İlk biyosensör 1950 yılında Amerikalı biyokimyacı “L.L Clark” tarafından icat edildi. Bu biyosensör, kandaki oksijeni ölçmek için kullanılır ve bu sensörde kullanılan elektrot Clark elektrodu veya oksijen elektrodu olarak adlandırılır. Daha sonra, kan şekerini hesaplamak için oksijen elektrodunun üzerine glikoz oksitleyici enzim içeren bir jel tabakalandı. Buna bağlı olarak, idrar ve kan gibi vücut sıvılarında üre hesaplanmasında özellikle NH4 ++ iyonları için icat edilen elektrotla enzim üreaz kullanılmıştır.
Piyasada üç nesil biyosensör bulunmaktadır. Birinci tip biyosensörde ürünün reaksiyonu sensöre dağılır ve elektriksel reaksiyona neden olur. İkinci tipte sensör, daha iyi bir yanıt üretmek için özellikle sensör ve yanıt arasındaki aracıları içerir. Üçüncü türde, tepkinin kendisi tepkiye neden olur ve hiçbir aracı doğrudan dahil değildir. Bu makale bir biyosensöre genel bir bakış sunar, biyosensörlerin çalışması, farklı tipler ve uygulamaları.
Biyosensör nedir?
Biyosensörler, sensör sistemi ve bir dönüştürücü gibi biyolojik tespit elemanlarının bir kombinasyonunu içeren analitik cihazlar olarak tanımlanabilir. Şu anda var olan diğer herhangi bir teşhis cihazıyla karşılaştırdığımızda, bu sensörler hassasiyetin yanı sıra seçicilik koşullarında da gelişmiştir. bu Biyosensörlerin uygulamaları temel olarak tarım alanında ve gıda endüstrilerinde ekolojik kirlilik kontrolünün kontrol edilmesini içerir. Biyosensörlerin temel özellikleri kararlılık, maliyet, hassasiyet ve tekrarlanabilirliktir.
Biyosensörün Ana Bileşenleri
blok diyagramı Biyosensörün, sensör, dönüştürücü ve ilişkili elektronlar olmak üzere üç segmenti vardır. Birinci segmentte, sensör duyarlı bir biyolojik kısımdır, ikinci segment ise analitin temasından elde edilen sinyali değiştiren ve sonuçlar için erişilebilir bir şekilde görüntüleyen detektör kısmıdır. Son bölüm şunlardan oluşur: bir amplifikatör sinyal koşullandırma devresi, bir görüntü birimi ve işlemci olarak bilinir.
Biyosensörlerin Çalışma Prensibi
Genellikle, belirli bir enzim veya tercih edilen biyolojik materyal, olağan yöntemlerin bazıları tarafından deaktive edilir ve deaktive edilmiş biyolojik materyal, dönüştürücü ile neredeyse temas halindedir. Analit, net bir analiti şekillendirmek için biyolojik nesneye bağlanır ve bu da hesaplanabilen elektronik reaksiyonu verir. Bazı örneklerde analit, gaz, ısı, elektron iyonları veya hidrojen iyonlarının boşalmasına bağlanabilen bir cihaza değiştirilir. Bunda, dönüştürücü bağlı cihazı değiştirebilir ve değiştirilip hesaplanabilen elektrik sinyallerine dönüştürür.
Biyosensörlerin Çalışması
Dönüştürücünün elektrik sinyali genellikle düşüktür ve oldukça yüksek bir taban çizgisinin üzerine bindirilir. Genel olarak, sinyal işleme, herhangi bir biyokatalizör örtüsü olmadan ilgili bir dönüştürücüden elde edilen bir konum taban çizgisi sinyalinin çıkarılmasını içerir.
Biyosensör reaksiyonunun nispeten yavaş karakteri, elektriksel gürültü filtreleme sorununu önemli ölçüde kolaylaştırır. Bu aşamada doğrudan çıkış analog bir sinyal olacaktır ancak dijital forma dönüştürülerek kabul edilir. bir mikroişlemci bilginin ilerletildiği, tercih edilen birimlerden ve o / p'nin bir veri deposundan etkilendiği aşama.
Biyosensör Türleri
Farklı biyosensör türleri, sensör cihazına ve ayrıca aşağıda tartışılan biyolojik malzemeye göre sınıflandırılır.
1. Elektrokimyasal Biyosensör
Genel olarak elektrokimyasal biyosensör, elektron tüketen veya üreten enzimatik katalizin reaksiyonuna dayanır. Bu tür enzimler Redox Enzymes olarak adlandırılır. Bu biyosensörün substratı genellikle bir sayaç, referans ve çalışma tipi gibi üç elektrot içerir.
