Language
Country/Area
No result found
Фантастическое путешествие биосенсоров: как объединить биологические компоненты с физическими детекторами?
С развитием науки и техники разработка биосенсоров стала важным направлением современной науки. Эти датчики сочетают в себе биологические компоненты с физическими детекторами и продемонстрировали большой потенциал, будь то в сфере медицинского обслуживания, мониторинга окружающей среды или безопасности пищевых продуктов. Принцип работы биосенсоров заключается в обнаружении интересующих аналитов с помощью конкретных биометрических компонентов и преобразовании сигнала в измеримые данные с помощью физических сенсорных компонентов.
Суть биосенсора лежит в его компоненте биологического распознавания, которым может быть фермент, антитело или клетка, которая может специфически связываться с целевым аналитом и производить измеримый сигнал.
Биосенсоры предназначены для быстрого и легкого тестирования на месте отбора проб или в полевых условиях. Обычно он состоит из биометрических элементов, преобразователей (таких как полупроводниковые материалы или наноматериалы) и электронных систем, включая усилители сигналов, процессоры и дисплеи. Такая структура позволяет биосенсорам реагировать мгновенно и предоставлять точные данные, что имеет решающее значение для быстрого реагирования на чрезвычайные ситуации.
Типы биометрических компонентов
Элементы биологического распознавания в биосенсорах можно классифицировать по типам их взаимодействия с аналитами, включая антитела-антигены, ферменты-лиганды, нуклеиновые кислоты и т.д. Эти взаимодействия обеспечивают гибкость и разнообразие системы.
Взаимодействие антитело-антиген
Иммуносенсоры используют высокоспецифическое связывание антител со специфическими соединениями или антигенами. Однако использование антител также сталкивается с некоторыми проблемами. Например, их связывающая способность сильно зависит от условий обнаружения, таких как pH и температура.
Искусственный связывающий белок
Чтобы устранить некоторые ограничения использования антител в сенсорах, исследователи разрабатывают небольшие искусственные связывающие белки. Эти связывающие белки не только малы по размеру и очень стабильны, но также могут с высокими выходами экспрессироваться в таких средах, как бактерии, что делает их особенно подходящими для разработки биосенсоров.
Применение ферментов
Ферменты часто используются в качестве элементов биологического распознавания из-за их специфических связывающих способностей и каталитической активности. Функция фермента заключается в преобразовании аналита в продукт, который может быть обнаружен датчиком, не потребляясь в процессе обнаружения.
Взаимодействие нуклеиновых кислот
Сенсоры, которые используют нуклеиновые кислоты в качестве элементов биораспознавания, такие как генные сенсоры и сенсоры-миметики антител (аптамеры), выполняют распознавание цели посредством специфических нековалентных взаимодействий. Эти сенсоры нуклеиновых кислот демонстрируют большой потенциал в мониторинге конкретных последовательностей ДНК или РНК.
Как работают биосенсоры
Биосенсоры можно классифицировать по типу биосенсора: электрохимические, биооптические, электронные, биопьезоэлектрические и т. д. Каждая технология имеет свои уникальные применения и преимущества.
Электрохимический биосенсор
Электрохимические биосенсоры основаны на ферментах и работают посредством реакций, которые прямо или косвенно производят или потребляют электроны. Датчик этого типа обычно содержит три электрода и может измерять ток или напряжение при разных потенциалах для достижения высокочувствительного анализа.
Оптический биосенсор
Оптические биосенсоры используют изменения света для обнаружения аналитов, но эти инструменты часто требуют сложного вмешательства и инструкций.
Ожидается, что благодаря постоянному развитию биосенсорных технологий в будущем для ежедневного мониторинга здоровья и окружающей среды будут использоваться более мелкие и более эффективные датчики, что обеспечит больше удобства в нашей жизни.
Развитие биосенсоров ведет нас в новую эру медицинского и экологического мониторинга. Благодаря этим передовым технологиям мы можем более своевременно и точно отслеживать состояние здоровья и изменения окружающей среды. Изменит ли это нашу жизнь в будущем? о методах и направлениях научных исследований?
