बायोसेंसर

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बायोसेंसर एक विश्लेषणात्मक उपकरण है, जिसका उपयोग किसी रासायनिक पदार्थ का पता लगाने के लिए किया जाता है, जो एक भौतिक रसायन डिटेक्टर के साथ एक जैविक घटक को जोड़ता है।[1][2][3][4] संवेदनशील जैविक तत्व, उदा। ऊतक, सूक्ष्मजीव, ऑर्गेनेल , सेल रिसेप्टर ्स, एंजाइम , एंटीबॉडी , न्यूक्लिक अम्ल , आदि, एक जैविक रूप से व्युत्पन्न सामग्री या बायोमिमेटिक घटक है जो अध्ययन के तहत विश्लेषण के साथ बातचीत करता है, बांधता है या पहचानता है। जैविक रूप से संवेदनशील तत्वों को जैविक इंजीनियरिंग द्वारा भी बनाया जा सकता है। बायोट्रांसड्यूसर या डिटेक्टर तत्व, जो एक सिग्नल को दूसरे सिग्नल में बदल देता है, भौतिक-रासायनिक तरीके से काम करता है: ऑप्टिकल, पीजोइलेक्ट्रिक , इलेक्ट्रोकेमिकल, इलेक्ट्रोकेमिलुमिनेसिसेंस आदि, जैविक तत्व के साथ विश्लेषण की बातचीत के परिणामस्वरूप, आसानी से मापने और मात्रा निर्धारित करने के लिए। बायोसेंसर रीडर डिवाइस संबंधित इलेक्ट्रॉनिक्स या सिग्नल प्रोसेसर से जुड़ता है जो मुख्य रूप से उपयोगकर्ता के अनुकूल तरीके से परिणामों के प्रदर्शन के लिए जिम्मेदार होते हैं।[5] यह कभी-कभी सेंसर डिवाइस के सबसे महंगे हिस्से के लिए होता है, हालांकि उपयोगकर्ता के अनुकूल प्रदर्शन उत्पन्न करना संभव है जिसमें ट्रांसड्यूसर और संवेदनशील तत्व (होलोग्राफिक सेंसर ) शामिल हैं। पाठक आमतौर पर बायोसेंसर के विभिन्न कार्य सिद्धांतों के अनुरूप कस्टम-डिज़ाइन और निर्मित होते हैं।

बायोसेंसर प्रणाली

एक बायोसेंसर में आमतौर पर एक बायो-रिसेप्टर (एंजाइम / एंटीबॉडी / सेल / न्यूक्लिक एसिड / एप्टैमर), ट्रांसड्यूसर घटक (अर्ध-संचालन सामग्री / नैनोमटेरियल), और इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली होता है जिसमें संकेत प्रवर्धक , प्रोसेसर और डिस्प्ले शामिल होता है।[6] ट्रांसड्यूसर और इलेक्ट्रॉनिक्स को जोड़ा जा सकता है, उदाहरण के लिए, सीएमओएस -आधारित माइक्रोसेंसर सिस्टम में।[7][8] मान्यता घटक, जिसे अक्सर बायोरिसेप्टर कहा जाता है, ब्याज के विश्लेषण के साथ बातचीत करने के लिए जैविक प्रणालियों के बाद बनाए गए जीवों या रिसेप्टर्स से बायोमोलेक्यूल्स का उपयोग करता है। इस इंटरैक्शन को बायोट्रांसड्यूसर द्वारा मापा जाता है जो नमूने में लक्ष्य विश्लेषण की उपस्थिति के अनुपात में एक औसत दर्जे का संकेत आउटपुट करता है। बायोसेंसर के डिजाइन का सामान्य उद्देश्य चिंता या देखभाल के बिंदु पर त्वरित, सुविधाजनक परीक्षण को सक्षम करना है जहां नमूना प्राप्त किया गया था।[1][9][10]


बायोरिसेप्टर

संयोजक डीएनए पुस्तकालयों की जांच के लिए उपयोग किए जाने वाले बायोसेंसर

बायोसेंसर में, बायोरिसेप्टर को ट्रांसड्यूसर द्वारा मापने योग्य प्रभाव उत्पन्न करने के लिए ब्याज के विशिष्ट विश्लेषण के साथ बातचीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अन्य रासायनिक या जैविक घटकों के मैट्रिक्स के बीच विश्लेषण के लिए उच्च बाध्यकारी चयनात्मकता बायोरिसेप्टर की एक प्रमुख आवश्यकता है। जबकि उपयोग किए जाने वाले बायोमोलेक्यूल का प्रकार व्यापक रूप से भिन्न हो सकता है, बायोसेंसर को सामान्य प्रकार के बायोरिसेप्टर इंटरैक्शन के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है जिसमें शामिल हैं: एंटीबॉडी / एंटीजन,[11] एंजाइम/लिगैंड्स, न्यूक्लिक एसिड/डीएनए, सेलुलर संरचनाएं/कोशिकाएं, या बायोमिमेटिक सामग्री।[12][13]


एंटीबॉडी /एंटीजन परस्पर क्रिया

एक प्रतिरक्षा एक विशिष्ट यौगिक या प्रतिजन के लिए एंटीबॉडी के बहुत विशिष्ट बंधन संबंध का उपयोग करता है। एंटीबॉडी-एंटीजन इंटरैक्शन की विशिष्ट प्रकृति लॉक और की फिट के समान होती है जिसमें एंटीजन केवल एंटीबॉडी से बंधेगा यदि इसकी सही संरचना है। बाध्यकारी घटनाओं के परिणामस्वरूप एक भौतिक-रासायनिक परिवर्तन होता है जो एक ट्रेसर के साथ संयोजन में, जैसे कि फ्लोरोसेंट अणु, एंजाइम, या रेडियोआइसोटोप, एक संकेत उत्पन्न कर सकता है। सेंसर में एंटीबॉडी का उपयोग करने के साथ सीमाएं हैं: 1. एंटीबॉडी बाध्यकारी क्षमता परख की स्थिति (जैसे पीएच और तापमान) पर दृढ़ता से निर्भर है, और 2. एंटीबॉडी-एंटीजन इंटरैक्शन आम तौर पर मजबूत है, हालांकि, अराजक अभिकर्मकों द्वारा बाध्यकारी को बाधित किया जा सकता है, कार्बनिक सॉल्वैंट्स, या यहां तक ​​कि अल्ट्रासोनिक विकिरण।[14][15] एंटीबॉडी-एंटीजन इंटरैक्शन का उपयोग सीरम विज्ञान के लिए भी किया जा सकता है, या किसी विशिष्ट बीमारी के जवाब में एंटीबॉडी को प्रसारित करने का पता लगाया जा सकता है। महत्वपूर्ण रूप से, सीरोलॉजी परीक्षण COVID-19 महामारी की वैश्विक प्रतिक्रिया का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन गए हैं।[16]


कृत्रिम बाध्यकारी प्रोटीन

बायोसेंसर के जैव-पहचान घटक के रूप में एंटीबॉडी के उपयोग में कई कमियां हैं। उनके पास उच्च आणविक भार और सीमित स्थिरता है, उनमें आवश्यक डाइसल्फ़ाइड बांड होते हैं और उत्पादन के लिए महंगे होते हैं। इन सीमाओं को पार करने के लिए एक दृष्टिकोण में, एंटीबॉडी के पुनः संयोजक बाध्यकारी टुकड़े (टुकड़ा प्रतिजन-बाध्यकारी , टुकड़ा चर या एससीएफवी ) या डोमेन (वीएच, वीएचएच ) को इंजीनियर किया गया है।[17] एक अन्य दृष्टिकोण में, अनुकूल जैव-भौतिक गुणों वाले छोटे प्रोटीन मचानों को एंटीजन बाइंडिंग प्रोटीन (एजीबीपी) के कृत्रिम परिवारों को उत्पन्न करने के लिए इंजीनियर किया गया है, जो मूल अणु के अनुकूल गुणों को बनाए रखते हुए विभिन्न लक्ष्य प्रोटीनों के लिए विशिष्ट बंधन में सक्षम हैं। परिवार के तत्व जो विशेष रूप से किसी दिए गए लक्ष्य प्रतिजन से बंधे होते हैं, अक्सर प्रदर्शन तकनीकों द्वारा इन विट्रो में चुने जाते हैं: फेज डिस्प्ले , राइबोसोम डिस्प्ले , खमीर प्रदर्शन या एमआरएनए डिस्प्ले । कृत्रिम बाध्यकारी प्रोटीन एंटीबॉडी (आमतौर पर 100 अमीनो-एसिड अवशेषों से कम) की तुलना में बहुत छोटे होते हैं, एक मजबूत स्थिरता होती है, डाइसल्फ़ाइड बांड की कमी होती है और एंटीबॉडी और उनके डेरिवेटिव के विपरीत, बैक्टीरिया साइटोप्लाज्म जैसे सेलुलर वातावरण को कम करने में उच्च उपज में व्यक्त किया जा सकता है। .[18][19] वे इस प्रकार बायोसेंसर बनाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं।[20][21]


एंजाइमी अंतःक्रियाएं

एंजाइमों की विशिष्ट बाध्यकारी क्षमताएं और उत्प्रेरक गतिविधि उन्हें लोकप्रिय बायोरिसेप्टर बनाती हैं। विश्लेषण को कई संभावित तंत्रों के माध्यम से सक्षम किया जाता है: 1) विश्लेषक को एक उत्पाद में परिवर्तित करने वाला एंजाइम जो सेंसर-डिटेक्टेबल है, 2) विश्लेषण द्वारा एंजाइम अवरोध या सक्रियण का पता लगाता है, या 3) विश्लेषण के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप एंजाइम गुणों के संशोधन की निगरानी करता है। .[15]बायोसेंसर में एंजाइमों के सामान्य उपयोग के मुख्य कारण हैं: 1) बड़ी संख्या में प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने की क्षमता; 2) एनालिटिक्स के एक समूह (सब्सट्रेट, उत्पाद, अवरोधक, और उत्प्रेरक गतिविधि के न्यूनाधिक) का पता लगाने की क्षमता; और 3) विश्लेषण का पता लगाने के लिए कई अलग-अलग पारगमन विधियों के साथ उपयुक्तता। विशेष रूप से, चूंकि प्रतिक्रियाओं में एंजाइमों का सेवन नहीं किया जाता है, इसलिए बायोसेंसर को आसानी से लगातार इस्तेमाल किया जा सकता है। एंजाइमों की उत्प्रेरक गतिविधि भी सामान्य बाध्यकारी तकनीकों की तुलना में पता लगाने की निचली सीमा की अनुमति देती है। हालांकि, सेंसर का जीवनकाल एंजाइम की स्थिरता से सीमित होता है।

