Biyotransdüser - Biotransducer

Bu makale genel bir liste içerir Referanslar, ancak büyük ölçüde doğrulanmamış kalır çünkü yeterli karşılık gelmiyor satır içi alıntılar. Lütfen yardım edin geliştirmek bu makale tanıtım daha kesin alıntılar. (Kasım 2013) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Biyotransdüser türlerine göre biyosensörler

Bir biyotransdüser bir tanıma dönüştürme bileşenidir biyosensör sistemi. Birbirine sıkı sıkıya bağlı iki parçadan oluşur; bir biyo-tanıma katmanı ve bir fizikokimyasal dönüştürücü, birlikte hareket etmek bir biyokimyasal sinyal bir elektronik veya optik sinyal. Biyo-tanıma katmanı tipik olarak bir enzim veya başka bir bağlayıcı protein, örneğin antikor. Ancak, oligonükleotid diziler, organeller gibi alt hücresel fragmanlar (ör. mitokondri ) ve reseptör taşıyan parçalar (ör. hücre çeperi ), tek tam hücreler, sentetik yapı iskeleleri üzerindeki az sayıda hücre veya ince hayvan veya bitki doku dilimleri de biyo-tanıma katmanını içerebilir. Verir biyosensör seçicilik ve özgüllük. Fizikokimyasal dönüştürücü tipik olarak tanıma katmanı ile yakın ve kontrollü temas halindedir. Varlığın bir sonucu olarak ve biyokimyasal Analitin eylemi (ilgili hedef), analitin konsantrasyonuyla orantılı bir sinyal üreten fizikokimyasal dönüştürücü tarafından ölçülen biyo-tanıma katmanı içinde fiziko-kimyasal bir değişiklik üretilir.^[1] Fizikokimyasal dönüştürücü elektrokimyasal, optik, elektronik, gravimetrik, piroelektrik veya piezoelektrik olabilir. Biyotransdüser türüne bağlı olarak biyosensörler, sağda gösterildiği gibi sınıflandırılabilir.

Elektrokimyasal biyotransdüserler

Elektrokimyasal biyosensörler, hedef analit ile seçici olarak reaksiyona giren ve analit konsantrasyonuyla orantılı bir elektrik sinyali üreten bir biyo-tanıma elemanı içerir. Genel olarak, bir biyo-tanıma olayı sırasında elektrokimyasal değişiklikleri tespit etmek için kullanılabilecek birkaç yaklaşım vardır ve bunlar şu şekilde sınıflandırılabilir: amperometrik, potansiyometrik, empedans ve kondüktometrik.

Amperometrik

Amperometrik dönüştürücüler, elektrokimyasal oksidasyon veya indirgeme sonucunda akımdaki değişikliği algılar. Tipik olarak, biyoreseptör molekülü üzerinde hareketsiz hale getirilir. çalışma elektrodu (genellikle altın, karbon veya platin). Çalışma elektrodu ile elektrot arasındaki potansiyel referans elektrot (genellikle Ag / AgCl) bir değere sabitlenir ve ardından akım zamana göre ölçülür. Uygulanan potansiyel, elektron transfer reaksiyonu için itici güçtür. Üretilen akım, elektron transfer hızının doğrudan bir ölçüsüdür. Akım, biyoreseptör molekülü ile analit arasında meydana gelen reaksiyonu yansıtır ve analitin elektroda kütle taşıma hızı ile sınırlıdır.

Potansiyometrik

Potansiyometrik sensörler, bir potansiyel veya şarj birikimini ölçer. elektrokimyasal hücre. Dönüştürücü tipik olarak bir iyon seçici elektrot (ISE) ve bir referans elektrot içerir. ISE, ilgilenilen yüklü iyonla seçici olarak etkileşime giren ve referans elektroda kıyasla bir yük potansiyelinin birikmesine neden olan bir membrana sahiptir. Referans elektrot, analit konsantrasyonundan etkilenmeyen sabit bir yarım hücre potansiyeli sağlar. Yüksek empedanslı bir voltmetre, aralarında sıfır veya önemli bir akım akışı olmadığında iki elektrot arasındaki elektromotor kuvvetini veya potansiyeli ölçmek için kullanılır. Potansiyometrik yanıt, Nernst denklemi potansiyel, analit konsantrasyonunun logaritması ile orantılıdır.

İç direnç

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), bir biyo-tanıma olayının neden olduğu dirençli ve kapasitif değişikliklerin ölçülmesini içerir. Tipik olarak, akımın biyosensörden akmasına neden olan küçük genlikli bir sinüzoidal elektriksel uyarı uygulanır. Frekans, empedans spektrumunu elde etmek için bir aralıkta değiştirilir. Empedansın dirençli ve kapasitif bileşenleri, faz içi ve faz dışı akım yanıtlarından belirlenir. Tipik olarak, bir biyo-tanıma elemanının yüzeye hareketsizleştirilmesiyle analite özgü geleneksel bir üç elektrotlu sistem yapılır. Bir voltaj uygulanır ve akım ölçülür. Elektrot ve çözelti arasındaki arayüz empedansı, analit bağlanmasının bir sonucu olarak değişir. Bir empedans analizörü, uyaranı kontrol etmek ve uygulamak ve ayrıca empedans değişikliklerini ölçmek için kullanılabilir.

