Biología

¿Qué son los Biosensores?

Los biosensores son sistemas bioanalíticos que pueden detectar muestras biológicas. Son pequeños y potentes dispositivos capaces de analizar muestras biológicas para entender su función, composición y estructura. Esto se logra convirtiendo una señal o respuesta biológica en una respuesta medible.

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Los biosensores son sistemas bioanalíticos que pueden detectar muestras biológicas. Son pequeños y potentes dispositivos capaces de analizar muestras biológicas para entender su función, composición y estructura. Esto se logra convirtiendo una señal o respuesta biológica en una respuesta medible.

Es posible que haya visto a personas que usan glucómetros para el control de glucosa de rutina, oxímetros de pulso de dedo para medir los niveles de saturación de oxígeno y la frecuencia del pulso, y relojes inteligentes para el control diario de nuestra actividad física. Los glucómetros, los oxímetros de pulso y los relojes inteligentes son ejemplos de biosensores.

Esta tecnología tiene varias aplicaciones que no se limitan al cuidado de la salud. Son vitales para el descubrimiento de fármacos y la prevención de enfermedades, y también pueden controlar la calidad del medio ambiente, el suelo, el agua y los alimentos. También se utilizan en ingeniería metabólica, para controlar el correcto funcionamiento de dispositivos protésicos y en biodefensa.

Leland C. Clark desarrolló el primer biosensor, llamado «Electrodo de Clark», para detectar oxígeno en 1956. Su trabajo en el campo de la biodetección le valió el reconocimiento como el «Padre de los biosensores». El primer biosensor comercial fue desarrollado en 1975 por “Yellow Springs Instruments”.

Veamos cómo funcionan estos biosensores.

Funcionamiento general de un Biosensor

Si ponemos una muestra biológica en el biosensor, el biosensor nos da una lectura digital que tiene una interpretación biológica. Un analito es la sustancia de interés que debe detectarse.

¿Cómo se convierte el componente biológico en información digital o en una respuesta medible? Esto se hace a través de los diversos componentes del biosensor, como el elemento de reconocimiento biológico, el transductor de señal, el amplificador de señal, el procesador de señal y la unidad de visualización.

Veamos qué hace cada uno de estos componentes.

Cuando se aplica la muestra biológica (analito), el elemento de identificación detectará los biomarcadores presentes en el analito. Un biomarcador puede ser cualquier compuesto o señal que pueda usarse como determinante del estado de enfermedad o cambios en la fisiología del organismo. El transductor convertirá este cambio biológico en una señal eléctrica. Esta señal analógica será amplificada por el amplificador de señal. El procesador de señal convertirá la señal analógica amplificada en una señal digital, que se mostrará en la pantalla LCD.

Características de los Biosensores

En el diagnóstico biomédico, el uso de biosensores ofrece varias ventajas sobre las técnicas de laboratorio convencionales. porque son pequeños, fáciles de usar, baratos y brindan resultados inmediatos.

El rendimiento de cualquier biosensor se basa en varias características clave.

Un biosensor debe ser selectivo en su capacidad para detectar la presencia de un analito específico. Los resultados generados por el biosensor deben ser reproducibles, lo que significa que el biosensor debe poder generar lecturas idénticas para varias muestras idénticas.

Las mediciones deben ser precisas, con mínima variación entre los valores detectados por el biosensor y los valores obtenidos por métodos convencionales. El rendimiento del biosensor debe ser estable y no debe verse afectado por los cambios de temperatura externos. La detección de incluso pequeñas cantidades del analito debe ser muy sensible y las mediciones deben ser lineales en un amplio rango de concentración del analito.

Tipos de analitos para biosensores

Muchas personas pueden creer que la sangre es el único fluido corporal que se utiliza para la biodetección, pero eso no es cierto. Además de la sangre, la saliva, el sudor, la orina, las lágrimas y el aliento también se pueden utilizar para detectar algunos biomarcadores.

Veamos algunos ejemplos.

Los biosensores basados ​​en sangre se utilizan para controlar los componentes de la sangre, como la glucosa.

Los biosensores basados ​​en saliva están ganando popularidad lentamente para la detección de glucosa, en comparación con los biosensores sanguíneos invasivos. Estos también se pueden usar para detectar niveles de ciertas sustancias químicas, como el lactato y el cortisol.

Los biosensores a base de sudor pueden detectar niveles de compuestos como glucosa, lactato, ácido ascórbico y ácido úrico, pero los kits de embarazo son un excelente ejemplo de biosensores de orina.

