Opti čki, piezo i kalorimetrijski biosenzori

1. BH Optički, piezo i kalorimetrijski biosenzori

2. OPTIČKI BIOSENZORI Oblast biosenzora koji koriste optičku detekciju jako je razvijena poslednjih godina uglavnom zbog prednosti optičkih sistema Osnova ovih sistemasu enzimske reacije koje menjaju optičke osobine nekih supstanci i na taj način im omogućavaju da emituju svetlost pri osvetljvanju(ekscitaciji) Načini optičke detekcije obuhvataju fluorescencu, fosforescencu, hemi/bioluminiscenciju

3. Prednosti optičkih biosenzora obuhvataju: • moguća je minimizacija upotrebnom optičkih vlakana • moguća suin situ merenja • moguća suin vivo merenja • diodna merenja omogućavaju multi-analitičku detekciju • signal ne ometaju elektromegnetne interferencije

4. Mane optičkih biosenzora su: • ambijenata svetlost jako smeta • optička vlakna su vrlo skupa • indikator faza može biti spran tokom vremena

5. Optička vlakna su subklasa optičkih talasovoda koji rade na principu totalne unutrašnje refleksije Svetlost koja je pala na međupovršinu između dve dielektrične sredine biće ili reflektovana ili reflektovana prema Snell’s Law –ovom zakonu

6. A Prevlaka Jezgro B B Totalna unutrašnja refleksija

7. Ako svetlost uđe u optičko vlakno (okruženo sredinom manjeg indeksa prelamanja) pod dovoljno malim uglom svetlost će se zadržati unutar vlakna Zbog toga se optičko vlakno sastoji od jezgra visokog indeksa prelamanja, okruženog prevlakom nešto nižeg indeksa prelamanja, a celo vlakno je zaštićeno neoptičkim omotačem

8. Omotač qmax Prevlaka Jezgro Prevlaka Omotač

9. Ulazna svetlost, a samim tim i izlazna zavise od prečnika vlakana Kako se za fleksibilna vlakna, zahteva veoma mali prečnik, ova veličina je ograničavajući faktor u proizvodnji vlakana Zbog toga se vlakna prave od snopova koji imaju prednost efikasnog skupljanja svetlosti i fleksibilnost Na tržištu se mogu naći, snopovi od 8, 16 i više vlakana.

10. Generalno biosenzori bazirani na optičkim vlaknima koriste fluorescenciju ili hemiluminiscenciju Ovo se bazira na činjenici da je fluorescencijabitno osetljivija od apsorbance Ovakvo baziran biosenzor je mnogo feksibilniji zbog činjenice da je poznato da veliki brojanalita i faktora menjaju emisiju odgovarajućih fluorofora

11. U osnovi postoje dve različite konfiguracije koje se koriste na vrhu sonde optičkog vlakana • konfiguracija distalne kivete • konfiguracija vezanih talasovoda

12. Konfiguracija distalne kivet obuhvata detekciju imobilizovanog molekula u poriznoj transparentnoj sredini na vrhu vlakna Fluorescencija se manja kada analit difunduje i kada je vezan Ekscitacija dolazi izvan vlakan i emisija se kupluje u vlaknu

13. Sonda na optičkom vlaknu Molekul kojise detektuje Analit

14. Tip konfiguracije savezivajućim talasovodom obuhvata vezivanje detektorskih molekula, sa obeleženim fluorescentnim (npr. antitela), sa kovalentno pričvršćenim molekulima analita na površinu vlakna Pošto je obeleživač blizu površine on se ekscituje prolaznim talasom koji se emitije iz vlakna, a rezultujuća fluorescencijase kupluje u vlakno Slobodni analit se takmiči za vezivajuća mesta molekula za prepoznavanje, omogućujući im da difunduju dalje od površine što za rezultat ima smanjenje fluorescence

15. Obeleženi fluorescent koji prepoznaje molekul Slobodni antigen Imobilisani analit

16. PIEZOELEKTRIČNI PRETVATRAČ Princip ovog tipa senzora se bazira na otkrivanju, postoji li linearan odnos između promene u frakvenciji oscilovanjapiezoelektričnog (PZ) kristala i varijacije mase na njegovoj površini Sauerbrey je 1959. god. otkrio da je promena mase obrnutoproporcionalna promeni frekvencije rezonirajućeg kristala (obično na MHz).

