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2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro
Revisão de biossensores para monitoramento
de campo Ambiental
Alma Halilovic*, Emina Merdan**, Zivorad Kovačević***, Lejla Gurbeta Pokvić1,2
*InternationalUniversity Burch Sarajevo,Bósnia e Herzegovina
**Universita diBologna,Itália
*** InternationalUniversity Burch Sarajevo,Bósnia e Herzegovina 1
InternationalUniversity Burch Sarajevo,Bósnia e Herzegovina
2 Medical Devices Inspeção Laboratório Verlab Sarajevo, Bósnia e Herzegovina
alma.halilovic@stu.ibu.edu.ba
Abstratomonitorização -Aspectos Ambientais é uma das principais
prioridades na Europa e no mundo, devido à estreita relação
entre a saúde humana ea poluição ambiental. Biossensores
oferecem geralmente de baixo custo, rápidas procedimentos
analíticos em tempo real e de monitoramento ambiental. Devido
ao desenvolvimento tecnológico no últimos 10 anos, este tipo de
biossensores foi desenvolvido significativamente também. Este
papel é avaliação de biossensores para monitorização ambiental,
incluindo a água, ar e do solo, específicos (isto pesticidas), os
componentes tóxicos não específicos e de outras moléculas
orgânicas que são micro que contêm produtos químicos tóxicos
neles. Diferentes tipos de elementos biorecognition e transdutores,
apresentado ao público no final de 20º século e no início de 21st
século, são mencionados e explicados neste papel.
Palavras-chave-transdutor, monitoramento ambiental,
biossensores, poluentes
I. EuNTRODUÇÃO
Biossensor é definida como uma unidade de análise compacto
incorporando um elemento de reconhecimento biológico
sensível integrado com transdutor físico-química. Os
elementos principais de um biossensor são: elemento
biorecognition, transdutor, amplificador, gravador de
conversorde sinal e [1], tal como mostrado na figura 1.
O monitoramento de campo ambiental tem sido uma das
prioridades a nível europeu e escala global devido à estreita
relação entre a poluição ambiental e para a saúde humana e
desenvolvimento socioeconômico. Neste campo, os
biossensores têm sido amplamente empregados como de
custos técnicas analíticas eficazes, rápido, e em tempo real. A
necessidade de biosensores portáteis, rápidos e inteligentes
explica o recente desenvolvimento de biossensores com novos
materiais de transdução, obtidos a partir de nanotecnologia, e
para a detecção de poluentes multiplex, envolvendo
especialistas multidisciplinares.
Biossensores, hoje, são representando um campo em rápida
expansão, comuma estimativa da taxa de crescimento anual de
cerca de 60% [2]. Biossensores são categorizados de acordo
com o seu conceito de transdução de [3]:
• Óptica (fibra óptica e a superfície de biossensores de
ressonância)
• Electroquímica (impedância e biossensores
amperométricos)
• Piezoeléctrico (cristal de quartzo biossensores
microbalança)
• Térmica (termistor, piroelétrico)
• Ion-sensível (FET, ISFET, ENFET)
• Ressonante (um transdutorde ondas acústicas)
Se biossensores utilizar anticorpos, ácidos nucleicos,
aptâmeros ou enzimas, que são classificados com base nos
seus componentes de reconhecimento como:
• Imunossensores (anticorpos e antigénio)
• Aptasensors (ADN, ARN)
• Genosensors (uma camada de auto-montagem da
estirpe de ADN)
• biossensores (glicose no sangue)[2].
A Figura 1 mostra uma configuração de um biossensor que
inclui biorecognition, interface e de transdução de elementos
de [3]. No monitoramento ambiental, quase todos os
biossensores são reconhecidos como imunossensores e
biossensores enzimáticos, mas no últimos 10 anos, o
desenvolvimento de aptâmeros aumentou significativamente,
devido às suas vantagens: fácil de modificar, estabilidade
térmica, in vitro síntese, a possibilidade de planejar sua
estrutura, para encontrar alvos com vários grupos funcionais, e
rehybridize [2].
elementos Figura 1 Principais de biossensores
978-1-7281-1740-9 /19 / $ 31.00 © 2019 IEEE
2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro
Desenvolvimento de biossensores para monitorização
ambiental de elementos tóxicos e agentes patogénicos
aumentado devido à maior impacto de poluição do meio
ambiente para a saúde humana. Mais poluente ambiental
observador são a poluição do ar, poluição da água luz poluição
etc. Melhores biossensores que são desenvolvidos para medir
poluentes ambientais são amperométrica, conducometric,
fluorescência, termistor etc.
Um dos mais importantes questões para monitorização
ambiental de poluentes é de medição de gás (por meio de
sensores de gás), tais como o monóxido de carbono e dióxido
de carbono e diferentes capacidades de cromatografia
(cromatografia em fase gasosa ou seja, e cromatografia líquida
de alto desempenho acoplada com electroforese capilar ou
espectrometria de massa), mas exigem reagentes de alto preço
e equipamentos caros [4]. Por exemplo métodos antiquados
não são eficazes para medições in situ, como no caso de
libertação acidental de envenenamento agudo ou pesticidas,
em que é necessário equipamento moderno, rápido,
miniaturizado e transmissíveis, tais como biossensores de
monitorização ambiental. [4]. É por isso que a nanotecnologia
teve papel crucial no desenvolvimento de biosensores rápidas
e inteligentes para detecção de poluentes ambientais. Além
disso, muitos biossensores incluir estes nanomateriais em seus
sistemas por causa de suas vantagens. Estes biossensores são
utilizados para a detecção de pesticidas (pesticidas
organofosforados), agentes patogénicos (bactérias), elementos
tóxicos (Hg2+), E algumas moléculas orgânicas pequenas
específicas.
sistemas não-tripulados aeronaves ou aeronaves remotamente
pilotadas, também conhecidos como drones, têm sido usados
como essa tecnologia específica. Estes parasitas podem voar
sem bordo humano; eles são utilizados para a vigilância ou
militares missões usando os seus instrumentos de detecção,
tais como sensores de infravermelhos, sensores electro-ópticos
ou radares sintéticos [13]. No último par de anos, esses drones
foram usados principalmente para o monitoramento de água e
qualidade do ar, para a vigilância da agricultura, medições de
gás vulcão e para alguns artigos científicos.
Por exemplo China desenvolveu um biosensor celular para
monitorar o controle da qualidade do ar e poluição da água em
lugares específicos. Função deste biossensor é detectar e
encontrar bactéria chamada E. coli, uma das piores doenças do
mundo. É por isso que unificando biossensores e drones são
importantes para este tipo de monitoramento ambiental [34-
40].
Hoje em dia, biossensores pode ser usado para a construção de
sistemas específicos baseados em algoritmos de aprendizado
de máquina [39].
II. MATERIAIS E MÉTODOS
Biorecognition elementos em biossensores são:
• enzimas
• Célula
• MIP (Molecular Imprinted Polymer)
• receptores
• anticorpos
• Ácidos nucleicos
Os biossensores que incluem imunossensores,aptasensors,
genosensors,e biossensores são responsáveis pela
detecção e monitorização de numerosos poluentes ambientais,
utilizando anticorpos, aptâmeros, ácidos nucleicos, enzimas e
como elementos de reconhecimento.
Uma série de 25 artigos foram analisados durante este estudo
de revisão e muitos deles foram usados como informação de
fundo para esta revisão. Primeira 10 referências foram
completamente ler, e eles eram geralmente publicados no
último 5 a 7 anos.
Critérios para a inclusão de papéis neste artigo de revisão é
que eles tinham seção Resultado, que foram publicados na
base de dados referenciado e que eles estavam prestes
biosensor usada para medições de poluição ambientais.
