Bioelectronica

La combinación altamente prometedora de tres áreas científicas modernas: la biología, la electrónica y la nanotecnología ha surgido recientemente, y ya ha atraído gran atención de los científicos, la evolución de la ingeniería y la financiación. Integración de la biología y la electrónica como resultado la formulación de una nueva área científica multidisciplinaria de la bioelectrónica, mientras que la adición de la nanotecnología traído nuevos aspectos fascinantes a esta área. Nanotecnológica aspectos de la actividad de investigación actuales se basan en nuevas instalaciones de instrumental que se dispuso en la última década y en los nuevos métodos de generación de nano-biomoleculares funcionalizados objetos, tales como las nanopartículas, puntos cuánticos, nanotubos de carbono, nanorods, etc Sin embargo , hay que señalar que los aspectos de bioelectrónico de la investigación moderna existía hace mucho tiempo, antes de la aparición de la palabra "bioelectrónica". Los antecedentes de esta investigación se estableció a mediados de 1970, cuando la palabra "bioelectrónica" apareció sólo en los libros de ciencia ficción, junto con otras palabras de este tipo, como "cyborgs", por ejemplo.

La visión actual de la zona de la bioelectrónica fue formulada en los libros recientemente publicados. Bioelectrónica es realmente amulti área científica y tecnológica faceta que incluye la electrónica (o optoelectrónicos) de acoplamiento de las biomoléculas, o de sus asambleas naturales o artificiales, con dispositivos electrónicos o optoelectrónicos. La interconexión de los biomateriales y los aparatos electrónicos puede ser utilizado para la transducción de señales químicas generadas por los componentes biológicos en forma electrónica (o photonically) las señales de lectura, o para activar los biomateriales mediante la aplicación de electrónica (o de óptica), las señales, lo que resulta en la ejecución conmutable / ajustable de la componentes biológicos, figura 1. La bioelectrónica (optobioelectronic) los sistemas pueden ser utilizados para desarrollar dispositivos de detección (a base de enzimas biosensores, sensores de ADN, inmunosensores, etc) y de desarrollar las células de biocarburantes (biocombustibles células implantables para aplicaciones biomédicas, sin corriente biosensores , los dispositivos de funcionamiento de manera autónoma, etc). Es imposible exagerar la importancia científica y práctica de esta investigación para la ciencia y la ingeniería básica y de uso práctico en la medicina, la industria de alta tecnología, aplicaciones militares y de seguridad nacional. Igualmente, los sistemas bioelectrónico podrían ser desarrolladas para aplicaciones de bioinformática. Esta área de la bioelectrónica está todavía en su infancia. Sin embargo, la visión general de los sistemas biológicos (por ejemplo, un cuerpo humano) como sistemas muy complejos de transducción de materia, energía e información, nos permite examinar el funcionamiento de los ciclos bioquímicos, no sólo en los términos de conversión de materiales, sino también como procesos de cómputo. La bioinformática, tal vez, no competirán directamente con los ordenadores electrónicos, pero se pueden introducir algunas posibilidades nuevas en la interconexión de los sistemas biológicos y dispositivos electrónicos (por ejemplo, para la autorregulación de los sistemas de bioelectrónica).

El acoplamiento eléctrico de biomoléculas o sistemas biológicos complejos con dispositivos electrónicos requiere de la transducción de señales químicas generadas por los componentes biológicos de transducción de señales electrónicas o de la producción electrónica generado por los componentes electrónicos en los insumos químicos para el proceso bioquímico. Al principio, la interconexión efectiva de los sistemas biológicos y electrónicos requiere su íntimo contacto (inmovilización de biocomponentes en la interfaz de los dispositivos electrónicos). Para cumplir con esta nueva demanda de enfoques para generar auto-ensambladas alineados monocapas de enzimas / proteínas en soportes sólidos basados en las interacciones bioafinidad y bioreconstitution fueron desarrollados. De acoplamiento eléctrico de biomateriales inmovilizado con un transductor electrónico también se requiere una efectiva transferencia de electrones entre moléculas biológicas y de un soporte conductor. Esto se logró mediante el uso de co-inmovilizada relés de electrones que de manera efectiva los electrones de enlace entre los dos componentes.

