Biotransduser - Biotransducer

Ushbu maqola umumiy ro'yxatini o'z ichiga oladi ma'lumotnomalar, lekin bu asosan tasdiqlanmagan bo'lib qolmoqda, chunki unga mos keladigan etishmayapti satrda keltirilgan. Iltimos yordam bering takomillashtirish tomonidan ushbu maqola tanishtirish aniqroq iqtiboslar. (2013 yil noyabr) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

Biotranslyatorlar turiga asoslangan biosensorlar

A biotransduser a-ning tanib olish-transduktsiya tarkibiy qismidir biosensor tizim. U bir-biri bilan chambarchas bog'langan ikkita qismdan iborat; bio-tanib olish qatlami va a fizik-kimyoviy transduser, birgalikda ishlaydigan a ni o'zgartiradi biokimyoviy signal ga elektron yoki optik signal. Bio-tanib olish qatlamida odatda an mavjud ferment yoki boshqa majburiy protein antikor. Biroq, oligonukleotid organellalar kabi ketma-ketliklar, hujayra osti bo'laklari (masalan.) mitoxondriya ) va parchalarni tashiydigan retseptorlari (masalan. hujayra devori ) bitta butun hujayralar, sintetik iskala hujayralaridagi oz sonli hujayralar yoki hayvon yoki o'simlik to'qimalarining ingichka bo'laklari ham bio-tanib olish qatlamini o'z ichiga olishi mumkin. Bu beradi biosensor selektivlik va o'ziga xoslik. Fizik-kimyoviy transduser odatda tanib olish qatlami bilan samimiy va boshqariladigan aloqada bo'ladi. Mavjudligi va biokimyoviy analitikning ta'siri (qiziqish maqsadi), fiziokimyoviy o'zgarish biokimyoviy qatlamda hosil bo'ladi, bu fizik-kimyoviy transduser tomonidan tahlil qilinadigan kontsentratsiyaga mutanosib signal ishlab chiqaruvchi tomonidan o'lchanadi.^[1] Fizik-kimyoviy transduser elektrokimyoviy, optik, elektron, gravimetrik, piroelektrik yoki piezoelektrik bo'lishi mumkin. Biotransduser turiga qarab biosensorlarni o'ng tomonda ko'rsatilgandek tasniflash mumkin.

Elektrokimyoviy biotransduserlar

Elektrokimyoviy biosensorlar tarkibida maqsadli analitik bilan tanlab reaksiyaga kirishadigan va analitik kontsentratsiyasiga mutanosib elektr signalini ishlab chiqaradigan bioelement elementi mavjud. Umuman olganda, biokognitatsiya hodisasi paytida elektrokimyoviy o'zgarishlarni aniqlash uchun bir nechta yondashuvlar mavjud va ularni quyidagicha tasniflash mumkin: amperometrik, potansiyometrik, impedans va konduktometrik.

Amperometrik

Amperometrik transduserlar elektrokimyoviy oksidlanish yoki qaytarilish natijasida tokning o'zgarishini aniqlaydi. Odatda bioseptor molekulasi immobilizatsiya qilinadi ishlaydigan elektrod (odatda oltin, uglerod yoki platina). Ishlaydigan elektrod bilan mos yozuvlar elektrod (odatda Ag / AgCl) bir qiymat bilan o'rnatiladi va keyin oqim vaqtga qarab o'lchanadi. Qo'llaniladigan potentsial elektronni o'tkazish reaktsiyasining harakatlantiruvchi kuchidir. Ishlab chiqarilgan oqim elektronni uzatish tezligining to'g'ridan-to'g'ri o'lchovidir. Oqim bioseptor molekulasi va analit bilan sodir bo'ladigan reaktsiyani aks ettiradi va analitning elektrodga massa tashish tezligi bilan cheklanadi.

