Tipos de biosensores agrícolas
Hoy dia, nos ocupamos de los tipos de biosensores agrícolas y su aplicación en la agricultura.
¿Qué es un biosensor? Un biosensor es un dispositivo analítico que convierte una reacción biológica en una señal eléctrica. Los biosensores se pueden definir como dispositivos analíticos que contienen una combinación de elementos de detección biológica como un sistema sensor y un transductor. Las aplicaciones de estos Biosensores incluyen principalmente la verificación del control de la contaminación ecológica, en el campo de la agricultura, así como en las industrias alimentarias. Las principales características de los biosensores son la estabilidad, costo, sensibilidad, y reproducibilidad. El objetivo de un biosensor es crear señales electrónicas discretas o continuas que sean proporcionales a un solo analito o un grupo relacionado de analitos.
En las industrias agrícolas, la calidad de un producto se evalúa mediante análisis químicos y microbiológicos periódicos que son costosos, lento, necesitan operadores bien capacitados y, en algunos casos, necesitan pasos de extracción o pretratamiento, aumentando el tiempo de análisis. Los biosensores pueden proporcionar métodos no destructivos y asequibles para el control de la calidad de un producto. Los biosensores reducen el tiempo y el costo del ensayo o aumentan la seguridad del producto.
Se han adaptado biosensores para detectar analitos en sistemas en línea. Los biosensores tienen el potencial de hacer una revolución analítica para resolver los problemas en las industrias agrícola y alimentaria. Ahora, Entremos en detalles sobre los tipos de biosensores agrícolas y sus principios en el sector agrícola.
Campo de girasol. Trabajo de biosensores
El material biológico preferido, como la enzima, se elige para métodos convencionales como el atrapamiento físico o de membrana y la unión no covalente o covalente. El material biológico elegido está en contacto con el transductor. Para crear un analito unido a través del analito se une al material biológico, esto produce la respuesta eléctrica a medir. En algunos casos, el analito cambió a un producto y tiene alguna probabilidad de conectarse con la liberación de calor, gases como el oxigeno, electrones o iones de hidrógeno.
Caracteristicas basicas:
- La linealidad debe ser alta para la detección de una alta concentración de sustrato.
- Importancia de la sensibilidad de la respuesta del electrodo por concentración de sustrato.
- La interferencia química de la selectividad debe minimizarse para obtener un resultado correcto.
- Tiempo de respuesta necesario para tener el 95% de la respuesta.
Tipos de biosensores agrícolas para monitoreo ambiental
Las regulaciones más estrictas y una mayor conciencia pública de los problemas ambientales conllevan requisitos para monitorear una gama cada vez más amplia de analitos en el aire, tierra, y agua con mayor precisión. El aumento de la preocupación del público por la seguridad del medio ambiente también fomenta la necesidad de monitorear los patógenos en el campo y en los arroyos. Con mayor presión para reciclar agua, minimizar el uso de agentes antibacterianos y mantener descargas de calidad, los fabricantes de una amplia variedad de industrias buscan tecnologías para identificar rápidamente los problemas de contaminación en su origen. Mientras tanto, Los operadores buscan tener los costos de regímenes de monitoreo cada vez más complejos. Los biosensores capaces de detectar un organismo rápidamente serán muy importantes en el monitoreo ambiental de los patógenos.
La durabilidad Sensibilidad y bajo costo de los transductores de señal y la creciente disponibilidad de enzimas. Los anticuerpos y los microorganismos modificados genéticamente que se relacionan con los contaminantes ambientales han contribuido al interés reciente en la aplicación de biosensores al monitoreo ambiental.
Principio de biosensor
Inmovilización de material biológico
Los componentes biológicos están adecuadamente inmovilizados sobre la superficie del transductor. Generalmente, las enzimas se inmovilizan mediante glutaraldehído sobre un papel tisú para lentes en forma de hoja porosa o tela de red de nailon y la membrana enzimática así producida se fija al transductor.
