Электрохимиялық (Потенциометриялық, кулонометриялық және т б.)
жүктеу/скачать 189,42 Kb.
|
13-16
|
15. Химиялық және биологиялық сенсорлардың жұмыс істеу принциптерін түсіндіріңіз химиялық сенсорлар - бұл түрлендіргіштердің екі түрі - химиялық және физикалық-бір-бірімен тығыз байланыста болатын сенсорлар. Химиялық түрлендіргіш анықталатын компонентке селективті жауап қалыптастыратын сезімтал материал қабатынан тұрады: ол анықталатын компоненттің болуын және оның құрамының өзгеруін көрсете алады. Физикалық түрлендіргіш-трансдьюсер-таңдалған қабаттың белгілі бір компонентпен реакциясы кезінде пайда болатын энергияны электрлік немесе жарық сигналына айналдырады. Содан кейін бұл сигнал фотосезімтал және/немесе электронды құрылғы арқылы өлшенеді. Химиялық сенсорлар химиялық реакциялар принциптері мен физикалық принциптер бойынша жұмыс істей алады. Бірінші жағдайда аналитикалық сигнал анықталған компоненттің түрлендіргіш қызметін атқаратын сезімтал қабатпен химиялық әрекеттесуіне байланысты. Екінші жағдайда физикалық параметр өлшенеді (Жарықтың жұтылу немесе шағылысу коэффициенті, масса, өткізгіштік және т.б.). Селективтілікті арттыру үшін кіріс құрылғысында химиялық сезімтал қабаттың алдында анықталатын компоненттің бөлшектерін (ион алмасу, гидрофобты және басқа пленкалар) селективті түрде өткізетін мембраналар орналастырылады. Бұл жағдайда анықталатын зат жартылай өткізгіш мембрана арқылы компонентке аналитикалық сигнал пайда болатын селективті қабаттың жұқа қабатына таралады. Химиялық сенсорлар негізінде сенсорлық анализаторлар жасалады, олар белгілі бір концентрация диапазонында кез-келген затты анықтауға арналған құрылғылар болып табылады. Химиялық сенсорларға биосенсорлар да кіретінін ескеріңіз. Химиялық сенсорлардың сезімтал қабатында пайда болатын реакция сипатына (бастапқы сигналға) байланысты олар келесі түрлерге бөлінеді: электрохимиялық (Потенциометриялық, кулонометриялық және т. б.); электрлік (металл оксидтері негізіндегі жартылай өткізгіш және т. б.); магниттік (Холл датчиктері, магниттік-резистивті жартылай өткізгіш элементтер және т. б.); термометриялық; оптикалық (люминесцентті, спектрофотометриялық және т. б.); биосенсорлар (әртүрлі биологиялық материалдар негізінде: ферменттер, тіндер, бактериялар, антигендер, рецепторлар және т.б.); және т. б. Биосенсор-бұл биологиялық процестердегі өзгерістерді анықтайтын және оларды электрлік сигналға айналдыратын аналитикалық құрылғы. "Биологиялық процесс" термині ферменттер, тіндер, микроорганизмдер, жасушалар, қышқылдар және т. б. сияқты кез-келген биологиялық элементті немесе материалды білдіруі мүмкін. Сонымен, биосенсор-бұл деректерді электрлік сигналдарға түрлендіретін биологиялық сезімтал элемент пен түрлендіргіштің тіркесімі. Сонымен қатар, сигнал беру блогынан, процессордан немесе микроконтроллерден және дисплей блогынан тұратын электрондық схема болады. Төменде биосенсордың маңызды компоненттерін көрсететін жеңілдетілген құрылымдық схема берілген. Жоғарыда келтірілген құрылымдық тізбекте сигналды қалыптастыру блогы күшейткіш пен сүзгі тізбегінен тұрады (әдетте төмен өту сүзгісі). Келесі бөлімдерде мысалды қарастырған кезде бұл схема айқынырақ болады. Қажетті биологиялық материал әдетте фермент түрінде болады. Процесс арқылы белгілі электроэнзиматикалық тәсіл, бұл ферменттерді түрлендіргіш көмегімен тиісті электр сигналдарына (әдетте ток) түрлендірудің химиялық