Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak

229 ekaia ZIENTZIA eta TEKNOLOGIA ALDIZKARIA ISSN 0214-9001 – eISSN 2444-3255 Ekaia, 2024, 45, 229-244 https://doi.org/10.1387/ekaia.23770 * Harremanetan jartzeko / Corresponding author: Naiara Rojo. Ingeniaritza Kimikoa eta Ingurumenaren Ingeniaritza Saila, Vitoria-Gasteizko Ingeniartiza Eskola (UPV/EHU).– [email protected] – https://orcid.org/0000-0001-6499-7223 Nola aipatu / How to cite: García-Hernando, Maite; Rojo, Naiara; Barona, Astrid; Basabe-Desmonts, Lourdes; BenitoLopez, Fernando (2024). «Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak». Ekaia,45, 2024, 229-244. (https://doi.org/10.1387/ekaia.23770). Jasotze-data:2022, ekainak 20; Onartze-data:2023, urriak 25. ISSN0214-9001 - eISSN2444-3255 / © 2024 UPV/EHU Lan hau Creative Commons Aitortu-EzKomertziala-PartekatuBerdin 4.0 Nazioartekoa lizentzia baten mende dago Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak (Integration of biological materials into technology: biosensors) Maite García-Hernando1,2, Naiara Rojo*3, Astrid Barona4, Lourdes Basabe-Desmonts1,5, Fernando Benito-Lopez2 1 Microfluidics Cluster UPV/EHU, BIOMICs microfluidics Group, Lascaray Ikergunea, Euskal Herriko Unibertsitatea UPV/EHU 2 Microfluidics Cluster UPV/EHU, Analytical Microsystems & Materials for Lab-on-a-Chip (AMMa-LOAC) Group, Kimika Analitikoa Saila, Euskal Herriko Unibertsitatea UPV/EHU 3 Ingeniaritza Kimikoa eta Ingurumenaren Ingeniaritza Saila, Vitoria-Gasteizko Ingeniaritza Eskola, Euskal Herriko Unibertsitatea UPV/EHU 4 Ingeniaritza Kimikoa eta Ingurumenaren Ingeniaritza Saila, Bilboko Ingeniaritza Eskola, Euskal Herriko Unibertsitatea UPV/EHU, Bilbo, Espainia 5 Basque Foundation of Science, IKERBASQUE, Bilbao, Spain LABURPENA: Biosentsoreak xx. mendeko azken hamarkadetan garatzen hasi ziren gailu analitikoak dira eta derrigorrezko osagai bi dituzte: biohartzailea eta transduktorea. Haien ezaugarri nagusia material biologiko bat (entzima, proteina…) plataforma egokiarekin konbinatzean datza, analitoak sortutako efektua seinale neurgarri bihurtzeko. Analisi kualitatiboa, erdikuantitatiboa edo kuantitatiboa burutu daiteke biosentsoreak erabiliz. Gehien ezagutzen direnak diabetesa kontrolatzekoa eta haurdunaldia detektatzekoa diren arren, sektore askotan hedatzen ari dira eta, medikuntzarako aplikazioez gain, askotariko aplikazioak dituzte elikagaien industrian, nekazaritzan eta beste hainbat eremutan. Mundu mailan, oso baikorra da gailu hauen erabileraren eta salmentaren etorkizuna, eta merkatuaren urteko hazkuntza-tasa konposatua % 7-8 ingurukoa izango dela aurreikusi da 2023-2032 tartean. Nahiz eta biosentsoreak eskala industrialean fabrikatzeko erronka handiak gainditu behar diren, protagonismo gero eta handiagoa dute gure bizitzan, eta tresna baliagarriak dira premiazko erabakiak hartzeko. Beraz, artikulu honen helburua biosentsoreen mundu zabala irakurlegoari hurbiltzea da eta, horretarako, gailu horien osagaiak eta funtzioa deskribatzeaz gain, ezaugarri analitikoak eta sailkapena azalduko dira, erabilerako adibide ugariz hornituta. HITZ GAKOAK: biosentsorea, biodetektorea, biohartzailea, biosentsoreen sailkapena. ABSTRACT: The last decades of the 20th century witnessed the development of new devices called biosensors which detect a variety of analytes. Biosensors are comprised of two main components: a bioreceptor and a transducer. They combine biological material (enzyme, protein…) with a suitable platform for the generation of a measurable signal according to the detected response. Biosensors for qualitative, semiquantitative and quantitative