Biolojik sensörler nedir?

... konulu sunumlar: "Biolojik sensörler nedir?"— Sunum transkripti:

1

2 Biolojik sensörler nedir?
Genel anlamda biyosensörler; bünyesinde biyolojik bir algılayıcısı bulunan ve bir fizikokimyasal çeviriciyle birleştirilmiş olan analitik cihazlar olarak tanımlanmaktadır. Temel olarak reseptör ve dönüştürücü olarak iki kısımdan oluşurlar. Biyoreseptör: analiti farkedebilen biyomoleküllerdir. Dönüştürücü: biyoreseptörün analiti farkettiği esnada ürettiği fiziksel ve kimyasal sinyali elektrik sinyaline dönüştüren yapılardır.

3

4 Biyosensör sistemi üç temel bileşenden oluşmaktadır
Biyosensör sistemi üç temel bileşenden oluşmaktadır. Bunlar, seçici tanıma mekanizmasına sahip “biyomolekül, biyoajan” bu biyoajanın incelenen madde ile etkileşimi sonucu oluşan fiziko kimyasal sinyalleri elektronik sinyaller dönüştürülebilen “çevirici” ve “elektronik” bölümlerdir. Bu bileşenlerden en önemlisi, tayin edilecek maddeye karşı son derece seçimli fakat tersinir bir şekilde etkileşime giren, duyarlı biyolojikajandır

5 Genel olarak biyoajanlar, biyoaffinite ajanları ve biyokatalitik ajanlar olarak iki alt gruba ayrılırlar. Biyoaffinite ajanları olan antikorlar, hormon almaçları, DNA, lektin gibi moleküller antijenlerin, hormonların, DNA parçacıklarının ve glikoproteinlerin moleküler tanımlanmasında kullanılırlar. Kompleks oluşum sonucunda tabaka kalınlığı, kırınım indeksi, ışık eminmesi ve elektriksel yük gibi fizikokimyasal parametrelerin değişimine neden olurlar.. Bu amaçla saf enzim sistemleri, mikroorganizmalar ve bitkisel yada hayvansal doku parçaları kullanılır.

6 Genel Örnekler *Elektrokimyasal Esaslı Biyosensörler
-          Amperometri Esaslı Biyosensörler Amperometri genel anlamda belli bir potansiyeldeki akım şiddetinin ölçümünü esas alır. Sözkonusu akım yoğunluğu çalışma elektrodunda yükseltgenen yada indirgenen elektroaktif türlerin konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak tanımlanır. İkinci elektrot referans elektrot olarak iş görür. Kalibrasyondan sonra, akım yoğunluklarından ilgili türlerin konsantrasyonlarının belirlenmesinde yararlanılır

7 *Kalorimetri Esaslı Biyosensörler
*Optik Esaslı Biyosensör Optik biyosensörler iletici sistem olarak optik lifler üzerine uygun bir yöntemle uygun bır biyomolekülün immobilize edilerek hazırlanan ölçüm aygıtlarıdırkonsantrasyonlarınım *Kalorimetri Esaslı Biyosensörler Kalorimetri esaslı enzim sensörleri, termal enzim sensörleri, enzim termistörleri yada entalpimetrik enzim sensörleri gibi değişik isimlerle tanımlanırlar. Temel ilkeleri bir enzimatik reaksiyondaki entalpi değişiminden yararlanarak substrat konsantrasyonunu belirlemekten oluşur. Genel olarak enzimatik reaksiyonların ekzotermik doğasından yararlanılır. 

8 Biyosensör Bileşenleri ve Türleri Biyolojik tanıyıcı ajan kendi spesifik olduğu ajanı tanır, onunla etkileşime girer ve çevirici sistemin algılayabileceği sinyali üretir. Bu substrat için enzim olabildiği gibi, antijen için antikor, şeker için lektin, tamamlayıcı sekans için nükleik asit olabilir. Biyosensörün yapılandırılmasında en önemli nokta, biyolojik tanıma işleminin hassaslığı, hedef kimyasala spesifikliğidir. Her reaksiyon için kullanılabilecek evrensel kavramda bir çevirici vardır.

