curs biosenzori at 31 mai
DESCRIPTION
BiosenzoriTRANSCRIPT
![Page 1: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/1.jpg)
BIOSENZORI
![Page 2: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/2.jpg)
Istoric
• primul electrod – electrod de oxigen� Clark şi Lyons, 1962�folosind detectarea electrochimica
• Conceptul de biosenzor, a fost lansatpentru prima dată sub denumirea de“electrod enzimatic” de către Updikeşi Hicks (1967)
![Page 3: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/3.jpg)
• Senzor fizic
– detectează sau măsoară proprietaţi fizice
– înregistrează, indică sau răspunde la aceste proprietăţi.
• Senzor chimic
– transformă informaţia chimică, (concentraţia unui analitspecific până la analiza completă a compoziţiei unei probe)într-un semnal analitic.
– Sunt constituiţi din două componente, conectate în serie: unsistem chimic (molecular) de recunoaştere şi un traductor
fizico-chimic.
![Page 4: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/4.jpg)
TRADUCTOR
MEDIUL DE ANALIZA
Semnal electric sau optic
STRAT SENSIBIL
Recunoastere moleculara
Semnal biochimic
![Page 5: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/5.jpg)
SCHEMA GENERALA
S
P
ANALIT
BIORECEPTOR
TRADUCTOR
AMPLIFICATOR DE SEMNAL
![Page 6: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/6.jpg)
• elemente cu activitate biologica(enzime, anticorpi, acizi nucleici, tesuturi, celule,
microorganisme)
• traductori fizico-chimici (optici, electrochimici, termici, piezoelectrici sau magnetici)
• Semnalul traductorului este proportional cu
concentratia analitului
Biosenzor
![Page 7: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/7.jpg)
Reprezentarea schematică şi principiul de funcţionare
![Page 8: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/8.jpg)
Biosenzorii prezinta un deosebit interes pentrulumea ştiinţifică
•sunt capabili să detecteze analitul de interesîntr-o matrice naturală, fără o separareanterioară, în mod continuu, selectiv şireversibil
•prin componenta biologică, ii conferă oselectivitate superioară, comparativ cu metodelemicrobiologice (informaţii calitative despreprocesul fizico-chimic, neputând determinacantitativ analitul sau analiţii din proba de lucru)
![Page 9: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/9.jpg)
Generaţii de biosenzori• Prima generaţie de biosenzori
produsul de reacţie necesită difuziune pânăla nivelul traductorului pentru a genera impulsulelectric;
· A doua generaţie de biosenzoriimplică mediatori specifici, care fac legătură
între produsul de reacţie şi traductor, pentru agenera răspuns;
• A treia generaţie de biosenzori
reacţia insăşi generează răspuns, fără a mainecesita difuziunea produsului sau amediatorului până la traductor.
![Page 10: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/10.jpg)
• În comparaţie cu tehnicile clasice de analiză (cromatografia, spectroscopia), biosenzorii permit detecţia rapidă, sensibilă şi selectivă a analitului şi reprezintă o alternativă la tehnicile clasice de analiză care, deşi sunt sensibile şi precise, sunt costisitoare şi nu permit analize în timp real şi direct, la faţa locului (Suzuki, 2000).
![Page 11: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/11.jpg)
• Performanţele analitice ale biosenzoruluidepind de natura bioreceptorului, detraductorul folosit, dar şi de capacitateaacestuia de a transforma semnalul biologicîn semnal fizic, care poate fi ulteriormăsurat şi cuantificat.
![Page 12: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/12.jpg)
Caracteristicile unui biosenzor
1. Bioreceptorul trebuie să fie specific pentru scopulanalizei, să fie stabil în condiţii normale depăstrare şi, exceptând cazul benzilor enzimaticecolorimetrice, să aibă o bună stabilitate la un numărmare de analize (de ex. mai mult de 100).
2. Reacţia trebuie să fie independentă de parametrifizici precum viteza de agitare, pH şi temperatură.Aceasta ar permite analiza mostrei cu un minim deprelucrare. Dacă reacţia ar necesita cofactori saucoenzime, acestea ar trebui imobilizate la rândul lor,alături de enzimă.
![Page 13: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/13.jpg)
Caracteristicile unui biosenzor
3. Răspunsul trebuie să fie rapid, precis,reproductibil şi în domeniul liniar de interesanalitic, fără a fi necesară diluarea sau concentrareaprobei.
4. Dacă biosenzorul este folosit pentru monitorizareclinică invazivă, proba trebuie să fie mică şibiocompatibilă, fără să aibă efecte toxice sauantigenice. Trebuie să fie steril. Sterilizarea se faceprin autoclavare, de preferinţa, dar nici o enzima nueste capabilă să reziste la căldura umedă atratamentului.
5. Biosenzorul trebuie să fie ieftin, mic, portabil şi săpoată fi folosit de către personal semi-calificat.
![Page 14: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/14.jpg)
6. Suprafaţa biosenzorului să nu fie supusă
fenomenului de pasivare în timp.
7. Biosenzorul trebuie să permită miniaturizarea şi să
poată fi integrat în aparate portabile de analiză.