analysis are available. Although the most popular ones are those for diabetes control and pregnancy detection, they are expanding in many sectors and, in addition to the health-medicine applications, a wide variety of applications in other disciplines (food industry, agriculture…) are emerging. As an indicative of their increasing demand, the global biosensor market is expected to grow at a compound rate of 7-8% from 2023 to 2030. Despite all the challenges facing their large-scale manufacture, these devices are already playing a vital role in monitoring our everyday lives and they can assist us in urgent decision making. Thus, this paper’s objective is to bring the readers closer to the broad and promising world of the biosensors, not only explaining the main role of biosensors and their basic components, but also describing their analytical features and classification, illustrated by a variety of examples. KEYWORDS: biosensor, biodetector, bioreceptor, biosensor classification. 230 Ekaia, 2024, 45, 229-244 Maite García-Hernando, Naiara Rojo, Astrid Barona, Lourdes Basabe-Desmonts, Fernando Benito-Lopez 1. SARRERA Biosentsoreak lagin mota ezberdinetako analitoak detektatzeko erabiltzen diren gailuak dira. Odoleko glukosa monitorizatzeko lehenengo sentsorea Leland C. Clark eta Camp Lyons ikertzaileek deskribatu zuten 1962an, eta urte batzuk geroago (1975ean) merkaturatu zen lehenengoz gailu hori [1]. Aldiz, «biosentsore» hitza Rechnitz-ek eta lankideek proposatu zuten 1977an, «sentsore biohautakorra»-ren laburdura modura [2]. Ordutik hona, aurrerapauso handiak egin dira zientzia eta teknologiaren eremu asko batzen dituen sentsoreen munduan eta, 2019-2022 urteetan soilik, izenburuan «biosensor» hitza daukaten 6.393 argitalpen erregistratu dira «Web of Science» datu-basean [3]. Gailu hauek analitoen kon tzen tra zioarekin proportzionala den seinalea sortzen dute, horretarako plataforma egokiarekin konbinatuz biohartzaile deritzon material biologikoa (hala nola, entzimak, proteinak, eta abar). Biosentsoreen osagai nagusiak 1. irudian erakusten dira. Prozesuan, seinale bat sortzen da analitoaren eta biohartzailearen arteko elkarrekintzaren ondorioz (bioerrekonozimendua), eta seinale hori seinale fisiko-kimiko bihurtzen du transduktoreak (seinalizazioa). Hainbat kasutan, era horretan irakur daiteke seinale analogikoa; adibidez, kolore ikuskor bat sortzen denean. Beste kasu batzuetan, aldiz, transduktoreak emandako seinalea era analogikotik digitalera eraldatu behar da eta horretarako prozesadorea erabiltzen da. Azken hau potentzial-aldaketa bat sortzen den kasua izan daiteke. Beraz, edozein kasutan, funtsezko osagaiak dira biosentsoreetan analito zehatz batekin interakzioa izango duen material biologiko espezifikoa (biohartzailea) eta interakzio hori seinale neurgarri bihurtuko duen transduktorea [4]. 1. irudia. Biosentsore baten osagaien eskema. https://doi.org/10.1387/ekaia.23770 231 Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak Analito organikoen kasuan, zaila izaten da haien oinarrizko ezaugarri fisikoetatik seinale neurgarri bat lortzea eta, horregatik, hainbat kasutan, propietate horiek aldatuko dituen eta seinale neurgarri bihurtuko dituen molekularen bat itsasten zaie (markagailu fluoreszentea, molekula erradioaktiboa…): «etiketa» (edo labela), hain zuzen ere. Etiketa hori era egonkorrean (kimikoki) edo aldi baterako itsasten zaio analitoari, eta luzea eta neketsua izan daiteke prozesua. Aldiz, gaur egun oso ugariak eta erabilgarriak dira etiketa gabeko biosentsoreak, hau da, detekziorako, analitoaren berezko ezaugarrietan (masa atomikoa, inpedantzia elektrikoa, errefrakzioindizea…) oinarritzen direnak [5], etiketa gabeko funtzionamenduak abantaila asko dituelako (etiketa atxikitzeko prozesurik burutu ez beharra, analitoa kaltetzen edo eraldatzen ez duen detekzioa…). Testuinguru honetan oinarrituz, artikulu honen helburua da biosentsoreen mundu zabala irakurleei hurbiltzea, etorkizunean gure eguneroko bizitzan izango duten protagonismoa gero eta handiagoa izango dela kontuan izanik. 