Mapa conceptual avances recientes en el desarrollo de biosensores basados en nanotecnología para la detección de arsénico, plomo, mercurio y cadmio

mapa conceptual

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL
Avances recientes en el desarrollo de biosensores
basados en nanotecnología para la detección de
arsénico, plomo, mercurio y cadmio
Armin Salek Maghsoudi, Shokoufeh Hassani, Kayvan Mirnia, Mohammad Abdollah
DOCENTE :
SOTO GONZALES, Heberth Hernan
ESTUDIANTE:
CAHUANA SILLO, Brenda Beatriz
BIOTECNOLOGIA
21 de diciembre del 2021

2. Avances recientes en el desarrollo de biosensores basados en
nanotecnología para la detección de arsénico, plomo, mercurio y cadmio
RESUMEN
APLICACIÓN DE LOS
NANMATERIALES EN
EL DISEÑO DE LOS
BIOSENSORES
CLASIFICACIÓN DE
LOS BIOSENSORES
EN FUNCIÓN DE LOS
PRINCIPALES
BIORRECEPTORES
Losmetalespesados​​causanunacontaminaciónambientalconsiderabledebidoasuextensióny
nodegradabilidadenelmedioambiente.Elanálisisylosnivelesdetrazasdearsénico,plomo,
mercurioycadmiocomolosmetalespesados​​mástóxicosmuestranquepuedencausardiversos
peligrosparalasaludhumana.
técnicasparadiagnosticarlatoxicidad
delosmetalespesados
INTROCUCCION
Lacontaminaciónpormetalespesadoses
importanteenlamayoríadelospaísesdel
mundoyenEstadosUnidos.Porsupuesto,la
situaciónempeoradíaadía.Lacortezasuperior
delatierracontienemuchosmetalespesados
debidoalacontaminaciónagrícola,lamineríay
losproductosindustriales.
•Espectrometríadeabsorciónatómica
(AAS)
•Espectrometríadeabsorciónatómica
electrotérmica(ET-AAS)
•Espectrometríadeabsorciónatómicade
llama
•Espectrometríadeabsorciónatómicapor
generacióndehidrurosEspectrometríade
absorciónatómicaporvaporfrío(HG-AAS,
CV-AAS)
•Espectrometríadeemisiónópticapor
plasmaacopladoinductivamente(ICP
OES)
•Espectrometríademasasporplasma
acopladoinductivamente(ICP-MS)
•Espectrometríademasasporplasma
acopladoinductivamente(HPLC-ICP-MS)
Aptámeros como
nanomateriales biológicos
El anticuerpo como
nanomaterial biológico
Enzima
Biosensores basados en
células enteras como
micro/nano biosensores
Paraesteprocesoseutilizaunaampliagamadenanomaterialesmetálicos,comoeloro,elcobre
ylasnanopartículasdeplata,ynanomaterialesnometálicos,comoloscompuestosbasadosenel
carbono,comoelgrafito,losnanotubosdecarbonoyelgrafeno.Seutilizanmétodosquímicosy
bioquímicosparasintetizarlosnanomaterialesempleadosparadetectarlosmetalespesados
SonfragmentosdeADNyARNmonocatenariosseleccionados
mediantelatécnicadeevolucióninvitro.Launióndeunaptámeroal
analitocambialaconformaciónenlaestructuradelosaptámeros.
Estasproteínasespecíficaspuedendetectaranalitosenotrosagentes
intermediosdebidoasualtaafinidaddeuniónaladiana.Seusan
anticuerposqsonmuysensiblesparaladeteccióndeepítopos
Laspropiedadesylaactividadcatalíticainherentealasenzimas
ofrecenlaventajadelograrunlímitededetecciónmásbajoquelos
métodostípicosdeunióndeanalitos.
Unbiosensormicrobianodecélulacompletaesunmétodoanalítico
quedetectaanalitosobjetivoinmovilizandomicroorganismosenun
transductor,yestosnorequierenpurificación

3. CLASIFICACIÓNDE
BIOSENSORES EN
FUNCIÓN DE LOS
TRANSDUCTORES
PRIMARIOS
LA ESTRATEGIA
GENERAL EN EL
DISEÑO PRECISO
DE BIOSENSORES
Biosensor de base
piezoeléctrica
Biosensor de base
magnetoelástica
Lastécnicasprácticasimplementadasenlos
biosensoresdetectananalitos,estadetecciónse
basaprincipalmenteenlaspropiedadesúnicas
delassub-estanciasdelasetiquetaspara
detectarlosanalitosobjetivo.Elrendimientode
losbiosensoresbasadosenetiquetassebasaen
elconceptobásicodequeesimposiblecaptar
todoslosanalitosbasándoseensuspropiedades
físicasyquímicasinherentes.
Biosensor de base
óptica
Electroquímicos
(EC)
Biosensor basado
en un transistor de
efecto de campo
LosbiosensoresECmidenlacorrienteresultantedelasreaccionesdeoxidación(ox)yreducción(red)dela
capacitancia.Enconsecuencia,laprincipalfuncióndeestostransductoresesconvertirlainformaciónen
valoresmediblesmediantelapotenciometría,lavoltametría,laamperometríaylaconductividad
Losprincipalescomponentesdeunbiosensorópticoincluyenunafuentedeluz,elementosde
biorreconocimientoinmovilizados,unsistemadeanálisisópticoy,loqueesmásimportante,undispositivode
transmisiónópticacomolafibra,yseutilizanparadetectaranalitosabajasconcentraciones
Debidoalatensiónmecánicaenalgunosmateriales,secreaunadiferenciadepotencialquesedenomina
piezoelectricidad.Lossensoressonunsubconjuntodelabasemasiva.Yenestoslosbiorreceptoresseacoplan
amaterialespiezoeléctricoscomolacerámicayelcuarzo
Estossensoresseconstruyenapartirdecintasdepelículaferromagnéticaamorfa.Lascintassuelenser
aleacionesricasenhierroconunaltocoeficientedeacoplamientomagnetoelásticoyunagranresistencia.
Debidoalapropiedaddemagnetostricción,suformacambiaenpresenciadeuncampomagnético
Estosbiosensoressemiconductoresconstandetrestiposdeelectrodos:origen,drenajeypuerta.Laparte
entreelorigenyeldrenajeactúacomoelementodebiorreconocimiento.Enlaconfiguracióndelos
biosensoresFEThayuncanaldenanocablesentrelosterminalesdedescargaylaseccióndelafuente
propiedades físicas
y químicas
intrínsecas de los
analitos que se
utilizan
•eltamaño
•lacargaeléctrica
•elpesomolecular
•laimpedanciaeléctrica
•elíndicederefracción
•laspropiedadesdieléctricas.