एफ़िनिटी बाइंडिंग रिसेप्टर्स

एंटीबॉडीज में 10^8 L/mol से अधिक का एक उच्च बाध्यकारी स्थिरांक होता है, जो एंटीजन-एंटीबॉडी जोड़े के बनने के बाद लगभग अपरिवर्तनीय जुड़ाव के लिए खड़ा होता है। शर्करा एफ़िनिटी बाइंडिंग प्रोटीन जैसे कुछ विश्लेषण अणुओं के लिए मौजूद हैं जो एक एंटीबॉडी की तरह एक उच्च संवेदनशीलता और विशिष्टता के साथ अपने लिगैंड को बांधते हैं, लेकिन 10^2 से 10^4 एल/मोल के क्रम पर बहुत छोटे बाध्यकारी स्थिरांक के साथ। तब विश्लेषण और ग्राही के बीच संबंध प्रतिवर्ती प्रक्रिया (ऊष्मप्रवैगिकी) प्रकृति का होता है और दोनों के बीच जोड़े के बगल में भी उनके मुक्त अणु एक औसत दर्जे की एकाग्रता में होते हैं। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज के मामले में, कंकवलिन ए एफ़िनिटी रिसेप्टर के रूप में कार्य कर सकता है जो 4x10^2 एल/मोल के बाध्यकारी स्थिरांक को प्रदर्शित करता है।[22] 1979 में शुल्त्स और सिम्स द्वारा बायोसेंसिंग के प्रयोजनों के लिए एफ़िनिटी बाइंडिंग रिसेप्टर्स का उपयोग प्रस्तावित किया गया है [23] और बाद में 4.4 और 6.1 मिमीोल/ली के बीच संबंधित रक्त शर्करा में ग्लूकोज को मापने के लिए फ्लोरोसेंट परख में कॉन्फ़िगर किया गया था।[24] सेंसर सिद्धांत का यह फायदा है कि यह रासायनिक प्रतिक्रिया में विश्लेषण का उपभोग नहीं करता है जैसा कि एंजाइमैटिक assays में होता है।

न्यूक्लिक एसिड इंटरैक्शन

न्यूक्लिक एसिड आधारित रिसेप्टर्स को नियोजित करने वाले बायोसेंसर या तो पूरक बेस पेयरिंग इंटरैक्शन पर आधारित हो सकते हैं जिन्हें जीनोसेंसर कहा जाता है या विशिष्ट न्यूक्लिक एसिड आधारित एंटीबॉडी मिमिक (एप्टामर्स) को एप्टैसेंसर के रूप में संदर्भित किया जाता है।[25] पूर्व में, मान्यता प्रक्रिया पूरक आधार युग्मन, एडेनिन: थाइमिन और साइटोसिन: डीएनए में गुआनिन के सिद्धांत पर आधारित है। यदि लक्ष्य न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम ज्ञात है, तो पूरक अनुक्रमों को संश्लेषित किया जा सकता है, लेबल किया जा सकता है, और फिर सेंसर पर स्थिर किया जा सकता है। संकरण घटना का वैकल्पिक रूप से पता लगाया जा सकता है और लक्ष्य डीएनए/आरएनए की उपस्थिति का पता लगाया जा सकता है। उत्तरार्द्ध में, लक्ष्य के खिलाफ उत्पन्न aptamers विशिष्ट गैर-सहसंयोजक बातचीत और प्रेरित फिटिंग के परस्पर क्रिया के माध्यम से इसे पहचानते हैं। इन aptamers को ऑप्टिकल डिटेक्शन के लिए आसानी से फ्लोरोफोर / मेटल नैनोपार्टिकल्स के साथ लेबल किया जा सकता है या लक्ष्य अणुओं की एक विस्तृत श्रृंखला या कोशिकाओं और वायरस जैसे जटिल लक्ष्यों के लिए लेबल-मुक्त इलेक्ट्रोकेमिकल या कैंटिलीवर आधारित डिटेक्शन प्लेटफॉर्म के लिए नियोजित किया जा सकता है।[26][27] इसके अतिरिक्त, aptamers को न्यूक्लिक एसिड एंजाइमों के साथ जोड़ा जा सकता है, जैसे कि RNA-क्लीविंग DNAzymes, एक एकल अणु में लक्ष्य पहचान और सिग्नल जनरेशन दोनों प्रदान करते हैं, जो मल्टीप्लेक्स बायोसेंसर के विकास में संभावित अनुप्रयोगों को दर्शाता है।[28]


एपिजेनेटिक्स

यह प्रस्तावित किया गया है कि कैंसर या अन्य बीमारियों से प्रभावित रोगियों के शरीर के तरल पदार्थों में एपिजेनेटिक संशोधनों (जैसे डीएनए मिथाइलेशन, हिस्टोन पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों) का पता लगाने के लिए ठीक से अनुकूलित एकीकृत ऑप्टिकल रेज़ोनेटर का उपयोग किया जा सकता है।[29] अल्ट्रा-सेंसिटिविटी वाले फोटोनिक बायोसेंसर आजकल एक शोध स्तर पर विकसित किए जा रहे हैं ताकि मरीज के मूत्र में कैंसर कोशिकाओं का आसानी से पता लगाया जा सके।[30] विभिन्न शोध परियोजनाओं का उद्देश्य ऐसे नए पोर्टेबल उपकरणों को विकसित करना है जो सस्ते, पर्यावरण के अनुकूल, डिस्पोजेबल कार्ट्रिज का उपयोग करते हैं जिन्हें विशेषज्ञ तकनीशियनों द्वारा आगे की प्रक्रिया, धुलाई या हेरफेर की आवश्यकता के बिना केवल सरल हैंडलिंग की आवश्यकता होती है।[31]


ऑर्गेनेल

ऑर्गेनेल कोशिकाओं के अंदर अलग-अलग डिब्बे बनाते हैं और आमतौर पर स्वतंत्र रूप से कार्य करते हैं। विभिन्न प्रकार के जीवों में विभिन्न चयापचय मार्ग होते हैं और इसके कार्य को पूरा करने के लिए एंजाइम होते हैं। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले जीवों में लाइसोसोम, क्लोरोप्लास्ट और माइटोकॉन्ड्रिया शामिल हैं। कैल्शियम का स्थानिक-लौकिक वितरण पैटर्न सर्वव्यापी सिग्नलिंग मार्ग से निकटता से संबंधित है। माइटोकॉन्ड्रिया कार्य को नियंत्रित करने के लिए कैल्शियम आयनों के चयापचय में सक्रिय रूप से भाग लेते हैं और कैल्शियम से संबंधित सिग्नलिंग मार्ग को भी संशोधित करते हैं। प्रयोगों ने साबित कर दिया है कि माइटोकॉन्ड्रिया में कैल्शियम चैनल खोलकर उनकी निकटता में उत्पन्न उच्च कैल्शियम सांद्रता का जवाब देने की क्षमता है।[32] इस तरह, माइटोकॉन्ड्रिया का उपयोग माध्यम में कैल्शियम एकाग्रता का पता लगाने के लिए किया जा सकता है और उच्च स्थानिक संकल्प के कारण पता लगाना बहुत संवेदनशील है। जल प्रदूषण का पता लगाने के लिए माइटोकॉन्ड्रिया के एक अन्य अनुप्रयोग का उपयोग किया जाता है। डिटर्जेंट यौगिकों की विषाक्तता माइटोकॉन्ड्रिया सहित कोशिका और उपकोशिकीय संरचना को नुकसान पहुंचाएगी। डिटर्जेंट एक सूजन प्रभाव का कारण बनेंगे जिसे एक अवशोषण परिवर्तन द्वारा मापा जा सकता है। प्रयोग डेटा से पता चलता है कि परिवर्तन दर डिटर्जेंट एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, जो सटीकता का पता लगाने के लिए एक उच्च मानक प्रदान करता है।[33]


कोशिकाएं

कोशिकाओं का उपयोग अक्सर बायोरिसेप्टर में किया जाता है क्योंकि वे आसपास के वातावरण के प्रति संवेदनशील होते हैं और वे सभी प्रकार के उत्तेजक पदार्थों का जवाब दे सकते हैं। कोशिकाएं सतह से जुड़ी होती हैं ताकि उन्हें आसानी से स्थिर किया जा सके। ऑर्गेनेल की तुलना में वे लंबे समय तक सक्रिय रहते हैं और प्रजनन क्षमता उन्हें पुन: प्रयोज्य बनाती है। वे आमतौर पर तनाव की स्थिति, विषाक्तता और कार्बनिक डेरिवेटिव जैसे वैश्विक मापदंडों का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। उनका उपयोग दवाओं के उपचार प्रभाव की निगरानी के लिए भी किया जा सकता है। एक आवेदन जड़ी-बूटियों को निर्धारित करने के लिए कोशिकाओं का उपयोग करना है जो मुख्य जलीय संदूषक हैं।[34] माइक्रोएल्गे एक क्वार्ट्ज माइक्रोफ़ाइबर पर फंस जाते हैं और हर्बीसाइड्स द्वारा संशोधित क्लोरोफिल फ्लोरोसेंस ऑप्टिकल फाइबर बंडल की नोक पर एकत्र किया जाता है और फ्लोरीमीटर को प्रेषित किया जाता है। इष्टतम माप प्राप्त करने के लिए शैवाल को लगातार सुसंस्कृत किया जाता है। परिणाम बताते हैं कि कुछ जड़ी-बूटियों का पता लगाने की सीमा उप-पीपीबी एकाग्रता स्तर तक पहुंच सकती है। कुछ कोशिकाओं का उपयोग माइक्रोबियल जंग की निगरानी के लिए भी किया जा सकता है।[35] स्यूडोमोनास सपा। कोरोडेड सामग्री की सतह से अलग किया जाता है और एसिटाइलसेल्यूलोज झिल्ली पर स्थिर होता है। श्वसन गतिविधि ऑक्सीजन की खपत को मापकर निर्धारित की जाती है। उत्पन्न धारा और सल्फ्यूरिक एसिड की सांद्रता के बीच रैखिक संबंध है। प्रतिक्रिया समय कोशिकाओं और आसपास के वातावरण की लोडिंग से संबंधित है और इसे 5 मिनट से अधिक नहीं नियंत्रित किया जा सकता है।

