Biyosensör
Uygulamalar

Çeşitli tiplerde biyosensörlerin birçok olası uygulaması vardır. Bir biyosensör yaklaşımının araştırma ve ticari uygulamalar açısından değerli olması için temel gereksinimler, bir hedef molekülün tanımlanması, uygun bir biyolojik tanıma elemanının mevcudiyeti ve tek kullanımlık taşınabilir algılama sistemlerinin hassas laboratuvar tabanlı tekniklere tercih edilme potansiyelidir. bazı durumlarda. Bazı örnekler diyabet hastalarında glikoz izleme, diğer tıbbi sağlıkla ilgili hedefler, çevresel uygulamalar, örneğin pestisitlerin ve ağır metal iyonları gibi nehir suyu kirleticilerinin havadaki bakterilerin uzaktan algılanması, örneğin biyoterörle mücadele faaliyetlerinde, dünya çapında terkedilmiş çift kabuklular gruplarında deniz tarağı etiolojisinin farklı yönlerini (biyolojik ritimler, büyüme oranları, yumurtlama veya ölüm kayıtları) çevrimiçi olarak tanımlayarak kıyı sularında su kalitesinin uzaktan algılanması, patojenlerin tespiti, daha önce toksik madde seviyelerinin belirlenmesi ve bioremediasyon sonrası organofosfat tespiti ve tayini, mikrobiyolojik tahlile alternatif olarak folik asit, biotin, vitamin B12 ve pantotenik asidin rutin analitik ölçümü, antibiyotikler ve büyüme destekleyiciler, özellikle et ve bal gibi gıdalardaki ilaç kalıntılarının tespiti, ilaç keşfi ve yeni bileşiklerin biyolojik aktivitesinin değerlendirilmesi, b'de protein mühendisliği iosensörler, ve mikotoksinler gibi toksik metabolitlerin tespitidir.
Ticari bir biyosensörün yaygın bir örneği, kan şekerini parçalamak için glikoz oksidaz enzimini kullanan kan şekeri biyosensörüdür. Bunu yaparken önce glikozu oksitler ve FAD'yi (enzimin bir bileşeni) FADH2'ye indirgemek için iki elektron kullanır. Bu da elektrot tarafından birkaç adımda oksitlenir. Ortaya çıkan akım, glikoz konsantrasyonunun bir ölçüsüdür. Bu durumda elektrot dönüştürücüdür ve enzim biyolojik olarak aktif bileşendir.
Madenciler tarafından gaz konusunda uyarmak için kullanılan kafesteki kanarya, bir biyosensör olarak kabul edilebilir. Günümüzün biyosensör uygulamalarının çoğu, toksik maddelere, varlıklarını uyarmak için insanların algılayabileceğinden çok daha düşük konsantrasyonlarda tepki veren organizmaları kullanmaları bakımından benzerdir. Bu tür cihazlar çevresel izleme, eser gaz tespiti ve su arıtma tesislerinde kullanılabilir.
Birçok optik biyosensör, yüzey plazmon rezonans (SPR) teknikleri olgusuna dayanır. Bu ve diğer malzemelerin bir özelliğini kullanır; özellikle yüksek kırılma indeksli bir cam yüzey üzerindeki ince bir altın tabakasının lazer ışığını emebilmesi ve altın yüzeyinde elektron dalgaları (yüzey plazmonları) üretebilmesi. Bu, yalnızca gelen ışığın belirli bir açısında ve dalga boyunda meydana gelir ve altın yüzeyine büyük ölçüde bağlıdır, öyle ki bir hedef analitin altın yüzeyindeki bir reseptöre bağlanması ölçülebilir bir sinyal üretir.
Yüzey plazmon rezonans sensörleri, bir tarafı mikroskobik bir altın tabakasıyla kaplanmış bir cam plakayı destekleyen plastik bir kasetten oluşan bir sensör çipi kullanarak çalışır. Bu taraf, cihazın optik algılama aparatına temas eder. Karşı taraf daha sonra bir mikroakışkan akış sistemi ile temas ettirilir. Akış sistemiyle temas, reaktiflerin çözelti içinde geçirilebileceği kanallar oluşturur. Cam sensör çipinin bu tarafı, ilgilenilen moleküllerin kolayca bağlanmasını sağlamak için çeşitli şekillerde değiştirilebilir. Normalde karboksimetil dekstran veya benzeri bir bileşikle kaplanır.
