Irányítás, szabályzás Bioszenzorok 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 Nedves súly Turbiditás 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 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: Előnye: Hátránya: 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 Detektorok Immunológia (10-12 M) vs. Enzim (10-6 M) Stabilitás Szerves oldószerben Detektorok Kevésbé érzékeny, mint a biológia On line Méretcsökkentés