Biossensores foram analisadas pelo seu elemento
biorecognition e transdutor. Biossensores para detecção de 6
diferentes fontes de poluição e 3 elementos transdutores
diferentes foram analisadas. Os resultados são apresentados
abaixo.
III. RESULTADOS
3.1 elementos Biorecognition
A. Pesticidas
A Tabela 1 apresenta um resumo dos recentes biossensores
para monitoramento ambiental, cuja aplicação e performances
são discutidas mais adiante nesta seção.
Os pesticidas são representados em grande número no
ambiente, e por isso eles são um dos mais importantes
poluentes ambientais. Por exemplo, insecticidas
organofosforados são utilizadas em grandes números na
agricultura e que estão no grupo dos pesticidas que têm uma
maior influência do meio ambiente devido à sua elevada
toxicidade [5, 6].
Tabela 1 Lista de pesticidas
Anal biosenso r reconhe elétrodo Repr Limite resp Ré
yte / P Tipo ção materia l oduci do onse cov
olluta elemen dade Detec Tocou ery
nt t ção e (%
Detec )
ted
parao Electroche Enzima ouro SPE
2
xon [6 Mical (Dor
1
) e 5% (n 2 Até 97
] (amperom cisteamin a = 4) ppb (* 40 ± 5
etric) SAM
3 1
) ppb %
Meth
SPE
2
comil 1 Electroche Enzima 0.5-
Parant Mical (hydrola Fe3O4 e 7,8% 0,1 ng 1000 /
hion [ (impedim e se) ouro (N = 6) mL-
1
ng
25] tric) nanoparticl mL-
1
es
Chlor Electroche Enzima SPCE
7
<10% 0,01- 90
pyrifo Mical (tirosina e de RIX (N = 3 nM 0,1 ±
s [26] (impedim e ase) nanoparticl 3) ? M 9.6
tric) es %
Enzima 97.
Dichl ótico (Dor
1
QD
9
e 2,2% 4,49 4.49- 1-
orvos (fluores cen e acetylcholi (N = nM 6780 10
[27] ce) cho
4
) ne 6) (* 1) nM 0,9
%
75 95.
Aceta ótico
aptamer
Ouro 5 nM NM- 5-
mipri (colorim etr nanoparticl / (* 3) 7,5 11
d [28] ic) es ? M 9.9
%
2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro
Atrazi Electroche Antibod 2.7- 0,016 0,05- 95.
ne [27 Mical ies Ouro 9,2% ng 0,5 ng 5-
] (voltam m e (monocl nanoparticl (N = mL-
1
mL-
1
11
tric) onal) es 3) (*
3
) 9.9
%
Carbono
Pirimi Electroche Enzima colar 4,6% 43 _g 0.24-
carboidrat
o[ Mical (lacas e elétrodo (N = EU-
1
2,7 /
26] (voltam m e ) com 5) mg L-
tric) MWCNT 1
10
carbo Electroche
Enzima
IrOX-
5,4% 3,6 5-90furano [ Mical quitosana
28] (voltam m e (Dor Nanocomp (N = nM nM /
tric) 1) osite 5) (* 2)
carba Electroche Ouro
ryl [25 Mical Enzima elétrodo 32 1-9
] (impedim e (Dor com / nM ? M /
tric)
1
) cisteamina
SAM
3
Esta é uma das razões pelas quais foram desenvolvidos novos,
melhores e mais simples biossensores, para que eles possam
detectar e monitorar esses pesticidas sem qualquer extensa
pré-tratamento.
Na tabela 1 tipo específico de toxinas são explicados, bem
como vários tipos de componentes biorecognition e
biossensores. O diagrama 1 abaixo representa a
reprodutibilidade de 9 pesticidas diferentes. Reprodutibilidade
é o grau de proximidade com que um dado valor pode ser
repetidamente medido sob condições diferentes. Melhor
reprodutibilidade tem clorpirifós com 10%, enquanto o pior
reprodutibilidade tem diclorvos com 2,2%.
Diagrama 1 Reprodutibilidade dos pesticidas (%)
B. Patógenos
Patógenos, são também, muito representada no ambiente,
especialmente em câmaras de água, e eles estão representando
uma ameaça real para a saúde humana. Houve, recentemente,
desenvolveu biosensores específicos para o seu monitoramento
ambiental.
A Tabela 2 apresenta uma lista da maioria dos patógenos
comuns que são encontrados no meio ambiente, e as suas
características de base.Diagrama 2 mostra limite de detecção
de 3 patogénios diferentes: Legionella pneumophila,
Escherichia coli e Bacillus subtilis (CFU ML-1).
Por exemplo, um bio-sensores ópticos específicos, que são
baseados na ressonância de superfície, foram desenvolvidos e
introduzidos. Eles foram / são usados para detectar e
precepting Legionella pneumophila na amostra de água do
ambiente específicas [7,8].
Uma das maneiras de detectar este pneumophila foi
estabelecida sobre a identificação de ARN bacteriana, usando
detector de ARN desactivação sobre a superfície de ouro
biochip. quantum dots conjugada com estreptavidina foram
utilizados para a amplificação do sinal e o tempo de detecção
foi de cerca de três horas [9].
Tabela 2 Lista de agentes patogénicos
Analito / biosens Recog n Electr Reprod Limi resp Reco
poluente ou Tipo ition ode ucibility t de onse muito
Detecto u elemen Mater Dete Correu (%)
t ial ction ge
Ouro
substr
comi
10
4
10
4
-Legionell ótico nucleico com
uma (SPR
12
) ácidos strepta / CFU 10
8
/
Pneumo p (
# 5
) vidin- mL-
1
CFU
hila [29] Conjug mL-
1
ated
QD
9
Polyme
Escherich ótico rizable Ouro 3,72
IA coli [29] (SPR
12
) forma de substr / * 10
5
/ /
histidin a comi CFU
e mL-
1
Ouro
10
2
10
2
-Bacilo Electroc Antibo electro
subtilis [3 hemical morre de CFU 10
10
0] (Ampero (polycl com / mL-
1
CFU /
métrica) onal) SWC mL-
1
NT 14
Diagrama do limite de 2 de detecção de agentes patogénicos
Em outro caso, o substrato de ouro foi de trabalho usando uma
monocamada auto-recolhida de proteína A e uma resposta
anticorpo para Legionella pneumophila. Aqui, biossensores
foram capazes de detectar a L. pneumophila em água poluída
em meia hora [9].
C. elementos potencialmente tóxicos
A contaminação da água limpa, natural e é ambiente por
metais pesados pode causar sérios riscos para a saúde humana.
Assim, móvel, baixo custo e mais rápido de análises
2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro
metais pesados e íons são uma das principais prioridades no
mundo de hoje. Por exemplo, os iões de mercúrio, que são
extremamente tóxicos e poluentes no meio ambiente, foram
analisados e utilizados para testar um biossensor óptico para a
observação de ADN e a detecção de metais pesados e
respectivos iões [10] .Em tabela 3, a lista de elementos
potencialmente tóxicas no ambiente é mostrando.
Tabela 3 Lista de elementos potencialmente tóxicos
Analito / P biosens reco Electro Repro du Limite resp Reco
ollutant ou Tipo definiçã o de cibility do onse muito
Detecto u eleme materi Detec Tocou (%)
nt ai ção e
ótico
Hg2+ [29]
(evanes núcleos ótico 1,2 0-
cent- c ácidos fibra / nM 1000 /
onda (
# 6
) Platfor (
* 2
) nM
ótico m
fibra)
carbox
ótico DNAz ylated 5 nM 0-50 96.1-
Pb2+ [30]
(FLUORE
S ymes magnético / (
* 3
) nM 101%
cência) (
# 9
) ic
miçangas
Houve, no últimos 10 anos, desenvolveu novos biossensores
ópticos que são baseados em fluorescência para a detecção de
Pb2+em amostras de água. Eles são o uso de enzimas de ADN
e aptâmeros de ADN para a detecção de Pb2+ [11].
