Ang unang biosensor ay naimbento noong taong 1950 ng American biochemist na 'L.L Clark'. Ginagamit ang biosensor na ito upang masukat ang oxygen sa dugo, at ang electrode na ginamit sa sensor na ito ay pinangalanan bilang Clark electrode o oxygen electrode. Pagkatapos nito, isang gel na may glucose oxidize na enzyme ang pinatong sa oxygen-electrode upang makalkula ang asukal sa dugo. Kaalinsabay, ang enzyme urease ay ginamit sa isang elektrod na naimbento partikular para sa mga ion ng NH4 ++ para sa pagkalkula ng urea sa mga likido ng katawan tulad ng ihi at dugo.
Mayroong tatlong henerasyon ng mga biosensor na magagamit sa merkado. Sa Unang uri ng biosensor, ang reaksyon ng produkto ay nagkakalat sa sensor at sanhi ng reaksyong elektrikal. Sa pangalawang uri, ang sensor ay nagsasangkot ng mga partikular na tagapamagitan sa pagitan ng sensor at ng tugon upang makagawa ng isang mas mahusay na tugon. Sa pangatlong uri, ang tugon mismo ay sanhi ng reaksyon at walang tagapamagitan na tuwirang kasangkot. Nagbibigay ang artikulong ito ng isang pangkalahatang ideya ng isang biosensor, pagtatrabaho ng biosensors, iba't ibang mga uri, at mga application nito.
Ano ang isang Biosensor?
Ang biosensors ay maaaring tukuyin bilang mga aparato na analitikal na kasama ang isang kumbinasyon ng mga elemento ng pagtuklas ng biological tulad ng sensor system at isang transducer. Kapag naghahambing kami sa anumang iba pang kasalukuyang umiiral na diagnostic na aparato, ang mga sensor na ito ay advanced sa mga kondisyon ng selectivity pati na rin ang pagiging sensitibo. Ang mga aplikasyon ng mga Biosensor na ito pangunahin kasama ang pagsuri sa kontrol ng polusyon sa ekolohiya, sa larangan ng agrikultura pati na rin mga industriya ng pagkain. Ang mga pangunahing tampok ng biosensors ay ang katatagan, gastos, pagkasensitibo, at muling pagsasama.
Pangunahing Mga Bahagi ng isang Biosensor
Ang block diagram ng biosensor ay may kasamang tatlong mga segment na katulad, sensor, transducer, at mga nauugnay na electron. Sa unang segment, ang sensor ay isang tumutugong biyolohikal na bahagi, ang pangalawang segment ay ang bahagi ng detektor na binabago ang nagresultang signal mula sa contact ng analyte at para sa mga resulta na ipinapakita nito sa isang naa-access na paraan. Ang pangwakas na seksyon ay binubuo ng isang amplifier na kilala bilang signal circuit ng signal, isang display unit pati na rin ang processor.
Paggawa ng Prinsipyo ng Biosensors
Karaniwan, ang isang tukoy na enzyme o ginustong materyal na biyolohikal ay na-deactivate ng ilan sa mga karaniwang pamamaraan, at ang deactivated na biological material ay malapit sa pakikipag-ugnay sa transducer. Ang analyte ay kumokonekta sa biological na bagay upang hugis ng isang malinaw na analyte na kung saan ay nagbibigay ng elektronikong reaksyon na maaaring kalkulahin. Sa ilang mga halimbawa, ang analyte ay binago sa isang aparato na maaaring konektado sa paglabas ng gas, init, mga electron ions o hydrogen ions. Dito sa, ang transducer maaaring baguhin ang naka-link na aparato nagko-convert sa mga de-koryenteng signal na maaaring mabago at kalkulahin.
Paggawa ng Biosensors
Ang signal ng elektrisidad ng transducer ay madalas na mababa at overlay sa isang medyo mataas na baseline. Pangkalahatan, ang pagpoproseso ng signal ay may kasamang pagbabawas ng isang posisyon ng signal ng baseline, na nakuha mula sa isang nauugnay na transducer nang walang anumang sumasaklaw na biocatalyst.
