Biocapteurs électrochimiques

Bioengineering

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Summary

Les biocapteurs électrochimiques détectent la liaison d’une molécule cible en détectant un événement d’oxydo-réduction. Ces capteurs a ouvert la voie à biodétection moderne après l’invention du biocapteur de glucose. Cette vidéo présentent des biocapteurs électrochimiques, montrer les rouages du biocapteur de glucose et débatent de biocapteurs électrochimiques comment sont utilisés dans le dépistage du cancer.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bio-ingénierie. Biocapteurs électrochimiques. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Les biocapteurs électrochimiques exploitent les propriétés d’oxydo-réduction naturelle de nombreux processus biologiques, tels que la catalyse d’enzymes et d’autres événements de liaison. Capteurs électrochimiques utilisent des électrodes qui sont souvent fonctionnalisés avec des enzymes actives d’oxydo-réduction. Quand la molécule cible est impliquée dans une réaction avec l’enzyme, le gain ou la perte d’électrons est mesurée et proportionnelle à la concentration. Dans cette vidéo, nous passerons en revue les principes de détection électrochimique. Ensuite décrire les bases d’un capteur électrochimique de l’exemple, le biocapteur de glucose de sang.

Première nous allons plonger dans les concepts généraux attachés derrière un Biocapteur électrochimique. Comme les cellules électrochimiques classiques, ces capteurs sont normalement composés de trois électrodes. L’électrode de travail, contre-électrode et électrode de référence. La réaction se produit à l’électrode de travail. Alors que la contre-électrode complète le circuit. L’électrode de référence constitue un point de référence stable pour le potentiel d’oxydoréduction. Les matériaux d’électrodes sont choisis en fonction du type de capteur, l’analyte pour être détectée et la technique de mesure utilisée. Afin d’augmenter la spécificité de la molécule cible, l’élément bioreconnaissance, tels que des enzymes, des anticorps ou ADN monocaténaire est immobilisé sur la surface des électrodes et utilisé pour capturer la molécule cible correspondant. Puis un signal électrique est appliqué. Qui se traduit par la réduction ou l’oxydation de la cible. Cela crée un excédent ou déficit d’électrons qui est détecté. Maintenant, à l’aide de la cellule d’électrode classique trois à titre d’exemple, prenons un regarder comment électrochimique capteurs mesure cet événement oxydo-réduction. Systèmes électrochimiques sont divisées en différente catégories-ampérométrique, potentiométrique, et impedimetric selon le type de signal de sortie mesurée. Appareils ampérométriques mesurent le changement des courants entre le travail et les électrodes de compteur lorsque la tension est connue. La tension d’entrée est soit maintenue à une valeur constante ou une rampe linéaire ou est en permanence à vélo entre deux valeurs. Le changement actuel d’oxydation ou réduction mesuré est directement proportionnel à la concentration de l’analyte. Pour plus d’informations sur cette technique, veuillez vous reporter à notre vidéo de voltampérométrie cyclique. Les dispositifs potentiométriques mesurent la variation de tension entre le travail et l’électrode de référence à un courant constant. La concentration de la solution peut alors être calculée en utilisant le changement de potentiel. Enfin, des dispositifs d’impedimetric mesurent le changement de conductivité électrique de la solution d’analyte. En mesurant le changement de courant entre le travail et les électrodes de comptoir au fil du temps. À une fréquence de tension d’entrée connus a/c. Partir de ce courant en tension, l’impédance de la solution d’analyte est calculé. Cette impédance diminue lorsque augmente la conductivité électrique de la solution d’analyte. Et augmente lorsque la conductivité électrique de la solution d’analyte décroît.

Ayant supervisé les principes et les différents types de détection électrochimique, maintenant regardons les rouages d’un Biocapteur électrochimique, le capteur de glucose de sang poche par exemple. Jour actuel domicile stable sur les niveaux de sucre dans le sang s’effectue à l’aide d’électrodes qui sont sérigraphiés sur bandes jetables. Ces bandes, ou un circuit, sont ensuite recouvertes de la couche d’enzyme et médiateur, une couche liquide de mèche et un film protecteur de circuit. Toutes attachées par des entretoises et fines feuilles adhésives. La couche liquide repousse la moiteur de la bande permet la séparation de cellules sanguines. Afin que seuls les tronçons de sérum sanguin d’enzymes et de médiateur électrodes enrobées. Enfin, une tension est appliquée entre les électrodes. Qui déclenche la réaction d’oxydo-réduction glucosée enzyme médiateur. Sous la couche de médiateur-enzyme immobilisée, glucose dans le sérum sanguin est converti en acide gluconique. Tout en réduisant l’enzyme glucose-oxydase. L’enzyme réduit revient à sa forme oxydée en perdant les électrons à la molécule de médiateur, réduisant ainsi le médiateur. Maintenant, cela a réduit le médiateur agit comme un service de navette pour les électrons entre la couche de médiateur-enzyme et la couche de l’électrode en dessous. Il perd des électrons à la surface des électrodes et obtient oxydé. Génération actuelle à l’électrode. Cette augmentation du courant, mesurée à un potentiel donné, est directement proportionnelle à la concentration de glucose dans l’échantillon.

Après avoir examiné l’électrochimie de la glucose oxydase, nous allons jeter un coup d’oeil vers le capteur de glucose utilisé sur un patient. Le sang pour ce test est prélevé à l’aide d’une lancette de sécurité. Puis le sang recueilli est soigneusement repéré sur la zone de collecte de sang de la bande jetable pour les tests exacts. Le lecteur de glycémie compte les électrons déposés par le médiateur les électrodes comme actuelle. Et puis calcule combien glucose il a fallu pour générer autant d’électricité. Le lecteur de glycémie puis affiche ce numéro sur son écran.

Maintenant que nous avons couvert les principes et la procédure derrière capteurs de glucose de sang, nous allons voir comment les recherches postulez biocapteurs électrochimiques dans d’autres domaines. Électrochimique de détection peut également être utilisé pour détecter le cancer. Dans un système, les anticorps spécifiques de la protéine du cancer sont immobilisés sur la surface des billes magnétiques. Qui sont incubés dans la solution de l’échantillon. Suivie d’une deuxième solution d’anticorps redox détecteur actif qui est également complémentaire à la cible. Les perles sont ensuite capturées à l’aide de champs magnétiques sur la surface de l’électrode et ampérométrique mesures sont effectuées pour détecter la concentration de protéine du cancer dans l’échantillon. Enfin, électrochimie est également utilisé par des micro-organismes à produire de l’électricité. Connu comme les piles à combustible bioelectrochemical. Les microorganismes sont cultivées pour former une pellicule sur la surface d’anode ou de cathode de la pile à combustible. Les protéines actives rédox dans les microbes participent dans les réactions d’oxydo-réduction des électrodes. Qui génèrent des électrons et produire de l’énergie qui est exploitée pour d’autres applications.

Vous avez juste regardé les vidéo de Jove sur biocapteurs électrochimiques. Cette vidéo contenue un aperçu des principes clés de biocapteurs électrochimiques et expliqué le fonctionnement de la capteur de glucose de sang en détail. Enfin, nous avons illustré quelques applications réelles de biocapteurs électrochimiques. Merci de regarder.

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