Mühazirə 8 - Bakı Dövlət Universiteti

Biosensorlar nədir?• Biosensorlar biomaterial nümunələrin vəbiostrukturların biokompozisiyalarını,quruluşunu və funksiyasını anlamaq üçünbioloji cavab reaksiyalarını elektrik siqnallarınaçevirən analitik ləvazimatlardır. Analitikcihazların tərkibində bioloji tanıma elementibirbaşa siqnal çevricisinə birləşdirilir hansı ki,bunlar birlikdə analiz edilənin konsentrasiyasıilə əlaqəli ölçülə bilən cavab reaksiyalarıyaradır.

Nanobiosensorlar kimyəvi və bioloji materiallarımüəyyən etmək üçün istifadə edilənnanosensorlardır.• Nanobiosensorların aşağıdakı növləri var• Elektronik nanobiosensorlar• Elektrokimyəvi nanobiosensorlar• İon kanalları çevriciləri biosensor texnologiyası• Nanoməftil biosensorları• Kantilever biosensor kimi• Karbon boruları biosensorları• DNT biosensorlar• Lazer, nanomərmi, SPR (Səth plasmon rezonans), SERS(Genişlənən n Səthdən Raman səpilməsi) , mRNT işlədən optikbiosensorlar• PEBBLE (Bioloji lokalizasiya yolu ilə nümunə yerləşdirilmişkapsullar)• Kvars nanobalanslaşdırılmış DNT sensor• Virus nanosensorlar

Nanobiosensorun 1-ci komponenti:Bioloji elementBu komponent axtarılan (müəyyən ediləcək) molekula ilə birləşməküçün istifadə edilir.Spesifik, saxlanarkən stabil və immobilizə olunmuş halda olmalıdırBioloji element nə ola bilər?MikroorqanizmlərToxumalarHüceyrəOrqanoidlərNuklein turşularıFermentlər (enzim)Ferment komponentləriReseptorAntitellər

Nanobiosensorun 2-ci komponenti:Fiziki-kimyəvi çevriciİnterfeys kimi işləyir, bioreseptorda baş verənreaksiyaların fiziki dəyişmələrini ölçərək budəyişmələri elektrik siqnalına çevirir

Nanobiosensorun 3-ci komponenti:DetektorÇevricidən gələn siqnallarımikroprosessora ötürür,burada siqnallar gücləndirilərəkanaliz edilirÇevricidən alınan məlumatlarsonra konsentrasiyavahidləri ilə ifadə olunaraqmonitora və ya məlumatbankına ötürülür

Detektə etmənin prinsipləriKütlənin dəyişməsini ölçür (müəyyən edir)Elektrik sahəsinin (çərəyanının)dəyişmələrini ölçürİşığın intensivliyinin dəyişmələrini ölçürİstilik dəyişmələrini ölçür

Peyzo-elektrik elektrik biosensorlarındetektə etmə prinsipləriBəzi peyzoelektrik qurğularda kristallardan,xüsusilə kvars kristallarından istifadə olunur.Bu kristallar elektrik sahəsinə həssas olurvə onun təsirindən yaxşı vibrasiya edir.Vibrasiyanın tezliyi kristalın qalınlığındanvə sıxılma qabiliyyətindən asılıdır.Digər hallarda maddəni lazerşüaları ilə şüalandıran zamanelektron dalğlarının (plasma lövhələrdə)xüsusi emissiya bucağının detektəedilməsi üçün qızıldan istifadə edirlər.Tezliyin dəyişməsi absorbsiya edən materialınkütləsindən asılıdır

Elektrokimyəvi biosensorlarındetektə etmə prinsipi• Tətbiq edilən cərəyanın ölçülməsi: ikielektrod arasında potensial yaradılanzaman oksidləşmə-reduksiya reaksiyalarızamanı elektronun hərəkətini müəyyənedə bilir.• Tətbiq edilən gərginliyin ölçülməsi: ionselektiv elektrodların (məsələn, pH)vasitəsilə elektrik yüklərininpaylanmasının dəyişmələri ölçülür• İmpedans üçün keçiriciliyin ölçülməsi

Optik biosensorların detektə etməprinsipiRəngin dəyişməsi üçün kalorimetriya:işığın udulması ilə reaksiyaya daxil olansubstratın reaksiya məhsuluna çevrilməsinindəyişmələrinin ölçülməsi.İşığın intensivliyinin fotometriyası:Luminesensiya və ya fluresensiyazamanı ayrılan fotonların fotogücləndiriciborular və ya fotodiod sistemlərvasitəsilə detektə olunması.