Kondüktometri

Kondüktometrik algılama, numune çözeltisinin veya bir ortamın iletken özelliklerindeki değişikliği ölçmeyi içerir. Biyomolekül ve analit arasındaki reaksiyon, iyonik tür konsantrasyonunu değiştirerek, solüsyonun elektriksel iletkenliğinde veya akım akışında bir değişikliğe yol açar. İki metal elektrot belirli bir mesafede ayrılır ve elektrotlar boyunca bir AC potansiyeli uygulanır ve elektrotlar arasında bir akım akışına neden olur. Bir biyo-tanıma olayı sırasında iyonik bileşim değişir, bir ohmmetre kullanılarak iletkenlikteki değişiklik ölçülebilir.

Optik biyotransdüserler

Sinyal iletimi için optik biyosensörlerde kullanılan optik biyotransdüserler, analit hakkında bilgi toplamak için fotonları kullanır.^[2] Bunlar son derece hassas, oldukça spesifik, küçük boyutlu ve uygun maliyetli.

Optik biyotransdüserin tespit mekanizması, analiti çalışan elektrotta oksitlenen veya indirgenen ürünlere dönüştüren enzim sistemine bağlıdır.^[3]

Evanescent alan algılama ilkesi, en yaygın olarak bir optik biyosensör sisteminde transdüksiyon ilkesi olarak kullanılır. Bu ilke, en hassas tespit yöntemlerinden biridir. Yalnızca optik fibere çok yakın yerlerde floroforların algılanmasını sağlar.^[4]

FET tabanlı elektronik biyotransdüserler

Elektronik biyoalgılama, önemli avantajlar sunar. optik, biyokimyasal ve biyofiziksel yüksek hassasiyet ve yeni algılama mekanizmaları açısından yöntemler, yerelleştirilmiş algılama için yüksek uzamsal çözünürlük, standart gofret ölçekli yarı iletken işleme ile kolay entegrasyon ve tahribatsız bir şekilde etiketsiz, gerçek zamanlı algılama [6].

Dayalı cihazlar Alan Etkili Transistörler (FET'ler), hedef biyolojik moleküller ve FET yüzeyi arasındaki etkileşimleri doğrudan okunabilir elektrik sinyallerine çevirebildikleri için büyük ilgi gördü. Bir FET'te akım, kaynağa ve drenaja bağlı olan kanal boyunca akar. Kaynak ve drenaj arasındaki kanal iletkenliği, ince bir dielektrik katman [6] aracılığıyla kapasitif olarak bağlanan kapı elektrodu tarafından açılır ve kapatılır.

FET tabanlı biyosensörlerde, kanal çevre ile doğrudan temas halindedir ve bu, yüzey yükü üzerinde daha iyi kontrol sağlar. Bu, kanal yüzeyinde meydana gelen biyolojik olaylar, yarı iletken kanalın yüzey potansiyeli varyasyonuna neden olabileceğinden ve ardından kanal iletkenliğini modüle edebileceğinden, yüzey FET tabanlı biyosensörlerin hassasiyetini artırır. Cihaz dizilerinin çip üzerinde entegrasyonunun kolaylığına ve uygun maliyetli cihaz imalatına ek olarak, FET tabanlı biyosensörlerin yüzey ultra hassasiyeti, onu mevcut biyosensör teknolojilerine çekici bir alternatif haline getirir [6].

Gravimetrik / Piezoelektrik biyotransdüserler

Gravimetrik biyosensörler, kütledeki bir değişikliğe verilen yanıtın temel ilkesini kullanır. Çoğu gravimetrik biyosensör, rezonans kristaller olarak ince piezoelektrik kuvars kristalleri kullanır (QCM ) veya toplu / yüzey akustik dalga (TESTERE ) cihazlar. Bunların çoğunda, kütle tepkisi kristal kalınlığıyla ters orantılıdır. Biyomoleküllerin yüzeye bilinen yüzey kütlesi ile eklenebildiği ince polimer filmler de kullanılmaktadır. Akustik dalgalar osilatör bir cihaz üretmek için ince filme yansıtılabilir ve bu, QCM yönteminde kullanılan Sauerbrey denklemiyle neredeyse aynı olan bir denklemi takip eder.^[5] Proteinler veya antikorlar gibi biyomoleküller bağlanabilir ve kütlesindeki değişim, numunedeki hedef analitin varlığıyla orantılı ölçülebilir bir sinyal verir.

Pyroelektrik biyotransdüserler

Pyroelektrik biyosensörler, sıcaklık değişiminin bir sonucu olarak bir elektrik akımı üretir. Bu diferansiyel bir polarizasyon maddede, bir dipol moment sıcaklık gradyanı yönünde. Sonuç, malzeme boyunca net bir voltajdır. Bu net voltaj, aşağıdaki denklemle hesaplanabilir.^[6]

${ displaystyle Delta V = omega PAr Delta T sol (1+ omega ^ {2} tau _ {E} ^ {2} sağ) ^ {- 1/2}}$

${ displaystyle tau _ {E} = rC}$

burada V = Gerilim, ω = modüle edilmiş olayın açısal frekansı, P = piroelektrik katsayısı, L = film kalınlığı, ε = film dielektrik sabiti, A = film alanı, r = filmin direnci, C = filmin kapasitesi, τE = dedektör çıkışının elektrik zaman sabiti.

Ayrıca bakınız

Referanslar