De la reconstitución de las enzimas redox sobre superficies de electrodos funcionalizados con unidades de cofactor se aplicó para lograr el acoplamiento eléctrico extremadamente eficiente de las biomoléculas con electrodos. Estos estudios se iniciaron hace mucho tiempo el uso natural de los centros de reacción fotosintética selfassembled el electrodo modificado superficies. Estos estudios resultaron en el acoplamiento eléctrico de los centros de reacción fotosintética de bacterias con el electrodo modificado. Un enfoque completamente nuevo de auto-montaje de la proteína fotoactivos sobre una superficie de electrodos modificados para producir un sistema natural reconstituido, qué parte fue sustituido con electrodo artificial de la envolvente redox unidades, se ha desarrollado en estos estudios.

Esto resultó en el acoplamiento eléctrico eficaz del biomaterial y el electrodo. Más tarde, este enfoque se aplicó para la reconstitución de las enzimas redox, permitiendo el desarrollo de biosensores altamente eficaces y las células de biocombustible. Nuevos métodos y nuevos materiales (funcionalizados nanopartículas, nanotubos de carbono, etc), desarrollado por el reciente éxito tremendo en la nanotecnología han allanado el camino para que las posibilidades de nuevos biomateriales de acoplamiento y los transductores electrónicos. En este punto, la gran importancia de los esfuerzos de cooperación en la bioelectrónica y la nanotecnología, lo que resulta en la formulación de la dirección científica novela llamada "bionanotecnología" Hay que destacar. La dirección científica recién nacido ya ha atraído a los principales intereses de las investigaciones.

Se desarrollaron métodos ingeniosos para diseñar biomaterialfunctionalized nano-objetos, tales como las nanopartículas metálicas o de semiconductores y los nanotubos de carbono, y combinarlas con diferentes transduce electrónico. Similitud de dimensiones de las biomoléculas y nano-objetos permiten su acoplamiento funcional, proporcionando así químico eficaz / transducción de señales electrónicas en los sistemas híbridos. El bionano sistemas híbridos mantener una gran promesa para el desarrollo de biosensores de la novela, las células de los biocarburantes y los elementos de bioinformática. Por lo tanto, los esfuerzos de cooperación de los químicos, físicos e ingenieros de la ciencia y la tecnología de las zonas (bioelectrónica y la nanotecnología) son necesarios para que estas promesas en realidad.

Estos esfuerzos deben dirigirse a la ciencia básica y al desarrollo tecnológico de la solución de cuestiones prácticas. La presente edición incluye una revisión y trabajos de investigación de diversas áreas de la bioelectrónica, lo que demuestra la amplitud de la materia y su evolución reciente éxito. Los documentos de discutir los avances recientes en la base de enzimas biosensores, sensores de ADN y inmunosensores con el uso de diversos métodos de transducción de electrónica (impedimetric, amperométrica, piezoeléctricos y sobre la base de transistores de efecto de campo). Diferentes materiales, tales como las nanopartículas funcionalizado, puntos cuánticos, aptámeros, y sus diversas asambleas (matrices, redes neuronales artificiales, nanoporeelectrodes) se aplicaron a proporcionar amplificada de la transducción de señales. Directa y la transferencia de electrones de mediador entre las enzimas y apoya conductores se logró en los sistemas de bioelectrónica.

Montaje de sistemas biomoleculares en la superficie de los transductores electrónicos se realizó con propiedades específicas biorecognition y externos (por ejemplo,) la activación electroquímica de las superficies funcionales. La transferencia electrónica eficiente en los sistemas de bioelectrónica permite la generación de energía eléctrica en las células de biocombustible. En particular, el diseño de las células microbianas de biocombustibles se discute en algunos periódicos. El número especial presente en Bioelectrónica representa el estado de la técnica en el campo. La excelente colección de los documentos podrían ser utilizados por investigadores y estudiantes para obtener una visión amplia de la zona y concentrarse en algunos aspectos específicos en el campo.