Cảm biến sinh học enzyme phản ứng oxy hóa khử
Cảm biến sinh học (Biosensor) đã đánh dấu một thành tựu quan trọng trong cuộc chiến chống đại dịch COVID-19 khi được ứng dụng vào trong dụng cụ giúp phát hiện bệnh và giám sát sức khỏe người bệnh trong thời gian nhiễm vi-rút. Bên cạnh đó, đây còn là một ứng dụng hữu ích trong rất nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác. Cùng Techie tìm hiểu. Show Cảm biến sinh học là gì?Cảm biến sinh học (Biosensor) là một loại cảm biến được sử dụng để thu thập thông tin về các hoạt động hoặc tín hiệu liên quan đến sinh học, cơ thể con người hoặc động vật. Các loại cảm biến này thường liên quan đến việc đo, theo dõi và phân tích dữ liệu về các yếu tố sinh học như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể, hoặc các chỉ số sinh học khác. Công nghệ sinh học này giúp phát hiện ra những thay đổi trong các tác nhân sinh học (enzyme, mô, vi sinh vật, tế bào, axit…) và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện. Ví dụ như đo lường nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, phát hiện vi khuẩn, vi rút… Đặc điểm của cảm biến sinh họcCác đặc điểm của loại cảm biến này là tính chọn lọc, khả năng tái tạo, độ ổn định, độ nhạy và độ tuyến tính được phân tích cụ thể như sau:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh họcSự kết hợp giữa các yếu tố sinh học và đầu dò sẽ chuyển đổi vật liệu sinh học thành tín hiệu điện tương ứng. Tùy thuộc vào loại enzyme đầu ra của bộ chuyển đổi sẽ là dòng điện hoặc điện áp. Nếu đầu ra là dòng điện thì dòng điện này phải được chuyển đổi thành điện áp tương đương (sử dụng bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp dựa trên Op-Amp) trước khi tiếp tục. Bởi, tín hiệu điện áp đầu ra thường có biên độ rất thấp và được chồng lên tín hiệu nhiễu tần số cao nên tín hiệu cần được khuếch đại và sau đó được truyền qua Bộ lọc RC thông thấp. Quá trình khuếch đại và lọc tín hiệu này là công việc của bộ xử lý tín hiệu hoặc bộ điều hòa tín hiệu. Đầu ra của bộ xử lý tín hiệu là tín hiệu tương tự tương đương với đại lượng sinh học được đo. Tín hiệu tương tự có thể được hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD, chuyển đổi thành tín hiệu số vì rất dễ phân tích, xử lý hoặc lưu trữ tín hiệu số. Các loại cảm biến sinh họcTùy thuộc vào cơ chế truyền tải, cảm biến sinh học được phân loại như sau:
Các ứng dụng của cảm biến sinh họcNgành y tếCảm biến sinh học thường được ứng dụng cho mục đích chẩn đoán trong ngành y tế: phát hiện mầm bệnh, các chất chuyển hóa độc hại, theo dõi lượng glucose trong cơ thể con người, kiểm tra cholesterol, đo vitamin, axit folic và biotin…. và đặc biệt là phát hiện tế bào ung thư. Kiểm soát môi trườngMột trong những ứng dụng chính của công nghệ này là trong lĩnh vực giám sát ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước. Cảm biến sinh học với các bộ phận cảm biến nitrat và phốt phát đang trở nên phổ biến để chống lại các chất ô nhiễm trong nước. Công nghiệp thực phẩmLên men là một hoạt động chủ yếu trong ngành công nghiệp sản xuất sữa, rượu và các sản phẩm tương tự khác. Nuôi cấy vi khuẩn và tế bào quy mô lớn được duy trì cho mục đích này. Để giảm thiểu chi phí sản xuất và quá trình lên men không có rủi ro, điều cần thiết là phải giám sát các quy trình phức tạp nhưng tốn kém này. Nó được thiết kế để theo dõi và đo lường quá trình tạo ra sản phẩm lên men. Nông nghiệpTrong lĩnh vực nông nghiệp loại công nghệ sinh học này thường được sử dụng để phát hiện thuốc trừ sâu. Ngoài ra còn giúp đo lường các thông số sinh học của đất, như độ ẩm, nồng độ chất dinh dưỡng, pH, và sự hiện diện của vi sinh vật có hại. Thông tin này giúp người nông dân cải thiện quản lý đất đai và sử dụng phân bón hiệu quả hơn. Kết luậnTừ việc chăm sóc sức khỏe cá nhân đến giám sát môi trường, cảm biến sinh học đã đóng góp một phần không thể thiếu trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang lật mở những khía cạnh tiềm năng của lĩnh vực này, hứa hẹn nhiều sự thay đổi tiến bộ trong đời sống và sức khỏe con người. |