Kalorimetrik biosensorlarladetektəetmənin prinsipi• Fermentlə katalizə edilən reaksiya ekzotermikolarsa substratla reaksiya məhsulu arasındayaranan müqaviməti və beləliklə analitikkonsentrasiyanı iki termocüt vasitəsilə ölçməkolur

Nanoölçülü biosensorlarNanoborular ətrafına molekulyar təbəqələr çəkməklə vacibkimyəvi maddələri və molekulları hiss edən və eləcə də optikhəssaslığa malik olan nanobiosensorlarartıq yaradlma ərəfəsindədir.

Nanoölçülü biosensorlar• Nanoelektrodlar üzərinə çəkilmiş iybilməzülalları çox az miqdarda (hətta bir neçəmolekul tərtibində) iyli maddələri hissetmə qabiliyyətinə malik olacaq. Butexnologiyadan həkimlər xəstəlikləridiaqnoz etmək üçün istifadə edəcəklər.

Ag Nanoşarlarından hazırlanmış nanobiosensor birpikomol qatılığında olan streptavidin molekullarındetektı edə bilir

Nanoölçülü biosensorlarSibir xorası və HİV hepatitimüəyyən etıək üçün anti-teləsaslı peyzoelektrikBiosensor yaradılmışdır.Peyzo –elektrik əsaslı immunobiosensorlar akustik biosensorlarınən çox inkişaf etmiş sahələrindənbiridir. İmmunosensorların əsasüstünlüyü odur ki, istənilənmaddə üçün antitel almaqmümkündür. Antitellerin müəyyənedilməsi prosesi markirovkatələb etmirhttp://www.biomed.drexel.edu/TechPort/Contents/Lec/Overview/Lec_BioSensors.pdf

Hüceyrə əsaslı Akustik NanoBiosensorlarBu tip nanobiosensorlar əsasən hüceyrədə bu və ya digər amillərin təsirizamanı baş verən fizioloji proseslərin dəyişmələrini qeyd və analiz edir.Bu informasiyalar farmokologiya, toksikologiya, sijobiologiya və ekolojiaraşdırmalar üçün çox vacibdir.

Biosensorların yaradılması tarixindənbəzi məlumatlar• 1916 İlk dəfə zülalların immobilizasiya edilməsi :akivləşmiş ağac kömürünə invertaza fermentininadsorbsiya edilməsi .• 1922 ilk pH elektrodların yaradılması• 1956 İlk oksigenə həssas elektrodun yaradılması [LelandClark]• 1962 Glukozanın (şəkərin) təyini üçün yaradılan ilkbiosensor haqqında müzakirə:şəkəri təyin edənfermenttativ elektrod [Leland Clark, New York Academy ofSciences Symposium]• 1969 İlk potensiometrik biosensor: sidiyin analizi üçünureaza fermenti hopdurulmuş ammonium elektrodu.[Guilbault and Montalvo]• 1970 İon - selektiv elektrodun yaradılması ( Field-EffectTransistor (ISFET) (Bergveld)• 1972/5 İlk kommersiya məqsədilə yaradılan biosensor:Yellow Springs Instruments glucose biosensor.• 1975 İlk mikrob əsaslı biosensor. Platin məftil üzərində ilkimmunosensor. pO2 vəpCO2 elektrodları yaradılmışdır.