ऊतक

मौजूदा एंजाइमों की प्रचुरता के लिए बायोसेंसर के लिए ऊतकों का उपयोग किया जाता है। बायोसेंसर के रूप में ऊतकों के लाभों में निम्नलिखित शामिल हैं:[36]

  • कोशिकाओं और ऑर्गेनेल की तुलना में स्थिर करना आसान है
  • प्राकृतिक वातावरण में एंजाइमों को बनाए रखने से उच्च गतिविधि और स्थिरता
  • उपलब्धता और कम कीमत
  • एंजाइमों के निष्कर्षण, अपकेंद्रित्र और शुद्धिकरण के थकाऊ काम से बचाव
  • एक एंजाइम के कार्य करने के लिए आवश्यक सहकारक मौजूद हैं
  • विविधता विभिन्न उद्देश्यों से संबंधित विकल्पों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

ऊतकों के कुछ नुकसान भी मौजूद हैं, जैसे अन्य एंजाइमों के हस्तक्षेप के कारण विशिष्टता की कमी और परिवहन अवरोध के कारण लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय।

माइक्रोबियल बायोसेंसर

माइक्रोबियल बायोसेंसर किसी दिए गए पदार्थ के लिए बैक्टीरिया की प्रतिक्रिया का फायदा उठाते हैं। उदाहरण के लिए, कई जीवाणु टैक्सोन में पाए जाने वाले आर्स ऑपेरॉन का उपयोग करके हरताल का पता लगाया जा सकता है।[37]


जैविक तत्वों का सतही लगाव

नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए एक्सोसोम को सेंसिंग एक ग्राफीन सतह से बांधता है

बायोसेंसर का एक महत्वपूर्ण हिस्सा जैविक तत्वों (छोटे अणु/प्रोटीन/कोशिकाओं) को सेंसर की सतह से जोड़ना है (चाहे वह धातु, बहुलक या कांच हो)। सतह को जैविक तत्वों के साथ कोट करने के लिए भूतल इंजीनियरिंग करने का सबसे आसान तरीका है। यह सिलिकॉन चिप्स/सिलिका ग्लास के मामले में पॉलीलीसिन, एमिनोसिलेन, एपॉक्सीसिलेन या नाइट्रोसेल्यूलोज द्वारा किया जा सकता है। इसके बाद, बाध्य जैविक एजेंट को भी तय किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, वैकल्पिक रूप से चार्ज किए गए बहुलक कोटिंग्स के परत दर परत बयान।[38]

वैकल्पिक रूप से, त्रि-आयामी जाली (हाइड्रोजेल / ज़ेरोगेल ) का उपयोग रासायनिक या शारीरिक रूप से इन्हें फंसाने के लिए किया जा सकता है (जिससे रासायनिक रूप से फंसने का मतलब यह है कि जैविक तत्व को एक मजबूत बंधन द्वारा रखा जाता है, जबकि शारीरिक रूप से उन्हें जगह में रखा जाता है ताकि वे असमर्थ हों। जेल मैट्रिक्स के छिद्रों से गुजरते हैं)। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला हाइड्रोजेल SOL-जेल , ग्लासी सिलिका है जो सिलिकेट मोनोमर्स (टेट्रा एल्काइल ऑर्थोसिलिकेट्स के रूप में जोड़ा जाता है, जैसे कि टेट्रामेथाइल ऑर्थोसिलिकेट या टेट्राएथिल ओर्थोसिलिकेट के रूप में जोड़ा जाता है) जैविक तत्वों की उपस्थिति में उत्पन्न होता है (अन्य स्थिर पॉलिमर के साथ, जैसे पॉलीथीन ग्लाइकॉल ) शारीरिक फंसाने के मामले में।[39] हाइड्रोजेल का एक अन्य समूह, जो कोशिकाओं या प्रोटीन के लिए उपयुक्त परिस्थितियों में सेट होता है, एक्रिलेट बहुलक हाइड्रोजेल है, जो रेडिकल सर्जक पर पोलीमराइज़ करता है। एक प्रकार का रेडिकल सर्जक एक पेरोक्साइड रेडिकल है, जो आमतौर पर टेट्रामेथिलथिलीनडायमाइन के साथ एक अमोनियम परसल्फेट के संयोजन से उत्पन्न होता है (पॉलीएक्रिलामाइड जेल भी आमतौर पर प्रोटीन वैद्युतकणसंचलन के लिए उपयोग किया जाता है),[40] वैकल्पिक रूप से प्रकाश का उपयोग एक photoinitiator के साथ संयोजन में किया जा सकता है, जैसे कि DMPA (2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone)।[41] एक सेंसर के जैविक घटकों की नकल करने वाली स्मार्ट सामग्री को केवल सक्रिय या उत्प्रेरक साइट या बायोमोलेक्यूल के अनुरूप विन्यास का उपयोग करके बायोसेंसर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।[42]


बायोट्रांसड्यूसर

Main article: Biotransducer
बायोट्रांसड्यूसर के प्रकार के आधार पर बायोसेंसरों का वर्गीकरण

बायोसेंसर को उनके बायोट्रांसड्यूसर प्रकार द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है। बायोसेंसर में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य प्रकार के बायोट्रांसड्यूसर हैं:

  • इलेक्ट्रोकेमिकल बायोसेंसर
  • ऑप्टिकल बायोसेंसर
  • इलेक्ट्रॉनिक बायोसेंसर
  • पीजोइलेक्ट्रिक बायोसेंसर
  • ग्रेविमेट्रिक बायोसेंसर
  • पायरोइलेक्ट्रिक बायोसेंसर
  • चुंबकीय बायोसेंसर

विद्युत रासायनिक

इलेक्ट्रोकेमिकल बायोसेंसर आम तौर पर एक प्रतिक्रिया के एंजाइमेटिक कटैलिसीस पर आधारित होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन या उपभोग करते हैं (ऐसे एंजाइमों को रेडॉक्स एंजाइम कहा जाता है)। सेंसर सब्सट्रेट में आमतौर पर तीन इलेक्ट्रोड होते हैं; एक संदर्भ इलेक्ट्रोड, एक कार्यशील इलेक्ट्रोड और एक काउंटर इलेक्ट्रोड। लक्ष्य विश्लेषण सक्रिय इलेक्ट्रोड सतह पर होने वाली प्रतिक्रिया में शामिल होता है, और प्रतिक्रिया या तो दोहरी परत (वर्तमान उत्पादन) में इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण का कारण बन सकती है या डबल परत क्षमता (वोल्टेज का उत्पादन) में योगदान कर सकती है। हम या तो एक निश्चित क्षमता पर वर्तमान (इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की दर अब विश्लेषक एकाग्रता के आनुपातिक है) को माप सकते हैं या क्षमता को शून्य वर्तमान पर मापा जा सकता है (यह एक लॉगरिदमिक प्रतिक्रिया देता है)। ध्यान दें कि कार्यशील या सक्रिय इलेक्ट्रोड की क्षमता स्पेस चार्ज संवेदनशील है और इसका अक्सर उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, छोटे पेप्टाइड्स और प्रोटीन की लेबल-मुक्त और प्रत्यक्ष विद्युत पहचान बायो-एफईटी आईएसएफईटी | आयन-संवेदनशील [[ क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर ]] का उपयोग करके उनके आंतरिक शुल्कों से संभव है।[43] एक अन्य उदाहरण, पोटेंशियोमेट्रिक बायोसेंसर, (शून्य करंट पर उत्पादित क्षमता) एक उच्च गतिशील रेंज के साथ एक लघुगणकीय प्रतिक्रिया देता है। ऐसे बायोसेंसर अक्सर प्लास्टिक सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रोड पैटर्न को स्क्रीन प्रिंटिंग द्वारा बनाए जाते हैं, जो एक कंडक्टिंग पॉलीमर के साथ लेपित होते हैं और फिर कुछ प्रोटीन (एंजाइम या एंटीबॉडी) संलग्न होते हैं। उनके पास केवल दो इलेक्ट्रोड हैं और बेहद संवेदनशील और मजबूत हैं। वे पहले केवल एचपीएलसी और एलसी/एमएस द्वारा प्राप्त किए जा सकने वाले स्तरों पर और कठोर नमूना तैयार किए बिना विश्लेषणों का पता लगाने में सक्षम बनाते हैं। सभी बायोसेंसर में आमतौर पर न्यूनतम नमूना तैयार करना शामिल होता है क्योंकि संबंधित विश्लेषण के लिए जैविक संवेदन घटक अत्यधिक चयनात्मक होता है। सेंसर की सतह पर होने वाले परिवर्तनों के कारण संवाहक बहुलक परत में विद्युत रासायनिक और भौतिक परिवर्तनों से संकेत उत्पन्न होता है। इस तरह के परिवर्तनों को आयनिक शक्ति, पीएच, जलयोजन और रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, बाद में एंजाइम लेबल एक सब्सट्रेट पर बदल जाता है।[44] फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर, जिसमें धातु गेट क्षेत्र को एंजाइम या एंटीबॉडी के साथ संशोधित किया गया है, विभिन्न विश्लेषणों की बहुत कम सांद्रता का भी पता लगा सकता है क्योंकि एफईटी के गेट क्षेत्र में विश्लेषक के बंधन के कारण नाली-स्रोत वर्तमान में परिवर्तन होता है। .

