Biosensores BElgica

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ASIGNATURA: Metodología de la Investigación Científica. DOCENTE: Antero Vásquez Díaz. ALUMNA: López Aranda Bélgica Geraldine Lambayeque, Mayo del 2011

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ASIGNATURA:

Metodologa de la Investigacin Cientfica.

DOCENTE:

Antero Vsquez Daz.

ALUMNA: Lpez Aranda Blgica Geraldine

Lambayeque, Mayo del 2011

BIOSENSORESINTRODUCCIONAl decir que se ha logrado la cura para diversas enfermedades, o que se ha llegado a formar la manera de procrear al hombre sin necesidad del l, que hay maneras de cmo evitar el envejecimiento e incluso el desarrollo de maquinas similares al hombre que hasta sus funciones puede cumplir; son grandes avances que la ciencia ha logrado a lo largo de la historia por estas marcadas revoluciones, producidas

principalmente por el hallazgo o explicacin de sucesos en un inicio naturales, pero, que para satisfaccin del hombre desea controlarlo, esto fue dado por la formulacin de teoras y el desarrollo de nuevas tecnologas. Puesto a las situaciones de nuestra realidad, se ve la necesidad de llevar a cabo determinaciones analticas de componentes biolgicos que de alguna manera puedan perjudicar o estn atentando contra la vida de los seres humanos; un caso ms comn es el de los frecuentes atentados en los pases rabes orientales; sin hacer nada, muchos ellos incluso aunque est prohibido su uso- con armas biolgicas. Debido a esta realidad, los avances cientficos, han permitido el desarrollo de dispositivos capaces de detectar pequeas concentraciones de estimulos quimicicos y fsicos porvenientes de la presencia de algn agente patgeno. Estos dispositivos analticos que incorporan un elemento biolgico como fase sensorial asociado a un transductor fsico-qumico, presentan un enorme potencial para la deteccin de numerosos analitos tanto en el mbito del anlisis clnico, industria alimenticia o medioambiental. En este sentido, los nuevos conocimientos cientficos son los conceptos extremos gracias a la perseverancia y constante trabajo que la intuicin se situara en medio, permitiendo que la pequea pero significativa investigacin sea de su deleite, ya que contiene puntos generales pero completos de estas nuevas formas de prevenir enfermedades y prolongar la vida de los seres humanos.

ANTECEDENTESEl trmino biosensor aparece en la literatura cientfica a finales de los aos 70, aunque el concepto bsico e incluso la comercializacin comenz antes. El primer biosensor fue un analizador de glucosa desarrollado por Clark y Lyons en 1962 y comercializado a partir de 1975 por Yellow Springs Instrument Company. Este biosensor se denomin enzyme electrode y consista en una enzima glucosa oxidasa acoplada a un electrodo para oxgeno. La enzima oxida la glucosa y como consecuencia se produce un descenso proporcional de la concentracin de oxgeno en la muestra, que es detectado por el electrodo. En los aos siguientes se desarrollaron electrodos enzimticos para distintas sustancias de inters clnico mediante la unin de enzimas apropiadas a sensores electroqumicos. El trmino biosensor comenz a utilizarse a partir de 1977 cuando se desarroll el primer dispositivo utilizando microorganismos vivos inmovilizados en la superficie de un electrodo sensible a amonio. Este dispositivo se utilizaba para detectar el aminocido arginina y sus creadores lo denominaron sensor bio-selectivo. Posteriormente para acortar, se denomin biosensor y este trmino ha permanecido desde entonces para designar la unin entre un material biolgico y un transductor fsico. A partir de ese momento el diseo y las aplicaciones de los biosensores en distintos campos de la qumica analtica ha continuado creciendo. El desarrollo de los biosensores desde entonces ha estado centrado principalmente en el campo del diagnstico clnico (con un gran xito de los biosensores para glucosa) y existe un inters ms reciente en los campos medioambiental, qumico, farmacutico y militar. En el campo agroalimentario, que es del que nos ocuparemos en este informe, su inters se centra en el anlisis de la composicin de los alimentos, en la seguridad alimentaria (deteccin de compuestos contaminantes, alrgenos, antinutrientes, toxinas y microorganismos patgenos) y en el control de procesos on line. El nmero de publicaciones cientficas, revisiones y patentes sobre biosensores desarrollados en los ltimos aos es muy elevado, lo que refleja el gran inters que despierta este tema en la comunidad cientfica. A pesar de este inters, la salida de estos dispositivos del laboratorio al mercado agroalimentario ha sido lenta, salvo algunas excepciones, debido a una serie de obstculos relacionados principalmente con las caractersticas del propio mercado (legislacin, inercia metodolgica, capacidad de absorcin, etc). El desarrollo de las diferentes tecnologas implicadas en el diseo y construccin de biosensores ha permitido en los ltimos aos solventar las dificultades tcnicas que

inicialmente presentaban estos dispositivos para su aplicacin en la industria agroalimentaria. La diversidad de dispositivos ensayados en la actualidad, con diferentes combinaciones entre los distintos elementos que los componen, permite un diseo a la carta de los biosensores que cubre, desde el punto de vista tcnico, la prctica totalidad de las necesidades.

DEFINICIONLos biosensores son dispositivos de anlisis utilizados para convertir una respuesta biolgica o qumica en una seal elctrica. Sus campos de uso incluyen la medicina, la ingeniera de los alimentos y la ecologa, actuando como una poderosa herramienta en la determinacin de la concentracin de una sustancia y nutrindose de otras disciplinas como la bioqumica, la ciencia de las bioreacciones, la electroqumica, la electrnica y la ingeniera de software. Antiguamente se consideraba que un biosensor era cualquier sonda analizadora que introducida en un medio biolgico diera una seal cuantificable. Esto incluye a los electrodos ion selectivo y de pH. Hoy en da se da otra definicin que es "Un biosensor es una herramienta o sistema analtico compuesto por un material biolgico inmovilizado (tal como una enzima, anticuerpo, clula entera, orgnulo o combinaciones de los mismos), en ntimo contacto con un sistema transductor adecuado que convierta la seal bioqumica en una seal elctrica cuantificable". Algunos de los equipos analticos cada vez ms sofisticados, utilizados para bioanlisis desarrollados en los ltimos 20 o 30 aos, constituyen un biosensor dependiendo de la definicin de transductor, por ejemplo espectrofotmetros IR y UV, fluormetros, equipos RMN, etc. Sin embargo, los biosensores difieren esencialmente de las tcnicas existentes desde al menos tres puntos de vista muy tiles y fundamentales: En el contacto ntimo del material biolgico (tanto si consiste en clulas enteras, orgnulos, anticuerpos o enzimas) con un transductor que convierte la seal biolgica en una seal elctrica cuantificable. En su tamao funcional. La porcin sensora de un biosensor es generalmente pequea y eso permite pequeos tamaos de muestra, una interferencia mnima con

los procesos existentes despus de la implantacin y, por ltimo, el anlisis de medios peligrosos o poco accesibles, sin interrumpir el flujo del proceso. El material biolgico puede solucionarse para satisfacer las necesidades analticas operando a varios niveles de especificidad. Puede ser altamente selectivo, especfico para un margen estrecho de compuestos o mostrar un amplo espectro de especificidad. Un ejemplo de tal graduacin de especificidad sera un biosensor sensible a un solo antibitico (tal como la gentamicina) o a todos los amino glucsidos, o bien a todos los antibiticos. Esta flexibilidad de eleccin del material biolgico permite al usuario adaptar el biosensor a la necesidad requerida.

CARACTERSTICAS DE LOS BIOSENSORES Alta sensibilidad para el anlisis de ciertos analitos -como por ejemplo, muchos compuestos xenobiticos- con efectos txicos sobre la salud humana y animal incluso a concentraciones de partes por billn (mg/l). Existen unidades capaces de detectar cantidades inferiores a los lmites exigidos por la ley en el caso de residuos de plaguicidas. Alta selectividad para que el dispositivo interaccione exclusivamente con el compuesto de inters y no con otros de propiedades similares. Se consigue mediante elementos de reconocimiento muy especficos. A pesar de ello, se conocen algunas excepciones de biosensores que sufren interferencias con sustancias de la misma familia que el analito o bien con componentes del alimento. Alta fiabilidad. Los sistemas de transduccin se disean de manera que no puedan ser alterados (o lo sean mnimamente) por la muestra y no tengan problemas de ruidos. Tiempo de vida largo que no obligue al empleo del dispositivo tras un corto perodo desde su fabricacin ni a sustituciones frecuentes del mismo si est integrado en la lnea de produccin de una industria. La estabilidad qumica, fsica y mecnica del elemento de reconocimiento condiciona su duracin. Los componentes biolgicos por su propia naturaleza cuentan con una vida media limitada pero las nuevas alternativas basadas en molculas biomimticas no presentan este inconveniente. Bajo coste de produccin. En general, estos sistemas pueden fabricarse a escala industrial, lo cual redundara en un ms que considerable abaratamiento de los costes de produccin. A pesar de ello, la disponibilidad limitada de algunas enzimas y la existencia de fases crticas en su construccin (procesos de inmovilizacin) dificultan, en algunos casos, la fabricacin de biosensores en masa.

