Первый биосенсор был изобретен в 1950 году американским биохимиком Л.Л. Кларком. Этот биосенсор используется для измерения содержания кислорода в крови, а электрод, используемый в этом датчике, называется электродом Кларка или кислородным электродом. После этого на кислородный электрод был нанесен гель с ферментом, окисляющим глюкозу, для определения уровня сахара в крови. Соответственно, фермент уреаза была использована с электродом, который был изобретен специально для ионов NH4 ++ для расчета мочевины в жидкостях организма, таких как моча и кровь.
На рынке доступны три поколения биосенсоров. В биосенсорах первого типа реакция продукта распространяется на датчик и вызывает электрическую реакцию. Во втором типе датчик включает в себя, в частности, посредников между датчиком и откликом, чтобы обеспечить лучший отклик. В третьем типе реакция вызывает сам ответ, и посредник напрямую не задействован. В этой статье дается обзор биосенсора, работа биосенсоров, различных типов и их приложений.
Что такое биосенсор?
Биосенсоры можно определить как аналитические устройства, которые включают в себя комбинацию биологических детектирующих элементов, таких как сенсорная система и преобразователь. Если сравнивать с любым другим существующим диагностическим прибором, эти датчики развиты как в условиях селективности, так и по чувствительности. В применения этих биосенсоров в основном включают проверку экологического контроля загрязнения в области сельского хозяйства и пищевой промышленности. Основными характеристиками биосенсоров являются стабильность, стоимость, чувствительность и воспроизводимость.
Основные компоненты биосенсора
В блок-схема Биосенсор включает три сегмента, а именно сенсор, преобразователь и связанные с ним электроны. В первом сегменте сенсор является чувствительной биологической частью, второй сегмент - детектором, который изменяет результирующий сигнал от контакта с аналитом и отображает результаты доступным способом. Последний раздел состоит из усилитель который известен как схема преобразования сигнала, дисплей, а также процессор.
Принцип работы биосенсоров
Обычно определенный фермент или предпочтительный биологический материал дезактивируется некоторыми из обычных методов, и деактивированный биологический материал находится в непосредственном контакте с датчиком. Аналит соединяется с биологическим объектом, образуя прозрачный аналит, который, в свою очередь, дает электронную реакцию, которую можно рассчитать. В некоторых примерах аналит заменяется устройством, которое может быть подключено к отводу газа, тепла, электронных ионов или ионов водорода. В этом, преобразователь может изменять подключенное устройство, преобразовывает в электрические сигналы, которые можно изменять и рассчитывать.
Работа биосенсоров
Электрический сигнал преобразователя часто низкий и накладывается на довольно высокий базовый уровень. Обычно обработка сигнала включает в себя вычитание сигнала базовой линии положения, полученного от соответствующего преобразователя без покрытия биокатализатором.
Сравнительно медленный характер реакции биосенсора значительно облегчает проблему фильтрации электрического шума. На этом этапе прямой выход будет аналоговым сигналом, однако он будет преобразован в цифровую форму и принят в микропроцессор фаза, на которой информация передается, влияет на предпочтительные единицы и отключается от хранилища данных.
Типы биосенсоров
Различные типы биосенсоров классифицируются на основе сенсорного устройства, а также биологического материала, который обсуждается ниже.
1. Электрохимический биосенсор
Как правило, электрохимический биосенсор основан на реакции ферментативного катализа, которая потребляет или генерирует электроны. Такие типы ферментов получили название окислительно-восстановительных ферментов. Подложка этого биосенсора обычно включает в себя три электрода, таких как счетчик, эталон и рабочий тип.
Объект-аналит участвует в реакции, которая происходит на поверхности активного электрода, и эта реакция может также вызывать перенос электронов через потенциал двойного слоя. Ток можно рассчитать при заданном потенциале.
Электрохимические биосенсоры подразделяются на четыре типа.
- Амперометрические биосенсоры
- Потенциометрические биосенсоры
- Импедиметрические биосенсоры
- Вольтамперометрические биосенсоры
2. Амперометрический биосенсор
Амперометрический биосенсор - это автономное встроенное устройство, основанное на величине тока, возникающего в результате окисления, предоставляющее точную количественную аналитическую информацию.
Как правило, эти биосенсоры имеют время реакции, энергетический диапазон и чувствительность, сопоставимые с потенциометрическими биосенсорами. Простой амперометрический биосенсор, который часто используется, включает кислородный электрод Кларка.
Правило этого биосенсора основано на величине протекания тока между противоэлектродом и рабочим электродом, чему способствует окислительно-восстановительный отклик рабочего электрода. Выбор аналитических центров важен для широкого спектра применений, включая высокопроизводительный скрининг лекарств, контроль качества, поиск и устранение проблем, а также биологическую проверку.
3. Потенциометрические биосенсоры
Этот тип биосенсора обеспечивает логарифмический ответ посредством высокого энергетического диапазона. Эти биосенсоры часто укомплектованы мониторами, производящими прототипы электродов, лежащих на синтетической подложке, покрытой функциональным полимером с соединенным ферментом.
Они состоят из двух электродов, которые очень чувствительны и прочные. Они позволяют распознавать аналиты на стадиях, прежде чем это было возможно только с помощью ВЭЖХ, ЖХ / МС и без точной подготовки модели.
Все типы биосенсоров обычно занимают меньше всего времени на подготовку образца, потому что компонент биологического детектирования чрезвычайно разборчив в использовании для проблемного аналита. Из-за физических и электрохимических изменений сигнал будет генерироваться в слое проводящего полимера из-за модификации, происходящей снаружи биосенсора.