प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी आधारित बायोसेंसर विकास आजकल कर्षण प्राप्त कर रहा है और इस तरह के कई उपकरण / विकास शिक्षा और उद्योग में पाए जाते हैं। एक नैनोपोरस एल्यूमिना झिल्ली का उपयोग करते हुए 4-इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोकेमिकल सेल पर आधारित एक ऐसा उपकरण, सीरम एल्ब्यूमिन की उच्च पृष्ठभूमि की उपस्थिति में मानव अल्फा थ्रोम्बिन की कम सांद्रता का पता लगाने के लिए दिखाया गया है।[45] प्रतिबाधा बायोसेंसर के लिए भी इंटरडिजिटेटेड इलेक्ट्रोड का उपयोग किया गया है।[46]


आयन चैनल स्विच

आईसीएस - चैनल खुला
आईसीएस - चैनल बंद

अत्यधिक संवेदनशील पहचान की पेशकश करने के लिए आयन चैनलों का उपयोग दिखाया गया है

लक्ष्य जैविक अणुओं की।[47] एक सोने के इलेक्ट्रोड से जुड़े समर्थित या मॉडल लिपिड बाईलेयर (टी-बीएलएम) में आयन चैनलों को एम्बेड करके, एक विद्युत सर्किट बनाया जाता है। एंटीबॉडी जैसे कैप्चर अणुओं को आयन चैनल से बांधा जा सकता है ताकि लक्ष्य अणु का बंधन चैनल के माध्यम से आयन प्रवाह को नियंत्रित करे। इसके परिणामस्वरूप विद्युत चालन में एक औसत दर्जे का परिवर्तन होता है जो लक्ष्य की एकाग्रता के समानुपाती होता है।

एक आयन चैनल स्विच (आईसीएस) बायोसेंसर को ग्रैमिकिडिन, एक डिमेरिक पेप्टाइड चैनल का उपयोग करके एक टिथर्ड बाइलेयर झिल्ली में बनाया जा सकता है।[48] ग्रैमिकिडिन का एक पेप्टाइड, संलग्न एंटीबॉडी के साथ, मोबाइल है और एक स्थिर है। डिमर को तोड़ने से झिल्ली के माध्यम से आयनिक धारा रुक जाती है। हाइड्रोफिलिक स्पेसर का उपयोग करके धातु की सतह से झिल्ली को अलग करके विद्युत संकेत में परिवर्तन की भयावहता बहुत बढ़ जाती है।

विभिन्न झिल्ली और कैप्चर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके प्रोटीन, बैक्टीरिया, दवा और विषाक्त पदार्थों सहित लक्ष्य प्रजातियों के एक व्यापक वर्ग की मात्रात्मक पहचान का प्रदर्शन किया गया है।[49][50] यूरोपीय अनुसंधान परियोजना Greensense नशीली दवाओं के दुरुपयोग जैसे THC, मॉर्फिन और कोकीन की मात्रात्मक जांच करने के लिए एक बायोसेंसर विकसित करती है [51] लार और मूत्र में।

अभिकर्मक रहित फ्लोरोसेंट बायोसेंसर

एक अभिकर्मक रहित बायोसेंसर अतिरिक्त अभिकर्मक के बिना एक जटिल जैविक मिश्रण में लक्ष्य विश्लेषण की निगरानी कर सकता है। इसलिए, यह लगातार कार्य कर सकता है यदि एक ठोस समर्थन पर स्थिर हो। एक फ्लोरोसेंट बायोसेंसर अपने प्रतिदीप्ति गुणों के परिवर्तन द्वारा अपने लक्ष्य विश्लेषण के साथ बातचीत पर प्रतिक्रिया करता है। एक अभिकर्मक रहित फ्लोरोसेंट बायोसेंसर (आरएफ बायोसेंसर) एक जैविक रिसेप्टर को एकीकृत करके प्राप्त किया जा सकता है, जिसे लक्ष्य विश्लेषण के खिलाफ निर्देशित किया जाता है, और एक सॉल्वैटोक्रोमिज़्म फ्लोरोफोर, जिसका उत्सर्जन गुण एक एकल मैक्रोमोलेक्यूल में अपने स्थानीय पर्यावरण की प्रकृति के प्रति संवेदनशील होते हैं। फ्लोरोफोर मान्यता घटना को मापने योग्य ऑप्टिकल सिग्नल में ट्रांसड्यूस करता है। बाहरी फ्लोरोफोर्स का उपयोग, जिनके उत्सर्जन गुण प्रोटीन, ट्रिप्टोफैन और टाइरोसिन के आंतरिक फ्लोरोफोर्स से व्यापक रूप से भिन्न होते हैं, जटिल जैविक मिश्रणों में विश्लेषण का तुरंत पता लगाने और इसकी मात्रा निर्धारित करने में सक्षम बनाता है। फ्लोरोफोर का एकीकरण ऐसी साइट पर किया जाना चाहिए जहां यह रिसेप्टर की आत्मीयता को प्रभावित किए बिना विश्लेषण के बंधन के प्रति संवेदनशील हो।

एंटीजन बाइंडिंग प्रोटीन (एजीबीपी) के एंटीबॉडी और कृत्रिम परिवार आरएफ बायोसेंसर के मान्यता मॉड्यूल प्रदान करने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं क्योंकि उन्हें किसी भी एंटीजन के खिलाफ निर्देशित किया जा सकता है (बायोरिसेप्टर पर पैराग्राफ देखें)। एक AgBP में एक सॉल्वैटोक्रोमिक फ्लोरोफोर को एकीकृत करने के लिए एक सामान्य दृष्टिकोण जब इसके प्रतिजन के साथ परिसर की परमाणु संरचना को जाना जाता है, और इस प्रकार इसे आरएफ बायोसेंसर में बदल देता है, का वर्णन किया गया है।[20]एजीबीपी के अवशेषों को उनके परिसर में एंटीजन के पड़ोस में पहचाना जाता है। इस अवशेष को साइट-निर्देशित उत्परिवर्तजन द्वारा सिस्टीन में बदल दिया जाता है। फ्लोरोफोर रासायनिक रूप से उत्परिवर्ती सिस्टीन से जुड़ा होता है। जब डिजाइन सफल होता है, तो युग्मित फ्लोरोफोर एंटीजन के बंधन को नहीं रोकता है, यह बंधन फ्लोरोफोर को विलायक से बचाता है, और इसे फ्लोरोसेंस के परिवर्तन से पता लगाया जा सकता है। यह रणनीति एंटीबॉडी अंशों के लिए भी मान्य है।[52][53] हालांकि, विशिष्ट संरचनात्मक डेटा की अनुपस्थिति में, अन्य रणनीतियों को लागू किया जाना चाहिए। AgBPs के एंटीबॉडी और कृत्रिम परिवार प्रोटीन के एक अद्वितीय उप-क्षेत्र में स्थित, और एक निरंतर पॉलीपेप्टाइड मचान द्वारा समर्थित, हाइपरवेरेबल (या यादृच्छिक) अवशेष पदों के एक सेट द्वारा गठित किए जाते हैं। वे अवशेष जो किसी दिए गए प्रतिजन के लिए बंधन स्थल बनाते हैं, उन्हें अतिपरिवर्तनीय अवशेषों में से चुना जाता है। इन परिवारों के किसी भी एजीबीपी को एक आरएफ बायोसेंसर में बदलना संभव है, लक्ष्य प्रतिजन के विशिष्ट, बस एक सॉल्वैटोक्रोमिक फ्लोरोफोर को एक हाइपरवेरेबल अवशेषों में से एक में जोड़कर, जो इस अवशेष को बदलने के बाद एंटीजन के साथ बातचीत के लिए बहुत कम या कोई महत्व नहीं रखते हैं। उत्परिवर्तजन द्वारा सिस्टीन में। अधिक विशेष रूप से, रणनीति में व्यक्तिगत रूप से आनुवंशिक स्तर पर सिस्टीन में हाइपरवेरेबल पदों के अवशेषों को बदलना, रासायनिक रूप से एक सॉल्वैटोक्रोमिक फ्लोरोफोर को उत्परिवर्ती सिस्टीन के साथ युग्मित करना, और फिर परिणामी संयुग्मों को रखने में शामिल है जिनमें उच्चतम संवेदनशीलता है (एक पैरामीटर जिसमें शामिल है प्रतिदीप्ति संकेत की आत्मीयता और भिन्नता दोनों)।[21]यह दृष्टिकोण एंटीबॉडी अंशों के परिवारों के लिए भी मान्य है।[54] एक पोस्टीरियरी अध्ययनों से पता चला है कि सबसे अच्छा अभिकर्मक रहित फ्लोरोसेंट बायोसेंसर तब प्राप्त होता है जब फ्लोरोफोर बायोरिसेप्टर की सतह के साथ गैर-सहसंयोजक बातचीत नहीं करता है, जो पृष्ठभूमि संकेत को बढ़ाएगा, और जब यह सतह पर एक बाध्यकारी जेब के साथ बातचीत करता है। लक्ष्य प्रतिजन।[55] आरएफ बायोसेंसर जो उपरोक्त विधियों द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, जीवित कोशिकाओं के अंदर लक्ष्य विश्लेषणों का कार्य और पता लगा सकते हैं।[56]


