Universidad Nacional de Moquegua
Escuela Profesional de Ingeniería
Ambiental
Elaboración de mapa conceptual
TITULO DEL ARTICULO: Avances recientes en el
desarrollo de biosensores basados en nanotecnología para
• Carmen
Carreño plomo, mercurio y cadmio
la detección
de arsénico,
2021
2021
Presentado por: Joshelin Shantal Alarcon Mamani
Docente: Hebert Hernan Soto Gonzales
Autores del Articulo: Armin Salek Maghsoudi, Shokoufeh
Hassani,
Kayvan
Mirnia,
Mohammad Abdollahi
A R T I C U L O
Avances recientes en el desarrollo de biosensores basados en nanotecnología para la detección de arsénico, plomo, mercurio y cadmio
Esta revisión intentó investigar los biosensores novedosos, sensibles, eficientes, de costo-beneficio, de punto de atención y fáciles de usar diseñados para
detectar estos metales pesados basándose en mecanismos funcionales. Nuestro estudio mostró que, además de las estrategias de detección etiquetadas y sin
etiquetas, se utilizó una amplia gama de nanopartículas y nanocompuestos para modificar la plataforma de superficie del biosensor en la detección de metales
pesados. Se estudia el límite de detección y el rango dinámico lineal como característica esencial de biosensores superiores para los metales tóxicos
primarios. Además, se describen las perspectivas y desafíos que enfrenta el diseño de biosensores de metales pesados.
INTRODUCCION
La contaminación por metales pesados, especialmente diversas formas de arsénico, plomo, mercurio y cadmio, es importante en la mayoría de los países del mundo
y en los Estados Unidos. Por supuesto, la situación empeora día a día. Los metales pesados se absorben a través del tracto gastrointestinal, la inhalación de vapores
que contienen metales y la exposición dérmica. Otra ruta para la entrada del plomo en la celda es el transportador de metal divalente 1 (DMT1). mercurio también
ingresa a la célula a través de transportadores de aminoácidos, transportadores de aniones orgánicos y proteínas asociadas a la resistencia a múltiples fármacos (MRP).
Los metales con propiedades tóxicas pueden perder uno o más electrones y convertirse en cationes, por lo que esta exposición de estados de oxidación variables les
permite reaccionar con órganos biológicos.
En la actualidad se utilizan nuevos dispositivos capaces de realizar pruebas de información analíticas cuantitativas y semicuantitativas mediante la implementación
de un elemento de reconocimiento biológico. Estos dispositivos son biosensores que generan señales proporcionales a la concentración de los analitos y miden su
reacción física o química. La aplicación de la nanobiotecnología para diseñar biosensores eficientes en campos de investigación y comerciales permite la detección
rápida y sencilla de biomarcadores de diversas enfermedades, patógenos, pesticidas y otros tipos de contaminantes ambientales. Sin embargo, además de centrarse en
el mecanismo de toxicidad, el propósito principal de este estudio es investigar el diseño y la funcionalidad de nuevos biosensores de 2015 a 2020 para detectar
arsénico, plomo, mercurio y cadmio, y la aplicación de nanomateriales y métodos de nanotecnología en la construcción de estos biosensores.
Aplicación de nanomateriales
en el diseño de biosensores
Se
utilizan
métodos
químicos y bioquímicos
para
sintetizar
nanomateriales empleados
para
detectar
metales
pesados. La ventaja de los
métodos
es
producir
nanomateriales de menor
tamaño con un tamaño
uniforme y aumentar la
relación
superficie
/
volumen para lograr un
Clasificación de biosensores
basada en los principales
biorreceptores
Aptamer
como
nanomateriales biológicos:
Los
aptámeros
son
fragmentos de ADN y ARN
monocatenarios
seleccionados mediante la
evolución
in
vitro
denominada
evolución
sistemática
de
ligandos
mediante la técnica de
enriquecimiento exponencial
(SELEX) para unirse a los
objetivos específicos con alta
especificidad y afinidad. La
unión de un aptámero al
analito
cambia
la
conformación en la estructura
de los aptámeros, que puede
detectarse utilizando la señal
de salida de los transductores.
El anticuerpo como nanomateriales
biológicos: Los anticuerpos utilizados
para la producción de inmunosensores
son de dos tipos: monoclonales y
policlonales. La sensibilidad de los
anticuerpos policlonales es más
significativa que su especificidad. los
anticuerpos monoclonales son muy
específicos porque son producidos por
un tipo de célula inmunitaria y están
unidos al mismo epítopo de antígeno
correspondiente.
Clasificación de biosensores basada
en transductores primarios
La estrategia general en el
diseño preciso de biosensores
Electroquímico (EC): Esta
técnica implementa la ecuación
de Nernst, por lo que el potencial
del electrodo depende de la
concentración
de
especies
oxidadas y reducidas. Esta
técnica electroquímica puede
detectar cambios interfaciales
causados por procesos de
biorreconocimiento.
