Biosensores – encuentre fabricantes y proveedores

Los biosensores detectan sustancias biológicas o químicas mediante un elemento de reconocimiento biológico y convierten la reacción en una señal medible.

Se utilizan para detectar sustancias como la glucosa, el lactato, las enzimas, los anticuerpos, los microorganismos, las toxinas y otros analitos biológicos o químicos.
Un biosensor suele constar de un elemento de reconocimiento biológico, un transductor y un circuito electrónico de evaluación. El elemento de reconocimiento reacciona de forma selectiva con la sustancia objetivo. El transductor convierte esta reacción en una señal eléctrica, óptica, térmica o mecánica.
Los biosensores se utilizan en el diagnóstico médico, la biotecnología, el análisis de alimentos, la vigilancia medioambiental y los sistemas de análisis y procesos industriales.
Dependiendo de la aplicación, están disponibles como elementos sensores individuales, células de medición, sondas, tiras reactivas, sensores de flujo continuo o componentes de instrumentos analíticos completos.
A continuación se ofrece una visión general de los tipos típicos, las aplicaciones, las ventajas, las limitaciones y los criterios de selección importantes para los biosensores.

Tipos de biosensores

Biosensores enzimáticos

Los biosensores enzimáticos utilizan enzimas como elementos de reconocimiento biológico.
La enzima reacciona de forma selectiva con la sustancia que se desea medir. Esto produce productos de reacción o cambios medibles que son detectados por el transductor.
Los biosensores enzimáticos se utilizan, por ejemplo, para medir glucosa, lactato, glutamato, glutamina, colesterol o alcohol.
La precisión de la medición depende, entre otros factores, de la actividad enzimática, la temperatura, el valor del pH y la composición de la muestra.

Inmunosensores

Los inmunosensores se basan en la unión específica entre anticuerpos y antígenos.
Pueden detectar proteínas, patógenos, alérgenos, toxinas y otras sustancias biológicas diana.
La reacción de unión se evalúa electroquímicamente, ópticamente o mediante un cambio de masa en la superficie del sensor.
Para obtener resultados fiables, deben minimizarse en la medida de lo posible las reacciones cruzadas con sustancias similares.

Biosensores basados en ácidos nucleicos

Los biosensores basados en ácidos nucleicos detectan secuencias específicas de ADN o ARN.
Para ello, se inmovilizan fragmentos de ácido nucleico correspondientes en la superficie del sensor. Cuando la secuencia objetivo se une a esta superficie, se genera una señal evaluable.
Estos sensores pueden utilizarse para detectar características genéticas, contaminación biológica o determinados microorganismos.

Biosensores basados en células

Los biosensores basados en células utilizan células vivas o componentes celulares como elementos de reconocimiento.
Las células reaccionan ante sustancias específicas, condiciones ambientales o influencias tóxicas. A continuación, se miden los cambios en el metabolismo, el crecimiento u otras funciones celulares.
Los sistemas basados en células se utilizan en ensayos farmacéuticos, toxicología y análisis medioambientales.

Biosensores electroquímicos

Los biosensores electroquímicos convierten una reacción biológica o química en una señal eléctrica.
Dependiendo del diseño, se miden corrientes eléctricas, tensiones, resistencias o impedancias.
Los biosensores electroquímicos pueden diseñarse en formatos compactos y suelen ser adecuados para pequeños volúmenes de muestra, así como para sistemas de medición móviles o automatizados.
Sin embargo, la superficie del electrodo puede verse afectada por depósitos, contaminación o componentes de la muestra.

Biosensores ópticos

Los biosensores ópticos detectan cambios en las señales luminosas.
Entre los parámetros medidos se incluyen la absorción, la fluorescencia, la luminiscencia, la reflexión y los cambios en el índice de refracción.
Los biosensores ópticos pueden alcanzar una alta sensibilidad y, dependiendo de su diseño, pueden detectar varias sustancias simultáneamente.
Las muestras turbias, coloreadas o que dispersan mucho la luz pueden afectar a la medición.

Biosensores piezoeléctricos

Los biosensores piezoeléctricos detectan cambios de masa en la superficie oscilante del sensor.
Cuando la sustancia objetivo se une a la superficie recubierta, cambia la frecuencia de resonancia del elemento sensor.
Estos sistemas son adecuados para investigar procesos de unión. La temperatura, la viscosidad y los depósitos no específicos pueden influir en el resultado de la medición.

