Sensores Electroquímicos, Ópticos y Biosensores: Una Comparación Detallada

Sensores Electroquímicos

Ventajas:

• Alta sensibilidad
• Amplio intervalo lineal
• Límites de detección (10^-6-10^-9 M) adecuados
• Compactos
• Consumen poca muestra (nanolitros): monitorización in vivo
• La señal obtenida (obviamente eléctrica) es factible para la transducción directa
• Presentan buena eficacia en la detección de electrolitos
• Se miden actividades en lugar de concentraciones
• Relativa simplicidad y bajo coste

Desventajas:

• Derivas causadas por los potenciales de unión líquido-líquido
• Sensibilidad a los campos eléctricos aplicados
• Pequeños potenciales de superficie
• Poca eficacia a pHs extremos
• Limitada selectividad (en ocasiones) en comparación con otras técnicas analíticas

Sensores Ópticos

Pueden estar basados en la absorción y emisión de radiación o en la dispersión de luz, interacción opto-térmica o conductancia foto-inducida en fase sólida. En general se construyen con fibras ópticas, que son finas hebras (0.05 μm – 0.6 cm) de vidrio, sílice fundida o plástico, capaces de transmitir radiación o iluminar a distancias considerables. La transmisión de luz en una fibra óptica tiene lugar por reflexión interna total.

En general consisten en una fase reactiva inmovilizada en el extremo de una fibra óptica. La interacción del analito con el reactivo produce una variación de absorbancia, reflectancia, fluorescencia o luminiscencia, que se transmite al detector a través de la fibra óptica. (Sensores de pH, de O₂, de vigilancia de humedad relativa, nieblas y heladas en aeropuertos…)

Ventajas frente a los electroquímicos:

• Facilidad de miniaturización
• No están sometidos a interferencias eléctricas
• Algunos se pueden acoplar a un espectrofotómetro: se permite un análisis múltiple

Desventajas:

• La luz ambiental puede interferir en las medidas
• Las fibras ópticas pueden presentar impurezas que den lugar a una señal de fondo
• Es necesario encontrar más indicadores ópticos selectivos para diferentes analitos.

Biosensores

Dispositivos de medida que incorporan un componente bioquímico o biológico como elemento de reconocimiento íntimamente conectado o integrado a un transductor físico.

Zona de selectividad química: material biológico o BIORECEPTOR.

El biorreceptor está unido a un transductor: Convierte la señal biológica obtenida de la interacción entre el analito y el biorreceptor en una señal eléctrica proporcional a la cc.

El mecanismo para el reconocimiento de especies: PRINCIPIO LLAVE-CERRADURA.

Clasificación en función de la naturaleza del biorreceptor:

1. Biosensores catalíticos: El biorreceptor es un enzima o una célula de tejido o microorganismo que contiene esta enzima. Biosensores enzimáticos
2. Biosensores de afinidad: Inmunosensores (el bioreceptor es un anticuerpo o proteína soluble producida por el organismo en respuesta a la presencia de sustancias extrañas, antígenos, que son marcadas para su posterior eliminación por el organismo )

Clasificación en función de la naturaleza del transductor:

1. Biosensores con transductor electroquímico
2. Biosensores con transductor térmico
3. Biosensores con transductor óptico

El biorreceptor es una enzima o una célula de un tejido o microorganismo que contiene una enzima ⇒ BIOSENSORES ENZIMÁTICOS

En general, la reacción enzima-sustrato en la que se basan implica el empleo de otro reactivo denominado cofactor para poder generar los productos: sustrato + cofactor → producto // v = v_max [P] / K_m [S]

Biosensores enzimáticos con transductor electroquímico potenciométrico:

Los más utilizados son los basados en membranas selectivas de iones. Cuando se ponen en contacto con la disolución de analito, se produce una alteración de la densidad de carga en la interfase y un cambio en el potencial de membrana (magnitud medida).

Para determinar sustratos de deaminasas (amoníaco o amonio), decarboxilasas (CO₂) e hidrolasas (H⁺).

Biosensores enzimáticos con transductor electroquímico amperométricos

• Monitorizan las corrientes farádicas resultantes de intercambios electrónicos entre el sistema biológico y un electrodo que se mantiene a un potencial apropiado constante.
• Es característico de todos los sustratos de la oxidasas, detectándose el O₂ o H₂O₂ formado.
• Un ejemplo clásico de este tipo de dispositivo es el sensor de glucosa en sangre y orina

Biosensores de afinidad:

Se basan en la unión selectiva de ciertas biomoléculas a especies particulares. El proceso de reconocimiento biomolecular está gobernado por la forma y el tamaño del receptor y del ligando (parámetros termodinámicos), en contraste con el control cinético que muestran los sistemas biocatalíticos.

Pueden ser inmunosensores o quimioreceptores.

Inmunosensores

Basados en la reacción bioquímica que implica el reconocimiento de la forma antígeno (Ag) por el anticuerpo (Ab), uniéndose por un punto concreto para formar el complejo antígeno/anticuerpo.

Cuando tiene lugar el acoplamiento antígeno/anticuerpo se produce una variación de carga, masa o de las propiedades ópticas, que es medida en un transductor

Son altamente selectivos dada la estereoespecificidad de los puntos de unión del anticuerpo con el antígeno.

- Configuración sándwich:

El antígeno (analito) se une al anticuerpo inmovilizado en el transductor, y a su vez a dicho antígeno se une el anticuerpo marcado con una enzima. La monitorización de la reacción proporciona la información analítica.

- Configuración competitiva:

El anticuerpo y el correspondiente antígeno, al que se le ha unido la enzima, se encuentran inmovilizados sobre la superficie del transductor. La adición de analito (antígeno sin enzima) provoca una competencia por los anticuerpos inmovilizados en el transductor. La disminución de la respuesta correspondiente a la reacción enzimática proporciona la información requerida sobre el analito en cuestión.

Los inmunosensores ofrecen perspectivas interesantes en el sector clínico:

Medida de drogas (teofilina) // Determinación de la hormona HCG // Determinación de α-fetotroproteína para la identificación del cáncer, etc.

Desventaja:

la reacción de formación del complejo antígeno/anticuerpo es lenta, por lo que tiene pocas posibilidades de aplicación a sistemas en continuo.