El primer biosensor va ser inventat l'any 1950 pel bioquímic nord-americà 'L.L Clark'. Aquest biosensor s’utilitza per mesurar l’oxigen a la sang i l’elèctrode utilitzat en aquest sensor s’anomena electrode de Clark o elèctrode d’oxigen. Després, es va posar un gel amb enzim oxidant glucosa a l'elèctrode d'oxigen per calcular el sucre en sang. En correspondència, l'enzima ureasa es va utilitzar amb un elèctrode que es va inventar especialment per als ions NH4 ++ per al càlcul de la urea en fluids del cos com l'orina i la sang.
Hi ha tres generacions de biosensors disponibles al mercat. En el primer tipus de biosensor, la reacció del producte es dispersa al sensor i provoca la reacció elèctrica. En el segon tipus, el sensor implica, en particular, mediadors entre el sensor i la resposta per tal de produir una millor resposta. En el tercer tipus, la resposta en si mateixa provoca la reacció i no hi participa directament cap mediador. Aquest article ofereix una visió general d’un biosensor, treball de biosensors, diferents tipus i les seves aplicacions.
Què és un biosensor?
Els biosensors es poden definir com a dispositius analítics que inclouen una combinació d’elements de detecció biològica com el sistema de sensors i un transductor. Quan comparem amb qualsevol altre dispositiu de diagnòstic actual, aquests sensors estan avançats tant en la selectivitat com en la sensibilitat. El aplicacions d’aquests biosensors inclouen principalment la comprovació del control de la contaminació ecològica, tant en el camp de l’agricultura com en les indústries alimentàries. Les principals característiques dels biosensors són l’estabilitat, el cost, la sensibilitat i la reproductibilitat.
Components principals d'un biosensor
El diagrama de blocs del biosensor inclou tres segments: sensor, transductor i electrons associats. Al primer segment, el sensor és una part biològica sensible, el segon segment és la part del detector que canvia el senyal resultant del contacte de l'analit i pels resultats que mostra d'una manera accessible. La secció final es compon de un amplificador que es coneix com a circuit de condicionament del senyal, una unitat de visualització i també el processador.
Principi de funcionament dels biosensors
Normalment, un enzim específic o material biològic preferit es desactiva mitjançant alguns dels mètodes habituals i el material biològic desactivat està en contacte proper amb el transductor. L'analit es connecta a l'objecte biològic per donar forma a un analit clar que al seu torn dóna la reacció electrònica que es pot calcular. En alguns exemples, l'analit es canvia a un dispositiu que es pot connectar a la descàrrega de gas, calor, ions electrònics o ions hidrogen. En aquest, el transductor pot alterar el dispositiu enllaçat que es converteix en senyals elèctrics que es poden canviar i calcular.
Funcionament dels biosensors
El senyal elèctric del transductor és sovint baix i es recobreix sobre una línia base bastant alta. Generalment, el processament del senyal inclou deduir un senyal de línia de posició obtingut d’un transductor relacionat sense cap cobertura de biocatalitzador.
El caràcter relativament lent de la reacció del biosensor facilita significativament el problema de la filtració de soroll elèctric. En aquesta etapa, la sortida directa serà un senyal analògic, tot i que es modifica en forma digital i s’accepta un microprocessador fase on es progressa la informació, influenciada a les unitats preferides i / o a un magatzem de dades.
Tipus de biosensors
Els diferents tipus de biosensors es classifiquen en funció del dispositiu sensor, així com del material biològic que es descriu a continuació.
1. Biosensor electroquímic
En general, el biosensor electroquímic es basa en la reacció de la catàlisi enzimàtica que consumeix o genera electrons. Aquests tipus d’enzims s’anomenen enzims Redox. El substrat d’aquest biosensor generalment inclou tres elèctrodes com ara un comptador, una referència i un tipus de treball.
