Pirmąjį biosensorių 1950 metais išrado amerikiečių biochemikas „L.L Clark“. Šis biosensorius naudojamas deguoniui kraujyje įvertinti, o šiame jutiklyje naudojamas elektrodas vadinamas Clarko elektrodu arba deguonies elektrodu. Vėliau ant deguonies elektrodo buvo padėtas gelis su gliukozės oksiduojančiu fermentu, kad būtų galima apskaičiuoti cukraus kiekį kraujyje. Atitinkamai fermento ureazė buvo naudojama kartu su elektrodu, kuris buvo išrastas ypač NH4 ++ jonams apskaičiuoti šlapalą kūno skysčiuose, tokiuose kaip šlapimas ir kraujas.
Rinkoje yra trys biosensorių kartos. Pirmojo tipo biosensoriuje produkto reakcija išsisklaido jutiklyje ir sukelia elektrinę reakciją. Antrojo tipo atveju jutiklis visų pirma įtraukia tarpininkus tarp jutiklio ir atsako, kad būtų sukurtas geresnis atsakas. Trečiojo tipo reakcija sukelia pačią reakciją ir joks tarpininkas nėra tiesiogiai įtrauktas. Šiame straipsnyje pateikiama biosensoriaus apžvalga, biosensorių darbas, skirtingų tipų ir jų taikymo sritis.
Kas yra biosensorius?
Biosensoriai gali būti apibrėžiami kaip analitiniai įtaisai, apimantys biologinių aptikimo elementų, tokių kaip jutiklių sistema ir keitiklis, derinį. Palyginę su bet kuriuo kitu šiuo metu veikiančiu diagnostikos prietaisu, šie jutikliai yra pažengę selektyvumo ir jautrumo sąlygomis. šių biosensorių programas daugiausia apima ekologinės taršos kontrolės tikrinimą žemės ūkio ir maisto pramonėje. Pagrindinės biosensorių savybės yra stabilumas, kaina, jautrumas ir atkuriamumas.
Pagrindiniai biosensoriaus komponentai
blokinė schema biosensoriaus sudaro trys segmentai, būtent jutiklis, keitiklis ir susiję elektronai. Pirmajame segmente jutiklis yra reaguojanti biologinė dalis, antrasis segmentas yra detektoriaus dalis, kuri keičia gautą signalą iš analitės kontakto ir pasiekiamiems rezultatams. Paskutinį skyrių sudaro: stiprintuvas kuri yra žinoma kaip signalo kondicionavimo grandinė, ekranas ir procesorius.
Biosensorių darbo principas
Paprastai konkretus fermentas arba pageidaujama biologinė medžiaga yra dezaktyvuojami kai kuriais iš įprastų metodų, o dezaktyvuota biologinė medžiaga yra arti kontakto su davikliu. Analitė prisijungia prie biologinio objekto, kad suformuotų aiškią analitę, kuri savo ruožtu duoda elektroninę reakciją, kurią galima apskaičiuoti. Kai kuriuose pavyzdžiuose analitė keičiama į prietaisą, kuris gali būti prijungtas prie dujų, šilumos, elektronų ar vandenilio jonų išmetimo. Šiame, daviklis gali pakeisti prijungtą prietaisą į elektros signalus, kuriuos galima pakeisti ir apskaičiuoti.
Biosensorių darbas
Keitiklio elektrinis signalas dažnai būna žemas ir dengiasi gana aukštoje bazinėje linijoje. Paprastai signalo apdorojimas apima bazinio padėties signalo, gauto iš susijusio keitiklio be jokio biokatalizatoriaus uždengimo, išskaičiavimą.
Palyginti lėtas biosensorinės reakcijos pobūdis žymiai palengvina elektrinio triukšmo filtravimo problemą. Šiame etape tiesioginis išėjimas bus analoginis signalas, tačiau jis pakeistas į skaitmeninę formą ir priimtas mikroprocesorius fazė, kurioje informacija progresuojama, daroma įtaka pageidaujamiems vienetams ir o / p - duomenų saugyklai.
Biosensorių tipai
Skirtingi biosensorių tipai klasifikuojami pagal jutiklio įtaisą ir biologinę medžiagą, kuri aptariama toliau.
1. Elektrocheminis biosensorius
Paprastai elektrocheminis biosensorius yra pagrįstas fermentinės katalizės, kuri sunaudoja ar sukuria elektronus, reakcija. Tokie fermentų tipai vadinami Redox fermentais. Šio biosensoriaus substrate paprastai yra trys elektrodai, tokie kaip skaitiklis, etaloninis ir darbinis tipas.