9

10 Kütle Hassas dönüştürücüler : Çevirici olarak piezoelektrik kristallerin kullanıldığı kütle hassas dönüştürüler, rezonans frekanstaki değişime dayanarak santimetrekarede nanogram seviyesinde kütle değişimini ölçebilen ve bu yüzden de antikor-antijen etkileşimlerinde sıkça kullanılan dönüştürücülerdir. Kütle hassas dönüştürücülerin çalışma prensibi piezoelektrik etkiye dayanır. Termal dönüştürücüler : Temel prensipleri bir enzimatik reaksiyondaki entalpi değişiminden yararlanılarak substrat derişiminin belirlenmesine dayanır.

11 BİYOSENSÖRLER 8 PARAMETREYE GÖRE NİTELENDİRİLİRLER
DUYARLILIK SEÇİCİLİK ÖLÇÜM ARALIĞI ÖLÇÜM SÜRESİ TUTARLILIK TESBİT SINIRI ÖMRÜ KARARLILIK

12 Duyarlılık: Cihazın analitteki değişime (konsantrasyon) birebir cevap vermesi
demektir. Duyarlılık yüksekse analitteki birim değişim sensörün ekranında aynen gözükür. Seçicilik: Cihazın sadece analite özgünlüğünü gösterir. Cihaz başka reaktiflere ilgi göstermez ve hatalı sonuç vermez. Ölçüm aralığı: Cihazın ölçebildiği analit konsantrasyonun aralığıdır. Analit belli bir konsantrasyondan az veya çoksa cihaz iyi bir duyarlılıkta sonuç vermeyebilir. Ölçüm süresi: Analit konsantrasyonundaki bir basamak değişime karşı cihazın vereceği nihai yanıtın sadece %63’lük kısmını ölçmek için gösterdiği ölçüm süresidir. Bir tür cihazın ölçme hızını gösterir.

13 Tutarlılık: Cihazın sonuçlarındaki tutarlılığı ifade eder.
Amin canım Tesbit sınırı: Cihazın tesbit edebileceği en düşük analit konsantrasyonunu ifade eder. Ömrü: Cihazın, performansında gözle görülür bir azalma olmadan verdiği hizmet ömrünü ifade eder. Kararlılık: Belirli bir süre içinde cihazın duyarlılığındaki veya baz çizgisinde değişimleri dikkate alan bir kalite ölçüm değeri

14 Biyosensör Uygulamaları
Tıp Sektöründe Biyosensörler Tıp alanında en çok kullanılan biyosensörler enzim sensörleridir. Bunun sebepleri arasında ölçümlerindeki yüksek duyarlılık, uygulama ve kurulumdaki kolaylık ve ticari uygun transduser (dönüştürücü) çeşitlerinin bolluğu yer almaktadır.Son yarım asırda yaygınlaşan diyabet hastalığını teşhis etmekte kullanılan glikoz oksidazlı enzim sensörü en fazla ilgiyi çeken biyosensördür. Son teknoloji ürünü sensörler çok az miktar kanda ve idrarda glikoz tayinini çok hızlı yapar.

15 Tıp alanında kullanım söz konusu olduğunda biyouyumluluk çok önemli bir parametre haline gelmekterir. Vücut içi kullanımlar söz konusu olduğunda enzim içeren membran üzerinde fibrin birikimi ve platelet oluşumu meydana gelebilir veya vücut dokularında iltihaplanmalar olabilir. Bu sorunların önüne geçmek için biyosensörün dokuyla temas edecek yüzeyleri özel malzemelerle kaplanır. Diğer tıbbi biyosensörlere örnekler ise üre ve kreatinin elektrotları, kolestrol elektrotları, asetilkolin elektrotlarıdır. Bu sensörler sayesinde çok önemli hastalıkların teşhisi sağlanabilir. Protezlere yerleştirilen biyosensörler sayesinde, protez yüzeyinde üreyen bakterilerin türleri tespit edilir ve protez içinde bulunan antibakteriyel maddeler salgılanıp ve enfeksiyon engellenir.

16 Gıda Sektöründe Biyosensörler
Gıdalara uygulanan analizler temelde kalite ve güvenlik amacına yönelik olarak yapılmaktadır. Kaliteden amaç, bazı fiziksel özellikler ve kimyasal bileşenlerin miktarlarını, güvenlikten amaç ise zararlı mikroorganizmaları veya onların toksinlerini ve diğer allerjen ve toksik bileşenlerin miktarlarını saptamaktır. Ayrıca gıdalara dışarıdan katılan belirli bir amaca yönelik olan veya olmayan maddelerin tespitide önemlidir.

