הביוסנסור הראשון הומצא בשנת 1950 על ידי הביוכימאי האמריקני 'L.L Clark'. ביוסנסור זה משמש למדידת חמצן בדם, והאלקטרודה המשמשת בחיישן זה נקראת אלקטרודת קלארק או אלקטרודת חמצן. לאחר מכן, ג'ל עם אנזים מחמצן גלוקוז הונח על אלקטרודת החמצן כדי לחשב את רמת הסוכר בדם. בהתאם, אוראז אנזים נוצל עם אלקטרודה שהומצאה במיוחד עבור יונים NH4 ++ לחישוב אוריאה בנוזלי הגוף כמו שתן ודם.
ישנם שלושה דורות של ביוסנסורים הזמינים בשוק. בסוג הביוסנסור הראשון התגובה של המוצר מתפזרת לחיישן וגורמת לתגובה החשמלית. בסוג השני, החיישן כולל במיוחד מתווכים בין החיישן לתגובה על מנת לייצר תגובה טובה יותר. בסוג השלישי, התגובה עצמה גורמת לתגובה ואף מתווך אינו מעורב באופן ישיר. מאמר זה נותן סקירה של ביוסנסור, עבודה של חיישני ביו, סוגים שונים, ויישומיו.
מה זה ביוסנסור?
ניתן להגדיר ביוסנסורים כמכשירים אנליטיים הכוללים שילוב של אלמנטים מגלים ביולוגיים כמו מערכת חיישנים ומתמר. כאשר אנו משווים עם כל מכשיר אבחון אחר הקיים כיום, חיישנים אלה מתקדמים בתנאי סלקטיביות כמו גם ברגישות. ה יישומים של ביוסנסורים אלה כולל בעיקר בדיקת זיהום אקולוגי, בתחום החקלאות כמו גם בתעשיות המזון. המאפיינים העיקריים של חיישנים ביולוגיים הם יציבות, עלות, רגישות ושחזור.
רכיבים עיקריים של ביוסנסור
ה תרשים בלוקים של הביוסנסור כולל שלושה קטעים כלומר חיישן, מתמר ואלקטרונים נלווים. בקטע הראשון, החיישן הוא חלק ביולוגי רספונסיבי, הקטע השני הוא החלק הגלאי שמשנה את האות המתקבל ממגע האנליטן ולתוצאות שהוא מציג בצורה נגישה. החלק האחרון כולל מגבר המכונה מעגל מיזוג אותות, יחידת תצוגה כמו גם המעבד.
עקרון עבודה של ביוסנסורים
בדרך כלל, אנזים ספציפי או חומר ביולוגי מועדף מושבתים על ידי כמה מהשיטות הרגילות, והחומר הביולוגי המושבת נמצא במגע קרוב למתמר. הניתוח מתחבר לאובייקט הביולוגי בכדי לעצב אנליסט ברור אשר בתורו נותן את התגובה האלקטרונית שניתן לחשב. בדוגמאות מסוימות, האנליטן מוחלף למכשיר שעשוי להיות מחובר לפריקה של גז, חום, יונים אלקטרונים או יוני מימן. בזה, המתמר יכול לשנות את המכשיר המקושר הממיר לאותות חשמליים שניתן לשנות ולחשב.
עבודה של ביוסנסורים
האות החשמלי של המתמר נמוך לעתים קרובות ומונח על בסיס בסיס גבוה למדי. באופן כללי, עיבוד האות כולל ניכוי אות בסיס מיקום, המתקבל מתמר קשור ללא כיסוי ביו-קטליסט.
האופי האיטי יחסית של תגובת הביוסנסור מקל באופן משמעותי על נושא סינון הרעשים החשמליים. בשלב זה, הפלט הישיר יהיה אות אנלוגי אולם הוא משתנה לצורה דיגיטלית ומתקבל ל מיקרו מעבד שלב שבו המידע מתקדם, מושפע מיחידות מועדפות ו- o / p לחנות נתונים.
סוגי ביוסנסורים
הסוגים השונים של חיישני הביולוגיה מסווגים על פי מכשיר החיישן, כמו גם על החומר הביולוגי שנדון להלן.
1. ביוסנסור אלקטרוכימי
ככלל, הביוסנסור האלקטרוכימי מבוסס על תגובת זרז אנזימטי הצורך או מייצר אלקטרונים. סוגים כאלה של אנזימים נקראים אנזימים של רדוקס. המצע של ביוסנסור זה כולל בדרך כלל שלוש אלקטרודות כגון מונה, הפניה וסוג עבודה.
אנליט האובייקט עוסק בתגובה המתרחשת על פני אלקטרודה פעילה, ותגובה זו עשויה להוביל גם להעברת אלקטרונים על פני פוטנציאל השכבה הכפולה. ניתן לחשב את הזרם בפוטנציאל מוגדר.
