Der erste Biosensor wurde 1950 vom amerikanischen Biochemiker „L.L Clark“ erfunden. Dieser Biosensor wird verwendet, um den Sauerstoff im Blut zu messen, und die in diesem Sensor verwendete Elektrode wird als Clark-Elektrode oder Sauerstoffelektrode bezeichnet. Danach wurde ein Gel mit Glucoseoxidationsenzym auf die Sauerstoffelektrode geschichtet, um den Blutzucker zu berechnen. Entsprechend wurde das Enzym Urease mit einer Elektrode verwendet, die speziell für NH4 ++ -Ionen zur Berechnung von Harnstoff in Körperflüssigkeiten wie Urin und Blut erfunden wurde.
Es gibt drei Generationen von Biosensoren auf dem Markt. Beim ersten Biosensortyp verteilt sich die Reaktion des Produkts auf den Sensor und verursacht die elektrische Reaktion. Bei dem zweiten Typ beinhaltet der Sensor insbesondere Vermittler zwischen dem Sensor und der Antwort, um eine bessere Antwort zu erzeugen. Beim dritten Typ verursacht die Reaktion selbst die Reaktion und es ist kein Mediator direkt beteiligt. Dieser Artikel gibt einen Überblick über einen Biosensor, Arbeiten von Biosensoren, verschiedene Typen und ihre Anwendungen.
Was ist ein Biosensor?
Biosensoren können als Analysegeräte definiert werden, die eine Kombination von biologischen Detektionselementen wie Sensorsystem und Wandler enthalten. Wenn wir mit einem anderen derzeit vorhandenen Diagnosegerät vergleichen, diese Sensoren sind in den Bedingungen der Selektivität sowie der Empfindlichkeit fortgeschritten. Das Anwendungen dieser Biosensoren Dazu gehört vor allem die Überprüfung der Kontrolle der ökologischen Umweltverschmutzung in der Landwirtschaft sowie in der Lebensmittelindustrie. Die Hauptmerkmale von Biosensoren sind Stabilität, Kosten, Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit.
Hauptkomponenten eines Biosensors
Das Blockschaltbild des Biosensors umfasst drei Segmente, nämlich Sensor, Wandler und zugehörige Elektronen. Im ersten Segment ist der Sensor ein ansprechender biologischer Teil, das zweite Segment ist der Detektorteil, der das resultierende Signal aus dem Kontakt des Analyten ändert und für die Ergebnisse auf zugängliche Weise anzeigt. Der letzte Abschnitt besteht aus ein Verstärker Dies ist als Signalkonditionierungsschaltung, eine Anzeigeeinheit sowie der Prozessor bekannt.
Funktionsprinzip von Biosensoren
Normalerweise wird ein bestimmtes Enzym oder bevorzugtes biologisches Material durch einige der üblichen Verfahren deaktiviert, und das deaktivierte biologische Material steht in engem Kontakt mit dem Wandler. Der Analyt verbindet sich mit dem biologischen Objekt, um einen klaren Analyten zu formen, der wiederum die elektronische Reaktion liefert, die berechnet werden kann. In einigen Beispielen wird der Analyt in eine Vorrichtung geändert, die mit der Entladung von Gas, Wärme, Elektronenionen oder Wasserstoffionen verbunden sein kann. In diesem, der Wandler kann das verbundene Gerät ändern wandelt in elektrische Signale um, die geändert und berechnet werden können.
Arbeiten von Biosensoren
Das elektrische Signal des Wandlers ist häufig niedrig und überlagert eine ziemlich hohe Grundlinie. Im Allgemeinen umfasst die Signalverarbeitung das Abziehen eines Positionsbasisliniensignals, das von einem verwandten Wandler ohne Biokatalysatorabdeckung erhalten wird.
Der vergleichsweise langsame Charakter der Biosensorreaktion erleichtert das Problem der Filterung des elektrischen Rauschens erheblich. In dieser Phase ist der direkte Ausgang ein analoges Signal, wird jedoch in digitale Form geändert und akzeptiert ein Mikroprozessor Phase, in der die Informationen weitergeleitet werden, beeinflusst auf bevorzugte Einheiten und o / p auf einen Datenspeicher.
Arten von Biosensoren
Die verschiedenen Arten von Biosensoren werden basierend auf der Sensorvorrichtung sowie dem unten diskutierten biologischen Material klassifiziert.
1. Elektrochemischer Biosensor
Im Allgemeinen basiert der elektrochemische Biosensor auf der Reaktion der enzymatischen Katalyse, die Elektronen verbraucht oder erzeugt. Solche Arten von Enzymen werden als Redoxenzyme bezeichnet. Das Substrat dieses Biosensors enthält im Allgemeinen drei Elektroden, wie z. B. einen Zähler, eine Referenz und einen Arbeitstyp.
