Nanobiosensor

Nanobiosensor Aparato de alta tecnología que permite evaluar estas interacciones en una forma legible con la ayuda de una transducción.

Nanobiosensor. Se puede definir como un dispositivo de detección o un sistema de medición diseñado específicamente para la estimación de un material mediante el uso de las interacciones biológicas y luego evaluar estas interacciones en una forma legible con la ayuda de una transducción y la interpretación electromecánico.

Introducción

Sintiendo las respuestas biológicas, ha adquirido gran importancia en el escenario actual de la evolución del medio ambiente siempre dinámicos y la correspondiente alteración acontecimientos homeostáticos que ocurren en tanto in vivo, así como los niveles de ex vivo. El análisis del comportamiento de los materiales en constante cambio ha adquirido gran importancia en áreas como la farmacéutica diagnóstico, la detección calidad de los alimentos, así como aplicaciones ambientales. En esta referencia, el desarrollo de biosensores eficientes que pueden analizar los más mínimos detalles de las interacciones biológicas, incluso a una escala muy pequeña y con extrema precisión y máxima jamás posibles sensibilidades merece atención urgente.

Un componente clave de la biodetección son los mecanismos de transducción, que son responsables de la conversión de las respuestas de las interacciones bioanalyte de manera identificable y reproducible usando la conversión de la energía de reacción bioquímica específica en una forma eléctrica mediante el uso de mecanismos de transducción. Los nanomateriales pueden ser titulares maravillosos en esta dimensión, ya que tienen área de superficie alta a relaciones de volumen que permiten que la superficie a ser utilizado en un mejor y mucho más diversa manera funcional. Por otra parte, sus propiedades electromecánicas son los activos maravillosos para la tecnología de biosensores. Maravillas nanoestructurales proporcionadas por la nanotecnología han revolucionado los acontecimientos en el campo de la biología molecular que han proporcionado una oportunidad para la manipulación de átomos y moléculas y monitoreado el fenómeno biológico a nivel fisiológico con mucha más precisión.

La terminología nanobiosensores un término equivocado en el sentido de que tiene la palabra nano prefijado a él. Para llegar a la verdadera tecnología, hay que reunir a fondo la idea de lo que es un biosensor. A menudo como la nanociencia es de carácter interdisciplinario por lo que poner la palabra nano como prefijo implica el uso o la manipulación en una escala equivalente a una mil millonésima parte de un metro.

Definición e idea conceptual

Un biosensor se puede definir como un dispositivo de detección o un sistema de medición diseñado específicamente para la estimación de un material mediante el uso de las interacciones biológicas y luego evaluar estas interacciones en una forma legible con la ayuda de una transducción y la interpretación electromecánico. En términos de la modalidad conceptual y fundamental de la operación, estos componentes son, a saber, bioreceptor, transductor, y el detector. La función principal o propósito de un biosensor es detectar un material biológicamente específico. A menudo, estos materiales son anticuerpos, proteínas, enzimas, moléculas inmunológicas, y así sucesivamente. Se lleva a cabo mediante el uso de otro material biológicamente sensible que participa en la elaboración de bioreceptor. Por lo tanto, un bioreceptor es que los componentes de un biosensor que sirve como una plantilla para el material a detectar. No puede haber varios materiales que pueden ser utilizados como bioreceptores. Por ejemplo, un anticuerpo se criba utilizando antígeno y viceversa; una proteína se tamiza usando su correspondiente sustrato selectivo y así sucesivamente. El segundo componente es el sistema de transductor.

La función principal de este dispositivo es la de convertir la interacción de bioanalyte y su biorreceptor correspondiente en una forma eléctrica. El nombre en sí define la palabra como trans significa cambio y productor significa energía. Por lo tanto, básicamente transductor convierte una forma de energía en otra. La primera forma es bioquímico en naturaleza, ya que se genera por la interacción específica entre el bioanalyte y biorreceptor mientras que la segunda forma es por lo general de naturaleza eléctrica. Esta conversión de respuesta bioquímica en señal eléctrica se consigue a través del transductor. El tercer componente es el sistema detector. Este recibe la señal eléctrica desde el componente transductor y la amplifica adecuadamente de manera que la respuesta correspondiente se puede leer y estudió correctamente. Además de estos componentes, un requisito muy esencial de las nanobiosensores es la disponibilidad de sistemas de inmovilización que pueden ser utilizados para inmovilizar el bioreceptor a fin de que su reacción con bioanalyte mucho más factible y eficaz. Inmovilización hace que el proceso global de detección biológica más barato, y el rendimiento de los sistemas basados en esta tecnología también se ve afectada por cambios en la temperatura, el pH, la interferencia por los contaminantes, y otras variaciones fisicoquímicas.