8. Biosenzorul trebuie să permită analiza continuă,
direct pe teren dar la un preţ de cost mic.
Caracteristicile unui biosenzor
![Page 15: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/15.jpg)
Clasificarea biosenzorilor
• Biosenzori calorimetrici
• Biosenzori potentiometrici
• Biosenzori amperometrici
• Biosenzori optici
• Biosenzori piezoelectrici
• Imunosenzori
![Page 16: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/16.jpg)
Biosenzori calorimetrici
• Biosenzorii calorimetrici au fost utilizaţi pentrudeterminarea glicemiei (Harborn şi col. 1997) şiureei din ser (Bjarnason şi col. 1998).
• Ramanathan şi colab. au contribuit la dezvoltareaaplicaţiilor biosenzorilor termici pentrumonitorizarea bioproceselor (1999) şi au formulatprincipii şi aplicaţii ale senzorilor termici (2001).
![Page 17: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/17.jpg)
Biosenzori calorimetrici
• Multiple reacţii, catalizate enzimatic, suntexogene � poate fi folosit ca bază pentrumăsurarea vitezei reacţiei şi pentrudeterminarea concentraţiei analitului.
• Este unul din cele mai folosite tipuri debiosenzori.
![Page 18: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/18.jpg)
Entalpia molară a reacţiilor catalizate enzimatic
Reactant Enzimă Entalpia
-∆H (kJ mol-1)Colesterol Colesterol oxidază 53
Esteri Chimotripsină 4 - 16
Glucoză Glucozoxidază 80
Apă oxigenată Catalază 100
Penicilina G Penicilinază 67
Peptide Tripsină 10 - 30
Amidon Amilază 8
Sucroză Invertază 20
Uree Urează 61
Acid uric Uricază 49
![Page 19: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/19.jpg)
Biosenzori potentiometrici• folosesc electrozi selectivi pentru ioni, pentru a
traduce reacţia biologică în răspuns electric
• sunt constituiţi dintr-o membrană subţire, de sticlă,
pe care este imobilizată enzima, care delimitează
proba de un pH-metru, unde reacţia catalizată,
produce sau absoarbe ioni de hidrogen
• Reacţia se desfăşoară în apropierea membranei de
sticlă, şi produce o modificare a pH-ului.
![Page 20: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/20.jpg)
Biosenzori
potentiometrici
• Membrana semipermeabilă (a)înconjuară biocatalitul (b)imobilizat în apropiereamembranei de sticlă (c) asenzorului de pH (d).
• Potenţialul electric (e) estegenerat între electrodul intern, deAg/AgCl (f) scufundat în soluţiede HCl diluat, (g) şi un electrodextern, de referinţă (h).
![Page 21: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/21.jpg)
• 1. Electrozi din sticlă pentru cationi în care elementul deanaliză este reprezentat de o membrană de sticlă, foarte subţire,care generează un potenţial electric transvers, datorită competiţieidependente de concentraţie dintre cationi pentru situsuri specificede legare. Selectivitatea acestei membrane este determinata decompoziţia sticlei. Sensibilitatea pentru H+ este mai mare decâtpentru NH4
+.
• 2. Electrozi din sticlă pentru pH acoperiţi cu o membranăpermeabilă pentru gaze, selectivă pentru CO2, NH3 sau H2S.Difuzia gazelor prin această membrană determină modificareapH-ului în soluţia dintre membrană şi electrod care este, apoi,calculată.
• 3. Electrozi în stare solidă, unde membrana de sticla esteinlocuită de o membrană subţire dintr-un conductor pentru ioni,alcatuită dintr-un amestec dintre sulfura de argint şi clorura deargint.
![Page 22: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/22.jpg)
MECANISME DE FUNCTIONARE
Funcţionarea biosenzorilor enzimatici are la baza douatipuri de mecanisme:
- Direct - transformarea catalitica a unui substratintr-un produs de reactie care poate fi detectat la suprafaţa traductorului fizic
- Indirect - prin detectia unui produs care inhiba sau activeaza enzima.
![Page 23: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/23.jpg)
ELECTROD ENZIMATIC
• Conceptul de biosenzor, a fost lansat pentru
prima dată sub denumirea de “electrod
enzimatic” de către Updike şi Hicks (1967) şi
s-a dezvoltat în ultimii 30 de ani datorită
multiplelor aplicaţii în diverse domenii.
![Page 24: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/24.jpg)
CARACTERISTICI
• COST SCAZUT
• PORTABIL
• UNICA FOLOSINTA
• REPRODUCTIBILITATE
• USURINTA DE MANUIRE
• PERSONAL CU CALIFICARE MEDIE
• DETECTIE RAPIDA
![Page 25: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/25.jpg)
APLICATII
• analizele clinice,
• controlul medicamentelor,
• industria agroalimentară,
• monitorizarea poluanţilor din mediu(apa freatică, aer, sol).
