Post on 14-Aug-2015
BIOSENZORI MICROBIENIBIOSENZORI MICROBIENIMASTER BRN, anul I, 2012
Biosenzori
Schema de principiu
1. Biosenzori cu enzimeBiosenzori monoenzimaticiBiosenzori bi- şi multi-enzimatici
2. Biosenzori cu sisteme catalitice înalt integrate (High Integrated Systems) HIS
3. Biosenzori de afinitate (imunosenzori)
Biosenzori cu sisteme catalitice înalt integrate (High Integrated Systems)
• Sisteme înalt integrate (HIS)- reprezentate de: microorganisme (principala sursă de enzime)organite celularefragmente de ţesuturi de origine animală sau vegetală
Celule nervoaseOrgane complete ?
Biosenzorii microbieniContin microorganisme imobilizate si un lant de transductie In general, sunt utilizati pentru un singurproces biochimic.
Avantajele biosenzorilor microbieni
Sensibilitate mai mică la inhibare şi impurificarea substratuluiToleranţă mai mare în ceea ce priveşte variaţiile de pH şi temperaturăTimp de viaţă mai mare comparativ cu cei enzimaticiIeftiniVariabilitate mare, deoarece se adaptează mai bine la condiţiile de mediuIndependenţă de cofactoriRăspuns fiziologic la compuşii toxiciPregatire uşoară datorată cultivării facile amicroorganismelor
Biosenzori HIS cu microorganisme
DIFERENŢA faţă de alţi biosenzori: celule viiregenerarea lor
Apariţia unor modificări nedorite în timpul operării biosenzorului
Timp de răspuns mai mare decât la biosenzorii enzimaticiReutilizarea lor într-o altă determinare necesită o durată
mai mare de timp.
Domenii de utilizare• Industria alimentară, producerea medicamentelor,
tratarea apelor reziduale, producerea de energie.• Reacţii de fermentare şi transfer de electroni.
Biosenzori microbieni
• Celule de Bacillus subtilisDeterminarea ionilor amoniu
Accelerarea procesului respiratorprin pătrunderea NH4 în celule
sistem de permeaze pentru NH4+ :
represat activ prin limitarea nutrienţilor
scăderea timpului de răspunsscăderea timpului de răspuns al biosenzorilor
Determinarea concentraţiei unor substanţe
Biosenzori microbieni
• Celule de Bacillus cadaveris şi Proteus morgani
Determinarea [L-aspartat] şi [L-cisteină]Regenerarea senzorilor microbieniplasarea electrozilor epuizaţi într-un mediu de cultură adecvat
tulpinilor bacteriene utilizate dezvoltarea celulelor noi direct pesuprafaţa electrozilor Regenerarea activită Regenerarea activităţţii iniii iniţţiale iale şşi prelungirea duratei de i prelungirea duratei de
funcfuncţţionare a biosenzoruluiionare a biosenzorului Celulele autolizate rămân la suprafaţa electrodului
limitare la câteva cicluri de regenerarelimitare la câteva cicluri de regenerare
Determinarea concentraţiei unor substanţe
Biosenzori microbieni
Selecţionarea agenţilor mutageni
Urmărirea respiraţiei celulelor imobilizate pe un electrod de oxigen
Salmonella typhimurium His-
Mediu lipsit de histidinăMutagen
Mutaţie
Electrod de O2
Membrană filtrantă
Glucoză
INCUBARE IMOBILIZARE MĂSURARE
10 ore
Biosenzori hibrizi
Determinarea ureei
Biotraductor = HIS + enzimă
Biosenzori hibrizi realizaţi cu microorganisme
Ele
ctro
d de
O2
Membrană cu urează
Membrană schimbătoare de ioni
Strat alcalin Membrană din Teflon
Bacterii imobilizate: 1. Nitrosomonas sp.
2. Nitrobacter sp.
Uree +
H2O
NH4+
CO2
NH3 NH4+ NO2
- NO3-
O2O2 O2
1 2
Biosenzori hibrizi
Determinarea α- amilazei
Biotraductor = HIS + enzimă
AMGAMG
AMGAMG
AMGAmidon
PA: α- amilaza
Elec
trod
de
O2
Amidon Produşi cu masă moleculară redusă
difuzie în membrana catalică
PA: α- amilaza
GlucozăAMG
Asimilată de bacterii
• Se bazeaza pe fenomenele optice manifestate de microorganisme in procesele metabolice:
• fotoluminiscenta;• chemoluminiscenta;• electroluminiscenta;• polarizare;• absorbanta etc.
Biosenzori fotomicrobieni
•• PlasareaPlasarea microorganismelormicroorganismelor imobilizateimobilizate imediatimediat in in apropiereaapropierea unuiunui termistortermistor, care , care masoaramasoara calduracalduraabsorbitaabsorbita sausau eliberataeliberata de de microorganismemicroorganisme in in proceseleproceselemetabolicemetabolice..
Termistor microbian
Cu reactor termistor Cu microreactorpe termistor
• Se bazează pe principiul general al schimbului entalpic.• Multe reacţii metabolice sunt însoţite de o evoluţie
considerabilă a căldurii – calorimetrie.• Exemple: entalpia reacţiilor metabolice, călduri specifice,
latente.• Principiile calorimetriei nu pot fi aplicate datorită
costurilor ridicate ale instrumentelor sensibile şi complexe.
Intrebari?