Hay más de 500 millones de diabéticos en todo el mundo, y decenas de millones de pruebas diarias de azúcar en sangre se completan en hogares y clínicas. Detrás de cada prueba, un sensor electroquímico en miniatura completa todo el proceso, desde el "biometría" hasta la "salida de señales eléctricas" en milisegundos.
El núcleo de la tira de prueba de azúcar en sangre es un sensor electroquímico de tres electrodos, el electrodo de Trabajo está fijo con glucosa Oxigenasa (gox), que proporciona un circuito de corriente al electrodo y el electrodo de referencia mantiene un potencial estable. Cuando las muestras de sangre se gotean en la tira de prueba, la glucosa reacciona específicamente con gox para producir una sustancia electroactiva (peróxido de hidrógeno). Se aplica un voltaje constante al electrodo de trabajo, y el peróxido de hidrógeno se oxida en la superficie del electrodo, liberando electrones - el número de electrones es proporcional a la concentración de glucosa. El instrumento mide esta corriente y convierte la concentración de azúcar en sangre.
Propuesta central:Este proceso aparentemente simple contiene tres propuestas de ingeniería en el núcleo de los sensores de diagnóstico in vitro: biometría (unión específica de enzimas a moléculas objetivo), señalización (conversión de reacciones bioquímicas en señales eléctricas), amplificación y salida de señales (medición precisa de corrientes débiles).
II. ¿ cuáles son los sensores de diagnóstico in vitro: definición y principio de funcionamiento
Los sensores de diagnóstico in vitro son una clase de dispositivos analíticos que integran elementos biométricos (enzimas, anticuerpos, adaptadores de ácidos nucleicos, etc.) con convertidores de señal físicos o químicos, capaces de convertir la concentración o actividad de biomoléculas a medir (glucosa, proteínas, ácidos nucleicos, iones, etc.) en señales eléctricas, ópticas o de masa cuantificables.
Elementos biométricos
La especificidad catalítica de la enzima, la Unión de antígenos de los anticuerpos y el emparejamiento de bases de las sondas de ácido nucleico son responsables de "oler" las moléculas objetivo.
Convertidor de señal
Electroquímica (corriente / potencial / resistencia), óptica (fluorescencia / colorimetría), piezoeléctrica, térmica - convierte el evento de identificación en una señal predecible.
Procesamiento y salida de señales
Amplificación, filtrado, conversión analógico - digital, compensación algorítmica - finalmente se muestra como un valor de concentración.
III. sensores electroquímicos: la fuerza principal del diagnóstico in vitro
Entre los diversos sensores de diagnóstico in vitro, los biosensores electroquímicos son los más utilizados. Según los diferentes principios de detección, los sensores electroquímicos se dividen principalmente en tres modos de trabajo:
Anpeifa
Aplicar un potencial constante y medir la corriente redox. La corriente es proporcional a la concentración: la tira de prueba de azúcar en sangre es un representante típico.
Método potencial
El potencial se mide a cero corriente, y el potencial es lineal al logaritmo de la concentración de iones: electrodos de pH y electrodos selectivos de iones.
Método de Resistencia
Se miden los cambios en la resistencia de transferencia de carga de la interfaz para la inmunodetección sin etiqueta y la hibridación de ácidos nucleicos.
IV. materiales de electrodos: "primer kilómetro" que determina el rendimiento del sensor
Los electrodos son el componente central de los sensores electroquímicos: los eventos biométricos finalmente se convierten en señales eléctricas en la superficie de los electrodos. La selección del material del electrodo afecta directamente la sensibilidad, estabilidad, velocidad de respuesta y biocompatibilidad del sensor.
| Materiales de electrodos |
Ventaja central |
Aplicaciones típicas |
| Oro (au) |
Inercia química, excelente biocompatibilidad y transmisión estable de señales |
Película dorada de tira de prueba de azúcar en sangre, electrodo Biosensor |
| Platino (pt) |
Alta actividad electrocatalítica, respuesta rápida y estabilidad a largo plazo |
Sensores de glucosa, pulpa biosensor, electrodos cocalentados |
| Plata / cloruro de plata (ag / agcl1) |
Bajo potencial de polarización y buena estabilidad electroquímica |
Electrodos de referencia, medición de potencial biológico, detección de ADN / proteína |
| Compuesto de plata y platino (ag / pt) |
Actividad catalítica de alta conductividad eléctrica antibacteriana |
Electrodos ECG / eeg, sensores de glucosa en sangre, electrodos de sensores médicos |
Parámetros clave:Estudiar la resistencia eléctrica del purín de electrodo de platino yb8203 de la marca de platino de 1,65 μomega · cm y la resistencia a la tracción de 280 mpa; La resistencia cuadrada yb8201 es de 20 ± 5 MWH / □, y la dispersión de las partículas de platino aumenta en un 40%.
