نانو سنسورھای بیو الکتریکی (Nano_ Biosensors) تبدیل پاسخ بیولوژیکی به یک سیگنال الکتریکی (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای پژوهشی)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته : بیوسنسورھا یا سنسورھای بر پایه مواد بیولوژیکی اکنون گستره ی وسیعی از کاربردھا نظیر صنایع دارویی، صنایع خوراکی، علوم محیطی، صنایع نظامی بخصوص شاخه Biowar و ... را شامل می شود.
توسعه بیوسنسورھا برای اندازه گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این سنسور ھمچنین بنام COBD با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که سازنده ی آن گاھی (الکترودکالرک) نیز خوانده میشود. بعدا به اکسیده شدن گلوکز کمک میکرد از این سنسور برای اندازه گیری قند خون استفاده شد. بطور مشابه باپوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست در کنار الکترودی از جنس یون ++NH4بیو سنسوری ساخته شده که میتوانست میزان اوره درخون یا ادرار را اندازه گیری کند.
ھر کدام از این دو بیوسنسور اولیه از ترنسدیوسر متفاوتی در بخش تبدیل سیگنال خویش استفاده میکردند. در نوع اول میزان قند خون بااندازه گیری جریان الکتریکی تولید شده اندازه گیری میشد (آمپرومتریک) در حالیکه درسنسور اوره اندازه گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی ایجاد شده درالکترودھای سنسور صورت می پذیرد (.Potentiometric) ممکن است روزی فرا رسد که بیمار بدون نیاز به مراجعه به پزشک و تنھا بر مبنای اطلاعاتی که توسط یک COBDیا Doctor-Board-on-Chip فراھم میشود نوع بیماری تشخیص داده شده و سپس درون خون تزریق شود. این مسئله باعث خواھد شد که دوز مصرفی داروھای مورد نیاز مستقیما از میزان اثرات جانبی دارو Effect-Side بطرز فاحشی کاسته شود، چرا دارو بسیار پایین آمده و ضمنا به محل مورد نیاز در بدن ارسال میشود. این که دارو مستقیما کاری که یک بیوسنسور انجام میدھد تبدیل پاسخ بیولوژیکی به یک سیگنال الکتریکی است و شامل دو جزء اصلی: پذیرنده Receptor و آشکارکننده Detector است. قابلیت انتخابگری یک بیوسنسور توسط بخش پذیرنده تعیین میشود. آنزیمھا، آنتی بادیھا، و الیه ھای لیپید (چربی) مثالھای خوبی برای Receptor ھستند.
وظیفه دتکتور تبدیل تغییرات فیزیکی یا شیمیایی با تشخیص ماده مورد تجزیه Analyte به یک عامل واضح است که دتکتورھا قابلیت انتخاب در نوع واکنش صورت گرفته سیگنال الکتریکی است. کامل را ندارند.
انواع دتکتورھای (یا ترانسدیوسرھا یا مبدلھا یا آشکارسازھا) مورداستفاده در بیوسنسورھا شامل:
الکتروشیمیایی، نوری، پیزوالکتریک و حرارتی میباشند. در نوع الکتروشیمیای عمل تبدیل به یکی از صورتھای: آمپرومتریک، پتانسیومتریک، وامپدانسی صورت می پذیرد. متداولترین الکترودھای مورد استفاده در نوع پتانسیومتر یک شامل: الکترود شیشه ای Electrode Glass ،الکترود انتخابگر یونی Selective-Ion ،وترانزیستور اثر میدان حساس یونی FET sensitive-Ion یا ISFET ھستند. بطورکلی یک بیوسنسور شامل یک سیستم بیولوژیکی ایستا Immobilized نظیر یک دسته سلول، میکآنزیم، و یا یک آنتی بادی و یک وسیله اندازه گیری است. در حضور مولکول معینی سیستم بیولوژیکی باعث تغییر خواص محیط اطراف می شود. وسیله اندازه گیری که به این تغییرات حساس است، سیگنالی متناسب با میزان و یا نوع تغییرات تولید می کند. این سیگنال را سپس میتوان به سیگنالی قابل فھم برای دستگاھھای الکترونیکی تبدیل کرد.
مزایای بیوسنسورھا بر سایر دستگاھھای اندازه گیری موجود را میتوان بطورخلاصه بصورت زیر
بیان کرد:
مولکولھای غیرقطبی زیادی در ارگانھای زنده شکل می گیرند که به بیشتر سیستمھای موجود اندازه گیری پاسخ نمی دھند. بیوسنسورھا می توانند این پاسخ را دریافت کنند. مبنای کار آنھا بر اساس سیستم بیولوژیکی ایستا Immobilized تعبیه شده در خود آنھاست، در نتیجه اثرات جانبی بر سایر بافت ھا ندارند. کنترل پیوسته و بسیار سریع فعالیتھای متابولیسمی توسط این سنسورھا امکان پذیر است.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)