Biosenzori – găsiți producători și furnizori

Biosenzorii detectează substanțe biologice sau chimice cu ajutorul unui element de recunoaștere biologică și transformă reacția într-un semnal măsurabil.

Acestea sunt utilizate pentru detectarea substanțelor precum glucoza, lactatul, enzimele, anticorpii, microorganismele, toxinele și alți analiți biologici sau chimici.
Un biosenzor constă, de obicei, dintr-un element de recunoaștere biologică, un traductor și o circuitație electronică de evaluare. Elementul de recunoaștere reacționează selectiv cu substanța țintă. Traductorul transformă această reacție într-un semnal electric, optic, termic sau mecanic.
Biosenzorii sunt utilizați în diagnosticarea medicală, biotehnologie, analiza alimentelor, monitorizarea mediului, precum și în analiza industrială și sistemele de proces.
În funcție de aplicație, aceștia sunt disponibili sub formă de elemente de detectare individuale, celule de măsurare, sonde, benzi de testare, senzori cu flux continuu sau componente ale unor instrumente analitice complete.
În continuare este prezentată o privire de ansamblu asupra tipurilor tipice, aplicațiilor, avantajelor, limitărilor și criteriilor importante de selecție pentru biosenzori.

Tipuri de biosenzori

Biosenzori enzimatici

Biosenzorii enzimatici utilizează enzime ca elemente de recunoaștere biologică.
Enzima reacționează selectiv cu substanța care urmează să fie măsurată. Aceasta produce produse de reacție măsurabile sau modificări care sunt detectate de transductor.
Biosenzorii enzimatici sunt utilizați, de exemplu, pentru măsurarea glucozei, lactatului, glutamatului, glutaminei, colesterolului sau alcoolului.
Precizia măsurării depinde, printre alți factori, de activitatea enzimatică, de temperatură, de valoarea pH-ului și de compoziția probei.

Imunosenzori

Imunosenzorii se bazează pe legarea specifică dintre anticorpi și antigeni.
Aceștia pot detecta proteine, agenți patogeni, alergeni, toxine și alte substanțe țintă biologice.
Reacția de legare este evaluată electrochimic, optic sau printr-o modificare a masei la suprafața senzorului.
Pentru a obține rezultate fiabile, reacțiile încrucișate cu substanțe similare trebuie reduse la minimum pe cât posibil.

Biosenzori pe bază de acid nucleic

Biosenzorii pe bază de acid nucleic detectează secvențe specifice de ADN sau ARN.
În acest scop, secvențe corespunzătoare de acid nucleic sunt imobilizate pe suprafața senzorului. Atunci când secvența țintă se leagă de această suprafață, se generează un semnal care poate fi evaluat.
Astfel de senzori pot fi utilizați pentru a detecta caracteristici genetice, contaminare biologică sau anumite microorganisme.

Biosenzori pe bază de celule

Biosenzorii pe bază de celule utilizează celule vii sau componente celulare ca elemente de recunoaștere.
Celulele reacționează la substanțe specifice, la condițiile de mediu sau la influențe toxice. Se măsoară apoi modificările la nivelul metabolismului, al creșterii sau al altor funcții celulare.
Sistemele bazate pe celule sunt utilizate în testarea farmaceutică, toxicologie și analiza de mediu.

Biosenzori electrochimici

Biosenzorii electrochimici transformă o reacție biologică sau chimică într-un semnal electric.
În funcție de proiectare, se măsoară curenți electrici, tensiuni, rezistențe sau impedanțe.
Biosenzorii electrochimici pot fi proiectați în formate compacte și sunt adesea potriviți pentru volume mici de probă, precum și pentru sisteme de măsurare mobile sau automatizate.
Cu toate acestea, suprafața electrodului poate fi afectată de depuneri, contaminare sau componente ale probei.

Biosenzori optici

Biosenzorii optici detectează modificările semnalelor luminoase.
Parametrii măsurați includ absorbția, fluorescența, luminescența, reflexia și modificările indicelui de refracție.
Biosenzorii optici pot atinge o sensibilitate ridicată și, în funcție de proiectare, pot detecta simultan mai multe substanțe.
Probele tulburi, colorate sau care împrăștie intens lumina pot afecta măsurarea.

Biosenzori piezoelectrici

Biosenzorii piezoelectrici detectează modificările de masă pe suprafața oscilantă a senzorului.
Atunci când substanța țintă se leagă de suprafața acoperită, frecvența de rezonanță a elementului de detectare se modifică.
Astfel de sisteme sunt potrivite pentru investigarea proceselor de legare. Temperatura, vâscozitatea și depunerile nespecifice pot influența rezultatul măsurătorii.

