Esimese biosensori leiutas 1950. aastal Ameerika biokeemik L. L. Clark. Seda biosensorit kasutatakse vere hapniku mõõtmiseks ja selles anduris kasutatud elektroodi nimetatakse Clarki elektroodiks või hapniku elektroodiks. Seejärel kihiti hapniku elektroodile veresuhkru arvutamiseks glükoosi oksüdeeriva ensüümiga geel. Vastavalt kasutati ensüümi ureaasi koos elektroodiga, mis leiutati eriti NH4 ++ ioonide jaoks uurea arvutamiseks kehavedelikes, näiteks uriinis ja veres.
Turul on saadaval kolm põlvkonda biosensoreid. Esimese tüüpi biosensoris hajub toote reaktsioon andurile ja põhjustab elektrilise reaktsiooni. Teise tüübi korral hõlmab andur parema reaktsiooni saavutamiseks eelkõige vahendajaid anduri ja vastuse vahel. Kolmandas tüübis põhjustab reaktsioon ise reaktsiooni ja ükski vahendaja pole otseselt kaasatud. See artikkel annab ülevaate biosensorist, biosensorite töö, erinevat tüüpi ja selle rakendused.
Mis on biosensor?
Biosensoreid võib määratleda kui analüütilisi seadmeid, mis sisaldavad kombinatsiooni bioloogilistest detekteerivatest elementidest nagu andurisüsteem ja muundur. Kui võrrelda mis tahes muu praegu olemasoleva diagnostikaseadmega, need andurid on arenenud nii selektiivsuse kui ka tundlikkuse tingimustes. The nende biosensorite rakendusi hõlmavad peamiselt ökoloogilise reostustõrje kontrollimist nii põllumajanduses kui ka toiduainetööstuses. Biosensorite peamised omadused on stabiilsus, hind, tundlikkus ja reprodutseeritavus.
Biosensori peamised komponendid
The plokkskeem biosensor sisaldab kolme segmenti, nimelt andurit, muundurit ja seotud elektrone. Esimeses segmendis on andur reageeriv bioloogiline osa, teine segment on detektori osa, mis muudab saadud signaali analüüdi kontaktist ja kuvatavate tulemuste jaoks ligipääsetaval viisil. Viimane osa koosneb järgmistest osadest: võimendi mida tuntakse nii signaali konditsioneerimisahelana, kuvarina kui ka protsessorina.
Biosensorite tööpõhimõte
Tavaliselt deaktiveeritakse spetsiifiline ensüüm või eelistatud bioloogiline materjal mõne tavapärase meetodiga ja deaktiveeritud bioloogiline materjal on anduriga peaaegu kontaktis. Analüüt ühendub bioloogilise objektiga, moodustades selge analüüdi, mis omakorda annab arvutatava elektroonilise reaktsiooni. Mõnes näites muudetakse analüüd seadmeks, mis võib olla ühendatud gaasi, soojuse, elektronide või vesiniku ioonide väljalaskega. Selles, andur võib muuta ühendatud seadet muundatuna elektrilisteks signaalideks, mida saab muuta ja arvutada.
Biosensorite töö
Anduri elektriline signaal on sageli madal ja kattub üsna kõrge baasjoonega. Üldiselt hõlmab signaalitöötlus asukoha muunduri signaali mahaarvamist, mis on saadud seotud muundurilt ilma biokatalüsaatori katteta.
Biosensorireaktsiooni suhteliselt aeglane iseloom hõlbustab oluliselt elektrilise müra filtreerimise probleemi. Selles etapis on otseväljund analoogsignaal, kuid see muudetakse digitaalseks ja aktsepteeritakse mikroprotsessor faas, kus teavet edendatakse, mõjutatakse eelistatud üksusteni ja o / p andmesalvestisse.
Biosensorite tüübid
Eri tüüpi biosensorid klassifitseeritakse nii anduriseadme kui ka allpool käsitletud bioloogilise materjali põhjal.
1. Elektrokeemiline biosensor
Üldiselt põhineb elektrokeemiline biosensor elektrone tarbiva või tekitava ensümaatilise katalüüsi reaktsioonil. Sellist tüüpi ensüüme nimetatakse redoksensüümideks. Selle biosensori põhimik sisaldab tavaliselt kolme elektroodi, näiteks loendurit, tugi- ja tööliiki.
