La contminación por metales pesados, especialmente varias formas de arsénico, plomo, mercurio y cadmio, es significativa en la mayoría de los países del mundo y en los Estados Unidos

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
CURSO:
BIOTECNOLOGIA
DOCENTE: BLG. HEBERT HERNAN SOTO GONZALES
ESTUDIANTE: FLORES FLORES, DIEGO HERNAN
CICLO: VII
22 de diciembre del 2021 – ILO PERU

2. Avances
recientes
en
el
desarrollo
de
biosensores
basados
en
nanotecnología
para
la
detección
de
arsénico,
plomo,
mercurio
y
cadmio
INTRODUCCION
La contaminación por metales pesados,
especialmente varias formas de
arsénico, plomo, mercurio y cadmio, es
significativa en la mayoría de los países
del mundo y en los Estados Unidos
Los metales pesados no atraviesan las
membranas lipídicas, por lo que
ingresan a las células por canales
selectivos y no selectivos
Además del impacto ambiental
directo, estos metales no son
degradables y pueden acumularse en
diversos organismos.
Por otro lado, las técnicas para
diagnosticar la toxicidad de los
metales pesados no están disponibles
en todos los laboratorios.
Aplicación de nanomateriales
en el diseño de biosensores
Tener al menos una dimensión externa
en el rango de 1 a 100 nm es la
principal característica de los
nanomateriales.
Los métodos químicos y bioquímicos se
utilizan para sintetizar nanomateriales
empleados para detectar metales
pesados.
La ventaja de los métodos es producir nanomateriales
de menor tamaño con un tamaño uniforme y
aumentar la relación superficie-volumen para lograr
un mejor rendimiento en la detección de metales
pesados. Nuevos nanomateriales como nanoclusters,
aptámeros, anticuerpos y puntos cuánticos se utilizan
en sistemas de detección de metales pesados
Clasificación de biosensores
basada en los principales
biorreceptores
Aptámero como
nanomateriales
biológicos
Se utilizan para diseñar biorreceptores biosensores, Los aptámeros
consisten en 30 a 100 nucleótidos de tamaño, en consecuencia más
pequeños que otras moléculas de biorrecognición como anticuerpos y
enzimas, lo que resulta en una inmovilización eficiente de altas
densidades de aptámeros en la superficie
El anticuerpo como
nanomateriales
biológicos
Estas proteínas específicas pueden detectar analitos en
otros agentes interferentes debido a su alta afinidad de
unión al objetivo
Enzima La enzima reconoce un analito específico similar a una
llave que ajusta una cerradura.
Biosensores basados en
células enteras como
micro/nanobiosensor
La mayoría de los biosensores microbianos tienen un tamaño de
entre 0,5 y 5 micrómetros dependiendo del tipo de célula
utilizada en ellos, por lo que se encuentran en la categoría de
nano/microbiosensores.

