Tipos de biossensores agrícolas
Hoje, vamos falar sobre os tipos de biossensores agrícolas e sua aplicação na agricultura.
O que é biossensor? Um biossensor é um dispositivo analítico que converte uma reação biológica em um sinal elétrico. Os biossensores podem ser definidos como dispositivos analíticos que contêm uma combinação de elementos de detecção biológica, como um sistema de sensor e um transdutor. As aplicações desses biossensores incluem principalmente a verificação do controle de poluição ecológica, no campo da agricultura, bem como nas indústrias alimentares. As principais características dos biossensores são a estabilidade, custo, sensibilidade, e reprodutibilidade. O objetivo de um biossensor é criar sinais eletrônicos discretos ou contínuos que são proporcionais a um único analito ou a um grupo relacionado de analitos.
Nas indústrias agrícolas, a qualidade de um produto é avaliada por meio de análises químicas e microbiológicas periódicas que são caras, devagar, precisam de operadores bem treinados e, em alguns casos, precisam de etapas de extração ou pré-tratamento, aumentando o tempo de análise. Biossensores podem dar rápido, métodos não destrutivos e acessíveis para o monitoramento da qualidade de um produto. Os biossensores diminuem o tempo e o custo do ensaio ou aumentam a segurança do produto.
Os biossensores foram adaptados para detectar analitos em sistemas on-line. Os biossensores têm o potencial de fazer uma revolução analítica para resolver os problemas nas indústrias agrícola e alimentar. Agora, vamos entrar em detalhes sobre os tipos de biossensores agrícolas e seus princípios no setor agrícola.
Campo de Girassol. Trabalho de biossensores
O material biológico preferido, como a enzima, é escolhido para métodos convencionais, como o aprisionamento físico ou de membrana e ligação não covalente ou covalente. O material biológico escolhido está em contato com o transdutor. Para criar um analito ligado através do analito se liga ao material biológico, isso produz a resposta elétrica a ser medida. Em alguns casos, o analito mudou para um produto e tem alguma probabilidade de se conectar com a liberação de calor, gases como oxigênio, elétrons ou íons de hidrogênio.
Características básicas:
- A linearidade deve ser alta para a detecção de alta concentração de substrato.
- Importância da sensibilidade da resposta do eletrodo por concentração de substrato.
- A interferência química da seletividade deve ser minimizada para a obtenção do Resultado correto.
- Tempo de resposta necessário para ter 95% da resposta.
Tipos de biossensores agrícolas para monitoramento ambiental
Regulamentações mais rígidas e uma maior consciência pública das questões ambientais trazem requisitos para monitorar uma gama cada vez maior de analitos no ar, solo, e água com maior precisão. As crescentes preocupações do público com a segurança do meio ambiente também fomentam a necessidade de monitorar os patógenos em campo e riachos. Com maior pressão para reciclar água, minimizar o uso de agentes antibacterianos e manter descargas de qualidade, fabricantes em uma ampla variedade de setores estão buscando tecnologias para identificar rapidamente os problemas de contaminação na origem. Enquanto isso, as operadoras estão procurando ter os custos de regimes de monitoramento cada vez mais complexos. Biossensores capazes de detectar um organismo rapidamente serão muito importantes no monitoramento ambiental dos patógenos.
A durabilidade, sensibilidade e baixo custo dos transdutores de sinal e o aumento da disponibilidade de enzimas, anticorpos e microrganismos geneticamente modificados que se relacionam com poluentes ambientais têm contribuído para o interesse recente na aplicação de biossensores para monitoramento ambiental.
Princípio do Biossensor
Imobilização de material biológico
Os componentes biológicos são adequadamente imobilizados na superfície do transdutor. As enzimas são geralmente imobilizadas por glutaraldeído em um lenço de papel para lentes semelhante a uma folha porosa ou tecido de rede de náilon e a membrana enzimática assim produzida é fixada ao transdutor.
Tratamento de superfície para o transdutor
A superfície do transdutor pode ser tratada com 3-aminopropiltrietoxissilano. Os componentes biológicos podem agora se ligar covalentemente a este silano reticulado através do grupo amino reativo que permanece livre. Este processo produz resultados não reproduzíveis e freqüentemente causa uma grande redução na atividade dos componentes biológicos.
Interação do analito com o material biológico
O componente biológico interage particularmente com o analito, que produz uma mudança física próxima à superfície do transdutor. Esta mudança física pode ser liberada pelo calor ou absorvida pela reação, produção de potencial elétrico devido à mudança na distribuição dos elétrons, movimento de elétrons devido a reações redox, a luz produzida ou absorvida pela reação, modificar na massa dos componentes biológicos como resultado da reação.
Conversão de sinal biológico
O transdutor detecta o sinal e converte em sinais elétricos.
Amplificação do sinal
Este sinal é necessariamente pequeno e é amplificado pelo amplificador antes de ser alimentado no microprocessador. O sinal é então processado e interpretado e é exibido nas unidades apropriadas.
Tipos de biossensores agrícolas
Existem muitos tipos de biossensores com base nos dispositivos sensores e os materiais biológicos e alguns deles são discutidos abaixo.
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Biossensor eletroquímico
É um dispositivo muito simples. Ele mede a medição da corrente eletrônica, iônico ou por mudanças de condutância concedidas por bioeletrodos. O substrato do sensor geralmente contém três eletrodos; um eletrodo de referência, um eletrodo ativo, e um eletrodo dissipador. Um eletrodo auxiliar (também conhecido como contra-eletrodo) pode estar presente como uma fonte de íons. O analito alvo está envolvido na reação que ocorre na superfície do eletrodo ativo, e os íons produzidos para fazer um potencial que é subtraído daquele do eletrodo de referência para dar um sinal.
Biossensor de célula inteira
Neste tipo de biossensor, células inteiras ou organelas são utilizadas como um componente biológico. As células são muito mais baratas, têm uma vida útil mais longa, e são menos sensíveis à inibição, pH, e variações de temperatura do que as enzimas.
Biossensores amperométricos
O uso de biossensores amperométricos na transdução de sinal tem se mostrado o mais amplamente relatado usando uma abordagem eletroquímica. Tanto os sensores "one-shot" (descartáveis) quanto os dispositivos on-line (multi-medição) podem ser obtidos comercialmente, monitorar uma ampla gama de analitos alvo. Em contraste com dispositivos potenciométricos, o princípio de operação dos biossensores amperométricos é definido por um potencial constante útil entre um eletrodo de trabalho e um eletrodo de referência. O potencial funcional resulta em reações redox, fazendo com que uma corrente líquida flua. A magnitude desta corrente é proporcional à concentração de espécies eletroativas presentes na solução de teste e as reações catódica (redução) e anódica (oxidação) podem ser monitoradas amperometricamente. A maioria dos biossensores amperométricos explicados usa enzimas como o elemento de biorreconhecimento. Normalmente, As enzimas oxidase e desidrogenase têm sido os catalisadores mais frequentemente explorados usados para esses formatos de biossensores.
Biossensores potenciométricos
Esta forma de biossensor fornece uma resposta logarítmica por meio de uma alta faixa energética. Esses biossensores são frequentemente concluídos monitorando a criação de protótipos de eletrodo sobre um substrato sintético, coberto por um polímero de desempenho com alguma enzima é conectado. Os biossensores são compostos por dois eletrodos extremamente responsivos e fortes.
Todos os tipos de biossensores normalmente ocupam menos preparação de amostra, uma vez que o componente de detecção biológica é extremamente seletivo para o analito problemático. Pelas mudanças físicas e eletroquímicas o sinal será gerado na camada de polímero condutor adequado à modificação ocorrida no exterior do biossensor.
