Биосензори – намерете производители и доставчици

Биосензорите откриват биологични или химични вещества с помощта на биологичен разпознавателен елемент и преобразуват реакцията в измерим сигнал.

Те се използват за откриване на вещества като глюкоза, лактат, ензими, антитела, микроорганизми, токсини и други биологични или химични аналити.
Обикновено един биосензор се състои от биологичен разпознавателен елемент, преобразувател и електроника за оценка. Разпознавателният елемент реагира селективно с целевото вещество. Преобразувателят преобразува тази реакция в електрически, оптичен, термичен или механичен сигнал.
Биосензорите се използват в медицинската диагностика, биотехнологията, анализа на храните, мониторинга на околната среда, както и в промишлените анализи и технологичните системи.
В зависимост от приложението те се предлагат като отделни сензорни елементи, измервателни клетки, сонди, тестови ленти, сензори с променлив поток или компоненти на цялостни аналитични инструменти.
По-долу е представен обзор на типичните видове, приложения, предимства, ограничения и важни критерии за избор на биосензори.

Видове биосензори

Ензимни биосензори

Ензимните биосензори използват ензими като биологични елементи за разпознаване.
Ензимът реагира селективно с веществото, което се измерва. Това води до образуването на измерими реакционни продукти или промени, които се регистрират от преобразувателя.
Ензимните биосензори се използват, например, за измерване на глюкоза, лактат, глутамат, глутамин, холестерол или алкохол.
Точността на измерването зависи, наред с други фактори, от ензимната активност, температурата, стойността на pH и състава на пробата.

Имуносензори

Имуносензорите се основават на специфичното свързване между антитела и антигени.
Те могат да откриват протеини, патогени, алергени, токсини и други биологични целеви вещества.
Реакцията на свързване се оценява електрохимично, оптично или чрез промяна в масата на повърхността на сензора.
За да се получат надеждни резултати, кръстосаните реакции с подобни вещества трябва да бъдат сведени до минимум.

Биосензори на базата на нуклеинови киселини

Биосензорите на базата на нуклеинови киселини откриват специфични ДНК или РНК последователности.
За тази цел съответстващи участъци от нуклеинови киселини се фиксират върху повърхността на сензора. Когато целевата последователност се свърже с тази повърхност, се генерира сигнал, който може да бъде оценен.
Такива сензори могат да се използват за откриване на генетични характеристики, биологично замърсяване или определени микроорганизми.

Биосензори на клетъчна основа

Биосензорите на клетъчна основа използват живи клетки или клетъчни компоненти като елементи за разпознаване.
Клетките реагират на специфични вещества, условия на околната среда или токсични въздействия. След това се измерват промените в метаболизма, растежа или други клетъчни функции.
Системите на клетъчна основа се използват във фармацевтичните изпитвания, токсикологията и екологичния анализ.

Електрохимични биосензори

Електрохимичните биосензори преобразуват биологична или химична реакция в електрически сигнал.
В зависимост от конструкцията се измерват електрически токове, напрежения, съпротивления или импеданси.
Електрохимичните биосензори могат да бъдат проектирани в компактни формати и често са подходящи за малки обеми проби, както и за мобилни или автоматизирани измервателни системи.
Въпреки това повърхността на електрода може да бъде засегната от отлагания, замърсявания или компоненти на пробата.

Оптични биосензори

Оптичните биосензори регистрират промени в светлинните сигнали.
Измерваните параметри включват абсорбция, флуоресценция, луминесценция, отражение и промени в показателя на пречупване.
Оптичните биосензори могат да постигнат висока чувствителност и, в зависимост от конструкцията, могат да откриват няколко вещества едновременно.
Мътни, оцветени или силно разсейващи светлината проби могат да попречат на измерването.

Пиезоелектрически биосензори

Пиезоелектрическите биосензори регистрират промени в масата върху осцилираща сензорна повърхност.
Когато целевото вещество се свърже с покритата повърхност, резонансната честота на сензорния елемент се променя.
Такива системи са подходящи за изследване на процесите на свързване. Температурата, вискозитетът и неспецифичните отлагания могат да повлияят на резултата от измерването.

