A bioszenzor, ha a szót „bio” – ra és „szenzorra” osztja, akkor jobban megérti, mi az.

A bioszenzorok olyan bioanalitikai rendszerek, amelyek érzékelik a biológiai mintákat. Ezek kicsi, nagy teljesítményű eszközök, amelyek képesek biológiai minták elemzésére, hogy megértsék funkciójukat, összetételüket és szerkezetüket. Ezt úgy érik el, hogy egy biológiai jelet vagy választ mérhető válaszra konvertálnak.

Lehet, hogy látta az emberek segítségével glucometer a rendszeres vércukor ellenőrzés, ujjbeggyel impulzus oximeters az oxigén telítettség mérési szintek, valamint a pulzusszám, valamint smartwatches a napi ellenőrzése a fizikai aktivitás. Ezek a glükométerek, pulzoximéterek és okosórák mind példák a bioszenzorokra.

Ennek a technológiának számos alkalmazása van, amelyek nem korlátozódnak az egészségügyi ellátásra. Ezek létfontosságúak a kábítószer-felfedezéshez és a betegségek védelméhez, és figyelemmel kísérhetik a környezet, a talaj, a víz és az élelmiszer minőségét is. Az anyagcsere-tervezésben, a protézisek megfelelő működésének ellenőrzésében, valamint a biodefense-ben is használják őket.

Az első bioszenzort, amelyet „Clark elektródának” neveznek, Leland C. Clark 1956-ban fejlesztette ki az oxigén kimutatására. A bioszenzáció területén végzett munkája elismerést kapott a „bioszenzorok atyjaként”. Az első kereskedelmi bioszenzort 1975-ben fejlesztették ki a „Yellow Springs Instruments”.

Lássuk, hogyan működnek ezek a bioszenzorok. A vér glükométer egy példa egy invazív bioszenzorra a vércukorszint ellenőrzésére. Az impulzus-oximéter egy nem invazív bioszenzor példája. A smartwatch egy nem invazív bioszenzor, amelyet naponta használnak. (Fotó jóváírás: egy bioszenzor általános munkája
Ha biológiai mintát vagy analitot helyezünk a bioszenzorra, a bioszenzor digitális olvasást ad nekünk, amely biológiai értelmezéssel rendelkezik. A vizsgált anyag az érdekes anyag, amelyet fel kell fedezni.

Hogyan alakul át a biológiai komponens digitális információvá vagy mérhető válaszgá? Ezt a bioszenzoron belül jelen lévő különböző komponensek, például a biológiai felismerő elem, a jelátalakító, a jelerősítő, a jelfeldolgozó és a kijelző egység valósítják meg.

Lássuk, mit csinál mindegyik komponens.

A biológiai minta (analit) alkalmazásakor a felismerő elem kimutatja a vizsgált biomarkereket. A biomarker bármilyen vegyület vagy jel lehet, amely a betegség állapotának meghatározójaként vagy a szervezet fiziológiájának megváltozásaként használható. A jelátalakító ezt a biológiai változást elektromos jelré alakítja. Ezt az analóg jelet a jelerősítő erősíti. A jelprocesszor az erősített analóg jelet digitális jelré alakítja, amely megjelenik az LCD képernyőn. A bioszenzorok jellemzői
Az orvosbiológiai diagnózisban a bioszenzorok használata számos előnnyel jár a rutin laboratóriumi technikákkal szemben. mivel kicsi, könnyen használható, olcsó, azonnali eredményeket.

Bármely bioszenzor teljesítménye számos kulcsfontosságú jellemzőn alapul.

A bioszenzornak szelektívnek kell lennie abban a képességében, hogy felismerje egy adott analit jelenlétét. A bioszenzor által generált eredményeknek reprodukálhatónak kell lenniük, ami azt jelenti, hogy a bioszenzornak képesnek kell lennie arra, hogy azonos értékeket generáljon több azonos mintához.

A méréseknek pontosnak kell lenniük, minimális eltéréssel a bioszenzor által észlelt értékek és a hagyományos módszerekkel kapott értékek között. A bioszenzor teljesítményének stabilnak kell lennie, nem befolyásolhatja a külső hőmérsékletváltozásokat. Nagyon érzékenynek kell lennie a vizsgált anyag kis mennyiségének kimutatására, és a méréseknek lineárisnak kell lenniük a vizsgált anyag széles koncentrációtartományában.

A bioszenzorok analitjainak típusai
Sokan úgy vélik, hogy a vér az egyetlen testfolyadék, amelyet a bioszenzációhoz használnak, de ez nem igaz. A vér, a nyál, a verejték, a vizelet, a könnyek és a lélegzet mellett több bio-markerek kimutatására is használható.

Nézzünk meg néhány példát.

A vér alapú bioszenzorokat a vérkomponensek, például a glükóz monitorozására használják.

A nyál alapú bioszenzorok lassan egyre népszerűbbek a glükóz kimutatására, összehasonlítva az invazív vérbázisú bioszenzorokkal. Ezeket fel lehet használni bizonyos vegyi anyagok, például a laktát és a kortizol szintjének kimutatására is.

A verejtékalapú bioszenzorok képesek kimutatni olyan vegyületek szintjét, mint a glükóz, a laktát, az aszkorbinsav és a húgysav, míg a terhességi készletek kiváló példája a vizelet alapú bioszenzoroknak.

