Принципы конструирования биосенсоров.

Пиневич Юлия Сергеевна

студентка 5 курса

 

Диагностические средства на основе
достижений биотехнологии.
Биочипы и биосенсоры.

Реферат

по спецкурсу «Основы биотехнологии и биомедицины»

 

 

Москва – 2015

 

 

Оглавление

 

1. Основные понятия и сокращения.....................................................................3

2. Аннотация...........................................................................................................3

3. Ключевые слова..................................................................................................4

4. Введение..............................................................................................................4

5. Исторические факты..........................................................................................5

6. Биосенсоры.........................................................................................................7

7. Биочипы..............................................................................................................14

8. Заключение..........................................................................................................25

9. Список литературы.............................................................................................26

 

Основные понятия и сокращения

 

Биосенсор -автономное комплексное устройство, которое способно обеспечить получение специфической количественной или полу-количественной аналитической информации с использованием биологического распознающего элемента (биохимического рецептора), находящегося в непосредственном пространственном контакте с детектирующим элементом. (IUPAC)

Биочип- электронное устройство содержащее биологические молекулы; микромножество или матрица с нанесенными молекулами белков или нуклеиновых кислот для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце; микроматрица, содержащая все возможные ДНК-зонды для секвинирования.

 

ДНК (DNA)-дезоксирибонуклеиновая кислота

 

Аннотация

 

    Мечта иметь устройство, помещающееся в ладони, способное осуществить моментальную диагностику состояния здоровья может стать реальностью в ближайшее время. Биосенсоры и биочипы показали себя как наиболее перспективные кандидаты для достижения по-настоящему надежного устройства для диагностики, которые могут использовать в любом месте и в любое время удобным для пользователя способом. Преимуществами являются миниатюризация, чувствительность, прочность, надежность, способность к мультикомплексному анализу и массовому производству при низкой стоимости. Данное направление очень перспективно, так как достижения в данной области могут быть использованы в клинической диагностике

 

The dream of having a device in the palm of our hand able to deliver instant diagnostics of our health status could become a reality very soon. Biosensors have revealed themselves as the most promising candidates for achieving truly point-of-care devices for healthcare diagnostics to be employed in any place and any time in a user friendly way. Advantages is miniaturization, clinically-relevant sensitivity, robustness, reliability, potential for multiplexing and mass production at low cost. This area is very promising as advances in the art may be used in clinical diagnostics

 

Ключевые слова

 

Биочип, Биосенсор.

Biochip, biosensor.

 

Введение

 

Биологические микрочипы и сенсоры являются одним из наиболее быстро развивающихся эксперимен­тальных направлений современной биологии.

Технология биочипов нашла широкое применение  в связи с высокой чувствительностью, специфичностью, простотой выполнения, широким спектром анализа, низкой стоимостью процедуры.

Биочипы применяют как для исследовательских целей, так и в практической медицине. Широкое применение данные устройства нашли в области ветеринарии, криминалистики, в медико-биологических исследованиях, в биотехнологии, а также для идентификации вирусов и микроорганизмов и определения биоактивных веществ в небольших концентрациях. Проводят исследования фундаментальных проблем молекулярной биологии и молекулярной эволюции до практического применения в медицине, фармакологии, экологии, судебно-медицинской экспертизе и др.

 

 

Исторические факты.

Изобретению биосенсоров предшествовал ряд открытий. Так, например, в 1908 году Стэнли Бенедикт создаёт «реактив Бенедикта», содержащий сульфат меди и винную кислоту, для определения концентрации глюкозы в моче. В 1918 году на базе фотометрического метода датчане Хагедорн и Йенсен разрабатывают метод количественного определения глюкозы в крови. В 1921 году появляются таблетки, а затем и тест-полоски с реактивом Бенедикта. в 1922 году был создан первый стеклянный рН-метрический электрод. [5]