V. de la rigidez a la flexibilidad: consideraciones de ingeniería para la selección de sustratos
Película PET
Los sensores desechables, como las tiras de prueba de azúcar en sangre, se utilizan comúnmente como sustratos. La película Chapada en platino / oro PET de tecnología avanzada de la Academia tiene propiedades mecánicas y electroquímicas.
Película Pi
Se necesitan sensores con mayor resistencia a la temperatura y estabilidad dimensional, y el sustrato puede ser tan delgado como 5 micras.
Película FEP
La transmisión de luz es ≥ 90%, que es adecuado para escenarios de detección óptica y electroquímica.
6. soluciones de materiales de sensores de diagnóstico in vitro para la Ciencia y la tecnología avanzadas de la Academia
Fundada en 2016, Advanced Academy (shenzhen) Technology co., Ltd. es una empresa nacional de alta tecnología centrada en recubrimientos de sustratos flexibles, materiales de blindaje, materiales absorbentes de ondas y pulpa de metales preciosos. La compañía ha construido independientemente una línea de producción de pulverización de magnetrón y evaporación al vacío, utilizando el proceso de producción continua de rollo a rollo, que puede lograr una deposición precisa de capas metálicas en una variedad de superficies de películas flexibles, como pet, Pi y fep.
Película dorada
La barra de prueba de azúcar en sangre proporciona una ruta de transmisión de corriente estable, reduce la pérdida de señal y garantiza la precisión y repetibilidad de la medición.
Película recubierta de platino PET
Tiene propiedades mecánicas y electroquímicas para capturar con precisión los cambios biomoleculares traza.
Estudiar el tamaño de los electrodos biológicos de la marca de platino
El xjy - yb - 8840 está diseñado especialmente para sensores de glucosa, que responden en milisegundos y simulan la estabilidad de los fluidos corporales durante tres meses. La resistencia cuadrada yb8201 es de 20 ± 5 MWH / □, y la dispersión de las partículas de platino aumenta en un 40%.
Pulpa de electrodo de platino cocalentado y pulpa de platino de plata
La resistencia eléctrica del yb8203 es de 1,65 μomega · cm (21% menos) y la resistencia a la tracción es de 280 MPa (17% más); El purín de plata y platino yb8301 se utiliza en electrodos ECG / EEG y azúcar en sangre, que son conductores, catalizadores y antibacterianos.
Otros tamaños:Pulpa de oro, pulpa de cloruro de plata de plata, pulpa de carbono de plata, pulpa de carbono de platino, pulpa de carbono, etc., satisfacen las diversas necesidades de biosensores electroquímicos.
VII. observaciones finales
La esencia de los sensores de diagnóstico in vitro es traducir el "lenguaje químico" del mundo biológico al "lenguaje de señales eléctricas" del mundo electrónico. Las enzimas, anticuerpos o sondas de ácido nucleico son responsables de la identificación: encontrar con precisión las moléculas objetivo en muestras biológicas complejas; Los Electrodos de oro, platino o plata / cloruro de plata son responsables de la conversión: amplificar los débiles cambios químicos producidos por reacciones bioquímicas en corrientes o potenciales medibles.
Desde una gota de sangre en la punta de los dedos hasta un flujo de datos en tiempo real de monitoreo continuo de azúcar en sangre, desde el análisis inmunológico de laboratorio hasta el monitoreo de salud vestible en el hogar, los sensores de diagnóstico in vitro están llevando pruebas médicas del hospital al hogar, del centralizado al distribuido. En esta evolución tecnológica, la selección de materiales de electrodos y el proceso de mecanizado de precisión siempre han sido las variables centrales que determinan la sensibilidad, estabilidad y fiabilidad de los sensores.
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