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Begoña, M., & Costa, A. (2010). Los biosensores electroquímicos: herramientas de la analítica y del diagnóstico clínico. Universidad de Oviedo. https://digibuo.uniovi.es/dspace/handle/10651/11669

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Es un biosensor en el que el elemento de reconocimiento son hebras de ADN y la hibridación con las hebras complementarias a través de la renaturalización de la doble hélice controlada por el rigor o la estringencia en el apareamiento es el fundamento de su funcionamiento.

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Las superficies nanoestructuradas son las mas recientes en la actualidad y su uso como transductores de biosensores se encuentra en plena evolución, además estos plantean una nueva etapa en la construcción de nuevos biosensores de aplicación clínica.

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Diseño del inmunosensor de PSA. A) Etapas de construcción del elemento dereconocimiento B) metodología analítica seguida para la obtención de la señal analítica

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2.4.1. Genosensor para la detección del virus del SARS

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2.4.1. Genosensor para la detección del virus del SARS

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2.4.1.1. Fundamento del genosensor del virus del SARS

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2.4.1.1. Fundamento del genosensor del virus del SARS

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1. Como transductor se utiliza un electrodo serigrafiado nanoestructurado con nanopartículas de oro.

2. Como elemento de reconocimiento o sonda se utiliza un oligonucleótido sintético de 30 bases tiolado en el extremo 3’ complementario a la diana concreta del genoma del virus que se biotinila también en el extremo 3’.

3. La metodología analítica seguida fue parecida a la descrita para el inmunosensor de PSA.

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Sensor enzimático

Se utiliza una enzima como elemento de reconocimiento y dentro de estos, los mas utilizados son los sensores amperométricos (glucosa).

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Es un sensor cuyo elemento de reconocimiento está constituido por anticuerpos o fracciones de anticuerpos, antígenos o haptenos y cuyo fundamento son las interacciones epítopo parátopo o reacciones inmunológicas controladas por constantes de afinidad o avidez.

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Se designa a una proteína producida por la glándula prostática para dar fluidez al semen y a día de hoy es uno de los biomarcadores más importantes de este tipo de cáncer. Esta glicoproteína circula en el cuerpo humano libre asociada a otras proteínas.

Cuando la concentración de PSA total (tPSA) es superior a 10 ng/mL en suero el riesgo de padecer cáncer de próstata es alto y cuando está por debajo de 2,5 ng/mL este riesgo es mínimo.

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2.3.1.1. Fundamento del inmunosensor de PSA

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2.3.1.1. Fundamento del inmunosensor de PSA

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Es necesario tener en cuenta tres aspectos bien distintos para conseguir la selectividad y la sensibilidad requeridas:

1. Utilizar un electrodo serigrafiado nanoestructurado con nanopartículas de oro de un tamaño promedio de 70 nm.

2. Inmovilizar el anticuerpo monoclonal que presente una mayor afinidad por la tPSA con la menor reactividad cruzada posible cuando se pretenda determinar esta proteína libre y enlazada

3.  La señal analítica tiene que estar fundamentada en una catálisis enzimática y en un voltamperograma de redisolución anódica.

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◉ Sensor químico: Dispositivo miniaturizado que es capaz de responder de manera inequívoca a un analito concreto en el seno de una muestra compleja. Consta de un elemento de reconocimiento (interactúa con el analito y da selectividad al sensor y de un transductor (convierta esa interación en una señal analítica).

Nota: Cuando el transductor es un electrodo se trata de un sensor electroquímico y cuando en el elemento de reconocimiento intervienen especies biológicas se trata de un biosensor.

◉ Bioensor electroquímico: Hace posible la combinación de la sensibilidad de las técnicas electroquímicas con la selectividad de los procesos de reconocimiento biológico de una forma sencilla.

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1.1 La importancia del transductor: electrodos serigrafiados

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1.1 La importancia del transductor: electrodos serigrafiados

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La utilizacióm de electrodos convencionales de oro, platino o carbono como transductores de sensores o biosensores son un práctica habitual en trabajos de investigación, pero no son herramientas válidas para la construcción de sensores de interés en el diagnóstico clínico en general, porque al contacto del elemento de reconocimiento con la muestra (sangre, suero, orina, líquido cefalorraquídeo) invalida al sensor en posteriores determinaciones.
En cambio la técnica de serigrafiado se ha ido adaptando en los últimos 50 años a la producción de electrodos serigrafiados con grandes ventajas:

1.  Flexibilidad del diseño: Permite utilizar distintas máscaras y tintas de serigrafiado, así como variar tanto el número de electrodos como el volumen de la misma en función de las necesidades.
2. Automatización del proceso de producción: Una vez elegido el diseño y las tintas, la producción de tarjetas serigrafiadas se puede hacer a gran escala, reproduciendo con gran precisión tamaños y geometrías y abaratando costes.
3. Distintos materiales electródicos: Es posible utilizar electrodos de oro, platino, carbono, plata, plata/cloruro de plata en la misma celda electrolítica.
4. El proceso y el diseño puede variar: El proceso de producción de electrodos serigrafiados se puede adaptar a distintos soportes, así como se puede variar los materiales desde poliméricos o plásticos hasta cerámicos o alúmina.

