Şekil 1 Bir biyosensörün konfigürasyonu

analit

biyoreseptör

Dönüştürücü

Biyosensörlere genel bir bakış ve biyosavunmada kullanılan

biyosensörler

Dr. Mustafa F. Abasıyanık*, Ergün Şakalar**, Mehmet Şenel***, Fatih Üniversitesi, Genetik ve Biyomühendislik Bölümü*, Biyoloji Bölümü**, Kimya Bölümü***

Özet:

Biyolojik yapıdaki analitleri algılayan sensörler biyosensörlerdir. Biyolojik Saldırı Ajanları biyolojik

yapıdaki toksin, hasta yapıcı veya vücut dengesini bozucu ajanlar olup son yılların savaş ve terörist

saldırılarında sıklıkla kullanılmakta veya kullanılmaları planlanmaktadır. Bilim dünyası bir yandan yeni

BSA’lar üzerine çalışırken bir yandanda var olan BSA’ları kısa sürede tesbit edebilecek biyosensörler

üzerine uğraş vermektedir. Nükleik asit tabanlı biyosensörler çok hassas olmalarına karşın zaman ve

kusursuz bir işçilik istediğinden ani saldırıların tesbitinde yetersiz kalmaktadır. Ajanların yüzey

özelliklerine göre tesbit yöntemleri gün geçtikçe geliştirilmektedir. Bu makalemizin amacı sensör ve

biyosensör teknolojisini ve de BSA oriyentit dizayn edilen biyosensörlerden bazılarını ve çalışma

yöntemlerini tanıtmaktır.

Biyosensörler

Sensör ve biyosensör tanımları

Sensörler fiziksel olguları elektrik sinyallerine dönüştüren cihazlardır. Mekanik duyu organlarıda

diyebileceğimiz bu cihazlar, çalışma şekillerine göre ve dönüştürücü (ing: tranducer) adı verilen

yapılarına göre çeşitlere ayrılmaktadır. Termal, mekanik, kimyasal, akustik, radyoaktif sensörler ve

biyosensörler bunlardan bazılarıdır. İlgi alanımıza giren biyosensörler genel olarak, biyolojik yapıdaki

analitleri hisseden sensörler veya reseptör birimi biyomoleküler yapıda olan sensörlerdir.

Biyosensörün ana gövdesini oluşturan parçalar

Biyosensörler bir çok sensör gibi reseptör ve dönüştürücü olmak üzere iki ana yapıdan ibarettir. Eğer

reseptör biyomoleküler bir yapıda ise buna biyoreseptör adı verilir (Şekil 1). Biyoreseptörler analiti

fark edebilen biyomoleküllerdir. Dönüştürücüler ise biyoreseptörün analiti fark ettiği esnada ürettiği

kimyasal veya fiziksel sinyali elektrik sinyallerine dönüştüren yapılardır. Biyosensörler sayesinde

normalde uzun tahliller gerektiren analizler daha kısa sürede yapılabilmektedir. Mesela glikoz

biyosensörleri kandaki glikoz seviyesini kısa sürede ölçebilmektedir. Aynı ölçüm normalde geleneksel

yöntemlerle daha uzun sürede yapılabilmektedir. Kısa sürede sonuca ulaştırması ve uygulama

kolaylığı biyosensörlerin en önemli

avantajlarındandır2.

Biyoreseptörler: Biyoreseptör olarak değişik

biyomoleküller kullanılabilmektedir. Bu

biyomoleküllerden en çok kullanılanı enzimlerdir.

Enzimler hedef moleküllere karşı oldukça

özgüldür. Binlerce farklı analit içinden hedef analiti

seçip reaksiyon oluşturabilen bu biyokatalizatörlerin dönüştürücülere bir şekilde immobilize edilmesi

yani yapıştırılması gerekmektedir.

Matrikse fiziksel hapisleme veya kimyasal bağlama yöntemleri analiti tanıyan biyomoleküllerin

dönüştürücülere immobilizasyonunda kullanılan stratejilerdir. Kimyasal bağlama yönteminde

biyomolekül dönüştürücü yüzeyine uygun bir reaktif tarafından kovalent olarak bağlanır. Çok az

sayıda biyomolekülün bağlanması bile biyosensörün etkili çalışması için yeterli olabilir.

Dönüştürücüler: Biyoreseptörün analiti tanıdıktan sonra ortamda oluşan fiziksel veya kimyasal

değişimi algılayıp bunu ölçülemebilir dijital sinyallere dönüştüren cihazlardır.

Tüm bunları bir örnekle biraz daha açalım: Glikoz biyosensörleri kandaki glikoz konsantrasyonunun

tesbitinde kullanılırlar. Burada analit glikoz iken glukoz oksidaz enzimi biyoreseptör olarak kullanılır.

Aşağıdaki reaksiyon şemasında görüldüğü gibi iki yeni ürün reaksiyon sonucunda oluşur.

Burada kullanılacak dönüştürücü, 3 farklı kimyasala odaklanabilen 3 farklı dönüştürücüden biri

olabilir.

1. Oksijen sensörü: Ortamda kullanılan oksijen miktarını ölçer ve bunu anlaşılabilir sinyal olan elektrik

akımına dönüştürür.

2. pH sensörü: Glukonik asit ortamın pH’ını düşürür. Bir pH sensörü olan dönüştürücü ortamın pH’ına

bakarak yıkılan glikoz miktarını tesbit edebilir. Dönüştürücü ile pH değişimi voltaj değişimine sebep

olur.

3. H2O2 sensörü: Dönüştürücü ortamdaki H2O2 konsantrasyonunu ölçer ve elektrik akımına

dönüştürür3.

Nitelikli Biyosensörlerde Aranan Özelliklerin

Biyosensörler sekiz parametreye göre nitelendirilirler:

(i). Duyarlılık (ing:sensitivity): Cihazın analitteki değişime (konsantrasyon) birebir cevap vermesi

demektir. Duyarlılık yüksekse analitteki birim değişim sensörün ekranında aynen gözükür.

(ii). Seçicilik (ing:selectivity): Cihazın sadece analite özgünlüğünü gösterir. Cihaz başka reaktiflere

ilgi göstermez ve hatalı sonuç vermez.

(iii). Ölçüm aralığı: Cihazın ölçebildiği analit konsantrasyonun aralığıdır. Analit belli bir

konsantrasyondan az veya çoksa cihaz iyi bir duyarlılıkta sonuç vermeyebilir.

(iv). Ölçüm süresi: Analit konsantrasyonundaki bir basamak değişime karşı cihazın vereceği nihayi

yanıtın sadece %63’lük kısmını ölçmek için gösterdiği ölçüm süresidir. Bir tür cihazın ölçme hızını

gösterir.

(v). Tutarlılık: Cihazın sonuçlarındaki tutarlılığı ifade eder.

