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Los biosensores electroquímicos: herramientas de analítica y del diagnostico clínico.  

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Los biosensores electroquímicos: herramientas de analítica y del diagnostico clínico.  

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Sensor: dispositivo capaz de responder de manera inequívoca a un analito concreto en el seno de una muestra compleja.
Un biosensor 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. El elemento de reconocimiento que interactúa con el analito y concede selectividad al sensor .

2. El transductor que permite convertir esa interacción en una señal analítica.

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Brindan mejor respuesta para la fabricación de sensores  de interés en el diagnóstico clínico en general.
Ventajas de la producción de electrodos serigrafiados:

1. Flexibilidad del diseño.

2. Automatización del proceso de producción.

3. Combinación de distintos materiales electródicos en la misma celda electrolítica.

4. Adaptación del proceso de producción de electrones en función de necesidades.

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Modificados con nanotubos de carbono: estructuras cilíndricas enrolladas de láminas de grafeno. Cuando están constituidas por sólo una lámina de grafeno se conocen como SWCNT y cuando están constituidas por varias láminas concéntricas se les asigna el nombre de MWCNT

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 Nanoestructuración de electrodos serigrafiados (2).

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 Nanoestructuración de electrodos serigrafiados (2).

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Modificados con nanopartículas de oro:  excelente biocompatibilidad entre las proteínas y el oro. Se vio la posibilidad de generar in situ sobre la propia superficie del electrodo serigrafiado nanopartículas de oro de forma más controlada, más sencilla y más barata por electrodeposición para dar lugar a transductores nanoestructurados de oro.

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Selectividad y sensibilidad de un biosensor electroquímico.

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Selectividad y sensibilidad de un biosensor electroquímico.

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La selectividad de un biosensor es atribuida al elemento de reconocimiento.
La sensibilidad del sensor depende exclusivamente del transductor, de la técnica electroquímica elegida y de la metodología analítica seguida.
La preconcentración electródica y la catálisis enzimática son parte de la metodología analítica que nos permite cuantificar bajas concentraciones de analito.

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Superficies nanoestructuradas con nanotubos de carbono: sensor de ácido úrico

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Superficies nanoestructuradas con nanotubos de carbono: sensor de ácido úrico

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El 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,. Un metabolismo deficiente trae consigo una concentración elevada en sangre o hiperuricemia que puede provocar desordenes clínicos.
El cambio de naturaleza de la superficie electródica del acido úrico va a hacer
posible el desarrollo de un sensor de ácido úrico específico y sencillo. El ácido úrico se adsorbe selectivamente sobre los nanotubos frente a cualquier otra especie electroactiva interferente que pudiera existir en una muestra de suero, plasma, sangre u orina. Utilizando esta metodología se pueden desarrollar sensores de ácido úrico para determinar este parámetro en orina, sangre, suero o saliva.

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Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro: sensor de plomo

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Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro: sensor de plomo

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El plomo es un metal pesado de elevada toxicidad que durante
muchos años el hombre ha usado. Como consecuencia de la elevada demanda para realizar el análisis de plomo en sangre en niños, en Estados Unidos existen sensores de plomo comerciales fundamentados en la utilización de electrodos serigrafiados de carbono nanoestructurados
con nanopartículas de oro.

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Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro: sensor de plomo (2)

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Superficies nanoestructuradas con nanopartículas de oro: sensor de plomo (2)

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Fundamento del sensor de plomo:
El fundamento de este sensor se encuentra en la redisolución anódica del plomo previamente acumulado sobre el oro. Además el hecho de que esa superficie de oro sea una superficie nanoestructurada favorece la determinación en la etapa de acumulación haciendo que la velocidad de difusión sea elevada por tener un comportamiento ultramicroelectródico y en la etapa de transferencia electrónica haciendo que el proceso sea reversible.
En este caso el sensor de plomo no es más que un electrodo serigrafiado de carbono nanoestructurado con nanopartículas de oro.

