توسعه تجارت جهانی مواد غذايي به چندين بيليون دلار از نتايج صنعتی شدن می باشد . صنايع غذايي مواد غذايي سالم و بی خطر را برای مصرف کنندگان فراهم نموده است . صنايع غذايي در حال حاضر شامل فرآيندهايي همچون فرآوری ،حمل و نقل و نگهداری شده که اغلب اين فرآيندها قبل از رسيدن ماده غذايي به دست مصرف کننده بر روی مواد غذايي که فساد پذيری بالايي دارند صورت گرفته است . (۱۲)

از آنجا که مصرف کنندگان نيز اهميت قابل توجهی برای کيفيت محصولات غذايي که می خرند ، قائل هستند لذا اين مسئله دست اندرکاران صنايع غذايي را وادار کرده تا بر کنترل محصولات غذايي تأکيد بيشتری داشته باشند . (۱۱ )

بنابراين تجزيه مواد غذايي برای اطمينان يافتن از سلامت و بی خطر ماندن مواد غذايي تا زمان رسيدن به دست مصرف کننده و همچنين افزايش زمان نگهداری مواد فساد پذير و بهبود کيفيت آنها ضروری است . (۱۲ )

در صنايع کشاورزی و غذايي کيفيت محصول در حال حاضر توسط تجزيه های شيميايي و آزمون های ميکروبی بصورت دوره ای و مستقيم سنجيده شده که اين روش ها غالباً هزينه بر بوده ، با توجه به اينکه در اکثر موارد نياز به مرحله آماده سازی يا استخراج نمونه داريم ، آزمون زمان بر بوده و از طرفی نيز برای انجام اين آزمونها به تکنيسينهای ماهر نياز داريم . (۱۱)

لذا يافتن روشی مناسب ، سريع و مؤثر که توسط آن بتوان تجزيه های شيميايي مواد غذايي را انجام داده و حضور ترکيبات آلرژيک و پاتوژن را آشکار ساخت يکی از بزرگترين چالشهايي است که در صنايع فرآوری مواد غذايي با آن روبرو هستيم . (۱۱)

 

اختراعات اخير در زمينه الکترونيک و تکنولوژی کامپيوتر افقهای جديدی را برای رسيدن به بالاترين حدّ دقت در کنترل مواد اوليه ، محصولات ، فرآيندها ، عملکرد ماشينها در صنايع غذايي و برطرف کردن چالش فوق باز کرده است . (۱۱)
از جمله اين اختراعات بيوسنسورها هستند ، که حاصل تحقيقات پيشرفته بين چند رشته مختلف همچون شيمی تجزيه ، بيولوژی و ميکروالکترونيک می باشد .
بيوسنسورها زمان و هزينه آزمايشات را کاهش داده و از طرفی اطمينان از سلامت محصول را افزايش داده اند . بيوسنسورها همچنين برای شناسايي يا اندازه گيری آناليت ها در سيستمهای مداوم نيز کارايي يافته اند . اينها در واقع ايجاد کننده روشی سريع ، غير مخرب و داده دهنده برای کنترل کيفی يک محصول می باشند . با توجه به اين مسائل بيوسنسورها قابليت خلق يک انقلاب تجزيه ای را برای حل مشکلات تجزيه ای موجود در صنايع غذايي دارند . (۱۱)
و به همين جهت است که در حال حاضر تخمين زده می شود ، بيوسنسورها رشد و توسعه سالانه ای حدود ۶۰% داشته باشند . (۳)
در هر حال امروزه بيوسنسورها کاربرد بسيار گسترده ای در صنايع مختلف پيدا کرده اند ، که از جمله آنها می توان به موارد زير اشاره کرد :
اندازه گيری و تشخيص ويتامين B1 ، اکسيدهای نيتروژن ، متان ، دی اکسيد کربن ، موتاژنها ، BOD اسيدهای آمينه ، سموم ميکروبی ، تعيين اسيدهای چرب کره و … (۲)

a : بيوسنسور چيست ؟
بيوسنسورها سيستمهای شناسايي بيولوژيکی هستند که از ترکيب عناصر حساس بيولوژيکی با ترانسديوسرهای ( مبدلهای ) مناسب تشکيل شده اند و قادرند غلظت مواد مورد تجزيه با فعاليتهای بيولوژيکی را به سيگنالهای الکترونی و ديجيتالی تبديل کنند . (۲) (شکل ۱ )

شکل (۱) طرحی شماتيک از اجزای اصلی بيوسنسور . a . بيوکاتاليست ، که سوبسترا را به محصول تبديل می کند . b . مبدل (Transducer ) ، که عمل تبديل واکنش های شناسايي شده را به سيگنالهای الکتريکی برعهده دارد . c . تقويت کننده (amplifier ) که سيگنال خروجی از مبدل را تقويت می کند . d . فرآيند کننده سيگنال (processor ) e . نمايشگر (displayer ) .