2. EZAUGARRI ANALITIKOAK Biosentsoreek burutzen duten analisiaren emaitza kualitatiboa, erdikuantitatiboa edo/eta kuantitatiboa izan daiteke. Dena dela, gailu analitikoak izanik, oso garrantzitsuak dira seinale-erantzunaren hautakortasuna, errepikakortasuna, sendotasuna, sentsibilitatea eta linealtasuna. Propietate horien artean, hautakortasuna da garrantzitsuenetariko bat biosentsorea eraginkorra izango den ala ez zehazteko orduan. Hautakortasuna deritzo analito bakarra era espezifikoan detektatzeko ahalmenari, laginean konposatu asko batera daudenean. Adibidez, biohartzailetzat antigenoak erabiltzen direnean, oso hautakorra izaten da analitoarekiko interakzioa, antigenoek antigorputzekin duten espezifikotasun intrintsekoa dela eta [6]. Errepikakortasuna saiakuntza berdinetan emaitza edo erantzun berdina emateko ahalmena da. Adibidez, beti berdina izan behar du antigeno-antigorputz interakzioaren neurketaren emaitzak, behin edo hainbat aldiz errepikatuta. Aldi berean, sentsoreak sendoa izan behar du; hau da, beraren inguruan edo barruan distortsioak gertatu arren, erantzun errepikakorra emateko gai izan behar du. Adibidez, monitorizazio jarraitua egiten den prozesuetan, transduktorearen eta prozesadorearen tenperatura igo egin daiteke eta seinalearen distortsioa eragin. Beste alde batetik, ekipamendu elektronikoaren doikuntza beharrezkoa da seinale egokia mantentzeko, eta, biosentsoreen sendotasuna balioztatzeko, kontuan hartu behar da biohartzaile batzuk degradatu egin daitezkeela erabileragatik edo denboragatik [7]. Sentsibilitateari dagokionez, detekzio-muga deritzo edozein laginetan detekta daitekeen analitoaren gutxienezko kantitateari. Biosentsoreen ka- 232 Ekaia, 2024, 45, 229-244 Maite García-Hernando, Naiara Rojo, Astrid Barona, Lourdes Basabe-Desmonts, Fernando Benito-Lopez suan, muga hori oso baxua izan daiteke (ng/ml edo batzuetan fg/ml, analitoraren arabera), eta hori da, izan ere, sistema horien abantailarik aipagarrienetariko bat. Esterako, Tkac-ek eta lankideek hartzidura prozesu industrialetan ekoizturiko etanolaren detekzio-muga 39,2 ng/ml izatea lortu zuten [8]. Bakterioen detekzioarekin lotutako beste adibide batean, Li-k eta lankideek biosentsore elektrokimiko bat garatu zuten gai zena Escherichia coli (E. coli) O157:H7 bakterioaren 4 CFU/ml-ko (koloniak eratzeko unitateak/ml-ko) kon tzen tra zioa detektatzeko elikagaietan (Penaeus vannamei mariskoan, hain zuzen ere) [9]. Bakterio hori, pertsonen eta animalien hesteetan eta ingurumenean aurkitzeaz gain, elikagaietan eta tratatu gabeko uretan ere aurki daiteke. E. coli gehienak kaltegarriak ez badira ere, batzuek gaixotasun larriak eragiten dituzte, hala nola beherakoa, gernu-traktuko infekzioak, arnas-eritasunak eta odoleko infekzioak [10]. Azkenik, linealtasuna ere garrantzitsua da; hau da, erantzunak edo seinaleak proportzionala izan behar du analitoaren kantitatearekin [6]. 3. SAILKAPENA Biosentsoreen garapena hiru belaunalditan gertatu da, biohartzailea transduktorearen gainazalean integratzeko egin diren aurrerapauso teknologikoek bultzatuta [11]. Gaur egun biosentsore asko daude eta askotarioak dira sailkatzeko irizpideak ere, hala nola erabilera, aplikazioa, fabrikazio-teknika, belaunaldia, tamaina, transduktore mota eta biohartzaile mota, besteak beste [7, 12]. Ondoren, biohartzaile motaren, transduktore motaren eta aplikazioaren araberako sailkapenak aurkeztuko dira (2. irudia). 