stringtranslate.com

Биосенсор

Биосенсор — это аналитическое устройство, используемое для обнаружения химического вещества, которое объединяет биологический компонент с физико-химическим детектором. [1] [2] [3] [4] Чувствительный биологический элемент , например, ткань, микроорганизмы, органеллы , клеточные рецепторы , ферменты , антитела , нуклеиновые кислоты и т. д., представляет собой биологически полученный материал или биомиметический компонент, который взаимодействует с исследуемым аналитом, связывается с ним или распознает его. Биологически чувствительные элементы также могут быть созданы с помощью биологической инженерии . Преобразователь или элемент детектора , который преобразует один сигнал в другой, работает физико-химическим способом: оптическим, пьезоэлектрическим , электрохимическим, электрохемилюминесцентным и т. д., в результате взаимодействия аналита с биологическим элементом, для легкого измерения и количественной оценки. Считывающее устройство биосенсора подключается к соответствующей электронике или процессорам сигналов, которые в первую очередь отвечают за отображение результатов в удобном для пользователя виде. [5] Иногда это составляет самую дорогую часть сенсорного устройства, однако можно создать удобный для пользователя дисплей, включающий преобразователь и чувствительный элемент ( голографический датчик ). Считыватели обычно проектируются и производятся на заказ в соответствии с различными принципами работы биосенсоров.

Биосенсорная система

Биосенсор обычно состоит из биорецептора (фермент/антитело/клетка/нуклеиновая кислота/аптамер), компонента преобразователя (полупроводниковый материал/наноматериал) и электронной системы , которая включает усилитель сигнала , процессор и дисплей. [6] Преобразователи и электроника могут быть объединены, например, в микросенсорных системах на основе КМОП . [7] [8] Компонент распознавания, часто называемый биорецептором, использует биомолекулы из организмов или рецепторов, смоделированных по образцу биологических систем, для взаимодействия с интересующим аналитом. Это взаимодействие измеряется биопреобразователем, который выдает измеримый сигнал, пропорциональный присутствию целевого аналита в образце. Общая цель конструкции биосенсора — обеспечить быстрое и удобное тестирование в точке беспокойства или ухода, где был получен образец. [1] [9] [10]

Биорецепторы

Биосенсоры, используемые для скрининга комбинаторных библиотек ДНК

В биосенсоре биорецептор предназначен для взаимодействия с определенным интересующим аналитом для получения эффекта, измеряемого преобразователем. Высокая селективность к аналиту среди матрицы других химических или биологических компонентов является ключевым требованием к биорецептору. Хотя тип используемой биомолекулы может широко варьироваться, биосенсоры можно классифицировать в соответствии с общими типами взаимодействий биорецепторов, включающими: антитело/антиген, [11] ферменты/лиганды, нуклеиновые кислоты/ДНК, клеточные структуры/клетки или биомиметические материалы. [12] [13]

Взаимодействие антител и антигенов

Иммуносенсор использует очень специфическую связывающую способность антител для определенного соединения или антигена . Специфическая природа взаимодействия антитела с антигеном аналогична замку и ключу в том, что антиген будет связываться с антителом только в том случае, если оно имеет правильную конформацию. События связывания приводят к физико-химическому изменению, которое в сочетании с трассером, таким как флуоресцентные молекулы, ферменты или радиоизотопы, может генерировать сигнал. Существуют ограничения при использовании антител в датчиках: 1. Связывающая способность антитела сильно зависит от условий анализа (например, pH и температуры), и 2. взаимодействие антитела с антигеном, как правило, является надежным, однако связывание может быть нарушено хаотропными реагентами , органическими растворителями или даже ультразвуковым излучением. [14] [15]

Взаимодействия антитело-антиген также могут быть использованы для серологического тестирования или обнаружения циркулирующих антител в ответ на определенное заболевание. Важно отметить, что серологические тесты стали важной частью глобального ответа на пандемию COVID-19 . [16]

Искусственные связывающие белки

Использование антител в качестве компонента биораспознавания биосенсоров имеет несколько недостатков. Они имеют высокую молекулярную массу и ограниченную стабильность, содержат необходимые дисульфидные связи и дороги в производстве. В одном подходе для преодоления этих ограничений были сконструированы рекомбинантные связывающие фрагменты ( Fab , Fv или scFv ) или домены (VH, VHH ) антител. [17] В другом подходе были сконструированы небольшие белковые каркасы с благоприятными биофизическими свойствами для создания искусственных семейств антигенсвязывающих белков (AgBP), способных специфически связываться с различными целевыми белками, сохраняя при этом благоприятные свойства родительской молекулы. Элементы семейства, которые специфически связываются с данным целевым антигеном, часто выбираются in vitro с помощью методов отображения: фаговый дисплей , рибосомный дисплей , дрожжевой дисплей или мРНК-дисплей . Искусственные связывающие белки намного меньше антител (обычно менее 100 аминокислотных остатков), обладают высокой стабильностью, не имеют дисульфидных связей и могут экспрессироваться с высоким выходом в восстановительных клеточных средах, таких как бактериальная цитоплазма, в отличие от антител и их производных. [18] [19] Таким образом, они особенно подходят для создания биосенсоров. [20] [21]

Ферментативные взаимодействия

Специфические возможности связывания и каталитическая активность ферментов делают их популярными биорецепторами. Распознавание аналита осуществляется посредством нескольких возможных механизмов: 1) фермент преобразует аналит в продукт, который можно обнаружить с помощью сенсора, 2) обнаруживает ингибирование или активацию фермента аналитом или 3) отслеживает изменение свойств фермента в результате взаимодействия с аналитом. [15] Основными причинами общего использования ферментов в биосенсорах являются: 1) способность катализировать большое количество реакций; 2) потенциальная возможность обнаруживать группу аналитов (субстратов, продуктов, ингибиторов и модуляторов каталитической активности); и 3) пригодность для нескольких различных методов трансдукции для обнаружения аналита. В частности, поскольку ферменты не расходуются в реакциях, биосенсор можно легко использовать непрерывно. Каталитическая активность ферментов также обеспечивает более низкие пределы обнаружения по сравнению с обычными методами связывания. Однако срок службы сенсора ограничен стабильностью фермента.

Рецепторы с аффинным связыванием

Антитела имеют высокую константу связывания , превышающую 10^8 л/моль, что означает почти необратимую ассоциацию после того, как пара антиген-антитело образовалась. Для некоторых молекул аналита, таких как глюкоза , существуют белки с аффинным связыванием, которые связывают свой лиганд с высокой специфичностью , как антитело, но с гораздо меньшей константой связывания порядка 10^2–10^4 л/моль. Ассоциация между аналитом и рецептором тогда носит обратимый характер, и рядом с парой между ними также встречаются их свободные молекулы в измеримой концентрации. Например, в случае глюкозы конканавалин А может функционировать как аффинный рецептор, демонстрируя константу связывания 4x10^2 л/моль. [22] Использование аффинно-связывающих рецепторов для целей биосенсорики было предложено Шульцем и Симсом в 1979 году [23] и впоследствии было реализовано в флуоресцентном анализе для измерения глюкозы в соответствующем физиологическом диапазоне от 4,4 до 6,1 ммоль/л. [24] Принцип сенсора имеет то преимущество, что он не потребляет аналит в химической реакции, как это происходит в ферментативных анализах.

Взаимодействие нуклеиновых кислот

Биосенсоры, использующие рецепторы на основе нуклеиновых кислот, могут быть основаны либо на комплементарном взаимодействии пар оснований, называемом геносенсорами, либо на специфических имитаторах антител на основе нуклеиновых кислот (аптамерах), называемых аптасенсорами. [25] В первом случае процесс распознавания основан на принципе комплементарно спаренных оснований , аденин:тимин и цитозин:гуанин в ДНК . Если известна целевая последовательность нуклеиновой кислоты, комплементарные последовательности могут быть синтезированы, помечены и затем иммобилизованы на сенсоре. Событие гибридизации может быть оптически обнаружено, а наличие целевой ДНК/РНК установлено. Во втором случае аптамеры, созданные против цели, распознают ее посредством взаимодействия специфических нековалентных взаимодействий и индуцированной подгонки. Эти аптамеры могут быть легко помечены флуорофором/металлическими наночастицами для оптического обнаружения или могут быть использованы для безметковых электрохимических или консольных платформ обнаружения для широкого спектра целевых молекул или сложных целей, таких как клетки и вирусы. [26] [27] Кроме того, аптамеры могут быть объединены с ферментами нуклеиновых кислот, такими как РНК-расщепляющие ДНКзимы, обеспечивая как распознавание цели, так и генерацию сигнала в одной молекуле, что показывает потенциальные возможности применения в разработке мультиплексных биосенсоров. [28]

Эпигенетика

Было высказано предположение, что правильно оптимизированные интегрированные оптические резонаторы могут быть использованы для обнаружения эпигенетических модификаций (например, метилирования ДНК, посттрансляционных модификаций гистонов) в жидкостях организма пациентов, страдающих раком или другими заболеваниями. [29] Фотонные биосенсоры с ультрачувствительностью в настоящее время разрабатываются на исследовательском уровне для легкого обнаружения раковых клеток в моче пациента. [30] Различные исследовательские проекты направлены на разработку новых портативных устройств, которые используют дешевые, экологически чистые, одноразовые картриджи, требующие только простого обращения без необходимости дальнейшей обработки, промывки или манипуляций со стороны опытных техников. [31]

Органеллы

Органеллы образуют отдельные отсеки внутри клеток и обычно выполняют функции независимо. Различные виды органелл имеют различные метаболические пути и содержат ферменты для выполнения своей функции. Обычно используемые органеллы включают лизосому, хлоропласт и митохондрии. Пространственно-временной характер распределения кальция тесно связан с повсеместным сигнальным путем. Митохондрии активно участвуют в метаболизме ионов кальция, чтобы контролировать функцию, а также модулировать сигнальные пути, связанные с кальцием. Эксперименты доказали, что митохондрии обладают способностью реагировать на высокие концентрации кальция, образующиеся в их непосредственной близости, открывая кальциевые каналы. [32] Таким образом, митохондрии можно использовать для определения концентрации кальция в среде, и это определение очень чувствительно благодаря высокому пространственному разрешению. Другое применение митохондрий — определение загрязнения воды. Токсичность моющих соединений повреждает клетки и субклеточную структуру, включая митохондрии. Моющие средства вызывают эффект набухания, который можно измерить по изменению поглощения. Экспериментальные данные показывают, что скорость изменения пропорциональна концентрации моющего средства, что обеспечивает высокий стандарт точности обнаружения. [33]

Клетки

Клетки часто используются в биорецепторах, поскольку они чувствительны к окружающей среде и могут реагировать на все виды стимуляторов. Клетки имеют тенденцию прикрепляться к поверхности, поэтому их можно легко иммобилизовать. По сравнению с органеллами они остаются активными в течение более длительного периода, а воспроизводимость делает их пригодными для повторного использования. Они обычно используются для обнаружения глобальных параметров, таких как стрессовое состояние, токсичность и органические производные. Их также можно использовать для мониторинга лечебного эффекта лекарств. Одним из применений является использование клеток для определения гербицидов, которые являются основными водными загрязнителями. [34] Микроводоросли улавливаются на кварцевом микроволокне , а флуоресценция хлорофилла, модифицированная гербицидами, собирается на кончике оптоволоконного жгута и передается на флуориметр. Водоросли непрерывно культивируются для получения оптимизированных измерений. Результаты показывают, что предел обнаружения определенного гербицида может достигать уровня концентрации ниже ppb. Некоторые клетки также можно использовать для мониторинга микробной коррозии. [35] Pseudomonas sp. изолирован от поверхности корродированного материала и иммобилизован на ацетилцеллюлозной мембране. Активность дыхания определяется путем измерения потребления кислорода. Существует линейная зависимость между генерируемым током и концентрацией серной кислоты . Время отклика связано с нагрузкой клеток и окружающей среды и может контролироваться не более чем до 5 мин.

Салфетка

Ткани используются для биосенсора для изобилия существующих ферментов. Преимущества тканей как биосенсоров включают в себя следующее: [36]

Существуют также некоторые недостатки тканей, такие как отсутствие специфичности из-за вмешательства других ферментов и более длительное время реакции из-за транспортного барьера.

Микробные биосенсоры

Микробные биосенсоры используют реакцию бактерий на данное вещество. Например, мышьяк можно обнаружить с помощью оперона ars , обнаруженного в нескольких бактериальных таксонах. [37]

Поверхностное прикрепление биологических элементов

Чувствительные отрицательно заряженные экзосомы связываются с графеновой поверхностью

Важной частью биосенсора является присоединение биологических элементов (малых молекул/белков/клеток) к поверхности сенсора (будь то металл, полимер или стекло). Самый простой способ — функционализировать поверхность , чтобы покрыть ее биологическими элементами. Это можно сделать с помощью полилизина, аминосилана, эпоксисилана или нитроцеллюлозы в случае кремниевых чипов/силикатного стекла. Впоследствии связанный биологический агент также может быть зафиксирован, например, путем послойного нанесения альтернативно заряженных полимерных покрытий. [38]

В качестве альтернативы, трехмерные решетки ( гидрогель / ксерогель ) могут быть использованы для химического или физического захвата этих элементов (при этом химический захват означает, что биологический элемент удерживается на месте прочной связью, в то время как физически они удерживаются на месте, не имея возможности пройти через поры гелевой матрицы). Наиболее часто используемый гидрогель - это золь-гель , стеклообразный кремнезем, полученный путем полимеризации силикатных мономеров (добавленных в виде тетраалкилортосиликатов, таких как ТМОС или ТЭОС ) в присутствии биологических элементов (вместе с другими стабилизирующими полимерами, такими как ПЭГ ) в случае физического захвата. [39]

Другая группа гидрогелей, которые застывают в условиях, подходящих для клеток или белка, — это акрилатный гидрогель, который полимеризуется при радикальной инициации . Одним из типов радикального инициатора является пероксидный радикал, обычно генерируемый путем объединения персульфата с TEMED ( полиакриламидный гель также обычно используется для электрофореза белков ), [40] в качестве альтернативы свет может использоваться в сочетании с фотоинициатором, таким как DMPA ( 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон ). [41] Умные материалы, которые имитируют биологические компоненты датчика, также могут быть классифицированы как биосенсоры, использующие только активный или каталитический сайт или аналогичные конфигурации биомолекулы. [42]

Биотрансдуктор

Классификация биосенсоров по типу биопреобразователя

Биосенсоры можно классифицировать по типу биопреобразователя . Наиболее распространенные типы биопреобразователей, используемые в биосенсорах:

Электрохимический

Электрохимические биосенсоры обычно основаны на ферментативном катализе реакции, которая производит или потребляет электроны (такие ферменты справедливо называются окислительно-восстановительными ферментами). Подложка сенсора обычно содержит три электрода : опорный электрод , рабочий электрод и противоэлектрод. Целевой аналит участвует в реакции, которая происходит на активной поверхности электрода, и реакция может вызвать либо перенос электронов через двойной слой (создавая ток), либо может способствовать потенциалу двойного слоя (создавая напряжение). Мы можем либо измерить ток (скорость потока электронов теперь пропорциональна концентрации аналита) при фиксированном потенциале, либо потенциал может быть измерен при нулевом токе (это дает логарифмический отклик). Обратите внимание, что потенциал рабочего или активного электрода чувствителен к пространственному заряду, и это часто используется. Кроме того, возможно прямое электрическое обнаружение без меток небольших пептидов и белков за счет их собственных зарядов с использованием биофункционализированных ионно-чувствительных полевых транзисторов . [43]

Другой пример — потенциометрический биосенсор (потенциал, создаваемый при нулевом токе) — дает логарифмический отклик с высоким динамическим диапазоном. Такие биосенсоры часто изготавливаются путем трафаретной печати электродных рисунков на пластиковой подложке, покрытой проводящим полимером, а затем прикрепленным некоторым белком (ферментом или антителом). Они имеют всего два электрода и чрезвычайно чувствительны и надежны. Они позволяют обнаруживать аналиты на уровнях, которые ранее были достижимы только с помощью ВЭЖХ и ЖХ/МС и без тщательной подготовки образцов. Все биосенсоры обычно требуют минимальной подготовки образцов, поскольку биологический чувствительный компонент является высокоселективным для соответствующего аналита. Сигнал создается электрохимическими и физическими изменениями в проводящем полимерном слое из-за изменений, происходящих на поверхности сенсора. Такие изменения можно отнести к ионной силе, pH, гидратации и окислительно-восстановительным реакциям, причем последняя обусловлена ​​тем, что ферментная метка поворачивает субстрат. [44] Полевые транзисторы, в которых область затвора модифицирована ферментом или антителом, также могут обнаруживать очень низкие концентрации различных аналитов, поскольку связывание аналита с областью затвора полевого транзистора вызывает изменение тока сток-исток.

Развитие биосенсоров на основе импедансной спектроскопии в настоящее время набирает обороты, и многие такие устройства/разработки можно найти в академических кругах и промышленности. Одно такое устройство, основанное на 4-электродной электрохимической ячейке, использующей нанопористую мембрану из оксида алюминия, как было показано, обнаруживает низкие концентрации человеческого альфа-тромбина в присутствии высокого фона сывороточного альбумина. [45] Также для импедансных биосенсоров использовались встречно-штыревые электроды. [46]

Переключатель ионного канала

ICS – канал открыт
ICS – канал закрыт

Использование ионных каналов, как было показано, обеспечивает высокочувствительное обнаружение целевых биологических молекул. [47] Встраивая ионные каналы в поддерживаемые или привязанные двухслойные мембраны (t-BLM), прикрепленные к золотому электроду, создается электрическая цепь. Молекулы захвата, такие как антитела, могут быть связаны с ионным каналом, так что связывание целевой молекулы контролирует поток ионов через канал. Это приводит к измеримому изменению электропроводности, которое пропорционально концентрации цели.

Биосенсор переключения ионного канала (ICS) может быть создан с использованием грамицидина, димерного пептидного канала, в связанной двухслойной мембране. [48] Один пептид грамицидина с прикрепленным антителом является подвижным, а другой — фиксированным. Разрыв димера останавливает ионный ток через мембрану. Величина изменения электрического сигнала значительно увеличивается при отделении мембраны от металлической поверхности с помощью гидрофильной прокладки.

Количественное обнаружение обширного класса целевых видов, включая белки, бактерии, наркотики и токсины, было продемонстрировано с использованием различных конфигураций мембран и захвата. [49] [50] Европейский исследовательский проект Greensense разрабатывает биосенсор для проведения количественного скрининга наркотических веществ, таких как ТГК, морфин и кокаин [51], в слюне и моче.

Безреагентный флуоресцентный биосенсор

Безреагентный биосенсор может контролировать целевой аналит в сложной биологической смеси без дополнительного реагента. Поэтому он может функционировать непрерывно, если иммобилизован на твердой подложке. Флуоресцентный биосенсор реагирует на взаимодействие с целевым аналитом изменением своих флуоресцентных свойств. Безреагентный флуоресцентный биосенсор (RF-биосенсор) может быть получен путем интеграции биологического рецептора, который направлен против целевого аналита, и сольватохромного флуорофора, свойства излучения которого чувствительны к природе его локального окружения, в одну макромолекулу. Флуорофор преобразует событие распознавания в измеримый оптический сигнал. Использование внешних флуорофоров, свойства излучения которых значительно отличаются от свойств внутренних флуорофоров белков, триптофана и тирозина, позволяет немедленно обнаруживать и количественно определять аналит в сложных биологических смесях. Интеграция флуорофора должна осуществляться в месте, где он чувствителен к связыванию аналита, не нарушая при этом сродства рецептора.

Антитела и искусственные семейства антигенсвязывающих белков (AgBP) хорошо подходят для обеспечения модуля распознавания RF-биосенсоров, поскольку они могут быть направлены против любого антигена (см. параграф о биорецепторах). Описан общий подход к интеграции сольватохромного флуорофора в AgBP, когда известна атомная структура комплекса с его антигеном, и, таким образом, превращению его в RF-биосенсор. [20] Остаток AgBP идентифицируется по соседству с антигеном в их комплексе. Этот остаток изменяется на цистеин путем сайт-направленного мутагенеза. Флуорофор химически связывается с мутантным цистеином. Когда дизайн успешен, связанный флуорофор не препятствует связыванию антигена, это связывание защищает флуорофор от растворителя, и его можно обнаружить по изменению флуоресценции. Эта стратегия также действительна для фрагментов антител. [52] [53]

Однако при отсутствии конкретных структурных данных необходимо применять другие стратегии. Антитела и искусственные семейства AgBP состоят из набора гипервариабельных (или рандомизированных) позиций остатков, расположенных в уникальной подобласти белка и поддерживаемых постоянным полипептидным каркасом. Остатки, которые образуют сайт связывания для данного антигена, выбираются среди гипервариабельных остатков. Можно преобразовать любой AgBP из этих семейств в RF-биосенсор, специфичный для целевого антигена, просто связав сольватохромный флуорофор с одним из гипервариабельных остатков, которые имеют малое или совсем не имеют значения для взаимодействия с антигеном, после изменения этого остатка на цистеин путем мутагенеза. Более конкретно, стратегия заключается в индивидуальном изменении остатков гипервариабельных позиций на цистеин на генетическом уровне, в химическом связывании сольватохромного флуорофора с мутантным цистеином, а затем в сохранении полученных конъюгатов, которые имеют самую высокую чувствительность (параметр, который включает как сродство, так и вариацию сигнала флуоресценции). [21] Этот подход также применим к семействам фрагментов антител. [54]

Исследования a posteriori показали, что наилучшие безреагентные флуоресцентные биосенсоры получаются, когда флуорофор не вступает в нековалентные взаимодействия с поверхностью биорецептора, что увеличило бы фоновый сигнал, и когда он взаимодействует со связывающим карманом на поверхности целевого антигена. [55] Радиочастотные биосенсоры, полученные вышеуказанными методами, могут функционировать и обнаруживать целевые аналиты внутри живых клеток. [56]

Магнитные биосенсоры

Магнитные биосенсоры используют парамагнитные или супрапарамагнитные частицы или кристаллы для обнаружения биологических взаимодействий. Примерами могут быть катушка индуктивности, сопротивление или другие магнитные свойства. Обычно используют магнитные нано- или микрочастицы. На поверхности таких частиц находятся биорецепторы, которые могут быть ДНК (комплементарными последовательности или аптамерам), антителами или другими. Связывание биорецептора повлияет на некоторые свойства магнитных частиц, которые могут быть измерены с помощью сусцептометрии переменного тока, [57] датчика эффекта Холла, [58] гигантского магниторезистивного устройства, [59] или других.

Другие

Пьезоэлектрические датчики используют кристаллы, которые подвергаются упругой деформации при приложении к ним электрического потенциала. Переменный потенциал (AC) создает стоячую волну в кристалле на характерной частоте. Эта частота сильно зависит от упругих свойств кристалла, так что если кристалл покрыт биологическим элементом распознавания, связывание (большого) целевого аналита с рецептором вызовет изменение резонансной частоты, что даст сигнал связывания. В режиме, который использует поверхностные акустические волны (SAW), чувствительность значительно увеличивается. Это специализированное применение кварцевых кристаллических микровесов в качестве биосенсора

Электрохемилюминесценция (ECL) в настоящее время является ведущей технологией в биосенсорах. [60] [61] [62] Поскольку возбужденные виды производятся с помощью электрохимического стимула, а не источника светового возбуждения, ECL демонстрирует улучшенное отношение сигнал/шум по сравнению с фотолюминесценцией с минимизированными эффектами из-за рассеяния света и люминесцентного фона. В частности, кореактант ECL, работающий в буферном водном растворе в области положительных потенциалов (окислительно-восстановительный механизм), определенно усилил ECL для иммуноанализа, что подтверждается многими исследовательскими приложениями и, что еще больше, присутствием важных компаний, которые разработали коммерческое оборудование для высокопроизводительного иммуноанализа на рынке стоимостью в миллиарды долларов каждый год.