در واقع بيوسنسور به عنوان ابزار تجزيه گر فشرده ای تعريف می شود که در آن يک ماده بيولوژيکی حساس يا مشتق شده بصورت بيولوژيکی (Bioreceptor ) با اتصالی فيزيکی شيميايي در تماس نزديک با مبدل (Transducer ) قرار گرفته است . (۱۱)
اساس کار در اين وسيله با ايجاد اتصالی مخصوص بين آناليت مورد نظر با عنصر شناساگر بيولوژيکی مکمل (بيوکاتاليست ) آن که بر روی يک تکيه گاه مناسب واسطه تثبيت شده همراه می باشد . نتيجه اين عمل متقابل ويژه تغيير در يک يا بيشتر از خصوصيات فيزيکی شيميايي محيط خواهد بود . (مثل تغيير pH ، انتقال الکترون ، تغيير جرم ، انتقال حرارت ، جذب يا آزادسازی گازها يا يونهای مخصوص ) که بوسيله مبدل شناسايي شده و به سيگنالی الکتريکی تبديل شده و در نهايت به صورت عددی کمی نشان داده می شود . (۱۱)

۱٫a ) بيوکاتاليست :
مواد بيولوژيکی مورد استفاده در تکنولوژی بيوسنسورها ، آنزيم ، آنتی بادی ها و اسيدهای نوکلئيک ، ميکروارگانيسم ها ، بافت ها و سلولها می توانند باشند . (۱۱)
اين مواد بيولوژيکی موجب می شوند که بيوسنسور بصورت انتخابی يا اختصاصی عمل کند . اين قسمت از بيوسنسور در شناسايي و اندازه گيری سريع مولکولها يا واکنشهای شيميايي ويژه نيز دخالت دارد . اين واکنشگرهای بيولوژيکی را به روش های مختلف می توان روی يک حامل جامد تثبيت کرد .

جذب فيزيکی جزء زيستی بر اساس نيروهای جاذب و اندر والس قديميترين و ساده ترين روش تثبيت است . يکی از معايب عمده اين روش اين است که نيروهای اتصالی جزء زيستی و حامل براحتی کنترل نمی شود . برای بهبود عملکرد بيوسنسور لازم است که واکنشگر بيولوژيکی را با اتصال کووالانسی به حامل جامد متصل کرد . (۲)
۲٫a ) مبدل (Transducer )

قسمت کليدی يک بيوسنسور مبدل يا ترانسديوسر آن می باشد . (۳) که تغييرات فيزيکی و شيميايي حين واکنش را قابل استفاده و اندازه گيری می نمايد . (۱۱)
يا به عبارتی ترانسديوسرها سيگنال بيولوژيکی توليد شده را به سيگنال قابل اندازه گيری و پردازش الکتريکی تبديل می کند . اين سيگنالها تقويت شده و بصورت مورد نظر نشان داده می شوند . (۲)
ترانسديوسرها می توانند الکترود ، ترانزيستور ، ترميستور ، فيبرنوری يا کريستال فشار الکتريکی باشند . (۱۱)

اين ترانسديوسرها بايد ويژگی های زير را داشته باشند :
۱- نسبت به آناليت کاملاً اختصاصی عمل کنند
۲- واکنش در آنها در غلظت مناسبی صورت گيرد
۳- زمان پاسخ آنها کوتاه باشد ، بين ۱ تا ۶۰ ثانيه
۴- بتوان تا حد امکان اندازه آنها را کوچک کرد . (۲)
بيوسنسورها را بر اساس ترانسديوسرهای آنها به چهار دسته عمده تقسيم بندی می کنند : بيوسنسورهای الکتروشيميايي ، نوری ، حرارتی ، و جرمی . (۲)
در ميان بيوسنسورهای مختلف ، بيوسنسورهای الکترو شيميايي خصوصاً بيوسنسورهای آمپرومتريک اخيراً موقعيت برجسته تری پيدا کرده اند . (۴) و بهمين دليل نيز اکثر کوشش های اخير در ارتباط با بيوسنسورهای الکتروشيميايي پتانسيومتريک و آمپرومتريک می باشد . (۳)
بيوسنسور خوب بايستی حداقل بعضی از خصوصيات زير را دارا باشد :
۱- بيوکاتاليست آن با توجه به هدف تجزيه بايستی کاملاً اختصاصی عمل کند و بيوکاتاليست آن بايستی تحت شرايط عادی پايدار باشد .

۲- واکنش بيوکاتاليست با آناليت بايستی وابسته به پارامترهای فيزيکی مثل تغيير pH ، درجه حرارت و . . . باشد تا قابل کنترل و هدايت و استفاده توسط ترانسديوسرها بوده . همچنين بايستی اجازه آناليز نمونه را با کمترين فرآيند آماده سازی بدهند .
۳- نتيجه بدست آمده توسط بيوسنسورها بايستی دقيق و قابل تکرار باشد و پاسخی باشد که بدون رقيق يا غليظ کردن نمونه بدست آمده باشد . همچنين پاسخ بايستی عاری از اختشاشات الکتريکی باشد .

۴- بيوسنسور کامل بايستی ارزان ، کوچک ، قابل حمل و استفاده توسط کاربران نيمه ماهر نيز باشد .
۵- اگر از بيوسنسور برای کنترل عوامل ميکروبی مهاجم در کارهای بالينی استفاده شده ، ميله آن بايستی نازک و زيست سازکار باشد و اگر از آن در صنايع تخمير استفاده می شود بايستی قابل استريل باشند . (۳)
در روند توسعه بيوسنسورها با سه نسل از آنها تا به حال مواجه بوديم :
۱- بيوسنسورهای نسل اول :
در اين بيوسنسورها محصول حاصل از واکنش بيوکاتاليست با آناليت به مبدل يا ترانسديوسر منتشر شده و باعث ايجاد سيگنالهای الکتريکی می شوند .

۲- بيوسنسورهای نسل دوم :
بيوسنسورهايي بودند که در آنها واسطه ای بخصوص بين بيوکاتاليست و مبدل قرار داده شده بود که محصول حاصل از واکنش بيوکاتاليست با آناليت را گرفته و به ترانسديوسر منتقل کرده ، که اينها نتايج واکنش را نيز تشديد می نمايند .

۳- بيوسنسورهای نسل سوم :
بيوسنسورهايي هستند که در آنها خود واکنش بطور مستقيم باعث ايجاد پاسخ شده و در آنها واسطه ها و سيستم انتشار را نداريم . (۳)
در انتها نيز بايد متذکر شد فناوری جديد نانو نکنولوژی نقش بسيار مهمی در توسعه و پيشرفت بيوسنسورها بازی کرده و در آينده نيز خواهد نمود . بطوريکه با استفاده از نامنومتريالها ، حساسيت و عملکرد بيوسنسورها بطور قابل توجهی افزايش يافته (۹) و باعث می شود اين وسيله تا پنج برابر قويتر ، تا ده برابر مؤثرتر و ميليونها برابر بهتر عمل کرده . (۱)

نانوتکنولوژی باعث می شود که در زمينه های تجزيه بيولوژيکی و شيميايي توسط اين وسيله تغييراتی اساسی صورت گرفته و اين وسيله را از حالت وسيله ای تک منظوره خارج کرده و آن را به ابزاری تبديل کند که تجزيه های سريع چندين جزئی را بتوان در طبيعت انجام داد . (۹)
b ) بيوسنسورهای الکترو شيميايي :
بيوسنسورهای الکترو شيميايي خود دارای چهار نوع مختلف توان سنجی (Potentiometric ) آمپرسنجی (Amperometric ) ، هدايت سنجی (Conductiometric ) و امپدانس سنجی (Impedimetric ) می باشند . (۲) که ما در اينجا دو نوع اول را که کاربرد وسيعتری يافته اند را معرفی می نمائيم .
۱٫b ) بيوسنسورهای توان سنجی (Potentiometric biosensors )
اين دسته از بيوسنسورها در يک موقعيت خنثی کار می کنند که هيچ جريانی وجود ندارد و اساس کار آنها تجمع دانستية بار در سطح الکترود است که توسط محصولات فرآيند بيوکاتاليکی بوجود می آيد . در اين بيوسنسورها پتانسيل بين دو الکترود وقتی که هيچ جريانی بين آنها وجود ندارد ، اندازه گيری می شود .(۲)