2. irudia. Biosentsoreen sailkapena: biohartzaile mota, transduktore mota eta erabilera arlo nagusiak. Biohartzailearen araberako sailkapenari dagokionez, honako biosentsore mota nagusiak daude: entzimatikoak, proteinak dituztenak, zelula osokoak, inmunosentsoreak eta DNA-aptameroetan oinarritutakoak. Gainera, azken urteetan garatu diren nanomaterial batzuek biohartzaile modura funtziona dezakete (nano-biosentsore berriak sortuz), eta batzuetan https://doi.org/10.1387/ekaia.23770 233 Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak biohartzailearen eta transduktorearen lana egin dezakete aldi berean. Beste biohartzaile sintetiko batzuk ere badaude eta, adibidez, molekularki inprimaturiko polimeroak erabil daitezke azken belaunaldiko biosentsoreak fabrikatzeko [13]. Biosentsore entzimatikoetan, seinalea sortzen da analitoaren presentziaren ondorioz biohartzaile modura jarduten duten entzimek katalizatu duten erreakzio edo aldaketaren bat gertatzen denean, eta entzima erantsita (itsatsita) daukan transduktoreak neur dezake seinale hori. Entzimak, ohiko materialetan eransteaz gain, nanopartikuletan edo beste material batzuetan ere atxiki daitezke. Adibidez, mota honetako biosentsore azkarra (emaitza 30 segundoan ematen duena) garatu da giltzurrunen funtzionamenduaren adierazlea den urea neurtzeko. Urearen balio normalak odolean 2-10 mM dira, eta kon tzen tra zioa altuegia denean giltzurrunen gutxiegitasun larria erakusten du, eta ahalik eta azkarren detektatu behar da arazoa [14]. Zelula-mintzean dauden eta aktibitate katalitikorik ez duten proteinak ere biohartzaileak izan daitezke. Adibidez, Ray-k eta lankideek mota honetako biosentsorea erabili zuten bentzenoa eta haren deribatuak ingurumeneko ur laginetan neurtzeko (detekzio-muga 0.3 ppm) [15]. Bentzenoan oinarritutako kutsatzaileak gasolinan eta petrolioaren deribatuetan agertzen dira, eta ingurumena kutsa dezakete lurrazpiko tankeen lixibiazioaren edota petrolio-isurien ondorioz. Konposatu toxiko horiek oso arriskutsuak dira ingurumenerako eta gizakion osasunerako, eta, beraz, funtsezkoa da ahalik eta arinen eta kon tzen tra zio baxuan detektatzea. Bestalde, zelula osoko biosentsoreetan zelula eukarioto zein prokariotoak erabil daitezke konposizio kimikoa, toxikotasuna, minbizia sortzeko arriskua edo mutanogenesia aurreikusteko. Mota honetako gailuen adibidea Riangrungroj-ek eta lankideek garatu zuten etiketa gabeko biosentsorea da, zeinaren helburua intsektizida sintetikoen talde ospetsuenetako batekiko (intsektizida piretroideekiko) esposizioa detektatzea den [17]. Inmunosentsoreak antigeno-antigorputz elkarrekintza espezifikoan oinarritzen dira, eta oso sentikorrak eta hautakorrak dira. Azkenik, DNA-aptameroak ere erabil daitezke biosentsoreetan [12]. Aptameroak 100 nukleotido edo gutxiago duten RNA edo kate sinpleko DNA sekuentziak dira. Adibidez, DNA-aptameroetan oinarrituko biosentsorea erabiltzea proposatu zuten Barthelmebs-ek eta lankideek Aspergillus eta Penicillium taldeko mikroorganismoek sintetizaturiko mikotoxina kartzinogeno bat (okratoxin A) detektatzeko [17]. Beste alde batetik, honako hauek dira transduktorearen araberako mota nagusiak: elektrokimikoa, optikoa, termikoa, elektronikoa eta grabimetrikoa. Biosentsore elektrokimikoetan analitoaren kon tzen tra zioarekin proportzionala den seinale elektrikoa sortzen da. Erabilera oso zabalekoak dira [18] duten sendotasunagatik, tamaina txikian fabrikatzeko erraztasunagatik, sentikortasun altuagatik eta eskuragarritasunagatik [19]. Transduk- 234 Ekaia, 2024, 45, 229-244 Maite García-Hernando, Naiara Rojo, Astrid Barona, Lourdes Basabe-Desmonts, Fernando Benito-Lopez zioaren oinarriaren arabera hainbat azpimota bereiz daitezke. Adibidez, anperimetrikoek oxidazio edo erredukzio erreakzio baten ondorioz sortutako korrontea neurtzen dute; voltmetrikoek aplikatutako potentzialaren arabera gertatutako korronte-aldaketa neurtzen dute; potentziometrikoek elektrolito baten bidez konektatuta dauden bi elektrodoren arteko po ten tzial diferentzia neurtzen dute; eta inpedimetrikoek korronte alternoaren mende dagoen sistemaren inpedantzia neurtzen dute [20]. Biosentsore optikoen kasuan, bioerrekonozimenduaren ondorioz argiaren absortzioa, transmisioa, frekuentzia edota beste ezaugarri batzuk aldatzen dira. Mota honen barruan hainbat klase bereizten badira ere (zuntz optikoan, kristal fotonikoetan eta fluoreszentzian/luminiszentzian oinarritutakoak, adibidez), gaur egun, gainazaleko plasmonen erresonantziakoak dira gehien ikertzen eta erabiltzen diren biosentsore optikoak [21]. Horiek hainbat abantaila dituzte; honako hauek esaterako: espezifikotasuna, etiketa gabeko detekzio-gaitasuna, sentikortasun altua, monitorizazioa denbora errealean, kostu baxua eta detekzio-plataformaren berrerabilgarritasuna [21, 22]. Transduktore termikoa/kalorimetrikoa/termometrikoa erabiltzen duten biosentsoreetan tenperatura-sentsore batean immobilizatzen da biohartzailea [23]. Gailu horietan, bioerrekonozimenduaren ondorioz sistemaren eta haren ingurunearen artean gertatzen den energia-aldaketa neurtzen da. Biosentsore elektronikoak eremu elektrikoetan geratzen diren aldaketetan oinarritzen dira. Zehazki, eremu-efektuko transistoreak erabiltzen dituzten biosentsoreak etorkizun handiko hautagai bihurtu dira hainbat aplikaziotarako zenbait ezaugarriri esker, besteak beste, duten funtzionamendu erraza, sentikortasun handia, erantzuteko abiadura azkarra eta miniaturizazio erraza [24]. Era berean, gailu estandarrak erabiliz eraiki daitezke eta horrek arrakasta izaten laguntzen du. Mota honetako gailuen kategorien artean, egitura oso erabiliak dira, aplikazio biologikoetan, ioiekiko sentikorrak diren eremu-efektuko transistoreak eta metal-oxido-erdieroale eremuefektuko transistoreak [25]. Biosentsore grabimetrikoek masa-aldaketa txikiak detekta ditzakete. Ohikoenak biosentsore piezoelektrikoak eta magnetoelastikoak dira. Adibidez, sentsore piezoelektrikoetan bi elektrodok tentsio alternoa sortzen dute biosentsorearen gainazalean eta horrek oszilazioak eragiten ditu kristal baten frekuentzian. Analitoa kristalaren gainazalera itsasten denean aldatu egiten da oszilazio-frekuentzia eta horrela detektatu egin daiteke analitoa [26]. Erabileraren araberako sailkapenari dagokionez, eremu nagusiak honakoak dira: osasun-medikuntza, elikagaien industria, prozesu industrialak, ingurumena, nekazaritza eta biosegurtasuna. Biosentsoreen merkatua oso aldakorra izan arren, eremu garrantzitsuena medikuntza da, batez ere arreta-guneko probak eta etxeko osasun-diagnostikoak kontuan har- https://doi.org/10.1387/ekaia.23770 235 Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak tuta. Arlo horretan, oso baliotsuak dira biosentsoreak konposatu disruptore endokrinoak eta organismo patogenoak era ez-erasotzailean detektatzeko, eta genotoxikotasunari eta kartzinogenizitateari buruzko ikerketak egiteko [12]. Aurrerapauso handiak egin diren arren, bi izan dira orain arte gizarte mailan komertzializazio zabala izan duten