Name: detecting molecules with light
Uploaded: 2023-04-30T06:32:51.000Z
Duration: 9 min 39 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">ביו-סנסורים אופטיים הם חיישנים המזהים מטרה ביולוגית או מטרות מעניינות באמצעות אור. מכשירים אלה מצאו יישומים בתחום הבריאות, תרופות, ניטור סביבתי, ביטחון המולדת, ואפילו בשדה הקרב. ביו-סנסורים אופטיים מחולקים באופן נרחב לחיישנים מבוססי תוויות וללא תוויות. דוגמה של חישה מבוססת תווית היא תגובת שרשרת פולימראז, או PCR, המשתמש בתוויות פלואורסצנטיות, או פלואורופורים, כדי לכמת את ה- DNA היעד המוגבר. דוגמה לשיטה נטולת תוויות היא תהודה של פלסמון משטח, או SPR. כאן, אינטראקציית הביו-מולולקולס ללא שינוי עם משטח החיישן מכומתת על ידי מדידת מאפיין בסיסי של החיישן, כמו זווית ההשתקפות. וידאו זה סוקר את היסודות של שני סוגים אלה של טכניקות biosensing אופטי ואת הרכיבים הקריטיים שלה, את עקרונות העבודה ואת היישומים המשותפים של biosensors אופטי.</div><div class="chapter_text" id="script_1">ראשית, הבה נבחן את העקרונות הכלליים של רגישות אופטית מבוססת תווית. בדרך כלל, בדיקה או אלמנט biorecognition, כמו נוגדן חינם, מחובר על פני השטח של החיישן באמצעות כימיית immobilization מסורתית. הפתרון לדוגמה זורם לאחר מכן על פני השטח של החיישנים. מולקולת המטרה, המשלימה לאלמנט הביו-רה-מולקולציה משותק, נלכדת באופן סלקטיבי מפתרון הדגימה המורכב. ואז הפתרון מדגם עודף נשטף עם חוצץ או מים. לאחר מכן, כדי לעזור לדמיין ולכמת את כמות המטרה הכבולה, מולקולה משנית שהיא מחמיאה למטרה ומחוברת לפלורופור, זורמת דרך המערכת. לאחר זמן מה, כאשר הכריכה של המולקולה המשנית למטרה התרחשה, פלואורופור עודף לא מאוגד נשטף. לאחר מכן ניתן לכמת את עוצמת הפלואורופור הכבול באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. עוצמה זו מתווכת תחילה עבור ריכוזי יעד ידועים שונים כדי ליצור עקומת כיול, אשר לאחר מכן מאפשר מידה ישירה של כמות לא ידועה של מטרה שנתפסה. לכן, טכניקות מבוססות תווית להשתמש בעוצמת הפלואורסצנטיות של פלואורופור רגיש מאוד כדי לכמת את הריכוז של הביומולקול של עניין.</div><div class="chapter_text" id="script_2">כעת, לאחר שבדקנו את העקרונות של ביו-סנסורים אופטיים מבוססי תוויות, בואו נבחן דוגמה נפוצה, התקן הנוכחי להגברת DNA, PCR כמותי או qPCR. תמהיל התגובה של qPCR כולל בדיקה מסומנת לכימות תגובה בזמן אמת. רצף הבדיקה מחובר הן לכתב פלואורסצנטי והן למולקולות קוונצ'ר, ונקשר לרצף דנ"א ספציפי. מולקולת הקוונצ'ר מרווה את פליטת הפלורופור בזמן ששניהם מחוברים לגשוש. במהלך תגובת ה- PCR, האנזים פולימראז משפיל את ה- DNA של הבדיקה ומפריד פיזית את כתב הפלורופור, ובכך מונע מרווה וכתוצאה מכך עלייה בפלואורסצנטיות. כדי לבצע qPCR, תחילה להוסיף את כל הרכיבים של התגובה, כולל בדיקות שכותרתו, לתוך צינור PCR או היטב. לאחר מכן, למקם את בארות PCR לתוך thermocycler מיוחד ולהזין את הפרמטרים עבור כל מחזור ואת מספר המחזורים. התרמו-מחזור המשמש ל- qPCR כולל מקור אור עם הרכיבים האופטיים הנדרשים לבחירת אורך גל וגלאי למדידת עוצמת הפלואורסצנטיות בזמן אמת במהלך תגובת ה- PCR. בסוף כל מחזור תרמי, עוצמת הפלואורסצנטית עקב הפלורופורים המשוחררים מתועדת ומתוכננת. עוצמת הפלואורסצנטית היא פרופורציונלית ישירות ללוגריתם של ריכוז המטרה בתגובה היטב, ולכן, עבור פלואורסצנטיות ידועה, ניתן לחשב את ריכוז היעד הלא ידוע.