TRABAJO GRUPAL BIOSENSOR.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”
BIOTECNOLOGÍA
VII CICLO
MONOGRAFÍA
“BIOSENSORES Y SU APLICACION EN EL MEDIO AMBIENTE”
DOCENTE: Dr. HEBERT SOTO GONZALES
ALUMNOS: JAZMIN LUCERO MEJIA ARTEAGA
QUISPE CHAMBILLA, STRAKER BERLING
Moquegua, 16 de diciembre de 2022

TABLA DE CONTENIDO
1. RESUMEN............................................................................................................................ 3
2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 4
3. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN........................................................................ 5
3.1 UN BIOSENSOR PARA DETECCIÓN DE ENFERMEDADES................................ 6
3.2 BIOSENSORES PARA MONITOREO AMBIENTAL............................................... 6
3.3 CLASIFICACIÓN DE LOS BIOSENSORES.............................................................. 7
3.4 CONTAMINANTES EMERGENTES (CE) ................................................................ 9
4. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 12
5. BIBLIOGRAFIA................................................................................................................. 13

1. RESUMEN
Un biosensor ambiental es un sistema analítico que acopla un elemento biológico sensible
con un transductor para obtener una detección rápida, proporcional, precisa y sensible de
sustancias individuales o combinadas presentes en el ambiente. El objetivo de este trabajo
fue conocer el uso actual y las perspectivas de aplicación de los biosensores y su
aplicación en el medio ambiente.
En este sentido, es importante mencionar que en Perú no se localizó ningún grupo de
investigación asociado al uso de biosensores ambientales. Los cuatro grupos que
actualmente investigan biosensores están orientados a las áreas de salud y detección de
compuestos puros, utilizan enzimas como elemento biológico y sensores ópticos como
sistema de detección.
Dos de estos grupos aplican nanotecnología para dar estabilidad al elemento biológico y
así obtener una mejor respuesta de detección. En Perú, la investigación con biosensores
no está catalogada como prioritaria, sin embargo, el deterioro ambiental existente
representa una excelente oportunidad para el desarrollo y aplicación de biosensores
ambientales. Por ejemplo, el uso de células completas (ciliados edáficos nativos)
acopladas a un potenciómetro para detectar contaminantes en suelo (plaguicidas).

2. INTRODUCCIÓN
En todo el mundo, la liberación controlada o incontrolada de contaminantes ambientales,
por ejemplo, elementos tóxicos pesados, antibióticos y plaguicidas al medio ambiente es
una preocupación grave, Por tanto, es urgente diseñar nuevos prototipos para detectar su
presencia en ecosistemas terrestres y acuáticos.
La baja concentración de la muestra y la falta de selectividad y sensibilidad de los
métodos tradicionales se encuentran entre los obstáculos importantes de los métodos
convencionales. Además, los métodos convencionales requieren un pretratamiento de
muestras prolongado y especializado, que puede traducirse potencialmente en procesos
que consumen mucho tiempo. Jiménez, C. (2009)
En este contexto, los biosensores electroquímicos han demostrado ser herramientas útiles
para detectar pequeños volúmenes de muestra, bajas concentraciones de componentes
biológicos y, a veces, dispositivos analíticos miniaturizados Se han revisado los avances
recientes en la fabricación y aplicación de biosensores electroquímicos para análisis
biomédicos, agroalimentarios y ambientales.
La capacidad de diseñar sitios de reconocimiento altamente específicos convierte a los
biosensores en una alternativa adecuada a los métodos tradicionales basados en
cromatografía. Entre los biosensores existentes, los biosensores electroquímicos tienen
varias ventajas, como la monitorización en tiempo real, la miniaturización y la mejora de
la selectividad y la sensibilidad. Además, las reacciones electroquímicas entregan señales
electrónicas, por lo que no es necesario utilizar elementos de señalización complicados.
Esto facilita el desarrollo de sistemas portátiles para pruebas clínicas y monitoreo
ambiental in situ. Coulet, PR (2019)
Los electrodos utilizados en los biosensores permiten la conversión de señales biológicas
en una señal de salida legible. La selectividad y sensibilidad de estas señales se puede
lograr mediante la modificación con elementos biológicos específicos como ADN,
enzimas o células. Según la naturaleza de la modificación biológica, los biosensores
electroquímicos se pueden clasificar como sensores biocatalíticos o de afinidad. Los
sensores biocatalíticos electroquímicos se modifican con elementos biológicos capaces
de reconocer un objetivo e inducir una respuesta de una molécula electroactiva mientras
tanto, los sensores de afinidad electroquímica tienen un elemento de reconocimiento de
unión que libera una señal cuando se acopla al objetivo.

3. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
El material de detección biológica puede ser sondas de ADN, anticuerpos y enzimas, y
receptores celulares que interactúan con el analito. El transductor puede ser un material
óptico, fisicoquímico o piezoeléctrico que traduce las señales biológicas en señales
ópticas y eléctricas (Nguyen et al. 2019).
Los biosensores se dividen en diferentes grupos según las transducciones de señales
(Rocchitta et al. 2016). Los sensores electroquímicos fueron presentados por primera vez
en 1962 por Leland C. Clarck durante el simposio NASS (Bhalla et al. 2016).
Un biosensor típico consta generalmente de un elemento biosensor y un transductor.
Tiene varias aplicaciones biológicas y se utiliza para la detección de varios componentes,
como contaminantes, carga microbiana, metabolitos, parámetros de control y varias otras
sustancias (Neethirajan et al. 2018).
Dispositivo bioquímico-electrónico que permite identificar, transformar y cuantificar un
evento biológico.
Figura 1. Receptor biológico.
También tiene inmensas aplicaciones en la industria alimentaria, el diagnóstico clínico y
varias otras áreas donde se requiere un análisis confiable y preciso (Rasheed et al. 2019;
Mishra et al. 2018).
Los avances recientes en la tecnología del ADN recombinante llevaron al desarrollo de
biosensores basados en ADN o aptámeros que actúan como herramienta de diagnóstico
en la evaluación clínica (Zhu et al. 2015).

3.1 Un biosensor para detección de Enfermedades
Las enfermedades transmitidas por los alimentos se han convertido en un importante
problema de salud en todo el mundo y han planteado problemas de seguridad sanitaria
tanto en las industrias alimentarias como en los organismos reguladores (Fung et al.
2018).
También se ha descubierto que los microbios realizan una función que es beneficiosa para
los alimentos y su producción, mientras que algunos de ellos están asociados con el
deterioro de los alimentos (Rawat 2015).
Algunos de los microbios patógenos de los alimentos son Aeromonas spp, Bacillus
anthracis, Bacillus subtilis, Brucella spp., Campylobacter spp. , Clostridium spp.
Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Shigella spp., Staphylococcus
aureus y Yersinia enterocolitica (Mody y Griffin 2015).
Se ha descubierto que estos microbios producen metabolitos y toxinas celulares que
pueden causar enfermedades graves. Estos problemas han llevado a los investigadores a
desarrollar un detector de patógenos robusto, portátil y económico (Abbasian et al. 2018).
Desarrollaron diferentes biosensores para detectar estos microbios patógenos en las
fuentes de alimentos. Por lo tanto, los enfoques de detección robustos para evaluar los
patógenos transmitidos por los alimentos se clasifican en biosensores basados en
biosensores basados en antígenos-anticuerpos, basados en bacteriófagos y basados en
ácidos nucleicos (Mehrotra 2016).
La detección rápida de patógenos transmitidos por los alimentos ha aumentado la
popularidad de estos biosensores en la industria alimentaria, ya que estos biosensores son
efectivos para examinar la calidad de los alimentos y la contaminación microbiana en los
productos alimenticios (Law et al. 2014).
3.2 Biosensores para monitoreo ambiental
Los biosensores cuentan con numerosas aplicaciones prometedoras en varios campos de
la ciencia, como el monitoreo ambiental, el diagnóstico molecular, la detección de
enfermedades, las industrias alimentarias, etc.

Los biosensores monitorean la presencia de varios contaminantes para garantizar la
calidad del agua potable, los alimentos y el suelo. Un biosensor es capaz de detectar un
contaminante con una concentración baja, lo que es una prioridad para la protección del
medio ambiente y la prevención de enfermedades (Rodriguez-Mozaz et al. 2006).
3.3 Clasificación de los biosensores
Características
• Sensibilidad
• Selectividad
• Análisis en tiempo real
• Sin necesidad de marcador
• Tamaño
• Portabilidad
Aplicaciones
• Inmunosensor impedométrico
• Biosensor de glucosa, colesterol, CO2…

• Control de drogas y alcohol
• Industriales
• Alimentarios
Figura 2. Aplicación de los biosensores
Funcionamiento
• Analito ==> Sustancia a detectar
• Biorreceptor ==> Detecta al analito produciendo cambios físico-químicos
• Transductor ==> Transforma los cambios físico-químicos en una señal
cuantificable
Biorreceptor
Receptor biológico que detecta específicamente una sustancia aprovechando la
especificidad de las interacciones Biomoleculares.
• Enzimas
• Microorganismos

