Bio senzory – najděte výrobce a dodavatele

Biosenzory detekují biologické nebo chemické látky pomocí biologického rozpoznávacího prvku a přeměňují výslednou reakci na měřitelný signál.

Používají se k detekci látek, jako jsou glukóza, laktát, enzymy, protilátky, mikroorganismy, toxiny a další biologické nebo chemické analyty.
Biosenzor se obvykle skládá z biologického rozpoznávacího prvku, převodníku a vyhodnocovací elektroniky. Rozpoznávací prvek selektivně reaguje s cílovou látkou. Převodník tuto reakci převádí na elektrický, optický, tepelný nebo mechanický signál.
Biosenzory se používají v lékařské diagnostice, biotechnologii, analýze potravin, monitorování životního prostředí a v průmyslových analytických a procesních systémech.
V závislosti na použití jsou k dispozici jako jednotlivé snímací prvky, měřicí články, sondy, testovací proužky, průtokové senzory nebo součásti kompletních analytických přístrojů.
Následující text poskytuje přehled typických typů, aplikací, výhod, omezení a důležitých kritérií pro výběr biosenzorů.

Typy biosenzorů

Enzymatické biosenzory

Enzymatické biosenzory využívají enzymy jako biologické rozpoznávací prvky.
Enzym selektivně reaguje s měřenou látkou. Tím vznikají měřitelné reakční produkty nebo změny, které jsou detekovány snímačem.
Enzymatické biosenzory se používají například k měření glukózy, laktátu, glutamátu, glutaminu, cholesterolu nebo alkoholu.
Přesnost měření závisí mimo jiné na enzymové aktivitě, teplotě, hodnotě pH a složení vzorku.

Imunosenzory

Imunosenzory jsou založeny na specifické vazbě mezi protilátkami a antigeny.
Mohou detekovat proteiny, patogeny, alergeny, toxiny a další biologické cílové látky.
Vazebná reakce se vyhodnocuje elektrochemicky, opticky nebo na základě změny hmotnosti na povrchu senzoru.
Pro zajištění spolehlivých výsledků je nutné co nejvíce minimalizovat křížové reakce s podobnými látkami.

Biosenzory na bázi nukleových kyselin

Biosenzory na bázi nukleových kyselin detekují specifické sekvence DNA nebo RNA.
Za tímto účelem jsou na povrchu senzoru imobilizovány odpovídající úseky nukleových kyselin. Jakmile se cílová sekvence naváže na tento povrch, vznikne vyhodnotitelný signál.
Takové senzory lze použít k detekci genetických charakteristik, biologické kontaminace nebo určitých mikroorganismů.

Biosenzory na bázi buněk

Biosenzory na bázi buněk využívají jako rozpoznávací prvky živé buňky nebo buněčné složky.
Buňky reagují na specifické látky, podmínky prostředí nebo toxické vlivy. Následně se měří změny v metabolismu, růstu nebo jiných buněčných funkcích.
Systémy založené na buňkách se používají při farmaceutickém testování, v toxikologii a při analýze životního prostředí.

Elektrochemické biosenzory

Elektrochemické biosenzory převádějí biologickou nebo chemickou reakci na elektrický signál.
V závislosti na konstrukci se měří elektrické proudy, napětí, odpory nebo impedance.
Elektrochemické biosenzory lze navrhnout v kompaktních provedeních a často jsou vhodné pro malé objemy vzorků i pro mobilní nebo automatizované měřicí systémy.
Povrch elektrody však může být ovlivněn usazeninami, kontaminací nebo složkami vzorku.

Optické biosenzory

Optické biosenzory detekují změny ve světelných signálech.
Mezi měřené parametry patří absorpce, fluorescence, luminiscence, odraz a změny indexu lomu.
Optické biosenzory mohou dosahovat vysoké citlivosti a v závislosti na konstrukci mohou detekovat několik látek současně.
Zákalné, zbarvené nebo vzorky s vysokým rozptylem světla mohou měření zhoršit.

Piezoelektrické biosenzory

Piezoelektrické biosenzory detekují změny hmotnosti na kmitajícím povrchu senzoru.
Když se cílová látka naváže na potažený povrch, změní se rezonanční frekvence snímacího prvku.
Takové systémy jsou vhodné pro zkoumání vazebných procesů. Výsledek měření mohou ovlivnit teplota, viskozita a nespecifické usazeniny.

