Biosenzori – pronađite proizvođače i dobavljače

Biočutila otkrivaju biološke ili kemijske tvari koristeći biološki element prepoznavanja i pretvaraju reakciju u mjerljiv signal.

Koriste se za detekciju tvari kao što su glukoza, laktat, enzimi, antitijela, mikroorganizmi, toksini i drugi biološki ili kemijski analiti.
Biosenzor se obično sastoji od biološkog prepoznajnog elementa, pretvarača i evaluacijske elektronike. Prepoznajni element selektivno reagira s ciljanom tvari. Pretvarač pretvara tu reakciju u električni, optički, toplinski ili mehanički signal.
Biosenzori se koriste u medicinskoj dijagnostici, biotehnologiji, analizi hrane, praćenju okoliša te industrijskoj analizi i procesnim sustavima.
Ovisno o primjeni, dostupni su kao pojedinačni senzorski elementi, mjerne ćelije, sonde, test trake, protočni senzori ili kao komponente cjelovitih analitičkih instrumenata.
U nastavku slijedi pregled tipičnih vrsta, primjena, prednosti, ograničenja i važnih kriterija za odabir biosenzora.

Vrste biosenzora

Enzimski biosenzori

Enzimski biosenzori koriste enzime kao biološke elemente prepoznavanja.
Enzim selektivno reagira sa supstancom koja se mjeri. Time nastaju mjerljivi produkti reakcije ili promjene koje detektira pretvarač.
Enzimski biosenzori koriste se, na primjer, za mjerenje glukoze, laktata, glutamata, glutamina, kolesterola ili alkohola.
Točnost mjerenja ovisi, između ostalog, o aktivnosti enzima, temperaturi, pH vrijednosti i sastavu uzorka.

Imunokvantni senzori

Imunokapacitivni senzori temelje se na specifičnom vezivanju između antitijela i antigena.
Mogu otkrivati proteine, patogene, alergene, toksine i druge biološke ciljne tvari.
Reakcija vezanja procjenjuje se elektrokemijski, optički ili putem promjene mase na površini senzora.
Za pouzdane rezultate, unakrsne reakcije sa sličnim tvarima moraju se što je više moguće svesti na najmanju mjeru.

Biosenzori na bazi nukleinskih kiselina

Biosenzori na bazi nukleinske kiseline otkrivaju specifične sekvence DNK ili RNK.
U tu svrhu odgovarajući dijelovi nukleinske kiseline imobiliziraju se na površini senzora. Kada se ciljana sekvenca veže za tu površinu, generira se signal koji se može procijeniti.
Takvi se senzori mogu koristiti za otkrivanje genetskih karakteristika, biološke kontaminacije ili određenih mikroorganizama.

Biosenzori temeljeni na stanicama

Biosenzori temeljeni na stanicama koriste žive stanice ili stanične komponente kao elemente prepoznavanja.
Ćelije reagiraju na specifične tvari, uvjete okoliša ili toksične utjecaje. Zatim se mjere promjene u metabolizmu, rastu ili drugim staničnim funkcijama.
Sustavi temeljeni na stanicama koriste se u farmaceutskom testiranju, toksikologiji i analizi okoliša.

Elektrokemijski biosenzori

Elektrokemijski biosenzori pretvaraju biološku ili kemijsku reakciju u električni signal.
Ovisno o dizajnu, mjere se električne struje, naponi, otpori ili impedancije.
Elektrokemijski biosenzori mogu se dizajnirati u kompaktnim formatima i često su prikladni za male zapremine uzoraka, kao i za mobilne ili automatizirane mjerne sustave.
Međutim, površinu elektrode mogu zahvatiti naslage, kontaminacija ili sastojci uzorka.

Optički biosenzori

Optički biosenzori otkrivaju promjene u svjetlosnim signalima.
Mjereni parametri uključuju apsorpciju, fluorescenciju, luminescenciju, refleksiju i promjene u indeksu loma.
Optički biosenzori mogu postići visoku osjetljivost i, ovisno o dizajnu, mogu istovremeno detektirati nekoliko tvari.
Mutni, obojeni ili uzorci koji snažno raspršuju svjetlost mogu ometati mjerenje.

Piezoelektrični biosenzori

Piezoelektrični biosenzori otkrivaju promjene mase na oscilirajućoj površini senzora.
Kada se ciljna tvar veže za obloženu površinu, frekvencija rezonancije osjetljivog elementa se mijenja.
Takvi sustavi pogodni su za istraživanje procesa vezanja. Temperatura, viskoznost i nespecifični talozi mogu utjecati na rezultat mjerenja.