(vi). Tesbit sınırı: Cihazın tesbit edebileceği en düşük analit konsantrasyonunu ifade eder.

(vii). Ömrü: Cihazın, performansında gözle görülür bir azalma olmadan verdiği hizmet ömrünü

ifade eder.

(viii). Kararlılık: Belirli bir süre içinde cihazın duyarlılığındaki veya baz çizgisinde değişimleri dikkate

alan bir kalite ölçüm değeridir2,3.

Glikoz + O2 Glikoz oksidaz

Glukonik asit + H2O2

Biyosensör Dizaynında Dikkat Edilmesi Gerekenler

Biyosensör tasarımlarında önce biyosensörün hangi analiti tanıyacağı tesbit edilmelidir. Sonrasında

ise aşağıdaki maddeler dikkate alınarak biyosensörler dizayn edilmelidir. Bunlar sırasıyla;

(i). Analite uygun biyoreseptörün (tanıyıcı molekülün) seçimi,

(ii). Biyoreseptörü dönüştürücüye sabitlemede kullanılacak uygun ve verimli immobilizasyon

metodunun seçimi,

(iii). Biyoreseptörün analiti tanımasıyla oluşan kimyasal veya fiziksel sinyali anlaşabilir sinyal formuna

dönüştürecek olan dönüştürücünün seçimi ve dizaynı,

(iv). Ölçüm aralığının, duyarlılığın ve ölçümlerdeki parazitlerin dikkate alınması,

(v). Cihazın kompakt bir hale dönüştürülmesi,

olarak sıralanabilir.

Tüm bunları yapmak için ise bir çok alanda geniş bir bilgi birikimine ihtiyaç vardır. Mesela, birinci şık

için biyokimya ve biyoloji, ikinci ve üçüncü için kimya, elektrokimya ve fizik ve dördüncü için kinetik ve

kütle transferi alanları bunlardan bazılarıdır. Biyosensör dizayn edilir edilmez sıra onun elverişli

imalat ve kullanma için uygun bir şekilde paketlenmesine gelir. Modern imalat teknolojileri ve

stratejileri sayesinde çok daha az maliyetle biyosensör üretimi mümkün olmaktadır. Tasarıdan

imalata tüm bu basamaklarda çoklu-disiplinlerin bir arada kafa kafaya çalışması son derece

önemlidir2.

Biyosensör Uygulamaları

Biyosensörler birçok alanda kullanılmaktadır.

• Tıp: Metabolitlerin ölçülmesi, insulin eksikliği belirtilerinin ölçülmesi, hastane koşullarının

gözlenmesi , yapay pankreasın çalışma koşullarının kontrolü, vb.

• Endüstri: Endüstriyel proses kontrollerinde gereklidir. Biyoreaktörlerin kontrolü, giren

hammadde ve çıkan ürünlerin ölçülmesi, vb.

• Çevresel Denetim: Çevre Koruma Ajansı (ing:EPA (Environmental Protection Agency) EPA

tarafından hava ve su düzenli olarak izlenmektedir. Ayrıca yerel idari mercilerin de bölgesel izleme

birimleri bulunmaktadır. Bu birimler düzenli olarak hava ve suyu tahlil etmektedirler.

• Savunma (askeri ve sivil): Askeri ve sivil savunma alanında kullanılmak üzere bir çok sensör ve

biyosensör dizaynı ve imalatına, son körfez krizi ve 11 Eylül sonrasında hız verilmiştir. Herhangi bir

biyoterör ve biyosaldırı sonrası erken tesbit ve analiz için çok güçlü ve taşınabilir biyosensörler en

elzem cihazlardandır. Bu konu ilerde daha detaylı

verilecektir2.

Biyosensörlerin Kısa Tarihçesi

Clark ve Lyons (1962) ilk defa biyosensör terimini ifade

etmişlerdir. Enzim-elektrot kompleksini imal eden ikili, bu

kompleksi glikoz sensörü olarak kullanmışlardır. Sensör,

oksido-reduktaz enzim olan glikoz oksidazın pletanyum

elektroduna immobilize olmasından ibarettir. Pletenyum

elektrod enzim tarafından üretilen H2O2 tarafından +0.6V’da

Şekil 2. Clark’ın enzim elektrodu

polarize olur. İşte basitçe bu prensibe göre çalışan tarihin ilk biyosensörü 1974 yılında piyasada

Yellow Spirngs Instrument (YSI) olarak görülmüştür.

YSI sensörünün geliştirilmesinde ana özellik yeni nesil membranlardır. Clark burada sandeviç

membran kullanmıştır. Enzim nükleopor polikarbonat membran ve selluloz asetat membran arasına

hapsolmuştur. Bu membranlar normalde ortamın potansiyel yapısını etkileyecek olan diğer faktörleri

elimine etmekte ve cihazın duyarlılığını ve özgünlüğünü artırmaktadır. Mesela, Clark’ın kullandığı

membran H2O2‘ı diffüze ederken askorbat ve diğer parazitik kimyasalların geçişini engellemektedir2.

Biyoreseptör Molekülleri (Şekil 3)

Enzimler: Başta da belirtildiği gibi biyoreseptör moleküllerinin en çok bilineni enzimlerdir. Sensörün

analite olan özgünlüğü aslında biyoreseptörün analite karşı özgünlüğünden başka bir şey değildir.

Enzimlerin substratlarına karşı oldukça yüksek bir özgünlüğü, afinitesi mevcuttur. Binlerce kimyasal

arasından ilgili oldukları substratı seçer ve reaksiyonu katalizlerler. Tabi tüm diğer reaksiyonlarda

olduğu gibi enzimatik reaksiyonlarda da ortamın sıcaklığı, pH’sı, iyonik kudreti ve diğer çevre şartları

önemli rol oynar.

Antikorlar: Antikorlar bir glikoproteindir. Kandaki proteinlerin %20’sini oluşturular ve

immünoglobinler diye de adlandırılırlar. Y şeklinde olup iki adet antijen tanıma bölgesi ihtiva ederler.

Bağışıklık sisteminde antikorlar tarafından tanınan ve immün cevap oluşumuna sebep olan yabancı

moleküllere antijen adı verilir. Antikorları genelde birbirlerinden ayıran farklılık antijen tanıma

bölgeleridir. Her farklı antikor kendine özgün olan antijeni tanır ve ona geçici olarak bağlanır.

Kovalent olmasa da güçlü bir bağlanma yaptığından antijen-antikor bağlanma stratejisi bir çok

modern tanı metodunda kullanılmaktadır. Özellikle monoklonal antikor üretim teknolojisi sayesinde

artık herhangi bir antijene özgün IgG tipi monoklonal antikorlar üretilmekte ve üretilen bu antikorlar

biyosensör teknolojisinde de kullanılmaktadır2.

Aptamerler: Genel olarak aptemerler rastgele sentezlenmiş tek zincirli oligonükleotidlerdir. Önce

oligonükleotid sentezleyicisine zincir dizim sekansı bakımından rastgelelik gösteren trilyon adet farklı

sentetik oligonükleotid ürettirilir. Baz dizimi farklı olan herbir molekül, farklı üç boyutlu yapıya

sahiptir. Dolayısıyla bu kadar farklı molekül, tanınması düşünülen analitle muamele edilir ve hangi

rastgele üretilen oligomerik molekülün analite karşı yüksek bağlanma kapasitesine sahip olduğu

SELEX adı verilen özel bir yöntemle tesbit edilir. Sonrasında tesbit edilen oligomerin sekansı belirlenip

sentezleyiciye ikinci defa ama bu sefer bilinçli olarak bu molekülden ürettirilir; ürünler ise biyosensör

teknolojisinde biyoreseptör olarak kullanılır. Monoklonal antikorlara rakip olan bu moleküller gün

geçtikçe uygulamada kendini daha fazla göstermektedir. Hatta son 10 yıl içinde özel yöntemlerle

üretilen aptamer proteinlerin bazılarının altın ve bakır gibi madenlere karşı bile özgün bağlanma

gösterdikleri görülmüştür. Bu da, özellikle yer altı suları üzerinden maden aramaları yapmak için

orijinal biyosensör imalatının yapılabileceğinin işaretini vermektedir1.

Reseptör proteinler: Reseptör proteinler biyolojik aktif bileşikler için yüksek ama özgün bağlanma

gücüne sahiptirler. Yani, herbir farklı reseptör protein yalnızca kendine has bileşiğe bağlanabilir. Bu

özelliklerinden dolayı biyoreseptör olarak biyosensör teknolojisinde kullanılmaktadırlar. Mesela,

normalde hücrelerdeki ölüm reseptörleri apoptosis sinyali veren ligandlara karşı kullanılır. Hücre bu

ligandları bu reseptörlerle hisseder ve apoptosisi (planlı hücre ölümü) başlatır. Sensör teknolojisinde

bu reseptörler kullanılarak çevremizde üretilen hangi kimyasalın apoptotik sinyale sebebiyet verdiği

anlaşılmaktadır.

Diğer Adaylar: Dünyamızda, biyosensörlerde biyoreseptör olarak kullanılmaya aday bir çok biyolojik

materyal bulunmaktadır. Bakteriler, hücreler, organeller, membran tabakaları bunlardan bazılarıdır.

Herhangi bir biyomateryalin biyoreseptör amaçlı kullanımı için tek koşul, materyalin istenilen analiti

bir şekilde özgün olarak tanıma kapasitesine sahip olmasıdır2.

Tablo 1. Biyosensörlerde Kullanımı Muhtemel Bioreseptörler

Biyoreseptör Çeşitleri Yapısal bütünlük için gerekli olan ana ihtiyaç

Üretilen sinyal çeşidi

Organ parçası (örn:olfaktori) Bozulmamış doku Aksiyon potansiyeli

Doku Besin ve oksiyen temini Metabolik son ürün

Hücrenin kendisi

Hücre organeli (örn.:mitokondri) Ozmatik ve asidik kararlılık Elektron zincir ürünleri

Biyomembran (örn.:reseptörler) Mekanik koruma Salınan içerikler

Enzim pH ve elektrolikit kararlılık Reaksiyon ürünü

Antikor pH kararlılığı Antijen tutumu/ kütle farkı

Biyosensörlerde Dönüştürücü Çeşitleri ve Özellikleri (Şekil 3)

Geleneksel Dönüştürücüler: Geleneksel dönüştürücüler 3 çeşittir. Bunlar; H2O2 veya O2 ölçümlerine

odaklanan amperometre, pH veya iyon ölçümleri yapan potansiyometre ve fiber optik kablo kullanan

fotometrelerden ibarettir. Biyotanıma reaksiyonları genelde kimyasal ürünler üretir ki bunlar

elektrokimyasal metotlarla kolayca tesbit edilebilirler. H2O2 (veya reaktif O2) bir çift eletrod vasıtası ile

ölçülebilir. Önce referans elektrodun karşısında olan elektroda (Ag/AgCl veya Kalomel) ufgun bir

voltaj uygulanır. Bu durumda hedef moleküller olan H2O2 veya O2 elektrotta yüksetkenir ve ardından

bir akım oluşur ve oluşan bu akım amperametre ile algılanır. Potansiyometre ise bir membranın iki

tarafındaki H+ farkına bakarak çalışır. Fotometre, oluşan ışığı sinyal olarak algılar. Fiber optik kablolar

oluşan bu ışığı yönlendirmede kullanılırlar2.

Piezoelektrik Dönüştürücüler: Pieazoelektrik materyalleri ve yüzey akustik dalga cihazları kütle

değişimine karşı hassas bir ortam sunar. Bu tip dönüştücüler, biyoreseptörde tanıma reaksiyonu

sonrasında kütle artışı oluyor ise, çok uygundur. Mesela kuartz kristal mikrobalans (QCM) adı da

verilen piezoelektrik silikon kristalleri hali hazırda pikogramlık kütle değişminlerini bile

hissedebilmektedirler. QCM’lere sabitlenen antikorların antijenleriyle karşılaşmalarıyla oluşacak kütle

değişimi işte bu şekilde algılanıp dijitalize edilir.

İletkensel Dönüştürücüler: Solusyon iletkenliğindeki değişmeler bir reaksiyonun hızını belirlemede

kullanılabilir. Oluşan iyonların yaptığı haraket sonucu iletkenlikdeki değişimleri baz alan bu teknik bir

çok enzim alakalı reaksiyon hızlarının ölçülmesinde kullanılmaktadır.

Elektrik Kapasitans Dönüştürücüleri: Kapasitans ölçüm metodu kullanılarak oluşan bir

dönüştürücüdür. Mesela, iki farklı elektrodlu levha üzerine antikorlar immobilize edilse ve bir antijen-

antikor reaksiyonu oluşsa sonuç doğal olarak iki levha arasındaki ortamın dielektrik sabitesinde

dikkate değer bir değişim meydana gelir. Bu değişim de kolayca dijitalize edilir.

Termometrik Dönüştürücüler: Bazı biyotanımlama reaksiyonları esnasında ortam sıcaklığı değişir. Bu

değişim gözlenerek reaksiyon dolayısıyla analit varlığı hakkında yorum yapılabilir. Mesela ATP’nin

hidrolizlenmesinde veya antijen-antikor kompleksi oluşumları esnasında meydana gelen reaksiyon

sonucu ortam sıcaklığı değişir.

FET Tipi Dönüştürücüler: İyon konsantrasyonlarındaki değişimi algılayabilen FET’ler oldukça

kullanışlıdırlar (ing: field effect transistors: alan etkili transistörler)2.

Şekil 3. Biyosensörlerin biyoreseptör ve dönüştücü çeşitliliği

Biyolojik Savaş Ajanların (BSA) Tesbitinde Biyosensörler

BSA 11 Eylül saldırıları sonrası artık korkulan bir saldırı türü olmaya başlamıştır. 1995’de Tokyo’da

şarbon saldırısından sonra, 11 Eylül saldırılarında da yine şarbonlu mektuplar ortaya çıkmıştır.

Akabinde, bir anda dikkatler BSA üzerine yönelmiştir2. Terörist saldırıların yanında, 17 farklı ülkeden

biyosilah üretimiyle alakalı projelerin yürüttülmekte olduğu tahmin edilmektedir. Hastalık Kontrolü ve

Engellenmesi Merkezi (ing:Center for Disease Control and Prevention (CDC)) tarafından yapılan bir

araştırmaya göre bir teröristin ABD şehirlerinden birine kasıtlı bırakacağı şarbonun verebileceği

ekonomik zararın maliyeti 477.8 milyon-26.2 milyar $/100 bin kişi olarak hesaplanmıştır3.

BSA’ların Transmisyonu (Taşınması)

BSA’lar değişik yöntemlerle yayılabilirler. Konvansiyel silahlar olmadığı için yine hedefe

gönderilemlerinde de konvansiyonel yöntemler kullanılmamaktadır:

• Aerosoller: Aerosoller BSA’ların en önemli taşıyıcılarıdır. Özellikle 1-5 µ çaplı olduklarında

akciğerlere kadar nüfus edebilirler. Ama 1 µ’dan küçük partiküller akciğerde kalmadan tekrar geri

verildiğinden ve 5 µ’dan büyük olanlarda mukotik sıvıda ve solunum kanalının silli ve kıllı hücrelerinde

tutulduğundan dolayısıyla ajan hedefine (akciğerler) ulaşamadığından etki sınırlı olur.

• Su ve gıda kaynakları: Su ve gıdalara bulaştırılarakta BSA’lar hedefe gönderilebilir. Bir çok BSA

sıcak ortamda bozulduğundan soğuk işlenmiş, işlenmemiş gıdalar kullanılmakta veya BSA işleme

sonrasında gıdaya eklenmektedir. Yine su kaynaklarındaki arıtma işlemleri ajanın etkisini azalttığından

(filtrasyon, dilüsyon, klorlama) şebeke suyu işlendikten sonra BSA verilmesi daha etkili olmaktadır 3.

BSA’ların Sınıflandırma Kriterleri ve Muhtemel Biyolojik Ajanlar:

BSA’lar sınıflandırılırken değişik kriterler göz önünde tutulur.

a) Etkilerine göre:

i. Öldürücü etkili BSA’lar

ii. Şiddetli hasta yapan BSA’lar.

b) Taksonomilerine göre

c) Salınım Şekillerine Göre (Aerosoller, su veya yiyecekle taşınanlar, vektörlerle(Hayvan vb),

direk enjeksiyonla),

d) Sebep Oldukları Klinik Sendromlara Göre (sistemik hastalık ajanları, pnömoni (zaturre)

ajanları vb)3

Potansiyel BSA ajanları CDC tarafından katogorize edilmektedir. Bu merkezde spor oluşturan gram

pozitif bakterilerden (Basillus antracis, Şarbon; Yersinia pestis, Zaturre), gram negatiflere (Francisella

tuleransis, tularemia), oradan bakteri kökenli toksinlere (Clostridium botulinum kökenli botulium

toksini) ve bazı virüslere (çiçek) kadar bir çok ajan sınıflandırılmaktadır2,4.

Tablo 1. Biyolojik Silah Ajanları4

Ajanlar Yayılım Yolu İnkübasyon (kuluçta) –Letalite (öldürücülük)

Semptomlar Profilaksi (korunma) ve Tedavi

Direk bireyden bireye bulaşma Bakteriler

Plaka

(pnömonik veya

hıyarcıklı veba)

Aerosoller veya sinek

vektörlerle

1-6 gün – tedavi

olunmazsa yüksek

(%50’lerle varan)

ölüm riski

Ateş, zayıflama, öksürük,

solunum eksikliği, pnömoni

Antibiyotikler

(streptomicin,

gentamisin, tetrasiklin)

Kolera Su ve gıda

kontaminasyonuyla

Saatler - tedavi

olunmazsa %25’lere

varan ölüm riski

Sulu ishal, kusma, bacakta

kramplar. Ölüm saatleri

alabilir.

Aşılar. Sulu gıdalar.

Antibiyotik

Tifo Su ve gıda

kontaminasyonuyla

3 günle 8 hafta arası-

Orta derecede

lethalite

Ateş, zayırlama, ağrı ve

ateş

Aşılar. Antibiyotikler

(dirençlilik artmaktadır)

Virüsler

Çiçek Direk temas, vücut

sıvısı

7-17 gün- yüksek

ölüm oranı

Yüksek ateş, isilik, şiddetli

ağrı, baş ağrısı, karın ağrısı

Aşı

Kanamalı

humma (Ebola,

lassa, marburg)

Nosokomial

(muhtemel hayvan

taşıyıcılar)

2-21 gün - yüksek

ölüm oranı

Yüksek ateş, aşırı halsizlik,

kansızlık, petesi (noktalı

kanama), ödem, kaslarda

ağrı, başağrısı

Desdekleyici tedavi (sıkı

kontrol, VHF bariyer

önleme)

Bireyden bireye bulaşma yok veya kısmi bulaşma söz konusu Bakteriler

Şarbon Sporla, aerosoller,

gıda

1-5 gün- yüksek ölüm Ateş, halsizlik, öksürük, şok.

Ölüm 36 saat içinde olabilir.

Aşı. Antibiyotik

(siproflaksin,

doksisiklin)

Tularaemia Aerosoller, kene veya

böcek ısırmaları,

kontamine gıda ve

sular

3-14 gün-orta ölüm

oranı (tedavi edilmez

ise)

ani akut ateşli hastalık,

öksürük, zayıflama

Aşı. Antibiyotik

(gentamisin,

streptomisin).

Eklembacaklı

ısırmasına karşı

koruma

Biyolojik toksinler

Aflatoksin Aerosoller, kontamine

gıda ve sular

Değişik sürelerde-

alınan doza ve

yönteme göre letalite

değişir

Ateş, nefes darlığı, öksürük.

Karaciğer hasarları, ölü

doğum, eksik doğum,

kanser

Tahlil, kontamine

gıdanın uzaklıştırılması

Botulinum

toksini

Aerosoller, kontamine

gıda ve sular

6 saat-14 gün-yüksek

letalite

Bulanık görüntü, yutkunma

güçlüğü, kaslarda zayıflık,

solunum kaslarına felç

Erken müdahelede

antitoksinler etkilidir.