Термометрические биосенсоры встречаются редко.

Биосенсорный МОП-транзистор (BioFET)

MOSFET был изобретен в Bell Labs между 1955 и 1960 годами, [63] [64] [65] [66] [67] [68] Позже, в 1962 году, Лиланд К. Кларк и Чемп Лайонс изобрели первый биосенсор. [69] [70] Биосенсорные MOSFET (BioFET) были разработаны позже, и с тех пор они широко используются для измерения физических , химических , биологических и экологических параметров. [71]

Первым BioFET был ионно-чувствительный полевой транзистор (ISFET), изобретенный Питом Бергвельдом для электрохимических и биологических применений в 1970 году. [72] [73] адсорбционный полевой транзистор (ADFET) был запатентован П. Ф. Коксом в 1974 году, а водород -чувствительный MOSFET был продемонстрирован И. Лундстромом, М. С. Шивараманом, К. С. Свенсоном и Л. Лундквистом в 1975 году. [71] ISFET — это особый тип MOSFET с затвором на определенном расстоянии, [71] и где металлический затвор заменен ионно -чувствительной мембраной , раствором электролита и эталонным электродом . [74] ISFET широко используется в биомедицинских приложениях, таких как обнаружение гибридизации ДНК , обнаружение биомаркеров в крови , обнаружение антител , измерение глюкозы , определение pH и генная технология . [74]

К середине 1980-х годов были разработаны другие BioFET, включая газовый сенсорный FET (GASFET), сенсорный FET давления (PRESSFET), химический полевой транзистор (ChemFET), эталонный ISFET (REFET), модифицированный ферментом FET (ENFET) и иммунологически модифицированный FET (IMFET). [71] К началу 2000-х годов были разработаны BioFET, такие как ДНК-полевой транзистор (DNAFET), генно-модифицированный FET (GenFET) и клеточно-потенциальный BioFET (CPFET). [74]

Размещение биосенсоров

Соответствующее размещение биосенсоров зависит от области их применения, которую можно условно разделить на биотехнологию , сельское хозяйство , пищевые технологии и биомедицину .

В биотехнологии анализ химического состава бульона для культивирования может проводиться в режиме in-line, on-line, at-line и off-line. Как указано Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США ( FDA ), образец не удаляется из технологического потока для датчиков in-line, в то время как он отвлекается от производственного процесса для измерений on-line. Для датчиков at-line образец может быть удален и проанализирован в непосредственной близости от технологического потока. [75] Примером последнего является мониторинг лактозы на заводе по переработке молока. [76] Автономные биосенсоры сравниваются с биоаналитическими методами , которые работают не в полевых условиях, а в лаборатории. Эти методы в основном используются в сельском хозяйстве, пищевых технологиях и биомедицине.

В медицинских приложениях биосенсоры обычно классифицируются как системы in vitro и in vivo . Измерение in vitro биосенсора происходит в пробирке, чашке для культивирования, микротитровальном планшете или в другом месте вне живого организма. Датчик использует биорецептор и преобразователь, как описано выше. Примером биосенсора in vitro является ферментно-кондуктометрический биосенсор для мониторинга уровня глюкозы в крови . Существует проблема создания биосенсора, который работает по принципу тестирования в месте оказания помощи , т. е. в том месте, где требуется тест. [77] [78] Разработка носимых биосенсоров входит в число таких исследований. [79] Устранение лабораторного тестирования может сэкономить время и деньги. Применение биосенсора POCT может быть для тестирования ВИЧ в областях, где пациентам сложно пройти тестирование. Биосенсор можно отправить непосредственно на место, и можно использовать быстрый и простой тест.

Биосенсорный имплантат для мониторинга уровня глюкозы в подкожной ткани (59x45x8 мм). Электронные компоненты герметично заключены в корпус из титана, а антенна и датчик датчика залиты в эпоксидный разъем. [80]

Биосенсор in vivo — это имплантируемое устройство , работающее внутри тела. Конечно, имплантаты биосенсоров должны соответствовать строгим правилам стерилизации , чтобы избежать первоначальной воспалительной реакции после имплантации. Вторая проблема связана с долгосрочной биосовместимостью , т. е. безвредным взаимодействием с окружающей средой организма в течение предполагаемого периода использования. [81] Другая проблема, которая возникает, — это отказ. В случае отказа устройство необходимо удалить и заменить, что потребует дополнительной операции. Примером применения биосенсора in vivo может служить мониторинг инсулина внутри тела, который пока недоступен.

Большинство современных биосенсорных имплантатов были разработаны для непрерывного мониторинга уровня глюкозы. [82] [83] На рисунке показано устройство, для которого используется корпус из титана и батарея, как установлено для сердечно-сосудистых имплантатов, таких как кардиостимуляторы и дефибрилляторы . [80] Его размер определяется батареей, которая требуется для срока службы в один год. Измеренные данные о глюкозе будут передаваться по беспроводной сети из тела в диапазоне MICS 402–405 МГц, одобренном для медицинских имплантатов.

Биосенсоры также могут быть интегрированы в системы мобильных телефонов, что делает их удобными и доступными для большого числа пользователей. [84]

Приложения

Биосенсорное обнаружение вируса гриппа с использованием модифицированного антителами легированного бором алмаза

Существует множество потенциальных применений биосенсоров различных типов. Главными требованиями к биосенсорному подходу, чтобы быть ценным с точки зрения исследований и коммерческих приложений, являются идентификация целевой молекулы, наличие подходящего элемента биологического распознавания и возможность использования одноразовых портативных систем обнаружения вместо чувствительных лабораторных методов в некоторых ситуациях. Вот несколько примеров:

Распространенным примером коммерческого биосенсора является биосенсор глюкозы в крови , который использует фермент глюкозооксидазу для расщепления глюкозы в крови. При этом он сначала окисляет глюкозу и использует два электрона для восстановления FAD (компонента фермента) до FADH 2 . Он, в свою очередь, окисляется электродом в несколько этапов. Результирующий ток является мерой концентрации глюкозы. В этом случае электрод является преобразователем, а фермент — биологически активным компонентом.

Канарейку в клетке , которую шахтеры используют для предупреждения о газе, можно считать биосенсором. Многие из современных биосенсорных приложений похожи, поскольку они используют организмы, которые реагируют на токсичные вещества в гораздо более низких концентрациях, чем люди могут обнаружить, чтобы предупредить об их присутствии. Такие устройства можно использовать в мониторинге окружающей среды , [86] обнаружении следов газа и на водоочистных сооружениях.

Мониторинг уровня глюкозы

Коммерчески доступные мониторы глюкозы полагаются на амперометрическое зондирование глюкозы с помощью глюкозооксидазы , которая окисляет глюкозу, производя перекись водорода, которая обнаруживается электродом. Чтобы преодолеть ограничение амперометрических датчиков, проводится множество исследований в области новых методов зондирования, таких как флуоресцентные биосенсоры глюкозы . [88]

Интерферометрический датчик отражательной визуализации

Интерферометрический датчик отражательной визуализации (IRIS) основан на принципах оптической интерференции и состоит из кремний-кремниевой оксидной подложки, стандартной оптики и маломощных когерентных светодиодов. Когда свет освещается через объектив с малым увеличением на слоистую кремний-кремниевую оксидную подложку, создается интерферометрическая сигнатура. По мере того, как биомасса, имеющая аналогичный показатель преломления, как оксид кремния, накапливается на поверхности подложки, происходит изменение интерферометрической сигнатуры, и это изменение можно соотнести с количественно определяемой массой. Даабул и др. использовали IRIS для получения чувствительности без метки приблизительно 19 нг/мл. [89] Ан и др. улучшили чувствительность IRIS с помощью техники маркировки масс. [90]

С момента первой публикации IRIS был адаптирован для выполнения различных функций. Во-первых, IRIS интегрировал возможность флуоресцентной визуализации в инструмент интерферометрической визуализации в качестве потенциального способа решения проблемы изменчивости микроматриц флуоресцентных белков. [91] Вкратце, вариации в микроматрицах флуоресценции в основном возникают из-за непоследовательной иммобилизации белка на поверхностях и могут привести к неправильной диагностике в микроматрицах аллергии. [92] Чтобы скорректировать любые вариации в иммобилизации белка, данные, полученные в модальности флуоресценции, затем нормализуются с помощью данных, полученных в модальности без метки. [92] IRIS также был адаптирован для выполнения подсчета отдельных наночастиц путем простого переключения объектива с низким увеличением, используемого для количественной оценки биомассы без метки, на объектив с большим увеличением. [93] [94] Эта модальность позволяет различать размеры в сложных биологических образцах человека. Monroe et al. использовали IRIS для количественной оценки уровней белка, введенного в цельную кровь и сыворотку человека, и определяли сенсибилизацию аллергенов в характерных образцах крови человека с использованием нулевой обработки образцов. [95] Другие практические применения этого устройства включают обнаружение вирусов и патогенов. [96]

Анализ пищевых продуктов

Существует несколько применений биосенсоров в анализе пищевых продуктов. [97] [98] [99] [100] В пищевой промышленности оптика, покрытая антителами, обычно используется для обнаружения патогенов и пищевых токсинов. Обычно световая система в этих биосенсорах является флуоресцентной, поскольку этот тип оптического измерения может значительно усиливать сигнал.

Разработан ряд иммуно- и лиганд-связывающих анализов для обнаружения и измерения малых молекул, таких как водорастворимые витамины и химические загрязнители ( остатки лекарств ), такие как сульфаниламиды и бета-агонисты , для использования в сенсорных системах на основе SPR , часто адаптированных из существующих ИФА или других иммунологических анализов. Они широко используются в пищевой промышленности.

Обнаружение/мониторинг загрязняющих веществ

Биосенсоры могут использоваться для мониторинга загрязняющих веществ в воздухе , воде и почве, таких как пестициды, потенциально канцерогенные, мутагенные и/или токсичные вещества, а также химикаты, нарушающие работу эндокринной системы. [101] [102]

Например, бионанотехнологи разработали жизнеспособный биосенсор ROSALIND 2.0 , который может определять уровни различных загрязняющих веществ в воде . [103] [104]

Измерение озона

Поскольку озон отфильтровывает вредное ультрафиолетовое излучение, открытие дыр в озоновом слое земной атмосферы вызвало беспокойство по поводу того, сколько ультрафиолетового света достигает поверхности Земли. Особую озабоченность вызывают вопросы о том, насколько глубоко проникает ультрафиолетовое излучение в морскую воду и как оно влияет на морские организмы , особенно планктон (плавающие микроорганизмы) и вирусы , которые атакуют планктон. Планктон составляет основу морских пищевых цепей и, как полагают, влияет на температуру и погоду нашей планеты, поглощая CO2 для фотосинтеза.

