instituto tecnologico de chihuahua división de estudios de posgrado e investigación

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUAINSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUADivisión de Estudios de Posgrado e InvestigaciónDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación

““Varias tecnologías para biotransductores”.Varias tecnologías para biotransductores”.

Alumno:

Mariano Carrillo Romero

G99540248

MC. José Rivera Mejia

CHIHUAHUA, CHIH.

jueves 17 noviembre de 2005

PRESENTACIÓN

Mariano Carrillo RomeroMariano Carrillo Romero

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI

““Varias tecnologías para transductores”.Varias tecnologías para transductores”.

•Calorímetros basados en enzimas

•Microbalanzas piezoeléctricas

•Transductores de ondas acústicas de superficie

•Hidrogeles quimiomecanicos

•Sensores de cristal liquido



Calorímetros basados en enzimas

TCHnQ sp

Q Cantidad total de calor producido o ganado

np número de moles del producto

Cs Capacidad calorífica del sistema



Calorímetros basados en enzimas

Transductores de temperatura para calorímetros

TERMISTORES

Semiconductores cerámicos hechos de mezclas de óxidos metálicosCuya resistencia varia con la temperatura de forma no lineal, descrita:

2)(lnln1

RcRbaT

Mediciones de temperatura pueden realizarse repetida y rápidamenteCon gran exactitud.



Microcalorímetros

Método de calibración:

Concentración Química conocida

Generación oAbsorción de

calor

MEZCLA

REACCIÓN



Aplicacones:

Basados en la medición de la temperatura de un flujo conocido a través de un sistema

Medición de los cambios en la temp. de salida del fluido o en un cambio en la reacción

Regulando la temperatura y el flujo de entrada, se obtienen mediciones muy exactas.

Danielsson(1991) diseño un biosensor de glucosa utilizando Catalasa

La catalasa es una de las enzimas involucradas en la destrucción del peróxido de hidrógeno generado durante el metabolismo celular.

2H2O2 O2 + H2OCatalasa

100kj por mol de H2O2

Basado en el principio calorímetro



Un diseño similar, para un biosensor de lactate, utilizando: lactato-2-monooxigenasa

Reacción:

L-lactate + O2 pyruvate + H2O2

lactato-2-monooxigenasa

Aquí se genera tanto calor como H2O2 es consumido

Sin embargo Danielsson reporto mucha mas sensibilidad con un biosensorA partir de L-lactato-deshidrogenasa para la siguiente reacción:

Pyruvate + NADH + H+ L-lactate + NAD+

L-lactato-deshidrogenasa



Microbalanzas piezoeléctricas

Transductores piezoeléctricos son usados para detectar cambios muy pequeñosEn masa de su superficie debidos a la incorporación de moléculas químicas o Biológicas en su superficie sensitiva.

Cristales de cuarzo son usados como elemento piezoeléctrico, entran en resonancia por la aplicación de un campo eléctrico alterno externo.

Estos cristales se recubren con el elemento de reconocimiento que suele ser de bioafinidad (anticuerpos, lectinas, etc) y se ponen en contacto con la muestra que contiene el analito que se desea detectar. La frecuencia de oscilación viene determinada por la masa del cristal, que varía cuando se produce la interacción entre el elemento de reconocimiento y el analito y da lugar a una variación en la frecuencia de oscilación.Donde el cambio de masa puede ser calculado a partir del cambio de frecuencia dadoPor la relacion de Sauerbrey (1959)



Δf Frecuencia medidaFo Frecuencia resonante del cristalA Área activaΔm Cambio de masaΡ densidad del cuarzoμ modulo de shear



Kanazawa y Gordon (1985) proponen la siguiente ecuación para cuando elTransductor se encuentra en contacto con algún liquido.



Aplicaciones:

Cubriendo la superficie del piezoeléctrico con alguna película biológicamenteactiva, se pueden obtener diversas aplicaciones.

Fatibello-Filho (1989), desarrollo un sensor de gas CO2 para monitoreo De fermentación.