biosentsoreak: glukosa odolean detektatzekoa (diabetesa kontrolatzeko baliabidea) eta haurdunaldiaren biotesta. Azpimarragarria da, halere, 2019tik aurrera SARS-CoV-2 birusak sortutako gaixotasunak (COVID-19-ak) erakutsi duela biosentsoreak gaixotasun kutsakorrei aurre egiteko funtsezkoak izan direla eta izango direla. Hori dela eta, bultzada handia izan dute ikerkuntzak eta merkatuak [27]. Elikagaien industrian ere biosentsoreak erabil daitezke lehengaien kalitatea eta prozesaketa kontrolatzeko (mariskoen freskotasuna determinatzeko, esnearen proteinak neurtzeko, eta abar), eta produktuen segurtasuna bermatzeko, hau da, konposatu kaltegarrien presentzia detektatzeko (patogenoak, alergenoak, biotoxinak eta abar detektatzeko) [28, 29, 30]. Hainbat erabileratan, biosentsore konbentzionalen errendimendua hobetzeko, «mingain elektronikoak» txertatu dira biosentsoreen matrizeetan, «mingain bioelektronikoak» (zapore-sentsoreak) sortzeko horrela [31]. Mingain bioelektronikoen erabilera hainbat esparrutan proposatu da; esaterako, alkoholik gabeko garagardoen zaporea monitorizatzeko [32], esnean dauden konposatuak (CaCl2, KCl, urea, azido laktikoa eta galaktosa) detektatzeko [33], eta ardoan konposatu fenolikoak detektatzeko [34]. Ingurumenaren alorrean, oso ugariak dira biosentsoreen aplikazioak. Adibide dira, besteak beste, uretan (hondakin-ur, edateko ur eta ingurumeneko ur laginetan) eta lurzoruan dauden hainbat metal astunen biodetekzioa [35, 36, 37] edota ur laginetan dauden plastikoen degradazioaren monitorizazioa eta sulfatoen neurketa [38, 39]. Gainera, mikroplastikoen presentziak sortutako toxikotasuna neurtzeko ere erabil daitezke. Gaur egun, material horiek ekosistema gehienetan aurkitzen dira, eta, aurreikuspenen arabera, 2060an mundu mailan metatuko den plastiko guztiaren % 13,2 mikroplastikoak izango dira [40]. Hori arazo larria da efektu kaltegarriak izan ditzakeelako ingurumenean eta izaki bizidunetan [41]. Gainera, hidrofobikoak direnez eta gainazal espezifiko handia dutenez, metal astunen eta kutsatzaile organikoen (bisfenolen, hidrokarburo aromatiko poliziklikoen, klorofenolen, eta abarren) garraiatzaileak izan daitezke [42]. Arlo honetan, biosentsoreen erabileraren adibide bat Zheng-ek eta lankideek garatutako gailua da, zeina mikroplastikoen toxikotasuna aztertzeko eta mikroplastikoen eta hiru kutsatzaileren (bisfenol A, pentaklorofenola eta beruna) arteko toxikotasun konbinatua ikertzeko erabili zen [42]. Nekazaritzari dagokionez, tresna baliagarriak dira elikagaien ekoizpenari kalte egin diezaioketen izurriteak, birusak, patogenoak eta ingurumenegoerak detektatzeko [25]. FAOren kalkuluen arabera, urtero munduko 236 Ekaia, 2024, 45, 229-244 Maite García-Hernando, Naiara Rojo, Astrid Barona, Lourdes Basabe-Desmonts, Fernando Benito-Lopez laboreen ekoizpenaren % 20-40 galtzen da izurrien ondorioz [43] eta biosentsoreak funtsezko tresna izan daitezke arazo horri aurre egiteko. Adibidez, Lau-k eta lankideek nanopartikuletan oinarritutako biosentsore elektrokimiko bat garatu zuten, landare-patogenoen DNA detektatzeko [44]. Bestalde, biosentsoreak uzten segurtasuna bermatzeko ere erabil daitezke. Esaterako, lurzoruaren kutsatzailea den p-nitrofenol konposatu arriskutsua detektatzeko, Ma-k eta lankideek zelula osoko bost biosentsore sintetizatu zituzten, honako detekzio-muga eta linealtasun tarteak zituztenak, hurrenez hurren: 6,21-25,2 μg/kg eta 10-10.000 μg/kg [45]. Azkenik, biosegurtasunaren arloan tresna erabakigarriak izan daitezke hainbat kasutan; adibidez, eraso biologikoen (bioterrorismo delakoaren) kasuan babeserako erabaki azkarrak