Ensimmäisen biosensorin keksi vuonna 1950 amerikkalainen biokemisti L.L Clark. Tätä biosensoria käytetään veren hapen mittaamiseen, ja tässä anturissa käytetty elektrodi on nimetty Clark-elektrodiksi tai happielektrodiksi. Sen jälkeen happi-elektrodille kerrostettiin geeli, jossa oli glukoosia hapettava entsyymi, verensokerin laskemiseksi. Vastaavasti entsyymiureaasia käytettiin elektrodin kanssa, joka keksittiin erityisesti NH4 ++ -ioneille urean laskemiseksi kehon nesteissä, kuten virtsassa ja veressä.
Biosensoreita on markkinoilla kolme sukupolvea. Ensimmäisen tyyppisessä biosensorissa tuotteen reaktio leviää anturiin ja aiheuttaa sähköisen reaktion. Toisessa tyypissä anturiin liittyy erityisesti välittäjiä anturin ja vasteen välillä paremman vasteen tuottamiseksi. Kolmannessa tyypissä vaste itsessään aiheuttaa reaktion eikä mikään välittäjä ole suoraan mukana. Tämä artikkeli antaa yleiskatsauksen biosensorista, biosensorien toiminta, erilaisia ja sen sovelluksia.
Mikä on biosensori?
Biosensorit voidaan määritellä analyyttisiksi laitteiksi, jotka sisältävät biologisten ilmaisuelementtien, kuten anturijärjestelmän ja anturin, yhdistelmän. Kun verrataan muihin tällä hetkellä olemassa oleviin diagnostisiin laitteisiin, nämä anturit ovat edenneet selektiivisyyden ja herkkyyden olosuhteissa. näiden biosensorien sovelluksia Sisältää pääasiassa ekologisen pilaantumisen torjunnan sekä maataloudessa että elintarviketeollisuudessa. Biosensorien pääpiirteet ovat vakaus, hinta, herkkyys ja toistettavuus.
Biosensorin pääkomponentit
lohkokaavio Biosensorin osa sisältää kolme segmenttiä, nimittäin anturin, anturin ja siihen liittyvät elektronit. Ensimmäisessä segmentissä anturi on reagoiva biologinen osa, toinen segmentti on ilmaisinosa, joka muuttaa tuloksena olevan signaalin analyytin kosketuksesta ja tuloksia varten näkyvällä tavalla. Viimeinen osa käsittää vahvistin joka tunnetaan signaalin säätöpiirinä, näyttöyksikkönä sekä prosessorina.
Biosensoreiden toimintaperiaate
Tavallisesti tietty entsyymi tai edullinen biologinen materiaali deaktivoidaan joillakin tavanomaisilla menetelmillä, ja deaktivoitu biologinen materiaali on läheisessä kosketuksessa muuntimen kanssa. Analyytti muodostaa yhteyden biologiseen esineeseen muodostaakseen selkeän analyytin, joka puolestaan antaa laskettavan elektronisen reaktion. Joissakin esimerkeissä analyytti vaihdetaan laitteeksi, joka voidaan liittää kaasun, lämmön, elektroni-ionien tai vetyionien purkautumiseen. Tässä, anturi voi muuttaa laitetta kytketyt muunnokset sähköisiksi signaaleiksi, joita voidaan muuttaa ja laskea.
Biosensorien toiminta
Anturin sähköinen signaali on usein matala ja peittää melko korkealla lähtötasolla. Yleensä signaalinkäsittely sisältää sijainnin lähtösignaalin vähentämisen, joka saadaan läheisyyteen muunnimelta ilman biokatalyytin peitettä.
Biosensorireaktion suhteellisen hidas luonne helpottaa merkittävästi sähköisen kohinasuodatuksen ongelmaa. Tässä vaiheessa suora lähtö on analoginen signaali, mutta se muutetaan digitaaliseen muotoon ja hyväksytään mikroprosessori vaihe, jossa informaatio etenee, vaikuttaa ensisijaisiin yksiköihin ja o / p tietovarastoon.
Biosensorityypit
Erityyppiset biosensorit luokitellaan anturilaitteen ja jäljempänä esitetyn biologisen materiaalin perusteella.
1. Sähkökemiallinen biosensori
Yleensä sähkökemiallinen biosensori perustuu elektroneja kuluttavan tai tuottavan entsymaattisen katalyysin reaktioon. Tällaisia entsyymejä kutsutaan Redox-entsyymeiksi. Tämän biosensorin alustassa on yleensä kolme elektrodia, kuten laskuri, referenssi ja työtyyppi.
