De eerste biosensor werd in 1950 uitgevonden door de Amerikaanse biochemicus 'L.L Clark'. Deze biosensor wordt gebruikt om zuurstof in het bloed te meten en de elektrode die in deze sensor wordt gebruikt, wordt de Clark-elektrode of zuurstofelektrode genoemd. Daarna werd een gel met glucose-oxidatie-enzym op de zuurstofelektrode aangebracht om de bloedsuikerspiegel te berekenen. Dienovereenkomstig werd enzym urease gebruikt met een elektrode die speciaal was uitgevonden voor NH4 ++ -ionen voor het berekenen van ureum in lichaamsvloeistoffen zoals urine en bloed.
Er zijn drie generaties biosensoren op de markt. Bij het eerste type biosensor verspreidt de reactie van het product zich naar de sensor en veroorzaakt de elektrische reactie. Bij het tweede type betrekt de sensor met name mediatoren tussen de sensor en de respons om een betere respons te produceren. Bij het derde type veroorzaakt de reactie zelf de reactie en is er geen directe bemiddelaar bij betrokken. Dit artikel geeft een overzicht van een biosensor, werking van biosensoren, verschillende soorten en de toepassingen ervan.
Wat is een biosensor?
Biosensoren kunnen worden gedefinieerd als analytische apparaten die een combinatie van biologische detectie-elementen bevatten, zoals een sensorsysteem en een transducer. Als we het vergelijken met elk ander momenteel bestaand diagnostisch apparaat, deze sensoren worden gevorderd in de omstandigheden van selectiviteit en gevoeligheid. De toepassingen van deze biosensoren omvatten voornamelijk het controleren van ecologische vervuiling, zowel in de landbouw als in de voedingsindustrie. De belangrijkste kenmerken van biosensoren zijn stabiliteit, kosten, gevoeligheid en reproduceerbaarheid.
Hoofdcomponenten van een biosensor
De blokdiagram van de biosensor omvat drie segmenten, namelijk sensor, transducer en bijbehorende elektronen. In het eerste segment is de sensor een responsief biologisch deel, het tweede segment is het detectordeel dat het resulterende signaal van het contact van de analyt verandert en voor de resultaten op een toegankelijke manier weergeeft. Het laatste deel bestaat uit een versterker die bekend staat als signaalconditioneringsschakeling, een weergave-eenheid en de processor.
Werkingsprincipe van biosensoren
Gewoonlijk wordt een specifiek enzym of biologisch materiaal dat de voorkeur heeft, gedeactiveerd door enkele van de gebruikelijke methoden, en het gedeactiveerde biologische materiaal is in bijna contact met de transducer. De analyt maakt verbinding met het biologische object om een heldere analyt te vormen die op zijn beurt de elektronische reactie geeft die kan worden berekend. In sommige voorbeelden wordt de analyt veranderd in een apparaat dat kan worden aangesloten op de afvoer van gas, warmte, elektronenionen of waterstofionen. In deze, de transducer kan het gekoppelde apparaat veranderen in elektrische signalen die kunnen worden gewijzigd en berekend.
Werking van biosensoren
Het elektrische signaal van de transducer is vaak laag en ligt op een redelijk hoge basislijn. In het algemeen omvat de signaalverwerking het aftrekken van een positiebasislijnsignaal, verkregen van een gerelateerde transducer zonder enige biokatalysatorbedekking.
Het relatief langzame karakter van de biosensorreactie verlicht het probleem van de filtratie van elektrische ruis aanzienlijk. In deze fase zal de directe uitvoer een analoog signaal zijn, maar het wordt in digitale vorm veranderd en geaccepteerd een microprocessor fase waarin de informatie wordt gevorderd, beïnvloed naar voorkeurseenheden en o / p naar een gegevensopslag.
Soorten biosensoren
De verschillende soorten biosensoren worden geclassificeerd op basis van het sensorapparaat en het biologische materiaal dat hieronder wordt besproken.
1. Elektrochemische biosensor
Over het algemeen is de elektrochemische biosensor gebaseerd op de reactie van enzymatische katalyse die elektronen verbruikt of genereert. Dergelijke soorten enzymen worden Redox-enzymen genoemd. Het substraat van deze biosensor bevat in het algemeen drie elektroden, zoals een teller, referentie en werktype.
