Biyosensörler (biyoalgılayıcılar), bünyesinde biyolojik bir duyargacı bulunan ve bir fizikokimyasal çeviriciyle birleştirilmiş analitik cihazlar olarak tanımlanmakta. Bir biyosensörün amacı, bir veya bir grup analitin (analiz edilecek madde) miktarıyla orantılı olarak sürekli sayısal elektrik sinyali üretmek.
Biyosensör sistemleri üç temel bileşenden oluşmakta. Bunlar; seçici tanıma mekanizmasına sahip “biyomolekül/biyoajan”, bu biyoajanın incelenen maddeyle etkileşmesi sonucu oluşan fizikokimyasal sinyalleri elektronik sinyallere dönüştürebilen “çevirici”, ve “elektronik” bölümler. Bu bileşenlerden en önemlisi, tayin edilecek maddeye karşı son derece seçimli fakat tersinir bir şekilde etkileşime giren, duyarlı biyolojik ajandır. Genel olarak biyoajanlar, biyoafinite ajanları ve biyokatalitik ajanlar olarak iki alt gruba ayrılırlar. Biyoafinite ajanları olan antikorlar, hormon almaçları, DNA, lektin gibi moleküller antijenlerin, hormonların, DNA parçacıklarının ve glikoproteinlerin moleküler tanımlanmasında kullanılıyorlar. Kompleks oluşumu sonucunda, tabaka kalınlığı, kırınım indisi, ışık emilmesi ve elektriksel yük gibi fizikokimyasal parametrelerin değişimine neden oluyorlar. Biyokatalitik ajanlarsa, analit üzerinde moleküler değişime neden olmakta ve bu dönüşüm sonucu ortamda azalan ya da artan madde miktarı takip edilerek sonuca gidilmekte. Bu amaçla saf enzim ya da benzim sistemleri, mikroorganizmalar ve bitkisel ya da hayvansal doku parçaları kullanılıyor.
Biyosensörlerin, klinik, teşhis, tıbbi uygulamalar, süreç denetleme, biyoreaktörler, kalite kontrol, tarım ve veterinerlik, bakteriyel ve viral teşhis, ilaç üretimi, endüstriyel atık su denetimi, madencilik, askeri savunma sanayii gibi alanlarda yaygın olarak kullanımı söz konusu. Özellikle 20. yüzyılın son 10 yılında, askeri bir tehdit oluşturması açısından hem dönemin genelkurmay başkanı, hem de bugünün ABD dışişleri bakanı, Colin Povvell’ın “olabilecek en ürkütücü silahın biyolojik silahlar olduğu yönündeki açıklamaları, 21. yüzyılın ilk dönemi için hem maddi hem de teknik açıdan biyosensör araştırmalarının yönünü belirlemiştir
Bu yıl Mayıs ayında Japonya’nın Kyoto şehrinde gerçekleşen “7. Dünya Biyosensör Kongresi” çalışma gruplarına ait başlıklar, dünyanın güvenlik, teknik ve ticari anlamda hangi tür araştırmalara öncelik tanıdığı konusunda fikir vermesi bakımından önemlidir.
Biyoelektronik ve mikroanalitik sistemler
Nükleik asit sensörleri ve DNA yongaları
Organizma ve tam hücre sensörleri
Biyoensörler için doğal ve sentetik reseptörler
Enzim tabanlı sensörler
İmmunosensörler
Çeviriciler
Biyosensörlerin, biyolojik tanıma ajanının bulunduğu “tanıyıcı tabaka” dışında, en önemli ikinci kısmı da “Çevirici (Transducer)” bölümüdür. Çeviriciler, biyoajananalit etkileşmesi sonucu gerçekleşen fizikokimyasal sinyali elektrik sinyaline dönüştürerek, bu sinyalin daha sonraları güçlenerek okunabilir ve kaydedilebilir bir şekle girmesine öncülük ederler. Biyoajananalit etkileşmesi sonucu olan değişimler, sadece tek bir değişkenle açıklanamaz. Örneğin, glikoz ölçümü için kullanılan glikoz sensöründe glikoz, oksijenin varlığında glikoz oksidaz enzimi tarafından glikonik aside ve hidrojen peroksite parçalanır. Bu tepkime sonucu
Çevirici ttürü
Ölçüm prensibi veya
Elektrokimyasal
Elektriksel
Optik
Manyetik
Kütle hassas
Termal
ölçülen özellik
Potansiyometrik
Amperometrik
Voltametrik
Alan etki (FET, ISFET)
Yüzey iletkenlik (MOS)
Elektrolit iletkenliği
Şoresans
Absorpsiyon
Yansıma
Lüminesans
Kırılma indisi
Işık saçılması
Paramanyetiklik
Piezo kristalin (PZ)
rezonans frekansı
Yüzey akustik dalga (SAW)
Reaksiyon ısısı
Adsorpsiyon ısısı
Kan kimyası analizi; benzin oktan sayısı; çevre değişimlerini takip; endüstriyel süreç denetleme; uçaklarda aşınma/korozyon takibi; kimyasal silahların belirlenmesi; gibi konularda yararlanılabilecek bir “kızılötesi mikrospektrometre”
i) ortamda bir miktar oksijen tüketilir ve bu azalma bir oksijen elektrodu ile takip edilebilir mi?. ii) ortamda glukonik asit arttığı için pH değişimi olmuştur ve bu bir pHmetre ile ölçülebilir mi?. iii) ortamda bir elektroaktif madde olan hidrojen peroksit açığa çıktığı için bu maddenin miktarı amperometrik olarak ölçülebilir mi?. Bu soruların cevabı hem evettir hem de hayır. Çünkü, biyoajananalit tepkimesindeki değişimin boyutları, mutlak ölçüt olarak [nanogram, pikoamper, mikrovolt. vb] gibi inanılmaz (106, 1012 mertebesinde veya daha küçük) olabilmekte. İşte bu aşamada çeviricilerin önemi ortaya çıkmakta. Bu bize küçüklüğümüzde defalarca dinlediğimiz “Prenses ve Bezelye Tanesi” masalını hatırlatıyor. Çevirici, yatağının altındaki bezelye tanesi nedeni ile uyuyamayan Prenses konumunda. Bu kadar küçük boyuttaki bir değişimi en sağlıklı, doğru ve orantılı olarak yansıtan çevirici, o tepkime için ideal olarak değerlendiriliyor. Ancak, bir tepkime için ideal olan çeviricinin bir başka tip tepkime için uygun olmayabileceği göz ardı edilmemeli. Biyosensör araştırmaları, analit çeşidini zenginleştirme ve daha düşük derişimlerde ölçüm yönünde ilerlerken, çeviricilerin de daha yüksek, güçlendirilmiş bir sinyal yaratmaları için araştırmalar yoğun şekilde sürmekte.
