Pirmo biosensoru 1950. gadā izgudroja amerikāņu bioķīmiķis “L.L Clark”. Šo biosensoru izmanto, lai noteiktu skābekli asinīs, un šajā sensorā izmantoto elektrodu sauc par Clark elektrodu vai skābekļa elektrodu. Pēc tam uz skābekļa elektroda tika uzklāts gēls ar glikozes oksidētāja enzīmu, lai aprēķinātu cukura līmeni asinīs. Attiecīgi enzīma ureāzi izmantoja ar elektrodu, kas tika īpaši izgudrots NH4 ++ joniem, lai aprēķinātu urīnvielu ķermeņa šķidrumos, piemēram, urīnā un asinīs.
Tirgū ir pieejamas trīs biosensoru paaudzes. Pirmā tipa biosensorā produkta reakcija izkliedējas uz sensoru un izraisa elektrisko reakciju. Otrajā gadījumā sensors jo īpaši iesaista starpniekus starp sensoru un reakciju, lai radītu labāku reakciju. Trešajā tipā reakcija pati par sevi izraisa reakciju, un neviens starpnieks nav tieši iesaistīts. Šis raksts sniedz pārskatu par biosensoru, biosensoru darbība, dažādu veidu un to pielietojumu.
Kas ir biosensors?
Biosensorus var definēt kā analītiskas ierīces, kas ietver bioloģisko detektoru, piemēram, sensoru sistēmas un devēja, kombināciju. Salīdzinot ar jebkuru citu pašreizējo diagnostikas ierīci, šie sensori ir uzlabotas selektivitātes, kā arī jutīguma apstākļos. The šo biosensoru lietojumi galvenokārt ietver ekoloģiskā piesārņojuma kontroles pārbaudi lauksaimniecības jomā, kā arī pārtikas rūpniecībā. Biosensoru galvenās iezīmes ir stabilitāte, izmaksas, jutīgums un reproducējamība.
Biosensora galvenie komponenti
The blokshēma Biosensora daļa ietver trīs segmentus, proti, sensoru, pārveidotāju un saistītos elektronus. Pirmajā segmentā sensors ir atsaucīga bioloģiskā daļa, otrais ir detektora daļa, kas maina iegūto signālu no analizējamās vielas kontakta un rezultātiem, kurus tas parāda pieejamā veidā. Pēdējā sadaļa sastāv no pastiprinātājs kas ir pazīstama kā signāla kondicionēšanas shēma, displeja bloks, kā arī procesors.
Biosensoru darba princips
Parasti konkrēts ferments vai vēlamais bioloģiskais materiāls tiek deaktivizēts ar dažām parastajām metodēm, un deaktivizētais bioloģiskais materiāls ir gandrīz kontaktā ar pārveidotāju. Analīts savienojas ar bioloģisko objektu, lai izveidotu skaidru analītu, kas savukārt dod elektronisko reakciju, kuru var aprēķināt. Dažos piemēros analizējamais tiek mainīts uz ierīci, kas var būt savienota ar gāzes, siltuma, elektronu jonu vai ūdeņraža jonu izlādi. Šajā, devējs var mainīt ierīci, kas savienota, pārveido par elektriskiem signāliem, kurus var mainīt un aprēķināt.
Biosensoru darbība
Pārveidotāja elektriskais signāls bieži ir zems un pārklājas uz diezgan augstas bāzes līnijas. Parasti signālu apstrāde ietver pozīcijas bāzes signāla atņemšanu, kas iegūts no saistītā pārveidotāja bez biokatalizatora pārklājuma.
Biosensora reakcijas salīdzinoši lēnais raksturs ievērojami atvieglo elektriskā trokšņa filtrēšanas problēmu. Šajā posmā tiešā izeja būs analogais signāls, tomēr tas tiek pārveidots digitālā formā un pieņemts mikroprocesors fāze, kurā informācija tiek virzīta, ietekmēta vēlamajās vienībās un o / p datu krātuvē.
Biosensoru veidi
Dažādos biosensoru tipus klasificē, pamatojoties uz sensora ierīci, kā arī uz bioloģisko materiālu, kas tiek apspriests turpmāk.
1. Elektroķīmiskais biosensors
Parasti elektroķīmiskā biosensora pamatā ir fermentatīvās katalīzes reakcija, kas patērē vai ģenerē elektronus. Šādi fermentu veidi tiek saukti par Redox fermentiem. Šī biosensora substrāts parasti satur trīs elektrodus, piemēram, skaitītāju, atskaites punktu un darba veidu.