Objektanalüüt osaleb aktiivse elektroodi pinnal toimuvas reaktsioonis ja see reaktsioon võib põhjustada ka kahekihilise potentsiaali elektroniülekande. Voolu saab arvutada määratud potentsiaaliga.
Elektrokeemilised biosensorid liigitatakse nelja tüüpi
- Amperomeetrilised biosensorid
- Potentsiomeetrilised biosensorid
- Impedimeetrilised biosensorid
- Voltammeetrilised biosensorid
2. Amperomeetriline biosensor
Amperomeetriline biosensor on iseseisev seade, mis põhineb oksüdatsioonist tuleneva voolu suurusel ja pakub täpset kvantitatiivset analüütilist teavet.
Üldiselt on nende biosensorite reaktsiooniajad, energeetilised vahemikud ja tundlikkused võrreldavad potentsiomeetriliste biosensoritega. Sageli kasutatav lihtne amperomeetriline biosensor sisaldab elektroodi “Clark hapnik”.
Selle biosensori reegel põhineb loendurelektroodi ja töö vahelise voolu suurusel, mida ergutab redoksreaktsioon tööelektroodil. Analüütikeskuste valimine on oluline paljude kasutusvaldkondade jaoks, mis hõlmab suure jõudlusega ravimite skriinimist, kvaliteedikontrolli, probleemide leidmist ja käsitlemist ning bioloogilist kontrolli.
3. Potentsiomeetrilised biosensorid
Seda tüüpi biosensor annab logaritmilise vastuse suure energeetilise vahemiku abil. Need biosensorid on sageli täielikud, kui monitor toodab sünteetilisel substraadil lamavaid elektroodiprototüüpe, mis on ühendatud toimiva polümeeriga, mis on ühendatud mõne ensüümiga.
Need sisaldavad kahte tohutult reageerivat ja tugevat elektroodi. Need võimaldavad analüüte ära tunda etappidel, mis on enne HPLC, LC / MS abil saavutatavad ja ilma täpse mudeli ettevalmistuseta.
Igat tüüpi biosensorid hõivavad tavaliselt kõige vähem proovi, kuna bioloogiline detekteeritav komponent on häiretava analüüdi jaoks äärmiselt valiv. Füüsikaliste ja elektrokeemiliste muutuste abil genereerib juhtiva polümeeri kihis signaali biosensori välisküljel toimuva modifitseerimise tõttu.
Neid muutusi võib arvestada ioonjõu, hüdratsiooni, pH ja redoksreaktsioonidega, hiljem substraadi kohal pöörleva ensüümi märgisena. FET-ides , võib väravaterminali vahetada antikeha või ensüümi abil, võib tajuda ka erinevate analüütide väga madalat tähelepanu, kuna värava terminali suhtes nõutavad analüüdi nõuded muudavad äravoolus vooluallikat.
4. Impedimeetrilised biosensorid
EIS (elektrokeemiline impedantsspektroskoopia) on reageeriv indikaator paljude füüsikaliste ja keemiliste omaduste jaoks. Praegu täheldatakse impedimeetriliste biosensorite laienevat suundumust. Impedimeetrilisi meetodeid on tehtud nii biosensorite leiutise eristamiseks kui ka ensüümide lektiinide, nukleiinhapete, retseptorite, tervete rakkude ja antikehade katalüüsitud reaktsioonide uurimiseks.
5. Voltammeetriline biosensor
See suhtlus on akrüülamiidi märkamiseks uue voltammeetrilise biosensori alus. See biosensor ehitati süsinikliimelektroodiga, mis oli kohandatud Hb-ga (hemoglobiin), mis sisaldab nelja hem-eesnäärme rühma (Fe). Seda tüüpi elektrood näitab Hb (Fe) pöörduva oksüdeerimise või redutseerimise protseduuri.
Füüsiline biosensor
Klassifitseerimise tingimustes on füüsikalised biosensorid nii fundamentaalsed kui ka laialdaselt kasutatavad andurid. Selle liigitamise peamised ideed tulenevad ka inimese meele inspireerimisest. Kuna kuulmise, nägemise, puudutuse intelligentsuse üldine töömeetod on reageerida välistele füüsilistele stiimulitele, nimetati kõiki füüsilisi biosensoreid mis tahes detektorid, mis pakuvad reaktsiooni keskkonna füüsilisele omandile.
