Biosenzori cu fibră optică

Biosenzorii optici corelează variația concentrației masei, cu modificarea unor parametri caracteristici luminii: lungimea de undă, indicii de refracție, polarizarea, absorbanța, extincția, fluorescența, chemiluminiscența, rezonanța plasmonilor de suprafață (SPR).

Există câteva configurații tipice de biosenzori pe fibră optică, ele fiind sistematizate în figura 1.

1 2

3

4

A B C

Senzori optici:

A- principiu de functionare: 1-fibra optică incidentă, 2-radiația reflectată, 3-fereastra, 4- reactiv R

B- tipuri de senzori: a-cu fibră optică bifurcată, b- monofibră cu separare radiație incidenta/reflectata,

c- transmisie

C- senzor optic pentru determinarea albuminei

O-film albumina, ///-membrana bromcrezol,verde FD- fotodioda

Figura 1.1 - Trei tipuri de biosenzori cu fibră optică. Principii de funcționare

Ei încorporează una sau două fibre optice. Dacă este folosită doar o fibră optică, este necesar ca cele două radiații luminoase: cea incidentă și cea de referință, să se modifice în timp și de asemenea să își modifice lungimea de undă. Lumina incidentă trebuie să fie în limitele unghiului de reflexie totală, deci forma geometrică a suprafeței senzorului are o importanță esențială (figura 1.1 A). Cel mai important domeniu de aplicație al unui asemenea tip de senzor este determinarea fluorescenței celulei, care depinde de raportul NADH/NAD intracelular, obținând asfel o măsurare precisă a stării celulei.

Senzorii optici prezintă următoarele avantaje:

- Nu sunt perturbați de câmpul electric,

- Pot fi utilizați în măsurători repetate,

- În timpul măsurătorilor proba rămâne neschimbată, din punct de vedere chimic și fizic

- Se folosește cu protecție la întuneric; lumina diurnă influențează procesele de măsurare.

Pe lângă fibra optică, acești senzori mai conțin o sursă de lumină și un traductor de semnal. Principiul de funcționare se bazează pe dependența dintre concentrația substratului și absorbția luminii sau variația oricărui tip de proprietate optică. Membrana sau suportul senzorului, acoperită cu conținut de oxigen sau cu alți indicatori de pH, markeri fluorescenți, prezintă reacții de cuplaj cu diferite enzime cum ar fi conversia glucozei, lactozei, etanolului si complexului antigen - anticorp.

Senzori optici cu oxidanți imobilizați pentru determinarea glucozei, acidului uric și penicilinei au fost obtinuți de Kobayashi [1]. În acest caz măsurarea semnalului se face prin chemiluminiscență care depinde de conversia peroxidului de hidrogen la luminol. Semnalul de răspuns al suprafeței respective la lumina transmisă de fibră, sub acțiunea peroxizilor permite măsurarea peroxidului de hidrogen, ATP-ului și NADH-ului [2]. În figura 1.1 C este prezentat senzorul optic pentru determinarea albuminei serului uman.

Schimbarea culorii bromcrezolului verde este folosită pentru măsurarea semnalului. Shimbarea polarizării luminii sau a grosimii substratului ne dau informații asupra cuplajului molecular când nu intervin reacții auxiliare. Prin această metodă, formarea complexului de molecule mari antigen - anticorp absorbit de o suprafață reflectantă de siliciu poate fi sesizată direct (figura 1.2).

Figura 1.2 - Principiul de funcționare a imunosenzorilor reflectometrici

Figura 1.3 - Experimentul Tyndall