ไบโอเซนเซอร์คืออะไร ?????
Biosensor คือ อุปกรณ์ตรวจวัดทางชีวภาพ ถูกผลิตขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ เพื่อใช้ในการตรวจวิเคราะห์สารตัวอย่างได้อย่างเฉพาะเจาะจง
Biosensor มีหน่วยทางชีวภาพ เช่น เอนไซม์ สารปฏิชีวนะ จุลินทรีย์ หรือ ดีเอนเอ ซึ่ง Biosensor จะให้ข้อมูลทางด้านชนิด และปริมาณของสารตัวอย่างที่ได้ทำการตรวจวัด
^ มารู้จักประวัติของ Biosensor กันก่อเลยนะคร้าบบบ ^
ภาพส่วนประกอบของ Biosensor
^
^
แพทยศาสตร์เป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนา biosensor มาจนถึงปัจจุบันนี้ biosensor ทางการค้าเครื่องแรก คือ เครื่องวิเคราะห์กลูโคสสำหรับห้องปฏิบัติการ ที่ผลิตโดย Yellow Springs Instrument (USA.) ในปี ค.ศ. 1975 หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1987 Medisense (USA.) ได้วางจำหน่าย biosensor ขนาดพกกระเป๋าสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวานขึ้น ซึ่งเป็นต้นกำเนิดให้มีการพัฒนาต่อมาอย่างมากมาย อาทิเช่น Boehringer (Manuheim, Germany” เป็นต้น
ส่วนประกอบมีอะไรบ้างเอ๋ย ?
1. ตัวแปลงสัญญาณ(transducer)เป็นอุปกรณ์สำหรับแปลงสัญญาณ เฉพาะต่างๆ เช่น อิเลกตรอน แสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อเป็น ดัชนีระบุถึงปริมาณสารที่ ต้องการวิเคราะห์
2. สารชีวภาพ(BiologicalSubstance)เป็นสารที่มีความสามารถทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการวิเคราะห์อย่างจำเพาะเจาะจง
^
^
มีหลักการทำงานอย่างไรล่ะ ?
1.ทำการตรึงสารชีวภาพเข้ากับตัวแปลงสัญญาณเพื่อสร้างไบโอเซนเซอร์สำหรับวิเคราะห์สารที่ต้องการ
2.ในขั้นตอนนี้สารที่ต้องการวิเคราะห์จะจับกับไบโอเซนเซอร์ที่ตำแหน่ง จำเพาะเจาะจง เรียกกลไกการจดจำทางชีวภาพเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีและมีการถ่ายทอดสัญญาณเฉพาะ อาจเป็นอิเลกตรอน แสง สู่ตัวแปลงสัญญาณ
3.ตัวแปลงสัญญาณรับและเปลี่ยนสัญาณเฉพาะเป็นสัญาณไฟฟ้าผ่านเครื่องอ่านสัญญาณออกมา ทำให้เราสามารถอ่านค่าได้ เรียกขั้นตอนนี้ว่าเทคนิคของการรับและแปลงสัญญาณทางกายภาพ
ภาพ หลักการทำงานของ Biosensor
ประโยชน์อันมากมายของไบโอเซนเซอร์ O_0
ด้านการแพทย์ ใช้ไบโอเซนเซอร์ตรวจวัดกลูโคสในผู้ป่วยโรคเบาหวาน เชื้อโรคต่างๆ(รวมไปถึงเชื้อไวรัสไข้เลือดออก) ฮอร์โมน และสารเสพติดในปัสสาวะอีกด้วย
ด้านอุตสาหกรรมอาหารและการเกษตร ใช้ไบเซนเซอร์ตรวจวัดสารพิษ เชื้อโรคปนเปื้อนในอาหาร สารปลอมปนในอาหารส่งออก และสารต่างๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการหมักระดับอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม มีการพัฒนาไบโอเซ็นเซอร์ที่ใช้ตรวจวัดบีโอดีเท่านั้นที่
สงคราม
ด้านสิ่งแวดล้อม ใช้ไบโอเซนเซอร์ตรวจวัดสารพิษ สารฆ่าแมลง โลหะหนัก และสารก่อมลพิษ
ด้านการทหาร ใช้ไบโอเซนเซอร์ตรวจวัดอาวุธชีวภาพ หรืออาวุธเชื้อโรค ตลอดจนสารพิษในยาม
ตัวอย่างการประยุกต์ไบโอเซนเซอร์กับการแพทย์
>>>> กลูโคสเซนเซอร์ (Glucose Sensor) <<<<
>>>> กลูโคสเซนเซอร์ (Glucose Sensor) <<<<
เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1962 ลีแลนด์ คลาค (Leland C. Clark) นัก วิทยาศาสตร์ชาวสหรัฐ ได้ตีพิมพ์ผลงานในการประยุกต์ใช้ไบโอเซนเซอร์(ตอนนั้นเรียกเอนไซม์เซนเซอร์) เพื่อตรวจวัด ปริมาณกลูโคสในเลือดมนุษย์ได้เป็นผลสำเร็จครั้งแรก นั่นเป็นเหตุการณ์ที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักคำว่าไบโอเซนเซอร์เป็นครั้งแรก ใน การศึกษาของเขานั้น เขาสนใจในการตรวจวัดปริมาณแก๊สออกซิเจนก่อนเป็นอันดับแรก เขาได้อธิบายว่า สามารถติดตามการทำงานของเอนไซม์โดยการตรวจวัดระดับออกซิเจนที่เอนไซม์นั้น ใช้ไปโดยใช้อิเล็กโทรดแพลทินัม (platinum electrode) เอนไซม์แต่ละชนิดจะมีความจำเพาะเจาะจงกับสารเคมีตั้งต้นหรือสับสเตรท (substrate) อย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น ในการเปลี่ยนสารตั้งต้นไปเป็นสารผลิตภัณฑ์ในสิ่งมีชีวิต จำเป็นต้องอาศัยเอนไซม์เพื่อมาลดพลังงานกระตุ้นลง
การทำงานของเอนไซม์เป็นอย่างไร ในตอนแรกเอนไซม์เมื่ออยู่ในสภาวะที่เหมาะสำหรับทำงานแล้วก็จะจับกับสับสเตรท หลังจากที่เอนไซม์จับกับสับสเตรทแล้วเกิดการเปลี่ยน สับสเตรทไปเป็นผลิตภัณฑ์ และได้เอนไซม์ซึ่งอยู่ในอีกสภาวะหนึ่งซึ่งไม่เหมาะที่จะจับกับสับสเตรท ก็จะต้องมีการถ่ายโอนพลังงานบางชนิดให้เอนไซม์เพื่อให้เอนไซม์กลับมาสู่ สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการทำงานใหม่ วิธีการอย่างหนึ่งคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอน เราสามารถนำเอนไซม์มาทำปฏิกิริยากับสับสเตรทตัวใหม่ได้โดยการถ่ายโอน อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในระบบนั้น เมื่อเอนไซม์อยู่ในภาวะเหมาะสมที่จะกระตุ้นสับสเตรทอันใหม่มันก็สามารถทำงาน ได้ต่อไป ในการทำงานของเอนไซม์กับสับสเตรทต้องใช้ก๊าซบางชนิดหรือ อาศัยน้ำ ซึ่งการใช้แก๊สเหล่านี้จะขึ้นกับปริมาณสับสเตรทที่เอนไซม์ทำปฏิกิริยาด้วย
จากหลักการนี้ ถ้าเรามีเซนเซอร์ที่สามารถวัดปริมาณก๊าซที่เอนไซม์ใช้ไปเราก็สามารถที่จะรู้ปริมาณสารเคมีที่เราต้องการวัดได้
ในการวัดปริมาณกลูโคสในเลือดของ ตามวิธีของคลาค เขาได้ใช้เอนไซม์ชนิดหนึ่งเรียกว่าเอนไซม์กลูโคสออกซิเดส (glucose oxidase) หรือใช้ตัวย่อ GOD เนื่อง จากเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสจะมีความจำเพาะเฉพาะกับกลูโคสเท่านั้น เพราะฉะนั้นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็เป็นผลมาจากเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสทำกับ กลูโคส อิเล็กโทรดที่เขาใช้มีลักษณะเป็นดังรูป
- ขั้ว บวกทำจากโลหะแพลทินัม ขั้วลบทำจากโลหะเงิน ตรงส่วนรับสัญญาณก็จะบรรจุเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสที่ตรึงบนพอลิเมอร์ โดยหุ้มไว้ด้วยเยื่อ 2 ข้างด้านที่ติดกับขั้วไฟฟ้าเป็นเยื่อเทฟลอน แต่ด้านที่ติดกับสารที่ต้องการวิเคราะห์ (analyte) จะเป็นเยื่อเซลโลเฟน
ต่อมาออกซิเจนที่ละลายอยู่ในสารละลายจะแทรกผ่านเยื่อเทฟลอนรับเอา 2 อิเล็กตรอนและ 2 โปรตอน กลายไปเป็น แก๊สไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่ขั้วบวก เกิดเป็นสัญญาณไฟฟ้าต่อไป ส่วนกลูโคสตัวใหม่ก็สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงได้อีกเช่นเดียวกันเรื่อยไป