Tiempo de anlisis corto que posibilite una actuacin rpida, por ejemplo, la retirada de materias primas o productos contaminados o deteriorados antes de su uso o venta o la intervencin para corregir algn parmetro en un proceso industrial. Muchos biosensores consumen pocos minutos en cuantificar el compuesto de inters y no precisan un perodo de espera largo hasta el siguiente anlisis. Pretratamiento de la muestra innecesario lo que supone un ahorro de tiempo, materiales y reactivos. Aunque en la mayora de las ocasiones esto es as, en ciertas determinaciones son imprescindibles las etapas de concentracin y purificacin. stas permiten eliminar interferencias y asegurar la presencia de una cantidad suficiente del analito en el pequeo volumen utilizado (deteccin de microorganismos patgenos). Manejo sencillo. Esta tecnologa no requiere personal cualificado. Capaces de realizar anlisis en tiempo real. Esta caracterstica es especialmente interesante en el control de procesos, ya que permite controlar los parmetros deseados de forma inmediata y automtica. Porttiles para que sea posible realizar anlisis in situ. Automatizables. Prescindir del control manual de estas unidades facilita su integracin dentro de los sistemas que monitorizan los procesos industriales. Miniaturizables. Gracias a los desarrollos en microelectrnica y nanotecnologa se han logrado reducir las dimensiones de estos dispositivos. As pueden ensamblarse varios de ellos en un mismo sistema que realiza varias tareas a la vez y son aplicables a ensayos donde el tamao fsico del dispositivo, el volumen de la muestra o la localizacin de la medida son factores limitantes. Pocos requerimientos operativos y de almacenamiento que faciliten su empleo y no supongan un coste adicional. Los biosensores que incorporan molculas biomimticas suelen presentar estas caractersticas. En el resto de dispositivos, los componentes biolgicos pueden necesitar condiciones controladas (pH, temperatura) para su uso y conservacin debido a su baja estabilidad. Con capacidad multi-anlisis. Ciertos biosensores llevan a cabo la determinacin de diferentes analitos de forma simultnea. Existe una amplia variedad de biosensores distintos y no todos poseen cada una de las caractersticas citadas anteriormente. La combinacin de varias de ellas podra situar a muchos de estos dispositivos en una posicin ventajosa frente a las tcnicas de anlisis convencionales (cromatografa, espectrometra, etc). Adems, permiten que sean aplicables a la monitorizacin en tiempo real de procesos industriales.

COMPONENTES DE UN BIOSENSORESUna de las partes integrantes de estos dispositivos es el biocomponente o bioreceptor el cual proporciona la selectividad y la especificidad del biosensor. Su funcin engloba la deteccin de molculas especficas o de reacciones qumicas. Como bien se ha indicado se pueden emplear enzimas, anticuerpos, receptores, organulos, cidos nucleicos o clulas de origen microbiano, animal o vegetal con tal fin. Otro elemento del biosensor es el transductor fisico-qumico a emplear que debe ser capaz de convertir una reaccin biolgica especifica en una seal detectable. El tipo de transductor a emplear varia en funcin del tipo de biocomponente, por ejemplo la actividad de una enzima puede ser monitorizada mediante un cambio de pH, la produccin de oxigeno perxido de hidrogeno, as como un cambio en la conductividad o en la temperatura. Igualmente cuando se emplea un anticuerpo su actividad se puede monitorizar mediante electrodos o tcnicas inmunoenzimticas. En contraste los electrodos de 02 y CO2 se utilizan con clulas microbianas o con tejidos animales vegetales. El campo de los transductores es multidisciplinar, engloba reas tales como la electroqumica, ptica, bioqumica, ingeniera electrnica junto con otras ciencias. Los transductores ms empleados en el desarrollo de los biosensores son los amperomtricos, potenciomtricos y pticos. En funcin del biocomponente empleado y el transductor existen diferentes tipos de biosensores.

CLASIFICACIN DE LOS BIOSENSORESComo indica la siguiente tabla estos dispositivos pueden clasificarse en funcin de: el tipo de interaccin que se establece entre el elemento de reconocimiento y el analito; el mtodo utilizado para detectar dicha interaccin; la naturaleza del elemento de reconocimiento; o del sistema de transduccin. Tipo de Interaccin Biocataltica. Bioafinidad. Elemento de Reconocimiento Enzima Orgnulo, tejido o clula completa. Receptor biolgico. Anticuerpo. cidos nuclecos. Deteccin de la Interaccin Directa. Indirecta. Sistema de Transduccin Electroqumico. ptico. Piezoelctrico. Termomtrico. Nanomecnico

I. TIPO DE INTERACCIN A. Sensores Biocatalticos Son los biosensores mejor conocidos y los ms aplicados. Se basan en la utilizacin de biocatalizadores, que son elementos que favorecen que ocurra una reaccin qumica en la cual a partir de uno o varios sustratos se forman uno o varios productos conocidos sin consumo del biocatalizador, que se regenera y puede ser utilizado de nuevo. Estos biocatalizadores pueden ser sistemas que contienen enzimas o sistemas multienzimticos aislados, orgnulos celulares, clulas completas o tejidos animales o vegetales en los que estos sistemas se encuentran en su medio natural. Pueden utilizarse para detectar la presencia de alguno de los sustratos que participan en la reaccin, mediante la deteccin de la desaparicin de algn cosustrato conocido distinto de aquel que se quiere detectar o bien por la aparicin de algn producto conocido. Existen sustancias txicas como insecticidas o herbicidas que inhiben la actividad de determinados sistemas enzimticos de manera selectiva, de modo que estos sistemas se utilizan para detectar su presencia. Si en presencia de los sustratos adecuados no se produce la aparicin de los productos correspondientes o sta ocurre en menor extensin de la esperada, significa que en la muestra existe una sustancia txica que inhibe la reaccin que favorece el biocatalizador. A continuacin se describen los elementos de reconocimiento de tipo biocataltico. Estos elementos de reconocimiento pueden acoplarse a distintos tipos de transductores como electroqumicos, pticos, termomtricos y acsticos.

1. Enzimas Las enzimas son protenas que catalizan reacciones qumicas en los seres vivos. En una reaccin catalizada por una enzima se produce una unin del sustrato en una regin concreta de la enzima denominada centro activo, que comprende un sitio de unin y un sitio cataltico. Una vez formados los productos la enzima se recupera pudiendo comenzar un nuevo ciclo de

reaccin. En ocasiones puede ser necesaria la presencia de cofactores para que la enzima pueda regenerarse y estar activa de nuevo. La actividad enzimtica est controlada normalmente por el pH, la fuerza inica, la temperatura y la presencia de cofactores. La estabilidad de las enzimas es un factor limitante para el tiempo de vida de un biosensor de tipo enzimtico y se utilizan distintas tcnicas para aumentarla, como estabilizacin qumica y/o inmovilizacin. En algunas ocasiones se utilizan cascadas multienzimticas, en las que la enzima que acta como elemento de reconocimiento no acta directamente sobre el analito, sino sobre algn producto derivado del mismo. Este sistema es muy utilizado en el caso de algunos azcares en los que se utilizan enzimas que actan sobre los productos de la hidrlisis de los mismos. Entre las enzimas disponibles comercialmente las ms utilizadas suelen ser las xido- reductasas. Son enzimas muy estables que catalizan fenmenos de oxidacin o reduccin utilizando oxgeno o cofactores. Las enzimas pueden acoplarse a transductores de los tipos potenciomtrico, amperomtrico, optoelctrico, calorimtrico o piezoelctrico, y bsicamente todas funcionan por inmovilizacin de la enzima en el propio transductor. Existen enzimas que no se pueden utilizar aisladas debido a que no son suficientemente estables o a que su purificacin es difcil o demasiado cara. En estas circunstancias pueden utilizarse orgnulos celulares, clulas completas o tejidos que contienen las enzimas en una forma natural en un medio ms estable. 2. Clulas Completas Pueden ser clulas bacterianas, fngicas, protozoos o clulas procedentes de organismos superiores y pueden ser viables o no viables. En este caso en lugar de purificar las enzimas se utiliza como elemento biolgico una clula completa, que posee en su interior mltiples sistemas multienzimticos en su medio natural. Se pueden utilizar clulas modificadas genticamente que expresen enzimas determinadas que no se expresen normalmente o que posean una actividad mayor.

Las clulas viables pueden metabolizar diversos compuestos orgnicos dando lugar a la aparicin de distintos productos como amonio, dixido de carbono o cidos que pueden ser monitorizados mediante distintos transductores. Se pueden utilizar para detectar la presencia de compuestos relacionados con el crecimiento como vitaminas, azcares, cidos orgnicos o compuestos nitrogenados, o bien para detectar compuestos que inhiben la respiracin microbiana como contaminantes ambientales o sustancias txicas. La mayor limitacin a la hora de utilizar clulas completas es la difusin de sustratos y productos a travs de la membrana celular, que da como resultado una respuesta ms lenta comparada con los sensores basados en enzimas. Esta limitacin se puede paliar mediante la permeabilizacin de la membrana por medio de mtodos fsicos (congelacin y descongelacin), qumicos (detergentes) o enzimticos (lisozima, papana). Mediante estos tratamientos se forman poros en las membranas que permiten la difusin de molculas de pequeo tamao, reteniendo la mayor parte de los compuestos macromoleculares, como es el caso de las enzimas, dentro de la clula. Como consecuencia de estos tratamientos la clula deja de ser viable, pero puede servir como una fuente econmica de enzimas intracelulares. Se pueden utilizar para aplicaciones que no requieren regeneracin celular de cofactores o respiracin metablica, como es el caso de glucosa oxidasa, -galactosidasa, aminocido oxidasas, invertasas, etc. Otra limitacin de las clulas completas, en comparacin con enzimas purificadas, es que tienen una menor especificidad debido a reacciones catalizadas por otras enzimas presentes en la clula. Una posible solucin para minimizar estas reacciones indeseables es permeabilizar la membrana de modo que los cofactores salgan al exterior de la clula. Las clulas se pueden inmovilizar en membranas de acetato o celulosa, o atraparse en una matriz, como un gel de agar.

3. Orgnulos Subcelulares

En ocasiones en lugar de utilizar clulas completas o sistemas multienzimticos aislados, pueden utilizarse orgnulos subcelulares, que contienen determinados sistemas enzimticos completos, pero no poseen todos aquellos que presenta una clula completa, como es el caso de cloroplastos completos, tilacoides o mitocondrias. Mitocondrias y cloroplastos son orgnulos de doble membrana que poseen sistemas enzimticos relacionados con la obtencin de energa en la membrana interior. Determinados agentes txicos como plaguicidas, metales pesados o detergentes actan sobre estos sistemas enzimticos inhibindolos, de modo que estos orgnulos o sus membranas internas pueden utilizarse como biosensores para detectar este tipo de compuestos.