Füüsikalised biosensorid liigitatakse kahte tüüpi, nimelt piesoelektriliseks biosensoriks ja termomeetriliseks biosensoriks.
Piesoelektrilised biosensorid
Need andurid on analüütiliste seadmete kogum, mis töötab afiinsussuhtluse registreerimise seaduse alusel. Piesoelektriku platvorm on andurelement, mis töötab piesoelektriliste kristallide pinnal asuva kollektsioonihüppe tõttu muunduvate võnkumiste seadusel. Selles analüüsis on biosensorid, mille modifitseeritud pind on antigeeni või antikehaga, molekulaarselt tembeldatud polümeer ja pärilik teave. Deklareeritud detekteerimise osad ühendatakse tavaliselt nanoosakeste abil.
Termomeetriline biosensor
Soojuse leiutamisega on seotud mitmesuguseid bioloogilisi reaktsioone ja see on termomeetriliste biosensorite alus. Neid andureid nimetatakse tavaliselt termobiosensoriteks
Termomeetriline biosensorit kasutatakse mõõtmiseks või hinnata seerumi kolesterooli. Kui kolesterool oksüdeerub ensüümi kaudu kolesterool oksüdeerub, tekib kuumus, mida saab arvutada. Samamoodi saab nende biosensoritega hinnata glükoosi, uureat, kusihapet ja penitsilliin G-d.
Optiline biosensor
Optiline biosensor on seade, mis kasutab optilise mõõtmise põhimõtet. Nad kasutavad fiiberoptika samuti optoelektroonilised muundurid. Termin optrood tähistab kahe termini optiline ja elektrood kokkusurumist. Need andurid hõlmavad peamiselt antikehi ja ensüüme, nagu transdutseerivad elemendid.
Optilised biosensorid võimaldavad seadmeid turvaliselt mitteelektriliselt juurde pääseda. Täiendav eelis on see, et need ei vaja sageli võrdlusandureid, sest võrdleva signaali saab toota sarnase valgusallika abil nagu proovivõtusensor. Optilised biosensorid klassifitseeritakse kahte tüüpi: otsese optilise tuvastamise biosensor ja märgistatud optilise detektsiooni biosensor.
Kantavad biosensorid
Kantav biosensor on digitaalne seade, mida kasutatakse inimkeha kandmiseks erinevates kantavates süsteemides, nagu nutikellad, nutikad särgid, tätoveeringud, mis võimaldavad vere glükoosisisaldust, vererõhku, südamelöögisagedust jne.
Tänapäeval võime märgata, et need andurid annavad maailmale märku paranemisest. Nende parem kasutamine ja lihtsus võivad anda patsiendile reaalajas sobivuse staatuse esialgsel tasemel. See juurdepääsetavus andmetele võimaldab kõrgemat kliinilist valikut ja mõjutab paremaid tervisetulemusi ja tervishoiusüsteemide võimekamat kasutamist.
Inimeste jaoks võivad need andurid aidata ennetada tervisega seotud toiminguid enneaegselt ja ennetada haiglaravi. Nende andurite võimalus vähendada haiglas viibimisi ja tagasivõtmisi meelitab eelseisvas tulevikus kindlasti positiivset teadlikkust. Uurimisteave ütleb ka, et WBS kannab kindlasti kulutõhusaid kantavaid tervishoiuvarustust kogu maailmas.
Biosensorite rakendused
Viimastel aastatel on need andurid muutunud väga populaarseks ja neid saab rakendada erinevates allpool mainitud valdkondades.
- Ühine tervishoiukontroll
- Metaboliitide mõõtmine
- Haiguse skriinimine
- Insuliinravi
- Kliiniline psühhoteraapia ja haiguste diagnoosimine
- Sõjaväes
- Põllumajandus- ja veterinaarrakendused
- Uimastite parandamine, õigusrikkumiste tuvastamine
- Töötlemine ja jälgimine tööstuses
- Ökoloogiline reostustõrje
Lõpuks võime ülaltoodud artiklist järeldada biosensorid ja bioelektroonika on kasutatud paljudes tervishoiu-, eluteadusuuringute, keskkonna-, toidu- ja sõjaliste rakenduste valdkondades. Lisaks saab neid andureid täiustada nanobiotehnoloogiana. Nanobiotehnoloogia tulevase kasutamise parim näide on elektrooniline paber, kontaktläätsed ja Nokia morph. Siin on teile küsimus, millised on kantavad biosensorid?