Aplikace biosenzorů

Lékařská diagnostika

V lékařské diagnostice se biosenzory používají ke stanovení metabolických hodnot, biomarkerů, patogenů a dalších medicínsky relevantních parametrů.
Mezi nejznámější aplikace patří měření glukózy a laktátu.
V závislosti na konstrukci mohou být biosenzory součástí laboratorních přístrojů, přenosných měřicích zařízení, testovacích proužků nebo nepřetržitě pracujících měřicích systémů.

Biotechnologie a fermentace

V biotechnologických procesech biosenzory monitorují živiny, metabolické produkty a podmínky procesu.
Naměřené hodnoty, jako je glukóza, laktát, glutamát, glutamin nebo kyslík, poskytují informace o průběhu fermentačních procesů a buněčných kultur.
Rychlá detekce umožňuje včas identifikovat odchylky a upravit podmínky procesu.

Farmaceutický výzkum

Ve farmaceutickém výzkumu se biosenzory používají ke zkoumání účinných látek, proteinů, vazebných reakcí a buněčných odezev.
Mohou automatizovat měřicí série a v krátké době detekovat změny v biologických procesech.
Pro dosažení srovnatelných výsledků jsou nezbytné reprodukovatelné podmínky vzorků, vhodná kalibrace a kontrolovaný povrch senzoru.

Potravinářský a nápojový průmysl

Biosenzory dokáží detekovat složky, alergeny, mikroorganismy, toxiny a rezidua v potravinách a nápojích.
Používají se ke kontrole surovin, výrobních procesů a hotových výrobků.
Výsledek měření mohou ovlivnit tuky, bílkoviny, barviva, částice a další složky vzorku. Senzor proto musí být vhodný pro danou potravinovou matrici.

Analýza životního prostředí

V analýze životního prostředí se biosenzory používají k detekci znečišťujících látek, mikroorganismů, pesticidů a organické kontaminace.
Analyzovat lze vodu, odpadní vodu, půdní extrakty a další vzorky z životního prostředí.
Pro mobilní aplikace jsou výhodou robustní pouzdra senzorů, jednoduchá obsluha a nízká citlivost na teplotní výkyvy.

Monitorování průmyslových procesů

Biosenzory lze integrovat do průmyslových analytických a procesních systémů.
Sledují biologické nebo chemické parametry v reaktorech, potrubích, měřicích článcích a automatizovaných systémech odběru vzorků.
Odolnost vůči procesním médiím, dostatečná životnost a možnost čištění nebo výměny snímacího prvku jsou důležité pro nepřetržitý provoz.

Výhody biosenzorů

• Selektivní detekce konkrétních biologických nebo chemických látek
• Krátké doby měření
• Nízké nároky na vzorek
• Kompaktní provedení
• Integrace do mobilních a automatizovaných měřicích systémů
• Možnost nepřetržitých nebo opakovaných měření
• K dispozici jsou různé biologické rozpoznávací prvky
• Různé elektrické a optické výstupní signály
• Použití v laboratořích, výrobních prostředích a při mobilní analýze
• Možnost přímého monitorování procesu

Omezení biosenzorů

• Biologické rozpoznávací prvky mohou být citlivé na teplotu, vlhkost, hodnotu pH a chemikálie.
• Enzymy, protilátky, buňky a další biologické složky mají často omezenou dobu skladovatelnosti a životnost.
• Na povrchu senzoru se mohou hromadit složky vzorku a ovlivnit výsledek měření.
• V závislosti na rozpoznávacím prvku mohou podobné látky způsobit křížové reakce.
• Kalibrace se může během provozu měnit a je nutné ji pravidelně kontrolovat.
• Některé biosenzory jsou určeny pouze k jednorázovému použití.
• Čištění a regenerace opakovaně použitelných senzorů může být časově náročné.
• Laboratorní výsledky nelze vždy přímo přenést na reálné vzorky nebo průmyslové procesy.
• Výkon biosenzoru často silně závisí na složení vzorku.
• Standardizované srovnávací hodnoty od různých výrobců nejsou k dispozici pro každou aplikaci.

Důležitá kritéria pro výběr biosenzorů

Cílová látka

Prvním krokem je definovat, která látka nebo skupina látek má být detekována.
Biosenzor musí obsahovat vhodný biologický rozpoznávací prvek pro daný analyt.
Je třeba zohlednit také možné doprovodné látky a chemicky podobné sloučeniny, protože mohou ovlivnit výsledek měření.

