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Lexikon der Ernährung: Biosensoren

Biosensoren, E biosensors, eine Kombination bioaktiver Substanzen (Rezeptoren) mit physikalischen oder elektronischen Umformern (Transduktoren, Signaltransducer) sowie einer elektronischen Komponente zur Signalverstärkung. Als Rezeptoren kommen neben Enzymen (Enzymelektrode) und Mikroorganismen (in Lösung bzw. Suspension sowie immobilisiert) auch Organellen (z.B. Mitochondrien), Gewebeschnitte, Antikörper, Lectine und Hormone zur Anwendung. Die bioaktive Substanz ist 1) zwischen Membranen eingeschlossen oder daran immobilisiert, 2) unmittelbar auf der Transduceroberfläche (z.B. durch kovalente Bindung) fixiert oder 3) direkt auf die elektronische Komponente (z.B. der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors) aufgebracht. Die zu bestimmende Substanz führt durch Bindung an den Rezeptor zu einer spezifischen Reaktion. Das daraus resultierende Signal wird im Transducer in ein quantifizierbares elektrisches Signal umgewandelt, das durch die elektronische Komponente verstärkt wird.
Die Mehrzahl der B. beruht auf potentiometrischen Verfahren (ionenselektive, z. B. H+ von NH4+, oder gassensitive, z. B. CO2, NH3, Elektroden) oder amperometrischen Verfahren (Oxidation / Reduktion, z.B. O2-Elektrode).
Zur Bestimmung von Glucose dient z.B. die Glucose-Oxidase als Rezeptor (β-D-Glucose + O2 ⇌ D-Glucono-1,5-lacton + H2O2) und eine pH-, O2- oder H2O2-Elektrode als Sensor. Es können aber auch hochmolekulare Substanzen (Peptide, Proteine u.a.) bestimmt werden (Immunsensor).
B. besitzen u.a. folgende Vorteile: bequeme, direkte und kontinuierliche Messung, wiederholte Verwendung der eingesetzten Biokatalysatoren, relativ schnelle Antwort (Ergebnisse), Messung in gefärbten und trüben Proben.
B. finden Verwendung in den verschiedensten Bereichen der Analytik, insbesondere in der klinisch-chemischen Laboratoriumsdiagnostik sowie zur Kontrolle und optimalen Regelung biotechnologischer Produktionsprozesse. Mit verbesserten Rezeptoren (z. B. gentechnisch gewonnene, Einsatz von Enzymen thermophiler Mikroorganismen) und Transducern bzw. dem Einsatz von Mikroprozessoren werden vielfältige Mess- und Überwachungsverfahren unterschiedlicher biotechnologischer Produktionsprozesse vereinfacht und automatisiert.

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