными путями. Как показано на фиг.1, узел 1 соединен с электрической схемой 2 с помощью двух электродов 2а, 2b. В порядке замыкания схемы 2, субстрат 1b должен, таким образом, проявлять такую электрическую проводимость, чтобы ток мог протекать между электродами 2а, 2b, при этом величина тока растет вместе с проводимостью. Для адаптации биологического сенсора расстояние между электродами 2а, 2b может изменяться. Кроме того, является возможным изменение площади поперечного сечения субстрата 1b. Это является возможным, несмотря на то, что является также возможным изменение концентрации как фермента 1а, так и субстрата 1b. Наконец, могут также быть использованы различные концентрации буфера.

Проводимость субстрата 1b может, таким образом, быть использована в качестве индикатора состояния продукта.

При использовании биологический сенсор по настоящему изобретению наносится на контейнер 6, в котором размещен продукт и который показан на фиг.2. Биологический сенсор соответственным образом располагается на метке 7, как схематически показано на фиг.3. Метка 7 содержит, например, носитель 8, на нижней стороне которого наносится слой 9 адгезива. Биологический сенсор образует слой 10, который располагается на верхней стороне носителя 8. Таким образом, биологический сенсор может быть нанесен на контейнер 6 простым способом.

При считывании биологического сенсора магнитное поле М прикладывается, как уже обсуждалось, к электрической схеме 2 и магнитное поле М будет подвергаться большему или меньшему воздействию, в зависимости от имеющегося значения проводимости субстрата 1b. Проводимость субстрата 1b биологического сенсора будет изменяться в соответствии с функцией, согласно которой изменяется состояние продукта.

Ниже будут описаны некоторые альтернативные области применения описанного выше биологического сенсора.

Биологический сенсор может быть использован для отслеживания времени и температуры, которым продукт подвергался и, таким образом, для косвенного указания срока годности продукта. Убедившись, что окончание срока годности продукта совпадает с определенным пороговым сопротивлением субстрата 1b, при котором пороговое сопротивление магнитного поля М, прикладываемого к биологическому сенсору, подвергается воздействию до заданной степени, легко указывать срок годности продукта.

Как уже указывалось, узел 1 биологического сенсора соответствующим образом приспосабливается так, что фермент 1а оказывает воздействие на субстрат 1b таким образом, чтобы увеличить его проводимость как функцию времени и температуры. Узел 1 может, таким образом, рассматриваться как резистор, сопротивление которого уменьшается как функция времени и температуры. Когда узел 1 биологического сенсора только приводится в действие, удельное сопротивление субстрата 1b является максимальным, и когда магнитное поле прикладывается к схеме 2, индуцируемый ток будет минимальным. Затем удельное сопротивление субстрата 1b будет увеличиваться как функция времени и температуры, при этом индуцируемый ток будет увеличиваться, когда магнитное поле повторно прикладывается к схеме 2.

Сигнал, генерируемый схемой 2, будет, таким образом, изменяться как функция времени и температуры. Преимущественно, этот сигнал считывается косвенно, путем измерения самого магнитного поля М, чтобы посмотреть, как оно подвергается влиянию схемы 2. Если сопротивление субстрата 1b уменьшается со временем и температурой, влияние схемы 2 на магнитное поле М будет увеличиваться. Относительное изменение магнитного поля М зависит, таким образом, от относительного изменения тока, который в свою очередь зависит от изменения сопротивления субстрата 1b, изменение сопротивления которого зависит от времени и температуры, которые воздействовали на биологический сенсор.

Биологический сенсор может, например, использоваться для пищевых продуктов, таких как молоко. Биологический сенсор прикрепляется к контейнеру с продуктом, и, когда к нему прикладывается магнитное поле М, он испускает сигнал, указывающий на имеющееся состояние продукта, например закончился ли срок годности продукта.

Лекарственный продукт, такой как ампулы с инсулином, также может быть вовлечен. Срок годности инсулина существенно зависит от температуры, при которой он хранится. Инсулин быстро состаривается даже при комнатной температуре. Таким образом, потребитель инсулина должен обращаться со своим инсулином осторожно и быть уверенным, что он делает инъекции только из годных к употреблению ампул, то есть ампул, срок годности которых не закончился. Для повышения надежности при манипуляциях с такими ампулами с инсулином биологический сенсор по настоящему изобретению может прикрепляться к каждой ампуле. Устройство, посредством которого инсулин из ампулы вводится потребителю, снабжается средствами для считывания биологического сенсора и для указания, являются ли соответствующие ампулы одобренными для использования.