Денеб Каренц, исследователь из Лаборатории радиобиологии и охраны окружающей среды ( Калифорнийский университет, Сан-Франциско ), разработала простой метод измерения проникновения и интенсивности ультрафиолета. Работая в Антарктическом океане, она погружала на разные глубины тонкие пластиковые пакеты, содержащие особые штаммы E. coli , которые почти полностью неспособны восстанавливать повреждения ДНК, нанесенные ультрафиолетовым излучением. Показатели смертности бактерий в этих пакетах сравнивались с показателями в контрольных пакетах того же организма, не подвергавшихся воздействию. Бактериальные «биосенсоры» показывали постоянное значительное повреждение ультрафиолетом на глубине 10 м и часто на глубине 20 и 30 м. Каренц планирует дополнительные исследования того, как ультрафиолет может влиять на сезонное цветение планктона (скачки роста) в океанах. [105]

Обнаружение метастатических раковых клеток

Метастазирование — это распространение рака из одной части тела в другую через кровеносную или лимфатическую систему. [106] В отличие от рентгенологических тестов визуализации (маммографии), которые посылают формы энергии (рентгеновские лучи, магнитные поля и т. д.) через тело, чтобы сделать только внутренние снимки, биосенсоры имеют потенциал для непосредственного тестирования злокачественной силы опухоли. Сочетание биологического и детекторного элемента обеспечивает небольшие требования к образцу, компактную конструкцию, быстрые сигналы, быстрое обнаружение, высокую селективность и высокую чувствительность для изучаемого аналита. По сравнению с обычными рентгенологическими тестами визуализации биосенсоры имеют преимущество не только в том, что они определяют, насколько далеко распространился рак, и проверяют, эффективно ли лечение, но и являются более дешевыми, более эффективными (по времени, стоимости и производительности) способами оценки метастазирования на ранних стадиях рака.

Исследователи биологической инженерии создали онкологические биосенсоры для рака молочной железы. [107] Рак молочной железы является наиболее распространенным видом рака среди женщин во всем мире. [108] Примером могут служить микровесы на основе трансферрина и кварца (QCM). В качестве биосенсора микровесы на основе кварца производят колебания частоты стоячей волны кристалла от переменного потенциала для обнаружения изменений массы в нанограммах. Эти биосенсоры специально разработаны для взаимодействия и обладают высокой селективностью к рецепторам на поверхностях клеток (раковых и нормальных). В идеале это обеспечивает количественное обнаружение клеток с этим рецептором на единицу площади поверхности вместо качественного обнаружения картины, которое дают маммограммы.

Седа Атай, исследователь биотехнологий в Университете Хаджеттепе, экспериментально наблюдала эту специфичность и селективность между QCM и клетками молочной железы MDA-MB 231 , клетками MCF 7 и голодающими клетками MDA-MB 231 in vitro. [107] Совместно с другими исследователями она разработала метод промывания этих различных метастатических выровненных клеток над датчиками для измерения сдвигов массы из-за разного количества рецепторов трансферрина. В частности, метастатическую силу клеток рака молочной железы можно определить с помощью кварцевых кристаллических микровесов с наночастицами и трансферрином, которые потенциально прикрепляются к рецепторам трансферрина на поверхности раковых клеток. Существует очень высокая селективность для рецепторов трансферрина, поскольку они сверхэкспрессируются в раковых клетках. Если клетки имеют высокую экспрессию рецепторов трансферрина, что показывает их высокую метастатическую силу, они имеют более высокое сродство и больше связываются с QCM, который измеряет увеличение массы. В зависимости от величины изменения массы в нанограммах можно определить метастатическую силу.

Кроме того, в последние годы значительное внимание было сосредоточено на обнаружении биомаркеров рака легких без биопсии. В этом отношении биосенсоры являются очень привлекательными и применимыми инструментами для обеспечения быстрого, чувствительного, специфического, стабильного, экономически эффективного и неинвазивного обнаружения для ранней диагностики рака легких. Таким образом, биосенсоры рака состоят из специфических молекул биораспознавания, таких как антитела, комплементарные зонды нуклеиновых кислот или другие иммобилизованные биомолекулы на поверхности преобразователя. Молекулы биораспознавания специфически взаимодействуют с биомаркерами (мишенями), и генерируемые биологические ответы преобразуются преобразователем в измеримый аналитический сигнал. В зависимости от типа биологического ответа, при изготовлении биосенсоров рака используются различные преобразователи, такие как электрохимические, оптические и массовые преобразователи. [109]

Обнаружение патогенов

Биосенсоры могут быть использованы для обнаружения патогенных организмов. [102]

Разработаны встроенные биосенсоры для определения патогенных сигнатур, таких как SARS-CoV-2 , которые можно носить , например, маски для лица со встроенными тестами . [110] [111] См. также: Исследования и разработки в области общественного транспорта COVID-19

Новые типы биосенсорных чипов могут позволить использовать новые методы, «такие как датчики патогенов, развертываемые с помощью дронов, активно исследующие воздух или сточные воды». Белково-связывающие аптамеры могут использоваться для тестирования на наличие возбудителей инфекционных заболеваний. [112] Системы электронных кож (или роботизированных кож) со встроенными биосенсорами (или химическими сенсорами) и человеко-машинными интерфейсами могут позволить как носимые, так и дистанционно чувствительное устройство или роботизированное обнаружение патогенов (а также нескольких опасных материалов и тактильных ощущений ). [113] [ необходимы дополнительные ссылки ]

Типы

Оптические биосенсоры

Многие оптические биосенсоры основаны на явлении методов поверхностного плазмонного резонанса (SPR). [114] [115] Это использует свойство золота и других материалов (металлов); [116] в частности, что тонкий слой золота на стеклянной поверхности с высоким показателем преломления может поглощать лазерный свет, производя электронные волны (поверхностные плазмоны) на поверхности золота. Это происходит только при определенном угле и длине волны падающего света и сильно зависит от поверхности золота, так что связывание целевого аналита с рецептором на поверхности золота производит измеримый сигнал.

Датчики поверхностного плазмонного резонанса работают с использованием сенсорного чипа, состоящего из пластиковой кассеты, поддерживающей стеклянную пластину, одна сторона которой покрыта микроскопическим слоем золота. Эта сторона контактирует с оптическим детекторным устройством прибора. Противоположная сторона затем контактирует с микрофлюидной системой потока. Контакт с системой потока создает каналы, по которым реагенты могут передаваться в растворе. Эта сторона стеклянного сенсорного чипа может быть модифицирована несколькими способами, чтобы обеспечить легкое присоединение интересующих молекул. Обычно она покрыта карбоксиметилдекстраном или аналогичным соединением.

Показатель преломления на стороне потока поверхности чипа оказывает прямое влияние на поведение света, отраженного от золотой стороны. Связывание с стороной потока чипа оказывает влияние на показатель преломления , и таким образом биологические взаимодействия могут быть измерены с высокой степенью чувствительности с помощью некоторого вида энергии. Показатель преломления среды вблизи поверхности изменяется, когда биомолекулы прикрепляются к поверхности, и угол SPR изменяется в зависимости от этого изменения.

Свет фиксированной длины волны отражается от золотой стороны чипа под углом полного внутреннего отражения и обнаруживается внутри прибора. Угол падающего света варьируется для того, чтобы согласовать скорость распространения затухающей волны со скоростью распространения поверхностных плазмонных поляритонов. [117] Это заставляет затухающую волну проникать через стеклянную пластину и на некоторое расстояние в жидкость, текущую по поверхности.

Другие оптические биосенсоры в основном основаны на изменениях поглощения или флуоресценции соответствующего индикаторного соединения и не нуждаются в геометрии полного внутреннего отражения. Например, был изготовлен полностью рабочий прототип устройства, обнаруживающего казеин в молоке. Устройство основано на обнаружении изменений поглощения золотого слоя. [118] Широко используемый исследовательский инструмент, микроматрица, также может считаться биосенсором.

Биологические биосенсоры

Биологические биосенсоры, также известные как оптогенетические сенсоры , часто включают генетически модифицированную форму нативного белка или фермента. Белок настроен на обнаружение определенного аналита, а полученный сигнал считывается прибором обнаружения, таким как флуорометр или люминометр. Примером недавно разработанного биосенсора является датчик для обнаружения цитозольной концентрации аналита цАМФ (циклический аденозинмонофосфат), вторичного мессенджера, участвующего в клеточной сигнализации, запускаемой лигандами, взаимодействующими с рецепторами на клеточной мембране. [119] Аналогичные системы были созданы для изучения клеточных реакций на нативные лиганды или ксенобиотики (токсины или ингибиторы малых молекул). Такие «анализы» обычно используются при разработке лекарственных препаратов фармацевтическими и биотехнологическими компаниями. Большинство анализов цАМФ, используемых в настоящее время, требуют лизиса клеток перед измерением цАМФ. Биосенсор на основе живых клеток для определения цАМФ можно использовать в нелизированных клетках с дополнительным преимуществом многократного считывания для изучения кинетики реакции рецептора.

Нанобиосенсоры используют иммобилизованный биорецепторный зонд, который селективен для целевых молекул аналита. Наноматериалы являются исключительно чувствительными химическими и биологическими сенсорами. Наномасштабные материалы демонстрируют уникальные свойства. Их большое отношение площади поверхности к объему позволяет достигать быстрых и недорогих реакций, используя различные конструкции. [120]

Другие биосенсоры с затухающими волнами были коммерциализированы с использованием волноводов, где постоянная распространения через волновод изменяется за счет поглощения молекул на поверхности волновода. Одним из таких примеров является интерферометрия с двойной поляризацией, в которой в качестве эталона используется заглубленный волновод, относительно которого измеряется изменение постоянной распространения. Другие конфигурации, такие как Маха-Цендера, имеют опорные плечи, литографически определенные на подложке. Более высокие уровни интеграции могут быть достигнуты с использованием геометрий резонаторов, где резонансная частота кольцевого резонатора изменяется при поглощении молекул. [121] [122]

Электронные носовые устройства

Недавно массивы из множества различных молекул-детекторов были применены в так называемых устройствах «электронный нос» , где модель реакции детекторов используется для идентификации вещества. [123] В детекторе запахов Wasp Hound механическим элементом является видеокамера, а биологическим элементом — пять паразитических ос, которые были приучены собираться в рою в ответ на присутствие определенного химического вещества. [124] Однако современные коммерческие электронные носы не используют биологические элементы.

ДНК-биосенсоры

ДНК может быть аналитом биосенсора, обнаруживаемым с помощью специальных средств, но ее также можно использовать как часть биосенсора или, теоретически, даже как целый биосенсор.

Существует множество методов обнаружения ДНК, что обычно является средством обнаружения организмов, имеющих эту конкретную ДНК. Последовательности ДНК также могут использоваться, как описано выше. Но существуют и более перспективные подходы, в которых ДНК может быть синтезирована для удержания ферментов в биологическом, стабильном геле. [125] Другие приложения — это разработка аптамеров, последовательностей ДНК, которые имеют определенную форму для связывания желаемой молекулы. Самые инновационные процессы используют для этого ДНК-оригами , создавая последовательности, которые складываются в предсказуемую структуру, полезную для обнаружения. [126] [127]

Ученые создали прототипы датчиков для обнаружения ДНК животных во всасываемом воздухе, «воздушной eDNA». [128]

«Наноантенны», изготовленные из ДНК – новый тип наномасштабной оптической антенны – могут быть прикреплены к белкам и производить сигнал посредством флуоресценции , когда они выполняют свои биологические функции, в частности, при определенных конформационных изменениях . [129] [130]

