Capítulo III Biossensores 1
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
Desenvolvimento de um biossensor resulta da conjugação de várias áreas: Biotecnologia Química Analítica Síntese química Óptica Electrónica Processamento de sinais Instrumentação 3
Principais características de um biossensor ideal : Selectividade Proporcionalidade Rapidez Sensibilidade Estabilidade Reutilização 4
Tipos de transdutor: Medidores de temperatura Transdutores de pressão Fluxímetros Sensores de humidade Sensores de densidade luminosa Transdutores electroquímicos Transdutores ópticos Transdutores termométricos 5
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
Áreas de aplicação Área de aplicação Mercado (%) Crescimento anual (%) Diagnósticos clínicos 53 25 Controlo de processos 11 50 Instrumentos médicos 11 30 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
Biossensores ópticos: -Tiras teste (test strip) -Fibras ópticas Reacção de condensação de fenol e 4-AAP, com formação do corante Quinoneimina 8
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
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
Biossensores electroquímicos: Biossensores amperométricos de oxigénio Biossensores amperométricos com mediadores de electrões Biossensores amperométricos de transferência directa de electrões 11
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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
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
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
Biossensores enzimáticos para imunodetecção: E P E P E transdutor sinal P E E 16
Biossensores enzimáticos para imunodetecção: e - E e - P E e - P E 17
Biossensores enzimáticos para imunodetecção: 18
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
Biossensores de DNA Bio-repórteres 20
Bio-nanotecnologia 21
Nano-guindastes 22
Pele-electrónica 23