Nanobiosensores

Fusión de la nanotecnología con Biosensores

La comprensión del concepto de biosensores sienta las bases para el estudio y el desarrollo de los nanobiosensores. Nanobiosensores son, básicamente, los sensores que se componen de los nanomateriales y curiosamente estos no son los sensores especializados que pueden detectar los eventos y acontecimientos a nanoescala. La pregunta que sostiene el interés de la descripción anterior es que por qué los nanomateriales están destinados a ser utilizados en la fabricación de biosensores o si van a conducir en cualquier diferencia significativa en la tecnología general. Los nanomateriales son un regalo único de la nanotecnología a la humanidad; estos son los materiales que tienen una de sus dimensiones entre 1 y 100 nanómetros.

Las restricciones de tamaño de estos materiales los hace muy especial, ya que tienen la mayoría de sus átomos constituyentes situados cerca de su superficie y tienen todas las propiedades fisicoquímicas vitales altamente diferentes de los mismos materiales en la escala mayor. Pueden desempeñar papeles muy eficientes en la detección mecanismo de la tecnología de biosensores. Dispositivos integrados de los nanomateriales con sistemas eléctricos dan lugar a sistemas nanoelectromecánicos (NEMS), que son muy activos en sus mecanismos de transducción eléctricos. Varios nanomateriales se han explorado sobre la base de sus propiedades electrónicas y mecánicas para su uso en la mejora de los mecanismos de señalización y transducción biológicos. Algunos de estos materiales que son ampliamente empleadas incluyen nanotubos, nanocables, nanorods, nanopartículas y películas delgadas hechas de materia nanocristalina . Entre estos, se estudia mejor el uso de nanopartículas y se analizó hasta la fecha.

Los nanobiosensores han servido como incursiones de desarrollo muy potentes en la tecnología de biosensores, que ha sido posible sólo gracias a las maravillas de implicaciones nanotecnológicos de la materia. Una amplia variedad de dispositivos biosensores que emplean nanopartículas o nanoestructuras se han investigado en una serie de estudios en todo el mundo. Estos pueden ser tan diversas como el uso de dispositivos amperométricos para enzimática detección de glucosa a la utilización de puntos cuánticos como agentes de fluorescencia para la detección de la unión e incluso el uso de nanomateriales bioconjugadas para la detección biomolecular específico. Estos incluyen nanopartículas coloidales que pueden utilizarse para conjugar con anticuerpos para aplicaciones immunosensing e inmunomarcaje. Estos materiales también se pueden utilizar para mejorar las detecciones microscópicas de electrones. Además, las nanopartículas de metal basado son materiales muy excelentes para aplicaciones electrónicas y ópticas y pueden utilizarse de manera eficiente para la detección de secuencias de ácidos nucleicos a través de la explotación de sus propiedades optoelectrónicas.

En él se destacan las ventajas potenciales de varios nanomateriales empleados y algunas pruebas fueron testigos de su uso hasta la fecha (codificada por las referencias correspondientes). Los detalles de los diferentes biosensores desarrollados por el uso de diferentes materiales en la nanoescala se mencionan con más detalle en el texto. Incluso, las nanopartículas magnéticas hechas de hierro y sus óxidos se han utilizado para la detección específica y eficiente de eventos basado magnetismo y las interacciones como las de imágenes por resonancia magnética (MRI). Estas partículas pueden ser acoplados con moléculas fluorescentes o se pueden hacer para entregar respuestas específicas mediante el acoplamiento con los campos magnéticos aplicados externamente.

Del mismo modo zinc y zinc a base de óxido nanoestructuras se han utilizado ampliamente para la detección de fenómeno bioquímico de una manera mucho más precisa y sensible. Estos se han utilizado en la detección optimizada de colesterol y muchos otros intermediarios metabólicos. Continuando a lo largo de la misma dirección, los nanotubos de carbono también se han utilizado para optimizar los eventos biosensores con referencia a su capacidad para permitir la detección rápida y mucho mejor las interacciones entre el analito y la molécula de bioreceptor. Biosensores basados en nanotubos de carbono han sido activamente en uso para la detección de la glucosa y la insulina. Ventajas y resultados de la utilización de diferentes nanomateriales y sus beneficios inherentes y los parámetros críticos en los que pueden tener impactos significativos y producir resultados.

• Selección y optimización de los nanomateriales para la tecnología de sensores:

Existe una gran cantidad, los factores que gobiernan o deciden el uso de un tipo particular de nanomateriales para aplicaciones de biosensores. Estos factores son los principales ingredientes de sus propiedades físicas y químicas, junto con sus respuestas sensibles y selectivos de energía, ya ha mencionado los principales nanomateriales importantes empleados para aplicaciones de biosensores. Exactamente antes de la implementación o la adición de un nanomaterial para las aplicaciones de detección, primero se centra en su fabricación deseada, que es una parte del diseño experimental conocido como "Nanofabricación." La técnica de nanofabricación dirige a dos operaciones vitales, a saber, la fabricación y el diseño de adhesivo nanoescala superficies a través de la tecnología de circuitos integrados y la ingeniería de superficies de nanomateriales a través del proceso de micromecanizado. Esta técnica, desarrollada para biosensores, utiliza las variaciones de cuatro procesos básicos: la fotolitografía, la película de grabado/crecimiento delgada, las estrategias de ataque químico de la superficie, y los parámetros de unión química.

