Sähkökemialliset biosensorit ovat laitteita, jotka havaitsevat biologisia molekyylejä muuntamalla kemiallisia tietoja sähkösignaaliksi. Keskeinen osa niiden toimintaa on ymmärtää ja laskea sähkökemiallisia mahdollisuuksia, jotka vaikuttavat anturien tarkkuuteen ja herkkyyttä.

Sähkökemiallisen potentiaalin perusteet

Sähkökemiallinen potentiaali on energia, jota tarvitaan ionin tai elektronin siirtämiseen sähkökemiallisessa kennossa. Se yhdistää kemiallisen potentiaalin ja sähköpotentiaalin, mikä heijastaa sähkökemiallisten reaktioiden liikkeellepanevaa voimaa.

Biosensorien sähkökemiallisen potentiaalin mittaaminen

Biosensoreissa potentiaali mitataan tyypillisesti kohdemolekyylien aiheuttamia muutoksia havaitsevilla elektrodeilla. Vertailuelektrodi tarjoaa vakaan potentiaalin, kun taas toimiva elektrodi vastaa analyytin yhteisvaikutuksiin.

Sähkökemiallisten ominaisuuksien laskeminen

Nernstin yhtälöä käytetään yleisesti sähkökemiallisen potentiaalin laskemiseen:

]E = E[0 - (RT/nF) * ln([Red]/[Ox])[]

jossa

  • E on elektrodipotentiaali
  • E[0[ on standardielektrodipotentiaali
  • R on kaasuvakio
  • T on Kelvinin lämpötila
  • n on siirrettyjen elektronien lukumäärä
  • F on Faraday vakio
  • [punainen] ja [Ox] ovat pitoisuuksia alennettuja ja hapetettuja muotoja

Syöttämällä tunnetut arvot voidaan laskea mahdollinen ero, joka auttaa anturien kalibroinnissa ja analysoinnissa.