D. Toxinas
Grande número de toxinas perigosas e prejudiciais, como
microcistinas e brevetoxins, são feitos de proliferação de algas
de cianobactérias. biossensores confiáveis, inteligentes e
rápidas são necessárias para uma detecção precoce destas
toxinas prejudiciais.
Tabela 4 fornece uma lista da maioria das toxinas comuns que
podem ser encontrados no meio ambiente.
Tabela 4 Lista de toxinas
Analito / biosens Recog n Electro Reprod Limi resp Reco
poluente ou Tipo ition de ucibility t de onse muito
Detecto u elemen materi Dete Correu (%)
t ai ction ge
Ouro
Brevetoxi Electro c Aptam e electrod 106 0,01 102-
n-2 [26] hemical rs (
# 12
) es com / pg - 110
(impedi cysteam mL-
1
2000 %
métrica) ine ng
SAM
3
mL-
1
Micro el
ectrode 5.6
saxitoxin Electro c cardio ordem 0,35 ng
[25] hemical myocyt com / ng mL- /
(voltam células e Platina mL-
1 1
-1.4
métrica) m ? g
nanopar mL-
1
tigos
Electro c Antibod 0,05
microcis tos hemical ies graphe 6,9% 50 -20 /
em [26] (impedi (monocl ne pg ng
métrica) onal) mL-
1
mL-
1
Biossensores foramtambémusados para detectar muitas outras
toxinas prejudiciais, tais como o ácido ocadaico toxina [12, 13]
que pode ser encontrada em algas verdadeiro, a água do mar
ou amostras de marisco.
biosensor especial, chamado de ressonância de plasma de
superfície multiplex, foi introduzido e desenvolvido
especificamente para esta finalidade, para encontrar e detectar
okadaic em algas e água do mar, mas também para saxitoxin e
ácido domóico. toxina específica, chamado ácido domoic,
também foi encontrado em amostras de água do mar e um
biossensor subaquática com ressonância de plasmon de
superfície baseada foi desenvolvido para ele.
E. desreguladores endócrinos
O bisfenol A, como um produto químico perturbação do
sistema endócrino, também foi encontrado em amostras de
água por aptasensors com base no princípio de fluorescência.
A aptasensor específico, chamado de onda evanescente ideal
aptasensor, foi desenvolvido e utilizado porque é rápido,
barato e melhor maneira de detectar bisfenol A em águas do
mar [15].
Além disso, desregulação do sistema endócrino químico
chamado o 4-nonilfenol foi enrolado na água do mar e
analisados. Um imunossensor específico, livre de marcador foi
desenvolvido com elevada reprodutibilidade e recuperação
média para este toxina [14].
Na tabela 5, a lista da maioria dos produtos químicos
conhecidos desreguladores endócrinos que estão influenciando
no ambiente e na saúde humana, é mostrado.
Tabela 5 Lista de produtos químicos de desregulação
endócrina
Analito / P biosens reco Electr Reprod Limi resp Reco
ollutant ou Tipo definiçã o ode ucibility t de onse muito
Detecto u eleme materi Dete Correu (%)
nt ai ction ge
bisfenol ótico Aptam Ouro 0,1 1-
A [28] (fluores ers nanopa / ng 1000 /
ence) ARTIGO S mL-
1
0 ng
mL-
1
Nonylphe Electroc Antibo SWCN 0,56 _ 5 ng 5- 97,8
nol [29] hemical morre T14 0,08% (n mL-
1
500 -
(FET
17
) (mono = ng 104.
clone) 5) mL-
1
6%
F. Outros impactos ambientais
Novo, melhores e mais confiáveis metodologias têm sido
desenvolvidos, por causa da alta freqüência de proliferação de
algas nocivas para a sua detecção e monitoramento.
biossensores específicos foram desenvolvidos para detecção e
monitorização de ARN de algas baseados em sondas de ácido
nuclídeo. Estes biossensores tem excelente sensibilidade e
realibility [16]. Alguns materiais halogenados, também foram
detectadas por biossensores em água do mar, tal como 1,2-
dicloroetano ou 1,2,3-tricloropropano [16,17].
Levando-se em conta biossensores mencionados em trabalhos
[5,6,11,12], é óbvio que biossensores eletroquímicos e
enzimáticos são mais frequentemente utilizados para o
monitoramento área ambiental, como indicado nas tabelas 1-
6, em que as características analíticas de tais biossensores são
explicados . As enzimas têm sido utilizados principalmente
como elementos de reconhecimento em biossensores, devido à
sua simplicidade, estabilidade e baixo preço. Além disso, os
aptâmeros têm vantagem como um elemento de
reconhecimento devido à sua possibilidade de projetar a sua
estrutura, desnaturalizar e rehybdrizing, e distinguir alvos com
diferentes
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grupos funcionais. Anticorpos fornecida uma alta
especificidade com o antigénio correspondente, mas eles têm
limitações específicas, tais como má regeneração e
imobilização difícil em sensores.
limitação principal encontrado nos últimos biossensores
ambientais baseia-se na ausência de aplicação em
samplessince ambiente real, a maioria dos biossensores
ambientais identificados temsido utilizada para as amostras de
água da torneira ou de amostras sintéticas. Assim, há alguns
biossensores comerciais para monitoramento ambiental que
devem ser, em função do contexto interdisciplinar da
fabricação, principalmente na reprodutibilidade [11-15].
3.2 transdutores
O transdutor de transformar as interacções bioquímicas em
sinais electrónicos mensuráveis. Electroquímica, os
transdutores electro-ópticas, mecânicas e acústicas são entre os
muitos tipos utilizados em biossensores. O transdutor trabalha
direta ou indiretamente.
Os transdutores mais geralmente usados em biossensores são
apresentados na tabela 6 [7].
Tabela 6 Tipos de transdutores comumente utilizados em
biossensores
transdutores Exemplos Biológico
materiais
Electrochemical
1.Amperometric 1.Clark oxigênio eléctrodo, enzimas,
sistemas de eléctrodos
mediadas imunológico
sistemas; gases,
2.Potentiometric 2.Redox eléctrodos, íon enzima,
seletiv o eléctrodos,
camp
o organela, célula
efeito transistores, luz ou
lenço
de
papel;
endereçáve
l potenciométrica Enzima
3.Conductometric
sensores eléctrodos;
eléctrodos de ouro ou
3.Platinum
para o medição do
mudar na condutividade da
solução devido à geração
de iões
pH; enzimas;
ótico Foto-diodo,
guia de
ondas imunológico
sistemas
, integrar óptica analitos
sensores
Volátil gases
piezoelétrico/
cristais piezoeléctricos,
superfície e vapores,
Acústico
dispositivos
acústicos anticorpos
Enzima,
calorimétrica Termistor ou thermop ile organela,
gases,
poluentes,
antibióticos
A Figura 3 representa parte de mercado biossensores globais
em 2016. biossensores electroquímicos são utilizados mais
frequentemente (aproximadamente 70%), em seguida,
biossensores ópticos (aproximadamente 25%), enquanto
térmica e piezoeléctrico são os biossensores menos usadas
[32].
Figura 3 Global de biossensores quota de mercado (2016)
[32]
G. Electrochemical
reacções electroquímicos no eléctrodo-electrólito ocorrem em
interfaces e proporcionar um interruptor para a energia
eléctrica flua entre 2 fases de condutividade diferente, isto é,
os eléctrodos (elétrons) e electrólito sólido ou líquido (iões).