Electrodos a nanoescala que han entrado en la imagen como resultado de la técnica de la litografía han mejorado la precisión de los biosensores, proporcionando mucho mejores y mayores áreas de superficie que a su vez permiten la inmovilización que deben alcanzarse con mayor precisión . Biosensores de glucosa, haciendo uso de la enzima glucosa oxidasa, se han desarrollado utilizando estas innovaciones. Las estrategias que implican el uso de nanopartículas activas de platino más de las láminas de nanotubos de carbono han mejorado significativamente la inmovilización de los sistemas de enzima requerida para la detección de los materiales de analito. Estos sistemas tienen aplicaciones mucho más amplias de manera significativa a la tecnología de biosensores, lo que permite la detección de glucosa a partir de varias fuentes distintas de la sangre. De una manera similar, también se han desarrollado parejas de inmunosensores que implican recubrimiento de películas delgadas sobre la superficie de detección que permite una detección más rápida y mejor de los analitos correspondientes .

Propiedades eléctricas y electromecánicas de alta sensibilidad, se incorporan en varios materiales de ingeniería con los sistemas nanoelectromecánicos (NEMS), que han permitido la generación de complejos eléctricos, mecánicos, de fluidos, térmicas, ópticas y propiedades magnéticas de los materiales con tamaños de hasta el nanómetro nivel. Por lo tanto la tecnología NEMS ha proporcionado muchos materiales con nuevas propiedades debido a su funcionalización nanoescala. NEMS y MEMS dispositivos han permitido mejor y mejor sofisticado rendimiento de los materiales mecánicas como las propiedades mecánicas de un material son una función crítica de su tamaño. Además, estos dispositivos se han acoplado con los sistemas biológicos y moléculas para mejorar sus características de adhesión bio y la respuesta a una amplia gama de estímulos. Con la implementación de NEMS y MEMS, las fuerzas de superficie como la fricción, adherencia, fuerzas de cohesión, y las fuerzas de arrastre viscoso se pueden controlar de una manera muy precisa que permite la mejor modelado de las interacciones bioquímicas que participan en la tecnología de biosensores .

Otro factor importante considerado durante el uso de nanomateriales para detectar aplicación es el control y la optimización de sus propiedades ópticas. Los fenómenos como la resonancia de plasmón superficial son muy interesantes y, en particular, se espera de las nanopartículas con el fin de maximizar la respuesta óptica, escala nítida y precisa de los materiales de detección con la luz incidente. El efecto de resonancia de plasmón de superficie se refiere a la excitación de superficie de la partícula con las especies iónicas y partículas cargadas que crean iones y dan lugar a la excitación del estado fluídico de partículas cargadas. Esta propiedad es muy adecuada en caso de nanopartículas debido a sus propiedades ópticas únicas que les dan carácter fotónico y excelente capacidad de ser utilizado como fluoróforos. Este fenómeno hace uso de la reflexión interna total que tiene lugar para el ángulo de incidencia de llegar más allá de un valor crítico. Aquí, el reflejo de la luz a través de una fina capa de nanopartículas metálicas recubiertas por una superficie se optimiza mediante el ajuste correspondiente del ángulo crítico de reflexión.

En el caso de los nanomateriales, este fenómeno es muy lógico y es especialmente nombrado como localizado resonancia de plasmón superficial. Superficie efecto de resonancia de plasmones también depende del índice de refracción de un medio y es la propiedad más fundamental que rige el flujo de luz a través de un medio. Debido al fenómeno de la resonancia de plasmón de superficie, un nanobiosensor está mejor equipado para detectar el fenómeno minutest interactuar, lo que permite un grado mucho mayor fiable y gran parte de la estimación de las interacciones biológicas a través de un nanobiosensor en comparación con un biosensor .

De esta manera, los nanomateriales, independientemente de su naturaleza, necesitan ser optimizados para su desempeño y efecto según el objetivo deseado antes de ser implementado en realidad con el propósito biosensores. Cristales semiconductores nanoestructurados pueden utilizarse de manera eficiente para mejorar la detección de respuestas neurológicas a través del acoplamiento a través de la molécula de detección de naturaleza biológica. Estos se pueden acoplar con el conjunto de péptido de una gama de nanomateriales de modo que la interacción eficiente puede ser generada por medio de auto-ensamblaje y Esto también ahorra un montón de tiempo que se está involucrado en las tecnologías y los métodos actualmente disponibles.

Por otra parte, estos pueden detectar rápidamente el estímulo biológico tal como la de un segmento de ADN o una secuencia de nucleótidos característica relativa a las proteínas o incluso RNA . Por otra parte una estrategia clave en la conformación de seguimiento de los nanomateriales para aplicaciones deseadas consiste en la puesta a punto y la ingeniería de su superficie mediante incursiones sofisticados colectivamente denominados como los procedimientos de micromecanizado. Factores como relaciones de aspecto, funcionalización con otros materiales y problemas de compatibilidad con respecto al material que se analizaron para son altamente crítico para el uso de nanomateriales en aplicaciones de biosensores.