مهمترين بيوسنسور پتاسيومتريک بر پاية الکترود يون انتخابی (Ion selective electrode ) می باشد . و نمونه ای ساده از اين بيوسنسورها ، بيوسنسوری است که در آن غشائی آنزيمی را بر روی الکترود pH متر تثبيت نموده اند . (شکل ۳)
واکنشی که در مجاور غشاء شيشه ای حساس pH متر اتفاق می افتد باعث تغيير pH شده که می تواند بطور مستقيم از نمايشگر pH متر خوانده شود . (۴)

شکل (۲) : نمونه ای از بيوسنسور پتانسيومتريک : a : غشاء نيمه تراوا که اطراف بيوکاتاليست را پوشانده ، b : بيوکاتاليست ، c : غشاء شيشه ای فعال ، d : الکترود pH متر e : پتانسيل الکتريکی که معمولاً بين الکترود داخلی Ag/Agcl (f ) غرق شده در Hcl رقيق (g ) و الکترود خارجی استاندارد (h ) برقرار شده . (۴ (

سه نوع از انواع الکترودهای يون انتخابی (Ise ) که در بيوسنسورهای پتانسيومتريک استفاده می شوند .
۱- الکترودهای شيشه ای مخصوص کاتيون ها ( مثل الکترود pH متر معمولی )
در اين الکترودها عنصر حس کننده يک غشاء شيشه ای هيدراته خيلی نازک می باشد . اين غشاء پتانسيل الکتريکی را که حاصل رقابت کاتيونهای مختلف با توجه به غلظتشان برای اتصال به نقاط مخصوص اين غشاء می باشد را آشکار می نمايد . انتخاب پذيری اين غشاء توسط ترکيبات شيشه سازنده آن تعيين می گردد . ميزان حساسيت اين اکترودها نيز به کاتيون بسيار بزرگتر از ۹ NH می باشد . (۴)

۲- الکترودهای pH شيشه ای :
در اين الکترودها سطح الکترود توسط يک غشاء نفوذ پذير انتخابی به گاز (H2S , NH3 , CO2 ) پوشيده شده . انتشار گاز از درون اين غشاء باعث تغييری در pH محلول حس کننده بين غشاء و الکترود شده که اين مسئله باعث تعيين مقدار آن گاز و در نهايت مقدار آناليت خواهد شد .
۳- الکترودهای حالت جامد ( Solid – State electrodes )
در اين الکترودها غشاء شيشه ای توسط يک غشاء هادی يونهای بخصوص که از مخلوط سولفيد نقره و هاليدنقره ساخته شده جايگزين شده است . از اين الکترودها برای تعيين آنيونهايي مثل در واکنش پراکسيداز و آنيون سيانيدين (آميگدالين موجود در بادام تلخ ) می توان استفاده نمود . (۴) (ليست زير را مشاهده کنيد . )

ليست ۱ واکنشهايي شامل جذب و آزادسازی يونهای مختلف که توسط بيوسنسورهای پتانسيومتريک قادر به اتوليز می باشد . (۴)
الف : کاتيون
D-glucose + O2 glucose oxidase D-glucono -1,5 – lactate + H2O2 H2O D-gluconate + H+
Penicillin Penicillinase Penicilloic acid + H+

H2NCO NH2 + H2O + 2H+ urease ( PH = 6 ) a 2NH4+ + CO2
H2NCoNH2 + 2H2O urease (PH=6/5 ) b 2NH3 + HCO3 – + H+
Neutral lipids + H2O lipase glycerol + fatty acids + H+
b . کاتيون NH4+

L – aminoacid + O2 + H2O L – amio acid oxidase Keto acid + NHa+ + H2O2
L – asparagines + H2O Asparaginase L – aspartate + NH4+
H2NCONH2 + 2H2O + H+ urease ( PH = 7/5) 2NH4+ + HCO3-
C ) آنيون
H2O2 + 2H+ + 2I- peroxidase I2 + 2H2O
d ) آنيون CN-

Amygdalin + 2H2O B – glucosidase 2glucose + benzal dehyde + H+ + CN-
a : همچنين در بيوسنسورهای پتاسينومتريک NH4+ و CO2 (گاز) استفاده شده .
b : همچنين در بيوسنسورهای پتانسيومتريک NH3 ( گاز ) نيز استفاده شده .

همانطور که ذکر شد ، الکترودهای فوق غشاء مخصوصی دارند که به طور انتخابی تنها اجازه عبور به يونهای مشخصی را می دهند . در اثر مهاجرت انتخابی يونها از محل با غلظت بالاتر به محل با غلظت پايين تر بار الکتريکی اطراف غشاء به طور نامتعادلی توزيع می شود . در نتيجه با ايجاد اختلاف پتانسيلی در جهت خلاف حرکت يونها ، دستگاه به تعادل می رسد ، اختلاف پتانسيل ايجاد شده در اطراف غشاء مشابه پيلهای الکترودی و به صورت زير محاسبه می شود :

E = پتانسيل اندازه گيری شده يا مشاهده شده است ( برحسب ولت )
E0 = پتانسيل استاندارد است ( که بر حسب الکترود استاندارد بکار رفته فرق می کند .)
R = ثابت گاز

T = درجه حرارت مطلق ( برحسب کلوين )
X = پتانسيل مخصوص مادة مورد اندازه گيری ( شاريونی ماده مورد اندازه گيری )
F = ثابت فارادی
A = فعاليت ترموديناميکی عنصر مورد آزمايش ( يا بطور واضح A معلوم کننده فعاليت يونی نمونه است ، اما در غلظتهای معمولی که در بيوسنسورها با آن روبرو می شويم که علی الخصوص متناسب با غلظت نمونه نيز می باشد) . (۴)
همانطور که در فرمول بالا مشاهده می شود بين پتانسيل و غلظت يون رابطه لگاريتمی وجود دارد که اين مسئله باعث می شود تا بتوان از اين بيوسنسور برای تعداد زيادی از تجزيه ها استفاده کرد ولی از طرفی نيز در صورت اشتباهی کوچک در اندازه گيری پتانسيل اين خطا منجر می شود که در گزارش غلظت ماده مورد بررسی خطای بسياری بوجود آيد .
بنابراين سنسورهای توان سنجی به يک الکترود استاندارد پايدار و فيلترهايي برای حذف نويزهای (اختشاشات ) الکترونيکی نياز دارند . (۲)
پيشرفته ترين نوع اين بيوسنسورها ، بيوسنسوری است که از اتصال الکترود يون انتخابی (Ise ) به يک ميدان اثر ترانزيستور (Field effect Transistor ) ساخته شده و تا حدودی توانسته اند مشکلات انواع قبلی را در اين بيوسنسورها برطرف نمايند . (۴)

محدوده معمول شناسايي اين بيوسنسورها تا مولار است . اگر چه تعداد معدودی از اينها حساسيتی تا ۱۰ برابر اين نيز دارند . زمان جوابگيری از اين بيوسنسورها نيز بين ۱ تا ۵ دقيقه است که اين مسئله به ما اجازه تا بيش از ۳۰ آناليز در هر ساعت را می دهد . (۵)
در انتها نيز در مورد اين بيوسنسورها بايستی اذعان داشت با توجه به هزينه بالای آنها و اينکه نتايج حاصله از اين بيوسنسورها هنوز مورد ترديد است و اينها خيلی نيز ، اختصاصی عمل نمی کنند ، در حال حاضر برای تجزيه مواد غذايي آنچنان مناسب نبوده مگر اينکه در آينده و با استفاده از نانوتکنولوژی قابليتهای آن ارتقاء يابد . (۱۲)