hartzeko. Elikagaien biosegurtasuna bermatzeko ere gailu baliotsuak izan daitezke. Izan ere, Munduko Osasun Erakundearen arabera, bakterio, birus, parasito edo substantzia kimikoekin kutsatutako elikagaiek urtero 600 milioi elikadura-gaixotasun eta 420.000 heriotza eragiten dituzte mundu mailan [46]. Arazoari aurre egiteko, hainbat egilek biosentsoreak garatu dituzte elikagaietan bakterio patogenoak [47], birusak [48] eta antibiotiko-hondarrak [49] detektatzeko, besteak beste. Bestalde, elikagaiak prozesatzean sortzen diren substantzia kaltegarriak detektatzeko ere balio dute biosentsoreek. Adibidez, karbohidrato asko duten elikagaiak erre edo 120oC baino tenperatura altuagoetan frijitzen direnean akrilamida konposatu kartzinogenoa ager daiteke. Hortaz, toxiko hau kontrolatzeko detekziomuga 4,48 10–5 M eta erantzun lineala 0,1-4,0 10–3 M tartean zituen biosentsore bat garatu zuten Silvak eta lankideek, erantzuna 55 segundoan ematen duena [50]. Beste adibide bat da azido bentzoikoaren zenbait gatzen (sodio bentzoatoaren E211, potasio bentzoatoaren E212 edo kaltzio bentzoatoaren E213) detekziorako garatutako biosentsorea. Adierazitako gatzak elikagai askoren kontserbatzaileak dira, baina bentzenoa (konposatu kartzinogenoa) sor dezakete C bitaminaren presentzian eta beroaren edo argiaren eraginagatik. Gatz hauek detektatu ahal izateko, Ray-k eta lankideek biosentsore bat garatu zuten, kasu horretan proteina bat zuena biohartzaile modura [15]. Aplikazio berrien artean, biosentsore mugikorrak daude, burmuinaren seinaleak erregistratzea helburua dutenak eta gizakien azalean jar daitezkeenak. Biosentsore berri horiek emandako informazioak errobotikan ere izan dezake aplikazioa beste diziplinekin (ikaskuntza automatikoarekin, sare neuronalekin, ikasketa sakonarekin, eta abarrekin) konbinatzen denean [51, 52]. Deskribatu den bezala, biosentsoreak hainbat arlotan erabil daitezke. Hala ere, interesgarria da azpimarratzea biosentsore bera erabilgarria izan dai tekee la eremu batean baino gehiagotan, nahiz eta aplikazioak oso desberdinak izan. Oso adibide ona da glukosaren biosentsorea, aplikazio asko- https://doi.org/10.1387/ekaia.23770 237 Material biologikoen integrazioa teknologian: biosentsoreak tarako erabil dai tekee lako. Esan bezala, beharrezkoak dira eta izango dira glukosa odolean neurtzeko biosentsoreak, munduan 2030. urterako 552 milioi pertsonak diabetesa edukiko dutela kontuan izanik. Gaur egun, odol laginean neurtzeaz gain, izerdian, malkoetan, listuan, gernuan edo beste jariakin batzuetan ere neur daiteke analito hori biosentsoreen bidez [53]. Beste adibide bat fruten analisia da. Glukosaren edukia frutetan neurtzen denean jakin egin daiteke elikagai horien heldutasun maila eta, ondorioz, iraupen-data igarri. 4. BIOSENTSOREEN MERKATUA ETA ERRONKAK Biosentsoreen munduko merkatuaren balioa 26.800 milioi dolar izan zen 2022. urtean [18] eta urteko hazkuntza-tasa konposatua % 7-8 ingurukoa izango dela aurreikusi da 2023-2032 tarterako (3. irudia, ezkerra) [18, 54]. Gehien saldu ziren biosentsoreak, 2022an, elektrokimikoak izan ziren eta aurreikusi da bikoiztu egingo dutela salmenta hurrengo 10 urteetan [54]. Ameriketako Estatu Batuak (AEB) dira biosentsoreen merkatu-kuota handiena duen herrialdea (% 40 2022. urtean [55]) (3. irudia, eskuina), bi arrazoi nagusirengatik: lehena, AEBko biztanleen % 11,3k diabetesaren tratamendua hartzen duela [56] eta, bigarrena, estatubatuarrak direla biosentsoreak merkaturatzen dituzten enpresa indartsuenetarikoak (Abbott Point of Care, Medtronic Inc, LifeScan Inc, Lifesensors Inc, NovaMedical Corp. Edo Acon Laboratories Inc.). Mundu