4. Tejidos Existen determinados tejidos vegetales que debido a su funcin fisiolgica en el organismo son una fuente de determinadas enzimas o sistemas enzimticos. Pueden utilizarse distintos tejidos como hojas, races, frutas o semillas, en rodajas o bien en forma de homogeneizados. Suelen ir asociados a transductores electroqumicos. Algunos ejemplos que aparecen en la literatura cientfica son la utilizacin de rodajas de patata (ricas en la enzima polifenol oxidasa) junto con electrodos de oxgeno para la determinacin de mono y polifenoles, o de homogeneizados del hongo Agaricus bisporus para la determinacin de alcohol. La utilizacin de orgnulos, clulas completas o tejidos vegetales en biosensores posee varias ventajas e inconvenientes comparada con la utilizacin de enzimas o sistemas enzimticos aislados.

B. Sensores de Bioafinidad Los sensores de bioafinidad se basan en la interaccin del analito de inters con el elemento de reconocimiento, sin que exista transformacin cataltica, sino que se produce una reaccin de equilibrio en la que se forma un complejo analito-receptor.

Para medir la interaccin, ya que no existe consumo de sustratos ni generacin de productos, se suele utilizar un marcaje del receptor o bien de un elemento que compita con el analito por la unin al receptor, con una enzima que da una reaccin biocataltica complementaria que es la que se detecta por el sistema de transduccin. El inconveniente que plantea este tipo de sistema es que se requieren pasos posteriores de lavado y separacin del exceso de molculas marcadas y la adicin de sustratos para que ocurra la reaccin que cataliza la enzima que se usa como marcaje. Puede utilizarse tambin un sistema de deteccin directa de la interaccin entre el receptor y el analito basndose en los cambios que se producen en la masa de la superficie, o bien por los cambios en las propiedades de la luz que se producen como consecuencia de esta unin. Este tipo de interacciones presenta en ocasiones un rango de operacin de concentracin estrecho, debido a que se puede producir una saturacin del receptor y a menudo no permiten una monitorizacin continua de la concentracin del analito. El elemento de reconocimiento debe estar en contacto directo con la muestra y no se puede incorporar una membrana exterior para separar el elemento receptor de la matriz de la muestra, de modo que algunos de estos biosensores tienen dificultades para operar en matrices biolgicas complejas. Se pueden utilizar para la deteccin de material gentico de microorganismos, para detectar la presencia de patgenos o pesticidas o de cualquier tipo de sustancias que puedan causar una respuesta inmune (y por tanto permitir el desarrollo de anticuerpos). Existen distintos tipos de receptores de bioafinidad como anticuerpos, lectinas, receptores, clulas completas, cidos nucleicos, PIMs, aptmeros y PNAs.

1. Anticuerpos Un anticuerpo es una protena que se une de manera selectiva a una molcula complementaria denominada antgeno, que en este caso corresponde al analito. La mayor parte de los biosensores de bioafinidad se basan en reacciones de unin de antgenos a anticuerpos especficos.

La deteccin de cada antgeno requiere la produccin de un anticuerpo particular, su aislamiento y en ocasiones su purificacin. Pueden utilizarse anticuerpos monoclonales o policlonales. Los anticuerpos policlonales son poblaciones complejas de anticuerpos formadas por distintos tipos de anticuerpos que reconocen diferentes regiones del antgeno, mientras que los monoclonales son molculas idnticas y poseen la misma especificidad. Los anticuerpos policlonales poseen mayor sensibilidad y menor especificidad que los monoclonales, de modo que en funcin de qu caracterstica se quiera potenciar se elegirn unos u otros. La deteccin del complejo antgeno-anticuerpo se puede hacer directamente, aunque para aumentar la sensibilidad se suelen acoplar enzimas para el marcaje de los anticuerpos o los antgenos. La especificidad y afinidad de la interaccin antgeno-anticuerpo determinan la selectividad y la sensibilidad del inmunosensor as como la posibilidad de regeneracin. En la prctica para alcanzar una sensibilidad adecuada se necesita que el complejo tenga una afinidad alta, siendo difcil su disociacin, por lo que suelen ser sistemas de un solo uso. No obstante, el anticuerpo puede regenerarse por disociacin de los complejos mediante la aplicacin de distintos agentes que cambian las condiciones del medio y favorecen esta disociacin, aunque estas condiciones suelen daar la estructura del anticuerpo. Por ltimo, es necesario minimizar las uniones no especficas, para garantizar la especificidad de la deteccin del analito.

2. Receptores En las membranas celulares existen distintos receptores moleculares y protenas de unin que pueden aislarse e inmovilizarse en diferentes superficies y utilizarse como elementos de reconocimiento asociados a diversos transductores. Existen protenas transportadoras que forman canales que pueden acoplarse a membranas lipdicas sintetizadas de manera artificial. La unin del analito a estos receptores produce la formacin de canales a travs de los que se genera un flujo de iones que se puede monitorizar mediante distintos tipos de transductores como los electroqumicos, por lo que

normalmente este tipo de receptores no necesitan que haya un marcaje enzimtico. Pueden utilizarse para determinar compuestos txicos que ejercen su accin en los organismos mediante la unin a dianas especficas como el caso de los ganglisidos que se utilizan como receptores para detectar la toxina colrica. 3. Clulas Completas En las clulas existen distintos receptores moleculares de membrana que ante la unin de su ligando correspondiente disparan respuestas fisiolgicas amplificadas, como la apertura de canales inicos, la activacin de sistemas mensajeros secundarios y la activacin de enzimas, que pueden ser monitorizados por distintos transductores. Determinados compuestos txicos ejercen su accin bloqueando los sistemas de seales asociados a estos receptores debido a que se unen a ellos de manera especfica e impiden la unin del ligando correspondiente, por lo que pueden usarse para detectar la presencia de estos compuestos. Por ejemplo las toxinas paralizantes de origen marino ejercen su accin toxica bloqueando canales de sodio, que son muy abundantes en las clulas que forman la membrana de la vejiga de rana, de modo que puede utilizarse este tejido para la fabricacin de biosensores Este tipo de receptores suelen tener afinidad por compuestos relacionados estructuralmente, lo cual resulta interesante para la deteccin multianalito. Pueden utilizarse clulas que expresen los receptores de manera natural o bien se pueden modificar genticamente para que expresen los receptores que interesan.

4. Lectinas Las lectinas son un grupo de protenas que se unen de manera selectiva y reversible a distintos sacridos, como los oligosacridos que se encuentran en las paredes celulares bacterianas. Son molculas de reconocimiento fcilmente disponibles y econmicas que pueden asociarse a distintos transductores como transductores piezoelctricos o de resonancia de plasmones superficiales.

5. cidos Nucleicos Los biosensores para el anlisis de ADN se basan en el proceso de hibridacin, que es la unin de una cadena de ADN con su cadena complementaria. Estos biosensores, tambin conocidos como gene chips se usan para el reconocimiento y cuantificacin de ADNs diana en muestras de inters. La hibridacin puede hacerse en disolucin o en soportes slidos y una vez que se ha realizado se utilizan marcajes especficos que se unen a las secuencia hibridadas, como marcajes fluorescentes o enzimticos. Pueden acoplarse sistemas de transduccin pticos, gravimtricos o electroqumicos. Algunos de estos chips son lo suficientemente sensibles como para eliminar la necesidad de amplificacin mediante la reaccin en cadena de la polimerasa (PCR). Este tipo de elementos de reconocimiento pueden utilizarse para la deteccin de organismos modificados genticamente y microorganismos patgenos.

6. Polmeros de Impresin Molecular Los polmeros de impresin molecular o PIMs son matrices sintetizadas artificialmente que presentan, en teora, la capacidad de reconocer e interaccionar de forma especfica con determinados compuestos. Es decir, se trata de materiales biomimticos que reproducen de un modo ms bsico el mecanismo de reconocimiento de los sistemas biolgicos (hormona-receptor, enzima-sustrato, antgeno-anticuerpo). Idealmente, ste es el comportamiento que cabra esperar; sin embargo, en la prctica no sucede as debido a la existencia de interacciones de distinta naturaleza. Estos polmeros con memoria selectiva cuentan con una serie de caractersticas muy interesantes para las tecnologas de los biosensores. Su gran potencial como sustitutos de las estructuras de origen biolgico se ha materializado en el desarrollo de los primeros dispositivos que incorporan PIMs como elementos de reconocimiento, por ejemplo, para la deteccin de plaguicidas, frmacos o toxinas marinas.

En el proceso de obtencin de los PIMs participan: El analito de inters que acta como molde o plantilla. Los monmeros funcionales que interaccionan con el analito y para cuya eleccin debe considerarse la naturaleza qumica del mismo (cida, bsica, ion metlico) y los monmeros de entrecruzamiento que contribuyen a estabilizar la estructura del polmero. Otros compuestos: iniciadores de la polimerizacin, disolventes para la fase de sntesis, disolventes para la extraccin del analito,... Los principales mecanismos de preparacin de los PIMs se dividen en covalentes y no covalentes. En el primer caso, las uniones que se establecen entre el analito o molcula molde y los monmeros funcionales son de carcter covalente. En cambio, en la ruta de sntesis no covalente las interacciones son de tipo enlace de hidrgeno, enlace de Van der Waals, interacciones electrostticas,... A partir de estas uniones los monmeros funcionales se organizan en torno al analito, polimerizan y junto con las unidades de entrecruzamiento generan una red tridimensional. Por ltimo, la molcula molde se extrae de esta matriz para dejar libres los puntos de reconocimiento mediante diversas tcnicas (reaccin de hidrlisis para la ruptura de enlaces covalentes o extraccin con disolventes en la va de preparacin no covalente).