Nanobiosensores

Variaciones y tipos

La clasificación de nanobiosensores es un área muy diversa. Esto es así ya que se basa en la naturaleza de los nanomateriales incorporados en la operación de biodetección. Además de la clasificación aquí no es tan simple como es en el caso de los biosensores. En caso de biosensores, clasificamos los sensores en dos criterios, a saber, el tipo de material que se analiza y la otra es sobre la base del mecanismo de transducción de señales empleada. Por ejemplo, si se nos proyectaremos cualquier antígeno o enzima a través de los biosensores, les nombramos como biosensores antígeno o biosensores enzimáticos como por la convención de nombrar un biosensor a través de la naturaleza de la sustancia analizada.

Del mismo modo, si llegamos a la clasificación de los biosensores con respecto a su mecanismo de detección, los tipos principales son electroquímica, calorimétrico, óptico, y acústico. Cada una de estas clases se basa en el mecanismo de transducción implicada e incluye una serie de superposición de categorías de sensor debajo de ella. Por ejemplo, amperométricos y potenciométricos biosensores pertenecen a la categoría de sensores electroquímicos; Del mismo modo biosensores ópticos llevan sensores basados ​​en fibra óptica y resonancia de plasmón superficial sensores basados ​​en virtud de ellos .

Teniendo en cuenta la clasificación de nanobiosensores, se observa que los criterios de clasificación son la naturaleza de los nanomateriales está involucrado para mejorar el mecanismo de detección. Por ejemplo, los biosensores basados en nanopartículas incluyen todos los sensores que emplean nanopartículas metálicas como los potenciadores de las señales bioquímicas de detección. Del mismo modo, nanobiosensores se llaman sensores de nanotubos basados si involucran nanotubos de carbono como potenciadores de la especificidad y la eficiencia de reacción mientras biosensores utilizando nanocables como el transporte y los transportistas de carga se denominan como biosensores nanocables. Del mismo modo que hay puntos cuánticos basados en sensores que emplean puntos cuánticos como los agentes de contraste para mejorar las respuestas ópticas. El texto delante alista algunas de las principales clases de nanobiosensores desarrollados hasta la fecha y las que están en uso práctico.

Nanopartículas de Base Sensores./Acoustic Wave Biosensores

Biosensores de ondas acústicas se han desarrollado para amplificar las respuestas de detección a fin de mejorar la precisión global de los límites de biodetección. No puede haber tantos efectos de estímulo basado en este tipo de sensores. La variante basado en la masa de estos sensores implica la conjugación de anticuerpo modificado partículas de sol que se unen a sí mismos sobre la superficie del electrodo que ha sido complejado con las partículas de analito conjugado en una manera que moléculas de anticuerpos se inmovilizan sobre la superficie del electrodo. La gran masa de partículas de sol encuadernadas de los resultados de anticuerpos en un cambio en la frecuencia de vibración de la plataforma de detección de cuarzo con base, y este cambio actúa como la base de la detección. En general, el diámetro preferido de las partículas de sol basado en anticuerpos es de entre 5 y 100 nm. Las partículas de oro, platino, sulfuro de cadmio, y dióxido de titanio se prefieren generalmente .

Biosensores magnéticos

Biosensores magnéticos utilizan las nanopartículas magnéticas especialmente diseñados. Se trata principalmente de ferrita materiales basados, ya sea utilizar individualmente o en forma combinada. Estos tipos de sensores son muy útiles con referencia a las aplicaciones biomédicas. Los materiales magnéticos permiten una gran cantidad de diversidad para varias aplicaciones analíticas. Esto es así porque los compuestos magnéticos implicados en el cribado constituidos de hierro junto con otros metales de transición, que tienen diferentes propiedades. Con la incorporación de nanopartículas magnéticas, los dispositivos de biodetección usados ​​convencionalmente se han convertido en más más sensible y potente. Las aleaciones de metales de transición con hierro y otros materiales que tienen electrones no apareados en sus orbitales d han sido muy versátiles en sus comportamientos magnéticos.

Un tipo muy popular de materiales que han salido a la luz que afecten a estos emplea técnicas de bioensayo magnéticas que se utilizan para el aislamiento específico de objetivos marcadas magnéticamente con la ayuda de un magnetómetro . Los dispositivos especiales tales como dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID) se han utilizado para la detección rápida de dianas biológicas utilizando la naturaleza súper paramagnético de nanopartículas magnéticas. Estos dispositivos se utilizan para detectar los antígenos específicos de las mezclas mediante el uso de anticuerpos unidos a nanopartículas magnéticas . Estos hacen uso del efecto paramagnético súper de materiales magnéticos que se observa particularmente en las partículas a nanoescala.

Biosensores electroquímicos

Estos sensores funcionan básicamente para facilitar o analizar las reacciones bioquímicas con la ayuda de medios eléctricos mejoradas. Estos dispositivos se basan principalmente en nanopartículas metálicas. Las reacciones químicas entre las biomoléculas puede llevarse a cabo fácilmente y de manera eficiente con la ayuda de nanopartículas metálicas, que ayudan de manera significativa en el logro de inmovilización de uno de los reactivos. Esta capacidad hace que estas reacciones muy específico y elimina cualquier posibilidad de obtener productos secundarios indeseables. En esta referencia, las nanopartículas de oro basada coloidales se han utilizado para mejorar la inmovilización de DNA sobre electrodos de oro que ha aumentado significativamente la eficiencia de un biosensor global mediante la reducción de más del límite de detección. Los biosensores se han diseñado usando nanopartículas de oro conjugados enzimáticos para la identificación de glucosa, xantina, y peróxido de hidrógeno.

En un estudio significativo por Xu et al., El análisis de la electroquímica de los sistemas enzimáticos que comprenden de peroxidasa caballo rojizo, inmovilizadas sobre electrodos de oro cargadas con nanopartículas de carbono, se ha propuesto . El estudio predice una respuesta más rápida amperométrica y más rápido y mucho mejor la capacidad de reducción electrocatalítica para la peroxidasa rojizo caballo. Como resultado, el biosensor desarrollado mostró mejora de la sensibilidad y límite de detección mucho más bajo en comparación con el uno sin el uso de nanopartículas.

En una tendencia similar, cristales semiconductores de tamaño nanométrico se pueden utilizar para mejorar la eficiencia de las reacciones fotoquímicas y se pueden etiquetar a entidades biológicas como las de enzimas y precursores para diseñar sistemas electroquímicos foto novedosos. En esta dimensión, Curri et al. (2002) han utilizado CdS nanocristalinos inmovilizadas utilizando el enfoque de auto-ensamblaje a fin de preparar un sistema de detección enzimático basado en inmovilizada deshidrogenasa formaldehído sobre los electrodos de oro con el fin de llevar a cabo la oxidación catalítica de formaldehído. En varios otros estudios, las nanopartículas de metal basado se han utilizado para acoplar a sí mismos con sondas biológicas y luego llevar a cabo la detección útil de las moléculas específicas de una mezcla. Los bioensayos basados en la especificidad biotina-estreptavidina se han diseñado en este sentido .

Nanotubos basados en sensores

Los nanotubos de carbono son uno de los nanomateriales más populares conocidos en este momento en el mundo de la ciencia de los materiales y aplicaciones optoelectrónicas. Desde su descubrimiento en 1990, han despertado el interés de todo el mundo debido a sus extraordinarias propiedades, la más importante de las cuales son la conductividad electrónica, las características geométricas físicas flexibles, y las propiedades físico-mecánicas siempre dinámicas que van desde la alta relación de aspecto de muy buenas habilidades de funcionalización junto con que tiene una alta resistencia mecánica y plegado de habilidades. Debido a estos atributos, ambos nanotubos de pared única, así como los nanotubos multi-pared se han utilizado en el diseño de biosensores para mejores y mejores actuaciones. Los avances de detección más populares que han salido a la palestra son los avances en el diseño de biosensores de glucosa que implican el uso de nanotubos como la inmovilización de las superficies para oxidaze enzima glucosa; esta enzima se utiliza para la estimación de la glucosa de los varios fluidos corporales.

En la convención, los sensores que utilizan enzimas predijo la presencia de glucosa a partir de los principales tejidos del cuerpo, pero el uso de nanotubos como conjuntos para la inmovilización ha llevado a la estimación de la glucosa de los fluidos corporales incluso escasos como lágrimas e incluso saliva. En una de tales disposiciones, los nanotubos de pared única se han empleado maravillosamente para la detección enzimática de glucosa, y esta innovación también ha dado aumento significativo en la actividad de la enzima . Se analizó el rendimiento mejorado del biosensor y se encontró así que, en gran parte debido a la alta carga de enzima y mejores conductividades eléctricas de los nanotubos. No sólo con sus flexibilidades estructurales, los nanotubos de carbono también se han utilizado para mejorar la detección eléctrica del fenómeno de detección, debido a sus características mejor y más suave flujo de transferencia de electrones. Las mejoras significativas en los biosensores catalíticos tienen sido ampliamente explotados en varios estudios, y en uno de tales estudios, esta innovación dio lugar a un mejor rendimiento en ambos oxidorreductasa glucosa oxidasa y flavina adenina dinucleótido precursores se unen a sus sustratos más eficientemente y de una manera mucho más controlable.

Del mismo modo, el efecto chemoelectroluminiscence ha sido mejorada mediante el acoplamiento de los CNT a las moléculas de detección de un sensor mediante una mejor conductancia de portadores de carga y control de sus características de flujo requeridas. En una revisión significativa e integral, los biosensores basados ​​en nanotubos de carbono han sido ampliamente resumido para los avances y ventajas clave que consiguen otorgado con, por la incorporación de matrices nanoestructuradas de nanotubos de carbono y los conjuntos sensibles relacionados con la estructura. Esta revisión destaca el potencial funcionalización de nanotubos de carbono y su rápida amabilidad para ser acoplada con biomoléculas como el ADN, las proteínas, las sondas de oligonucleótidos, y sus correspondientes beneficios en una excelente manera .

