Biossensores – encontre fabricantes e fornecedores

Os biossensores detetam substâncias biológicas ou químicas utilizando um elemento de reconhecimento biológico e convertem a reação num sinal mensurável.

São utilizados para detetar substâncias como a glicose, o lactato, enzimas, anticorpos, microrganismos, toxinas e outros analitos biológicos ou químicos.
Um biossensor consiste normalmente num elemento de reconhecimento biológico, num transdutor e num circuito eletrónico de avaliação. O elemento de reconhecimento reage seletivamente com a substância-alvo. O transdutor converte esta reação num sinal elétrico, ótico, térmico ou mecânico.
Os biossensores são utilizados no diagnóstico médico, na biotecnologia, na análise alimentar, na monitorização ambiental e em sistemas de análise e de processos industriais.
Dependendo da aplicação, estão disponíveis como elementos sensores individuais, células de medição, sondas, tiras de teste, sensores de fluxo contínuo ou componentes de instrumentos analíticos completos.
A seguir, apresenta-se uma visão geral dos tipos típicos, aplicações, vantagens, limitações e critérios de seleção importantes para os biossensores.

Tipos de biossensores

Biossensores enzimáticos

Os biossensores enzimáticos utilizam enzimas como elementos de reconhecimento biológico.
A enzima reage seletivamente com a substância a medir. Isto produz produtos de reação ou alterações mensuráveis que são detetados pelo transdutor.
Os biossensores enzimáticos são utilizados, por exemplo, para medir glicose, lactato, glutamato, glutamina, colesterol ou álcool.
A precisão da medição depende, entre outros fatores, da atividade enzimática, da temperatura, do valor do pH e da composição da amostra.

Imunossensores

Os imuno-sensores baseiam-se na ligação específica entre anticorpos e antigénios.
Podem detetar proteínas, agentes patogénicos, alérgenos, toxinas e outras substâncias-alvo biológicas.
A reação de ligação é avaliada eletroquimicamente, opticamente ou através de uma alteração na massa na superfície do sensor.
Para obter resultados fiáveis, as reações cruzadas com substâncias semelhantes devem ser minimizadas tanto quanto possível.

Biossensores baseados em ácidos nucleicos

Os biossensores baseados em ácidos nucleicos detetam sequências específicas de ADN ou ARN.
Para o efeito, secções correspondentes de ácido nucleico são imobilizadas na superfície de um sensor. Quando a sequência-alvo se liga a esta superfície, é gerado um sinal que pode ser avaliado.
Estes sensores podem ser utilizados para detetar características genéticas, contaminação biológica ou determinados microrganismos.

Biossensores baseados em células

Os biossensores baseados em células utilizam células vivas ou componentes celulares como elementos de reconhecimento.
As células reagem a substâncias específicas, condições ambientais ou influências tóxicas. São então medidas alterações no metabolismo, no crescimento ou noutras funções celulares.
Os sistemas baseados em células são utilizados em ensaios farmacêuticos, toxicologia e análise ambiental.

Biossensores eletroquímicos

Os biossensores eletroquímicos convertem uma reação biológica ou química num sinal elétrico.
Dependendo do design, são medidas correntes elétricas, tensões, resistências ou impedâncias.
Os biossensores eletroquímicos podem ser concebidos em formatos compactos e são frequentemente adequados para pequenos volumes de amostra, bem como para sistemas de medição móveis ou automatizados.
No entanto, a superfície do elétrodo pode ser afetada por depósitos, contaminação ou componentes da amostra.

Biossensores óticos

Os biossensores óticos detetam alterações nos sinais de luz.
Os parâmetros medidos incluem absorção, fluorescência, luminescência, reflexão e alterações no índice de refracção.
Os biossensores óticos podem atingir elevada sensibilidade e, dependendo do seu design, podem detetar várias substâncias simultaneamente.
Amostras turvas, coloridas ou que dispersem fortemente a luz podem prejudicar a medição.

Biossensores piezoelétricos

Os biossensores piezoelétricos detetam alterações na massa numa superfície sensora oscilante.
Quando a substância-alvo se liga à superfície revestida, a frequência de ressonância do elemento sensor altera-se.
Estes sistemas são adequados para investigar processos de ligação. A temperatura, a viscosidade e os depósitos não específicos podem influenciar o resultado da medição.