7. Aptmeros Un aptmero es una secuencia de oligonucleticos (ADN o ARN) de cadena sencilla sintetizada artificialmente, capaz de reconocer diversas molculas diana con una afinidad y especificidad elevadas. Estas molculas biomimticas se asemejan a los anticuerpos. Se pliegan en el espacio y adquieren una conformacin con determinadas regiones a las que puede unirse el analito.

8. cidos Nucleicos Peptdicos Los cidos nucleicos peptdicos o PNAs (en sus siglas inglesas) son otro tipo de molculas sintticas que mimetizan al ADN-ARN. De hecho, su estructura es muy similar

a la de estos cidos. Estn formados por un esqueleto de monmeros (N-2aminoetil- glicina) unidos por enlaces peptdicos con bases nitrogenadas pricas y pirimidnicas. A diferencia de los cidos nucleicos, los PNAs no contienen pentosas ni grupos fosfato. La principal ventaja de estas molculas biomimticas frente a sus anlogos naturales es su gran afinidad para establecer enlaces con cadenas de ADN. La falta de repulsin electrosttica entre ellas hace que dichos enlaces sean ms fuertes que los existentes entre dos hebras de ADN. Este elemento de reconocimiento se utiliza en la deteccin de microorganismos patgenos junto a transductores pticos de tipo SPR.

II. SISTEMA DE TRANSDUCCINEl sistema de transduccin o transductor es el elemento que convierte las variaciones de las propiedades fsicas o qumicas que se producen por la interaccin entre el elemento de reconocimiento y el analito en una seal que puede ser amplificada, almacenada y registrada. La seal generada por el transductor en algunos casos no puede ser interpretada directamente y es necesario la utilizacin de un software para su procesamiento. Existen varios tipos de transductores: electroqumicos, pticos, piezoelctricos (msicos, gravimtricos, acsticos), termomtricos y nanomecnicos. Dependiendo de la naturaleza de la interaccin entre el elemento de reconocimiento y la especie de inters se puede utilizar un tipo de transductor u otro. 1. Transductor Electroqumico Los transductores electroqumicos transforman la seal que se produce por la interaccin entre el sistema de reconocimiento y el analito a detectar en una seal elctrica. Proporcionan informacin analtica cuantitativa o semicuantitativa especfica. El elemento de reconocimiento biolgico y el elemento de transduccin deben estar en contacto. Se diferencian cuatro tipos de biosensores electroqumicos que son conductimtricos, potenciomtricos, amperomtricos e impedimtricos en

funcin de si detectan cambios en la conductividad, en el potencial, en una corriente generada o en la impedancia. En general se utilizan junto con elementos de reconocimiento biocatalticos ya que las reacciones enzimticas generan aparicin de sustancias electroactivas, cambios en el pH o en el potencial, etc.Transductor electroqumico Conductmetro Tipo de medida Variacin de conductividad del medio Pequeo tamao. que amperomtricos. Unin inespecfica a otros iones presentes en la muestra. Para muestras con gran cantidad de analito. Ventajas Inconvenientes

Potenciomtrico Diferencia de Simplicidad de operacin

Menor sensibilidad potencial elctrico

Amperomtrico

Corriente generada por la reduccin u electroactivas oxidacin de especies Incremento de conductancia

Pequeos y robustos Sensibles Rpidos. Econmicos Fcil para ensayos de campo.

Pueden tener baja selectividad

Impedimtrico

Existe un tipo de sensores de reciente desarrollo consistente en una combinacin entre los sistemas de transduccin ptico y electroqumico denominados light-addressable potentiometric sensor (LAPS) (6). Estos sensores permiten detectar cambios de pH en las disoluciones, lo que se puede aplicar en la monitorizacin de algunas reacciones enzimticas o alteraciones celulares que producen variaciones en el pH del medio. Un LAPS es un sensor qumico cuya estructura consta de un electrolito, un aislante cuya superficie se encuentra en contacto con la muestra que debe ser una disolucin acuosa, y un semiconductor de silicio. El aislante se encuentra cargado en funcin del pH de la disolucin acuosa que baa el chip. Cuando se aplica una diferencia de potencial a esta estructura y se ilumina la parte posterior mediante un diodo, se produce una fotocorriente que depende del voltaje aplicado y de la carga de la superficie de la capa aislante. Si se

produce un cambio en el pH del medio, el voltaje aplicado debe ser ajustado para que la fotocorriente permanezca constante. Este cambio de voltaje es proporcional al cambio de pH que se ha producido en el medio. La fotocorriente slo se genera en zonas discretas, donde el sensor es iluminado por el diodo, de modo que podran medirse cambios locales con mltiples diodos lo que permitira la deteccin simultnea de mltiples analitos usando un solo sensor. Existe un LAPS disponible comercialmente que se denomina Threshold ImmunoassaySystem y sirve para detectar bacterias y esporas.

2. Transductor ptico Los transductores pticos se basan en la medicin de las variaciones que se producen en las propiedades de la luz como consecuencia de la interaccin fsica o qumica entre el analito a detectar y el elemento biolgico de reconocimiento del biosensor. Las bases fsicas de este tipo de sensores son los cambios que ocurren en absorcin, fluorescencia, luminiscencia, dispersin o ndice de refraccin, cuando la luz se refleja en las superficies de reconocimiento. El sistema bsico de medida consiste en una fuente de luz, el elemento sensor (donde se encontraran las molculas receptoras) y el detector. Se diferencian mtodos de deteccin directa, sin necesidad de marcaje y deteccin indirecta, en la que es necesario utilizar marcaje. Este tipo de transductores pueden acoplarse a elementos de reconocimiento biocatalticos o de bioafinidad. Los transductores que tienen propiedades pticas son muy variados en funcin de las propiedades, incluyendo sensores de fibra ptica, sensores de resonancia de plasmonesy sensores de onda evanescente. 2.1. Sensor de Fibra ptica Tambin conocido como optodo u optrodo, consiste en una fibra ptica en uno de cuyos extremos se inmoviliza el elemento de reconocimiento, que puede ser de tipo biocatalco o de bioafinidad y en el otro el elemento de deteccin. Es necesaria la utilizacin de marcadores que pueden ser indicadores pticamente activos como colorantes sensibles al pH, a la concentracin de oxgeno o al perxido

de hidrgeno, molculas fluorescentes y, en menor medida, molculas bio o quimioluminiscentes. Como consecuencia de la interaccin entre el analito y el elemento de reconocimiento se produce un cambio detectable en el marcador que se propaga por la fibra ptica hacia el detector. Existe otro tipo de transductores pticos que se basa en las interacciones que ocurren en la interfase entre una superficie en la que se encuentra el elemento de reconocimiento y la disolucin en la que se encuentra el analito. La superficie suele ser un prisma de cristal recubierto con una capa de oro o plata. Cuando esta interfase se ilumina con un rayo de luz, se producen cambios en el ngulo de resonancia. Se diferencian transductores de resonancia de plasmones superficiales y de resonancia de espejos.

2.2.

Resonancia de Plasmones Superficiales (SPR). Los plasmones son oscilaciones colectivas de los electrones de conduccin de un metal. La resonancia de plasmones superficiales es un fenmeno ptico que ocurre cuando una luz polarizada se dirige desde una capa de mayor ndice de refraccin (un prisma) hacia una de menor ndice de refraccin, que en este caso es una capa metlica, de oro o de plata, que se sita entre el prisma y la muestra. La luz que incide en la interfase entre el metal y el prisma provoca la excitacin de un plasmn superficial para un determinado ngulo de incidencia de dicha luz, llamado ngulo de resonancia. El ngulo de resonancia depende fuertemente del ndice de refraccin del medio colindante a la lmina metlica, por lo que las variaciones que se produzcan en el mismo van a ser detectadas como cambios del ngulo de resonancia y este cambio es proporcional a la concentracin. La unin de los analitos al elemento de reconocimiento supone un cambio de ndice de refraccin sobre la superficie del metal y, como consecuencia, un desplazamiento del ngulo de resonancia. Esto permite realizar medidas directas en tiempo real, sin marcaje, as como el anlisis de muestras complejas sin purificacin previa. Puede utilizarse tambin con marcaje con molculas fluorescentes. Esto presenta como ventaja una mejora en la sensibilidad relativa por la reflexin total interna de fluorescencia.

La instrumentacin que requiere este tipo de anlisis es un sensor, un detector de SPR, software para el control y tratamiento de datos y un sistema para introducir los reactivos y analitos en la superficie del sensor.

2.3.

Resonancia de Espejos Es una variacin de la SPR en la cual se utilizan filtros polarizados para bloquear la luz reflejada internamente. Un espejo de resonancia consiste en una capa de silicio de bajo ndice de refraccin tapizado con un material de alto ndice de refraccin. Esta estructura se utiliza en lugar de la capa de metal que se usa en la SPR. La luz que entra en la capa de silicio con un ngulo de incidencia (ngulo de resonancia), va hacia la capa con elevado ndice de refraccin y sufre una serie de reflexiones que producen un campo evanescente, que penetra en la muestra. Cambios en el ndice de refraccin en la superficie debidos a la interaccin entre el analito y el elemento de reconocimiento producen cambios en el ngulo de resonancia que se pueden detectar y relacionar con la concentracin de analito. Las reflexiones que se producen incrementan la sensibilidad del mtodo con respecto a la SPR pudiendo llegar a ser 10 veces ms sensible.

2.4.

