¿Qué es un Biosensor?
Los biosensores son sensores capaces de detectar específicamente una sustancia diana mediante una reacción biológica.
Los materiales utilizados en los biosensores se clasifican en tres grupos: el grupo de biocatalizadores, formado por enzimas, el grupo de biocompatibilidad, que incluye anticuerpos y ácidos nucleicos, y el grupo de microorganismos, que incluye microorganismos. La capacidad de discriminación molecular de estos materiales biocatalíticos permite detectar específicamente la sustancia diana.
El desarrollo de biosensores requiere una investigación interdisciplinar en química, biología e ingeniería. Se esperan aplicaciones en una amplia gama de campos, como las ciencias médicas y farmacéuticas, el análisis de alimentos y las investigaciones medioambientales.
Principios de los Biosensores
Los biosensores constan principalmente de un biorreceptor, una capa de inmovilización y un transductor.
1. Biorreceptor
Un biorreceptor es una sustancia biológica utilizada para detectar una sustancia diana. Los biorreceptores permiten la detección específica sólo de la sustancia diana utilizando una biosustancia que reconoce selectivamente la molécula diana. Se utilizan como biorreceptores biomateriales como enzimas, anticuerpos, células, aptámeros y ácidos nucleicos.
2. Capa de Inmovilización
Una capa de inmovilización es una capa en la que la sustancia biológica utilizada como biorreceptor se inmoviliza en el transductor sin pérdida de su función.
En general, la inmovilización de biomateriales mediante un método fuerte suele provocar la pérdida de la función y la actividad, mientras que el debilitamiento de la inmovilización para mantener la función y la actividad provoca el desprendimiento de los biomateriales y reduce el rendimiento de la detección. Se están llevando a cabo diversas actividades de investigación y desarrollo para superar este problema, y se están utilizando métodos que emplean matrices basadas en membranas porosas y polímeros, así como métodos de inmovilización como la fisisorción y los métodos de reticulación.
3. Transductores
El transductor es la parte que convierte la respuesta del biorreceptor en una señal medible. Los dos principales tipos de señales medibles utilizados son las señales ópticas y electroquímicas. Mediante el procesamiento de las señales obtenidas se puede calcular la cantidad y concentración de la sustancia de interés.
Usos de los Biosensores
Los biosensores se fabrican a partir de sustancias biológicas, por lo que son relativamente sensibles. Se utilizan en diversos campos distintos del médico, como la alimentación y el medio ambiente, ya que los dispositivos de medición suelen ser baratos, compactos y fáciles de manejar.
Las técnicas convencionales de experimentos químicos y espectroscopia son precisas, pero requieren una preparación complicada de las muestras y presentan desventajas como la detección de señales distintas de la sustancia objetivo.
Otra desventaja es que las mediciones deben realizarse en una sala estable, por lo que las muestras recogidas durante los estudios de campo deben llevarse a casa una vez recogidas, y se tarda tiempo en disponer de los resultados.
Se espera que los biosensores se utilicen en una amplia gama de campos, ya que son dispositivos de medición baratos, fáciles de manejar y que proporcionan resultados en poco tiempo.
En el campo de la medicina, en particular, la aplicación de biosensores avanza con rapidez. Por ejemplo, los biosensores de glucosa se aplican clínicamente en el diagnóstico de la diabetes, donde es necesario controlar con precisión los niveles de glucosa en sangre.
Más Información sobre Biosensores
Posibles Aplicaciones Médicas de los Biosensores
La aplicación más prometedora de los biosensores es el campo médico. Es posible controlar el propio estado de salud y utilizarlo para el tratamiento y la gestión sanitaria.
- Medición de los Niveles de Glucosa en Sangre
Cuando se padece diabetes, los niveles de glucosa en sangre se miden con un simple medidor de glucosa en sangre, pero se pueden utilizar dispositivos vestibles para medir los niveles de glucosa en sangre sin necesidad de extraer sangre. Se están investigando diversos formatos, entre ellos dispositivos tipo lentillas y relojes, y hay grandes esperanzas puestas en su aplicación práctica. - Diagnóstico de Enfermedades
Se han desarrollado varios sensores que pueden diagnosticar enfermedades que antes requerían varias pruebas, utilizando sólo análisis sencillos como los de orina. Algunos ejemplos son las pruebas antígeno-anticuerpo, que utilizan reacciones inmunológicas para medir proteínas y virus relacionados con enfermedades. Se están investigando métodos de medición más sensibles y cuantitativos y métodos para diagnosticar múltiples enfermedades utilizando el mismo biosensor. - Ciencias Farmacéuticas
La aplicación de los biosensores también se está investigando en el campo de la farmacología. Se espera que los sistemas de administración de fármacos (DDS), que liberan la dosis necesaria de un medicamento en el lugar deseado del cuerpo humano, sean la próxima generación de medicamentos. En sentido estricto, no forman parte de los biosensores, ya que no utilizan transductores, sino que, en lugar de generar una señal, liberan el fármaco contenido en su interior.
Los DDS que utilizan biorreceptores pueden liberar fármacos sólo en el lugar deseado, aprovechando la respuesta inmunitaria humana y otros factores, lo que permite tratar enfermedades que requieren cirugía o enfermedades como el cáncer, difíciles de curar con cirugía, ya sea por vía oral o inyectable.
Se espera que adquirir y utilizar información bioquímica de este modo sea útil para la medicina y la asistencia sanitaria a gran escala en el futuro.