BIOSENZORI MICROBIENIBIOSENZORI MICROBIENIMASTER BRN, anul I, 2012

Biosenzori

Schema de principiu

1. Biosenzori cu enzimeBiosenzori monoenzimaticiBiosenzori bi- şi multi-enzimatici

2. Biosenzori cu sisteme catalitice înalt integrate (High Integrated Systems) HIS

3. Biosenzori de afinitate (imunosenzori)

Biosenzori cu sisteme catalitice înalt integrate (High Integrated Systems)

• Sisteme înalt integrate (HIS)- reprezentate de: microorganisme (principala sursă de enzime)organite celularefragmente de ţesuturi de origine animală sau vegetală

Celule nervoaseOrgane complete ?

Biosenzorii microbieniContin microorganisme imobilizate si un lant de transductie In general, sunt utilizati pentru un singurproces biochimic.

Avantajele biosenzorilor microbieni

Sensibilitate mai mică la inhibare şi impurificarea substratuluiToleranţă mai mare în ceea ce priveşte variaţiile de pH şi temperaturăTimp de viaţă mai mare comparativ cu cei enzimaticiIeftiniVariabilitate mare, deoarece se adaptează mai bine la condiţiile de mediuIndependenţă de cofactoriRăspuns fiziologic la compuşii toxiciPregatire uşoară datorată cultivării facile amicroorganismelor

Biosenzori HIS cu microorganisme

DIFERENŢA faţă de alţi biosenzori: celule viiregenerarea lor

Apariţia unor modificări nedorite în timpul operării biosenzorului

Timp de răspuns mai mare decât la biosenzorii enzimaticiReutilizarea lor într-o altă determinare necesită o durată

mai mare de timp.

Domenii de utilizare• Industria alimentară, producerea medicamentelor,

tratarea apelor reziduale, producerea de energie.• Reacţii de fermentare şi transfer de electroni.

Biosenzori microbieni

• Celule de Bacillus subtilisDeterminarea ionilor amoniu

Accelerarea procesului respiratorprin pătrunderea NH4 în celule

sistem de permeaze pentru NH4+ :

represat activ prin limitarea nutrienţilor

scăderea timpului de răspunsscăderea timpului de răspuns al biosenzorilor

Determinarea concentraţiei unor substanţe

Biosenzori microbieni

• Celule de Bacillus cadaveris şi Proteus morgani

Determinarea [L-aspartat] şi [L-cisteină]Regenerarea senzorilor microbieniplasarea electrozilor epuizaţi într-un mediu de cultură adecvat

tulpinilor bacteriene utilizate dezvoltarea celulelor noi direct pesuprafaţa electrozilor Regenerarea activită Regenerarea activităţţii iniii iniţţiale iale şşi prelungirea duratei de i prelungirea duratei de

funcfuncţţionare a biosenzoruluiionare a biosenzorului Celulele autolizate rămân la suprafaţa electrodului

limitare la câteva cicluri de regenerarelimitare la câteva cicluri de regenerare

Determinarea concentraţiei unor substanţe

Biosenzori microbieni

Selecţionarea agenţilor mutageni

Urmărirea respiraţiei celulelor imobilizate pe un electrod de oxigen

Salmonella typhimurium His-

Mediu lipsit de histidinăMutagen

Mutaţie

Electrod de O2

Membrană filtrantă

Glucoză

INCUBARE IMOBILIZARE MĂSURARE

10 ore

Biosenzori hibrizi

Determinarea ureei

Biotraductor = HIS + enzimă

Biosenzori hibrizi realizaţi cu microorganisme

Ele

ctro

d de

O2

Membrană cu urează

Membrană schimbătoare de ioni

Strat alcalin Membrană din Teflon

Bacterii imobilizate: 1. Nitrosomonas sp.

2. Nitrobacter sp.

Uree +

H2O

NH4+

CO2

NH3 NH4+ NO2

- NO3-

O2O2 O2

1 2

Biosenzori hibrizi

Determinarea α- amilazei

Biotraductor = HIS + enzimă

AMGAMG

AMGAMG

AMGAmidon

PA: α- amilaza

Elec

trod

de

O2

Amidon Produşi cu masă moleculară redusă

difuzie în membrana catalică

PA: α- amilaza

GlucozăAMG

Asimilată de bacterii

• Se bazeaza pe fenomenele optice manifestate de microorganisme in procesele metabolice:

• fotoluminiscenta;• chemoluminiscenta;• electroluminiscenta;• polarizare;• absorbanta etc.

Biosenzori fotomicrobieni

•• PlasareaPlasarea microorganismelormicroorganismelor imobilizateimobilizate imediatimediat in in apropiereaapropierea unuiunui termistortermistor, care , care masoaramasoara calduracalduraabsorbitaabsorbita sausau eliberataeliberata de de microorganismemicroorganisme in in proceseleproceselemetabolicemetabolice..

Termistor microbian

Cu reactor termistor Cu microreactorpe termistor

• Se bazează pe principiul general al schimbului entalpic.• Multe reacţii metabolice sunt însoţite de o evoluţie

considerabilă a căldurii – calorimetrie.• Exemple: entalpia reacţiilor metabolice, călduri specifice,

latente.• Principiile calorimetriei nu pot fi aplicate datorită

costurilor ridicate ale instrumentelor sensibile şi complexe.

Intrebari?