První biosenzor vynalezl v roce 1950 americký biochemik „L.L Clark“. Tento biosenzor se používá k měření kyslíku v krvi a elektroda použitá v tomto senzoru se jmenuje Clarkova elektroda nebo kyslíková elektroda. Poté byl na kyslíkovou elektrodu navrstven gel s enzymem oxidujícím glukózu, aby se vypočítal krevní cukr. Odpovídajícím způsobem byla použita enzymová ureáza s elektrodou, která byla vyvinuta zejména pro ionty NH4 ++ pro výpočet močoviny v tekutinách těla, jako je moč a krev.
Na trhu jsou k dispozici tři generace biosenzorů. U prvního typu biosenzoru se reakce produktu rozptýlí na senzor a způsobí elektrickou reakci. U druhého typu senzor zahrnuje zejména mediátory mezi senzorem a odezvou, aby se dosáhlo lepší odezvy. U třetího typu reakce sama o sobě způsobí reakci a žádný mediátor není přímo zapojen. Tento článek poskytuje přehled biosenzoru, práce biosenzorů, různé typy a jejich aplikace.
Co je to Biosensor?
Biosenzory lze definovat jako analytická zařízení, která zahrnují kombinaci biologických detekčních prvků, jako je senzorový systém a převodník. Když porovnáme s jakýmkoli jiným aktuálně existujícím diagnostickým zařízením, tyto senzory jsou pokročilí v podmínkách selektivity i citlivosti. The aplikace těchto biosenzorů zahrnují zejména kontrolu kontroly ekologického znečištění v zemědělství i v potravinářském průmyslu. Hlavními rysy biosenzorů jsou stabilita, cena, citlivost a reprodukovatelnost.
Hlavní součásti biosenzoru
The blokové schéma biosenzoru zahrnuje tři segmenty, jmenovitě senzor, převodník a související elektrony. V prvním segmentu je senzor responzivní biologickou částí, druhým segmentem je detekční část, která mění výsledný signál z kontaktu analytu a pro výsledky, které zobrazuje přístupným způsobem. Poslední část obsahuje zesilovač který je známý jako obvod pro úpravu signálu, zobrazovací jednotka a procesor.
Pracovní princip biosenzorů
Obvykle je specifický enzym nebo výhodný biologický materiál deaktivován některými obvyklými způsoby a deaktivovaný biologický materiál je v blízkém kontaktu se snímačem. Analyt se připojí k biologickému objektu a vytvoří čistý analyt, který zase poskytne elektronickou reakci, kterou lze vypočítat. V některých příkladech se analyt mění na zařízení, které může být připojeno k výboji plynu, tepla, elektronových iontů nebo vodíkových iontů. V tomhle, převodník může změnit převody spojené se zařízením na elektrické signály, které lze změnit a vypočítat.
Práce s biosenzory
Elektrický signál měniče je často nízký a překrývá se s poměrně vysokou základní linií. Zpracování signálu obecně zahrnuje odečtení základního signálu polohy, získaného ze souvisejícího převodníku bez pokrytí biokatalyzátorem.
Poměrně pomalý charakter reakce biosenzoru významně usnadňuje problém filtrace elektrického šumu. V této fázi bude přímým výstupem analogový signál, je však změněn do digitální podoby a přijat mikroprocesor fáze, kdy informace postupují, ovlivňují preferované jednotky ap / p do datového úložiště.
Typy biosenzorů
Různé typy biosenzorů jsou klasifikovány na základě senzorového zařízení a biologického materiálu, který je popsán níže.
1. Elektrochemický biosenzor
Obecně je elektrochemický biosenzor založen na reakci enzymatické katalýzy, která spotřebovává nebo generuje elektrony. Takové typy enzymů jsou pojmenovány jako Redox Enzymes. Substrát tohoto biosenzoru obecně zahrnuje tři elektrody, jako je čítač, referenční a pracovní typ.