Tratamiento superficial del transductor.
La superficie del transductor se puede tratar con 3-aminopropiltrietoxisilano. Los componentes biológicos ahora pueden unirse covalentemente a este silano reticulado a través del grupo amino reactivo que permanece libre. Este proceso produce resultados no reproducibles y a menudo provoca una gran reducción en la actividad de los componentes biológicos.
Interacción del analito con material biológico
El componente biológico interactúa particularmente con el analito, que produce un cambio físico cerca de la superficie del transductor. Este cambio físico puede ser liberado por calor o absorbido por la reacción, producción de potencial eléctrico debido al cambio de distribución de los electrones, movimiento de electrones debido a reacciones redox, la luz producida o absorbida por la reacción, modificar en la masa de componentes biológicos como resultado de la reacción.
Conversión de señal biológica
El transductor detecta la señal y la convierte en señales eléctricas.
Amplificación de señal
Esta señal es necesariamente pequeña y es amplificada por el amplificador antes de alimentarse al microprocesador. Luego, la señal se procesa e interpreta y se muestra en las unidades apropiadas.
Tipos de biosensores agrícolas
Hay muchos tipos de biosensores basado en los dispositivos sensores y los materiales biológicos y algunos de ellos se analizan a continuación.
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Biosensor electroquímico
Es un dispositivo muy sencillo. Mide la medida de la corriente electrónica, iónicos o por cambios de conductancia concedidos por bioelectrodos. El sustrato del sensor generalmente contiene tres electrodos; un electrodo de referencia, un electrodo activo, y un electrodo de fregadero. Un electrodo auxiliar (también conocido como contraelectrodo) puede estar presente como fuente de iones. El analito objetivo está involucrado en la reacción que tiene lugar en la superficie del electrodo activo, y los iones producidos para generar un potencial que se resta del del electrodo de referencia para dar una señal.
Biosensor de células enteras
En este tipo de biosensores se utilizan células enteras u orgánulos como componente biológico. Las celdas son muy baratas, tener una vida activa más larga, y son menos sensibles a la inhibición, pH y variaciones de temperatura que las enzimas.
Biosensores amperométricos
Se ha comprobado que el uso de biosensores amperométricos en la transducción de señales es el más reportado usando un enfoque electroquímico. Tanto los sensores de "disparo único" (desechables) como los dispositivos en línea (de medición múltiple) se pueden obtener comercialmente, monitoreando una amplia gama de analitos objetivo. A diferencia de los dispositivos potenciométricos, El funcionamiento principal de los biosensores amperométricos se define por un potencial constante útil entre un electrodo de trabajo y uno de referencia. El potencial funcional da como resultado reacciones redox, provocando que fluya una corriente neta. La magnitud de esta corriente es proporcional a la concentración de especies electroactivas allí en la solución de prueba y tanto las reacciones catódicas (reductoras) como las anódicas (oxidantes) pueden monitorearse amperométricamente. La mayoría de los biosensores amperométricos explicados utilizan enzimas como elemento de biorreconocimiento. Normalmente, Las enzimas oxidasa y deshidrogenasa han sido los catalizadores explotados con más frecuencia utilizados para estos formatos de biosensores.
Biosensores potenciométricos
Esta forma de biosensor proporciona una respuesta logarítmica mediante un rango energético alto. Estos biosensores se completan con frecuencia mediante la creación de prototipos de electrodos que se encuentran en un sustrato sintético, cubierto por un polímero de rendimiento con alguna enzima está conectado. Los biosensores comprenden dos electrodos que responden enormemente y son fuertes.
Todos los tipos de biosensores normalmente ocupan menos preparación de muestra, ya que el componente de detección biológica es extremadamente selectivo para el analito con problemas. Por los cambios físicos y electroquímicos la señal será generada por en la capa de polímero conductor apto para modificarse sucediendo en el exterior del biosensor.