Existem 3 tipos:
• amperométrica
• Potentiometric
• Condutimrica [8,12]
No esquema 3 o tempo de resposta (medida emsegundos) de 4
electroquimica diferente (amperométricos) transdutores são
representados [8].
Diagrama de tempo de 3 Resposta de 4 amperometrics
Hoje, há 2 gerações de biossensores amperométricos. Primeira
geração tem uma transferência directa de electrões que são
libertados a partir dos eléctrodos. A segunda geração foi
desenvolvido nos últimos anos, eles usam elétrons e transferi-
los para os eletrodos. Por exemplo, há biossensor
amperométrico para a corrente (aplicado), que é o movimento
de eléctrodos em reacções redox detectada quando um
potencial é aplicado
2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro
entre 2 eléctrodos. Aqui, medindo parâmetro é corrente
elétrica [12].
H. Optical
Os sensores ópticos depende da transdução de sinal óptico do
bujão e em espectrofotometria de ultravioleta, visível e
infravermelho em modos de transmissão ou de reflectância. Os
métodos ópticos têm sido utilizados classicamente para
monitorar as concentrações de analito. Equipamentos como
absorção, índices de refração, fluorescência, fosforescência,
quimioluminescência, etc., podem ser usados para monitorar o
reconhecimento biológico em biossensores. Os detectores são
muitas vezes fotodiodos semicondutores. Exemplos de
transdutores ópticos:
• Fibras ópticas
• sensores de ressonância de plasmon de superfície
(SPR)
• SPR baseado Waveguide
• interferômetros integrados
• espelho ressonante
• ralar casal
• acopladores Bidifractive etc. [9,10]
Um dos mais importantes é biosensores ópticos de fibra óptica
lactato biossensor. Este biossensor funciona com base na
medição da alteração na concentração de oxigénio molecular,
identificando os efeitos do oxigénio em corante fluorescente.
A reacção seguinte é reduzido pela enzima lactato de mono-
oxigenase. Na mistura de reacção a concentração de lactato é
aumentada, o oxigénio é utilizado e o resultado é a diminuição
proporcional do efeito de extinção [9].
No diagrama de tempo de resposta de 4 3 transdutores ópticos
diferentes é mostrado. O tempo de resposta é tempo necessário
para ter 95% da resposta de umbiossensor. Propoxur e carbaril
tem tempo de resposta de 3 segundos, enquanto Tetraciclina
tem tempo pior resposta de 28 segundos.
Diagrama tempo 4 Resposta de 3 transdutores ópticos diferentes
EU. Piezoeléctrico (acústico)
biossensores piezoeléctricos são utilizados mais
frequentemente em vibrações de som; portanto, eles são
também conhecidos como biossensores acústicos.
biossensores acústicas são composto pelo piezoeléctrico
cristais e também as frequências características são tremendo
com os cristais de carga positiva e negativa. Ao utilizar os
dispositivos electrónicos certas moléculas na superfície do
cristal são medidos e altera a frequência de resposta que
utilizam estes cristais pode anexar os inibidores sobre ele. Por
exemplo, biossensor para a cocaína na fase gasosa tem sido
desenvolvido por anexar a cocaína anticorpos à superfície do
cristal [8].
J. calorimétrica
Estes sensores baseiam-se na medição do calor produzido pela
reacção de reconhecimento molecular e a quantidade de calor
produzido para a concentração do reagente. Calorimetria pode
ser utilizado para a medição directa de alterações de calor
associadas com processos termoquímicos. Estes biossensores
são mais frequentemente usadas para o colesterol medida,
ésteres, glicose, etc. péptidos mais conhecido biossensor
calorimétrica é termistor. Termistor é um resistor que muda a
sua resistência em função da temperatura circundante [8, 10,
11].
A aplicação destes transdutores é importante em:
• análise de alimentos
• Estudo de biomoléculas e suas interações
• O desenvolvimento de drogas, a detecção do crime
• Diagnóstico médico
• campo ambiental monitorização etc.
[18]. Características desses transdutores são:
• Precisão
• Precisão
• Resolução
• Barulho
• Distorção
• Sensibilidade
• linearidade
Cada tipo de estes biossensores desempenhar papel importante
na melhoria da saúde e da vida social de pessoas em todo o
globo.
IV. CONCLUSÃO
Muitos cientistas em seus trabalhos afirmam que os melhores
biossensores, para monitoramento ambiental são biossensores
eletroquímicos e enzimáticos [1,2,19,24]. Um dos mais
interessantes biossensores para detecção de pesticidas são
biossensores com acetilcolinesterase, porque eles são baratos,
simples e eficaz. No entanto, geralmente enzimas têm sido
usados como um elemento de reconhecimento, para
biossensores em pesticidas detecção, mesmo que eles são
caros, lentos e tem mau estabilidade térmica. Por outro lado,
aptâmeros têm estabilidade térmica e estão a ser utilizados
fortemente como um elemento de reconhecimento para
biossensores. Para a detecção de toxinas e desreguladores
endócrinos, na maioria das vezes têm sido imunossensores
usados.
A fim de biossensores para ser bem sucedido nos mercados
ambientais, é fundamental que o desenvolvimento destes
biosensores ser dirigido para as lacunas no campo Rastreio e
monitorização da matriz tecnologia onde eles podem ter um
impacto significativo. Isto pode ser realizado através de várias
vias, que incluem proporcionar um novo recurso que não foi
previamente
2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro
possível (por exemplo, detecção de formas biologicamente
disponíveis de poluentes tóxicos), ou proporcionando
vantagens distintas sobre os métodos de análise existentes de
campo (por exemplo, custo, tempo, sensibilidade ou
especificidade) para uma aplicação em particular [33].
Biossensores pode ser configurado para preencher nichos de
mercado em ambas as áreas.
Como mencionado acima, a aplicação de transdutores são
importantes para a saúde humana e da vida social. Eles são
usados para análise de alimentos, diagnóstico médico, campo
ambiental monitoramento etc. Estes transdutores,
especialmente aqueles utilizados para monitoramento
ambiental, são exato, preciso, sensível, muito.
Mais novos biosensores ambientais desenvolvidos têm se
deparar com uma limitação específica em termos de falta as
aplicações em amostras ambientais reais. Mas ainda assim, há
algumas biossensores modernos que são usados para
monitoramento ambiental usado para em operações in situ e
para o desempenho analítico.
