Biyosensör Nedir?

Biyosensörler biyolojik bileşenlerle donatılmış sensörlerdir. Bunlar biyoteknoloji ölçüm tekniğinde kullanılır. Biyosensörler, hareketsiz ve biyolojik olarak aktif sistemlerin bir sinyal dönüştürücü (transdüser) ve bir elektronik amplifikatörü ile doğrudan uzamsal olarak biraraya gelmesine dayanır. Biyosensörler belirlenecek maddelerin saptanması için farklı entegrasyon seviyelerinde biyolojik sistemler kullanmaktadır. Bu tür biyolojik sistemler Antikorlar, enzimler, organeller veya mikroorganizmalar olarak karşımıza çıkabilirler . Biyosensörün üzerinde bulunduğu hareketsiz biyolojik sistem, analit ile etkileşime girer. Bu, katman kalınlığında kırılma indisleri, ışık absorpsiyonu veya elektrik yükünde vs. fizikokimyasal değişikliklere yol açar. Bu değişiklikler, transdüserler örneğin optoelektrik sensörler, amperometrik ve potansiyometrik elektrotlar veya alan etkili transistörler vasıtasıyla belirlenir. Ölçümden sonra, sistemin ilk durumu geri yüklenmelidir. Bir analitin bir biyosensör vasıtasıyla ölçülmesi, üç aşamada gerçekleşir. İlk olarak, analitin biyosensörün biyolojik sistemi tarafından özel olarak tanınması gelir. Daha sonra, analitin reseptör ile etkileşimlerinden kaynaklanan fizikokimyasal değişikliklerin bir elektrik sinyaline dönüştürülmesi gerçekleşir. Bu sinyal daha sonra işlenir ve kuvvetlendirilir. Bir biyosensör seçicilik ve hassasiyetini kullanılan biyolojik sistemden karşılar. 

Biyosensörlerin Çalışma Prensibi

Biyosensör çeşitleri

Piezoelektrik sensörler: Bir kuvarsın titreşimi, kütlesi ile ters orantılıdır. Bu şekilde bir enzim veya antikor kuvars kristali kaplanmış bir kuvars kristali mikro ölçekte bir tartı olarak kullanılabilir. Kaplanmış her bir sensörün sadece bir kez kullanılabilir olmasI ciddi bir dezavantajdır . Ancak böyle bir kristalin maliyeti oldukça düşüktür

Optik sensörler: Pratikte, bu sensörler öncelikle sıvılarda oksijen içeriğini izlemek için kullanılır. Ölçüm prensibi flörışıma söndürmeye (fluorescence quenching )dayanmaktadır. Ölçüm tertibatı olarak ucunda göstergesi bulunan bir optik dalga kılavuzu görev yapar. Bu göstergenin lüminesans veya emme özelliği , oksijen konsantrasyonu gibi bir takım kimyasal büyüklüğe bağlıdır.

Elektrokimyasal Algılama: Ör. amperometri veya potansiyometri vasıtasıyla. Amperometriyle , bir ölçüm odasında 2 elektrot üzerindeki voltaj sabit tutulurken akım ölçülür. Kolayca okside veya indirgenebilen metabolik ürünler için uygundur. Potansiyometre ise iyonik özellikteki reaksiyon ürünlerinde kullanılır. Bu iyonların nicelik yönüyle belirlenmesi , bu iyonların bir ölçüm elektrodunda meydana getirdiği elektrik potansiyeli üzerinden gerçekleşir.

Uygulamaları 

Yukarıdaki tanıma göre bir biyosensör olarak tanımlanabilen ilk ölçüm sistemi, 1962 yılında Clark ve Lyons tarafından geliştirilmiştir. Ameliyat sırasında ve sonrasında kandaki glikozun belirlenmesini sağlayan bir ölçüm sistemi tarif edilmiştir. Bu biyosensör seçime bağlı olarak önlerinde, iki membran arasında glikoz oksidaz enzimi yer alan ve sinyal dönüştürücü görevi gören Clark’ın tasarımı olan bir oksijen elektrotu ya da ph- elektrotundan meydana geliyordu. Glükoz konsantrasyonu, pH değerinde veya glikoz oksidaz enziminin katalitik etkisi altında glikozun oksidasyonu nedeniyle oksijen konsantrasyonunda meydana gelen değişiklik olarak tespit edilmiştir. 

Bu yapıda, biyolojik numune iki zar arasına konur ya da biyolojik sistem tek bir membrana uygulanır ve doğrudan dönüştürücünün yüzeyiyle irtibatlandırılır. Su ve atık su analizinde yapılan biyosensör uygulama alanları sırasıyla tekil bileşenlerin, toksisite ve mutajenikliğin ve de biyokimyasal süreçlerdeki oksijen ihtiyacının bu biyosensörlerle tespit edilmesidir. 

Banyo sularının veya atık suların bakteri içeriği bir biyosensör vasıtasıyla belirlenebilir. Bazı bakteri türlerine karşı geliştirilmiş antikorlar, titreşen bir membran üzerine uygulanır. Uygun bakteriler algılayıcıdan geçiyorsa, kendilerini antikorlara bağlarlar ve zarın titreşimlerini yavaşlatırlar. Titreşimler belirli bir değerin altına düşerse, bir alarm tetiklenir. 

Mantar tiplerinin yetiştirildiği bir biyoreaktördeki penisilin konsantrasyonu, bir biyosensör yardımıyla tespit edilebilir. Bu durumda kullanılan sensörün biyolojik bileşeni asilaz enzimini temsil eder. Bu penisilin parçalayan enzim, bir pH elektrodunun üzerinde bulunan bir zarın üzerine yerleştirilir. Böylelikle ortamda penisilin konsantrasyonu artarsa, enzim daha büyük ve daha büyük miktarlarda bir asite , yani fenilasetik asite ayrılır. Sonuç olarak, elektrottaki pH değişir. Böylece pH değerinden penisilin konsantrasyonu bilgisini çıkarımla elde etmek mümkün hale gelir.