Aplicações dos biossensores

Diagnóstico médico

No diagnóstico médico, os biossensores são utilizados para determinar valores metabólicos, biomarcadores, agentes patogénicos e outros parâmetros clinicamente relevantes.
Entre as aplicações mais conhecidas encontram-se a medição da glicose e do lactato.
Dependendo do seu design, os biossensores podem integrar-se em instrumentos de laboratório, dispositivos de medição portáteis, tiras de teste ou sistemas de medição em funcionamento contínuo.

Biotecnologia e fermentação

Nos processos biotecnológicos, os biossensores monitorizam nutrientes, produtos metabólicos e condições do processo.
Valores medidos, como glicose, lactato, glutamato, glutamina ou oxigénio, fornecem informações sobre o andamento dos processos de fermentação e das culturas celulares.
A deteção rápida permite identificar desvios numa fase precoce e ajustar as condições do processo.

Investigação farmacêutica

Na investigação farmacêutica, os biossensores são utilizados para estudar substâncias ativas, proteínas, reações de ligação e respostas celulares.
Podem automatizar séries de medições e detetar alterações nos processos biológicos num curto espaço de tempo.
Para obter resultados comparáveis, são necessárias condições de amostragem reprodutíveis, uma calibração adequada e uma superfície do sensor controlada.

Indústria alimentar e de bebidas

Os biossensores podem detetar ingredientes, alergénios, microrganismos, toxinas e resíduos em alimentos e bebidas.
São utilizados para inspecionar matérias-primas, processos de produção e produtos acabados.
Gorduras, proteínas, corantes, partículas e outros componentes da amostra podem influenciar o resultado da medição. Por isso, o sensor deve ser adequado à respetiva matriz alimentar.

Análise ambiental

Na análise ambiental, os biossensores são utilizados para detetar poluentes, microrganismos, pesticidas e contaminação orgânica.
É possível analisar água, águas residuais, extratos de solo e outras amostras ambientais.
Caixas de sensores robustas, funcionamento simples e baixa sensibilidade a flutuações de temperatura são vantajosas para aplicações móveis.

Monitorização de processos industriais

Os biossensores podem ser integrados em sistemas de análise e de processos industriais.
Estes monitorizam parâmetros biológicos ou químicos em reatores, condutas, células de medição e sistemas de amostragem automatizados.
A resistência aos meios de processo, uma vida útil adequada e a possibilidade de limpar ou substituir o elemento sensor são importantes para o funcionamento contínuo.

Vantagens dos biossensores

• Detecção seletiva de substâncias biológicas ou químicas específicas
• Tempos de medição curtos
• Baixas necessidades de amostra
• Designs compactos
• Integração em sistemas de medição móveis e automatizados
• Possibilidade de medições contínuas ou repetidas
• Diferentes elementos de reconhecimento biológico disponíveis
• Vários sinais de saída elétricos e óticos
• Utilização em laboratórios, ambientes de produção e análises móveis
• Possibilidade de monitorização direta do processo

Limitações dos biossensores

• Os elementos de reconhecimento biológico podem ser sensíveis à temperatura, à humidade, ao valor do pH e a substâncias químicas.
• As enzimas, os anticorpos, as células e outros componentes biológicos têm frequentemente uma vida útil e de armazenamento limitada.
• Os componentes da amostra podem acumular-se na superfície do sensor e alterar o resultado da medição.
• Substâncias semelhantes podem causar reações cruzadas, dependendo do elemento de reconhecimento.
• A calibração pode sofrer alterações durante o funcionamento e deve ser verificada regularmente.
• Alguns biossensores são concebidos apenas para utilização única.
• A limpeza e a regeneração de sensores reutilizáveis podem ser demoradas.
• Os resultados laboratoriais nem sempre podem ser transferidos diretamente para amostras reais ou processos industriais.
• O desempenho de um biossensor depende frequentemente em grande medida da composição da amostra.
• Não estão disponíveis valores de comparação padronizados de diferentes fabricantes para todas as aplicações.

Critérios importantes de seleção de biossensores

Substância-alvo

O primeiro passo consiste em definir qual a substância ou grupo de substâncias a detetar.
O biossensor deve conter um elemento de reconhecimento biológico adequado para o respetivo analito.
Devem também ser consideradas possíveis substâncias associadas e compostos quimicamente semelhantes, uma vez que podem influenciar o resultado da medição.