Nanocables basados en sensores

Los nanocables son arreglos cilíndricos al igual que las de los nanotubos de carbono, que tienen longitudes del orden de unos pocos micrómetros a centímetros y diámetros dentro de la nanorange. Los nanocables son las nanoestructuras unidimensionales con muy buenas propiedades de transporte de electrones. Significativamente, el movimiento de los portadores de carga en los nanocables se mejora vigorosamente y diferentes a las de materiales a granel. Sensores basados ​​en nanocables son muy inferior en número, pero la literatura reporta algunos ejemplos emocionantes donde el uso de nanocables ha mejorado significativamente el rendimiento y la detección de materiales biológicos.

En uno de tales estudios, Cui y grupo Lieber han informado de la realización de biosensores basados ​​en nanocables de silicio dopado con boro y los utilizó para la detección de especies biológicas y químicas Nanocables semiconductores han sido explotadas en un gran detalle y también se han utilizado para acoplar un número de biomoléculas para la identificación de sus sustratos específicamente vinculados. En un estudio, nanocables de silicio recubiertas con biotina se han utilizado para la detección y el aislamiento de moléculas de estreptavidina de una mezcla. El pequeño tamaño y la capacidad de estos nanocables los convierten en candidatos ideales para ser utilizados para biodetección de patógenos y muchos otros análisis en tiempo real de una amplia gama de especies biológicas y químicas, por lo tanto enormemente improvisar las precisiones actuales de actualmente utilizado procedimientos de diagnóstico in vivo. Como estos materiales de detección trabajan en dimensiones definidas con gran precisión, sino que también se pueden utilizar para lograr en aplicaciones in vivo y operar en los entornos más pequeños dentro de las células vivas.

En uno de tales estudios,Wang et al. han utilizado fibras ópticas con diámetros en el nanosize y recubierta con anticuerpos para detectar la presencia de sustancias tóxicas dentro de las células individuales . En otro estudio muy estrechamente relacionado, Cullum et al. han informado de la síntesis de nanocables de ZnO, ellos revestido en los electrodos de oro, y luego los utilizó para la detección de hidracina usando respuestas amperométricas . Se han propuesto una alta sensibilidad, bajo límite de detección, y los tiempos de respuesta mucho más bajos tiempos de respuesta que los reportados en el utilizado convencionalmente reportado en los sistemas de sensores utilizados convencionalmente. Los nanocables son muy versátiles en su rendimiento y son significativamente mejores que los nanotubos de dos maneras principales.

En primer lugar, permiten una serie de modificaciones en su diseño por el control de los parámetros de funcionamiento durante su síntesis. En segundo lugar, poseen una gran cantidad mucho más alcance para el desarrollo de conjuntos de funcionalizados en virtud de la existencia de materiales compatibles en sus superficies. A pesar de procedimiento de síntesis muy conocido para la síntesis de nanocables, su uso en el desarrollo de dispositivos de detección se ha reunido varias desafíos. Se ha informado por varios estudios relacionados que es difícil de incorporar nanocables en los sistemas de detección para la mejora general en sus conductividades eléctricas a realizarse. En un estudio muy avanzado, grupo Lieber han trabajado rigurosamente en nanocables semiconductores y las sintetizó mediante el uso de combinaciones de métodos previamente conocidos.

Ellos han desarrollado una compleja arquitectura tridimensional que comprende de al menos 200 asambleas de nanocables eléctricos independientes y los han utilizado para llevar a cabo una detección de bajo nivel de antígenos del cáncer de hueso de suero . Para el mejor análisis de la razón de ser de uso de nanocables o saber acerca de sus cualidades que pueden mejorar mecanismo de detección, Yang et al. proporcionado una valiosa rigurosamente hablando de nanocables y nanocintas así como sus aspectos estructurales y las características por las que se pueden utilizar en aplicaciones de detección.

En un par de avances relacionados, tanto Cui et al. y Huang et al. han explorado el saliente atributos de nanocables y explicó su utilidad en una mejor conducción y la detección de estímulos biológica . Huang et al. se han centrado en particular en la capacidad de resonancia de plasmón de superficie de nanocables, a través del cual estos pueden ser incorporados en las sondas de detección y mejorar significativamente la sensibilidad de detección de evento. Para que el proceso sea poco más simplificada, Stern et al. han desarrollado a través del enfoque de nanocables semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS). Este enfoque ha demostrado ser muy fácil en términos de control y regulación de los procedimientos de síntesis para nanocables y se ha utilizado para el análisis de fluidos de suero a fin de permitir el aislamiento de varios patógenos y proteínas en forma cruda .