17 Çevre Koruma ve Kontrolünde Biyosensörler
Şehirlerde çevre kalitesi, atmosfer ve su kirliliğinin kontrol edilebilmesiyle ilişkilidir. Su kirliliği hem endüstriyel hem de ev artıklarından kaynaklanmaktadır. Biyosensörler sudaki organik kirliliklerin ölçülmesinde ve toksik maddelerin tayin edilmesinde kullanılırlar. Canlı organizmalar bir bütün olarak su veya yağ örneklerindeki potansiyel biyolojik zehirliliği ölçmekte kullanılır. Örneğin toksitite tespit kiti Microtox®’da olduğu gibi. Bu kit, luminesent bakteri Vibrio fischeri’yi kullanır. Bakteriyel biyolüminesansın, hücre metabolizmasının takip edilmesinde ve su örneklerinde toksik kimyasalların tespitinde çok uygun olduğu ispatlanmıştır.

18 BİYOMALZEMELER BİYOSENSÖRLER

19 Biyosensörlerin Gruplarına Göre Analiz Alanları
Biyosensör Grubu Kapsadığı analiz alanı Enzim Sensörleri Küçük molekküllü organik ve anorganik maddeler (metabolitler, ilaçlar, gıda maddeleri, vitaminler ) Mikrobiyal Sensörler Enzim sensörlerinin kapsadığı alanlar, toksisite, mutajenite DNA Sensörler Virüsler, patojen mikroorganizmalar İmmuno Sensörler Virüsler, patojen mikroorganizmalar, ksenobiyotikler

20

21 Askeri Savunmada Biyosensörler
Biyolojik savaş ajanların (BSA) tespitinde biyosensörler, çok yoğun olarak kullanılır. BSA, 11 Eylül saldırıları sonrası artık korkulan bir saldırı türü olmaya başlamıştır. 1995’de Tokyo’da şarbon saldırısından sonra, 11 Eylül saldırılarında da yine şarbonlu mektuplar ortaya çıkmıştır. BSA’ların tespitinde kullanılan biyoreseptör moleküllerin pek çoğu, ya analitin yüzeyine bağlanan antikor veya BSA’nın genetik materyaline bağlanan nükleik asit türü moleküllerdir. DNA sensörleri çeşitli kimyasal ve biyolojik silahların tayinine yönelik yeni yöntem geliştirme çalışmalarında yer alır. Son yıllarda çeşitli ülkelerin biyolojik silah amaçlı kullandığı, genetik olarak modifikasyona uğramış mikroorganizmalar, elektrot yüzeyine tutturulan ve o mikroorganizmayı temsil eden prob dizi ile hibridizasyonu sonucu, modifiye edilmiş ve doğal olarak bulunan mikroorganizmaya ait alınan sinyal farklılaşmasından yola çıkılarak tespit edilebilir.

22

23

24

25 Whitaker,J.R.(1994),in Food BiosensorAnalysis, (Wagner,G.and Guilbault,G.G.,eds.) Marcel Dekker Inc.,New York. overview.aspx A.N. Naimushin ve ark., Biosens. Bioelectro., 17 (2002), sayfa:573. Yucel, U. ve Yıldız, H., Kalite guvence sisteminde yeni uygulamalar: Biyosensorler. Dunyayayıncılık. GIDA Subat:93-94. Junhui, Z., Hong, C. ve Ruifu, Y., DNA based biosensors. Biotechnology Advances Vol 15 (1):43-58. Alocijila, E. C. ve Radke, S. M., Market analysis of biosensors for food safety. Biosensors and Bioelectronics Vol 18:

26 Dersin sonunda kelime ilişkilendirme testi uygularım.
«BIYOSENSÖR"kavramına ilişkin 5 kavram yazmaları işte milli 1 cümle içinde kurmalarını isterim.Konunun pekişmesine yönelik soru turu tekniğini uygularım.Sınifı 3 e böler 1 grubun Soru yazması istenir sol tarafındaki öğrencilere verilerek Cevaplamaları istenir.Tur tamamlanıp sınıfça sorular tartışılır.

27 141104755 FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ
HAZIRLAYAN NESLİHAN KUL /B FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