Onda Evanescente (Ew) Se basa en un fenmeno conocido como reflexin interna total de fluorescencia, que consiste en la absorcin y emisin de fotones. En este sensor una radiacin que viaja a travs de una gua de ondas por reflexin interna total crea un campo electromagntico denominado campo evanescente, que puede penetrar una determinada distancia desde la superficie dependiendo del ngulo de incidencia en la interfase y la longitud de onda de la radiacin de excitacin. Cualquier interaccin molecular que se produzca en este campo (como la unin de un analito a un receptor inmovilizado en la superficie de la gua de ondas) produce cambios en las caractersticas de la luz que se propaga por la gua de ondas que pueden medirse y relacionarse con la concentracin de analito. Es necesario utilizar marcaje con molculas

con propiedades fluorescentes. Permite una deteccin directa, rpida y selectiva del analito. Existe otro tipo de transductores basados en la onda evanescente que son los interfermetros Mach-Zender. En estos sensores la propagacin de la radiacin se divide en dos ramas, una de las cuales contiene el elemento de reconocimiento y la otra acta como referencia. Estas ramas tras recorrer una cierta distancia vuelven a unirse. La interaccin entre el analito y el elemento de reconocimiento produce cambios en el campo evanescente que dependern de la concentracin de analito en el medio.

Caractersticas de los distintos transductores pticos Transductor Optrodos (Fibra ptica) Ventajas Fcil miniaturizacin. Anlisis en tiempo real. Anlisis in situ remoto. Flexibilidad. Bajo coste. Fciles de usar. Muestras sin purificar. Elevada sensibilidad. Deteccin en tiempo real Deteccin directa Inconvenientes Requiere marcaje. Seal proporcional a la cantidad de analito. Vida limitada del componente biolgico Elevado coste. Ineficaz para pequeo tamao. (requiere preenriquecimiento). Ineficaz para diluidos Sensibles a temperatura. Elevado coste Requiere marcaje

Resonancia (SPR) superficiales plasmones

Resonancia de espejos Onda evanescente (EW)

Mayor sensibilidad que SPR Detecin directa rpida y selectiva del analito

3. Transductor Piezoelctrico Los sistemas de transduccin piezoelctricos, msicos, gravimtricos o acsticos miden cambios directos de masa inducidos por la formacin del complejo antgeno-anticuerpo. Los materiales que se utilizan para el diseo de este tipo de biosensores son materiales piezoelctricos, que son aquellos que entran en resonancia por la

aplicacin de un campo elctrico alterno externo. Estos cristales se recubren con el elemento de reconocimiento que suele ser de bioafinidad (anticuerpos, lectinas, etc) y se ponen en contacto con la muestra que contiene el analito que se desea detectar. La frecuencia de oscilacin viene determinada por la masa del cristal, que vara cuando se produce la interaccin entre el elemento de reconocimiento y el analito y da lugar a una variacin en la frecuencia de oscilacin. 4. Transductor Termomtrico Los transductores termomtricos se basan en la deteccin del calor generado en las reacciones enzimticas exotrmicas, que se puede relacionar con la concentracin de analito. Estos cambios de temperatura normalmente se determinan por medio de termistores a la entrada y a la salida del dispositivo en el que se encuentran inmovilizadas las enzimas. Presentan como inconveniente que pueden existir prdidas de calor por irradiacin, conduccin o conveccin. 5. Transductor Nanomecnico En los transductores nanomecnicos el elemento de reconocimiento biolgico se inmoviliza sobre la superficie de una micropalanca de silicio, que se sumerge en una muestra lquida. Generalmente se utilizan anticuerpos. La interaccin entre el elemento de reconocimiento y el analito produce un cambio diferencial en la tensin superficial del lquido y la micropalanca sufre una respuesta de tipo nanomecnico que consiste en un cambio de la deflexin y/o de la frecuencia de resonancia. La deteccin de la respuesta nanomecnica puede hacerse de modo dinmico o de modo esttico. En el modo esttico, la magnitud medida es la deflexin de la micropalanca. Las molculas receptoras se inmovilizan slo en uno de los lados de la micropalanca. Cuando se introducen en la disolucin las molculas del analito, stas se enlazan sobre la superficie funcionalizada, producindose un cambio de la tensin superficial de este lado con respecto al otro lado de la micropalanca, dando lugar a un curvamiento de la micropalanca y una deflexin del orden del nanometro. Sin embargo, la deflexin de la micropalanca es muy sensible a cambios de temperatura debido al efecto bimetlico.

En el modo dinmico se mide la frecuencia de resonancia, que depende tanto del cambio de tensin superficial como del cambio de masa. La frecuencia de resonancia es independiente de los cambios de temperatura. Trabajos recientes han mostrado que esta tcnica puede detectar errores de hibridacin de una sola base en oligonucletidos y pequeos contenidos de protenas antignicas con gran sensibilidad. Actualmente estos dispositivos se estn desarrollando para detectar mutaciones y polimorfismos en genes humanos as como para la deteccin de contaminantes en aguas con alta sensibilidad.

INMUNOSENSORESEnglobados en el grupo de los biosensores, podemos diferenciar los denominados inmunosensores, siendo estos a los que se dedicar esta revisin. Se caracterizan por presentar un anticuerpo como elemento biolgico de reconocimiento y, por tanto, responsable de la especificidad del sensor. La estricta definicin anterior corresponde a un biosensor ideal. Sin embargo, en la prctica la mayor parte de los dispositivos descritos no cumplen alguno de los requisitos de esta definicin. Por ejemplo, gran parte de los inmunosensores desarrollados no dan una respuesta directa ante la presencia del analito; precisan de una seal secundaria producida por un marcador radiactivo, una enzima, un compuesto fluorescente o electroactivo, etctera. Son los denominados inmunosensores indirectos. Por otro lado, gran nmero de inmunosensores no trabajan en condiciones de total reversibilidad, son difciles de miniaturizar o no presentan la configuracin electrnica adecuada para ser utilizados in-situ. A pesar de estas limitaciones, los inmunosensores actuales son una combinacin inteligente de instrumentacin sofisticada y avanzadas estrategias bioqumicas que han permitido suplementar y en algunos casos reemplazar los mtodos convencionales de anlisis instrumental. Los distintos inmunosensores pueden ser clasificados en funcin de la naturaleza fsica del transductor. De este modo existen inmunosensores electroqumicos, pticos, piezoelctricos, termomtricos o magnticos. Sin embargo, son los tres primeros los que aparecen de manera ms prolfica en la bibliografa y a los que se dedicaran las siguientes lneas haciendo especial hincapi en los inmunosensores electroqumicos. 1. Inmunosensores electroqumicos Este tipo de sensores emplea el elemento de biorreconocimiento en combinacin con transductores electroqumicos. Esto significa que el reconocimiento biolgico debe transformarse en una seal medible electroqumicamente. Los electrodos pueden ser fcilmente miniaturizados y gracias a la avanzada tecnologa de semiconductores y serigrafa estos sistemas pueden ser producidos masivamente. Estas caractersticas han hecho posible su gran desarrollo dentro del rea de los biosensores, siendo en funcin del nmero de publicaciones y sensores comerciales el transductor ms favorecido. Los anticuerpos proporcionan la especificidad, y el procedimiento de medida electroqumica la alta sensibilidad

de deteccin y el bajo coste de los sensores e instrumentacin. Sin embargo, al menos dos limitaciones principales recortan la enorme potencialidad de estos diseos. Estas son, por un lado, la difcil regeneracin de la fase sensorial, debido a las elevadas constantes de afinidad que presentan los anticuerpos y que afecta en general a los distintos tipos de inmunosensores. Y, por otro lado, la necesidad de aadir reactivos no integrados en el dispositivo, debido al uso generalizado de marcadores para generar la seal analtica. Dentro del grupo de inmunosensores electroqumicos se pueden establecer una clasificacin en tres grandes grupos: Amperomtricos, potenciomtricos e impedimtricos y conductimtricos, donde sin lugar a dudas los amperomtricos son los ms utilizados. 2. Inmunosensores Amperomtricos En la deteccin amperomtrica, el electrodo se somete a un potencial constante y se mide la corriente elctrica generada por la conversin electroqumica de la especie redox presente en la disolucin. Por tanto, en la interfase electrodo-disolucin se produce una transferencia de electrones entre la disolucin y el electrodo (reduccin u oxidacin). Las ventajas de las tcnicas amperomtricas como transductores son fundamentalmente la elevada sensibilidad y la rpida respuesta que producen. Los electrodos comnmente utilizados estn construidos de materiales como platino, oro o carbono. En ntimo contacto con el electrodo, e inmovilizado por diferentes mtodos, se encuentra uno de los componentes de la pareja antgeno-anticuerpo. En los inmunosensores amperomtricos se han utilizado las diversas metodologas aplicadas convencionalmente en inmunoensayo, aunque destacan por su mayor utilizacin los mtodos heterogneos. Estos se caracterizan por la necesidad de llevar a cabo una separacin fsica del inmunocomplejo formado respecto de la especie no unida. En general, la deteccin de la reaccin de afinidad precisa de la utilizacin de marcadores, fundamentalmente enzimas oxidoreductasas, que posibilitan la deteccin amperomtrica de la reaccin que tiene lugar entre el anticuerpo y su analito especfico. sta, puede llevarse a cabo mediante la medicin amperomtrica del producto o del substrato de la reaccin enzimtica, si estos compuestos son