De objectanalyt is betrokken bij de respons die plaatsvindt op het oppervlak van een actieve elektrode, en deze reactie kan ook elektronenoverdracht veroorzaken over de dubbellaagse potentiaal. De stroom kan worden berekend op een vastgesteld potentieel.
Elektrochemische biosensoren worden ingedeeld in vier typen
- Amperometrische biosensoren
- Potentiometrische biosensoren
- Impedimetrische biosensoren
- Voltammetrische biosensoren
2. Amperometrische biosensor
Een amperometrische biosensor is een op zichzelf staand ingebouwd apparaat op basis van de hoeveelheid stroom die voortvloeit uit de oxidatie en biedt exacte kwantitatieve analytische informatie.
Over het algemeen hebben deze biosensoren reactietijden, energetische bereiken en gevoeligheden vergelijkbaar met de potentiometrische biosensoren. De eenvoudige amperometrische biosensor die veel wordt gebruikt, omvat de 'Clark zuurstof' -elektrode.
De regel van deze biosensor is gebaseerd op de hoeveelheid stroom tussen de tegenelektrode en de werking, die wordt aangemoedigd door een redoxrespons bij de operationele elektrode. Het kiezen van analytcentra is essentieel voor een brede selectie van toepassingen, waaronder high-throughput screening van medicijnen, kwaliteitscontrole, probleemopsporing en behandeling, en biologische controle.
3. Potentiometrische biosensoren
Dit type biosensor geeft een logaritmisch antwoord door middel van een hoog energetisch bereik. Deze biosensoren zijn vaak compleet door de monitor die de elektrodeprototypes produceert die op een synthetisch substraat liggen, bedekt met een presterende polymeer waaraan een enzym is verbonden.
Ze bestaan uit twee elektroden die enorm responsief en sterk zijn. Ze maken de herkenning mogelijk van analyten op stadia die voorheen alleen haalbaar waren met HPLC, LC / MS en zonder exacte modelvoorbereiding.
Alle soorten biosensoren nemen over het algemeen de minste monstervoorbereiding in beslag, omdat de biologisch detecterende component buitengewoon kieskeurig wordt gebruikt voor de analyt die last heeft. Door de veranderingen van fysisch en elektrochemisch zal het signaal worden gegenereerd door in de laag van geleidend polymeer als gevolg van modificaties aan de buitenkant van de biosensor.
Deze veranderingen kunnen worden toegeschreven aan ionische kracht, hydratatie, pH en redoxreacties, de laatste als het label van het enzym dat boven een substraat draait. In FET's , de poortterminal is veranderd met een antilichaam of enzym, kan ook zeer lage attenties van verschillende analyten waarnemen omdat de vereiste analyt naar de poortterminal een wijziging in de afvoer naar bronstroom aanbrengt.
4. Impedimetrische biosensoren
De EIS (elektrochemische impedantiespectroscopie) is een responsieve indicator voor een breed scala aan fysische en chemische eigenschappen. Momenteel wordt een stijgende trend naar de uitbreiding van impedimetrische biosensoren waargenomen. De technieken van Impedimetric zijn uitgevoerd om de uitvinding van de biosensoren te differentiëren en om de gekatalyseerde reacties van enzymen, lectines, nucleïnezuren, receptoren, hele cellen en antilichamen te onderzoeken.
5. Voltammetrische biosensor
Deze mededeling is de basis van een nieuwe voltammetrische biosensor om acrylamide op te merken. Deze biosensor is gebouwd met een koolstoflijmelektrode die is aangepast met Hb (hemoglobine), die vier prostaatgroepen van de zoom (Fe) omvat. Dit type elektrode vertoont een omkeerbare oxidatie- of reductieprocedure van Hb (Fe).
Fysieke biosensor
In classificatievoorwaarden zijn fysieke biosensoren de meest fundamentele en meest gebruikte sensoren. De belangrijkste ideeën achter deze categorisering komen ook voort uit het inspecteren van de menselijke geest. Omdat de algemene werkmethode achter de intelligentie van horen, zien en aanraken is om te reageren op fysieke prikkels van buitenaf, werd elk detectieapparaat dat een reactie geeft op de fysieke bezittingen van het medium een fysieke biosensor genoemd.
De fysieke biosensoren zijn ingedeeld in twee typen, namelijk piëzo-elektrische biosensor en thermometrische biosensor.