</div><div class="chapter_text" id="script_3">הבה נבחן כעת כיצד ניתן להשיג חישה ללא כתבים, כמו פלואורופורים, תוך שימוש בטכניקות חישה אופטיות ללא תוויות. עבור טכניקות ללא תוויות, חוסר ההשתקה של אלמנט הביו-רה-קוניציה זהה לטכניקה המבוססת על תווית. כל התקשרות ביו-מולקולית לפני השטח של חיישנים אלה משנה את אינדקס השחלור בסביבה הקרובה של המכשיר האופטי. מולקולות המטרה נקשרות לפני השטח של המכשיר האופטי המתפקד ויוצרות שכבה דקה ומשנות עוד יותר את אינדקס השבירה. שינויים אלה באינדקס שבירה ניתן לפקח על ידי מעקב אחר השינוי בתדירות הטבעית של רטט, או תדירות מהדהד של המערכת. ההבדל בתדרי הדהודה לפני ואחרי כריכת המטרה, הנקראת f shift, הוא פרופורציונלי ישירות לריכוז המטרה שנתפסה.</div><div class="chapter_text" id="script_4">עכשיו בואו נסתכל על העקרונות הבסיסיים של טכניקת חישה אופטית נפוצה ללא תוויות, תהודה פלסמון פני השטח, או SPR. מכשיר SPR טיפוסי משלב מקור לייזר ניתן להזזה, גלאי אופטי למדידת תזוזת עוצמת, ושבב חיישן עם מנסרת זכוכית מצופה בצד אחד בזהב. הפריזמה המכוסה בזהב משולבת עם מערכת נוזלית המאפשרת פעולת זרימה. בניסוי, מולקולת הגשושית, או אלמנט הביו-כרה, מחוברת לפני הזהב. אלמנט המטרה זורם על פני השטח ונקשר לגשוש משותק. החישה מנצלת את תופעת ה- SPR. זה קורה כאשר אור מקוטב מוצג על פני השטח של מתכת, כמו זהב, בזווית מסוימת, תטא SPR. התוצאה היא יצירת פלסמונים פני השטח שהם תנודות אלקטרונים קוהרנטיות הקיימות בממשק של שני חומרים המאפשרים סימנים מנוגדים. כאשר המסה המחוברת לפני השטח של החיישן משתנה, מצב התהודה של פלסמונים פני השטח משתנה. כתוצאה מכך, כאשר רק אלמנט הביו-כרה קשור על פני השטח, הקרן משתקפת בזווית אחת, תטא אחת. לאחר מכן, כאשר מסת יותר מחוברת לפני השטח, כמו המטרה שנתפסה, הפחתת עוצמת האור המוחזר בזווית הספציפית, תטא SPR נצפתה, כאשר זווית ההשתקפות משתנה לתטא 2. השינוי בעוצמת האור המוחזר בזווית התהודה, תטא SPR, הוא פונקציה של זווית האור המוחזר, וניתן למדוד אותו כהבדל בזוויות, תטא 1 ותטא 2.</div><div class="chapter_text" id="script_5">כעת, לאחר שכיסינו את העקרונות והפרוצדורות שמאחורי ביו-סנסורים אופטיים, בואו נראה כיצד חוקרים מיישמים את הטכניקות הללו כיום. cytometer תא הזרימה היא מערכת biosensing אופטי המשמשת בדרך כלל לספירת תאים ומדידת מגוון רחב של תכונות ורכיבים תאיים אחרים. מדגם המורכב מסוגי תאים מרובים, כל אחד מתויג עם פלואורופור ייחודי, מוכן במתלה. לאחר מכן, המדגם הוא לרוץ דרך cytometer הזרימה כך התאים לרוץ על פני קרן לייזר אחד בכל פעם. כאשר כל תא עובר דרך קרן הלייזר, אור פלואורסצנטי מפוזר ונפלט על ידי הפלורופורים השונים מכומתים בנפרד, מה שנותן ספירה ישירה של סוגי התאים השונים במדגם. יישום נוסף של biosensors אופטי הוא זיהוי של חיידקים בדגימות. דרך אחת לעשות זאת היא באמצעות חיישני מהדהד טבעת אופטיים. הם מורכבים לולאה סגורה בשילוב קלט אור ומדריכי גל פלט. כאשר אור של אורך גל מהדהד מוחל על מדריך גל הקלט, הוא מועבר דרך הלולאה ובונה עוצמה על פני נסיעות הלוך ושוב מרובות עקב הפרעות קונסטרוקטיביות והוא פלט למדריך גל הפלט. נוגדנים ספציפיים לחלבוני פני השטח החיידקיים משותקים על פני השטח של מהדהד הטבעת ומתקבל ספקטרום ספיגה בסיסי. לאחר מכן דגימת החיידקים זורמת על פני השטח של המהדהד כדי לאפשר קשירה חיידקית לגוף משותק, ולאחר מכן מתקבל ספקטרום ספיגה שני. אם החיידק של עניין נקשר, שינוי גלוי בפסגות מהדהד הוא ציין, אשר פרופורציונלי ישירות לריכוז של חיידקי היעד.</div><div class="chapter_text" id="script_6">הרגע צפית בסרטון של ג'וב על חישה אופטית. דנו בעקרונות הבסיסיים של חישה אופטית מבוססת תוויות וללא תוויות יחד עם שתי דוגמאות בולטות של שיטות אלה וכמה יישומים של הטכניקות. תודה שצפיתם.</div>