Objektų analitė dalyvauja reakcijoje, kuri vyksta aktyvaus elektrodo paviršiuje, ir ši reakcija taip pat gali sukelti elektronų perdavimą per dvigubo sluoksnio potencialą. Srovė gali būti apskaičiuojama esant nustatytam potencialui.
Elektrocheminiai biosensoriai skirstomi į keturis tipus
- Amperometriniai biosensoriai
- Potenciometriniai biosensoriai
- Impedimetriniai biosensoriai
- Voltammetriniai biosensoriai
2. Amperometrinis biosensorius
Amperometrinis biosensorius yra autonominis įtaisas, pagrįstas srovės kiekiu, atsirandančiu dėl oksidacijos, suteikiant tikslią kiekybinę analitinę informaciją.
Paprastai šių biosensorių reakcijos laikas, energijos diapazonai ir jautrumas yra panašūs į potenciometrinius biosensorius. Paprastas amperometrinis biosensorius, dažnai naudojamas, apima „Clark deguonies“ elektrodą.
Šio biosensoriaus taisyklė yra pagrįsta srovės srauto tarp skaitiklio elektrodo ir darbo kiekiu, kurį skatina redukcinė reakcija prie darbinio elektrodo. Analitinių centrų pasirinkimas yra būtinas norint pasirinkti platų panaudojimo būdą, apimant didelio našumo vaistų patikrą, kokybės kontrolę, problemų paiešką ir tvarkymą bei biologinį patikrinimą.
3. Potenciometriniai biosensoriai
Šio tipo biosensoriai teikia logaritminį atsaką per didelį energetinį diapazoną. Šie biosensoriai dažnai užbaigiami stebint elektrodo prototipus, esančius ant sintetinio pagrindo, padengtą veikiančiu polimeru su tam tikru fermentu.
Juos sudaro du nepaprastai reaguojantys ir stiprūs elektrodai. Jie leidžia atpažinti analitus stadijose, kol jų negalima pasiekti tik HPLC, LC / MS ir tiksliai neparengus modelio.
Visų tipų biosensoriai paprastai užima mažiausiai mėginio, nes biologinis detektavimo komponentas yra labai išrankus, kad būtų galima naudoti problemą. Keičiantis fiziniam ir elektrocheminiam, signalą generuos laidaus polimero sluoksnyje dėl modifikacijos, vykstančios biosensoriaus išorėje.
Šie pokyčiai gali būti įskaityti į joninę jėgą, hidrataciją, pH ir redokso reakcijas, vėliau kaip fermento, sukančio virš substrato, etiketę. FET , vartų terminalas buvo pakeistas antikūnais ar fermentais, taip pat gali pajusti labai mažą skirtingų analitų dėmesį, nes reikalingi analitai vartų terminalo atžvilgiu modifikuoja kanalizaciją, kad gautų srovę.
4. Impedimetriniai biosensoriai
EIS (elektrocheminės impedanso spektroskopija) yra reaguojantis rodiklis, turintis daugybę fizinių ir cheminių savybių. Šiuo metu pastebima auganti impedimetrinių-biosensorių plėtimosi tendencija. Impedimetriniai metodai buvo skirti diferencijuoti biosensorių išradimą, taip pat ištirti katalizuojamus fermentų lektinų, nukleino rūgščių, receptorių, sveikų ląstelių ir antikūnų atsakus.
5. Voltammetrinis biosensorius
Šis ryšys yra naujo voltamperinio biosensoriaus, kuris pastebi akrilamidą, pagrindas. Šis biosensorius buvo pagamintas naudojant anglies klijų elektrodą, pritaikytą Hb (hemoglobinas), į kurį įeina keturios prostatos hem (Fe) grupės. Šio tipo elektrodai rodo grįžtamąją Hb (Fe) oksidacijos arba redukcijos procedūrą.
Fizinis biosensorius
Klasifikavimo sąlygomis fiziniai biosensoriai yra pagrindiniai ir plačiai naudojami jutikliai. Pagrindinės šios kategorijos idėjos taip pat kyla tikrinant žmogaus protus. Kadangi bendras klausos, regos, prisilietimo intelekto darbo metodas yra reaguoti į išorinius fizinius dirgiklius, todėl bet koks aptikimo įtaisas, siūlantis reakciją į terpės fizinį turtą, buvo vadinamas fiziniu biosensoriumi.
Fiziniai biosensoriai skirstomi į du tipus, būtent pjezoelektrinius biosensorius ir termometrinius biosensorius.
