Idi na sadržaj

Biosenzor

S Wikipedije, slobodne enciklopedije

Biosenzorje analitički uređaj za detekciju hemijske supstance, koji kombinuje biološku komponentu safizičko-hemijskimdetektorom.[1][2][3][4] Osetljivi biološki element,npr.tkivo,mikroorganizmi,organele,ćelijski receptor,enzimi,antitijela,nukleinske kiseline,itd., je biološki izveden materijal ili biomimetska komponenta koja stupa u interakciju sa analitom, veže se ili prepoznaje analit koji se proučava. Biološki osjetljivi elementi također mogu biti stvorenibiološkim inženjerstvom.

Transduktorilidetektorski element,koji transformiše jedan signal u drugi, djeluje na fizičko-hemijski način: optički,pijezoelektrični,elektrohemijski, elektrohemiluminiscencijskiitd., kao rezultat interakcije analita sa biološkim elementom, za lahko mjerenje i kvantificiranje. Uređaj za čitanje biosenzora povezuje se s pripadajućom elektronikom ili procesorima signala koji su prvenstveno odgovorni za prikaz rezultata na način koji je prilagođen korisniku.[5]Ovo ponekad predstavlja najskuplji dio senzorskog uređaja, ali moguće je generirati ekran prilagođen korisniku koji uključuje pretvarač i osjetljivi element (holografski senzor). Čitači su obično posebno dizajnirani i proizvedeni tako da odgovaraju različitim principima rada biosenzora.

Biosenzorski sistem

[uredi|uredi izvor]

Biosenzor se obično sastoji od bioreceptora (enzim/antitijelo/ćelija/nukleinska kiselina/aptamer), komponente pretvarača (poluprovodni materijal/nanomaterijal) ielektronski sistemkoji uključujepojačalo signala,procesor i ekran.[6]Transduktori ielektronikamogu se kombinovati, npr. uCMOSbaziranim mikrosenzorskim sistemima.[7][8]Komponenta za prepoznavanje, koja se često naziva bioreceptor, koristibiomolekuleizorganizamaili receptore modelirane prema biološkim sistemima za interakciju sa analitom od interesa. Ovu interakciju mjeri biotransduktor koji daje mjerljivi signal proporcionalan prisustvu ciljnog analita u uzorku. Opći cilj dizajna biosenzora je omogućiti brzo i praktično testiranje na mjestu zabrinutosti ili njege gdje je pribavljen uzorak.[1][9][10]

Bioreceptori

[uredi|uredi izvor]
Biosenzori koji se koriste za skrining biblioteka rekombinatnih DNK

U biosenzoru, bioreceptor je dizajniran da stupi u interakciju sa specifičnim analitom od interesa kako bi se proizveo efekat koji se može mjeriti pomoću sonde. Visokaselektivnostza analit među matriksom drugih hemijskih ili bioloških komponenti je ključni zahtev za bioreceptor. Dok tip korištene biomolekule može uveliko varirati, biosenzori mogu se klasificirati prema uobičajenim tipovima interakcija bioreceptora koji uključuju: antitijelo/antigen,[11]enzime/ligande,nukleinske kiseline/DNKćelijske strukture/ćelije ili biomimetske materijale.[12][13]

Interakcije antitijela/antigeni

[uredi|uredi izvor]

Imunosenzorkoristi vrlo specifičan afinitet vezivanjaantitijelaza specifični spoj iliantigen.Specifična prirodainterakcije antitijelo-antigenje analogna bravi i ključu, po tome što će se antigen vezati za antitijelo samo ako ima ispravnu konformaciju. Događaji vezivanja rezultiraju fizičkohemijskom promjenom koja u kombinaciji sa tragačem, kao što sufluorescentnemolekule, enzimi iliradioizotopi,može generirati signal. Postoje ograničenja u korištenju antitijela u senzorima:

  1. Kapacitet vezivanja antitijela snažno ovisi o uvjetima analize (npr. pH i temperatura), i
  2. Interakcija antitijela i antigena je općenito robusna, međutim, vezivanje može biti poremećeno haotropnim reagensima, organskim rastvaračima ili čak ultrazvučnim zračenjem.[14][15]

Interakcije antitijelo-antigen se također mogu koristiti zaserološko testiranje,ili detekciju cirkulirajućih antitijela kao odgovora na određenu bolest. Važno je da su serološki testovi postali važan dio globalnog odgovora na pandemijuCOVID-19.[16]

Vještački vezujući proteini

[uredi|uredi izvor]

Upotreba antitijela kao komponente biosenzora za biološko prepoznavanje ima nekoliko nedostataka. Imaju veliku molekulsku težinu i ograničenu stabilnost, sadrže esencijalnedisulfidne vezei skupe su za proizvodnju. U jednom pristupu za prevazilaženje ovih ograničenja, konstruisana su antitijela rekombinantni vezujući fragmenti (Fab,FviliscFv) ili domeni (VH,VHH).[17]U drugom pristupu, konstruisane su male proteinske skele sa povoljnim biofizičkim svojstvima da generišu veštačke porodice proteina koji vezuju antigen (AgBP), sposobne da se specifično vežu za različite ciljne proteine dok zadržavaju povoljna svojstva roditeljske molekule. Elementi porodice koji se specifično vezuju za dati ciljni antigen, često se biraju tehnikamain vitroprikaza:prikaz faga,prikaz ribosoma,prikaz kvascailiiRNKprikaz. Vještački vezni proteini su mnogo manji od antitijela (obično manje od 100 aminokiselinskih ostataka), imaju jaku stabilnost, nemaju disulfidne veze i mogu se eksprimirati u velikom prinosu u reducirajućim ćelijskim sredinama poput bakterijskecitoplazme,za razliku od antitijela i njihovih derivata.[18][19]Stoga su posebno pogodni za stvaranje biosenzora.[20][21]

Enzimske interakcije

[uredi|uredi izvor]

Specifične sposobnosti vezivanja i katalitska aktivnostenzimačine ih popularnim bioreceptorima. Prepoznavanje analita je omogućeno putem nekoliko mogućih mehanizama:

  1. enzim koji pretvara analit u proizvod koji se može detektirati senzorom,
  2. detektovanje inhibicije ili aktivacije enzima preko analita, ili
  3. praćenje modifikacije svojstava enzima koja je rezultat interakcije s analitom.[15]Glavni razlozi uobičajene upotrebe enzima u biosenzorima su:
  4. sposobnost katalize velikog broja reakcija,
  5. potencijal za detekciju grupe analita (supstrati, proizvodi, inhibitori i modulatori katalitske aktivnosti) i
  6. pogodnost sa nekoliko različitih transdukcijskih metoda za detekciju analita. Važno je napomenuti da se enzimi ne troše u reakcijama, a biosenzor se lahko može koristiti kontinuirano. Katalitska aktivnost enzima također omogućava niže granice detekcije u poređenju sa uobičajenim tehnikama vezivanja. Međutim, životni vijek senzora je ograničen stabilnošću enzima.

Afinitetni vezujući receptori

[uredi|uredi izvor]

Antitijela imaju visokukonstantu vezivanjaveću od 10^8 L/mol, što predstavlja gotovo nepovratnu povezanost nakon formiranja para antigen-antitijelo. Za određene molekule analita kao što jeglukozaafinitetno vezujući proteini postoje koji vezuju svojligandsa visokomspecifičnostipoput antitijela, ali s mnogo manjom konstantom vezivanja reda veličine 10^2 do 10 ^4 L/mol. Veza između analita i receptora je tadareverzibilneprirode i pored para između oba se javljaju i njihove slobodne molekule u mjerljivoj koncentraciji. U slučaju glukoze, naprimjer,konkanavalin Amože funkcionirati kao receptor afiniteta koji pokazuje konstantu vezivanja od 4x10^2 L/mol.[22]Schultz i Sims, 1979. predložili su upotrebu receptora za vezivanje afiniteta u svrhu biosenzivanja.[23]a naknadno je konfigurisan u fluorescentni test za merenje glukoze u relevantnomfiziološkom opseguizmeđu 4,4 i 6.1 mmol/L.[24]Princip senzora ima prednost u tome što ne troši analit u hemijskoj reakciji kao što se dešava u enzimskim testovima.