Биосенсор на основе графена

Графен — это двумерное вещество на основе углерода с превосходными оптическими, электрическими, механическими, термическими и механическими свойствами. Способность поглощать и иммобилизовать различные белки, особенно некоторые с углеродными кольцевыми структурами, доказала, что графен является отличным кандидатом в качестве биосенсорного преобразователя. В результате в последнее время были исследованы и разработаны различные биосенсоры на основе графена. [14] [131] Графен использовался в качестве биосенсора в различных форматах, особенно в электрохимических датчиках и полевых транзисторах. Среди них графеновые полевые транзисторы (GFET) особенно показали превосходную производительность в качестве быстрой диагностики в точке оказания помощи (PoC), что было отмечено в результате всплеска числа исследовательских статей, сообщающих о диагностике COVID-19 с использованием GFET. Сообщалось, что они имеют один из самых низких пределов обнаружения, а также имеют быстрое время выполнения в несколько секунд вместе с возможностями мультиплексирования. [132] Эти возможности позволяют немедленно выявлять заболевания, особенно в случаях с перекрывающимися симптомами, которые трудно различить на начальном этапе, что позволяет добиться лучших результатов для пациентов, особенно в условиях ограниченных ресурсов медицинских учреждений.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Khalilian, Alireza; Khan, Md. Rajibur Rahaman; Kang, Shin-Won (2017). «Высокочувствительный и широкодиапазонный полированный волоконно-оптический датчик вкуса». Датчики и приводы B. 249 : 700–707. doi :10.1016/j.snb.2017.04.088.
  2. ^ Тернер, Энтони; Уилсон, Джордж; Каубе, Исао (1987). Биосенсоры: основы и применение . Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press. стр. 770. ISBN 978-0198547242.
  3. ^ Bănică, Florinel-Gabriel (2012). Химические сенсоры и биосенсоры: основы и применение . Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons. стр. 576. ISBN 9781118354230.
  4. ^ Динсер, Кан; Брух, Ричард; Коста-Рама, Эстефания; Фернандес-Абедул, Мария Тереза; Меркочи, Арбен; Манц, Андреас; Урбан, Джеральд Антон; Гюдер, Фират (15 мая 2019 г.). «Одноразовые датчики в диагностике, пищевом и экологическом мониторинге». Advanced Materials . 31 (30): 1806739. Bibcode :2019AdM....3106739D. doi : 10.1002/adma.201806739 . hdl : 10044/1/69878 . ISSN  0935-9648. PMID  31094032.
  5. ^ Кавальканти А., Ширинзаде Б., Чжан М., Кретли Л. К. (2008). «Архитектура оборудования нанороботов для медицинской обороны» (PDF) . Датчики . 8 (5): 2932–2958. Bibcode : 2008Senso...8.2932C. doi : 10.3390 /s8052932 . PMC 3675524. PMID  27879858. 
  6. ^ Каур, Харманджит; Шори, Муниш (2019). «Аптасенсоры на основе наноматериалов для клинических и экологических диагностических приложений». Nanoscale Advances . 1 (6): 2123–2138. Bibcode : 2019NanoA...1.2123K. doi : 10.1039/C9NA00153K . PMC 9418768. PMID  36131986 . 
  7. ^ А. Хирлеманн, О. Бранд, К. Хаглейтнер, Х. Балтес, «Микротехнологии для химических/биосенсоров», Труды IEEE 91 (6), 2003, 839–863.
  8. ^ А. Хирлеманн, Х. Балтес, «Химические микросенсоры на основе КМОП», The Analyst 128 (1), 2003, стр. 15–28.
  9. ^ "Biosensors Primer". Архивировано из оригинала 2 января 2017 года . Получено 28 января 2013 года .
  10. ^ Динсер, Кан; Брух, Ричард; Клинг, Андре; Диттрих, Петра С.; Урбан, Джеральд А. (август 2017 г.). «Мультиплексное тестирование в месте оказания медицинской помощи – xPOCT». Тенденции в биотехнологии . 35 (8): 728–742. doi :10.1016/j.tibtech.2017.03.013. PMC 5538621. PMID  28456344 . 
  11. ^ Джузгадо, А.; Солда, А.; Острик, А.; Криадо, А.; Валенти, Г.; Рапино, С.; Конти, Г.; Фракассо, Г.; Паолуччи, Ф.; Прато, М. (2017). «Высокочувствительное электрохемилюминесцентное обнаружение биомаркера рака простаты». Дж. Матер. хим. Б.​ 5 (32): 6681–6687. дои : 10.1039/c7tb01557g. ПМИД  32264431.
  12. ^ Vo-Dinh, T.; Cullum, B. (2000). «Биосенсоры и биочипы: достижения в биологической и медицинской диагностике». Fresenius' Journal of Analytical Chemistry . 366 (6–7): 540–551. doi :10.1007/s002160051549. PMID  11225766. S2CID  23807719.
  13. ^ Валенти, Г.; Рампаццо, Э.; Биаварди, Э.; Виллани, Э.; Фракассо, Г.; Маркаччо, М.; Бертани, Ф.; Рамарли, Д.; Далканале, Э.; Паолуччи, Ф.; Проди, Л. (2015). «Электрохемилюминесцентный супрамолекулярный подход к обнаружению саркозина для ранней диагностики рака простаты». Фарадей Обсудить . 185 : 299–309. Бибкод : 2015FaDi..185..299В. дои : 10.1039/c5fd00096c. ПМИД  26394608.
  14. ^ аб Паризи, Мохаммад Салемизаде; Салемизадепаризи, Фатима; Зарасванд, Махди Молаи; Абдолхосейни, Саид; Бахадори-Хагиги, Шахрам; Халилиан, Алиреза (2022). «Высокопроизводительный биосенсор на основе графена с использованием метаповерхности из асимметричных кремниевых дисков». Журнал датчиков IEEE . 22 (3): 2037–2044. Бибкод : 2022ISenJ..22.2037P. дои : 10.1109/JSEN.2021.3134205. S2CID  245069669.
  15. ^ ab Marazuela, M.; Moreno-Bondi, M. (2002). «Волоконно-оптические биосенсоры – обзор». Аналитическая и биоаналитическая химия . 372 (5–6): 664–682. doi :10.1007/s00216-002-1235-9. PMID  11941437. S2CID  36791337.
  16. ^ Стоуэлл, Шон; Гарнер, Жанетт (5 ноября 2020 г.). «Роль серологии в пандемии коронавирусной болезни 2019 года». Клинические инфекционные болезни . 71 (8): 1935–1936. doi : 10.1093/cid/ciaa510. ПМК 7197618 . ПМИД  32357206. 
  17. ^ Кривиану-Гайта, В.; Томпсон, М. (ноябрь 2016 г.). «Аптамеры, антитела scFv и фрагменты антител Fab: обзор и сравнение трех самых универсальных элементов биораспознавания биосенсоров». Biosens Bioelectron . 85 : 32–45. doi : 10.1016/j.bios.2016.04.091. PMID  27155114.
  18. ^ Skrlec, K; Strukelj, B; Berlec, A (июль 2015 г.). «Неиммуноглобулиновые каркасы: фокус на их мишенях». Trends Biotechnol . 33 (7): 408–418. doi :10.1016/j.tibtech.2015.03.012. PMID  25931178.
  19. ^ Jost, C; Plückthun, A (август 2014). «Сконструированные белки с желаемой специфичностью: DARPins, другие альтернативные каркасы и биспецифические IgG». Curr Opin Struct Biol . 27 : 102–112. doi : 10.1016/j.sbi.2014.05.011. PMID  25033247.
  20. ^ ab Brient-Litzler, E; Plückthun, A; Bedouelle, H (апрель 2010 г.). «Основанная на знаниях разработка безреагентных флуоресцентных биосенсоров из разработанного белка с анкириновым повтором» (PDF) . Protein Eng Des Sel . 23 (4): 229–241. doi : 10.1093/protein/gzp074 . PMID  19945965.
  21. ^ ab Miranda, FF; Brient-Litzler, E; Zidane, N; Pecorari, F; Bedouelle, Hugues (июнь 2011 г.). «Безреагентные флуоресцентные биосенсоры из искусственных семейств антигенсвязывающих белков». Biosens Bioelectron . 26 (10): 4184–4190. doi :10.1016/j.bios.2011.04.030. PMID  21565483.
  22. ^ JS Schultz; S. Mansouri; IJ Goldstein (1982). «Сенсор сродства: новая технология разработки имплантируемых сенсоров для глюкозы и других метаболитов». Diabetes Care . 5 (3): 245–253. doi :10.2337/diacare.5.3.245. PMID  6184210. S2CID  20186661.
  23. ^ JS Schultz; G. Sims (1979). «Сенсоры сродства для индивидуальных метаболитов». Biotechnol. Bioeng. Symp . 9 (9): 65–71. PMID  94999.
  24. ^ R. Ballerstadt; JS Schultz (2000). «Датчик с полыми волокнами флуоресцентного сродства для непрерывного трансдермального мониторинга глюкозы». Anal. Chem . 72 (17): 4185–4192. doi :10.1021/ac000215r. PMID  10994982.
  25. ^ Каур, Харманджит; Шори, Муниш (29 апреля 2019 г.). «Аптасенсоры на основе наноматериалов для клинических и экологических диагностических приложений». Nanoscale Advances . 1 (6): 2123–2138. Bibcode : 2019NanoA ...1.2123K. doi : 10.1039/C9NA00153K . PMC 9418768. PMID  36131986. 
  26. ^ Sefah, Kwame (2010). «Разработка ДНК-аптамеров с использованием Cell-SELEX». Nature Protocols . 5 (6): 1169–1185. doi :10.1038/nprot.2010.66. PMID  20539292. S2CID  4953042.
  27. ^ Shorie, Munish; Kaur, Harmanjit (20 октября 2018 г.). «Метод Microtitre Plate Based Cell-SELEX». Bio-Protocol . 8 (20): e3051. doi :10.21769/BioProtoc.3051. PMC 8342047. PMID  34532522 . 
  28. ^ Монтсеррат Пажес, Аида (2021). «Биоанализ только ДНК для одновременного обнаружения белков и нуклеиновых кислот». Аналитическая и биоаналитическая химия . 413 (20): 4925–4937. doi :10.1007/s00216-021-03458-6. PMC 8238030. PMID  34184101 . 
  29. ^ Донзелла, В.; Креа, Ф. (июнь 2011 г.). «Оптические биосенсоры для анализа новых биомаркеров в онкологии». J Biophotonics . 4 (6): 442–52. doi :10.1002/jbio.201000123. PMID  21567973. S2CID  5190250.
  30. ^ Vollmer, F; Yang, Lang (октябрь 2012 г.). «Обнаружение без меток с помощью высокодобротных микрорезонаторов: обзор механизмов биосенсорного анализа для интегрированных устройств». Nanophotonics . 1 (3–4): 267–291. Bibcode :2012Nanop...1..267V. doi :10.1515/nanoph-2012-0021. PMC 4764104 . PMID  26918228. 
  31. ^ "Главная - Проект GLAM - Мультиплексный биосенсор на основе стеклянного лазера". Проект GLAM - Мультиплексный биосенсор на основе стеклянного лазера .
  32. ^ Риццуто, Р.; Пинтон, П.; Брини, М.; Кьеза, А.; Филиппинин, Л.; Поццан, Т. (1999). «Митохондрии как биосенсоры микродоменов кальция». Клеточный кальций . 26 (5): 193–199. дои : 10.1054/ceca.1999.0076. ПМИД  10643557.
  33. ^ Bragadin, M.; Manente, S.; Piazza, R.; Scutari, G. (2001). «Митохондрии как биосенсоры для мониторинга моющих соединений в растворе». Аналитическая биохимия . 292 (2): 305–307. doi :10.1006/abio.2001.5097. hdl : 10278/16452 . PMID  11355867.