Pjezoelektriniai biosensoriai
Šie jutikliai yra analitinių prietaisų rinkinys, kuris veikia pagal „afiniteto sąveikos registravimo“ dėsnį. Pjezoelektriko platforma yra jutiklio elementas, veikiantis virpesių transformacijos dėsnį dėl kolekcijos šuolio ant pjezoelektrinio kristalo paviršiaus. Atliekant šią analizę, biosensoriai, turintys modifikuotą paviršių su antigenu ar antikūnais, molekuliniu būdu užspaudžiamu polimeru ir paveldima informacija. Deklaruotos aptikimo dalys paprastai sujungiamos naudojant nanodaleles.
Termometrinis biosensorius
Yra įvairių rūšių biologinių reakcijų, susijusių su šilumos išradimu, ir tai sudaro termometrinių biosensorių pagrindą. Šie jutikliai paprastai įvardijami kaip terminiai biosensoriai
Termometriniai biosensorius naudojamas matuoti arba įvertinkite cholesterolio kiekį serume. Kai cholesterolis oksiduojasi fermento cholesterolio oksidacijos metu, susidaro šiluma, kurią galima apskaičiuoti. Panašiai su šiais biosensoriais galima įvertinti gliukozę, karbamidą, šlapimo rūgštį ir peniciliną G.
Optinis biosensorius
Optinis biosensorius yra prietaisas, kuris naudoja optinio matavimo principą. Jie naudoja šviesolaidinė optika taip pat optoelektroniniai keitikliai. Terminas optrodas reiškia dviejų terminų optinis ir elektrodas glaudinimą. Šie jutikliai daugiausia apima antikūnus ir fermentus, tokius kaip perdavimo elementai.
Optiniai biosensoriai leidžia saugiai neelektriniu būdu pasiekti įrenginius. Papildoma nauda yra ta, kad jiems dažnai nereikia referencinių jutiklių, nes lyginamasis signalas gali būti gaunamas naudojant panašų šviesos šaltinį, kaip mėginių ėmimo jutiklis. Optiniai biosensoriai skirstomi į du tipus, ty tiesioginio optinio aptikimo biosensorių ir paženklintą optinio aptikimo biosensorių.
Nešiojami biosensoriai
Nešiojamas biosensorius yra skaitmeninis prietaisas, naudojamas nešioti ant žmogaus kūno įvairiose nešiojamose sistemose, pavyzdžiui, išmaniuosiuose laikrodžiuose, išmaniuose marškiniuose, tatuiruotėse, leidžiančiose nustatyti gliukozės kiekį kraujyje, kraujospūdį, širdies plakimo dažnį ir kt.
Šiais laikais galime pastebėti, kad šie jutikliai pasauliui rodo tobulėjimo signalą. Geresnis jų naudojimas ir paprastumas gali suteikti originalų paciento realaus laiko tinkamumo lygį. Šis duomenų prieinamumas suteiks geresnį klinikinį pasirinkimą ir turės įtakos geresniems sveikatos rezultatams ir ypač pajėgiam sveikatos sistemos naudojimui.
Žmonėms šie jutikliai gali padėti per anksti atpažinti sveikatos veiksmus ir užkirsti kelią hospitalizavimui. Šių jutiklių galimybė sumažinti buvimą ligoninėse ir pakartotinį priėmimą tikrai pritrauks teigiamą sąmoningumą artimiausioje ateityje. Tyrimo informacija taip pat sako, kad WBS neabejotinai neš į pasaulį ekonomišką nešiojamąją sveikatos priežiūros įrangą.
Biosensorių programos
Pastaraisiais metais šie jutikliai tapo labai populiarūs ir yra pritaikomi skirtingose srityse, kurios yra paminėtos žemiau.
- Bendras sveikatos priežiūros tikrinimas
- Metabolitų matavimas
- Ligos patikrinimas
- Gydymas insulinu
- Klinikinė psichoterapija ir ligų diagnostika
- Kariuomenėje
- Žemės ūkio ir veterinarijos programos
- Narkotikų tobulinimas, nusikaltimų nustatymas
- Apdorojimas ir stebėjimas pramonėje
- Ekologinė taršos kontrolė
Pagal aukščiau pateiktą straipsnį galime tai padaryti biosensoriai ir bioelektronika buvo naudojami daugelyje sveikatos priežiūros, gyvybės mokslinių tyrimų, aplinkos, maisto ir karinių programų srityse. Be to, šie jutikliai gali būti patobulinti kaip nanobiotechnologijos. Geriausias būsimos nanobiotechnologijos naudojimo pavyzdys yra elektroninis popierius, kontaktiniai lęšiai ir „Nokia morph“. Štai jums klausimas, kokie yra nešiojami biosensoriai?