процесі. Жиі қолданылатын биологиялық реакциялардың бірі-ферменттің тотығуы. Тотығу катализатор ретінде әрекет етеді және биологиялық материалдың рН-ын өзгертеді. РН өзгеруі ферменттің ток өткізу қабілетіне тікелей әсер етеді, ол қайтадан өлшенетін ферментке тікелей тәуелді болады. Түрлендіргіштің шығысы, яғни ток-өлшенетін ферменттің тікелей көрінісі. Ток әдетте кернеуге айналады, сондықтан оны дұрыс талдауға және елестетуге болады. Биологиялық сезімтал элемент пен түрлендіргіштің үйлесімі биологиялық материалды тиісті электр сигналына айналдырады. Ферменттің түріне байланысты түрлендіргіштің шығысы ток немесе кернеу болады. Егер шығу кернеуі болса, онда бәрі жақсы. Бірақ егер шығуда ток болса, онда жалғастырмас бұрын бұл ток эквивалентті кернеуге айналуы керек (ток түрлендіргішін Операциялық күшейткіш негізіндегі кернеуге қолдана отырып). Шығу кернеуінің сигналы әдетте өте төмен амплитудаға ие және жоғары жиілікті Шу сигналына сәйкес келеді. Осылайша, сигнал күшейтіледі (жұмыс күшейткішіне негізделген күшейткіштің көмегімен), содан кейін RC төмен өту сүзгісі арқылы өтеді. Бұл сигналды күшейту және сүзу процесі сигналды өңдеу блогының немесе сигналды қалыптастыру блогының міндеті болып табылады. Сигналды өңдеу блогының шығыс сигналы-өлшенетін биологиялық мәнге тең аналогтық сигнал. Аналогтық сигналды тікелей сұйық кристалды дисплейде көрсетуге болады, бірақ әдетте бұл аналогтық сигнал микроконтроллерге беріледі, онда аналогтық сигнал сандық сигналға айналады, өйткені сандық сигналды талдау, өңдеу немесе сақтау оңай. Биосенсорлардың әртүрлі түрлерін және Биосенсорды қолдануды қарастыруды жалғастырмас бұрын, биосенсордың қарапайым мысалын тез қарастырайық: ең көп таралған қосымшалардың бірі болып табылатын Глюкометр (өкінішке орай). Қант диабеті-бұл қандағы глюкоза деңгейінің жоғарылауымен сипатталатын ауру. Қант диабетімен ауыратын науқастар үшін қандағы глюкоза деңгейін үнемі тексеру өте маңызды. Глюкометрлер-бұл қандағы глюкоза концентрациясын өлшейтін биосенсорлардың бір түрі. Әдетте олар сынақ жолағынан тұрады, оның көмегімен глюкоза деңгейін талдау үшін кішкене қан үлгісі жиналады. Бұл нақты сенсор электроэнзиматикалық тәсілді, яғни глюкозаның тотығуын жүзеге асырады. Сынақ жолағы бастапқы электродтан және салыстыру электродынан тұрады. Қан сынақ жолағына орналастырылған кезде қарапайым химиялық реакция жүреді және глюкоза концентрациясына тура пропорционал электр тогы пайда болады. Ішкі глюкометр Cortex-M3 немесе Cortex-M4 сияқты қуатты процессордан, сондай-ақ ток кернеуіне түрлендіргіштен, күшейткіштен, сүзгіден және дисплей блогынан тұрады. Биосенсорлардың әртүрлі түрлері Биосенсорлар екі топқа бөлінеді, яғни талдауда қолданылатын биологиялық элемент негізінде немесе қолданылатын Трансдукция әдісі негізінде. Жоғарыда айтылғандай, жиі қолданылатын биологиялық элементтер немесе биологиялық тану элементтері ДНҚ, ферменттер, антиденелер, микроорганизмдер, тіндер, жасушалық рецепторлар және т. б. Биосенсорлардың келесі және жиі қолданылатын жіктелуі сенсорда қолданылатын Трансдукция түріне, яғни зондтау оқиғасынан туындайтын физика-химиялық реакциялар түріне негізделген. Әрі қарай, Трансдукция әдісіне негізделген биосенсорлар қайтадан үш түрге бөлінеді. Олар: Жаппай биосенсорлар Оптикалық негіздегі биосенсорлар Электрохимиялық биосенсорлар жүктеу/скачать 189,42 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|