Biosensorer – hitta tillverkare och leverantörer

Biosensorer detekterar biologiska eller kemiska ämnen med hjälp av ett biologiskt igenkänningselement och omvandlar reaktionen till en mätbar signal.

De används för att detektera ämnen såsom glukos, laktat, enzymer, antikroppar, mikroorganismer, toxiner och andra biologiska eller kemiska analyter.
En biosensor består vanligtvis av ett biologiskt igenkänningselement, en givare och utvärderingselektronik. Igenkänningselementet reagerar selektivt med målämnet. Givaren omvandlar denna reaktion till en elektrisk, optisk, termisk eller mekanisk signal.
Biosensorer används inom medicinsk diagnostik, bioteknik, livsmedelsanalys, miljöövervakning samt industriell analys och processystem.
Beroende på tillämpningen finns de som enskilda avkänningselement, mätceller, sonder, testremsor, genomströmningssensorer eller komponenter i kompletta analysinstrument.
Nedan följer en översikt över typiska typer, tillämpningar, fördelar, begränsningar och viktiga urvalskriterier för biosensorer.

Typer av biosensorer

Enzymatiska biosensorer

Enzymatiska biosensorer använder enzymer som biologiska kännelement.
Enzymet reagerar selektivt med den substans som ska mätas. Detta ger upphov till mätbara reaktionsprodukter eller förändringar som detekteras av givaren.
Enzymatiska biosensorer används till exempel för att mäta glukos, laktat, glutamat, glutamin, kolesterol eller alkohol.
Mätnoggrannheten beror bland annat på enzymaktivitet, temperatur, pH-värde och provets sammansättning.

Immunosensorer

Immunosensorer bygger på den specifika bindningen mellan antikroppar och antigener.
De kan detektera proteiner, patogener, allergener, toxiner och andra biologiska målsubstanser.
Bindningsreaktionen utvärderas elektrokemiskt, optiskt eller genom en massförändring på sensorytan.
För att få tillförlitliga resultat måste korsreaktioner med liknande ämnen minimeras så långt det är möjligt.

Nukleinsyrabaserade biosensorer

Nukleinsyrabaserade biosensorer detekterar specifika DNA- eller RNA-sekvenser.
För detta ändamål immobiliseras matchande nukleinsyrasekvenser på en sensoryta. När målsekvensen binder till denna yta genereras en utvärderbar signal.
Sådana sensorer kan användas för att detektera genetiska egenskaper, biologisk kontaminering eller vissa mikroorganismer.

Cellbaserade biosensorer

Cellbaserade biosensorer använder levande celler eller cellkomponenter som igenkänningselement.
Cellerna reagerar på specifika ämnen, miljöförhållanden eller toxiska påverkan. Därefter mäts förändringar i ämnesomsättning, tillväxt eller andra cellulära funktioner.
Cellbaserade system används inom läkemedelsprövning, toxikologi och miljöanalys.

Elektrokemiska biosensorer

Elektrokemiska biosensorer omvandlar en biologisk eller kemisk reaktion till en elektrisk signal.
Beroende på utformningen mäts elektriska strömmar, spänningar, resistanser eller impedanser.
Elektrokemiska biosensorer kan utformas i kompakta format och är ofta lämpliga för små provvolymer samt för mobila eller automatiserade mätsystem.
Elektrodytan kan dock påverkas av avlagringar, föroreningar eller beståndsdelar i provet.

Optiska biosensorer

Optiska biosensorer detekterar förändringar i ljussignaler.
Mätparametrarna omfattar absorption, fluorescens, luminescens, reflektion och förändringar i brytningsindex.
Optiska biosensorer kan uppnå hög känslighet och, beroende på utformningen, kan de detektera flera ämnen samtidigt.
Grumliga, färgade eller starkt ljusspridande prover kan försämra mätningen.

Piezoelektriska biosensorer

Piezoelektriska biosensorer detekterar förändringar i massan på en oscillerande sensoryta.
När målämnet binder till den belagda ytan förändras sensorelementets resonansfrekvens.
Sådana system är lämpliga för att undersöka bindningsprocesser. Temperatur, viskositet och icke-specifika avlagringar kan påverka mätresultatet.

