There are strong demands for accurate, fast, and inexpensive devices in the medical diagnostic laboratories, such as biosensors and chemical sensors. Biosensors can provide the reliable and accurate informations on the desired biochemical parameters, which is an essential prerequisite for a patient before going for a treatment. They can be used for continuous measurements of metabolites, blood cations, gases, etc. Of these, electrochemical biosensors play an important role in the improvement of public health, because rapid detection, high sensitivity, small size, and specificity are achievable for clinical diagnostics. In this paper, the clinical applications with electrochemical biosensors are reviewed. An attempt is also made to highlight some of the trends that govern the research and developments of the important biosensors that are associated to clinical diagnosis.
Although rational genetic engineering is nowadays the favored method for microbial strain improvement, building up mutant libraries based on directed evolution for improvement is still in many cases the better option. In this regard, the demand for precise and efficient screening methods for mutants with high performance has stimulated the development of biosensor-based high-throughput screening strategies. Genetically encoded biosensors provide powerful tools to couple the desired phenotype to a detectable signal, such as fluorescence and growth rate. Herein, we review recent advances in engineering several classes of biosensors and their applications in directed evolution. Furthermore, we compare and discuss the screening advantages and limitations of two-component biosensors, transcription-factor-based biosensors, and RNA-based biosensors. Engineering these biosensors has focused mainly on modifying the expression level or structure of the biosensor components to optimize the dynamic range, specificity, and detection range. Finally, the applications of biosensors in the evolution of proteins, metabolic pathways, and genome-scale metabolic networks are described. This review provides potential guidance in the design of biosensors and their applications in improving the bioproduction of microbial cell factories through directed evolution.
To date, the majority of biosensor technologies use binding components such as enzymes antibodies, nucleic acids and protein ligands. In contrast, the goal underlying the use of cells and tissues of animals and plants for a sensor system is to obtain systems capable of extracting information based on the biological activity, mechanisms of action and consequences of exposure to a chemical or biological agent of interest. These systems enable the interrogation of more complex biological response and offer the potential to gather higher information content from measuring physiologic and metabolic response. In these articles, same of the recent trends and applications of microbial biosensors in environmental monitoring and for use in food and fermentations have been reviewed. This endeavor presents many technological challenges to fabricate new microbial biosensors for other scientific field.
Biosensors exploit the specific binding between recognition molecule on the biosensor surface and target molecule in analyte and are used in the detection of specific biomolecules such as protein, DNA, cell, virus, etc., with a view towards developing analytical devices. Recently, application field of biosensors have been expanding from diagnosis to biodefense because they can basically serve as high performance devices. This review describes the basic information of biosensors including definition, classification, and operational principle. Moreover, we introduce micro/nano technology-based biosensors with better detection performance than traditional method and their application examples.
Intense research on biosensors has been performed in a number of different institution over the past 15 years, but relatively few commercial products have resultingly, the blood glucose sensor is a good example of a product which penetrated the market. However recently, the development of electrochemical and optical technologies has accelerated the turnover of the research as is illustrated by a rapid increase in the number of point-of-care diagnostic systems and analytical devices. Examples of such biosensors used in the fields of medical diagnostics, bioprocess control, and environmental monitoring are described, and summarized in an introduction to their characteristics, structures, and functions, given.
The shift in the medical paradigm from treatment to prevention and diagnosis has underscored the growing significance of biosensors. Notably, the recent COVID-19 pandemic has spurred the widespread adoption of biosensors for the detection of viral genes and antigens. Consequently, there has been a substantial increase in both the demand for biosensors and the industries associated with their production. Furthermore, biosensors find applications not only in healthcare but also in diverse fields such as environmental monitoring, food quality control, military defense, and industrial processes. In this brief review, we delve into the essential attributes of biosensors, namely sensitivity, selectivity, and stability. We provide an overview of the latest research trends aimed at improving these attributes. Additionally, we introduce recent research cases in which these attributes are being applied both in vivo and in vitro.
To date, many researchers have developed a variety of biosensors to detect the biomolecular interactions. Recently, electrochemical biosensors have been attracting great interest as one of key technologies in a ubiquitous healthcare (U-healthcare) system since they are highly sensitive and feasible to miniaturize. Here we overview the current electrochemical biosensors based on strip-type, nanowire/nanotube, field effect transistor (FET), and nanogap electrode.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.13
no.4
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pp.165-170
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2012
One-dimensional, nanomaterial field effect transistors (FET) are promising sensors for bio-molecule detection applications. In this paper, we review fabrication and characteristics of 1-D nanomaterial FET type biosensors. Materials such as single wall carbon nanotubes, Si nanowires, metal oxide nanowires and nanotubes, and conducting polymer nanowires have been widely investigated for biosensors, because of their high sensitivity to bio-substances, with some capable of detecting a single biomolecule. In particular, we focus on three important aspects of biosensors: alignment of nanomaterials for biosensors, surface modification of the nanostructures, and electrical detection mechanism of the 1-D nanomaterial sensors.
Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and polymerase chain reaction (PCR), widely used for the detection of plant viruses, are not easily performed, resulting in a demand for an innovative and more efficient diagnostic method. This paper summarizes the characteristics and research trends of biosensors focusing on the physicochemical properties of both interface elements and bioconjugates. In particular, the topological and photophysical properties of quantum dots (QDs) are discussed, along with QD-based biosensors and their practical applications. The QD-based Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) genosensor, most widely used in the biomolecule detection fields, and QD-based nanosensor for Rev-RRE interaction assay are presented as examples. In recent years, QD-based biosensors have emerged as a new class of sensor and are expected to open opportunities in plant virus detection, but as yet there have been very few practical applications (Table 3). In this article, the details of those cases and their significance for the future of plant virus detection will be discussed.
A mycotoxin is a toxic secondary metabolite produced by organisms of the fungus kingdom, commonly known as molds and has been widely contaminated in agricultural products such as grains and cereals. Many methods including high performance liquid chromatography (HPLC) and gas chromatography (GC) have already been proposed and reviewed for mycotoxins. These methods are either expensive or time-consuming due to the complication of sample preparation and pre-concentration before determination. In addition, both methods are unsuitable for the routine screening of large sample numbers. A biosensor is a fictive analytical device that combines a biological component with a physicochemical detector for the detection of an analyte. Biosensors represent a rapidly expanding field, at the present time, with an estimated 60% annual growth rate; the major impetus coming from the health-care industry but with some pressure from other areas, such as food safety and environmental monitoring. Antibodies and aptamers are bioreceptors which have been used in the development of biosensors. There are many kinds of antibodies and aptamers specific to mycotoxin, and antibody (or aptamer)-based biosensors have been successfully developed for the detection of mycotoxin. The biosensors permit the rapid, sensitive, simple, and on-site detection of a range of mycotoxins and can be an alternative method to traditional methods such as HPLC and GC. This presentation provides the development trends of biosensors to mycotoxins and their application to food and agricultural products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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