바이오센싱 개요

바이오 센서는 복잡한 생물학적 유체에서 표적 분자의 검출 과 특성화를 통해 의학 및 생명 공학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 바이오센서는 효소와 같은 생물학적 수용체 분자를 사용하여 특정 화합물을 검출하는 장치이다. 바이오 센서는 전기화학, 기계적 특성 또는 광학과 같은 다른 방법을 사용하여 수용체에 대한 특정 분자의 결합을 감지합니다. 이 비디오는 바이오 센서의 몇 가지 기본 기술과 유형뿐만 아니라 응용 분야에 대해 논의하여 바이오 센서와 바이오 센싱 필드를 소개합니다.

먼저 일반적인 바이오센서의 작동 방식에 대해 논의해 보겠습니다. 바이오 센서는 생물학적 인식 시스템, 종종 바이오 수용체 또는 프로브 분자라고합니다. 이것은 일반적으로 효소, 항체, 또는 핵산과 같은 고정된 생체 분자이며, 이는 표적 분자를 선택적으로 포착하는 데 사용된다. 프로브와 표적 분자 사이의 결합은 pH 변화, 광학 변화 또는 레독스 이벤트와 같은 측정 가능한 이벤트를 유발합니다. 이 변경사항은 결합 정보를 정량화 가능한 신호로 변환하는 트랜스듀서에 의해 측정됩니다. 일부 바이오 센서는 바운드 대상의 양을 정량화하여 사용자에게 농도를 제공합니다. 그러나, 몇몇은 단순히 임신 시험에서 같이 분자의 존재를 확인하는 데 사용됩니다. 첫 번째 바이오 센서는 Leland C. Clark가 개발한 산소 센서였습니다. 센서는 포도당 산화를 이용했으며, 이는 포도당이 결합될 때 감소합니다. 산소가 존재하면 포도당 산화효소가 산화되어 측면 반응에서 과산화수를 생성합니다. 과산화수소가 산화되면 전자를 분실하고 전극에 의해 측정됩니다. 존재하는 산소가 많을수록 과산화수소가 더 많이 생성되고 더 많은 전자가 측정됩니다. 이 발견은 현대 바이오 센서의 길을 열었습니다. 이제 바이오 센서와 약간의 역사를 도입했기 때문에 몇 가지 일반적인 유형의 바이오 센서를 살펴보겠습니다.

광학 센서는 빛을 사용하여 표적 분자의 결합을 프로브 분자에 검출합니다. 매우 간단한 예는 형광 기반 센서입니다. 여기서 센서의 표면은 낮은 기저 형광을 가진 폴리머로 코팅된다. 중합체 표면이 프로브 분자로 기능화되면, 이 경우 단일 가닥 DNA, 형광이 증가한다. 대상 분자, 보완 DNA 가닥이 표적 가닥에 결합하면, 증가된 형광이 사라져 사용자가 형광 강도에 따라 결합의 양과 위치를 결정할 수 있게 한다. 바이오 센서의 또 다른 일반적인 유형은 전극을 사용하여 프로브와 표적 분자 사이의 레독스 반응을 감지하는 전기 화학 센서입니다. 이것은 일반적으로 전극 표면에 결합된 효소를 사용하여 행해지합니다. 표적 분자가 특정 적용 된 전위 하에서 효소에 결합하면 복합체의 감소 또는 산화가 발생합니다. 이것은 결합된 표적 분자의 양에 직접 비례하는 전자의 잉여 또는 적자를 만듭니다.

바이오 센싱 분야는 어려움이 없는 것이 아닙니다. 첫째, 한 가지 주요 과제는 복잡한 혼합물에서 발생할 수 있는 바이오 폴링이라고 불리는 샘플의 다른 분자에 의한 바이오센서 표면의 오염입니다. 이 오염은 프로브 분자가 시료의 표적 분자를 감지하는 것을 차단하여 센서의 검출 능력을 크게 감소시킬 수 있습니다. 그 결과, 일부 바이오 센서의 수명은 제한되어 있으며 재생되거나 폐기됩니다. 대안적으로, 이러한 효과를 완화하기 위해 바이오 폴링 방지 코팅이 개발될 수 있다. 센서의 검출 한계는 그 물질의 부재와 안정적으로 구별될 수 있는 물질의 가장 낮은 양을 말합니다. 낮은 검출 한계는 단일 분자 검출이 이상적인 시나리오인 확실성을 가진 물질의 미량 검출에 유리합니다. 그러나, 이것은 어려울 수 있습니다., 낮은 농도 종종 소음 아래 약한 신호 귀착되 고 정량화 하기 어렵다. 현재 연구의 대부분은 바인딩 효율성을 개선하고 소음을 줄임으로써 탐지 한계를 개선하기위한 것입니다.

이제 몇 가지 일반적인 유형의 바이오 센서와 이러한 기본 개념의 일부 응용 사항을 살펴보겠습니다. 일반적으로 사용되는 센서는 석영 결정 마이크로 밸런스 또는 QCM입니다. QCM은 압전 특성을 가지고 석영 크리스탈로 분리 된 두 개의 금 전극으로 구성됩니다. 교대 전류가 적용되면 특정 공진 주파수를 가진 진동이 유도됩니다. 이 공명 주파수는 분자가 표면에 결합할 때 변화합니다. 이러한 변화는 표적 분자의 결합과 양을 검출하는 데 사용됩니다. 특수 캔틸레버는 기계적 특성을 사용하여 표적 분자의 결합을 감지합니다. 여기서 캔틸레버는 프로브 분자로 기능화한 다음 표적 분자에 노출됩니다. 표적 분자의 결합시, 캔틸레버는 표면 응력의 변화로 인해 반사됩니다. 이 편향은 레이저를 사용하여 측정됩니다.

당신은 방금 조브의 바이오 센싱 개요를 보았습니다. 이제 바이오 센서의 기본 사항, 센서의 일부 주요 유형 및 과제뿐만 아니라 현장의 일부 응용 분야에 대해 잘 알고 있어야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.