electroactivos. Sin embargo, es frecuente en este tipo de sistemas y debido a los sobrepotenciales requeridos la aparicin de interferencias por otras molculas electroactivas presentes en la muestra analizada. Estos problemas pueden ser evitados buscando substratos o productos de la reaccin enzimtica con potenciales alejados de los interferentes o bien recurriendo a otras estrategias como la medida amperomtrica del intercambio de electrones que tiene lugar entre el centro activo de la enzima y la superficie del electrodo. Este intercambio de electrones puede darse de manera directa, si la orientacin del centro activo de la enzima y su distancia al electrodo es la adecuada, o bien mediante la utilizacin de un intercambiador de electrones no fisiolgico denominado mediador. Estos mediadores son generalmente molculas de bajo peso molecular, capaces de transferir electrones entre el centro activo de la enzima y el electrodo. Los mediadores fueron inicialmente utilizados en disolucin. Sin embargo, problemas asociados a la solubilidad, estabilidad o la necesidad de aadirlos a la disolucin hicieron madurar otras alternativas. As, el mediador puede ser adsorbido en la superficie del electrodo, englobado junto a la enzima en un polmero conductor sobre la superficie electrdica, unido covalentemente o mezclado en una pasta de carbono. En otros casos el mediador se ha unido covalentemente a la vez a la enzima y al electrodo permitiendo la comunicacin entre ambos. Distintos polmeros redox han sido utilizados tambin con este fin. Dentro del grupo de los inmunosensores amperomtricos se engloba un gran nmero de los sensores de afinidad desarrollados hasta la fecha. Se puede hacer una primera distincin entre los inmunosensores directos, que no utilizan molculas marcadoras y los inmunosensores indirectos que precisan de la utilizacin de un marcador para observar la reaccin de afinidad. En el primer caso, estos sistemas presentan un menor tiempo de ensayo no necesitan la adicin de reactivos y presentan, por tanto, mayor simplicidad en su procedimiento de trabajo. Sin embargo, conllevan sensibilidades ms bajas que las obtenidas con los mtodos indirectos. En los inmunosensores indirectos, la necesidad de un marcador implica tiempos de ensayo ms largos pero a su vez, permiten una ms fcil discriminacin de la unin especfica y no especfica. Aunque pueden utilizarse especies electroactivas tales como el ferroceno, son las enzimas, sin lugar a dudas, el marcador ms utilizado en los inmunosensores electroqumicos. Sus caractersticas especiales tales como su facilidad de uso, bajo coste, estabilidad y capacidad de amplificacin de la seal las hacen merecedoras de su profusa utilizacin.

La inmovilizacin del material biolgico sobre la superficie del transductor puede llevarse a cabo por diferentes vas como son la utilizacin de una membrana, adsorcin fsica, uniones covalentes o la formacin de polmeros que lo atrapen. Las caractersticas de la inmovilizacin repercutirn en la sensibilidad y reproducibilidad del sistema desarrollado. 3. Immunosensores potenciomtricos Aunque la bibliografa presenta algunos ejemplos de inmunosensores potenciomtricos directos (poco sensibles y selectivos, adems de presentar numerosas interferencias), la utilizacin de transductores potenciomtricos se basa en los electrodos selectivos de iones. Estos electrodos, caracterizados por una transferencia de carga a travs de una interfase en condiciones de corriente cero y en conjuncin con diversas enzimas, como marcadores de la reaccin de afinidad, permiten su utilizacin para la deteccin de distintos analitos. Por otro lado, la reduccin de las dimensiones de los electrodos utilizados en los biosensores potenciomtricos puede obtenerse mediante la utilizacin de dispositivos qumicamente sensibles basados en semiconductores. Adems de su pequeo tamao, estos dispositivos pueden beneficiarse de las tcnicas estandarizadas de fabricacin a gran escala y utilizadas en la industria de semiconductores. El dispositivo representativo de este grupo es el ISFET (transistor de efecto de campo selectivo a iones). La incorporacin de molculas de anticuerpos da lugar a los denominados IMFETs ("inmunochemically sensitive FETs"). 4. Immunosensores pticos Los mtodos pticos han experimentado un enorme desarrollo en los ltimos aos, fundamentalmente debido a la aparicin de metodologas que permiten la deteccin de la interaccin antgeno-anticuerpo sin necesidad de utilizar molculas marcadoras, en tiempo real y con suficiente sensibilidad. Estos mtodos son sensibles a los cambios en el ndice de refraccin o en las caractersticas pticas que tienen lugar como consecuencia de la formacin del complejo antgeno-anticuerpo en su superficie. Se han utilizado distintos principios de deteccin para el desarrollo de inmunosensores pticos. Destacan la resonancia de plasmones de superficie y los basados en las propiedades singulares asociadas a la onda evanescente. Las desventajas asociadas a este tipo de sensores proceden fundamentalmente del elevado precio de la instrumentacin as como de los

problemas asociados a la falta de selectividad de la deteccin debido a la adsorcin inespecfica. Los primeros inmunosensores desarrollados se basaron en el uso de la fibra ptica debido a su flexibilidad y bajo coste. stos consisten en una fibra ptica por la que se propaga la radiacin electromagntica y situando al final de la misma una capa sensorial adecuada. La radiacin electromagntica viaja a travs de la fibra mediante el fenmeno conocido como refraccin interna total (TIR). De este modo, las interacciones entre la radiacin electromagntica y compuestos marcadores unidos a los inmunoreactivos permiten detectar la reaccin de afinidad como cambios en la fluorescencia, absorbancia, o polarizacin.

5. Perspectivas de futuro de los inmunosensores La potencialidad de los inmunosensores como herramientas analticas en el futuro es enorme y se ve avalado por la continua inversin en la investigacin y desarrollo de los mismos. Sin embargo, no cabe duda que en el momento actual presentan ciertas limitaciones que deben superarse en los prximos aos. Una de las ms obvias desventajas a la hora de explotar la exquisita selectividad y sensibilidad de las molculas biolgicas que componen estos dispositivos es la estabilidad. No obstante, existen numerosas estrategias que permiten alargar la longevidad de estos receptores biolgicos. Estas pasan por la inclusin en matrices que favorecen sumestabilidad, as como en la modificacin qumica y estructural de las protenas de biorreconocimiento o la utilizacin de polmeros sintticos que mimetizan las propiedades de los anticuerpos. Por otro lado, aunque los actuales inmunosensores cumplen en general con los lmites de deteccin demandados, no existe duda en cuanto a los beneficios que implicara la determinacin de trazas y ultratrazas de diferentes indicadores, aditivos y contaminantes. Parece claro que el futuro ms inmediato de los inmunosensores implica su inclusin en microchips donde coexistirn numerosos sensores para la deteccin multianalito. La utilizacin de tcnicas de fotolitografa, microinyeccin, autoensamblado o desercin lser posibilitar la produccin de arrays de elevada densidad e incluso la posibilidad de escribir protenas en superficies con elevada resolucin. Destacados ejemplos podemos encontrarlos en el anlisis clnico, donde la deteccin de mltiples parmetros en sangre al mismo tiempo es de vital importancia para determinados

diagnsticos. La industria farmacutica, donde un elevado volumen de muestras deben procesarse de manera rpida para el screening de frmacos es otro claro ejemplo. Al igual que en el anlisis medioambiental donde la multideteccin en una muestra permite obtener parmetros de contaminacin y toxicidad. Otro rea de futuro prometedor para la tecnologa de biosensores es la deteccin de cidos nucleicos. El desarrollo de los denominados DNAbiochip que permiten la deteccin especfica de genes biomarcadores de especial inters o estudios de genotoxicidad89. Y por supuesto tambin los llamados chips de protenas para su utilizacin en protemica. En los que todava queda por resolver cmo desarrollar molculas con la capacidad de reconocimiento equivalente al DNA en los chips de DNA, siendo los anticuerpos los ms empleados en la actualidad con tal fin. Parece razonable pensar que la tecnologa de los biosensores ir ligada en el futuro al desarrollo de la microelectrnica. Segn los anlisis qumicos sean ms fciles de realizar y presenten mayor disponibilidad es de esperar una elevada proliferacin de sus usos en conjuncin con los equipos microelectrnicos y de telecomunicaciones. Este tipo de equipos capaces de adquirir y procesar datos prometen una gran aplicacin en el uso personal para el cuidado de la salud, conocer la calidad de lo que comemos y del medioambiente que nos rodea. El continuo progreso y desarrollo en esta rea permitir explotar la inmensa capacidad analtica de los biosensores e inmunosensores en particular.

APLICACIONES DE LOS BIOSENSORESHay mucho uso potencial de los biosensores de varios tipos. Tienen el atractivo de ser de bajo coste, pequeos, sensibles, y fciles de usar. Los requisitos principales para un biosensor se acercan para tener valores en trminos de investigacin y los usos comerciales son la identificacin de una molcula de la blanco, disponibilidad de un elemento biolgico conveniente del reconocimiento, y el potencial para que los sistemas portables disponibles de la deteccin sean preferidos a las tcnicas laboratorio-basadas sensibles en algunas situaciones. Algunos ejemplos se dan abajo:

Usos ambientales e.g. la deteccin de pesticidas y contaminantes del agua de ro Deteccin alejada de aerotransportado bacterias e.g. en actividades del contador-bioterrorist Deteccin de patgeno Determinando los niveles de sustancias txicas antes y despus bioremediation Deteccin y determinacin de organophosphate Medida analtica rutinaria de cido folic, biotin, vitamina B12 y cido pantothenic como alternativa al anlisis microbiolgico Determinacin de los residuos de la droga en alimento, por ejemplo antibiticos y promotores del crecimiento, particularmente carne y miel. Descubrimiento de la droga y evaluacin de la actividad biolgica de compuestos nuevos. Deteccin de methabolites txicos tales como mycotoxins

Qumica clnica, medicina y teraputica Biosensores de mesa de tipo electroqumico se encuentran, por supuesto, en servicio rutinario en los laboratorios de bioqumica clnica para determinar glucosa, cido lctico, etc. Otra rea de la medicina clnica y teraputica donde los biosensores entrarn con fuerza es la monitorizacin fuera de las horas de visita. Un ejemplo donde se requiere una monitorizacin de bolsillo, cmoda para el usuario, es el control de glucosa sangunea en los diabticos. La tasa de glucosa en sangre de un diabtico insulino-dependiente tiene que determinarse dos o tres veces al da y es vital para la salud del paciente que tal control se realice con precisin. Aparatos de este tipo estn siendo desarrollados por varias compaas. Tal monitorizacin mejorar la eficacia de los cuidados al paciente reemplazando

los laboriosos, y a menudo lentos, sistemas de ensayos actuales. Ello llevar a una prctica clnica ms prxima al enfermo, facilitando una rpida toma de decisiones en clnica. Una gran cantidad de sustancias requieren ser controladas en estas situaciones, tales como antgenos, anticuerpos, colesterol, compuestos neuroqumicos, etc., la lista sera enorme. Medida analtica rutinaria de acido flico, biotina o vitamina B7, como alternativa al anlisis microbiolgico. Incluso en la deteccin de agentes patgenos. La aparicin de biosensores baratos y fciles de usar revolucionar la prctica del seguimiento de la teraputica, permitiendo estudios en mayor profundidad con una base metablica, seguramente mejorando los tests presentes, principalmente fsicos, por ejemplo el caso del diagnostico y monitorizacin del cncer.

