Biosenzory. Helena Uhrová

Podobné dokumenty

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy

Elektrochemické metody

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

Biosenzory jako nástroj pro monitorování bakteriální kontaminace pitné vody v reálném čase

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

ONLINE BIOSENZORY PŘI HLEDÁNÍ KONTAMINACE PITNÉ VODY

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

Metody pro vyhodnocení experimentálních dat

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

Fluorescence (luminiscence)

12. Elektrochemie základní pojmy

EnviroPen biosenzor pro detekci halogenovaných polutantů

Měřicí řetězec. měřicí zesilovač. převod na napětí a přizpůsobení rozsahu převodníku

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ELEKTROMIGRAČNÍ METODY

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

SPR Povrchová Plasmonová Resonance. Zdroj: Wiki

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

Hlavní parametry přírodního prostředí ph a Eh

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

FIA fluorescenční imunoanalýza (fluorescence immuno-assay) CIA chemiluminiscenční imunoanalýza

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Konduktometrie. Potenciometrie, Iontově selektivní elektrody (ISE) Voltametrie (Ampérometrie, Polarografie)

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

Title: IX 6 11:27 (1 of 6)

Potenciometrie. Obr.1 Schema základního uspořádání elektrochemické cely pro potenciometrická měření

U = E a - E k + IR Znamená to, že vložené napětí je vyrovnáváno

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Luminiscenční analýza Použití luminiscenční spektroskopie v analytické chemii

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Tento rámcový přehled je určen všem studentům zajímajícím se o aktivní vědeckou práci.

Kapacitní senzory. ε r2. Změna kapacity důsledkem změny X. b) c) ε r1. a) aktivní plochy elektrod. b)vzdálenosti elektrod

Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Teorie systémů TES 3. Sběr dat, vzorkování

3. MĚŘICÍ A ZÁZNAMOVÉ ZAŘÍZENÍ

Diagnostické metody v analýze potravin. Matej Pospiech, FVHE Brno

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

Analogově-číslicové převodníky ( A/D )

Metody testování humorální imunity

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice. Souhrn. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Principy chemických snímačů

Vybrané spektroskopické metody

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Bazénové elektrody a příslušenství pro rok 2014

Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)

Chemická reaktivita NK.

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. výstup

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

Ohlašovací prahy pro úniky a přenosy pro ohlašování do IRZ/E-PRTR

Technická kybernetika. Obsah. Principy zobrazení, sběru a uchování dat. Měřicí řetězec. Principy zobrazení, sběru a uchování dat

Nanotechnologie a Nanomateriály na PřF UJEP Pavla Čapková

Membránové potenciály

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Tematické okruhy pro státní závěrečné zkoušky v navazujícím magisterském studiu na Fakultě chemicko-inženýrské v akademickém roce 2015/2016

jako markeru oxidativního

1. ročník Počet hodin

Rekombinantní protilátky, bakteriofágy, aptamery a peptidové scaffoldy pro analytické a terapeutické účely Luděk Eyer

Příprava materiálu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

Elektrody pro snímání biologických potenciálů. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

V organismu se bílkoviny nedají nahradit žádnými jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.

MEMBRÁNY AMPEROMETRICKÝCH SENSORŮ

Izolace RNA. doc. RNDr. Jan Vondráček, PhD..

Microfluidic systems, advantages and applications Monika Kremplová, Mgr.

Imunochemické metody. na principu vazby antigenu a protilátky

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

Renáta Kenšová. Název: Školitel: Datum:

MATURITNÍ TÉMATA - CHEMIE. Školní rok 2012 / 2013 Třídy 4. a oktáva

Glukóza Ing. Martina Podborská, Ph.D. OKB FN Brno Zpracováno s pomocí přednášek RNDr. Petra Breineka Školní rok 2015/2016

Oxidace a redukce. Objev kyslíku nový prvek, vyvrácení flogistonové teorie. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2

Oxidace a redukce. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2. Redukce = odebrání kyslíku

Binární data. Číslicový systém. Binární data. Klávesnice Snímače polohy, dotykové displeje, myš Digitalizovaná data odvozená z analogového signálu

Enzymy charakteristika a katalytický účinek

Hybridizace nukleových kyselin

DÝCHÁNÍ. uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována) Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Fluorescenční mikroskopie

Lékařská chemie a biochemie modelový vstupní test ke zkoušce

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

INECO průmyslová ekologie, s.r.o. Zkušební laboratoř INECO průmyslová ekologie s.r.o. náměstí Republiky 2996, Dvůr Králové nad Labem

Izolace nukleových kyselin

Metody testování humorální imunity

Rychlost chemické reakce je dána změnou Gibbsovy energie a aktivační energií: Tudíž zrychlení reakce pomocí katalýzy může být vyjádřeno:

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

Transkript:

Biosenzory Helena Uhrová

L.C.Clarc, článek o O 2 elektrodě, 1956 1962, symposium v New Yorku oxidoredukční enzym glukózooxidáza byl uchycen na dialyzační membránu a s ní na kyslíkovou elektrodu - enzymová elektroda

První biosenzor glukózooxidáza katalyzuje reakci glukóza + O 2 kyselina glukonová + H 2 O 2 Úbytek kyslíku - úměrný koncentraci glukózy byl měřen kyslíkovou elektrodou

První komerční senzor Stanovení glukózy přímo v krvi Na principu úbytku kyslíku první model 1974 1973 Yellow Springa Instrument Company ampérometrické měření vzniklého peroxidu vodíku

Definice biosenzoru Citlivé analytické zařízení převádějící fyzikální nebo chemický signál na jiný, lépe měřitelný. Rozpoznávací část tvoří prvek biologického původu. Biosenzor je složen z bioreceptoru a převodníku. Obě složky integrovány v jednom senzoru.

Bioreceptory Biomolekuly rozpoznávají analytický cíl: Enzymy Protilátky Receptorové bílkoviny Mikroorganismy Nukleové kyseliny Rostlinné a zvířecí tkáně

enzymy Nejúčinnější katalyzátory s vysokou strukturní specifitou katalyzují přeměnu jedné látky, ostatní ignorují Vysoká enzymová aktivita - nutné udržení vhodné teploty a ph prostředí Z izolovaných enzymů je jen několik set je vhodných pro komerční užití v senzorech

Velmi často se užívají oxidoreduktázy, katalyzující oxidaci (odnímání elektronů) nebo redukci (dodávání elektronů) enzymového substrátu. Oxidoreduktázy jsou spojeny s elektrochemickými procesy, jejich přeměnu je snadnější sledovat elektrochemickou detekcí. Reálným problémem je ale přenos elektronů z/na aktivní místa.

protilátky tvoří okolo 20% veškerých bílkovin plasmy a jsou souhrnně označovány jako imunoglobiny Nejjednodušší protilátky- molekuly tvaru Y s dvěma identickými vazebnými místy pro antigen základní strukturní jednotka složena ze 4 řetězců 2 lehkých a 2 těžkých reversibilně se váží se specifickým antigenem

receptorové bílkoviny molekuly se specifickou afinitou k hormonům, protilátkám, enzymům a dalším biologicky aktivním látkám nejčastěji vázány na membrány chuťové receptory, čichové receptory i fotoreceptory očí

mikroorganismy Bakterie Kvasinky Plísně Rychlé rozmnožování Odolnost Přizpůsobivost Široká škála živin

nukleové kyseliny Využití k identifikaci : jiné DNA jiné RNA některých mutagenů Próba: obsahuje imobilizovanou jednovláknovou DNA s určité sekvenci hybridizace s komplementární sekvencí- hledaná DNA zůstane navázána

Nevýhody: rostlinné a zvířecí tkáně Buňky s omezenou funkcí Obtížná manipulace Nesnadná a drahá kultivace mimo mateřský organismus Nutnost dodržování životních podmínek Výhoda: biologická odpověď podobná jako u živého organismu

skladba biosenzorů analyt bioreakční (rozpoznávací)vrstva převodník elektronická jednotka výstupní signál

Konstrukce biosenzorů volba vhodné imobilizační techniky imobilizace biologického materiálu do pevného materiálu připojení detekčního zařízení (závisí na povaze signálu, který dává biologický materiál) připojení záznamového zařízení

membrány Slouží: k ochraně před usazeninami K eliminaci interferencí Ke kontrole operačního režimu biosenzorů

elektrochemické převodníky využívá je nejvíce senzorů - pro konstrukční jednoduchost - a dobrou cenu s úspěchem využívány pro stanovení organických látek v potravinách

Dělení převodníků i biosenzorů podle metody detekce Potenciometrické biosenzory Ampérometrické biosenzory Konduktometricko/impedimetrických biosenzory

Potenciometrické biosenzory vyžadují měření potenciálu při nulovém proudu potenciál je úměrný logartimu koncentrace stanovované látky Využívají např. iontově selektivních elektrod k stanovení změn koncentrace vybraných iontů (např.h + ).

složeny z ISE kombinované s imobilizovaným enzymem- v ISE je generovaný elektrodový potenciál úměrný logaritmu koncentrace analytu. koncentrace závisí na potenciálu E E RT nf a a ox = E0 + ln Nevýhody:velký odpor, redrozbitnost, erozivita a citlivost na kapacitu pufrů při měření roztoků.