Идея создания такого рода устройств, как биосенсоры, возникла сравнительно недавно, в 1960-х гг. Впервые ее высказали Л. Кларк и К. Лионе, после чего наступает новая эпоха в лечении и диагностике. [11]

В 1956 году Л. Кларк опубликовал свою основополагающую работу, посвященную аналитическому применению изобретенного им кислородного электрода, который в дальнейшем стали называть электродом Кларка. Электрод Кларка предназначался для измерения концентрации (содержания) кислорода в жидких и газовых средах, в частности в крови и тканях организма. В 1962 году Л. Кларк выступил в Нью-йоркской Академии наук, где сообщил результаты собственных экспериментов, а также планы на будущее, связанные с возможностью анализа состава биологических жидкостей. Он рассказал как можно сделать существовавшие в то время электрохимические сенсоры (рН, полярографические, потенциометрические или кондуктометрические электроды) более полезными, сопрягая их с ферментами. В первую очередь его выступление относилось к применению для этой цели кислородного электрода. Эту концепцию он проиллюстрировал экспериментом, в котором на электроде была иммобилизована глюкозооксидаза. Присутствующая в среде глюкоза окислялась ферментом, процесс сопровождался потреблением кислорода. Снижение концентрации кислорода было пропорционально концентрации глюкозы. В статье, опубликованной в 1962 г., Кларк и Лионс ввели в употребление термин "ферментный электрод".

Подчеркивая простоту не только самой идеи, но также и процесса конструирования биосенсора, Л. Кларк отмечал, что первый электрод был сделан им у себя дома, в чулане. Эксперименты были очень простыми – для них требовался только солевой раствор, серебряная проволока, платина, впаянная в стеклянную трубку, батарейка для карманного фонарика, два резистора, целлофановая пленка, фермент глюкозооксидаза и гальванометр. Л. Кларк нанес небольшое количество глюкозооксидазы на поверхность платины и закрыл ее целлофаном. Целлофан он применил для того, чтобы отделить каталазу – фермент, присутствующий в крови и разрушающий перекись, от глюкозооксидазы, не препятствуя глюкозе проникать к электроду. На платину был подан положительный потенциал относительно серебряного электрода; такая система не реагировала на растворенный кислород, но давала ток в присутствии перекиси водорода. Л. Кларк показал, что ток электрода, погруженного в солевой раствор, был нулевым, однако быстро возрастал при добавлении глюкозы в раствор и был пропорционален ее концентрации. После этого исследователь проколол палец и внес кровь в раствор. Это привело к тому, датчик мгновенно сработал - ток увеличился, что означало, что система функционировала. Биосенсор для детекции глюкозы был создан таким простым способом. [6]

1969 год – создан первый, сравнительно небольшой для своего времени, компактный глюкометр (вес - 1,5 кг). Использовался только в клинических условиях. В 1981 году фирма «Байер» внедряет в медицинскую практику прибор под торговой маркой «Глюкометр». Почти одновременно на рынок выходит и другая торговая марка — «Акку-чек» фирмы «Бёрингер Маннгейм», в настоящее время известная как «Рош». [5]

 

 

Биосенсоры

Биосенсоры — это аналитические устройства, в которых чувствительный слой, содержащий биологический материал, реагирует на присутствие определяемого компонента и генерирует электрический сигнал, функционально связанный с наличием и концентрацией этого вещества. Биоматериалом могут служить ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы, ДНК, а также клетки, которые иммобилизованы на физических датчиках. [11]

Бисенсоры являются детекторами, действие которых основано на специфичности клеток и молекул и используется для идентификации и измерения количества малейших концентраций различных веществ.

Биосенсоры могут быть использованы для:
–измерения пищевой ценности, свежести и безопасности продуктов питания;
–экспресс-анализа крови непосредственно у кровати больного;
–обнаружения и измерения степени загрязнения окружающей среды;
–детекции и определения количества взрывчатых веществ, токсинов и возможного биологического оружия. [3]

Функционально биосенсоры сопоставимы с рецепторами живого организма, способными преобразовывать все типы сигналов, поступающих из окружающей среды, в электрические.