Veterinaria, agricultura y alimentacin En este campo hay muchas reas donde ni siquiera se dispone de sistemas de anlisis convencionales. La introduccin de biosensores adecuados repercutir con xito en las siguientes reas: Cuidado de animales: Control de la fertilidad y de enfermedades infecciosas. Industrias lcticas: Leche (protenas, grasa, anticuerpos, hormonas, vitaminas) Frutas y verduras: Diagnosis viral y de hongos. Alimentos: Contaminacin y toxinas (Salmonella). Fermentaciones: Mejora la produccin y control de calidad. Industrias de fermentacin, produccin farmacutica Adems de la fermentacin alcohlica hay un nmero considerable y cada vez mayor de sustancias que se estn produciendo a escala a partir de cultivos de clulas eucariotas y procariotas. La monitorizacin de estos delicados y caros procesos es esencial para reducir y mantener bajos costes de produccin. Adems, pueden disearse biosensores especficos para medir la generacin de un producto de fermentacin. El uso de biosensores en los procesos industriales beneficia al fabricante de varias formas: Un biosensor pude hacerse compatible tanto con el anlisis en lnea como con el muestreo discretizado. 1. Proporciona la posibilidad de respuesta rpida y, por lo tanto, un control feedback mejorado. 2. No interfiere el flujo del proceso.

3. Un biosensor tiene una vida til potencial de das, a veces semanas, lo que permite dedicar al personal tcnico a otras tareas. 4. Facilita el muestreo rpido y el rechazo de materias primas por debajo del estandar durante la misma entrega. 5. Proporciona un mtodo de monitorizacin de bajo coste para materias primas y productos almacenados. 6. Proporciona un acceso a medios remotos 7. Los biosensores pueden hacerse relativamente baratos. Control de poluciones y medio ambiental Debido a que pueden ser miniaturizados y automatizados, los biosensores pueden desempear muchos papeles en estos campos. Un rea donde los biosensores de clula entera pueden llegar a ser importantes es el control de aguas, para combatir el creciente nmero de polucionantes encontrados en las aguas superficiales y, por tanto, en las aguas de bebida. Actualmente aparecen tantos materiales no deseados en las aguas superficiales que el anlisis de una nica sustancia es insuficiente, se requiere un biosensor de amplio espectro. Este tipo de biosensor, para la determinacin de la DBO, ya est en el mercado. Esta rea del desarrollo de biosensores est aumentando progresivamente su interes militar. Por ejemplo, una compaa ha producido un biosensor enzimtico para detectar gas nervioso. Con las recientes tendencias hacia el desarrollo de arsenales biolgico sofisticados esta rea de la investigacin en biosensores debe recibir una atencin prioritaria.

Una Nueva Generacin De Biosensores Los MIPs (Polmeros que contienen una memoria molecular impresa) tienen una propiedades nicas que los hacen especialmente sensibles a la tecnologa de sensores. Exhiben buenas especificaciones de varios componentes para el interes medico, medioambiental y de industria; y tienen una excelente estabilidad operacional. Sus propiedades reconocidas no son afectadas por cidos, bases, calor o tratamiento en fase orgnica, hacindolos altamente aceptables como elementos de reconocimiento en sensores qumicos. Durante algunos primeros ensayos los MIPs se usaban en sensores que tenan un papel en medidas pticas sobre finas capas de vitamina K1 donde estaban impresos polmeros. Otro biosensor inclua la medida de cambios en el potencial elctrico sobre una columna de HPLC con un polmero especfico de fenilalanina, que era tan bueno

como los estudios de permeabilidad de membranas de MIP. De todos modos esto no se consideraba como sensores biomemorizados en el estricto sentido. Se propuso un biosensor real basado en un MIP en 1991. Este fue seguido por el primer ensayo para hacer un sensor biomemorizado basado en la capacidad de medida sobre un transistor de campo-efecto cubierto con un polmero impreso de fenilalanina. Los resultados fueron cualitativos. Una subsecuencia descrita por un sensor de morfina amperomtrico mostr resultados cuantitativos, se pudo detectar una concentracin de morfina en un rango de 0.1-10m g/mL. Tambin mostr una larga estabilidad trmica, resistencia al duro medioambiente qumico. Otra aproximacin basadas en medidas conductimtricas, una seal directa es obtenida de manera obligatoria( debido al aumento de la concentracin local) de las especies cargadas positivamente a las cargadas negativamente que estn cargadas en el conductmetro. La diferencia en seal entre el sensor y un sensor de referencia correlativo es la concentracin del analito. Este tipo de sensor arreglado es til slo en matrices bien definidas en las cuales las interferencias causadas por la conductividad de la solucin pueden ser controladas. Tambin pueden ser presentadas las medidas de membranas permeables por MIP. La demostracin ms convincente de la utilidad de un sensor biomemorizado real basado en la impresin molecular es una fibra ptica en la cual un aminocido fluorescente derivado (dansyl-l-phenylalanine) liado a las partculas de polmero, resultan en fluorescencia seales que varan en funcin de los derivados. La selectividad se mostr usando el correspondiente D-enantiomero como control. Los rpidos desarrollos en electrnica han conducido a microprocesadores que son capaces de usarse en sensores qumicos. Tales microprocesadores ofrecen capacidad de procesar seales, y integrar el control con el transductor de manera que se podra minimizar el ruido y resultar una buena actuacin como sensor. Un problema cuando hacan medidas con sensores biomemorizados basados en MIP era el largo tiempo de respuesta ( 15-60 min.). Esta tardanza podra ser minimizada por la optimacin de la cintica y la selectividad de los polmeros. Es posible que el uso de grandes polmeros rgidos favorezca la selectividad ( porque el gran barrido de energa de dentro a fuera cambian el analito) y aumenten el tiempo de respuesta. Similarmente, la porosidad de los polmeros aumenta la capacidad de unin de polmeros y el tiempo de respuesta. Usando partculas ms pequeas de polmero o finas lminas de polmero Podran aumentar los valores de difusin y la aparente unin cintica dando mayores tiempos de respuesta. Alternativamente, la unin inicial podra ser usada para determinados analitos.

Los biosensores basados en enzimas, en algunos casos, son mostrados para ser superiores en selectividad para la afinidad de los biosensores. Esta tendencia se explica por la conversin del analito, la cual ocurre despus del paso de unin inicial en conjuncin con el movimiento de la amplificacin y hace posible obtener gran sensibilidad en transductores amperomtricos que tambin son menos sensibles a las interferencias no especficas de las uniones. Los sensores biomemorizados contienen polmeros activos catalticamente debiendo exhibir caraztersticas de sensor, a pesar de todo slo una actividad cataltica modesta puede ser mostrada. La impresin molecular de sustancias que parece reacciones de transicin de estados ha conducido a exhibir polmeros con alguna actividad estereoltica; otros ejemplos de reacciones catalticas incluyen la b -eliminacin de HF de 4-fluoro-4-(p-nitrofenil)-2-butanona. Los polmeros conductores han sido usados como una selectividad rudimentaria en la particin de fases sobre electrodos y han sido mostrados como retencin de memoria aninica que se usa para el doping. Este efecto ha sido usado amperiomtricamente y potenciomtricamente y pueden ser correlacionados con los radios inicos y la carga de los aniones testados. Los materiales exhibidos predeterminadamente para el reconocimiento molecular selectivo en combinacin con la conductividad elctrica se pueden usar en sensores electroqumicos y proveer las bases para una nueva lnea de desarrollo de sensores introduciendo una nueva fusin de materiales constituidos e integrados para el reconocimiento de elementos y transductores. Ha sido presentada la preparacin y caracterizacin de una composicin de partculas conteniendo un polmero conductor elctrico y un MIP para morfina. Las propiedades de reconocimiento molecular especfico de morfina no fue alterado significativamente por el proceso de manufacturacin, el cual envuelve un rudo tratamiento. Tales partculas fueron inmovilizadas por una simultanea electropolimerizacin de pyrrole sobre sustratos de slice recubiertos con oro y los sustratos estudiados por una fuerza atmica microscpica. Estas demostraciones de la composicin de partculas pueden ser elctricamente conectadas al electrodo, obteniendo la integracin entre el transductor y los lugares de reconocimiento sin el polmero. Esta nueva generacin de MIP sensores biomemorizados es entre 100 y 1000 veces menos sensible que otros tipos de biosensores. A pesar de todo esto los MIPs tienen cada vez aplicaciones ms tiles y probablemente encuentren su lugar en el futuro. Determinacin Enzimtica En Inyeccin En Flujo De Urea En Suero Sanguneo Usando Un Sensor Potenciomtrico De Gas Con Un Ise De Nonactina.

