Biosenzor

Biosenzor je analitički uređaj za detekciju hemijske supstance, koji kombinuje biološku komponentu sa fizičko-hemijskim detektorom.[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 stvoreni biološkim inženjerstvom.

Transduktor ili detektorski element, koji transformiše jedan signal u drugi, djeluje na fizičko-hemijski način: optički, pijezoelektrični, elektrohemijski, elektrohemiluminiscencijski itd., 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) i elektronski sistem koji uključuje pojačalo signala, procesor i ekran.[6] Transduktori i elektronika mogu se kombinovati, npr. u CMOS baziranim mikrosenzorskim sistemima.[7][8] Komponenta za prepoznavanje, koja se često naziva bioreceptor, koristi biomolekule iz organizama ili 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. Visoka selektivnost za 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/DNK ćelijske strukture/ćelije ili biomimetske materijale.[12][13]

Interakcije antitijela/antigeni

[uredi | uredi izvor]

Imunosenzor koristi vrlo specifičan afinitet vezivanja antitijela za specifični spoj ili antigen. Specifična priroda interakcije antitijelo-antigen je 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 su fluorescentne molekule, enzimi ili radioizotopi, 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 za serološko testiranje, ili detekciju cirkulirajućih antitijela kao odgovora na određenu bolest. Važno je da su serološki testovi postali važan dio globalnog odgovora na pandemiju COVID-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 esencijalne disulfidne veze i skupe su za proizvodnju. U jednom pristupu za prevazilaženje ovih ograničenja, konstruisana su antitijela rekombinantni vezujući fragmenti (Fab, Fv ili scFv) 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 tehnikama in vitro prikaza: prikaz faga, prikaz ribosoma, prikaz kvasca ili iRNK prikaz. 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 bakterijske citoplazme, 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 aktivnost enzima čine 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 visoku konstantu vezivanja veću od 10^8 L/mol, što predstavlja gotovo nepovratnu povezanost nakon formiranja para antigen-antitijelo. Za određene molekule analita kao što je glukoza afinitetno vezujući proteini postoje koji vezuju svoj ligand sa visokom specifičnosti poput antitijela, ali s mnogo manjom konstantom vezivanja reda veličine 10^2 do 10 ^4 L/mol. Veza između analita i receptora je tada reverzibilne prirode i pored para između oba se javljaju i njihove slobodne molekule u mjerljivoj koncentraciji. U slučaju glukoze, naprimjer, konkanavalin A može 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 relevantnom fiziološkom opsegu između 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 bazi nukleinske kiseline (aptameri) kao aptasenzori.[25] U prvom slučaju, proces prepoznavanja se zasniva na principu komplementarnog baznog uparivanja, adenin:timin i citozin:guanin u DNK. 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 označiti fluorofor/metalnim nanočesticama 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. metilacija DNK, posttranslacijske modifikacije histona) u tjelesnim tekućinama pacijenata oboljelih od raka ili drugih bolesti.[29] Danas se razvijaju fotonski biosenzori sa ultraosjetljivošću na istraživačkom nivou, kako bi se lahko otkrile kancerogene ćelije u pacijentovom urinu.[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 uključuju lizosome, hloroplaste i mitohondrije. 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, otvaranjem kalcijskih 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 spojeva deterdženta oštetit 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 sa organelama, 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 određivanje herbicida koji su glavni zagađivač vode.[34] Mikroalge zarobljene su na kvarcni mikrofiber i fluorescencija hlorofila 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 praćenje mikrobne korozije.[35] Pseudomonas sp. izoliran je od korodiranog materijala i imobiliziran na acetilceluloznoj membrani. Aktivnost disanja određuje se mjerenjem potrošnje kisika. Postoji linearna veza između proizvedene struje i koncentracije sumporne 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]

Mikrobni biosenzori koriste reakciju bakterija na datu supstancu. Naprimjer, arsen se može otkriti pomoću ars operona koji se nalazi u nekoliko bakterijskih taksona.[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 je funkcionalizirati površinu 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, nanošenjem sloj po sloj alternativno 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 je sol-gel, staklasti silikat koji nastaje polimerizacijom silikatnih monomera (dodatih kao tetra alkil ortosilikata, kao što su TMOS ili TEOS) u prisustvo bioloških elemenata (zajedno sa drugim stabilizirajućim polimerima, kao što je PEG) u slučaju fizičkog zarobljavanja.[39]

Druga grupa hidrogelova, koji se postavljaju u uslove pogodne za ćelije ili proteine, su akrilatni hidrogel, koji se polimerizuje nakon radikalne inicijacije. Jedan tip inicijatora radikala je peroksidni radikal, koji se obično stvara kombinacijom persulfata sa TEMED-om (Poliakrilamid gel se također obično koristi za proteinsku elektroforezu),[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 samo aktivno ili 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 tipu biotransduktora. 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 nazivaju redoks enzimi). Podloga senzora obično sadrži tri elektrode: 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 malih peptida i proteina bez oznaka je moguća pomoću njihovih unutrašnjih naboja korištenjem biofunkcionaliziranih ionski osjetljivih tranzistora 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 (enzim ili antitijelo). Imaju samo dvije elektrode i izuzetno su osjetljive i robusni. Omogućavaju detekciju analita na nivoima koji su se ranije mogli postići samo pomoću HPLC i 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 i redoks reakcijama, potonje zbog enzimske oznake koja se okreće preko supstrata.[44] Tranzistori sa efektom polja, u kojima je ulaz područje 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 alfa trombina u prisustvu visoke pozadine serumskog albumina.[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 upotreba ionskih kanala nudi vrlo osjetljivu detekciju ciljnih bioloških molekula.[48] Ugrađivanjem ionskih kanala u podržane ili vezane dvoslojne membrane (t-BLM) pričvršćene na zlatnu elektrodu, stvara se električno 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 pomoću hidrofilnog odstojnika.

Kvantitativna detekcija opsežne klase ciljnih tipova, uključujući proteine, bakterije, lijekove i toksine, demonstrirana je korištenjem različitih konfiguracija membrane i zarobljavanja.[50][51] Evropski istraživački projekt Greensense razvija biosenzor za izvođenje kvantitativnog skrininga zloupotrebe droga kao što su THC, morfij i kokain [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 i solvatohromiranjem fluorofora, 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, triptofana i tirozina, 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 u cistein mutagenezom usmjerenom na mjesto. Fluorofor je hemijski spojen sa mutiranim cisteinom. Kada je dizajn uspješan, spojeni fluorofor ne sprječava vezivanje antigena, ovo vezivanje štiti fluorofor od rastvarača i može se otkriti promjenom fluorescencija. 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 formiraju mjesto vezivanja za 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 s mutantnim cisteinom, 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 biti DNK (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]

Pijezoelektrični senzori koriste kristale koji prolaze kroz elastičnu deformaciju kada se na njih primijeni električni potencijal. Izmjenični potencijal (AC) proizvodi stajaći talas u kristalu na 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 primjena mikrovaga kvaščevog kristala kao 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 u puferiranom vodenom 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 su Mohamed M. Atalla i Dawon Kahng 1959. 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 mjerenje fizičkih, hemijskih, bioloških i okolinskih parametara.[67]

Prvi BioFET bio je ionski osjetljivi tranzistor sa efektom polja (ISFET), koji je izumio Piet Bergveld za elektrohemijske i biološke primjene 1970.[68][69] adsorpciju FET (ADFET) je patentirao P.F. Cox 1974. godine, a MOSFET osjetljiv na vodik demonstrirali 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 je metalna kapija zamijenjena ion-osjetljivim membranama, elektrolitnim rastvorima i referentnom elektrodom.[70] ISFET se široko koristi u biomedicinskim aplikacijama, kao što su detekcija DNK hibridizacija, detekcija biomarkera iz krvi, detekcija antitijela, mjerenje glukoze, senziranje pH i genetička tehnologija.[70]

Do sredine 1980-ih razvijeni su i drugi BioFET-ovi, uključujući plinski senzor FET (GASFET), senzor pritiska FET (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 modificiran FET (GenFET) i ćelijski potencijal BioFET (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 tehnologija i biomedicina.

