Jenis biosensor pertanian
Hari ini, kami membahas jenis biosensor pertanian dan aplikasinya dalam pertanian.
Apa itu biosensor? Biosensor adalah perangkat analitik yang mengubah reaksi biologis menjadi sinyal listrik. Biosensor dapat didefinisikan sebagai perangkat analitik yang berisi kombinasi elemen pendeteksi biologis seperti sistem sensor dan transduser. Aplikasi Biosensor ini sebagian besar termasuk memeriksa pengendalian pencemaran ekologis, di bidang pertanian dan juga industri pangan. Fitur utama dari biosensor adalah stabilitas, biaya, kepekaan, dan reproduktifitas. Tujuan dari biosensor adalah untuk membuat sinyal elektronik baik diskrit atau kontinu yang sebanding dengan analit tunggal atau kelompok analit terkait.
Dalam industri pertanian, kualitas suatu produk dievaluasi melalui analisis kimia dan mikrobiologi berkala yang mahal, lambat, membutuhkan operator terlatih dan dalam beberapa kasus, membutuhkan langkah-langkah ekstraksi atau pretreatment, menambah waktu analisis. Biosensor dapat memberikan cepat, metode non-destruktif dan terjangkau untuk pemantauan kualitas suatu produk. Biosensor mengurangi waktu dan biaya pengujian atau meningkatkan keamanan produk.
Biosensor telah diadaptasi untuk mendeteksi analit dalam sistem online. Biosensor memiliki potensi untuk membuat revolusi analitis untuk menyelesaikan masalah di industri pertanian dan makanan. Sekarang, mari kita masuk ke rincian jenis biosensor pertanian dan prinsip-prinsip mereka di sektor pertanian.
Lapangan Bunga Matahari. Kerja Biosensor
Bahan biologis yang disukai seperti enzim dipilih untuk metode konvensional seperti jebakan fisik atau membran dan ikatan nonkovalen atau kovalen. Bahan biologis yang dipilih bersentuhan dengan transduser. Untuk membuat analit terikat melalui ikatan analit ke bahan biologis ini menghasilkan respons listrik yang akan diukur. Dalam beberapa kasus, analit berubah menjadi produk dan memiliki beberapa kemungkinan untuk terhubung dengan pelepasan panas, gas seperti oksigen, elektron atau ion hidrogen.
Karakteristik dasar:
- Linearitas harus tinggi untuk mendeteksi konsentrasi substrat yang tinggi.
- Sensitivitas pentingnya respon elektroda per konsentrasi substrat.
- Selektivitas gangguan kimia harus diminimalkan untuk mendapatkan Hasil yang benar.
- Waktu respons diperlukan untuk mendapatkan 95% respons.
Jenis biosensor pertanian untuk pemantauan lingkungan
Peraturan yang lebih ketat dan kesadaran publik yang lebih besar tentang masalah lingkungan membawa persyaratan untuk memantau jangkauan analit yang semakin luas di udara, tanah, dan air dengan akurasi yang lebih besar. Kekhawatiran publik yang meningkat atas keselamatan lingkungan juga mendorong kebutuhan untuk memantau patogen di lapangan dan aliran. Dengan tekanan yang lebih besar untuk mendaur ulang air, meminimalkan penggunaan agen antibakteri dan untuk menjaga kualitas pembuangan, produsen di berbagai industri sedang mencari teknologi untuk secara cepat mengidentifikasi masalah kontaminasi pada sumbernya. Sementara itu, operator mencari untuk memiliki biaya rezim pemantauan yang semakin kompleks. Biosensor yang mampu mendeteksi suatu organisme dengan cepat akan menjadi sangat penting dalam pemantauan lingkungan terhadap patogen.
Daya tahan, sensitivitas dan biaya rendah transduser sinyal dan meningkatnya ketersediaan enzim, antibodi dan mikroorganisme rekayasa genetika yang terkait dengan polutan lingkungan telah berkontribusi pada minat baru-baru ini dalam menerapkan biosensor untuk pemantauan lingkungan.
Prinsip Biosensor
Imobilisasi bahan biologis
Komponen biologis yang sesuai diimobilisasi pada permukaan transduser. Enzim umumnya diimobilisasi oleh glutaraldehid ke kertas tisu lensa seperti lembaran berpori atau kain jaring nilon dan membran enzim yang dihasilkan ditempelkan pada transduser.