3. Clasificación de
biosensores basados en
transductores primarios
Electroquímica (CE)
Transductores EC convierten las interacciones biológicas en una señal electroquímica y se basan en parámetros eléctricos
como la corriente, la impedancia, el potencial y la capacitancia. Como resultado, la principal salida de estos transductores es
convertir la información en valores medibles utilizando potenciometría, voltamperometría, amperometría y conductividad.
Biosensor óptico
La utilización de la tecnología de biosensores ópticos es un enfoque esencial para
explorar y evaluar la investigación biomédica, los productos farmacéuticos, el
monitoreo ambiental, la seguridad nacional y la guerra.
Biosensor
piezoeléctrico
En los biosensores piezoeléctricos, los biorreceptores se acoplan a materiales piezoeléctricos como la
cerámica y el cuarzo, que producen una señal medible en respuesta a los cambios en las oscilaciones
inducidas por la masa unidas a la superficie del cristal piezoeléctrico.
Biosensor basado en
magnetoelástica
Debido a la propiedad de magnetostricción de las cintas, su forma cambia en presencia
de un campo magnético. El funcionamiento de este mecanismo es similar al método de
microbalanza de cristal de cuarzo.
Biosensor basado en
transistores de efecto
de campo
La parte entre el original y el drenaje actúa como un elemento de biorrecognición. Hay un canal de
nanocables entre los terminales de descarga y la sección de fuente en la configuración de los
biosensores FET.
La estrategia general en
el diseño preciso de
biosensores
El rendimiento de los biosensores basados en etiquetas se basa en el concepto básico de que es
imposible atrapar todos los analitos en función de sus propiedades físicas y químicas inherentes.
Las desventajas de este método son su costo y su tiempo; además, el etiquetado
puede interferir con la unión activa del biorreceptor al analito objetivo.
Contaminación ambiental,
mecanismos de toxicidad y
peligros para la salud de
los metales pesados
Arsénico
ha causado muchas preocupaciones ambientales en la salud personal y
pública en todo el mundo, como un metaloide tóxico y cancerígeno con
una amplia distribución en el medio ambiente
El arsénico existe en formas orgánicas e
inorgánicas y se encuentra en la naturaleza
en formas de tres y cinco valentes
Conducir
Como uno de los elementos más abundantes en la tierra, el plomo ha sido
considerado durante mucho tiempo por los humanos debido a sus propiedades
físicas deseables, como el bajo punto de fusión y la alta flexibilidad.
Mercurio
Se encuentra en tres formas: elemental, orgánica e inorgánica, cada una con sus
propiedades físicas y químicas individuales y su perfil de toxicidad
Cadmio
El cadmio como metal no esencial y tóxico en los organismos biológicos, aunque en cantidades mínimas, puede
acumularse en el cuerpo durante la vida, y los efectos de esta acumulación pueden manifestarse años después.

4. Diseño de biosensores
basado en el enfoque de
nanotecnología para el
análisis de metales pesados
Arsénico
Dada la importancia de la toxicidad por arsénico en los sistemas
biológicos y el medio ambiente, en los últimos años, además de los
métodos convencionales para medir la contaminación por metales
pesados, se diseñan varios biosensores para analizar los niveles de
arsénico en matrices complejas como sangre o diversos tejidos y
muestras ambientales.
Conducir
El análisis del nivel de plomo es esencial en muestras
ambientales como agua, alimentos, suelo y muestras
biológicas como la sangre. Además de los métodos
convencionales como la absorción atómica, la
espectrofotometría y la cromatografía, se han diseñado varios
sensores y biosensores.
Mercurio
Además de los métodos generales de análisis de los
niveles de diversas formas de mercurio en muestras
ambientales y biológicas, se han diseñado varios
biosensores para determinar los niveles de mercurio.
Cadmio
El análisis de los niveles de cadmio en fluidos biológicos y muestras
ambientales es de gran importancia, y el diseño de biosensores de alta
sensibilidad puede ser útil en este campo. Fakude y sus colegas
diseñaron un biosensor electroquímico basado en aptámeros en el que
la superficie del electrodo de carbono serigrafiado (SPCE) se modificó
en un nuevo enfoque.
Conclusiones y
perspectivas
La importancia de investigar la toxicidad de los metales
pesados y explorar los métodos de análisis de los niveles
de estos metales en diferentes muestras utilizando
técnicas integradas de bio y nanotecnología que han
llevado al desarrollo de biosensores en los últimos cinco
años es el propósito principal de este estudio.
La fabricación de nanomateriales con un área de
superficie alta, como materiales porosos o grupos
funcionales especiales en su superficie, se examina
en la etapa de pretratamiento, absorbancia y
separación de metales pesados.
En los últimos años, los aptámeros y las células
enteras se han empleado y desarrollado más en la
detección de metales pesados que otros
elementos de biorrecognición.
La mayoría de los metales pesados tienen varios
estados de oxidación que cada uno de ellos exhibe
diferentes grados de toxicidad