Aplicații ale biosenzorilor

Diagnosticul medical

În diagnosticul medical, biosenzorii sunt utilizați pentru determinarea valorilor metabolice, a biomarkerilor, a agenților patogeni și a altor parametri relevanți din punct de vedere medical.
Printre cele mai cunoscute aplicații se numără măsurarea glucozei și a lactatului.
În funcție de design, biosenzorii pot face parte din instrumente de laborator, dispozitive portabile de măsurare, benzi de testare sau sisteme de măsurare cu funcționare continuă.

Biotehnologie și fermentație

În procesele biotehnologice, biosenzorii monitorizează nutrienții, produsele metabolice și condițiile de proces.
Valorile măsurate, precum glucoza, lactatul, glutamatul, glutamina sau oxigenul, oferă informații despre evoluția proceselor de fermentație și a culturilor celulare.
Detectarea rapidă permite identificarea abaterilor într-un stadiu incipient și ajustarea condițiilor de proces.

Cercetarea farmaceutică

În cercetarea farmaceutică, biosenzorii sunt utilizați pentru a studia substanțele active, proteinele, reacțiile de legare și răspunsurile celulare.
Aceștia pot automatiza seriile de măsurători și pot detecta modificările din procesele biologice într-un timp scurt.
Pentru a obține rezultate comparabile, sunt necesare condiții de eșantionare reproductibile, o calibrare adecvată și o suprafață controlată a senzorului.

Industria alimentară și a băuturilor

Biosenzorii pot detecta ingrediente, alergeni, microorganisme, toxine și reziduuri în alimente și băuturi.
Aceștia sunt utilizați pentru a inspecta materiile prime, procesele de producție și produsele finite.
Grăsimile, proteinele, coloranții, particulele și alte componente ale probei pot influența rezultatul măsurătorii. Prin urmare, senzorul trebuie să fie adecvat pentru matricea alimentară respectivă.

Analiza de mediu

În analiza mediului, biosenzorii sunt utilizați pentru a detecta poluanți, microorganisme, pesticide și contaminare organică.
Se pot analiza apa, apele uzate, extractele de sol și alte probe de mediu.
Carcasele robuste ale senzorilor, funcționarea simplă și sensibilitatea redusă la fluctuațiile de temperatură reprezintă avantaje pentru aplicațiile mobile.

Monitorizarea proceselor industriale

Biosenzorii pot fi integrați în sistemele industriale de analiză și de proces.
Aceștia monitorizează parametrii biologici sau chimici din reactoare, conducte, celule de măsurare și sisteme automate de prelevare a probelor.
Rezistența la mediile de proces, durata de viață adecvată și posibilitatea de curățare sau înlocuire a elementului de detectare sunt importante pentru funcționarea continuă.

Avantajele biosenzorilor

• Detectarea selectivă a anumitor substanțe biologice sau chimice
• Timp de măsurare scurt
• Cerințe reduse privind probele
• Design compact
• Integrare în sisteme de măsurare mobile și automatizate
• Posibilitatea efectuării de măsurători continue sau repetate
• Sunt disponibile diverse elemente de recunoaștere biologică
• Diverse semnale de ieșire electrice și optice
• Utilizare în laboratoare, medii de producție și analize mobile
• Posibilitatea monitorizării directe a procesului

Limitări ale biosenzorilor

• Elementele de recunoaștere biologică pot fi sensibile la temperatură, umiditate, valoarea pH-ului și substanțe chimice.
• Enzimele, anticorpii, celulele și alte componente biologice au adesea o durată de depozitare și de funcționare limitată.
• Componentele probei se pot acumula pe suprafața senzorului și pot altera rezultatul măsurătorii.
• Substanțele similare pot provoca reacții încrucișate, în funcție de elementul de recunoaștere.
• Calibrarea se poate modifica în timpul funcționării și trebuie verificată periodic.
• Unii biosenzori sunt concepuți exclusiv pentru o singură utilizare.
• Curățarea și regenerarea senzorilor reutilizabili pot fi procese care necesită mult timp.
• Rezultatele de laborator nu pot fi întotdeauna transferate direct la probele reale sau la procesele industriale.
• Performanța unui biosenzor depinde adesea în mare măsură de compoziția probei.
• Nu sunt disponibile valori de comparație standardizate de la diferiți producători pentru fiecare aplicație.

Criterii importante de selecție pentru biosenzori

Substanța țintă

Primul pas constă în definirea substanței sau a grupului de substanțe care urmează să fie detectate.
Biosenzorul trebuie să conțină un element de recunoaștere biologică adecvat pentru analitul respectiv.
Trebuie luate în considerare și eventualele substanțe însoțitoare și compușii chimic similari, deoarece aceștia pot influența rezultatul măsurătorii.