De esta manera, los nanomateriales han demostrado ser muy próspero para iluminar la tecnología de detección y han mejorado los procedimientos de diagnóstico y detección a pasos agigantados. El diagnóstico más rápido y más rápido permitido por los protocolos de análisis y evaluación aún más rápido a través de los nanomateriales solo ha revolucionado el mecanismo de biosensores. Hay muchos otros nanomateriales, excepto las mencionadas anteriormente que se han capitalizado y utilizado en aplicaciones de biosensores. Nanopuntos asemejan la morfología de puntos cuánticos, nanoláminas, y muchas otras estructuras de geometrías alterados tales como nanocombs, nanocintas y nanocintas se han utilizado para mejorar los procedimientos convencionales de detección.

El acoplamiento de los sistemas piezoeléctricos y en voladizo ha añadido además un nuevo encanto a esta tecnología. Nanomateriales como puntos cuánticos se han agregado como etiquetas, junto con tintes sensibles, y han cedido termocrómico, fotocromático, y materiales electro crómico que puede mostrar detecciones muy sensibles que se pueden supervisar fácilmente. Ellos han ayudado significativamente en la mejora de los mecanismos de transporte de electrones y también en el desarrollo de mecanismos de actuación mucho más eficientes para imponer un estado particular de la observación en un sistema. El texto menciona por delante algún impacto provocando aplicaciones de nanobiosensores en los diferentes ámbitos de la vida.

Aplicaciones de nanobiosensores

La definición y la descripción del concepto de funcionamiento de nanobiosensores no dejan ningún espacio para sus aplicaciones, ya que son altamente versátil y multifuncional, que muchos y tal vez interminable. A partir de la estimación y diagnóstico en la salud relacionados en aspectos in vivo, los biosensores también se pueden utilizar para la monitorización ambiental de contaminantes, sustancias tóxicas, y los aspectos físicos como la humedad, la toxicidad de metales pesados, e incluso la presencia de carcinógenos.

Aplicaciones biomédicas y de diagnóstico

Los biosensores se han utilizado para la detección de antígenos en suero biológico y carcinógenos, y agentes causantes de tantos trastornos metabólicos desde tiempos inmemoriales. Las aplicaciones de rutina en el diagnóstico se describen mejor por el uso de biosensores para la detección de trastornos como la diabetes, el cáncer, las respuestas alérgicas, y tantos otros trastornos sobre la base del análisis del suero. Para hablar de la mayoría de las aplicaciones estudiadas y eficaces de nanobiosensores desde el punto de vista clínico, hay numerosas aplicaciones clínicas que principalmente se están habilitados utilizando biosensores en la rutina. Estas aplicaciones incluyen la detección de glucosa en pacientes diabéticos, la detección de infecciones bacterianas del tracto urinario , la detección de VIH-SIDA, y el diagnóstico del cáncer.

De hecho, todos estos son problemas de salud altamente críticos que afectan a la humanidad en la actualidad en todo el mundo. Antes de la utilización de biosensores, la detección y diagnóstico de estas enfermedades eran muy difícil, lento y costoso. El advenimiento de los biosensores ha mejorado realmente el diagnóstico de todas estas enfermedades y disfunciones relacionadas. Con la incorporación de las intervenciones a nanoescala, este diagnóstico más se ha beneficiado y hecho más precisa. La incorporación de nanomateriales ha permitido a los sistemas enzimáticos de detección al ser inmovilizados, y esto ha permitido que el reciclaje y la reutilización de las enzimas costosas. Además, se han mejorado la sensibilidad y precisión que los hacen candidatos calientes para ser explotado sobre. La implementación de innovaciones a escala nanométrica como NEMS y MEMS ha permitido una serie de ventajas a los procedimientos generales de prueba. Incursiones extremadamente sensibles, como los de los ensayos de lab-on-a-chip basado han sido desarrolladas utilizando únicamente materiales a nanoescala de detección inteligente. Los biochips y pruebas basadas en microarrays han permitido a la prueba de más de una enfermedad en quizá ningún momento.

Con la síntesis controlada, incluso nanopartículas magnéticas se han sintetizado y usado para aislar y metales pesados ​​que se asemeja en propiedades con hierro del suero de la sangre de organismos vivos. La evaluación de las respuestas bioquímicas ha sido altamente versátil y ha sido tan selectivo con el uso de nanopartículas magnéticas. Este sostiene bien para los trastornos relacionados con la sangre teniendo en cuenta la participación de proteína hemoglobina hierro. Tales invasiones se han denominado colectivamente como resonancia magnética de diagnóstico, ya que utilizan la optimización de acoplamiento magnético a los antígenos in vivo del cuerpo . Respuestas mucho más sofisticado se han observado para la detección a través de nanobiosensores utilizando diferentes formas de su incorporación en los mecanismos de detección.

Aplicaciones ambientales

Esta es un área relativamente más amplio de aplicación. Esto es así como el medio ambiente sufre tantos escala rápida cambia casi cada segundo. La detección de contaminantes, productos intermedios tóxicos, metales pesados ​​de los flujos de residuos y el seguimiento de las condiciones climáticas como la estimación de la humedad y muchas otras funciones vitales son realmente tareas muy detalladas y completas. Los sensores basados ​​en nanomateriales pueden ser muy versátil en términos de su detección y seguimiento. El uso de dispositivos como sondas electrónicas basadas en voladizo y las disposiciones que requieren muy poca cantidad de analito son muy buenos invasores de la tecnología. Los nanomateriales basados ​​herramientas de detección se pueden usar para encontrar el tipo particular de medida perjudicial de un material presente o que prevalece en el medio ambiente.