L'anàlit objecte participa en la resposta que succeeix a la superfície d'un elèctrode actiu, i aquesta reacció també pot generar transferència d'electrons a través del potencial de doble capa. El corrent es pot calcular a un potencial definit.
Els biosensors electroquímics es classifiquen en quatre tipus
- Biosensors amperomètrics
- Biosensors potenciomètrics
- Biosensors impedimètrics
- Biosensors voltamètrics
2. Biosensor amperomètric
Un biosensor amperomètric és un dispositiu incorporat autònom basat en la quantitat de corrent resultant de l'oxidació que ofereix informació analítica quantitativa exacta.
En general, aquests biosensors tenen temps de reacció, rangs energètics i sensibilitats comparables als biosensors potenciomètrics. El simple biosensor amperomètric d’ús freqüent inclou l’elèctrode “Clark oxigen”.
La regla d’aquest biosensor es basa en la quantitat de flux de corrent entre el comptador d’elèctrodes i el funcionament que s’incentiva mitjançant una resposta redox a l’elèctrode operatiu. L’elecció de centres d’anàlits és essencial per a una àmplia selecció d’usos, que inclouen el cribratge de medicaments d’alt rendiment, el control de qualitat, la cerca i manipulació de problemes i la comprovació biològica.
3. Biosensors potenciomètrics
Aquest tipus de biosensor proporciona una resposta logarítmica mitjançant un alt rang energètic. Aquests biosensors solen completar-se mitjançant un monitor que produeix prototips d'elèctrodes sobre un substrat sintètic, recoberts per un polímer amb algun enzim connectat.
Comprenen dos elèctrodes que són enormement sensibles i forts. Permeten el reconeixement d'anàlits en etapes abans només assolibles per HPLC, LC / MS i sense la preparació exacta del model.
Tots els tipus de biosensors solen ocupar menys preparació de mostres, ja que el component de detecció biològica és extremadament exigent per a l'analit amb problemes. Mitjançant els canvis físics i electroquímics, el senyal es generarà a la capa de polímer conductor a causa de la modificació que succeeix a l'exterior del biosensor.
Aquests canvis es podrien atribuir a la força iònica, la hidratació, el pH i les respostes redox, més tard com a etiqueta de l'enzim que gira per sobre d'un substrat. In FETs , el terminal de la porta s'ha canviat amb un anticòs o enzim, també pot detectar atencions molt baixes de diferents analits perquè el requerit de l'analit cap al terminal de la porta fa que es modifiqui el drenatge al corrent font.
4. Biosensors impedimètrics
L’EIS (espectroscòpia d’impedància electroquímica) és un indicador sensible per a una àmplia gamma de propietats físiques i químiques. Actualment s’està observant una tendència creixent cap a l’expansió dels biosensors impedimètrics. Les tècniques d'impedimètrica s'han executat per diferenciar la invenció dels biosensors, així com per examinar les respostes catalitzades dels enzims lectines, àcids nucleics, receptors, cèl·lules senceres i anticossos.
5. Biosensor voltamètric
Aquesta comunicació és la base d’un nou biosensor voltamètric per notar l’acrilamida. Aquest biosensor es va construir amb un elèctrode de cola de carboni personalitzat amb Hb (hemoglobina), que inclou quatre grups prostàtics de la vora (Fe). Aquest tipus d’elèctrode mostra un procediment reversible d’oxidació o reducció d’Hb (Fe).
Biosensor físic
En condicions de classificació, els biosensors físics són els sensors més fonamentals i els més utilitzats. Les principals idees darrere d'aquesta classificació també passen per inspeccionar les ments humanes. Com a mètode general de treball que hi ha darrere de la intel·ligència de l’audició, la vista, el tacte consisteix a reaccionar sobre els estímuls físics exteriors, per tant, qualsevol dispositiu de detecció que ofereixi reaccions a les possessions físiques del medi va ser nomenat biosensor físic.
Els biosensors físics es classifiquen en dos tipus: el biosensor piezoelèctric i el biosensor termomètric.