Etkili ve dikkatli

bakımve havalandırma

Staphylococcus

enterotoxin B

Aerosoller, kontamine

gıda ve sular

1-6 saat- %1’den az

letalite

Kusma, bulantı, ishal,

göğüste ağrı, baş ve kas

ağrısı.

Sadece etkili ve dikkatli

bakımve havalandırma

Risin Aerosoller, kontamine

gıda ve sular

Saatlerden günlere-

yüksek letalite

Ateş, solunum güçlüğü,

bulantı, akciğerödemi

Sadece özel durumlar

için etkili ve dikkatli

bakım ve de

havalandırma

BSA’ların Tesbitinde Zorluklar

Biyolojik saldırılarda en büyük problem, biyolojik saldırılar ile olağan hastalık belirtileri arasındaki

farkın tesbit edilmesinde yatar. Yani, BSA diye algılanan esasında olağan bir enfeksiyonel hastalığın

mevsimsel artması da olabilir veya daha az zararsız ajanların sebep olduğu rahatsızlıklar da olabilir.

Bu soruların kısmi cevaplanmasında moleküler tekniklere oldukça büyük iş düşmektedir. “Tedavi İçin

Tesbit (TİT)” ve “Koruma İçin Tesbit (KİT)” diye iki tür cihaz kullanılar. TİT’de amaç birey BSA’ya

maruz kaldığı birkaç saat içinde BSA’nın tesbiti iken diğeri yani KİT BSA’nın ortama bırakılmasından

birkaç dakika içinde (bulaş başlamadan) tesbitini hedefler. TİT’ler genelde hastane laboratuvarlarında

kullanılan analitik cihazlar iken, KİT’ler sensör (biyosensör) türü cihazlardır2,5.

BSA’ların Tesbitinde Biyosensörler

BSA’ların tesbitinde kullanılan biyoreseptör moleküllerin ekserisi, ya analitin yüzeyine bağlanan

antikor veya BSA’nın genetik materyaline bağlanan nükleik asit türü moleküllerdir. Aptamer,

glikolipid ve peptidlerde kullanılmakla beraber bunların sayısı artmakla beraber oldukça azdır.

1. Nükleik Asit-tabanlı Biyosensörler (TİT tipi sensörler)

Toksinler hariç bakteri, virüs gibi tüm canlıların tesbitinde kullanılabilirler. Çok hassastırlar. Her

canlının kendine has DNA şifresi bulunmaktadır. Dolayısıyla, PZR (ing:PCR; polimeraz zincir reaksiyon

metodu) adı verilen bir metot sayesinde çok az miktardaki (femto veya attogram DNA) örnek içinden

bile istenilen analitin tesbiti mümkündür6. O kadar ki, Hartley ve Baeumner (2003) çubuk şeklinde

yaptıkları DNA temelli bir analiz yöntemi ile 12 saat içinde tek bir şarbon sporunu bile tanımlamayı

başarmışlardır7. Versage (2003) gerçek zamanlı PZR tekniği ile bir kaç saat içinde Francieslla

tularensis’in varlığını tesbit edebilmiştir8.

Bu yür yöntemlerin kendine göre dezavantajlı yönleri de bulunmaktadır. Özellikle çapraz bulaş, yanlış

pozitif sonuç ortaya çıkmasına sebep verebilir. Nükleik asit analizleri için örneklerin hazırlanmasında

gerekli olanlar sırasıyla;

(i) Hedef organdan alınan örnek amplifikasyon için yeterince DNA verebilecek miktarda olmalıdır.

(ii) PZR’yi engelleyebilecek her türlü etken (RNaz veya DNaz gibi enzimler ve proteinler) ber taraf

edilmiş olmalıdır.

(iii) Nükleik asidin türüne dikkat edilmelidir (RNA’lar DNA kadar dayanıklı değildir).

Minyatüre edilmiş PZR cihazları, nükleik asit tabanlı analizlerin çok iptidayi koşullarda bile

yapılmasında büyük önem taşımaktadır.

PZR yanında nükleik asit hibridizasyon teknikleride biyosensör teknolojisinde kullanılmaktadır.

Baunmer’in biyosensörü (Şekil 4), sülfürodamine B boyalı ve alanite karşı raportör probu bulunan

liposom ve yine analite karşı tutucu prob içiren polietersülfon membran çubuktan ibarettir. Yani,

sandviç tekniği uygulanan bu metodda liposom, görüntülemeye uygun olan bir boya (sülfürodamine

B) ve aynı zamanda şarbonun DNA sekansına (özellikle sık üretilen bir mRNA’nın özgün sekansına )

özgün sekansta bir raportör prob ihtiva etmektedir. Diğer taraftan, çubuk şeklinde olan membranın

belli bir bölgesine raportör probun tanıdığı, mRNA’nın başka bir sekansına özgün tutuklayıcı problar

immobilize edilmektedir. Sonuçta, mRNAları izole edilmiş şarbon numuneleri amplifiye edilip

liposomlarla muameleye tabi tutulduktan sonra, şekilde de görüldüğü gibi bir test tüp içersine

aktarılmaktadır. Membran çubuk bu tüpün içine yerleştirilip liposom-numune solusyonuna

daldırılınca oluşan liposom-mRNA kompleksleri (eğer ortamda şarbona ait mRNA varsa) kağıt

kromotografi yönteminde olduğu gibi çubuk boyunca haraket etmektedir. Tutuklayıcı probların

olduğu bölgeye gelinince ise tutuklanmakta ve immobilize olmaktadırlar. Liposomun içinde saklı

bulunan boyar maddenin görüntülenme özelliği sayesinde de bu tutuklanma gözle rahatlıkla tesbit

edilebilinmektedir. Metodun dezavantajı süredir. Yukarıda anlatılan işlemler 15 dakika da

sonuçlanmakla beraber, ön hazırlık denilen ve sporların çatlatma inkübasyonundan , mRNA

izolasyonundan ve amplifikasyondan ibaret olan evre takriben 4 saat sürmektedir. RNA’ların

DNA’lardan 100.000 kat hassas olduğu da göz önüne alındığında bu ön hazırlık evresinin ne kadar

zahmetli ve dikkat isteyen bir süreç olduğu anlaşılmaktadır9.

DNA tabanlı yöntemlerin hemen hemen tümünde gerekli olan bu ön hazırlık evreleri otomatik örnek

hazırlama (OÖH) cihazları sayesinde daha zahmetsiz ve hatasız bir hal almaya başlamıştır. Özellikle

OÖH’ların analiz cihazlarıyla entekre edilmeleri bu tip biyosensörlerin boyutlarını masa üstü aksesuarı

haline gelecek kadar küçültmüştür ki bir çoğu artık rahatlıkla (orduların bünyesinde) arazide sahra

çadırlarının içinde bile kullanılabilecek seviyeye ulaşmıştır. Tüm DNA tabanlı metotlara baktığımızda 3

basamağın nerdeyse ortak olduğu görülmektedir: (1) Nükleik asitlerin ön hazırlığı, (2) Amplifikasyon

ve işaretleme (gerekirse), (3) oluşan ürünlerin tesbiti. Bilim dünyası ikinci ve üçüncü basamakların

geliştirilmesi için agresif bir mücedele içindedir. Optik ve elektrokimyasal gibi yeni dönüştürücülerin

kullanımı, yeni immbolizasyon yöntemlerinin keşfi, yeni işaretleme yöntemleri, minyotürleştirme bu

mücadelenin geçtiği etkin alanlardan bazılarıdır. Sonikasyonla veya elektrikle hücrenin

Şekil 4. Baumner’in Biyosensörü: A) Çubuklar 1- Pozitif kontrol (benekli bölge analitin

tutuklandığını gösterir), 2- Negatif kontrol (analit olmadığı için reaksiyon ve dolayısıyla

beneklenme yok), 3-Çok düşük konsanrasyonda analit içeren örnek; B-Biyosensörün çalışma prensibini anlatan şekil

9.

parçalanmasını sağlayan birkaç innovasyon dışında birinci basamakla yani ön hazırlık aşaması ile

alakalı çok fazla araştırmaya rastlanmamaktadır. Eğer tüm bu basamaklar tamamen otomatizasyona

alınamaz ve hepsinden öte, saatler süren bu sistemin analiz süresi dakikalara çekilemez ise nükleik

asit tipi sensörler hiçbir zaman KİT tipi bir biyosensör olamazlar2.

2. Yüzey Özelliklerine Göre Tesbit (KİT Tipi Biyosensörler)

Bir önceki tip biyosensörlerde DNA’nın ekstraksiyonuna ihtiyaç duyulurken bu sistemde herhangi bir

sofistike ön hazırlık aşaması bulunmamaktadır. Tamamen analitin yüzey yapısını hedef alan bu

sistemler hızlı, güvenilir, yanlış negatif sonuç vermekten uzak, özgün, hassas, kullanımı kolay, hızlı

cevap vererek ideal sensör özelliklerini taşırlar2.

Bu tip ilk ticari biyoensör BioVeris10, Response

Biomedical Corporation11 ve QTL12 tarafından

piyasaya sürülmüştür. Bunlar, boncuklar üzerine

immobilize tutuklayıcı antikorları ihtiva eden

sandviç tip biyosensörler olup, aralarındaki fark

raportör antikorlardaki işaretleme sisteminden ve

kitlerin genel formatından gelmektedir2. QTL’ın

ürettiği biyosensör labtop kadar küçük ve hafiftir.

Kartuşlar cihaz üzerine kolayca yerleştirilmekte ve

sonuç, 10 dakika içinde alınabilmektedir. Ara-

larındaki fark işaretleme ve görüntülemede metod

farklılıklarından oluşmaktadır. BioVeris

elektrokemiluminesent (elektrokimyasal-ışıma)

sistemini kullanmaktadır (Şekil 5-A). Manyetik

boncuklara bağlı tutuklayıcı antikorlar analiti ve ona

bağlı raportör antikoru tutuklar oluşan 4’lü komplex

manyetik alan oluşturularak bir elektroda tutturulur

ve bir potansiyel akım uygulanır. Roptörtöre bağlı

özel işaretleyici madde verilen bu voltajla ışıma yapar (Şekil 5-B). Böylece indirek yoldan da olsa

analitin varlığı tesbit edilir10. QTL ise farklı bir sistem kullanmaktadır. Burada söndürücü (quenching)

moleküller ve floresan özellikte polimerler kullanılır. Floresan yapıdaki polimerler ışın verirken süper

söndürücü özellikteki moleküllerle karşılaşınca bu özelliklerini yitirirler. Manyetik boncuk bu

polimerleri ve söndürücüleri bir arada ihtiva eder. Ne zaman ki analit gelir ve söndürücüyü ortamdan

uzaklaştırır o zaman boncuk ışıldamaya başlar ki bu analitin varlığının indirekt yoldan tesbitidir12. Bu

innovativ yeni işaretleme metodu QTL’yi bu alanda lider konumuna çekmiştir2.

Bu eski nesil biyosensörlere eklenen yeni nesil biyosensörlerde bir anda birden fazla analitin tesbiti

mümkün olmaktadır. Bunda farklı renklerdeki işaretçiler veya farklı analiti tesbit eden farklı

biyoreseptörler (protein çipler) kullanılmaktadır2. Naval Araştırma Laboratuvarından Ligler ve ark. bu

alanda çalışırlar ve iki farklı tipte sensör dizayn ederler. Birinci (Research International, Monroe WA,

USA tarafından Analyte 2000 ve RAPTOR adında piyasaya sürüldü) prototipte 4 analit için 4 ayrı

kanallı cihaz tarafından tutuklayıcı antikorlar, optik tel kablo üzerine immobilize edilir. Analit ve

raportör antikorlar (floresan madde taşıyan) eklenip bağlanma ışık verilerek tesbit edilir. Bu cihazdaki

en büyük yenilik fiber optik kablo kullanımıdır. Bu sayede ışığın yayılımı ve tesbiti daha efektif hale

getirilir. İkinci önemli tipte ise altı adet mikro-sıvısal alanlı bölgenin her birine farklı biyoreseptör

immobilize edilir. Daha sonra ise yine numuneler bu çubuksu bölgelere dik olarak muamele edilir.

Şekil 5. BioVeris geliştirdiği sandviç tipi biyosensör ve çalışma prensibi

10

Numunelerin içinde biyoreseptörlerin tanıdığı analitler varsa eğer bunlar biyoreseptörlere bağlanırlar.

Bu basamaktan sonra ortama floresanlı raportör antikorlar gönderilir ve lazerle görüntülenir. Nerede

bağlanma varsa buralarda ışıma görülür ve bu ışımalar CCD kamera tarafından bilgisayar ortamına

dönüştürülerek biyosensörün analit varlığını algılaması sağlanır (Şekil 6)13.

Sandviç yönteminin dezavantajından biri ayrıca bir raportör antikor kullanılması gereksinimidir.

İşaretleme gerektirmeyen yüzey plasma rezonans (SPR) gibi optik tabanlı geçici dalga cihazları,

rezonant aynalar, refloktametre, Love dalga akustik sensörleri gibi akustik dalga cihazları, kuartz

kristal mikrobalans ve iyon seçici alan etkili transistörler en çok kullanılan biyosensör türleridir. Bu

tür cihazlardaki en esaslı problem spesifik olmayan bağlanmalarında yanlış pozitif sonuç vermesidir2.