Primjene biosenzora

Medicinska dijagnostika

U medicinskoj dijagnostici biosenzori se koriste za određivanje metaboličkih vrijednosti, biomarkera, patogena i drugih medicinski relevantnih parametara.
Među najpoznatijim primjenama su mjerenje glukoze i laktata.
Ovisno o dizajnu, biosenzori mogu biti dio laboratorijskih instrumenata, prijenosnih mjernih uređaja, test traka ili kontinuirano radnih mjernih sustava.

Biotehnologija i fermentacija

U biotehnološkim procesima biosenzori prate hranjive tvari, metaboličke proizvode i uvjete procesa.
Mjereni parametri kao što su glukoza, laktat, glutamat, glutamin ili kisik pružaju informacije o tijeku fermentacijskih procesa i staničnih kultura.
Brzo otkrivanje omogućuje prepoznavanje odstupanja u ranoj fazi i prilagodbu uvjeta procesa.

Farmaceutska istraživanja

U farmaceutskom istraživanju biosenzori se koriste za ispitivanje aktivnih tvari, proteina, reakcija vezanja i staničnih odgovora.
Mogu automatizirati serije mjerenja i otkriti promjene u biološkim procesima u kratkom vremenu.
Za usporedive rezultate potrebni su reproducibilni uvjeti uzorka, odgovarajuća kalibracija i kontrolirana površina senzora.

Prehrambena i pićarska industrija

Biočuvari mogu otkriti sastojke, alergene, mikroorganizme, toksine i ostatke u hrani i pićima.
Koriste se za ispitivanje sirovina, proizvodnih procesa i gotovih proizvoda.
Masti, proteini, bojila, čestice i druge komponente uzorka mogu utjecati na rezultat mjerenja. Stoga senzor mora biti prikladan za odgovarajuću prehrambenu matricu.

Analiza okoliša

U analizi okoliša biosenzori se koriste za detekciju zagađivača, mikroorganizama, pesticida i organske kontaminacije.
Mogu se analizirati voda, otpadne vode, ekstrakti tla i drugi uzorci iz okoliša.
Robusna kućišta senzora, jednostavno rukovanje i niska osjetljivost na temperaturne oscilacije prednosti su za mobilne primjene.

Praćenje industrijskih procesa

Biosenzori se mogu integrirati u industrijske analitičke i procesne sustave.
Praćenje bioloških ili kemijskih parametara u reaktorima, cijevovodima, mjernim ćelijama i automatiziranim sustavima za uzorkovanje.
Otpornost na procesna sredstva, odgovarajući vijek trajanja i mogućnost čišćenja ili zamjene osjetljivog elementa važni su za neprekidan rad.

Prednosti biosenzora

• Selektivna detekcija specifičnih bioloških ili kemijskih tvari
• Kratka vremena mjerenja
• Niske zahtjeve za uzorke
• Kompaktni dizajni
• Integracija u mobilne i automatizirane mjerne sustave
• Mogući su kontinuirani ili ponovljeni mjerenja
• Dostupni različiti biološki elementi za prepoznavanje
• Različiti električni i optički izlazni signali
• Upotreba u laboratorijima, proizvodnim okruženjima i mobilnoj analizi
• Mogućnost izravnog nadzora procesa

Ograničenja biosenzora

• Biološki prepoznajni elementi mogu biti osjetljivi na temperaturu, vlažnost, pH vrijednost i kemikalije.
• Enzimi, antitijela, stanice i druge biološke komponente često imaju ograničen rok trajanja pri skladištenju i radu.
• Sastavne komponente uzorka mogu se nakupljati na površini senzora i mijenjati rezultat mjerenja.
• Slične tvari mogu uzrokovati križne reakcije, ovisno o elementu prepoznavanja.
• Kalibracija se može promijeniti tijekom rada i mora se redovito provjeravati.
• Neki biosenzori su namijenjeni samo za jednokratnu upotrebu.
• Čišćenje i regeneracija višekratno upotrebljivih senzora može oduzeti mnogo vremena.
• Laboratorijski rezultati ne mogu se uvijek izravno prenijeti na stvarne uzorke ili industrijske procese.
• Performanse biosenzora često uvelike ovise o sastavu uzorka.
• Standardizirane usporedne vrijednosti različitih proizvođača nisu dostupne za svaku primjenu.

Važni kriteriji odabira biosenzora

Ciljana tvar

Prvi korak je definirati koju tvar ili skupinu tvari treba otkriti.
Biosenzor mora sadržavati odgovarajući biološki element prepoznavanja za dotični analit.
Također je potrebno uzeti u obzir moguće popratne tvari i kemijski slične spojeve, budući da mogu utjecati na rezultat mjerenja.

Mjerni raspon i granica detekcije

Mjerni raspon mora u potpunosti pokriti očekivane koncentracije.
Za vrlo niske koncentracije potreban je dovoljno nizak prag detekcije.
Međutim, osobito osjetljiv senzor nije automatski bolji ako je relevantni raspon koncentracija znatno viši.