Objekta analīts ir iesaistīts reakcijā, kas notiek uz aktīvā elektroda virsmas, un šī reakcija var izraisīt arī elektronu pārnesi pāri divslāņu potenciālam. Strāvu var aprēķināt ar noteiktu potenciālu.
Elektroķīmiskos biosensorus klasificē četros veidos
- Amperometriskie biosensori
- Potenciometriskie biosensori
- Impedimetriskie biosensori
- Voltammetriskie biosensori
2. Amperometriskais biosensors
Amperometriskais biosensors ir iebūvēta ierīce, kuras pamatā ir strāvas daudzums, kas rodas no oksidēšanās, sniedzot precīzu kvantitatīvu analītisko informāciju.
Parasti šiem biosensoriem ir reakcijas laiks, enerģētiskais diapazons un jutīgums, kas ir salīdzināms ar potenciometriskajiem biosensoriem. Vienkāršais amperometriskais biosensors, kas bieži tiek lietots, ietver elektrodu “Clark skābeklis”.
Šī biosensora noteikums ir balstīts uz strāvas plūsmas daudzumu starp pretelektrodu un darbu, ko veicina redoksreakcija uz darba elektrodu. Analītu centru izvēle ir būtiska plašai lietojumu izvēlei, kas ietver augstas caurlaidspējas zāļu skrīningu, kvalitātes kontroli, problēmu atrašanu un apstrādi, kā arī bioloģisko pārbaudi.
3. Potenciometriskie biosensori
Šāda veida biosensors nodrošina logaritmisku atbildi, izmantojot augstu enerģētisko diapazonu. Šie biosensori bieži tiek pabeigti, uzraugot elektrodu prototipus, kas atrodas uz sintētiskā materiāla, uz kuriem ir pievienots darbojošs polimērs ar kādu fermentu.
Tie sastāv no diviem ļoti reaģējošiem un spēcīgiem elektrodiem. Tie ļauj atpazīt analītus stadijās, pirms tos var sasniegt tikai ar HPLC, LC / MS un bez precīzas modeļa sagatavošanas.
Visu veidu biosensori parasti aizņem vismazāko parauga sagatavošanu, jo bioloģiskās detektēšanas komponents ir ārkārtīgi izvēlīgs problemātiskajai analītei. Mainoties fizikālajām un elektroķīmiskajām īpašībām, signālu ģenerēs vadošā polimēra slānis modifikāciju dēļ, kas notiek biosensora ārpusē.
Šīs izmaiņas var tikt attiecinātas uz jonu spēku, hidratāciju, pH un redoksreakcijām, vēlāk kā fermenta rotācija, kas rotē virs substrāta. FETs , vārtu terminālis ir mainīts ar antivielu vai fermentu, var arī sajust ļoti zemu dažādu analītu uzmanību, jo nepieciešamais analīts pret vārtu termināli padara modifikāciju kanalizācijā, lai iegūtu strāvu.
4. Impedimetriskie biosensori
EIS (elektroķīmiskās pretestības spektroskopija) ir atsaucīgs rādītājs plaša spektra fizikālajām, kā arī ķīmiskajām īpašībām. Pašlaik tiek novērota pieaugoša impedimetrisko-biosensoru paplašināšanās tendence. Lai diferencētu biosensoru izgudrojumu, kā arī pārbaudītu enzīmu lektīnu, nukleīnskābju, receptoru, veselu šūnu un antivielu katalizētās reakcijas, ir veiktas impedimetriskās metodes.
5. Voltammetriskais biosensors
Šī komunikācija ir jauna volmetriskā biosensora pamats, lai pamanītu akrilamīdu. Šis biosensors tika uzbūvēts ar oglekļa līme elektrodu, kas pielāgots Hb (hemoglobīnam), kurā ietilpst četras hem (prostatas) prostatas grupas. Šis elektrodu tips parāda atgriezenisku Hb (Fe) oksidēšanas vai reducēšanas procedūru.
Fiziskais biosensors
Klasifikācijas apstākļos fiziskie biosensori ir visbūtiskākie, kā arī plaši izmantotie sensori. Šīs kategorizēšanas galvenās idejas rodas arī, pārbaudot cilvēku prātus. Tā kā dzirdes, redzes, pieskāriena inteliģences vispārējā darba metode ir reakcija uz ārējiem fiziskajiem stimuliem, tāpēc jebkura detektēšanas ierīce, kas piedāvā reakciju uz barotnes fizisko īpašību, tika nosaukta par fizisku biosensoru.
Fizikālos biosensorus klasificē divos veidos, proti, pjezoelektriskajā biosensorā un termometriskajā biosensorā.
Pjezoelektriskie biosensori
Šie sensori ir analītisku ierīču kolekcija, kas darbojas pēc “afinitātes mijiedarbības reģistrēšanas” likuma. Pjezoelektriskā platforma ir sensora elements, kas darbojas uz svārstību transformācijas likumu, pateicoties savākšanas lēcienam uz pjezoelektriskā kristāla virsmas. Šajā analīzē biosensori ar modificētu virsmu ar antigēnu vai antivielu, molekulāri apzīmogotu polimēru un pārmantojamu informāciju. Deklarētās detektēšanas daļas parasti apvieno, izmantojot nanodaļiņas.
Termometriskais biosensors
Ir dažādi bioloģisko reakciju veidi, kas saistīti ar siltuma izgudrošanu, un tas padara termometrisko biosensoru pamatu. Šos sensorus parasti sauc par termiskiem biosensoriem
Termometriski biosensoru izmanto mērīšanai vai novērtējiet holesterīna līmeni serumā. Kad holesterīns oksidējas caur fermentu, holesterīns oksidējas, tad radīsies siltums, kuru var aprēķināt. Tāpat ar šiem biosensoriem var novērtēt glikozi, urīnvielu, urīnskābi un penicilīnu G.
Optiskais biosensors
Optiskais biosensors ir ierīce, kas izmanto optiskā mērījuma principu. Viņi izmanto šķiedru optika kā arī optoelektroniskos devējus. Termins optrode apzīmē divu optiskā un elektroda terminu saspiešanu. Šie sensori galvenokārt ietver antivielas un enzīmus, piemēram, pārnešanas elementus.
Optiskie biosensori ļauj droši uztvert iekārtas, kuras nav pieejamas elektriski. Papildu ieguvums ir tas, ka tiem bieži nav vajadzīgi atsauces sensori, jo salīdzinošo signālu var radīt, izmantojot līdzīgu gaismas avotu, piemēram, paraugu ņemšanas sensoru. Optiskos biosensorus klasificē divos veidos, proti, tiešās optiskās noteikšanas biosensors un marķēts optiskās noteikšanas biosensors.
Valkājami biosensori
Valkājamais biosensors ir digitāla ierīce, ko izmanto cilvēka ķermeņa valkāšanai dažādās valkājamās sistēmās, piemēram, viedajos pulksteņos, viedajos kreklos, tetovējumos, kas ļauj glikozes līmeni asinīs, BP, sirdsdarbības ātrumu utt.
Mūsdienās mēs varam pamanīt, ka šie sensori sniedz uzlabojumu signālu pasaulei. Viņu labāka izmantošana un vieglums var sniegt oriģinālu pieredzes līmeni pacienta reāllaika fitnesa statusā. Šī datu pieejamība ļaus pārspēt klīnisko izvēli un ietekmēs uzlabotus veselības rezultātus un īpaši spējīgu veselības sistēmu izmantošanu.
Cilvēkiem šie sensori var palīdzēt priekšlaicīgi atpazīt veselības darbības un novērst hospitalizāciju. Šo sensoru iespēja samazināt uzturēšanās laiku slimnīcās un uzņemšanu noteikti piesaistīs pozitīvu izpratni tuvākajā nākotnē. Izmeklēšanas informācija liecina, ka WBS noteikti visā pasaulē pārvadās rentablu valkājamu veselības aprīkojumu.
Biosensoru lietojumi
Pēdējos gados šie sensori ir kļuvuši ļoti populāri, un tie ir piemērojami dažādās jomās, kas minētas turpmāk.
- Kopēja veselības aprūpes pārbaude
- Metabolītu mērīšana
- Slimības skrīnings
- Ārstēšana ar insulīnu
- Klīniskā psihoterapija un slimību diagnostika
- Militārajā
- Lauksaimniecības un veterinārijas lietojumi
- Narkotiku uzlabošana, pārkāpumu atklāšana
- Apstrāde un uzraudzība rūpniecībā
- Ekoloģiskā piesārņojuma kontrole
Visbeidzot, no iepriekš minētā raksta mēs varam secināt biosensori un bioelektronika ir izmantoti daudzās veselības aprūpes, dzīvības zinātnes pētījumu, vides, pārtikas un militārās jomās. Turklāt šos sensorus var uzlabot kā nanobiotehnoloģiju. Labākais nanobiotehnoloģijas izmantošanas piemērs nākotnē ir elektroniskais papīrs, kontaktlēcas un Nokia morph. Šeit ir jautājums jums, kādi ir valkājami biosensori?
