Biosensoriai: Biosensorių tipai ir bendrosios savybės
Biosensoriai: Biosensorių tipai ir bendrosios savybės!
Biosensoras yra analitinis įtaisas, kuriame naudojamos biologinės medžiagos konkrečiai sąveikai su analitu.
Kai kurių aptinkamų fizinių pokyčių, kuriuos matuoja ir konvertuoja į elektrinį signalą, gamyba. Galiausiai elektrinis signalas sustiprinamas, aiškinamas ir rodomas kaip analizės koncentracija tirpale / preparate. Analitė yra junginys, kurio koncentracija turi būti nustatyta, biologinės medžiagos paprastai yra fermentai, tačiau taip pat naudojamos nukleino rūgštys, antikūnai, lektinai, visos ląstelės, sveiki organai arba audinių griežinėliai (12.4 lentelė).
Analitės ir biologinės medžiagos, naudojamos biologiniame jutiklyje, sąveikos pobūdis yra dviejų tipų:
a) Analitė fermentais gali būti konvertuojama į naują cheminę molekulę; tokie biosensoriai vadinami kataliziniais biosensoriais ir
(b) Analitė gali tiesiog susieti su biologine medžiaga, esančia ant biosensoriaus (pvz., antikūnų, nukleino rūgšties); šie biosensoriai yra žinomi kaip afiniteto jutikliai.
Sėkmingai biosensorui turi būti būdinga bent viena iš šių savybių: a) ji turėtų būti labai specifiška analizei.
b) Naudojama reakcija turi būti nepriklausoma nuo valdomų veiksnių, pvz., pH, temperatūros, maišymo ir kt.
c) Atsakas turėtų būti linijinis naudingos analizės koncentracijos intervale.
d) prietaisas turi būti mažas ir biologiškai suderinamas, jei jis bus naudojamas analizei organizme.
e) Prietaisas turi būti pigus, mažas, paprastas naudoti ir pakartotinai naudoti.
Biosensoriaus bendrosios savybės:
Biosensoriuje yra du skirtingi komponentų tipai:
a) Biologiniai, pvz., fermentai, antikūnai ir
(b) Fizinis, pvz., keitiklis, stiprintuvas ir kt.
Biosensoriaus biologinis komponentas atlieka dvi svarbias funkcijas.
(a) Ji konkrečiai atpažįsta analitą ir
(b) jis sąveikauja su juo taip, kad daviklis gali aptikti tam tikrus fizinius pokyčius.
Šios biologinės sudedamosios dalies savybės biosensoriui suteikia specifinį jautrumą ir gebėjimą aptikti ir matuoti analitą. Biologinis komponentas yra tinkamai pritvirtintas prie keitiklio. Paprastai teisingas fermentų imobilizavimas padidina jų stabilumą. Dėl to daugelis fermentų imobilizuotų sistemų gali būti naudojamos daugiau nei 10 000 kartų per kelis mėnesius.
Biologinis komponentas konkrečiai sąveikauja su analitu, kuris duoda fizinį pasikeitimą arti keitiklio paviršiaus. Šis fizinis pakeitimas gali būti:
1. Reakcija išleidžiama arba absorbuojama šiluma (kalorimetriniai biosensoriai)
2. Elektros potencialo gamyba dėl pasikeitusio elektronų pasiskirstymo (potenciometriniai biosensoriai).
3. Elektronų judėjimas dėl redoksinės reakcijos (amperometriniai biosensoriai).
4. Reakcijos metu susidariusi arba absorbuota šviesa (optiniai biosensoriai).
5. Biologinio komponento masės pokytis dėl reakcijos (akustinių bangų jutikliai).
Keitiklis aptinka ir matuoja šį pakeitimą ir paverčia jį elektriniu signalu. Šis signalas yra labai mažas, stiprinamas stiprintuvu, kol jis įdedamas į mikroprocesorių. Tuomet signalas apdorojamas ir interpretuojamas ir rodomas tinkamais vienetais.
Taigi, biosensoriai cheminės informacijos srautą paverčia elektros informacijos srautu, kuris apima šiuos veiksmus:
(a) Analitė išskiria nuo tirpalo į biosensoriaus paviršių.
(b) Analitinė medžiaga konkrečiai ir efektyviai reaguoja į biologinio jutiklio biologinį komponentą.
c) Ši reakcija keičia fizikines ir chemines keitiklio paviršiaus savybes.
(d) Dėl to pasikeičia daviklio paviršiaus optinės arba elektroninės savybės.
(e) Optinių / elektroninių savybių pokytis matuojamas, paverčiamas elektriniu signalu, kuris yra stiprinamas, apdorojamas ir rodomas.