Interakcije nukleinskih kiselina

[uredi|uredi izvor]

Biosenzori koji koriste receptore zasnovane na nukleinskim kiselinama mogu se zasnivati ili na komplementarnim interakcijama uparivanja baza koje se nazivaju genosenzori ili specifičnim imitatorima antitijela na bazinukleinske kiseline(aptameri) kao aptasenzori.[25]U prvom slučaju, proces prepoznavanja se zasniva na principu komplementarnogbaznog uparivanja,adenin:timinicitozin:guaninuDNK.Ako je poznata sekvenca ciljne nukleinske kiseline, komplementarne sekvence se mogu sintetizirati, označiti i zatim imobilizirati na senzoru. Događaj hibridizacije može se optički detektovati i utvrditi prisustvo ciljne DNK/RNK.U potonjem, aptameri generirani protiv mete prepoznaju ga međudjelovanjem specifičnih nekovalentnih interakcija i induciranog uklapanja. Ovi aptameri mogu se lako označitifluorofor/metalnimnanočesticama za optičku detekciju ili se mogu koristiti za elektrohemijske ili konzolne platforme za detekciju bez oznaka za širok spektar ciljnih molekula ili složenih ciljeva poput ćelija i virusa.[26][27]Dodatno, aptameri se mogu kombinovati sa enzimima nukleinske kiseline, kao što su DNKzimi koji cepaju RNK, obezbeđujući i prepoznavanje cilja i stvaranje signala u jednoj molekuli, što pokazuje potencijalne primjene u razvoju multipleksnih biosenzora.[28]

Epigenetika

[uredi|uredi izvor]
Glavni članak:Epigenetika

Predloženo je da se pravilno optimizirani integrirani optički rezonatori mogu iskoristiti za otkrivanje epigenetučkih modifikacija (npr.metilacijaDNK,posttranslacijske modifikacijehistona) u tjelesnim tekućinama pacijenata oboljelih od raka ili drugih bolesti.[29]Danas se razvijajufotonskibiosenzori sa ultraosjetljivošću na istraživačkom nivou, kako bi se lahko otkrilekancerogenećelije u pacijentovomurinu.[30]Različiti istraživački projekti imaju za cilj razvoj novih prijenosnih uređaja koji koriste jeftine, ekološki prihvatljive, jednokratne patrone sa jednostavnim rukovanjem bez potrebe za daljnjom obradom, pranjem ili manipulacijom stručnih tehničara.[31]

Organele

[uredi|uredi izvor]
Glavni članak:Organela

Organele formiraju odvojene odjeljke unutar ćelija i obično obavljaju funkcije neovisno. Različiti tipovi organela imaju različite metaboličke puteve i sadrže enzime koji ispunjavaju svoju funkciju. Obično korištene organele uključujulizosome,hloroplasteimitohondrije.Prostorno-vremenski obrazac distribucije kalcija usko je povezan sa sveprisutnim signalnim putem. Mitohondrije aktivno učestvuju u metabolizmu iona kalcija kako bi kontrolisali funkciju i također modulirali signalne puteve povezane s kalcijem. Eksperimenti su dokazali da mitohondrije imaju sposobnost da reaguju na visoke koncentracije kalcija koje se stvaraju u njihovoj blizini, otvaranjemkalcijskih kanala.[32]Na taj način, mitohondrije se mogu koristiti za detekciju koncentracije kalcija u mediju, a detekcija je vrlo osjetljiva zbog visoke prostorne rezolucije. Druga primjena mitohondrija se koristi za detekciju zagađenja vode. Toksičnost spojevadeterdžentaoštetit će ćeliju i subćelijsku strukturu uključujući mitohondrije. Deterdženti će uzrokovati efekat bubrenja koji se može mjeriti promjenom apsorpcije. Eksperimentalni podaci pokazuju da je brzina promjene proporcionalna koncentraciji deterdženta, pružajući visok standard za tačnost detekcije.[33]

Ćelije

[uredi|uredi izvor]

Ćelije se često koriste u bioreceptorima jer su osjetljive na okolinu i mogu reagirati na sve tipove stimulansa. Ćelije imaju tendenciju da se pričvrste za površinu tako da se mogu lahko imobilizirati. U poređenju saorganelama,ostaju aktivne duže vrijeme, a reproduktivnost ih čini ponovni iskoristljivim. Obično se koriste za otkrivanje globalnih parametara kao što su stanje stresa, toksičnost i organski derivati. Mogu se koristiti i za praćenje efekta liječenja lijekovima. Jedna primjena je korištenje ćelija za određivanjeherbicidakoji su glavni zagađivač vode.[34]Mikroalgezarobljene su nakvarcnimikrofiberifluorescencijahlorofila modifikovana herbicidima sakuplja se na vrhu snopa optičkih vlakana i prenosi u fluorimetar. Alge se kontinuirano uzgajaju kako bi se dobilo optimizirano mjerenje. Rezultati pokazuju da granica detekcije određenog herbicida može dostići nivo koncentracije ispod ppb. Neke ćelije se također mogu koristiti za praćenjemikrobnekorozije.[35]Pseudomonassp. izoliran je od korodiranog materijala i imobiliziran na acetilceluloznoj membrani. Aktivnost disanja određuje se mjerenjem potrošnjekisika.Postoji linearna veza između proizvedene struje i koncentracijesumporne kiseline.Vrijeme odziva je povezano sa opterećenjem ćelija i okolnog okruženja i može se kontrolisati na najviše 5 minuta.

Tkivo

[uredi|uredi izvor]

Tkiva se koriste kao biosenzor za obilje postojećih enzima. Prednosti tkiva kao biosenzora uključuju sljedeće:[36]

  • lakše se imobiliziraju u odnosu na ćelije i organele
  • veća aktivnost i stabilnost od održavanja enzima u prirodnom okruženju
  • dostupnost i niska cijena
  • izbjegavanje zamornog rada ekstrakcije, centrifugiranja i pročišćavanja enzima
  • postoje neophodni kofaktori za funkcionisanje enzima
  • raznolikost koja pruža širok spektar izbora u vezi sa različitim ciljevima.

Postoje i neki nedostaci tkiva kao biosenzora, kao što je nedostatak specifičnosti zbog interferencije drugih enzima i duže vrijeme odgovora zbog transportne barijere.

Mikrobni biosenzori

[uredi|uredi izvor]

Mikrobnibiosenzori koriste reakciju bakterija na datu supstancu. Naprimjer,arsense može otkriti pomoćuars operonakoji se nalazi u nekoliko bakterijskihtaksona.[37]

Površinsko vezivanje bioloških elemenata

[uredi|uredi izvor]
Osjećnje negativno nabijenih egzosoma vezao je površinu grafena

Važan dio biosenzora je pričvršćivanje bioloških elemenata (male molekule/proteini/ćelije) na površinu senzora (bilo da se radi o metalu, polimeru ili staklu). Najjednostavniji način jefunkcionaliziratipovršinu kako bi se premazala biološkim elementima. Ovo se može učiniti polilizinom, aminosilanom, epoksisilanom ili nitrocelulozom u slučaju silicijskih čipova/silicijevog stakla. Nakon toga, vezani biološki agens se također može fiksirati—naprimjer, nanošenjemsloj po slojalternativno nabijenih polimernih premaza.[38]

Alternativno, mogu se koristiti trodimenzijske rešetke (hidrogel/kserogel) da ih hemijski ili fizički zarobe (pri čemu hemijski zarobljeni znači da se biološki element drži na mjestu snažnom vezom, dok fizički oni se drže na mjestu jer ne mogu proći kroz pore gela matriksa). Najčešće korišćeni hidrogel jesol-gel,staklastisilikatkoji nastaje polimerizacijom silikatnih monomera (dodatih kao tetra alkil ortosilikata, kao što suTMOSiliTEOS) u prisustvo bioloških elemenata (zajedno sa drugim stabilizirajućim polimerima, kao što jePEG) u slučaju fizičkog zarobljavanja.[39]

Druga grupa hidrogelova, koji se postavljaju u uslove pogodne za ćelije ili proteine, suakrilatnihidrogel, koji se polimerizuje nakonradikalne inicijacije.Jedan tip inicijatora radikala jeperoksidniradikal, koji se obično stvara kombinacijompersulfatasaTEMED-om(Poliakrilamid gelse također obično koristi za proteinskuelektroforezu),[40]alternativno, svjetlost se može koristiti u kombinaciji sa fotoinicijatorom, kao što je DMPA (2,2-dimetoksi-2-fenilacetofenon).[41]Pametni materijali koji oponašaju biološke komponente senzora također se mogu klasificirati kao biosenzori, koristeći samoaktivnoili katalitičko mjesto ili analogne konfiguracije biomolekule.[42]

Biotransduktor

[uredi|uredi izvor]
Glavni članak:Biotransduktor
Klasifikacija biosenzora na osnovu tipa biotransduktora

Biosenzori se mogu klasificirati prema njihovom tipubiotransduktora.Najčešći tipovi biotransduktora koji se koriste u biosenzorima su:

  • elektrohemijski biosenzori
  • optički biosenzori
  • elektronski biosenzori
  • pijazoelektrični biosenzori
  • gravimetrijski biosenzori
  • piroelektrični biosenzori
  • magnetni biosenzori

Elektrohemijski

[uredi|uredi izvor]

Elektrohemijski biosenzori se obično zasnivaju na enzimskoj katalizi reakcije koja proizvodi ili troši elektrone (takvi enzimi se s pravom nazivajuredoksenzimi). Podloga senzora obično sadrži trielektrode:referentna elektroda,radna elektroda i kontra elektroda. Ciljni analit je uključen u reakciju koja se odvija na površini aktivne elektrode, a reakcija može uzrokovati ili prijenos elektrona preko dvostrukog sloja (proizvodeći struju) ili može doprinijeti potencijalu dvostrukog sloja (proizvodeći napon). Možemo ili mjeriti struju (brzina protoka elektrona je sada proporcionalna koncentraciji analita) na fiksnom potencijalu ili se potencijal može mjeriti pri nultoj struji (ovo daje logaritamski odgovor). Tada je potencijal radne ili aktivne elektrode osjetljiv na naboj prostora i to se često koristi. Nadalje, direktna električna detekcija malihpeptidaiproteinabez oznaka je moguća pomoću njihovih unutrašnjih naboja korištenjembiofunkcionaliziranihionski osjetljivihtranzistora s efektom polja.[43]

