Enzimologie Specială

BIOSENZORI

Un biosenzor este un instrument analitic care transforma un raspuns biologic intr-un semnal electric.

Termenul de „biosenzor“ este adesea utilizat pentru a ingloba dispozitivele utilizate in scopul determinarii concentratiilor unor substante sau a altor parametri de interes biologic, chiar daca acestea nu utilizeaza un sistem biologic in mod direct. Aceasta definitie este in mod larg utilizata de unele reviste stiintifice (de exemplu Biosensors, Elsevier Applied Science). Aceste dispozitive nu se vor discuta in acest curs nefiind de fapt ceea ce inseamna un bisenzor.

Accentul in acest curs se pune pe utilizarea enzimelor ca material biologic responsabil, dar trebuie sa mentionam ca si alte sisteme biologice pot fi utilizate pentru realizarea de biosenzori, de exemplu, celule intregi, celule microbiene etc. Schema generala a unui biosensor este reprezentata in figura :

Fig. Diagrama schematica a principalelor componente ale unui biosenzor. Biocatalizatorul (a) converge substratul la produs. Aceatsa reactie este constatata de traductor (b) care o converge intr-un semnal electric. Iesirea din traductor este amplificata (c), prelucrata (d) si prezentata (e).

Producerea de Biosenzori reprezinta, in present, un domeniu cu o extindere rapida, a carei viteza de crestere anuala a fost estimate la 60%. Impulsul major provine din industria producatoare de dispozitive pentru sanatate (de exemplu 6% din populatia Europei de vest este diabetica si trebuie sa beneficieze de disponibilitatea unor biosenzori rapizi, exacti si simpli pentru determinarea glucozei) dar si alte domenii solicita astfel de instrumente, asa cum sunt aprecierea calitatii alimentelor sau monitorizarea mediului inconjurator.

Se estimeaza ca piata mondiala a instrumentelor analitice este in jur de 15.000.000.000 € pe an, din care 30% reprezinta domeniul sanatatii. Este clar ca exista un vast potential al expansiunii acestei piete si din aceasta cel putin 0,1% este reprezentata de biosenzori.

Cercetarile si dezvoltarile din acest domeniu sunt vaste si multidisciplinare cuprinzand biochimia, stiinta bioreactoarelor, fizica, chimia, electrochimia, electronica si ingineria de programare (software).

Cele mai multe dintre incercarile curente se refera la biosenzori potentiometrici, amperometrici si benzi de hartie cu enzime imobilizate. Totusi, in prezent si in viitorul apropiat , se preconizeza studierea intensa a tuturor tipurilor de traductori principali, astfel incat sa se largeasca utilizarea de biosenzori cat mai rapid in urmatorii ani.

Un biosenzor adecvat trebuie sa posede cel putin urmatoarele caracteristici:

- Biocatalizatorul trebuie sa fie inalt specific pentru scopul analizei;

- sa fie stabil in conditii de depozitare normale si, cu exceptia benzilor enzimatice de hartie si dipsticks (a se vedea mai tarziu), sa prezinte o buna stabilitate pentru un numar larg de determinari (de exemplu mai mult de 100);

- Reactia nu trebuie sa fie afectata de parametric fizici cum sunt agitarea pH sau temperatura. Aceasta ar permite analiza probelor cu un minim de pre-tratament.

- Daca reactia implica cofactori sau coenzime, acestea ar trebui, in mod preferabil, sa fie co-imobilizati cu enzima;

- Raspunsul trebuie sa fie exact, précis, reproductibil si liniar pe domeniul analitic utilizat, fara dilutie sau concentrare.

- Trebuie de asemenea sa fie liber de zgomot electric;

- Daca biosenzorul trebuie sa fie utilizat pentru monitorizarea sistemelor invazive in situatii clinice, trebuie sa micut si biocompatibil, sa nu aibe efecte antigenice sau toxice. Daca se vor utiliza in bioreactoare trebuie sa fie sterilizabili. Sterilizarea se realizeaza preferabil prin autoclavare dar nici un biosenzor cu enzime nu poate rezista unui asemenea drastic tratament termic-umed. In ambele cazuri, biosenzorul nu trebuie sa fie predispus spre viciere sau proteoliza;

- Biosenzorul complet trebuie sa fie ieftin, mic, portabil si capabil de a fi utilizat chiar de operatori mai putin dotati;