Углеводные микрочипы

Примером может служить комплекс гликолипидов с нитроцеллюлозой или поливинилиденфторидом. Благодаря данным чипам можно определить последовательность неизвестных олигосахаридов, опираясь  на структуру вступивших с ними в связь белков, или по взаимодействию сахаров с мембраной можно идентифицировать неизвестные белки.

Тканевые микрочипы позволяют проводить анализ тысяч образцов тканей на одном предметном стекле. Используются для определения содержания белков в здоровых и патологически измененных тканях и для оценки потенциальных мишеней для лекарственных препаратов. Так, например, образцы ткани мозга на предметных стеклах позволяют исследователям измерять изменение электрической активности нервных клеток при различных воздействиях.

Клеточные микрочипы позволяют избежать проблемы нестабильности белков в белковых микрочипах и производить более точный анализ взаимодействий белков внутри клетки.

Микрочипы на основе малых молекул позволяют фармакологическим компаниям производить одновременный скрининг тысяч потенциальных лекарственных средств.

Существенную помощь призваны оказать биочипы и при пересадке органов. Основная проблема при подобного рода операциях заключается в отторжении имплантированных тканей иммунной системой человека. Маркерами, которые находятся в каждой человеческой клетке и служат для идентификации своих клеток, являются белки главного комплекса гистосовместимости. Для того чтобы избежать отторжения, необходимо, чтобы белки-маркеры на имплантированной ткани как можно меньше отличались от белков-маркеров пациента. Биочипы облегчат подбор наиболее подходящих доноров, пересадка органов от которых вызовет минимальный иммунный ответ.

Разрабатываются также биочипы для диагностирования различных форм туберкулеза. В настоящее время появилось множество разновидностей туберкулезной палочки, устойчивых к воздействию антибиотиков. Биочип позволит выявить все известные на сегодняшний день формы возбудителя туберкулеза, а также определить, каким именно антибиотиком нужно лечить конкретную форму заболевания. Причем вероятность выявления биочипом формы заболевания туберкулезом с устойчивыми к лекарствам возбудителями близка к 100%. С помощью этих биочипов можно выявить 29 типов мутаций в гене, ответственном за устойчивость к рифампицину и 19 мутаций в генах, ответственных за устойчивость к изониазиду. Молекулярно-биологический метод гибридизации на микрочипах является высокоэффективным и быстрым (всего 48 часов по сравнению с 2-4 неделями для культурального и биологического методов диагностики туберкулеза) и с одновременным определением резистентности бактерий к противотуберкулезным препаратам. [10]

Биочипы можно применять для контроля за некоторыми смертельно опасными бактериями (возбудителями сибирской язвы, оспы, чумы и бруцеллеза), а также для диагностики гриппа и определения его штаммов. Российские ученые получили грант Американского центра по контролю заболеваний (CDC) для совместной работы по выявлению штаммов вирусов гриппа. Еще один проект касается возможности обнаружения жизни вне Земли, что связано с необходимостью многопараметрического анализа с помощью автономной системы с использованием биочипов.

В настоящий момент широко известны и внедрены биочипы для анализа генетических и клеточных исследований. Недавно создан еще один вид чипа – комплексно-штриховой код крови (Integrated Blood – Barcode Chip – IBBC). [13] По общему принципу действия IBBC во многом напоминает генетический и клеточный биочипы. Для анализа наличия определенных молекул необходимо, чтобы весь поток прошел через разветвленную сеть специфических ловушек, в которых остались бы только те молекулы, на которые эти ловушки настроены. Затем, нужно сделать так, чтобы прореагировавшие ловушки засветились. Тогда, просмотрев чип под микроскопом, можно свериться с картой и узнать – какие белки присутствуют в образце. Каплю крови подают в очень узкий канал на поверхности чипа и под небольшим давлением заставляют кровь пройти вглубь. От главного канала отходит множество боковых, еще более тонких каналов. Каждая полоска покрыта специфическими антителами, притягивающими только один определенный белок. Те полоски, что поймали белки, начинают флуоресцировать красным, причем тем интенсивнее, чем больше молекул-биомаркеров они собрали.

