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BIOSENSORESOPT. 4º CURSO BIOTECNOLOGÍA

Responsable: Mª José Martínez Tomé (mj.martinez@umh.es)Prof: Reyes Mateo (rmateo@umh.es)

Nombre Asignatura

BIOSENSORES (1416)

Horas 3 créditos teóricos/3 créditos prácticos

Departamento AGROQUÍMICA Y MEDIO AMBIENTE

Área QUÍMICA FÍSICA

OBJETIVOS

1 Adquirir una visión global sobre los biosensores, su importancia y aplicaciones

2 Identif icar los componentes de un biosensor y comprender su funcionamiento

3 Comprender las diferentes estrategias de inmovil ización de biomoléculas y sus l imitaciones

4 Conocer los diferentes t ipos de biosensores y ser capaz de diseñarlos

5 Conocer los principales campos de aplicación de los biosensores hoy en día y las tendencias futuras

6 Aplicar los conocimientos adquiridos durante las clases teóricas en el laboratorio.

Profesor responsable:

MªJosé Martínez-Tomé (Martinez Tome, Maria Jose <mj.martinez@umh.es>, Edificio Torregaitan, despacho 2.02

1. DESCRIPCION:

2. CONTENIDO:

UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN A LOS BIOSENSORES

TEMA 1.1 ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOSENSORES

TEMA 1.2 PRINCIPIOS DE LA PRACTICA ANALÍTICA

UNIDAD 2 COMPONENTES DE UN BIOSENSOR Y CLASIFICACIÓN

TEMA 2.1 CLASIFICACION DE LOS BIOSENSORES

TEMA 2.2 BIOMOLÉCULAS UTILIZADAS EN BIOSENSORES Y SUS MÉTODOS DE INMOVILIZACIÓN

TEMA 2.3 BIOSENSORES ÓPTICOS

TEMA 2.4 BIOSENSORES ELECTROQUÍMICOS

TEMA 2.5 OTROS TIPOS DE BIOSENSORES: PIEZOELÉCTRICO, CALORIMÉTRICO, ETC.

TEMA 2.6 INMUNOSENSORES

UNIDAD 3 USO Y APLICACIONES DE LOS BIOSENSORES

TEMA 3.1 CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS BIOSENSORES

TEMA 3.2 BIOSENSORES COMERCIALES Y ASPECTOS DE MERCADO

TEMA 3.3 ÚLTIMOS AVANCES Y NUEVOS RETOS EN BIOSENSORES

• PROGRAMA TEÓRICO (30 horas presenciales)

Programa de Biosensores

UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN A LOS BIOSENSORES Objetivo 1, O5

Tema 1.1 ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOSENSORES

Contenidos del tema:

1. Introducción al curso. Definición y visión histórica de los biosensores. 2. Características de unbiosensor. 3. Áreas de desarrollo y explotación de los biosensores.

Tema 1.2 PRINCIPIOS DE LA PRÁCTICA ANALÍTICA

Contenidos del tema:

1. Cuantificación de analitos. 2. Principios de la práctica analítica.

Programa de Biosensores

Tema 2.2 BIOMOLÉCULAS UTILIZADAS EN BIOSENSORES Y SUS MÉTODOS DE INMOVILIZACIÓN

Contenidos del tema:

1. Inmovilización y requisitos. 2.Métodos de inmovilización. 3. Inmovilización en dosdimensiones. 4. Inmovilización en tres dimensiones. 5. El proceso sol-gel.

Tema 2.3 BIOSENSORES ÓPTICOS

Contenidos del tema:

1. Radiación electromagnética y naturaleza ondulatoria: reflexión, refracción. 2. Fibra óptica. 3.Naturaleza corpuscular: absorción y fluorescencia. 4. Biosensores ópticos catalíticos 5. Biosensoresópticos de afinidad 6. Biosensores de Resonancia de onda evanescente.

UNIDAD 2 COMPONENTES DE UN BIOSENSOR Y CLASIFICACIÓN O1,O2,O3,O4,O6

Tema 2.1 CLASIFICACION DE LOS BIOSENSORES

Contenidos del tema:

1. Clasificación de los biosensores 2. Principios de Reconocimiento Molecular 3. Biosensoresbiocatalíticos 4. Biosensores de afinidad.

