바이오 센서는 생물학적 샘플을 감지 할 수있는 생체 분석 시스템입니다. 이들은 생물학적 샘플을 분석하여 기능, 구성 및 구조를 이해할 수있는 작고 강력한 장치입니다. 이것은 생물학적 신호 또는 반응을 측정 가능한 반응으로 변환함으로써 달성됩니다.
바이오 센서 , 단어를“바이오”와“센서”로 나누면 그들이 무엇인지 더 잘 이해할 수 있습니다.
바이오 센서는 생물학적 샘플을 감지 할 수있는 생체 분석 시스템입니다. 이들은 생물학적 샘플을 분석하여 기능, 구성 및 구조를 이해할 수있는 작고 강력한 장치입니다. 이것은 생물학적 신호 또는 반응을 측정 가능한 반응으로 변환함으로써 달성됩니다.
일상적인 포도당 모니터링에 포도계를 사용하는 사람들, 산소 포화 수준 및 맥박수를 측정하기위한 손가락 펄스 산소 측정기, 신체 활동의 일일 모니터링을위한 스마트 워치를 보았을 것입니다. 이 글루코 미터, 맥박 산소 측정기 및 스마트 워치는 모두 바이오 센서의 예입니다.
이 기술에는 건강 관리에 국한되지 않는 여러 응용 프로그램이 있습니다. 그들은 약물 발견 및 질병 보호에 필수적이며 환경, 토양, 물 및 음식의 질을 모니터링 할 수도 있습니다. 또한 대사 공학, 보철 장치의 적절한 기능을 모니터링하고 생물 페렌스에서 사용됩니다.
"Clark Electrode"로 알려진 첫 번째 바이오 센서는 1956 년 Leland C. Clark에 의해 산소를 감지하기 위해 개발되었습니다. 바이오 센싱 분야에서 그의 연구는 그에게 "바이오 센서의 아버지"로 인정을 받았습니다. 최초의 상업용 바이오 센서는 1975 년“Yellow Springs Instruments”에 의해 개발되었습니다.
이 바이오 센서가 어떻게 작동하는지 봅시다.
혈당계는 혈당 수준을 모니터링하기위한 침습성 바이오 센서의 예입니다. 펄스 산소 미터는 비 침습적 바이오 센서의 예입니다. 스마트 워치는 매일 사용되는 비 침습적 바이오 센서입니다. (사진 크레디트 :Twenty20)
Biosensor의 일반적인 작업
생물학적 샘플 또는 분석 물을 넣으면 바이오 센서에서 바이오 센서는 생물학적 해석을 가진 디지털 독서를 제공합니다. 분석 물은 감지되어야하는 관심있는 물질입니다.
생물학적 구성 요소는 어떻게 디지털 정보 또는 측정 가능한 응답으로 변환됩니까? 이것은 생물학적 인식 요소, 신호 변환기, 신호 증폭기, 신호 프로세서 및 디스플레이 장치와 같은 바이오 센서 내에 존재하는 다양한 구성 요소에 의해 달성됩니다.
이러한 각 구성 요소가 무엇을하는지 봅시다.
생물학적 샘플 (분석 물)이 적용될 때, 인식 요소는 분석 물에 존재하는 바이오 마커를 감지합니다. 바이오 마커는 유기체의 생리학에서 질병 상태의 결정 요인으로 사용될 수있는 화합물 또는 신호 일 수있다. 트랜스 듀서는이 생물학적 변화를 전기 신호로 변환합니다. 이 아날로그 신호는 신호 증폭기에 의해 증폭됩니다. 신호 프로세서는 증폭 된 아날로그 신호를 LCD 화면에 표시되는 디지털 신호로 변환합니다.
바이오 센서의 다른 구성 요소에는 바이오 요소, 트랜스 듀서, 앰프, 프로세서 및 디스플레이 장치가 포함됩니다.
바이오 센서의 특성
생의학 진단에서 바이오 센서의 사용은 일상적인 실험실 기술에 비해 몇 가지 장점을 제시합니다. 작고 사용하기 쉽고 저렴하며 즉각적인 결과를 제공하기 때문에
모든 바이오 센서의 성능은 몇 가지 주요 특성을 기반으로합니다.
바이오 센서는 특정 분석 물의 존재를 감지하는 능력이 선택적이어야합니다. 바이오 센서에 의해 생성 된 결과는 재현 가능해야합니다. 즉, 바이오 센서는 여러 동일한 샘플에 대해 동일한 판독 값을 생성 할 수 있어야합니다.
바이오 센서에 의해 감지 된 값과 종래의 방법으로 얻은 값 사이의 최소한의 변화와 함께 측정은 정확해야합니다. 바이오 센서의 성능은 안정적이어야하며 온도의 외부 변화에 영향을 받아서는 안됩니다. 소량의 분석 물을 감지하는 것이 매우 민감해야하며 분석 물의 넓은 농도 범위에 대해 측정 값이 선형이어야합니다.