  34. ^ Védrine, C.; Leclerc, J.-C.; Durrieu, C.; Tran-Minh, C. (2003). «Оптический цельноклеточный биосенсор с использованием Chlorella vulgaris, разработанный для мониторинга гербицидов». Biosensors & Bioelectronics . 18 (4): 457–63. CiteSeerX 10.1.1.1031.5904 . doi :10.1016/s0956-5663(02)00157-4. PMID  12604263. 
  35. ^ Дубей, RS; Упадхай, SN (2001). «Мониторинг микробной коррозии с помощью амперометрического микробного биосенсора, разработанного с использованием цельной клетки Pseudomonas sp». Биосенсоры и биоэлектроника . 16 (9–12): 995–1000. doi :10.1016/s0956-5663(01)00203-2. PMID  11679280.
  36. ^ Кампас, М.; Карпентье, Р.; Руйон, Р. (2008). «Биосенсоры на основе растительных тканей и фотосинтеза». Biotechnology Advances . 26 (4): 370–378. doi :10.1016/j.biotechadv.2008.04.001. PMID  18495408.
  37. ^ Петанен, Т.; Вирта, М.; Карп, М.; Романчук, М. (2001). «Конструирование и использование сенсорных плазмид ртути и арсенита широкого спектра хозяев в почвенной бактерии Pseudomonas fluorescens OS8». Microbial Ecology . 41 (4): 360–368. Bibcode : 2001MicEc..41..360P. doi : 10.1007/s002480000095. PMID  12032610. S2CID  21147572.
  38. ^ Pickup, JC; Zhi, ZL; Khan, F; Saxl, T; Birch, DJ (2008). «Наномедицина и ее потенциал в исследовании и практике диабета». Diabetes Metab Res Rev. 24 ( 8): 604–10. doi :10.1002/dmrr.893. PMID  18802934. S2CID  39552342.
  39. ^ Гупта, Р.; Чаудхури, Н.К. (май 2007 г.). «Захват биомолекул в золь-гель матрице для применения в биосенсорах: проблемы и перспективы на будущее». Biosens Bioelectron . 22 (11): 2387–99. doi :10.1016/j.bios.2006.12.025. PMID  17291744.
  40. ^ Кларк, HA; Копельман, R; Тьялкенс, R; Филберт, MA (ноябрь 1999 г.). «Оптические наносенсоры для химического анализа внутри отдельных живых клеток. 2. Датчики pH и кальция и внутриклеточное применение датчиков PEBBLE». Anal. Chem . 71 (21): 4837–43. doi :10.1021/ac990630n. PMID  10565275.
  41. ^ Liao, KC; Hogen-Esch, T; Richmond, FJ; Marcu, L; Clifton, W; Loeb, GE (май 2008 г.). «Чрескожный волоконно-оптический датчик для хронического мониторинга глюкозы in vivo». Biosens Bioelectron . 23 (10): 1458–65. doi :10.1016/j.bios.2008.01.012. PMID  18304798.
  42. ^ Бурзак, Кэтрин. «Имитация биосенсоров тела». technologyreview.com .
  43. ^ Lud, SQ; Nicholasides, MG; Haase, I.; Fischer, M.; Bausch, AR (2006). «Полевой эффект экранированных зарядов: электрическое обнаружение пептидов и белков с помощью тонкопленочного резистора». ChemPhysChem . 7 (2): 379–384. doi :10.1002/cphc.200500484. PMID  16404758.
  44. ^ «Мультивитамины Kaufberatung: Итак, найдите Sie das beste Präparat» . Архивировано из оригинала 18 декабря 2014 года.
  45. ^ Gosai, Agnivo; Hau Yeah, Brendan Shin; Nilsen-Hamilton, Marit; Shrotriya, Pranav (2019). «Обнаружение тромбина без метки в присутствии высокой концентрации альбумина с использованием нанопористой мембраны, функционализированной аптамером». Биосенсоры и биоэлектроника . 126 : 88–95. doi : 10.1016/j.bios.2018.10.010. PMC 6383723. PMID  30396022 . 
  46. ^ Sanguino, P.; Monteiro, T.; Bhattacharyya, SR; Dias, CJ; Igreja, R.; Franco, R. (2014). «ZnO наностержни как иммобилизационные слои для емкостных иммуносенсоров с интердигитацией». Датчики и приводы B-Chemical . 204 : 211–217. doi :10.1016/j.snb.2014.06.141.
  47. ^ Vockenroth I, Atanasova P, Knoll W, Jenkins A, Köper I (2005). «Функциональные привязанные двухслойные мембраны как платформа биосенсора». IEEE Sensors, 2005. стр. 608–610. doi :10.1109/icsens.2005.1597772. ISBN 978-0-7803-9056-0. S2CID  12490715.
  48. ^ Cornell BA; BraachMaksvytis VLB; King LG; et al. (1997). «Биосенсор, использующий переключатели ионных каналов». Nature . 387 (6633): 580–583. Bibcode :1997Natur.387..580C. doi :10.1038/42432. PMID  9177344. S2CID  4348659.
  49. ^ О С; Корнелл Б; Смит Д; и др. (2008). «Быстрое обнаружение вируса гриппа А в клинических образцах с использованием биосенсора с переключателем ионного канала». Биосенсоры и биоэлектроника . 23 (7): 1161–1165. doi :10.1016/j.bios.2007.10.011. PMID  18054481.
  50. ^ Кришнамурти В., Монфаред С., Корнелл Б. (2010). «Биосенсоры с ионными каналами, часть I. Строительство, эксплуатация и клинические исследования». Труды IEEE по нанотехнологиям . 9 (3): 313–322. Bibcode : 2010ITNan...9..313K. doi : 10.1109/TNANO.2010.2041466. S2CID  4957312.
  51. ^ "Greensense Projekt: тесты на каннабис и проверка на дрогены" . greensense-project.eu .
  52. ^ Ренард, М.; Белкади, Л.; Хьюго, Н.; Ингланд, П.; Альтшу, Д.; Бедуэль, Х. (апрель 2002 г.). «Разработка безреагентных флуоресцентных биосенсоров на основе знаний из рекомбинантных антител». J Mol Biol . 318 (2): 429–442. doi :10.1016/S0022-2836(02)00023-2. PMID  12051849.
  53. ^ Ренард, М.; Бедуэль, Х. (декабрь 2004 г.). «Улучшение чувствительности и динамического диапазона безреагентных флуоресцентных иммуносенсоров с помощью проектирования на основе знаний». Биохимия . 43 (49): 15453–15462. CiteSeerX 10.1.1.622.3557 . doi :10.1021/bi048922s. PMID  15581357. S2CID  25795463. 
  54. ^ Ренард, М.; Белкади, Л.; Бедуэль, Х. (февраль 2003 г.). «Выведение топологических ограничений из функциональных данных для проектирования безреагентных флуоресцентных иммуносенсоров». J. Mol. Biol . 326 (1): 167–175. doi :10.1016/S0022-2836(02)01334-7. PMID  12547199.
  55. ^ de Picciotto, S; Dickson, PM; Traxlmayr, MW; Marques, BS; Socher, E; Zhao, S; Cheung, S; Kiefer, JD; Wand, AJ; Griffith, LG; Imperiali, B; Wittrup, KD (июль 2016 г.). «Принципы проектирования успешных биосенсоров: специфическое связывание флуорофора/аналита и минимизация взаимодействий флуорофора/скеффолда». J Mol Biol . 428 (20): 4228–4241. doi :10.1016/j.jmb.2016.07.004. PMC 5048519. PMID  27448945 . 
  56. ^ Куммер, Л.; Хсу, К. В.; Даглиян, О.; МакНевин, К.; Кауфхольц, М.; Циммерманн, Б.; Дохолян, Н. В.; Хан, К. М.; Плюктун, А. (июнь 2013 г.). «Основанная на знаниях разработка биосенсора для количественной оценки локализованной активации ERK в живых клетках». Chem Biol . 20 (6): 847–856. doi : 10.1016 /j.chembiol.2013.04.016. PMC 4154710. PMID  23790495. 
  57. ^ Strömberg, Mattias; Zardán Góme de la Torre, Teresa; Nilsson, Mats; Svedlindh, Peter; Strømme, Maria (январь 2014 г.). «Биологический анализ на основе магнитных наночастиц обеспечивает чувствительное обнаружение одно- и двухкомпонентной бактериальной ДНК с использованием портативного сусцептометра переменного тока». Biotechnology Journal . 9 (1): 137–145. doi :10.1002/biot.201300348. ISSN  1860-6768. PMC 3910167 . PMID  24174315. 
  58. ^ Лю, Пол; Скуча, Карл; Мегенс, Миша; Бозер, Бернхард (октябрь 2011 г.). «Датчик Холла CMOS для характеристики и обнаружения магнитных наночастиц для биомедицинских применений». IEEE Transactions on Magnetics . 47 (10): 3449–3451. Bibcode : 2011ITM....47.3449L. doi : 10.1109/TMAG.2011.2158600. ISSN  0018-9464. PMC 4190849. PMID 25308989  . 
  59. ^ Хуан, Чи-Чэн; Чжоу, Сяхан; Холл, Дрю А. (4 апреля 2017 г.). «Гигантские магниторезистивные биосенсоры для временной магниторелаксометрии: теоретическое исследование и прогресс в направлении иммуноанализа». Scientific Reports . 7 (1): 45493. Bibcode :2017NatSR...745493H. doi :10.1038/srep45493. ISSN  2045-2322. PMC 5379630 . PMID  28374833. 
  60. ^ Zanut, A.; Fiorani, A.; Canola, S.; Saito, T.; Ziebart, N.; Rapino, S.; Rebeccani, S.; Barbon, A.; Irie, T.; Josel, H.; Negri, F.; Marcaccio, M.; Windfuhr, M.; Imai, K.; Valenti, G.; Paolucci, F. (2020). "Insights into the mechanism of coreactant electrochemiluminescence facilitating enhancement bioanalytical performance". Nat. Commun . 11 (1): 2668. Bibcode :2020NatCo..11.2668Z. doi :10.1038/s41467-020-16476-2. PMC 7260178 . PMID  32472057. S2CID  218977697. 
  61. ^ Forster RJ, Bertoncello P, Keyes TE (2009). «Электрогенерированная хемилюминесценция». Annual Review of Analytical Chemistry . 2 : 359–85. Bibcode :2009ARAC....2..359F. doi :10.1146/annurev-anchem-060908-155305. PMID  20636067.
  62. ^ Valenti G, Fiorani A, Li H, Sojic N, Paolucci F (2016). «Важная роль электродных материалов в электрохемилюминесцентных приложениях». ChemElectroChem . 3 (12): 1990–1997. doi :10.1002/celc.201600602. hdl : 11585/591485 .
  63. ^ Хафф, Ховард; Риордан, Майкл (1 сентября 2007 г.). «Фрош и Дерик: Пятьдесят лет спустя (Предисловие)». Интерфейс Электрохимического общества . 16 (3): 29. doi :10.1149/2.F02073IF. ISSN  1064-8208.
  64. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  65. ^ KAHNG, D. (1961). «Устройство на основе поверхности кремния-диоксида кремния». Технический меморандум Bell Laboratories : 583–596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  66. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. стр. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  67. ^ Лигенца, Дж. Р.; Спитцер, В. Г. (1960). «Механизмы окисления кремния в паре и кислороде». Журнал физики и химии твердого тела . 14 : 131–136. Bibcode : 1960JPCS...14..131L. doi : 10.1016/0022-3697(60)90219-5.
  68. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media . стр. 120. ISBN 9783540342588.
  69. ^ Park, Jeho; Nguyen, Hoang Hiep; Woubit, Abdela; Kim, Moonil (2014). «Применение биосенсоров на основе полевых транзисторов (FET)». Applied Science and Convergence Technology . 23 (2): 61–71. doi : 10.5757/ASCT.2014.23.2.61 . ISSN  2288-6559. S2CID  55557610.