Programa de Biosensores

Tema 2.4 BIOSENSORES ELECTROQUÍMICOS

Contenidos del tema:

1. Principios de electroquímica. 2. Técnicas electroquímicas. 3. Biosensores electroquímicoscatalíticos.4. Biosensores de tercera generación. Biosensores electroquímicos de afinidad.

Tema 2.5 OTROS TIPOS DE BIOSENSORES: TÉRMICOS, PIEZOELÉCTRICOS, ETC.

Contenidos del tema:

1. Biosensores térmicos. 2. Biosensores piezoeléctricos. 3 Biosensores basados en micropalanca.

Contenidos del tema:

1. Introducción. 2. Interacción antígeno-anticuerpo. 3. Uso de anticuerpos en los ensayos4. Inmunoensayos. 5 Métodos de inmovilización de anticuerpos. 6. Inmunosensor según el tipo detransductor.

Tema 2.6 INMUNOSENSORES

Programa de Biosensores

Programa de Biosensores

Tema 3.1 CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS BIOSENSORES

Contenidos del tema:

1. Introducción. 2. Áreas de aplicación 3. Diagnóstico clínico 4. Análisis medioambiental. 5. Análisisagroalimentario.6. Otros campos de aplicación.

Tema 3.2 BIOSENSORES COMERCIALES Y ASPECTOS DE MERCADO

Contenidos del tema:

1. El biosensor de glucosa.2. Otros biosensores comerciales. 3. Aspectos de mercado.

UNIDAD 3 USO Y APLICACIONES DE LOS BIOSENSORES O4, O5, O6

Tema 3.3 ÚLTIMOS AVANCES Y NUEVOS RETOS EN BIOSENSORES

Contenidos del tema:

1. Últimos avances y nuevos retos.2. Miniaturización de dispositivos. 3. Nanobiosensores.

• PROGRAMA PRÁCTICO (30 horas presenciales)

Prácticas de laboratorio

Prácticas de Aula

8 prácticas de 2,5 horas (por parejas)Elaboración de informe (individual)

• Seminarios/Charlas con especialistas en el tema

• Exposición de trabajos

(20 horas)

(10 horas)

Programa de Biosensores

Unidad Didáctica I (1 práctica)

Unidad Didáctica II (5 prácticas)

Práctica 2. Preparación de matrices de sílice mediante el proceso sol-gel: inmovilización de colorantes y proteínas.

Prácticas de laboratorio

Práctica 1. Cuantificación de un analito en unadisolución mediante un método colorimétrico:Determinación espectrofotométrica de nitritos enagua.

Programa de Biosensores

Práctica 3. Cuantificación de un analito en disolución mediante un ensayoenzimático: Determinación espectrofotométrica de p-Nitrofenilfosfato.

Práctica 4. Desarrollo de un biosensor óptico: Biosensor para actividad de fosfatasaalcalina (Parte I)

Práctica 5. Desarrollo de un biosensor óptico: Biosensor para actividad de fosfatasaalcalina (Parte II)

Práctica 6. Desarrollo de un biosensor óptico: Biosensor para actividad de fosfatasaalcalina (Parte III)

Programa de Biosensores

Unidad Didáctica III (2 prácticas)

Práctica 7. Determinación de glucosa mediante un electrodo de oxígeno: comparación con el uso de glucómetros comerciales.

Práctica 8. Síntesis y estudio de nanopartículas de plata.

Programa de Biosensores

Prácticas de Aula

• Exposición de trabajos (individual)

Selección de un problema cuya resolución pueda facilitarse con el uso de un BIOSENSOR

Programa de Biosensores

Exposición trabajo

• Seleccionar un analito (especie que se quiere detectar/cuantificar)

• Explicar el analito (estructura, función, medio en el que se encuentra, concentración en laque se encuentra en dicho medio, etc.) y la importancia de su detección

• Describir el método o métodos utilizados habitualmente para su detección

• Hacer una búsqueda bibliografica sobre los biosensores que se han desarrollado hasta lafecha, para el análisis de dicho analito.