U biotehnologiji, analiza hemijskog sastava kultivacije bujona 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 sa bioanalitskim tehnikama koji 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 sistemi in vitro i in vivo . Biosenzorsko mjerenje in vitro odvija se u epruveti, posudi za kulturu, mikrotitarskoj ploči ili drugdje izvan živog organizma. Senzor koristi bioreceptor i sondu kao što je gore navedeno. Primjer in vitro biosenzora je enzimsko-konduktimetrijski biosenzor za praćenje glukoze u krvi. Izazov je stvoriti biosenzor koji radi po principu testiranje 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 testiranje HIV u 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]

Biosenzor in vivo je implantabilni uređaj koji djeluje unutar tijela. Naravno, biosenzorni implantati moraju ispunjavati stroge propise o sterilizaciji kako bi se izbjegao početni upalni odgovor nakon implantacije. Druga zabrinutost odnosi se na dugotrajnu biokompatibilnost, 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 primjenu in vivo biosenzora bi bio praćenje insulina u tijelu, koje još nije dostupno.

Najnapredniji biosenzorni implantati razvijeni su za kontinuirano praćenje glukoze.[78][79] Na slici je prikazan uređaj, za koji se koristi Ti-kućište i baterija kako je utvrđeno za kardiovaskularne implantate kao što su pejsmejkeri i defibrilatori.[76] Njegova veličina određuje se baterijom prema potrebi za životni vijek od jedne godine. Izmjereni podaci o glukozi će se bežično prenositi izvan tijela unutar MICS opsega 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. otkrivanje pesticida i zagađivača riječne vode, kao što su ioni teških metala,[81] daljinsko ispitivanje bakterija u 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 poslije bioremedijacija, otkrivanje i određivanje organofosfata, rutinsko analitičko mjerenje folne kiseline, biotina, vitamina B12 i pantotensks kiseline kao alternativa mikrobiološkom testu, određivanje ostataka lijekova u hrani, kao što su antibiotici i promotori rasta, posebno meso i med , otkrivanje lijekova i evaluacija biološke aktivnosti novih spojeva, proteinsko inženjerstvo u biosenzorima,[83] i otkrivanje toksičnih metabolita kao što su mikotoksini.

Uobičajeni primjer komercijalnog biosenzora je biosenzor glukoze u krvi, koji koristi enzim zvani glukoza-oksidaza da 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 na toksične supstance u mnogo nižim koncentracijama nego što ljudi mogu otkriti, kako bi upozorili na njihovu prisutnost. Takvi uređaji mogu se koristiti u monitoringu 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 fenomenu površinske plazmonske rezonance (SPR).[84][85] Ovo koristi svojstvo i druge materijale; posebno da tanak sloj zlata na staklenoj površini s visokim indeksom prelamanja može apsorbirati lasersko svjetlo, 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 mete analita za 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 karboksimetil dekstranom ili 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 indeks refrakcije i 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 u apsorpciji ili fluorescenciji odgovarajućeg indikatorskog spoja i ne trebaju potpunu unutrašnju geometriju refleksije. Naprimjer, napravljen je potpuno operativni prototip uređaja za detekciju kazeina u 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 biosenzori često uključuju genetički modificirani oblik prirodnog proteina ili enzima. 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 detekciju citosolne koncentracije analita cAMP-a (ciklički adenozin-monofosfat), drugog glasnika uključenog u ćelijsku signalizaciju koju pokreću ligandi u interakciji s receptorima na ćelijskoj membrani.[88] Slični sistemi stvoreni su za proučavanje ćelijskih odgovora na prirodne ligande ili ksenobiotike (toksine ili inhibitore malih molekula). Takve "testove" obično koriste farmaceutske i biotehnološke kompanije u razvoju otkrića lijekova. Većina cAMP testova u sadašnjoj upotrebi zahtevaju lizu ćelija prije merenja cAMP-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]

