Ölçemediğiniz Şeyi Yönetemezsiniz:
Biyosensörler

Peter Drucker’ın “Ölçemediğiniz şeyi yönetemezsiniz” sözü hemen hemen her alan için geçerli. ButterflyEffect filminde de olduğu gibi küçük değişimlerin büyük sonuçlar doğurduğu göz önüne alındığında, sağlık alanında ölçme ve analiz etmenin çok daha kritik bir süreç olduğunu söyleyebiliriz. Bunun için de modern tıbbın en büyük yardımcısı olan biyosensörlerden yararlanıyor.

A- A+

30.11.2019 tarihli yazı 5440 kez okunmuştur.

Biyosensör Sensör Sağlık İzleme Takip Kontrol

Biyosensörlerin geçmişi 1960’lı yıllara dayanıyor. Clark, L. C. J. biyosensör çalışmalarına imza atan ilk bilim insanlarından biri olarak kabul edilyor. [1]

Biyolojik ve kimyasal reaksiyonlar için kullanılan biyosensörler; ter, kan, idrar ve tükürük gibi sıvılarda bir hastalığın tespiti için kullanılabiliyor. Ayrıca hastalığa neden olan mikroorganizmaların tespiti, hastalıkların izlenmesi ve laboratuvar ortamında ilaç geliştirme çalışmalarında da kullanılabilmektedir. [2]

Biyosensörleri Oluşturan Bileşenler

Temel olarak bir biyosensörün çalışması, aşağıdaki gibi beş bileşen ile temsil edilebilir.Bu bileşenler:
Analit: Klinik kimyada içerik olarak bilinen analit, tespit edilmek istenen kimyasal türdür. Örneğin, glikoz tespiti için geliştirilen bir sensörde glikozanalittir.
Biyoreseptör: Biyosensörün istenilen analiti tespit edebilmesi için özel olarak seçilmiş biyoreseptöre ihtiyaç duyulmaktadır. DNA’lar, enzimler, aptamerler, antikorlar biyoreseptör olarak kullanılabilmektedir.
Dönüştürücü: Biyoreseptörleranaliti algıladıktan sonra dönüştürme işlemine ihtiyaç duyulmaktadır. Biyotanıma olayı sonrasında transdüserler, analit ile biyoreseptör etkileşimine göre elektrik sinyali üretir.
Elektronik devre: Transdüser tarafından dönüştürülen elektrik sinyali, elektronik devrede amplifikasyon yapılır. (Genliği artırılır) Daha sonra analog-dijital çevrim de yapılarak ölçüm çok daha hassas hale getirilir.
İzleme: Tüm bu karmaşık süreç sonrasında donanım ve yazılımdan edinilen bilgiler, bir ekran aracılığıyla sayılar ve grafiklerle incelenebilir hale gelir.

Şekil: 1:Biyosensörün şematik gösterimi [3]

Biyosensörlerin Özellikleri

Her biyosensörün sahip olduğu bazı statik ve dinamik özellikler vardır. Bu özelliklerin optimizasyonu, biyosensörün performansını etkiler. Temel olarak bu özellikleri şu şekilde sıralayabiliriz:

Seçicilik: Biyoreseptörün, diğer katkıları ve kirletici maddeleri içeren bir numunedeki belirli bir analiti tespit edebilmesidir
Tekrarlanabilirlik: Aynı şartlar altında biyosensör ile yapılan tekrarlı numune ölçümlerinde sonuçların birbirine yakın olması beklenir. Tekrarlanabilir sinyaller, bir biyosensörün tepkisi üzerine yapılan çıkarımlara yüksek güvenilirlik sağlar.
Kararlılık: Kararlılık, bir biyosensörün çevresindeki ortama karşı duyarlılık derecesidir. Çevre veya iç nedenlerden kaynaklı bozukluklar, biyosensör çıkış sinyalinde sapmalara neden olabilir. Bu sapmalar, biyosensörün kesinliği ve hassasiyetini doğrudan etkiler. Özellikle sürekli izleme durumlarında öneme sahiptir.
Duyarlılık (hassasiyet): Bir biyosensör tarafından tespit edilebilecek minimum analit miktarı, tespit sınırını (LOD -limit of detection) veya hassasiyetini tanımlar. Bazı uygulamalarda ng / ml düzeyinde ölçümler gerekmektedir. Örneğin, kanda 4 ng / ml'lik bir prostata özgü antijen (PSA) konsantrasyonu, doktorların biyopsi testleri önerdiği prostat kanseri ile ilişkilidir.
Doğrusallık: Doğrusallık, ölçülen cevabın matematiksel olarak ifadesini temsil eder. Örneğin; bir biyosensöründoğrusallığı için y = mc eşitliğini kullandığımızı varsayalım. Bu eşitlikte y çıkış sinyali, m biyosensörün hassasiyeti, c ise analitin konsantrasyonudur. [4]

