Irányítás, szabályzás Bioszenzorok

Az előadások a következő témára: "Irányítás, szabályzás Bioszenzorok"— Előadás másolata:

1 Irányítás, szabályzás Bioszenzorok
Biotechnológia Irányítás, szabályzás Bioszenzorok

2 Fermentor típusok Batch Fed batch Folyamatos

3 Biomassza növekedése Számlálás Mikroszkóp Lemezelés (CFU)
Coulter számláló

4 Biomassza növekedése Számlálás Flow citometria
FACS (fluorescence activated cell sorting)

5 Biomassza növekedése Sejttömeg Száraz súly Nedves súly Turbiditás
szárítószekrényben Nedves súly centrifuga Turbiditás spektrofotométerben Image analízis CCD kamera (félvezető chip, digitális fotoelektromos jelet regisztrál) Software illeszti a képeket

6 Biomassza növekedése Metabolikus aktivitás
Fermentációs hő (pl. hűtővíz) Elektromos paraméterek Elektromos vezetőképesség Fluoreszcencia

7 Szaporodást befolyásoló paraméterek
Hőmérséklet mérése: hőmérő termisztor pH pH elektród - galvánelem

8 Szaporodást befolyásoló paraméterek
Szabad víz Mechanikai hatások Keverő nyíró hatás Biofilm

9 Szaporodást befolyásoló paraméterek
Szabad víz Mechanikai hatások Keverő nyíró hatás Biofilm

10 Szubsztrát, termék mérése: oldatban
HPLC (high performance liquid chromatography) gradiens pumpák oszlop méret, ioncsere, fordított fázis detektor UV-VIS, törésmutató, vezetőképesség, fluoreszcencia

11 Szubsztrát, termék mérése: gáz fázisban
GC (gas chromatograph) GC: vivőgáz oszlop detektor TCD (thermal conductivity detector) FID (flame ionization detector)

12 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

13 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

14 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

15 Bioszenzorok Felépítés: Előnye: Hátránya: Biológiai érzékelő
Jelátalakító Mérőműszer Előnye: Specifikus Érzékeny Hátránya: Biol. komponens érzékeny Instabil mérőműszer érzéketlen

16 Bioszenzorok Kanári madár Gyors anyagcsere Érzékeny a környezetre
CH4, CO kimutatás

17 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

18 Bioszenzorok - elektrokémia
Glükóz kimutatás Gyógyászatban Iparban Glükóz oxidáz FAD fluoreszcencia Redox – elektród H2O2 - oxidálószer

19 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

20 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

21 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

22 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

23 Bioszenzorok - QCM Kvarc kristály mikromérleg (QCM)
Piezoelektromos kvarc kristály Mechanikai vibrációra áramot termel Nagyon érzékeny a felületi lerakódásokra Biológiai minta kis változását méri

24 Bioszenzorok – QCM Monoklonális ellenanyag QCM
Antigén-antitest versengés elvén alapul Kis molekulákra is jó IgG tömege egyforma = változás kvantitatív Kimutatási idő: 1 perc

25 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

26 Proteomikai munkafázisok

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

28

29 Bioszenzor - fluoreszcencia
Glükóz Glükóz a cukorkötő concanavalin A fehérjéhez kötődik Fluoreszcencia kioltás, ha nincs kötődés Tehát ha van fluoreszcencia az arányos a glükóz koncentrációval

30 Bioszenzor - fluoreszcencia
Rekombináns élesztő Trinitrotoluol (TNT) bontó enzim Zöld fluoreszkáló fehérje (GFP) Érzékeny antiterrorista szenzor

31 Bioszenzorok - jövő Biológia Detektorok
Immunológia (10-12 M) vs. Enzim (10-6 M) Stabilitás Szerves oldószerben Detektorok Kevésbé érzékeny, mint a biológia On line Méretcsökkentés