Günümüzde teknolojinin gelişmesiyle birlikte yapay organlar üzerine güzel çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle tıp alanında çalışma yapan bilim insanları sayesinde biyosensör çalışmaları da hızlanmıştır. Biyosensör çalışmalarına ilham olan nokta ise çevremizdeki canlılardır. Örneğin bazı köpeklerin koku alma duyuları insanlardan 100 000 kat daha fazla olabilmektedir.

Biyosensör nedir?

Biyosensörler, reseptör ve dönüştürücü gibi biyolojik elemanların bir kombinasyonunu içeren biyoanalitik cihazlardır. Bir biyosensör; kimyasal, biyolojik ya da biyokimyasal sinyali, yapısında bulunan dönüştürücü ile ölçülebilen ve işlenebilen elektriksel sinyale dönüştürür. Normal şartlar altında uzun zaman alan biyolojik veya kimyasal analizler, biyosensör yardımı ile çok hızlı bir şekilde yapılabilmektedir.

Biyosensörlerin ilk kullanımı 1950’de L.C. Clark’ın yaptığı ameliyatlarda kanın oksijen miktarını bir elektrotla takip etmesi sonucunda başlamıştır. İlk biyosensör terimi ise Clark ve Lyons tarafından 1962 yılında kullanılmıştır.

Biyosensör Nasıl Çalışır?

Genel anlamda biyosensörler; biyoloji, fizik, kimya, biyokimya ve mühendislik gibi bilim dallarından yararlanılarak modern elektronik tekniklerle geliştirilen biyoanalitik cihazlardır. Biyosensörleri diğer sensörlerden ayıran en önemli özellik bir biyolojik materyalin kullanılması gerekliliğidir.

Bir biyosensör; sensör, dönüştürücü ve analit olmak üzere üç bölümden oluşur. Biyoreseptör olarak enzim, mikroorganizma, hücre, doku, antikor gibi materyaller kullanılır. Dönüştürücü olarak ise elektrotlar, optik fiberler, piezoelektrik kristaller ve termistörler kullanılabilir.

Biyosensör Çeşitleri

  • Elektrokimyasal biyosensörler: Bu tür biyosensörlerin çalışma prensibi elektron tüketen veya üreten enzimatik katalizin tepkimesine dayanır. Ampermetrik, potansiyometrik, empedans ve voltmetrik olmak üzere dört farklı gruba ayrılır.
  • Fiziksel biyosensörler: En yaygın kullanıma sahip biyosensörlerdir. Piezoelektrik metodu ile çalışan ve ekzotermik tepkimeleri baz alan termal biyosensörler olmak üzere iki grupta incelenirler.
  • Optik biyosensörler: İletici sistem olarak optik fiberleri kullanırlar. Biyokimyasal tepkimeler sonucunda ışığın yayılımını veya emilimini baz alan bir çalışma prensibine sahiptirler.
  • Giyilebilir biyosensörler: İnsan vücudunda kan şekeri ve kalp atış oranı gibi değerlerin seviyelerini ölçümleyebilen, aynı zamanda akıllı saat, akıllı gömlek vb. farklı giyilebilir sistemlerde kullanım alanına sahip olan dijital biyosensörlerdir.

Bir Biyosensörde Bulunması Gereken Özellikler Nelerdir?

  • Seçicilik: İdeal bir biyosensörde bulunması gereken en önemli özelliklerden birisidir. Cihaz sadece analize odaklanabilmeli ve seçici olmalıdır. Aksi takdirde hatalı sonuçlar verebilir.
  • Kullanım ömrü: Biyosensörün kullanım ömrünü kısıtlayan en önemli faktör biyolojik dönüştürücünün aktivitesindeki azalmadır. Bu durum ayrıca biyosensörün kalibrasyon sıklığı, stabilitesi, tekrarlanabilirliği gibi diğer parametrelerini de etkilemektedir.
  • Kalibrasyon: Bu konuda biyosensörün hiç kalibreye ihtiyaç duymaması ya da bu ihtiyacının az olması istenir. Fakat teorik çalışmalar ile yapılan uygulamalarda istenen sonuç elde edilememiştir.
  • Tekrarlanabilirlik: : Elektrotun aynı koşullar altında tekrarlanan ölçümlerde aynı sonuçları okuması istenir.
  • Stabilite: Bir biyosensörde elektrot stabilitesinin yüksek olması gerekmektedir. Bu durum biyolojik materyalin mukavemetine bağlıdır.
  • Hızlı cevap ve geriye dönme süresi: İdeal bir biyosensör hızlı bir şekilde analiz edebilmeli ve cevabı bize bildirmelidir. Kısa bir zaman içinde de bir sonraki ölçüme hazır olmalıdır.
  • Kullanım kolaylığı: Tasarımı kolay ve anlaşılabilir, herkes tarafından kullanılabilir olmalıdır.
  • Küçültülebilirlik ve sterilize edilebilirlik: Özellikle tıp alanındaki çalışmalar için önemli özelliklerden birisidir.

Biyosensörlerin Kullanım Alanları

Genel kullanım alanları incelendiğinde biyosensörlerin tıbbi analizlerden çevresel analizlere, proses izlenmesinden hedefli ilaç çalışmalarına ve savunma faaliyetlerine kadar birçok alanda uygulama alanının olduğu görülmektedir.

En çok kullanıldığı alan ise sağlık sektörüdür. Bu alanda kandaki glikoz seviyesini ölçebilen enzim esaslı biyosensörler oldukça yaygındır.

Gıda sektöründe ise glikoz, monosakkaritler, amino asitler, laktik asit, üre ve alkol tayinlerinde enzim sensörleri kullanılmaktadır. Ayrıca gıdalardaki yabancı maddelerin analiz edilmesinde de biyosensörlerden yararlanılmaktadır.

Savunma faaliyetlerinde biyosensör kullanımını kısıtlayan faktörler boyut ve ağırlıktır. Yaklaşık 4.5 kg olan sensörlerin giyilebilir ve rahatlıkla taşınabilir bir ağırlığa uyarlanması, duyarlılığını kaybetmeden boyutlarının küçültülmesi, sistemin daha hassas bir hale getirilerek olası yanlış alarmların önlenmesi, savaş sırasında uzun süre verimliliğini koruyabilmesi ve herkes tarafından kullanılabilecek basitlikte olması gerekmektedir.

Mühendislik kategorisindeki diğer içerikleri de okumanızı tavsiye ederiz!

Yazar Hakkında

Sena EFENDİOĞLU

2018 yılında Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünden mezun oldum. 2019 yılından itibaren de Gebze Teknik Üniversitesi'nde yine kendi alanımda yüksek lisans eğitimime devam ediyorum. Ayrıca benimühendisim.com platformunda da sizlere kaliteli içerikler sunabilmek amacıyla yazarlık ve editörlük görevlerimi severek yerine getiriyorum. Yapay zeka teknolojileri, robotik ve mühendislik konularını ilgi alanım arasında sayabilirim. Bunlara ek olarak kişisel gelişim alanında içerikler oluşturmaya da özen gösteriyorum.

Tüm Makaleleri Göster