Il primo biosensore è stato inventato nel 1950 dal biochimico americano 'L.L Clark'. Questo biosensore viene utilizzato per misurare l'ossigeno nel sangue e l'elettrodo utilizzato in questo sensore è denominato elettrodo di Clark o elettrodo di ossigeno. Successivamente, un gel con enzima di ossidazione del glucosio è stato stratificato sull'elettrodo di ossigeno per calcolare lo zucchero nel sangue. Di conseguenza, l'enzima ureasi è stato utilizzato con un elettrodo inventato in particolare per gli ioni NH4 ++ per il calcolo dell'urea nei fluidi del corpo come l'urina e il sangue.
Esistono tre generazioni di biosensori disponibili sul mercato. Nel primo tipo di biosensore, la reazione del prodotto si disperde nel sensore e provoca la reazione elettrica. Nella seconda tipologia, il sensore coinvolge in particolare mediatori tra il sensore e la risposta al fine di produrre una risposta migliore. Nel terzo tipo, la risposta stessa causa la reazione e nessun mediatore è direttamente coinvolto. Questo articolo fornisce una panoramica di un biosensore, funzionamento dei biosensori, diversi tipi e le sue applicazioni.
Cos'è un biosensore?
I biosensori possono essere definiti come dispositivi analitici che includono una combinazione di elementi di rilevamento biologico come un sistema di sensori e un trasduttore. Quando confrontiamo con qualsiasi altro dispositivo diagnostico attualmente esistente, questi sensori sono avanzati nelle condizioni di selettività oltre che di sensibilità. Il applicazioni di questi Biosensori includono principalmente il controllo del controllo dell'inquinamento ecologico, nel settore agricolo e nelle industrie alimentari. Le caratteristiche principali dei biosensori sono stabilità, costo, sensibilità e riproducibilità.
Componenti principali di un biosensore
Il diagramma a blocchi del biosensore comprende tre segmenti, vale a dire sensore, trasduttore ed elettroni associati. Nel primo segmento, il sensore è una parte biologica responsiva, il secondo segmento è la parte del rivelatore che cambia il segnale risultante dal contatto dell'analita e per i risultati lo visualizza in modo accessibile. La sezione finale comprende un amplificatore che è noto come circuito di condizionamento del segnale, un'unità di visualizzazione così come il processore.
Principio di funzionamento dei biosensori
Di solito, un enzima specifico o un materiale biologico preferito viene disattivato mediante alcuni dei metodi usuali, e il materiale biologico disattivato è in stretto contatto con il trasduttore. L'analita si collega all'oggetto biologico per modellare un analita chiaro che a sua volta fornisce la reazione elettronica che può essere calcolata. In alcuni esempi, l'analita viene modificato in un dispositivo che può essere collegato allo scarico di gas, calore, ioni di elettroni o ioni di idrogeno. In questo, il trasduttore può alterare il dispositivo collegato converte in segnali elettrici che possono essere modificati e calcolati.
Funzionamento dei biosensori
Il segnale elettrico del trasduttore è spesso basso e si sovrappone a una linea di base abbastanza alta. Generalmente, l'elaborazione del segnale include la deduzione di un segnale di linea di base di posizione, ottenuto da un trasduttore correlato senza alcun rivestimento biocatalizzatore.
Il carattere relativamente lento della reazione del biosensore allevia notevolmente il problema della filtrazione del rumore elettrico. In questa fase, l'uscita diretta sarà un segnale analogico, tuttavia viene modificato in forma digitale e accettato un microprocessore fase in cui le informazioni vengono elaborate, influenzate dalle unità preferite e o / p da un archivio dati.
Tipi di biosensori
I diversi tipi di biosensori sono classificati in base al dispositivo sensore e al materiale biologico discusso di seguito.
1. Biosensore elettrochimico
Generalmente, il biosensore elettrochimico si basa sulla reazione della catalisi enzimatica che consuma o genera elettroni. Tali tipi di enzimi sono denominati Enzimi Redox. Il substrato di questo biosensore generalmente include tre elettrodi come un contatore, un riferimento e un tipo di lavoro.
L'analita oggetto è impegnato nella risposta che avviene sulla superficie di un elettrodo attivo e questa reazione può generare anche il trasferimento di elettroni attraverso il potenziale a doppio strato. La corrente può essere calcolata a un potenziale impostato.
I biosensori elettrochimici sono classificati in quattro tipi
- Biosensori amperometrici
- Biosensori potenziometrici
- Biosensori impedimetrici
- Biosensori voltammetrici
2. Biosensore amperometrico
Un biosensore amperometrico è un dispositivo incorporato autonomo basato sulla quantità di corrente derivante dall'ossidazione che offre informazioni analitiche quantitative esatte.
Generalmente, questi Biosensori hanno tempi di reazione, range energetici e sensibilità paragonabili ai biosensori potenziometrici. Il semplice biosensore amperometrico in uso frequente include l'elettrodo 'Clark ossigeno'.
La regola di questo biosensore si basa sulla quantità di flusso di corrente tra il controelettrodo e il funzionamento che è incoraggiato da una risposta redox all'elettrodo operativo. La scelta dei centri per gli analiti è essenziale per un'ampia selezione di usi, tra cui screening di farmaci ad alto rendimento, controllo di qualità, individuazione e manipolazione dei problemi e controllo biologico.
3. Biosensori potenziometrici
Questo tipo di biosensore fornisce una risposta logaritmica per mezzo di un intervallo energetico elevato. Questi biosensori sono spesso completati da monitor che producono i prototipi di elettrodi che giacciono su un substrato sintetico, ricoperto da un polimero performante a cui è collegato un enzima.
Comprendono due elettrodi che sono estremamente reattivi e forti. Consentono il riconoscimento degli analiti in fasi prima ottenibili solo da HPLC, LC / MS e senza una preparazione esatta del modello.
Tutti i tipi di biosensori generalmente occupano una preparazione minima del campione perché il componente di rilevamento biologico è estremamente selettivo per l'analita disturbato. Dai cambiamenti fisici ed elettrochimici il segnale sarà generato dallo strato di polimero conduttore a causa della modifica che avviene all'esterno del biosensore.
Questi cambiamenti potrebbero essere attribuiti alla forza ionica, all'idratazione, al pH e alle risposte redox, le ultime come l'etichetta dell'enzima che ruota sopra un substrato. In FET , il terminale di gate è stato modificato con un anticorpo o un enzima, può anche rilevare attenzioni molto basse di analiti diversi poiché la richiesta dell'analita verso il terminale di gate modifica la corrente di drain to source.
4. Biosensori impedimetrici
L'EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) è un indicatore reattivo per un'ampia gamma di proprietà fisiche e chimiche. Attualmente si osserva una tendenza crescente verso l'espansione dei biosensori impedimetrici. Le tecniche di Impedimetric sono state eseguite per differenziare l'invenzione dei biosensori nonché per esaminare le risposte catalizzate di enzimi lectine, acidi nucleici, recettori, cellule intere e anticorpi.
5. Biosensore voltammetrico
Questa comunicazione è la base di un nuovo biosensore voltammetrico per rilevare l'acrilammide. Questo biosensore è stato costruito con un elettrodo di colla in carbonio personalizzato con Hb (emoglobina), che comprende quattro gruppi prostatici dell'orlo (Fe). Questo tipo di elettrodo mostra una procedura di ossidazione o riduzione reversibile di Hb (Fe).
Biosensore fisico
In condizioni di classificazione, i biosensori fisici sono i sensori più fondamentali e ampiamente utilizzati. Le idee principali alla base di questa categorizzazione derivano anche dall'ispezione delle menti umane. Poiché il metodo di lavoro generale dietro l'intelligenza dell'udito, della vista e del tatto consiste nel reagire agli stimoli fisici esterni, quindi qualsiasi dispositivo di rilevamento che offre una reazione ai beni fisici del mezzo è stato chiamato biosensore fisico.
I biosensori fisici sono classificati in due tipi: biosensore piezoelettrico e biosensore termometrico.
Biosensori piezoelettrici
Questi sensori sono una raccolta di dispositivi analitici che funziona su una legge di 'registrazione delle interazioni di affinità'. La piattaforma di un piezoelettrico è un elemento sensore che lavora sulla legge delle oscillazioni trasformate a causa di un salto di raccolta sulla superficie di un cristallo piezoelettrico. In questa analisi, i biosensori hanno la loro superficie modificata con un antigene o un anticorpo, un polimero a stampaggio molecolare e informazioni ereditabili. Le parti di rilevamento dichiarate vengono normalmente unite utilizzando nanoparticelle.
Biosensore termometrico
Esistono vari tipi di reazioni biologiche che sono legate all'invenzione del calore, e questo costituisce la base dei biosensori termometrici. Questi sensori sono solitamente denominati biosensori termici
Termometrico biosensore viene utilizzato per misurare o stimare il colesterolo sierico. Man mano che il colesterolo viene ossidato attraverso l'enzima, il colesterolo si ossida, verrà prodotto calore che può essere calcolato. Allo stesso modo, con questi biosensori è possibile eseguire valutazioni di glucosio, urea, acido urico e penicillina G.
Biosensore ottico
Il biosensore ottico è un dispositivo che utilizza un principio di misurazione ottica. Usano il fibra ottica così come trasduttori optoelettronici. Il termine optrodo rappresenta una compressione dei due termini ottico ed elettrodo. Questi sensori coinvolgono principalmente anticorpi ed enzimi come gli elementi trasduttori.
I biosensori ottici consentono un rilevamento sicuro e non elettrico delle apparecchiature inaccessibili. Un ulteriore vantaggio è che questi spesso non necessitano di sensori di riferimento, perché il segnale comparativo può essere prodotto utilizzando una sorgente di luce simile come il sensore di campionamento. I biosensori ottici sono classificati in due tipi: biosensore a rilevamento ottico diretto e biosensore a rilevamento ottico etichettato.
Biosensori indossabili
Il biosensore indossabile è un dispositivo digitale, utilizzato da indossare sul corpo umano in diversi sistemi indossabili come orologi intelligenti, camicie intelligenti, tatuaggi che consentono i livelli di glucosio nel sangue, pressione sanguigna, la frequenza del battito cardiaco, ecc.
Al giorno d'oggi, possiamo notare che questi sensori stanno portando un segnale di miglioramento al mondo. Il loro migliore utilizzo e facilità possono fornire un livello originale di esperienza nello stato di forma fisica di un paziente in tempo reale. Questa accessibilità ai dati consentirà una scelta clinica superiore e si tradurrà in risultati sanitari migliori e in un uso più efficiente dei sistemi sanitari.
Per gli esseri umani, questi sensori possono aiutare nel riconoscimento prematuro delle azioni sanitarie e nella prevenzione del ricovero. La possibilità di questi sensori di ridurre le degenze ospedaliere e le riammissioni attirerà sicuramente una consapevolezza positiva nel prossimo futuro. Inoltre, le informazioni investigative dicono che WBS porterà sicuramente nel mondo un'apparecchiatura sanitaria indossabile economica.
Applicazioni dei biosensori
Negli ultimi anni, questi sensori sono diventati molto popolari e sono applicabili in diversi campi che sono menzionati di seguito.
- Controllo sanitario comune
- Misurazione dei metaboliti
- Screening per la malattia
- Trattamento con insulina
- Psicoterapia clinica e diagnosi della malattia
- In militare
- Applicazioni agricole e veterinarie
- Miglioramento della droga, rilevamento del reato
- Elaborazione e monitoraggio in ambito industriale
- Controllo ecologico dell'inquinamento
Dall'articolo di cui sopra, finalmente, possiamo concludere che biosensori e bioelettronica sono stati utilizzati in molti settori dell'assistenza sanitaria, della ricerca scientifica, ambientale, alimentare e delle applicazioni militari. Inoltre, questi sensori possono essere migliorati come nanobiotecnologie. Il miglior esempio del futuro utilizzo della nanobiotecnologia include carta elettronica, lenti a contatto e Nokia morph. Ecco una domanda per te, cosa sono i biosensori indossabili?
