Che cosa sono biosensori elettrochimici?

I biosensori elettrochimici sono classe A di biosensori che funzionano facendo uso di un trasduttore elettrochimico. Possono individuare i materiali biologici quali gli enzimi, le intere celle, i leganti specifici ed i tessuti, ma anche le matrici non biologiche.

biosensoriCredito di immagine: Kateryna Kon/Shutterstock.com

Le basi dei biosensori

I biosensori sono unità analitiche che interpretano le informazioni biologiche in un segnale quantificabile. I biosensori differiscono da altri sistemi analitici popolari, quale cromatografia liquida a alta pressione (HPLC), in quanto sono unità integrate autonome. Tuttavia, i biosensori possono essere incorporati nei più grandi sistemi analitici. Là, fungono da unità del ricevitore che può raccogliere selettivamente le informazioni quantitative o semiquantitative.

I biosensori sono fatti di cinque componenti principali: un bioreceptor, un'interfaccia, un elemento del trasduttore, software e un'interfaccia utente. Le legature di bioreceptor all'analito selettivamente e l'interfaccia è dove un evento biologico scelto accade che provoca il segnale che è misurato. Il segnale è misurato dall'elemento del trasduttore. L'elemento del trasduttore, che nel caso dei biosensori elettrochimici è un trasduttore elettrochimico, trasforma il segnale del trasduttore in un segnale elettronico e lo amplia. Il software converte il segnale elettronico in parametro fisico che può essere interpretato chiaramente. Ciò poi è presentata attraverso l'interfaccia utente all'operatore.

Tipi di biosensori elettrochimici

Una serie di tipi differenti di biosensori elettrochimici esistono secondo il loro metodo per l'assicurazione della selettività biologica o il loro metodo di trasduzione del segnale, o una combinazione dei due. Il ricevitore può essere selettivo per un evento biocatalitico quale una reazione che è catalizzata dalle macromolecole, compreso gli enzimi, o per un bioaffinity specifico, quale l'interazione fra un analito e una macromolecola, indipendente dal loro ambiente biologico.

I metodi di rilevazione per i trasduttori elettrochimici sono diversi. I metodi comprendono l'amperometria, che è basata sulla misurazione della corrente elettrochimica dell'ossidazione o della riduzione delle specie electroactive. La corrente si riferisce direttamente alla concentrazione delle specie electroactive. Un altro metodo è conduttometria, che conta sul conductometrics delle reazioni enzimiche e delle membrane biologiche.

La potenziometria è un metodo di rilevazione che comprende la differenza di potenziale di un elettrodo dell'indicatore e di un elettrodo di riferimento quando nessuna corrente scorre fra loro. Questi sono il più comunemente elettrodi di pH ma possono essere elettrodi ione-selettivi. Infine, i biosensori elettrochimici possono misurare gli analiti tramite la carica superficiale facendo uso dei transistor di effetto di campo. Questi possono determinare le concentrazioni nello ione fissando una membrana ione-selettiva ad un transistor, che si trasforma in in un biosensore una volta accoppiato con un livello di bioaffinity o biocatalitico.

Vantaggi e svantaggi dei biosensori

I biosensori sono stati presentati negli anni 60 e si sono evoluti notevolmente da allora. I biosensori elettrochimici presentano i vantaggi distinti, come mancanza la complessità alta del sensore installato e di alto costo di altri biosensori. Invece, i biosensori elettrochimici sono associati con la produzione economica dei circuiti microelettronici e di un'interfaccia facile da usare con trattamento ed i risultati elettronici convenzionali.

I biosensori elettrochimici sono egualmente robusti, facili da miniaturizzare ed offrono i vasti limiti di segnalazione anche quando soltanto i piccoli volumi di analito sono presenti. Ancora, i biosensori elettrochimici possono essere usati per analizzare i biofluids con alta torbidezza ed i composti otticamente assorbenti e stanti flourescenti.

I biosensori elettrochimici hanno determinate funzionalità che ostacolano ulteriori sviluppi. Per esempio, non hanno il tipo di architettura di superficie che abbia facilitato l'alta sensibilità ed il riconoscimento unico della risposta all'evento biochimico selezionato. Ciò significa che il pH e la forza ionica dei biofluids possono variare notevolmente e quindi influenzare il comportamento delle classi vitali del biosensore, quali i immunosensors.

A causa di questo, la nanotecnologia ha avuta applicazioni aumentate nel biosensing elettrochimico essere usando per minimizzare gli elementi del sensore elettrochimico nelle dimensioni che aumentano il rapporto segnale-rumore. Ciò è particolarmente importante per i trattamenti che sono intesi per accadere all'interfaccia dell'unità e possono essere usati per scoprire i metodi per usare parecchi contrassegni enzimatici per aumentare l'intensità del segnale di evento.

Applicazioni dei biosensori elettrochimici

Uno dei biosensori elettrochimici' che le utilizzazioni principali è direttamente riflette gli analiti o l'attività biologica relativa all'analito (produzione o consumo). Con questo, il biosensore può riflettere le attività delle celle viventi o degli enzimi.

Il video indiretto può essere fatto per analizzare gli antiparassitari organici o le sostanze inorganiche che interferiscono con i beni biocatalitici del sensore. Ciò comprendono il video dei metalli pesanti, il fluoruro, il cianuro ed altri che abbiano alta importanza nell'industria e nell'ambiente. Tuttavia, questi sono spesso irreversibili e quindi spesso forniscono le misure meno esatte di concentrazione nell'analito.

Sorgenti

Grieshaber, D. et al. (2008). Biosensori elettrochimici - principi ed architetture del sensore. Sensori. https://doi.org/10.3390/s80314000

Thévenot, D.R. et al. (2001). Biosensori elettrochimici: definizioni e classificazione raccomandate. Biosensori e bioelettronica. https://doi.org/10.1016/s0956-5663(01)00115-4

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Last Updated: Jan 8, 2020

Sara Ryding

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Sara Ryding

Sara is a passionate life sciences writer who specializes in zoology and ornithology. She is currently completing a Ph.D. at Deakin University in Australia which focuses on how the beaks of birds change with global warming.

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