เมื่อ นำอิเล็กโทรดไปวัดสารตัวอย่างเพื่อหาปริมาณกลูโคส ปริมาณออกซิเจนที่ใช้ไปจะสัมพันธ์กับปริมาณของเอนไซม์ที่จับกับกลูโคส ดังนั้นปริมาณกลูโคสที่มีอยู่ก็สามารถวัดได้โดยการวัดปริมาณแก๊สออกซิเจนที่ เอนไซม์ใช้ไปนั่นเอง
การทำงานของเอนไซม์เป็นอย่างไร ในตอนแรกเอนไซม์เมื่ออยู่ในสภาวะที่เหมาะสำหรับทำงานแล้วก็จะจับกับสับสเตรท หลังจากที่เอนไซม์จับกับสับสเตรทแล้วเกิดการเปลี่ยน สับสเตรทไปเป็นผลิตภัณฑ์ และได้เอนไซม์ซึ่งอยู่ในอีกสภาวะหนึ่งซึ่งไม่เหมาะที่จะจับกับสับสเตรท ก็จะต้องมีการถ่ายโอนพลังงานบางชนิดให้เอนไซม์เพื่อให้เอนไซม์กลับมาสู่ สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการทำงานใหม่ วิธีการอย่างหนึ่งคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอน เราสามารถนำเอนไซม์มาทำปฏิกิริยากับสับสเตรทตัวใหม่ได้โดยการถ่ายโอน อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในระบบนั้น เมื่อเอนไซม์อยู่ในภาวะเหมาะสมที่จะกระตุ้นสับสเตรทอันใหม่มันก็สามารถทำงาน ได้ต่อไป ในการทำงานของเอนไซม์กับสับสเตรทต้องใช้ก๊าซบางชนิดหรือ อาศัยน้ำ ซึ่งการใช้แก๊สเหล่านี้จะขึ้นกับปริมาณสับสเตรทที่เอนไซม์ทำปฏิกิริยาด้วย
จากหลักการนี้ ถ้าเรามีเซนเซอร์ที่สามารถวัดปริมาณก๊าซที่เอนไซม์ใช้ไปเราก็สามารถที่จะรู้ปริมาณสารเคมีที่เราต้องการวัดได้
ในการวัดปริมาณกลูโคสในเลือดของ ตามวิธีของคลาค เขาได้ใช้เอนไซม์ชนิดหนึ่งเรียกว่าเอนไซม์กลูโคสออกซิเดส (glucose oxidase) หรือใช้ตัวย่อ GOD เนื่อง จากเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสจะมีความจำเพาะเฉพาะกับกลูโคสเท่านั้น เพราะฉะนั้นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็เป็นผลมาจากเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสทำกับ กลูโคส อิเล็กโทรดที่เขาใช้มีลักษณะเป็นดังรูป
- ขั้ว บวกทำจากโลหะแพลทินัม ขั้วลบทำจากโลหะเงิน ตรงส่วนรับสัญญาณก็จะบรรจุเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสที่ตรึงบนพอลิเมอร์ โดยหุ้มไว้ด้วยเยื่อ 2 ข้างด้านที่ติดกับขั้วไฟฟ้าเป็นเยื่อเทฟลอน แต่ด้านที่ติดกับสารที่ต้องการวิเคราะห์ (analyte) จะเป็นเยื่อเซลโลเฟน
หลักการในการตรวจวัดกลูโคสของคลาค
เริ่ม ต้นจากเมื่อ กลูโคส แทรกผ่านเยื่อเซลโลเฟนเข้ามา ทำปฏิกิริยากับเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสที่ในรูปที่มีอิเล็กตรอนอยู่มาก กลูโคสจะกลายเป็น กรดกลูโคนิก ส่วนเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสเมื่อถูกออกซิ-ไดซ์ด้วยกลูโคส จะให้ 2 อิเล็กตรอนและ 2 ไฮโดรเจนไอออนหรือ 2 โปรตอน แล้วกลายเป็นอยู่อีกรูปหนี่ง
ต่อมาออกซิเจนที่ละลายอยู่ในสารละลายจะแทรกผ่านเยื่อเทฟลอนรับเอา 2 อิเล็กตรอนและ 2 โปรตอน กลายไปเป็น แก๊สไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่ขั้วบวก เกิดเป็นสัญญาณไฟฟ้าต่อไป ส่วนกลูโคสตัวใหม่ก็สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงได้อีกเช่นเดียวกันเรื่อยไป
เมื่อ นำอิเล็กโทรดไปวัดสารตัวอย่างเพื่อหาปริมาณกลูโคส ปริมาณออกซิเจนที่ใช้ไปจะสัมพันธ์กับปริมาณของเอนไซม์ที่จับกับกลูโคส ดังนั้นปริมาณกลูโคสที่มีอยู่ก็สามารถวัดได้โดยการวัดปริมาณแก๊สออกซิเจนที่ เอนไซม์ใช้ไปนั่นเอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น