चुंबकीय बायोसेंसर

चुंबकीय बायोसेंसर जैविक अंतःक्रियाओं का पता लगाने के लिए पैरामैग्नेटिक या सुपर-पैरामैग्नेटिक कणों, या क्रिस्टल का उपयोग करते हैं। उदाहरण कुंडल-अधिष्ठापन, प्रतिरोध, या अन्य चुंबकीय गुण हो सकते हैं। चुंबकीय नैनो या माइक्रोपार्टिकल्स का उपयोग करना आम बात है। ऐसे कणों की सतह में बायोरिसेप्टर होते हैं, जो डीएनए (एक अनुक्रम या एप्टामर्स के पूरक) एंटीबॉडी या अन्य हो सकते हैं। बायोरिसेप्टर का बंधन कुछ चुंबकीय कण गुणों को प्रभावित करेगा जिन्हें एसी सुसेप्टोमेट्री द्वारा मापा जा सकता है,[57] हॉल इफेक्ट सेंसर,[58] एक विशाल चुंबकत्व उपकरण,[59] या अन्य।

अन्य

पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर क्रिस्टल का उपयोग करते हैं जो एक विद्युत क्षमता लागू होने पर एक लोचदार विरूपण से गुजरते हैं। एक प्रत्यावर्ती विभव (A.C.) क्रिस्टल में एक अभिलाक्षणिक आवृत्ति पर एक स्थायी तरंग उत्पन्न करता है। यह आवृत्ति क्रिस्टल के लोचदार गुणों पर अत्यधिक निर्भर होती है, जैसे कि यदि एक क्रिस्टल एक जैविक मान्यता तत्व के साथ लेपित होता है तो एक रिसेप्टर के लिए एक (बड़े) लक्ष्य विश्लेषण के बंधन से अनुनाद आवृत्ति में परिवर्तन होता है, जो बाध्यकारी देता है संकेत। सतह ध्वनिक तरंगों (SAW) का उपयोग करने वाले मोड में, संवेदनशीलता बहुत बढ़ जाती है। यह बायोसेंसर के रूप में क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रोबैलेंस का एक विशेष अनुप्रयोग है

इलेक्ट्रोकेमिलुमिनेसिसेंस (ईसीएल) आजकल बायोसेंसर में एक अग्रणी तकनीक है।[60][61][62] चूंकि उत्तेजित प्रजातियां प्रकाश उत्तेजना स्रोत के बजाय विद्युत रासायनिक उत्तेजना के साथ उत्पन्न होती हैं, इसलिए ईसीएल प्रकाश के बिखरने और ल्यूमिनेसिसेंस पृष्ठभूमि के कारण कम से कम प्रभाव के साथ फोटोल्यूमिनेशन की तुलना में बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात प्रदर्शित करता है। विशेष रूप से, सकारात्मक क्षमता (ऑक्सीडेटिव-रिडक्शन मैकेनिज्म) के क्षेत्र में बफर जलीय घोल में काम करने वाले कोरएक्टेंट ईसीएल ने निश्चित रूप से इम्यूनोसे के लिए ईसीएल को बढ़ाया, जैसा कि कई शोध अनुप्रयोगों द्वारा पुष्टि की गई है और इससे भी अधिक, महत्वपूर्ण कंपनियों की उपस्थिति से, जिन्होंने वाणिज्यिक हार्डवेयर विकसित किया है। हर साल अरबों डॉलर के बाजार में उच्च थ्रूपुट इम्युनोसे विश्लेषण।

थर्मोमेट्रिक बायोसेंसर दुर्लभ हैं।

बायोसेंसर एमओएसएफईटी (बायोफेट)

Main article: Bio-FET

MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, या MOS ट्रांजिस्टर) का आविष्कार मोहम्मद एम। अटाला और डॉन कहंग ने 1959 में किया था, और 1960 में प्रदर्शित किया गया था।[63] दो साल बाद, लेलैंड सी. क्लार्क और चैंप लियोन ने 1962 में पहले बायोसेंसर का आविष्कार किया।[64][65] बायो-एफईटी (बायोएफईटी) को बाद में विकसित किया गया था, और तब से उनका व्यापक रूप से भौतिकी, रसायन विज्ञान , जैविक और पर्यावरण ीय मापदंडों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।[66] पहला BioFET आयन-संवेदनशील क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (ISFET) था, जिसका आविष्कार 1970 में विद्युत रासायनिक और जैविक अनुप्रयोगों के लिए पीट बर्गवेल्ड द्वारा किया गया था।[67][68] सोखना FET (ADFET) का पेटेंट P.F द्वारा किया गया था। 1974 में कॉक्स, और एक हाइड्रोजन -संवेदनशील MOSFET का प्रदर्शन I. Lundstrom, M.S द्वारा किया गया था। शिवरमन, सी.एस. स्वेन्सन और एल. लुंडकविस्ट 1975 में।[66]ISFET एक विशेष प्रकार का MOSFET है जिसमें एक निश्चित दूरी पर एक गेट होता है,[66]और जहां धातु के गेट को आयन -संवेदनशील झिल्ली , इलेक्ट्रोलाइट समाधान और संदर्भ इलेक्ट्रोड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।[69] ISFET का व्यापक रूप से जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, जैसे डीएनए संकरण का पता लगाना, रक्त से बायोमार्कर का पता लगाना, एंटीबॉडी का पता लगाना, ग्लूकोज माप, पीएच सेंसिंग और आनुवंशिक तकनीक ।[69]

1980 के दशक के मध्य तक, गैस सेंसर FET (GASFET), दाबानुकूलित संवेदक FET (PRESSFET), रासायनिक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (ChemFET), ISFET (REFET), एंजाइम-संशोधित FET (ENFET) सहित अन्य BioFETs विकसित किए गए थे। प्रतिरक्षाविज्ञानी रूप से संशोधित FET (IMFET)।[66]2000 के दशक की शुरुआत तक, डीएनए क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (डीएनएएफईटी), आनुवंशिक रूप से संशोधित | जीन-संशोधित एफईटी (जेनफेट) और झिल्ली क्षमता | सेल-संभावित बायोएफईटी (सीपीएफईटी) जैसे बायोएफईटी विकसित किए गए थे।[69]


बायोसेंसर की नियुक्ति

बायोसेंसरों का उपयुक्त स्थान उनके आवेदन के क्षेत्र पर निर्भर करता है, जिसे मोटे तौर पर जैव प्रौद्योगिकी , कृषि , खाद्य प्रौद्योगिकी और जैव चिकित्सा में विभाजित किया जा सकता है।

जैव प्रौद्योगिकी में, माइक्रोबियल कल्चर शोरबा की रासायनिक संरचना का विश्लेषण ऑनलाइन, ऑनलाइन, ऑनलाइन और ऑफलाइन किया जा सकता है। जैसा कि यूएस फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन (एफडीए ) द्वारा उल्लिखित है, नमूना को इन-लाइन सेंसर के लिए प्रोसेस स्ट्रीम से नहीं हटाया जाता है, जबकि इसे ऑन-लाइन माप के लिए निर्माण प्रक्रिया से हटा दिया जाता है। ऑन-लाइन सेंसर के लिए नमूना हटाया जा सकता है और प्रक्रिया स्ट्रीम के करीब निकटता में विश्लेषण किया जा सकता है।[70] उत्तरार्द्ध का एक उदाहरण डेयरी प्रसंस्करण संयंत्र में लैक्टोज की निगरानी है।[71] ऑफ-लाइन बायोसेंसर जैव विश्लेषण की तुलना करते हैं जो क्षेत्र में नहीं बल्कि प्रयोगशाला में काम कर रहे हैं। इन तकनीकों का मुख्य रूप से कृषि, खाद्य प्रौद्योगिकी और बायोमेडिसिन में उपयोग किया जाता है।

चिकित्सा अनुप्रयोगों में बायोसेंसर को आमतौर पर विवो में और विवो सिस्टम में वर्गीकृत किया जाता है। एक कृत्रिम परिवेशीय , बायोसेंसर माप एक टेस्ट ट्यूब, एक कल्चर डिश, एक माइक्रोटिटर प्लेट या किसी जीवित जीव के बाहर कहीं और होता है। सेंसर एक बायोरिसेप्टर और ट्रांसड्यूसर का उपयोग करता है जैसा कि ऊपर बताया गया है। इन विट्रो बायोसेंसर का एक उदाहरण रक्त शर्करा की निगरानी के लिए एक एंजाइम-कंडक्टिमेट्रिक बायोसेंसर है। एक बायोसेंसर बनाने की चुनौती है जो बिंदु-देखभाल परीक्षण के सिद्धांत द्वारा संचालित होता है, अर्थात उस स्थान पर जहां परीक्षण की आवश्यकता होती है।[72][73] ऐसे अध्ययनों में वियरेबल बायोसेंसर का विकास शामिल है।[74] प्रयोगशाला परीक्षण को समाप्त करने से समय और धन की बचत हो सकती है। POCT बायोसेंसर का एक अनुप्रयोग उन क्षेत्रों में एचआईवी के परीक्षण के लिए हो सकता है जहां रोगियों का परीक्षण करना मुश्किल है। एक बायोसेंसर सीधे स्थान पर भेजा जा सकता है और एक त्वरित और आसान परीक्षण का उपयोग किया जा सकता है।

चमड़े के नीचे के ऊतकों (59x45x8 मिमी) में ग्लूकोज की निगरानी के लिए बायोसेंसर प्रत्यारोपण। इलेक्ट्रॉनिक घटकों को एक Ti आवरण में भली भांति बंद करके संलग्न किया जाता है, जबकि एंटीना और सेंसर जांच को एपॉक्सी हेडर में ढाला जाता है।[75]