חישה ביולוגית אופטית

ביו-סנסורים אופטיים משתמשים באור כדי לזהות כריכה של מולקולת מטרה. חיישנים אלה יכולים להשתמש במולקולת תווית, המייצרת אות מדיד כגון פלואורסצנטיות, או שחיישנים אלה יכולים להיות נטולי תוויות ולהשתמש בשינויים במאפיינים אופטיים, כגון אינדקס שבירה, כדי לחוש בכריכה של מולקולת היעד. וידאו זה מציג הן תוויות והן biosensors אופטי ללא תוויות, מדגים את השימוש שלהם במעבדה, ומראה כמה יישומים של הטכנולוגיה.

Optical biosensors utilize light to detect the binding of a target molecule. These sensors can utilize a label molecule, which produces a measurable ...

חיישנים ביולוגיים אופטיים הם חיישנים המזהים מטרה ביולוגית או מטרות מעניינות באמצעות אור. מכשירים אלה מצאו יישומים בתחום הבריאות, התרופות, הניטור הסביבתי, ביטחון המולדת ואפילו בשדה הקרב. חיישנים ביולוגיים אופטיים מחולקים באופן כללי לחיישנים מבוססי תוויות וללא תוויות. דוגמה לחישה מבוססת תוויות היא תגובת שרשרת פולימראז, או PCR, המשתמשת בתוויות פלואורסצנטיות, או פלואורופורים, כדי לכמת את ה-DNA המוגבר של היעד. דוגמה לשיטה נטולת תוויות היא תהודה פלזמון פני השטח, או SPR. כאן, האינטראקציה של הביו-מולקולות ללא שינוי עם משטח החיישן מכומתת על ידי מדידת מאפיין בסיסי של החיישן, כמו זווית ההשתקפות. סרטון זה סוקר את היסודות של שני סוגים אלה של טכניקות ביו-חישה אופטיות ואת המרכיבים הקריטיים שלה, עקרונות העבודה והיישומים הנפוצים של ביו-חיישנים אופטיים. ראשית, הבה נסתכל על העקרונות הכלליים של חישה ביולוגית אופטית מבוססת תוויות. בדרך כלל, בדיקה או אלמנט זיהוי ביולוגי, כמו נוגדן משלים, מחוברים על משטח החיישן באמצעות כימיה מסורתית של אימוביליזציה. לאחר מכן, תמיסת הדגימה מוזרמת על פני החיישנים. מולקולת המטרה, המשלימה את אלמנט הזיהוי הביולוגי המשותק, נלכדת באופן סלקטיבי מתמיסת הדגימה המורכבת. ואז תמיסת הדגימה העודפת נשטפת עם חיץ או מים. לאחר מכן, כדי לעזור לדמיין ולכמת את כמות המטרה הקשורה מוזרמת דרך המערכת מולקולה משנית משלימה למטרה ומחוברת לפלואורופור. לאחר זמן מה, כאשר התרחשה קשירה של המולקולה המשנית למטרה, עודף הפלואורופור הבלתי קשור נשטף. לאחר מכן ניתן לכמת את עוצמת הפלואורופור הקשור באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. עוצמה זו משורטטת תחילה עבור ריכוזי מטרה ידועים שונים כדי ליצור עקומת כיול, המאפשרת לאחר מכן מדידה ישירה של כמות לא ידועה של מטרה שנלכדה. לפיכך, טכניקות מבוססות תווית משתמשות בעוצמת הקרינה של פלואורופורים רגישים במיוחד כדי לכמת את ריכוז הביו-מולקולה המעניינת. כעת, לאחר שסקרנו את העקרונות של חיישנים ביולוגיים אופטיים מבוססי תוויות, בואו נסתכל על דוגמה נפוצה, התקן הנוכחי להגברת DNA, PCR כמותי או qPCR. תערובת תגובת ה-qPCR כוללת בדיקה מסומנת לכימות תגובה בזמן