Biyosensörler, biyolojik reaksiyonlarda hedef analit materyalleri denetlemek amacıyla kullanılan ve algılama özelliğine sahip olan cihazlardır. İç içe geçmiş biyokimyasal ve elektrokimyasal özellikteki iki yapıdan oluşur. Biyokimyasal kısım analiz edilecek madde ile  etkileşime girerek onun tanınmasını sağlarken, elektrokimyasal kısım ise tanıma olayı sonucu elde edilen verinin okunabilir sayısal bir değere dönüşmesi sağlar. [1]

Biyosensörler genellikle biyolojik veya kimyasal etkiye sahip bir maddeye seçici olarak, hızlı ve devamlı bir şekilde reaksiyon göstermesi sonucu işlevlerini yerine getirir. İşlevini yerine getirirken biyoaktif ve biyoalgılama materyaline sahip olmak zorundadır. Bu materyaller, analitleri tanıyabilmeli ve transducer ile yakın temas içinde bulunmalıdır. [2]

İlk biyosensör, Clark ve Lyons tarafından bir enzim-elektrotu üzerine yaptıkları çalışmada tanımlanmıştır. Biyosensörlerin geliştirilmesinde bir sonraki önemli buluş ise , Guilbault ve Montalvo tarafından yayımlanan içinde biyolojik olarak tanımlanmış molekülün diyaliz membranın arkasındaki temel sensörün çevresinde tutulduğu potensiyometrik üre elektrotudur. [3]

BİYOSENSÖRLERİN YAPISI

Biyosensörler, biyoalgılama materyelleri (reseptör) ve fiziksel bileşenlerin (transducer) bir araya getirilmesi sonucu ortaya çıkarlar. Biyosensörlerde kullanılan biyoalgılama materyalleri arasında enzimler, antikorlar, nükleik asitler, hücreler, reseptörler, dokular, organeller bulunur.

Biyosensörde kullanılan transducer, elektrokimyasal (voltametri, amperometrik, potensiyometrik, iletken, kapasitif, impedans olanlarda dahil), optik (emilim, yüzey plazmon rezonans, kimyasal ışıldama (kemiluminesans), biyolojik ışıldama (biyoluminesans), floresans, optik fiber olanlar da dahil), piezoelektrik (kuartz kristal mikrobalans, yüzey ses (akustik) dalgası), kalorimetrik ve manyetik olabilir. [3]

Biyosensörin yapısı ve bileşenleri

BİYOSENSÖR ÇEŞİTLERİ

Elektrokimyasal Biyosensör: Elektronları tüketen veya üreten enzimatik katalizin reaksiyonuna dayanır. Bu biyosensörün substratı genellikle bir sayaç, referans ve çalışma tipi gibi üç elektrot içerir. Elektrokimyasal biyosensörler 4 farklı sınıfa ayrılmaktadır:

  • Ampermetrik biyosensörler: Konsantrasyon bağımlı akımı, biyolojik olarak aktif materyalle kaplı elektrokimyasal elektrot aracılığıyla ölçerler. 
  • Potansiyometrik biyosensörler: İyonik konsantrasyonlardaki değişiklikler iyon seçici elektrotlar kullanılarak belirlenir. Potansiyometrik biyosensörlerin en büyük kısıtlaması, enzimlerin H+ ve NH4+ gibi iyonik konsantrasyonlara olan duyarlılığıdır.
  • Empedans biyosensörler: Empedans teknikler, enzimler, nükleik asitler, reseptörler ve antikorların tepkilerini incelemek için kullanılmaktadır.
  • Voltmetrik biyosensörler: Hb (hemoglobin) ile uyarlanmış bir karbon tutkal elektrodu ile inşa edilmiştir.

Fiziksel Biyosensörler: En yaygın kullanılan sensörlerdir. Fiziksel biyosensörler; piezoelektrik biyosensör ve termal biyosensör olarak ikiye ayrılır.

  • Piezoelektrik biyosensör: Yüzeyinde bir madde emildiği veya biriktiğinde piezoelektrik kristalin rezonans frekansındaki değişimin ölçülmesi temel alınarak çalışır.
  • Termal biyosensör: Kalorimetrik biyosensörler olarak adlandırılır. Bunlar biyoalgılama materyalinin (enzim, organel, mikroorganizma, bitki veya hayvan hücresi veya doku) termometre, termopil veya termistör gibi bir fiziksel transducer ile bütünleşmesiyle oluşmuştur. [3]

Optik Biyosensörler: İletici sistem olarak optik lifler kullanılır. İletici sistemde biyomolekülün sabitlenmesiyle absorbans, emilim ve saçılım yöntemiyle ölçüm yapan cihazlardır.

Giyilebilir Biyosensörler: İnsan vücudunda kan şekeri, kalp atış oranı, BP (bipolar bozukluk) vb. düzeylerini sağlayan, aynı zamanda akıllı saat, akıllı gömlek, dövme gibi farklı giyilebilir sistemlerde kullanılan bir dijital cihazdır.

BİYOSENSÖRLERİN AVANTAJLARI

  • Uzun depo kararlılığına sahiptir.
  • Uygulama sırasında fazla zamana ihtiyaç yoktur.
  •  Tekrarlanabilirlik özelliği yüksektir. Bu nedenle tüm laboratuar ortamında kolaylıkla uygulanabilir.
  • Yapılan ölçüm sırasında işlem basamak sayısı daha az olur. Bu nedenle yapılan işlemler esnasında yüksek fiyatlı cihazlara ve çeşitli kimyasallara gereksinim duyulmaz.

KAYNAKÇA

[1]: Coulet P.R., 1991. What is a Biosensor? Chapter 1; Biosensor Principles and Applications, Ed: Blum, L. J. Coulet, P. R, Marcel Dekker Inc., New York, 1-6.

[2]: Patel P.D. 2002. (Bio)sensors for Measurement of Analytes Implicated in Food Safety: A review, TrAC Trends Anal. Chem., 21: 96-115.

[3]: Li, Yanbin. 2006. Section 2.3 Biosensors, pp. 52-93, of Chapter 2 Hardware, in CIGR Handbook of Agricultural Engineering Volume VI Information Technology.

https://www.elektrikport.com/haber-roportaj/biyosensorler-ve-cesitleri/21857#ad-image-0

Resim: Li, Yanbin. 2006. Section 2.3 Biosensors, pp. 52-93, of Chapter 2 Hardware, in CIGR Handbook of Agricultural Engineering Volume VI Information Technology.

Kapak görseli: https://www.europeanpharmaceuticalreview.com/news/80091/microfluidic-exchanger/