Biosensor

Definition

Biosensoren sind Messfühler, die biologische Komponenten enthalten. Nach der Definition der IUPAC sind Biosensoren Geräte mit einer stationären biologischen Komponente (Biorezeptor), die spezifische biochemische Reaktionen eines Analyten mit dem Biorezeptor in ein meist optisches oder elektrisches Messsignal umwandeln und so einen qualitativen und quantitativen Nachweis liefern.

Aufbau

Ein Biosensor besteht hauptsächlich aus vier Teilen. Der erste Teil ist der Biorezeptor, dabei handelt es sich eine Membran auf der Enzyme, Organellen oder auch Antikörper immobilisiert aufgebracht sind. Es folgen der Transduktor, der Verstärker und der Detektor.

Funktionsprinzip

Bei Bindung an einen bestimmten Analyten durchläuft der Biorezeptor eine Änderung seiner physikochemischen Eigenschaften (z.B. pH-Wert, Redoxpotential oder Temperatur). Der Transduktor erkennt diese Änderungen und wandelt sie in ein elektrisches Signal um, das von einem Verstärker amplifiziert und damit messbar gemacht wird. Ein Detektor verarbeitet nun dieses Signal und zeigt den entsprechenden Messwert an.

Beispiel

Der 1962 von Clark und Lyons entwickelte Glucose-Biosensor war der erste Biosensor überhaupt. Sein Funktionsprinzip beruht auf der Umsetzung von Glucose unter Sauerstoffbeteiligung zu Gluconsäure und Wasserstoffperoxid:

Glucose + O₂ -> Gluconsäure + H₂O₂

Bei der Bildung von Gluconsäure werden zwei Elektronen auf den an Glucoseoxidase (GOD) gebundenen Cofaktor FAD übertragen, der dadurch zu FADH₂ reduziert wird. Das FADH₂ reduziert nun Sauerstoff zu Wasserstoffperoxid (H₂O₂). Da Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Metallen dazu neigt, in Wasser und Sauerstoff zu zerfallen, besteht die Messelektrode meist aus Platin. Die durch den Zerfall von Wasserstoffperoxid frei gewordenen Elektronen bewirken eine Änderung des Stromflusses an der Elektrode. Die Differenz wird gemessen und ist direkt proportional zu der Glucosekonzentration in der Blutprobe.

siehe auch: Blutzuckermessgerät