Drugi primjer, potenciometrijski biosenzor, (potencijal proizveden pri nultoj struji) daje logaritamski odgovor sa visokim dinamičkim rasponom. Takvi biosenzori se često prave sitotiskom elektrodnih uzoraka na plastičnu podlogu, obloženu provodljivim polimerom, a zatim se zakači neki protein (enzimiliantitijelo). Imaju samo dvije elektrode i izuzetno su osjetljive i robusni. Omogućavaju detekciju analita na nivoima koji su se ranije mogli postići samo pomoćuHPLCi LC/MS i bez rigorozne pripreme uzorka. Svi biosenzori obično uključuju minimalnu pripremu uzorka jer je biološka senzorska komponenta visoko selektivna za dotični analit. Signal se proizvodi elektrohemijskim i fizičkim promjenama u provodnom polimernom sloju zbog promjena koje se javljaju na površini senzora. Takve promjene se mogu pripisati ionskoj snazi,pH,hidrataciji iredoksreakcijama, potonje zbog enzimske oznake koja se okreće preko supstrata.[44]Tranzistori sa efektom polja, u kojima jeulazpodručje modificirano enzimom ili antitijelom, također mogu otkriti vrlo niske koncentracije različitih analita jer vezivanje analita za područje gejta FET-a uzrokuje promjenu struje odvod-izvor.

Razvoj biosenzora zasnovan na impedansnoj spektroskopiji danas je sve popularniji i mnogi takvi uređaji/razvoji se nalaze u akademskoj zajednici i industriji. Jedan takav uređaj, zasnovan na elektrohemijskoj ćeliji sa četiri elektrode, koristeći nanoporoznu aluminijsku membranu, pokazao je da detektuje niske koncentracije ljudskog alfatrombinau prisustvu visoke pozadine serumskogalbumina.[45][46]Also interdigitated electrodes have been used for impedance biosensors.[47]

Prekidač ionskog kanala

[uredi|uredi izvor]
ICS – kanal otvoren
ICS – kanal zatvoren

Pokazalo se da upotrebaionskih kanalanudi vrlo osjetljivu detekciju ciljnih bioloških molekula.[48]Ugrađivanjem ionskih kanala u podržane ilivezane dvoslojne membrane(t-BLM) pričvršćene na zlatnu elektrodu, stvara seelektrično kolo.Molekule hvatanja kao što su antitijela mogu se vezati za ionski kanal tako da vezivanje ciljne molekule kontrolira protok iona kroz kanal. Ovo rezultira mjerljivom promjenom električne provodljivosti koja je proporcionalna koncentraciji mete.

Biosenzor ionskog prekidača (ICS) može se stvoriti korištenjem gramicidina, dimernog peptidnog kanala, u privezanoj dvoslojnoj membrani.[49]Jedan peptid gramicidina, sa vezanim antitijelom, je mobilan, a jedan fiksiran. Razbijanje dimera zaustavlja ionsku struju kroz membranu. Veličina promjene električnog signala se značajno povećava odvajanjem membrane od metalne površine pomoćuhidrofilnogodstojnika.

Kvantitativna detekcija opsežne klase ciljnih tipova, uključujući proteine, bakterije, lijekove i toksine, demonstrirana je korištenjem različitih konfiguracija membrane i zarobljavanja.[50][51]Evropski istraživački projektGreensenserazvija biosenzor za izvođenje kvantitativnog skrininga zloupotrebe droga kao što suTHC,morfijikokain[52]u pljuvački i mokraći.

Fluorescentni biosenzor bez reagensa

[uredi|uredi izvor]

Biosenzor bez reagensa može pratiti ciljni analit u složenoj biološkoj mješavini bez dodatnog reagensa. Stoga može kontinuirano funkcionirati ako je imobiliziran na čvrstom nosaču. Fluorescentni biosenzor reagira na interakciju sa svojim ciljnim analitom, promjenom svojih fluorescentnih svojstava. Fluorescentni biosenzor bez reagensa (RF biosenzor) može se dobiti integracijom biološkog receptora, koji je usmjeren protiv ciljanog analita isolvatohromiranjemfluorofora, čija su svojstva emisije osjetljiva na prirodu njegovog lokalnog okruženja, u jednu makromolekulu. Fluorofor pretvara događaj prepoznavanja u mjerljivi optički signal. Upotreba vanjskih fluorofora, čija se emisijska svojstva uveliko razlikuju od onih unutrašnjih fluorofora proteina,triptofanaitirozina,omogućava da se odmah detektuje i kvantificira analit u složenim biološkim smjesama. Integracija fluorofora mora se obaviti na mjestu gdje je osjetljiv na vezivanje analita bez narušavanja afiniteta receptora.

Antitijela i porodice vještačkih proteina koji vezuju antigen (AgBP) su veoma pogodni za obezbeđivanje modula za prepoznavanje RF biosenzora jer mogu biti usmereni protiv bilo kog antigena (pogledajte paragraf o bioreceptorima). Opisan je opći pristup za integraciju solvatohromnog fluorofora u AgBP kada je poznata atomska struktura kompleksa sa njegovim antigenom i na taj način ga transformisati u RF biosenzor.[20]Ostatak kompleksa AgBP se identifikuje u blizini antigena u njihovom kompleksu. Ovaj ostatak mijenja se ucisteinmutagenezomusmjerenom na mjesto. Fluorofor je hemijski spojen sa mutiranim cisteinom. Kada je dizajn uspješan, spojeni fluorofor ne sprječava vezivanje antigena, ovo vezivanje štiti fluorofor odrastvaračai može se otkriti promjenomfluorescencija.Ova strategija vrijedi i za fragmente antitijela.[53][54]

Međutim, u nedostatku specifičnih strukturnih podataka, moraju se primijeniti druge strategije. Antitijela i vještačke porodice AgBP-a su sastavljene od skupa hipervarijabilnih (ili randomiziranih) pozicija ostataka, lociranih u jedinstvenom podregiji proteina, i podržanih konstantnom polipeptidnom skelom. Ostaci koji formirajumjesto vezivanjaza dati antigen, biraju se među hipervarijabilnim ostacima. Moguće je transformisati bilo koji AgBP iz ovih familija u RF biosenzor, specifičan za ciljni antigen, jednostavnim spajanjem solvatohromnog fluorofora na jedan od hipervarijabilnih ostataka koji imaju mali ili nikakav značaj za interakciju sa antigenom, nakon promjene ovog ostatka, cisteinskom mutagenezom. Preciznije, strategija se sastoji u individualnoj promjeni ostataka hipervarijabilnih pozicija u cistein na genetskom nivou, u kemijskom spajanju solvatohromnog fluorofora smutantnimcisteinom, a zatim u zadržavanju rezultirajućih konjugata koji imaju najveću osjetljivost (parametar koji uključuje i afinitet i varijacija fluorescentnog signala).[21]Ovaj pristup vrijedi i za porodice fragmenata antitijela.[55]

Aposteriorne studije pokazale su da se najbolji fluorescentni biosenzori bez reagensa dobijaju kada fluorofor ne ostvaruje nekovalentne interakcije sa površinom bioreceptora, što bi povećalo pozadinski signal, i kada je u interakciji sa veznim džepom na površini bioreceptora ciljni antigen.[56]The RF biosensors that are obtained by the above methods, can function and detect target analytes inside living cells.[57]

Magnetni biosenzori

[uredi|uredi izvor]

Magnetni biosenzori koriste paramagnetne ili supraparamagnetne čestice ili kristale za otkrivanje bioloških interakcija. Primjeri mogu biti induktivnost zavojnice, otpornost ili druga magnetna svojstva. Uobičajeno je koristiti magnetne nano- ili mikročestice. Na površini takvih čestica nalaze se bioreceptori, koji mogu bitiDNK(komplementarna sekvenci ili aptameri) antitijela ili druga. Vezivanje bioreceptora će uticati na neka svojstva magnetnih čestica koja se mogu mjeriti AC susceptometrijom,[58]senzorom sa Hallovim efektom,[59]džinovskim uređajem za magnetnu otpornost,[60]ili ostalim mjeračima.

Ostali

[uredi|uredi izvor]

Pijezoelektričnisenzori koriste kristale koji prolaze kroz elastičnu deformaciju kada se na njih primijenielektrični potencijal.Izmjenični potencijal (AC) proizvodi stajaći talas ukristaluna karakterističnoj frekvenciji. Ova frekvencija u velikoj mjeri ovisi o elastičnim svojstvima kristala, tako da ako je kristal obložen elementom biološkog prepoznavanja, vezivanje (velikog) ciljnog analita za receptor će proizvesti promjenu u rezonantnoj frekvenciji, što daje vezni signal. U načinu rada koji koristi površinske akustične talase (SAW), osjetljivost je znatno povećana. Ovo je specijalizirana primjenamikrovaga kvaščevog kristalakao biosenzora

Elektrohemiluminiscencija(ECL) je danas vodeća tehnika u biosenzorima.[61][62][63]Budući da se pobuđujući tipovi proizvode elektrohemijskim stimulusom, a ne izvorom pobuđivanja svjetlosti, ECL prikazuje poboljšani omjer signala i šuma u poređenju sa fotoluminiscencijom, sa minimiziranim efektima zbog raspršivanja svjetlosti i pozadine luminiscencije. Konkretno, koeaktant ECL koji djeluje upuferiranomvodenom rastvoru u području pozitivnih potencijala (oksidativno-redukcioni mehanizam) definitivno je pojačao ECL za imunotestiranje, što potvrđuju mnoge istraživačke aplikacije i, još više, prisustvo važnih kompanija koje su razvile komercijalni hardver za visoko propusne imunoanalize na tržištu vrijednom milijarde dolara svake godine.