DNK može 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, stabilnom gelu.[90] Ostale primjene su dizajn aptamera, sekvenci DNK koje imaju specifičan oblik da vežu željenu molekulu. Najinovativniji procesi za ovo koriste DNK 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]

Nanoantene napravljene od DNK – novi tip nano-razmjera optičkih antena mogu se pričvrstiti na proteine i proizvoditi signal putem fluorescencije kada obavljaju svoje biološke funkcije, posebno za različite konformacijske promjene.[94][95]

Biosenzor na bazi grafena

[uredi | uredi izvor]

Grafen je 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. ^ a b Khalilian, 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. ISBN 978-0198547242.
  3. ^ Bănică, Florinel-Gabriel (2012). Chemical Sensors and Biosensors:Fundamentals and Applications. Chichester, UK: John Wiley & Sons. str. 576. ISBN 9781118354230.
  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. ISSN 0935-9648. PMID 31094032.
  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. PMC 3675524. PMID 27879858.
  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 IEEE 91 (6), 2003, 839–863.
  8. ^ A. Hierlemann, H. Baltes, "CMOS-based chemical microsensors", The Analyst 128 (1), 2003, pp. 15–28.
  9. ^ "Biosensors Primer". Arhivirano s originala, 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. PMC 5538621. PMID 28456344.
  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. PMID 32264431.
  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. PMID 11225766. S2CID 23807719.
  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. PMID 26394608. Arhivirano s originala, 17. 7. 2021. Pristupljeno 28. 4. 2022.
  14. ^ a b Parizi, 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. S2CID 245069669 Provjerite vrijednost parametra |s2cid= (pomoć).
  15. ^ a b Marazuela, 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. PMID 11941437. S2CID 36791337.
  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. PMC 7197618. PMID 32357206.
  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. PMID 27155114.
  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. PMID 25931178.
  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. PMID 25033247.
  20. ^ a b Brient-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. PMID 19945965.
  21. ^ a b Miranda, 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. PMID 21565483.
  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. PMID 6184210. S2CID 20186661.
  23. ^ J. S. Schultz; G. Sims (1979). "Affinity sensors for individual metabolites". Biotechnol. Bioeng. Symp. 9 (9): 65–71. PMID 94999.
  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. PMID 10994982.
  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. PMID 20539292. S2CID 4953042.
  27. ^ Shorie, Munish; Kaur, Harmanjit (20. 10. 2018). "Microtitre Plate Based Cell-SELEX Method". Bio-Protocol. 8 (20): e3051. doi:10.21769/BioProtoc.3051. PMC 8342047 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 34532522 Provjerite 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. PMC 8238030 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 34184101 Provjerite 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. PMID 21567973.
  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. PMC 4764104. PMID 26918228. Arhivirano s originala, 5. 3. 2016. Pristupljeno 28. 4. 2022.
  31. ^ "Home - GLAM Project - Glass-Laser Multiplexed Biosensor". GLAM Project - Glass-Laser Multiplexed Biosensor. Arhivirano s originala, 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. PMID 10643557.
  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. PMID 11355867.
  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. CiteSeerX 10.1.1.1031.5904. doi:10.1016/s0956-5663(02)00157-4. PMID 12604263.
  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. PMID 11679280.
  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. PMID 18495408.
  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 bacterium Pseudomonas fluorescens OS8". Microbial Ecology. 41 (4): 360–368. doi:10.1007/s002480000095. PMID 12032610. S2CID 21147572.
  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. PMID 18802934. S2CID 39552342.
  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. PMID 17291744.
  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. PMID 10565275.
  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. PMID 18304798.
  42. ^ Bourzac, Katherine. "Mimicking Body Biosensors". technologyreview.com.
