Biosensores

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La cuantificación de los procesos biológicos o bioquímicos son de suma importancia para aplicaciones médicas, biológicas y biotecnológicas. Sin embargo, la conversión de la información biológica a una señal de fácil procesado electrónico es un reto debido a la complejidad de la conexión de un dispositivo electrónico directamente a un entorno biológico.

Los biosensores son unos dispositivos atractivos para analizar el contenido de una muestra biológica debido a la conversión directa de un evento biológico en una señal electrónica.

Un biosensor se compone de un elemento de reconocimiento biológico, un transductor y un sistema electrónico. En una muestra compleja , el elemento de reconocimiento biológico es capaz de discriminar entre los distintos componentes de la misma e interaccionar con el compuesto a analizar. También llamado analito. Una vez producida la interacción el transductor convierte la la energía producida por esta en una señal eléctrica. Por último el sistema electrónico registra y trata dicha señal.

Estos dispositivos pueden clasificarse en función de: el tipo de interacción que se establece entre el elemento de reconocimiento y el analito; el método utilizado para detectar dicha interacción; la naturaleza del elemento de reconocimiento; o del sistema de transducción.

La principales características deseables en los biosensores son las siguientes: alta sensibilidad, alta selectividad, alta fiabilidad, tiempo de vida largo, bajo coste, tiempo de análisis corto, pretratamiento de la muestra innecesario, manejo sencillo, portátiles, análisis a tiempo real, automatizables, miniaturizables, etc…
Existe una amplia variedad de biosensores distintos y no todos poseen cada una de las características citadas anteriormente. La combinación de varias de ellas podría situar a muchos de estos dispositivos en una posición ventajosa frente a las técnicas de análisis convencionales .

Existen múltiples elementos de reconocimiento y sistema de transducción. Teóricamente estos componentes admiten diversas combinaciones. En la práctica, la elección del material biológico/biomimético depende de las características del compuesto a analizar. Por ejemplo, cuando se trata de detectar una sustancia alérgena se utilizan anticuerpos.

En los tipos de interacción tenemos a: los sensores biocatalíticos , son los biosensores mejor conocidos y los más aplicados ; y los sensores de bioafinidad.

Una etapa clave en la construcción de un biosensor es la inmovilización del elemento de reconocimiento sobre una membrana o matriz, que a su vez se fija a superficie del transductor.

Existen varios tipos de transductores: electroquímicos, ópticos, piezoeléctricos (másicos, gravimétricos, acústicos), termométricos y nanomecánicos. Dependiendo de la naturaleza de la interacción entre el elemento de reconocimiento y la especie de interés se puede utilizar un tipo de transductor u otro.

El primer biosensor fue un analizador de glucosa desarrollado por Clark y Lyons en 1962. Pero el término biosensor comenzó a utilizarse a partir de 1977, cuando se desarrolló el primer dispositivo utilizando microorganismos vivos inmovilizados en la superficie de un electrodo sensible al amonio. Este dispositivo se utilizaba para detectar el aminoácido arginina.

El desarrollo de los biosensores desde entonces ha estado centrado principalmente en el campo del diagnostico clínico (con un gran éxito de los biosensores para glucosa) y existe un interés más reciente en los campos medioambiental, químico, farmacéutico y militar.

El número de publicaciones científicas, revisiones y patentes sobre biosensores desarrollados en los últimos años es muy elevado, lo que refleja el gran interés que despierta este tema en la comunidad científica.

Frente al carácter generalista de tecnologías convencionales como la espectrometría de masas o las distintas cromatografías, son equipos costosos que permiten analizar amplios espectros de compuestos, los biosensores están específicamente diseñados para la detección y/o cuantificación de uno o unos pocos analitos, como respuesta a problemas concretos.

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