Termometrijski biosenzori su rijetki.

Biosenzor MOSFET (BioFET)

[uredi|uredi izvor]
Glavni članak:Bio-FET

MOSFET(metal-oksid-semikondktorski tranzistor sa efektom polja, ili MOS tranzistor) izumili suMohamed M. AtallaiDawon Kahng1959. godine, a demonstrirali ga 1960.[64]Dvije godine kasnije, Leland C. Clark i Champ Lyons izumili su prvi biosenzor, 1962.[65][66]Biosenzorski MOSFET-ovi(BioFET-ovi) razvijeni su kasnije i od tada su se široko koristili za mjerenjefizičkih,hemijskih,biološkihiokolinskihparametara.[67]

Prvi BioFET bio jeionski osjetljivi tranzistor sa efektom polja(ISFET), koji je izumioPiet Bergveldzaelektrohemijskeibiološkeprimjene 1970.[68][69]adsorpcijuFET (ADFET) jepatentiraoP.F. Cox 1974. godine, a MOSFET osjetljiv navodikdemonstrirali su I. Lundstrom, M.S. Shivaraman, C.S. Svenson i L. Lundkvist 1975. godine.[67]ISFET je poseban tip MOSFET-a sa kapijom na određenoj udaljenosti,[67]i gdje jemetalnakapija zamijenjenaion-osjetljivimmembranama,elektrolitnimrastvorima ireferentnom elektrodom.[70]ISFET se široko koristi ubiomedicinskimaplikacijama, kao što su detekcijaDNK hibridizacija,detekcijabiomarkeraizkrvi,detekcijaantitijela,mjerenjeglukoze,senziranjepHigenetička tehnologija.[70]

Do sredine 1980-ih razvijeni su i drugi BioFET-ovi, uključujućiplinski senzorFET (GASFET),senzor pritiskaFET (PRESSFET),hemijski tranzistor sa efektom polja(ChemFET),referentni ISFET(REFET), enzimski modifikovani FET (ENFET) i imunološki modifikovani FET (IMFET).[67]Do ranih 2000-ih, razvijeni su iBioFET-ovi kao što je tranzistor efekta polja DNK (DNAFET),genski modificiranFET (GenFET) ićelijski potencijalBioFET (CPFET).[70]

Postavljanje biosenzora

[uredi|uredi izvor]

Odgovarajuće postavljanje biosenzora zavisi od njihovog područja primjene, koje se grubo može podijeliti na oblasti:biotehnologija,poljoprivreda,prehrambena tehnologijaibiomedicina.

U biotehnologiji, analiza hemijskog sastavakultivacijebujona može se vršiti in-line, on-line, at-line i off-line. Kao što je navela Američka uprava za hranu i lijekove (FDA), uzorak se ne uklanja iz toka procesa za in-line senzore, dok se preusmjerava iz proizvodnog procesa za on-line mjerenja. Za in line senzore uzorak se može ukloniti i analizirati u neposrednoj blizini procesnog toka.[71]Primjer potonjeg je praćenje laktoze u pogonu za preradu mlijeka.[72]Off-line biosenzori u poređenju sabioanalitskim tehnikamakoji ne rade na terenu, već u laboratoriji. Ove tehnike koriste se uglavnom u poljoprivredi, prehrambenoj tehnologiji i biomedicini.

U medicinskim aplikacijama, biosenzori su općenito kategorisani kao sistemiin vitroiin vivo.Biosenzorsko mjerenjein vitroodvija se u epruveti, posudi za kulturu, mikrotitarskoj ploči ili drugdje izvan živog organizma. Senzor koristi bioreceptor i sondu kao što je gore navedeno. Primjerin vitrobiosenzora je enzimsko-konduktimetrijski biosenzor zapraćenje glukoze u krvi.Izazov je stvoriti biosenzor koji radi po principutestiranje na licu mjesta,tj. na lokaciji gdje je test potreban.[73][74]Među takvim studijama je razvoj prenosivih biosenzora.[75]Eliminacija laboratorijskog testiranja može uštedjeti vrijeme i novac. Primena POCT biosenzora može biti za testiranjeHIVu oblastima gde je pacijentima teško da se testiraju. Biosenzor se može poslati direktno na lokaciju i može se koristiti brz i jednostavan test.

Biosenzorski implantat za praćenje glukoze u potkožnom tkivu (59x45x8 mm). Elektronske komponente su hermetički zatvorene u Ti kućištu, dok su antena i senzorska sonda utisnute u epoksidni priključak.[76]

Biosenzorin vivojeimplantabilni uređajkoji djeluje unutar tijela. Naravno, biosenzorni implantati moraju ispunjavati stroge propise osterilizacijikako bi se izbjegao početni upalni odgovor nakon implantacije. Druga zabrinutost odnosi se na dugotrajnubiokompatibilnost,tj. neštetnu interakciju sa tjelesnom okolinom tokom predviđenog perioda upotrebe.[77]Drugo pitanje koje se nameće je neuspjeh. Ako dođe do kvara, uređaj se mora ukloniti i zamijeniti, što uzrokuje dodatnu operaciju. Primjer za primjenuin vivobiosenzora bi bio praćenjeinsulinau tijelu, koje još nije dostupno.

Najnapredniji biosenzorni implantati razvijeni su za kontinuirano praćenjeglukoze.[78][79]Na slici je prikazan uređaj, za koji se koristi Ti-kućište i baterija kako je utvrđeno za kardiovaskularne implantate kao što supejsmejkeriidefibrilatori.[76]Njegova veličina određuje se baterijom prema potrebi za životni vijek od jedne godine. Izmjereni podaci o glukozi će se bežično prenositi izvan tijela unutarMICSopsega 402-405 MHz kako je odobreno za medicinske implantate.

Biosenzori se također mogu integrirati u sisteme mobilnih telefona, čineći ih jednostavnim za korištenje i dostupnim velikom broju korisnika.[80]

Primjena

[uredi|uredi izvor]
Biosenziranje virusa gripe korištenjem dijamanta dopiranog borom modificiranog antitijelima

Postoji mnogo različitih tipova potencijalnih primjena biosenzora. Glavni zahtjevi da bi biosenzorski pristup bio vrijedan u smislu istraživanja i komercijalne primjene su identifikacija ciljnih molekula, dostupnost odgovarajućeg elementa biološkog prepoznavanja i potencijal da se prenosivi sistemi za detekciju za jednokratnu upotrebu preferiraju u odnosu na osjetljive laboratorijske tehnike u nekim situacijama. Neki primjeri su praćenje glukoze kod pacijenata sa dijabetesom, ostali zdravstveni zdravstveni ciljevi, primjene u okolišu, npr. otkrivanjepesticidai zagađivača riječne vode, kao što su ioniteških metala,[81]daljinsko ispitivanjebakterijau zraku, npr. u borbi protiv bioterorističkih aktivnosti, daljinsko ispitivanje kvaliteta vode u priobalnim vodama opisujući online različite aspekte etologije školjki (biološki ritmovi,stope rasta, mrijest ili smrtnost) u grupama napuštenih školjkaša širom svijeta,[82]otkrivanje patogena, određivanje nivoa toksičnih supstanci prije i poslijebioremedijacija,otkrivanje i određivanjeorganofosfata,rutinsko analitičko mjerenjefolne kiseline,biotina,vitamina B12ipantotensks kiselinekao alternativamikrobiološkom testu,određivanje ostataka lijekova u hrani, kao što suantibioticiipromotori rasta,posebno meso i med, otkrivanje lijekova i evaluacija biološke aktivnosti novih spojeva, proteinsko inženjerstvo u biosenzorima,[83]i otkrivanje toksičnihmetabolitakao što sumikotoksini.

Uobičajeni primjer komercijalnog biosenzora je biosenzorglukoze u krvi,koji koristi enzim zvaniglukoza-oksidazada razbije glukozu u krvi. Pri tome prvo oksidira glukozu i koristi dva elektrona da reducira FAD (komponentu enzima) u FADH2. Ovo zauzvrat oksidira elektroda u nekoliko koraka. Rezultirajuća struja je mjera koncentracije glukoze. U ovom slučaju, elektroda je pretvarač, a enzim biološki aktivna komponenta. Kanarinac u kafezu,kako ga koriste rudari da upozore na plin, mogao bi se smatrati biosenzorom. Mnoge današnje primjene biosenzora su slične po tome što koriste organizme koji reagiraju natoksičnesupstance u mnogo nižim koncentracijama nego što ljudi mogu otkriti, kako bi upozorili na njihovu prisutnost. Takvi uređaji mogu se koristiti umonitoringu životnog okruženja,[82]trace gas detection and in water treatment facilities.

Tipovi

[uredi|uredi izvor]

Optički biosenzori

[uredi|uredi izvor]

Mnogi optički biosenzori zasnovani su na fenomenupovršinske plazmonske rezonance(SPR).[84][85]Ovo koristi svojstvo i druge materijale; posebno da tanak slojzlatana staklenoj površini s visokim indeksom prelamanja može apsorbiratilaserskosvjetlo, proizvodeći elektronske talase (površinske plazmone) na površini zlata. Ovo se dešava samo pod određenim uglom i talasnom dužinom upadne svetlosti i u velikoj meri ovisi o površini zlata, tako da vezivanje meteanalitaza receptor na površini zlata proizvodi merljiv signal.

Senzori površinske plazmonske rezonancije rade koristeći senzorski čip koji se sastoji od plastične kasete koja podržava staklenu ploču, čija je jedna strana obložena mikroskopskim slojem zlata. Ova strana je u kontaktu sa optičkim aparatom za detekciju instrumenta. Suprotna strana je tada u kontaktu sa mikrofluidnim sistemom protoka. Kontakt sa sistemom protoka stvara kanale kroz koje se reagensi mogu proći u rastvoru. Ova strana staklenog senzorskog čipa može se modificirati na više načina, kako bi se omogućilo lahko pričvršćivanje molekula od interesa. Obično je obložen karboksimetildekstranomili sličnim spojem.

Indeks prelamanja na strani protoka površine čipa ima direktan uticaj na ponašanje svetlosti koja se odbija od zlatne strane. Vezivanje za protočnu stranu čipa ima uticaj na indeksrefrakcijei na taj način se biološke interakcije mogu mjeriti do visokog stepena osetljivosti sa nekom vrstom energije. Indeks prelamanja medija u blizini površine mijenja se kada se biomolekule vežu za površinu, a ugao SPR varira kao funkcija ove promjene.

Svjetlost fiksne talasne dužine odbija se od zlatne strane čipa pod uglom ukupne unutrašnje refleksije i detektuje unutar instrumenta. Ugao upadne svjetlosti se mijenja kako bi se uskladila brzina širenja prolaznog talasa sa brzinom širenja površinskih plazmonskih polaritona.[86]Ovo dovodi do toga da prolazni talas prodre kroz staklenu ploču i na određenu udaljenost u tekućinu koja teče preko površine.

Ostali optički biosenzori se uglavnom zasnivaju na promjenama uapsorpcijiilifluorescencijiodgovarajućeg indikatorskog spoja i ne trebaju potpunu unutrašnju geometriju refleksije. Naprimjer, napravljen je potpuno operativni prototip uređaja za detekcijukazeinau mlijeku. Uređaj se zasniva na otkrivanju promjena u apsorpciji zlatnog sloja.[87]Široko korišten istraživački alat, mikročip, također se može smatrati biosenzorom.

Biološki biosenzori

[uredi|uredi izvor]

Biološki biosenzoričesto uključuju genetički modificirani oblik prirodnog proteina ilienzima.Protein je konfiguriran da detektira određeni analit, a signal koji je uslijedio očitava se instrumentom za detekciju kao što je fluorometar ili luminometar. Primjer nedavno razvijenog biosenzora je onaj za detekcijucitosolnekoncentracije analitacAMP-a (ciklički adenozin-monofosfat),drugog glasnikauključenog ućelijsku signalizacijukoju pokrećuligandiu interakciji s receptorima naćelijskoj membrani.[88]Slični sistemi stvoreni su za proučavanje ćelijskih odgovora na prirodne ligande iliksenobiotike(toksine ili inhibitore malih molekula). Takve "testove" obično koriste farmaceutske i biotehnološke kompanije u razvoju otkrića lijekova. Većina cAMP testova u sadašnjoj upotrebi zahtevajulizućelija prije merenjacAMP-a. Biosenzor živih ćelija za cAMP može se koristiti u neliziranim ćelijama uz dodatnu prednost višestrukog čitanja za proučavanje kinetike odgovora receptora.

Nanobiosenzori koriste imobiliziranu bioreceptorsku sondu koja je selektivna za ciljne molekule analita. Nanomaterijali su izuzetno osjetljivi hemijski i biološki senzori. Materijali nanorazmjera pokazuju jedinstvena svojstva. Njihov veliki omjer površine i volumena može postići brze i jeftine reakcije, koristeći različite dizajne.[89]

DNK biosenzori

[uredi|uredi izvor]

DNKmože biti analit biosenzora, detektiran na posebne načine, ali se može koristiti i kao dio biosenzora ili, teorijski, čak i kao cijeli biosenzor. Postoje mnoge tehnike za otkrivanje DNK, što je obično sredstvo za otkrivanje organizama koji imaju tu određenu DNK. Također se mogu koristiti DNK sekvence, kao što je gore opisano. Ali postoje pristupi koji su okrenuti budućnosti, gdje se DNK može sintetizirati da zadrži enzime u biološkom, stabilnomgelu.[90]Ostale primjene su dizajn aptamera, sekvenci DNK koje imaju specifičan oblik da vežu željenu molekulu. Najinovativniji procesi za ovo koristeDNK origami,stvarajući sekvence koje se savijaju u predvidljivu strukturu koja je korisna za detekciju.[91][92]

Kreiran je i prototip senzora za detekciju DNK životinja iz usisavanog zraka, "eDNK u zraku".[93]

Nanoantenenapravljene od DNK – novi tip nano-razmjeraoptičkih antenamogu se pričvrstiti naproteinei proizvoditi signal putemfluorescencijekada obavljaju svoje biološke funkcije, posebno za različitekonformacijske promjene.[94][95]

Biosenzor na bazi grafena

[uredi|uredi izvor]

Grafenje dvodimenzijska supstanca na bazi ugljika sa vrhunskim optičkim, električnim, mehaničkim, termičkim i mehaničkim svojstvima. Sposobnost apsorpcije i imobilizacije različitih proteina, posebno nekih sa strukturama ugljičnog prstena, pokazala je da je grafen odličan kandidat za biosenzorski pretvarač. Kao rezultat toga, istraženi su razni biosenzori na bazi grafena i razvijeni u novije vrijeme.[14]

Također pogledajte

[uredi|uredi izvor]