Potansiyometrik

Potansiyometrik sensorlar an potentsialini yoki zaryad to'planishini o'lchaydilar elektrokimyoviy hujayra. Transduser odatda ion tanlab elektrod (ISE) va mos yozuvlar elektrodini o'z ichiga oladi. ISEda zaryadlangan ion bilan tanlab ta'sir o'tkazadigan va mos yozuvlar elektrodiga nisbatan zaryad potentsialining to'planishiga olib keladigan membrana mavjud. Yo'naltiruvchi elektrod analitik kontsentratsiyasiga ta'sir qilmaydigan doimiy yarim hujayra potentsialini ta'minlaydi. Ikkala elektrod o'rtasida elektromotor kuch yoki potentsialni o'lchash uchun yuqori empedansli voltmetr ishlatiladi, ular orasidagi nol yoki sezilarli oqim yo'q bo'lganda. Potansiyometrik reaktsiya tomonidan boshqariladi Nernst tenglamasi unda potentsial analitik kontsentratsiyasi logarifmiga mutanosibdir.

Empedans

Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi (EIS) bioaniqlash hodisasi natijasida kelib chiqadigan rezistiv va sig'imli o'zgarishlarni o'lchashni o'z ichiga oladi. Odatda kichik amplituda sinusoidal elektr stimuli qo'llaniladi, bu biosensor orqali oqim oqishini keltirib chiqaradi. Empedans spektrini olish uchun chastota diapazonda o'zgaradi. Empedansning rezistiv va sig'imli tarkibiy qismlari fazaviy va fazaviy oqim reaktsiyalaridan aniqlanadi. Odatda, an'anaviy uch elektrodli tizim biologik tanitish elementini yuzaga immobilizatsiya qilish orqali analitikka xosdir. Kuchlanish qo'llaniladi va oqim o'lchanadi. Analitni bog'lash natijasida elektrod va eritma orasidagi interfaol empedans o'zgaradi. Empedans analizatoridan stimulni boshqarish va qo'llash hamda impedans o'zgarishlarini o'lchash uchun foydalanish mumkin.

Konduktometriya

Konduktometrik sezish namunali eritmaning yoki muhitning o'tkazuvchan xususiyatlarining o'zgarishini o'lchashni o'z ichiga oladi. Biyomolekula va analitik o'rtasidagi reaktsiya ion turlarining kontsentratsiyasini o'zgartiradi va eritmaning elektr o'tkazuvchanligi yoki oqim oqimining o'zgarishiga olib keladi. Ikkita metall elektrodlar ma'lum masofada ajralib turadi va elektrodlar bo'ylab o'zgaruvchan tok potentsiali qo'llaniladi, bu elektrodlar orasidagi oqim oqimini keltirib chiqaradi. Bioranoqlash hodisasi paytida ion tarkibi o'zgaradi, ohmmetr yordamida o'tkazuvchanlik o'zgarishini o'lchash mumkin.

Optik biotransduserlar

Signalni uzatish uchun optik biosensorlarda ishlatiladigan optik biotransduserlar, analit haqida ma'lumot to'plash uchun fotonlardan foydalanadilar.^[2] Ular juda sezgir, juda aniq, o'lchamlari kichik va iqtisodiy jihatdan samarali.

Optik biotransduserni aniqlash mexanizmi analitni ishlaydigan elektrodda oksidlangan yoki kamaytirilgan mahsulotlarga aylantiradigan fermentlar tizimiga bog'liq.^[3]

Evanescent maydonini aniqlash printsipi eng ko'p transdüksiyon printsipi sifatida optik biosensor tizimida qo'llaniladi. Ushbu tamoyil sezgir aniqlash usullaridan biridir. U ftoroforlarni faqat optik tolaga yaqin joyda aniqlash imkonini beradi.^[4]

FET asosidagi elektron biotransduserlar

Elektron biosensing muhim afzalliklarga ega optik, biokimyoviy va biofizik yuqori sezuvchanlik va yangi sezish mexanizmlari, lokalizatsiya qilingan aniqlash uchun yuqori fazoviy rezolyutsiya, standart gofret miqyosidagi yarimo'tkazgichni qayta ishlash bilan yuzma-yuz integratsiya qilish va buzilmasdan real vaqt rejimida yorliqsiz usullar.