Nesne analiti, aktif bir elektrotun yüzeyinde meydana gelen yanıtla ilişkilidir ve bu reaksiyon, çift katmanlı potansiyel boyunca elektron transferine de kaynak olabilir. Akım, ayarlanmış bir potansiyelde hesaplanabilir.
Elektrokimyasal biyosensörler dört tipte sınıflandırılır
- Amperometrik Biyosensörler
- Potansiyometrik Biyosensörler
- Empedimetrik Biyosensörler
- Voltammetrik Biyosensörler
2. Amperometrik Biyosensör
Bir amperometrik biyosensör, tam kantitatif analitik bilgi sunan, oksidasyondan kaynaklanan akımın miktarına dayanan bağımsız bir entegre cihazdır.
Genel olarak, bu Biyosensörlerin Potansiyometrik biyosensörlerle karşılaştırılabilir reaksiyon süreleri, enerji aralıkları ve hassasiyetleri vardır. Sık kullanımda basit amperometrik biyosensör, 'Clark oksijen' elektrodunu içerir.
Bu biyosensörün kuralı, Karşı Elektrot ile çalışma elektrotunda bir redoks tepkisi ile teşvik edilen çalışma arasındaki akım akışı miktarına dayanır. Analit merkezlerinin seçilmesi, yüksek verimli ilaç taraması, kalite kontrol, problem bulma ve işleme ve biyolojik kontrol gibi geniş bir kullanım yelpazesi için gereklidir.
3. Potansiyometrik Biyosensörler
Bu tür bir biyosensör, yüksek enerji aralığı aracılığıyla logaritmik bir yanıt sağlar. Bu biyosensörler, sentetik bir substrat üzerinde yatan elektrot prototiplerini üreten monitörle tamamlanır, bir miktar enzimle bağlanmış bir performans polimeriyle kaplanır.
Son derece duyarlı ve güçlü iki elektrot içerirler. Analitlerin yalnızca HPLC, LC / MS tarafından ve tam model hazırlığı olmadan ulaşılmadan önce aşamalarda tanınmasına izin verirler.
Biyolojik saptama bileşeni sorunlu analit için son derece seçici kullanıldığından, tüm biyosensör türleri genellikle en az numune hazırlama işlemini gerçekleştirir. Fiziksel ve elektrokimyasal değişikliklerle sinyal, biyosensörün dışında meydana gelen modifikasyon nedeniyle iletken polimer tabakasında üretilecektir.
Bu değişiklikler iyonik kuvvet, hidrasyon, pH ve redoks tepkilerine, daha sonra bir substratın üzerinde dönen enzimin etiketi olarak gösterilebilir. FET'lerde , kapı terminali bir antikor veya enzim ile değiştirilmiştir, aynı zamanda farklı analitlerin dikkatini çok düşük seviyede algılayabilir çünkü kapı terminaline doğru gerekli analit, akıma giden akıma giden bir değişiklik yapar.
4. Empedimetrik Biyosensörler
EIS (Elektrokimyasal empedans spektroskopisi), çok çeşitli fiziksel ve kimyasal özellikler için duyarlı bir göstergedir. Şu anda, Empedimetrik biyosensörlerin genişlemesine yönelik bir yükselen eğilim gözlemlenmektedir. Empedimetrik teknikler, biyosensörlerin buluşunu farklılaştırmanın yanı sıra enzim lektinlerinin, nükleik asitlerin, reseptörlerin, tam hücrelerin ve antikorların katalize edilmiş tepkilerini incelemek için uygulanmıştır.
5. Voltammetrik Biyosensör
Bu iletişim, akrilamidi fark etmek için yeni bir voltametrik biyosensörün temelini oluşturur. Bu biyosensör, hem (Fe) dört prostatik grubu içeren Hb (hemoglobin) ile özelleştirilmiş bir karbon tutkal elektrodu ile oluşturulmuştur. Bu tip elektrot, Hb (Fe) 'nin tersinir oksidasyon veya indirgeme prosedürünü gösterir.
Fiziksel Biyosensör
Sınıflandırma koşullarında, fiziksel biyosensörler en temel ve yaygın olarak kullanılan sensörlerdir. Bu kategorileştirmenin arkasındaki ana fikirler aynı zamanda insan zihnini incelemekten kaynaklanmaktadır. İşitme, görme, dokunma zekasının arkasındaki genel çalışma yöntemi, dış fiziksel uyaranlara tepki vermek olduğundan, ortamın fiziksel özelliklerine tepki veren herhangi bir tespit cihazı fiziksel biyosensör olarak adlandırıldı.
Fiziksel biyosensörler, piezoelektrik biyosensör ve termometrik biyosensör olmak üzere iki türe ayrılır.