Reference

[uredi|uredi izvor]
  1. ^abKhalilian, Alireza; Khan, Md. Rajibur Rahaman; Kang, Shin-Won (2017). "Highly sensitive and wide-dynamic-range side-polished fiber-optic taste sensor".Sensors and Actuators B.249:700–707.doi:10.1016/j.snb.2017.04.088.
  2. ^Turner, Anthony; Wilson, George; Kaube, Isao (1987).Biosensors:Fundamentals and Applications.Oxford, UK: Oxford University Press. str.770.ISBN978-0198547242.
  3. ^Bănică, Florinel-Gabriel (2012).Chemical Sensors and Biosensors:Fundamentals and Applications.Chichester, UK: John Wiley & Sons. str. 576.ISBN9781118354230.
  4. ^Dincer, Can; Bruch, Richard; Costa‐Rama, Estefanía; Fernández‐Abedul, Maria Teresa; Merkoçi, Arben; Manz, Andreas; Urban, Gerald Anton; Güder, Firat (15. 5. 2019)."Disposable Sensors in Diagnostics, Food, and Environmental Monitoring".Advanced Materials.31(30): 1806739.doi:10.1002/adma.201806739.hdl:10044/1/69878.ISSN0935-9648.PMID31094032.
  5. ^Cavalcanti A, Shirinzadeh B, Zhang M, Kretly LC (2008)."Nanorobot Hardware Architecture for Medical Defense"(PDF).Sensors.8(5): 2932–2958.Bibcode:2008Senso...8.2932C.doi:10.3390/s8052932.PMC3675524.PMID27879858.
  6. ^Kaur, Harmanjit; Shorie, Munish (2019)."Nanomaterial based aptasensors for clinical and environmental diagnostic applications".Nanoscale Advances.1(6): 2123–2138.Bibcode:2019NanoA...1.2123K.doi:10.1039/C9NA00153K.
  7. ^A. Hierlemann, O. Brand, C. Hagleitner, H. Baltes, "Microfabrication techniques for chemical/biosensors",Proceedings of the IEEE91 (6), 2003, 839–863.
  8. ^A. Hierlemann, H. Baltes, "CMOS-based chemical microsensors",The Analyst128 (1), 2003, pp. 15–28.
  9. ^"Biosensors Primer".Arhivirano soriginala,2. 1. 2017.Pristupljeno 28. 1. 2013.
  10. ^Dincer, Can; Bruch, Richard; Kling, André; Dittrich, Petra S.; Urban, Gerald A. (august 2017)."Multiplexed Point-of-Care Testing – xPOCT".Trends in Biotechnology.35(8): 728–742.doi:10.1016/j.tibtech.2017.03.013.PMC5538621.PMID28456344.
  11. ^Juzgado, A.; Solda, A.; Ostric, A.; Criado, A.; Valenti, G.; Rapino, S.; Conti, G.; Fracasso, G.; Paolucci, F.; Prato, M. (2017). "Highly sensitive electrochemiluminescence detection of a prostate cancer biomarker".J. Mater. Chem. B.5(32): 6681–6687.doi:10.1039/c7tb01557g.PMID32264431.
  12. ^Vo-Dinh, T.; Cullum, B. (2000)."Biosensors and biochips: Advances in biological and medical diagnostics".Fresenius' Journal of Analytical Chemistry.366(6–7): 540–551.doi:10.1007/s002160051549.PMID11225766.S2CID23807719.
  13. ^Valenti, G.; Rampazzo, E.; Biavardi, E.; Villani, E.; Fracasso, G.; Marcaccio, M.; Bertani, F.; Ramarli, D.; Dalcanale, E.; Paolucci, F.; Prodi, L. (2015)."An electrochemiluminescencesupramolecular approach to sarcosine detection for early diagnosis of prostate cancer".Faraday Discuss.185:299–309.Bibcode:2015FaDi..185..299V.doi:10.1039/c5fd00096c.PMID26394608.Arhivirano soriginala,17. 7. 2021.Pristupljeno 28. 4. 2022.
  14. ^abParizi, Mohammad Salemizadeh; Salemizadehparizi, Fatemeh; Zarasvand, Mahdi Molaei; Abdolhosseini, Saeed; Bahadori-Haghighi, Shahram; Khalilian, Alireza (2022). "High-performance graphene-based biosensor using a metasurface of asymmetric silicon disks".IEEE Sensors Journal.22(3): 2037–2044.Bibcode:2022ISenJ..22.2037P.doi:10.1109/JSEN.2021.3134205.S2CID245069669Provjerite vrijednost parametra|s2cid=(pomoć).
  15. ^abMarazuela, M.; Moreno-Bondi, M. (2002). "Fiber-optic biosensors – an overview".Analytical and Bioanalytical Chemistry.372(5–6): 664–682.doi:10.1007/s00216-002-1235-9.PMID11941437.S2CID36791337.
  16. ^Stowell, Sean; Guarner, Jeannette (5. 11. 2020)."Role of Serology in the Coronavirus Disease 2019 Pandemic".Clinical Infectious Diseases.71(8): 1935–1936.doi:10.1093/cid/ciaa510.PMC7197618.PMID32357206.
  17. ^Crivianu-Gaita, V; Thompson, M (Nov 2016). "Aptamers, antibody scFv, and antibody Fab' fragments: An overview and comparison of three of the most versatile biosensor biorecognition elements".Biosens Bioelectron.85:32–45.doi:10.1016/j.bios.2016.04.091.PMID27155114.
  18. ^Skrlec, K; Strukelj, B; Berlec, A (Jul 2015). "Non-immunoglobulin scaffolds: a focus on their targets".Trends Biotechnol.33(7): 408–418.doi:10.1016/j.tibtech.2015.03.012.PMID25931178.
  19. ^Jost, C; Plückthun, A (Aug 2014). "Engineered proteins with desired specificity: DARPins, other alternative scaffolds and bispecific IgGs".Curr Opin Struct Biol.27:102–112.doi:10.1016/j.sbi.2014.05.011.PMID25033247.
  20. ^abBrient-Litzler, E; Plückthun, A; Bedouelle, H (Apr 2010)."Knowledge-based design of reagentless fluorescent biosensors from a designed ankyrin repeat protein"(PDF).Protein Eng Des Sel.23(4): 229–241.doi:10.1093/protein/gzp074.PMID19945965.
  21. ^abMiranda, FF; Brient-Litzler, E; Zidane, N; Pecorari, F; Bedouelle, Hugues (Jun 2011). "Reagentless fluorescent biosensors from artificial families of antigen binding proteins".Biosens Bioelectron.26(10): 4184–4190.doi:10.1016/j.bios.2011.04.030.PMID21565483.
  22. ^J. S. Schultz; S. Mansouri; I. J. Goldstein (1982). "Affinity sensor: A New Technique for Developing Implantable Sensors for Glucose and Other Metabolites".Diabetes Care.5(3): 245–253.doi:10.2337/diacare.5.3.245.PMID6184210.S2CID20186661.
  23. ^J. S. Schultz; G. Sims (1979)."Affinity sensors for individual metabolites".Biotechnol. Bioeng. Symp.9(9): 65–71.PMID94999.
  24. ^R. Ballerstadt; J. S. Schultz (2000). "A Fluorescence Affinity Hollow Fiber Sensor for Continuous Transdermal Glucose Monitoring".Anal. Chem.72(17): 4185–4192.doi:10.1021/ac000215r.PMID10994982.
  25. ^Kaur, Harmanjit; Shorie, Munish (29 Apr 2019)."Nanomaterial based aptasensors for clinical and environmental diagnostic applications".Nanoscale Advances.1(6): 2123–2138.Bibcode:2019NanoA...1.2123K.doi:10.1039/C9NA00153K.
  26. ^Sefah, Kwame (2010)."Development of DNA aptamers using Cell-SELEX".Nature Protocols.5(6): 1169–1185.doi:10.1038/nprot.2010.66.PMID20539292.S2CID4953042.
  27. ^Shorie, Munish; Kaur, Harmanjit (20. 10. 2018)."Microtitre Plate Based Cell-SELEX Method".Bio-Protocol.8(20): e3051.doi:10.21769/BioProtoc.3051.PMC8342047Provjerite vrijednost parametra|pmc=(pomoć).PMID34532522Provjerite vrijednost parametra|pmid=(pomoć).
  28. ^Montserrat Pagès, Aida (2021). "DNA-only bioassay for simultaneous detection of proteins and nucleic acids".Analytical and Bioanalytical Chemistry.413(20): 4925–4937.doi:10.1007/s00216-021-03458-6.PMC8238030Provjerite vrijednost parametra|pmc=(pomoć).PMID34184101Provjerite vrijednost parametra|pmid=(pomoć).
  29. ^Donzella, V; Crea, F (juni 2011). "Optical biosensors to analyze novel biomarkers in oncology".J Biophotonics.4(6): 442–52.doi:10.1002/jbio.201000123.PMID21567973.
  30. ^Vollmer, F; Yang, Lang (oktobar 2012)."Label-free detection with high-Q microcavities: a review of biosensing mechanisms for integrated devices".Nanophotonics.1(3–4): 267–291.Bibcode:2012Nanop...1..267V.doi:10.1515/nanoph-2012-0021.PMC4764104.PMID26918228.Arhivirano soriginala,5. 3. 2016.Pristupljeno 28. 4. 2022.
  31. ^"Home - GLAM Project - Glass-Laser Multiplexed Biosensor".GLAM Project - Glass-Laser Multiplexed Biosensor.Arhivirano soriginala,14. 2. 2016.Pristupljeno 28. 4. 2022.
  32. ^Rizzuto, R.; Pinton, P.; Brini, M.; Chiesa, A.; Filippin, L.; Pozzan, T. (1999)."Mitochondria as biosensors of calcium microdomains".Cell Calcium.26(5): 193–199.doi:10.1054/ceca.1999.0076.PMID10643557.
  33. ^Bragadin, M.; Manente, S.; Piazza, R.; Scutari, G. (2001). "The Mitochondria as Biosensors for the Monitoring of Detergent Compounds in Solution".Analytical Biochemistry.292(2): 305–307.doi:10.1006/abio.2001.5097.hdl:10278/16452.PMID11355867.
  34. ^Védrine, C.; Leclerc, J.-C.; Durrieu, C.; Tran-Minh, C. (2003). "Optical whole-cell biosensor using Chlorella vulgaris designed for monitoring herbicides".Biosensors & Bioelectronics.18(4): 457–63.CiteSeerX10.1.1.1031.5904.doi:10.1016/s0956-5663(02)00157-4.PMID12604263.