Konduktometricko/impedimetrické Stanovují změny v konduktanci změny v impedanci biosenzory v důsledku změn vyvolaných v daném prostředí náboji Nevyžadují referenční eldu (tenkovrstvé technologie), jsou dobře kompatibilní s elektrickými obvody a počítačovým rozhraním

Využívají měření světla Optické biosenzory změn optických vlastností biomateriálů ( barva opticky nebo spektrofotometricky) fluorescenční spektroskopie luminiscence optická vlákna nanesená vrstva produkuje světelné signály nebo je mění

Piezoelektrické biosenzory Využívají vibrace v elektrickém poli které se mění s tloušťkou krystalu Výhody: nízká cena, rychlá odezva Nevýhody: vysoká citlivost na vnější podmínky (vlhkost vzdúchu) DNA čipy Si matrice v pravidelné mřížce imobilizovány různé sekvence DNA fluorescenčně vyfotografován analýzou lze určit sekvenci

imunosenzory Savčí buňky zdroj protilátek Senzory detekují i stopová množství Modifikované protilátky navěšená fluorescenční nebo enzymová značka Vymývací krok ELISA - o analyt soutěží volná a imobilizovaná protilátka kvantitativní stanovení analytu

Biosenzory s povrchovou plazmovou rezonancí na rozhraní kov - dielektrikum vzniká při totálním odrazu světla opticko-elektrický jev při určitém úhlu (max. přenos energie světla na plasmony - elektrony atomů kovu v povrchové vrstvě) klesne intenzita odraženého světla modifikace kovové vrstvy komplexem protilátka-antigen posun rezonančního maxima

Kalometrické biosenzory Změny teploty při biochemické reakci Přesná čidla nárůstu teploty nejsou častá

Analogově-číslicové převodníky

Charakteristiky převodníků Rozlišovací schopnost převodníku - dána počtem rozlišitelných úrovní analogového signálu. (Pro n-bitový binární převodník je to 2 n úrovní, pro m-místný dekadický převodník je to 10 m úrovní). Krok kvantování (citlivost převodníku) - nejmenší rozlišitelná velikost analogové veličiny - rozdíl dvou hodnot analogové veličiny, při kterých nastává přechod od jednoho kódového slova k druhému

Chyba kvantování je maximální rozdíl mezi hodnotou analogové veličiny a hodnotou odpovídající danému kódovému slovu -obvykle polovina kroku kvantování. Rychlost převodníku se určuje počtem převodů za jednotku času. Kód převodníku - v jakém kódu převodník pracuje (nejčastěji přímý binární kód a binárnědekadický tzv. BCD-kód)

Přesnost převodníku Součtová (aditivní) chyba je nezávislá na hodnotě analogového signálu a je pro celý rozsah konstantní. Je způsobená např. posunutím nuly, chybou kvantování apod. Součinová (multiplikativní) chyba závisí na hodnotě analogového signálu a je způsobená chybou zesílení analogových částí a nelinearitou převodníku.

Stabilita převodníku vyjadřuje stálost vlastností převodníku při působení různých rušivých vlivů, jako je teplota, čas, vlhkost apo

Číslicově-analogové převodníky převádí vstupní slovo na analogovou veličinu (napětí nebo proud), která je přímo úměrná vstupní informaci. Vstupní slovo je číslo, které vyjadřuje okamžitou hodnotu určité veličiny a sestává z určitého počtu bitů. Pro vyjádření tohoto čísla se používá nejčastěji přirozeného binárního kódu nebo kódu BCD.

Analogově-číslicové převodníky Analogově-číslicový převod lze rozdělit na tři základní fáze: vzorkování, kvantování a kódování. analogový signál výstupní slovo VZORKOVÁNÍ KVANTOVÁNÍ KÓDOVÁNÍ

vzorkování

Metody imobilizace K převodníku musí být připojen selektivní element. Existuje několik klasických metod: Adsorpce na povrchu Mikrozapouzdření záchyt v gelové matrici, pastě nebo polymeru mezi dvěma membránami

Záchyt selektivní element je zachycen v gelové matrici, pastě nebo polymeru velmi populární metoda. Kovalentní vazba jsou vytvořeny chemické kovalentní vazby mezi selektivní složkou a převodníkem. Příčné vazby selektivní složka je chemicky vázána dvojfunkčním činidlem k převodníku. Často se užívá v kombinaci s metodami adsorpce či mikrozapouzření.

CO OD SENZORŮ POŽADUJEME Selektivitu Citlivost Přesnost Dobu odpovědi Ralaxační čas Životnost Pracovní podmínky Cenová dostupnost

Uplatnění biosenzorů v praxi farmakologie a v medicína monitorování škodlivin životního prostředí Zemědělství armáda fermentační procesy Off-line: ve vzdálených laboratořích s významnou dobou zdržení Off-line: drobné kontroly s krátkou dobou zdržení On-line: monitorování i kontrola probíhající v reálním čase

Problémy není možná jejich sterilace pracují jen v limitovaném rozsahu koncentrace analytu při použití enzymů se obvykle liší optimální provozní ph enzymu od ph prostředí.