Avances recientes en el desarrollo de biosensores basados ​​en nanotecnología para la detección de arsénico, plomo, mercurio y cadmio

1. Avances recientes en el desarrollo de
biosensores basados en
nanotecnología para la detección de
arsénico, plomo, mercurio y cadmio
Autores: Armin Salek Maghsoudi, Shokoufeh
Hassani, Kayvan Mirnia, Mohammad Abdollahi
Docente: Hebert Soto
BY: Emily Cusilayme Romero

2. Avances recientes en el desarrollo de biosensores basados en
nanotecnología para la detección de arsénico, plomo, mercurio y cadmio
INTRODUCCIÓN Los metales pesados ​​se absorben a través del tracto
gastrointestinal, la inhalación de vapores que contienen
metales y la exposición dérmica. Su transferencia en la
sangre se realiza a través de acompañantes específicos. Los
metales pesados ​​no atraviesan las membranas lipídicas, por
lo que ingresan a las células por canales selectivos y no
selectivos. El arsénico se transporta a través de las
acuagliceroporinas 7 y 9, mientras que los canales de calcio
median el transporte de cadmio a través de la célula; su
entrada también es a través del Mimetismo molecular.
Además, el plomo puede ingresar a las células a través de
los canales de calcio. Otra ruta para la entrada del plomo en
la celda es el transportador de metal divalente 1 (DMT1).

3. Aplicación de nanomateriales en el diseño de biosensores
Tener al menos una dimensión externa en el rango de 1 a 100 nm
es la característica principal de los nanomateriales. Las
estructuras pueden tener de cero a tres dimensiones en forma
acumulativa, de fusión, tubular, simple e irregular. Una amplia
gama de nanomateriales metálicos como oro, cobre,
nanopartículas de plata, nanomateriales no metálicos como
compuestos a base de carbono como grafito, nanotubos de
carbono y grafeno se utiliza para el proceso de inmovilización
en el diseño de biosensores. La inmovilización de
nanopartículas en la superficie aumenta la relación superficie-
volumen y aumenta el acceso a la superficie activa.

4. Clasificación de biosensores basada en los principales biorreceptores
Aptamer como
nanomateriales biológicos
Además de las estructuras bicatenarias (ds) de las moléculas
de ADN, también se utilizan moléculas de ADN y ARN
monocatenarias para diseñar biosensores biorreceptores.
El anticuerpo como
nanomateriales biológicos
Estas proteínas específicas pueden detectar analitos en otros
agentes interferentes debido a su alta afinidad de unión a la
diana.
Enzima Las propiedades y la actividad catalítica inherente de las
enzimas proporcionan la ventaja de lograr un límite de
detección más bajo que los métodos típicos de unión de
analitos.
Biosensores basados ​​en
células enteras como
micro / nanobiosensor
Un biosensor microbiano de células enteras es un método
analítico que detecta analitos diana inmovilizando
microorganismos en un transductor. Los elementos de
reconocimiento de biosensores para detectar moléculas
particulares o el estado general del entorno circundante
podrían ser microorganismos, como bacterias u hongos.

5. Clasificación de biosensores basada en transductores primarios
Electroquímico (EC) Los biosensores EC miden la corriente resultante de las
reacciones de oxidación (ox) y reducción (rojo) del electrolito
(sonda redox)
Biosensor de base
óptica
Los componentes principales de un biosensor óptico incluyen una
fuente de luz, elementos de biorreconocimiento inmovilizados, un
sistema de análisis óptico y, lo más importante, un dispositivo de
transmisión óptica como la fibra.
Biosensor de base
piezoeléctrica
Piezo significa la aplicación de presión o apriete. Debido a
la tensión mecánica en algunos materiales, se crea una
diferencia de potencial, que se llama piezoelectricidad.
Biosensor de base
magnetoelástica
Los sensores magnetoelásticos se construyen a partir de
cintas de película ferromagnética amorfa.
Biosensor basado en
transistor de efecto de
campo
Estos biosensores semiconductores constan de tres tipos
de electrodos: fuente, drenaje y puerta. La parte entre el
original y el desagüe actúa como elemento de
biorreconocimiento.

6. Contaminación ambiental, mecanismos de toxicidad y peligros para la
salud de los metales pesados
Arsénico
El arsénico ha causado muchas preocupaciones ambientales
en la salud pública y personal en todo el mundo, como un
metaloide tóxico y cancerígeno con una amplia distribución en
el medio ambiente.
Guiar
Como uno de los elementos más abundantes en la tierra, el plomo
ha sido considerado por los humanos durante mucho tiempo
debido a sus deseables propiedades físicas, como su bajo punto
de fusión y alta flexibilidad.
Mercurio El mercurio es un metal pesado que es un excelente
ejemplo para mostrar el movimiento de los metales en el
medio ambiente.
Cadmio
Como metal pesado omnipresente, el cadmio ha causado
una gran preocupación en la exposición ocupacional y la
contaminación ambiental. La concentración media de
cadmio en la corteza terrestre es de 0,1 mg / kg. Los
niveles más altos de compuestos de cadmio en el medio
ambiente se encuentran en rocas sedimentarias y marinas
que contienen fosfato en una concentración de 15 mg /
kg.

7. Diseño de biosensores basado en un enfoque de nanotecnología para el
análisis de metales pesados
Arsénico Dada la importancia de la toxicidad del 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.
Guiar
El análisis del nivel de plomo es fundamental en muestras
ambientales como agua, alimentos, suelo y muestras biológicas
como sangre.
Mercurio
Además de los métodos generales para analizar 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.

8. 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 objetivo principal de este estudio. En este estudio,
intentamos discutir los biosensores más sensibles e innovadores
diseñados durante los últimos cinco años a partir del mecanismo
funcional, los componentes esenciales y la detección de arsénico, plomo,
mercurio y cadmio como los metales tóxicos más desafiantes en el medio
ambiente. La fabricación de nanomateriales con una gran superficie,
como materiales porosos o grupos funcionales especiales en su
superficie, se examina en la etapa de pretratamiento, absorbancia y
separación de metales pesados.

9. Thanks!