Биосенсоры

Биосенсоры — это аналитические устройства, в которых чувствительный слой, содержащий биологический материал, реагирует на присутствие определяемого компонента и генерирует электрический сигнал, функционально связанный с наличием и концентрацией этого вещества. Биоматериалом могут служить ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы, ДНК, а также клетки, которые иммобилизованы на физических датчиках. [11]

Бисенсоры являются детекторами, действие которых основано на специфичности клеток и молекул и используется для идентификации и измерения количества малейших концентраций различных веществ.

Биосенсоры могут быть использованы для: –измерения пищевой ценности, свежести и безопасности продуктов питания; –экспресс-анализа крови непосредственно у кровати больного; –обнаружения и измерения степени загрязнения окружающей среды; –детекции и определения количества взрывчатых веществ, токсинов и возможного биологического оружия. [3]

Функционально биосенсоры сопоставимы с рецепторами живого организма, способными преобразовывать все типы сигналов, поступающих из окружающей среды, в электрические.

Принципы конструирования биосенсоров.

Биосенсор состоит из 5 основных компонентов:

• анализируемого вещества;

• биохимического преобразователя — превращает информацию о физических/химических связях в сигнал;

• физического преобразователя — фиксирует сигнал от биологической системы распознавания;

• электроники, отвечающей за отображение результатов в доступной форме. [8]

Биохимический преобразователь сигнала выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя информацию о химических связях с определяемым компонентом в физическое или химическое свойство или сигнал.

Физический преобразователь сигнала преобразует концентрационный сигнал от определяемого компонента в электрический с помощью специальной аппаратуры. Для считывания и записи информации используют электронные системы усиления и регистрации сигнала. Существует большое разнообразие физических трансдьюсеров: электрохимические, спектроскопические, термические, пьезоэлектрические, различного рода оптические преобразователи, гравитационные, калориметрические, резонансные системы и т. п. [11]

Принцип работы оптического преобразователя основан на явлениях люминесценции, поглощения, рассеивания, поляризации или преломления света. По оптическим каналам и светодиодам передается порождаемый биохимическим преобразователем первичный сигнал в виде света. Оптические биосенсоры помехоустойчивы к электромагнитному фону, однако они подвержены фотовыцветанию и вымыванию индикатора. В качестве светочувствительных элементов используются фитохром, зрительный родопсин, бактериородопсин. [8]

Для акустических датчиков механические акустические волны действуют как системы трансдукции. Мембрана содержит химические материалы в контакте с пьезоэлектрическим материалом.

При связывании искомого вещества с биологическим компонентом биосенсора преобразователь генерирует сигнал, мощность которого пропорциональна концентрации вещества.

Путем комбинации биоселектирующих элементов с различными трансдьюсерами можно тем самым создавать большое разнообразие различных типов биосенсоров.

Основными преимуществами являются оперативность анализа, высокая специфичность и чувствительность при низкой стоимости, отсутствие необходимости использовать дорогостоящую аппаратуру. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой селективностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси.