Typer av biosensorer för jordbruk

I dag, vi går om typer av biosensorer för jordbruk och deras tillämpning inom jordbruket.

Vad är biosensor? En biosensor är en analytisk anordning som omvandlar en biologisk reaktion till en elektrisk signal. Biosensorer kan definieras som analytiska enheter som innehåller en kombination av biologiska detekteringselement som sensorsystem och en transduktor. Tillämpningarna av dessa biosensorer inkluderar mestadels kontroll av ekologisk föroreningskontroll, inom jordbruksområdet såväl som livsmedelsindustrin. De viktigaste egenskaperna hos biosensorer är stabilitet, kosta, känslighet, och reproducerbarhet. Syftet med en biosensor är att skapa antingen diskreta eller kontinuerliga elektroniska signaler som är proportionella mot en enda analyt eller en relaterad grupp av analyter.

Inom jordbruksnäringarna, kvaliteten på en produkt utvärderas genom periodiska kemiska och mikrobiologiska analyser som är dyra, långsam, behöver välutbildade operatörer och i vissa fall, behöver steg för extraktion eller förbehandling, öka analystiden. Biosensorer kan ge snabba, oförstörande och prisvärda metoder för kvalitetsövervakning av en produkt. Biosensorer minskar analystid och kostnad eller ökar produktsäkerheten.

Biosensorer har anpassats för att detektera analyter i on-line system. Biosensorer har potential att göra en analytisk revolution för att lösa problemen inom jordbruks- och livsmedelsindustrin. Nu, låt oss gå in på detaljer om typer av biosensorer för jordbruk och deras principer inom jordbrukssektorn.

Arbete med biosensorer

Det föredragna biologiska materialet såsom enzym väljs för konventionella metoder såsom fysikalisk eller membraninneslutning och icke-kovalent eller kovalent bindning. Det valda biologiska materialet är i kontakt med givaren. För att skapa en bunden analyt genom analyten binder den till det biologiska materialet, vilket ger det elektriska svaret som ska mätas. I vissa fall, analyten förändrats till en produkt och har viss sannolikhet att kopplas till frigörandet av värme, gaser som syre, elektroner eller vätejoner.

Grundläggande egenskaper:

• Linjäriteten bör vara hög för detektering av hög substratkoncentration.
• Känslighetens betydelse för elektrodrespons per substratkoncentration.
• Selektivitetskemisk interferens måste minimeras för att erhålla korrekt resultat.
• Svarstid krävs för att ha 95 % av svaret.

Jordbruk biosensorer typer för miljöövervakning

Strängare regler och en större allmänhetens medvetenhet om miljöfrågor innebär krav på att övervaka ett allt bredare utbud av analyter i luft, jord, och vatten med större noggrannhet. Ökad allmänhetens oro över miljösäkerheten skapar också ett behov av att övervaka patogener i fält och bäckar. Med större tryck för att återvinna vatten, minimera användningen av antibakteriella medel och bibehålla kvalitetsutsläpp, Tillverkare i en mängd olika branscher söker efter teknik för att snabbt identifiera föroreningsproblem vid källan. Under tiden, Operatörer vill ha kostnaderna för allt mer komplexa övervakningssystem. Biosensorer som snabbt kan upptäcka en organism kommer att vara mycket viktiga i miljöövervakningen av patogenerna.

Hållbarheten, känslighet och låg kostnad för signalgivare och den ökande tillgängligheten av enzymer, antikroppar och genetiskt modifierade mikroorganismer som har samband med miljöföroreningar har bidragit till det senaste intresset för att tillämpa biosensorer för miljöövervakning.

Principen för Biosensor

Immobilisering av biologiskt material

De biologiska komponenterna är lämpligen immobiliserade på transduktorytan. Enzymer immobiliseras i allmänhet av glutaraldehyd på ett poröst arkliknande linsvävnadspapper eller nylonnättyg och enzymmembranet som sålunda framställs fästs på transduktorn.

Ytbehandling till givaren

Givarytan kan behandlas med 3-aminopropyltrietoxisilan. De biologiska komponenterna kan nu kovalent länka till denna tvärbundna silan via den reaktiva aminogruppen förblir fri. Denna process ger icke-reproducerbara resultat och orsakar ofta en stor minskning av aktiviteten hos de biologiska komponenterna.

Interaktion av analyt med biologiskt material

Den biologiska komponenten interagerar särskilt med analyten, vilket ger en fysisk förändring nära givarens yta. Denna fysiska förändring kan vara värme som frigörs eller absorberas av reaktionen, produktion av elektrisk potential på grund av förändrad distribution av elektronerna, rörelse av elektroner på grund av redoxreaktioner, ljuset som produceras eller absorberas av reaktionen, modifieras i massan av biologiska komponenter som ett resultat av reaktionen.

Omvandling av biologisk signal

Givaren känner av signalen och omvandlas till elektriska signaler.

Förstärkning av signal

Denna signal är nödvändigtvis liten och förstärks av förstärkaren innan den matas in i mikroprocessorn. Signalen bearbetas och tolkas sedan och visas i lämpliga enheter.

Typer av biosensorer för jordbruk

Det är många typer av biosensorer baserat på sensoranordningarna och de biologiska materialen och några av dem diskuteras nedan.

Läsa: Lantbruk landsbygdsutveckling i Indien .

Elektrokemisk biosensor

Det är en mycket enkel enhet. Den mäter mätningen av elektronisk ström, joniska eller genom konduktansförändringar som medges av bioelektroder. Sensorsubstratet innehåller i allmänhet tre elektroder; en referenselektrod, en aktiv elektrod, och en sjunkelektrod. En hjälpelektrod (även känd som en motelektrod) kan vara närvarande som en jonkälla. Målanalyten är involverad i reaktionen som äger rum på den aktiva elektrodytan, och jonerna som produceras för att skapa en potential som subtraheras från referenselektrodens potential för att ge en signal.

Helcellsbiosensor

I denna typ av biosensor används hela celler eller organeller som en biologisk komponent. Cellerna är mycket billigare, ha en längre aktiv livstid, och är mindre känsliga för hämning, pH, och temperaturvariationer än enzymer.

Amperometriska biosensorer

Användningen av amperometriska biosensorer vid signaltransduktion har visat sig vara den mest rapporterade med hjälp av en elektrokemisk metod. Både "one-shot" (engångs)sensorer och on-line (multimätnings)enheter är kommersiellt tillgängliga, övervakning av ett brett spektrum av målanalyter. I motsats till potentiometriska enheter, principen för amperometriska biosensorer definieras av en konstant potential som är användbar mellan en arbets- och en referenselektrod. Den funktionella potentialen resulterar i redoxreaktioner, får en nettoström att flyta. Storleken på denna ström är proportionell mot koncentrationen av elektroaktiva ämnen i testlösningen och både katodiska (reducerande) och anodiska (oxiderande) reaktioner kan övervakas amperometriskt. De flesta av de amperometriska biosensorerna som förklaras använder enzymer som bioigenkänningselement. I vanliga fall, oxidas- och dehydrogenasenzymer har varit de mest använda katalysatorerna som används för dessa biosensorformat.

Potentiometriska biosensorer

Denna form av biosensor ger ett logaritmiskt svar med hjälp av ett högt energiområde. Dessa biosensorer är ofta kompletta genom att monitor skapa elektrodprototyperna som ligger på ett syntetiskt substrat, täckt av en presterande polymer med något enzym kopplat. Biosensorerna består av två elektroder som är enormt känsliga och starka.

Alla typer av biosensorer upptar normalt minst provberedningen eftersom den biologiska detekteringskomponenten är extremt kräsen och används för analyten som är orolig. Genom förändringar av fysikaliska och elektrokemiska kommer signalen att alstras av i skiktet av ledande polymer lämplig för att modifiera händer på utsidan av biosensorn.