Piezoelektrik Biyosensörler
Bu sensörler, bir 'afinite etkileşim kaydı' yasası üzerinde çalışan bir analitik cihazlar koleksiyonudur. Bir piezoelektrik platformu, bir piezoelektrik kristalin yüzeyindeki bir toplama sıçraması nedeniyle salınım dönüşümü yasası üzerinde çalışan bir sensör öğesidir. Bu analizde, bir antijen veya antikor, moleküler olarak damgalanmış bir polimer ve kalıtsal bilgilerle değiştirilmiş yüzeylerine sahip biyosensörler. Bildirilen tespit parçaları normalde nanopartiküller kullanılarak birleştirilir.
Termometrik Biyosensör
Isının icadıyla bağlantılı çeşitli biyolojik reaksiyon türleri vardır ve bu, termometrik biyosensörlerin temelini oluşturur. Bu sensörler genellikle termal biyosensörler olarak adlandırılır
Termometrik- biyosensör ölçmek için kullanılır veya serum kolesterolünü tahmin edin. Kolesterol, kolesterol enzimi ile oksitlenirken oksitlenir, daha sonra hesaplanabilen ısı üretilir. Benzer şekilde glikoz, üre, ürik asit ve penisilin G değerlendirmeleri bu biyosensörlerle yapılabilir.
Optik Biyosensör
Optik biyosensör, optik ölçüm prensibi kullanan bir cihazdır. Kullanırlar Fiber optik yanı sıra optoelektronik dönüştürücüler. Optrode terimi, iki terimin optik ve elektrotun sıkıştırılmasını temsil eder. Bu sensörler esas olarak, transdüktör elementler gibi antikorları ve enzimleri içerir.
Optik biyosensörler, ekipmanın elektriksel olmayan, erişilemez güvenli bir şekilde algılanmasına izin verir. Ekstra bir fayda, bunların sıklıkla referans sensörlerine ihtiyaç duymamasıdır, çünkü karşılaştırmalı sinyal, örnekleme sensörü gibi benzer ışık kaynağı kullanılarak üretilebilir. Optik biyosensörler, iki tür olarak sınıflandırılır: doğrudan optik algılama biyosensörü ve etiketli optik algılama biyosensörü.
Giyilebilir Biyosensörler
Giyilebilir biyosensör, akıllı saatler, akıllı gömlekler, kan şekeri, kan basıncı, kalp atış hızı vb. Seviyelerine izin veren dövmeler gibi farklı giyilebilir sistemlerde insan vücuduna takmak için kullanılan dijital bir cihazdır.
Günümüzde bu sensörlerin dünyaya bir gelişme sinyali verdiğini görebiliriz. Daha iyi kullanımları ve kolaylıkları, bir hastanın gerçek zamanlı fitness durumuna orijinal bir deneyim düzeyi sağlayabilir. Bu veri erişilebilirliği, üstün klinik seçimlere izin verecek ve gelişmiş sağlık sonuçlarına ve sağlık sistemlerinin ekstra yetenekli kullanımına etki edecektir.
İnsanlar için, bu sensörler, sağlık eylemlerinin erken tanınmasına ve hastaneye yatışın önlenmesine yardımcı olabilir. Bu sensörlerin hastanede kalış sürelerini ve yeniden yatışları azaltma olasılığı, önümüzdeki dönemde kesinlikle olumlu bir farkındalık yaratacaktır. Ayrıca, araştırma bilgileri, WBS'nin dünyaya kesinlikle uygun maliyetli bir giyilebilir sağlık ekipmanı taşıyacağını söylüyor.
Biyosensör Uygulamaları
Son yıllarda bu sensörler çok popüler hale geldi ve aşağıda belirtilen farklı alanlarda uygulanabilir.
- Ortak sağlık hizmetleri kontrolü
- Metabolit Ölçümü
- Hastalık taraması
- İnsülin tedavisi
- Klinik psikoterapi ve hastalık teşhisi
- Askerde
- Tarım ve Veterinerlik uygulamaları
- İlaç iyileştirme, suç tespiti
- Endüstride işleme ve izleme
- Ekolojik kirlilik kontrolü
Yukarıdaki makaleden nihayet şu sonuca varabiliriz: biyosensörler ve biyoelektronik sağlık hizmetleri, yaşam bilimleri araştırmaları, çevre, gıda ve askeri uygulamaların birçok alanında kullanılmıştır. Dahası, bu sensörler nanobiyoteknoloji olarak geliştirilebilir. Nanobiyoteknolojinin gelecekteki kullanımına ilişkin en iyi örnek, elektronik kağıt, kontakt lens ve Nokia morfudur. İşte size bir soru, giyilebilir biyosensörler nedir?