  70. ^ Кларк, Леланд К.; Лайонс, Чемп (1962). «Электродные системы для непрерывного мониторинга в сердечно-сосудистой хирургии». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 102 (1): 29–45. Bibcode : 1962NYASA.102...29C. doi : 10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x. ISSN  1749-6632. PMID  14021529. S2CID  33342483.
  71. ^ abcd Бергвельд, Пит (октябрь 1985 г.). "Влияние датчиков на основе МОП-транзисторов" (PDF) . Датчики и приводы . 8 (2): 109–127. Bibcode :1985SeAc....8..109B. doi :10.1016/0250-6874(85)87009-8. ISSN  0250-6874. Архивировано из оригинала (PDF) 26 апреля 2021 г. . Получено 9 октября 2019 г. .
  72. ^ Крис Тумазу; Пантелис Георгиу (декабрь 2011 г.). «40 лет технологии ISFET: от нейронного зондирования до секвенирования ДНК». Electronics Letters . 47 : S7–S12. doi :10.1049/el.2011.3231 . Получено 13 мая 2016 г.
  73. ^ Бергвельд, П. (январь 1970 г.). «Разработка ионочувствительного твердотельного устройства для нейрофизиологических измерений». Труды IEEE по биомедицинской инженерии . BME-17 (1): 70–71. doi :10.1109/TBME.1970.4502688. PMID  5441220.
  74. ^ abc Schöning, Michael J.; Poghossian, Arshak (10 сентября 2002 г.). "Последние достижения в области биологически чувствительных полевых транзисторов (BioFET)" (PDF) . Analyst . 127 (9): 1137–1151. Bibcode :2002Ana...127.1137S. doi :10.1039/B204444G. ISSN  1364-5528. PMID  12375833.
  75. ^ Министерство здравоохранения и социальных служб США; Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами; Центр оценки и исследования лекарственных средств; Центр ветеринарной медицины; Управление по вопросам регулирования, ред. (сентябрь 2004 г.), Руководство для промышленности: PAT — структура для инновационной фармацевтической разработки, производства и обеспечения качества (PDF)
  76. ^ Паско, Нил; Глитеро, Ник. Биосенсор лактозы на линии — первый жизнеспособный промышленный биосенсор? «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 февраля 2013 г. Получено 9 февраля 2016 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )(дата обращения: 30 января 2013 г.).
  77. ^ Клинг, Джим (2006). «Перемещение диагностики со скамьи к постели больного». Nat. Biotechnol . 24 (8): 891–893. doi :10.1038/nbt0806-891. PMID  16900120. S2CID  32776079.
  78. ^ Кесада-Гонсалес, Даниэль; Меркочи, Арбен (2018). «Устройства на основе наноматериалов для диагностических приложений в местах оказания медицинской помощи». Обзоры химического общества . 47 (13): 4697–4709. doi :10.1039/C7CS00837F. ISSN  0306-0012. PMID  29770813.
  79. ^ Windmiller, Joshua Ray; Wang, Joseph (2013). «Носимые электрохимические датчики и биосенсоры: обзор». Electroanalysis . 25 : 29–46. doi :10.1002/elan.201200349.
  80. ^ ab Биркхольц, Марио; Глогенер, Пауль; Глёс, Франциска; Басмер, Томас; Тойер, Лоренц (2016). «Непрерывно работающий биосенсор и его интеграция в герметично закрытый медицинский имплантат». Micromachines . 7 (10): 183. doi : 10.3390/mi7100183 . PMC 6190112 . PMID  30404356. 
  81. ^ Котанен, Кристиан Н.; Габриэль Мусси, Фрэнсис; Каррара, Сандро; Джузеппи-Эли, Энтони (2012). «Имплантируемые ферментные амперометрические биосенсоры». Биосенсоры и биоэлектроника . 35 (1): 14–26. doi :10.1016/j.bios.2012.03.016. ПМИД  22516142.
  82. ^ Gough, David A.; Kumosa, Lucas S.; Routh, Timothy L.; Lin, Joe T.; Lucisano, Joseph Y. (2010). «Функция имплантированного тканевого датчика глюкозы в течение более 1 года у животных». Sci. Transl. Med . 2 (42): 42ra53. doi :10.1126/scitranslmed.3001148. PMC 4528300. PMID  20668297 . 
  83. ^ Мортелларо, Марк; ДеХеннис, Эндрю (2014). «Характеристика производительности системы непрерывного мониторинга глюкозы на основе абиотических и флуоресцентных методов у пациентов с диабетом 1 типа». Biosens. Bioelectron . 61 : 227–231. doi : 10.1016/j.bios.2014.05.022 . PMID  24906080.
  84. ^ Кесада-Гонсалес, Даниэль; Меркочи, Арбен (2016). «Биологическое зондирование на основе мобильного телефона: новая «диагностическая и коммуникационная» технология». Биосенсоры и биоэлектроника . 92 : 549–562. doi : 10.1016/j.bios.2016.10.062. PMID  27836593.
  85. ^ Сахарудин Харон Архивировано 5 марта 2016 года в Wayback Machine и Асим К. Рэй (2006) Оптическое биообнаружение ионов кадмия и свинца в воде. Медицинская инженерия и физика , 28 (10). С. 978–981.
  86. ^ ab "MolluSCAN eye". MolluSCAN eye . CNRS & Université de Bordeaux. Архивировано из оригинала 13 ноября 2016 года . Получено 24 июня 2015 года .
  87. ^ Ламбриану, Андреас; Демин, Сорен; Холл, Элизабет А. Х. (2008). Белковая инженерия и электрохимические биосенсоры . Достижения в области биохимической инженерии/биотехнологии. Т. 109. С. 65–96. doi :10.1007/10_2007_080. ISBN 978-3-540-75200-4. PMID  17960341.
  88. ^ Гошдастидер У, Ву Р, Тшасковский Б, Млинарчик К, Мишта П, Гурусаран М, Вишванатан С, Ренугопалакришнан В, Филипек С (2015). «Нано-инкапсуляция димера глюкозооксидазы графеном». РСК Прогресс . 5 (18): 13570–78. дои : 10.1039/C4RA16852F.
  89. ^ Даабул, ГГ; и др. (2010). «Интерферометрический датчик отражательной визуализации на основе светодиодов для количественного динамического мониторинга биомолекулярных взаимодействий». Biosens. Bioelectron . 26 (5): 2221–2227. doi :10.1016/j.bios.2010.09.038. PMID  20980139.
  90. ^ Ahn, S.; Freedman, DS; Massari, P.; Cabodi, M.; Ünlü, MS (2013). «Подход с массовым мечением для повышения чувствительности динамического обнаружения цитокинов с использованием биосенсора без метки». Langmuir . 29 (17): 5369–5376. doi :10.1021/la400982h. PMID  23547938.
  91. ^ Реддингтон, А.; Труэб, Дж. Т.; Фридман, Д. С.; Туйсузоглу, А.; Даабул, Г. Г.; Лопес, К. А.; Карл, В. К.; Коннор, Дж. Х.; Фосетт, Х. Э.; Унлю, М. С. (2013). «Интерферометрический датчик отражательной визуализации для диагностики вирусов в месте оказания медицинской помощи». Труды IEEE по биомедицинской инженерии . 60 (12): 3276–3283. doi :10.1109/tbme.2013.2272666. PMC 4041624. PMID  24271115 . 
  92. ^ ab Monroe, MR; Reddington, A.; Collins, AD; Laboda, CD; Cretich, M.; Chiari, M.; Little, FF; Ünlü, MS (2011). «Мультиплексный метод калибровки и количественного определения флуоресцентного сигнала для аллерген-специфического IgE». Аналитическая химия . 83 (24): 9485–9491. doi :10.1021/ac202212k. PMC 3395232 . PMID  22060132. 
  93. ^ Юрт, А.; Даабул, Г.Г.; Коннор, Дж.Х.; Голдберг, Б.Б.; Унлю, М.С. (2012). «Детекторы отдельных наночастиц для биологических приложений». Nanoscale . 4 (3): 715–726. Bibcode : 2012Nanos...4..715Y. doi : 10.1039/c2nr11562j. PMC 3759154. PMID  22214976. 
  94. ^ CA Lopez, GG Daaboul, RS Vedula, E. Ozkumur, DA Bergstein, TW Geisbert, H. Fawcett, BB Goldberg, JH Connor и MS Ünlü, «Мультиплексное обнаружение вирусов без меток с использованием спектральной отражательной визуализации», Биосенсоры и биоэлектроника, 2011
  95. ^ Монро, MR; Даабул, GG; Туйсузоглу, A.; Лопес, CA; Литтл, FF; Унлю, MS (2013). «Обнаружение отдельных наночастиц для мультиплексной диагностики белков с аттомолярной чувствительностью в сыворотке и необработанной цельной крови». Аналитическая химия . 85 (7): 3698–3706. doi :10.1021/ac4000514. PMC 3690328. PMID  23469929 . 
  96. ^ Daaboul, GG; Yurt, A.; Zhang, X.; Hwang, GM; Goldberg, BB; Ünlü, MS (2010). «Высокопроизводительное обнаружение и определение размера отдельных низкоиндексных наночастиц и вирусов для идентификации патогенов». Nano Letters . 10 (11): 4727–4731. Bibcode : 2010NanoL..10.4727D. doi : 10.1021/nl103210p. PMID  20964282.
  97. ^ Свигель, Росселла; Зулиани, Иван; Грациоли, Кристиан; Досси, Николо; Тониоло, Розанна (17 марта 2022 г.). «Эффективный безмаркерный электрохимический аптасенсор на основе наночастиц золота для обнаружения глютена». Наноматериалы . 12 (6): 987. дои : 10.3390/nano12060987 . ПМЦ 8953296 . ПМИД  35335800. 
  98. ^ Свигель, Росселла; Досси, Николо; Пиццолато, Стефания; Тониоло, Розанна; Миранда-Кастро, Ребека; де-лос-Сантос-Альварес, Ноэми; Лобо-Кастаньон, Мария Хесус (1 октября 2020 г.). «Усеченные аптамеры как селективные рецепторы в датчике глютена, поддерживающие прямое измерение в глубоком эвтектическом растворителе». Биосенсоры и биоэлектроника . 165 : 112339. doi : 10.1016/j.bios.2020.112339. hdl : 10651/57640 . ISSN  0956-5663. PMID  32729482. S2CID  219902328.
  99. ^ Svigelj, Rossella; Dossi, Nicolò; Grazioli, Cristian; Toniolo, Rosanna (6 октября 2021 г.). «Биосенсор на основе аптамеров и антител на бумажной основе для обнаружения глютена в глубоком эвтектическом растворителе (DES)». Аналитическая и биоаналитическая химия . 414 (11): 3341–3348. doi :10.1007/s00216-021-03653-5. ISSN  1618-2650. PMC 8494473. PMID 34617152  . 
  100. ^ Bolognesi, Margherita; Prosa, Mario; Toerker, Michael; Lopez Sanchez, Laura; Wieczorek, Martin; Giacomelli, Caterina; Benvenuti, Emilia; Pellacani, Paola; Elferink, Alexander; Morschhauser, Andreas; Sola, Laura; Damin, Francesco; Chiari, Marcella; Whatton, Mark; Haenni, Etienne (июнь 2023 г.). "Полностью интегрированный миниатюрный оптический биосенсор для быстрого и мультиплексного плазмонного обнаружения высоко- и низкомолекулярных аналитов". Advanced Materials . 35 (26): e2208719. Bibcode :2023AdM....3508719B. doi : 10.1002/adma.202208719 . ISSN  0935-9648. PMID  36932736. S2CID  257603757.
  101. ^ Justino, Celine IL; Duarte, Armando C.; Rocha-Santos, Teresa AP (декабрь 2017 г.). «Последние достижения в области биосенсоров для мониторинга окружающей среды: обзор». Sensors (Базель, Швейцария) . 17 (12): 2918. Bibcode : 2017Senso..17.2918J . doi : 10.3390/s17122918 . PMC 5750672. PMID  29244756. 
