Biyosensörler ve Çeşitleri

İlk biyosensör, 1950 yılında Amerikan biyokimyacısı, L.L Clark tarafından icat edildi. Bu biyosensör, kandaki oksijeni ölçmek için kullanılır ve bu sensörde kullanılan elektrot Clark elektrot veya oksijen elektrotu olarak adlandırılır. Biyosensörler, biyosensörlerin çalışması ve uygulamaları hakkındaki detaylar yazımızda.

A- A+

07.12.2018 tarihli yazı 41580 kez okunmuştur.

Biyosensör Nedir?

Biyosensörler, reseptör ve dönüştürücü gibi biyolojik elemanların bir kombinasyonunu içeren analitik cihazlar olarak tanımlanabilirler. Bir biyosensör; kimyasal, biyolojik ya da biyokimyasal sinyali, yapısında bulunan dönüştürücü ile ölçülebilir ve işlenebilir elektriksel sinyale dönüştürerek, biyolojik ve kimyasal maddelerin tespitinde kullanılır. Biyosensörler genel olarak klinikten, tarım alanına ve gıda endüstrisine kadar geniş bir yelpazeye sahiptir. Biyosensörlerin temel özellikleri; stabilite, maliyet, hassasiyet ve tekrarlanabilirliktir.

Biyosensörü Oluşturan Ana Elemanlar

Biyosensörün blok diyagramı sensör, dönüştürücü ve analit olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır. Eğer reseptör, biyomoleküler bir yapıda ise buna biyoreseptör adı verilir. Biyoreseptörler, analiti fark edebilen biyomoleküllerdir. Dönüştürücüler ise biyoreseptörün analiti fark ettiği esnada ürettiği kimyasal veya fiziksel sinyali elektrik sinyallerine dönüştüren yapılardır.

►İlginizi Çekebilir: Algılayıcılar-Sensörler

Biyosensörlerin Çalışma Prensibi

Biyosensörlerde; enzimler, antikorlar, nükleik asitler, tam hücreler, reseptörler, dokular, organeller gibi biyoreseptör materyalleri kullanılır. Biyoreseptör materyali, transdüsere tespit edilebilir sinyaller gönderir. Sistemde kullanılan transdüser, optik, elektrokimyasal, elektriksel, termal, piezoelektrik, ve diğerleri olabilir. Çeşitli biyoreseptör ve transdüser kombinasyonları ile farklı biyosensörler elde edilebilir. Biyoreseptör ve trasdüser birbirine uygun fiziksel ya da kimyasal yol ile bağlanır. Uygun kombinasyona sahip biyoreseptörler, analite özel biyoreseptör yapısı ile bu analiti dönüşüme uğratır. Transdüserler, biyoreseptörlerin biyolojik reaksiyonunu, ölçülebilir fiziksel bir sinyale dönüştürür. Biyolojik etkileşimin fiziksel sinyale dönüşmesi ve bu sinyalin bilgisayara aktarılmasıyla sinyal gözle görülür boyuta ulaşır.

►İlginizi Çekebilir: Fiber Optik Sensör Nasıl Çalışır?

Biyosensör Çeşitleri

Biyosensörler, sensör cihazına ve biyolojik maddeye dayanarak sınıflandırılır.

1.Elektrokimyasal Biyosensör

Genel olarak, elektrokimyasal biyosensör, elektronları tüketen veya üreten enzimatik katalizin reaksiyonuna dayanır. Bu tip enzimler redoks enzimler olarak adlandırılır. Bu biyosensörün substratı genellikle bir sayaç, referans ve çalışma tipi gibi üç elektrot içerir.

►İlginizi Çekebilir: Sensör Füzyonu Nedir?

Elektrokimyasal biyosensörler 4 farklı sınıfa ayrılmaktadır:
►Ampermetrik Biyosensörler
►Potansiyometrik Biyosensörler
►Empedans Biyosensörler
►Voltmetrik Biyosensörler

a) Ampermetrik Biyosensörler
Ampermetrik biyosensörler; konsantrasyon bağımlı akımı, biyolojik olarak aktif materyalle kaplı elektrokimyasal elektrot aracılığıyla ölçerler.