۲٫b ) بيوسنسورهای آمپرسنجی (Amperometric BiosenSors )
بيوسنسورهای آمپرسنجی به دليل ويژگيهای مطلوبی که دارند اخيراً موقعيت برجسته تری پيدا کرده اند از جمله ويژگيهای اين بيوسنسورها می توان به قابل حمل بودن ، سادگی ، حساسيت بالا ، قابليت بالقوه برای استفاده در هر زمان و مکان و قابليت تجزيه چندين نمونه با سرعت بالا و هزينه کم ، کنترل پتانسيل راحت تر در اين ها نسبت به انواع توان سنجی و اثر کمتر پتانسيل های نويز برروی دقت اين دستگاه را اشاره کرد . اين بيوسنسورها طوری طراحی شده اند که در تجزيه های مواد غذايي کنترل های محيط زيست ، شناسايي بيماری ها ، صنايع دارو سازی و کشاورزی و غيره قابليت کاربرد دارند .(۱۰و۵)
برخلاف بيوسنسورهای توان سنجی که در آنها پتانسيل بين دو الکترود وقتی که هيچ جريانی بين آنها وجود ندارد و محيط به حال تعادل رسيده اندازه گيری می شود در دستگاههای حساس آمپزسنجی با استفاده از برقراری پتانسيل بين يک الکترود و يک الکترود استاندارد موجب تحريک واکنشهای انتقال الکترونی و ايجاد جريان ويژه ای شده که شدت آن متناسب با غلظت مادة الکترواکتيو محلول می باشد . (۲)
نمونه ای از بيوسنسورهای آمپرومتريک معمول بيوسنسورهای آمپرومتريکی هستند که در آنها از الکترود اکسيژن کلارک استفاده شده . (۵) شکل ۳

شکل ۳ : نمای شماتيک يک بيوسنسور آمپرومتريک را مشاهده می کنيد . پتانسيل بين کاتد پلاتين مرکزی و آندنقره حلقوی برقرار شده . که اين پتانسيل توليد کننده جريانی است که اين جريان (I ) بوسيله محلول اشباع (KCI ) واسطه منتقل شده . در اين بيوسنسورها قسمت الکترود از بيوکاتاليست ( آنجايي که گلوکز اکسيداز (GOD ) نشان داده شده . ) بوسيله يک غشاء

پلاستيکی نازک که فقط قابليت نفوذ نسبت به اکسيژن را دارد جدا شده . محلول آناليت نيز بوسيله غشاء ديگری که قابليت نفوذ نسبت به سوبسترا را دارد از بيوکاتاليست جدا شده . اين بيوسنسور معمولاً در حدود ۱ سانتی متر قطر دارد ، اما قطر کاتد پلاتين آن ۲۵/۰ ميلی متر بوده که در بين يک آندنقره با روکش استيل قرار گرفته .

الکترود اکسيژن کلارک يک وسيله آمپرسنجی است که در آن اکسيژن از يک غشاء تفلونی قابل نفوذ نسبت به اکسيژن عبور می کند و در يک الکترود پلاتين در يک توان ثابت ( V 6/0- ) در مقابل يک الکترود استاندارد کلريد نقره يا نقره به پراکسيد هيدروژن احياء شده . (۲)
معمولاً هر دو الکترود در يک محلول کلريد پتاسيم اشباع غوطه ور بوده و بوسيله يک غشاء پلاستيکی نفوذ پذير به اکسيژن ( مثل تفلون ، پلی تترافلوئورواتيلن ) از محلول مورد آزمايش جدا شده . (۵) واکنش هايي که در اين الکترود اتفاق می افتد به صورت زير است .

Ag anode 4 Ag 0 + 4 Cl – ۴ Agcl + 4e –
Pt catode O2 + 4H+ 4e – 2H2O
نمونه ای از بيوسنسورهای آمپرومتريک از تثبيت آنزيم گلوکز اکسيدازی که در ژلهای پلی اکريل آميد حبس شده بر روی سطح اين الکترودهای اکسيژن تشکيل شده . اين سيستم بر پايه واکنش زير است .
H2O2 + اسيد گلوکونيک گلوکز اکسيداز O2 + گلوکز

حضور گلوکز در محلول موجب می شود که شدت نفوذ اکسيژن به سطح پلاتين کاهش پيدا کند و از اين رو جريان مداوم کاهش يابد . تا هنگامی که غلظت گلوکز کمتر از Km ( ثابت ميکائيليس – منتون ناميده شده که عدد ثابتی نيست و می تواند با ساختمان سوبسترا ، PH و درجه حرارت برای هر آنزيم تغيير نمايد ) آنزيم تثبيت شده باشد و اکسيژن به اندازه کافی وجود داشته باشد ، رابطة بين جريان و غلظت گلوکز خطی است . (۲)
در واقع در اين بيوسنسورها برای تعيين سرعت واکنش که با غلظت آناليت متناسب است از اندازه گيری اکسيژن مصرف شده توسط آنزيم استفاده نموده ايم .
به همين طريق برای تجزيه سوبستراهای مختلف می توان ب