Encontrando como mejor material para esta aplicación el tetrakis(ethylenediamine), este material fue disuelto en acetona cubriendo el areaEn forma de pelicula. El espesor de la pelicula fue encontrado por medioDe experimentaciones a prueba y error.

El resultado final produjo un cambio en frecuencia de 430Hz por cada 10%De CO2. Bajo condiciones de temp. = 25ºC y un flujo de gas 100ml/min

Sin embargo la absorción del CO2 se veía afectada por factores como agua,Etanol,acetaldehido y acetona.



Utilizan el principio piezoelectricoLa resonancia ocurre sólo en la superficie del cristal.La frecuencia resonante f0 puede llegar hasta los GHz.

Ballantine y Wohltjen (1989) relaciono el cambio de frecuencia como:

2

42221

20

RVkkkhff

H espesor de la películaRo densidad del materialSigma modulo shear

K1,k2 constantes del material piezoelect.Vr velocidad Rayleigh de la ondaLamnda Constante

El primer termino de la ec. Esta relacionado con la masa de la peliculaEl segundo termino representa las propiedades elasticas de la pelicula.

Transductores de ondas acústicas de superficie



Aplicaciones:

La mayoría de estos transductores han sido fabricados para la detecciónDe vapores químicos.

La diferencia entre las dos frecuencias fundamentales puede ser monitoreada.

Según el material sea absorbido por el elemento de reconocimiento, la diferencia de frecuencia aumentara.

Este tipo de diseño minimiza fluctuaciones por efectos de temperatura y presión



Ejemplos:

Ballatine y Wohltjen (1989)

Utilizando películas de PtCl2 para detección de Estireno y vinil

Asi como tambien para la deteccion de gases como H2, NH3,NO2,H2S y SO2

Y humedad.



Hidrogeles quimiomecanicos

Los hidrogeles constituyen un grupo muy importante dentro de esta Nueva generación de biomateriales.

Presentan sensibilidad frente al pH, concentraciones iónicas y temperatura.

Enzimas pueden ser atrapadas dentro de este gel

Kost (1985) describe un gel sensible a la glucosa, partiendo de laInmobilizacion de glucosa oxidase.

En presencia de glucosa, gluconolactone, esta por accion de la enzimaSe descompone en acido gluconico, dando como resultado un cambioEn el pH del gel. A su ves, mayor cantidad de acido proboca que seIncremente el contenido de agua y el gel se expanda. De esta manera Se alteran las propiedades electricas del hidrogel.



Utilizando estas técnicas.

Osada (1922), describió un gel sintético (2-acrylamida-2 methyl propanoAcido sulfonico) capas de deformarse bajo estímulos eléctricos.

Una tira de gel de 1mm x 5mm x 20mm fue inmersa en 20mM pyridiumChloride, provoco que se expandiera 45 veces.

El bloque puede cambiar su forma con la aplicación de un voltaje, al fluirLa corriente a través del gel provoca que un lado se encoja, mientras queEl otro se expanda.

Al cambiar la polaridad, cambia también la deformación.



Sensores de cristal liquido

Los cristales líquidos tienden a cambiar sus propiedades ópticas con Respecto a factores como la temperatura.

Zhu y Hieftje (1990) analizaron las propiedades fluorescentes del Cristal liquido.

Una delgada capa de cristal liquido fue aplicada en ambos lados de unaLente, el cristal fue excitado con una onda continua de iones de argonA una λ= 351.1nm. Provoco un espectro fluorescente, cuyo pico fue De λ=539nm a temperatura ambienteAhora a una temperatura de 200ºC, se obtuvo una λ=607nm, este Transductor fue utilizado para detectar anthracene vapor.

Este vapor es un hridrocarbono polinuclear con efectos cancerigenas y mutágenos.Capacidad para detectar presencias tan bajas como 6.8x10-10M/cm3

y un tiempo de respuesta alrededor de 2 min.



“INMUNOSENSORES”

Se caracterizan por presentar un anticuerpo como elemento biológico de reconocimiento y, por tanto, responsable de la especificidad del sensor

Gran parte de los inmunosensores requieren de una señal secundaria producida por un marcador radiactivo, una enzima, un compuesto fluorescente o electroactivo

inmunosensores indirectos

Un anticuerpo es una proteína que se une de manera selectiva a una moléculacomplementaria denominada antígeno, que en este caso corresponde al analito.