Ang medyo mabagal na katangian ng reaksyon ng biosensor ay makabuluhang gumagaan sa isyu ng pagsala ng elektrikal na ingay. Sa yugtong ito, ang direktang output ay magiging isang analog signal gayunpaman ito ay binago sa digital form at tinanggap sa isang microprocessor yugto kung saan isinasagawa ang impormasyon, naiimpluwensyahan sa ginustong mga yunit at o / p sa isang data store.
Mga uri ng Biosensors
Ang magkakaibang mga uri ng biosensors ay inuri batay sa sensor aparato pati na rin ang biological na materyal na tinalakay sa ibaba.
1. Electrochemical Biosensor
Pangkalahatan, ang electrochemical biosensor ay batay sa reaksyon ng enzymatic catalysis na kumukonsumo o bumubuo ng mga electron. Ang mga nasabing uri ng mga enzyme ay pinangalanan bilang Redox Enzymes. Ang substrate ng biosensor na ito ay karaniwang may kasamang tatlong mga electrode tulad ng isang counter, sanggunian, at uri ng pagtatrabaho.
Ang object analyte ay nakikibahagi sa tugon na nangyayari sa ibabaw ng isang aktibong elektrod, at ang reaksyong ito ay maaaring mapagkukunan din ng electron-transfer sa dalawahang potensyal na layer. Ang kasalukuyang ay maaaring kalkulahin sa isang itinakdang potensyal.
Ang electrochemical biosensors ay inuri sa apat na uri
- Amperometric Biosensors
- Potentiometric Biosensors
- Impedimetric Biosensors
- Mga Voltammetric Biosensor
2. Amperometric Biosensor
Ang isang amperometric biosensor ay isang aparato na isinama sa sarili na nakabatay sa dami ng kasalukuyang kasunod mula sa oksihenasyon na nag-aalok ng eksaktong dami ng impormasyong analitikal na analitiko.
Pangkalahatan, ang mga Biosensor na ito ay may mga oras ng reaksyon, masiglang saklaw at pagiging sensitibo na maihahalintulad sa Potentiometric-biosensors. Ang simpleng amperometric biosensor sa madalas na paggamit ay kasama ang elektrod na 'Clark oxygen'.
Ang panuntunan ng biosensor na ito ay batay sa dami ng daloy ng kasalukuyang pagitan ng Counter Electrode at ang pagtatrabaho na hinihimok ng isang tugon sa redox sa pagpapatakbo ng elektrod. Ang pagpili ng mga sentro ng pinag-aralan ay mahalaga para sa isang malawak na pagpipilian ng mga paggamit, na binubuo ng pagsisiyasat ng gamot na mataas na throughput, kontrol sa kalidad, paghahanap ng problema at paghawak, at pagsusuri ng biological.
3. Potentiometric Biosensors
Ang ganitong uri ng biosensor ay nagbibigay ng isang logarithmic na tugon sa pamamagitan ng isang mataas na energetic range. Ang mga biosensor na ito ay madalas na kumpleto sa pamamagitan ng monitor na gumagawa ng mga prototype ng electrode na nakahiga sa isang synthetic substrate, na sakop ng isang gumaganap na polimer na may ilang mga enzyme ay konektado.
Binubuo ang mga ito ng dalawang electrode na napakalaking tumutugon at malakas. Pinapayagan nila ang pagkilala sa mga analyte sa mga yugto bago lamang makuha ang HPLC, LC / MS & nang walang eksaktong paghahanda ng modelo.
Ang lahat ng mga uri ng biosensors sa pangkalahatan ay sumasakop sa hindi bababa sa paghahanda ng sample dahil ang bahagi ng biological na pagtuklas ay labis na ginagamit para sa pinag-aralan na analit. Sa pamamagitan ng mga pagbabago ng pisikal at electrochemical ang signal ay mabubuo ng sa layer ng pagsasagawa ng polimer dahil sa pagbabago na nangyayari sa labas ng biosensor.