Der Objektanalyt ist an der Reaktion beteiligt, die auf der Oberfläche einer aktiven Elektrode stattfindet, und diese Reaktion kann auch einen Elektronentransfer über das Doppelschichtpotential bewirken. Der Strom kann bei einem eingestellten Potential berechnet werden.
Elektrochemische Biosensoren werden in vier Typen eingeteilt
- Amperometrische Biosensoren
- Potentiometrische Biosensoren
- Impedimetrische Biosensoren
- Voltammetrische Biosensoren
2. Amperometrischer Biosensor
Ein amperometrischer Biosensor ist ein in sich geschlossenes Gerät, das auf der Menge des aus der Oxidation resultierenden Stroms basiert und genaue quantitative analytische Informationen liefert.
Im Allgemeinen weisen diese Biosensoren Reaktionszeiten, Energiebereiche und Empfindlichkeiten auf, die mit den potentiometrischen Biosensoren vergleichbar sind. Der häufig verwendete einfache amperometrische Biosensor enthält die Clark-Sauerstoffelektrode.
Die Regel dieses Biosensors basiert auf der Menge des Stromflusses zwischen der Gegenelektrode und der Arbeit, die durch eine Redoxreaktion an der Betriebselektrode gefördert wird. Die Auswahl von Analytzentren ist für eine breite Auswahl von Anwendungen von entscheidender Bedeutung, darunter Hochdurchsatz-Medizin-Screening, Qualitätskontrolle, Problemfindung und -handhabung sowie biologische Überprüfung.
3. Potentiometrische Biosensoren
Diese Art von Biosensor liefert eine logarithmische Antwort mittels eines hohen Energiebereichs. Diese Biosensoren werden häufig durch Überwachung der Herstellung der Elektrodenprototypen vervollständigt, die auf einem synthetischen Substrat liegen und von einem leistungsfähigen Polymer bedeckt sind, mit dem ein Enzym verbunden ist.
Sie bestehen aus zwei Elektroden, die enorm ansprechend und stark sind. Sie ermöglichen die Erkennung von Analyten auf Stufen, bevor sie nur durch HPLC, LC / MS und ohne genaue Modellvorbereitung erreicht werden können.
Alle Arten von Biosensoren belegen im Allgemeinen die geringste Probenvorbereitung, da die biologische Nachweiskomponente für den betroffenen Analyten äußerst wählerisch ist. Durch die Änderungen der physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften wird das Signal in der Schicht des leitenden Polymers aufgrund von Modifikationen erzeugt, die an der Außenseite des Biosensors stattfinden.
Diese Änderungen könnten auf Ionenkraft, Hydratation, pH-Wert und Redoxreaktionen zurückgeführt werden, die später als Markierung des über einem Substrat rotierenden Enzyms gelten. In FETs Wenn der Gate-Anschluss mit einem Antikörper oder Enzym geändert wurde, können auch sehr geringe Aufmerksamkeiten verschiedener Analyten festgestellt werden, da die erforderlichen Anforderungen des Analyten zum Gate-Anschluss eine Änderung des Drain-Source-Stroms bewirken.
4. Impedimetrische Biosensoren
Das EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) ist ein ansprechender Indikator für ein breites Spektrum physikalischer und chemischer Eigenschaften. Derzeit ist ein steigender Trend zur Expansion impedimetrischer Biosensoren zu beobachten. Die Techniken der Impedimetrie wurden durchgeführt, um die Erfindung der Biosensoren zu differenzieren und die katalysierten Reaktionen der Enzyme Lektine, Nukleinsäuren, Rezeptoren, ganze Zellen und Antikörper zu untersuchen.
5. Voltammetrischer Biosensor
Diese Mitteilung ist die Basis eines neuen voltammetrischen Biosensors zur Erkennung von Acrylamid. Dieser Biosensor wurde mit einer mit Hb (Hämoglobin) angepassten Kohlenstoffleimelektrode gebaut, die vier Prostatagruppen des Saums (Fe) umfasst. Dieser Elektrodentyp zeigt ein reversibles Oxidations- oder Reduktionsverfahren von Hb (Fe).
Physikalischer Biosensor
Unter Klassifizierungsbedingungen sind physikalische Biosensoren die grundlegendsten und am weitesten verbreiteten Sensoren. Die Hauptideen hinter dieser Kategorisierung ergeben sich auch aus der Inspektion des menschlichen Geistes. Da die allgemeine Arbeitsmethode hinter der Intelligenz von Hören, Sehen und Berühren darin besteht, auf die äußeren physischen Reize zu reagieren, wurde jedes Erfassungsgerät, das eine Reaktion auf die physischen Besitztümer des Mediums bietet, als physikalischer Biosensor bezeichnet.
Die physikalischen Biosensoren werden in zwei Typen eingeteilt, nämlich den piezoelektrischen Biosensor und den thermometrischen Biosensor.