Los distintos inmunosensores pueden ser clasificados en función de la naturaleza física del transductor. De este modo existen inmunosensores electroquímicos, ópticos, piezoeléctricos, termométricos o magnéticos.



Inmunosensores electroquímicos

Este tipo de sensores emplea el elemento de biorreconocimiento en combinación con transductores electroquímicos.

Siendo el transductor más favorecido

limitaciones principales:

difícil regeneración de la fase sensorial

la necesidad de añadir reactivos no integrados en el dispositivo, para Generar la señal analitica.



Clasificación de inmunosensores electroquímicos:

Amperométricos, potenciométricos e impedimétricos y conductimétricos

Inmunosensores Amperométricos

el electrodo se somete a un potencial constante y se mide la corriente eléctricagenerada por la conversión electroquímica

ventajas elevada sensibilidad y la rápida respuesta



En general, la detección de la reacción de afinidad precisa de la utilización demarcadores, fundamentalmente enzimas oxidoreductasas.que posibilitan la detección amperométrica de la reacción que tiene lugar entre elanticuerpo ysu analito específico.

Ésta, puede llevarse a cabo mediante la medición amperométrica del producto o del substrato de la reacción enzimática



Immunosensores potenciométricos

se basa en los electrodos selectivos de iones

Estos electrodos, caracterizados por una transferencia de carga a través de unainterfase en condiciones de corriente cero y en conjunción con diversas enzimas,como marcadores de la reacción de afinidad, permiten su utilización para la detección de distintos analitos.



Immunosensores ópticos

Los métodos ópticos han experimentado un enorme desarrollo en los últimos años, fundamentalmente debido a la aparición de metodologías que permiten la detección de la interacción antígeno-anticuerpo sin necesidad de utilizar moléculas marcadoras, en tiempo real y con suficiente sensibilidad

principios de detección

resonancia de plasmones de superficie

onda evanescente



Principio de funcionamiento:

basados en el uso de la fibra óptica

La radiación electromagnética viaja a través de la fibra mediante el fenómeno conocido como refracción interna total (TIR)

De este modo, las interacciones entre la radiación electromagnética y compuestos marcadores unidos a los inmunoreactivos permiten detectar la reacción de afinidad como cambios en la fluorescencia, absorbancia, o polarización.



Immunosensores de resonancia de plasmones de superficie

se basa en un campo electromagnético evanescente generado en la superficie de un metal conductor

excitado por una radiación electromagnética polarizada de una determinada longitud de onda y con un ángulo de incidencia adecuado (generacion de plasmones)

Cuando el analito se une al anticuerpo inmovilizado, se detecta un diminuto cambioen el índice de refracción

Este sistema permite la detección en tiempo real y de manera directa de las reacciones de afinidad posibilitando un gran número de aplicaciones



Parece claro que el futuro más inmediato de los inmunosensores implica su inclusión en microchips donde coexistirán numerosos sensores para la detección multianalito

Parece razonable pensar que la tecnología de los biosensores irá ligada en el futuro al desarrollo de la microelectrónica. Según los análisis químicos sean más fáciles de realizar y presenten mayor disponibilidad es de esperar una elevada proliferación de sus usos en conjunción con los equipos microelectrónicos y de telecomunicaciones. Este tipo de equipos capaces de adquirir y procesar datos prometen una gran aplicación en el uso personal para el cuidado de la salud, conocer la calidad de lo que comemos y del medioambiente que nos rodea

Perspectivas de futuro de los inmunosensores



Bibliografía:

Biosensors, Theory and applications. Donald G. Buerk

Inmunosensores: herramientas analíticas con un gran potencial de futuro. Miguel Ángel López Gil y Fidel Ortega Ortiz de Apodaca

Aplicaciones de biosensores en la industria agroalimentariaVíctor González Rumayor, Esther García Iglesias, Olga Ruiz Galán,Lara Gago Cabezas

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