אמת. רצף הבדיקה מחובר הן למולקולות מדווח פלואורסצנטי והן למולקולות מרווה ונקשר לרצף DNA ספציפי. מולקולת המרווה מרווה את פליטת הפלואורופור בזמן ששניהם מחוברים לבדיקה. במהלך תגובת ה-PCR, האנזים הפולימראז משפיל את ה-DNA של הגשושית ומפריד פיזית את מדווח הפלואורופור, ובכך מונע מרווה וכתוצאה מכך עלייה בקרינה. כדי לבצע qPCR, יש להוסיף תחילה את כל מרכיבי התגובה, כולל הבדיקות המסומנות בארגון, לתוך צינור PCR או באר. לאחר מכן, הנח את בארות ה-PCR לתוך תרמו-סייקלר מיוחד והזן את הפרמטרים עבור כל מחזור ומספר המחזורים. התרמו-ציקלר המשמש ל-qPCR כולל מקור אור עם הרכיבים האופטיים הנדרשים לבחירת אורך גל וגלאי למדידת עוצמת הקרינה בזמן אמת במהלך תגובת ה-PCR. בסוף כל מחזור תרמי, עוצמת הפלואורסצנט עקב הפלואורופורים המשוחררים נרשמת ומתוארת. עוצמת הפלואורסצנט עומדת ביחס ישר ללוגריתם של ריכוז המטרה בבאר התגובה, וכך, עבור פלואורסצנטיות ידועה, ניתן לחשב את ריכוז המטרה הלא ידוע. הבה נבחן כעת כיצד ניתן להשיג חישה ללא מדווחים, כמו פלואורופורים, באמצעות טכניקות חישה אופטיות ללא תוויות. עבור טכניקות ללא תוויות, הקיבוע של אלמנט הזיהוי הביולוגי זהה לטכניקה המבוססת על תוויות. כל חיבור ביו-מולקולה לפני השטח של חיישנים אלה משנה את מדד השבירה בסביבה הקרובה של המכשיר האופטי. מולקולות המטרה נקשרות לפני השטח של המכשיר האופטי הפונקציונלי ויוצרות שכבה דקה ומשנות עוד יותר את מקדם השבירה. ניתן לעקוב אחר שינויים אלה במקדם השבירה על ידי מעקב אחר השינוי בתדר הטבעי של הרטט, או בתדר התהודה של המערכת. ההבדל בתדרי התהודה לפני ואחרי קשירת המטרה, הנקרא הסטת f, עומד ביחס ישר לריכוז המטרה שנלכדה. עכשיו בואו נסתכל על העקרונות הבסיסיים של טכניקת חישה אופטית נפוצה ללא תוויות, תהודה פלזמון פני השטח או SPR. מכשיר SPR טיפוסי משלב מקור לייזר נע, גלאי אופטי למדידת שינוי עוצמה ושבב חיישן עם מנסרת זכוכית מצופה בצד אחד בזהב. המנסרה המצופה זהב משולבת במערכת נוזלית המאפשרת פעולת זרימה. בניסוי, מולקולת הבדיקה, או אלמנט הזיהוי הביולוגי, מחוברת למשטח הזהב. לאחר מכן אלמנט המטרה זורם על פני השטח ונקשר לבדיקה המשותקת. חישה מנצלת את תופעת ה-SPR. זה קורה כאשר אור מקוטב מוצג על פני השטח של מתכת, כמו זהב, בזווית מסוימת, תטא SPR. התוצאה היא יצירת פלזמונים על פני השטח שהם תנודות אלקטרונים קוהרנטיות הקיימות בממשק של שני חומרים בעלי היתרות של סימנים מנוגדים. כאשר המסה המחוברת למשטח החיישן משתנה, מצב התהודה של פלזמוני פני השטח משתנה. כתוצאה מכך, כאשר רק אלמנט הזיהוי הביולוגי קשור על פני השטח, הקרן משתקפת בזווית אחת, תטה אחת. לאחר מכן, כאשר יותר מסה מחוברת למשטח, כמו המטרה שנלכדה, הפחתה של עוצמת האור המוחזר בזווית הספציפית, נצפית תטה SPR, כאשר זווית ההשתקפות משתנה לתטא שתיים. השינוי בעוצמת האור המוחזר בזווית התהודה, תטא