Piëzo-elektrische biosensoren
Deze sensoren zijn een verzameling analytische apparaten die werken volgens een wet van 'registratie van affiniteitsinteractie'. Het platform van een piëzo-elektrisch is een sensorelement dat werkt volgens de wet van oscillatie-transformatie als gevolg van een verzamelsprong op het oppervlak van een piëzo-elektrisch kristal. In deze analyse, biosensoren met hun gemodificeerde oppervlak met een antigeen of antilichaam, een moleculair gestempeld polymeer en erfelijke informatie. De gedeclareerde detectiedelen worden normaal gesproken verenigd door nanodeeltjes te gebruiken.
Thermometrische biosensor
Er zijn verschillende soorten biologische reacties die verband houden met de uitvinding van warmte, en dit vormt de basis van thermometrische biosensoren. Deze sensoren worden meestal thermische biosensoren genoemd
Thermometrisch biosensor wordt gebruikt om te meten of schat het serumcholesterol. Als cholesterol wordt geoxideerd doordat het enzym cholesterol oxideert, zal de warmte worden geproduceerd die kan worden berekend. Evenzo kunnen met deze biosensoren glucose, ureum, urinezuur en penicilline G worden bepaald.
Optische biosensor
De optische biosensor is een apparaat dat gebruik maakt van een optisch meetprincipe. Ze gebruiken de glasvezel evenals opto-elektronische transducers. De term optrode vertegenwoordigt een compressie van de twee termen optisch en elektrode. Bij deze sensoren zijn voornamelijk antilichamen en enzymen betrokken, zoals de transducerende elementen.
Optische biosensoren maken een veilige niet-elektrische ontoegankelijke detectie van apparatuur mogelijk. Bijkomend voordeel is dat deze vaak geen referentiesensoren nodig hebben, omdat het vergelijkingssignaal kan worden geproduceerd door gebruik te maken van dezelfde lichtbron als de bemonsteringssensor. De optische biosensoren zijn ingedeeld in twee typen, namelijk directe optische detectie biosensor en gelabelde optische detectie biosensor.
Draagbare biosensoren
De draagbare biosensor is een digitaal apparaat dat wordt gebruikt om op het menselijk lichaam te worden gedragen in verschillende draagbare systemen zoals slimme horloges, slimme shirts, tatoeages die de bloedglucosespiegels, BP, de hartslag, enz. Mogelijk maken.
Tegenwoordig merken we dat deze sensoren een signaal van verbetering aan de wereld afgeven. Hun betere gebruik en gemak kunnen een origineel ervaringsniveau geven aan de real-time fitnessstatus van een patiënt. Deze toegankelijkheid van gegevens zal een superieure klinische keuze mogelijk maken en zal resulteren in verbeterde gezondheidsresultaten en extra bekwaam gebruik van gezondheidssystemen.
Voor de mens kunnen deze sensoren helpen bij het vroegtijdig herkennen van gezondheidsacties en het voorkomen van ziekenhuisopname. De mogelijkheid van deze sensoren om ziekenhuisopnames en heropnames te verminderen, zal zeker in de komende toekomst positief bewustzijn aantrekken. Onderzoeksinformatie zegt ook dat WBS zeker een kosteneffectieve draagbare gezondheidsapparatuur naar de wereld zal brengen.
Biosensoren-toepassingen
Deze sensoren zijn de laatste jaren erg populair geworden, en ze zijn toepasbaar op verschillende gebieden die hieronder worden genoemd.
- Algemene controle van de gezondheidszorg
- Metabolieten Meting
- Screening op ziekte
- Insuline behandeling
- Klinische psychotherapie en diagnose van ziekte
- In militair
- Agrarische en veterinaire toepassingen
- Drugsverbetering, detectie van overtreding
- Verwerking en monitoring in Industrieel
- Ecologische bestrijding van vervuiling
Uit het bovenstaande artikel kunnen we tot slot dat concluderen biosensoren en bio-elektronica zijn gebruikt in veel gebieden van de gezondheidszorg, biowetenschappelijk onderzoek, milieu-, voedsel- en militaire toepassingen. Verder kunnen deze sensoren worden verbeterd als nanobiotechnologie. Het beste voorbeeld van het toekomstige gebruik van nanobiotechnologie omvat elektronisch papier, contactlenzen en Nokia-morph. Hier is een vraag voor u, wat zijn draagbare biosensoren?