Каждый чип способен одновременно выполнять отдельный химический анализ крови для нескольких пациентов, да еще и по нескольким десяткам белков. Цена одного такого мультитеста оказывается идентичной цене нынешнего анализа плазмы на один единственный белок.

В США испытывали штрих-кодовый тестер в некоторых клиниках для меняющейся концентрации в крови гормона ХГЧ (хорионический гонадотропин человека) у беременной женщины, и что важно, в течение всей ее беременности. При развитии беременности содержание ХГЧ увеличивается в сто тысяч раз. Важно то, что с помощью этого биочипа легко уловить ХГЧ как в очень малых, так и в очень больших концентрациях. Такой широкий диапазон работы – плюс для метода в отличие от химических тестов, которые либо не улавливают низкие концентрации анализируемого вещества, либо улавливают только очень высокую его концентрацию. [13]

Технологию чипов применяли для диагностики с целью прогноза раков молочной железы и предстательной железы у ряда пациентов. Типы и концентрации белков варьируются от болезни к болезни, а также между разными лицами. Женщины с раком молочной железы будут генерировать иной набор биомаркеров по сравнению с мужчинами, страдающими раком простаты, а в то время как у женщин с агрессивной формой рака обнаружены белки, которые отличаются от белков для женщин с менее «смертоносной формой». Концентрации специфических белков могут меняться в ходе лечения, так что биочипы являются удобным монитором сдвигов в состоянии больного.

В практическом отношении применение микрочипов уже сегодня позволяет решать следующие задачи:

· точная постановка диагноза, выявление новых подтипов заболевания, уточнение классификации;

· прогнозирование течения болезни и клинического исхода, выявление генов и сигнальных путей, вовлеченных в патогенез онкогематологических, и не только, заболеваний, поиск новых мишеней для направленной дифференцированной персонифицированной терапии;

· разработка и создание более простых и дешевых диагностических тестов;

· включение микрочипов в проспективные клинические исследования, подтверждение результатов анализа на микрочипах для внесения в клинические протоколы лечения, использование клинических протоколов с учетом новых данных о природе заболеваний. [13]

Биочипы CQH (сравнительная геномная гибридизация) позволяет проводить одновременный анализ множества локусов генома при высоком уровне разрешения, недоступном для обычного цитогенетического анализа в короткие сроки, выявляет 99 аномалий в геноме, в том числе, трисомии - 13, 18 и 21 хромосом, что является важным для скрининга в пренатальном периоде.

Биочипы для иммунофенотипирования клеток крови используются, в основном, для диагностики гемобластозов.

Разработаны различные методики проведения анализа на биочипах на основе нанотехнологии и наноматериалов. Биочип, в данном случае, представляет собой прозрачную подложку, на которой в строго определенные участки нанесены иммобилизованные антитела (Ig G), способные взаимодействовать с определенными поверхностными антигенами клеток. Хемолюминесцентный поток определяет степень связывания, это оценивается в специальной камере с добавлением сигнального реактива и системой визуализации.

Панели определения аналитов для всех приборов достаточно широки: от гормонов (репродукции, фертильности, гормонов щитовидной железы, опухолевых маркеров) до молекул адгезии, цитокинов, лекарственных препаратов, а также ДНК–исследований (в частности – мутаций генов при колоректальном раке, раках молочной железы и легких), кардиоваскулярных заболеваний и других. Цитокины являются низкомолекулярными растворимыми белками, функционируют как сигнальные молекулы, регулирующие клетки иммунной системы, обладают аутокринной, эндокринной и паракринной функциями.