Biosensor óptico
Detecta cuánta luz se produce o se absorbe a través de la reacción bioquímica. Un biosensor más capaz es el biosensor de luminiscencia para la detección de bacterias en muestras clínicas y de alimentos. Las bacterias también se utilizan como biosensor, se vuelven fluorescentes en presencia de contaminantes específicos que les gusta comer y detectan el área de derrames de petróleo.
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Biosensores en agricultura
La agricultura incluye la producción de cultivos y la cría de ganado produciendo diferentes productos que se utilizan en la vida diaria. Estos elementos siempre han estado expuestos a daños en forma de plagas y enfermedades que provocan una pérdida de beneficios. Por eso, una forma de aumentar las ganancias sería disminuir la pérdida de cosechas y ganado por tales amenazas naturales. Con el avance del bioterrorismo, la necesidad de bioseguridad se vuelve necesaria. También, la necesidad de bioseguridad es necesaria cuando los productos agrícolas o cualquier objeto vivo deben ser transportados a través de fronteras internacionales. Los biosensores pueden desempeñar un papel importante en este campo, ya que proporcionan una detección rápida y específica en comparación con las técnicas más antiguas.
Una concentración de herbicidas, está aumentando el uso de pesticidas y metales pesados en las tierras agrícolas y esto es motivo de preocupación. Los biosensores se pueden utilizar para calcular los niveles de pesticidas, herbicida, y metales pesados en el suelo y las aguas subterráneas. Los biosensores se pueden utilizar para pronosticar la posible aparición de enfermedades del suelo, lo cual no ha sido factible con la tecnología existente. El diagnóstico biológico del suelo mediante biosensor significa abrir el camino a la prevención y descontaminación fiables de las enfermedades del suelo en una etapa más temprana.
El principio básico del diagnóstico de suelos con el biosensor es aproximar la actividad relativa de "microbios buenos" y "microbios malos" en el suelo sobre la fuente de medición cuantitativa del consumo diferencial de oxígeno en la respiración de dos tipos de microorganismos del suelo. La medición procede durante dos sensores impregnados con "microbios buenos" y "microbios malos", respectivamente, se sumergen en una suspensión de la muestra de suelo en solución tampón.
Al comparar dos datos, es posible decidir cuantitativamente qué microbio favorece el suelo. Es factible, por lo tanto, para predecir de antemano si la enfermedad del suelo está preparada para estallar en el suelo analizado. Cabe destacar que el biosensor ofrece un sistema innovador de diagnóstico de la condición del suelo basado no en la experiencia sino en datos numéricos. Se ha desarrollado un biosensor de nitrato para la detección de la cantidad de nitrato presente en el suelo.
Se han utilizado biosensores enzimáticos basados en la inhibición de colinesterasas para identificar trazas de organofosforados y carbamatos de plaguicidas. Se han estudiado sensores microbianos selectivos y sensibles para la cantidad de amoníaco y metano. Sin embargo, Los biosensores disponibles comercialmente para la gestión de la calidad de las aguas residuales son analizadores de demanda biológica de oxígeno (DBO) basados en microorganismos como la bacteria Rhodococcus erythropolis inmovilizada en colágeno o poliacrilamida.
Aplicaciones de biosensores
- Los biosensores tienen una gama muy amplia de aplicaciones que tienen como objetivo desarrollar la calidad de vida.
- Esta gama cubre su uso para monitoreo ambiental, reconocimiento de enfermedades, Seguridad alimenticia, defensa, descubrimiento de fármacos y muchos más.
- Los biosensores se pueden utilizar como plataformas para monitorear la trazabilidad de los alimentos, calidad, la seguridad, y valor nutricional.
- Estas aplicaciones se incluyen en el grupo de herramientas de análisis de "disparo único", es decir, donde se requieren plataformas de detección rentables y desechables para la aplicación.
- Una aplicación como el control de la contaminación requiere un biosensor para funcionar desde unas pocas horas hasta varios días.
Eso es todo acerca de los tipos de biosensores agrícolas utilizados en el sector agrícola.
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