Un biosensor se define como un dispositivo que incorpora un elemento de reconocimiento biológico o biomimético asociado a un sistema de transducción. Los elementos de reconocimiento pueden ser enzimas, células, anticuerpos, receptores, ácidos nucleicos u otros, y reconocen e interactúan con el analito. La inmovilización del elemento de reconocimiento sobre una superficie es una etapa clave en la construcción de biosensores.

1. ELEMENTOS
BIOLÓGICOS DE
RECONOCIMIENTO
MOLECULAR

2.  Un biosensor se define como un dispositivo
compacto de análisis que incorpora un
elemento de reconocimiento biológico
(ácido nucleico, enzima, anticuerpo,
receptor, tejido, célula) o biomimético (PIMs,
aptámeros, PNAs) asociado a un sistema de
transducción que permite procesar la señal
producida por la interacción entre el
elemento de reconocimiento y el analito.

3. Funcionamiento General de
Biosensores

4. Elementos de reconocimiento
molecular
Componente de un biosensor
con capacidad de reconocer e
interaccionar con el analito o
microorganismo de interés.

5. Clasificación de biosensores
según el elemento de
reconocimiento
Sensores biocatalíticos
 Enzimas
 Células, tejidos y orgánulos subcelulares
Sensores de bioafinidad
 Anticuerpos
 Receptores y canales iónicos
 Lectinas
 Células

6.  Ácidos nucleicos
 Aptámeros
 Ácidos nucleicos peptídicos (PNAs)
 Polímeros de impresión molecular

7. Sensores Biocatalíticos
 Son los biosensores mejor conocidos y los
más aplicados.
 Utilización de biocatalizadores que
favorecen la formación de productos
conocidos
 Regeneración y reutilización del
biocatalizador.

8. Enzimas
 Proteínas catalizadoras de reacciones
químicas
 Producen la unión de un sustrato al sitio
activo y la formación de los productos.
 Son reutilizables

9. VENTAJAS DE LAS ENZIMAS COMO ELEMENTO
DE RECONOCIMIENTO
 Elevada selectividad.
 Respuesta rápida.
 Elevada variedad de enzimas disponibles.
 Autorregenerables.
 Algunas resultan económicas.
 Simplicidad de construcción de los
dispositivos.

10.  Células, tejidos y orgánulos subcelulares
 Células
Células bacterianas, fúngicas, protozoos o
células procedentes de organismos superiores.
Poseen en su interior múltiples sistemas
multienzimáticos en su medio natural.

11.  Orgánulos Subcelulares
Contienen determinados sistemas
enzimáticos completos

12. Sensores de Bioafinidad
 Interacción del analito, con el elemento
de reconocimiento.
 En esta interacción, no se consume
sustrato, ni se generan productos.

13. Tipos de reactivos de
bioafinidad
 Anticuerpos (inmunosensores)
Proteína que se une de manera selectiva
a un antígeno especifico, también
reconoce haptenos
•Analitos: antígenos y haptenos
Es de un solo uso.

14.  Receptores y canales iónicos
La unión del analito a estos receptores
produce la formación decanales a través
de los que se genera un flujo de iones.
• Pueden utilizarse para determinar
compuestos tóxicos

15.  Lectinas
Las lectinas son un grupo de proteínas
que se unen de manera selectiva y
reversible a distintos sacáridos, como los
oligosacáridos que se encuentran en las
paredes celulares bacterianas.

16.  Células
En la membrana de estas se encuentran
receptores, que al unirse con el ligando
correspondiente dan una respuesta.
Algunos compuestos tóxicos, se unen de
manera específica a receptores,
bloqueando los sistemas de señales,
impidiendo la unión del ligando
correspondiente, de esta manera se
puede detectar la presencia de estos
compuestos

17.  Ácidos Nucleicos
Los biosensores para el análisis de ADN se
basan en el proceso de hibridación, que
es la unión de una cadena de ADN con
su cadena complementaria. Estos
biosensores, también conocidos como
“gene chips” se usan para el
reconocimiento y cuantificación de ADNs
Este tipo de elementos de
reconocimiento pueden utilizarse para la
detección de organismos modificados
genéticamente y microorganismos
patógenos.

18.  Aptámeros
Un aptámero es una secuencia de
oligonucleótidos (ADN o ARN) de cadena
sencilla, sintetizada artificialmente, capaz
de reconocer diversas moléculas diana
con una afinidad y especificidad
elevadas.

19.  Ácidos nucleicos peptídicos
Moléculas que mimetizan al ADN y ARN
Su esqueleto es neutro, lo que reduce la
repulsión electrostática durante el proceso
de hibridación, estableciendo enlaces
más fuertes con las hebras de ADN y
moléculas de ARN que reconocen, que
los correspondientes a las hibridaciones
naturales.
Este elemento de reconocimiento se utiliza
en la detección de microorganismos
patógenos.

20.  Polímerosde impresión molecular
Se trata de materiales biomiméticos que
reproducen de un modo más básico el
mecanismo de reconocimiento de los
sistemas biológicos (hormona-receptor,
enzima-sustrato, antígeno-anticuerpo).

21. Inmovilización del elemento
de reconocimiento
 Una etapa clave en la construcción de un
biosensor es la inmovilización del elemento
de reconocimiento sobre una membrana o
matriz, que a su vez se fija a la superficie del
transductor. Este material de base puede
actuar únicamente como soporte del
componente biológico o participar además
en la transmisión de la señal al sistema de
transducción (por ejemplo, mediante la
inclusión de mediadores para las reacciones
redox).

22. Métodos de inmovilización
 Métodos de inmovilización física
Adsorción
Atrapamiento
 Métodos de inmovilización química
Inmovilización mediante enlace covalente
Inmovilización a través de una capa intermedia