Asoslangan qurilmalar dala effektli tranzistorlar (FET) katta e'tiborni tortdi, chunki ular maqsadli biologik molekulalar va FET yuzasi o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni o'qilishi mumkin bo'lgan elektr signallariga to'g'ridan-to'g'ri aylantirishi mumkin. FETda oqim manba va drenajga ulangan kanal bo'ylab oqadi. Manba va drenaj o'rtasidagi kanal o'tkazuvchanligi ingichka dielektrik qatlam orqali sig'imli ravishda bog'langan eshik elektrodlari yordamida yoqiladi va o'chiriladi [6].

FET asosidagi biosensorlarda kanal atrof-muhit bilan bevosita aloqada bo'ladi va bu sirt zaryadini yaxshiroq boshqarish imkonini beradi. Bu sirt FET asosidagi biosensorlarning sezgirligini yaxshilaydi, chunki kanal yuzasida sodir bo'lgan biologik hodisalar yarimo'tkazgich kanalining sirt potentsialining o'zgarishiga olib kelishi va keyin kanal o'tkazuvchanligini modulyatsiya qilishi mumkin. Qurilmalar massivlarini mikrosxemalarda integratsiyalashuvi va tejamkor qurilmalarni ishlab chiqarishga qo'shimcha ravishda, FET asosidagi biosensorlarning sirt ultratovushligi uni mavjud biosensor texnologiyalariga jozibali alternativa qiladi [6].

Gravimetrik / Piezoelektrik biotransduserlar

Gravimetrik biosensorlar massaning o'zgarishiga javob berishning asosiy printsipidan foydalanadilar. Ko'pgina gravimetrik biosensorlar yupqa piezoelektrik kvarts kristallarini yoki rezonanslashuvchi kristal sifatida ishlatadilar (QCM ) yoki ommaviy / sirt akustik to'lqin sifatida (SAW ) qurilmalar. Ularning aksariyatida massa reaktsiyasi kristall qalinligi bilan teskari proportsionaldir. Yupqa polimer plyonkalardan foydalaniladi, bunda sirtga ma'lum massasi bilan biomolekulalar qo'shilishi mumkin. Akustik to'lqinlar yupqa plyonkaga tebranish moslamasini ishlab chiqarish uchun proektsiyalash mumkin, keyin QCM usulida ishlatilgan Sauerrey tenglamasiga deyarli teng keladigan tenglamani bajaradi.^[5] Biyomolekulalar, masalan, oqsillar yoki antikorlar bog'lanishi mumkin va uning massadagi o'zgarishi namunadagi maqsadli analitning borligiga mutanosib ravishda signal beradi.

Pyroelektrik biotransduserlar

Piroelektrik biosensorlar harorat o'zgarishi natijasida elektr toki hosil qiladi. Bu differentsial $ a $ ni keltirib chiqaradi qutblanish tarkibida, hosil qiluvchi a dipol momenti harorat gradyani yo'nalishi bo'yicha. Natijada material bo'ylab aniq kuchlanish paydo bo'ladi. Ushbu aniq kuchlanishni quyidagi tenglama bilan hisoblash mumkin.^[6]

${ displaystyle Delta V = omega PAr Delta T chap (1+ omega ^ {2} tau _ {E} ^ {2} o'ng) ^ {- 1/2}}$

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

bu erda V = Kuchlanish, d = modulyatsiyalangan hodisaning burchak chastotasi, P = piroelektrik koeffitsient, L = plyonka qalinligi, b = plyonka dielektrik konstantasi, A = plyonka maydoni, r = plyonkaning qarshiligi, C = plyonkaning sig'imi, DE = detektor chiqishining elektr vaqt sobitligi.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar