+ All Categories
Home > Documents > BIOSENZORI- GENERALITATI

BIOSENZORI- GENERALITATI

Date post: 19-Nov-2015
Category:
Upload: larisa-lacu
View: 158 times
Download: 12 times
Share this document with a friend
Description:
biosenzorii
59
CAP.III BIOSENZORI Biosenzorii reprezintă sisteme biologico - electronice selective integrate , formate dintr-un receptor biologic activ, un traductor şi un sistem electronic de amplificare, prelucrare şi afişare date. Receptorul biologic activ furnizează informaţii analitice specifice ce permit recunoaşterea unei anumite specii biologice sau chimice dintr-un amestec complex ce compune materia analizată, urmată de determinarea cantitativă sau semicantitativă a acesteia. Receptorul biologic activ al biosenzorului poate fi format din enzime, anticorpi , microorganisme, lektine, aptameri ,DNA şi tesuturi umane sau animale imobilizat pe un suport. Fig.III.1. Schema de principiu a unui biosenzor În urma interferenţei dintre receptorul biologic activ şi substanţa de analizat rezultă modificări ale soechiometriei 81
Transcript

CAP.III

BIOSENZORI

Biosenzorii reprezint sisteme biologico - electronice selective integrate , formate dintr-un receptor biologic activ, un traductor i un sistem electronic de amplificare, prelucrare i afiare date. Receptorul biologic activ furnizeaz informaii analitice specifice ce permit recunoaterea unei anumite specii biologice sau chimice dintr-un amestec complex ce compune materia analizat, urmat de determinarea cantitativ sau semicantitativ a acesteia. Receptorul biologic activ al biosenzorului poate fi format din enzime, anticorpi , microorganisme, lektine, aptameri ,DNA i tesuturi umane sau animale imobilizat pe un suport. Fig.III.1. Schema de principiu a unui biosenzor n urma interferenei dintre receptorul biologic activ i substana de analizat rezult modificri ale soechiometriei reactanilor i produselor de reacie care provoac la rndul lor, n funcie de sistemele biologice active folosite, evoluia proporional ale valorilor unor mrimi fizico- chimice precum : sarcin electric, absorbie/ emisie fotonic, temperatur, indice de refracie, grosime de strat, valori care snt convertite cu traductoare de tip: amperometric, pH-metric, detector fotometric, termic, refractometric, piezooscilator , rezonator plasmonic n semnale electrice proportionale cu concentraia speciei urmrite n materia analizat. In figura III.2 este reprezentat schematic aceast fenomenologie

Fig.III.2. Schema conversiei concentraiei , masei sau grosimii de strat a unei specii chimice sau biologice ntr-o mrime electric proporional prin intermediul unei structuri biologic active i a unui traductor adecvatSistemele de tip biosenzorii snt realizri relativ recente, cu tendin de cretere rapid, ce permit determinri analitice cantitative rapide, ieftine i in situ, suficient de precise, a cror selectivitate sensibilitate i limit de detecie depind de receptorul biologic folosit ultimelele caracteristici avnd valori deosebit de ridicate . Biosenzorii nu folosesc la determinri reactivi liberi, genereaz cantiti infime de deeuri chimico- biologice care snt uor colectate i distruse. Un biosenzor este reutilizabil i ca atare poate fi folosit pentru un numr mare de analiize. De regul recetorii biologici activi snt de unic utilizare dar exist i situaii n care din motive de cost snt pstrate suporturile i regenerate componentele active. Aplicaiile de baz pentru biosenzori snt n domeniul medicinei, a problematicii de mediu, a industriei farmaceutice, a industriei alimentare i a biotehnologiei. Determinrile experimentale cu biosenzori snt simple i nu necesit cunostiine de specialitate avansate ci numai parcurgerea a mai multor etape, dup cum urmeaz :

1 - pornirea aparatului

2 - ataarea receptorului biologic la sistemul electronic, urmat de recunoaterea automat a acestuia de ctre sistemul electronic precum i de validarea (invalidarea) acestuia

3 - dozarea unui anumit volum sau cantiti din analit pe sistemul biologic activ

4 - transformri chimico- biologice ntre materia analizat i sistemul biologic activ cu generarea de produi de reacie specifici .

5 - transformarea, pe baza unor dependene fizico chimice specifice a cantitii produselor de reacie rezultate pe receptorul biologic activ , ntr- un semnal electric proporional cu concentraia specieiei urmrite .