Piezoelektrische Biosensoren
Diese Sensoren sind eine Sammlung von Analysegeräten, die nach dem Gesetz der „Aufzeichnung von Affinitätsinteraktionen“ arbeiten. Die Plattform eines Piezoelektrikums ist ein Sensorelement, das nach dem Gesetz der Schwingungstransformation aufgrund eines Sammelsprungs auf der Oberfläche eines Piezokristalls arbeitet. In dieser Analyse haben Biosensoren ihre modifizierte Oberfläche mit einem Antigen oder Antikörper, einem molekular geprägten Polymer und vererbbaren Informationen. Die deklarierten Detektionsteile werden normalerweise unter Verwendung von Nanopartikeln vereint.
Thermometrischer Biosensor
Es gibt verschiedene Arten von biologischen Reaktionen, die mit der Erfindung der Wärme verbunden sind, und dies bildet die Basis für thermometrische Biosensoren. Diese Sensoren werden üblicherweise als thermische Biosensoren bezeichnet
Thermometrisch- Biosensor wird verwendet, um zu messen oder schätzen Sie das Serumcholesterin. Wenn Cholesterin durch das Enzym Cholesterin oxidiert wird, wird die Wärme erzeugt, die berechnet werden kann. In ähnlicher Weise können mit diesen Biosensoren Bewertungen von Glucose, Harnstoff, Harnsäure und Penicillin G durchgeführt werden.
Optischer Biosensor
Der optische Biosensor ist ein Gerät, das ein optisches Messprinzip verwendet. Sie benutzen die Glasfaseroptik sowie optoelektronische Wandler. Der Begriff Optrode repräsentiert eine Kompression der beiden Begriffe Optik & Elektrode. Diese Sensoren umfassen hauptsächlich Antikörper und Enzyme wie die transduzierenden Elemente.
Optische Biosensoren ermöglichen eine sichere, nicht elektrische, unzugängliche Erfassung von Geräten. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass diese häufig keine Referenzsensoren benötigen, da das Vergleichssignal unter Verwendung einer ähnlichen Lichtquelle wie dem Abtastsensor erzeugt werden kann. Die optischen Biosensoren werden in zwei Typen eingeteilt, nämlich den Biosensor für die direkte optische Detektion und den Biosensor für die markierte optische Detektion.
Tragbare Biosensoren
Der tragbare Biosensor ist ein digitales Gerät, das zum Tragen auf dem menschlichen Körper in verschiedenen tragbaren Systemen wie Smartwatches, Smarthemden, Tätowierungen verwendet wird, die den Blutzuckerspiegel, den Blutdruck, die Herzschlagfrequenz usw.
Heutzutage können wir feststellen, dass diese Sensoren ein Signal zur Verbesserung der Welt darstellen. Ihre bessere Verwendung und Leichtigkeit kann dem Echtzeit-Fitnessstatus eines Patienten ein originelles Erfahrungsniveau verleihen. Diese Datenzugänglichkeit ermöglicht eine überlegene klinische Auswahl und führt zu verbesserten Gesundheitsergebnissen und einer besonders leistungsfähigen Nutzung von Gesundheitssystemen.
Für den Menschen können diese Sensoren dazu beitragen, Gesundheitsmaßnahmen vorzeitig zu erkennen und Krankenhausaufenthalte zu verhindern. Die Möglichkeit dieser Sensoren, Krankenhausaufenthalte und Rückübernahmen zu reduzieren, wird in der kommenden Zukunft definitiv ein positives Bewusstsein schaffen. Nachforschungen zufolge wird WBS definitiv ein kostengünstiges tragbares Gesundheitsgerät in die Welt tragen.
Biosensor-Anwendungen
In den letzten Jahren sind diese Sensoren sehr populär geworden und sie sind in verschiedenen Bereichen anwendbar, die unten erwähnt werden.
- Gemeinsame Überprüfung des Gesundheitswesens
- Metabolitenmessung
- Screening auf Krankheit
- Insulinbehandlung
- Klinische Psychotherapie & Diagnose von Krankheiten
- Im Militär
- Landwirtschaftliche und veterinärmedizinische Anwendungen
- Drogenverbesserung, Aufdeckung von Straftaten
- Verarbeitung & Überwachung in der Industrie
- Ökologische Kontrolle der Umweltverschmutzung
Aus dem obigen Artikel können wir schließlich schließen Biosensoren und Bioelektronik wurden in vielen Bereichen des Gesundheitswesens, der Life-Science-Forschung, der Umwelt-, Lebensmittel- und Militäranwendungen eingesetzt. Ferner können diese Sensoren als Nanobiotechnologie verbessert werden. Das beste Beispiel für die zukünftige Verwendung der Nanobiotechnologie sind elektronisches Papier, Kontaktlinsen und Nokia Morph. Hier ist eine Frage an Sie: Was sind tragbare Biosensoren?