Kohde-analyytti on mukana aktiivisen elektrodin pinnalla tapahtuvassa vasteessa, ja tämä reaktio voi aiheuttaa myös elektroninsiirron kaksikerroksisen potentiaalin yli. Virta voidaan laskea asetetulla potentiaalilla.
Sähkökemialliset biosensorit luokitellaan neljään tyyppiin
- Amperometriset biosensorit
- Potentiometriset biosensorit
- Impedimetriset biosensorit
- Voltammetriset biosensorit
2. Amperometrinen biosensori
Amperometrinen biosensori on itsenäinen integroitu laite, joka perustuu hapetuksesta aiheutuvan virran määrään ja joka tarjoaa tarkat kvantitatiiviset analyyttiset tiedot.
Yleensä näillä biosensoreilla on reaktioajat, energia-alueet ja herkkyydet, jotka ovat verrattavissa potentiometrisiin biosensoreihin. Yksinkertainen amperometrinen biosensori usein käytettynä sisältää “Clark-happi” -elektrodin.
Tämän biosensorin sääntö perustuu vastalektrodin ja virran välisen virran määrään ja toimintaan, jota kannustaa redox-vaste käyttöelektrodissa. Analyyttikeskusten valitseminen on välttämätöntä laajalle käyttötarkoitukselle, mukaan lukien suuritehoinen lääkeseulonta, laadunvalvonta, ongelmien löytäminen ja käsittely sekä biologinen tarkastus.
3. Potentiometriset biosensorit
Tämän tyyppinen biosensori antaa logaritmisen vastauksen suurenergisen alueen avulla. Nämä biosensorit ovat usein täydellisiä monitorin avulla, joka tuottaa elektrodiprototyypit, jotka makaavat synteettisellä substraatilla, joka on kytketty toimivalla polymeerillä jonkin entsyymin kanssa.
Ne käsittävät kaksi elektrodia, jotka ovat erittäin herkkiä ja vahvoja. Ne mahdollistavat analyyttien tunnistamisen vaiheissa ennen kuin ne voidaan saavuttaa vain HPLC: llä, LC / MS: llä ja ilman tarkkaa mallivalmistelua.
Kaikentyyppiset biosensorit käyttävät yleensä vähiten näytteen valmistelua, koska biologinen detektiokomponentti on erittäin valittavissa ongelmallisessa analyytissä. Fysikaalisten ja sähkökemiallisten muutosten seurauksena signaali syntyy johtavan polymeerikerroksen vaikutuksesta johtuen modifioinnista, joka tapahtuu biosensorin ulkopuolella.
Nämä muutokset voidaan hyvittää ionivoimaksi, nesteytykseksi, pH: ksi ja redoksivasteiksi, myöhemmin substraatin yläpuolella pyörivän entsyymin leimana. FET: issä , portin päätelaite on vaihdettu vasta-aineella tai entsyymillä, se voi myös havaita erilaisten analyyttien erittäin matalan huomion, koska analyytin vaatimus porttia kohti tekee modifikaation tyhjennyksessä virran lähteeksi.
4. Impedimetriset biosensorit
EIS (sähkökemiallinen impedanssispektroskopia) on reagoiva indikaattori monille fysikaalisille ja kemiallisille ominaisuuksille. Impedimetristen biosensorien laajenemisen suuntaus on tällä hetkellä havaittavissa. Impedimetriset tekniikat on toteutettu erottamaan biosensorien keksintö sekä tutkimaan entsyymien, lektiinien, nukleiinihappojen, reseptorien, kokosolujen ja vasta-aineiden katalysoituja reaktioita.
5. Voltammetrinen biosensori
Tämä tiedonsiirto on perustana uudelle voltammetriselle biosensorille akryyliamidin havaitsemiseksi. Tämä biosensori rakennettiin hiililiimaelektrodilla, joka on räätälöity Hb: llä (hemoglobiini), joka sisältää neljä helma-eturauhasryhmää (Fe). Tämän tyyppinen elektrodi osoittaa Hb: n (Fe) palautuvan hapettumisen tai pelkistämisen.
Fyysinen biosensori
Luokitteluolosuhteissa fyysiset biosensorit ovat perustavanlaatuisimpia sekä laajasti käytettyjä antureita. Tärkeimmät ajatukset tämän luokittelun takana syntyvät myös ihmismielen tarkastamisesta. Koska kuulon, näön, kosketuksen älykkyyden taustalla oleva yleinen työskentelytapa on reagoida fyysisiin ulkoisiin ärsykkeisiin, minkä vuoksi kaikki havaitsemislaitteet, jotka tarjoavat reaktion väliaineen fyysisiin omaisuuksiin, nimettiin fyysiseksi biosensoriksi.
