DETECTOR DE GLUCOSA EN SANGRE

DETECTOR DE GLUCOSA EN SANGREFundamentos TericosSe basa en el principio o tcnica de Amperometra (medicin de la cantidad de corriente que circula por el circuito analizado), la cual mide la corriente elctrica que pasa por un par de electrodos haciendo electrolisis. Uno de los reactivos es el analito buscado y la corriente medida es proporcional a su concentracion. Esto se logra si se trabaja en condiciones donde el nico mecanismo de transporte actuante con el analito sea la difusin.

Biosensores

Instrumentos analticos que transforman procesos biolgicos en seales elctricas u pticas y permiten su cuantificacin o tambin se puede definir como:Elemento detector que responde al sustrato que se est midiendo es biolgico en su naturaleza

Utilizan la especificidad de los procesos biolgicos:Enzimas x SustratosAnticuerpos x AntgenosLectinas x CarbohidratosComplementariedad de cidos nucleicos.

Para obtener una respuesta muy selectiva de un analito. Sus Ventajas son :

ReutilizacinMenor manipulacinMenor tiempo de ensayoRepetitividad

TIPOS DE BIOSENSORESBIOSENSORES ELECTROQUMICOSAmperomtricos: Determinan corrientes elctricas asociadas con los electrones involucrados en procesos redoxPotenciomtricos: Usan electrodos selectivos para ciertos iones Conductimtricos: Determinan cambios en la conductancia asociados con cambios en el ambiente inico de las solucionesBIOSENSORES TERMOMTRICOSBIOSENSORES PIEZOELCTRICOSBIOSENSORES PTICOSDe onda envanescenteResonancia de plasma superficialBIOSENSORES CELULARESINMUNOSENSORES

Cmo se mide la glucosa en la sangre?La reaccin bsica catalizada por esta enzima (D - glucosa) es la siguiente:

La D-glucosa es la hexosa ms comn. Est presente en muchas plantas, y es el azcar de la sangre. La glucosa que se puede encontrar en animales y plantas es la -glucopiranosa monohidratada dextrgira que es un constituyente del almidn, celulosa, sucrosa y multitud de glicsidos, a partir de los cuales puede obtenerse mediante hidrlisis cida o enzimtica. La glucosa es esencial para el crecimiento de diferentes tipos de clulas, habindose demostrado que es un precursor en la sntesis de amino cidos nutricionales no esenciales, pirimidinas, purinas, hidratos de carbono y lpidos de las clulas.Por otro lado, el consumo de glucosa tambin es un indicador de la actividad metablica celular. Puede haber consecuencias indeseables por un exceso en la concentracin de glucosa, como una represin catablica. Hay que tener en cuenta tambin que, dentro de los azcares, slo la glucosa ingresa directamente en el metabolismo energtico dependiente de la insulina y se utiliza en todos los tejidos. Los mtodos clsicos para la determinacin de azcares se basan en la determinacin de la actividad ptica (polarimetra) o en la reduccin de una disolucin alcalina de cobre Sin embargo, estos mtodos estn sujetos a tantas interferencias que hay que recurrir a la separacin de cada uno de los azcares por cromatografa de gases o en capa fina, o al empleo de mtodos enzimticos Reaccin de la glucosa con O2Las enzimas especficas de la glucosa son la glucosa oxidasa (GOD), la glucosa deshidrogenasa (GDH) y la glucosa-6-fosfatodeshidrogenasa (G-6-PDH). De ellas, la ms extendida para aplicaciones analticas es la glucosa oxidasa, que oxida la glucosa a cido glucnico y perxido de hidrgeno, proporcionando multitud de posibilidades de monitorizacin.

DETERMINACIN DE GLUCOSA

La glucosa se determina por la disminucin de la concentracin de oxgeno molecular disuelto cuando la glucosa oxidasa cataliza la reaccin redox11Por lo que respecta a la determinacin de glucosa a travs de la deteccin amperomtrica del perxido de hidrgeno generado, sta se puede llevar a cabo bien mediante la monitorizacin directa del H2O2, o bien a travs de la monitorizacin electroqumica de un mediador de la reaccin enzimtica de la peroxidasa.

Esta ltima alternativa est basado en la coinmovilizacin de glucosa oxidasa, peroxidasa y ferroceno en una matriz compsita de grafito-Tefln.

El esquema de las reacciones enzimticas y electrdica que tienen lugar es :

Oxidasas ms especficas para el reactivo a oxidarRpidas velocidades de transferencia de electronesCapacidad para ser regenerados fcilmenteRetenibles en membrana biocatalticaNo reaccionar con otras molculas, incluyendo oxgeno molecularMediadores redox en biosensores amperomtricos13Algo de historia..