Aplicaciones de los biosensores

Diagnóstico médico

En el diagnóstico médico, los biosensores se utilizan para determinar valores metabólicos, biomarcadores, patógenos y otros parámetros de relevancia médica.
Entre las aplicaciones más conocidas se encuentran la medición de la glucosa y del lactato.
Dependiendo de su diseño, los biosensores pueden formar parte de instrumentos de laboratorio, dispositivos de medición portátiles, tiras reactivas o sistemas de medición de funcionamiento continuo.

Biotecnología y fermentación

En los procesos biotecnológicos, los biosensores controlan los nutrientes, los productos metabólicos y las condiciones del proceso.
Los valores medidos, como la glucosa, el lactato, el glutamato, la glutamina o el oxígeno, proporcionan información sobre el progreso de los procesos de fermentación y los cultivos celulares.
La detección rápida permite identificar desviaciones en una fase temprana y ajustar las condiciones del proceso.

Investigación farmacéutica

En la investigación farmacéutica, los biosensores se utilizan para estudiar principios activos, proteínas, reacciones de unión y respuestas celulares.
Pueden automatizar series de mediciones y detectar cambios en los procesos biológicos en poco tiempo.
Para obtener resultados comparables, se requieren condiciones de muestra reproducibles, una calibración adecuada y una superficie del sensor controlada.

Industria alimentaria y de bebidas

Los biosensores pueden detectar ingredientes, alérgenos, microorganismos, toxinas y residuos en alimentos y bebidas.
Se utilizan para inspeccionar materias primas, procesos de producción y productos terminados.
Las grasas, las proteínas, los colorantes, las partículas y otros componentes de la muestra pueden influir en el resultado de la medición. Por lo tanto, el sensor debe ser adecuado para la matriz alimentaria correspondiente.

Análisis medioambiental

En el análisis medioambiental, los biosensores se utilizan para detectar contaminantes, microorganismos, pesticidas y contaminación orgánica.
Se pueden analizar agua, aguas residuales, extractos de suelo y otras muestras medioambientales.
Las carcasas robustas de los sensores, su sencillo funcionamiento y su baja sensibilidad a las fluctuaciones de temperatura son ventajas para las aplicaciones móviles.

Monitorización de procesos industriales

Los biosensores pueden integrarse en sistemas de análisis y procesos industriales.
Supervisan parámetros biológicos o químicos en reactores, tuberías, celdas de medición y sistemas de muestreo automatizados.
La resistencia a los medios de proceso, una vida útil adecuada y la posibilidad de limpiar o sustituir el elemento sensor son aspectos importantes para el funcionamiento continuo.

Ventajas de los biosensores

• Detección selectiva de sustancias biológicas o químicas específicas
• Tiempos de medición cortos
• Requisitos mínimos de muestra
• Diseños compactos
• Integración en sistemas de medición móviles y automatizados
• Posibilidad de realizar mediciones continuas o repetidas
• Disponibilidad de diferentes elementos de reconocimiento biológico
• Varias señales de salida eléctricas y ópticas
• Uso en laboratorios, entornos de producción y análisis móviles
• Posibilidad de monitorización directa del proceso

Limitaciones de los biosensores

• Los elementos de reconocimiento biológico pueden ser sensibles a la temperatura, la humedad, el valor del pH y los productos químicos.
• Las enzimas, los anticuerpos, las células y otros componentes biológicos suelen tener una vida útil y de almacenamiento limitada.
• Los componentes de la muestra pueden acumularse en la superficie del sensor y alterar el resultado de la medición.
• Las sustancias similares pueden provocar reacciones cruzadas, dependiendo del elemento de reconocimiento.
• La calibración puede variar durante el funcionamiento y debe comprobarse periódicamente.
• Algunos biosensores están diseñados para un solo uso.
• La limpieza y la regeneración de los sensores reutilizables pueden llevar mucho tiempo.
• Los resultados de laboratorio no siempre pueden trasladarse directamente a muestras reales o procesos industriales.
• El rendimiento de un biosensor suele depender en gran medida de la composición de la muestra.
• No se dispone de valores de comparación estandarizados de diferentes fabricantes para todas las aplicaciones.

Criterios importantes para la selección de biosensores

Sustancia objetivo

El primer paso consiste en definir qué sustancia o grupo de sustancias se va a detectar.
El biosensor debe contener un elemento de reconocimiento biológico adecuado para el analito en cuestión.
También deben tenerse en cuenta las posibles sustancias acompañantes y los compuestos químicamente similares, ya que pueden influir en el resultado de la medición.