En este método, se utilizan las
propiedades
físicas
y
químicas intrínsecas de los
analitos, como el tamaño, la
carga eléctrica, el peso
molecular, la impedancia
eléctrica, el índice de
refracción y las propiedades
dieléctricas.
Biosensor de base óptica:El
propósito de diseñar biosensores
basados en la química de
luminiscencia es combinar la alta
sensibilidad de las respuestas
emisoras de luz con la estructura
de los sensores, lo que da como
resultado el logro de una
herramienta altamente sensible y
práctica.
Biosensor de base piezoeléctrica:
En los biosensores de base
piezoeléctrica, los biosensores se
acoplan
a
materiales
piezoeléctricos como la cerámica y
el cuarzo, que producen una señal
medible en respuesta a los cambios
en las oscilaciones inducidas por la
masa unidas a la superficie del
cristal piezoeléctrico.
Diseño de biosensores basado en
un enfoque de nanotecnología para
el análisis de metales pesados
Contaminación
ambiental,
mecanismos de toxicidad y
peligros para la salud de los
metales pesados:Los recursos
naturales y antropogénicos son
dos fuentes importantes de
contaminación
ambiental
causada por metales pesados.
Arsénico:El arsénico existe en
formas orgánicas e inorgánicas y
se encuentra en la naturaleza en
formas trivalentes y quinvalentes
Guiar: El plomo tiene varios
efectos hematológicos. El impacto
más importante es interferir con la
vía de biosíntesis del hemo al
inhibir las enzimas clave ácido
delta-aminolevulínico deshidratasa
y ferroquelatasa.Los efectos del
plomo en los huesos son notables y
su vida media en los huesos es muy
alta en comparación con la sangre.
Arsénico: a función de un
aptámero de arsénico
específico se combina con
las propiedades ópticas del
punto cuántico en esta
sonda. La
unión
del
arsénico trivalente a QDsDNA provoca cambios
conformacionales en la
estructura del ssDNA, lo
que finalmente aumenta la
señal de salida de
fluorescencia.
Guiar: El análisis del
nivel de plomo es
fundamental
en
muestras ambientales
como agua, alimentos,
suelo
y
muestras
biológicas
como
sangre. Además de los
métodos
convencionales como la
absorción atómica, la
espectrofotometría y la
cromatografía, se han
diseñado
varios
sensores y biosensores.
Enzima: La enzima reconoce un
analito específico similar a una llave
que encaja en una cerradura. Los
mecanismos de funcionamiento de las
enzimas en los biosensores pueden
incluir convertir el analito en un
producto sensor medible sin participar
en la reacción, detectar un analito que
actúa como activador o inhibidor de la
enzima y, finalmente, evaluar las
propiedades de alteración de la enzima
después de la interacción con el analito.
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.Una de las
ventajas de los biosensores basados en microbios
es que no requieren purificación, que es un proceso
costoso y que requiere mucho tiempo. Los
biosensores sensibles se pueden fabricar
integrando
microorganismos
con
varios
transductores electroquímicos, ópticos y de masa.
Biosensor de base magnetoelástica:
Debido a la propiedad de
magnetoestricción de las cintas, su
forma cambia en presencia de un
campo
magnético. El
funcionamiento de este mecanismo
es similar al método de microbalanza
de cristal de cuarzo. La excepción es
que estos tipos de biosensores
funcionan por magnetoelasticidad en
lugar de piezoelectricidad.
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.La base del
método de detección en el método
FET eléctrico es el efecto de los
cambios en la permitividad y las
interacciones de carga.
Mercurio: Una proporción
muy alta de mercurio se
absorbe en el hígado, los
riñones y el tejido nervioso, y
su toxicidad ocurre en el tracto
gastrointestinal, el sistema
nervioso y los riñones.
Cadmio: El cadmio afecta las
vías de señalización, incluido
el bloqueo de los canales de
calcio, el aumento del calcio
libre citosólico y el polifosfato
de inositol. Los niveles de
cadmio en sangre y orina
reflejan la exposición al
cadmio reciente y crónica,
respectivamente.
Tabla
1 Metales pesados y su fuente
y efecto sobre la salud
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. Además del papel de los absorbentes de metales, Los nanomateriales se utilizan para
diseñar sistemas de seguimiento de la concentración de metales debido a sus propiedades eléctricas, ópticas y magnéticas únicas. Por
otro lado, tienen la función de amplificar señales eléctricas y ópticas. Algunos biosensores proporcionan un límite de detección más
bajo y un método más sensible para medir metales pesados al mismo tiempo que son simples, rentables y requieren mucho tiempo. Sin
embargo, la mayoría de los biosensores aún no están disponibles para aplicaciones públicas y comerciales; la razón principal es que el
rendimiento de los biosensores es adecuado para estudios de investigación y condiciones de laboratorio debido a sus componentes.
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. Fakude y sus
colaboradores diseñaron un
biosensor
electroquímico
basado en aptámeros en el
que la superficie del
electrodo
de
carbono
serigrafiado (SPCE) se
modificó en un nuevo
enfoque.