Biosensores electroquímicos

Bioengineering

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Summary

Biosensores electroquímicos detectan la Unión de una molécula objetivo por detección de un evento de oxidación-reducción. Estos sensores allanó el camino para biodetección moderno después de la invención de los biosensores de glucosa. Este video introducir biosensores electroquímicos, mostrará el funcionamiento del biosensor de glucosa y discutir cómo electroquímicos biosensores se utilizan en la detección del cáncer.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioingeniería. Biosensores electroquímicos. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Biosensores electroquímicos explotan las propiedades redox natural de muchos procesos biológicos, tales como la catálisis enzimática y otros eventos de enlace. Sensores electroquímicos utilizan electrodos que a menudo son funcionalizados con enzimas activas redox. Cuando la molécula de la blanco está implicada en una reacción con la enzima de la ganancia o pérdida de electrones es medida y relacionado con la concentración. En este video, vamos a revisar los principios de la detección electroquímica. Luego se describen los conceptos básicos de un sensor electroquímico por ejemplo, el biosensor de glucosa de la sangre.

Primero vamos a profundizar en los conceptos generales de un biosensor electroquímico. Como clásico células electroquímicas, estos sensores se componen normalmente de tres electrodos. El electrodo de trabajo, el contraelectrodo y el electrodo de referencia. La reacción ocurre en el electrodo de trabajo. Mientras que el electrodo contrario completa el circuito. El electrodo de referencia proporciona un punto de referencia estable para el potencial redox. Los materiales de electrodo son elegidos en función del tipo de sensor, el analito a detectar y técnica de medición utilizada. Para aumentar la especificidad de la molécula objetivo, el elemento de biorreconocimiento, como cortesía enzimas, anticuerpos o ADN es inmovilizado sobre la superficie de electrodos y usado para capturar la molécula correspondiente de destino. Luego se aplica una señal eléctrica. Que se traduce en la reducción y oxidación del blanco. Esto crea un superávit o déficit de electrones que se detecta. Ahora, utilizando la celda de electrodo clásico tres como ejemplo, echemos un vistazo a cómo electroquímica sensores de medida este evento redox. Sistemas electroquímicos se dividen en diferentes categorías-amperométrica, potenciométrico, y mide impedimétrico basado en el tipo de señal de salida. Dispositivos amperométricos medir el cambio en las corrientes entre el trabajo y los electrodos de contador cuando la tensión es conocida. La entrada de voltaje o bien se mantiene en un valor constante o como una rampa lineal o es un ciclo de forma continua entre dos valores. El cambio actual medido de oxidación o reducción es directamente proporcional a la concentración de analito. Para más información sobre esta técnica consulte nuestro vídeo de voltametría cíclica. Dispositivos potenciométricos medir el cambio en la tensión entre el trabajo y el electrodo de referencia a una corriente constante. La concentración de la solución entonces se puede calcular utilizando el cambio en potencial. Finalmente, impedimétrico dispositivos miden el cambio en la conductividad eléctrica de la solución del analito. Midiendo el cambio entre el trabajo y los electrodos del contador con el tiempo. A una frecuencia de voltaje de entrada conocido aire acondicionado. De esta corriente en el voltaje de la impedancia de la solución del analito se calcula. Esta impedancia disminuye cuando aumenta la conductividad eléctrica de la solución del analito. Y aumenta cuando disminuye la conductividad eléctrica de la solución del analito.

Que plantean los principios y los diferentes tipos de sensores electroquímicos, ahora veamos el funcionamiento de un biosensor electroquímico, el sensor de glucosa de sangre mano como ejemplo. Día Inicio pruebas sobre los niveles de azúcar en la sangre se realiza mediante electrodos que están serigrafiados en tiras desechables. Estas tiras de electrodos, o circuitos, entonces están recubiertos con la capa de enzima y mediador, una capa de absorción líquida y un protector de circuito. Todas ligan por los espaciadores y láminas delgadas de adhesivo. La capa absorbe líquida de la franja de ayuda a la separación de células de la sangre. Por lo que sólo el suero de sangre llega a la enzima y el mediador habían cubierto electrodos. Por último, se aplica un voltaje entre los electrodos. Que desencadena la reacción glucosa enzimática mediador redox. En la capa de mediador-enzima inmovilizada, la glucosa en el suero de la sangre se convierte en ácido glucónico. Al tiempo que reduce la enzima oxidasa de glucosa. La enzima reducida vuelve a su estado oxidado por la pérdida de los electrones a la molécula de mediador, reduciendo así el mediador. Ahora este reducido mediador actúa como un servicio de transporte de los electrones entre la capa de enzima de mediador y el electrodo por debajo de ella. Pierde los electrones en la superficie de electrodos y consigue oxidado. Generación de corriente en el electrodo. Este incremento de la corriente, medida a un potencial determinado, es directamente proporcional a la concentración de glucosa en la muestra.

Habiendo examinado la electroquímica de glucosa oxidasa, echemos un vistazo al sensor de glucosa en un paciente. Se recoge la sangre para esta prueba usando una lanceta de seguridad. Entonces la sangre recogida cuidadosamente es descubierta en la zona de recogida de sangre de la tira desechable para prueba exacta. El medidor de glucosa cuenta los electrones por el mediador en los electrodos de corriente. Y luego calcula cuánta glucosa tomaron para generar tanta electricidad. El medidor de glucosa muestra ese número en su pantalla.

Ahora que hemos cubierto los principios y procedimiento detrás de sensores de glucosa de sangre, vamos a ver cómo investigaciones aplican biosensores electroquímicos en otros campos. Detección electroquímica puede usarse para detectar el cáncer. En sistema de un sensor, los anticuerpos específicos de proteína cáncer son inmovilizados en la superficie de bolas magnéticas. Que se incuban en la solución de la muestra. Seguida de una segunda solución de anticuerpo de detector activo redox que también es gratuita en el destino. Los granos entonces se capturan utilizando campos magnéticos sobre la superficie de un electrodo y las medidas amperométricas se realizan para detectar la concentración de proteína del cáncer en la muestra. Por último, electroquímica utiliza también con los microorganismos para generar energía. Conocido como células de combustible de la bioelectroquímica. Los microorganismos son cultivados para formar una película en la superficie del ánodo o el cátodo de la pila de combustible. Las proteínas activas de redox en los microbios participan en las reacciones redox de los electrodos. Que genera electrones y producir energía que se aprovecha para otras aplicaciones.

Sólo ha visto video de Zeus de biosensores electroquímicos. Este video contiene una descripción básica de los principios clave de biosensores electroquímicos y explicó el funcionamiento del sensor de glucosa de sangre en detalle. Por último, nos ilustra algunas aplicaciones del mundo real de biosensores electroquímicos. Gracias por ver.

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