Perawatan permukaan ke transduser
Permukaan transduser dapat diperlakukan dengan 3-aminopropil triethoxysilane. Komponen biologis sekarang dapat secara kovalen terhubung ke silan yang terhubung silang ini melalui gugus amino reaktif yang tetap bebas. Proses ini menghasilkan hasil yang tidak dapat direproduksi dan seringkali menyebabkan pengurangan besar dalam aktivitas komponen biologis.
Interaksi analit dengan bahan biologis
Komponen biologis berinteraksi terutama dengan analit, yang menghasilkan perubahan fisik dekat dengan permukaan transduser. Perubahan fisika ini dapat berupa kalor yang dilepaskan atau diserap oleh reaksi, produksi potensial listrik karena perubahan distribusi elektron, perpindahan elektron akibat reaksi redoks, cahaya yang dihasilkan atau diserap oleh reaksi, memodifikasi massa komponen biologis sebagai akibat dari reaksi.
Konversi sinyal biologis
Transduser mendeteksi sinyal dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.
Amplifikasi sinyal
Sinyal ini tentu kecil dan diperkuat oleh amplifier sebelum dimasukkan ke dalam mikroprosesor. Sinyal tersebut kemudian diproses dan diinterpretasikan dan ditampilkan ke dalam unit yang sesuai.
Jenis biosensor pertanian
Ada banyak jenis Biosensor berdasarkan perangkat sensor dan bahan biologis dan beberapa di antaranya dibahas di bawah ini.
Membaca: Pembangunan Pedesaan Pertanian di India .
Biosensor Elektrokimia
Ini adalah perangkat yang sangat sederhana. Ini mengukur pengukuran arus elektronik, ionik atau dengan perubahan konduktansi diakui oleh bio-elektroda. Substrat sensor umumnya berisi tiga elektroda; elektroda referensi, elektroda aktif, dan elektroda wastafel. Elektroda bantu (juga dikenal sebagai elektroda lawan) dapat hadir sebagai sumber ion. Analit target terlibat dalam reaksi yang terjadi pada permukaan elektroda aktif, dan ion yang dihasilkan untuk membuat potensial yang dikurangi dari elektroda referensi untuk memberikan sinyal.
Biosensor sel utuh
Dalam jenis biosensor ini digunakan seluruh sel atau organel sebagai komponen biologis. Sel-selnya sangat murah, memiliki masa aktif yang lebih lama, dan kurang sensitif terhadap penghambatan, pH, dan variasi suhu daripada enzim.
Biosensor amperometrik
Penggunaan biosensor amperometrik dalam transduksi sinyal telah diverifikasi menjadi yang paling banyak dilaporkan menggunakan pendekatan elektrokimia. Baik sensor "satu tembakan" (sekali pakai) dan perangkat on-line (multi-pengukuran) dapat diperoleh secara komersial, memantau berbagai analit target. Berbeda dengan perangkat potensiometri, prinsip operasi biosensor amperometrik ditentukan oleh potensial konstan yang berguna antara elektroda kerja dan elektroda referensi. Potensial fungsional menghasilkan reaksi redoks, menyebabkan arus bersih mengalir. Besarnya arus ini sebanding dengan konsentrasi spesies elektroaktif yang ada dalam larutan uji &reaksi katodik (pereduksi) dan anodik (pengoksidasi) dapat dipantau secara amperometrik. Sebagian besar biosensor amperometrik dijelaskan menggunakan enzim sebagai elemen biorecognition. Biasanya, oksidase dan enzim dehidrogenase telah menjadi katalis yang paling sering digunakan untuk format biosensor ini.
Biosensor potensiometri
Bentuk biosensor ini memberikan balasan logaritmik melalui rentang energi yang tinggi. Biosensor ini sering dilengkapi dengan monitor yang membuat prototipe elektroda yang diletakkan di atas substrat sintetis, ditutupi oleh polimer berkinerja dengan beberapa enzim terhubung. Biosensor terdiri dari dua elektroda yang sangat responsif dan kuat.
Semua jenis biosensor biasanya menempati persiapan sampel paling sedikit karena komponen pendeteksi biologis sangat pemilih digunakan untuk analit bermasalah. Dengan adanya perubahan fisika dan elektrokimia sinyal akan dibangkitkan pada lapisan polimer penghantar yang sesuai untuk modifikasi yang terjadi di luar biosensor.