Biossensor óptico
Ele detecta quanta luz é produzida ou absorvida por meio da reação bioquímica. Um biossensor mais capaz é o biossensor de luminescência para a detecção de bactérias em alimentos e amostras clínicas. As bactérias também são utilizadas como biossensores, pois ficam fluorescentes na presença de poluentes específicos que gostam de comer e detectam a área de derramamento de óleo.
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Biossensores na agricultura
A agricultura inclui a produção de safras e a criação de gado, produzindo diversos produtos que são utilizados na vida cotidiana. Esses elementos sempre estiveram dispostos a causar danos na forma de pragas e doenças causando prejuízo nos lucros. Portanto, uma forma de aumentar os lucros seria diminuir a perda de safras e gado por essas ameaças naturais. Com o avanço do bioterrorismo, a necessidade de biossegurança torna-se necessária. Também, a necessidade de biossegurança é necessária quando produtos agrícolas ou qualquer objeto vivo devem ser transportados através das fronteiras internacionais. Os biossensores podem desempenhar um papel importante neste campo, pois fornecem detecção rápida e específica em comparação com as técnicas mais antigas.
Uma concentração de herbicidas, os pesticidas e metais pesados em terras agrícolas estão aumentando e isso é motivo de preocupação. Os biossensores podem ser usados para calcular os níveis de pesticidas, herbicida, e metais pesados no solo e nas águas subterrâneas. Os biossensores podem ser usados para prever a possível ocorrência de doenças do solo, o que não era viável com a tecnologia existente. O diagnóstico biológico do solo usando biossensor significa abrir a abordagem para uma prevenção confiável e descontaminação de doenças do solo em um estágio anterior.
O princípio básico do diagnóstico do solo com o biossensor é aproximar a atividade relativa de “micróbios bons” e “micróbios ruins” no solo na fonte de medição quantitativa do consumo diferencial de oxigênio na respiração de dois tipos de microrganismos do solo. A medição prossegue durante dois sensores impregnados com "micróbios bons" e "micróbios maus", respectivamente, são imersos em uma suspensão da amostra de solo em solução tampão.
Comparando dois dados, pode-se decidir quantitativamente qual micróbio favorece o solo. É viável, Portanto, para prever se a doença do solo está preparada ou não para estourar no solo testado de antemão. Deve-se enfatizar que o biossensor oferece um sistema inovador de diagnóstico da condição do solo baseado não na experiência, mas em dados numéricos. O biossensor de nitrato foi desenvolvido para a detecção da quantidade de nitrato presente no solo.
Biossensores enzimáticos baseados na inibição de colinesterases têm sido usados para identificar vestígios de organofosforados e carbamatos de pesticidas. Sensores microbianos seletivos e sensíveis para a quantidade de amônia e metano têm sido estudados. Contudo, os biossensores comercialmente obtidos para o gerenciamento da qualidade de águas residuais são analisadores de demanda biológica de oxigênio (DBO) baseados em microorganismos como a bactéria Rhodococcus erythropolis imobilizada em colágeno ou poliacrilamida.
Aplicações de biossensores
- Os biossensores possuem uma gama muito ampla de aplicações que visam o desenvolvimento da qualidade de vida.
- Esta faixa cobre seu uso para monitoramento ambiental, reconhecimento de doenças, segurança alimentar, defesa, descoberta de drogas e muito mais.
- Os biossensores podem ser usados como plataformas para monitorar a rastreabilidade dos alimentos, qualidade, segurança, e valor nutricional.
- Esses aplicativos se enquadram no grupo de ferramentas de análise de "tentativa única", ou seja, onde plataformas de detecção descartáveis e econômicas são necessárias para a aplicação.
- Uma aplicação como monitoramento de poluição requer um biossensor para funcionar por algumas horas a vários dias.
Isso é tudo pessoal sobre os tipos de biossensores agrícolas usados no setor agrícola.
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