17. F = -2.3x106F2DM/A (Sauerbrey jednačina) Promena u masi se odigrava kada analit specifično interaguje sa bispecifičnim agensom koji je imobilizovan na površini kristala Kristal može biti prevučen antitelima, enzimima ili organskim materijalom Mogu se meriti promene frakvancije manje od 1MHz čime se postiže nanogramska osetljivost

18. Tanak kvarc Au Električni kontakt

19. SAW PRETVARAČI Surface acoustic wave (SAW). Uređaji sa akustičnim talasima sa površine rade na principu prostiranja akustoelektričnih talasa bilo duž površine kristala bilo kroz kombinaciju celokupne zapremine i površine. Oscilacija kristala u SAW uređajima je veća , bar za faktor 10 od oscilacije kristala koji se koriste u PZ uređajima

20. KALORIMETRIJSKI PRETVARAČI Enzimom katalizovane reakcije pokazuju istu promenu entalpije kao spontane hemijske reakcije Primećeno je znatno oslobađanje toplote (5-100 kJ/mol). Zbog toga su kalorimetrijski pretvaračiuniverzalno primenjivi u enzimskim reakcijama

21. Konstruisani termički senzori baziraju se na: • direktnim pričvršćivanjem imobilizovanog enzima ili ćelije na termistor. -imobilizacija enzima je u koloni u koji je termistor umetnut T = nH/cp

22. EnzimSubstrat-DH (kJ/mol) KatalazeVodonik peroksid 100.4 Holesterol oksidazaHolesterol52.9 Glukoza oksidazaGlukoza80.0 HeksokinazaGlukoza 27.6 Laktik dehidrogenaza Piruruvat62.1 - Laktamaza Penicilin G 67.0 Ureaza Urea 6.6 Urikaza Urinska kiselina49.1

23. Veza/Pojačivač Pisač Uzorak Termistor Struja pufera Enzimski reaktor Izmenjivač toplote Poliuretanska izolacija Aluminijumski blok

24. Unutrašnji Al blok Indikatorski termister MB reaktor 1 ml Referentni termister Spoljašnja izolacija Izmenjivač toplote

25. NANOSENZOR Optički nano senzor koji služi za in-vivo analizu u jednoj ćeliji: -vrh sonde ima prečnik od 40-50 nm -kraj izolacije na optičkom vlaknu ima prečnik 200 nm -specifično antitelo je imobilisano na vrhu -nanometarska veličina obezbeđuje blisko polje ekscitacije

26. -koristi se za određivanje toksičnih hemikalija (npr. bezo()piren tetrola (BPT) i benzo()pirena (BaP) -linija na 325 nm iz HeCd lasera služi za ekcitaciju BPT i BaP -invertni mikroskop služi za kontrolu postavljanja sonde u pojedinačnu ćeliju Fluorescentna svetlost se fokusira objektivom mikroskopa i šalje na brojač fotona (fotomultiplikator PMT)

27. Vrh nanosenzora Nanosenzor u ćeliji

28. -nanostruktura je dovoljno mala da bi se locirao unutar subćelijskih struktura (jezgro, mitohondrije) -mala struktura nanosenzora omogućava da se smesti unutar tipične ćelije sisara a da ne načini nikakvu štetu -nakon unošenja nnosenzora u pojedinačnu ćeliju ona može nastaviti svoje rutinske funkcije kao što je mitoza -moguće je detektovati samo nekoliko molekula BPT u pojedinačnoj ćeliji

29. Shematski prikaz aparture za primenu nanosenzora

31. -nisko magnetno polje omogućava da se merenje izvedeunutar same ćelije sa neznatnom pozadinom (pozadinski šum) -odlična osetljivost i reproduktivnost -određuju se pikomolarne koncentracije u jednoj ćeliji -tipično inkubaciono vreme u ćeliji je petminuta