Domeniul de măsurare și limita de detectare

Intervalul de măsurare trebuie să acopere în totalitate concentrațiile preconizate.
Pentru concentrații foarte scăzute este necesară o limită de detectare suficient de joasă.
Cu toate acestea, un senzor deosebit de sensibil nu este automat mai bun dacă intervalul de concentrație relevant este semnificativ mai mare.

Selectivitatea

Selectivitatea descrie cât de specific răspunde biosenzorul la substanța țintă.
În probele complexe, moleculele similare sau alte componente pot genera semnale nedorite.
Prin urmare, producătorul ar trebui să specifice sensibilitățile încrucișate cunoscute și tipurile de probe pentru care a fost testat senzorul.

Timpul de răspuns

Timpul de răspuns necesar depinde de aplicație.
Pentru monitorizarea continuă a proceselor sau pentru măsurători care se schimbă rapid, senzorul trebuie să detecteze modificările într-un interval scurt de timp.
Pentru analizele individuale de laborator, un timp de măsurare mai îndelungat poate fi acceptabil dacă îmbunătățește sensibilitatea sau precizia.

Tipul probei și pregătirea probei

Sângele, mediile de cultură celulară, alimentele, apele uzate și lichidele din procesele industriale impun cerințe diferite asupra unui biosenzor.
Vâscozitatea, conținutul de particule, culoarea, temperatura și compoziția chimică pot influența măsurarea.
Trebuie stabilit dacă proba trebuie diluată, filtrată, pregătită sau menținută la o temperatură controlată.

Durata de viață și stabilitatea la depozitare

Elementele de recunoaștere biologică își pot pierde activitatea în timpul depozitării și al funcționării.
Trebuie luate în considerare durata de valabilitate, temperatura de depozitare permisă, ambalajul, protecția împotriva umidității și eventualele cerințe de refrigerare.
În cazul senzorilor reutilizabili, este relevant și numărul de cicluri posibile de măsurare sau regenerare.

Senzor de unică folosință sau reutilizabil

Senzorii de unică folosință reduc cerințele de curățare și riscul de contaminare încrucișată între probe.
Senzorii reutilizabili pot fi mai economici pentru măsurători frecvente, dar necesită proceduri adecvate de curățare, calibrare și regenerare.
Alegerea depinde de frecvența măsurătorilor, de cerințele de igienă și de costul pe măsurătoare.

Semnalul de ieșire și interfețele

Semnalul de ieșire trebuie să fie compatibil cu sistemul de măsurare sau de control existent.
În funcție de biosenzor, sunt furnizate semnale de curent, tensiune, frecvență, digitale sau optice.
Interfețele adecvate, transmisia stabilă a datelor și integrarea în software-ul de evaluare sunt importante pentru aplicațiile automatizate.

Calibrarea

Biosenzorii necesită o calibrare adecvată pentru domeniul de măsurare prevăzut și tipul de probă.
Trebuie luate în considerare intervalele de calibrare, soluțiile de referință, compensarea temperaturii și eventualele abateri.
Calibrarea trebuie documentată și trasabilă pentru a asigura rezultate comparabile.

Condiții de mediu și de proces

Temperatura, presiunea, umiditatea, vibrațiile, interferențele electromagnetice și mediile agresive pot influența funcționarea.
Pentru aplicațiile industriale, carcasele, garniturile, suprafețele senzorilor și conexiunile electrice trebuie proiectate pentru condițiile respective.

Curățarea și înlocuirea

În cazul biosenzorilor reutilizabili, trebuie stabilit modul în care suprafața senzorului poate fi curățată sau regenerată.
Agenții de curățare și procedurile de dezinfectare nu trebuie să deterioreze elementul de recunoaștere biologică.
Un element de detectare înlocuibil poate simplifica întreținerea și service-ul.

Rezumat

Biosenzorii combină elemente de recunoaștere biologică cu traductoare electrice, optice, termice sau mecanice.
În funcție de aplicație, se utilizează biosenzori enzimatici, imunologici, pe bază de acid nucleic, pe bază de celule, electrochimici, optici sau piezoelectrici.
Aplicațiile tipice includ diagnosticul medical, biotehnologia, cercetarea farmaceutică, analiza alimentelor, monitorizarea mediului și controlul proceselor industriale.
Principalele criterii de selecție includ substanța țintă, domeniul de măsurare, selectivitatea, limita de detectare, timpul de răspuns, tipul de probă, durata de viață și interfața.
Deoarece elementele de recunoaștere biologică pot fi sensibile la condițiile de mediu și la îmbătrânire, la momentul achiziției trebuie luate în considerare depozitarea, calibrarea, curățarea și înlocuirea acestora.

Biosenzorii sunt disponibili de la diverși producători și furnizori. Informații complete despre producătorii și furnizorii de biosenzori din întreaga lume pot fi găsite pe Exportpages.