Användningsområden för biosensorer

Medicinsk diagnostik

Inom medicinsk diagnostik används biosensorer för att bestämma metaboliska värden, biomarkörer, patogener och andra medicinskt relevanta parametrar.
Bland de mest kända tillämpningarna finns mätning av glukos och laktat.
Beroende på utformningen kan biosensorer ingå i laboratorieinstrument, bärbara mätinstrument, testremsor eller kontinuerligt arbetande mätsystem.

Bioteknik och jäsning

I biotekniska processer övervakar biosensorer näringsämnen, metaboliska produkter och processförhållanden.
Mätvärden som glukos, laktat, glutamat, glutamin eller syre ger information om hur fermenteringsprocesser och cellkulturer fortskrider.
Snabb detektering gör det möjligt att identifiera avvikelser i ett tidigt skede och justera processförhållandena.

Läkemedelsforskning

Inom läkemedelsforskningen används biosensorer för att undersöka aktiva substanser, proteiner, bindningsreaktioner och cellulära reaktioner.
De kan automatisera mätserier och upptäcka förändringar i biologiska processer på kort tid.
Reproducerbara provförhållanden, lämplig kalibrering och en kontrollerad sensoryta krävs för jämförbara resultat.

Livsmedels- och dryckesindustrin

Biosensorer kan detektera ingredienser, allergener, mikroorganismer, toxiner och restsubstanser i livsmedel och drycker.
De används för att kontrollera råvaror, produktionsprocesser och färdiga produkter.
Fetter, proteiner, färgämnen, partiklar och andra provkomponenter kan påverka mätresultatet. Sensorn måste därför vara lämplig för respektive livsmedelsmatris.

Miljöanalys

Inom miljöanalys används biosensorer för att detektera föroreningar, mikroorganismer, bekämpningsmedel och organiska föroreningar.
Vatten, avloppsvatten, jordprover och andra miljöprover kan analyseras.
Robusta sensorhöljen, enkel hantering och låg känslighet för temperaturvariationer är fördelar vid mobila tillämpningar.

Övervakning av industriella processer

Biosensorer kan integreras i industriella analys- och processystem.
De övervakar biologiska eller kemiska parametrar i reaktorer, rörledningar, mätceller och automatiserade provtagningssystem.
Beständighet mot processmedier, tillräcklig livslängd och möjligheten att rengöra eller byta ut sensorelementet är viktigt för kontinuerlig drift.

Fördelar med biosensorer

• Selektiv detektering av specifika biologiska eller kemiska ämnen
• Korta mättider
• Låga krav på provmängd
• Kompakt utformning
• Integrering i mobila och automatiserade mätsystem
• Möjlighet till kontinuerliga eller upprepade mätningar
• Olika biologiska avkänningselement tillgängliga
• Olika elektriska och optiska utsignaler
• Användning i laboratorier, produktionsmiljöer och mobil analys
• Möjlighet till direkt processövervakning

Begränsningar hos biosensorer

• Biologiska kännelement kan vara känsliga för temperatur, fukt, pH-värde och kemikalier.
• Enzymer, antikroppar, celler och andra biologiska komponenter har ofta en begränsad lagrings- och livslängd.
• Provkomponenter kan ansamlas på sensorytan och påverka mätresultatet.
• Liknande ämnen kan orsaka korsreaktioner, beroende på igenkänningselementet.
• Kalibreringen kan förändras under drift och måste kontrolleras regelbundet.
• Vissa biosensorer är endast avsedda för engångsbruk.
• Rengöring och regenerering av återanvändbara sensorer kan vara tidskrävande.
• Laboratorieresultat kan inte alltid överföras direkt till verkliga prover eller industriella processer.
• En biosensors prestanda beror ofta i hög grad på provets sammansättning.
• Standardiserade jämförelsevärden från olika tillverkare finns inte tillgängliga för alla tillämpningar.

Viktiga urvalskriterier för biosensorer

Målämne

Det första steget är att definiera vilken substans eller grupp av substanser som ska detekteras.
Biosensorn måste innehålla ett lämpligt biologiskt igenkänningselement för respektive analyt.
Eventuella medföljande ämnen och kemiskt liknande föreningar måste också beaktas, eftersom de kan påverka mätresultatet.