Çip yüzeyinin akış tarafındaki kırılma indisi, altın tarafından yansıyan ışığın davranışı üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Çipin akış tarafına bağlanma, kırılma indisi üzerinde bir etkiye sahiptir ve bu şekilde biyolojik etkileşimler, bir tür enerji ile yüksek derecede hassasiyetle ölçülebilir. Biyomoleküller yüzeye bağlandığında yüzeye yakın ortamın kırılma indisi değişir ve SPR açısı bu değişimin bir fonksiyonu olarak değişir.
Sabit bir dalga boyundaki ışık, toplam iç yansıma açısında çipin altın tarafından yansıtılır ve cihazın içinde algılanır. Gelen ışığın açısı, yüzey plazmon plaritonlarının yayılma hızı ile kaybolan dalga yayılma hızını eşleştirmek için değiştirilir. Bu, kaybolan dalganın cam plakadan geçmesine ve yüzeyden akan sıvıya biraz mesafe girmesine neden olur.
Diğer optik biyosensörler, esas olarak uygun bir gösterge bileşiğinin absorbans veya floresansındaki değişikliklere dayanır ve toplam bir dahili yansıma geometrisine ihtiyaç duymaz. Örneğin, sütte kazeini tespit eden tamamen işlevsel bir prototip cihaz üretilmiştir. Cihaz, bir altın tabakasının emilimindeki değişiklikleri tespit etmeye dayanmaktadır. Yaygın olarak kullanılan bir araştırma aracı olan mikro dizi de bir biyosensör olarak kabul edilebilir.
Biyolojik biyosensörler genellikle bir doğal protein veya enzimin genetiği değiştirilmiş bir şeklini kapsar. Protein, belirli bir analiti tespit edecek şekilde yapılandırılır ve ardından gelen sinyal, bir florometre veya luminometre gibi bir tespit aleti tarafından okunur. Yakın zamanda geliştirilen bir biyosensör örneği, hücre zarı üzerindeki reseptörlerle etkileşime giren ligandlar tarafından tetiklenen hücresel sinyalleşmede yer alan ikinci bir haberci olan analit cAMP'nin (siklik adenosin monofosfat) sitozolik konsantrasyonunu saptamaya yönelik bir biyosensör örneğidir. Doğal ligandlara veya ksenobiyotiklere (toksinler veya küçük molekül inhibitörleri) verilen hücresel tepkileri incelemek için benzer sistemler oluşturulmuştur. Bu tür "tahliller", farmasötik ve biyoteknoloji şirketleri tarafından ilaç keşfi geliştirmede yaygın olarak kullanılır. Mevcut kullanımdaki çoğu cAMP tahlili, cAMP ölçümünden önce hücrelerin parçalanmasını gerektirir. cAMP için bir canlı hücre biyosensörü, reseptör tepkisinin kinetiğini incelemek için çoklu okumaların ek avantajı ile parçalanmamış hücrelerde kullanılabilir.
Nanobiyosensörler, hedef analit molekülleri için seçici olan hareketsiz bir biyoreseptör probu kullanır. Nanomalzemeler son derece hassas kimyasal ve biyolojik sensörlerdir. Nano ölçekli malzemeler benzersiz özellikler gösterir. Geniş yüzey alanı/hacim oranı, çeşitli tasarımlar kullanarak hızlı ve düşük maliyetli reaksiyonlar sağlayabilir.
Diğer geçici dalga biyosensörleri, dalga kılavuzu boyunca yayılma sabitinin moleküllerin dalga kılavuzu yüzeyine emilmesiyle değiştirildiği dalga kılavuzları kullanılarak ticarileştirilmiştir. Böyle bir örnek, ikili polarizasyon interferometrisi, yayılma sabitindeki değişimin ölçüldüğü bir referans olarak gömülü bir dalga kılavuzu kullanır. Mach-Zehnder gibi diğer konfigürasyonlar, bir alt tabaka üzerinde litografik olarak tanımlanmış referans kollarına sahiptir. Moleküller emildiğinde bir halka rezonatörünün rezonans frekansının değiştiği rezonatör geometrileri kullanılarak daha yüksek entegrasyon seviyeleri sağlanabilir.
Son zamanlarda, birçok farklı dedektör molekülü dizileri, bir maddenin parmak izini almak için dedektörlerden gelen yanıt modelinin kullanıldığı elektronik burun cihazlarında uygulanmıştır. Wasp Hound koku dedektöründe, mekanik eleman bir video kameradır ve biyolojik eleman, belirli bir kimyasalın varlığına tepki olarak sürüye girmeye şartlandırılmış beş parazit yaban arısıdır. Ancak mevcut ticari elektronik burunlar biyolojik elementler kullanmamaktadır.