Приложения на биосензорите

Медицинска диагностика

В медицинската диагностика биосензорите се използват за определяне на метаболитни показатели, биомаркери, патогени и други медицински значими параметри.
Сред най-известните приложения са измерването на глюкоза и лактат.
В зависимост от конструкцията си биосензорите могат да бъдат част от лабораторни уреди, преносими измервателни устройства, тестови ленти или непрекъснато работещи измервателни системи.

Биотехнология и ферментация

В биотехнологичните процеси биосензорите следят хранителните вещества, метаболитните продукти и условията на процеса.
Измерените стойности, като глюкоза, лактат, глутамат, глутамин или кислород, предоставят информация за хода на ферментационните процеси и клетъчните култури.
Бързото откриване позволява да се идентифицират отклонения на ранен етап и да се коригират условията на процеса.

Фармацевтични изследвания

В фармацевтичните изследвания биосензорите се използват за изследване на активни вещества, протеини, реакции на свързване и клетъчни реакции.
Те могат да автоматизират серии от измервания и да откриват промени в биологичните процеси в кратък срок.
За получаване на съпоставими резултати са необходими възпроизводими условия на пробите, подходяща калибрация и контролирана повърхност на сензора.

Хранително-вкусова промишленост

Биосензорите могат да откриват съставки, алергени, микроорганизми, токсини и остатъци в храните и напитките.
Те се използват за проверка на суровини, производствени процеси и готови продукти.
Мазнини, протеини, оцветители, частици и други компоненти на пробата могат да повлияят на резултата от измерването. Затова сензорът трябва да е подходящ за съответната хранителна матрица.

Анализ на околната среда

При анализа на околната среда биосензорите се използват за откриване на замърсители, микроорганизми, пестициди и органично замърсяване.
Могат да се анализират вода, отпадъчни води, почвени екстракти и други проби от околната среда.
Здравите корпуси на сензорите, лесната експлоатация и ниската чувствителност към температурни колебания са предимства при мобилните приложения.

Мониторинг на промишлени процеси

Биосензорите могат да бъдат интегрирани в системи за промишлен анализ и контрол на процесите.
Те наблюдават биологични или химични параметри в реактори, тръбопроводи, измервателни клетки и автоматизирани системи за вземане на проби.
Устойчивостта към технологичните среди, достатъчният експлоатационен живот и възможността за почистване или подмяна на сензорния елемент са важни за непрекъснатата работа.

Предимства на биосензорите

• Селективно откриване на конкретни биологични или химични вещества
• Кратко време за измерване
• Ниски изисквания към пробата
• Компактни конструкции
• Възможност за интегриране в мобилни и автоматизирани измервателни системи
• Възможност за непрекъснати или повтарящи се измервания
• Налични са различни елементи за биологично разпознаване
• Разнообразни електрически и оптични изходни сигнали
• Използване в лаборатории, производствени среди и мобилен анализ
• Възможност за директно наблюдение на процеса

Ограничения на биосензорите

• Биологичните разпознавателни елементи могат да бъдат чувствителни към температура, влажност, стойност на pH и химикали.
• Ензимите, антителата, клетките и другите биологични компоненти често имат ограничен срок на съхранение и експлоатация.
• Компоненти от пробата могат да се натрупват върху повърхността на сензора и да променят резултата от измерването.
• Подобни вещества могат да предизвикат кръстосани реакции, в зависимост от разпознаващия елемент.
• Калибрирането може да се промени по време на работа и трябва да се проверява редовно.
• Някои биосензори са предназначени само за еднократна употреба.
• Почистването и регенерирането на сензорите за многократна употреба може да отнеме много време.
• Лабораторните резултати не винаги могат да бъдат пренесени директно към реални проби или промишлени процеси.
• Ефективността на един биосензор често зависи силно от състава на пробата.
• Не за всяко приложение са налице стандартизирани сравнителни стойности от различни производители.

Важни критерии за избор на биосензори

Целево вещество

Първата стъпка е да се определи коя вещество или група от вещества трябва да се открие.
Биосензорът трябва да съдържа подходящ биологичен елемент за разпознаване на съответния аналит.
Трябва да се вземат предвид и възможните съпътстващи вещества и химически сходни съединения, тъй като те могат да повлияят на резултата от измерването.