ا تثبيت آنزيم های اکسيدوردوکتاز ديگر (مثل الکل اکسيداز ، L , D آمينواسيداکسيدازها ، کلسترول اکسيدازها ، گالاکتوزاکسيدازها ، اورئات اکسيدازها و . . . ) برروی اين الکترود ، بيوسنسورهای مختلفی تهيه کردند . (۵)
روش ديگر برای تعيين سرعت اين واکنش اندازه گيری پراکسيد هيدروژن توليد شده است . که در اين روش با برقراری پتانسيلی ۶۸/۰+ ولتی بين الکترود پلاتين با الکترود و نقره يا کلريدنقره اين کار را می توان انجام داد . در اين حالت واکنش های زير را در الکترود خواهيم داشت .
Pt anode H2O2 O2 + 2H+ + 2e –

Ag Catode 2Agcl + 2e – 2Ag0 + 2cl –
چنين دستگاههايي نسبت به تغييرات فشار اکسيژن محلول نمونه حساس بوده و از طرفی در آنها به دليل بالا بودن پتانسيل لازم برای احياء O2 يا اکسيد H2O2 در الکترود پلاتين مزاحمت ناشی از ساير نمونه های الکترود اکتيو در محلول افزايش يافته . راه حل اين مشکلات اين است که الکترون ايجاد شده در واکنش را با استفاده از يک مولکول مناسب بنام ماده واسطه (mediator )از مولکول بيولوژيک به الکترود پلاتين انتقال دهيم . مدير تورهای مناسب بايد دارای خواص زير باشند .
۱- به آسانی در واکنش ردوکس با ترکيب بيولوژيکی و الکترون شرکت کند تا روی انتقال سريع الکترون اثر بگذارد .
۲- تحت شرايط لازم اندازه گيری پايدار باشد .
۳- در هنگام انتقال الکترون ها در واکنش های جانبی مثل احيای اکسيژن شرکت نکنند .
۴- پتانسيل رودکس مناسبی داشته باشد . بطوريکه از پتانسيل ساير مواد فعال الکتروشيميايي موجود در نمونه تفاوت داشته باشند .
۵- نسبت به تغييرات دامنة وسيعی از pH مقاوم باشند .
۶- ترجيحاً غير سمی باشند خصوصاً در محيطهای زنده ( Invivo ) .
7- نسبت به تثبيت کردن مقاوم باشند . (۲)

فروسن (Ferrocene ) و مشتقات آن به عنوان خانواده ای از مديرتورها که با ملاکهای بالا تطابق خوبی دارند عموماً استفاده شده . (شکل ۴ ) از اينها در بيوسنسورهای گلوکز ، الکها ، منوکسيد کربن اسيدهای آمينه ، گلی کولات و گالاکتوز نيز استفاده شده . (۹) نحوه عمل اين ها به شکل زير می باشد .

الکترودهايي نيز در حال حاضر توسعه يافته اند که می توانند الکترونها را بطور مستقيم از آنزيم احياء شده بدون نياز به چنين مديرتورهايي دريافت کنند . در آنها روکشی از نمکهای ارگانيک هادی جريان الکتريکی مثل کاتيون N – فنيل فنازينيوم ( شکل b 40 ، NMP+ ) با راديکال آنيونی تتراسيانوکينودی متان ( شکل c 4 ، TCNQ- ) بکار رفته . بسياری از آنزيمها با کوآنزيمهای NAD FAD توسط پلهای نمکی می توانند به چنين هدايت کننده های کريستال متصل شده و تشکيل بيوسنسور دهند .

شکل ۴ : a فروسن

(۵ – bis – cyclopentadienyl iron ) ، منشاء تعداد زيادی از ترکيبات مديوتور است . Tmp+ , b ، قسمت کاتيونی کريستال آلی هدايت کننده . (C ) TCNQ- قسمت آنيونی کريستال آلی هدايت کننده .