Texas Instruments tarafından geliştirilen SPR tipi Staphylococcus aureus enterotoksin B (SEB) algılayıcı

bir biyosensörde bu dezavantaj ikinci bir referans kanal kullanılarak giderilmeye çalışılmıştır. İki

kanalın biri SEB içerirken, diğeri ise referans olarak kullanıldığından bir şey içermez. Spesifik olmayan

sıvıdan gelen bağlanmalar ve buna bağlı değişmeler referans kanaldan gelen verilere göre kompanse

edilerek daha doğru sonuç alınmıştır. Bu sayede saatler süren bir ölçüm, 15 dakika içinde 2 ng/ml’lik

(70 pM) SEB’i tesbit ederek yapılabilmiştiştir. İkincil ve üçüncül antikor kullanılarak sinyal amplifiye

edildiğinde ise 100fM’lik SEB’in tesbit edilebildiği görülmüştür14.

Şekil 6. A-NeutrAvidin kaplı yüzeye biotinli tutuklayıcı antikorlar 6 hat (çizgi) halinde dizilir. B-Numuneler bu hatlara dik olarak muamele edilir. C-Floresanlı raportör antikorlarla işaretlerinirler. D-Lasere ışıma yapan floresanslı antikorlar CCD kamera ile dijital ortama aktarılır

13.

Biyosensör imalatında lipid tabakaları ve bu tabakaların içinde gangliosidlerede rastlanmaktadır.

Gangliosidler karbohidrat bir kafadan oluşan lipid türevlerdir. Karbohidrat kısımları vasıtasıyla spesifik

olarak herhangi bir analite bağlanabildiklerinden biyoreseptör olarak kullanılmaktadırlar. Bir çok

toksine bağlanabilirler. Pan ve Charych, GM1 tipi

gangliosid içeren polidiasetilen liposomunun kolera

toksinine bağlanabildiğini ve liposomda meydana gelen

konformasyonal değişim sonucu liposomun renginin

morumsu maviden turuncuya değiştiğini rapor

etmişlerdir15.

Lipid yüzeylere ferrosin bağlı bir diğer sensörde ise

elektronlar hopping yöntemiyle bir ferrosinden diğerine

taşınarak iletilir. Ne zaman ki, ferrosinlerin yanında

bulunan ligandlara kolera toksin bağlanır, işte o zaman

eletron transferi gerçekleşemez hale gelir (Şekil 7). Bu

yöntemin en büyük dezavantajı ise yanlış pozitif

sonuçların oluşma riskinin olması olasılığıdır16.

Bir diğer yüksek innovasyona sahip biyosensör Parpura ve

arkadaşları tarafından geliştirilmiştir. Botulinum toksininin

(BoNT) bir şekilde tesbitini konu alan yöntem oldukça

ilginçtir. BoNT bir çinko-endopeptidazdır. Çinko varlığında

peptidleri belli bir noktadan keser. Özellikle sinaptik

sinirlerin, sinaptobrevin-2 noktasından kesilerek

ayrılmasına sebep olur. Bu yöntemde mikrokantilevere

(sundurma) bir boncuk immobilize edilir. Boncuğu kantilevere bağlayan iki rekombinant proteindir.

Sinaptobrevin-2 bonçuğa bağlı iken sintaksin-1A kantilevere bağlıdır. Aynı zamanda normalde bu ikisi

birbirine bağlı iken, BoNT bu ikisini bağlantı yerinden keser. Kesilme kantileverde titreşimli

sallanmalara sebebiyet verir.

Kantilevere bağlı almaçlar bunu

hisseder ve dijitalleştirir (Şekil 8). Bu

salınım toksinin varlığının isbatıdır. 5

pg/ml toksini 15 dakikada tesbit etme

başarısına ulaşan cihaz, kinetik bir tahlil

yöntemi olarak diğerlerinden farklılık

gösterir17.

BSA Tesbitine Uygulanabilir Yeni

Biyosensör Teknolojileri

Yukarda verilen biyosensörlerden

hiçbiri bir asker veya sivil tarafından

taşınıp riskli bölgede KİT amaçlı tarama

yapacak durumda değildir. Bunda söz

konusu olan en büyük engelleri şöyle

sıralayabiliriz: 1) Havadaki örneğin

biyosensörün çalıştığı nemli bir ortama

nakli; 2) Tesbit etme alt seviyesinin

aşağı çekilmesi; 3) Daha hızlı ölçüm2.

Şekil 7. Mikroyapılı redoks biyosensörü. Normalde ligandlar boş iken redoks moleküler

hopping (atlama) ile ferrosenler üzerinden

elektro yol alır. Analit liganda bağlandığında ise bu yol kesintiye uğrar. Bu kesinti dijital sinyal

olarak aktarılır16

.

Şekil 8. Mikrokantilever tabanlı biyosensör: A-

Mikrokantilevere bir boncuk eklenmiştir. B-Kantilevere boncuk recombinant iki protein vasıtasıyla bağlanır. C- BoNT toksini bu

iki proteinden birini (recombinant Sinaptobrevin 2) keser.

Kesilme sonucu kantilever aşağı yukarı bir salınım gösterir. Salınımda kantilevere bağlı almaçlar tarafından algılanarak

dijitalize edilir17

.

1) Hava örnekleri: Biyosensörler nemli ortamlarda çalıştıkları için hava örneklerinin nemli bir ortama

aktarılması gerekmektedir. Ayrıca, hava örneklerinin kontrolünün zor olması ve potansiyel tehlike

addetmelerionların nemli ortama nakillerini zorunlu kılar. Bunun yanısıra belli hacimdeki havada çok

az analit olacağından nakil esnasında birim alandaki analit miktarını yoğunlaştırıcı metodlara ihtiyaç

vardır. Yoğunlaştırma için iki ana teknoloji (nemlendirilmiş siklon örnekleyici (ing:wetted cyclone

sampler) ve sanal darbe(ing:virtual impactor)) kullanılmaktadır. Bunlar giyilebilir biyosensörler için

uygun olmasa da kapalı alan çalışmaları için yeterlidir2. Lawrence

Livermore Ulusal Laboratuvarının (ABD) geliştirdiği bir sistemde bu iki

yoğunlaştırma teknolojisi BSA’ların antijen-antikor ve PZR tabanlı

yöntemlerle tesbit etmek için seri olarak bağlayıp APDS (Otomatik

Patojen Tesbit Sistemi (ing: Automated pathogen detection system))

geliştirmişlerdir (Şekil 9). Masaüstü kullanılabilecek kadar küçük olan

cihaz, özellikle metro ve alışveriş merkezleri gibi yaygın kullanım

alanlarında belli periyodlarda havayı filtre eder ve işleyip analize hazır

hale getirir. Cihazdaki sanal darbe, 1-10 µm’lik zerreleri toplamakta ve

ayrı bir modül olan nemlendirilmiş silikon örnekleyicide bu zerreleri

konsantre etmektedir. Bundan sonrası ise toplanan analitlerin

biyosensöre sunulması ve tanınmasından ibarettir18.