Цитокины активируются при воспалении, системном ответе и гемопоэзе, включая активацию клеточной пролиферации, миграции и инициации апоптоза, они могут проявляться при различных патологических состояниях и их концентрация может являться маркером прогноза. Кроме того, разработаны биочипы для определения антимикробной чувствительности (резистентности) к химиопрепаратам и противоспалительным продуктам.

Следует особенно отметить, что имеются в наличии биочипы для церебральной патологии. С помощью одной из панелей проводят определение деструкции астроцитов и нейродегенеративных изменений мозга, вплоть до белка, связывающего жирные кислоты. Вторая панель детектирует белки, участвующие в атеротромбозе. Широко представлена панель для определения аполипопротеинов от А до Е.

Применение биочипа облегчает и ускоряет дифференциальную диагностику формы лимфомы. Подбор препаратов, дозировок и схем лечения зависит от диагноза и группы риска пациента, определяемых на основании информации о морфологии и иммунофенотипе опухолевых клеток.

Морфологическая классификация лимфоцитов с трудом поддается формализации, а одни и те же клетки разными исследователями могут быть классифицированы как нормальные, а другими – как атипичные, что может приводить к ошибкам при постановке диагноза. Поэтому чрезвычайно актуальной является задача систематизации морфологии нормальных и патологических лимфоцитов периферической крови с использованием какой-либо дополнительной информации о наблюдаемых клетках, например, присутствие на поверхности клетки дифференцировочного поверхностного антигена. Данные проблемы позволяет решить использование клеточного биочипа. На биочипе достигается высокая, по сравнению с мазком, поверхностная концентрация клеток, что позволяет обнаруживать даже редко встречающиеся типы клеток.

 

Пиневич Юлия Сергеевна

студентка 5 курса

 

Диагностические средства на основе
достижений биотехнологии.
Биочипы и биосенсоры.

Реферат

по спецкурсу «Основы биотехнологии и биомедицины»

 

 

Москва – 2015

 

 

Оглавление

 

1. Основные понятия и сокращения.....................................................................3

2. Аннотация...........................................................................................................3

3. Ключевые слова..................................................................................................4

4. Введение..............................................................................................................4

5. Исторические факты..........................................................................................5

6. Биосенсоры.........................................................................................................7

7. Биочипы..............................................................................................................14

8. Заключение..........................................................................................................25

9. Список литературы.............................................................................................26

 

Основные понятия и сокращения

 

Биосенсор -автономное комплексное устройство, которое способно обеспечить получение специфической количественной или полу-количественной аналитической информации с использованием биологического распознающего элемента (биохимического рецептора), находящегося в непосредственном пространственном контакте с детектирующим элементом. (IUPAC)

Биочип- электронное устройство содержащее биологические молекулы; микромножество или матрица с нанесенными молекулами белков или нуклеиновых кислот для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце; микроматрица, содержащая все возможные ДНК-зонды для секвинирования.

 

ДНК (DNA)-дезоксирибонуклеиновая кислота

 

Аннотация

 

    Мечта иметь устройство, помещающееся в ладони, способное осуществить моментальную диагностику состояния здоровья может стать реальностью в ближайшее время. Биосенсоры и биочипы показали себя как наиболее перспективные кандидаты для достижения по-настоящему надежного устройства для диагностики, которые могут использовать в любом месте и в любое время удобным для пользователя способом. Преимуществами являются миниатюризация, чувствительность, прочность, надежность, способность к мультикомплексному анализу и массовому производству при низкой стоимости. Данное направление очень перспективно, так как достижения в данной области могут быть использованы в клинической диагностике

 

The dream of having a device in the palm of our hand able to deliver instant diagnostics of our health status could become a reality very soon. Biosensors have revealed themselves as the most promising candidates for achieving truly point-of-care devices for healthcare diagnostics to be employed in any place and any time in a user friendly way. Advantages is miniaturization, clinically-relevant sensitivity, robustness, reliability, potential for multiplexing and mass production at low cost. This area is very promising as advances in the art may be used in clinical diagnostics

 

Ключевые слова

 

Биочип, Биосенсор.