Биологический сенсор по настоящему изобретению может также быть использован, когда приготавливаются пищевые продукты или напитки и особенно когда они приготавливаются в СВЧ-печи. Биологический сенсор в этом случае располагается на контейнере, в котором находится продукт, таком как бумажная коробка или стакан. Узел 1 биологического сенсора, например, конструируется таким образом, что магнитное поле М, прикладываемое к биологическому сенсору, подвергается воздействию схемы 2 до заданной степени, когда биологический сенсор, а также и продукт подвергаются определенной температуре в течение определенного времени. В случае использования СВЧ-печи устройство для приложения магнитного поля М и для детектирования указанного магнитного поля М может быть помещено в ней самой. СВЧ-печь может быть приспособлена для выключения, когда магнитное поле М подвергается достаточному воздействию схемы 2 биологического сенсора, а также для испускания звукового сигнала, который указывает на то, что продукт готов.

Разумеется, главным является, чтобы продукт и узел 1 биологического сенсора были синхронизированы относительно функции, согласно которой изменяются состояние продукта и проводимость субстрата 1.

Для обеспечения указанной синхронизации достаточно определять базовый уровень сигнала, например базовый ток в схеме 2 биологического сенсора, когда продукт помещается в контейнер 6. Этот базовый сигнал может быть определен путем измерения имеющегося состояния проводимости субстрата 1b или путем приведения в действие схемы 2 биологического сенсора для измерения генерируемого сигнала. Базовый сигнал соответствует исходному состоянию продукта, то есть свежему продукту.

Когда состояние продукта должно индицироваться позднее, электрическая схема 2 биологического сенсора приводится в действие и измеряется генерируемый сигнал. Этот сигнал сравнивается с указанным основным сигналом, при этом могут наблюдаться изменения. На основе этого сигнала может быть измерено изменение, например изменение проводимости субстрата 1b, и с помощью информации о воздействии фермента 1а на проводимость субстрата 1b как функции времени и температуры является возможным определять время и температуру, которым подвергался биологический сенсор, а также и продукт, что в свою очередь делает возможным указывать состояние продукта.

Как результат, состояние продукта может быть указано, когда потребуется, путем приведения в действие электрической схемы 2 биологического сенсора и измерения генерируемого таким образом сигнала. Указанный сигнал будет изменяться как функция проводимости субстрата и таким образом также косвенно изменяться и как функция состояния продукта.

В настоящее время ферменты 1а и субстраты 1b указанного выше типа могут производиться с низкими затратами. Кроме того, является возможным производить такие электрические схемы как колебательный контур 2, показанный на фиг.1, с очень низкими затратами. Как следствие, биологический сенсор по настоящему изобретению может быть произведен с исключительно низкими затратами, и, следовательно, массовое производство таких биологических сенсоров для применений в контейнерах для продуктов, таких как пакеты для молока или ампулы для инсулина, является выгодным с экономической точки зрения.

Можно понять, что биологические сенсоры в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы для рационального и эффективного указания состояния большого количества продуктов. Например, определенное устройство может быть приспособлено для приведения в действие схемы 2 биологических сенсоров и для регистрации и измерения сигналов, генерируемых таким образом. Путем обработки этих данных затем может быть указано состояние каждого из продуктов. Более того, может стать возможным прогнозирование оставшегося срока годности продуктов, делая предположения относительно температурных условий для продуктов в будущем.

