Prvý biosenzor vynašiel v roku 1950 americký biochemik „L.L Clark“. Tento biosenzor sa používa na meranie kyslíka v krvi a elektróda použitá v tomto senzore sa nazýva Clarkova elektróda alebo kyslíková elektróda. Potom sa na kyslíkovú elektródu navrhol gél s enzýmom oxidujúcim glukózu, aby sa vypočítal krvný cukor. Zodpovedajúcim spôsobom sa použila enzýmová ureáza s elektródou, ktorá bola vyvinutá špeciálne pre ióny NH4 ++ na výpočet močoviny v tekutinách tela, ako je moč a krv.
Na trhu sú k dispozícii tri generácie biosenzorov. V prvom type biosenzora sa reakcia produktu rozptýli na snímač a spôsobí elektrickú reakciu. V druhom type snímač zahrnuje najmä mediátory medzi snímačom a reakciou, aby sa dosiahla lepšia odpoveď. U tretieho typu samotná reakcia spôsobuje reakciu a priamo nie je zapojený žiadny mediátor. Tento článok poskytuje prehľad biosenzora, fungovanie biosenzorov, rôzne typy a jeho aplikácie.
Čo je to biosenzor?
Biosenzory možno definovať ako analytické zariadenia, ktoré obsahujú kombináciu biologických detekčných prvkov, ako je senzorový systém a prevodník. Keď porovnáme s akýmkoľvek iným v súčasnosti existujúcim diagnostickým zariadením, tieto senzory sú vyspelé v podmienkach selektivity aj citlivosti. The aplikácie týchto biosenzorov Zahŕňajú hlavne kontrolu kontroly ekologického znečistenia v poľnohospodárstve a potravinárstve. Hlavnými vlastnosťami biosenzorov sú stabilita, cena, citlivosť a reprodukovateľnosť.
Hlavné súčasti biosenzora
The Bloková schéma biosenzora zahŕňa tri segmenty, a to senzor, prevodník a súvisiace elektróny. V prvom segmente je senzor responzívnou biologickou časťou, druhým segmentom je detekčná časť, ktorá mení výsledný signál z kontaktu analytu a pre výsledky, ktoré zobrazuje prístupným spôsobom. Záverečná časť obsahuje zosilňovač ktorý je známy ako obvod na úpravu signálu, zobrazovacia jednotka a procesor.
Pracovný princíp biosenzorov
Zvyčajne je špecifický enzým alebo výhodný biologický materiál deaktivovaný niektorými z bežných spôsobov a deaktivovaný biologický materiál je v blízkom kontakte so snímačom. Analyt sa pripojí k biologickému objektu a vytvorí čistý analyt, ktorý následne poskytne elektronickú reakciu, ktorú je možné vypočítať. V niektorých príkladoch sa analyt mení na zariadenie, ktoré môže byť pripojené na výboj plynov, tepla, elektrónových iónov alebo vodíkových iónov. V tomto, prevodník môže zmeniť prevádzané prepojené zariadenia na elektrické signály, ktoré je možné zmeniť a vypočítať.
Fungovanie biosenzorov
Elektrický signál meniča je často nízky a prekrýva sa s pomerne vysokou základnou čiarou. Spravidla spracovanie signálu zahrnuje odpočet základného signálu polohy, získaného z príbuzného prevodníka bez pokrytia biokatalyzátorom.
Pomerne pomalý charakter reakcie biosenzora významne uľahčuje problém s filtráciou elektrického šumu. V tejto fáze bude priamym výstupom analógový signál, ktorý sa však zmení na digitálnu formu a prijme sa s ním mikroprocesor fáza, v ktorej informácie postupujú, sú ovplyvňované do preferovaných jednotiek a / do úložiska dát.
Typy biosenzorov
Rôzne typy biosenzorov sú klasifikované na základe snímacieho zariadenia a biologického materiálu, o ktorom sa bude diskutovať nižšie.
1. Elektrochemický biosenzor
Elektrochemický biosenzor je všeobecne založený na reakcii enzymatickej katalýzy, pri ktorej sa spotrebúvajú alebo vytvárajú elektróny. Takéto typy enzýmov sú pomenované ako Redox Enzymes. Substrát tohto biosenzora všeobecne obsahuje tri elektródy, ako napríklad počítadlo, referenčný a pracovný typ.