►İlginizi Çekebilir: Akım ve Gerilim Sensörleri

Bu biyosensörün kuralı, çalışma elektrodu ile karşıt elektrot arasına bir gerilim uygulanması sonucu meydana gelen akımın akış miktarına dayanır. Analit merkezleri seçmek, yüksek verimli tıp taraması, kalite kontrolü, problem bulma ve işleme, biyolojik kontrol gibi geniş bir kullanım yelpazesi bulunmaktadır.

b) Potansiyometrik Biyosensörler
Bu tür biyosensörlerde, iyonik konsantrasyonlardaki değişiklikler iyon seçici elektrotlar kullanılarak belirlenir. Potansiyometrik biyosensörlerin en büyük kısıtlması, enzimlerin H⁺ ve NH₄⁺gibi iyonik konsantrasyonlara olan duyarlılığıdır.

►İlginizi Çekebilir: Potansiyometrenin İç Yapısı

Potansiyometrik elektrot ve referans elektrot arasında elde edilen potansiyel fark ölçülebilir ve bu değer substratın konsantrasyonu ile orantılıdır.

c)Empedans Biyosensörler
Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, geniş bir yelpazedeki fiziksel ve kimyasal özellikler için duyarlı bir göstergedir. Şu anda empedans biyosensörlerin kullanımına doğru artan bir eğilim gözlenmektedir. Empedans teknikler, biyosensörlerin buluşunu ayırmak ve enzimler, laktinler, nükleik asitler, reseptörler ve antikorların tepkilerini incelemek için gerçekleştirilmiştir.

►İlginizi Çekebilir: Karbondioksitten Elektrik Üreten Elektrokimyasal Hücre

d) Voltmetrik Biyosensörler
Bu biyosensör, Hb (hemoglobin) ile uyarlanmış bir karbon tutkal elektrodu ile inşa edilmiştir. Bu elektrot tipi, Hb'nin tersine çevrilebilen oksidasyon veya indirgeme prosedürünü gösterir.
Bir voltmetrik sensör, doğrusal veya döngüsel voltmetrik diğer modlarda çalışabilir. Bunun sonucunda, her mod için ilgili akım ve gerilim farklı olacaktır.

2.Fiziksel Biyosensörler

Sınıflandırma koşullarında, fiziksel biyosensörler, en yaygın kullanılan sensörlerdir. Fiziksel biyosensörler; piezoelektrik biyosensör ve termal biyosensör olarak ikiye ayrılır.

a) Piezoelektrik Biyosensör
Piezoelektrik esaslı biyosensör; yüzeyinde bir madde emildiği veya biriktiğinde piezoelektrik kristalin rezonans frekansındaki değişimin ölçülmesi temel alınarak çalışır.

►İlginizi Çekebilir: Piezoelektrik Sensörler ve Modellenmesi

Bir piezoelektrik genel olarak, kuartz kristal levha ile bu levhanın iki zıt yanına yerleştirilmiş iki uyarma elektrodundan oluşur.

b) Termal Biyosensör
Isı ile bağlantılı çeşitli biyolojik reaksiyon türleri vardır ve bu da termometrik biyosensörlerin temelini oluşturur. Bu sensörler genellikle termal biyosensörler olarak adlandırılır.

3.Optik Biyosensörler

Optik esaslı biyosensörler; çeşitli optik teknikler kullanılarak üretilir. Biyokimyasal reaksiyonların sonucunda yayılan veya emilen ışığın ölçümünü temel alarak çalışır. Optik biyosensörler, elektrikle erişilemeyen ekipmanların uzaktan algılanmalarını sağlar. Ek bir yararı, bunların sıklıkla referans sensörlere ihtiyaç duymamasıdır, çünkü örnekleme sensörü kullanılarak karşılaştırmalı sinyaller üretilebilir.

4.Giyilebilir Biyosensörler

Giyilebilir biyosensörler, insan vücudunda kan şekeri, kalp atış oranı, BP (bipolar bozukluk) vb. düzeylerini sağlayan, aynı zamanda akıllı saat, akıllı gömlek, dövme gibi farklı giyilebilir sistemlerde kullanılan bir dijital cihazdır.

►İlginizi Çekebilir: Giyilebilir Cihazlar İçin Ultraviyole Sensörler

Biyosensörlerin Uygulama Alanları

Biyosensörlerin uygulama alanlarını şöyle sıralayabiliriz:
►Ortak sağlık kontrolü
►Metabolit ölçümü
►Hastalık taraması
►İnsülin tedavisi
►Klinik psikoterapi ve hastalık tanısı
►Askerlik
►Tarımsal ve veterinerlik uygulamaları
►İlaç iyileştirme, suç tespiti
►Endüstride işleme ve izleme
►Ekolojik kirlilik kontrolü