• Explicar el funcionamiento de los biosensores más representativos del analito y comentarsus ventajas y limitaciones, comparando con los métodos habituales

• Tiempo de exposición ∼ 20-25 min

Programa de Biosensores

Ejemplos de trabajos expuestos en el curso 2017/2018

Programa de Biosensores

3. BIBLIOGRAFÍA:

• LIBROS RECOMENDADOS

CHEMICAL SENSORS AND BIOSENSORS [ELECTRONIC RESOURCE] /

Eggins, Brian R.

Editorial: Chichester ; Hoboken, N.J. : J. Wiley, c2002.

RECOGNITION RECEPTORS IN BIOSENSORS [ELECTRONIC RESOURCE] /

Zourob, Mohammed.

Editorial: New York ; London : Springer, c2010.

BIOANALYSIS & BIOSENSORS IN AGRICULTURE SCIENCE [ELECTRONIC RESOURCE] /

Bansal, P. B.

Editorial: New Delhi : Gene-Tech Books, 2006.

revista Biosensor & Bioelectronics, (http://www.journals.elsevier.com/biosensors-and-bioelectronics/)

• ARTÍCULOS Y REVISIONES

Programa de Biosensores

4. EVALUACIÓN:

- 60% Examen final

- 20% Prácticas de laboratorio• Asistencia• Actitud en el laboratorio• Informe de prácticas

- 20 % Trabajo presentado

Es necesario sacar como mínimo un 3,5 en el examen para aprobar la asignatura

Programa de Biosensores

1. D. Martínez-Pérez , Maria L. Ferrer and C. R. Mateo. A Reagent Less Fluorescent Sol-Gel Biosensor for Uric AcidDetection in Biological Fluids.Anal. Biochem. 322:238-242. 2003.

2. I. Pastor, R. Esquembre, V. Micol, R. Mallavia and C.R. Mateo.A ready-to-use fluorimetric biosensor for superoxide radical using superoxide dismutase and peroxidase immobilized in sol–gel glasses.Anal. Biochem. 334:335-343. 2004

3. R. Esquembre, I. Pastor, R. Mallavia and C. R. Mateo. Fluorimetric detection of nitric oxide using 2,3-doiaminonaphthalene incorporated in β-cyclodextrin.J. Photochem Photobiol. A 173: 384-389. 2005.

4. Salinas-Castillo, A., Pastor, I., Mallavia, R., C.R. Mateo. Immobilization of a trienzymatic system in a sol-gel matrix: A new fluorescent biosensor for xanthine. Biosensors & Bioelectronics 24: 1053-1056. 2008.

5. M.J. Martinez-Tomé, R. Esquembre, R. Mallavia, C. R. Mateo.Immobilization and characterization of 2,3-diaminonaphthalene/cyclodextrin complexes in a sol-gel matrix: a new fluorimetric sensor for nitrite.J. Fluorescence 19: 119-125. 2009.

6. M.J. Martinez-Tomé, R. Esquembre, R. Mallavia, C. R. Mateo. Development of a dual-analyte fluorescent sensor for the determination of bioactive nitrite and selenite in water samples.

J Pharm Biomed Anal. 51: 484 – 489. 2010.

7. Pastor, I., Salinas-Castillo, A., Esquembre, R., Mallavia, R., C.R. Mateo. Multienzymatic system immobilization in sol-gel slides: Fluorescent superoxide biosensors development.Biosensors & Bioelectronics 25:1526-1529. 2010.

Biosensores desarrollados:

8. Kahveci, Z., Martínez-Tomé, M.J. , Mallavia, R. C.R. Mateo, Salinas-Castillo, A., Esquembre, R., Mallavia, R., C.R. Mateo. Fluorescent Biosensor for Phosphate Determination Based on Immobilized Polyfluorene-Liposomal Nanoparticles Coupled with Alkaline Phosphatase.ACS Appl. Mat. 2017