Biosensores Electrqimicos

BIOSENSOR ELECTROQUIMICO

La materia interacciona entre sí en la naturaleza, en los laboratorios de los químicos y en su mente transformándose y transformando al entorno. Cualquiera de estas transformaciones cae dentro de tres tipos bien diferenciados de reacciones

Reacciones químicas Reacciones electroquímicas Reacciones de distribución

A través de su historia los químicos han encontrado maneras o métodos generales, sistemáticos, razonados y reproducibles para:

a)analizar los fenómenos químicos en cuanto a su abundancia, su reactividad, su estructura y su interacción con el entorno.

b)sintetizar nuevas moléculas imitando a la existentes en la naturaleza o creando otras totalmente nuevas.

c) Analizar y/o sintetizar teóricamente, i.e., diseñar, procesos químicos.

TIPOS DE BIOSENSORES ELECTROQUIMICOS

Amperométricos: (Determinan corrientes eléctricas asociadas con los electrones involucrados en procesos redox).

El principio amperométrico consiste en la medición de la corriente que fluye en un electrodo como resultado de la aplicación de un potencial al mismo respecto a un electrodo de referencia. Un tercer electrodo, denominado auxiliar, es necesario en la mayoría de casos para completar la celda electroquímica[. Mediante esta técnica se obtienen respuestas de intensidad de corriente que son función lineal de la concentración. La corriente medida tiene tres fuentes diferentes.

• La primera es una corriente de tipo capacitivo que fluye a través de la celda y se debe al proceso de carga y descarga de la doble capa electroquímica.

• La segunda, es una corriente de tipo faradaico la cual se origina por las reacciones químicas; esta corriente produce un cambio en el estado redox de algunas especies de la solución o en el mismo material del electrodo.

• La tercera se debe a la corriente que puede producirse cuando un electrodo se sumerge en un electrolito experimentando efectos de adsorción.

De estas tres corrientes, la corriente faradaica es la corriente de mayor interés en el análisis amperométrico. La corriente faradaica es una medida de la velocidad de la reacción electroquímica que se produce en el electrodo. Esta corriente es directamente proporcional a la concentración de especies reducidas y oxidadas y es muy apropiada para aplicaciones analíticas. Por tanto se aprecia que la corriente implicada en los sensores amperométricos es el resultado de una reacción electroquímica neta

Potenciométricos: (Usan electrodos selectivos para ciertos iones )

Estos sensores entregan la información analítica como una señal de potencial eléctrico a partir de la conversión obtenida en el proceso de reconocimiento. Este potencial eléctrico es proporcional a la actividad (concentración) de especies generadas o consumidas en la etapa de reconocimiento y se genera en la interfase solución-transductor. El potencial eléctrico generalmente es medido bajo condiciones de intensidad de corriente cero. Este tipo de transducción es muy importante para la aplicación con biosensores debido a su selectividad, simplicidad y bajo coste. La relación entre el potencial eléctrico y la actividad del analito esta expresada por la ecuación de NERNST:

E=Eº+ 2303 RT Log (ai)

NF

Donde:

E es la fuerza electromotriz del electrodo selectivo de iones

Eº es el potencial normal del electrodo de referencia a las condiciones estándar.

ai. es la actividad del ión primario a ser estudiado.

R es la constante de los gases (8.3144 JK-1mol-1)

T es la temperatura absoluta

n es el número de carga del ión

F es la constante de Faraday (9.6485x104Cmol-1)

La “actividad” indica la capacidad reactiva de los iones en la solución. En términos prácticos se trabaja más con la concentración del ión principal que con su actividad la cual está relacionada con la concentración por el coeficiente de actividad, el cual mide la eficiencia con que una especie influye en un equilibrio. Es importante mencionar que la concentración de una especie iónica en solución está afectada por la fuerza iónica. Esta propiedad altera la capacidad reactiva de los iones en la solución debido a las interacciones electrostáticas (atracción y repulsión) entre los mismos, siendo más pronunciada con el aumento de la concentración. En soluciones muy diluidas la fuerza iónica es mínima y no afecta el comportamiento de los iones en la solución.

Entre los transductores más utilizados para este tipo de sensores se tiene a los electrodos selectivos a iones (ISE) en donde se modifica el electrodo de trabajo con una membrana selectiva a un ión determinado. Otro de los transductores muy usados últimamente son los transistores de efecto de campo sensible a iones, ISFETs y su modificación con membranas selectivas CHEMFET.

Conductimétricos: (Determinan cambios en la conductancia asociados con cambios en el ambiente iónico de las soluciones).

Estos dispositivos están basados en la medida de la variación de la conductividad entre dos electrodos inmersos en una solución provocados por el analito. Esta conductividad es medida al aplicarse un potencial de pequeña amplitud de corriente alterna para evitar la polarización en la sustancia. La presencia de elementos iónicos genera un incremento en la conductividad cuya evaluación permite la medición indirecta de ciertas especies. Esta forma de medición se suele utilizar para caracterizar algunos líquidos y/o superficies de electrodos modificados.

Los transductores conductimétricos para biosensores han sido desarrollados hace poco más de tres décadas aproximadamente [8]. Muchas reacciones catalizadas por enzima han sido estudiadas en soluciones homogéneas usando métodos conductimétricos. Un trabajo

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