Биосенсоры (ч. 4)

Современные исследовательские тенденции, будущие задачи и ограничения технологии биосенсоров

Окончание. Начало статьи – здесь.

Интегрированные стратегии с использованием множества технологий, начиная от электрохимических, электромеханических и флюоресцентно-оптических биосенсоров и заканчивая генетически модифицированными микроорганизмами, являются современными методами разработки биосенсоров (таблица 1). Некоторые из этих биосенсоров имеют обширные перспективы применения для применения в диагностике заболеваний и медицине в целом (таблица 2). Потребности в использовании биосенсоров для быстрого экономически целесообразного анализа требуют биопроизводства, что позволит регистрировать биологическую активность на разных уровнях, начиная от клеточного из заканчивая уровнем живого организма, с высокой точностью и пределом чувствительности, стремящимся к отдельным молекулам. Помимо этого биосенсоры должны функционировать в сложных условиях. В данной ситуации требуется как двухмерное, так и трехмерное выявление с использованием сложных преобразователей для индентификации и количественной оценки исследуемых аналитов. В данном отношении было сделано несколько знаковых открытий в области контактного и бесконтактного структурирования на разных уровнях. Целью следующего уровня разработки должно быть создание более стабильных регенерирующих биосенсоров для длительного использования. Если это произойдет, появиться возможность создания новых диагностических биосенсоров, которые помогут врачам и пациентам в давнем стремлении к более интегративному пониманию механизмов развития болезней и эффектов терапии. С этой точки зрения, биосенсор на основе резонансного переноса энергии флуоресценции предоставляет возможность проведения превосходной диагностической процедуры по оценке эффективности терапии иматинибом по поводу хронической миелоидной лейкемии. Современное использование аптамеров, аффител, пептидных матриц и полимеров с молекулярными отпечатками представляет собой классические примеры проспективных исследовательских подходов в данной области. Определенные успехи также достигнуты с рядом потенциальных молекул для доставки новых лекарственных препаратов, в том числе антибиотиков. Разработки в данной сфере привелик появлению электрохимических биосенсоров, являющихся надежными аналитическими устройствами для выявления вируса-возбудителя так называемого птичьего гриппа в сложных средах. Более поздние публикации описывают потенциальное применение основанных на афинности биосенсоров в спортивной медицине и допинг-контроле. Также не так давно были подробно проанализированы возможности применения нательных электрохимических биосенсоров для неинвазивного скрининга электролитов и метаболитов в жидких средах организма в режиме реального времени для оценки состояния здоровья человека. Еще одним интересным направлением применения является оценка качества мясной и рыбной продукции с помощью гипоксантиновых биосенсоров. Разработка биосенсоров для выявления агентов биологического оружия, таких как бактерии, вирусы и токсины, производится с использованием различных технологий, в том числе электрохимической, нуклеиновых кислот, оптической и пьезоэлектрической, что позволит активно применять их не только в военной сфере и здравоохранении, но в области обороны и безопасности. В целом можно сказать, что комбинирование наноматериалов и полимеров с различными типами биосенсоров позволит разрабатывать гибридные устройства для эффективного использования в перечисленных выше отраслях. Помимо этого, научные достижения в области разработки микробных биосенсоров с использованием технологии синтетической биологии внесут большой вклад в мониторинг окружающей среды. Авторы данной статьи особенно подчеркивают важность использования микробиологических топливных элементов в разработке методов очистки и в качестве источника энергии для сенсоров, применяемых в мониторинге окружающей среды. В более широком смысле, авторы описывают различные типы биосенсоров, потенциальные возможности их применения и характеристики, такие как способность регистрировать аналит, время анализа, портативность, стоимость и адаптируемость (таблица 3).

Таблица 1. Список биосенсоров, принципов их работы и областей применения

Таблица 2. Применение биосенсоров в диагностике заболеваний

Таблица 3. Типы биосенсоров, области их применения и характеристики

Разработка биосенсоров преимущественно направлена на обеспечение чувствительности, специфичности, отсутствие токсичности, возможности выявления малых молекул и экономической эффективности. Эти характеристики в конечном итоге позволят достичь требуемых критических параметров и устранить основные ограничения биосенсорной технологии. Некоторые достижения, как это видно по комбинированию электрохимических сенсоров с наноматериалами, приводят к появлению новых типов биосенсоров. С данной точки зрения следует отметить изобретение «электронной кожи», заключающейся в нанесении на поверхность кожи в виде временной татуировки электрохимических биосенсоров для определения содержания в организме химических соединений. В целом более эффективное комбинирование биосенсорного исследования и биопроизводства с методами синтетической биологии, основанное на использовании электрохимических, оптических или биоэлектронных принципов или их комбинации, является ключом к успешной разработки мощных биосенсоров для современной жизни.

Ссылки на источники см. в оригинале статьи.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru