Cảm biến sinh học

     

cảm biến sinh học tập là những thiết bị trong số đó các tác nhân sinh học tập được thực hiện để nhận biết yếu tố yêu cầu phân tích (analyte) trải qua tương tác của chúng với bộ phần truyền biểu hiện (transducer) <1>. Các tác nhân sinh học được sử dụng hoàn toàn có thể là những enzyme, phòng thể hoặc chống nguyên, thụ thể, vi sinh thiết bị hay những tế bào rượu cồn thực đồ gia dụng hoặc thậm chí toàn bộ cơ thể động thực thiết bị <1,2>. Trong những các tác nhân này, vi sinh đồ gia dụng tỏ ra có rất nhiều ưu điểm do: (i) chúng hoàn toàn có thể phát hiện nay phổ rộng các loại hóa học hóa học, (ii) chúng dễ hoàn toàn có thể được cải trở nên di truyền cho mục tiêu cảm biến, cùng (iii) chúng tất cả thể chuyển động tốt trong số phổ pH và nhiệt độ rộng. Hơn nữa, nhờ kích thước hiển vi và vận tốc sinh trưởng cao cũng tương tự thời gian rứa hệ ngắn, vi sinh vật có thể giúp giành được những phản nghịch ứng nhận thấy nhanh với khá đúng đắn với yếu hèn tố buộc phải phân tích. Bởi vậy, các cảm ứng sinh học tập vi sinh trang bị (cảm biến chuyển vi sinh) được nghiên cứu không hề ít trong vài chục năm quay trở lại đây và cho nên vì vậy rất đa dạng và phong phú về chủng loại. Tuy nhiên, dựa trên thực chất quá trình truyền tín hiệu, rất có thể phân các cảm biến vi sinh vào 3 dạng chính: các cảm biến vi sinh năng lượng điện hóa, các cảm ứng vi sinh quang học với các cảm biến sinh học tập dạng pin nhiên liệu vi sinh vật.

Các cảm ứng vi sinh điện hóa: Các cảm biến vi sinh năng lượng điện hóa cung ứng các thông tin phân tích định tính với định lượng thông qua tương tác giữa một yếu đuối tố nhấn biết bản chất vi sinh vật với một yếu hèn tố điện hóa có tính năng truyền biểu đạt <3>. Các cảm biến này bao gồm 3 dạng <2>: (i) dạng đo cái điện (amperometric), (ii) dạng đo hiệu điện cố gắng (potentiometric), cùng dạng đo độ dẫn (conductometric). Dạng sản phẩm nhất chuyển động ở một hiệu điện thế thắt chặt và cố định (đối với 1 điện rất chuẩn) và cái điện sinh ra biểu hiện những sự ô-xi khóa/khử khớp ứng của thành phần hoạt điện đề xuất phát hiện. Điện rất ô-xi hóa/khử tương ứng của thành phần hoạt điện cần phát hiện. Điện cực ô-xi (oxygen electrode) được sử dụng thông dụng nhất để đo cường độ ô-xi tiêu thụ của vi sinh trang bị (thể hiện bằng dòng điện đo được ở điện cực), qua đó reviews hoạt tính các enzyme và cường độ bàn bạc chất của vi sinh vật. Dạng sản phẩm công nghệ hai vận động trong đk dòng năng lượng điện không đổi và những thay đổi về hiệu điện chũm phản ánh những biến hóa ô-xi hóa- khử. Dạng thú ba chuyển động dựa trên sự quan sát và theo dõi những biến đổi về độ dẫn năng lượng điện của vật tư truyền dẫn khi liên quan với những sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật. Trong ba dạng trên, dạng đầu tiên được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi hơn cả vì có tương đối nhiều ưu điểm hơn, bao gồm: độ nhạy bén cao hơn, không nên số thấp rộng và cho tương quan xuất sắc hơn <4>. Tuy nhiên, để bảo vệ tín hiệu được truyền tải giỏi và chủ yếu xác, những tế bào vi sinh vật rất cần phải gắn lên bề mặt vật liều truyền dẫn bằng những kỹ thuật đặc biệt bảo đảm an toàn độ bền của phức hệ này cũng là một vấn đề cực nhọc khăn.

Bạn đang xem: Cảm biến sinh học

Các cảm ứng vi sinh quang học:Các cảm biến vi sinh quang quẻ học hoạt động dựa trên nguyên lý các thúc đẩy sinh hóa của vi sinh vật với thành phần môi trường thiên nhiên được diễn tả thành những tín hiệu quang đãng học. Các tín hiệu quang quẻ học rất có thể là nút độ hấp thụ quang, tín hiệu huỳnh quang, sự phát sáng, hoặc những chuyển đổi về chỉ số khúc xạ, v.v...<5>. Những cảm biến sinh học thực hiện tín hiệu huỳnh quang hoặc sự phát quang sinh học tập được phân tích phát triển nhiều hơn thế cả. Đặc biệt các cảm biến quang vi sinh được cho phép phát hiện nay phổ rộng nhiều một số loại chất với hạn chế những tín hiệu nhiễu (thường chạm mặt nhiều trong các cảm ứng vi sinh năng lượng điện hóa). Có rất nhiều dạng cảm biến quang vi sinh khác nhau: dạng sử dụng những vi trùng phát quang thoải mái và tự nhiên (như Vibrio harveyi), dạng sử dụng những vi khuẩn cải trở thành di truyền phạt quang (như nêu sinh sống trên) với dạng áp dụng các hệ thống gắn những tế bào phát quang <6>. Ưu điểm của những hệ quang quẻ vi sinh là tương đối nhỏ gọn, không quá đắt chi phí và hoàn toàn có thể triển khai mà lại không đề nghị phòng xem sét <7>. Mặc dù vậy, nhược điểm cơ bản của các khối hệ thống này nằm ở hiệu suất thu ánh sáng phát ra, và từ đó dẫn đến một vài hạn chế về độ nhạy, độ đặc hiệu cùng độ bất biến của phức hệ thắp sáng <4>.

Các cảm biến sinh học tập dạng pin nguyên nhiên liệu vi sinh đồ (microbial fuel cell-MFC): Pin nguyên nhiên liệu vi sinh đồ gia dụng là các khối hệ thống điện hóa trong các số ấy vi sinh thiết bị được tận dụng tối đa để tạo nên điện (như một dạng biểu lộ cảm biến) trong quy trình chúng phân giải các hợp chất hữu cơ hoặc hóa học thải (nguồn cho electron) <8> (Hình 1).

Xem thêm: Những Lời Chúc Giáng Sinh Bằng Tiếng Anh Hay Và Ý Nghĩa, Lời Chúc Giáng Sinh Bằng Tiếng Anh Hay Và Ý Nghĩa

*

Hình 1. Nguyên lý buổi giao lưu của một sạc nhiêu liêu vi sinh đồ gia dụng (Rabaey & Verstraete 2005). Ghi chú: Bacterium: vi khuẩn; Anode: cực âm; Cathode: cực dương; MED: chất truyền năng lượng điện tử trung gian; e-: điện tử

Như vậy, trong một MFC, cường độ trao đổi chất của vi sinh thứ được phản nghịch ánh bởi cường độ loại điện sinh ra. Cường độ thương lượng chất của vi sinh thiết bị lại xác suất thuận với nồng độ chất hữu cơ trong môi trường thiên nhiên và bị ức chế bởi các chất độc. Bởi vì vậy, mẫu điện sinh ra chính là chỉ thị về yếu tố môi trường cung cấp cho MFC. Thiết bị cảm ứng đo BOD (BOD sensor), do các nhà khoa học nước hàn (Kim cùng cs.) cải cách và phát triển và thương mại dịch vụ hóa, vận động dựa trên nguyên tắc này <9,10> (Hình 2).