Objektový analyt je zapojen do odezvy, ke které dochází na povrchu aktivní elektrody, a tato reakce může být zdrojem také přenosu elektronů napříč potenciálem dvou vrstev. Proud lze vypočítat při nastaveném potenciálu.
Elektrochemické biosenzory jsou rozděleny do čtyř typů
- Amperometrické biosenzory
- Potenciometrické biosenzory
- Impedimetrické biosenzory
- Voltametrické biosenzory
2. Amperometrický biosenzor
Ampérometrický biosenzor je samostatné zabudované zařízení založené na množství proudu plynoucího z oxidace, které nabízí přesné kvantitativní analytické informace.
Obecně mají tyto biosenzory reakční časy, energetické rozsahy a citlivost srovnatelné s potenciometrickými-biosenzory. Jednoduchý amperometrický biosenzor, který se často používá, zahrnuje elektrodu „Clark kyslík“.
Pravidlo tohoto biosenzoru je založeno na množství toku proudu mezi čítací elektrodou a prací, které je podporováno redoxní reakcí na provozní elektrodě. Výběr analytických center je nezbytný pro široký výběr použití, zahrnující vysoce výkonný screening léků, kontrolu kvality, hledání a řešení problémů a biologickou kontrolu.
3. Potenciometrické biosenzory
Tento typ biosenzoru poskytuje logaritmickou odpověď pomocí vysokého energetického rozsahu. Tyto biosenzory jsou často kompletní monitorováním produkce prototypů elektrod ležících na syntetickém substrátu pokrytém výkonným polymerem s připojeným nějakým enzymem.
Zahrnují dvě elektrody, které jsou enormně citlivé a silné. Umožňují rozpoznávání analytů na stupních, které lze dosáhnout pouze pomocí HPLC, LC / MS a bez přesné přípravy modelu.
Všechny typy biosenzorů obecně zabírají nejméně přípravy vzorku, protože biologická detekční složka je extrémně vybraná a používá se pro problémový analyt. Změnami fyzikálními a elektrochemickými bude signál generován ve vrstvě vodivého polymeru v důsledku modifikačního děje na vnější straně biosenzoru.
Tyto změny lze připsat iontové síle, hydrataci, pH a redoxním reakcím, později jako značka enzymu rotujícího nad substrátem. V FET , terminál brány byl změněn pomocí protilátky nebo enzymu, může také cítit velmi nízkou pozornost různých analytů, protože potřeba analytu směrem k terminálu brány provádí úpravu v odtoku na zdrojový proud.
4. Impedimetrické biosenzory
EIS (elektrochemická impedanční spektroskopie) je responzivním indikátorem pro širokou škálu fyzikálních i chemických vlastností. V současné době je pozorován vzestupný trend expanze Impedimetric-biosensors. Byly provedeny techniky Impedimetric, aby se odlišil vynález biosenzorů a také aby se zkoumaly katalyzované reakce enzymů lektinů, nukleových kyselin, receptorů, celých buněk a protilátek.
5. Voltametrický biosenzor
Tato komunikace je základem nového voltametrického biosenzoru, který si všimne akrylamidu. Tento biosenzor byl vyroben z uhlíkové lepicí elektrody upravené s Hb (hemoglobin), která zahrnuje čtyři prostatické skupiny lemu (Fe). Tento typ elektrody vykazuje reverzibilní oxidační nebo redukční postup Hb (Fe).
Fyzický biosenzor
V podmínkách klasifikace jsou fyzikální biosenzory nejzákladnějšími a široce používanými senzory. Hlavní myšlenky za touto kategorizací se také odehrávají při inspekci lidské mysli. Jako obecná pracovní metoda za inteligencí sluchu, zraku, dotyku má reagovat na vnější fyzické podněty, proto bylo jakékoli detekční zařízení, které nabízí reakci na fyzický majetek média, pojmenováno jako fyzický biosenzor.
Fyzikální biosenzory se dělí na dva typy, a to piezoelektrický biosenzor a termometrický biosenzor.