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  • 1. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro Revisão de biossensores para monitoramento de campo Ambiental Alma Halilovic*, Emina Merdan**, Zivorad Kovačević***, Lejla Gurbeta Pokvić1,2 *InternationalUniversity Burch Sarajevo,Bósnia e Herzegovina **Universita diBologna,Itália *** InternationalUniversity Burch Sarajevo,Bósnia e Herzegovina 1 InternationalUniversity Burch Sarajevo,Bósnia e Herzegovina 2 Medical Devices Inspeção Laboratório Verlab Sarajevo, Bósnia e Herzegovina alma.halilovic@stu.ibu.edu.ba Abstratomonitorização -Aspectos Ambientais é uma das principais prioridades na Europa e no mundo, devido à estreita relação entre a saúde humana ea poluição ambiental. Biossensores oferecem geralmente de baixo custo, rápidas procedimentos analíticos em tempo real e de monitoramento ambiental. Devido ao desenvolvimento tecnológico no últimos 10 anos, este tipo de biossensores foi desenvolvido significativamente também. Este papel é avaliação de biossensores para monitorização ambiental, incluindo a água, ar e do solo, específicos (isto pesticidas), os componentes tóxicos não específicos e de outras moléculas orgânicas que são micro que contêm produtos químicos tóxicos neles. Diferentes tipos de elementos biorecognition e transdutores, apresentado ao público no final de 20º século e no início de 21st século, são mencionados e explicados neste papel. Palavras-chave-transdutor, monitoramento ambiental, biossensores, poluentes I. EuNTRODUÇÃO Biossensor é definida como uma unidade de análise compacto incorporando um elemento de reconhecimento biológico sensível integrado com transdutor físico-química. Os elementos principais de um biossensor são: elemento biorecognition, transdutor, amplificador, gravador de conversorde sinal e [1], tal como mostrado na figura 1. O monitoramento de campo ambiental tem sido uma das prioridades a nível europeu e escala global devido à estreita relação entre a poluição ambiental e para a saúde humana e desenvolvimento socioeconômico. Neste campo, os biossensores têm sido amplamente empregados como de custos técnicas analíticas eficazes, rápido, e em tempo real. A necessidade de biosensores portáteis, rápidos e inteligentes explica o recente desenvolvimento de biossensores com novos materiais de transdução, obtidos a partir de nanotecnologia, e para a detecção de poluentes multiplex, envolvendo especialistas multidisciplinares. Biossensores, hoje, são representando um campo em rápida expansão, comuma estimativa da taxa de crescimento anual de cerca de 60% [2]. Biossensores são categorizados de acordo com o seu conceito de transdução de [3]: • Óptica (fibra óptica e a superfície de biossensores de ressonância) • Electroquímica (impedância e biossensores amperométricos) • Piezoeléctrico (cristal de quartzo biossensores microbalança) • Térmica (termistor, piroelétrico) • Ion-sensível (FET, ISFET, ENFET) • Ressonante (um transdutorde ondas acústicas) Se biossensores utilizar anticorpos, ácidos nucleicos, aptâmeros ou enzimas, que são classificados com base nos seus componentes de reconhecimento como: • Imunossensores (anticorpos e antigénio) • Aptasensors (ADN, ARN) • Genosensors (uma camada de auto-montagem da estirpe de ADN) • biossensores (glicose no sangue)[2]. A Figura 1 mostra uma configuração de um biossensor que inclui biorecognition, interface e de transdução de elementos de [3]. No monitoramento ambiental, quase todos os biossensores são reconhecidos como imunossensores e biossensores enzimáticos, mas no últimos 10 anos, o desenvolvimento de aptâmeros aumentou significativamente, devido às suas vantagens: fácil de modificar, estabilidade térmica, in vitro síntese, a possibilidade de planejar sua estrutura, para encontrar alvos com vários grupos funcionais, e rehybridize [2]. elementos Figura 1 Principais de biossensores 978-1-7281-1740-9 /19 / $ 31.00 © 2019 IEEE
  • 2. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro Desenvolvimento de biossensores para monitorização ambiental de elementos tóxicos e agentes patogénicos aumentado devido à maior impacto de poluição do meio ambiente para a saúde humana. Mais poluente ambiental observador são a poluição do ar, poluição da água luz poluição etc. Melhores biossensores que são desenvolvidos para medir poluentes ambientais são amperométrica, conducometric, fluorescência, termistor etc. Um dos mais importantes questões para monitorização ambiental de poluentes é de medição de gás (por meio de sensores de gás), tais como o monóxido de carbono e dióxido de carbono e diferentes capacidades de cromatografia (cromatografia em fase gasosa ou seja, e cromatografia líquida de alto desempenho acoplada com electroforese capilar ou espectrometria de massa), mas exigem reagentes de alto preço e equipamentos caros [4]. Por exemplo métodos antiquados não são eficazes para medições in situ, como no caso de libertação acidental de envenenamento agudo ou pesticidas, em que é necessário equipamento moderno, rápido, miniaturizado e transmissíveis, tais como biossensores de monitorização ambiental. [4]. É por isso que a nanotecnologia teve papel crucial no desenvolvimento de biosensores rápidas e inteligentes para detecção de poluentes ambientais. Além disso, muitos biossensores incluir estes nanomateriais em seus sistemas por causa de suas vantagens. Estes biossensores são utilizados para a detecção de pesticidas (pesticidas organofosforados), agentes patogénicos (bactérias), elementos tóxicos (Hg2+), E algumas moléculas orgânicas pequenas específicas. sistemas não-tripulados aeronaves ou aeronaves remotamente pilotadas, também conhecidos como drones, têm sido usados como essa tecnologia específica. Estes parasitas podem voar sem bordo humano; eles são utilizados para a vigilância ou militares missões usando os seus instrumentos de detecção, tais como sensores de infravermelhos, sensores electro-ópticos ou radares sintéticos [13]. No último par de anos, esses drones foram usados principalmente para o monitoramento de água e qualidade do ar, para a vigilância da agricultura, medições de gás vulcão e para alguns artigos científicos. Por exemplo China desenvolveu um biosensor celular para monitorar o controle da qualidade do ar e poluição da água em lugares específicos. Função deste biossensor é detectar e encontrar bactéria chamada E. coli, uma das piores doenças do mundo. É por isso que unificando biossensores e drones são importantes para este tipo de monitoramento ambiental [34- 40]. Hoje em dia, biossensores pode ser usado para a construção de sistemas específicos baseados em algoritmos de aprendizado de máquina [39]. II. MATERIAIS E MÉTODOS Biorecognition elementos em biossensores são: • enzimas • Célula • MIP (Molecular Imprinted Polymer) • receptores • anticorpos • Ácidos nucleicos Os biossensores que incluem imunossensores,aptasensors, genosensors,e biossensores são responsáveis pela