Биологический сенсор по настоящему изобретению также делает возможным обеспечение качества при манипуляциях, например, когда транспортируют чувствительные продукты. После завершения транспортировки продукты отправляют, например, на склад, через стационарное устройство для контроля. В этом стационарном устройстве для контроля биологический сенсор приводится в действие в каждом из продуктов, измеренные сигналы хранятся в узле памяти вместе с данными по идентификации соответствующего продукта. Является также возможным использование биологического сенсора для группы продуктов, такой как упаковка, при этом сигнал от биологического сенсора хранится вместе с данными, идентифицирующими представляющий интерес продукт. Это является возможным, не говоря о том, что можно устроить несколько стационарных устройств для контроля такого рода в различных местах цепи манипуляций с продуктами. Путем сохранения указанной информации является возможным проследить в прошлом время и температурные условия, которым определенный продукт или определенная группа продуктов подвергалась в различные моменты манипуляций. Другими словами, станет возможным проверить то, что требуемое качество достигается при манипуляциях с чувствительными продуктами.

Следует понять, что настоящее изобретение не ограничивается представленными вариантами воплощений. В рамках настоящего изобретения являются возможными некоторые модификации и вариации. Рамки настоящего изобретение определяются, таким образом, только прилагаемой формулой изобретения.

Биологический сенсор содержит узел, включающий в себя субстрат и фермент, который, при приведении в контакт с субстратом, приспособлен для воздействия на субстрат таким образом, что его проводимость изменяется как функция времени и температуры, и электрическую схему. Узел включен в качестве компонента в указанную электрическую схему, и электрическая схема приводится в действие путем приложения к ней электрического поля и/или магнитного поля с генерацией измеряемого сигнала, который зависит от общего сопротивления цепи. Настоящее изобретение также относится к метке с таким биологическим сенсором и к способу указания состояния продукта с помощью такого биологического сенсора. Изобретение обеспечивает эффективное указание состояния большого количества продуктов и состояние каждого из продуктов, в т.ч. может прогнозировать оставшийся срок годности продуктов, делая предположение относительно температурных условий для продуктов в будущем. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Биологический сенсор для индикации изменения состояния продукта под действием времени и температуры, отличающийся тем, что содержит узел (1), включающий в себя субстрат (1b) и фермент (1а), выбранный из одного из классов ферментов трансфераз, гидролаз и лиаз, который при приведении в контакт с субстратом (1b) приспособлен для воздействия на субстрат (1b) таким образом, что его проводимость изменяется как функция времени и температуры, и электрическую схему (2), причем указанный узел (1) включен в качестве компонента в указанную электрическую схему (2) и указанная электрическая схема (2) выполнена с возможностью приведения в действие путем приложения к ней электрического поля и/или магнитного поля (М), с генерацией измеряемого сигнала, зависящего от общего сопротивления цепи (2).2. Биологический сенсор по п.1, отличающийся тем, что фермент (1а) приспособлен для воздействия на субстрат (1b) таким образом, чтобы проводимость возрастала как функция времени и температуры.3. Биологический сенсор по п.1 или 2, отличающийся тем, что фермент (1а) представляет собой уреазу.4. Биологический сенсор по п.3, отличающийся тем, что субстрат (1b) содержит мочевину.5. Биологический сенсор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный сигнал представляет собой измеряемый ток, генерируемый в электрической схеме (2).6. Биологический сенсор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что электрическая схема (2) представляет собой колебательный контур (2).7. Метка (7) для нанесения на контейнер с продуктами (6), содержащая биологический сенсор по любому из пп.1-6.8. Способ индикации изменения состояния продуктов, таких, как пищевой продукт, размещенный в контейнере (6), под действием времени и температуры, отличающийся тем, что содержит стадии (i) определения состояния продукта как функции времени и температуры, (ii) адаптирования фермента (1а) биологического сенсора по любому из пп.1-6 для оказания воздействия на проводимость субстрата (1b) согласно той же функции времени и температуры, (iii) помещения биологического сенсора на указанном контейнере (6), (iv) приведения в действие узла (1) биологического сенсора путем приведения фермента (1а) в контакт с субстратом (1b), когда продукт размещается в контейнере (6), (v) приложения электрического поля и/или магнитного поля (М) к электрической схеме (2), когда необходимо проверить состояние продукта, (vi) измерения сигнала, генерируемого электрической схемой (2) биологического сенсора, зависящего от имеющейся проводимости субстрата (1b), и (vii) индикации на основе сигнала имеющегося состояния продукта.9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадию хранения в узле памяти измеренного сигнала вместе с данными, идентифицирующими контейнер (6), на котором помещен биологический сенсор.