ביו-חיישנים אלקטרוכימיים מסווגים לארבעה סוגים
- ביוסנסורים אמפרומטריים
- ביוסנסורים פוטנציומטריים
- ביוסנסורים אימפדימטריים
- ביוסנסורים וולטמטריים
2. ביוסנסור אמפרומטרי
ביוסנסר אמפרומטרי הוא מכשיר משולב באופן עצמאי המבוסס על כמות הזרם הנובעת מהחמצון המציע מידע אנליטי כמותי מדויק.
באופן כללי, לביוסנסורים אלה יש זמני תגובה, טווחים אנרגטיים ורגישויות הדומים לפוטנציאל-ביו-חיישנים. הביוסנסור האמפטרומטרי הפשוט בשימוש תכוף כולל את האלקטרודה 'קלארק חמצן'.
הכלל של ביוסנסור זה מבוסס על כמות זרימת הזרם בין האלקטרודה הנגדית לעבודה אשר מעודדת על ידי תגובת חידוש באלקטרודה התפעולית. בחירת מרכזי אנליטים חיונית למבחר רחב של שימושים, הכוללים בדיקת רפואה בתפוקה גבוהה, בקרת איכות, איתור וטיפול בבעיות ובדיקה ביולוגית.
3. ביוסנסורים פוטנציומטריים
סוג זה של ביוסנסור מספק תשובה לוגריתמית באמצעות טווח אנרגטי גבוה. ביוסנסורים אלה מושלמים לעיתים קרובות על ידי צג המייצר את אבות הטיפוס של האלקטרודה המונחים על מצע סינתטי, מכוסה על ידי פולימר המבצע עם אנזים כלשהו מחובר.
הן כוללות שתי אלקטרודות המגיבות מאוד וחזקות. הם מאפשרים זיהוי של אנליטים בשלבים לפני שניתן להשיג רק על ידי HPLC, LC / MS וללא הכנת מודל מדויקת.
כל סוגי הביוסנסורים בדרך כלל תופסים הכי פחות הכנה מדגמית מכיוון שרכיב האיתור הביולוגי הוא בררני ביותר המשמש לניתוח הבעייתי. על ידי שינויים פיזיקליים ואלקטרוכימיים, האות תיווצר בשכבת הפולימר המוליך עקב שינוי שקורה בחלק החיצוני של הביו-סנסור.
שינויים אלה עשויים להיות מיוחסים לתגובות של כוח יוני, לחות, pH וחיזור חיזוק, מאוחר יותר כתווית האנזים המסתובב מעל מצע. ב FETs , מסוף השער הוחלף עם נוגדן או אנזים, יכול גם לחוש בתשומת לב נמוכה מאוד של אנליטים שונים מכיוון שדרוש הניתוח לעבר מסוף השער גורם לשינוי בניקוז למקור הנוכחי.
4. ביוסנסורים אימפדימטריים
ה- EIS (ספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימית) הוא אינדיקטור רספונסיבי למגוון רחב של תכונות פיזיקליות וכימיות. כיום נצפית מגמת עלייה לקראת התרחבות חיישני האימפדימטרי. הטכניקות של Impedimetric בוצעו כדי להבדיל את המצאת הביו-חיישנים וכן לבחון את התגובות המזרזות של אנזימים לקטינים, חומצות גרעין, קולטנים, תאים שלמים ונוגדנים.
5. ביוסנסור וולטמטרי
תקשורת זו היא הבסיס של ביוסנסר וולטמטרי חדש להבחין באקרילאמיד. ביוסנסור זה נבנה עם אלקטרודת דבק פחמן המותאמת אישית עם Hb (המוגלובין), הכוללת ארבע קבוצות ערמונית של המכפלת (Fe). סוג זה של אלקטרודה מראה הליך חמצון או הפחתה הפיך של Hb (Fe).
ביוסנסור פיזי
בתנאי סיווג, חיישני ביו פיזיים הם החיישנים הבסיסיים ביותר, כמו גם בשימוש נרחב. הרעיונות העיקריים שעומדים מאחורי סיווג זה קורים גם מבדיקת המוחות האנושיים. כשיטת העבודה הכללית שעומדת מאחורי האינטליגנציה של שמיעה, ראייה, מגע היא להגיב על הגירויים הפיזיים החיצוניים, ולכן כל מכשיר זיהוי שמציע תגובה לרכוש הפיזי של המדיום נקרא כביוסנסור פיזי.
הביוסנסורים הפיזיים מסווגים לשני סוגים, כלומר ביו-חיישן פיזואלקטרי וביו-חיישן תרמומטרי.
