Biosensores

BIOSENSORES

Introducción:

Un biosensor es un dispositivo de análisis conformado por un elemento biológico de reconocimiento (célula, tejido, receptor, ácido nucleico, enzima, ribozima o anticuerpo, entre otros), o nanomateriales (nanopartículas, nanocompuestos), materiales inteligentes ó compuestos biomiméticos (aptámeros, polímeros de microporosidad intrínseca, sondas de ácidos nucleicos), asociado a un mecanismo que garantiza la detección e interpretación de la variación de propiedades ópticas, fisicoquímicas, eléctricas, entre otras, obtenida de la interacción entre el analito y el dispositivo analítico. Cabe destacar que las características fisicoquímicas del analito de interés son las determinantes para la elección del material biológico/biomimético, mientras que el tipo de elemento de reconocimiento es el que determina el sistema transductor.

Desarrollo:

Entre las ventajas de los biosensores para el aseguramiento de la calidad fisicoquímica, microbio- lógica, composicional y la vida útil de los alimentos, se destacan: alta sensibilidad, selectividad y reproducibilidad, debido a que las mediciones de nutrientes, micronutrientes, contaminación por residuos, toxinas y productos metabólicos se encuentran en concentraciones a nivel de trazas; ampliación de la vida media del dispositivo utilizando materiales estables y resistentes; además son de fácil manejo, bajo costo y corto tiempo de análisis, lo que los hace versátiles en el control de procesos; eficientes, ya que disminuyen los tratamientos de las muestra; fáciles de operar y transportar, automatizables, incorporables en sistemas microscópicos, multianálisis, y quizá una de las ventajas más trascendentales para la industria de alimentos, permiten obtener resultados en tiempo real.

TIPOS DE BIOSENSORES

Se clasifican de acuerdo con la heterogeneidad de materiales, las variables de sus componentes estructurales, los mecanismos químicos, físicos o fisiológicos de su funcionalidad, y también de acuerdo a los mecanismos de detección de la señal. Los biosensores se pueden clasificar atendiendo a las siguientes variables:

• Tipo de interacción: biocatalíticos o de bioafinidad.

• Método de detección: directo o indirecto.

• Elemento de reconocimiento: célula, organela, tejido, enzima, receptor, anticuerpo, ácido nucleico, polímero de impresión molecular(PIM), ácido nucléico peptídico (PNA) o aptómero (6). • Sistema de transducción: nanomecánico, piezoeléctrico, electroquímico, termoeléctrico u óptico.

Sensores de interacción biocatalítica y sus principales sistemas de reconocimiento:

Son sistemas in-situ, constituidos por organelas, células, tejidos, sistemas enzimáticos o multienzimáticos de origen animal o vegetal, utilizado para la detección de sustratos mediante el comportamiento estequiométrico de productos o reactivo, o mecanismos de inhibición enzimática que intervienen en el proceso, caracterizados por su capacidad regenerativa que no condiciona la dependencia del proceso de la cantidad del mismo. Entre los elementos de reconocimiento típicos de este tipo de interacciones, se destacan las enzimas, son moléculas inmovilizadas de naturaleza proteica o ribozimíca, altamente específicas, eficientes y regulables, acoplables a trasductores de tipo calorimétrico, potenciométrico, amperométrico, piezoeléctrico u optoeléctrico; células completas o sometidas a procesos metabolómicos que permiten monitorear metabolitos primario o secundario, aunque no de forma muy específica y con limitaciones de permeabilidad; organelas encargadas de la producción energética e implicadas en el metabolismo de xenobióticos específicos, convirtiéndose en indicadores ambientales de contaminación por agentes como pesticidas y contaminantes industriales, y elementos de reconocimiento como tejidos para control de calidad mediante la determinación de productos de descomposición, entre otros.

Sensores de bioafinidad y sus principales sistemas de reconocimiento

Presentan una gran ventaja en cuanto a sus aplicaciones para la detección de residuos de pesticidas, agentes microbianos y alérgenos en alimentos. Se caracterizan por su capacidad para formar complejos entre el analito de interés y el receptor, sin llevar a transformaciones químicas, pero generando excelentes mecanismos de respuesta, aunque con grandes exigencias analíticas para determinar su magnitud. Dichas interacciones generan respuestas que demandan sistemas de alta sensibilidad y precisión, cuantificándose a través del seguimiento cinético del proceso en presencia de inhibidores competitivos, marcaje isotópico, comportamiento óptico del proceso o variaciones gravimétricas. Entre los receptores de bioafinidad se destacan las lectinas, las cuales son proteínas de reconocimiento del glucocáliz, que exhiben efectos tóxicos para la salud, y polímeros de impresión molecular- MIPs, los cuales son moléculas de síntesis con propiedades biomiméticas sobre mecanismos de señalización celular asociados a mecanismos competitivos.

Sistema de transducción

La naturaleza de la interacción entre el elemento de reconocimiento y el analito constituye

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