Эти изменения могут быть приписаны ионной силе, гидратации, pH и окислительно-восстановительным реакциям, позже - метке фермента, вращающейся над субстратом. В полевых транзисторах , вывод затвора был заменен антителом или ферментом, также может вызывать очень низкое внимание различных аналитов, потому что требуемое количество аналита по направлению к выводу затвора приводит к изменению тока стока в исток.
4. Импедиметрические биосенсоры
EIS (спектроскопия электрохимического импеданса) является чувствительным индикатором для широкого диапазона физических, а также химических свойств. В настоящее время наблюдается растущая тенденция к распространению импедиметрических биосенсоров. Методы импедиметрии были выполнены для дифференциации изобретения биосенсоров, а также для изучения каталитических ответов ферментов лектинов, нуклеиновых кислот, рецепторов, целых клеток и антител.
5. Вольтамперометрический биосенсор
Это общение является основой нового вольтамперометрического биосенсора для обнаружения акриламида. Этот биосенсор был построен с углеродным клеевым электродом, настроенным с Hb (гемоглобином), который включает четыре простатические группы кромки (Fe). Этот тип электрода демонстрирует обратимую процедуру окисления или восстановления Hb (Fe).
Физический биосенсор
В условиях классификации физические биосенсоры являются наиболее фундаментальными, а также широко используемыми сенсорами. Основные идеи, лежащие в основе этой категоризации, также возникают в результате изучения человеческого разума. Поскольку общий рабочий метод, лежащий в основе интеллекта слуха, зрения и осязания, заключается в реагировании на внешние физические стимулы, поэтому любое устройство обнаружения, которое предлагает реакцию на физическое владение средой, было названо физическим биосенсором.
Физические биосенсоры подразделяются на два типа: пьезоэлектрический биосенсор и термометрический биосенсор.
Пьезоэлектрические биосенсоры
Эти датчики представляют собой набор аналитических устройств, которые работают по закону «записи взаимодействия сродства». Платформа пьезоэлектрика - это чувствительный элемент, работающий по закону преобразования колебаний за счет скачка сбора на поверхности пьезокристалла. В этом анализе биосенсоры, имеющие модифицированную поверхность с антигеном или антителом, полимер с молекулярной печатью и наследуемую информацию. Заявленные детали детектирования обычно объединяются с помощью наночастиц.
Термометрический биосенсор
Существуют различные типы биологических реакций, связанных с изобретением тепла, что составляет основу термометрических биосенсоров. Эти сенсоры обычно называют термобиосенсорами.
Термометрический биосенсор используется для измерения или оцените уровень холестерина в сыворотке. Когда холестерин окисляется посредством фермента, холестерин окисляется, тогда будет выделяться тепло, которое можно рассчитать. Точно так же с помощью этих биосенсоров можно проводить оценку глюкозы, мочевины, мочевой кислоты и пенициллина G.
Оптический биосенсор
Оптический биосенсор - это устройство, в котором используется принцип оптического измерения. Они используют волоконная оптика а также оптоэлектронные преобразователи. Термин оптрод представляет собой сжатие двух терминов оптический и электрод. Эти сенсоры в основном включают антитела и ферменты, такие как трансдуцирующие элементы.
Оптические биосенсоры обеспечивают безопасное неэлектрическое недоступное обнаружение оборудования. Дополнительным преимуществом является то, что для них часто не требуются эталонные датчики, поскольку сравнительный сигнал может быть получен с использованием аналогичного источника света, такого как датчик отбора проб. Оптические биосенсоры подразделяются на два типа: биосенсор прямого оптического обнаружения и маркированный биосенсор оптического обнаружения.
Носимые биосенсоры
Носимый биосенсор - это цифровое устройство, которое используется для ношения на теле человека в различных носимых системах, таких как умные часы, умные рубашки, татуировки, которое позволяет определять уровни глюкозы в крови, АД, частоту сердечных сокращений и т. Д.
В настоящее время мы можем заметить, что эти датчики сигнализируют об улучшении мира. Их лучшее использование и простота могут дать пациенту оригинальный уровень восприятия физического состояния в режиме реального времени. Такая доступность данных позволит сделать лучший клинический выбор и повлияет на улучшение результатов в отношении здоровья и более эффективное использование систем здравоохранения.
Для людей эти датчики могут способствовать преждевременному распознаванию действий по охране здоровья и предотвращению госпитализации. Возможность использования этих датчиков для сокращения количества госпитализаций и повторных госпитализаций определенно привлечет положительное внимание в ближайшем будущем. Кроме того, согласно информации, полученной в результате расследования, WBS определенно будет поставлять в мир экономичное носимое медицинское оборудование.
Применение биосенсоров
В последние годы эти датчики стали очень популярными, и их можно использовать в различных областях, о которых говорится ниже.
- Общий медицинский осмотр
- Измерение метаболитов
- Скрининг на болезнь
- Лечение инсулином
- Клиническая психотерапия и диагностика болезней
- В армии
- Применение в сельском хозяйстве и ветеринарии
- Улучшение качества наркотиков, выявление правонарушений
- Обработка и мониторинг в промышленности
- Контроль экологического загрязнения
Из приведенной выше статьи, наконец, можно сделать вывод, что биосенсоры и биоэлектроника используются во многих областях здравоохранения, биологических исследований, защиты окружающей среды, пищевых продуктов и военных приложений. Кроме того, эти датчики могут быть усовершенствованы как нанобиотехнологии. Лучший пример будущего использования нанобиотехнологий - электронная бумага, контактные линзы и морфинг Nokia. Вот вам вопрос, что такое носимые биосенсоры?