Měřicí rozsah a detekční limit

Měřicí rozsah musí zcela pokrývat očekávané koncentrace.
U velmi nízkých koncentrací je nutná dostatečně nízká detekční mez.
Zvláště citlivý senzor však není automaticky lepší, pokud je příslušný koncentrační rozsah výrazně vyšší.

Selektivita

Selektivita popisuje, jak specificky biosenzor reaguje na cílovou látku.
V komplexních vzorcích mohou podobné molekuly nebo jiné složky generovat nežádoucí signály.
Výrobce by proto měl specifikovat známé křížové citlivosti a typy vzorků, na které byl senzor testován.

Doba odezvy

Požadovaná doba odezvy závisí na konkrétním použití.
Pro kontinuální monitorování procesů nebo rychle se měnící měření musí senzor detekovat změny v krátkém časovém úseku.
Pro jednotlivé laboratorní analýzy může být přijatelná delší doba měření, pokud tím dojde ke zvýšení citlivosti nebo přesnosti.

Typ vzorku a jeho příprava

Krev, média pro buněčné kultury, potraviny, odpadní vody a kapaliny z průmyslových procesů kladou na biosenzor různé požadavky.
Měření mohou ovlivnit viskozita, obsah částic, barva, teplota a chemické složení.
Je třeba určit, zda je nutné vzorek zředit, filtrovat, upravit nebo regulovat jeho teplotu.

Životnost a skladovací stabilita

Biologické rozpoznávací prvky mohou během skladování a provozu ztratit aktivitu.
Je třeba zohlednit dobu použitelnosti, povolenou skladovací teplotu, balení, ochranu před vlhkostí a případné požadavky na chlazení.
U opakovaně použitelných senzorů je rovněž relevantní počet možných měřicích nebo regeneračních cyklů.

Senzor na jedno použití nebo opakovaně použitelný

Senzory na jedno použití snižují nároky na čištění a riziko přenosu mezi vzorky.
Opakovaně použitelné snímače mohou být při častém měření ekonomičtější, vyžadují však vhodné postupy čištění, kalibrace a regenerace.
Výběr závisí na frekvenci měření, hygienických požadavcích a nákladech na jedno měření.

Výstupní signál a rozhraní

Výstupní signál musí být kompatibilní se stávajícím měřicím nebo řídicím systémem.
V závislosti na typu biosenzoru jsou k dispozici proudové, napěťové, frekvenční, digitální nebo optické signály.
Pro automatizované aplikace jsou důležitá vhodná rozhraní, stabilní přenos dat a integrace do vyhodnocovacího softwaru.

Kalibrace

Biosenzory vyžadují vhodnou kalibraci pro zamýšlený měřicí rozsah a typ vzorku.
Je třeba zohlednit kalibrační intervaly, referenční roztoky, teplotní kompenzaci a možný drift.
Kalibrace by měla být zdokumentována a sledovatelná, aby byly zajištěny srovnatelné výsledky.

Podmínky prostředí a procesu

Provoz mohou ovlivňovat teplota, tlak, vlhkost, vibrace, elektromagnetické rušení a agresivní média.
Pro průmyslové aplikace musí být kryty, těsnění, povrchy senzorů a elektrické přípojky navrženy pro příslušné podmínky.

Čištění a výměna

U opakovaně použitelných biosenzorů je nutné určit, jak lze povrch senzoru čistit nebo regenerovat.
Čisticí prostředky a dezinfekční postupy nesmí poškodit biologický rozpoznávací prvek.
Vyměnitelný snímací prvek může zjednodušit údržbu a servis.

Shrnutí

Biosenzory kombinují biologické rozpoznávací prvky s elektrickými, optickými, tepelnými nebo mechanickými převodníky.
V závislosti na aplikaci se používají enzymatické, imunologické, na bázi nukleových kyselin, buněčné, elektrochemické, optické nebo piezoelektrické biosenzory.
Mezi typické aplikace patří lékařská diagnostika, biotechnologie, farmaceutický výzkum, analýza potravin, monitorování životního prostředí a řízení průmyslových procesů.
Mezi hlavní výběrová kritéria patří cílová látka, měřicí rozsah, selektivita, detekční limit, doba odezvy, typ vzorku, životnost a rozhraní.
Vzhledem k tomu, že biologické rozpoznávací prvky mohou být citlivé na podmínky prostředí a stárnutí, je třeba při jejich pořizování zohlednit skladování, kalibraci, čištění a výměnu.

Biosenzory jsou k dispozici od různých výrobců a dodavatelů. Komplexní informace o výrobcích a dodavatelích biosenzorů z celého světa najdete na Exportpages.