Biosensorit

Biosensorit ovat laitteita, jotka yhdistävät biologisen tunnistuksen ja signaalin transduktiota. Ne muuntavat biologisen vasteen, kuten entsymaattisen reaktion tai DNA-tunnisteen, sähköiseksi, optiseksi tai massamuutoksia havaittavaksi signaaliksi. Tyypillinen biosensori koostuu kolmesta osasta: biorecognition-elementistä, transduktorista sekä signaalin mittaus- ja käsittelyjärjestelmästä. Biorecognition-elementit voivat olla entsyymejä, vasta-aineita, nukleiinihappoja tai aptameroja, jotka sitoutuvat spesifisesti kohteeseensa. Transduktori muuntaa tämän sitoutumisen havainnoitavaksi signaaliksi; esimerkkejä ovat elektrokemialliset, optiset, massasensoriset ja termiset transduktorit.

Elektrokemialliset biosensorit mittaavat sähköistä signaalia, kuten virtaa tai jännitettä, kun bioreaktiot tapahtuvat. Optiset biosensorit havaitsevat muutoksia valon ominaisuuksissa, esimerkiksi fluorimetri- tai chemiluminenssipohjaisia mittauksia sekä pintasplasmon-resonanssia. Massa- ja tiheysperusteiset biosensorit, kuten QCM-pohjaiset järjestelmät, seuraavat massamuutoksia biomolekyylien sitoutuessa sensorin pinnalle. Termiset biosensorit mittaavat lämpötilan muutoksia.

Sovellukset ovat laajoja: terveydenhuollossa ja diagnostiikassa käytetään esimerkiksi glukoosin mittausta sekä muiden biomarkkereiden analysointia. Ympäristövalvonnassa biosensorit seuraavat vesien ja ilman puhtautta sekä haitta-aineita. Elintarviketurvallisuus hyödyntää biosensoreita patogeenien ja toksinien havaitsemiseksi. Bioprosessiteollisuudessa ne seuraavat reaktioita reaaliajassa.

Kehitys jatkuu: tavoitteena ovat pienemmät, nopeammat, kustannustehokkaammat ja kestävämmät laitteet sekä parempi valmius standardoituihin point-of-care -ratkaisuihin. Clarkin glukoosibiosensorin kehitys vuonna 1962 on esimerkki varhaisesta menestyksestä.