Hali hazırda bu iki tip örnekleyiciden başka yöntem olmadığı için

havada asıllı analitlere yönelik portatif biyosensörlerin geliştirilmesinde

sıkıntılar yaşanmaktadır. Örnekleme ünitesiz sensörlerin ortamda az

yoğunlukta bulunan BSA’yı tesbit etmeleri zordur. Dolayısıyla araştırmalar geniş yüzey alanlı

biyosensörlere yönelmiştir. Elektronik tekstil ürünleri ve diğer akıllı kumaşların bu tip sensörlerde

kullanılmasının uygun olabileceği görülmektedir. Elektronik kumaşlara bağlı biyoreseptörlerde oluşan

sinyallerin yine elektronik iplik dönüştürücüler vasıtasıyla dijitalize edilmesi gibi tasarımlar bilim

insanlerının zihninde canlanmaktadır. Tabi böyle bir sensörün hem kuru hava ortamında ve hem de

nemli ortamda çalışması gerekmektedir2.

2)Hassasiyeti artırma ve hızlı analiz etme: Cihaz hassasiyetini artırmanın üç yolu vardır. Bunlar, yüksek

bağlanma denge sabiteli biyoreseptör kullanmak, belirsiz bağlantıları azaltmak ve daha hassas

dönüştürücüler kullanmak olarak sıralanabilir.

Yüksek afiniteli yeni biyoreseptörler üzerine yapılan araştırmalar faj görüntüleme kütüphanesi orijinli

peptid, antikor ve aptamerler üzerine yoğunlaşmıştır. Özellikle aptamerler son yılların en populer

alanlarından biri aline gelmiştir. Aptamerler bir tür oligonükleotid (DNA) yapısındadır. Öncelikle farklı

diziye sahip milyarlarca oligonükleotid sentezlenir. Herbiri farklı üçboyutlu yapıda olduğu için her

birinin bir analite bağlanma sabitesi farklıdır. SELEX adı verilen metodla hedef analite en yüksek

afinite ile bağlanan oligonükleotid seçilir, sekansı öğrenilir ve yüksel oranda sentezlenip biyoreseptör

olarak kullanılır. Seçim aşaması zorda olsa sentez aşaması antikor teknolojisine göre daha kolaydır.

Benzer süreç peptid ve antikorlar içinde uygulanmaktadır. Fakat, bağlanma sabitesi olan Ka’nında bir

sınırı bulunmaktadır. Bilinen en iyi afinite avadinin biyotine göztermiş olduğu afinitedir. Dolayısıyla en

iyi Ka değerinin 1015 M-1’den düşük olamayacağı belirtilmektedir.

Hassasiyeti artırmada oynanması gerekli olan bir diğer parametre dönüştürücülerdir. Bu da kendi

arasında etiketli veya etiketsiz analit veya biyoreseptörden gelen sinyalleri dönüştürmek olarak ikiye

ayrılır. Etiketli biyosensörlerden ışıldar etiketli biyosensörler (kuantum noktalar,

elektrokemiluminesent moleküller, boya etiketli liposomlar, floresan supersöndürücüler (quenching)

son yılların ilgi alanıdır1,2.

Şekil 9. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarının (ABD) geliştirdiği APDS (Otomatik

Patojen Tesbit Sistemi (ing: Automated pathogen detection

system)) cihazı18

Şekil 10. Nano-kablo tabanlı bir biyosensör. Birbirine parallel bu iki

kablodan sadece 2 numarada analite (virus) özgün antikor

bulunmaktadır. 1 numara referans olup 2 numaralı telde oluşan bağlanma reaksiyonu sonucu iletkenlikte değişim meydana gelir.

Dönüştürücü bunu algılar referansın iletgenliği ile karşılaştırıp dijital uyarı haline dönüştürür

19.

Etiketsiz biyosensörlerden bir kısmı mikrokantilever sistemine odaklandırılmıştır. Mikrokantileverin

dönüştücüleri, kütle değişimden doğan resonansı, yüzey sitresindeki değişimlerden doğan kantilever

bükülmelerini, afinite reaksiyonlarına bağlı değişimleri hissederek dijitalize edebilir. Farklı etiketsiz

yöntemlerde kullanılmaktadır2. Lieber ve arkadaşları yeni geliştirdikleri bir sistem vasıtasıyla bir adet

virüsün bağlanmasını bile algılayan dönüştürücü imal etmeyi başardılar. Silikon nanokablo FET’lerin

kullanıldığı bu sistemde antikor bağlı iki adet kablodan ibarettir. Kablonun birindeki antikorlar analite

özgün iken diğer kablodakileri antikorların anatilite bağlanma özelliği olmadığından referans olarak

kullanılır. Analitin bağlanması kablo iletkenliğinde değişime sebebiyet verir ve referansın iletkenliğiyle

karşılaştırılıp pozitif sinyal olarak dijitalize edilir19.

Kaynaklar

1 Chambers J ve ark. Current Issues of Molecular Biology, 10 (2009); sayfa:1-10

2 Gooding JJ, Analytica Chimica Acta, 559 (2006); sayfa:137

3 Shah J ve Wilkins E, Electroanalysis; 15, 3 (2003); sayfa: 157-167

4 Gosden C ve Gardener D, BMJ; 331 (2005);sayfa: 395

5 K. Brown, Science; 305 (2004); sayfa:261

6 Higgins JA, Ibrahim FK ve ark., Annals of The NY of Sciences, 894 (1999); sayfa: 130

7 Hartley HA ve Baeumner AJ, Anal. Bioanal. Chem., 376, (2003); sayfa:319-27.

8 Versage JL, ve ark., J Clin Microbiol., 41,12, (2003); sayfa:5492-9.

9 A.J. Baumner ve ark., Anal. Bioanal. Chem., 380 (2004) sayfa:15

10 BioVeris Corporation, URL: http://www.bioveris.com

11 Response Biomedical Corp. URL: http://www.responsebio.com

12 QTL Biosystems, URL: http://www.qtbio.com

13 C.R. Taitt ve ark., Microbial Ecol., 47, (2004), sayfa:175.

14 A.N. Naimushin ve ark., Biosens. Bioelectro., 17 (2002), sayfa:573.

15 J.J. Pan ve D. Charych, Langmuir, 13 (1997), sayfa:1365.

16 Q. Cheng ve ark., Analyst, 129 (2004), sayfa:309.

17 V. Parpura ve ark., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 100 (2003) sayfa:13621.

18 Lawrence Livermore Natioal Laboratory, URL: http://www.llnl.com

19 F. Patolsky ve ark., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 101 (2004) sayfa:14017.