Ο πρώτος βιοαισθητήρας εφευρέθηκε το 1950 από τον Αμερικανό βιοχημικό «L.L Clark». Αυτός ο βιοαισθητήρας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του οξυγόνου στο αίμα και το ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιείται σε αυτόν τον αισθητήρα ονομάζεται ηλεκτρόδιο Clark ή ηλεκτρόδιο οξυγόνου. Στη συνέχεια, ένα πήκτωμα με ένζυμο οξειδώσεως γλυκόζης επιστρώθηκε στο ηλεκτρόδιο οξυγόνου για τον υπολογισμό του σακχάρου στο αίμα. Αντίστοιχα, η ένζυμη ουρεάση χρησιμοποιήθηκε με ένα ηλεκτρόδιο που εφευρέθηκε ιδιαίτερα για ιόντα ΝΗ4 ++ για τον υπολογισμό της ουρίας σε υγρά του σώματος όπως ούρα και αίμα.
Υπάρχουν τρεις γενιές βιοαισθητήρων διαθέσιμες στην αγορά. Στον πρώτο τύπο βιοαισθητήρα, η αντίδραση του προϊόντος διασκορπίζεται στον αισθητήρα και προκαλεί την ηλεκτρική αντίδραση. Στον δεύτερο τύπο, ο αισθητήρας εμπλέκει συγκεκριμένα τους μεσολαβητές μεταξύ του αισθητήρα και της απόκρισης προκειμένου να παράγει καλύτερη απόκριση. Στον τρίτο τύπο, η ίδια η απόκριση προκαλεί την αντίδραση και κανένας διαμεσολαβητής δεν εμπλέκεται άμεσα. Αυτό το άρθρο παρέχει μια επισκόπηση ενός βιοαισθητήρα, λειτουργία βιοαισθητήρων, διαφορετικούς τύπους και τις εφαρμογές του.
Τι είναι ο βιοαισθητήρας;
Οι βιοαισθητήρες μπορούν να οριστούν ως αναλυτικές συσκευές που περιλαμβάνουν συνδυασμό βιολογικών στοιχείων ανίχνευσης όπως το σύστημα αισθητήρων και έναν μορφοτροπέα. Όταν συγκρίνουμε με οποιαδήποτε άλλη υπάρχουσα διαγνωστική συσκευή, αυτοί οι αισθητήρες έχουν προχωρήσει στις συνθήκες επιλεκτικότητας καθώς και στην ευαισθησία. ο εφαρμογές αυτών των βιοαισθητήρων περιλαμβάνουν κυρίως τον έλεγχο της οικολογικής ρύπανσης, τόσο στον τομέα της γεωργίας όσο και στις βιομηχανίες τροφίμων Τα κύρια χαρακτηριστικά του βιοαισθητήρα είναι η σταθερότητα, το κόστος, η ευαισθησία και η αναπαραγωγιμότητα.
Κύρια συστατικά ενός βιοαισθητήρα
ο διάγραμμα μπλοκ του βιοαισθητήρα περιλαμβάνει τρία τμήματα, δηλαδή, αισθητήρα, μετατροπέα και συναφή ηλεκτρόνια. Στο πρώτο τμήμα, ο αισθητήρας είναι ένα βιολογικό μέρος που ανταποκρίνεται, το δεύτερο τμήμα είναι το τμήμα ανιχνευτή που αλλάζει το προκύπτον σήμα από την επαφή του αναλύτη και για τα αποτελέσματα που εμφανίζει με προσιτό τρόπο. Το τελευταίο τμήμα περιλαμβάνει ένας ενισχυτής το οποίο είναι γνωστό ως κύκλωμα ρύθμισης σήματος, μια μονάδα οθόνης καθώς και ο επεξεργαστής.