Biosensor optik
Ini mendeteksi berapa banyak cahaya yang dihasilkan atau diserap melalui reaksi biokimia. Sebuah biosensor yang paling mampu adalah biosensor luminescence untuk mendeteksi bakteri dalam makanan dan sampel klinis. Bakteri juga digunakan sebagai biosensor yang berfluoresensi dengan adanya polutan tertentu yang mereka sukai dan mendeteksi area tumpahan minyak.
Membaca: Teknik Pertanian Perkotaan .
Biosensor dalam Pertanian
Pertanian mencakup produksi tanaman dan pemeliharaan ternak yang menghasilkan berbagai produk yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Unsur-unsur ini selalu dibuang untuk merusak dalam bentuk hama dan penyakit yang menyebabkan hilangnya keuntungan. Karenanya, salah satu cara untuk meningkatkan keuntungan adalah dengan mengurangi kerugian tanaman dan ternak karena ancaman alam seperti itu. Dengan kemajuan bioterorisme, kebutuhan akan biosekuriti menjadi perlu. Juga, kebutuhan akan biosekuriti diperlukan ketika produk pertanian atau benda hidup apa pun akan diangkut melintasi perbatasan internasional. Biosensor dapat memainkan peran utama dalam bidang ini karena menyediakan deteksi yang cepat dan spesifik dibandingkan dengan teknik yang lebih lama.
Konsentrasi herbisida, pestisida dan logam berat di lahan pertanian semakin meningkat dan hal ini menjadi perhatian. Biosensor dapat digunakan untuk menghitung kadar pestisida, herbisida, dan logam berat dalam tanah dan air tanah. Biosensor dapat digunakan untuk meramalkan kemungkinan terjadinya penyakit tanah, yang belum layak dengan teknologi yang ada. Diagnosis biologis tanah menggunakan biosensor berarti membuka pendekatan untuk pencegahan dan dekontaminasi penyakit tanah yang andal pada tahap awal.
Prinsip dasar diagnosis tanah dengan biosensor adalah untuk memperkirakan aktivitas relatif "mikroba baik" dan "mikroba jahat" di tanah pada sumber pengukuran kuantitatif konsumsi oksigen diferensial dalam respirasi dua jenis mikroorganisme tanah. Pengukuran berlangsung selama dua sensor diresapi dengan "mikroba baik" dan "mikroba jahat", masing-masing, direndam dalam suspensi sampel tanah dalam larutan buffer.
Dengan membandingkan dua data, dimungkinkan untuk menentukan secara kuantitatif mikroba mana yang menyukai tanah. Hal ini layak, karena itu, untuk memprediksi apakah penyakit tanah siap untuk pecah di tanah yang diuji sebelumnya. Perlu ditekankan bahwa biosensor menawarkan sistem inovatif untuk mendiagnosis kondisi tanah tidak berdasarkan pengalaman tetapi berdasarkan data numerik. Biosensor nitrat telah dikembangkan untuk mendeteksi jumlah nitrat yang ada di dalam tanah.
Biosensor enzim berdasarkan penghambatan kolinesterase telah digunakan untuk mengidentifikasi jejak organofosfat dan karbamat dari pestisida. Sensor mikroba selektif dan sensitif untuk jumlah amonia dan metana telah dipelajari. Namun, biosensor yang dapat diperoleh secara komersial untuk pengelolaan kualitas air limbah adalah penganalisis kebutuhan oksigen biologis (BOD) berdasarkan mikro-organisme seperti bakteri Rhodococcus erythropolis yang diimobilisasi dalam kolagen atau poliakrilamida.
Aplikasi biosensor
- Biosensor memiliki jangkauan aplikasi yang sangat luas yang bertujuan untuk mengembangkan kualitas hidup.
- Kisaran ini mencakup penggunaannya untuk pemantauan lingkungan, pengenalan penyakit, keamanan makanan, pertahanan, penemuan obat dan banyak lagi.
- Biosensor dapat digunakan sebagai platform untuk memantau ketertelusuran makanan, kualitas, keamanan, dan nilai gizi.
- Aplikasi ini termasuk dalam kelompok alat analisis 'tembakan tunggal', yaitu di mana platform penginderaan hemat biaya dan sekali pakai diperlukan untuk aplikasi.
- Aplikasi seperti pemantauan polusi membutuhkan biosensor untuk berfungsi dari beberapa jam hingga beberapa hari.
Itu saja tentang jenis biosensor pertanian yang digunakan di sektor pertanian.
Membaca: Teknik Menanam Brokoli di Kebun Rumah .