Biosensorių tipai:
Biosensoriai yra 5 tipai:
1. Kalorimetriniai biosensoriai:
Daugelis fermentų katalizuotų reakcijų yra egzoterminės. Kalorimetriniai biosensoriai matuoja tirpalo, turinčio analitą po temperatūros pokyčio po fermento, temperatūros pokyčius ir interpretuoja juos pagal tirpalo analizės koncentraciją. Analitinis tirpalas patenka per mažą supakuotą lovų kolonėlę, kurioje yra imobilizuotas fermentas; tirpalo temperatūra nustatoma prieš pat tirpalo patekimą į kolonėlę ir lygiai taip pat, kaip palieka kolonėlę naudojant atskirus termistorius.
Tai yra labiausiai paplitęs biosensoriaus tipas ir jis gali būti naudojamas drumstiems ir labai spalvotiems tirpalams. Didžiausias trūkumas yra išlaikyti mėginio srauto temperatūrą, ty ± 0, 01 ° C, temperatūrą. Tokių biosensorių jautrumas ir diapazonas daugeliui programų yra gana mažas. Jautrumas gali būti padidintas naudojant du ar daugiau biosensoriaus kelio fermentų, siekiant susieti kelias reakcijas, kad būtų padidinta šilumos galia. Alternatyviai gali būti naudojami daugiafunkciniai fermentai. Pavyzdžiui, gliukozės oksidazės naudojimas gliukozės kiekiui nustatyti.
2. Potenciometriniai biosensoriai:
Šie biosensoriai naudoja jonų selektyvius elektrodus, kad biologinę reakciją paverstų elektroniniu signalu. Naudojami elektrodai dažniausiai yra pH metrų stiklo elektrodai (katijonams), stiklo pH elektrodai, padengti dujomis selektyvia membrana (CO 2, NH arba H 2 S) arba kietojo kūno elektrodai. Daugelis reakcijų generuoja arba naudoja H +, kuris yra aptiktas ir matuojamas biosensoriaus; tokiais atvejais naudojami labai silpni buferiniai tirpalai. Dujų jutimo elektrodai aptinka ir matuoja gaminamų dujų kiekį. Tokių elektrodų pavyzdys pagrįstas ureaze, kuris katalizuoja šias reakcijas:
CO (NH2) 2 + 2H20 + H + → 2NH4 + + HCO - 3
Ši reakcija gali būti matuojama jautriai pH, jautriems amonio jonams, jautriems NH 3 arba jautriems CO 2 elektrodams. Biosensorius dabar galima paruošti, dedant fermentų padengtas membranas į jonų selektyvius jonizuojančių efektų tranzistorių jonus; šie biosensoriai yra labai maži.
3. Akustinių bangų jutikliai:
Jie taip pat vadinami pjezoelektriniais įrenginiais. Jų paviršius paprastai yra padengtas antikūnais, kurie jungiasi prie mėginio tirpale esančio papildomo antigeno. Dėl to padidėja masė, kuri sumažina jų vibracijos dažnį; šis pokytis naudojamas nustatant mėginio tirpale esantį antigeno kiekį.
4. Amperometriniai biosensoriai:
Šie elektrodai veikia srovę, kai tarp dviejų elektrodų yra potencialas, o srovės dydis yra proporcingas substrato koncentracijai. Paprasčiausias amperometrinis biosensorius naudoja Clark deguonies elektrodą, kuris lemia O2 sumažėjimą mėginio (analitės) tirpale. Tai yra pirmosios kartos biosensoriai. Šie biosensoriai naudojami redokso reakcijoms matuoti, būdingas pavyzdys yra gliukozės nustatymas naudojant gliukozės oksidazę.
Pagrindinė tokių biosensorių problema yra jų priklausomybė nuo ištirpusio O 2 koncentracijos tirpalo tirpale. Tai gali būti įveikta naudojant tarpininkus; šios molekulės perneša reakcijos metu generuojamus elektronus tiesiai į elektrodą, o ne sumažina analitiniame tirpale ištirpintą O2. Jie taip pat vadinami antrosios kartos biosensoriais. Dabartiniai elektrodai, be tarpininkų pagalbos, pašalina elektronus tiesiogiai iš sumažintų fermentų ir yra padengti elektrai laidžiomis organinėmis druskomis.
5. Optiniai biosensoriai:
Šie biosensoriai matuoja katalizinį ir afininį reakciją. Jie matuoja fluorescencijos arba absorbcijos pokyčius, atsiradusius dėl katalizinių reakcijų gautų produktų. Arba jie matuoja biosensoriaus paviršiaus vidinių optinių savybių pokyčius dėl dielektrinių molekulių, tokių kaip baltymas, įkrovimo (afininių reakcijų atveju). Labiausiai perspektyvus biosensorius, turintis luminescenciją, bakterijų aptikimui maisto produktuose arba klinikiniuose mėginiuose naudoja ugnies fermentą luciferazę. Bakterijos yra specifiškai lizuotos, kad atpalaiduotų ATP, kurį luciferazė naudoja esant 0, kad gautų šviesą, kurią matuoja biosensorius.