  • 3. detecção e monitorização de numerosos poluentes ambientais, utilizando anticorpos, aptâmeros, ácidos nucleicos, enzimas e como elementos de reconhecimento. Uma série de 25 artigos foram analisados durante este estudo de revisão e muitos deles foram usados como informação de fundo para esta revisão. Primeira 10 referências foram completamente ler, e eles eram geralmente publicados no último 5 a 7 anos. Critérios para a inclusão de papéis neste artigo de revisão é que eles tinham seção Resultado, que foram publicados na base de dados referenciado e que eles estavam prestes biosensor usada para medições de poluição ambientais. Biossensores foram analisadas pelo seu elemento biorecognition e transdutor. Biossensores para detecção de 6 diferentes fontes de poluição e 3 elementos transdutores diferentes foram analisadas. Os resultados são apresentados abaixo. III. RESULTADOS 3.1 elementos Biorecognition A. Pesticidas A Tabela 1 apresenta um resumo dos recentes biossensores para monitoramento ambiental, cuja aplicação e performances são discutidas mais adiante nesta seção. Os pesticidas são representados em grande número no ambiente, e por isso eles são um dos mais importantes poluentes ambientais. Por exemplo, insecticidas organofosforados são utilizadas em grandes números na agricultura e que estão no grupo dos pesticidas que têm uma maior influência do meio ambiente devido à sua elevada toxicidade [5, 6]. Tabela 1 Lista de pesticidas Anal biosenso r reconhe elétrodo Repr Limite resp Ré yte / P Tipo ção materia l oduci do onse cov olluta elemen dade Detec Tocou ery nt t ção e (% Detec ) ted parao Electroche Enzima ouro SPE 2 xon [6 Mical (Dor 1 ) e 5% (n 2 Até 97 ] (amperom cisteamin a = 4) ppb (* 40 ± 5 etric) SAM 3 1 ) ppb % Meth SPE 2 comil 1 Electroche Enzima 0.5- Parant Mical (hydrola Fe3O4 e 7,8% 0,1 ng 1000 / hion [ (impedim e se) ouro (N = 6) mL- 1 ng 25] tric) nanoparticl mL- 1 es Chlor Electroche Enzima SPCE 7 <10% 0,01- 90 pyrifo Mical (tirosina e de RIX (N = 3 nM 0,1 ± s [26] (impedim e ase) nanoparticl 3) ? M 9.6 tric) es % Enzima 97. Dichl ótico (Dor 1 QD 9 e 2,2% 4,49 4.49- 1- orvos (fluores cen e acetylcholi (N = nM 6780 10 [27] ce) cho 4 ) ne 6) (* 1) nM 0,9 % 75 95. Aceta ótico aptamer Ouro 5 nM NM- 5- mipri (colorim etr nanoparticl / (* 3) 7,5 11 d [28] ic) es ? M 9.9 %
  • 4. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro Atrazi Electroche Antibod 2.7- 0,016 0,05- 95. ne [27 Mical ies Ouro 9,2% ng 0,5 ng 5- ] (voltam m e (monocl nanoparticl (N = mL- 1 mL- 1 11 tric) onal) es 3) (* 3 ) 9.9 % Carbono Pirimi Electroche Enzima colar 4,6% 43 _g 0.24- carboidrat o[ Mical (lacas e elétrodo (N = EU- 1 2,7 / 26] (voltam m e ) com 5) mg L- tric) MWCNT 1 10 carbo Electroche Enzima IrOX- 5,4% 3,6 5-90furano [ Mical quitosana 28] (voltam m e (Dor Nanocomp (N = nM nM / tric) 1) osite 5) (* 2) carba Electroche Ouro ryl [25 Mical Enzima elétrodo 32 1-9 ] (impedim e (Dor com / nM ? M / tric) 1 ) cisteamina SAM 3 Esta é uma das razões pelas quais foram desenvolvidos novos, melhores e mais simples biossensores, para que eles possam detectar e monitorar esses pesticidas sem qualquer extensa pré-tratamento. Na tabela 1 tipo específico de toxinas são explicados, bem como vários tipos de componentes biorecognition e biossensores. O diagrama 1 abaixo representa a reprodutibilidade de 9 pesticidas diferentes. Reprodutibilidade é o grau de proximidade com que um dado valor pode ser repetidamente medido sob condições diferentes. Melhor reprodutibilidade tem clorpirifós com 10%, enquanto o pior reprodutibilidade tem diclorvos com 2,2%. Diagrama 1 Reprodutibilidade dos pesticidas (%) B. Patógenos Patógenos, são também, muito representada no ambiente, especialmente em câmaras de água, e eles estão representando uma ameaça real para a saúde humana. Houve, recentemente, desenvolveu biosensores específicos para o seu monitoramento ambiental. A Tabela 2 apresenta uma lista da maioria dos patógenos comuns que são encontrados no meio ambiente, e as suas características de base.Diagrama 2 mostra limite de detecção de 3 patogénios diferentes: Legionella pneumophila, Escherichia coli e Bacillus subtilis (CFU ML-1). Por exemplo, um bio-sensores ópticos específicos, que são baseados na ressonância de superfície, foram desenvolvidos e introduzidos. Eles foram / são usados para detectar e precepting Legionella pneumophila na amostra de água do ambiente específicas [7,8]. Uma das maneiras de detectar este pneumophila foi estabelecida sobre a identificação de ARN bacteriana, usando detector de ARN desactivação sobre a superfície de ouro biochip. quantum dots conjugada com estreptavidina foram utilizados para a amplificação do sinal e o tempo de detecção foi de cerca de três horas [9]. Tabela 2 Lista de agentes patogénicos Analito / biosens Recog n Electr Reprod Limi resp Reco poluente ou Tipo ition ode ucibility t de onse muito Detecto u elemen Mater Dete Correu (%) t ial ction ge Ouro substr comi 10 4 10 4 -Legionell ótico nucleico com uma (SPR 12 ) ácidos strepta / CFU 10 8 / Pneumo p ( # 5 ) vidin- mL- 1 CFU hila [29] Conjug mL- 1 ated QD 9 Polyme Escherich ótico rizable Ouro 3,72 IA coli [29] (SPR 12 ) forma de substr / * 10 5 / / histidin a comi CFU e mL- 1 Ouro 10 2 10 2 -Bacilo Electroc Antibo electro subtilis [3 hemical morre de CFU 10 10 0] (Ampero (polycl com / mL- 1 CFU / métrica) onal) SWC mL- 1 NT 14 Diagrama do limite de 2 de detecção de agentes patogénicos Em outro caso, o substrato de ouro foi de trabalho usando uma monocamada auto-recolhida de proteína A e uma resposta anticorpo para Legionella pneumophila. Aqui, biossensores foram capazes de detectar a L. pneumophila em água poluída em meia hora [9]. C. elementos potencialmente tóxicos A contaminação da água limpa, natural e é ambiente por metais pesados pode causar sérios riscos para a saúde humana. Assim, móvel, baixo custo e mais rápido de análises
  • 5. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro metais pesados e íons são uma das principais prioridades no mundo de hoje. Por exemplo, os iões de mercúrio, que são extremamente tóxicos e poluentes no meio ambiente, foram analisados e utilizados para testar um biossensor óptico para a observação de ADN e a detecção de metais pesados e respectivos iões [10] .Em tabela 3, a lista de elementos potencialmente tóxicas no ambiente é mostrando. Tabela 3 Lista de elementos potencialmente tóxicos Analito / P biosens reco Electro Repro du Limite resp Reco ollutant ou Tipo definiçã o de cibility do onse muito Detecto u eleme materi Detec Tocou (%) nt ai ção e ótico Hg2+ [29] (evanes núcleos ótico 1,2 0- cent- c ácidos fibra / nM 1000 / onda ( # 6 ) Platfor ( * 2 ) nM ótico m fibra) carbox ótico DNAz ylated 5 nM 0-50 96.1- Pb2+ [30] (FLUORE S ymes magnético / ( * 3 ) nM 101% cência) ( # 9 ) ic miçangas Houve, no últimos 10 anos, desenvolveu novos biossensores ópticos que são baseados em fluorescência para a detecção de Pb2+em amostras de água. Eles são o uso de enzimas de ADN e aptâmeros de ADN para a detecção de Pb2+ [11]. D. Toxinas Grande número de toxinas perigosas e prejudiciais, como microcistinas e brevetoxins, são feitos de proliferação de algas de cianobactérias. biossensores confiáveis, inteligentes e rápidas são necessárias para uma detecção precoce destas toxinas prejudiciais. Tabela 4 fornece uma lista da maioria das toxinas comuns que podem ser encontrados no meio ambiente. Tabela 4 Lista de toxinas Analito / biosens Recog n Electro Reprod Limi resp Reco poluente ou Tipo ition de ucibility t de onse muito Detecto u elemen materi Dete Correu (%) t ai ction ge Ouro Brevetoxi Electro c Aptam e electrod 106 0,01 102- n-2 [26] hemical rs ( # 12 ) es com / pg - 110 (impedi cysteam mL- 1 2000 % métrica) ine ng SAM 3 mL- 1 Micro el ectrode 5.6 saxitoxin Electro c cardio ordem 0,35 ng [25] hemical myocyt com / ng mL- / (voltam células e Platina mL- 1 1 -1.4 métrica) m ? g nanopar mL- 1 tigos Electro c Antibod 0,05 microcis tos hemical ies graphe 6,9% 50 -20 / em [26] (impedi (monocl ne pg ng métrica) onal) mL- 1 mL- 1 Biossensores foramtambémusados para detectar muitas outras toxinas prejudiciais, tais como o ácido ocadaico toxina [12, 13] que pode ser encontrada em algas verdadeiro, a água do mar ou amostras de marisco. biosensor especial, chamado de ressonância de plasma de superfície multiplex, foi introduzido e desenvolvido especificamente para esta finalidade, para encontrar e detectar okadaic em algas e água do mar, mas também para saxitoxin e ácido domóico. toxina específica, chamado ácido domoic, também foi encontrado em amostras de água do mar e um biossensor subaquática com ressonância de plasmon de superfície baseada foi desenvolvido para ele. E. desreguladores endócrinos O bisfenol A, como um produto químico perturbação do sistema endócrino, também foi encontrado em amostras de água por aptasensors com base no princípio de fluorescência. A aptasensor específico, chamado de onda evanescente ideal aptasensor, foi desenvolvido e utilizado porque é rápido, barato e melhor maneira de detectar bisfenol A em águas do mar [15]. Além disso, desregulação do sistema endócrino químico chamado o 4-nonilfenol foi enrolado na água do mar e analisados. Um imunossensor específico, livre de marcador foi desenvolvido com elevada reprodutibilidade e recuperação média para este toxina [14]. Na tabela 5, a lista da maioria dos produtos químicos conhecidos desreguladores endócrinos que estão influenciando no ambiente e na saúde humana, é mostrado. Tabela 5 Lista de produtos químicos de desregulação endócrina Analito / P biosens reco Electr Reprod Limi resp Reco ollutant ou Tipo definiçã o ode ucibility t de onse muito Detecto u eleme materi Dete Correu (%) nt ai ction ge bisfenol ótico Aptam Ouro 0,1 1- A [28] (fluores ers nanopa / ng 1000 / ence) ARTIGO S mL- 1 0 ng mL- 1 Nonylphe Electroc Antibo SWCN 0,56 _ 5 ng 5- 97,8 nol [29] hemical morre T14 0,08% (n mL- 1 500 - (FET 17 ) (mono = ng 104. clone) 5) mL- 1 6% F. Outros impactos ambientais Novo, melhores e mais confiáveis metodologias têm sido desenvolvidos, por causa da alta freqüência de proliferação de algas nocivas para a sua detecção e monitoramento. biossensores específicos foram desenvolvidos para detecção e monitorização de ARN de algas baseados em sondas de ácido nuclídeo. Estes biossensores tem excelente sensibilidade e realibility [16]. Alguns materiais halogenados, também foram detectadas por biossensores em água do mar, tal como 1,2- dicloroetano ou 1,2,3-tricloropropano [16,17]. Levando-se em conta biossensores mencionados em trabalhos [5,6,11,12], é óbvio que biossensores eletroquímicos e enzimáticos são mais frequentemente utilizados para o monitoramento área ambiental, como indicado nas tabelas 1- 6, em que as características analíticas de tais biossensores são explicados . As enzimas têm sido utilizados principalmente como elementos de reconhecimento em biossensores, devido à sua simplicidade, estabilidade e baixo preço. Além disso, os
  • 6. aptâmeros têm vantagem como um elemento de reconhecimento devido à sua possibilidade de projetar a sua estrutura, desnaturalizar e rehybdrizing, e distinguir alvos com diferentes
  • 7. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro grupos funcionais. Anticorpos fornecida uma alta especificidade com o antigénio correspondente, mas eles têm limitações específicas, tais como má regeneração e imobilização difícil em sensores. limitação principal encontrado nos últimos biossensores ambientais baseia-se na ausência de aplicação em samplessince ambiente real, a maioria dos biossensores ambientais identificados temsido utilizada para as amostras de água da torneira ou de amostras sintéticas. Assim, há alguns biossensores comerciais para monitoramento ambiental que devem ser, em função do contexto interdisciplinar da fabricação, principalmente na reprodutibilidade [11-15]. 3.2 transdutores O transdutor de transformar as interacções bioquímicas em sinais electrónicos mensuráveis. Electroquímica, os transdutores electro-ópticas, mecânicas e acústicas são entre os muitos tipos utilizados em biossensores. O transdutor trabalha direta ou indiretamente. Os transdutores mais geralmente usados em biossensores são apresentados na tabela 6 [7]. Tabela 6 Tipos de transdutores comumente utilizados em biossensores transdutores Exemplos Biológico materiais Electrochemical 1.Amperometric 1.Clark oxigênio eléctrodo, enzimas, sistemas de eléctrodos mediadas imunológico sistemas; gases, 2.Potentiometric 2.Redox eléctrodos, íon enzima, seletiv o eléctrodos, camp o organela, célula efeito transistores, luz ou lenço de papel; endereçáve l potenciométrica Enzima 3.Conductometric sensores eléctrodos; eléctrodos de ouro ou 3.Platinum para o medição do mudar na condutividade da solução devido à geração de iões pH; enzimas; ótico Foto-diodo, guia de ondas imunológico sistemas , integrar óptica analitos sensores Volátil gases piezoelétrico/ cristais piezoeléctricos, superfície e vapores, Acústico dispositivos acústicos anticorpos Enzima, calorimétrica Termistor ou thermop ile organela, gases, poluentes, antibióticos A Figura 3 representa parte de mercado biossensores globais em 2016. biossensores electroquímicos são utilizados mais frequentemente (aproximadamente 70%), em seguida, biossensores ópticos (aproximadamente 25%), enquanto térmica e piezoeléctrico são os biossensores menos usadas [32]. Figura 3 Global de biossensores quota de mercado (2016) [32] G. Electrochemical reacções electroquímicos no eléctrodo-electrólito ocorrem em interfaces e proporcionar um interruptor para a energia eléctrica flua entre 2 fases de condutividade diferente, isto é, os eléctrodos (elétrons) e electrólito sólido ou líquido (iões). Existem 3 tipos: • amperométrica • Potentiometric • Condutimrica [8,12] No esquema 3 o tempo de resposta (medida emsegundos) de 4 electroquimica diferente (amperométricos) transdutores são representados [8]. Diagrama de tempo de 3 Resposta de 4 amperometrics Hoje, há 2 gerações de biossensores amperométricos. Primeira geração tem uma transferência directa de electrões que são libertados a partir dos eléctrodos. A segunda geração foi desenvolvido nos últimos anos, eles usam elétrons e transferi- los para os eletrodos. Por exemplo, há biossensor amperométrico para a corrente (aplicado), que é o movimento de eléctrodos em reacções redox detectada quando um potencial é aplicado