![Page 26: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/27.jpg)
Determinarea glucozei din sange
![Page 28: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/28.jpg)
PESTICIDE
Pesticide PLAMANICIRCULATIASANGUINA
PIELE
TRACTDIGESTIV
depozitare
biotransformare
eliminare
renala
tegumentara
respiratorieaerexpirat
depozitatin alveole
orala
hepatobiliara
urina
![Page 29: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/29.jpg)
Intoxicatia cu pesticide
- sindrom muscarinic
diminuarea acuităţii vizuale, tulburări de acomodare, lăcrimare, hipersecreţie bronşică, bronhospasm, laringospasm, transpiraţii abundente, vărsături, diaree, colici abdominale, bradicardie, colaps
- sindrom nicotinic
astenie generală, slăbiciune musculară, fibrilaţii şicrampe musculare, faze avansate de paraliziimusculare
• Afectarea SNC
![Page 30: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/30.jpg)
Insecticide organofosforice si carbamice
Colinesteraze
Fungicide ditiocarbamice
Aldehid dehidrogenaza
FenoliTirozinaza
Ioni ai metalelor grele
Ureaza
Glucozoxidaza
Toxine bacteriene Colinesteraze
Proteinfosfataza
![Page 31: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/31.jpg)
Insecticide organofosforice si carbamice
Colinesteraze
Toxine bacteriene Colinesteraze
Proteinfosfataza
![Page 32: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/32.jpg)
Structure of Structure of acetylcholinesteraseacetylcholinesterase
Acetylcholinesterase structure
![Page 33: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/33.jpg)
STRATEGIE
Hipersensibilitate
Enzime - modificate genetic - sintetice
StabilitateEncapsulare Metoda sol-gel Metoda prin afinitate
Inhibitie enzimatica Screen printare
![Page 34: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/34.jpg)
Inhibitie enzimatica Screen printare
STRATEGIE
University of Perpignan, BIOMEM, Franta
![Page 35: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/35.jpg)
TRADUCTORUL
Element de masura
Element de referinta Ag/AgCl
Element auxiliar
![Page 36: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/36.jpg)
StabilitateEncapsulare Metoda sol-gel Metoda prin afinitate
STRATEGIE
![Page 37: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/37.jpg)
Hipersensibilitate
Enzime - modificate genetic - sintetice
STRATEGIE
![Page 38: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/38.jpg)
Detectia insecticidelor carbamice si organofosforice
SURSE DE ENZIME
�Electric Eel
�Bovine erythrocytes
�Torpedo californica
�Drosophila melanogaster (Dm)
PESTICIDE
� Carbamice
� Organofosforice
![Page 39: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/39.jpg)
• Celula de lucru
• Masurarea curentuluielectric generat deprocesul deoxidoreducere al unorspecii electrochimicactive, cand selucreaza la un potentialconstant
Analiza amperometrica
![Page 40: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/40.jpg)
Principiul determinarii
Determinarea amperometrica a tiocolinei, produsa in urma hidrolizei enzimatice a substratului ATCh
+ R-COO- + H+Cl-
(CH3)3N+-CH2-CH2-SH
tiocolina
(CH3)3N+-CH2-CH2-S-CO-CH3
Cl-
acetiltiocolinaH2O
AChE
![Page 41: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/41.jpg)
Rezultate experimentale
semnal
timp
inhibitie enzimatica
inaintea inhibitiei enzimatice
Iinitial
Idupa inhibitie
![Page 42: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/42.jpg)
Teste de reactivare
(reactivata)
activaenzimareactivator
fosforilataenzima
EI + R EIR E + RI
![Page 43: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/43.jpg)
C. Extractia pesticidelor din diverse matrice, folosind
repartitia lichid-lichid
Extractul in diclormetan, analizat la lungimea de unda 271nm
-Pentru probele de suc, in absenta contaminarii cu metil
paraoxon, s-a obtinut un pic la un timp de retentie nespecific
metil paraoxonului (1,75 minute), � alt compus extras din
matricea complexa a sucului analizat.
-Pentru timpul de retentie corespunzator metil paraoxonului
nu a aparut semnal in urma separarii cromatografice.
![Page 44: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/44.jpg)
C. Extractia pesticidelor din diverse matrice, folosind
repartitia lichid-lichid
•s-a imbunatatit gradul de extractie al metil paraoxonului fata de cazul
testat anterior al extractiei in hexan.
•un dezavantaj al extractiei ar putea fi faptul ca acest solvent extrage si alti
compusi din matricele reale complexe, care ar putea sa explice unele
rezultate fals pozitive sau fals negative obtinute prin alte analize.
![Page 45: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/45.jpg)
Traductori electrochimici
�manuire usoara,
� compatibilitate cu echipamente comerciale
standard,
�posibilitatea de miniaturizare,
�masurare automatizata.
![Page 46: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/46.jpg)
![Page 47: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/48.jpg)
![Page 49: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/49.jpg)
Imunosenzori
- interactie Ag- Ac
![Page 50: Curs Biosenzori at 31 Mai](https://reader031.vdocumente.com/reader031/viewer/2022012302/55cf990f550346d0339b4e70/html5/thumbnails/50.jpg)
SCHEMA GENERALA
S
P
ANALIT
BIORECEPTOR
TRADUCTOR
AMPLIFICATOR DE SEMNAL