Biochip, biosensor.

 

Введение

 

Биологические микрочипы и сенсоры являются одним из наиболее быстро развивающихся эксперимен­тальных направлений современной биологии.

Технология биочипов нашла широкое применение  в связи с высокой чувствительностью, специфичностью, простотой выполнения, широким спектром анализа, низкой стоимостью процедуры.

Биочипы применяют как для исследовательских целей, так и в практической медицине. Широкое применение данные устройства нашли в области ветеринарии, криминалистики, в медико-биологических исследованиях, в биотехнологии, а также для идентификации вирусов и микроорганизмов и определения биоактивных веществ в небольших концентрациях. Проводят исследования фундаментальных проблем молекулярной биологии и молекулярной эволюции до практического применения в медицине, фармакологии, экологии, судебно-медицинской экспертизе и др.

 

 

Исторические факты.

Изобретению биосенсоров предшествовал ряд открытий. Так, например, в 1908 году Стэнли Бенедикт создаёт «реактив Бенедикта», содержащий сульфат меди и винную кислоту, для определения концентрации глюкозы в моче. В 1918 году на базе фотометрического метода датчане Хагедорн и Йенсен разрабатывают метод количественного определения глюкозы в крови. В 1921 году появляются таблетки, а затем и тест-полоски с реактивом Бенедикта. в 1922 году был создан первый стеклянный рН-метрический электрод. [5]

Идея создания такого рода устройств, как биосенсоры, возникла сравнительно недавно, в 1960-х гг. Впервые ее высказали Л. Кларк и К. Лионе, после чего наступает новая эпоха в лечении и диагностике. [11]

В 1956 году Л. Кларк опубликовал свою основополагающую работу, посвященную аналитическому применению изобретенного им кислородного электрода, который в дальнейшем стали называть электродом Кларка. Электрод Кларка предназначался для измерения концентрации (содержания) кислорода в жидких и газовых средах, в частности в крови и тканях организма. В 1962 году Л. Кларк выступил в Нью-йоркской Академии наук, где сообщил результаты собственных экспериментов, а также планы на будущее, связанные с возможностью анализа состава биологических жидкостей. Он рассказал как можно сделать существовавшие в то время электрохимические сенсоры (рН, полярографические, потенциометрические или кондуктометрические электроды) более полезными, сопрягая их с ферментами. В первую очередь его выступление относилось к применению для этой цели кислородного электрода. Эту концепцию он проиллюстрировал экспериментом, в котором на электроде была иммобилизована глюкозооксидаза. Присутствующая в среде глюкоза окислялась ферментом, процесс сопровождался потреблением кислорода. Снижение концентрации кислорода было пропорционально концентрации глюкозы. В статье, опубликованной в 1962 г., Кларк и Лионс ввели в употребление термин "ферментный электрод".

Подчеркивая простоту не только самой идеи, но также и процесса конструирования биосенсора, Л. Кларк отмечал, что первый электрод был сделан им у себя дома, в чулане. Эксперименты были очень простыми – для них требовался только солевой раствор, серебряная проволока, платина, впаянная в стеклянную трубку, батарейка для карманного фонарика, два резистора, целлофановая пленка, фермент глюкозооксидаза и гальванометр. Л. Кларк нанес небольшое количество глюкозооксидазы на поверхность платины и закрыл ее целлофаном. Целлофан он применил для того, чтобы отделить каталазу – фермент, присутствующий в крови и разрушающий перекись, от глюкозооксидазы, не препятствуя глюкозе проникать к электроду. На платину был подан положительный потенциал относительно серебряного электрода; такая система не реагировала на растворенный кислород, но давала ток в присутствии перекиси водорода. Л. Кларк показал, что ток электрода, погруженного в солевой раствор, был нулевым, однако быстро возрастал при добавлении глюкозы в раствор и был пропорционален ее концентрации. После этого исследователь проколол палец и внес кровь в раствор. Это привело к тому, датчик мгновенно сработал - ток увеличился, что означало, что система функционировала. Биосенсор для детекции глюкозы был создан таким простым способом. [6]