Optisk biosensor

Den upptäcker hur mycket ljus som produceras eller absorberas genom den biokemiska reaktionen. En mest kapabel biosensor är luminescensbiosensor för detektering av bakterier i livsmedel och kliniska prover. Bakterier används också som en biosensor, de får fluorescerar i närvaro av specifika föroreningar som de gillar att äta och upptäcker oljeutsläppsområdet.

Läsa: Urban Agriculture Techniques .

Biosensorer inom jordbruket

Jordbruk omfattar produktion av grödor och uppfödning av boskap som producerar olika produkter som används i det dagliga livet. Dessa element har alltid varit utsatta för skador i form av skadedjur och sjukdomar som orsakar vinstbortfall. Därav, ett sätt att öka vinsten skulle vara att minska förlusten av grödor och boskap genom sådana naturliga hot. Med framsteg inom bioterrorism, behovet av biosäkerhet blir nödvändigt. Också, behovet av biosäkerhet är nödvändigt när jordbruksprodukter eller något levande föremål ska transporteras över internationella gränser. Biosensorer kan spela en stor roll inom detta område eftersom de ger snabb och specifik detektion jämfört med de äldre teknikerna.

En koncentration av herbicider, bekämpningsmedel och tungmetaller i jordbruksmarker ökar och detta är ett problem. Biosensorer kan användas för att beräkna nivåerna av bekämpningsmedel, herbicid, och tungmetaller i marken och grundvattnet. Biosensorer kan användas för att förutsäga eventuell förekomst av jordsjukdom, vilket inte har varit genomförbart med den befintliga tekniken. Den biologiska diagnosen av jord med hjälp av biosensor innebär att man öppnar tillvägagångssättet för tillförlitligt förebyggande och sanering av marksjukdomar i ett tidigare skede.

Grundprincipen för jorddiagnostik med biosensorn är att approximera den relativa aktiviteten av "bra mikrober" och "dåliga mikrober" i jorden på källan för kvantitativ mätning av differentiell syreförbrukning i andningen av två typer av markmikroorganismer. Mätningen fortsätter under två sensorer impregnerade med "bra mikrober" och "dåliga mikrober", respektive, nedsänks i en suspension av jordprovet i buffertlösning.

Genom att jämföra två data kan det vara möjligt att kvantitativt avgöra vilken mikrob som gynnar jorden. Det är möjligt, därför, för att förutsäga om jordsjukdom är beredd att bryta ut i den testade jorden i förväg. Det ska betonas att biosensorn erbjuder ett innovativt system för att diagnostisera markens tillstånd baserat inte på erfarenhet utan på numeriska data. Nitratbiosensor har utvecklats för att detektera mängden nitrat som finns i jorden.

Enzymbiosensorer baserade på hämning av kolinesteraser har använts för att identifiera spår av organofosfater och karbamater från bekämpningsmedel. Selektiva och känsliga mikrobiella sensorer för mängden ammoniak och metan har studerats. Dock, de kommersiellt tillgängliga biosensorerna för att hantera avloppsvattenkvaliteten är analysatorer för biologisk syreförbrukning (BOD) baserade på mikroorganismer som bakterierna Rhodococcus erythropolis immobiliserade i kollagen eller polyakrylamid.

Tillämpningar av biosensorer

• Biosensorer har ett mycket brett användningsområde som syftar till att utveckla livskvaliteten.
• Detta sortiment täcker deras användning för miljöövervakning, sjukdomsigenkänning, livsmedelssäkerhet, försvar, drogupptäckt och många fler.
• Biosensorer kan användas som plattformar för att övervaka livsmedelsspårbarhet, kvalitet, säkerhet, och näringsvärde.
• Dessa applikationer faller in i gruppen av analysverktyg för "single shot", dvs där kostnadseffektiva och engångsavkänningsplattformar krävs för applikationen.
• En applikation som föroreningsövervakning kräver en biosensor för att fungera från några timmar till flera dagar.

Det är allt folk om biosensortyper för jordbruk som används inom jordbrukssektorn.

Läsa: Broccoliodlingstekniker i trädgården .