Desde que en el año 1962 surgió el primer concepto de biosensor (biosensor de glucosa, Clark,1962) el campo de investigación sobre biosensores ha ido creciendo de una forma exponencial hasta convertirse en un área fundamental de trabajo.

La tecnología de biosensores

La masiva introducción en el mercado de los biosensores de glucosa, que son utilizados diariamente por miles de personas en todo el mundo, supuso la prueba más concluyente de la utilidad de la tecnología biosensora, al ayudar a miles de enfermos diabéticos a mantener una mejor calidad de vida.

¿Qué son los biosensores?

Un biosensor se puede definir como un dispositivo compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas, ADN, células,.....) preparado para detectar específicamente una sustancia aprovechando la exquisita especificidad de las interacciones biomoleculares y un transductor o sensor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y "traducirla" en una señal cuantificable. Los dos constituyentes del biosensor están integrados conjuntamente y es precisamente esta íntima unión de dos mundos opuestos (el "vivo" y el "inerte") la que le confiere a los dispositivos biosensores sus especiales características de sensibilidad y selectividad . Es frecuente confundir el término "biosensor" con un dispositivo que mide moléculas biológicas, cuando en realidad el nombre "biosensor" hace referencia a la parte receptora biológica que lleva incorporada en su interior. Por ejemplo, es poco conocido que el famoso medidor de glucosa que mencionábamos al inicio, es un biosensor, ya que en su interior combina un electrodo (transductor) con una capa de enzimas glucosaoxidasas (receptor), encargadas de catalizar la reacción de descomposición de la glucosa. Cuando la reacción enzimática tiene lugar, el electrodo detecta un cambio redox, que es directamente proporcional a la concentración de glucosa en la sangre del paciente.

Esquema del principio de funcionamiento de los biosensores

Características de los biosensores

Ilustración de un biochipAdemás de la sensibilidad y selectividad, una de las características fundamentales que hace tan atractivos a la mayoría de los biosensores es la posibilidad de realizar el análisis de la sustancia a determinar en tiempo real y de forma directa (sin necesidad de marcador) a diferencia de cualquier análisis biológico o clínico que requiere siempre un marcador (ya sea colorimétrico, fluorescente o radioactivo). Estas dos características le confieren a los biosensores la posibilidad de realizar no sólo un análisis cualitativo (si/no) y cuantitativo, sino también la posibilidad de evaluar la cinética de la interacción (constante de afinidad, asociación, disociación,...) y, por tanto, elucidar los mecanismos fundamentales de dicha interacción. Pocas técnicas biotecnológicas permiten la evaluación en tiempo real de las cinéticas de interacción, por lo que la tecnología biosensora se está imponiendo en todas aquellas áreas donde es fundamental conocer los detalles cinéticos de la interacción biomolecular, como por ejemplo, en la evaluación de fármacos potenciales.

Ejemplos de biosensores electroquímicos y biosensores nanomecánicos.

¿Para qué sirven?

Imagen de un biosensor electroquímico de 1mm cuadradoAdemás, las técnicas de análisis de laboratorio más habituales, ya sea de sustancias químicas o biológicas, suelen ser laboriosas, consumen mucho tiempo y en la mayoría de la ocasiones requieren personal especializado para su manejo . Frente a ellas los biosensores ofrecen la posibilidad de obtener medidas directas, continuas, de forma rápida y con alta sensibilidad. Muchos biosensores ofrecen también las ventajas del pequeño tamaño y la portabilidad, por lo que se podrían utilizar en cualquier lugar, como el hogar o la consulta del médico. Esto además significa que la cantidad de muestra para hacer el análisis es relativamente baja (de micro a nanolitros), lo que es muy importante si se trata de análisis de sangre o de ADN o si la muestra es cara o difícil de conseguir.

Receptores y transductores

Son muchos los dispositivos biosensores que se han desarrollado y muy variados los mecanismos físico-químicos de transducción que se han empleado para traducir la interacción biológica en una señal cuantificable y útil para el usuario. La clasificación de los biosensores viene impuesta tanto por la naturaleza de la biocapa receptora elegida como por el tipo del transductor empleado. Como elementos biológicos receptores se pueden emplear enzimas, anticuerpos, receptores proteícos, secuencias de oligonucleótidos, fragmentos subcelulares como mitocondrias, secciones de tejidos animales y vegetales, células completas, etc. y como transductor dispositivos ópticos, electroquímicos, y mecano-acústicos, principalmente. La combinación de la diversas capas receptoras con los diferentes transductores puede dar lugar a una gran variedad de dispositivos biosensores.