Objektový analyt je zapojený do odozvy, ktorá sa deje na povrchu aktívnej elektródy, a táto reakcia môže byť zdrojom aj prenosu elektrónov cez potenciál dvojitej vrstvy. Prúd je možné vypočítať pri nastavenom potenciáli.
Elektrochemické biosenzory sú rozdelené do štyroch typov
- Amperometrické biosenzory
- Potenciometrické biosenzory
- Impedimetrické biosenzory
- Voltametrické biosenzory
2. Amperometrický biosenzor
Ampérometrický biosenzor je samostatné zabudované zariadenie založené na množstve prúdu pochádzajúceho z oxidácie, ktoré ponúka presné kvantitatívne analytické informácie.
Spravidla majú tieto biosenzory reakčné časy, energetické rozsahy a citlivosť porovnateľné s potenciometrickými-biosenzormi. Jednoduchý amperometrický biosenzor, ktorý sa často používa, obsahuje elektródu „Clarkovho kyslíka“.
Pravidlo tohto biosenzora je založené na množstve toku prúdu medzi protielektródou a prácou, ktorá je podporovaná redoxnou reakciou na prevádzkovej elektróde. Výber analytických centier je nevyhnutný pre široký výber použití, ktoré zahŕňajú vysokovýkonný skríning liekov, kontrolu kvality, hľadanie a riešenie problémov a biologickú kontrolu.
3. Potenciometrické biosenzory
Tento typ biosenzora poskytuje logaritmickú odpoveď pomocou vysokého energetického rozsahu. Tieto biosenzory sú často kompletné monitorom, ktorý produkuje prototypy elektród ležiace na syntetickom substráte, pokryté výkonným polymérom a je pripojený nejaký enzým.
Skladajú sa z dvoch elektród, ktoré sú mimoriadne citlivé a silné. Umožňujú rozpoznávanie analytov na stupňoch, ktoré je možné dosiahnuť iba pomocou HPLC, LC / MS a bez presnej prípravy modelu.
Všetky typy biosenzorov zvyčajne zaberajú najmenej prípravy vzorky, pretože biologická detekčná zložka je pre vybraný analyt mimoriadne vybraná. Zmenami fyzikálnymi a elektrochemickými bude signál generovaný vo vrstve vodivého polyméru v dôsledku modifikačného deja na vonkajšej strane biosenzora.
Tieto zmeny možno pripísať iónovej sile, hydratácii, pH a redoxným reakciám, neskôr ako značka enzýmu rotujúceho nad substrátom. Vo FET , vstupný terminál bol zmenený pomocou protilátky alebo enzýmu, môže tiež vycítiť veľmi malú pozornosť rôznych analytov, pretože potreba analytu smerom k vstupnému terminálu robí úpravy v odtoku na zdrojový prúd.
4. Impedimetrické biosenzory
EIS (elektrochemická impedančná spektroskopia) je responzívny indikátor pre širokú škálu fyzikálnych, ako aj chemických vlastností. V súčasnosti sa pozoruje stúpajúci trend rozširovania impedimetrických biosenzorov. Techniky Impedimetric boli uskutočnené s cieľom odlíšiť vynález biosenzorov, ako aj skúmať katalyzované reakcie enzýmov lektíny, nukleové kyseliny, receptory, celé bunky a protilátky.
5. Voltametrický biosenzor
Táto komunikácia je základom nového voltametrického biosenzora, ktorý si všimne akrylamid. Tento biosenzor bol vyrobený s elektródou z uhlíkového lepidla upravenou pomocou Hb (hemoglobín), ktorá obsahuje štyri prostatické skupiny lemu (Fe). Tento typ elektródy vykazuje reverzibilný oxidačný alebo redukčný postup Hb (Fe).
Fyzikálny biosenzor
V podmienkach klasifikácie sú fyzikálne biosenzory najzákladnejšie a najbežnejšie používané senzory. Hlavné myšlienky tejto kategorizácie sa tiež dejú z inšpekcie ľudskej mysle. Ako všeobecná pracovná metóda inteligencie sluchu, zraku, hmatu má reagovať na vonkajšie fyzické podnety, a preto bolo akékoľvek detekčné zariadenie, ktoré ponúka reakciu na fyzické vlastníctvo média, pomenované ako fyzický biosenzor.
Fyzikálne biosenzory sú rozdelené do dvoch typov, a to piezoelektrický biosenzor a termometrický biosenzor.