  • 8. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro entre 2 eléctrodos. Aqui, medindo parâmetro é corrente elétrica [12]. H. Optical Os sensores ópticos depende da transdução de sinal óptico do bujão e em espectrofotometria de ultravioleta, visível e infravermelho em modos de transmissão ou de reflectância. Os métodos ópticos têm sido utilizados classicamente para monitorar as concentrações de analito. Equipamentos como absorção, índices de refração, fluorescência, fosforescência, quimioluminescência, etc., podem ser usados para monitorar o reconhecimento biológico em biossensores. Os detectores são muitas vezes fotodiodos semicondutores. Exemplos de transdutores ópticos: • Fibras ópticas • sensores de ressonância de plasmon de superfície (SPR) • SPR baseado Waveguide • interferômetros integrados • espelho ressonante • ralar casal • acopladores Bidifractive etc. [9,10] Um dos mais importantes é biosensores ópticos de fibra óptica lactato biossensor. Este biossensor funciona com base na medição da alteração na concentração de oxigénio molecular, identificando os efeitos do oxigénio em corante fluorescente. A reacção seguinte é reduzido pela enzima lactato de mono- oxigenase. Na mistura de reacção a concentração de lactato é aumentada, o oxigénio é utilizado e o resultado é a diminuição proporcional do efeito de extinção [9]. No diagrama de tempo de resposta de 4 3 transdutores ópticos diferentes é mostrado. O tempo de resposta é tempo necessário para ter 95% da resposta de umbiossensor. Propoxur e carbaril tem tempo de resposta de 3 segundos, enquanto Tetraciclina tem tempo pior resposta de 28 segundos. Diagrama tempo 4 Resposta de 3 transdutores ópticos diferentes EU. Piezoeléctrico (acústico) biossensores piezoeléctricos são utilizados mais frequentemente em vibrações de som; portanto, eles são também conhecidos como biossensores acústicos. biossensores acústicas são composto pelo piezoeléctrico cristais e também as frequências características são tremendo com os cristais de carga positiva e negativa. Ao utilizar os dispositivos electrónicos certas moléculas na superfície do cristal são medidos e altera a frequência de resposta que utilizam estes cristais pode anexar os inibidores sobre ele. Por exemplo, biossensor para a cocaína na fase gasosa tem sido desenvolvido por anexar a cocaína anticorpos à superfície do cristal [8]. J. calorimétrica Estes sensores baseiam-se na medição do calor produzido pela reacção de reconhecimento molecular e a quantidade de calor produzido para a concentração do reagente. Calorimetria pode ser utilizado para a medição directa de alterações de calor associadas com processos termoquímicos. Estes biossensores são mais frequentemente usadas para o colesterol medida, ésteres, glicose, etc. péptidos mais conhecido biossensor calorimétrica é termistor. Termistor é um resistor que muda a sua resistência em função da temperatura circundante [8, 10, 11]. A aplicação destes transdutores é importante em: • análise de alimentos • Estudo de biomoléculas e suas interações • O desenvolvimento de drogas, a detecção do crime • Diagnóstico médico • campo ambiental monitorização etc. [18]. Características desses transdutores são: • Precisão • Precisão • Resolução • Barulho • Distorção • Sensibilidade • linearidade Cada tipo de estes biossensores desempenhar papel importante na melhoria da saúde e da vida social de pessoas em todo o globo. IV. CONCLUSÃO Muitos cientistas em seus trabalhos afirmam que os melhores biossensores, para monitoramento ambiental são biossensores eletroquímicos e enzimáticos [1,2,19,24]. Um dos mais interessantes biossensores para detecção de pesticidas são biossensores com acetilcolinesterase, porque eles são baratos, simples e eficaz. No entanto, geralmente enzimas têm sido usados como um elemento de reconhecimento, para biossensores em pesticidas detecção, mesmo que eles são caros, lentos e tem mau estabilidade térmica. Por outro lado, aptâmeros têm estabilidade térmica e estão a ser utilizados fortemente como um elemento de reconhecimento para biossensores. Para a detecção de toxinas e desreguladores endócrinos, na maioria das vezes têm sido imunossensores usados. A fim de biossensores para ser bem sucedido nos mercados ambientais, é fundamental que o desenvolvimento destes biosensores ser dirigido para as lacunas no campo Rastreio e monitorização da matriz tecnologia onde eles podem ter um impacto significativo. Isto pode ser realizado através de várias
  • 9. vias, que incluem proporcionar um novo recurso que não foi previamente
  • 10. 2019 8º MEDITERRÂNEO CONFERÊNCIA SOBRE informáticosincorporados (MECO), 10-14 junho 2019,Budva, Montenegro possível (por exemplo, detecção de formas biologicamente disponíveis de poluentes tóxicos), ou proporcionando vantagens distintas sobre os métodos de análise existentes de campo (por exemplo, custo, tempo, sensibilidade ou especificidade) para uma aplicação em particular [33]. Biossensores pode ser configurado para preencher nichos de mercado em ambas as áreas. Como mencionado acima, a aplicação de transdutores são importantes para a saúde humana e da vida social. Eles são usados para análise de alimentos, diagnóstico médico, campo ambiental monitoramento etc. Estes transdutores, especialmente aqueles utilizados para monitoramento ambiental, são exato, preciso, sensível, muito. Mais novos biosensores ambientais desenvolvidos têm se deparar com uma limitação específica em termos de falta as aplicações em amostras ambientais reais. Mas ainda assim, há algumas biossensores modernos que são usados para monitoramento ambiental usado para em operações in situ e para o desempenho analítico. REFERÊNCIAS [1] Turner, AP (2000). Biossensores - sentido e sensibilidade. Ciência 290, 1315-1317. [2] Justino, CIL; Freitas, AC; Pereira, R .; Duarte, AC; Rocha-Santos, a TAP desenvolvimentos recentes em elementos de reconhecimento de sensores químicos e biossensores. Trends Anal. Chem. 2015, 68, 2-17. [3] P.Chambers James, Bernard P.Arulanandam, Leann L.Matta, Alex Weis, e James J.Valdes. Biosensor elementos de reconhecimento. Curr.Issues Mol. Biol. 10: 1-12 [4] Lang, Q .; Han, G .; Hou, C .; Wang, F .; Liu, A. Um biossensor acetilcolinesterase sensível com base na nanorods ouro eléctrodo modificados para a detecção de pesticidas organofosforados. Talanta 2016, 156,34-41. [5] Arduini, F .; Guidone, S .; Amina, A .; Palleschi, G .; Moscone, D. A acetilcolinesterase de biossensor com base no ecrã de ouro eléctrodos impressos modificado com monocamadas auto-montadas para detecção organofosforado insecticida. Sens. Actuators B Chem. 2013, 179, 201- 208. [6] Arduini, F .; Forchielli, M .; Amina, A .; Neagu, D .; Cacciotti, I .; Nanni, F .; Moscone, D .; Palleschi, G. modificada do biosensor com nanopartículas de negro de fumo para a determinação de paraoxon com base na inibição da butirilcolinesterase serigrafado. Microchim. Acta 2015, 182,643-651. [7] Foudeh, AM; Trigui, H .; Mendis, N .; Faucher, SP; Veres, T .; Tabrizian, M. rápida e específica de detecção SPRI de L. pneumophila em amostras de água ambiental complexos. Anal. Bioanal. Chem. 2015, 407, 5541-5545. [8] Enrico, DL; Manera, MG; Montagna, G .; Cimaglia, F .; Chesa, M .; Poltronieri, P .; Santino, A .; Rella, R. SPR imunossensor base para a detecção da Legionella pneumophila em amostras de água. Optar. Comum. 2013, 294, 420-426. [9] Martin, M .; Salazar, P .; Jimenez, C .; Lecuona, M .; Ramos, MJ; Ocle, J .; Riche, R .; Villalonga, R .; Campuzano, S .; Pingarrón, JM; et al. Determinação pneumophila rápida Legionella baseado em descartável- concha Fe3O4 @ poli (dopamina) magnético nanopartículas immunoplatform. Anal. Chim. Acta 2015, 887, 51-58. [10] Longo, F .; Zhu, A .; Shi, H .; Wang, H .; Liu, J. rápida no local / detecção de iões de metais pesados da água do meio ambiente, utilizando um biossensor óptico ADN de comutação de estrutura in situ. Sei. Rep. 2013, 3,2308. [11] Yang, X .; Ele, Y.; Wang, X .; Yuan, biossensor R. Um SERS com substrato magnético CoFe2O4 @ Ag para a detecção sensível de Hg2 +. Appl. Surf. Sei. 2017, 416, 581-586. [12] Eissa, S .; Siaj, M .; Zourob, M. Aptamer à base de biosensor eletroquímico competitiva para brevetoxina-2. Biosens. Bioelectron. 2015, 69, 148-154.
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