En uno de esos estudios, un hámster chino línea celular de ovario se ha acoplado con el sistema indicador fluorescente y se utiliza para controlar diversos agentes tóxicos en ambientes acuosos muy diversas. Carcinógenos y productos intermedios nocivos que conducen a la interrupción de los sistemas hormonales adecuados en los seres vivos se han aislado mediante el uso de compuestos altamente sofisticados y específicos, en particular nombradas como compuestos disruptores endocrinos Del mismo modo, en uno de tales estudios, Purohit et al. tienen biosensores usados ​​para vigilar la condiciones abióticas que son esenciales para la optimización de aplicaciones de recuperación biológicos como los de biorremediación. De esta manera, la técnica de biorremediación se puede escalar y utiliza para optimizar la calidad del medio ambiente y descontaminar los contaminantes peligrosos. Estas aplicaciones cuando diseñados con el uso de nanomateriales pueden ser mucho más útil y beneficioso.

Utilizando el mecanismo de detección específica de sustrato, los biosensores se han desarrollado para la detección de nitratos ], fosfatos inorgánicos , y la demanda biológica de oxígeno como parámetros y se han demostrado para ser restaurar el medio ambiente en sus mecanismos de trabajo. Estas aplicaciones pueden integrarse y un solo sensor pueden ser desarrolladas por el uso de nanomateriales que pueden detectar las diferentes contaminantes igualmente bien en una única operación. De esta manera, hay un sinfín de parámetros ambientales para la evaluación de los cuales los nanobiosensores se pueden utilizar y se desarrollaron. Estas aplicaciones son muy ahorro de energía, económico y ahorro de tiempo en la naturaleza.

Aplicaciones diversas

Nanobiosensores también se puede emplear para optimizar varias otras detecciones. En las operaciones industriales, la alimentación de los medios de nutrientes y mezclas de sustratos en los biorreactores para diversas aplicaciones se puede regular el uso de estos sensores. En una escala industrial, muchas preparaciones comerciales y separaciones pueden mejorarse con estos sensores. Por ejemplo, en las operaciones metalúrgicas que requieren separación de impurezas existentes en una forma complejada combinado en forma de minerales, nanobiosensores se pueden utilizar para separar las impurezas selectivamente por probar diferentes configuraciones de las enzimas de detección. El desarrollo de ensayos microbiológicos y bioquímicos, junto con las innovaciones de bioingeniería basada son realmente muy útiles aplicaciones de estos materiales de detección.

Conclusiones y perspectivas de futuro

La nanotecnología realmente ha demostrado ser una bendición muy significativo en el desarrollo de biosensores. Ha revolucionado el caso de detección biológica. Los mecanismos globales se han vuelto más rápido, más inteligente, menos costosa y fácil de usar. Los mecanismos de transducción se han mejorado significativamente con el uso de nanomateriales y nanoestructuras como los de puntos cuánticos, nanopartículas para la inmovilización de la enzima, y ​​nanoestructuras híbridas con múltiples funcionalidades. Future argumenta muy bien para estos sistemas dinámicos, versátiles, y rápidas de reconocimiento teniendo en cuenta su potencial multidimensional. Estos materiales están en estos momentos están considerando cada vez más para la fusión de sensores químicos y biológicos para hacer el proceso global rápido, fácil de ejecutar, y mejor en términos de rendimiento.

El creciente avance de la miniaturización y nanomateriales investigación ha estimulado la aplicación de estos materiales para la detección de varias vías principales y eventos regulatorios. Con el progreso actual y el ritmo de la investigación exhaustiva exploración nanomaterial, la tecnología de detección se ha vuelto más y más versátil, robusta y dinámica. Sin duda desarrollo, biosensor para una tarea todavía es muy engorroso y costoso debido a sus complejidades técnicas, pero la incorporación de nanomateriales ha demostrado ser una gran ayuda para esta tecnología, principalmente debido a su amable y orientada a resultados apoyo experimental

Ventajas

• En un biosensor, sin participación de moléculas exógenas de etiquetas tales como conjugación con enzima, la fluorescencia radiactivos, o moléculas de quimioluminiscencia.
• Se trata de una detección de las moléculas diana, un factor clave en la detección temprana de enfermedades tales como el cáncer de mama y el SIDA.
• Detección rápida y de alto rendimiento
• Los procesos de detección son simples, fáciles de usar, rápido y rentable
• Reducción del requisito material a fabricar, y reciclaje más fácil
• Propiedades novedosas y nuevas capacidades
• Repetitivo, portabilidad y la estabilidad.

Fuentes

• Ripublications
• Hindawi
• Cubadebate
• Ipme
• Nano Universidad de California