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Inmunosensor de PSA:
Sensor cuyo elemento de reconocimiento está constituido por anticuerpos o fracciones de anticuerpos, antígenos o haptenos y cuyo fundamento son las interacciones epítopoparátopo o reacciones inmunológicas controladas por constantes de afinidad o avidez.

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Inmunosensor de PSA.
En el caso del cáncer de próstata, PSA (prostate specific antigen), 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.
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.
Cuando la concentración de tPSA se encuentra entre entre 2,5 y 10 ng/mL (la llamada zona gris) es necesario además determinar la concentración de PSA libre, no enlazada a otras proteínas (fPSA). En estos casos es necesario conocer la relación fPSA/tPSA.

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Sensor biparamétrico de PSA:
En la denominada zona gris de la PSA, que es aquella en la que la concentración total de PSA se encuentra entre 2,5 y 10 ng/mL, la determinación de los dos parámetros, tPSA y fPSA, se hace necesaria y por ello se ha desarrollado un inmunosensor biparamétrico (también llamado bisensor).
Consta de dos electrodos de trabajo situados en la misma celda electroquímica.
Cada uno de ellos se modifica con un anticuerpo monoclonal distinto: uno específico de tPSA y otro específico de fPSA.
Todo ello es posible porque el producto de la catálisis enzimática que genera la señal analítica es plata metálica que sólo queda depositada donde ha reaccionado el analito.

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Fundamento y construcción del inmunosensor de PSA.
Tres aspectos para conseguir la selectividad y la sensibilidad requeridas:
1. Se tiene que utilizar un electrodo serigrafiado
de carbono nanoestructurado.
2. Se debe 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 (tPSA = fPSA + bPSA), o un anticuerpo monoclonal con mayor afinidad por la fPSA cuando
se pretenda determinar la PSA libre.
3. La señal analítica tiene que estar fundamentada en una catálisis enzimática y en un voltamperograma de redisolución anódica.
La construcción del inmunosensor se realiza sobre una superficie nanoestructurada de oro. Una vez llevado a cabo el bloqueo realizado con caseína, el sensor así construido se almacena a 4o °C y es estable al menos seis meses.
Para la consecución de la señal analítica se utiliza la metodología
voltamétrica enzimática.

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 Aplicaciones. La utilización de superficies nanoestructuradas en la construcción de biosensores.

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 Aplicaciones. La utilización de superficies nanoestructuradas en la construcción de biosensores.

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La nanoestructuración de sensores enzimáticos amperométricos, es muy actual y su uso como transductores de biosensores se encuentra en plena evolución llevando a la posibilidad de una nueva generación de transductores.

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Un genosensor 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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Genosensor para la detección del virus del SARS.
Con el acrónimo de SARS (Severe Acute Respiratory syndrome), neumonía grave provocada por un virus de la familia coronavirus  aislado por primera vez en el año 2003.
Se desarrollo un genosensor del virus del SARS:
1.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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https://www.youtube.com/watch?v=gmd5gSvZzV8

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Aplicaciones. Biosensores enzimáticos: sensor de glucosa.

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Aplicaciones. Biosensores enzimáticos: sensor de glucosa.

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Sensor enzimático:  el elemento de reconocimiento es una enzima.
Son biosensores enzimáticos de segunda generación. En estos sensores se inmovilizan una enzima y un mediador en el electrodo de trabajo. El analito, en este caso la glucosa, es el sustrato que el enzima convierte en producto.
Se utilizan materiales plásticos como soporte para que con el mínimo coste tengan la máxima consistencia y en estos soportes se incluyen dos electrodos relacionados con la medida amperométrica: un electrodo de trabajo y un electrodo que hace a la vez de referencia y auxiliar.
Es un  electrodo serigrafiado con tinta de carbono y en su seno o sobre su superficie se estabilizan el enzima y el mediador.