Irányítás, szabályzásBioszenzorok Biotechnológia

Biotechnológia

Irányítás, szabályzás

Bioszenzorok

Fermentor típusok

• Batch

• Fed batch

• Folyamatos

Biomassza növekedése

• Számlálás

– Mikroszkóp

– Lemezelés (CFU) – Coulter számláló

Biomassza növekedése

• Számlálás

– Flow citometria

– FACS (fluorescence activated cell sorting)

Biomassza növekedése

• Sejttömeg

– Száraz súly

• szárítószekrényben

– Nedves súly

• centrifuga

– Turbiditás

• spektrofotométerben

– Image analízis

• CCD kamera (félvezető chip, digitális fotoelektromos jelet regisztrál)

• Software illeszti a képeket

Biomassza növekedése

• Metabolikus aktivitás

– Fermentációs hő (pl.

hűtővíz)

– Elektromos paraméterek

• Elektromos vezetőképesség

– Fluoreszcencia

Szaporodást befolyásoló paraméterek

• Hőmérséklet

– mérése:

• hőmérő

• termisztor

• pH

– mérése:

• pH elektród - galvánelem

Szaporodást befolyásoló paraméterek

• Szabad víz

• Mechanikai hatások

– Keverő nyíró hatás – Biofilm

Szaporodást befolyásoló paraméterek

• Szabad víz

• Mechanikai hatások

– Keverő nyíró hatás – Biofilm

Szubsztrát, termék mérése:

oldatban

• HPLC (high performance liquid chromatography)

– gradiens

• pumpák

– oszlop

• méret, ioncsere, fordított fázis

– detektor

• UV-VIS, törésmutató,

vezetőképesség, fluoreszcencia

Szubsztrát, termék mérése: gáz fázisban

• GC (gas chromatograph)

– GC: vivőgáz – oszlop

– detektor

• TCD (thermal

conductivity detector)

• FID (flame ionization detector)

Szubsztrát, termék mérése: gáz fázisban

• GC-MS (gas

chromatograph – mass spectrometry)

– GC: vivőgáz – oszlop

– detektor : MS

• Ionizáló forrás

• elektromos tér gyorsít

• mágneses tér eltérít

• ion tömeg szerint frakciók

Szubsztrát, termék mérése: gázok

• On line gáz áramlási sebesség

– Rotaméter

• áramlási sebesség

hőmérséklet és nyomás függő

– TMFM (thermal mass flow monitor)

• Tömegáram mérés nem függ hőmérséklettől és nyomástól

Szubsztrát, termék mérése: gázok

• Gázösszetétel

– Kimutatás

• O₂, CO₂: égés, légzés

– Mérés

• GC, GC-MS

• Infravörös abszorpció

– Monoatomosra nem jó

• Mágneses szuszceptibilitás

– O2 : 80°C alatt paramágneses felette diamágneses

Bioszenzorok

• Felépítés:

– Biológiai érzékelő – Jelátalakító

– Mérőműszer

• Előnye:

– Specifikus – Érzékeny

• Hátránya:

– Biol. komponens

• érzékeny

• Instabil

• mérőműszer érzéketlen

Bioszenzorok

• Kanári madár

– Gyors anyagcsere – Érzékeny a

környezetre

– CH₄, CO kimutatás

Bioszenzorok - BOI

• Biológiai oxigén igény (BOI, BOD) – Gáznyomást mér

• C_org + O₂ = CO₂

• NaOH + CO₂ = NaCO₃ + H₂O – Mikróbák fogyasztják az O₂-t

– Hőmérséklet – Kevertetés

– Nitrifikáció, toxikus anyagok gátolnak

• Kémiai oxigén igény (KOI, COD)

– KMnO4

Bioszenzorok - elektrokémia

• Glükóz kimutatás

• Gyógyászatban

• Iparban

• Glükóz oxidáz

• FAD fluoreszcencia

• Redox – elektród

• H₂O₂ - oxidálószer

Bioszenzorok - Immunológia

• Human chorion

gonadotropin (hCG)

– Terhességi teszt

• polipeptid hormon

• petesejt beágyazódást indít

– Ellenanyagok

• hCG ellen: immobilizált,

szabadon mozgó + rögzített pozitív jel

• anti-hCG ellen: negatív kontroll

Bioszenzorok - Immunológia

• Human chorion

gonadotropin (hCG)

– Terhességi teszt

• polipeptid hormon

• petesejt beágyazódást indít

– Ellenanyagok

• immobilizált, másodlagos enzim jelölt

• hCG ellen: szabadon mozgó + rögzített pozitív jel

• anti-hCG ellen: negatív kontroll

Bioszenzorok - ELISA

• Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA)

– Általános ellenanyag kikötve – Antigén kötődik

– Specifikus, antigén elleni ellenanyag kötődik

– Anti-antigén másodlagos

ellenanyag marker enzimmel

(HRPO, Biotin-avidin, fluoreszcens festék jelölt) kötődik

– Színreakció

Bioszenzorok - PSR

• Plazmon felületi rezonancia (PSR)

– Fémréteg két oldaláról visszavert fehér fény – Erősítő és gyengítő

rezonanciák

– Hullámhossz és görbe eltolódásából mérjük a makromolekulák közötti kölcsönhatást

Bioszenzorok - QCM

• Kvarc kristály

mikromérleg (QCM)

– Piezoelektromos kvarc kristály

– Mechanikai vibrációra áramot termel

– Nagyon érzékeny a felületi lerakódásokra – Biológiai minta kis

változását méri

Bioszenzorok – QCM

• Monoklonális

ellenanyag QCM

– Antigén-antitest versengés elvén alapul

– Kis molekulákra is jó – IgG tömege egyforma

= változás kvantitatív – Kimutatási idő: 1 perc

Bioszenzorok – DNS chip

– Teljes genom expressziót vizsgál

– Hordozóra a “próba” ezzel hibridizál a “target”

– Egy dimenzió: a target egyszer jelölt pl. radioaktívan

– Két dimenzió: eltérő színű jelölések

• Expressziós mintázat

• Diagnosztikai értékű

Proteomikai munkafázisok

A vad és az fnrT mutáns (FNRTM) törzsek fehérjéinek analízise 2D-gélelektroforézissel

BBS FNRTM

Bioszenzor - fluoreszcencia

• Glükóz

– Glükóz a cukorkötő

concanavalin A fehérjéhez kötődik

– Fluoreszcencia kioltás, ha nincs kötődés

– Tehát ha van fluoreszcencia az arányos a glükóz

koncentrációval

Bioszenzor - fluoreszcencia

• Rekombináns élesztő

– Trinitrotoluol (TNT) bontó enzim – Zöld fluoreszkáló fehérje (GFP) – Érzékeny antiterrorista szenzor

Bioszenzorok - jövő

• Biológia

– Immunológia (10^-12 M) vs. Enzim (10^-6 M) – Stabilitás

– Szerves oldószerben

• Detektorok

– Kevésbé érzékeny, mint a biológia – On line

– Méretcsökkentés