La urea es el producto final del metabolismo de las protenas y aminocidos humanos y por tanto la medida de su nivel en sangre es un indicador importante del funcionamiento renal. Niveles elevados aparecen por falta de excrecin debida a fallos renales o de aumento de la produccin de urea por una mayor ingesta de protenas en la dieta o un incremento en la degradacin de protenas corporales. Niveles bajos se pueden encontrar en caso de hgados enfermos. La urea se puede cuantificar comnmente con una conversin enzimtica de urea a amoniaco en presencia de ureasa y una posterior medida del amoniaco formado. El electrodo de membrana sensible a amoniaco basado en el transportador neutro nonactina se us para el diseo del biosensor de urea y fue aplicado a la determinacin de urea en inyeccin de flujo. El inconveniente ms importante de la determinacin de urea en suero sanguneo era la poca selectividad frente a los iones metlicos bsicos. Para la eliminacin se us un sistema de tres electrodos, que permiti diluir hasta obtener un nivel de interferencia constante. En las medidas en flujo la desventaja se resolvi de distintas maneras. Una de ellas se basa en cubrir el sensor de amoniaco basado en nonactina con una membrana exterior hidrfoba permeable al gas. As aparece un lmite de deteccin mejorado en este sensor respecto a un electrodo de vidrio de pH interno. El concepto de sensor de amoniaco para ensayos biolgicos se lleg a emplear hasta para el diseo de un biosensor de urea desechable con ureasa inmovilizada en una membrana polmera externa para la determinacin de urea en suero sin estar en flujo. Resumiendo el procedimiento empleado podemos decir que: El suero sanguneo se inyecta diluido en el flujo portador de H2O y solucin tampn, llega al reactor donde la ureasa produce la reaccin enzimtica. Ahora se le aade una corriente de NaOH ( para que el amoniaco no se transforme en in amonio). Al llegar al detector el NH3 atraviesa la membrana exterior permeable a gases. Una vez en el interior el NH3 atraviesa la membrana del ISE de triacetato de celulosa (CTA) con nonactina, pudiendo medir ahora el NH3 formado por una simple variacin de pH.

El biosensor COCHISE, listo para luchar contra el cncer

Un equipo de investigacin financiado con fondos comunitarios ha desarrollado un biosensor capaz de identificar clulas del sistema inmunitario que suprimen de forma activa el crecimiento tumoral. Este biosensor puede ayudar a que los pacientes combatan el cncer con su propio sistema inmunitario. El proyecto COCHISE (Biosensor de "clula en chip" para la deteccin de interacciones entre clulas) recibi 1, 74 millones de euros de financiacin procedentes del rea temtica Tecnologas para la Sociedad de la Informacin (TSI) del Sexto Programa Marco (6PM). Los tratamientos contra el cncer utilizados actualmente en inmuno-oncologa se basan en frmacos que refuerzan el sistema inmunitario o en los llamados factores estimulantes de la colonia (CSF), que estimulan la produccin de clulas sanguneas. El inconveniente de estos tratamientos es que suelen provocar reacciones en los pacientes. La comunidad cientfica ha especulado que la seleccin, amplificacin y reinyeccin sera un mtodo ms efectivo, al eliminarse el riesgo de rechazo o de que se produzcan efectos secundarios. Por desgracia, no existe ningn mtodo fiable, barato y sencillo para identificar estas clulas activas. Los socios de COCHISE opinan que su biosensor eliminar este obstculo gracias a que es capaz de identificar interacciones entre dos clulas y detecta seales producidas por actividad biolgica. Los investigadores informan de que en la fase inicial el biosensor utiliza una combinacin de microfludica y electrnica para aislar clulas del sistema inmunitario y cancergenas en una microcavidad e identificarlas en una segunda fase. El componente principal de este anlisis es la electrnica. La dielectroforesis, un proceso empleado para manipular partculas, consigue que las clulas se unan para que los

mdicos puedan observar las interacciones que se producen entre ellas. Las clulas activas se separan a continuacin del resto. El procedimiento descubierto para identificar la actividad celular es fundamental en esta tecnologa, explic el Dr. Massimo Bocchi, director de tecnologa de MindSeeds Laboratory (Italia), socio de COCHISE. En realidad, hemos demostrado mediante lneas celulares de referencia que las interacciones que se espera que se produzcan entre clulas del sistema inmunitario y clulas tumorales pueden recrearse en microestructuras a nivel unicelular como la microcavidad. Cuando se mide un fenmeno de inters, [por ejemplo] una clula del sistema inmunitario que destruye otra tumoral, la clula que interesa puede extraerse de la plataforma y transferida a una placa normal para su cultivo, aadi. Este mtodo permite a los mdicos estudiar el comportamiento de las clulas gracias a que pueden aislarlas con arreglo a su actividad funcional. Esto supone un concepto innovador clave en este campo. En resumen, el equipo de COCHISE logr su objetivo y tambin desarroll un nuevo proceso de fabricacin y descubri materiales biocompatibles apropiados. Otro elemento positivo del biosensor es que en principio podra utilizarse para producir vacunas contra el cncer dirigidas, casi como si estuvieran sintonizadas con el sistema inmunitario del paciente, indic el Dr. Bocchi. El sector mdico y la industria ya han mostrado su inters en el biosensor. Varios institutos de investigacin y hospitales [se han interesado] en esta plataforma para estudiar los mecanismos del sistema inmunitario con resolucin unicelular, y tambin en comprobar su utilidad en aplicaciones de terapia gnica, indic el Dr. Bocchi. El consorcio COCHISE est compuesto por ocho socios de Blgica, Alemania, Francia, Italia y Pases Bajos. (CORDIS)

Biosensores ecolgicosSi a principios de siglo XX, los mineros utilizaban canarios encerrados en jaulas para detectar la presencia de gases letales, la qumica del siglo XXI preserva la vida animal y da un paso de gigante en la deteccin electroqumica. Investigadores de la Universitat Autnoma de Barcelona estudian la posibilidad

de utilizar un nuevo biosensor para controlar la presencia de fenol en el medio ambiente. Se trata de una sustancia manufacturada muy presente en el campo de la farmacutica o la clnica, entre otros, que genera niveles de toxicidad preocupantes. Para poder medir estos niveles, el nuevo biosensor utiliza como componente biolgico un catalizador fenlico: la tirosinasa. Una enzima que mejora su transferencia electrnica con los electrodos del biosensor a travs de nanotubos de carbono. De momento, estos electrodos modificados presentan ventajas electroqumicas que podran incentivar la produccin a gran escala de estos biosensores. En la ltima dcada, los biosensores para el mbito ambiental llegaron a ser ms frecuentes en la literatura con el nfasis a la determinacin y control de fenol. Los fenoles son compuestos de produccin de gran escala que causan efectos ecolgicamente indeseables. La mayora de los fenoles exhiben diversas toxicidades y su determinacin es muy importante para evaluar la toxicidad total de una muestra ambiental. En general los compuestos fenlicos estn sujetos a la separacin cromatogrfica antes que la deteccin. Sin embargo, este tipo de separacin toma su tiempo, y frecuentemente requiere de pre-concentracin. Adems el equipo es caro y generalmente no es porttil. Por esta razn nuevas alternativas de biosensores estn siendo diseadas e investigadas para compuestos fenlicos. Compsitos rgidos conductores basados en una matriz polimrica de nanotubos de carbon han sido reportados previamente por parte de los grupos de investigacin en la UAB e ICN. La naturaleza plstica de estos materiales los hace modificables, permitiendo la incorporacin de materiales biolgicos que puedan ser inmovilizados mezclndolos con estos compuestos para formar los nuevos materiales biocompsitos. La tirosinasa (Tyr) ha sido usada frecuentemente para la deteccin de compuestos fenlicos. El desarrollo de un biosensor basado en esta enzima integrada en un electrodo compsito-epoxy de nanotubos de carbono para llevar a cabo medidas de catecol ha sido reportado por el grupo de investigacin. La enzima es inmobilizada dentro de una matriz preparada por dispersin de nanotubos de carbono de pared multiple (MWCNT) dentro de la resina epoxi, formando un biocompsito-epoxi de nanotubos de carbono (CNTEC-Tyr). El uso de nanotubos de carbono mejora la transferencia electrnica entre la enzima y la superficie del electrodo. El electrodo modificado fue caracterizado electroqumicamente mediante tcnicas amperomtricas y voltamtricas. Un potencial de -200 mV vs el electrodo de referencia (Ag/AgC1) fue aplicado al biocompsito, siendo el ptimo para la reduccin electroqumica de los productos de la reaccin enzimtica (quinonas).

El biosensor modificado con MWCNT representa una estabilidad durante 24 horas. La respuesta del biosensor durante este tiempo se mantuvo en casi un 90% de la respuesta inicial. La tirosinasa mantiene sus propiedades enzimticas dentro de la matriz compsito; adems, la superficie sensora puede ser renovada por un procedimiento de pulido simple, resultando en una superficie nueva. Una de las caractersticas excepcionales de estos biomateriales conductores es su rigidez. La proximidad de los centros redox de la tirosinasa y los nanotubos de carbono en la superficie sensora favorece la transferencia de electrones entre especies electroactivas.

Los electrodos a base de compsitos modificados con nanotubos de carbono muestran propiedades electroqumicas mejoradas ofreciendo importantes ventajas: i) muestran propiedades electrnicas mejores que los compsitos basados en carbono debido a la buena transferencia electrnica entre o-quinona y el los nanotubos de carbono, ii) muestran un lmite de deteccin (0.01 mM) casi la mitad del obtenido por los basados en carbono, iii) ofrece la posibilidad de renovar su superficie, formando una nueva capa activa antes de hacer una medida y, por ltimo, iv) los biosensores desarrollados son muy atractivos para su fabricacin masiva, as como para obtener biosensores de bajo coste.

Un biosensor es una instrumentacin que incorpora como dispositivo sensible sustancias biolgicas a travs de la cual se pueden medir en forma selectiva parmetros fisicoqumicos, qumicos y biolgicos. En la actualidad se cuentan en el mercado con un variedad de tipos de biosensores, destacando entre ellos: Macro, micro y nanomtrico. Siendo tiles por ejemplo en el campo de aplicacin ambiental. Los Biosensores como instrumentacin de anlisis se constituyen en herramientas de gestin automatizado, rpida, directa y relativamente barata. El potencial de aplicacin mediante el uso de los biosensores se vislumbra bajo un espectro muy amplio desde lo domstico (Caseros), hasta lo inimaginable, toda vez, que se viene observando un avance acelerado en lo cientfico y tecnolgico.