Was ist biosensor?

Biosensor

Ein Biosensor ist ein Analysegerät, das ein biologisches Erkennungselement mit einem physikalisch-chemischen Wandler kombiniert, um eine messbare Antwort zu erzeugen, die proportional zur Konzentration eines bestimmten Analyten ist. Biosensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter medizinische Diagnostik, Umweltüberwachung, Lebensmittelanalytik und Sicherheitsüberwachung.

Funktionsweise

Biosensoren funktionieren in der Regel in zwei Schritten:

1. Biologische Erkennung: Das biologische Erkennungselement (z. B. ein Enzym, Antikörper, Nukleinsäure oder ganze Zelle) interagiert spezifisch mit dem Zielanalyten. Diese Interaktion erzeugt eine physikalische oder chemische Veränderung.
2. Wandlung: Der Wandler wandelt die physikalische oder chemische Veränderung in ein messbares Signal (z. B. ein elektrisches Signal, optisches Signal oder Massenänderung) um. Dieses Signal wird dann verstärkt und verarbeitet, um Informationen über die Konzentration des Analyten zu liefern.

Hauptkomponenten

Ein typischer Biosensor besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

• Biologisches Erkennungselement: Dieses Element ist für die selektive Bindung an den Zielanalyten verantwortlich. Beispiele sind Enzyme (https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Enzym), Antikörper (https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Antikörper), Nukleinsäuren (DNA, RNA) oder ganze Zellen.
• Wandler: Der Wandler wandelt die biologische Interaktion in ein messbares Signal um. Es gibt verschiedene Arten von Wandlern, darunter elektrochemische (https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Elektrochemie), optische (https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Optik), piezoelektrische und thermische Wandler.
• Signalverarbeitungseinheit: Diese Einheit verstärkt, filtert und verarbeitet das Signal vom Wandler, um eine lesbare Ausgabe zu erzeugen.
• Anzeige: Die Anzeige zeigt das Ergebnis der Messung an.

Arten von Biosensoren

Biosensoren können anhand des verwendeten biologischen Erkennungselements oder des Wandlerprinzips klassifiziert werden. Einige gängige Arten sind:

• Enzymatische Biosensoren: Verwenden Enzyme als Erkennungselemente.
• Immunsensoren: Verwenden Antikörper als Erkennungselemente.
• DNA-Biosensoren: Verwenden DNA oder RNA als Erkennungselemente.
• Zellbasierte Biosensoren: Verwenden ganze Zellen als Erkennungselemente.
• Elektrochemische Biosensoren: Verwenden elektrochemische Wandler.
• Optische Biosensoren: Verwenden optische Wandler.
• Piezoelektrische Biosensoren: Verwenden piezoelektrische Wandler.

Anwendungen

Biosensoren finden in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, darunter:

• Medizinische Diagnostik: Glukoseüberwachung für Diabetiker, Nachweis von Krankheitserregern, Tumormarkern und anderen Biomarkern.
• Umweltüberwachung: Nachweis von Schadstoffen in Wasser, Boden und Luft.
• Lebensmittelanalytik: Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, Nachweis von Pestiziden, Antibiotika und anderen Kontaminanten.
• Sicherheitsüberwachung: Nachweis von Sprengstoffen und biologischen Kampfstoffen.
• Pharmazeutische Forschung: Drug Discovery, Überwachung von Fermentationsprozessen.

Vorteile von Biosensoren

• Hohe Spezifität: Selektive Bindung an den Zielanalyten.
• Hohe Empfindlichkeit: Nachweis geringer Konzentrationen des Analyten.
• Echtzeitmessung: Kontinuierliche Überwachung möglich.
• Miniaturisierung: Potenzial für tragbare und implantierbare Geräte.
• Kosteneffizienz: Potenzial für kostengünstige Massenproduktion.

Nachteile von Biosensoren

• Stabilität: Biologische Komponenten können empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen sein.
• Kreuzreaktivität: Mögliche Interaktion mit anderen Substanzen.
• Matrixeffekte: Einfluss der Probenmatrix auf die Messung.
• Kalibrierung: Regelmäßige Kalibrierung erforderlich.