SPR, הוא אם כן פונקציה של זווית האור המוחזר, וניתן למדוד אותו כהפרש בזוויות, תטה אחת ותטא שתיים. כעת, לאחר שכיסינו את העקרונות וההליך מאחורי חיישנים ביולוגיים אופטיים, בואו נראה כיצד חוקרים מיישמים את הטכניקות הללו כיום. ציטומטר תאי הזרימה הוא מערכת ביו-חישה אופטית המשמשת בדרך כלל לספירת תאים ולמדידת מגוון תכונות ורכיבים תאיים אחרים. דגימה המורכבת ממספר סוגי תאים, שכל אחד מהם מתויג בפלואורופור ייחודי, מוכנה בתרחיף. לאחר מכן, הדגימה מועברת דרך ציטומטר הזרימה כך שהתאים עוברים על פני קרן לייזר בזה אחר זה. כאשר כל תא עובר דרך קרן הלייזר, אור פלואורסצנטי מפוזר ונפלט על ידי הפלואורופורים השונים מכומתים בנפרד, מה שנותן ספירה ישירה של סוגי התאים השונים בדגימה. יישום נוסף של חיישנים ביולוגיים אופטיים הוא זיהוי חיידקים בדגימות. אחת הדרכים לעשות זאת היא באמצעות חיישני תהודה טבעתיים אופטיים. הם מורכבים מלולאה סגורה המחוברת למדריכי גל כניסת אור ויציאה. כאשר אור באורך גל תהודה מוחל על מוביל גל הכניסה, הוא מועבר דרך הלולאה ובונה עוצמה על פני מספר נסיעות הלוך ושוב עקב הפרעות בונות ויוצא למוביל גל הפלט. נוגדנים ספציפיים לחלבוני פני השטח של חיידקים משותקים על פני המהוד הטבעת ומתקבל ספקטרום ספיגה בסיסי. לאחר מכן דגימת החיידקים מוזרמת על משטח התהודה כדי לאפשר קשירת חיידקים לגוף המשותק, ולאחר מכן מתקבל ספקטרום ספיגה שני. אם החיידק המעניין נקשר, נצפה שינוי גלוי בפסגות התהודה, שהוא ביחס ישר לריכוז חיידקי המטרה. זה עתה צפיתם בסרטון של JoVE על חישה ביולוגית אופטית. דנו בעקרונות הבסיסיים של חישה אופטית מבוססת תוויות ונטולת תוויות יחד עם שתי דוגמאות בולטות לשיטות אלה וכמה יישומים של הטכניקות. תודה שצפית.

Education

JoVE Science Education

Engineering

הנדסה

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

Optical Biosensing

detecting molecules with light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present.

Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs.

This page introduces both label and label-free optical biosensors. It also shows how they are used in the laboratory and highlights some applications of the technology.

Detecting Molecules with Light

overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

This collection covers core bioengineering concepts, which include production of biomaterials, histotypic and whole organ tissue cultures, bioprocessing techniques, and the complex system-level fields of bioMEMs and biosensing.


Learn how optical biosensors use light to detect target molecules. Compare label and label-free methods, lab use, and key applications.

Detecting Molecules with Light

Description

Transcript

Tags