Αρχή εργασίας των βιοαισθητήρων
Συνήθως, ένα συγκεκριμένο ένζυμο ή ένα προτιμώμενο βιολογικό υλικό απενεργοποιείται με μερικές από τις συνήθεις μεθόδους και το απενεργοποιημένο βιολογικό υλικό βρίσκεται σε άμεση επαφή με τον μορφοτροπέα. Ο αναλύτης συνδέεται με το βιολογικό αντικείμενο για να διαμορφώσει μια διαυγή αναλυόμενη ουσία που με τη σειρά της δίνει την ηλεκτρονική αντίδραση που μπορεί να υπολογιστεί. Σε μερικά παραδείγματα, η αναλυόμενη ουσία αλλάζει σε συσκευή που μπορεί να συνδεθεί με την εκκένωση αερίων, θερμότητας, ιόντων ηλεκτρονίων ή ιόντων υδρογόνου. Σε αυτό, ο μορφοτροπέας μπορεί να μετατρέψει τη συνδεδεμένη συσκευή μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία μπορούν να αλλάξουν και να υπολογιστούν.
Εργασία βιοαισθητήρων
Το ηλεκτρικό σήμα του μορφοτροπέα είναι συχνά χαμηλό και επικαλύπτεται σε αρκετά υψηλή γραμμή βάσης. Γενικά, η επεξεργασία σήματος περιλαμβάνει την αφαίρεση ενός βασικού σήματος θέσης, που λαμβάνεται από έναν σχετικό μορφοτροπέα χωρίς κάλυψη βιοκαταλύτη.
Ο συγκριτικά αργός χαρακτήρας της αντίδρασης βιοαισθητήρα διευκολύνει σημαντικά το ζήτημα της διήθησης ηλεκτρικού θορύβου. Σε αυτό το στάδιο, η άμεση έξοδος θα είναι ένα αναλογικό σήμα, ωστόσο μετατρέπεται σε ψηφιακή μορφή και γίνεται αποδεκτή ένας μικροεπεξεργαστής φάση όπου οι πληροφορίες προχωρούν, επηρεάζονται σε προτιμώμενες μονάδες και o / p σε μια αποθήκευση δεδομένων.
Τύποι βιοαισθητήρων
Οι διαφορετικοί τύποι βιοαισθητήρων ταξινομούνται με βάση τη συσκευή αισθητήρα καθώς και το βιολογικό υλικό που συζητείται παρακάτω.
1. Ηλεκτροχημικός βιοαισθητήρας
Γενικά, ο ηλεκτροχημικός βιοαισθητήρας βασίζεται στην αντίδραση ενζυματικής κατάλυσης που καταναλώνει ή παράγει ηλεκτρόνια. Τέτοιοι τύποι ενζύμων ονομάζονται Redox Enzymes. Το υπόστρωμα αυτού του βιοαισθητήρα περιλαμβάνει γενικά τρία ηλεκτρόδια όπως μετρητή, αναφορά και τύπο εργασίας.
Ο αναλυτής αντικειμένων εμπλέκεται στην απόκριση που συμβαίνει στην επιφάνεια ενός ενεργού ηλεκτροδίου και αυτή η αντίδραση μπορεί να προκαλέσει επίσης μεταφορά ηλεκτρονίων μέσω του δυναμικού διπλού στρώματος. Το ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί με ένα καθορισμένο δυναμικό.
Οι ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες ταξινομούνται σε τέσσερις τύπους
- Αμπερομετρικοί βιοαισθητήρες
- Ποτενσιομετρικοί βιοαισθητήρες
- Ιμπιμετρικοί βιοαισθητήρες
- Βολταμετρικοί βιοαισθητήρες
2. Αμπερομετρικός βιοαισθητήρας
Ένας αμπερομετρικός βιοαισθητήρας είναι μια αυτόνομη ενσωματωμένη συσκευή με βάση την ποσότητα του ρεύματος που προκύπτει από την οξείδωση που προσφέρει ακριβείς ποσοτικές αναλυτικές πληροφορίες.
Γενικά, αυτοί οι βιοαισθητήρες έχουν χρόνους αντίδρασης, ενεργειακά εύρη και ευαισθησίες συγκρίσιμες με τους Ποτενσιομετρικούς-βιοαισθητήρες. Ο απλός αμπερομετρικός βιοαισθητήρας σε συχνή χρήση περιλαμβάνει το ηλεκτρόδιο 'Clark οξυγόνο'.