• Tejidos y organelos
• Inmunorreceptores
• Quimiorreceptores
Transductor
• Principio de funcionamiento
• Las reacciones químicas consumen o producen iones o electrones
• Provoca un cambio en las propiedades eléctricas
• Medición de la señal eléctrica
• Los transductores más extendidos son los electroquímicos
Existen cuatro clases de transductores electroquímicos:
• Conductimétricos
• Amperométricos
• Potenciométricos
• Impedométricos
3.4 Contaminantes emergentes (CE)
Los CE son una preocupación ambiental creciente y comprenden una variedad de
productos químicos sintéticos utilizados en diferentes prácticas industriales en todo el
mundo. Las CE se han clasificado según su uso, origen y / o efectos. Las fuentes
potenciales incluyen pesticidas y herbicidas, nanomateriales, ftalatos, productos de
cuidado personal, aditivos para plástico, almizcle sintético, compuestos bromados,
fitoestrógenos y productos farmacéuticos (medicamentos que incluyen hormonas,
analgésicos, antibióticos, etc Además de esta difusión más amplia, existe poca o ninguna
información sobre la regulación o las metodologías analíticas precisas para determinar el
riesgo potencial de las CE para los ecosistemas y la salud pública [ 10]. Ejemplos de
categorías de CE derivadas de compuestos farmacéuticos y plaguicidas como fuentes
modelo se resumen. Tkach, VV y Yagodynets, PI (2013)
La ruta principal de las CE son las aguas residuales industriales, que se sabe que tienen
la mayor concentración de contaminantes, los sólidos producidos durante el tratamiento
de aguas residuales tienen diversos contaminantes y se utilizan para fertilizar los campos

agrícolas, los parques urbanos y los patios residenciales Otros compuestos se descargan
directamente de los procesos de producción industrial en ríos o lagos y los productos
químicos descargados se mueven a través de la atmósfera y las corrientes oceánicas. Se
han informado impactos ecotoxicológicos para una variedad de productos químicos
sintéticos de preocupación emergente. Por ejemplo, alteración endocrina de la
reproducción de los peces, irregularidad hormonal insuficiencia renal en buitres por
consumo de diclofenaco, estrés oxidativo por nanomateriales diseñados que dañan el
sistema reproductivo de organismos acuáticos e inhibición de la fotosíntesis en algas
causada por nanopartículas de dióxido de titanio. Valdés, JJ (2008)
Todos los estudios enumerados anteriormente se realizaron con exposición a corto plazo
a las sustancias químicas que podrían considerarse como CE. Sin embargo, no hay
pruebas suficientes de un impacto a largo plazo. Es importante destacar que las CE no
aparecen individualmente en el medio ambiente, lo que podría dar lugar a efectos
sinérgicos no deseados.
Las CE también se pueden dividir según su impacto medioambiental, especialmente las
que tienen una alta solubilidad. Dos de los grupos más importantes son los productos
farmacéuticos (medicamentos de venta libre y recetados) y los pesticidas. Cuando estos
compuestos llegan a las cuencas hidrográficas, sus estructuras (isoformas) cambian. Esto
representa un desafío para la detección y cuantificación. Además, no hay pruebas
suficientes sobre el comportamiento de los productos farmacéuticos y la toxicidad para el
medio ambiente.
Los principales grupos de principios activos farmacéuticos detectados en el mundo han
sido antibióticos, fármacos cardiovasculares, reguladores de lípidos, antidepresivos y
analgésicos. La falta de información sobre la persistencia, bioacumulación y toxicidad de
la mayoría de las sustancias farmacéuticas en el mercado ha llamado la atención de
investigadores de todo el mundo. Valdés, JJ (2008)
Los plaguicidas, por ejemplo, la cipermetrina (CYP), se están empleando ampliamente
en casi todos los sectores, incluidos la agricultura, la ganadería y los hogares, etc. Las
toxicidades inducidas por plaguicidas se evalúan mediante diferentes ensayos y modelos,
incluidas estrategias in vitro, in vivo o in situ. Estos se han detectado en altas

