Capítulo III. Biossensores

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1 Capítulo III Biossensores 1

2 Agente biológico substrato produto transdutor detector Unidade de processamento do sinal experimental Calor Electrões Protões ou Iões Luz visível Fluorescência O 2 ou H 2 O 2 Constituintes de um biossensor típico 2

3 Desenvolvimento de um biossensor resulta da conjugação de várias áreas: Biotecnologia Química Analítica Síntese química Óptica Electrónica Processamento de sinais Instrumentação 3

4 Principais características de um biossensor ideal : Selectividade Proporcionalidade Rapidez Sensibilidade Estabilidade Reutilização 4

5 Tipos de transdutor: Medidores de temperatura Transdutores de pressão Fluxímetros Sensores de humidade Sensores de densidade luminosa Transdutores electroquímicos Transdutores ópticos Transdutores termométricos 5

6 Enzimas utilizadas em biossensores: Amidases Descarboxilases Esterases Fosfatases Nucleases Enzima oxido-redutase Glucose oxidase Xantine oxidase Galactose oxidase Lactato oxidase Tirosinase ou polifenol oxidase Ascorbato oxidase Co-factores FAD FAD, Fe, Mo Cu FMN Cu Cu Oxidoredutases: Oxidases (transferem H + / e - para o O 2 molecular) Desidrogenases (transferem H + / e - para um receptor que não o O 2 ) Peroxidases (transferem H + / e - para peróxidos) 6

7 Áreas de aplicação Área de aplicação Mercado (%) Crescimento anual (%) Diagnósticos clínicos Controlo de processos Instrumentos médicos Agricultura/veterinária 8 60 Ambiente 5 35 Investigação 3 50 Outros 9 30 glucose oxidase D-glucose + H 2 O +O 2 H 2 O 2 +D-gluconolactona Colesterol + H 2 O +O 2 colesterol oxidase H 2 O 2 + Colesterol-4-eno-3-ona peroxidase Corante reduzido + H 2 O 2 corante oxidado + H 2 O + 1/2O 2 (sem cor) (corado) 7

8 Biossensores ópticos: -Tiras teste (test strip) -Fibras ópticas Reacção de condensação de fenol e 4-AAP, com formação do corante Quinoneimina 8

9 Biossensores ópticos: -Tiras teste (test strip) -Fibras ópticas Lactato + O 2 Acetato + CO 2 Membrana lactato mono-oxigenase Fibra óptica Membrana com corante fluorescente Luz excitação Luz fluorescente 9

10 Biossensores electroquímicos: S (eléctrodo de trabalho com enzima imobilizada) P (platina sem enzima) Transdutor eléctrico (eléctrodo de referência) Esquema ilustrativo do funcionamento de um biossensor electroquímico com uma enzima imobilizada na platina, o eléctrodo de trabalho 10

11 Biossensores electroquímicos: Biossensores amperométricos de oxigénio Biossensores amperométricos com mediadores de electrões Biossensores amperométricos de transferência directa de electrões 11

12 12

13 Exemplo de aplicação de um biossensor electroquímico amperométrico Análise de ácido L-láctico acid durante a manufacturação de queijo mozzarella Lactato oxidase Lactato + 2O 2 Piruvato + H 2 O 2 13

14 Biossensores potenciométricos: Eléctrodo Reacções Hidrogenião Penicilina Lípidos Ureia penicilinase Penicilina ácido peniciloico + H + lipase Triacilglicerol glicerol + ac. gordos + H + urease H 2 NCONH 2 + H 2 O + H + CO 2 + 2NH 4 + Amónia L-fenilalanina L-asparagina Adenosina fenilalanina amónia-liase L-fenilalanina NH 4+ + t-cinamato asparaginase L-asparagina + H 2 O NH 4+ + L-aspartato adenosina deaminase Adenosina + H 2 O + H + NH 4+ + inosina Iodeto Peróxido peroxidase H 2 O 2 + 2I - + H + 2 H 2 O + I 2 14

15 Biossensores condutimétricos: urease H 2 NCONH 2 + 3H 2 O 2NH 4+ + HCO 3- + HO - Biossensores termométricos: Caixa térmica isolada Permutador de calor Reactor enzimático termopares 15

16 Biossensores enzimáticos para imunodetecção: E P E P E transdutor sinal P E E 16

17 Biossensores enzimáticos para imunodetecção: e - E e - P E e - P E 17

18 Biossensores enzimáticos para imunodetecção: 18

19 Desenvolvimento de fibras ópticas Microtecnologia em silício Filmes poliméricos Micrototal analysis system (µtas) Desenvolvimento de novos transdutores planos (tintas condutoras, pastas de carbono, ) Desenvolvimento de micro e/ou nano transdutores Aumento significativo de aplicações analíticas de enzimas nos sectores biomédico, de diagnóstico, ambiente e industrial 19

20 Biossensores de DNA Bio-repórteres 20

21 Bio-nanotecnologia 21

22 Nano-guindastes 22

23 Pele-electrónica 23