Ο κανόνας αυτού του βιοαισθητήρα βασίζεται στην ποσότητα της ροής του ρεύματος μεταξύ του μετρητή ηλεκτροδίου και της εργασίας που ενθαρρύνεται από μια απόκριση οξειδοαναγωγής στο λειτουργικό ηλεκτρόδιο. Η επιλογή κέντρων ανάλυσης είναι απαραίτητη για μια ευρεία επιλογή χρήσεων, που περιλαμβάνει έλεγχο υψηλής ιατρικής απόδοσης, έλεγχο ποιότητας, εύρεση και χειρισμό προβλημάτων και βιολογικό έλεγχο.
3. Ποτενσιομετρικοί βιοαισθητήρες
Αυτός ο τύπος βιοαισθητήρα παρέχει μια λογαριθμική απάντηση μέσω ενός υψηλού ενεργειακού εύρους. Αυτοί οι βιοαισθητήρες είναι συχνά πλήρεις με την παρακολούθηση της παραγωγής των πρωτοτύπων ηλεκτροδίων που βρίσκονται σε ένα συνθετικό υπόστρωμα, καλυμμένο από ένα πολυμερές που εκτελεί με κάποιο ένζυμο συνδέεται.
Περιλαμβάνουν δύο ηλεκτρόδια τα οποία αποκρίνονται σε μεγάλο βαθμό και είναι ισχυρά. Επιτρέπουν την αναγνώριση αναλυτών σε στάδια πριν επιτευχθεί μόνο με HPLC, LC / MS & χωρίς ακριβή προετοιμασία μοντέλου.
Όλοι οι τύποι βιοαισθητήρων καταλαμβάνουν γενικά το ελάχιστο παρασκεύασμα δείγματος, επειδή το βιολογικό συστατικό ανίχνευσης είναι εξαιρετικά επιλεγμένο για τον αναλυτή που αντιμετωπίζει προβλήματα. Με τις αλλαγές φυσικής και ηλεκτροχημικής, το σήμα δημιουργείται στο στρώμα του αγώγιμου πολυμερούς λόγω τροποποίησης που συμβαίνει στο εξωτερικό του βιοαισθητήρα.
Αυτές οι αλλαγές μπορεί να θεωρηθούν ως ιοντική δύναμη, ενυδάτωση, ρΗ και οξειδοαναγωγικές αποκρίσεις, αργότερα ως η επισήμανση του ενζύμου που περιστρέφεται πάνω από ένα υπόστρωμα. Σε FET , το τερματικό πύλης έχει αλλάξει με ένα αντίσωμα ή ένζυμο, μπορεί επίσης να αισθανθεί πολύ χαμηλή προσοχή διαφορετικών αναλυτών, επειδή η απαιτούμενη αναλυτική ουσία προς το τερματικό πύλης κάνει μια τροποποίηση στην αποστράγγιση στο ρεύμα πηγής.
4. Ιμπιμετρικοί βιοαισθητήρες
Το EIS (Ηλεκτροχημική φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης) είναι ένας δείκτης απόκρισης για ένα ευρύ φάσμα φυσικών και χημικών ιδιοτήτων. Επί του παρόντος παρατηρείται μια αυξανόμενη τάση προς την επέκταση των ιμπιμετρικών-βιοαισθητήρων. Οι τεχνικές του Impedimetric έχουν εκτελεστεί για τη διαφοροποίηση της εφεύρεσης των βιοαισθητήρων καθώς και για την εξέταση των καταλυόμενων αποκρίσεων των ενζύμων λεκτίνων, νουκλεϊκών οξέων, υποδοχέων, ολόκληρων κυττάρων και αντισωμάτων.