इन विवो बायोसेंसर एक इम्प्लांट (दवा) है जो शरीर के अंदर काम करता है। बेशक, आरोपण के बाद प्रारंभिक भड़काऊ प्रतिक्रिया से बचने के लिए बायोसेंसर प्रत्यारोपण को नसबंदी (सूक्ष्म जीव विज्ञान) पर सख्त नियमों को पूरा करना होगा। दूसरी चिंता लंबी अवधि की जैव -अनुकूलता से संबंधित है, यानी उपयोग की इच्छित अवधि के दौरान शरीर के पर्यावरण के साथ हानिकारक बातचीत।[76] एक और मुद्दा जो उठता है वह है विफलता। यदि विफलता है, तो डिवाइस को हटा दिया जाना चाहिए और प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, जिससे अतिरिक्त सर्जरी हो सकती है। इन विवो बायोसेंसर के आवेदन के लिए एक उदाहरण शरीर के भीतर इंसुलिन की निगरानी होगी, जो अभी तक उपलब्ध नहीं है।

ग्लूकोज की निरंतर निगरानी के लिए अधिकांश उन्नत बायोसेंसर प्रत्यारोपण विकसित किए गए हैं।[77][78] यह आंकड़ा एक उपकरण को प्रदर्शित करता है, जिसके लिए पेसमेकर और रोपने - योग्य कार्डियोवर्टर डिफ़िब्रिलेटर जैसे कार्डियोवैस्कुलर प्रत्यारोपण के लिए स्थापित एक टीआई आवरण और बैटरी का उपयोग किया जाता है।[75]इसका आकार बैटरी द्वारा एक वर्ष के जीवनकाल के लिए आवश्यकतानुसार निर्धारित किया जाता है। चिकित्सा प्रत्यारोपण संचार सेवा 402-405 मेगाहर्ट्ज बैंड के भीतर मापा गया ग्लूकोज डेटा शरीर से वायरलेस तरीके से प्रसारित किया जाएगा, जैसा कि मेडिकल इम्प्लांट के लिए स्वीकृत है।

बायोसेंसर को मोबाइल फोन सिस्टम में भी एकीकृत किया जा सकता है, जिससे वे उपयोगकर्ता के अनुकूल और बड़ी संख्या में उपयोगकर्ताओं के लिए सुलभ हो जाते हैं।[79]


आवेदन

एंटीबॉडी-संशोधित बोरॉन-डॉप्ड डायमंड का उपयोग करके इन्फ्लूएंजा वायरस की बायोसेंसिंग

विभिन्न प्रकार के बायोसेंसर के कई संभावित अनुप्रयोग हैं। अनुसंधान और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के संदर्भ में मूल्यवान होने के लिए बायोसेंसर दृष्टिकोण की मुख्य आवश्यकताएं लक्ष्य अणु की पहचान, उपयुक्त जैविक पहचान तत्व की उपलब्धता, और संवेदनशील प्रयोगशाला-आधारित तकनीकों के लिए डिस्पोजेबल पोर्टेबल डिटेक्शन सिस्टम को प्राथमिकता देने की क्षमता है। कुछ स्थितियों में। कुछ उदाहरण मधुमेह रोगियों में ग्लूकोज की निगरानी, ​​अन्य चिकित्सा स्वास्थ्य संबंधी लक्ष्य, पर्यावरणीय अनुप्रयोग, उदा। कीटनाशकों और नदी के पानी के दूषित पदार्थों का पता लगाना, जैसे कि भारी धातु आयन,[80] वायुजनित जीवाणु ओं का सुदूर संवेदन, उदा. जैव-आतंकवाद विरोधी गतिविधियों में, दुनिया भर में परित्यक्त द्विजों के समूहों में क्लैम एथोलॉजी (जैविक लय, विकास दर, स्पॉनिंग या मृत्यु रिकॉर्ड) के ऑनलाइन विभिन्न पहलुओं का वर्णन करके तटीय जल में पानी की गुणवत्ता का रिमोट सेंसिंग,[81]रोगजनकों का पता लगाना, जैविक उपचार से पहले और बाद में विषाक्त पदार्थों के स्तर का निर्धारण, organophosphate का पता लगाना और निर्धारित करना, सूक्ष्मजीवविज्ञानी परख के विकल्प के रूप में फोलिक एसिड , बायोटिन , विटामिन बी 12 और पैंटोथैनिक एसिड का नियमित विश्लेषणात्मक माप, भोजन में दवा के अवशेषों का निर्धारण, जैसे कि एंटीबायोटिक दवाओं और विकास प्रमोटर, विशेष रूप से मांस और शहद, दवा की खोज और नए यौगिकों की जैविक गतिविधि का मूल्यांकन, बायोसेंसर में प्रोटीन इंजीनियरिंग,[82] और मायकोटॉक्सिन जैसे जहरीले मेटाबोलाइट्स का पता लगाना।

एक वाणिज्यिक बायोसेंसर का एक सामान्य उदाहरण रक्त ग्लूकोज बायोसेंसर है, जो रक्त ग्लूकोज को तोड़ने के लिए एंजाइम ग्लूकोज ऑक्सीडेज का उपयोग करता है। ऐसा करने में यह पहले ग्लूकोज का ऑक्सीकरण करता है और FAD (एंजाइम का एक घटक) को FADH2 में कम करने के लिए दो इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है। यह बदले में इलेक्ट्रोड द्वारा कई चरणों में ऑक्सीकृत होता है। परिणामी धारा ग्लूकोज की सांद्रता का एक माप है। इस मामले में, इलेक्ट्रोड ट्रांसड्यूसर है और एंजाइम जैविक रूप से सक्रिय घटक है।

एक घरेलू कैनरी#माइनर कैनरी, जैसा कि खनिकों द्वारा गैस की चेतावनी के लिए उपयोग किया जाता है, को बायोसेंसर माना जा सकता है। आज के कई बायोसेंसर अनुप्रयोग समान हैं, जिसमें वे जीवों का उपयोग करते हैं जो मनुष्यों की तुलना में बहुत कम सांद्रता में विषाक्त पदार्थों का जवाब देते हैं, उनकी उपस्थिति की चेतावनी के लिए पता लगा सकते हैं। ऐसे उपकरणों का उपयोग पर्यावरण निगरानी में किया जा सकता है,[83] ट्रेस गैस का पता लगाने और जल उपचार सुविधाओं में।

ग्लूकोज की निगरानी

Main article: Blood glucose monitoring

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ग्लूकोज मॉनिटर ग्लूकोज ऑक्सीडेज के माध्यम से रक्त शर्करा की निगरानी पर निर्भर करते हैं, जो ग्लूकोज का उत्पादन करने वाले हाइड्रोजन पेरोक्साइड का ऑक्सीकरण करता है जिसे इलेक्ट्रोड द्वारा पता लगाया जाता है। एम्परोमेट्रिक सेंसर की सीमा को दूर करने के लिए, फ्लोरोसेंट ग्लूकोज बायोसेंसर जैसे उपन्यास सेंसिंग विधियों में अनुसंधान की एक हड़बड़ी मौजूद है।[84]


इंटरफेरोमेट्रिक परावर्तन इमेजिंग सेंसर

इंटरफेरोमेट्रिक परावर्तन इमेजिंग सेंसर (IRIS) हस्तक्षेप (तरंग प्रसार) के सिद्धांतों पर आधारित है और इसमें एक सिलिकॉन-सिलिकॉन ऑक्साइड सब्सट्रेट, मानक प्रकाशिकी और कम-शक्ति वाले सुसंगत एलईडी शामिल हैं। जब स्तरित सिलिकॉन-सिलिकॉन ऑक्साइड सब्सट्रेट पर कम आवर्धन उद्देश्य के माध्यम से प्रकाश को प्रकाशित किया जाता है, तो एक इंटरफेरोमेट्रिक हस्ताक्षर उत्पन्न होता है। बायोमास के रूप में, जिसमें सिलिकॉन ऑक्साइड के समान अपवर्तन सूचकांक होता है, सब्सट्रेट सतह पर जमा हो जाता है, इंटरफेरोमेट्रिक हस्ताक्षर में परिवर्तन होता है और परिवर्तन को मात्रात्मक द्रव्यमान से सहसंबद्ध किया जा सकता है। दाबौल एट अल। लगभग 19 ng/mL की लेबल-मुक्त संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए IRIS का उपयोग किया।[85] आह एट अल। मास टैगिंग तकनीक के माध्यम से आईआरआईएस की संवेदनशीलता में सुधार।[86] प्रारंभिक प्रकाशन के बाद से, IRIS को विभिन्न कार्यों को करने के लिए अनुकूलित किया गया है। सबसे पहले, IRIS ने प्रतिदीप्ति प्रोटीन माइक्रोएरे परिवर्तनशीलता को संबोधित करने के संभावित तरीके के रूप में इंटरफेरोमेट्रिक इमेजिंग उपकरण में एक प्रतिदीप्ति इमेजिंग क्षमता को एकीकृत किया।[87] संक्षेप में, प्रतिदीप्ति माइक्रोएरे में भिन्नता मुख्य रूप से सतहों पर असंगत प्रोटीन स्थिरीकरण से उत्पन्न होती है और एलर्जी माइक्रोएरे में गलत निदान का कारण बन सकती है।[88] प्रोटीन स्थिरीकरण में किसी भी भिन्नता को ठीक करने के लिए, प्रतिदीप्ति तौर-तरीके में प्राप्त डेटा को लेबल-मुक्त तौर-तरीके में प्राप्त डेटा द्वारा सामान्यीकृत किया जाता है।[88]आईआरआईएस को केवल लेबल-मुक्त बायोमास परिमाणीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले निम्न आवर्धन उद्देश्य को एक उच्च उद्देश्य आवर्धन पर स्विच करके एकल नैनोकणों की गिनती करने के लिए अनुकूलित किया गया है।[89][90] यह साधन जटिल मानव जैविक नमूनों में आकार के भेदभाव को सक्षम बनाता है। मुनरो एट अल। मानव पूरे रक्त और सीरम में प्रोटीन के स्तर को मापने के लिए आईआरआईएस का इस्तेमाल किया और शून्य नमूना प्रसंस्करण का उपयोग कर मानव रक्त के नमूनों में एलर्जेन संवेदीकरण निर्धारित किया।[91] इस उपकरण के अन्य व्यावहारिक उपयोगों में वायरस और रोगज़नक़ का पता लगाना शामिल है।[92]


