Biosensoren - Prinzipien
Gemäß einer IUPAC-Empfehlung ist ein Biosensor im Unterschied zu biotischen Sensoren oder Biotests als ein Meßsystem definiert, das aus einer Kombination selektiv erkennender Biomoleküle, dem Rezeptor (R), und einem physikochemischen Signalwandler oder Transducer besteht. Beide sind in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet. Als Rezeptor, der eine Substanz, den Analyten (A), spezifisch erkennt, können sowohl Einzelmoleküle als auch höher integrierte biologische Systeme dienen.
Biosensor
Beispielsweise werden als Rezeptorkomponente Enzyme, Multienzymsysteme, Antikörper, Aptamere, DNA- oder RNA-Abschnitte, Oligonukleotide, Mikroorganismen und Transportproteine oder Rezeptorsysteme von Zellmembranen verwendet.
Während des primären Indikationschrittes erfolgt in Abhängigkeit vom jeweiligen Rezeptor entweder eine spezifische biokatalytische (metabolische) Reaktion oder eine (affine) Komplexbildung zwischen der Rezeptorkomponente und dem Analyten.Bei dieser selektiven Wechselwirkung wird sekundär ein chemisches oder physikalisches Messsignal erzeugt, in dem eine änderung beispielsweise des Redoxzustandes der Rezeptorkomponente, Konzentrationsänderungen elektrochemisch oder optisch aktiver Ausgangsstoffe oder Produkte der Erkennungsreaktion, Enthalpieänderungen, Masseänderungen oder änderungen in den elektromagnetischen Strahlungseigenschaften der beteiligten Reaktanten der Erkennungsreaktion verursacht werden.

In Abhängigkeit von dem jeweils generierten physikalischen oder chemischen Messsignal werden elektrochemische, optische, enthalpimetrische, konduktometrische oder piezoelektrische Transducer verwendet, die das physikalische oder chemische Messsignal in ein elektrisch quantifizierbares Messsignal umformen und einer elektronischen Messsignalverarbeitung zuführen.

Die Bezeichnung von Biosensoren erfolgt nach Ihrer Rezeptorkomponente, der Art des verwendeten Transducers oder auch nach dem zu bestimmenden Analyten. Es werden jedoch gemäß der biochemischen Wechselwirkung zwischen der Rezeptorkomponente und dem Analyten in zwei grundlegende Typen von Biosensoren unterschieden: (i) die biokatalytischen (Metabolismus-) Sensoren und die Bioaffinitätssensoren.

In den vergangen zwei Jahrzehnten sind eine Vielzahl von Biosensorentwicklungen kommerzialisiert worden. Aufgrund des enormen Marktpotentials im Bereich der Diabeteskontrolle haben die (biokatalytischen) Enzymsensoren für die Selbstdiagnostik von Blutglucose eine herausragende Bedeutung erlangt. Sie bilden mittlerweile das am häufigsten verwendete Testsystem überhaupt.
Entwicklungsaktivitäten bei Bioaffinitätssensoren haben sich vergangenen Jahren vor allem auf Biochips zur DNS-Analyse konzentriert.

Die Miniaturisierung der Transducer durch neue Entwicklungsansätze in der Mikrosystemtechnik und ihre Integration in Mikrofluidiksysteme wird die Grundlage einer neuen Generation von POC-Sensoren ("lab-on-a-chip devices") darstellen, die dem Anwender zukünftig eine weitgehend schmerzarme Blutentnahme im Nanoliterbereich, eine integrierte Probeaufbereitung und die gleichzeitige Bestimmung mehrerer Parameter in einer Einschrittprozedur ermöglicht.