Pierwszy biosensor został wynaleziony w 1950 roku przez amerykańskiego biochemika „L.L Clark”. Ten biosensor służy do pomiaru poziomu tlenu we krwi, a elektroda używana w tym czujniku nosi nazwę elektrody Clarka lub elektrody tlenowej. Następnie na elektrodę tlenową nałożono żel z enzymem utleniającym glukozę, aby obliczyć poziom cukru we krwi. Odpowiednio, ureaza enzymatyczna została wykorzystana z elektrodą, która została wynaleziona szczególnie dla jonów NH4 ++ do obliczania mocznika w płynach ustrojowych, takich jak mocz i krew.
Na rynku dostępne są trzy generacje bioczujników. W biosensorze pierwszego typu reakcja produktu rozprasza się na czujnik i powoduje reakcję elektryczną. W drugim typie czujnik obejmuje w szczególności mediatory między czujnikiem a odpowiedzią w celu uzyskania lepszej odpowiedzi. W trzecim typie odpowiedź sama w sobie powoduje reakcję i żaden mediator nie jest bezpośrednio zaangażowany. W tym artykule omówiono biosensor, działanie biosensorów, różne typy i ich zastosowania.
Co to jest biosensor?
Biosensory można zdefiniować jako urządzenia analityczne, które zawierają połączenie biologicznych elementów wykrywających, takich jak system czujników i przetwornik. Porównując z jakimkolwiek innym obecnie istniejącym urządzeniem diagnostycznym, te czujniki są zaawansowane w warunkach selektywności i wrażliwości. Plik zastosowań tych biosensorów obejmują głównie kontrolę zanieczyszczeń ekologicznych, zarówno w rolnictwie, jak iw przemyśle spożywczym. Główne cechy bioczujników to stabilność, koszt, czułość i odtwarzalność.
Główne komponenty biosensora
Plik Schemat blokowy biosensora zawiera trzy segmenty, a mianowicie czujnik, przetwornik i powiązane elektrony. W pierwszym segmencie czujnik jest czułą częścią biologiczną, drugi segment jest częścią detektora, która zmienia wynikowy sygnał z kontaktu analitu i wyświetla wyniki w przystępny sposób. Ostatnia sekcja składa się z wzmacniacz który jest znany jako obwód kondycjonowania sygnału, jednostka wyświetlająca, a także procesor.
Zasada działania biosensorów
Zwykle określony enzym lub preferowany materiał biologiczny jest dezaktywowany niektórymi zwykłymi metodami, a dezaktywowany materiał biologiczny jest w bliskim kontakcie z przetwornikiem. Analit łączy się z obiektem biologicznym, tworząc przezroczysty analit, który z kolei wywołuje reakcję elektroniczną, którą można obliczyć. W niektórych przykładach analit jest zamieniany na urządzenie, które może być połączone z wyładowaniem gazu, ciepła, jonów elektronów lub jonów wodoru. W tym, przetwornik może zmienić urządzenie połączone przekształca w sygnały elektryczne, które można zmienić i obliczyć.
Działanie biosensorów
Sygnał elektryczny przetwornika jest często niski i nakłada się na dość wysoką linię podstawową. Generalnie, przetwarzanie sygnału obejmuje odejmowanie sygnału linii bazowej położenia, otrzymanego z powiązanego przetwornika bez pokrycia przez biokatalizator.
Stosunkowo powolny charakter reakcji biosensorowej znacząco łagodzi problem filtracji szumów elektrycznych. Na tym etapie wyjście bezpośrednie będzie sygnałem analogowym, jednak zostanie zmienione na postać cyfrową i zaakceptowane mikroprocesor faza, w której informacje są przekazywane, wpływ na preferowane jednostki i / p do magazynu danych.
Rodzaje biosensorów
Różne typy bioczujników są klasyfikowane na podstawie urządzenia czujnikowego, a także materiału biologicznego, który omówiono poniżej.
1. Biosensor elektrochemiczny
Ogólnie rzecz biorąc, biosensor elektrochemiczny opiera się na reakcji katalizy enzymatycznej, która zużywa lub generuje elektrony. Takie typy enzymów nazywane są enzymami redoks. Podłoże tego biosensora zawiera zazwyczaj trzy elektrody, takie jak licznik, typ odniesienia i typ roboczy.
Przedmiotowy analit jest zaangażowany w odpowiedź, która zachodzi na powierzchni aktywnej elektrody, a reakcja ta może również powodować przenoszenie elektronów przez potencjał podwójnej warstwy. Prąd można obliczyć przy zadanym potencjale.