Las lágrimas se pueden usar para medir los niveles de glucosa, alcohol y ciertas vitaminas, pero los departamentos de policía usan habitualmente biosensores de aliento para detectar rastros de alcohol.

Tipos de biosensores

Los biosensores, como los glucómetros de pinchazo en el dedo que se utilizan para comprobar los niveles de azúcar en la sangre, requieren que el usuario se pinche el dedo y utilice la muestra de sangre como analito biológico. Este es un ejemplo de un biosensor invasivo. Por el contrario, el uso del oxímetro de pulso requiere que el usuario inserte su dedo dentro del instrumento. Este es un ejemplo de un biosensor no invasivo.

Por lo tanto, en función de cómo se implemente el análisis biológico requerido, los biosensores pueden clasificarse como invasivos o no invasivos.

Los biosensores también se pueden clasificar según el tipo de elemento de reconocimiento biológico y el mecanismo de transducción utilizado. La característica de identificación de un biosensor puede ser ADN, anticuerpo, enzima, fago, tejido, receptores celulares, células microbianas completas, etc.

Según el tipo de transductores utilizados para diseñar biosensores, pueden clasificarse como biosensores ópticos, biosensores electroquímicos o biosensores basados ​​en masa.

Las fibras ópticas desempeñan un papel central en la aplicación de biosensores ópticos al detectar un analito biológico en función de sus propiedades de fluorescencia, absorción y dispersión de luz. No son de naturaleza eléctrica y las medidas se basan en los cambios en el índice de refracción.

Los biosensores electroquímicos son de naturaleza eléctrica, donde la molécula sensora o el elemento de reconocimiento interactuarán con el analito de la muestra. La señal eléctrica producida suele ser proporcional a la concentración del analito.

Los biosensores basados ​​en masa son biosensores eléctricos en los que las señales eléctricas producidas son proporcionales a las vibraciones mecánicas o acústicas (sonido) de las moléculas de detección.

Biosensores de uso común

Los biosensores más utilizados son sin duda los biosensores de glucosa o glucómetros, que se basan en sangre o saliva, junto con las tiras reactivas de embarazo, que se basan en orina.

Glucómetro

El primer biosensor de glucosa producido comercialmente fue fabricado por Yellow Springs Instrument en 1975. Desde entonces, el diseño y el rendimiento de los biosensores de glucosa han progresado enormemente.

Las comparaciones entre el primer glucómetro y los glucómetros en uso hoy en día muestran los avances tecnológicos que se han hecho en la tecnología de biosensores.

La primera generación de biosensores de glucosa utilizó oxígeno atmosférico como sustrato y detectó la producción de peróxido de hidrógeno. Los biosensores de segunda generación reemplazaban el oxígeno por otros mediadores electrónicos cuya función era transportar los electrones desde la enzima hasta el electrodo. Los biosensores de tercera generación eran completamente menos reactivos. Los mediadores de electrones ya no se utilizaron y la enzima transfirió los electrones directamente a los electrodos.

Estos avances han sido clave para la detección, el diagnóstico y el control oportunos de la diabetes utilizando sangre y saliva.

Desde el punto de vista del usuario, los biosensores basados ​​en saliva pueden ser más preferibles, ya que la recolección de muestras no es invasiva (menos o ningún dolor), además de mejorar la sensibilidad.

tira de embarazo

Los otros biosensores más utilizados son las tiras reactivas de embarazo, que se basan en anticuerpos y determinan la presencia de HCG (gonadotropina coriónica humana) en sangre u orina.

Los elementos de identificación son anticuerpos anti-HCG, que se integrarán con la HCG en sangre/orina (si está presente) y formarán una línea de coagulación. La presencia de una línea indica una prueba positiva y la ausencia de una línea es una prueba negativa de embarazo.

Conclusión

Los biosensores representan una poderosa integración del conocimiento biológico y los avances tecnológicos. Tienen usos omnipresentes en diferentes disciplinas. El método es rápido, específico, fácil, económico y proporciona resultados más rápidos con un uso reducido de reactivos. La tecnología de biosensores se ha desarrollado significativamente en los últimos 2-3 años. ¡La visión futura para esta industria es crear tecnología a microescala para hacerla más pequeña y más útil al mismo tiempo!

Cristy

Somos entusiastas de los temas científicos, del estudio y el conocimiento. Traemos para ti los casos más curiosos de la ciencia y como pueden ayudarte. Preguntas y respuestas que quizás alguna vez te has hecho, están aquí.

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