5. Βολταμετρικός βιοαισθητήρας
Αυτή η επικοινωνία είναι η βάση ενός νέου βολταμετρικού βιοαισθητήρα για να παρατηρήσει το ακρυλαμίδιο. Αυτός ο βιοαισθητήρας κατασκευάστηκε με ένα ηλεκτρόδιο κόλλας άνθρακα προσαρμοσμένο με Hb (αιμοσφαιρίνη), το οποίο περιλαμβάνει τέσσερις προστατικές ομάδες του στρίφωμα (Fe). Αυτός ο τύπος ηλεκτροδίου δείχνει μια αναστρέψιμη διαδικασία οξείδωσης ή αναγωγής Hb (Fe).
Φυσικός βιοαισθητήρας
Σε συνθήκες ταξινόμησης, οι φυσικοί βιοαισθητήρες είναι οι πιο θεμελιώδεις και ευρέως χρησιμοποιούμενοι αισθητήρες. Οι κύριες ιδέες πίσω από αυτήν την κατηγοριοποίηση συμβαίνουν επίσης από τον έλεγχο του ανθρώπινου μυαλού. Ως γενική μέθοδος εργασίας πίσω από την ευφυΐα της ακοής, της όρασης, η αφή είναι να αντιδρά στα εξωτερικά φυσικά ερεθίσματα, επομένως κάθε συσκευή ανίχνευσης που προσφέρει αντίδραση στις φυσικές κατοχές του μέσου ονομάστηκε φυσικός βιοαισθητήρας.
Οι φυσικοί βιοαισθητήρες ταξινομούνται σε δύο τύπους, δηλαδή πιεζοηλεκτρικό βιοαισθητήρα και θερμομετρικό βιοαισθητήρα.
Πιεζοηλεκτρικοί βιοαισθητήρες
Αυτοί οι αισθητήρες είναι μια συλλογή αναλυτικών συσκευών που λειτουργεί σε έναν νόμο της «καταγραφής αλληλεπίδρασης συγγένειας». Η πλατφόρμα ενός πιεζοηλεκτρικού είναι ένα στοιχείο αισθητήρα που λειτουργεί βάσει του νόμου των ταλαντώσεων μετασχηματισμού λόγω ενός άλματος συλλογής στην επιφάνεια ενός πιεζοηλεκτρικού κρυστάλλου. Σε αυτήν την ανάλυση, οι βιοαισθητήρες έχουν την τροποποιημένη επιφάνειά τους με ένα αντιγόνο ή αντίσωμα, ένα μοριακά σφραγισμένο πολυμερές, και κληρονομικές πληροφορίες. Τα δηλωθέντα μέρη ανίχνευσης συνήθως ενώνονται χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια.
Θερμομετρικός βιοαισθητήρας
Υπάρχουν διάφοροι τύποι βιολογικών αντιδράσεων που συνδέονται με την εφεύρεση της θερμότητας, και αυτό καθιστά τη βάση θερμομετρικών βιοαισθητήρων. Αυτοί οι αισθητήρες ονομάζονται συνήθως ως θερμικοί βιοαισθητήρες
Θερμομετρικώς- Ο βιοαισθητήρας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση ή εκτιμήστε τη χοληστερόλη στον ορό. Καθώς η χοληστερόλη οξειδώνεται μέσω του ενζύμου χοληστερόλη οξειδώνεται, τότε θα παράγεται η θερμότητα που μπορεί να υπολογιστεί. Ομοίως, οι εκτιμήσεις της γλυκόζης, της ουρίας, του ουρικού οξέος και της πενικιλλίνης G μπορούν να γίνουν με αυτούς τους βιοαισθητήρες.
Οπτικός βιοαισθητήρας
Ο οπτικός βιοαισθητήρας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί μια αρχή οπτικής μέτρησης. Χρησιμοποιούν το οπτικές ίνες καθώς και οπτοηλεκτρονικοί μορφοτροπείς. Ο όρος optrode αντιπροσωπεύει μια συμπίεση των δύο όρων οπτικό και ηλεκτρόδιο. Αυτοί οι αισθητήρες περιλαμβάνουν κυρίως αντισώματα και ένζυμα όπως τα μεταγωγικά στοιχεία.
