बायोसेंसर: बायोसेंसर के प्रकार और सामान्य विशेषताएं
बायोसेंसर: बायोसेंसर के प्रकार और सामान्य विशेषताएं!
बायोसेंसर एक विश्लेषणात्मक उपकरण है जो विशेष रूप से एक विश्लेषण के साथ बातचीत करने के लिए जैविक सामग्री को रोजगार देता है।
कुछ पता लगाने योग्य भौतिक परिवर्तनों का उत्पादन जो एक ट्रांसड्यूसर द्वारा विद्युत संकेत में मापा और परिवर्तित किया जाता है। विद्युत सिग्नल को अंत में हल / तैयारी में विश्लेषण सांद्रता के रूप में प्रवर्धित, व्याख्या और प्रदर्शित किया जाता है। एक विश्लेषण एक यौगिक है जिसकी एकाग्रता निर्धारित की जानी है, जैविक पदार्थ आमतौर पर एंजाइम होते हैं, लेकिन न्यूक्लिक एसिड, एंटीबॉडी, व्याख्यान, पूरे कोशिकाओं, पूरे अंगों या ऊतक स्लाइस का भी उपयोग किया जाता है (तालिका 12.4)।
बायोसेंसर में उपयोग किए जाने वाले विश्लेषण और जैविक सामग्री के बीच बातचीत की प्रकृति दो प्रकार की होती है:
(ए) विश्लेषण एंजाइम द्वारा एक नए रासायनिक अणु में परिवर्तित हो सकता है; ऐसे बायोसेंसर को उत्प्रेरक बायोसेंसर कहा जाता है, और
(बी) विश्लेषण केवल बायोसेंसर पर मौजूद जैविक सामग्री (जैसे, एंटीबॉडी, न्यूक्लिक एसिड) को बांध सकता है; इन बायोसेंसर को आत्मीयता सेंसर के रूप में जाना जाता है।
एक सफल बायोसेंसर के पास कुछ निम्नलिखित विशेषताएं होनी चाहिए: (ए) यह विश्लेषण के लिए अत्यधिक विशिष्ट होनी चाहिए।
(b) प्रयुक्त प्रतिक्रिया को प्रबंधनीय कारकों जैसे पीएच, तापमान, सरगर्मी, आदि से स्वतंत्र होना चाहिए।
(c) विश्लेषण सांद्रता की एक उपयोगी सीमा पर प्रतिक्रिया रैखिक होनी चाहिए।
(d) डिवाइस छोटे और जैव-संगत होना चाहिए, अगर इसका उपयोग शरीर के भीतर विश्लेषण के लिए किया जाना है।
(e) उपकरण सस्ता, छोटा, प्रयोग करने में आसान और बार-बार उपयोग करने में सक्षम होना चाहिए।
बायोसेंसर की सामान्य विशेषताएं:
बायोसेंसर के दो अलग-अलग प्रकार के घटक हैं:
(ए) जैविक, जैसे, एंजाइम, एंटीबॉडी और
(बी) शारीरिक, जैसे, ट्रांसड्यूसर, एम्पलीफायर, आदि।
बायोसेंसर का जैविक घटक दो महत्वपूर्ण कार्य करता है।
(ए) यह विशेष रूप से विश्लेषण को पहचानता है और
(b) यह इस तरह से इसके साथ सहभागिता करता है जो ट्रांसड्यूसर द्वारा पता लगाने योग्य कुछ भौतिक परिवर्तन पैदा करता है।
जैविक घटक के ये गुण बायोसेंसर पर विशेष रूप से, संवेदनशीलता और विश्लेषण का पता लगाने और मापने की क्षमता प्रदान करते हैं। जैविक घटक उपयुक्त रूप से ट्रांसड्यूसर पर स्थिर होता है। आम तौर पर, एंजाइमों का सही स्थिरीकरण उनकी स्थिरता को बढ़ाता है। नतीजतन, कई एंजाइम-इमोबिलाइज्ड सिस्टम का उपयोग कई महीनों की अवधि में 10, 000 से अधिक बार किया जा सकता है।
जैविक घटक विशेष रूप से विश्लेषण के लिए बातचीत करता है जो ट्रांसड्यूसर सतह के करीब एक भौतिक परिवर्तन पैदा करता है। यह शारीरिक परिवर्तन हो सकता है:
1. गर्मी जारी या प्रतिक्रिया द्वारा अवशोषित (कैलोरीमीटर बायोसेंसर)
2. इलेक्ट्रॉनों (पोटेंटियोमेट्रिक बायोसेंसर) के बदले हुए वितरण के कारण एक विद्युत क्षमता का उत्पादन।
3. रेडॉक्स प्रतिक्रिया (एम्परोमेट्रिक बायोसेंसर) के कारण इलेक्ट्रॉनों का आंदोलन।
4. प्रकाश प्रतिक्रिया (ऑप्टिकल बायोसेंसर) के दौरान उत्पादित या अवशोषित होता है।