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Electrodo serigradiado con tres electrodos

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La nanoestructuración del electrodo de trabajo va a hacer posible el nacimiento de transductores de nueva generación que al modificar la superficie serigrafiada con nanopartículas de distinta naturaleza le confieren propiedades inherentes que amplian su campo de aplicación.

Existen dos tipos de nanoestructuración:

1. Superficies nanoestructuradas con nanotubos de carbono.
2. Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro.

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1.2.1 Electrodos serigrafiados modificados con nanotubos de carbono

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1.2.1 Electrodos serigrafiados modificados con nanotubos de carbono

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Son estructuras cilíndricas enrrolladas de láminas de grafeno, descubiertas en 1992.
Cuando están constituidas por sólo una lámina de grafeno se conocen como SWCNT (tienen un diámetro entre 0.4 y 2 nm) y cuando están costituidas por varias láminas concéntricas se les asigna el nombre de MWCNT (tienen un diámetro entre 2 y 100 nm).

Se les considera como conductores metálicos, presentan alta elasticidad, dureza, conductividad térmica, estabilidad, y son insolubres en disolventes tanto polares como apolares debido a su carácter hidrófobo de sus paredes.

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Integrantes:

◉María Eréndira Barragán Colima

◉Daniela Gómez Medina

◉Sofia De Anda Hernández

Biosensores
Sexto Semestre
Profesor: Jorge Enrique Pliego Sandoval

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2.2.1 Superficies nanoestructuradas con nanotubos de carbono: sensor de ácido úrico

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2.2.1 Superficies nanoestructuradas con nanotubos de carbono: sensor de ácido úrico

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Ácido Úrico

Es el producto final del metabolismo de las purinas y de los ácidos nucleicos que habitualmente se elimina a través de la orina.

Desde un punto de vista electroquímico, el acido úrico es una especie electroactiva que se oxida sobre electrodos sólidos de acuerdo con el proceso faradaico irreversible siendo este proceso no aplicable en muestras de suero, plasma o sangre.

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En estos sensores se inmovilizan la enzima y además un mediador en el electrodo de trabajo.

-La enzima inmovilizada puede ser una glucosa oxidasa (GOx)

- Los mediadores más utilizados (GOx) es el ferricianuro

Diseño del sensor de glucosa

Se utilizan materiales plásticos como soporte y en estos se incluyen dos electrodos: un electrodo de trabajo y un electrodo que hace a la vez de referencia y auxiliar.

1. El electrodo de trabajo es un electrodo serigrafiad con tinta de carbono y sobre su superficie se estabilizan la enzima y el mediador.

2. El electrodo de referencia/auxiliar es un electrodo serigrafiado de plata/cloruro de plata.

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Nanotubos de carbono y dimensiones de los mismos. A) SWCNT y B) MWCNT

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1.2.2 Elctrodos serigrafiados modificados con nanopartículas de oro

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1.2.2 Elctrodos serigrafiados modificados con nanopartículas de oro

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Las nanopartículas de oro han tenido siempre un gran atractivo tanto desde el punto de vista biológico, por la excelente biocompatibilidad, como por sus aplicaciones electroanalíticas, debido tanto a la elevada conductividad de las mismas como a la elevada relación superficie/volumen que presentan. Esto unido a la fiabilidad de obtener suspenciones coloidales estables con un tamaño medio de partícula con muy poca desviación ha abierto en la actualidad un nuevo campo en la transducción electroquímica.

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Nanoestructuración de electrodos serigrafiados con oro.

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Consta de dos electrodos de trabajo situados en la misma celda electroquímica. Cada uno de ellos se modifica con un anticuerpo monoclonal distinto:

1. Uno específico de la tPSA.

2. Otro específico de la fPSA.

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Esquema de los procesos electródicos y enzimáticos en un sensor de glucosa.

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Otros sensores enzimáticos con electrodos serigrafiados de carbono han sido desarrollados para la cuantificación de
lactato, ácido úrico y colesterol.

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Estructura química del ácido úrico y su proceso faradaico.

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El cambio de naturaleza de la superficie electródica al modificar el electrodo de trabajo con nanotubos de carbono funcionalizados con grupos carboxílicos se convierte en un sensor específico para el ácido úrico en muestras de sangre
total y orina.

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Proceso faradaico del ácido úrico sobre electrodos serigrafiados de carbono (A) y electrodos serigrafiados de carbono modificados con nanotubos de carbono (B).

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2.2.2. Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro: sensor de plomo

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2.2.2. Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro: sensor de plomo

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El plomo es un metal pesado de elevada toxicidad que el hombre ha usado durante para fines diferentes (juguetes, como parte de pinturas de cerámicas etc.)

Debido a esto existe una elevada demanda de análisis en E.U.A por lo que existen sensores comerciales fundamentados en la utilización de electrodos serigrafiados de carbono nanoestructurados con nanopartículas de oro.

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El plomo se encuentra en disolución como catión plomo (II)   sobre electrodos de carbono de oro.
El fundamento de este sensor se encuentra en la redisolución anódica del plomo previamente acumulado sobre el oro.

1. En la etapa de acumulación haciendo que la velocidad de difusión sea elevada por tener un comportamiento ultramicroelectródico

2. En la etapa de transferencia electrónica haciendo que el proceso sea reversible.

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Imagen obtenida mediante microscopio electrónico de la superficie de un electrodo serigrafiado de carbono nanoestructurado con oro utilizado como sensor de pl