4. CONTAMINACIÓN
AMBIENTAL,
MECANISMOS DE
TOXICIDAD Y
REISGOS PARA LA
SALUD DE LOS
METALES PESADOS
Arsénico
Plomo
Mercurio
Cadmio
Losrecursosnaturalesyantropogénicos
sondosfuentesimportantesde
contaminaciónambientalcausadaporlos
metalespesados.
Lasaguassuperficiales,incluidoslosríosy
lagosmundiales,sonlasmejoresmuestras
paracontrolarelestadodela
contaminaciónpormetalespesadosen
todoelsistema.
Porotrolado,elniveldeesta
contaminaciónestáaumentando
significativamenteenlospaísesen
desarrollo.Unodelosaspectosprácticos
delestablecimientodelalegislación
sanitariarelacionadaconlacontaminación
pormetalespesadoseselcontrol
continuoyprecisodelosnivelesdeestos
metalesenelmedioambiente.
DISEÑO DE
BIOSENSORES BASADO
EN UN ENFOQUE
NANITECNOLÓGICO
PARA EL ANALISIS DE
M.P.
Arsénico
Plomo
Mercurio
Cadmio
Elarsénicohacausadomuchaspreocupacionesambientalesenla
saludmundial,comometaloidetóxicoycancerígenoconuna
ampliadistribuciónenelmedioambiente
Comounodeloselementosmásabundantesdelatierra,el
plomohasidoconsideradodurantemuchoporsubajopuntode
fusiónysugranflexibilidadcomounmetaltoxico
Esunmetalpesadoqueconstituyeunejemploparamostrarel
movimientodelosmetalesenelmedioambiente.Enlos
mecanismosdetoxicidaddelmercuriosehaobservadoenelADN
Comometalpesadoomnipresente,elcadmiohasuscitadouna
granpreocupaciónporlaexposiciónlaboralylacontaminación
ambiental.LosnivelesmásaltosdelCdseencuentranenlasrocas
sedimentariasymarinas
Dadalaimportanciadelatoxicidaddelarsénicoenlossistemasbiológicosyelmedioambiente,enlosúltimos
años,ademásdelosmétodosconvencionalesparamedirlacontaminaciónpormetalespesados,sehandiseñado
variosbiosensoresparaanalizarlosnivelesdearsénico.
Elanálisisdelniveldeplomoesesencialenmuestrasambientalescomoelagua,losalimentos,elsueloymuestras
biológicascomolasangre,ademásdelosmétodosconvencionales,comolaabsorciónatómica,la
espectrofotometríaylacromatografía
S ehandiseñadovariosbiosensoresparadeterminarlosnivelesdemercurio.Guoetaldiseñaronuna
plataformadetirasreactivasbasadaenunsensormicrobianodecélulasenterasparaladetecciónsimultáneade
contaminantesdemercurioinorgánico.
Elanálisisdelosnivelesdecadmioenfluidosbiológicosymuestrasambientalesesdegranimportancia,yel
diseñodebiosensoresdealtasensibilidadpuedeserútilenestecampo.Fakudeysuscolaboradoresdiseñaronun
biosensorelectroquímicobasadoenaptámerosenelquesemodificólasuperficiedelelectrododecarbono
serigrafiado.

5. CONCLUSIONES Y
PERSPECTIVAS
Laimportanciadeinvestigarlatoxicidaddelosmetalespesadosyexplorarlosmétodosdeanálisisdelosnivelesdeestosmetalesendiferentes
muestrasutilizandotécnicasintegradasdebioynanotecnologíaquehanllevadoaldesarrollodebiosensoresenlosúltimoscincoañosesel
objetivoprincipaldeesteestudio.Enesteestudio,intentamosdiscutirlosmétodosmássensiblesybiosensoresinnovadoresdiseñadosenloscinco
añosanterioresapartirdelmecanismofuncional,loscomponentesesencialesyladeteccióndearsénico,plomo,mercurioycadmiocomolos
metalestóxicosmásdifícilesdedetectarenelmedioambiente.
Figura2Representaciónesquemáticadeldiseñode
biosensoresconlacooperacióndenanotecnologíaparala
deteccióndemetalespesados.
Tabla2Característicasdebiosensoresparala
deteccióndearsénicoyplomo
Esquemadefabricacióndelbiosensordeplomo
visualizado.Paso1.LadescomposicióndelaADNzima
GR-5porionesdeplomoliberafragmentosdeADN
queconectanpartículasmagnéticasynanopartículas
deoro.Paso2.Separaciónmagnéticaposterior,los
AuNPconectadosseliberanpordesnaturalizacióny
luegoseutilizanparaunirunsegundoparde
micropartículasmagnéticasymicropartículasde
poliestireno.