Rango de medición y límite de detección

El rango de medición debe abarcar por completo las concentraciones previstas.
Se requiere un límite de detección suficientemente bajo para concentraciones muy bajas.
Sin embargo, un sensor especialmente sensible no es automáticamente mejor si el rango de concentración relevante es significativamente mayor.

Selectividad

La selectividad describe el grado de especificidad con el que el biosensor responde a la sustancia objetivo.
En muestras complejas, moléculas similares u otros componentes pueden generar señales no deseadas.
Por lo tanto, el fabricante debe especificar las sensibilidades cruzadas conocidas y los tipos de muestras con los que se ha probado el sensor.

Tiempo de respuesta

El tiempo de respuesta necesario depende de la aplicación.
Para la monitorización continua de procesos o mediciones que cambian rápidamente, el sensor debe detectar los cambios en un breve periodo de tiempo.
En el caso de análisis de laboratorio individuales, puede ser aceptable un tiempo de medición más largo si ello mejora la sensibilidad o la precisión.

Tipo de muestra y preparación de la muestra

La sangre, los medios de cultivo celular, los alimentos, las aguas residuales y los líquidos de procesos industriales plantean diferentes exigencias a un biosensor.
La viscosidad, el contenido de partículas, el color, la temperatura y la composición química pueden influir en la medición.
Debe determinarse si la muestra debe diluirse, filtrarse, prepararse o someterse a un control de temperatura.

Vida útil y estabilidad de almacenamiento

Los elementos de reconocimiento biológico pueden perder actividad durante el almacenamiento y el funcionamiento.
Se deben tener en cuenta la vida útil, la temperatura de almacenamiento permitida, el embalaje, la protección contra la humedad y los posibles requisitos de refrigeración.
En el caso de los sensores reutilizables, también es relevante el número de ciclos de medición o regeneración posibles.

Sensor de un solo uso o reutilizable

Los sensores de un solo uso reducen los requisitos de limpieza y el riesgo de contaminación cruzada entre muestras.
Los sensores reutilizables pueden resultar más económicos para mediciones frecuentes, pero requieren procedimientos adecuados de limpieza, calibración y regeneración.
La elección depende de la frecuencia de medición, los requisitos de higiene y el coste por medición.

Señal de salida e interfaces

La señal de salida debe ser compatible con el sistema de medición o control existente.
Dependiendo del biosensor, se proporcionan señales de corriente, tensión, frecuencia, digitales u ópticas.
Para las aplicaciones automatizadas, es importante contar con interfaces adecuadas, una transmisión de datos estable y la integración en el software de evaluación.

Calibración

Los biosensores requieren una calibración adecuada para el rango de medición previsto y el tipo de muestra.
Se deben tener en cuenta los intervalos de calibración, las soluciones de referencia, la compensación de temperatura y la posible deriva.
La calibración debe documentarse y ser trazable para garantizar resultados comparables.

Condiciones ambientales y del proceso

La temperatura, la presión, la humedad, las vibraciones, las interferencias electromagnéticas y los medios agresivos pueden influir en el funcionamiento.
En aplicaciones industriales, las carcasas, las juntas, las superficies de los sensores y las conexiones eléctricas deben diseñarse para las condiciones respectivas.

Limpieza y sustitución

En el caso de los biosensores reutilizables, debe determinarse cómo se puede limpiar o regenerar la superficie del sensor.
Los productos de limpieza y los procedimientos de desinfección no deben dañar el elemento de reconocimiento biológico.
Un elemento sensor sustituible puede simplificar el mantenimiento y la reparación.

Resumen

Los biosensores combinan elementos de reconocimiento biológico con transductores eléctricos, ópticos, térmicos o mecánicos.
Dependiendo de la aplicación, se utilizan biosensores enzimáticos, inmunológicos, basados en ácidos nucleicos, basados en células, electroquímicos, ópticos o piezoeléctricos.
Entre las aplicaciones típicas se incluyen el diagnóstico médico, la biotecnología, la investigación farmacéutica, el análisis de alimentos, la vigilancia medioambiental y el control de procesos industriales.
Los principales criterios de selección incluyen la sustancia objetivo, el rango de medición, la selectividad, el límite de detección, el tiempo de respuesta, el tipo de muestra, la vida útil y la interfaz.
Dado que los elementos de reconocimiento biológico pueden ser sensibles a las condiciones ambientales y al envejecimiento, a la hora de adquirirlos hay que tener en cuenta el almacenamiento, la calibración, la limpieza y la sustitución.

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