Bioczujniki elektrochemiczne dzielą się na cztery typy
- Amperometryczne czujniki biologiczne
- Potencjometryczne bioczujniki
- Biosensory impedymetryczne
- Woltamperometryczne bioczujniki
2. Amperometryczny biosensor
Amperometryczny biosensor to niezależne urządzenie wbudowane w oparciu o ilość prądu pochodzącego z utleniania, oferujące dokładne ilościowe informacje analityczne.
Ogólnie rzecz biorąc, te bioczujniki mają czasy reakcji, zakresy energetyczne i czułość porównywalne z bioczujnikami potencjometrycznymi. Prosty amperometryczny biosensor, który jest często używany, obejmuje elektrodę „tlenową Clarka”.
Zasada działania tego biosensora opiera się na wielkości przepływu prądu między przeciwelektrodą a pracą, która jest stymulowana przez reakcję redoks na elektrodzie roboczej. Wybór ośrodków analitycznych ma zasadnicze znaczenie dla szerokiej gamy zastosowań, obejmujących wysokowydajne badania przesiewowe leków, kontrolę jakości, znajdowanie i rozwiązywanie problemów oraz kontrolę biologiczną.
3. Potencjometryczne czujniki biologiczne
Ten typ biosensora zapewnia logarytmiczną odpowiedź za pomocą wysokiego zakresu energetycznego. Te bioczujniki często są kompletne przez monitor produkujący prototypy elektrod leżących na syntetycznym podłożu pokrytym wydajnym polimerem z połączonym enzymem.
Składają się z dwóch elektrod, które są niezwykle czułe i mocne. Umożliwiają one rozpoznawanie analitów na etapach, zanim będzie to możliwe tylko za pomocą HPLC, LC / MS i bez dokładnego przygotowania modelu.
Wszystkie typy bioczujników generalnie zajmują najmniej czasu na przygotowaniu próbki, ponieważ biologiczny składnik wykrywający jest niezwykle wybiórczo używany w przypadku problematycznego analitu. Przy zmianach fizycznych i elektrochemicznych sygnał będzie generowany w warstwie polimeru przewodzącego w wyniku modyfikacji zachodzącej na zewnątrz biosensora.
Zmiany te można przypisać sile jonowej, nawodnieniu, pH i odpowiedziom redoks, późniejszym jako znacznik enzymu obracającego się nad substratem. W tranzystorach FET , końcówka bramki została zmieniona za pomocą przeciwciała lub enzymu, może również wyczuwać bardzo niską uwagę różnych analitów, ponieważ wymagana ilość analitu w kierunku końcówki bramki powoduje zmianę w drenu w celu źródła prądu.
4. Biosensory impedymetryczne
EIS (spektroskopia impedancji elektrochemicznej) jest czułym wskaźnikiem dla szerokiego zakresu właściwości fizycznych i chemicznych. Obecnie obserwuje się rosnący trend w kierunku ekspansji bioczujników impedymetrycznych. Techniki impedimetryczne zostały zastosowane w celu zróżnicowania wynalazku biosensorów, jak również zbadania katalizowanych odpowiedzi enzymów lektyn, kwasów nukleinowych, receptorów, całych komórek i przeciwciał.
5. Woltamperometryczny biosensor
Komunikacja ta jest podstawą nowego biosensora woltamperometrycznego do wykrywania akryloamidu. Ten biosensor został zbudowany z elektrody z klejem węglowym dostosowanej do Hb (hemoglobiny), która obejmuje cztery grupy prostaty rąbka (Fe). Ten typ elektrody wykazuje odwracalną procedurę utleniania lub redukcji Hb (Fe).
Biosensor fizyczny
W warunkach klasyfikacji bioczujniki fizyczne są najbardziej podstawowymi i szeroko stosowanymi czujnikami. Główne idee stojące za tą kategoryzacją wynikają również z inspekcji ludzkich umysłów. Ponieważ ogólną metodą działania inteligencji słuchu, wzroku i dotyku jest reagowanie na zewnętrzne bodźce fizyczne, w związku z tym każde urządzenie wykrywające, które reaguje na fizyczne własności medium, zostało nazwane fizycznym biosensorem.
Fizyczne bioczujniki są podzielone na dwa typy: biosensor piezoelektryczny i biosensor termometryczny.
