BİYOMALZEMELER

1. BİYOMALZEMELER BİYOSENSÖRLER

2. BİYOLOJİK SENSÖRLER NEDİR ? • 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:analitifarkedebilenbiyomoleküllerdir. Dönüştürücü: biyoreseptörünanalitifarkettiği esnada ürettiği fiziksel ve kimyasal sinyali elektrik sinyaline dönüştüren yapılardır.

3. Biyosensörlerin genel çalışma mekanizması

4. Biyosensör Bileşenleri ve TürleriBiyolojik 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. Elektrokimyasal Dönüştürücüler :Bu başlık altında en yaygın olarak potansiyometrik, amperometrik, voltametrik ve alan etkili dönüştürücülere rastlanmaktadır.

6. 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.

7. Kütle hassas tranduser şeması

8. Optik Dönüştürücüler : Işığın iletimindeki değişimin ölçülmesine dayalı, optik esaslı dönüştürücülerde, ölçüm sistemi, madde derişimine bağlı olarak absorbans veya luminesansta değişim gösteren bir boya içerir veya CO2, O2 veya pH değişimi gibi bir fizikokimyasal özellikten faydalanılır.

9. Optik tranduser şeması

10. Termal dönüştürücüler :Temel prensipleri bir enzimatik reaksiyondaki entalpi değişiminden yararlanılarak substratderişiminin 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. • Tutarlılık:Cihazın sonuçlarındaki tutarlılığı ifade eder. • Tesbitsınırı: 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 değeridir.

13. 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.

14. 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. Biyosensörlerin Gruplarına Göre Analiz Alanları

18. Bazı Gıda Maddelerindeki Çeşitli Bileşenler ve Gıda Analizinde Kalıntı, Toksin, Mikroorganizmalar için Biyosensör Uygulamaları

19. 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 Vibriofischeri’yi kullanır. Bakteriyel biyolüminesansın, hücre metabolizmasının takip edilmesinde ve su örneklerinde toksik kimyasalların tespitinde çok uygun olduğu ispatlanmıştır.

20. 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.

21. Diğer yöntem ise güvenilir, yanlış ve negatif sonuç vermekten uzak, özgün, hassas, kullanımı kolay, hızlı cevap vererek ideal sensör olma özelliklerini taşır. Bu tip ilk ticari biyosensörBioVeris, ResponseBiomedical Corporation ve QTL tarafından piyasaya sürülmüştür. QTL’ın ürettiği biyosensör, bir dizüstü bilgisayar kadar küçük ve hafiftir. Kartuşlar cihaz üzerine kolayca yerleştirilmekte ve sonuç, 10 dakika içinde alınabilmektedir.

23. KAYNAKLAR • http://biyokure.org/tag/biyosensorlerin-uygulama-alanlari/ • Whitaker,J.R.(1994),in FoodBiosensorAnalysis, (Wagner,G.and Guilbault,G.G.,eds.) MarcelDekkerInc.,New York. • http://www.biyomedtek.com/bmt-konular-no4.htm • http://www.csiro.au/Organisation-Structure/Flagships/Food-Futures-Flagship/Quality-Biosensors-Theme/Cybernose-overview.aspx • A.N. Naimushinve ark., Biosens. Bioelectro., 17 (2002), sayfa:573. • Yucel, U. ve Yıldız, H., 2001. Kalite guvence sisteminde yeni uygulamalar: Biyosensorler. Dunyayayıncılık. GIDA Subat:93-94. • Junhui, Z., Hong, C. ve Ruifu, Y., 1997. DNA basedbiosensors. BiotechnologyAdvancesVol 15 (1):43-58. • Alocijila, E. C. veRadke, S. M., 2003. Market analysis of biosensors for food safety. Biosensors and BioelectronicsVol 18:841-846.