Hvad er en biosensor?

POC-systemer i medicinsk diagnostik er for det meste baseret på en form for biosensor. En biosensor er en sensor/føler, der kan reagere på et biologisk stof, der kaldes en analyt. Det er analytten vi vil måle, og det kan f.eks. være blodsukker for diabetikere. Når sensoren reagerer på analytten, skal den omdanne reaktionen til noget målbart, f.eks. et elektrisk eller optisk signal, ved hjælp af en såkaldt transducer.

En biosensor består primært af tre dele (figur 1).

  1. Et biologisk genkendelseselement, kaldet en bioreceptor, der reagerer på et biologisk stof. Eksempelvis antistoffer, proteiner eller hormoner.
  2. En transducer, der omdanner reaktionen til et målbart signal, f.eks. et elektrisk eller optisk signal.
  3. Et system der forstærker signalet, og gør det læsbart (en amplifier).

Procesbeskrivelse analyt bioreceptor transducer forstærker
Figur 1. De overordnede processer i en biosensor. Det biologiske stof reagerer med bioreceptoren, reaktionen skaber et målbart signal, og til slut bliver signalet forstærket og gjort læsbart.

POC i diabetes ændrer livet for mange
En af de mest kendte og brugte biosensorer er en blodsukkermåler. Indtil 1970’erne var diabetes en sygdom, som mange frygtede. Den havde alvorlige konsekvenser for både livskvalitet og dødelighed. Dette ændrede sig, da det første POC-system blev sendt på markedet - en blodsukkermåler. Nu kunne diabetikere selv måle deres blodsukker flere gange om dagen, og de kunne oven i købet medicinere sig selv, så deres blodsukker hurtigt blev stabiliseret. Denne sensor er nok det bedste eksempel på en biosensor i et POC-system, som har ændret verden. Der findes forskellige biosensorer til forskellige applikationer, og vi vil fortsætte med et par eksempler.

Endnu bedre blodsukker-sensorer
Blodsukker-biosensorer er elektrokemiske sensorer og udgør et stort marked, men er samtidigt relativt dyre. Ved at integrere nanomaterialer i biosensorer, bliver det muligt at skabe håndholdte, brugervenlige og billige sensorer, da det er nemt at gøre både materialet og transducersystemet mindre. Yderligere bliver det nemmere at diagnosticere sygdommen på et tidligt stadie. I en blodsukker-biosensor reagerer glukosen (sukkeret) med bioreceptoren, som består af et enzym.

Biosensoren har yderligere en elektrode, som opfanger mængden af elektroner, der overføres i reaktionen mellem glukose og bioreceptoren. Elektronstrømmen er proportional med mængden af  glukosemolekyler i blodet, så jo flere elektroner der overføres, jo mere sukker er der i blodet. Denne elektronstrøm kan måles og derudfra kan man afgøre om blodsukkeret er for højt eller ej.

Nano-sensor
En lovende ny nanomateriale-baseret sensor er en silicium-nanotråd-biosensor. Silicium er en halvleder, som betyder, at man kan ændre på dens ledningsevne ved at binde ladede molekyler på dens overflade. Ændringerne i ledningsevnen kan oversættes til en koncentration af de molekyler, der sidder på den. Sådan en sensor kan detektere ned til enkelte partikler, der binder på dens
overflade. Og fordi den er så lille, kan man have flere af disse samlet på en lille chip. Det betyder, at man kan måle på flere forskellige ting på en gang. Dette princip kaldes for multiplexing, og er essentielt for fremtidens biosensorer.

Figur 4. En væske med 3 forskellige biomarkører placeres på en nanotråd-chip. Hver nanotråd (NW) reagerer kun på en bestemt biomarkør, og når reaktionen finder sted, kan vi måle en ændring på nanotrådens modstand. Ændringen afhænger af mængden af biomarkørerne, der binder på nanotråden.  

Figur 4. En væske med 3 forskellige biomarkører placeres på en nanotråd-chip. Hver nanotråd (NW) reagerer kun på en bestemt biomarkør, og når reaktionen finder sted, kan vi måle en ændring på nanotrådens modstand. Ændringen afhænger af mængden af biomarkørerne, der binder på nanotråden. 

Faktaboks:
En transducer omdanner energi fra én form til en anden. 
Lidt ligesom en vindmølle tager vinden og omdanner den til elektricitet, så tager en transducer en kemisk reaktion og omdanner den til et signal, vi kan observere.

Faktaboks:
Et enzym er et biologisk molekyle, oftest et protein, der fungerer som en katalysator, som altså får kemiske reaktioner til at forløbe hurtigere.

http://www.nanotechacademy.dk/medicinsk_teknologi/biosensor
21 AUGUST 2019