A könnyek felhasználhatók a glükóz, az alkohol és bizonyos vitaminok mennyiségének becslésére, míg a légzésalapú bioszenzorokat a rendőrség rutinszerűen használja az alkohol nyomainak kimutatására. A bioszenzorok típusai
Az olyan bioszenzorok, mint az ujj-prick glükométerek, amelyek a vércukorszint ellenőrzésére szolgálnak, megkövetelik, hogy a felhasználó megszúrja az ujját, és a vérmintát biológiai elemzőként használja. Ez egy példa egy invazív bioszenzorra. Ezzel szemben a pulzoximéter használata megköveteli a felhasználótól, hogy egyszerűen helyezze be ujjhegyét a készülékbe. Ez egy példa egy nem invazív bioszenzorra.

Tehát a szükséges biológiai analit alkalmazása alapján a bioszenzorok invazív vagy nem invazív kategóriába sorolhatók.

A bioszenzorok a biológiai felismerő Elem típusa és az alkalmazott transzdukciós mechanizmus alapján is osztályozhatók. A bioszenzor felismerő eleme lehet DNS, antitest, enzim, fág, szövetek, sejtreceptorok, mikrobiális egész sejtek stb.

A bioszenzorok tervezéséhez használt jelátalakítók típusától függően optikai bioszenzorokba, elektrokémiai bioszenzorokba vagy tömegalapú bioszenzorokba sorolhatók.

Az optikai szálak kulcsszerepet játszanak az optikai bioszenzorok működésében azáltal, hogy érzékelik a biológiai analitot a fluoreszcencia, a fény abszorpciója és szórása alapján. Ezek nem elektromos jellegűek, a mérések a törésmutató változásain alapulnak.

Az elektrokémiai bioszenzorok elektromos jellegűek, ahol az érzékelő molekula vagy a felismerő elem kölcsönhatásba lép a mintaanalittal. Az előállított elektromos jel gyakran arányos a vizsgált anyag koncentrációjával.

A tömegalapú bioszenzorok olyan elektromos bioszenzorok, ahol az előállított elektromos jelek arányosak az érzékelő molekulák mechanikai vagy akusztikus (hang) rezgéseivel.

Általánosan használt bioszenzorok
A leggyakrabban használt bioszenzorok kétségtelenül glükóz-bioszenzorok vagy glükométerek, amelyek vér vagy nyál alapúak, valamint a vizelet alapú terhességi csíkvizsgálatok.

Glükométer
Az első kereskedelmi forgalomban gyártott glükóz bioszenzort a Yellow Springs műszer készítette 1975-ben. Azóta a glükóz bioszenzorok kialakítása és teljesítménye drasztikus fejlődésen ment keresztül.

Az első glükométer és a jelenleg használt glükométerek közötti összehasonlítások tükrözik a biosensor technológia által elért technológiai fejlődést.

A glükóz bioszenzorok első generációja a légköri oxigént használta szubsztrátként, és észlelte a hidrogén-peroxid termelését. A második generációs bioszenzorok az oxigént más elektron mediátorokkal helyettesítették, amelyek feladata az elektronok szállítása az enzimről az elektródára. A harmadik generációs bioszenzorok teljesen reagensek voltak. Az elektron mediátorokat már nem használták, az enzim pedig közvetlenül az elektronokat az elektródákra helyezte át.

Ezek a fejlesztések kritikus fontosságúak voltak a cukorbetegség vér és nyál felhasználásával történő időben történő szűréséhez, diagnosztizálásához és kezeléséhez.

A felhasználó szempontjából a nyál alapú bioszenzorok előnyben részesíthetők, mivel a mintagyűjtemény nem invazív (kevesebb vagy nincs fájdalom), valamint a jobb érzékenység.

Terhesség szalag
A másik leggyakrabban használt bioszenzorok a terhességi tesztcsíkok, amelyek antitestalapúak, és meghatározzák a hCG (humán korionos gonadotropin) jelenlétét a vérből vagy a vizeletből.

A felismerő elemek az anti-HCG antitestek, amelyek a vér/vizelet HCG-jével agglutinálódnak (ha vannak), és agglutinációs vonalat alkotnak. A vonal jelenléte pozitív tesztet jelez, míg a vonal hiánya negatív terhességi teszt.

A kép egyértelműen képet ad arról, hogy a bioszenzor technológia miként fejlődött az idővel. A legnagyobb glükométerek az első (1983), 2 perces olvasási idővel, míg a legújabb technológiával (2004) rendelkező legkisebb kézi készülékek csak 7 másodperces olvasási idővel rendelkeznek. A terhes tesztkészletek antitest alapú érzékelők a HCG kimutatására, amely a terhesség biomarkerje. Egyetlen vonal a terhesség negatív mutatója, míg két vonal jelenléte a terhességet jelzi. (Fotó jóváírás: twenty20)

Következtetés és jövőbeli perspektívák a bioszenzorok a biológiai tudás és a technológiai fejlődés erőteljes integrációját képviselik. Mindenütt jelen vannak különböző tudományágakban. A módszer gyors, specifikus, könnyű, olcsó, gyorsabb eredményeket biztosít a reagensek csökkentett használatával. A bioszenzor technológia az elmúlt 2-3 évtizedben drákói fejlődést mutatott. Ennek az iparágnak a jövőképe a mikroméretű technológia létrehozása lesz, hogy egyszerre kisebb és hasznosabb legyen!