  35. ^Dubey, R. S.; Upadhyay, S. N. (2001). "Microbial corrosion monitoring by an amperometric microbial biosensor developed using whole cell of Pseudomonas sp".Biosensors & Bioelectronics.16(9–12): 995–1000.doi:10.1016/s0956-5663(01)00203-2.PMID11679280.
  36. ^Campàs, M.; Carpentier, R.; Rouillon, R. (2008)."Plant tissue-and photosynthesis-based biosensors".Biotechnology Advances.26(4): 370–378.doi:10.1016/j.biotechadv.2008.04.001.PMID18495408.
  37. ^Petänen, T.; Virta, M.; Karp, M.; Romantschuk, M. (2001)."Construction and use of broad host range mercury and arsenite sensor plasmids in the soil bacteriumPseudomonas fluorescensOS8 ".Microbial Ecology.41(4): 360–368.doi:10.1007/s002480000095.PMID12032610.S2CID21147572.
  38. ^Pickup, JC; Zhi, ZL; Khan, F; Saxl, T; Birch, DJ (2008). "Nanomedicine and its potential in diabetes research and practice".Diabetes Metab Res Rev.24(8): 604–10.doi:10.1002/dmrr.893.PMID18802934.S2CID39552342.
  39. ^Gupta, R; Chaudhury, NK (maj 2007). "Entrapment of biomolecules in sol-gel matrix for applications in biosensors: problems and future prospects".Biosens Bioelectron.22(11): 2387–99.doi:10.1016/j.bios.2006.12.025.PMID17291744.
  40. ^Clark, HA; Kopelman, R; Tjalkens, R; Philbert, MA (novembar 1999). "Optical nanosensors for chemical analysis inside single living cells. 2. Sensors for pH and calcium and the intracellular application of PEBBLE sensors".Anal. Chem.71(21): 4837–43.doi:10.1021/ac990630n.PMID10565275.
  41. ^Liao, KC; Hogen-Esch, T; Richmond, FJ; Marcu, L; Clifton, W; Loeb, GE (maj 2008). "Percutaneous fiber-optic sensor for chronic glucose monitoring in vivo".Biosens Bioelectron.23(10): 1458–65.doi:10.1016/j.bios.2008.01.012.PMID18304798.
  42. ^Bourzac, Katherine."Mimicking Body Biosensors".technologyreview.
  43. ^Lud, S.Q.; Nikolaides, M.G.; Haase, I.; Fischer, M.; Bausch, A.R. (2006). "Field Effect of Screened Charges: Electrical Detection of Peptides and Proteins by a Thin Film Resistor".ChemPhysChem.7(2): 379–384.doi:10.1002/cphc.200500484.PMID16404758.
  44. ^"Multivitamine Kaufberatung: So finden Sie das beste Präparat".Arhivirano soriginala,18. decembar 2014.
  45. ^"Multivitamine Kaufberatung: So finden Sie das beste Präparat".Arhivirano soriginala,18. 12. 2014.
  46. ^Gosai, Agnivo; Hau Yeah, Brendan Shin; Nilsen-Hamilton, Marit; Shrotriya, Pranav (2019)."Label free thrombin detection in presence of high concentration of albumin using an aptamer-functionalized nanoporous membrane".Biosensors and Bioelectronics.126:88–95.doi:10.1016/j.bios.2018.10.010.PMC6383723.PMID30396022.
  47. ^Sanguino, P.; Monteiro, T.; Bhattacharyya, S.R.; Dias, C.J.; Igreja, R.; Franco, R. (2014). "ZnO nanorods as immobilization layers for Interdigitated Capacitive Immunosensors".Sensors and Actuators B-Chemical.204:211–217.doi:10.1016/j.snb.2014.06.141.
  48. ^Vockenroth I, Atanasova P, Knoll W, Jenkins A, Köper I (2005). "Functional tethered bilayer membranes as a biosensor platform".IEEE Sensors, 2005.IEEE Sensors 2005 – the 4-th IEEE Conference on Sensors.str. 608–610.doi:10.1109/icsens.2005.1597772.ISBN978-0-7803-9056-0.S2CID12490715.
  49. ^Cornell BA; BraachMaksvytis VLB; King LG; et al. (1997). "A biosensor that uses ion-channel switches".Nature.387(6633): 580–583.Bibcode:1997Natur.387..580C.doi:10.1038/42432.PMID9177344.S2CID4348659.
  50. ^Oh S; Cornell B; Smith D; et al. (2008). "Rapid detection of influenza A virus in clinical samples using an ion channel switch biosensor".Biosensors & Bioelectronics.23(7): 1161–1165.doi:10.1016/j.bios.2007.10.011.PMID18054481.
  51. ^Krishnamurthy V, Monfared S, Cornell B (2010). "Ion Channel Biosensors Part I Construction Operation and Clinical Studies".IEEE Transactions on Nanotechnology.9(3): 313–322.Bibcode:2010ITNan...9..313K.doi:10.1109/TNANO.2010.2041466.S2CID4957312.
  52. ^"Arhivirana kopija".Arhivirano soriginala,16. 5. 2022.Pristupljeno 28. 4. 2022.CS1 održavanje: arhivirana kopija u naslovu (link)
  53. ^Renard, M; Belkadi, L; Hugo, N; England, P; Altschuh, D; Bedouelle, H (Apr 2002). "Knowledge-based design of reagentless fluorescent biosensors from recombinant antibodies".J Mol Biol.318(2): 429–442.doi:10.1016/S0022-2836(02)00023-2.PMID12051849.
  54. ^Renard, M; Bedouelle, H (Dec 2004). "Improving the sensitivity and dynamic range of reagentless fluorescent immunosensors by knowledge-based design".Biochemistry.43(49): 15453–15462.CiteSeerX10.1.1.622.3557.doi:10.1021/bi048922s.PMID15581357.
  55. ^Renard, M; Belkadi, L; Bedouelle, H (Feb 2003). "Deriving topological constraints from functional data for the design of reagentless fluorescent immunosensors".J. Mol. Biol.326(1): 167–175.doi:10.1016/S0022-2836(02)01334-7.PMID12547199.
  56. ^de Picciotto, S; Dickson, PM; Traxlmayr, MW; Marques, BS; Socher, E; Zhao, S; Cheung, S; Kiefer, JD; Wand, AJ; Griffith, LG; Imperiali, B; Wittrup, KD (Jul 2016)."Design Principles for [[:Šablon:Not a typo]] Biosensors: Specific Fluorophore/Analyte Binding and Minimization of Fluorophore/Scaffold Interactions".J Mol Biol.428(20): 4228–4241.doi:10.1016/j.jmb.2016.07.004.PMC5048519.PMID27448945.Sukob URL-a i wikilinka (pomoć)
  57. ^Kummer, L; Hsu, CW; Dagliyan, O; MacNevin, C; Kaufholz, M; Zimmermann, B; Dokholyan, NV; Hahn, KM; Plückthun, A (Jun 2013)."Knowledge-based design of a biosensor to quantify localized ERK activation in living cells".Chem Biol.20(6): 847–856.doi:10.1016/j.chembiol.2013.04.016.PMC4154710.PMID23790495.
  58. ^Strömberg, Mattias; Zardán Gómez de la Torre, Teresa; Nilsson, Mats; Svedlindh, Peter; Strømme, Maria (januar 2014)."A magnetic nanobead‐based bioassay provides sensitive detection of single‐ and biplex bacterial DNA using a portable AC susceptometer".Biotechnology Journal(jezik: engleski).9(1): 137–145.doi:10.1002/biot.201300348.ISSN1860-6768.PMC3910167.PMID24174315.
  59. ^Liu, Paul; Skucha, Karl; Megens, Mischa; Boser, Bernhard (oktobar 2011)."A CMOS Hall-Effect Sensor for the Characterization and Detection of Magnetic Nanoparticles for Biomedical Applications".IEEE Transactions on Magnetics.47(10): 3449–3451.Bibcode:2011ITM....47.3449L.doi:10.1109/TMAG.2011.2158600.ISSN0018-9464.PMC4190849.PMID25308989.
  60. ^Huang, Chih-Cheng; Zhou, Xiahan; Hall, Drew A. (4. 4. 2017)."Giant Magnetoresistive Biosensors for Time-Domain Magnetorelaxometry: A Theoretical Investigation and Progress Toward an Immunoassay".Scientific Reports(jezik: engleski).7(1): 45493.Bibcode:2017NatSR...745493H.doi:10.1038/srep45493.ISSN2045-2322.PMC5379630.PMID28374833.
  61. ^Zanut, A.; Fiorani, A.; Canola, S.; Saito, T.; Ziebart, N.; Rapino, S.; Rebeccani, S.; Barbon, A.; Irie, T.; Josel, H.; Negri, F.; Marcaccio, M.; Windfuhr, M.; Imai, K.; Valenti, G.; Paolucci, F. (2020)."Insights into the mechanism of coreactant electrochemiluminescence facilitating enhanced bioanalytical performance".Nat. Commun.11(1): 2668.Bibcode:2020NatCo..11.2668Z.doi:10.1038/s41467-020-16476-2.PMC7260178.PMID32472057.S2CID218977697.
  62. ^Forster RJ, Bertoncello P, Keyes TE (2009). "Electrogenerated Chemiluminescence".Annual Review of Analytical Chemistry.2:359–85.Bibcode:2009ARAC....2..359F.doi:10.1146/annurev-anchem-060908-155305.PMID20636067.
  63. ^Valenti G, Fiorani A, Li H, Sojic N, Paolucci F (2016). "Essential Role of Electrode Materials in Electrochemiluminescence Applications".ChemElectroChem.3(12): 1990–1997.doi:10.1002/celc.201600602.hdl:11585/591485.
  64. ^"1960: Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated".The Silicon Engine: A Timeline of Semiconductors in Computers.Computer History Museum.Pristupljeno 31. 8. 2019.