Ang mga pagbabagong ito ay maaaring kredito sa ionic force, hydration, pH, at redox na mga tugon, ang huli ay bilang tatak ng enzyme na umiikot sa itaas ng isang substrate. Sa FETs , ang terminal ng gate ay binago ng isang antibody o enzyme, maaari ding maunawaan ang napakababang mga atensyon ng iba't ibang mga analit dahil ang kinakailangang pag-analisin patungo sa terminal ng gate ay gumawa ng pagbabago sa alisan ng tubig patungo sa kasalukuyang mapagkukunan.
4. Impedimetric Biosensors
Ang EIS (Electrochemical impedance spectroscopy) ay isang tumutugong tagapagpahiwatig para sa isang malawak na hanay ng mga pisikal at pati na rin mga kemikal na katangian. Ang isang tumataas na kalakaran patungo sa paglawak ng Impedimetric-biosensors ay kasalukuyang sinusunod. Ang mga diskarte ng Impedimetric ay naisakatuparan upang makilala ang pag-imbento ng mga biosensor pati na rin upang suriin ang mga nasabing catalyzed na tugon ng mga enzyme lektoryo, mga nucleic acid, receptor, buong mga cell, at mga antibodies.
5. Voltammetric Biosensor
Ang komunikasyon na ito ay ang batayan ng isang bagong voltammetric biosensor upang mapansin ang acrylamide. Ang biosensor na ito ay itinayo gamit ang isang carbon glue electrode na na-customize sa Hb (hemoglobin), na kinabibilangan ng apat na mga pangkat ng prostatic ng hem (Fe). Ang ganitong uri ng elektrod ay nagpapakita ng isang nababaligtad na oksihenasyon o pamamaraang pagbawas ng Hb (Fe).
Physical Biosensor
Sa mga kundisyon ng pag-uuri, ang mga pisikal na biosensor ang pinakamahalaga pati na rin ang malawak na ginamit na mga sensor. Ang mga pangunahing ideya sa likod ng kategoryang ito ay nangyayari rin mula sa pag-inspeksyon sa isip ng tao. Tulad ng pangkalahatang pamamaraan ng pagtatrabaho sa likod ng katalinuhan ng pandinig, paningin, pag-ugnay ay ang reaksyon sa panlabas na pisikal na stimuli, samakatuwid ang anumang aparato na nakakakita na nag-aalok ng reaksyon sa mga pisikal na pag-aari ng daluyan ay pinangalanan bilang isang pisikal na biosensor.
Ang mga pisikal na biosensor ay inuri sa dalawang uri katulad ng piezoelectric biosensor at thermometric biosensor.
Piezoelectric Biosensors
Ang mga sensor na ito ay isang koleksyon ng mga analytical na aparato na gumagana sa isang batas ng 'pag-record ng pakikipag-ugnay sa pakikipag-ugnay'. Ang platform ng isang piezoelectric ay isang elemento ng sensor na gumagana sa batas ng mga oscillation na magbago dahil sa isang pagtalon sa koleksyon sa ibabaw ng isang piezoelectric na kristal. Sa pag-aaral na ito, ang mga biosensor na mayroong binago na ibabaw na may antigen o antibody, isang molekular na natatak na polimer, at nagmamana ng impormasyon. Ang idineklarang mga bahagi ng pagtuklas ay karaniwang nagkakaisa sa pamamagitan ng paggamit ng mga nanoparticle.
Thermometric Biosensor
Mayroong iba't ibang mga uri ng biological na reaksyon na kung saan ay konektado sa pag-imbento ng init, at ito ang gumagawa ng base ng thermometric biosensors. Ang mga sensor na ito ay karaniwang pinangalanan bilang mga thermal biosensor
Thermometric- ginagamit ang biosensor upang sukatin o tantyahin ang serum kolesterol. Tulad ng kolesterol na nakakakuha ng oxidized sa pamamagitan ng enzyme na oxygen oxidize, kung gayon ang init ay magagawa na maaaring kalkulahin. Katulad nito, ang mga pagtatasa ng glucose, urea, uric acid, at penicillin G ay maaaring gawin sa mga biosensor na ito.