Mätområde och detektionsgräns

Mätområdet måste helt täcka de förväntade koncentrationerna.
En tillräckligt låg detektionsgräns krävs för mycket låga koncentrationer.
En särskilt känslig sensor är dock inte automatiskt bättre om det relevanta koncentrationsområdet är betydligt högre.

Selektivitet

Selektivitet beskriver hur specifikt biosensorn reagerar på målsubstansen.
I komplexa prover kan liknande molekyler eller andra komponenter generera oönskade signaler.
Tillverkaren bör därför ange kända korskänsligheter och de provtyper för vilka sensorn har testats.

Svarstid

Den erforderliga svarstiden beror på tillämpningen.
För kontinuerlig processövervakning eller snabbt föränderliga mätningar måste sensorn detektera förändringar inom en kort tidsperiod.
För enskilda laboratorieanalyser kan en längre mättid vara acceptabel om den förbättrar känsligheten eller noggrannheten.

Provtyp och provberedning

Blod, cellodlingsmedier, livsmedel, avloppsvatten och vätskor från industriella processer ställer olika krav på en biosensor.
Viskositet, partikelhalt, färg, temperatur och kemisk sammansättning kan påverka mätningen.
Det måste fastställas om provet behöver spädas, filtreras, förberedas eller temperaturregleras.

Livslängd och lagringsstabilitet

Biologiska detekteringselement kan förlora sin aktivitet under lagring och drift.
Hållbarhetstid, tillåten lagringstemperatur, förpackning, fuktskydd och eventuella kylningskrav måste beaktas.
För återanvändbara sensorer är även antalet möjliga mät- eller regenereringscykler relevant.

Engångssensor eller återanvändbar sensor

Engångssensorer minskar rengöringskraven och risken för överföring mellan prover.
Återanvändbara sensorer kan vara mer ekonomiska vid frekventa mätningar, men kräver lämpliga rengörings-, kalibrerings- och regenereringsprocedurer.
Valet beror på mätfrekvens, hygienkrav och kostnad per mätning.

Utgångssignal och gränssnitt

Utgångssignalen måste vara kompatibel med det befintliga mät- eller styrsystemet.
Beroende på biosensorn tillhandahålls ström-, spännings-, frekvens-, digitala eller optiska signaler.
Lämpliga gränssnitt, stabil dataöverföring och integration i utvärderingsprogramvaran är viktigt för automatiserade tillämpningar.

Kalibrering

Biosensorer kräver lämplig kalibrering för det avsedda mätområdet och provtypen.
Kalibreringsintervall, referenslösningar, temperaturkompensation och eventuell avvikelse måste beaktas.
Kalibreringen bör dokumenteras och vara spårbar för att säkerställa jämförbara resultat.

Miljö- och processförhållanden

Temperatur, tryck, fukt, vibrationer, elektromagnetisk störning och aggressiva medier kan påverka driften.
För industriella tillämpningar måste höljen, tätningar, sensorytor och elektriska anslutningar vara konstruerade för respektive förhållanden.

Rengöring och utbyte

För återanvändbara biosensorer måste det fastställas hur sensorytan kan rengöras eller regenereras.
Rengöringsmedel och desinfektionsprocedurer får inte skada det biologiska detekteringselementet.
Ett utbytbart sensorelement kan förenkla underhåll och service.

Sammanfattning

Biosensorer kombinerar biologiska igenkänningselement med elektriska, optiska, termiska eller mekaniska omvandlare.
Beroende på tillämpningen används enzymatiska, immunologiska, nukleinsyrabaserade, cellbaserade, elektrokemiska, optiska eller piezoelektriska biosensorer.
Typiska tillämpningar är medicinsk diagnostik, bioteknik, läkemedelsforskning, livsmedelsanalys, miljöövervakning och industriell processkontroll.
De viktigaste urvalskriterierna är bland annat målsubstansen, mätområdet, selektiviteten, detektionsgränsen, svarstiden, provtypen, livslängden och gränssnittet.
Eftersom biologiska avkänningselement kan vara känsliga för omgivningsförhållanden och åldrande måste lagring, kalibrering, rengöring och utbyte beaktas vid inköp.

Biosensorer finns tillgängliga från olika tillverkare och leverantörer. Utförlig information om tillverkare och leverantörer av biosensorer från hela världen finns på Exportpages.