*

Hình 2. Đồ thị về quan tiền hệ chiếc điện hiện ra và nồng độ BOD tại 1 thiết bị cảm ứng sinh học tập dạng pin nguyên liệu sinh học <11>. Ghi chú: Current: chiếc điện (đo bởi mA); Time: thời khắc đo (h); BOD đo bằng ppm (một phần triệu) theo phương thức BOD5

Đối với các MFC của Kim với cs., sự không tương ứng tuyệt đối của mẫu điện với độ đậm đặc BOD làm việc dải mật độ BOD cao vẫn là một trong vấn đề rất cần được khắc phục <4>. Mặc dù nhiên, đây sẽ không phải là 1 trong những cản trở trường hợp như sản phẩm công nghệ MFC được sử dụng như một chỉ thị unique nước thải (shock sensor) với biện pháp đánh giá quality nước (COD, BOD, độc tính) “đạt hay là không đạt” những mức chuẩn đặt ra. Các MFC theo lý thuyết ứng dụng vì vậy đã được nghiên cứu và phân tích và phát triển thành công tại bộ môn Vi sinh đồ gia dụng học – trường Đại học tập Khoa học thoải mái và tự nhiên – Đại học đất nước Hà Nội. Theo đó, những MFC dạng nhận xét độc tính có khả năng cảnh báo khi vận hành với nước thải nguồn vào anode chứa những chất độc thừa trên ngưỡng nồng độ mang lại phép; còn các MFC dạng reviews BOD cũng có công dụng cảnh báo khi cực hiếm BOD của nước thải vượt trên ngưỡng cho phép (Hình 3) (Kết quả phân tích của chủ đề mã số 08/HĐ-ĐT.08.14/CNMT do TS. Phạm cầm Hải chủ trì). Các thiết bị cảm ứng này có nhiều tiềm năng ứng dụng thực tiễn, giúp giám sát chất lượng xử lý nước thải và ngăn chặn nguy cơ ô nhiễm và độc hại môi ngôi trường nước.

*

Hình 3. Kết quả đánh giá BOD của nước thải tại một xóm tái chế vật liệu ở tp bắc ninh bằng 2 thiết bị cảm ứng sinh học đánh giá BOD (MFC_BOD). ĐC: những MFC_BOD được quản lý và vận hành với nước thải đối chứng có giá trị BOD đạt yêu cầu (

Tài liệu tham khảo:

Lei Y, Chen W, Mulchandani A (2006) Microbial biosensors. Analytica Chimica Acta 568: 200-210.D"Souza SF (2001) Microbial biosensors. Biosensors và Bioelectronics 16: 337-353.Thévenot DR, Toth K, Durst RA, et al. (2001) Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors và Bioelectronics 16: 121-131.Xu X, Ying Y (2011) Microbial Biosensors for Environmental Monitoring & Food Analysis. Food reviews International 27: 300-329.Lechuga LM (2005) Optical biosensors. In: Gorton L, editor. Biosensors và Modern Biospecific Analytical Techniques. London, UK: Elsevier. Pp. 209-246.Girotti S, Ferri EN, Fumo MG, et al. (2008) Monitoring of environmental pollutants by bioluminescent bacteria. Analytica Chimica Acta 608: 2-29.Ben-Yoav H, Elad T, Shlomovits O, et al. (2009) Optical modeling of bioluminescence in whole cell biosensors. Biosensors và Bioelectronics 24: 1969-1973.Davis F, Higson SPJ (2007) Biofuel cells—Recent advances & applications. Biosensors và Bioelectronics 22: 1224-1235.Chang IS, Jang JK, Gil GC, et al. (2004) Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor. Biosensors & Bioelectronics 19: 607-613.Kang KH, Jang JK, Pham TH, et al. (2003) A microbial fuel cell with improved cathode reaction as a low biochemical oxygen demand sensor. Biotechnology Letters 25: 1357-1361.Kim BH, Chang IS, Gil GC, et al. (2003) Novel BOD (biological oxygen demand) sensor using mediator-less microbial fuel cell. Biotechnology Letters 25: 541-545.