  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. PMID 16404758.
  44. ^ "Multivitamine Kaufberatung: So finden Sie das beste Präparat". Arhivirano s originala, 18. decembar 2014.
  45. ^ "Multivitamine Kaufberatung: So finden Sie das beste Präparat". Arhivirano s originala, 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. PMC 6383723. PMID 30396022.
  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. ISBN 978-0-7803-9056-0. S2CID 12490715.
  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. PMID 9177344. S2CID 4348659.
  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. PMID 18054481.
  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. S2CID 4957312.
  52. ^ "Arhivirana kopija". Arhivirano s originala, 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. PMID 12051849.
  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. CiteSeerX 10.1.1.622.3557. doi:10.1021/bi048922s. PMID 15581357.
  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. PMID 12547199.
  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. PMC 5048519. PMID 27448945. 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. PMC 4154710. PMID 23790495.
  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. ISSN 1860-6768. PMC 3910167. PMID 24174315.
  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. ISSN 0018-9464. PMC 4190849. PMID 25308989.
  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. ISSN 2045-2322. PMC 5379630. PMID 28374833.
  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. PMC 7260178. PMID 32472057. S2CID 218977697.
  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. PMID 20636067.
  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. ISSN 2288-6559. S2CID 55557610.
  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. ISSN 1749-6632. PMID 14021529. S2CID 33342483. |first2= nedostaje |last2= (pomoć)
  67. ^ a b c d Bergveld, 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. ISSN 0250-6874. Arhivirano s originala (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. PMID 5441220.
  70. ^ a b c Schöning, 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. ISSN 1364-5528. PMID 12375833.
  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 s originala (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. PMID 16900120. S2CID 32776079.
  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. ISSN 0306-0012. PMID 29770813.
  75. ^ Windmiller, Joshua Ray; Wang, Joseph (2013). "Wearable Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review". Electroanalysis. 25: 29–46. doi:10.1002/elan.201200349.
  76. ^ a b Birkholz, 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. PMC 6190112. PMID 30404356.
  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. PMID 22516142.
  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. PMC 4528300. PMID 20668297.
  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. PMID 24906080.
  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. PMID 27836593.
  81. ^ Saharudin Haron Arhivirano 5. 3. 2016. na Wayback Machine and Asim K. Ray (2006) Optical biodetection of cadmium and lead ions in water. Medical Engineering and Physics, 28 (10). pp. 978–981.
  82. ^ a b "MolluSCAN eye". MolluSCAN eye. CNRS & Université de Bordeaux. Arhivirano s originala, 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. ISBN 978-3-540-75200-4. PMID 17960341.
  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. PMID 24549396. Arhivirano s originala (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. PMID 12879189. S2CID 14370505.
  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. PMID 18570354.
  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. ISSN 1359-7345. PMID 28239729.
  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. ISBN 978-1-943580-54-5. S2CID 210753045.
  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. ISSN 1936-086X. PMID 29763544.
  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. ISSN 1548-7105. PMID 34969985 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć). S2CID 245593311 Provjerite vrijednost parametra |s2cid= (pomoć).

Dopunska literatura

[uredi | uredi izvor]
  • Frieder Scheller & Florian Schubert (1989). Biosensoren. Akademie-Verlag, Berlin. ISBN 978-3-05-500659-3.
  • Massimo Grattarola & Giuseppe Massobrio (1998). Bioelectronics Handbook - MOSFETs, Biosensors and Neurons. McGraw-Hill, New York. ISBN 978-0070031746.

Vanjski linkovi

[uredi | uredi izvor]

Šablon:Biotehnologija