खाद्य विश्लेषण

खाद्य विश्लेषण में बायोसेंसर के कई अनुप्रयोग हैं।[93][94][95] खाद्य उद्योग में, एंटीबॉडी के साथ लेपित प्रकाशिकी का उपयोग आमतौर पर रोगजनकों और खाद्य विषाक्त पदार्थों का पता लगाने के लिए किया जाता है। आमतौर पर, इन बायोसेंसर में प्रकाश प्रणाली फ्लोरेसेंस है, क्योंकि इस प्रकार के ऑप्टिकल मापन सिग्नल को काफी बढ़ा सकते हैं।

पानी में घुलनशील विटामिन और रासायनिक संदूषक (दवा अवशेष) जैसे सल्फोनामाइड (दवा) और बीटा एगोनिस्ट जैसे छोटे अणुओं का पता लगाने और माप के लिए इम्यूनो- और लिगैंड-बाइंडिंग एसेज़ की एक श्रृंखला को सतह प्लासमॉन अनुनाद पर उपयोग के लिए विकसित किया गया है। आधारित सेंसर सिस्टम, जिसे अक्सर मौजूदा एलिसा या अन्य प्रतिरक्षाविज्ञानी परख से अनुकूलित किया जाता है। ये खाद्य उद्योग में व्यापक उपयोग में हैं।

प्रदूषकों का पता लगाना/निगरानी करना

बायोसेंसर का उपयोग वायु प्रदूषण की निगरानी करने के लिए किया जा सकता है#निगरानी, ​​जल प्रदूषण#माप, और मिट्टी के प्रदूषक जैसे कीटनाशक, संभावित कार्सिनोजेनिक, म्यूटाजेनिक, और/या विषाक्त पदार्थ और अंतःस्रावी विघटनकारी रसायन।[96][97]

उदाहरण के लिए, नैनोबायोटेक्नोलॉजी # बायोनोटेक्नोलॉजी ने एक व्यवहार्य बायोसेंसर विकसित किया है, ROSALIND 2.0, जो विविध जल प्रदूषण के स्तरों का पता लगा सकता है।[98][99]

ओजोन माप

क्योंकि ओजोन हानिकारक पराबैंगनी विकिरण को फ़िल्टर करता है, पृथ्वी के वायुमंडल की ओजोन परत में छिद्रों की खोज ने इस बात को लेकर चिंता बढ़ा दी है कि पराबैंगनी प्रकाश पृथ्वी की सतह तक कितना पहुंचता है। विशेष रूप से चिंता का विषय यह है कि समुद्र के पानी में पराबैंगनी विकिरण कितनी गहराई से प्रवेश करता है और यह समुद्री जीवन , विशेष रूप से प्लवक (फ्लोटिंग सूक्ष्मजीव) और प्लवक पर हमला करने वाले वाइरस को कैसे प्रभावित करता है। प्लवक समुद्री खाद्य श्रृंखला का आधार बनाते हैं और माना जाता है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए CO2</ small> के अवशोषण से हमारे ग्रह के तापमान और मौसम को प्रभावित करते हैं।

रेडियो-जीव विज्ञान और पर्यावरण स्वास्थ्य प्रयोगशाला (कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन फ्रांसिस्को) के एक शोधकर्ता डेनेब कारेंट्ज़ ने पराबैंगनी पैठ और तीव्रता को मापने के लिए एक सरल विधि तैयार की है। अंटार्कटिक महासागर में काम करते हुए, वह ई. कोलाई के विशेष उपभेदों वाले पतले प्लास्टिक बैग की विभिन्न गहराई में डूब गई जो उनके डीएनए को पराबैंगनी विकिरण क्षति की मरम्मत करने में लगभग पूरी तरह से असमर्थ हैं। इन थैलियों में जीवाणु मृत्यु दर की तुलना उसी जीव के अनियंत्रित नियंत्रण थैलियों में दरों से की गई। बैक्टीरियल बायोसेंसर ने 10 मीटर की गहराई पर और अक्सर 20 और 30 मीटर पर लगातार महत्वपूर्ण पराबैंगनी क्षति का खुलासा किया। कैरेंट्ज़ ने अतिरिक्त अध्ययन की योजना बनाई है कि कैसे पराबैंगनी मौसमी प्लवक को प्रभावित कर सकती है अल्गल खिलता है (विकास की गति) महासागरों में।[100]


मेटास्टेटिक कैंसर कोशिका का पता लगाना

मेटास्टेसिस या तो संचार प्रणाली या लसीका प्रणाली के माध्यम से शरीर के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में कैंसर का प्रसार है।[101] रेडियोलॉजी इमेजिंग टेस्ट (मैमोग्राम) के विपरीत, जो केवल आंतरिक चित्र लेने के लिए शरीर के माध्यम से ऊर्जा (एक्स-रे, चुंबकीय क्षेत्र, आदि) के रूप भेजते हैं, बायोसेंसर में ट्यूमर की घातक शक्ति का सीधे परीक्षण करने की क्षमता होती है। एक जैविक और डिटेक्टर तत्व का संयोजन एक छोटे नमूने की आवश्यकता, एक कॉम्पैक्ट डिजाइन, तेजी से संकेत, तेजी से पता लगाने, उच्च चयनात्मकता और अध्ययन किए जा रहे विश्लेषण के लिए उच्च संवेदनशीलता की अनुमति देता है। सामान्य रेडियोलॉजी इमेजिंग परीक्षणों की तुलना में बायोसेंसर के पास न केवल यह पता लगाने का लाभ है कि कैंसर कितनी दूर तक फैल गया है और यह जाँचता है कि क्या उपचार प्रभावी है, बल्कि यह सस्ता, अधिक कुशल (समय, लागत और उत्पादकता में) शुरुआती चरणों में मेटास्टेटिकता का आकलन करने के तरीके भी हैं। कैंसर।

बायोलॉजिकल इंजीनियरिंग शोधकर्ताओं ने स्तन कैंसर के लिए ऑन्कोलॉजिकल बायोसेंसर बनाए हैं।[102] स्तन कैंसर दुनिया भर में महिलाओं में प्रमुख आम कैंसर है।[103] एक उदाहरण एक ट्रांसफ़रिन-क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रोबैलेंस (QCM) होगा। एक बायोसेंसर के रूप में, क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रोबैलेंस नैनो-ग्राम द्रव्यमान परिवर्तनों का पता लगाने के लिए एक वैकल्पिक क्षमता से क्रिस्टल की स्थायी तरंग की आवृत्ति में दोलन उत्पन्न करते हैं। ये बायोसेंसर विशेष रूप से बातचीत करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और सेल (कैंसर और सामान्य) सतहों पर रिसेप्टर्स के लिए उच्च चयनात्मकता रखते हैं। आदर्श रूप से, यह मैमोग्राम द्वारा दी गई गुणात्मक तस्वीर का पता लगाने के बजाय प्रति सतह क्षेत्र में इस रिसेप्टर के साथ कोशिकाओं की मात्रात्मक पहचान प्रदान करता है।

Hacettepe University के एक जैव प्रौद्योगिकी शोधकर्ता, Seda Atay ने प्रयोगात्मक रूप से QCM और MDA-MB 231 स्तन कोशिकाओं, MCF 7 कोशिकाओं और इन विट्रो में MDA-MB 231 कोशिकाओं को भूखा रखने के बीच इस विशिष्टता और चयनात्मकता का अवलोकन किया।[102]अन्य शोधकर्ताओं के साथ उन्होंने अलग-अलग मात्रा में ट्रांसफ़रिन रिसेप्टर्स के कारण बड़े पैमाने पर बदलाव को मापने के लिए सेंसर पर इन विभिन्न मेटास्टेटिक स्तर की कोशिकाओं को धोने की एक विधि तैयार की। विशेष रूप से, स्तन कैंसर कोशिकाओं की मेटास्टेटिक शक्ति को नैनोकणों और ट्रांसफ़रिन के साथ क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रोबैलेंस द्वारा निर्धारित किया जा सकता है जो संभावित रूप से कैंसर सेल सतहों पर ट्रांसफ़रिन रिसेप्टर्स से जुड़ जाएगा। ट्रांसफ़रिन रिसेप्टर्स के लिए बहुत अधिक चयनात्मकता है क्योंकि वे कैंसर कोशिकाओं में अति-व्यक्त होते हैं। यदि कोशिकाओं में ट्रांसफ़रिन रिसेप्टर्स की उच्च अभिव्यक्ति होती है, जो उनकी उच्च मेटास्टेटिक शक्ति को दर्शाती है, तो उनके पास उच्च आत्मीयता होती है और क्यूसीएम से अधिक बाध्य होती है जो द्रव्यमान में वृद्धि को मापती है। नैनो-ग्राम द्रव्यमान परिवर्तन के परिमाण के आधार पर, मेटास्टेटिक शक्ति निर्धारित की जा सकती है।

इसके अतिरिक्त, पिछले वर्षों में, बायोप्सी के बिना फेफड़ों के कैंसर के बायोमार्कर का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण ध्यान केंद्रित किया गया है। इस संबंध में, बायोसेंसर फेफड़ों के कैंसर के शुरुआती निदान के लिए तेजी से, संवेदनशील, विशिष्ट, स्थिर, लागत प्रभावी और गैर-आक्रामक पहचान प्रदान करने के लिए बहुत ही आकर्षक और लागू उपकरण हैं। इस प्रकार, एक ट्रांसड्यूसर सतह पर विशिष्ट बायोरिकॉग्निशन अणुओं जैसे एंटीबॉडी, पूरक न्यूक्लिक एसिड जांच या अन्य स्थिर बायोमोलेक्यूल्स से युक्त कैंसर बायोसेंसर। बायोरिकॉग्निशन अणु विशेष रूप से बायोमार्कर (लक्ष्य) के साथ बातचीत करते हैं और उत्पन्न जैविक प्रतिक्रियाएं ट्रांसड्यूसर द्वारा एक मापने योग्य विश्लेषणात्मक संकेत में परिवर्तित हो जाती हैं। जैविक प्रतिक्रिया के प्रकार के आधार पर, विभिन्न ट्रांसड्यूसर का उपयोग कैंसर बायोसेंसर जैसे इलेक्ट्रोकेमिकल, ऑप्टिकल और मास-आधारित ट्रांसड्यूसर के निर्माण में किया जाता है।[104]