Optical Biosensor
Ang Optical biosensor ay isang aparato na gumagamit ng isang prinsipyo ng pagsukat ng optikal. Ginagamit nila ang fiber optika pati na rin ang mga transporter ng optoelectronic. Ang term optrode ay kumakatawan sa isang compression ng dalawang term na optikal at elektrod. Pangunahing kinasasangkutan ng mga sensor na ito ang mga antibody at enzyme tulad ng mga elemento ng transducing.
Pinapayagan ng mga optikal na biosensor ang isang ligtas na di-kuryenteng hindi ma-access na pagdama ng kagamitan. Ang isang labis na benepisyo ay ang mga madalas na hindi nangangailangan ng mga sangguniang sensor, sapagkat ang ihahambing na signal ay maaaring magawa sa pamamagitan ng paggamit ng katulad na mapagkukunan ng ilaw tulad ng sensor ng sampling. Ang mga optical biosensors ay inuri sa dalawang uri katulad ng direktang optical detection biosensor at may label na optical detection biosensor.
Masusuot na Biosensors
Ang naisusuot na biosensor ay isang digital na aparato, na isinusuot sa katawan ng tao sa iba't ibang mga naisusuot na sistema tulad ng mga smart relo, matalinong kamiseta, tattoo na nagbibigay-daan sa mga antas ng glucose sa dugo, BP, ang rate ng tibok ng puso, atbp.
Sa panahon ngayon, mapapansin natin na ang mga sensor na ito ay nagdadala ng isang senyas ng pagpapabuti sa mundo. Ang kanilang mas mahusay na paggamit at kadalian ay maaaring magbigay ng isang orihinal na antas ng karanasan sa katayuan sa real-time na fitness ng pasyente. Papayagan ng kakayahang mai-access ang data na ito ang higit na napiling klinikal na pagpipilian at magkakabisa sa pinahusay na mga resulta sa kalusugan at labis na may kakayahang paggamit ng mga sistemang pangkalusugan.
Para sa mga tao, ang mga sensor na ito ay maaaring makatulong sa maagang pagkilala sa mga pagkilos sa kalusugan at pag-iwas sa ospital. Ang posibilidad ng mga sensor na ito upang mabawasan ang mga pananatili sa ospital at muling pagpapadala ay tiyak na makaakit ng positibong kamalayan sa darating na hinaharap. Gayundin, ang impormasyon sa pagsisiyasat ay nagsasabi na ang WBS ay tiyak na magdadala ng isang mahusay na naisusuot na kagamitang pangkalusugan sa mundo.
Mga Aplikasyon ng Biosensors
Sa mga nagdaang taon, ang mga sensor na ito ay naging napakapopular, at nalalapat ang mga ito sa iba't ibang mga patlang na nabanggit sa ibaba.
- Karaniwang pagsusuri sa pangangalaga ng kalusugan
- Pagsukat ng Metabolites
- Pagsisiyasat para sa karamdaman
- Paggamot sa insulin
- Clinical psychotherapy at diagnosis ng sakit
- Sa Militar
- Mga aplikasyon sa agrikultura, at Beterinaryo
- Pagpapabuti ng droga, pagtuklas ng pagkakasala
- Pagproseso at pagsubaybay sa Industrial
- Pagkontrol sa polusyon sa ekolohiya
Mula sa itaas na artikulo, sa wakas, maaari nating tapusin iyon biosensors at bioelectronics ginamit sa maraming mga lugar ng pangangalagang pangkalusugan, pananaliksik sa agham sa buhay, aplikasyon sa kapaligiran, pagkain at militar. Dagdag dito, ang mga sensor na ito ay maaaring mapahusay bilang nanobiotechnology. Ang pinakamahusay na halimbawa ng hinaharap na paggamit ng nanobiotechnology ay may kasamang elektronikong papel, contact lens, at Nokia morph. Narito ang isang katanungan para sa iyo, ano ang mga naisusuot na biosensor?