Dentro de los electrodos enzimticos el mayor nmero de biosensores desarrollados corresponde sin lugar a dudas a los que se basan en la inmovilizacin de glucosa oxidasa, dada la alta estabilidad de esta enzima y la gran utilidad de estos sensores en el mercado de los anlisis de glucosa en sangre (OConnell y Guibault, 2001). De hecho, la glucosa oxidasa se suele emplear como enzima modelo para el desarrollo de un gran nmero de sensores enzimticos cuya metodologa se emplea posteriormente para disear otros biosensores con diferentes enzimas. Por ello, desde 1962, ao en el que se report el primer biosensor de glucosa oxidasa, el seguimiento de las publicaciones de estos biosensores puede servir como indicador de la evolucin de los biosensores amperomtricos en general. La glucosa oxidasa no transfiere electrones directamente a electrodos convencionales, debido a que una gruesa capa proteica rodea su centro FAD, hecho bastante comn entre las flavoproteinas. Dicha capa introduce una separacin espacial en la pareja dador/aceptor de electrones y, por lo tanto, existe una barrera intrnseca a la transferencia de electrones. Por ello, la minimizacin de esa distancia es crucial para asegurar un funcionamiento ptimo de esta enzima cuando se trabaja con biosensores amperomtricos (Wang, 2001). As, desde los primeros diseos en los que la monitorizacin estaba enfocada al empleo de electrodos de Clark, se ha pasado a la utilizacin de diferentes mediadores, as como al acoplamiento con peroxidasa. Volviendo al concepto de un SENSOR ENZIMATICO o BIOSENSOR DE GLUCOSAEste tipo de dispositivo funciona inmovilizando la enzima en la superficie del electrodo y el producto de la reaccin es detectado andica o catdicamente. La enzima glucosa oxidasa esta mantenida junto a un electrodo de platino entre membranas. La glucosa oxidasa cataliza la reaccin redox producindose como producto a la glucolactonasa o acido gluconico con peroxidasa, la cual esta ultima es oxidado a 700mV en la superficie del electrodo de platino, produciendo una corriente electrica que es directamente proporcional a la cantidad de glucosa en la muestra.

Material biolgico + Analito Analito unido(Mxima respuesta electrnica posible) x (Concentracin del analito)(Constante de semisaturacin) + (Concentracin del analito)Respuesta electrnica=Respuesta biolgicaRespuesta ElectrnicaUnidades funcionales de un biosensor16Cinticas de reaccin en biosensores

17Se han desarrollado un gran nmero de biosensores amperomtricos para la cuantificacin de glucosa en sangre, utilizando la mayora de ellos un electrodo de Clark o un electrodo de grafito como transductor.

Existen tres tipos de transductores que pueden ser utilizados para medir la concentracin de glucosa:Sensores de oxigeno, los cuales miden la concentracin de oxigeno, convirtindola en una corriente.Sensores de pH, miden la produccin de acido glucnico, convirtiendo el cambio de pH en una diferencia de potencial.Sensores de Perxido, los cuales miden la concentracin de perxido, convirtiendo dicha concentracin en una corriente elctrica.

Electrodo de Clark(A) Electrodo de Platino,Pt(B) Electrodo de plata y Cloruro de plata, Ag/AgCl(C) Electrolito de cloruro de potasio saturado, KCl(D) Membrana (Teflon?)(E) Retencin de goma(F) Fuente de poder(G) Ampermetro

Diferencia importanteA diferencia de los electrodos ya vistos:potencial de xido reduccin (Eh, potencial de Nernst, potencial de hidrgeno, etc.)pHel electrodo de Clark tiene los dos electrodos en la misma solucin de electrolito, es decir, no utiliza una referencia separada, conectada por un puente salinoPrincipio de operacinEn el electrodo se desarrolla la reaccin catalizada (por Pt) de xido reduccin:O2 + 4 e + 2 H2O 4 OHLa reaccin requiere que se movilicen 4 electronesLos electrones provienen de la fuente de poder que polariza 0,7 VoltsLa reduccin de oxgeno genera alcalinidad (o consume cido, que es lo mismo)Semi Reacciones

Si no hay oxgeno, la reaccin no puede ocurrir y no habr flujo de electronesLos electrones provienen de la fuente de poder de unos 0,7 VOxgeno y corrienteEl sistema de medicin de corriente elctrica mide, exactamente, el flujo de cargas por unidad de tiempoEn la cmara del electrodo Clark se consumir el oxgeno y se terminar la reaccin si no hubiese flujo de O2Al terminar la reaccin, no habr corriente que medir (el ampermetro leer 0 mA)

Electrodo de Oxgeno

En este principio se basa el primer y ms sencillo biosensorDeterminacin de glucosaElectrodo de oxgeno de Clark25Las nuevas tecnologas y los nuevos biosensores de glucosa

Biosensor que detecta concentracin de glucosa en sangre.Construido y vendido para el control de los enfermos diabticos.27

rea de deteccin dispositivo con electrodo de un solo usoDeposicin sobre una tira de plstico. Consta de electrodo de referencia Ag/AgCl y electrodo de carbono con glucosa oxidasa y mediador de ferrocenoAmbos electrodos cubiertos con tejido hidroflico. Paso de molculas de diferente tamao, difusin homogenea, evita evaporacin desigualDuracin 6 mesesDeteccin 2-25 mM en una gota de sangreResultado en 30 segundos28Los requerimientos que debe cumplir un biosensor de glucosa, para que sea viable su comercializacin son:ExactitudBuena resolucin Rango dinmicoVelocidad de respuesta Compensacin de temperaturaInsensibilidad frente a interferencia elctricas o del medio ambientePosibilidad de calibracin y testeo.

FIN