6 - procesarea datelor i afiarea electronic a rezultatului msurtorii

7 -ndeprtarea i colectarea receptoarelor biologic active folosite la determinare n scopul dezafectrii chimico biologic ulterioare a acestora i pregtirii sistemului pentru o nou msurare.

Pentru aducerea componentelor biologice active n apropierea nemijlocit a traductorului, a asigurrii unor productiviti mari la determinri precum i pentru asigurarea unor condiii optime de reacie i de conservare n timp a acestora , snt folosite suporturi solide i diferite metode de imobilizare a componentelor biologic active pe acestea precum: adsorbie, absorbie, gelificare, lipire, legare n reea, realizarea de legturi covalente. Metoda de imobilizare trebuie s asigure o legare bun a componentelor biologice active de suportul solid astfel nct acesta s nu difuzexe n materia de analizat dar s rmn totodat suficient de activ la reacia cu materia analizat. Receptorii biosenzorilor cu componentele biologice active imobilizate pe suprafa acestora se pstreaz n cutii nchise i au termene de valabilitate, inscripionate pe cutie, ce trebuiesc respectate. In domeniul biosenzorilor snt ncadrai oarecum greit i ali senzori ce nu au material biologic activ dar snt folosii n schimb pentru deterinarea selectiv a concentraiei unui component n cadrul unor procese biologice. In tabelul 1 sint prezentae cteva specii chimice i biologice importante ce pot fi determinate pe cale biosenzorial, Tab.III.1. Detecie biosenzorial pentru diferite specii chimice i biologice mpreun cu senzorul corespunztor

nr. crt.Specia chimic sau biologicSenzorul folosit

1Glucozbiosenor amperometric

2Ureebiosenor poteniometric

3Lactoza biosenor amperometric

4Sodiu electrod de sticl ion -selectiv

5Potasiu electrod de schimb ion -selectiv

6Calciu electrod de sticl ion -selectiv ionofor

7Oxigen senzor cu stingere de fluorescen

8pHelectrod de sticl ion -selectiv

9Penicilinbiosenor poteniometric

10Colesterolbiosenor amperometric

11Hepatita Bchemoluminiscen - immunoassay

12Candida Albicans piezobalant - immunoassay

III.1. Biosenzori electrochimici

Snt deosebit de performani, au aplicaii largi i se bazeaz pe detecie electrochimic de tip amperometric sau de tip poteniometric.

Detecia amperometric este potrivit pentru detecia unor produse de reacie sau de metabolism care se oxideaz respectiv se reduc uor. La metoda amperometric este msurat curentul electric a unei celule miniaturale de electroliz (aceasta formeaz sistemul biosenzorial) , alimentat la o tensiune electric constant. Conform legii lui Faraday masa m a unei specii chimice descrcat la un electrod al celulei electrochimice ntr-un timp t este proporional cu curentul de electroliz I i cu constanta electrochimic k :

(III.1)Una din aplicaiile cele mai cunoscute ale deteciei amperometrice la biosenzori o reprezint biosenzorul de glucoz, fiind folosit la ora actual n medicin pentru determinarea in situ a glucozei din snge la diabetici i la sportivi . Senzorul de glucoz are ca material biologic activ enzima oxidoreductaz folosit pentru biocataliza reaciei de oxidare a glucozei cu oxigenul din aer cu obinerea de gluconolacton i de peroxid de hidrogen (H2O2) . Receptorul biologic activ pentru analiza rapid a sngelui se prezint sub forma unor fii de plastic de unic utilizare ce dispun la un capt de doi electrozi lamelari miniaturali ntre care se gsete depus oxidoreductaz sub form de gel uscat iar la cellalt capt fia dispune de pini electrici de conexiune cu sistemul electronic. La depunerea unei picturi de snge pe zona acoperit de oxidoreductaz are loc reacia:

(III.2)Peroxidul de hidrogen este deosebit de reactiv i se descompune electrozii celulei electrochimice n compunerea creia mai intr i o surs de tensiune constant asigurat de partea electronic i un circuit de amplificare i msurare a intensitii curetului electric ce curge prin celula de electroliz, intensitate proporional cu cantitatea de peroxid de hidrogen descompus i implicit cu cantitatea de glucoz din sngele analizat. Conversia valorii intensitii curentului electric din celul cu valorile de concentraie de glucoz din snge, precum i afiarea automat a rezultatelor este realizat de partea electronic a aparatului. Determinarea este semicantitativ i acoper un domeniu de la 20500 mg/dl, se consider c la concentraii


Recommended