  65. ^Park, Jeho; Nguyen, Hoang Hiep; Woubit, Abdela; Kim, Moonil (2014)."Applications of Field-Effect Transistor (FET)–Type Biosensors".Applied Science and Convergence Technology.23(2): 61–71.doi:10.5757/ASCT.2014.23.2.61.ISSN2288-6559.S2CID55557610.
  66. ^Clark, Leland C. (1962). "Electrode Systems for Continuous Monitoring in Cardiovascular Surgery".Annals of the New York Academy of Sciences.102(1): 29–45.Bibcode:1962NYASA.102...29C.doi:10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x.ISSN1749-6632.PMID14021529.S2CID33342483.|first2=nedostaje|last2=(pomoć)
  67. ^abcdBergveld, Piet (oktobar 1985)."The impact of MOSFET-based sensors"(PDF).Sensors and Actuators.8(2): 109–127.Bibcode:1985SeAc....8..109B.doi:10.1016/0250-6874(85)87009-8.ISSN0250-6874.Arhivirano soriginala(PDF),26. 4. 2021.Pristupljeno 28. 4. 2022.
  68. ^Chris Toumazou; Pantelis Georgiou (decembar 2011)."40 years of ISFET technology:From neuronal sensing to DNA sequencing".Electronics Letters.Pristupljeno 13. 5. 2016.
  69. ^Bergveld, P. (januar 1970). "Development of an Ion-Sensitive Solid-State Device for Neurophysiological Measurements".IEEE Transactions on Biomedical Engineering.BME-17 (1): 70–71.doi:10.1109/TBME.1970.4502688.PMID5441220.
  70. ^abcSchöning, Michael J.; Poghossian, Arshak (10. 9. 2002)."Recent advances in biologically sensitive field-effect transistors (BioFETs)"(PDF).Analyst.127(9): 1137–1151.Bibcode:2002Ana...127.1137S.doi:10.1039/B204444G.ISSN1364-5528.PMID12375833.
  71. ^US Department of Health and Human Services; Food and Drug Administration; Center for Drug Evaluation and Research; Center for Veterinary Medicine; Office of Regulatory Affairs, ured. (septembar 2004),Guidance for Industry: PAT — A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance(PDF)
  72. ^Pasco, Neil; Glithero, Nick. Lactose at-line biosensor 1st viable industrial biosensor?"Archived copy"(PDF).Arhivirano soriginala(PDF),8. 2. 2013.Pristupljeno 9. 2. 2016.CS1 održavanje: arhivirana kopija u naslovu (link)(accessed 30 January 2013).
  73. ^Kling, Jim (2006)."Moving diagnostics from the bench to the bedside".Nat. Biotechnol.24(8): 891–893.doi:10.1038/nbt0806-891.PMID16900120.S2CID32776079.
  74. ^Quesada-González, Daniel; Merkoçi, Arben (2018)."Nanomaterial-based devices for point-of-care diagnostic applications".Chemical Society Reviews.47(13): 4697–4709.doi:10.1039/C7CS00837F.ISSN0306-0012.PMID29770813.
  75. ^Windmiller, Joshua Ray; Wang, Joseph (2013). "Wearable Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review".Electroanalysis.25:29–46.doi:10.1002/elan.201200349.
  76. ^abBirkholz, Mario; Glogener, Paul; Glös, Franziska; Basmer, Thomas; Theuer, Lorenz (2016)."Continuously operating biosensor and its integration into a hermetically sealed medical implant".Micromachines.7(10): 183.doi:10.3390/mi7100183.PMC6190112.PMID30404356.
  77. ^Kotanen, Christian N.; Gabriel Moussy, Francis; Carrara, Sandro; Guiseppi-Elie, Anthony (2012). "Implantable enzyme amperometric biosensors".Biosensors and Bioelectronics.35(1): 14–26.doi:10.1016/j.bios.2012.03.016.PMID22516142.
  78. ^Gough, David A.; Kumosa, Lucas S.; Routh, Timothy L.; Lin, Joe T.; Lucisano, Joseph Y. (2010)."Function of an Implanted Tissue Glucose Sensor for More than 1 Year in Animals".Sci. Transl. Med.2(42): 42ra53.doi:10.1126/scitranslmed.3001148.PMC4528300.PMID20668297.
  79. ^Mortellaro, Mark; DeHennis, Andrew (2014)."Performance characterization of an abiotic and fluorescent-based continuous glucose monitoring system in patients with type 1 diabetes".Biosens. Bioelectron.61:227–231.doi:10.1016/j.bios.2014.05.022.PMID24906080.
  80. ^Quesada-González, Daniel; Merkoçi, Arben (2016)."Mobile phone-based biosensing: An emerging" diagnostic and communication "technology".Biosensors & Bioelectronics.92:549–562.doi:10.1016/j.bios.2016.10.062.PMID27836593.
  81. ^Saharudin HaronArhivirano5. 3. 2016. naWayback Machineand Asim K. Ray (2006)Optical biodetection of cadmium and lead ions in water.Medical Engineering and Physics,28 (10). pp. 978–981.
  82. ^ab"MolluSCAN eye".MolluSCAN eye.CNRS & Université de Bordeaux. Arhivirano soriginala,13. 11. 2016.Pristupljeno 24. 6. 2015.
  83. ^Lambrianou, Andreas; Demin, Soren; Hall, Elizabeth A. H (2008).Protein Engineering and Electrochemical Biosensors.Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology.109.str. 65–96.doi:10.1007/10_2007_080.ISBN978-3-540-75200-4.PMID17960341.
  84. ^S.Zeng; Baillargeat, Dominique; Ho, Ho-Pui; Yong, Ken-Tye; et al. (2014)."Nanomaterials enhanced surface plasmon resonance for biological and chemical sensing applications"(PDF).Chemical Society Reviews.43(10): 3426–3452.doi:10.1039/C3CS60479A.hdl:10356/102043.PMID24549396.Arhivirano soriginala(PDF),6. 1. 2016.Pristupljeno 14. 9. 2015.
  85. ^Krupin, O.; Wang, C.; Berini, P. (2016). "Optical plasmonic biosensor for leukemia detection".SPIE Newsroom(22 January 2016).doi:10.1117/2.1201512.006268.
  86. ^Homola J (2003). "Present and future of surface plasmon resonance biosensors".Anal. Bioanal. Chem.377(3): 528–539.doi:10.1007/s00216-003-2101-0.PMID12879189.S2CID14370505.
  87. ^Hiep, H. M.; et al. (2007)."A localized surface plasmon resonance based immunosensor for the detection of casein in milk".Sci. Technol. Adv. Mater.8(4): 331–338.Bibcode:2007STAdM...8..331M.doi:10.1016/j.stam.2006.12.010.
  88. ^Fan, F.; et al. (2008). "Novel Genetically Encoded Biosensors Using Firefly Luciferase".ACS Chem. Biol.3(6): 346–51.doi:10.1021/cb8000414.PMID18570354.
  89. ^Urban, Gerald A (2009). "Micro- and nanobiosensors—state of the art and trends".Meas. Sci. Technol.20(1): 012001.Bibcode:2009MeScT..20a2001U.doi:10.1088/0957-0233/20/1/012001.
  90. ^Huang, Yishun; Xu, Wanlin; Liu, Guoyuan; Tian, Leilei (2017)."A pure DNA hydrogel with stable catalytic ability produced by one-step rolling circle amplification".Chemical Communications(jezik: engleski).53(21): 3038–3041.doi:10.1039/C7CC00636E.ISSN1359-7345.PMID28239729.
  91. ^Tinnefeld, Philip; Acuna, Guillermo P.; Wei, Qingshan; Ozcan, Aydogan; Ozcan, Aydogan; Ozcan, Aydogan; Vietz, Carolin; Lalkens, Birka; Trofymchuk, Kateryna; Close, Cindy M.; Inan, Hakan (15. 4. 2019)."DNA origami nanotools for single-molecule biosensing and superresolution microscopy".Biophotonics Congress: Optics in the Life Sciences Congress 2019 (BODA,BRAIN,NTM,OMA,OMP) (2019), Paper AW5E.5(jezik: engleski). Optical Society of America: AW5E.5.doi:10.1364/OMA.2019.AW5E.5.ISBN978-1-943580-54-5.S2CID210753045.
  92. ^Selnihhin, Denis; Sparvath, Steffen Møller; Preus, Søren; Birkedal, Victoria; Andersen, Ebbe Sloth (26. 6. 2018)."Multifluorophore DNA Origami Beacon as a Biosensing Platform".ACS Nano.12(6): 5699–5708.doi:10.1021/acsnano.8b01510.ISSN1936-086X.PMID29763544.
  93. ^"Scientists vacuumed animal DNA out of thin air for the first time".Science News.18. 1. 2022.Pristupljeno 29. 1. 2022.
  94. ^"Chemists use DNA to build the world's tiniest antenna".University of Montreal(jezik: engleski).Pristupljeno 19. 1. 2022.
  95. ^Harroun, Scott G.; Lauzon, Dominic; Ebert, Maximilian C. C. J. C.; Desrosiers, Arnaud; Wang, Xiaomeng; Vallée-Bélisle, Alexis (januar 2022). "Monitoring protein conformational changes using fluorescent nanoantennas".Nature Methods(jezik: engleski).19(1): 71–80.doi:10.1038/s41592-021-01355-5.ISSN1548-7105.PMID34969985Provjerite vrijednost parametra|pmid=(pomoć).S2CID245593311Provjerite vrijednost parametra|s2cid=(pomoć).

Dopunska literatura

[uredi|uredi izvor]
  • Frieder Scheller & Florian Schubert (1989).Biosensoren.Akademie-Verlag, Berlin.ISBN978-3-05-500659-3.
  • Massimo Grattarola & Giuseppe Massobrio (1998).Bioelectronics Handbook - MOSFETs, Biosensors and Neurons.McGraw-Hill, New York.ISBN978-0070031746.

Vanjski linkovi

[uredi|uredi izvor]

Šablon:Biotehnologija

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Biosenzor&oldid=3533205"