Диапазон на измерване и граница на откриване

Диапазонът на измерване трябва да обхваща изцяло очакваните концентрации.
За много ниски концентрации се изисква достатъчно нисък праг на откриване.
Въпреки това, особено чувствителен сензор не е автоматично по-добър, ако съответният концентрационен диапазон е значително по-висок.

Селективност

Селективността описва колко специфично реагира биосензорът на целевото вещество.
В сложни проби сходни молекули или други компоненти могат да генерират нежелани сигнали.
Следователно производителят трябва да посочи известните случаи на кръстосана чувствителност и видовете проби, за които сензорът е тестван.

Време за реакция

Необходимото време за реакция зависи от приложението.
За непрекъснато наблюдение на процеса или бързо променящи се измервания сензорът трябва да открива промени в рамките на кратък период.
При индивидуални лабораторни анализи по-дългото време за измерване може да бъде приемливо, ако подобрява чувствителността или точността.

Вид проба и подготовка на пробата

Кръвта, средите за клетъчни култури, храните, отпадъчните води и течностите от промишлени процеси поставят различни изисквания към биосензора.
Вискозитетът, съдържанието на частици, цветът, температурата и химичният състав могат да повлияят на измерването.
Трябва да се определи дали пробата трябва да бъде разредена, филтрирана, подготвена или подложена на температурен контрол.

Срок на експлоатация и стабилност при съхранение

Биологичните елементи за разпознаване могат да загубят активността си по време на съхранение и експлоатация.
Трябва да се вземат предвид срокът на годност, допустимата температура на съхранение, опаковката, защитата от влага и евентуалните изисквания за охлаждане.
При сензорите за многократна употреба е от значение и броят на възможните цикли на измерване или регенерация.

Сензор за еднократна употреба или за многократна употреба

Сензорите за еднократна употреба намаляват изискванията за почистване и риска от пренасяне между пробите.
Сензорите за многократна употреба могат да бъдат по-икономични при чести измервания, но изискват подходящи процедури за почистване, калибриране и регенерация.
Изборът зависи от честотата на измерване, хигиенните изисквания и разходите за едно измерване.

Изходен сигнал и интерфейси

Изходният сигнал трябва да е съвместим със съществуващата система за измерване или управление.
В зависимост от биосензора се предоставят токови, напрежени, честотни, цифрови или оптични сигнали.
Подходящите интерфейси, стабилното предаване на данни и интегрирането в софтуера за анализ са важни за автоматизираните приложения.

Калибриране

Биосензорите изискват подходяща калибрация за предвидения обхват на измерване и типа на пробата.
Трябва да се вземат предвид интервалите за калибриране, еталонните разтвори, температурната компенсация и евентуалното отклонение.
Калибрирането трябва да бъде документирано и проследимо, за да се гарантират съпоставими резултати.

Условия на околната среда и на процеса

Температурата, налягането, влажността, вибрациите, електромагнитните смущения и агресивните среди могат да повлияят на работата.
За промишлени приложения корпусите, уплътненията, повърхностите на сензорите и електрическите връзки трябва да бъдат проектирани за съответните условия.

Почистване и подмяна

При биосензорите за многократна употреба трябва да се определи как повърхността на сензора може да бъде почистена или регенерирана.
Почистващите средства и процедурите за дезинфекция не трябва да увреждат биологичния разпознавателен елемент.
Сменяемият сензорен елемент може да улесни поддръжката и сервизното обслужване.

Обобщение

Биосензорите съчетават биологични разпознавателни елементи с електрически, оптични, термични или механични преобразуватели.
В зависимост от приложението се използват ензимни, имунологични, базирани на нуклеинови киселини, базирани на клетки, електрохимични, оптични или пиезоелектрични биосензори.
Типичните приложения включват медицинска диагностика, биотехнология, фармацевтични изследвания, анализ на храни, мониторинг на околната среда и контрол на промишлени процеси.
Основните критерии за избор включват целевото вещество, обхвата на измерване, селективността, границата на откриване, времето за реакция, типа на пробата, експлоатационния срок и интерфейса.
Тъй като биологичните елементи за разпознаване могат да бъдат чувствителни към условията на околната среда и стареенето, при закупуването трябва да се обърне внимание на съхранението, калибрирането, почистването и подмяната.

Биосензори се предлагат от различни производители и доставчици. Изчерпателна информация за производители и доставчици на биосензори от цял свят може да бъде намерена на Exportpages.