Piezoelektrické biosenzory
Tyto senzory jsou souborem analytických zařízení, které fungují na zákoně „záznamu afinitní interakce“. Platformou piezoelektrického prvku je senzorový prvek, který pracuje na zákonu transformace oscilací díky seskoku na povrchu piezoelektrického krystalu. V této analýze biosenzory, které mají svůj modifikovaný povrch s antigenem nebo protilátkou, molekulárně označeným polymerem a dědičnými informacemi. Deklarované detekční části jsou obvykle spojeny pomocí nanočástic.
Termometrický biosenzor
S vynálezem tepla jsou spojeny různé typy biologických reakcí, a to je základem termometrických biosenzorů. Tyto senzory se obvykle nazývají termální biosenzory
Teploměr k měření se používá biosenzor nebo odhadněte hladinu cholesterolu v séru. Jak se cholesterol oxiduje prostřednictvím enzymu, který oxiduje cholesterol, bude produkováno teplo, které lze vypočítat. Podobně lze s těmito biosenzory provést hodnocení glukózy, močoviny, kyseliny močové a penicilinu G.
Optický biosenzor
Optický biosenzor je zařízení, které využívá princip optického měření. Používají optická vlákna stejně jako optoelektronické snímače. Termín optrode představuje kompresi dvou termínů optická a elektroda. Tyto senzory zahrnují hlavně protilátky a enzymy, jako jsou transdukční prvky.
Optické biosenzory umožňují bezpečné neelektrické nepřístupné snímání zařízení. Další výhodou je, že tyto často nepotřebují referenční senzory, protože srovnávací signál lze vytvořit použitím podobného zdroje světla, jako je vzorkovací senzor. Optické biosenzory jsou rozděleny do dvou typů, a to biosenzor přímé optické detekce a značený biosenzor optické detekce.
Nositelné biosenzory
Nositelný biosenzor je digitální zařízení, které se používá k nošení na lidském těle v různých nositelných systémech, jako jsou chytré hodinky, inteligentní košile, tetování, které umožňují hladinu glukózy v krvi, TK, frekvenci srdečního rytmu atd.
V dnešní době si můžeme všimnout, že tyto senzory vysílají světu signál zlepšení. Jejich lepší využití a snadnost mohou poskytnout původní úroveň zkušeností s kondicí pacienta v reálném čase. Tato přístupnost dat umožní lepší klinickou volbu a bude mít vliv na lepší zdravotní výsledky a mimořádně schopné využití zdravotnických systémů.
U lidí mohou tyto senzory pomáhat při předčasném rozpoznávání zdravotních akcí a prevenci hospitalizace. Možnost těchto senzorů snížit pobyt v nemocnici a readmisi určitě přiláká pozitivní povědomí v nadcházející budoucnosti. Z vyšetřovaných informací také vyplývá, že WBS určitě přinese do světa nákladově efektivní nositelné zdravotnické vybavení.
Biosenzorové aplikace
V posledních letech se tyto senzory staly velmi populární a jsou použitelné v různých oblastech, které jsou uvedeny níže.
- Běžná kontrola zdravotní péče
- Měření metabolitů
- Screening na nemoc
- Léčba inzulínem
- Klinická psychoterapie a diagnostika onemocnění
- V armádě
- Zemědělské a veterinární aplikace
- Zlepšení drog, detekce přestupků
- Zpracování a monitorování v průmyslu
- Ekologická kontrola znečištění
Z výše uvedeného článku to nakonec můžeme vyvodit biosenzory a bioelektronika byly použity v mnoha oblastech zdravotnictví, výzkumu biologických věd, environmentálních, potravinářských a vojenských aplikací. Tyto senzory lze dále vylepšit jako nanobiotechnologii. Nejlepší příklad budoucího využití nanobiotechnologií zahrnuje elektronický papír, kontaktní čočky a Nokia morph. Zde je otázka, jaké jsou nositelné biosenzory?