Intervalo de medição e limite de deteção

A gama de medição deve abranger totalmente as concentrações esperadas.
É necessário um limite de deteção suficientemente baixo para concentrações muito baixas.
No entanto, um sensor particularmente sensível não é automaticamente melhor se a faixa de concentração relevante for significativamente mais elevada.

Seletividade

A seletividade descreve o grau de especificidade com que o biossensor responde à substância-alvo.
Em amostras complexas, moléculas semelhantes ou outros componentes podem gerar sinais indesejados.
O fabricante deve, por isso, especificar as sensibilidades cruzadas conhecidas e os tipos de amostras para os quais o sensor foi testado.

Tempo de resposta

O tempo de resposta necessário depende da aplicação.
Para a monitorização contínua de processos ou medições que variam rapidamente, o sensor deve detetar alterações num curto espaço de tempo.
Para análises laboratoriais individuais, um tempo de medição mais longo pode ser aceitável se melhorar a sensibilidade ou a precisão.

Tipo de amostra e preparação da amostra

O sangue, os meios de cultura celular, os alimentos, as águas residuais e os líquidos de processos industriais impõem exigências diferentes a um biossensor.
A viscosidade, o teor de partículas, a cor, a temperatura e a composição química podem influenciar a medição.
É necessário determinar se a amostra precisa de ser diluída, filtrada, preparada ou submetida a controlo de temperatura.

Vida útil e estabilidade de armazenamento

Os elementos de reconhecimento biológico podem perder a sua atividade durante o armazenamento e a utilização.
É necessário ter em conta o prazo de validade, a temperatura de armazenamento permitida, a embalagem, a proteção contra a humidade e eventuais requisitos de refrigeração.
No caso dos sensores reutilizáveis, o número de ciclos de medição ou regeneração possíveis também é relevante.

Sensor de uso único ou reutilizável

Os sensores de utilização única reduzem os requisitos de limpeza e o risco de contaminação cruzada entre amostras.
Os sensores reutilizáveis podem ser mais económicos para medições frequentes, mas requerem procedimentos adequados de limpeza, calibração e regeneração.
A escolha depende da frequência de medição, dos requisitos de higiene e do custo por medição.

Sinal de saída e interfaces

O sinal de saída deve ser compatível com o sistema de medição ou controlo existente.
Dependendo do biossensor, são fornecidos sinais de corrente, tensão, frequência, digitais ou óticos.
Interfaces adequadas, transmissão de dados estável e integração no software de avaliação são importantes para aplicações automatizadas.

Calibração

Os biossensores requerem uma calibração adequada para a gama de medição pretendida e o tipo de amostra.
Devem ser considerados os intervalos de calibração, as soluções de referência, a compensação de temperatura e eventuais desvios.
A calibração deve ser documentada e rastreável para garantir resultados comparáveis.

Condições ambientais e de processo

A temperatura, a pressão, a humidade, a vibração, a interferência eletromagnética e os meios agressivos podem influenciar o funcionamento.
Para aplicações industriais, as caixas, as juntas, as superfícies dos sensores e as ligações elétricas devem ser concebidas para as respetivas condições.

Limpeza e substituição

No caso de biossensores reutilizáveis, deve determinar-se como a superfície do sensor pode ser limpa ou regenerada.
Os agentes de limpeza e os procedimentos de desinfeção não devem danificar o elemento de reconhecimento biológico.
Um elemento sensor substituível pode simplificar a manutenção e a assistência técnica.

Resumo

Os biossensores combinam elementos de reconhecimento biológico com transdutores elétricos, óticos, térmicos ou mecânicos.
Dependendo da aplicação, são utilizados biossensores enzimáticos, imunológicos, baseados em ácidos nucleicos, baseados em células, eletroquímicos, óticos ou piezoelétricos.
As aplicações típicas incluem o diagnóstico médico, a biotecnologia, a investigação farmacêutica, a análise alimentar, a monitorização ambiental e o controlo de processos industriais.
Os principais critérios de seleção incluem a substância-alvo, a gama de medição, a seletividade, o limite de deteção, o tempo de resposta, o tipo de amostra, a vida útil e a interface.
Uma vez que os elementos de reconhecimento biológico podem ser sensíveis às condições ambientais e ao envelhecimento, o armazenamento, a calibração, a limpeza e a substituição devem ser tidos em conta durante a aquisição.

Os biossensores estão disponíveis junto de vários fabricantes e fornecedores. É possível encontrar informações abrangentes sobre fabricantes e fornecedores de biossensores de todo o mundo no Exportpages.