Az első bioszenzort 1950-ben találta ki az amerikai L. L. Clark biokémikus. Ezt a bioszenzort használják a vér oxigénmérésére, és az ebben az érzékelőben használt elektródot Clark-elektródnak vagy oxigénelektródának nevezik. Ezután glükóz-oxidáló enzimet tartalmazó gélt rétegeztek az oxigén-elektródra a vércukor kiszámításához. Ennek megfelelően az enzim-ureázt egy elektróddal együtt használták fel, amelyet különösen az NH4 ++ -ionok számára találtak ki a karbamid kiszámításához a test folyadékaiban, például vizeletben és vérben.
A bioszenzorok három generációja kapható a piacon. Az első típusú bioszenzorban a termék reakciója szétszóródik az érzékelőhöz és elektromos reakciót vált ki. A második típusban az érzékelő különösen közvetítőket von be az érzékelő és a válasz között a jobb válasz elérése érdekében. A harmadik típusban maga a válasz okozza a reakciót, és egyenesen nincs közvetítő. Ez a cikk áttekintést nyújt a bioszenzorról, bioszenzorok működése, különböző típusai és alkalmazásai.
Mi az a bioszenzor?
A bioszenzorok olyan analitikai eszközökként definiálhatók, amelyek biológiai detektáló elemek, például szenzor rendszer és átalakító kombinációját tartalmazzák. Ha összehasonlítjuk bármely más jelenleg létező diagnosztikai eszközzel, ezek az érzékelők előrehaladottak a szelektivitás és az érzékenység körülményei között. A ezen bioszenzorok alkalmazásai főként az ökológiai szennyezés-ellenőrzés ellenőrzését tartalmazza a mezőgazdaságban és az élelmiszeriparban. A bioszenzorok fő jellemzői a stabilitás, a költségek, az érzékenység és a reprodukálhatóság.
A bioszenzor fő elemei
A blokk diagramm A bioszenzor három szegmenst tartalmaz, nevezetesen az érzékelőt, az átalakítót és a kapcsolódó elektronokat. Az első szegmensben az érzékelő érzékeny biológiai rész, a második szegmens az a detektorrész, amely megváltoztatja az analit érintkezéséből eredő jelet, és az elérhető módon megjeleníti az eredményeket. Az utolsó szakasz a következőket tartalmazza: egy erősítő amelyet jelkezelő áramkörnek, egy kijelző egységnek, valamint a processzornak neveznek.
A bioszenzorok működési elve
Általában egy adott enzimet vagy egy előnyös biológiai anyagot a szokásos módszerekkel dezaktiválnak, és a dezaktivált biológiai anyag szoros kapcsolatban áll a jelátalakítóval. Az analit a biológiai tárgyhoz kapcsolódva tiszta analitot képez, amely viszont a kiszámítható elektronikus reakciót adja. Néhány példában az analit készülékre változik, amely összekapcsolható gáz, hő, elektronionok vagy hidrogénionok kisülésével. Ebben, a jelátalakító megváltoztathatja a csatlakoztatott eszközt, amely átalakítható és kiszámítható elektromos jelekké alakul.
Bioszenzorok működése
Az átalakító elektromos jele gyakran alacsony, és meglehetősen magas alapvonalon fedi át. Általában a jelfeldolgozás magában foglalja a helyzet alapjelének levonását, amelyet egy rokon átalakítótól kapott, biokatalizátor-burkolat nélkül.
A bioszenzor reakció viszonylag lassú jellege jelentősen megkönnyíti az elektromos zajszűrés problémáját. Ebben a szakaszban a közvetlen kimenet analóg jel lesz, azonban digitális formába változtatja és elfogadja mikroprocesszor fázis, ahol az információ előrehalad, befolyásolja az előnyben részesített egységeket és o / p az adattárolóhoz.
A bioszenzorok típusai
A különböző típusú bioszenzorokat az érzékelő eszköz, valamint az alábbiakban tárgyalt biológiai anyag alapján osztályozzák.
1. Elektrokémiai bioszenzor
Általában az elektrokémiai bioszenzor az enzimatikus katalízis reakcióján alapul, amely elektronokat fogyaszt vagy generál. Az ilyen típusú enzimeket Redox enzimeknek nevezik. Ennek a bioszenzornak a szubsztrátja általában három elektródot tartalmaz, például egy számlálót, referenciát és munkatípust.