mailan, badaude beste enpresa garrantzitsu batzuk ere: Siemens AG Alemanian, F. Hoffman-La Roche Suitzan eta Universal Biosensors Australian, besteak beste. Hala ere, Asia-Ozeano Barea da biosentsoreen merkatua azkarren hasten ari den eremua. Eskualde horren merkatu-kuota % 20 (5.720 milioi dolar) izan zen 2022an eta aurreikusten da 2032an 16.300 milioi dolar izango dela [54]. Arreta-guneko probak egiteko erabiltzen diren biosentsoreek merkatuko diru-sarreraren % 46,7 inguru eragin zuten 2022an [18] (3. irudia, eskuina). Mota honetako biosentsoreek posible egiten dute analitoaren determinazioa intereseko puntuan bertan egitea. Aplikaziorik adierazgarrienak medikuntzaren arlokoak dira, laborategi klinikoko probak pazientea tratatzen den lekutik gertu egitea ahalbidetzen baitute. Tresna horiek laborategiko probek baino azkarrago lor ditzakete emaitzak, eta, horri esker, arinago ezar daiteke tratamendu egokia. Bestalde, posible egiten dute laborategiko instalazio mugatuak dituzten lekuetan ere proba eta diagnostikoen premiazko beharrak asetzea [57]. Azken urteetan, emaitzak eskuragarriago izan daitezen, hainbat biosentsorek telefono mugikorrak 244 Ekaia, 2024, 45, 229-244 Maite García-Hernando, Naiara Rojo, Astrid Barona, Lourdes Basabe-Desmonts, Fernando Benito-Lopez [56] Centers for disease Control and PreVention. «National Diabetes Statistics Report. Estimates of Diabetes and Its Burden in the United States. Last reviewed, 29 June 2022». https://www.cdc.gov/diabetes/data/statisticsreport/index.html (Eguneratze-data: 29/06/2022, azken sarrera 2023/10/10). [57] onGaro, a. e., ndloVu, z., sollier, e., otieno, C., ondoa, P., street, A. eta kersaudy-kerhoas, M. 2022. «Engineering a sustainable future for point-of-care diagnostics and single-use microfluidic devices». Lab Chip. 22(17), 3122-3137. [58] zhanG, m., Cui, X. eta li, N. 2022. «Smartphone-based mobile biosensors for the point-of-care testing of human metabolites». Materials Today Bio, 14, 100254. [59] Jędrzak, a., kuznowicz, M., rębiś, T. eta JesionoWski, T. 2022. «Portable glucose biosensor based on polynorepinephrine@magnetite nanomaterial integrated with a smartphone analyzer for point-of-care application». Bioelectrochemistry, 145, 108071. [60] ChenG, J., Guo, J., li, X., eta Guo, J. 2023. «A smartphone-connected point-of-care photochemical biosensor for the determination of whole blood creatinine by differential optical signal readout». Biosensors and Bioelectronics, 235, 115410. [61] Pandey, r., ChanG, d., smieJa, m., hoare, t., li, Y. eta soleymani, L. 2021. «Integrating programmable DNAzymes with electrical readout for rapid and culture-free bacterial detection using a handheld platform». Naure Chemistry, 13, 895-901 [62] Choi, C.-k., shaban, s. m., moon, b.-s., Pyun, D.-G. eta kim, D-H. 2021. «Smartphone-assisted point-of-care colorimetric biosensor for the detection of urea via pH-mediated AgNPs growth». Analytica Chimica Acta, 1170, 338630. [63] derkus, B. 2016. «Applying the miniaturization technologies for biosensor design». Biosensors and Bioelectronics, 79, 901-913. [64] szymanska, b., lukaszeWski, z., hermanoWiCz-szamatoWiCz, K. eta GorodkieWiCz, E. 2023. «A multiple-array SPRi Biosensor as a tool for detection of gynecological-Oncological diseases». Biosensors, 13, 279. [65] PonCharal, P., WanG, z. l., uGarte, D. eta de heer, W.A. 1999. «Electrostatic deflections and electromechanical resonances of carbon nanotubes». Science, 283, 1513. [66] kulkharni, m. b., ayaChit, N. H. eta aminabhaVi, T. M. 2022. «Biosensors and Microfluidic Biosensors: From Fabrication to Application». Sensors, 12, 543.