Un biosensore può essere generalmente definito come un dispositivo che consiste di un sistema di riconoscimento biologico e di un trasduttore per l’elaborazione del segnale, per l’analisi di un particolare analita.
La principale caratteristica di un biosensore è la specificità che è garantita dall’utilizzo di recettori biologici che per loro natura intrinseca sono specifici verso un particolare analita.
Funzionamento di un biosensore
Un biosensore è costituito da un biorecettore specifico per l’analita da caratterizzare come, ad esempio un enzima, un anticorpo o un acido nucleico.
Il segnale generato dall’interazione tra il biorecettore e l’analita che può essere di tipo elettrico, ottico o termico è convertito da un trasduttore in segnale elettrico che è amplificato e letto da un detector. Il dato viene convertito nell’unità di concentrazione voluta e trasferito su un display.
Lo schema di un biosensore è riportato in figura:
Il biorecettore deve essere in grado di interagire in modo specifico con l’analita ovvero deve interagire in modo quantitativo esclusivamente con esso e non con altre specie eventualmente presenti.
Deve essere caratterizzato da elevata sensibilità, velocità nella misurazione e basso costo.
Il trasduttore può essere di tipo elettrochimico, ottico, termico o acustico.
I trasduttori elettrochimici si suddividono in:
- potenziometrici in cui la variazione del potenziale è funzione della concentrazione di ioni
- amperometrici in cui il potenziale dell’elettrodo è costante ed è sufficiente ad ossidare o ridurre l’analita.
I trasduttori ottici vengono usati quando la reazione catalizzata dall’enzima dà luogo a prodotti colorati, fluorescenti o a luminescenza e sono costituiti da fibre ottiche.
Quelli di tipo acustico sono costituiti da cristalli di quarzo piezoelettrici posti in un campo elettrico alternato e soggetti a deformazione meccanica che induce risonanza a una particolare frequenza che dipende dalla massa del cristallo. Le variazioni di massa sono rivelate da variazioni nella frequenza di oscillazione del cristallo.
Usi
I biosensori infatti sostituiscono spesso le tradizionali analisi di laboratorio quindi devono essere di facile utilizzo, rapidi ed economici. Un esempio di biosensore è costituito dal glucometro che consente alle persone diabetiche di misurare più volte al giorno il proprio tasso glicemico che si basa sulla quantità di glucosio convertita dall’enzima glucosio-ossidasi (GOD) in acido gluconico.
La concentrazione del prodotto di reazione, nella fattispecie l’acido gluconico, può essere rilevata elettrochimicamente misurando la variazione di pH dovuta alla formazione dell’acido.
I biosensori trovano larga applicazione in campo medico per la determinazione di
- glucosio
- creatinina
- proteine
- lattato
- piruvato
Essi possono essere usati per analisi ambientali come per l’analisi di:
- pesticidi
- contaminanti
- erbicidi
Sono usati per analisi di alimenti al fine di determinare nutrienti, coloranti, dolcificanti e conservanti oltre che nel monitoraggio di processi e nel controllo di qualità
Negli ultimi anni l’uso biosensori si è esteso alla determinazione delle specie più svariate quali droghe, sostanze proibite ed esplosivi. Inoltre si stanno sviluppando nano-biosensori con caratteristiche in grado di rilevare bassissime concentrazioni di analita