Fyysiset biosensorit luokitellaan kahteen tyyppiin, nimittäin pietsosähköiseen biosensoriin ja termometriseen biosensoriin.
Pietsosähköiset biosensorit
Nämä anturit ovat joukko analyyttisiä laitteita, jotka toimivat 'affiniteettivuorovaikutuksen tallentamisen' lailla. Pietsosähköisen alusta on anturielementti, joka toimii värähtelymuutosten lain perusteella pietsosähköisen kiteen pinnalla olevan keräyshyppyn vuoksi. Tässä analyysissä biosensorit, joiden modifioitu pinta on antigeenillä tai vasta-aineella, molekyylileimattu polymeeri ja perinnölliset tiedot. Ilmoitetut detektio-osat yhdistetään normaalisti nanohiukkasilla.
Termometrinen biosensori
Lämmön keksintöön liittyy erityyppisiä biologisia reaktioita, ja tämä muodostaa lämpömetristen biosensorien perustan. Nämä anturit nimetään yleensä lämpöbiosensoreiksi
Lämpömittari- biosensoria käytetään mittaamiseen tai arvioi seerumin kolesteroli. Kun kolesteroli saa hapetettua kolesterolin oksidoituvan entsyymin kautta, syntyy lämpö, joka voidaan laskea. Vastaavasti glukoosin, urean, virtsahapon ja penisilliini G: n arviointi voidaan tehdä näillä biosensoreilla.
Optinen biosensori
Optinen biosensori on laite, joka käyttää optista mittausperiaatetta. He käyttävät kuituoptiikka samoin kuin optoelektroniset anturit. Termi optrodi edustaa kahden termin optinen ja elektrodi pakkaamista. Nämä anturit sisältävät pääasiassa vasta-aineita ja entsyymejä, kuten transduktoivat elementit.
Optiset biosensorit mahdollistavat laitteiden turvallisen tunnistamisen sähköisesti. Lisäetuna on, että nämä eivät useinkaan tarvitse referenssiantureita, koska vertaileva signaali voidaan tuottaa käyttämällä samanlaista valonlähdettä kuin näytteistysanturi. Optiset biosensorit luokitellaan kahteen tyyppiin, nimittäin suoran optisen havaitsemisen biosensoriin ja leimattuun optisen tunnistuksen biosensoriin.
Käytettävät biosensorit
Pukeutuva biosensori on digitaalinen laite, jota käytetään kuluttamaan ihmiskehoa erilaisissa puettavissa järjestelmissä, kuten älykellot, älykkäät paidat, tatuoinnit, jotka mahdollistavat verensokeritason, verenpaineen, syketiheyden jne.
Nykyään voimme huomata, että nämä anturit antavat signaalin kehityksestä maailmalle. Niiden parempi käyttö ja helppous voivat antaa alkuperäisen kokemuksen potilaan reaaliaikaisesta kuntotilasta. Tämä tietojen saatavuus antaa paremman kliinisen valinnan ja vaikuttaa parantuneisiin terveystuloksiin ja terveydenhuoltojärjestelmien erityisen kykyiseen käyttöön.
Ihmisille nämä anturit voivat auttaa terveystoimien ennenaikaisessa tunnistamisessa ja sairaalahoidon ehkäisyssä. Näiden anturien mahdollisuus vähentää sairaalassa oleskelua ja takaisinottoa herättää varmasti positiivista tietoisuutta tulevaisuudessa. Tutkimustietojen mukaan WBS kuljettaa varmasti kustannustehokkaita puettavia terveydenhuollon laitteita maailmalle.
Biosensorien sovellukset
Viime vuosina näistä antureista on tullut erittäin suosittuja, ja niitä voidaan käyttää eri aloilla, jotka mainitaan alla.
- Yhteinen terveystarkastus
- Metaboliittien mittaus
- Sairauden seulonta
- Insuliinihoito
- Kliininen psykoterapia ja taudin diagnoosi
- Armeijassa
- Maatalous- ja eläinlääketieteelliset sovellukset
- Huumeiden parantaminen, rikkomusten havaitseminen
- Jalostus ja valvonta teollisuudessa
- Ekologisen pilaantumisen hallinta
Edellä olevasta artikkelista voimme lopuksi päätellä sen biosensorit ja bioelektroniikka on käytetty monilla terveydenhuollon, biotieteellisen tutkimuksen, ympäristö-, elintarvike- ja sotilasalalla. Lisäksi näitä antureita voidaan parantaa nanobioteknologiana. Paras esimerkki nanobioteknologian tulevasta käytöstä ovat elektroninen paperi, piilolinssit ja Nokia morph. Tässä on kysymys sinulle, mitä ovat puettavat biosensorit?