Οι οπτικοί βιοαισθητήρες επιτρέπουν μια ασφαλή μη ηλεκτρική απρόσιτη ανίχνευση εξοπλισμού. Ένα επιπλέον πλεονέκτημα είναι ότι αυτοί συχνά δεν χρειάζονται αισθητήρες αναφοράς, επειδή το συγκριτικό σήμα μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας την παρόμοια πηγή φωτός όπως ο αισθητήρας δειγματοληψίας. Οι οπτικοί βιοαισθητήρες ταξινομούνται σε δύο τύπους, δηλαδή άμεσο οπτικό ανιχνευτή βιοαισθητήρα και επισημασμένοι οπτικοί ανιχνευτές βιοαισθητήρας.
Φορητοί βιοαισθητήρες
Ο φορετός βιοαισθητήρας είναι μια ψηφιακή συσκευή, που χρησιμοποιείται για να φοριέται στο ανθρώπινο σώμα σε διαφορετικά φορητά συστήματα όπως έξυπνα ρολόγια, έξυπνα πουκάμισα, τατουάζ που επιτρέπει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, BP, ο ρυθμός καρδιακού παλμού, κ.λπ
Σήμερα, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι αυτοί οι αισθητήρες μεταδίδουν ένα σήμα βελτίωσης στον κόσμο. Η καλύτερη χρήση και η ευκολία τους μπορούν να δώσουν ένα πρωτότυπο επίπεδο εμπειρίας στην κατάσταση φυσικής κατάστασης του ασθενούς σε πραγματικό χρόνο. Αυτή η προσβασιμότητα δεδομένων θα επιτρέψει ανώτερη κλινική επιλογή και θα επηρεάσει βελτιωμένα αποτελέσματα υγείας και εξαιρετικά ικανή χρήση συστημάτων υγείας.
Για τους ανθρώπους, αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να βοηθήσουν στην πρόωρη αναγνώριση των ενεργειών υγείας και στην πρόληψη της νοσηλείας. Η πιθανότητα αυτών των αισθητήρων να μειώσουν τη διαμονή και την επανεισδοχή στο νοσοκομείο σίγουρα θα προσελκύσει θετική ευαισθητοποίηση στο προσεχές μέλλον. Επίσης, οι πληροφορίες ερευνών αναφέρουν ότι το WBS θα μεταφέρει σίγουρα έναν οικονομικά αποδοτικό εξοπλισμό υγείας στον κόσμο.
Εφαρμογές βιοαισθητήρων
Τα τελευταία χρόνια, αυτοί οι αισθητήρες έχουν γίνει πολύ δημοφιλείς και ισχύουν σε διαφορετικά πεδία που αναφέρονται παρακάτω.
- Κοινή εξέταση υγειονομικής περίθαλψης
- Μέτρηση μεταβολιτών
- Έλεγχος για ασθένεια
- Θεραπεία με ινσουλίνη
- Κλινική ψυχοθεραπεία & διάγνωση ασθενειών
- Στρατιωτικός
- Γεωργικές και κτηνιατρικές εφαρμογές
- Βελτίωση φαρμάκων, ανίχνευση παραβάσεων
- Επεξεργασία & παρακολούθηση στη Βιομηχανική
- Οικολογικός έλεγχος ρύπανσης
Από το παραπάνω άρθρο, τέλος, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι βιοαισθητήρες και βιοηλεκτρονική έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλούς τομείς υγειονομικής περίθαλψης, έρευνας βιοεπιστημών, περιβαλλοντικών, τροφίμων και στρατιωτικών εφαρμογών. Επιπλέον, αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να βελτιωθούν ως νανοβιοτεχνολογία. Το καλύτερο παράδειγμα της μελλοντικής χρήσης της νανοβιοτεχνολογίας περιλαμβάνει ηλεκτρονικό χαρτί, φακούς επαφής και Nokia morph. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι οι φορετοί βιοαισθητήρες;
