Transcript 6_Szabalyzas_bioszenzor

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
• Corg + 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