1969 год – создан первый, сравнительно небольшой для своего времени, компактный глюкометр (вес - 1,5 кг). Использовался только в клинических условиях. В 1981 году фирма «Байер» внедряет в медицинскую практику прибор под торговой маркой «Глюкометр». Почти одновременно на рынок выходит и другая торговая марка — «Акку-чек» фирмы «Бёрингер Маннгейм», в настоящее время известная как «Рош». [5]

 

 

Биосенсоры

Биосенсоры — это аналитические устройства, в которых чувствительный слой, содержащий биологический материал, реагирует на присутствие определяемого компонента и генерирует электрический сигнал, функционально связанный с наличием и концентрацией этого вещества. Биоматериалом могут служить ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы, ДНК, а также клетки, которые иммобилизованы на физических датчиках. [11]

Бисенсоры являются детекторами, действие которых основано на специфичности клеток и молекул и используется для идентификации и измерения количества малейших концентраций различных веществ.

Биосенсоры могут быть использованы для:
–измерения пищевой ценности, свежести и безопасности продуктов питания;
–экспресс-анализа крови непосредственно у кровати больного;
–обнаружения и измерения степени загрязнения окружающей среды;
–детекции и определения количества взрывчатых веществ, токсинов и возможного биологического оружия. [3]

Функционально биосенсоры сопоставимы с рецепторами живого организма, способными преобразовывать все типы сигналов, поступающих из окружающей среды, в электрические.

Принципы конструирования биосенсоров.

Биосенсор состоит из 5 основных компонентов:

· анализируемого вещества;

· биохимического преобразователя — превращает информацию о физических/химических связях в сигнал;

· физического преобразователя — фиксирует сигнал от биологической системы распознавания;

· электроники, отвечающей за отображение результатов  в доступной форме. [8]

Биохимический преобразователь сигнала выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя информацию о химических связях с определяемым компонентом в физическое или химическое свойство или сигнал.

Физический преобразователь сигнала преобразует концентрационный сигнал от определяемого компонента в электрический с помощью специальной аппаратуры. Для считывания и записи информации используют электронные системы усиления и регистрации сигнала. Существует большое разнообразие физических трансдьюсеров: электрохимические, спектроскопические, термические, пьезоэлектрические, различного рода оптические преобразователи, гравитационные, калориметрические, резонансные системы и т. п. [11]

Принцип работы оптического преобразователя основан на явлениях люминесценции, поглощения, рассеивания, поляризации или преломления света. По оптическим каналам и светодиодам передается порождаемый биохимическим преобразователем первичный сигнал в виде света. Оптические биосенсоры помехоустойчивы к электромагнитному фону, однако они подвержены фотовыцветанию и вымыванию индикатора. В качестве светочувствительных элементов используются фитохром, зрительный родопсин, бактериородопсин. [8]

Для акустических датчиков механические акустические волны действуют как системы трансдукции. Мембрана содержит химические материалы в контакте с пьезоэлектрическим материалом.

При связывании искомого вещества с биологическим компонентом биосенсора преобразователь генерирует сигнал, мощность которого пропорциональна концентрации вещества.

Путем комбинации биоселектирующих элементов с различными трансдьюсерами можно тем самым создавать большое разнообразие различных типов биосенсоров.

Основными преимуществами являются оперативность анализа, высокая специфичность и чувствительность при низкой стоимости, отсутствие необходимости использовать дорогостоящую аппаратуру. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой селективностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси.