Biotechnológia

Irányítás, szabályzásBioszenzorok

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• 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– mérése:

• 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:

– 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– Immunológia (10-12 M) vs. Enzim (10-6 M)– Stabilitás– Szerves oldószerben

• Detektorok– Kevésbé érzékeny, mint a biológia– On line– Méretcsökkentés