4 Hersteller von Biosensoren im Jahr 2024

Was ist ein Biosensor?

Biosensoren sind Sensoren, die in der Lage sind, eine Zielsubstanz mithilfe einer biologischen Reaktion spezifisch nachzuweisen.

Die in Biosensoren verwendeten Materialien werden in drei Gruppen eingeteilt: die Gruppe der Biokatalysatoren, die aus Enzymen besteht, die Gruppe der Biokompatibilitäten, die Antikörper und Nukleinsäuren umfasst, und die Gruppe der Mikroorganismen, die Mikroorganismen enthält. Die molekulare Unterscheidungsfähigkeit dieser biokatalytischen Materialien ermöglicht es, die Zielsubstanz spezifisch nachzuweisen.

Die Entwicklung von Biosensoren erfordert interdisziplinäre Forschung in Chemie, Biologie und Technik. Es wird erwartet, dass sie in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung finden werden, u. a. in den medizinischen und pharmazeutischen Wissenschaften, der Lebensmittelanalyse und der Umweltforschung.

Grundsätze der Biosensoren

Biosensoren bestehen hauptsächlich aus einem Biorezeptor, einer Immobilisierungsschicht und einem Wandler.

1. Biorezeptoren

Ein Biorezeptor ist eine biologische Substanz, die zum Nachweis einer Zielsubstanz verwendet wird. Biorezeptoren sind biologische Substanzen, die das Zielmolekül selektiv erkennen und somit nur den spezifischen Nachweis der Zielsubstanz ermöglichen. Biomaterialien wie Enzyme, Antikörper, Zellen, Aptamere und Nukleinsäuren werden als Biorezeptoren verwendet.

2. Immobilisierungsschicht

Eine Immobilisierungsschicht ist eine Schicht, in der die als Biorezeptor verwendete biologische Substanz ohne Funktionsverlust auf dem Wandler immobilisiert wird.

Im Allgemeinen führt eine starke Immobilisierung von Biomaterialien häufig zu einem Funktions- und Aktivitätsverlust, während eine Schwächung der Immobilisierung zur Aufrechterhaltung von Funktion und Aktivität zu einer Ablösung der Biomaterialien und einer verringerten Nachweisleistung führt. Um dieses Problem zu überwinden, werden verschiedene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, bei denen Matrizen auf der Grundlage poröser Membranen und Polymere sowie Immobilisierungsmethoden wie Physisorptions- und Vernetzungsmethoden zum Einsatz kommen.

3. Transducer

Der Transducer ist der Teil, der die Reaktion des Biorezeptors in ein messbares Signal umwandelt. Die beiden wichtigsten Arten von messbaren Signalen sind optische und elektrochemische Signale. Durch die Verarbeitung der erhaltenen Signale können die Menge und die Konzentration der interessierenden Substanz berechnet werden.

Verwendungszwecke von Biosensoren

Biosensoren werden mit biologischen Substanzen hergestellt und sind daher relativ empfindlich. Sie werden nicht nur in der Medizin, sondern auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt, z. B. im Lebensmittel- und Umweltbereich, da die Messgeräte im Allgemeinen preiswert, kompakt und einfach zu bedienen sind.

Herkömmliche Techniken für chemische Experimente und Spektroskopie sind zwar genau, erfordern aber eine komplizierte Probenvorbereitung und haben Nachteile, wie z. B. den Nachweis von Signalen, die nicht von der Zielsubstanz stammen.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Messungen in einem stabilen Raum durchgeführt werden müssen, so dass die bei Felduntersuchungen gesammelten Proben nach der Entnahme wieder nach Hause gebracht werden müssen und es einige Zeit dauert, bis die Ergebnisse vorliegen.

Es wird erwartet, dass Biosensoren in vielen Bereichen eingesetzt werden, da es sich um kostengünstige Messgeräte handelt, die einfach zu bedienen sind und in kurzer Zeit Ergebnisse liefern.

Vor allem in der Medizin schreitet die Anwendung von Biosensoren rasch voran. Glukose-Biosensoren werden zum Beispiel bei der Diagnose von Diabetes eingesetzt, wo der Blutzuckerspiegel genau kontrolliert werden muss.

Weitere Informationen über Biosensoren

Potenzielle medizinische Anwendungen von Biosensoren

Die vielversprechendste Anwendung von Biosensoren liegt im medizinischen Bereich. Sie können zur Überwachung des eigenen Gesundheitszustands für die Behandlung und das Gesundheitsmanagement eingesetzt werden.

1. Messung des Blutzuckerspiegels
   Bei Diabetes wird der Blutzuckerspiegel mit einem einfachen Blutzuckermessgerät gemessen, aber mit tragbaren Geräten kann der Blutzuckerspiegel auch ohne Blutabnahme gemessen werden. Verschiedene Formate, darunter Geräte mit Kontaktlinsen und Uhren, werden derzeit erforscht, und es gibt große Hoffnungen für ihre praktische Anwendung.
2. Krankheitsdiagnose
   Es wurde eine Reihe von Sensoren entwickelt, mit denen Krankheiten diagnostiziert werden können, für die bisher verschiedene Tests erforderlich waren, und zwar mit einfachen Tests wie Urintests. Beispiele sind Antigen-Antikörper-Tests, die Immunreaktionen nutzen, um krankheitsbezogene Proteine und Viren zu messen. Geforscht wird an empfindlicheren und quantitativeren Messmethoden sowie an Methoden zur Diagnose mehrerer Krankheiten mit demselben Biosensor.
3. Pharmazeutische Wissenschaften
   Die Anwendung von Biosensoren wird auch im Bereich der Pharmakologie erforscht. Arzneimittelabgabesysteme (Drug Delivery Systems, DDS), die die erforderliche Dosis eines Arzneimittels an der gewünschten Stelle im menschlichen Körper freisetzen, werden voraussichtlich die nächste Generation von Arzneimitteln sein. Streng genommen gehören sie nicht zu den Biosensoren, da sie keine Transducer verwenden, sondern statt eines Signals den darin enthaltenen Wirkstoff freisetzen.

   DDS, die Biorezeptoren verwenden, können Medikamente nur an der gewünschten Stelle freisetzen und dabei die menschliche Immunreaktion und andere Faktoren nutzen, so dass Krankheiten behandelt werden können, die einen chirurgischen Eingriff erfordern, oder Krankheiten wie Krebs, die mit einem chirurgischen Eingriff schwer zu heilen sind, entweder durch Trinken oder durch Injektion.

Es wird erwartet, dass die Erfassung und Nutzung biochemischer Informationen auf diese Weise in Zukunft für die gesamte Medizin und Gesundheitsfürsorge von Nutzen sein wird.