Biosensory piezoelektryczne
Czujniki te są zbiorem urządzeń analitycznych, które działają na zasadzie „zapisu interakcji powinowactwa”. Platforma piezoelektryka jest elementem czujnikowym działającym na zasadzie transformacji oscylacji w wyniku skoku zbiorczego na powierzchni kryształu piezoelektrycznego. W tej analizie bioczujniki mają zmodyfikowaną powierzchnię z antygenem lub przeciwciałem, molekularnie wybitym polimerem i dziedziczną informacją. Deklarowane części detekcyjne są zwykle łączone za pomocą nanocząstek.
Biosensor termometryczny
Istnieją różne typy reakcji biologicznych, które są związane z wynalezieniem ciepła, co stanowi podstawę bioczujników termometrycznych. Te czujniki są zwykle nazywane bioczujnikami termicznymi
Termometryczny do pomiaru używany jest biosensor lub oszacuj poziom cholesterolu w surowicy. Gdy cholesterol utlenia się przez enzym utleniający cholesterol, powstanie ciepło, które można obliczyć. Podobnie, za pomocą tych bioczujników można przeprowadzić ocenę glukozy, mocznika, kwasu moczowego i penicyliny G.
Biosensor optyczny
Biosensor optyczny to urządzenie wykorzystujące optyczną zasadę pomiaru. Używają światłowody a także przetworniki optoelektroniczne. Termin optrode reprezentuje kompresję dwóch terminów optyczny i elektroda. Czujniki te obejmują głównie przeciwciała i enzymy, takie jak elementy transdukujące.
Bioczujniki optyczne umożliwiają bezpieczne, nieelektryczne, niedostępne wykrywanie sprzętu. Dodatkową korzyścią jest to, że często nie potrzebują one czujników referencyjnych, ponieważ sygnał porównawczy można wytworzyć przy użyciu podobnego źródła światła, takiego jak czujnik próbkujący. Bioczujniki optyczne są podzielone na dwa typy: biosensor z bezpośrednią detekcją optyczną i biosensor z etykietą do detekcji optycznej.
Biosensory do noszenia
Biosensor do noszenia jest urządzeniem cyfrowym, używanym do noszenia na ludzkim ciele w różnych systemach do noszenia, takich jak inteligentne zegarki, inteligentne koszule, tatuaże, które umożliwiają poziom glukozy we krwi, ciśnienie tętnicze, tętno itp.
Obecnie możemy zauważyć, że te czujniki dają światu sygnał poprawy. Ich lepsze wykorzystanie i łatwość mogą zapewnić oryginalny poziom doświadczenia w stanie sprawności pacjenta w czasie rzeczywistym. Ta dostępność danych pozwoli na lepszy wybór kliniczny i wpłynie na lepsze wyniki zdrowotne i dodatkowe możliwości wykorzystania systemów opieki zdrowotnej.
W przypadku ludzi czujniki te mogą pomóc w przedwczesnym rozpoznaniu działań zdrowotnych i zapobieganiu hospitalizacji. Możliwość tych czujników w celu ograniczenia pobytów w szpitalach i ponownych hospitalizacji z pewnością wzbudzi pozytywną świadomość w najbliższej przyszłości. Ponadto, zbadane informacje mówią, że WBS z pewnością przyniesie światu opłacalny, nadający się do noszenia sprzęt medyczny.
Aplikacje biosensorów
W ostatnich latach czujniki te stały się bardzo popularne i znajdują zastosowanie w różnych wymienionych poniżej dziedzinach.
- Wspólna kontrola zdrowotna
- Pomiar metabolitów
- Badania przesiewowe w kierunku choroby
- Leczenie insuliną
- Psychoterapia kliniczna i diagnostyka chorób
- W wojsku
- Zastosowania rolnicze i weterynaryjne
- Poprawa narkotyków, wykrywanie przestępstw
- Przetwarzanie i monitorowanie w przemyśle
- Kontrola zanieczyszczeń ekologicznych
Z powyższego artykułu możemy wreszcie wywnioskować biosensory i bioelektronika były używane w wielu obszarach opieki zdrowotnej, badań biologicznych, środowiskowych, spożywczych i wojskowych. Ponadto czujniki te można ulepszyć w postaci nanobiotechnologii. Najlepszym przykładem przyszłego wykorzystania nanobiotechnologii jest papier elektroniczny, soczewki kontaktowe i modyfikacja Nokii. Oto pytanie do Ciebie, czym są bioczujniki do noszenia?
![Diody stykowe punktowe [historia, konstrukcja, obwód aplikacyjny]](https://electronics.jf-parede.pt/img/electronics-tutorial/38/point-contact-diodes-history-construction-application-circuit-1.jpg)