Biosensorların yaradılmasıtarixindən n bəzi məlumatlar• 1976 Çarpayı xəstəsi üçün ilk sünii mədəaltı vəz[Clemens et al.]• 1980 İn vivo qazlar üçün ilk optik lifli pH sensor.• 1982 Şəkərin təyini üçün ilk optik lifli biosensor• 1983 Plasma səth rezonansı (SPR0 immunosensor.• 1987 Qanaxma üçün qlükoza biosensoru [ MediSense]• 1990 Pharmacia BIACore SPR əsaslı biosensorlaryaradıldı• 1992 i-STAT ələ götürülən qan analizi biosensoruyaradıldı• 1999- cu ildən BioNMES, Kvant nöqtələri,Nanohissəciklər, Nanokantilever, Nanoməftil vənanoborulardan biosensorlar kimi istifadə olunmağabaşladı• 2002-2004 Kosmosda nano nümunələr• 2004-2006 Nano uçaq sistemlərinin komponentləri• 2006-2011 Kvant naviqasiya sensorları• 2011-2016 İnteqral nanosensor sistemlər

Optik NanobiosensorlarBioloji sistemlərdə kimyəvi maddələri detektə etmək üçün işıqdanistifadə edən sensorlara optik sensorlar deyilir.. [Kopelman et al.]Optik liflərin ölçüləri kiçik olduğundan onların vasitəsiləhüceyrələrarası və hüceyrədaxili fizioloji prosesləri detektə etməkmümkün olur. Belə optik sensorlarla mikromühitdə baş verənmühüm bioloji prosesləri müəyyən etmək imkanı yaranır. Optikliflər üçün İki tip metod mövcuddur: 1) İstilik və gərginlik: 2)Kimyəvi həkk etmə

Nanoməftil Sahə effektli NanobiosensorlarSensior elementYarımkeçirici kanal(nanoməftil) tranzistoru• Yarımkeçirici kanal almaq üçün nanomateriallardan istifadə olunur.Bunun üçün karbon nanoborulardan, metal oksidlərinanoməftillərindən və ya Si nanoməftillərdən istifadə olunur.• Səthin sahəsinin həcmə nisbəti və səthdə atomların daha çoxtoplanması bu materialların ətrammühütə həssaslığını dəfələrlə artırır.

Nanobiosensorların tətbiqitbiqiBioloji tətbiqlər• DNT Sensorlar; Genetik monitorinq, xəstəliklər• Immunosensorlar; HIV, Hepatitlər, digər virus xəstəlikləri, dərmanlarıntesti, ətraf mühitin monitorinqi• Hüceyrə əsaslı sensorlar, funksional sensorlar, dərmanlarən testi…• Ehtiyatlı olmaq üçün sensorlar; qan, sidik, elektrolitlər, gazlar,steroidlər,dərmanlar, hormonlar, zülallar,və s…• Bakterial Sensorlar; (E-coli, streptococcus, və s.): ərzaq sənayesi,dərmanlar, ətraf mühit, və s.• Enzim (fermentativ) sensorlar; diabetlər üçün, dərman yoxlamalarıüçün, və s.Ətraf mühit üçün tətbiq edilənlər• Ətraf mühitdə çirklənmə və toksikliyi təyin etmək üçün• Kənd təsərrüfatının monitorinqi• Yeraltı suların aşkarlanması və müayinəsi• Okeanların monitorinqi

Gələcək tətbiqləriXərçəngin monitorinqi• Nanobiosensorlar limfa mayesində xərçəngin çox ilkin mərhələlərdəaşkarlamasını həyata keçirmək üçün çox vacibdir• Sensor xərçəngə spesifik anti-tellə və ya biohəssas liqandlarlaörtülür. Xərçəng hüceyrəni hiss edən sensor detektə oluna bilənelektrik siqnalı, optik və ya mexaniki siqnal yarada bilir [ProfessorCalum McNeil]Biomarkerin müəyyən edilməsi↓Xərçəng biomarkerin təsdiqlənməsi↓Xərçəng biomarkeri↓Liqand / Nümunənin yaradılması↓Biosensor xərçəngi müəyyən edir ← Detektor↓Diaqnostika mərkəzinə toplanır

DİQQƏTİNİZƏ GÖRƏ MİNNƏTDARAM !