  102. ^ ab Alhadrami, Hani A. (2018). «Биосенсоры: классификации, медицинские применения и будущие перспективы». Биотехнология и прикладная биохимия . 65 (3): 497–508. doi : 10.1002/bab.1621 . ISSN  1470-8744. PMID  29023994. S2CID  27115648.
  103. ^ "ДНК-компьютер может сказать вам, загрязнена ли ваша питьевая вода". New Scientist . Получено 16 марта 2022 г.
  104. ^ Jung, Jaeyoung K.; Archuleta, Chloé M.; Alam, Khalid K.; Lucks, Julius B. (17 февраля 2022 г.). «Программирование бесклеточных биосенсоров с цепями смещения нитей ДНК». Nature Chemical Biology . 18 (4): 385–393. doi :10.1038/s41589-021-00962-9. ISSN  1552-4469. PMC 8964419 . PMID  35177837. 
  105. ^ Дж. Г. Блэк, «Принципы и исследования», издание 5-е.
  106. ^ Ханахан, Дуглас; Вайнберг, Роберт А. (2011). «Отличительные признаки рака: следующее поколение». Cell . 144 (5): 646–74. doi : 10.1016/j.cell.2011.02.013 . PMID  21376230.
  107. ^ аб Атай, Седа; Пишкин, Кевсер; Йылмаз, Фатьма; Чакыр, Джанан; Явуз, Хандан; Денизли, Адиль (2016). «Биосенсоры на основе кварцевых микровесов для обнаружения метастатических клеток рака молочной железы с помощью их рецепторов трансферрина». Анальный. Методы . 8 (1): 153–61. дои : 10.1039/c5ay02898a.
  108. ^ Нордквист, Кристиан. «Рак молочной железы Рак / Онкология Женское здоровье / Гинекология Рак молочной железы: причины, симптомы и лечение». Medical News Today. Np, 5 мая 2016 г. Веб.
  109. ^ Ханмохаммади, Акбар; Агайе, Али; Вахеди, Энси; Казвини, Али; Ганей, Мостафа; Афхами, Аббас; Хаджян, Али; Багери, Хасан (2020). «Электрохимические биосенсоры для обнаружения биомаркеров рака легких: обзор». Таланта . 206 : 120251. doi : 10.1016/j.talanta.2019.120251 . ПМИД  31514848.
  110. ^ «Маски для лица, которые могут диагностировать COVID-19». medicalxpress.com . Получено 11 июля 2021 г. .
  111. ^ Нгуен, Питер К.; Соенксен, Луис Р.; Донгия, Нина М.; Ангенент-Мари, Николаас М.; де Пуч, Хелена; Хуан, Элли; Ли, Роуз; Сломович, Шимин; Гальберсанини, Томмазо; Лэнсберри, Джеффри; Саллум, Хани М.; Чжао, Эван М.; Ниеми, Джеймс Б.; Коллинз, Джеймс Дж. (28 июня 2021 г.). «Носимые материалы со встроенными сенсорами синтетической биологии для обнаружения биомолекул». Природная биотехнология . 39 (11): 1366–1374. дои : 10.1038/s41587-021-00950-3 . hdl : 1721.1/131278 . ISSN  1546-1696. PMID  34183860. S2CID  235673261.
  112. ^ Фуллер, Карл В.; Падаятти, Пиус С.; Абдеррахим, Хади; Адамяк, Лиза; Алагар, Нолан; Анантападманабхан, Нагарадж; Пэк, Джихе; Чинни, Сарат; Цой, Чулмин; Делани, Кевин Дж.; Дубельциг, Рич; Фрканец, Джули; Гарсия, Крис; Гарднер, Кальвин; Гебхардт, Дэниел; Гейзер, Тим; Гутьеррес, Захария; Холл, Дрю А.; Ходжес, Эндрю П.; Хоу, Гуанъюань; Джайн, Сонал; Джонс, Тереза; Лобатон, Раймонд; Майзик, Жолт; Марте, Аллен; Мохан, Пратик; Мола, Пол; Мудондо, Пол; Маллиникс, Джеймс; Нгуен, Туан; Оллингер, Фредерик; Орр, Сара; Оуян, Юйсюань; Пан, Пол; Пак, Намсок; Поррас, Дэвид; Прабху, Кешав; Риз, Кассандра; Руэль, Трэверс; Сауэрбрей, Тревор; Сойер, Джейми Р.; Синха, Прем; Ту, Джеки; Венкатеш, АГ; ВиджайКумар, Сушмита; Чжэн, Ле; Джин, Сунхо; Тур, Джеймс М.; Чёрч, Джордж М.; Мола, Пол В.; Мерриман, Барри (1 февраля 2022 г.). «Датчики молекулярной электроники на масштабируемом полупроводниковом чипе: платформа для измерения кинетики связывания и активности ферментов на отдельных молекулах». Труды Национальной академии наук . 119 (5). Bibcode : 2022PNAS..11912812F. doi : 10.1073/pnas.2112812119 . ISSN  0027-8424. PMC 8812571 . PMID  35074874. 
  113. ^ Ю, Ты; Ли, Цзяхун; Соломон, Сэмюэл А.; Мин, Джихун; Ту, Цзяобин; Го, Вэй; Сюй, Чанхао; Сун, Ю; Гао, Вэй (1 июня 2022 г.). «Цельнопечатный мягкий человеко-машинный интерфейс для роботизированных физико-химических измерений». Научная робототехника . 7 (67): eabn0495. doi : 10.1126/scirobotics.abn0495. ISSN  2470-9476. ПМЦ 9302713 . ПМИД  35648844. 
  114. ^ S.Zeng; Baillargeat, Dominique; Ho, Ho-Pui; Yong, Ken-Tye; et al. (2014). "Nanomaterials enhancement surface plasmon frequency for biology and chemical sensing applications" (PDF) . Chemical Society Reviews . 43 (10): 3426–3452. doi :10.1039/C3CS60479A. hdl :10356/102043. PMID  24549396. Архивировано из оригинала (PDF) 6 января 2016 года . Получено 14 сентября 2015 года .
  115. ^ Крупин, О.; Ван, К.; Берини, П. (2016). «Оптический плазмонный биосенсор для обнаружения лейкемии». SPIE Newsroom (22 января 2016 г.). doi : 10.1117/2.1201512.006268.
  116. ^ Дамборский, Павел; Швитель, Юрай; Катрлик, Ярослав (30 июня 2016 г.). «Оптические биосенсоры». Очерки по биохимии . 60 (1): 91–100. дои : 10.1042/EBC20150010. ISSN  0071-1365. ПМЦ 4986466 . ПМИД  27365039. 
  117. ^ Homola J (2003). «Настоящее и будущее биосенсоров поверхностного плазмонного резонанса». Anal. Bioanal. Chem . 377 (3): 528–539. doi :10.1007/s00216-003-2101-0. PMID  12879189. S2CID  14370505.
  118. ^ Hiep, HM; et al. (2007). «Иммуносенсор на основе локализованного поверхностного плазмонного резонанса для обнаружения казеина в молоке». Sci. Technol. Adv. Mater . 8 (4): 331–338. Bibcode :2007STAdM...8..331M. doi : 10.1016/j.stam.2006.12.010 .
  119. ^ Фань, Ф. и др. (2008). «Новые генетически кодируемые биосенсоры с использованием люциферазы светлячков». ACS Chem. Biol . 3 (6): 346–51. doi :10.1021/cb8000414. PMID  18570354.
  120. ^ Урбан, Джеральд А. (2009). «Микро- и нанобиосенсоры — современное состояние и тенденции». Meas. Sci. Technol . 20 (1): 012001. Bibcode :2009MeScT..20a2001U. doi :10.1088/0957-0233/20/1/012001. S2CID  116936804.
  121. ^ Икбал, М.; Глисон, МА; Спо, Б.; Тайбор, Ф.; Ганн, WG; Хохберг, М.; Бэр-Джонс, Т.; Бейли, РК; Ганн, Л.К. (2010). «Биосенсоры без меток на основе кремниевых кольцевых резонаторов и высокоскоростной оптической сканирующей аппаратуры». Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 16 (3): 654–661. Bibcode : 2010IJSTQ..16..654I. doi : 10.1109/jstqe.2009.2032510. S2CID  41944216.
  122. ^ J. Witzens; M. Hochberg (2011). «Оптическое обнаружение агрегации наночастиц, вызванной целевой молекулой, с помощью резонаторов с высокой добротностью». Opt. Express . 19 (8): 7034–7061. Bibcode : 2011OExpr..19.7034W. doi : 10.1364/oe.19.007034 . PMID  21503017.
  123. ^ "Датчик UCSB обнаруживает взрывчатку с помощью микрофлюидики, может заменить Rover в аэропорту (видео)". Microfluidic Solutions. 8 декабря 2012 г. Архивировано из оригинала 4 июля 2014 г.
  124. ^ "Wasp Hound". Science Central. Архивировано из оригинала 16 июля 2011 года . Получено 23 февраля 2011 года .
  125. ^ Хуан, Ишунь; Сюй, Ваньлинь; Лю, Гоюань; Тянь, Лейлей (2017). «Чистый ДНК-гидрогель со стабильной каталитической способностью, полученный путем одношаговой амплификации по методу катящегося кольца». Chemical Communications . 53 (21): 3038–3041. doi :10.1039/C7CC00636E. ISSN  1359-7345. PMID  28239729.
  126. ^ Тиннефельд, Филипп; Акуна, Гильермо П.; Вэй, Циншань; Озкан, Айдоган; Озкан, Айдоган; Озкан, Айдоган; Вьетц, Каролин; Лалкенс, Бирка; Трофимчук, Катерина; Клоуз, Синди М.; Инан, Хакан (15 апреля 2019 г.). "DNA origami nanotools for single-molecule biosensing and superresolution microscopy". Биофотонный конгресс: Оптика на конгрессе наук о жизни 2019 (BODA, BRAIN, NTM, OMA, OMP) (2019), статья AW5E.5 . Оптическое общество Америки: AW5E.5. doi :10.1364/OMA.2019.AW5E.5. ISBN 978-1-943580-54-5. S2CID  210753045.
  127. ^ Сельнихин, Денис; Спарват, Штеффен Мёллер; Преус, Сорен; Биркедал, Виктория; Андерсен, Эббе Ленивец (26 июня 2018 г.). «Мультифлуорофорный ДНК-маяк-оригами как биосенсорная платформа». АСУ Нано . 12 (6): 5699–5708. doi : 10.1021/acsnano.8b01510. ISSN  1936-086X. PMID  29763544. S2CID  206719944.
  128. ^ "Ученые впервые извлекли ДНК животных из воздуха". Science News . 18 января 2022 г. Получено 29 января 2022 г.
  129. ^ «Химики используют ДНК для создания самой маленькой в ​​мире антенны». Монреальский университет . Получено 19 января 2022 г.
  130. ^ Harroun, Scott G.; Lauzon, Dominic; Ebert, Maximilian CCJC; Desrosiers, Arnaud; Wang, Xiaomeng; Vallée-Bélisle, Alexis (январь 2022 г.). «Мониторинг конформационных изменений белков с использованием флуоресцентных наноантенн». Nature Methods . 19 (1): 71–80. doi : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN  1548-7105. PMID  34969985. S2CID  245593311.
  131. ^ Хаямян, Мохаммад Али; Паризи, Мохаммад Салемизаде; Гадериния, Мохаммадреза; Абаджу, Хамед; Ванаи, Шоре; Симаи, Хосейн; Абдолхосейни, Саид; Шалиле, Шахриар; Фарамарзпур, Махса; Наеини, Вахид Фадаи; Хосенпур, Парижа; Шоджаэян, Фатеме; Аббасванди, Ферештех; Абдолахад, Мохаммад (2021). «Безметочный импедиметрический биосенсор на основе графена для отслеживания цитокинового шторма в сыворотке крови в режиме реального времени; подходит для скрининга пациентов с COVID-19». РСК Прогресс . 11 (55): 34503–34515. Бибкод : 2021RSCAd..1134503K. doi : 10.1039/D1RA04298J. PMC 9042719. PMID 35494759  . 
  132. ^ Кумар, Нилотпала; Тауэрс, Далтон; Майерс, Саманта; Гэлвин, Купер; Киреев, Дмитрий; Эллингтон, Эндрю Д.; Акинванде, Деджи (13 сентября 2023 г.). «Биосенсор на основе графенового полевого эффекта для одновременного и специфического обнаружения SARS-CoV-2 и гриппа». ACS Nano . 17 (18): 18629–18640. doi :10.1021/acsnano.3c07707. ISSN  1936-0851. PMID  37703454.

Библиография

Внешние ссылки