INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA División de Estudios de Posgrado e Investigación

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUADivisión de Estudios de Posgrado e Investigación PRESENTACION “Transductores Electroquímicos en Biología y Medicina”. TESISTA: Carlos Roberto Santillán Rodriguez MC. José Rivera Mejia CHIHUAHUA, CHIH. Lunes 7 de Nov de 2005

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3. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI ANTECEDENTES POTENCIAL DE HIDROGENO (pH) El concepto de pH fue definido por primera vez por el bioquímico danés Soren Poer Lauritz Sorensen, (1868-1939), en el año de 1909. Originalmente, la escala de pH fue ideada para expresar en forma adecuada, diferentes concentraciones del ión (H+) (ión Hidrógeno) en varias soluciones sin necesidad de utilizar números en forma exponencial, debido a que con frecuencia, son números muy pequeños y por lo tanto es difícil trabajar con ellos, fue así entonces que se decidió trabajar con números enteros positivos. El pH de una disolución, se define como el logaritmo negativo de la concentración del ión hidrógeno expresado en (mol/litro), la escala de pH se define por la ecuación: pH= - log [H+] Carlos Roberto Santillán Rodriguez

4. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI La escala de pH va de 0 (cero) hasta 14. Las substancias con un pH entre 0 (cero) o menos de 7, son ácidos (pH y [H+] están inversamente relacionados, menor pH significa mayor [H+] y un ácido más fuerte). Las substancias con un pH mayor a 7 y hasta 14 son bases o alcalinas (mientras mayor es el pH, más fuerte es la base). Exactamente en el medio, en pH = 7, están las substancias neutrales, por ejemplo, el agua pura . Carlos Roberto Santillán Rodriguez

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6. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI ELECTRODOS DE OXIDO DE METAL MEMBRANAS SENSIBLES ELECTRODOS DE OXIGENO ELECTRODOS DE DIOXIDO DE CARBONO ELECTRODOS DE HIDROGENO ELECTRODOS DE SUPERFICIE DE CARBON ELECTRODOS SENSIBLES DE ION Carlos Roberto Santillán Rodriguez

7. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.2.- ELECTRODO DE OXIDO DE METAL. VENTAJAS: Es más fuerte y mas durable Si se une un metal (M) con un meta-oxido (MxOy) y es una reacción reversible: MxOy + 2y(e- + H+) xM + yH2O Y el pH aumentara linealmente. Tambien es posible tener un reaccion metal metal-oxido donde la valencia mas alta y la mas baja son influenciadas por el pH. Una reaccion metal oxido-metal es: 2MOy + 2H+ +e-  (2y – 1)M2O + H2O Donde se tendría un cambio de potencial de 59 mv/pH a 25 ºC con solo una molecula de H2O Carlos Roberto Santillán Rodriguez

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9. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • 3.2.2,3 OTROS ELECTRODOS DE METAL OXIDO • Electrodos de Antimonio.- Se usa en aplicaciones donde hay ambientes extremadamente corrosivos, o donde los electrodos de vidrio no tienen un buen comportamiento. Uno de los problemas es al substrato del metal. Las reacciones usualmente son representadas como: 2Sb + 3H2O  Sb2O3 + 6H+ + 6e- • Oxido de iridio.-una desventaja es de lograr la estabilidad del Iridio, un método es calentarlo de 800 a 900ºC con una flama altamente oxidante. • Paladium.- Se recomienda una flama oxidante similar, despues de haberlo trabajado fuertemente en una solucion de hidroxido. DESVENTAJAS El Iridio y el Paladium no sensan en trabajos al aire libre O2 Carlos Roberto Santillán Rodriguez SUBSTRATO:In biochemistry, a substrate is a molecule which is acted upon by an enzyme.

10. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI Carlos Roberto Santillán Rodriguez SUBSTRATO:In biochemistry, a substrate is a molecule which is acted upon by an enzyme.

11. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • Cable • Cap • Fill hole • Body-glass or epoxy • Outer reference chamber filled with internal fill solution • Ag/AgCl wire • Annular reference junction allows reference solution to leak • Inner reference chamber • Outer reference chamber • pH sensing bulb Carlos Roberto Santillán Rodriguez

12. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.3 MEMBRANAS SENSIBLES El componente principal es una membrana la cual es ionophore (no es ionosfera), especifica para el H+ u otros iones. Estos tipos de ionophore, son muy usables en la industria y en laboratorios. Un ionophore para el H+, esta comercialmente disponible, para el uso de llenado de liquidos de microelectrodos sensibles de pH, o en membranas de polimeros solidos. El ionophore puede ser encapsulado dentro de cloruro de polivinilo o membranas de silicon. VENTAJAS: El tiempo de vida es muy largo, siempre y cuando se almancenen dentro de un cuarto obscuro a temperaturas normales. Tienen un minimo de interferencia de otros iones. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

13. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.4 ELECTRODOS DE OXIGENO 3.4.1.-CATODO La reacción electroquímica del electrodo al O2 es a través de 2 pasos. El O2 es reducido O2 + HO + 2e-H2 O2 + 2OH- Y entonces H2 O2 + 2e-2OH- Donde el numero máximo de electrones es 4 3.4.2.- ANODO El anodo completa el circuito electrico. 4Ag + 4Cl-4e- + 4AgCl El numero de electrones podria disminuir si el H2 O2escapa del sensor. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

14. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.4.3.- MATERIALES PARA LOS ELECTRODOS Oro, y platino son los mas comunes También los hay de: Plata, Carbono, plomo, o combinaciones entre ellos. 3.4.7.- CUERPO. Plástico, cerámicos y de vidrio. 3.5- ELECTRODOS DE DIOXIDO DE CARBONO (1957) Una membrana de gas de CO2, tal como el teflón, o el caucho de silicón, puede ser puesta sobre un electrodo de vidrio de pH u otro transductor de pH 3.6- ELECTRODOS DE HIDROGENO Aplicaciones: Principalmente se usa en las mediciones del flujo se sangre. Ademas en laboratorios de mediciones del tipo de sangre Carlos Roberto Santillán Rodriguez

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16. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.8- ELECTRODOS DE SUPERFICIE DE CARBONO Las reacciones electroquímicas basadas en carbono, has sido muy estudiadas, debido a las valencias libres estas disponibles sobres la superficie del carbono. Entre sus aplicaciones estas: la de mediciones electroquímicas en vivo. DESVENTAJAS: Las propiedades del carbono son usualmente alteradas después de un uso prolongado, en aplicaciones o exposiciones en fluidos biológicos. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

17. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.8- ELECTRODOS SENSIBLES DE ION En la actualidad, hay acerca de 30 cationes y aniones que pueden ser detectados por varios tipos de sensores iónicos, ya sean membranas liquidas o sólidas, han sido desarrolladas en varias configuraciones. Además, los electrodos de vidrio de los sensores de pH, pueden ser usados en otras mediciones iónicas, tales como: Carlos Roberto Santillán Rodriguez

18. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI GLUCOSA: Yao (1991), repaso algunos métodos electroquímicos para detectar glucosa usando un ciclo de voltaje. Obtuvo un rango de voltaje desde -1v hasta +1volt. Otro método fue de una red compensada cargando el ciclo de voltaje, que involucra una integración de la corriente sobre un ciclo potencial. Brenda y Wilson (1989) uso membranas solo de NAFION, así como electrodos de oro retrabajado. Las membranas mejoraron la detección de la glucosa en un mecanismo de inyección de glucosa. El electrodo de Oro recubierto de NAFION, fue 2.4 veces mas sensible que un electrodo solo de Oro. VENTAJAS: Detección de 25nM glucosa Respuesta lineal La interferencia de otros materiales es reducida. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

19. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI UREA: Patzer (1991) obtuvo un rango de variación de .5v hasta 1.1 volt por medio de métodos electroquímicos para la detección de la UREA. Para este caso, se uso un relevador de tiempo externo para revertir la polaridad de 2 electrodos de Platino. Durante una parte del ciclo, uno de los electrodos de Platino fue sometido al incremento de corriente mientras se monitoreaba el voltaje. Si el voltaje superaba el 1.1 volt, el relevador conmutaba y se aplicaba al segundo electrodo. DESVENTAJA: Se oxida parte de la glucosa en el ciclo. Se usa en aplicaciones en la medición de tipos de sangre Carlos Roberto Santillán Rodriguez UREA.-La urea es un compuesto orgánico formado de carbono, nitrógeno, oxigeno e hidrogeno

20. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 3.11. APLICACIONES CLICNICAS DE TRANSDUCTORES ELECTROQUIMICOS En la industria química, mediciones de sangre y de la orina. La muestra de sangre debe ser periódica quitando los catéter puestos dentro del paciente. En monitoreo de gas en la sangre de recién nacidos. Esto es, un dispositivo calienta la piel y causa el máximo flujo de sangre en los vasos sanguíneos. Donde las mediciones de PO2 y PCO2 son proporcionales al flujo arterial. DESVENTAJA: Estos factores son mas variables con la edad VENTAJA: Se puede diagnosticar la muerte de los glóbulos rojos, venas, …, donde el flujo de sangre es bajo, y se reduce el PO2 y se eleva el PCO2 Carlos Roberto Santillán Rodriguez

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23. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI APLICACIONES DE BIOSENSORES ELECTROQUIMICOS BASADOS EN ENZIMAS ENZIMA Las enzimas, en griegoin ferment, son biocatalizadores compuestos por una parte protéica llamada apoenzima y, en ocasiones, una no protéica llamada coenzima. Las enzimas, también denominadas fermentos, son sustancias capaces de acelerar las reacciones bioquímicas del organismo. Están formadas por una proteína y en ocasiones una coenzima, sustancia de naturaleza no orgánica que es a veces un oligoelemento, imprescindible para el funcionamiento de la enzima, y que suele encontrarse en el centro activo de la misma Carlos Roberto Santillán Rodriguez

24. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI ENZIMAS BASADAS EN SENSORES ELECTROQUIMICOS TEORIA DE LA BIOCATALIS DE LAS ENZIMAS 24 TECNICAS DE INMOBILIZACION 24 BIOSENSOR DE GLUCOSA 30 MONITOREO DE GLUCOSA EN LA SANGRE 33 MONITOREO DE GLUCOSA EN LA INDUSTRIA 37 BIOSENSORES DE ALCOHOL 38 BIOSENSORES BASADOS EN ENZIMAS SENCILLAS 39 BIOSENSORES DE MULTIPLES ENZIMAS 42 BIOSENSORES DE ELECTRODOS DE CARBON BASADOS EN ENZIMAS 46 BIOSENSORES DE ENZIMA DE FASE ORGANICO 46 DONANTES ALTERNATIVOS DE ELECTRONES 49 Carlos Roberto Santillán Rodriguez

25. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.1.-TEORIA DE LA BIOCATALIS DE LAS ENZIMAS El esquema mas simple de descripcion de una reaccion bioquimica catalizada por una enzima E, es la reaccion irreversible de un sustrato S a un producto P: E + S  ES E + P 4.2.- TECNICAS DE INMOVILIZACION El propósito de la inmovilización, es asegurarse que la enzima DE sea cero o mucho menor que el substrato y el producto, de tal manera que se pueda mantener la actividad de la enzima controlada. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

26. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.2.3.- ACTIVIDAD DE LA ENZIMA: El medio en que se encuentra la enzima, puede provocar efectos no deseados en la estabilidad de la enzima. La mayoría de las enzimas incapaces de resistir temperaturas arriba de 50º C. El ph es esencialmente critico en la reacción de enzima-catalizador, pero no siempre es posible para operar en el optimo pH para una especifica reacción. Algunas veces se usan inhibidores químicos para inhabilitar las enzimas. • 4.2.4.- MATERIALES INMOBILIZADORES • Existen 5 métodos para inmovilizar una enzima: • Atrapado físico • Microencapsulamiento. • Absorción • Enlazado covalente cruzado • Ligadura covalente. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

27. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • ATRAPADO FISICO • Las enzimas son sujetadas en soluciones acuosas cercanas al biocensor y fisicamente restringidas por membranas. • Entre las membranas mas comunes estan: • Celofano • Acetato de celulosa • Acetato de Nitrato • Polivinilo o alcohol • Polyuretano • En las substancias viscosas se encuentran: • Gelatina, polyyacrylamide, poli (N metilpropileno) Carlos Roberto Santillán Rodriguez

28. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI METODO DE MICROENCAPSULACION Se pueden usar para encapsular una enzima dentro de una membrana, en gel viscoso, materiales porosos (esponjoso), cerca del elemento transductor del biosensor. La mayoria de las membranas, absorberán las enzimas directamente sobres la superficie, sin embargo, a veces la fuerza de atracción no es suficiente. En estos casos es necesario reforzar la atracción, una forma de hacer esto es con proteinas. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

29. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI AGENTES DE ENLAZADO CRUZADO Aumentan significativamente la fuerza de atracción. DESVENTAJA Estos agentes pueden interferir con la actividad de la enzima, especialmente en altas concentraciones. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

30. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.4.-BIOSENSOR DE GLUCOSA: La enzima catalizadora de oxidación de glucosa es de la siguiente forma: D-glucosa + O2 + HO2 H2O2 + D-glucosa acida Si tanto las concentraciones de glucosa o de O2 son bajas, la reacción puede llegar ser limitada. • Existen tres tipos de mediciones disponibles para obtener un medición de la concentración de glucosa, con transductores electroquímicos: • La caída de O2 como la reacción posterior • La producción de H2O2 • El cambio de pH con la producción de glucosa acida Carlos Roberto Santillán Rodriguez

31. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.3.2.-ELECTRODOS MODIFICADOS DE O2 Clark y Lyons (1962) fueron los primeros en sugerir los transductores electroquímicos como transductor para medir la concentración de glucosa en la sangre, basado en el cambio de O2 en la reacción de la glucosa oxidación-canalización (un electrodo que tenia una membrana tipo CLARK, cubierta de O2) Después vino Updike y Hicks (1967), ellos usaron un diseñó diferente. era un electrodo con dos membranas cubiertas, tipo Clark, para la medición de O2 .Sobre un cátodo, la glucosa se inmovilizaba en un 25 a 50micrometros de estrado grueso de gel acrilamida, puesto en una malla de nailon. Este cátodo, media la tensión del O2 en estado estable en el gel, después de que el O2 había sido consumido en la reacción con la glucosa. PROBLEMAS: El amperímetro, al medir la señal de este cátodo solo, no siempre era suficiente para determinar la concentración de glucosa. SOLUCION: se agrego un gel de igual espesor, sobre el segundo cátodo, lo cual permitía la medición del O2. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

32. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • VENTAJAS: • El amperímetro ahora detectaba una señal de diferencia entre los 2 cátodos, y era linealmente proporcional a la concentración de glucosa • Independiente la tensión del O2 • Rango de operación razonable • DESVENTAJAS: • La señal del segundo cátodo, se veía mas afectada por la disponibilidad del O2 • Ocasionando mediciones erróneas en el biosensor Carlos Roberto Santillán Rodriguez

33. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.3.3. ELECTRODOS MODIFICADOS DE H2O2 Clark y Guilbault, en 1973, fueron los primeros en manejar H2O2 el para la reacción de la glucosa, utilizando un electrodo de platino, polarizando con una diferencia de potencial para reducir electroquimicamente el H2O2. VENTAJAS: El amperímetro encontró una señal de H2O2 directamente proporcional a la glucosa bajo condiciones de estado estable. 4.4 MONITOREO DE LA GLUCOSA EN LA SANGRE APLICACIONES IMPORTANTES: En el monitoreo de niveles de glucosa en la sangre para gente con diabetes. DIABETICOS= mayor o igual a 140 mg/dL (ver NOTA) NORMAL=menor o igual a 115mg/dL Carlos Roberto Santillán Rodriguez NOTA. This means milligrams/deciliter .mg/dl is a unit of measurement used to measure blood sugar concentration .This measurement may also be written as mg%

34. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • Checador casero.- se obtiene una muestra de sangre pinchando un dedo. • Checadores portatiles.-Monitorea los niveles de glucosa en la sangre con un sensor electroquímico. Es flexible, durable. El plástico mantiene la muestra de sangre sobre el sensor electroquímico de H2O2, el cual esta recubierto con una membrana de una enzima activada. El biosensor es lineal con el rango de concentración de glucosa desde 0 hasta 500 mg/dL Updike (1988) utilizo 8 instrumentos elegidos al azar, del laboratorio de Markwell Medical, donde su rango de trabajo era de 57 a 347mg/dL RESULTADOS: El coeficiente de variacion fue de 2 a 5% del valor verdadero Con una media de 3.7% en las mediciones Mayor inexactitud en mediciones donde la concentracion de glucosa era muy baja promedio de variacion en el rango de 2.7 al 10.5% En nivels altos, mayor exactitud, con variacion de 1.9% hasta 4.8% Carlos Roberto Santillán Rodriguez

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36. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • Biosensores de glucosa implantados.-se crea un lazo cerrado para la regulación de la liberación de insulina, manteniendo una retroalimentación basada en la demanda biológica. • DESVENTAJAS: • En 1986, los biosensores tenían que ser cambiado cada 4 días • En 1996, no había biosensores que duraran temporadas largas dentro del cuerpo • El dispositivo esta en contacto directo con la sangre del paciente. • Riesgo de que el paciente se acostumbre a la insulina • La natural degradación del biosensor • SOLUCION: • Se hicieron biosensores basados en el uso de una enzima recargable, de ultra carbón puro. • VENTAJAS: • Ya no era necesario una cirugía frecuentemente. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

37. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.5 MONITOREO DE GLUCOSA EN LA INDUSTRIA Fermentación de cultivos Procesado de alimentos Producción de azucares, como fructosa, lactosa, maltosa, sucrosa. 4.6.- BIOSENSOR DE UREA La urea es un compuesto orgánico formado de carbono, nitrógeno, oxigeno e hidrogeno. Su formula es: CON2H4 or (NH2)2CO APLICACIONES: La detección de UREA tiene aplicaciones medicas, principalmente en pacientes con enfermedades renales, como materia prima en la manufactura del plástico, componente en fertilizantes y alimentos para animales, aditivo en cigarros, desordenes en la sangre Carlos Roberto Santillán Rodriguez

38. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.7 BIOSENSORES DE ALCOHOL Se tienen arreglos de enzima/membrana en forma de sandwich (emparedado), para electrodos de H2O2 y de O2, obteniendo una respuesta lineal de solo .02% en el etanol. La mejor respuesta se tuvo con la membrana de silicón policarbonato, con el electrodo de H2O2. con este arreglo se obtuvo una respuesta lineal arriba de .5% en concentraciones de etanol, y con un mínimo de detección de .0002% de etanol. Metanol donde la respuesta de .32mg/dl fue de 117% N-propanol, la respuesta para .58mg/dl es de 28.7% Isopropanol, a 8.1mg/dL fue de solo 8.09% Carlos Roberto Santillán Rodriguez

39. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.8 BIOSENSORES BASADOS EN ENZIMAS SENCILLAS Macholan realizo una lista de 100 especies químicas que pueden ser detectadas por biosensores de membranas. Las agrupo en categorías generales: Alcoholes, aldehídos, aminas, aminoácidos, carbohidratos, lípidos, nucleicos, bases, fenoles, entre muchos mas. 4.9 BIOSENSOR LACTANTE Se basa en la reacción L-lactate + O2 pyruvate (o CH3COCOO−) + H2O2 Usando tanto transductores de O2 como de H2O2, APLICACIONES: Cuantificar la severidad de la obstrucción del miocardio Fallas del corazón. En medicina del deporte El estado progresivo de algunas enfermedades. Carlos Roberto Santillán Rodriguez NOTA:LACTATE.- Ácido orgánico con dos grupos funcionales: ácido carboxílico y alcohol en posición alfa respecto al grupo ácido. . Lactate is its ionic equivalent.

40. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.8.2.- BIOSENSORES USANDO ELECTRODOS DE pH Kumaran (1991), probo diferente tipos de biosensores basados en enzimas, utilizando un electrodo de vidrio de pH como transductor. Se aplico una delgada cubierta de gelatina de 1 a 2um. Se probaron 4 enzimas; Acetylcholinesterase Butyrylcholunesterase Penicillinase Urease El sensor de Acetylcholinesterase fue el que tuvo mejor tiempo de vida, de 10 a14 días, antes de que disminuyera su sensitividad. Los biosensores fueron almacenados a 4 grados centígrados. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

41. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.8.3 BIOSENSORES USANDO TRANSDUCTORES DE AMONIACO Los biosensores para aminoácidos pueden usar transductores de amoníaco NH+4, a través de la reacción de : L-arginine citrulline + NH3 O usando otras enzimas que actúen como aminoácidos. Enzima que utilizan transductores de antimonio :: Alanina asparagina espártame glutamina histidina, methionine tryptophan Carlos Roberto Santillán Rodriguez

42. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.8.3 BIOSENSORES USANDO TRANSDUCTORES DE PCO2 Son aminoácidos que se degradan para formar el CO2, su reacción es: tyrosina  tyramina + CO2, El Histidine y Lysine pueden también ser detectados por el transductor de CO2 usando decarboxylases para esto aminoácidos. 4.9.- BIOSENSORES DE MULTIPLES ENZIMAS Es posible combinar algunas enzimas para alcanzar una sensibilidad lo suficientemente buena para un análisis deseado; o pueden convertir el producto de una reacción a otra especie química que pueda ser medida fácilmente por transductores comerciales. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

43. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • 4.9.1.- ACIDOS GRASOS LIBRES • Sode (1989), diseño un biosensor para acidos grasos, basado en el un proceso de 2 pasos: • R – CH2CH2COOH + R’CO – CoA R - CH2CH2CO – CoA + R’COH • R - CH2CH2CO – CoA + O2 RCH = CHCO – CoA + H2O2 • RESULTADOS: • Se logro atrapar a enzimas dentro de una membrana de nitrato, la cual fue colocada sobre una membrana de teflon de una membrana tipo Clark. • El biosensor fue lineal desde .038 hasta 2mM de acido oleico • Para el acido palmitico fue lineal hasta 2.2 mm. • VENTAJAS: • El biosensor de 2 enzimas, fue simple de hacer. • Mas sensible que un biosensor de 5 enzimas • En aplicaciones medicas (detectar ácidos grasos en la sangre), en la industria de la comida Carlos Roberto Santillán Rodriguez Un ácido graso es una molécula orgánica formada por una larga cadena hidrocarbonada, de número par de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo.

44. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • 4.9.2.- BIOSENSOR DE PESCADO FRESCO: • Consta de 4 biosensores: • El primer biosensor consta de una sola enzima • El segundo biosensor consta de 2 enzimas: • El tercero de 8 enzimas • El cuarto de 4 enzimas • Se obtuvo un algoritmo de la reacción de las enzimas y la interacción entre los cuatro biosensores: El resultado nos permite clasificar al pescado. K< 10% es muy fresco K<40% Fresco K>40% no es fresco Carlos Roberto Santillán Rodriguez

45. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.9.3.-AMPLIFICACION CON ENZIMA RECICLADA Macholan (1991), realizo una búsqueda de una reacción de una enzima, para amplificar la respuesta de un biosensor. Este concepto esta basado en el reciclado de substrato, a través de la segunda reacción, la cual entra de nuevo en la primera reacción (solo en reacciones reversibles). El objetivo principal, es generar mayor reacción del producto, de tal manera que pueda ser detectada por el transductor. VENTAJAS: Esto permite detectar niveles mas bajos para su analisis. DEVENTAJAS: La vida del biosensor no es buena, ya que su sensitividad cae por debajo del 50% en solo 2 semanas. Carlos Roberto Santillán Rodriguez

46. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 4.10.-BIOSENSORES DE ELECTRODOS DE CARBON BASADOS EN ENZIMAS Para modificar los electrodos de carbón, tienen que combinarse con partículas de carbón fino, con aceite de silicona, paradina, Nujol (aceite mineral), cera y otros materiales. Gracias a esto, la enzima puede ser inmovilizada sobre la superficie del carbón, y conectada eléctricamente a un metal nobles u otros tipos de electrodos. Esto fue usado en el diseño de biosensor implantable de glucosa, por Xie y Wilkins (1991). 4.11.-BIOSENSORES DE ENZIMA DE FASE ORGANICO Es posible mantener enzimas en ambientes mas activos, usando líquidos orgánicos, como el benceno, cloroformo, heptano, hexano en lugar de medios acuosos. Esto es posible, gracias a una cantidad determinada de H2O, para acegurar que la enzima retenga la actividad catalítica. Se requiere también un soporte electrolítico no acuoso u otro método para transferir electrones en la fase orgánica, preferentemente líquidos orgánicos (ya que son no conductores). Carlos Roberto Santillán Rodriguez

47. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI Esto es un concepto muy reciente para biosensores, usados para el análisis de sustancias poco solubles en el agua: Aceites y lípidos. Hay evidencia de que esta técnica puede mantener algunas enzimas en un nivel de catálisis tan alto que es normalmente posible en el H2O. VENTAJAS: Extiende el tiempo de vida de algunas enzimas, a comparación con los ambientes acuosos. Carlos Roberto Santillán Rodriguez CATALISIS.-La catálisis es el proceso a través del cual se acelera una reacción química.

48. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • 4.11.2.- APLICACIONES • Medición de para-cresol • Medición de colesterol.- se utiliza la oxidación del colesterol sobre polvo de aluminio, mezclado con cloroformo y hexano. Se uso un electrodo de O2 como transductor. • RESULTADOS: • La actividad optima se tiene cuando hay 5% de H2O presente. • El biosensor fue lineal solo dentro de un rango de concentración de colesterol desde 1 hasta 10mm • El limite de detección mas bajo es alrededor de .4mm. • También detecta Sterols (es un subgrupo de los esteroides). Carlos Roberto Santillán Rodriguez Los cresoles son un grupo de compuestos químicos manufacturados que también ocurren normalmente en el medio ambiente.

49. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI • 4.12.- DONANTES ALTERNATIVOS DE ELECTRONES: • Mientras que el O2 es la mayor fuente biológica de electrones libres para el mantenimiento del metabolismo en células animales, otros agentes reductores proveen una fuente de electrones para diferentes tipos de reacciones de enzimas catalizadoras. • gionones • tetrathiafulvalene • rubidio • Tungsteno • phonoxazines • Azufre • Sales conductoras organicas como el N-metilphenazinium Carlos Roberto Santillán Rodriguez

50. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI VENTAJAS: La medición pues ser hecha bajo condiciones con oxigeno y sin oxigeno. Es posible medir la corriente en un pequeño potencial en donde normalmente se necesitaría un electrodo de O2 o de H2O2. DESVENTAJAS: Cuando el O2 esta presente, pueden existir interferencias con las otras especies químicas donadoras. Carlos Roberto Santillán Rodriguez