concentraciones en aguas superficiales y subterráneas. La neurotoxicidad y otras
consecuencias importantes del CYP se presentan enfigura 3. Los plaguicidas se utilizan
en todo el mundo para matar, incapacitar o prevenir daños a las plantas por plagas [ 16 ].
La preocupación por los pesticidas como CE se debe a su persistencia ambiental (vidas
medias) a lo largo del tiempo. Los estudios han demostrado que estos pueden permanecer
durante mucho tiempo en sólidos y sedimentos. Además, estos pueden acumularse en
organismos no humanos con efectos tóxicos agudos, como la matanza masiva de biota.
Los compuestos, como el DDT, HCH, toxafeno, Aldrin y dieldrin, todavía están presentes
en suelos y cuencas hidrográficas, incluso después de haber sido prohibidos en 2002 en
la convención de Estocolmo. No existen suficientes mecanismos para detectar estos
grupos químicos en el agua, y su potencial de efectos tóxicos sobre la fauna acuática
permanece sin explorar.
a) Plaguicidas: Los pesticidas se encuentran entre los contaminantes ambientales
más importantes.
• Plaguicidas organofosforados: Detección de insecticidas
organofosforados como analito modelo, se propusieron biosensores
enzimáticos amperométricos
• Otro plaguicida organofosforado, el metil paratión, se determinó mediante
un biosensor enzimático sensible y selectivo utilizando hidrolasa y un
nanocompuesto.
b) Otros plaguicidas:
• Se ha detectado acetamiprid en muestras ambientales reales, como
muestras de suelo superficial fresco.
• Otro plaguicida (atrazina) se analizó en muestras ambientales, como
muestras de cultivo y muestras de agua de mar o de ríos.
c) Patógenos: La presencia de patógenos en matrices ambientales, y principalmente
en compartimentos de agua, podría constituir un grave peligro para la salud
humana y recientemente se propusieron algunos biosensores para su monitoreo
ambiental. Se propusieron biosensores ópticos rápidos y específicos basados en
resonancia de plasmón de superficie para la detección de Legionella pneumophila
metabólicamente activa en muestras complejas de agua ambiental.

d) Elementos potencialmente tóxicos: Se utilizaron iones de mercurio como objetivo
modelo para probar un biosensor óptico de ADN para la detección de iones de
metales pesados, que son contaminantes muy tóxicos y ubicuos en el medio
ambiente.
e) Toxinas: Se aplicó un aptasensor electroquímico para la detección sensible de
brevetoxina2, una neurotoxina marina, utilizando electrodos de oro
funcionalizados con monocapa auto ensamblada de cisteamina.
f) Sustancias químicas disruptoras endocrinas: Como sustancia química disruptora
endocrina, el bisferol A fue detectado en muestras de agua por aptasensores
basados en el principio de fluorescencia con aptámeros funcionalizados y
nanopartículas de oro y basados en fibra óptica de onda evanescente.
g) Otros compuestos: Se han desarrollado biosensores para la detección de ARN de
algas debido a sus compañeros de unión complementarios.
Recientemente se informó sobre un genosensor electroquímico basado en un
electrodo de oro serigrafiado para la detección mejorada selectiva y sensible de
ARN de 13 especies de algas nocivas.
4. CONCLUSIONES
En general, los biosensores han adquirido gran importancia, principalmente en los
aspectos médicos, la industria alimentaria y también en lo referente al control de la
contaminación ambiental. En el área de la salud y de la medicina, actualmente es posible
encontrar analizadores de glucosa que sólo requieren unas cuantas gotas de muestra para
obtener el resultado contenido de glucosa en pacientes diabéticos. Los sensores
inmunológicos también son usados en medicina para detectar gonadotropina, hormona
del embarazo.
Existen otras aplicaciones potenciales como son determinar en suelos y aguas la presencia
de contaminantes orgánicos persistentes como plaguicidas, bifenilos policlorados,
hidrocarburos, etc.

5. BIBLIOGRAFIA
Biosensores y sistemas ópticos y de visión avanzados: su aplicación en la
evaluación de la calidad de productos IV gama Diezma Belén1, Correa EC1
Biosensores y sistemas ópticos y de visión avanzados: su aplicación en la
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Progresos recientes en biosensores para monitoreo ambiental: una revisión Celine I.
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Biosensores electroquímicos: una solución para la detección de contaminación con
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Sosa-Hernández, Sara Saldarriaga-Hernandez, Angel M. Villalba-Rodríguez,
Roberto Parra-Saldivar 2018
Nanobiosensores ópticos | Revista de la Sociedad Española de Bioquímia y
Biología Molecular
Biosensores electroquímicos: una solución para la detección de contaminación con
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