Biosensors piezoelèctrics
Aquests sensors són una col·lecció de dispositius analítics que funcionen sobre una llei de 'gravació d'interacció per afinitat'. La plataforma d'un piezoelèctric és un element sensor que funciona en la llei de la transformació de les oscil·lacions a causa d'un salt de recollida a la superfície d'un cristall piezoelèctric. En aquesta anàlisi, els biosensors tenen la seva superfície modificada amb un antigen o anticòs, un polímer estampat molecularment i informació heretable. Normalment, les parts de detecció declarades s’uneixen mitjançant nanopartícules.
Biosensor termomètric
Hi ha diversos tipus de reaccions biològiques relacionades amb la invenció de la calor, i això fa de la base dels biosensors termomètrics. Aquests sensors se solen anomenar biosensors tèrmics
Termomètrica- el biosensor s’utilitza per mesurar o estimar el colesterol sèric. A mesura que el colesterol s’obté a través de l’enzim, el colesterol s’oxida, es produirà la calor que es pot calcular. De la mateixa manera, es poden fer avaluacions de glucosa, urea, àcid úric i penicil·lina G amb aquests biosensors.
Biosensor òptic
El biosensor òptic és un dispositiu que utilitza un principi de mesura òptica. Utilitzen el fitxer fibra òptica així com transductors optoelectrònics. El terme optrode representa una compressió dels dos termes òptic i elèctrode. Aquests sensors impliquen principalment anticossos i enzims com els elements transductors.
Els biosensors òptics permeten una detecció inaccessible no elèctrica de l’equip. Un avantatge addicional és que sovint no necessiten sensors de referència, perquè el senyal comparatiu es pot produir utilitzant una font de llum similar com el sensor de mostreig. Els biosensors òptics es classifiquen en dos tipus de biosensors de detecció òptica directa i biosensors de detecció òptica etiquetats.
Biosensors portables
El biosensor portàtil és un dispositiu digital que s’utilitza al cos humà en diferents sistemes portables com rellotges intel·ligents, samarretes intel·ligents, tatuatges que permet els nivells de glucosa en sang, TA, la freqüència dels batecs del cor, etc.
Avui en dia, podem observar que aquests sensors estan produint un senyal de millora per al món. El seu millor ús i facilitat poden proporcionar un nivell original d’experiència en l’estat de forma física del pacient en temps real. Aquesta accessibilitat a les dades permetrà una elecció clínica superior i afectarà els resultats de salut millorats i l’ús addicional dels sistemes de salut.
Per als éssers humans, aquests sensors poden ajudar al reconeixement prematur de les accions de salut i a la prevenció de l’hospitalització. La possibilitat que aquests sensors redueixin les estades hospitalàries i els reingressos sens dubte atraurà consciència positiva en el futur proper. A més, la informació investigada diu que WBS definitivament portarà al món un equip de salut portable i rendible.
Aplicacions de biosensors
En els darrers anys, aquests sensors s’han popularitzat molt i són aplicables en diferents camps que s’esmenten a continuació.
- Comprovació sanitària habitual
- Mesura de metabòlits
- Detecció de malalties
- Tractament amb insulina
- Psicoteràpia clínica i diagnòstic de malalties
- A Militar
- Aplicacions agrícoles i veterinàries
- Millora de medicaments, detecció d’ofenses
- Processament i seguiment industrial
- Control de la contaminació ecològica
A partir de l'article anterior, finalment, podem concloure que biosensors i bioelectrònica s'han utilitzat en moltes àrees de salut, investigació en ciències de la vida, medi ambient, alimentació i aplicacions militars. A més, aquests sensors es poden millorar com a nanobiotecnologia. El millor exemple de l’ús futur de la nanobiotecnologia inclou el paper electrònic, les lents de contacte i el morph de Nokia. Aquí teniu una pregunta, què són els biosensors portables?