►İlginizi Çekebilir: Algılayıcılar | Sensörler

Örneklerle Biyosensörlerin Kullanım Alanları

Biyosensörlerin uygulama alanları elbette sağlıkla sınırlı değil. Gıda takibinden çevre izlenmesine, hatta askeriyeye kadar birçok alanda biyosensörler kullanılmaktadır.

Örneğin biyosensörler ile havada bulunan zararlı bir partikülün zaman içerisindeki değişimi incelenerek hava kirliliği veya kalitesi hakkında çıkarım yapılabiliyor.

Benzer şekilde savaşlarda biyolojik saldırının yapılıp yapılmadığının kontrolü için çeşitli bakteriler, virüsler ve toksinlerin gerçek zamanlı takibi yapılabiliyor.

►İlginizi Çekebilir: Piezoelektrik Sensörler ve Modellenmesi

Biyosensörlerin sağlıktan sonraki en önemli uygulama alanları arasında ise gıda endüstrisi yer almaktadır. Gıdaların üretimden lojistiğine, hatta son dönemde tüketimine kadar biyosensörler görev yapmaktadır. Örneğin, tarlaya ekilen bir mahsül için istenilen takip biyosensörle yapılıyor. Ayrıca mahsülün nakliyatı sırasında biyosensörlerle çürüme gibi zarar oluşturabilecek durumlar izlenerek, olası ticari kayıpların önüne geçilebiliyor.[5 - 6]

Şekil 2: Kan şekerinin izlenmesini sağlayan iğnesi biyosensör [7]

Biyosensör Üretiminde Yaşanan Zorluklar

50 yılı aşkın bir geçmişi olan biyosensörler, sağladığı avantajlara rağmen endüstride henüz yeni yeni yaygınlaşıyor. Bu yaygınlaşmanın önündeki en büyük engel ise üretim zorlukları.

Biyosensör üretimine geçmeden önce ihtiyaçla ilgili analitin belirlenmesi gerekiyor. Daha sonra bu analitin kesin analizi yapılmalı. Analitle ilgili kesin sonuçlara ulaşılması sonrasında ise performansının test edilmesi en önemli süreçlerden biri. Örneğin, 6 aylık süre sonunda biyosensörlerden alınan yanıtlarda sorunlar meydana gelebiliyor. Ayrıca etik sorunlar da biyosensör üretiminde yaşanan zorluklardan bir diğeri.

Kaynak:

[1] Heineman W.R., Jensen W.B. Leland C. ClarkJr. (1918–2005) Biosens. Bioelectron. 2006;21:1403–1404. doi: 10.1016/j.bios.2005.12.005.
[2] Bergveld P. Development of an ion-sensitivesolid-statedeviceforneurophysiologicalmeasurements. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1970;1(7):70–71. doi: 10.1109/TBME.1970.4502688.
[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4986445/figure/F1/
[4] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4986445/#idm139833417057424title
[5] Yoo E.H., Lee S.Y. Glucosebiosensors: an overview of use in clinicalpractice. Sensors. 2010;10:4558–4576. doi: 10.3390/s100504558
[6] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3292132/
[7] https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/skinlike-biosensor-offers-needlefree-blood-sugar-monitoring