Az objektumanaléta részt vesz egy aktív elektróda felületén bekövetkező válaszban, és ez a reakció elektrontranszfert is előidézhet a kétrétegű potenciálon keresztül. Az áram kiszámítható egy beállított potenciál mellett.
Az elektrokémiai bioszenzorokat négy típusba sorolják
- Amperometrikus bioszenzorok
- Potenciometrikus bioszenzorok
- Impedimetrikus bioszenzorok
- Voltammetrikus bioszenzorok
2. Amperometrikus bioszenzor
Az amperometrikus bioszenzor egy önálló beépített eszköz, amely az oxidációból származó áram mennyiségén alapul, pontos mennyiségi analitikai információkat nyújt.
Ezeknek a bioszenzoroknak általában a potenciometriás bioszenzorokhoz hasonló reakcióideje, energetikai tartománya és érzékenysége van. A gyakran használt egyszerű amperometrikus bioszenzor tartalmazza a „Clark oxigén” elektródot.
Ennek a bioszenzornak a szabálya az ellenelektróda közötti áramlásmennyiségen és a működésen alapul, amelyet a működési elektródánál bekövetkező redox válasz ösztönöz. Az analitközpontok kiválasztása elengedhetetlen a felhasználások széles választékához, ideértve a nagy áteresztőképességű gyógyszer-szűrést, a minőségellenőrzést, a problémák felkutatását és kezelését, valamint a biológiai ellenőrzést.
3. Potenciometrikus bioszenzorok
Ez a fajta bioszenzor logaritmikus választ ad a nagy energetikai tartomány révén. Ezek a bioszenzorok gyakran teljesek, ha monitorral állítják elő az elektród prototípusokat, amelyek egy szintetikus szubsztrátumon fekszenek, és amelyet egy teljesítõ polimer borít valamilyen enzimmel.
Két elektródából áll, amelyek rendkívül érzékenyek és erősek. Lehetővé teszik az analitok felismerését olyan szakaszokban, amelyek csak HPLC-vel, LC / MS-mel érhetők el és pontos modell-előkészítés nélkül.
Az összes típusú bioszenzor általában a legkevesebb mintát készíti el, mivel a biológiai detektáló komponens rendkívül válogatós a zavart elemzéshez. A fizikai és elektrokémiai változások eredményeként a jelet a vezető polimer rétegben generálja a bioszenzor külső részén bekövetkező módosítás miatt.
Ezeknek a változásoknak tulajdonítható az ionerő, a hidratáció, a pH és a redox válaszok, amelyek később a szubsztrát felett forgó enzim jelöléseként jelentkeznek. A FET-ekben A kaputerminált ellenanyaggal vagy enzimmel megváltoztatták, és érzékeli a különböző analitok nagyon alacsony figyelmét is, mivel a kaputerminál felé szükséges analitum módosítja a lefolyó áramát.
4. Impedimetrikus bioszenzorok
Az EIS (elektrokémiai impedancia spektroszkópia) a fizikai, valamint a kémiai tulajdonságok széles skálájára érzékeny mutató. Jelenleg növekvő tendencia figyelhető meg az impedimetrikus-bioszenzorok terjeszkedése felé. Az impedimetriás technikákat a bioszenzorok találmányának megkülönböztetésére, valamint a lektinek, nukleinsavak, receptorok, teljes sejtek és antitestek enzimjeinek katalizált reakcióinak vizsgálatára hajtották végre.
5. Voltammetrikus bioszenzor
Ez a kommunikáció az akrilamid észlelésére szolgáló új voltammetrikus bioszenzor alapja. Ezt a bioszenzort egy Hb-vel (hemoglobin) testreszabott szénragasztó elektróddal építették, amely a szegély négy prosztata-csoportját (Fe) tartalmazza. Ez a fajta elektróda a Hb (Fe) reverzibilis oxidációs vagy redukciós eljárását mutatja.
Fizikai Bioszenzor
Az osztályozás körülményei között a fizikai bioszenzorok a legalapvetőbbek, valamint a széles körben használt érzékelők. A kategorizálás mögött álló fő gondolatok az emberi elmék vizsgálatából is származnak. Mivel a hallás, a látás, az érintés intelligenciájának általános munkamódszere a külső fizikai ingerekre való reagálás, ezért minden érzékelő eszközt fizikai bioszenzorként neveztek meg, amely reakciót kínál a közeg fizikai tulajdonságaira.
A fizikai bioszenzorokat két típusba sorolják, nevezetesen a piezoelektromos bioszenzort és a hőmérő bioszenzort.