.바이오 센서 유형
혈당 수치를 점검하는 데 사용되는 지문 껍질 포도당과 같은 바이오 센서는 사용자가 손가락을 찌르고 혈액 샘플을 생물학적 분석 물로 사용해야합니다. 이것은 침습적 바이오 센서의 예입니다. 대조적으로, 펄스 산소를 사용하려면 사용자가 단순히 손가락을 기기 내부에 삽입해야합니다. 이것은 비 침습적 바이오 센서의 예입니다.
따라서 필요한 생물학적 분석 물질이 어떻게 적용되는지에 따라 바이오 센서는 침습적이거나 비 침습적으로 분류 될 수 있습니다.
바이오 센서는 또한 생물학적 인식 요소의 유형 및 사용 된 형질 도입 메커니즘에 기초하여 분류 될 수있다. 바이오 센서의 인식 요소는 DNA, 항체, 효소, 파지, 조직, 세포 수용체, 미생물 전체 세포 등이 될 수 있습니다.
바이오 센서 설계에 사용되는 트랜스 듀서의 유형에 따라 광학 바이오 센서, 전기 화학 바이오 센서 또는 질량 기반 바이오 센서로 분류 될 수 있습니다.
광 섬유는 형광, 흡수 및 빛의 산란에 기초하여 생물학적 분석 물을 감지함으로써 광학 바이오 센서의 기능에 중요한 역할을한다. 그것들은 본질적으로 비 전기적이며 측정은 굴절률의 변화를 기반으로합니다.
전기 화학 바이오 센서는 본질적으로 전기적이며, 여기서 감지 분자 또는 인식 요소는 샘플 분석 물과 상호 작용합니다. 생성 된 전기 신호는 종종 분석 물의 농도에 비례합니다.
질량 기반 바이오 센서는 생성 된 전기 신호가 감지 분자의 기계적 또는 음향 (사운드) 진동에 비례하는 전기 바이오 센서입니다.
일반적으로 사용되는 바이오 센서
가장 일반적으로 사용되는 바이오 센서는 의심 할 여지없이 포도당-바이오 센서 또는 포도당계이며, 혈액 또는 타액 기반 인 임신 스트립 테스트와 함께 소변 기반입니다.
포도계
상업적으로 생산 된 최초의 포도당 바이오 센서는 1975 년 Yellow Springs 기기에 의해 만들어졌습니다. 그 이후로 포도당 바이오 센서의 설계와 성능은 급격한 발전을 거쳤습니다.
최초의 포도계와 현재 사용되는 포도당의 비교는 바이오 센서 기술이 겪은 기술 발전을 반영합니다.
1 세대 포도당 바이오 센서는 대기 산소를 기질로 사용하고 과산화수소의 생산을 검출했습니다. 2 세대 바이오 센서는 산소를 다른 전자 매개체로 대체하여 전자를 효소에서 전극으로 운반하는 기능이었습니다. 3 세대 바이오 센서는 완전히 시약이 없었습니다. 전자 매개체는 더 이상 사용되지 않았으며 효소는 전자를 전극으로 직접 전달했습니다.
이러한 발전은 혈액 및 타액을 사용한 당뇨병의 적시 선별, 진단 및 관리에 중요했습니다.
사용자의 관점에서, 타액 기반 바이오 센서는 샘플 수집이 비 침습적 (덜 통증)과 감도 향상이 있기 때문에 더 선호 될 수 있습니다.
임신 스트립
가장 일반적으로 사용되는 다른 바이오 센서는 항체 기반이며 혈액 또는 소변에서 HCG (인간 융모 성 생식선 자극 호르핀)의 존재를 결정하는 임신 시험 스트립입니다.
인식 요소는 항 -HCG 항체이며, 이는 혈액/소변의 HCG (존재하는 경우)와 함께 응집되고 응집 라인을 형성한다. 선의 존재는 긍정적 인 테스트를 나타냅니다. 선의 부족은 임신에 대한 부정적인 테스트입니다.
이 그림은 바이오 센서 기술이 시간이 지남에 따라 어떻게 발전했는지에 대한 아이디어를 분명히 제공합니다. 가장 큰 글루코 미터는 최초의 (1983)이며, 2 분짜리 읽기 시간이며, 최신 기술 (2004)의 가장 작은 핸드 헬드 장치는 7 초 단위로 만 있습니다. 임신 시험 키트는 임신을위한 바이오 마커 인 HCG 검출을위한 항체 기반 센서입니다. 한 줄은 임신의 부정적인 지표이며, 두 줄의 존재는 임신을 나타냅니다. (사진 크레디트 :Twenty20)
결론
바이오 센서는 생물학적 지식과 기술 발전의 강력한 통합을 나타냅니다. 그들은 다양한 분야에서 유비쿼터스 용도를 가지고 있습니다. 이 방법은 빠르고 구체적이며 쉽고 사용하기에 저렴하며 시약의 사용이 줄어든 결과를 더 빠르게 제공합니다. 바이오 센서 기술은 지난 2-3 년 동안 드라코 니안 진화를 보았습니다. 이 산업의 미래 비전은 소규모 규모 기술을 만들어서 동시에 더 작고 유용하게 만들 것입니다!