5. प्रतिक्रिया (ध्वनिक तरंग बायोसेंसर) के परिणामस्वरूप जैविक घटक के द्रव्यमान में परिवर्तन।
ट्रांसड्यूसर इस परिवर्तन का पता लगाता है और मापता है और इसे विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है। माइक्रोप्रोसेसर में फीड होने से पहले यह सिग्नल एक एम्पलीफायर द्वारा बहुत छोटा किया जाता है। तब सिग्नल को संसाधित और व्याख्या किया जाता है, और उपयुक्त इकाइयों में प्रदर्शित किया जाता है।
इस प्रकार, बायोसेंसर एक रासायनिक सूचना प्रवाह को विद्युत सूचना प्रवाह में परिवर्तित करते हैं, जिसमें निम्नलिखित चरण शामिल हैं:
(ए) विश्लेषण बायोसेंसर की सतह के समाधान से भिन्न होता है।
(बी) विश्लेषण बायोसेंसर के जैविक घटक के साथ विशेष रूप से और कुशलता से प्रतिक्रिया करता है।
(c) यह प्रतिक्रिया ट्रांसड्यूसर सतह के भौतिक-रासायनिक गुणों को बदल देती है।
(d) इससे ट्रांसड्यूसर सतह के ऑप्टिकल या इलेक्ट्रॉनिक गुणों में बदलाव होता है।
(e) ऑप्टिकल / इलेक्ट्रॉनिक गुणों में परिवर्तन को विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जाता है, जिसे प्रवर्धित, संसाधित और प्रदर्शित किया जाता है।
बायोसेंसर के प्रकार:
बायोसेंसर 5 प्रकार के होते हैं:
1. कैलोरीमीटर बायोसेंसर:
कई एंजाइम उत्प्रेरित प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं। कैलोरीमीटर बायोसेंसर एंजाइम एक्शन के बाद एनालिसिस वाले सॉल्यूशन के टेम्परेचर चेंज को मापते हैं और सॉल्यूशन में एनालिसिस कंसंट्रेशन के संदर्भ में इसकी व्याख्या करते हैं। विश्लेषण समाधान को एक छोटे से भरे हुए बेड कॉलम के माध्यम से पारित किया जाता है जिसमें स्थिर एंजाइम होते हैं; समाधान का तापमान कॉलम में समाधान के प्रवेश से ठीक पहले निर्धारित किया जाता है और जैसे ही यह अलग थर्मिस्टर्स का उपयोग करके कॉलम को छोड़ रहा है।
यह बायोसेंसर का सबसे सामान्य रूप से लागू प्रकार है, और इसका उपयोग टरबाइड और दृढ़ता से रंगीन समाधान के लिए किया जा सकता है। नमूना धारा का तापमान बनाए रखने के लिए सबसे बड़ा नुकसान है, age 0.01 ° C, तापमान। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए ऐसे बायोसेंसर की संवेदनशीलता और रेंज काफी कम है। गर्मी उत्पादन को बढ़ाने के लिए कई प्रतिक्रियाओं को जोड़ने के लिए बायोसेंसर में मार्ग के दो या अधिक एंजाइमों का उपयोग करके संवेदनशीलता को बढ़ाया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, बहुक्रियाशील एंजाइमों का उपयोग किया जा सकता है। एक उदाहरण ग्लूकोज के निर्धारण के लिए ग्लूकोज ऑक्सीडेज का उपयोग है।
2. पोटेंशियोमेट्रिक बायोसेंसर:
ये बायोसेंसर जैविक प्रतिक्रिया को इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदलने के लिए आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं। कार्यरत इलेक्ट्रोड आमतौर पर पीएच मीटर ग्लास इलेक्ट्रोड होते हैं (उद्धरणों के लिए), ग्लास पीएच इलेक्ट्रोड एक गैस चयनात्मक झिल्ली (सीओ 2, एनएच, या एच 2 एस के लिए) या ठोस राज्य इलेक्ट्रोड के साथ लेपित होते हैं। कई प्रतिक्रियाएं एच + उत्पन्न या उपयोग करती हैं जिसे बायोसेंसर द्वारा पता लगाया जाता है और मापा जाता है; ऐसे मामलों में बहुत कमजोर बफर समाधानों का उपयोग किया जाता है। गैस सेंसिंग इलेक्ट्रोड उत्पादित गैस की मात्रा का पता लगाते हैं और मापते हैं। इस तरह के इलेक्ट्रोड का एक उदाहरण मूत्र पर आधारित है जो निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करता है:
CO (NH 2 ) 2 + 2H 2 O + H + → 2NH 4 + + HCO - 3
इस प्रतिक्रिया को पीएच संवेदनशील, अमोनियम आयन संवेदनशील, एनएच 3 संवेदनशील या सीओ 2 संवेदनशील इलेक्ट्रोड द्वारा मापा जा सकता है। अब आयन-चयनात्मक दायर प्रभाव ट्रांजिस्टर के आयन-चयनात्मक द्वार पर एंजाइम लेपित झिल्ली रखकर बायोसेंसर तैयार किया जा सकता है; ये बायोसेंसर बेहद छोटे हैं।
3. ध्वनिक वेव बायोसेंसर:
इन्हें पीजोइलेक्ट्रिक डिवाइस भी कहा जाता है। उनकी सतह आमतौर पर एंटीबॉडी के साथ लेपित होती है जो नमूना समाधान में मौजूद पूरक एंटीजन के लिए बाध्य होती है। यह बढ़े हुए द्रव्यमान की ओर जाता है जो उनकी कंपन आवृत्ति को कम करता है; इस परिवर्तन का उपयोग नमूना समाधान में मौजूद एंटीजन की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
4. एम्परोमेट्रिक बायोसेंसर:
ये इलेक्ट्रोड एक करंट के उत्पादन द्वारा कार्य करते हैं जब दो इलेक्ट्रोड के बीच संभावित रूप से लगाया जाता है, तो वर्तमान का परिमाण सब्सट्रेट एकाग्रता के समानुपाती होता है। सबसे सरल एम्परोमेट्रिक बायोसेंसर्स क्लार्क ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं जो नमूना (विश्लेषण) समाधान में मौजूद ओ 2 की कमी को निर्धारित करता है। ये पहली पीढ़ी के बायोसेंसर हैं। इन बायोसेंसर का उपयोग रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को मापने के लिए किया जाता है, एक विशिष्ट उदाहरण ग्लूकोज ऑक्सीडेज का उपयोग करके ग्लूकोज का निर्धारण होता है।
इस तरह के बायोसेंसर की एक प्रमुख समस्या विश्लेषण समाधान में भंग ओ 2 एकाग्रता पर उनकी निर्भरता है। मध्यस्थों का उपयोग करके इसे दूर किया जा सकता है; ये अणु विश्लेषण समाधान में भंग O 2 को कम करने के बजाय सीधे प्रतिक्रिया द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोड में स्थानांतरित करते हैं। इन्हें दूसरी पीढ़ी के बायोसेंसर भी कहा जाता है। वर्तमान में इलेक्ट्रोड, हालांकि, मध्यस्थों की मदद के बिना कम एंजाइमों से इलेक्ट्रॉनों को सीधे हटाते हैं, और विद्युत लवणों के साथ लेपित होते हैं।
5. ऑप्टिकल बायोसेंसर:
ये बायोसेंसर उत्प्रेरक और आत्मीयता दोनों प्रतिक्रियाओं को मापते हैं। वे उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पन्न उत्पादों के कारण प्रतिदीप्ति या अवशोषण में बदलाव को मापते हैं। वैकल्पिक रूप से, वे प्रोटीन (आत्मीय प्रतिक्रियाओं के मामले में) जैसे ढांकता हुआ अणुओं के इसे लोड करने के कारण बायोसेंसर सतह के आंतरिक ऑप्टिकल गुणों में प्रेरित परिवर्तनों को मापते हैं। एक सबसे आशाजनक बायोसेंसर जिसमें ल्यूमिनेंस शामिल होता है, भोजन या नैदानिक नमूनों में बैक्टीरिया का पता लगाने के लिए जुगनू एंजाइम ल्यूसिफेरेज का उपयोग करता है। बैक्टीरिया को विशेष रूप से एटीपी जारी करने के लिए lysed किया जाता है, जिसका उपयोग लूसिफ़ेरेज़ द्वारा 0 2 की उपस्थिति में किया जाता है जिससे प्रकाश उत्पन्न होता है जिसे बायोसेंसर द्वारा मापा जाता है।