Piezoelektrické biosenzory
Tieto snímače sú súborom analytických zariadení, ktoré pracujú na zákone „záznamu afinitnej interakcie“. Platformou piezoelektrického prvku je senzorový prvok, ktorý pracuje na zákone transformácie oscilácií v dôsledku zhromažďovacieho skoku na povrchu piezoelektrického kryštálu. V tejto analýze sú biosenzory, ktoré majú svoj modifikovaný povrch s antigénom alebo protilátkou, molekulárne označeným polymérom a dedičnými informáciami. Deklarované detekčné časti sú zvyčajne spojené pomocou nanočastíc.
Termometrický biosenzor
S vynálezom tepla súvisia rôzne druhy biologických reakcií, ktoré tvoria základ termometrických biosenzorov. Tieto snímače sa zvyčajne nazývajú termálne biosenzory
Teplomer na meranie sa používa biosenzor alebo odhadnúť sérový cholesterol. Keď sa cholesterol oxiduje prostredníctvom enzýmu, ktorý oxiduje, potom sa vytvorí teplo, ktoré sa dá vypočítať. Podobne je možné pomocou týchto biosenzorov vykonať stanovenie glukózy, močoviny, kyseliny močovej a penicilínu G.
Optický biosenzor
Optický biosenzor je zariadenie, ktoré využíva princíp optického merania. Používajú vláknová optika ako aj optoelektronické prevodníky. Pojem optróda predstavuje kompresiu dvoch pojmov optická a elektróda. Tieto snímače zahŕňajú hlavne protilátky a enzýmy, ako sú transdukčné prvky.
Optické biosenzory umožňujú bezpečné neelektrické neprístupné snímanie zariadení. Ďalšou výhodou je, že tieto často nepotrebujú referenčné snímače, pretože porovnávací signál je možné vyrobiť použitím podobného zdroja svetla, ako je vzorkovací snímač. Optické biosenzory sú rozdelené do dvoch typov, a to biosenzor priamej optickej detekcie a značený biosenzor optickej detekcie.
Nositeľné biosenzory
Nositeľný biosenzor je digitálne zariadenie používané na nosenie na ľudskom tele v rôznych nositeľných systémoch, ako sú inteligentné hodinky, inteligentné košele, tetovanie, ktoré umožňujú hladinu glukózy v krvi, TK, frekvenciu srdca atď.
V dnešnej dobe si môžeme všimnúť, že tieto snímače vysielajú svetu signál zlepšenia. Ich lepšie použitie a jednoduchosť môžu poskytnúť pôvodnú úroveň skúseností s kondičným stavom pacienta v reálnom čase. Táto dostupnosť údajov umožní vynikajúci klinický výber a bude mať vplyv na vylepšené zdravotné výsledky a mimoriadne schopné využitie systémov zdravotnej starostlivosti.
Pre ľudí môžu tieto snímače pomôcť pri predčasnom rozpoznaní zdravotných účinkov a pri prevencii hospitalizácie. Možnosť týchto senzorov znížiť pobyt v nemocnici a readmisiu určite priláka pozitívne povedomie v nadchádzajúcej budúcnosti. Vyšetrovacie informácie tiež hovoria, že WBS určite prinesie do sveta nákladovo efektívne nositeľné zdravotnícke vybavenie.
Aplikácie biosenzorov
V posledných rokoch sa tieto snímače stali veľmi populárnymi a sú použiteľné v rôznych oblastiach, ktoré sú spomenuté nižšie.
- Spoločná kontrola zdravotnej starostlivosti
- Meranie metabolitov
- Skríning choroby
- Liečba inzulínom
- Klinická psychoterapia a diagnostika chorôb
- Vo vojenčine
- Poľnohospodárske a veterinárne aplikácie
- Zlepšovanie drog, zisťovanie priestupkov
- Spracovanie a monitorovanie v priemysle
- Ekologická kontrola znečisťovania
Z vyššie uvedeného článku nakoniec môžeme vyvodiť záver biosenzory a bioelektronika boli použité v mnohých oblastiach zdravotníctva, výskumu prírodných vied, životného prostredia, potravín a vojenských aplikácií. Ďalej je možné tieto senzory vylepšiť ako nanobiotechnológiu. Najlepším príkladom budúceho využitia nanobiotechnológií je elektronický papier, kontaktné šošovky a morph spoločnosti Nokia. Je tu pre vás otázka, čo sú nositeľné biosenzory?
