전기화학 바이오센싱

전기 화학 적 생물 센서는 효소 촉매 및 기타 결합 이벤트와 같은 많은 생물학적 과정의 천연 레독스 특성을 이용합니다. 전기 화학 센서는 종종 레독활성 효소로 기능화되는 전극을 사용합니다. 표적 분자가 효소와의 반응에 관여하는 경우 전자의 이득 또는 손실이 측정되고 농도와 관련이 있다. 이 비디오에서는 전기 화학 적 감지의 원리를 검토 한 다음 예시 전기 화학 센서, 혈당 바이오 센서의 기초를 설명합니다.

첫째, 전기 화학 적 생체 센서 뒤에 일반적인 개념을 탐구하자. 고전적인 전기 화학 세포와 마찬가지로,이 센서는 일반적으로 세 개의 전극으로 구성됩니다 : 작동 전극, 카운터 전극 및 기준 전극. 반응은 작동 전극에서 발생하며 카운터 전극은 회로를 완료합니다. 상기 기준 전극은 레독스 전위에 대한 안정적인 기준점을 제공한다. 전극 재료는 센서의 유형, 검출할 아닐리바이트 및 사용되는 측정 기술에 따라 선택됩니다. 표적 분자의 특이성을 높이기 위해, 무료 효소, 항체 또는 단일 가닥 DNA와 같은 생체 인식 원소는 전극 표면에 고정되어 해당 표적 분자를 포착하는 데 사용된다. 그런 다음 전기 신호가 적용되어 대상의 감소 또는 산화가 발생합니다. 이것은 검출되는 전자의 잉여 또는 적자를 만듭니다. 이제 고전적인 3개의 전극 셀을 예로 사용하여 전기 화학 센서가 이 레독스 이벤트를 측정하는 방법을 살펴보겠습니다.

전기화학 시스템은 측정된 출력 신호의 종류에 따라 amperometric, potentiometric 및 방해와 같은 다른 범주로 나뉩니다. amperometric 장치는 전압이 알려지면 작동 및 카운터 전극 사이의 전류 변화를 측정합니다. 전압 입력은 일정한 값또는 선형 램프로 유지되거나 두 값 간에 지속적으로 순환됩니다. 측정된 산화 또는 감소 전류 변화는 알라바이트 농도에 직접 비례한다. 이 기술에 대한 자세한 내용은 순환 볼탐법 비디오를 참조하십시오.

Potentiometric 장치는 일정한 전류에서 작업 및 기준 전극 사이의 전압 변화를 측정합니다. 그런 다음 솔루션의 농도는 잠재성의 변화를 사용하여 계산할 수 있습니다.

마지막으로, 방해 장치는 분석용 솔루션의 전기 전도도의 변화를 측정합니다. 공지된 입력 A/C 전압 주파수에서 시간이 지남에 따라 작업 및 카운터 전극 사이의 전류 의 변화를 측정한다. 전압이 전류에서, Aalyte 용액의 임피던스가 계산됩니다. 이러한 임피던스는 Aalyte 용액의 전기 전도도가 증가하고, 결과물 용액의 전기 전도도가 감소하면 감소합니다.

원리와 다양한 유형의 전기화학적 감지를 간과한 결과, 이제 전기화학적 생체 센서의 작동을 예로 들어 보겠습니다. 혈당 수치에 대한 현재 가정 검사는 일회용 스트립에 인쇄된 스크린전극을 사용하여 수행됩니다. 이러한 전극 스트립 또는 회로는 효소 및 중재자 층, 액체 위킹 층 및 얇은 접착제 시트 및 스페이서에 의해 함께 유지되는 회로 보호 필름으로 코팅됩니다. 스트립의 액체 위킹 층은 혈액 혈청만이 효소와 중재자 커버전극에 도달할 수 있도록 혈액 세포 분리를 돕습니다. 마지막으로, 전극 사이에 전압이 적용되어 고정 된 중재자 효소 층에 포도당 효소 중재자 레독스 반응을 유발합니다. 혈액 혈청의 포도당은 효소 포도당 산화효소를 감소시키면서 글루코닉산으로 변환된다. 감소된 효소는 중제 분자에 전자를 잃어서 산화 상태로 되돌아갑니다. 이제 이 감소된 중개자는 그 아래의 중재자 효소 층과 전극 층 사이의 전자를 위한 셔틀 역할을 한다;  전극 표면에서 전자를 잃고 산화되어 전극에서 전류를 생성합니다. 주어진 잠재력으로 측정된 이 전류 증가는 시료의 포도당 농도에 직접 비례한다.

포도당 산화제의 전기 화학을 검토한 결과 환자에게 사용되는 포도당 센서를 빠르게 살펴보겠습니다. 이 검사를 위한 혈액은 안전 랜싯을 사용하여 수집됩니다. 이어서, 수집된 혈액은 정확한 검사를 위해 일회용 스트립의 혈액 수집 부위에서 신중하게 발견된다. 포도당 계측기는 전극에서 중재자가 증착한 전자를 전류로 계산한 다음 그 정도의 전기를 생성하는 데 걸린 포도당양을 계산합니다. 그런 다음 포도당 측정기는 화면에 해당 번호를 표시합니다.

이제 우리는 혈당 센서 뒤에 원리와 절차를 다루었습니다, 연구가 다른 필드에 전기 화학 생화를 적용하는 방법을 보자. 전기 화학 적 감지는 또한 암을 검출하기 위하여 이용될 수 있습니다. 하나의 센서 시스템에서, 암 단백질 특이적 항체는 시료 용액에서 배양되는 자기 비드의 표면에 고정되고, 그 다음에는 대상에게도 무료인 제2 레독스 활성 검출기 항체 용액이 그 뒤를 잇는다. 상기 구슬은 자기장을 이용하여 전극 표면에 포획되고, 암 단백질 농도를 검출하기 위해 암 측정이 수행된다.

마지막으로, 전기 화학은 또한 생체 전기 화학 연료 전지로 알려진 전력을 생성하기 위해 미생물과 함께 사용됩니다. 미생물은 연료 전지의 양극 또는 음극 표면에 필름을 형성하기 위해 배양된다. 미생물의 레독스 활성 단백질은 전자를 생성하고 다른 응용 분야에 대해 하네스되는 전력을 생산하는 전극의 레독스 반응에 참여합니다.

당신은 전기 화학 적 생화에 조브의 비디오를 보았다. 이 비디오는 전기 화학 적 생물 센서의 주요 원리에 대한 기본 개요를 포함하고 세부 사항에 혈액 포도당 센서의 기능을 설명했다. 마지막으로, 우리는 전기 화학 적 생물 감지의 몇 가지 실제 응용 프로그램을 설명했다. 시청해 주셔서 감사합니다.