Piezoelektromos bioszenzorok
Ezek az érzékelők analitikai eszközök gyűjteménye, amelyek az „affinitás-interakció rögzítés” törvényén dolgoznak. A piezoelektromos platform egy érzékelőelem, amely a piezoelektromos kristály felületén lévő gyűjtőugrás következtében működő rezgések transzformációjának törvényén működik. Ebben az elemzésben olyan bioszenzorok vannak, amelyeknek felülete módosított antigénnel vagy antitesttel, molekulárisan bélyegzett polimerrel és örökölhető információkkal. A deklarált detektálási részeket általában nanorészecskék felhasználásával egyesítik.
Hőmérő bioszenzor
Különböző típusú biológiai reakciók kapcsolódnak a hő feltalálásához, és ez alkotja a hőmérő bioszenzorok alapját. Ezeket az érzékelőket általában hőbioszenzorként nevezik meg
Hőmérő- bioszenzort használnak a méréshez vagy becsülje meg a szérum koleszterinszintjét. Amint a koleszterin oxidálódik az enzim révén, a koleszterin oxidálódik, így a hő keletkezik, amely kiszámítható. Hasonlóképpen a glükóz, a karbamid, a húgysav és a penicillin G értékelése elvégezhető ezekkel a bioszenzorokkal is.
Optikai bioszenzor
Az optikai bioszenzor optikai mérési elvet alkalmazó eszköz. Használják a száloptika valamint az optoelektronikus átalakítók. Az optrode kifejezés az optikai és elektróda két kifejezés tömörítését jelenti. Ezek az érzékelők főleg antitesteket és enzimeket tartalmaznak, mint például a transzdukáló elemek.
Az optikai bioszenzorok lehetővé teszik a berendezések biztonságos, nem elektromos hozzáférését. További előny, hogy ezeknek gyakran nincs szükségük referencia-érzékelőkre, mert az összehasonlító jel előállítható hasonló fényforrás használatával, mint a mintavételi érzékelő. Az optikai bioszenzorokat két típusba sorolják, nevezetesen a közvetlen optikai detektáló bioszenzorba és a címkézett optikai detektor bioszenzorba.
Hordható bioszenzorok
A hordható bioszenzor egy digitális eszköz, amelyet különböző hordható rendszerekben használnak az emberi testen, például intelligens órák, intelligens ingek, tetoválások, amelyek lehetővé teszik a vércukorszint, a BP, a szívverés sebességének stb.
Manapság észrevehetjük, hogy ezek az érzékelők a világ javát jelzik. Jobb felhasználásuk és egyszerűségük eredeti tapasztalati szintet adhat a beteg valós idejű fitneszállapotához. Ez az adatok hozzáférhetősége lehetővé teszi a kiváló klinikai választást, és hatással lesz az egészségügyi eredmények fokozására és az egészségügyi rendszerek extra képességű használatára.
Az emberi lények számára ezek az érzékelők segíthetnek az egészségügyi intézkedések idő előtti felismerésében és a kórházi kezelés megelőzésében. Ezeknek az érzékelőknek a kórházi tartózkodások és visszafogások csökkentésének lehetősége mindenképpen pozitív tudatosságot vonz a közeljövőben. A vizsgálati információk szerint a WBS mindenképpen költséghatékony hordható egészségügyi felszerelést fog szállítani a világra.
Bioszenzor alkalmazások
Az elmúlt években ezek az érzékelők nagyon népszerűvé váltak, és alkalmazhatók az alábbiakban említett különböző területeken.
- Közös egészségügyi ellenőrzés
- Metabolitok mérése
- Betegség szűrése
- Inzulinkezelés
- Klinikai pszichoterápia és betegség diagnosztizálása
- A Katonaságban
- Mezőgazdasági és állat-egészségügyi alkalmazások
- Kábítószer-fejlesztés, bűncselekmények felderítése
- Feldolgozás és monitorozás az iparban
- Ökológiai szennyezés-ellenőrzés
A fenti cikkből végül arra következtethetünk bioszenzorok és bioelektronika az egészségügy, az élettudományi kutatás, a környezetvédelem, az élelmiszeripar és a katonai alkalmazások számos területén alkalmazzák. Ezeket a szenzorokat tovább lehet fejleszteni nanobiotechnológiaként. A nanobiotechnológia jövőbeni felhasználásának legjobb példája az elektronikus papír, a kontaktlencse és a Nokia morph. Itt egy kérdés az Ön számára, mik a hordható bioszenzorok?