रोगज़नक़ का पता लगाना

रोगजनक जीवों का पता लगाने के लिए बायोसेंसर का उपयोग किया जा सकता है।[97]


रोगजनक हस्ताक्षर के लिए एम्बेडेड बायोसेंसर - जैसे कि SARS-CoV-2 - जो पहनने योग्य तकनीक हैं - जैसे सर्जिकल मास्क # अनुसंधान और विकास | अंतर्निहित परीक्षणों के साथ फेस मास्क विकसित किए गए हैं। रेफरी>"फेस मास्क जो COVID-19 का निदान कर सकते हैं". medicalxpress.com (in English). Retrieved 11 July 2021.</ref>[105] यह भी देखें: सार्वजनिक परिवहन पर COVID-19 महामारी का प्रभाव#अनुसंधान और विकास|COVID-19 सार्वजनिक परिवहन R&D

नए प्रकार के बायोसेंसर-चिप्स नए तरीकों को सक्षम कर सकते हैं जैसे ड्रोन-तैनात रोगज़नक़ सेंसर सक्रिय रूप से हवा या अपशिष्ट जल का सर्वेक्षण करते हैं। संक्रामक रोग रोगजनकों के परीक्षण के लिए प्रोटीन-बाध्यकारी aptamers का उपयोग किया जा सकता है।[106] बिल्ट-इन बायोसेंसर (या रासायनिक सेंसर) और मानव-मशीन इंटरफेस के साथ इलेक्ट्रॉनिक त्वचा (या रोबोट की खाल) के सिस्टम पहनने योग्य और साथ ही रिमोट सेंसिंग डिवाइस- या रोबोटिक संवेदन | रोगजनकों की रोबोट-सेंसिंग (साथ ही कई खतरनाक) को सक्षम कर सकते हैं। सामग्री और स्पर्श संवेदक )।[107][additional citation(s) needed]


प्रकार

ऑप्टिकल बायोसेंसर

कई ऑप्टिकल बायोसेंसर सरफेस प्लास्मोन रेजोनेंस (एसपीआर) तकनीकों की घटना पर आधारित हैं।[108][109] यह और अन्य सामग्रियों की संपत्ति का उपयोग करता है; विशेष रूप से एक उच्च अपवर्तनांक कांच की सतह पर सोने की एक पतली परत लेजर प्रकाश को अवशोषित कर सकती है, जिससे सोने की सतह पर इलेक्ट्रॉन तरंगें (सतह प्लास्मोन) उत्पन्न होती हैं। यह केवल एक विशिष्ट कोण और आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर होता है और यह सोने की सतह पर अत्यधिक निर्भर होता है, जैसे कि सोने की सतह पर एक रिसेप्टर के लिए लक्ष्य विश्लेषण का बंधन एक औसत दर्जे का संकेत पैदा करता है।

सरफेस प्लास्मोन रेजोनेंस सेंसर एक सेंसर चिप का उपयोग करके काम करते हैं जिसमें एक ग्लास प्लेट का समर्थन करने वाली प्लास्टिक कैसेट होती है, जिसके एक तरफ सोने की सूक्ष्म परत के साथ लेपित होता है। यह पक्ष उपकरण के ऑप्टिकल डिटेक्शन उपकरण से संपर्क करता है। फिर विपरीत पक्ष को एक माइक्रोफ्लुइडिक प्रवाह प्रणाली के साथ संपर्क किया जाता है। प्रवाह प्रणाली के साथ संपर्क चैनल बनाता है जिसके पार समाधान में अभिकर्मकों को पारित किया जा सकता है। ब्याज के अणुओं के आसान लगाव की अनुमति देने के लिए, ग्लास सेंसर चिप के इस पक्ष को कई तरीकों से संशोधित किया जा सकता है। आम तौर पर यह कार्बोक्सिमिथाइल डेक्सट्रान या इसी तरह के यौगिक में लेपित होता है।

चिप की सतह के प्रवाह पक्ष पर अपवर्तक सूचकांक का सोने की तरफ से परावर्तित प्रकाश के व्यवहार पर सीधा प्रभाव पड़ता है। चिप के प्रवाह पक्ष से बंधने का अपवर्तनांक पर प्रभाव पड़ता है और इस तरह जैविक अंतःक्रियाओं को किसी प्रकार की ऊर्जा के साथ उच्च स्तर की संवेदनशीलता तक मापा जा सकता है। सतह के पास माध्यम का अपवर्तनांक बदल जाता है जब बायोमोलेक्यूल्स सतह से जुड़ जाते हैं, और एसपीआर कोण इस परिवर्तन के एक कार्य के रूप में भिन्न होता है।

एक निश्चित तरंग दैर्ध्य का प्रकाश चिप के सोने की तरफ से कुल आंतरिक प्रतिबिंब के कोण पर परावर्तित होता है, और उपकरण के अंदर पाया जाता है। सतह प्लास्मोन पोलरिटोन के प्रसार दर के साथ अपवर्तक तरंग प्रसार दर से मेल खाने के लिए घटना प्रकाश का कोण भिन्न होता है।[110] यह कांच की प्लेट के माध्यम से और सतह पर बहने वाले तरल में कुछ दूरी तक प्रवेश करने के लिए अपवर्तक तरंग को प्रेरित करता है।

अन्य ऑप्टिकल बायोसेंसर मुख्य रूप से एक उपयुक्त संकेतक यौगिक के अवशोषण या फ्लोरोसेंस में परिवर्तन पर आधारित होते हैं और कुल आंतरिक प्रतिबिंब ज्यामिति की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, दूध में कैसिइन का पता लगाने वाला एक पूरी तरह से चालू प्रोटोटाइप डिवाइस तैयार किया गया है। यह उपकरण सोने की परत के अवशोषण में परिवर्तन का पता लगाने पर आधारित है।[111] एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला शोध उपकरण, माइक्रो-एरे, को बायोसेंसर भी माना जा सकता है।

जैविक बायोसेंसर

जैविक बायोसेंसर, जिसे सेलुलर गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए ऑप्टोजेनेटिक विधियों के रूप में भी जाना जाता है, अक्सर एक देशी प्रोटीन या एंजाइम के आनुवंशिक रूप से संशोधित रूप को शामिल करते हैं। प्रोटीन को एक विशिष्ट विश्लेषण का पता लगाने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है और आने वाले सिग्नल को फ्लोरोमीटर या ल्यूमिनोमीटर जैसे डिटेक्शन इंस्ट्रूमेंट द्वारा पढ़ा जाता है। हाल ही में विकसित बायोसेंसर का एक उदाहरण एनालिट सीएमपी (चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट) की साइटोसोल िक एकाग्रता का पता लगाने के लिए एक है, सेल झिल्ली पर रिसेप्टर्स के साथ बातचीत करने वाले लिगैंड द्वारा ट्रिगर सेलुलर सिग्नलिंग में शामिल एक दूसरा संदेशवाहक।[112] देशी लिगेंड्स या ज़ेनोबायोटिक्स (विषाक्त पदार्थों या छोटे अणु अवरोधकों) के लिए सेलुलर प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए इसी तरह की प्रणालियां बनाई गई हैं। इस तरह के परीक्षण आमतौर पर फार्मास्युटिकल और बायोटेक्नोलॉजी कंपनियों द्वारा दवा की खोज के विकास में उपयोग किए जाते हैं। वर्तमान उपयोग में अधिकांश सीएमपी परखों को सीएमपी के मापन से पहले कोशिकाओं के विश्लेषण की आवश्यकता होती है। सीएमपी के लिए एक लाइव-सेल बायोसेंसर का उपयोग गैर-लाइस्ड कोशिकाओं में किया जा सकता है, जिसमें रिसेप्टर प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स का अध्ययन करने के लिए कई रीड्स के अतिरिक्त लाभ होते हैं।

नैनोबायोसेंसर एक स्थिर बायोरिसेप्टर जांच का उपयोग करते हैं जो लक्ष्य विश्लेषण अणुओं के लिए चयनात्मक है। नैनोमटेरियल बेहद संवेदनशील रासायनिक और जैविक सेंसर हैं। नैनोस्केल सामग्री अद्वितीय गुण प्रदर्शित करती है। उनके बड़े सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात विभिन्न प्रकार के डिज़ाइनों का उपयोग करके तीव्र और कम लागत वाली प्रतिक्रियाएं प्राप्त कर सकते हैं।[113] 

- प्रोटीन  से जुड़ा हो सकता है और प्रतिदीप्ति के माध्यम से एक संकेत उत्पन्न कर सकता है जब ये अपने जैविक कार्य करते हैं, विशेष रूप से अलग-अलग परिवर्तन के लिए।[114][115]


ग्राफीन आधारित बायोसेंसर

ग्रैफेन एक द्वि-आयामी कार्बन-आधारित पदार्थ है जिसमें बेहतर ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल, थर्मल और मैकेनिकल गुण होते हैं। विभिन्न प्रकार के प्रोटीनों को अवशोषित और स्थिर करने की क्षमता, विशेष रूप से कुछ कार्बन रिंग संरचनाओं के साथ, बायोसेंसर ट्रांसड्यूसर के रूप में ग्राफीन एक उत्कृष्ट उम्मीदवार साबित हुआ है। नतीजतन, हाल के दिनों में विभिन्न ग्राफीन-आधारित बायोसेंसर का पता लगाया और विकसित किया गया है।[14] [116]


यह भी देखें

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ग्रन्थसूची

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बाहरी संबंध
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