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Agricoltura moderna
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Oggi, parliamo dei tipi di biosensori agricoli e della loro applicazione in agricoltura.
Cos'è il biosensore? Un biosensore è un dispositivo analitico che converte una reazione biologica in un segnale elettrico. I biosensori possono essere definiti come dispositivi analitici che contengono una combinazione di elementi di rilevamento biologico come un sistema di sensori e un trasduttore. Le applicazioni di questi biosensori includono principalmente il controllo del controllo dell'inquinamento ecologico, nel campo dell'agricoltura e dell'industria alimentare. Le caratteristiche principali dei biosensori sono la stabilità, costo, sensibilità, e riproducibilità. Lo scopo di un biosensore è creare segnali elettronici discreti o continui che siano proporzionali a un singolo analita oa un gruppo correlato di analiti.
Nelle industrie agricole, la qualità di un prodotto viene valutata attraverso analisi chimiche e microbiologiche periodiche che sono costose, Lento, necessitano di operatori ben formati e, in alcuni casi, necessitano di fasi di estrazione o pretrattamento, aumentando il tempo di analisi. I biosensori possono fornire rapidamente, metodi non distruttivi e convenienti per il monitoraggio della qualità di un prodotto. I biosensori riducono i tempi ei costi del test o aumentano la sicurezza del prodotto.
I biosensori sono stati adattati per rilevare gli analiti nei sistemi in linea. I biosensori hanno il potenziale per fare una rivoluzione analitica per risolvere i problemi nell'industria agricola e alimentare. Ora, entriamo nei dettagli dei tipi di biosensori agricoli e dei loro principi nel settore agricolo.
Il materiale biologico preferito come l'enzima viene scelto per metodi convenzionali come l'intrappolamento fisico o di membrana e il legame non covalente o covalente. Il materiale biologico scelto è in contatto con il trasduttore. Per creare un analita legato attraverso l'analita si lega al materiale biologico questo produce la risposta elettrica da misurare. In alcuni casi, l'analita è cambiato in un prodotto e ha qualche probabilità di connettersi con il rilascio di calore, gas come l'ossigeno, elettroni o ioni idrogeno.
Regolamentazioni più severe e una maggiore consapevolezza pubblica delle questioni ambientali comportano requisiti per monitorare una gamma sempre più ampia di analiti nell'aria, suolo, e acqua con maggiore precisione. Le crescenti preoccupazioni del pubblico per la sicurezza dell'ambiente favoriscono anche la necessità di monitorare gli agenti patogeni in campo e nei corsi d'acqua. Con una maggiore pressione per riciclare l'acqua, ridurre al minimo l'uso di agenti antibatterici e mantenere scarichi di qualità, i produttori di un'ampia varietà di settori sono alla ricerca di tecnologie per identificare rapidamente i problemi di contaminazione alla fonte. Nel frattempo, gli operatori cercano di farsi carico dei costi di regimi di monitoraggio sempre più complessi. I biosensori in grado di rilevare rapidamente un organismo saranno molto importanti nel monitoraggio ambientale dei patogeni.
La durata, sensibilità e basso costo dei trasduttori di segnale e la crescente disponibilità di enzimi, anticorpi e microrganismi geneticamente modificati correlati agli inquinanti ambientali hanno contribuito al recente interesse nell'applicazione dei biosensori al monitoraggio ambientale.
I componenti biologici sono opportunamente immobilizzati sulla superficie del trasduttore. Gli enzimi vengono generalmente immobilizzati mediante glutaraldeide su una carta velina porosa simile a un foglio o su un tessuto a rete di nylon e la membrana enzimatica così prodotta viene fissata al trasduttore.
La superficie del trasduttore può essere trattata con 3-amminopropil trietossisilano. I componenti biologici possono ora legarsi in modo covalente a questo silano reticolato tramite il gruppo amminico reattivo che rimane libero. Questo processo produce risultati non riproducibili e spesso provoca una forte riduzione dell'attività dei componenti biologici.
La componente biologica interagisce particolarmente con l'analita, che produce un cambiamento fisico vicino alla superficie del trasduttore. Questo cambiamento fisico può essere il calore rilasciato o assorbito dalla reazione, produzione di potenziale elettrico a causa del cambiamento di distribuzione degli elettroni, movimento di elettroni a causa di reazioni redox, la luce prodotta o assorbita dalla reazione, modificare nella massa dei componenti biologici come risultato della reazione.
Il trasduttore rileva il segnale e lo converte in segnali elettrici.
Questo segnale è necessariamente piccolo e viene amplificato dall'amplificatore prima di essere inviato al microprocessore. Il segnale viene quindi elaborato e interpretato e visualizzato nelle unità appropriate.
Ci sono molti tipi di biosensori basati sui dispositivi sensori e sui materiali biologici e alcuni di essi sono discussi di seguito.
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È un dispositivo molto semplice. Misura la misura della corrente elettronica, ionici o per variazioni di conduttanza concesse dai bioelettrodi. Il substrato del sensore contiene generalmente tre elettrodi; un elettrodo di riferimento, un elettrodo attivo, e un elettrodo lavello. Un elettrodo ausiliario (noto anche come controelettrodo) può essere presente come sorgente di ioni. L'analita target è coinvolto nella reazione che avviene sulla superficie dell'elettrodo attivo, e gli ioni prodotti per realizzare un potenziale che viene sottratto a quello dell'elettrodo di riferimento per dare un segnale.
In questo tipo di biosensore l'intera cellula o gli organelli utilizzano come componente biologico. Le celle sono molto più economiche, avere una vita attiva più lunga, e sono meno sensibili all'inibizione, pH, e variazioni di temperatura rispetto agli enzimi.
L'uso di biosensori amperometrici nella trasduzione del segnale è risultato essere il più ampiamente riportato utilizzando un approccio elettrochimico. Sia i sensori “one-shot” (usa e getta) che i dispositivi on-line (multimisura) sono reperibili in commercio, monitoraggio di un'ampia gamma di analiti target. A differenza dei dispositivi potenziometrici, il principale funzionamento dei biosensori amperometrici è definito da un potenziale costante utile tra un elettrodo di lavoro e uno di riferimento. Il potenziale funzionale si traduce in reazioni redox, facendo fluire una corrente netta. L'entità di questa corrente è proporzionale alla concentrazione di specie elettroattive presenti nella soluzione di prova e sia le reazioni catodiche (di riduzione) che quelle anodiche (ossidanti) possono essere monitorate amperometricamente. La maggior parte dei biosensori amperometrici spiegati utilizza gli enzimi come elemento di bioriconoscimento. Normalmente, gli enzimi ossidasi e deidrogenasi sono stati i catalizzatori più frequentemente utilizzati per questi formati di biosensori.
Questa forma di biosensore fornisce una risposta logaritmica mediante un elevato range energetico. Questi biosensori sono spesso completati da monitor creando i prototipi di elettrodi che giacciono su un substrato sintetico, coperto da un polimero performante con un enzima è collegato. I biosensori comprendono due elettrodi estremamente reattivi e resistenti.
Tutti i tipi di biosensori normalmente occupano meno preparazione del campione poiché il componente di rilevamento biologico è estremamente esigente utilizzato per l'analita in difficoltà. Attraverso i cambiamenti di fisica ed elettrochimica il segnale sarà generato dallo strato di polimero conduttore atto a modificarsi avvenendo all'esterno del biosensore.
Rileva quanta luce viene prodotta o assorbita attraverso la reazione biochimica. Un biosensore più capace è il biosensore a luminescenza per il rilevamento di batteri negli alimenti e nei campioni clinici. I batteri sono anche usati come biosensori, diventano fluorescenti in presenza di specifici inquinanti che amano mangiare e rilevano l'area delle fuoriuscite di petrolio.
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L'agricoltura comprende la produzione di colture e l'allevamento di bestiame che produce diversi prodotti che vengono utilizzati nella vita quotidiana. Questi elementi sono sempre stati soggetti a danni sotto forma di parassiti e malattie causando una perdita di profitti. Quindi, un modo per aumentare i profitti sarebbe ridurre la perdita di raccolti e bestiame causata da tali minacce naturali. Con il progresso del bioterrorismo, la necessità di biosicurezza diventa necessaria. Anche, la necessità della biosicurezza è necessaria quando i prodotti agricoli o qualsiasi oggetto vivente devono essere trasportati attraverso i confini internazionali. I biosensori possono svolgere un ruolo importante in questo campo in quanto forniscono un rilevamento rapido e specifico rispetto alle tecniche precedenti.
Una concentrazione di erbicidi, pesticidi e metalli pesanti nei terreni agricoli è in aumento e questo è motivo di preoccupazione. I biosensori possono essere utilizzati per calcolare i livelli di pesticidi, erbicida, e metalli pesanti nel suolo e nelle acque sotterranee. I biosensori possono essere utilizzati per prevedere la possibile insorgenza di malattie del suolo, che non era possibile con la tecnologia esistente. La diagnosi biologica del suolo mediante biosensori significa aprire l'approccio alla prevenzione affidabile e alla decontaminazione delle malattie del suolo in una fase precoce.
Il principio di base della diagnosi del suolo con il biosensore è approssimare l'attività relativa di "microbi buoni" e "microbi cattivi" nel suolo sulla fonte di misurazione quantitativa del consumo differenziale di ossigeno nella respirazione di due tipi di microrganismi del suolo. La misurazione procede durante due sensori impregnati di "microbi buoni" e "microbi cattivi", rispettivamente, sono immersi in una sospensione del campione di terreno in soluzione tampone.
Confrontando due dati è possibile decidere quantitativamente quale microbo favorisce il suolo. è fattibile, perciò, prevedere in anticipo se la malattia del suolo è pronta a scoppiare nel terreno testato. Va sottolineato che il biosensore offre un sistema innovativo di diagnosi delle condizioni del suolo basato non sull'esperienza ma su dati numerici. Il biosensore per nitrati è stato sviluppato per la rilevazione della quantità di nitrati presenti nel suolo.
Biosensori enzimatici basati sull'inibizione delle colinesterasi sono stati utilizzati per identificare tracce di organofosfati e carbammati dai pesticidi. Sono stati studiati sensori microbici selettivi e sensibili per la quantità di ammoniaca e metano. Però, i biosensori commercialmente disponibili per la gestione della qualità delle acque reflue sono analizzatori della domanda biologica di ossigeno (BOD) basati su microrganismi come i batteri Rhodococcus erythropolis immobilizzati in collagene o poliacrilammide.
Questo è tutto sui tipi di biosensori agricoli utilizzati nel settore agricolo.
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