ביוסנסורים פיזואלקטריים
חיישנים אלה הם אוסף של מכשירים אנליטיים הפועלים על פי החוק של 'הקלטת אינטראקציה בין זיקה'. הפלטפורמה של פיזואלקטריה היא אלמנט חיישן שעובד על חוק התנודות המשתנות עקב קפיצת אוסף על פני גביש פיזואלקטרי. בניתוח זה, חיישני ביו בעלי משטח שונה עם אנטיגן או נוגדן, פולימר מוטבע מולקולרית ומידע תורשתי. חלקי הגילוי המוצהרים מאוחדים בדרך כלל באמצעות חלקיקי ננו.
ביוסנסור תרמומטרי
ישנם סוגים שונים של תגובות ביולוגיות אשר קשורות להמצאת החום, וזה הופך את הבסיס לביוסנסרים תרמומטריים. חיישנים אלה נקראים בדרך כלל כביוסנסרים תרמיים
תרמומטרי- biosensor משמש למדידה או להעריך את הכולסטרול בסרום. כאשר הכולסטרול מתחמצן באמצעות האנזים מתחמצן כולסטרול, אז יופק החום שניתן לחשב אותו. באופן דומה, ניתן לבצע הערכות של גלוקוז, אוריאה, חומצת שתן ופניצילין G בעזרת חיישני ביו אלה.
ביוסנסור אופטי
הביוסנסור האופטי הוא מכשיר המשתמש בעקרון מדידה אופטי. הם משתמשים ב- סיבים אופטיים כמו גם מתמרים אופטו-אלקטרוניים. המונח אופטרודה מייצג דחיסה של שני המונחים אופטיים ואלקטרודה. חיישנים אלה כוללים בעיקר נוגדנים ואנזימים כמו האלמנטים המתמרים.
חיישני ביו אופטיים מאפשרים חישה מאובטחת שאינה חשמלית של ציוד. יתרון נוסף הוא שלעתים קרובות אלה אינם זקוקים לחיישני הפניה, מכיוון שניתן לייצר את האות ההשוואתי באמצעות מקור אור דומה כמו חיישן הדגימה. הביו-סנסורים האופטיים מסווגים לשני סוגים, כלומר ביו-חיישן לזיהוי אופטי ישיר וחיישן זיהוי אופטי שכותרתו.
ביוסנסורים לבישים
הביוסנסור הלביש הוא מכשיר דיגיטלי, המשמש ללבישה על גוף האדם במערכות לבישות שונות כמו שעונים חכמים, חולצות חכמות, קעקועים המאפשרים את רמות הגלוקוז בדם, BP, קצב פעימות הלב וכו '.
בימינו אנו יכולים להבחין כי חיישנים אלה מבצעים אות שיפור לעולם. השימוש והקלות שלהם טובים יותר יכולים להעניק רמה מקורית של חוויה למצב הכושר של המטופל בזמן אמת. נגישות נתונים זו תאפשר בחירה קלינית מעולה ותשפיע על תוצאות בריאות משופרות ושימוש מסוגל במיוחד במערכות בריאות.
עבור בני האדם, חיישנים אלה עשויים לסייע בזיהוי מוקדם של פעולות בריאות ומניעת אשפוז. האפשרות של חיישנים אלה לצמצם את האשפוזים והקבלה לאשפוז בהחלט תמשוך מודעות חיובית בעתיד הקרוב. כמו כן, חקר המידע אומר כי WBS בהחלט תוביל ציוד בריאות לביש חסכוני לעולם.
יישומים ביוסנסורים
בשנים האחרונות חיישנים אלה הפכו פופולריים מאוד, והם ניתנים ליישום בתחומים שונים המוזכרים להלן.
- בדיקת בריאות נפוצה
- מדידת מטבוליטים
- בדיקת מחלה
- טיפול באינסולין
- פסיכותרפיה קלינית ואבחון מחלות
- בצבא
- יישומים חקלאיים וטרינריים
- שיפור סמים, גילוי עבירות
- עיבוד ומעקב בתעשייה
- בקרת זיהום אקולוגית
מהמאמר לעיל, סוף סוף, אנו יכולים להסיק זאת חיישני ביו ו ביואלקטרוניקה שימשו בתחומים רבים בתחום הבריאות, מחקר מדעי החיים, סביבה, מזון ויישומים צבאיים. יתר על כן, ניתן לשפר חיישנים אלה בתור ננו-ביוטכנולוגיה. הדוגמה הטובה ביותר לשימוש העתידי בננו-ביוטכנולוגיה כוללת נייר אלקטרוני, עדשות מגע ומורפי של נוקיה. הנה שאלה עבורך, מהם ביוסנסורים לבישים?