Selektivnost

Selektivnost opisuje koliko specifično biosenzor reagira na ciljanu tvar.
U složenim uzorcima slične molekule ili druge komponente mogu generirati neželjene signale.
Stoga proizvođač treba navesti poznate unakrsne osjetljivosti i vrste uzoraka za koje je senzor testiran.

Vrijeme odziva

Potrebno vrijeme odziva ovisi o primjeni.
Za kontinuirano praćenje procesa ili mjerenja koja se brzo mijenjaju, senzor mora otkriti promjene u kratkom razdoblju.
Za pojedinačne laboratorijske analize dulje vrijeme mjerenja može biti prihvatljivo ako poboljšava osjetljivost ili točnost.

Vrsta uzorka i priprema uzorka

Krv, mediji za kulturu stanica, hrana, otpadne vode i industrijske procesne tekućine postavljaju različite zahtjeve za biosenzor.
Viskoznost, sadržaj čestica, boja, temperatura i kemijski sastav mogu utjecati na mjerenje.
Trebalo bi utvrditi treba li uzorak razrijediti, filtrirati, pripremiti ili temperaturno kontrolirati.

Rok trajanja i stabilnost pri skladištenju

Biološki elementi za prepoznavanje mogu izgubiti aktivnost tijekom skladištenja i rada.
Trajnost, dopuštena temperatura skladištenja, ambalaža, zaštita od vlage i mogući zahtjevi za hlađenjem moraju se uzeti u obzir.
Za višekratno upotrebljive senzore relevantan je i broj mogućih ciklusa mjerenja ili regeneracije.

Jednokratni ili višekratni senzor

Jednokratni senzori smanjuju potrebu za čišćenjem i rizik od prijenosa između uzoraka.
Višekratno upotrebljivi senzori mogu biti ekonomičniji za česta mjerenja, ali zahtijevaju odgovarajuće postupke čišćenja, kalibracije i regeneracije.
Izbor ovisi o frekvenciji mjerenja, higijenskim zahtjevima i trošku po mjerenju.

Izlazni signal i sučelja

Izlazni signal mora biti kompatibilan s postojećim sustavom za mjerenje ili upravljanje.
Ovisno o biosenzoru, isporučuju se strujni, naponski, frekvencijski, digitalni ili optički signali.
Prikladni sučelja, stabilna prijenos podataka i integracija u softver za evaluaciju važni su za automatizirane primjene.

Kalibracija

Biosenzori zahtijevaju odgovarajuću kalibraciju za namijenjeni raspon mjerenja i vrstu uzorka.
Moraju se uzeti u obzir intervali kalibracije, referentna otopina, kompenzacija temperature i moguća drifta.
Kalibracija bi trebala biti dokumentirana i praćenja radi osiguranja usporedivih rezultata.

Okolišni i procesni uvjeti

Temperatura, tlak, vlaga, vibracije, elektromagnetske smetnje i agresivna sredstva mogu utjecati na rad.
Za industrijsku primjenu kućišta, brtve, površine senzora i električne veze moraju biti dizajnirane za odgovarajuće uvjete.

Čišćenje i zamjena

Za višekratno upotrebljive biosenzore mora se utvrditi kako se površina senzora može očistiti ili regenerirati.
Sredstva za čišćenje i postupci dezinfekcije ne smiju oštetiti biološki prepoznajni element.
Zamjenjivi element za detekciju može pojednostaviti održavanje i servisiranje.

Sažetak

Biosenzori kombiniraju biološke prepoznajne elemente s električnim, optičkim, termičkim ili mehaničkim pretvaračima.
Ovisno o primjeni, koriste se enzimski, imunološki, na nukleinskim kiselinama temeljeni, na stanicama temeljeni, elektrokemijski, optički ili piezoelektrični biosenzori.
Tipične primjene uključuju medicinsku dijagnostiku, biotehnologiju, farmaceutska istraživanja, analizu hrane, praćenje okoliša i kontrolu industrijskih procesa.
Glavni kriteriji odabira uključuju ciljnu tvar, mjerni raspon, selektivnost, granicu detekcije, vrijeme odziva, vrstu uzorka, vijek trajanja i sučelje.
Budući da biološki elementi za prepoznavanje mogu biti osjetljivi na uvjete okoliša i starenje, pri nabavi je potrebno uzeti u obzir skladištenje, kalibraciju, čišćenje i zamjenu.

Biosenzori su dostupni od raznih proizvođača i dobavljača. Sveobuhvatne informacije o proizvođačima i dobavljačima biosenzora iz cijelog svijeta mogu se pronaći na stranici Exportpages.