مقاله سنسورهاي ذرات بيولوژيک

مقاله سنسورهاي ذرات بيولوژيک

در سالهاي اخير كاربردهاي زيست‌ فناوري و پزشكي فناوري ميكرو ونانو (كه معمولا از آن به عنوان سيستم‌هاي ميكروي الكتريكي مكانيكي پزشكي يا زيست‌ فناوري ‎(BioMEM)‏ نام برده مي‌شود) به‌صورت فزاينده‌اي رايج شده است و كاربردهاي وسيعي همچون تشخيص و درمان بيماري و مهندسي بافت پيدا كرده است. در حين اين كه تحقيقات و گسترش فعاليت در اين زمينه هم چنان به قوت خود باقي است. بعضي از اين كاربردها تجاري هم مي‌شود. در اين مقاله پيشرفت‌هاي اخير در اين زمينه را مرور كرده و خلاصه‌اي از جديدترين مطالب در حوزه ‏BioMEM ‎‏ را با تمركز روي تشخيص و حسگرها ارائه مي‌شود.‏

بيوسنسور‌ها

در كاربردهاي بسياري در پزشكي، تحليل محيطي و صنايع شيميائي نياز به روشهايي جهت حس كردن مولكولهاي زيستي كوچك وجود دارد. حس‌هاي بويايي و چشايي ما دقيقا همين كار را انجام مي‌دهد و سيستم ايمني بدن ميليونها نوع مولكول مختلف را شناسائي مي‌كند. شناسائي مولكولهاي كوچك تخصص بيومولكولها است، لذا اينها شيوه جديد و جذابي براي ساخت سنسورهاي خاص را پيش رو قرار مي‌دهد.

دو مولفه اساسي در اين راستا وجود دارد. المان شناساگر و روش‌هايي براي فراخواني زماني كه المان شناساگر هدف خودش را پيدا مي‌كند. اغلب المان شناساگر تحت تاثير منبع زيست‌ فناوري تغيير نمي كند. مشكل اصلي در اين كار طراحي يك واسطه مناسب به يك وسيله بازخواني بزرگ است. از آنتي بادي‌ها به صورت گسترده به عنوان بيوسنسور استفاده مي‌شود. آنتي بادي‌ها بيوسنسورهاي پيشتاز در طبيعت است، به همين دليل توسعه تستهاي تشخيصي با استفاده از آنتي باديها، يكي از زمينه‌هاي بسيار موفق در بيوفناوري است. شايد آشناترين مثال تست ساده‌اي است كه براي تعيين گروه خوني استفاده مي‌شود.

تعريف ‏BioMEM 

‏  از زمان آغاز سيستم‌هاي ‏MEM‏ در اوايل دهه 1970، اهميت كاربردهاي پزشكي اين سيستم‌هاي مينياتوري درك شد. ‏BioMEM‏‌ها در حال حاضر يك موضوع بسيار مهم است كه تحقيقات بسياري در زمينه آن انجام شده است و كاربردهاي پزشكي مهم بسياري دارد. در حالت كلي مي‌توان ‏BioMEM‏‌ها را به عنوان “دستگاه‌ها ( وسايل) يا سيستم‌هايي ساخته شده با روش‌‌هاي الهام گرفته شده از ساخت در ابعاد ميكرو /نانو، كه براي پردازش، تحويل ، دستكاري، تحليل يا ساخت ذرات شيميائي و بيولوژيك استفاده مي‌شود”،  تعريف كرد.

اين وسايل و سيستم‌ها همه واسطه‌هاي علوم زندگي و ضوابط پزشكي با سيستم‌هاي با ابعاد ميكرو و نانو را شامل مي‌شود.  حوزه‌هاي تحقيقات و كاربردها در ‏BioMEM‏ از تشخيص بيماري‌ها مانند ميكرو آرايه‌هاي پروتئيني و‏DNA، تا مواد جديدي براي ‏BioMEM، مهندسي بافت، تغيير و اصلاح سطح، ‏BioMEM‏‌هاي قابل كاشت،  سيستم‌هائي براي رهايش دارو و…. را شامل مي‌شوند. وسايل و سيستم‌هاي فشرده‌ايي كه از ‏BioMEM‏‌ها استفاده مي‌كنند، به عنوان “آزمايشگاه روي يك چيپ”6 و سيستم‌هاي تحليل تمام ميكرو‏TAS ) ‎‏ ‏‎µ‎‏ يا ‏‎(micro-TAS ‎‏  نيز شناخته مي‌شود.

BioMEM‏ و كاربردهاي تشخيصي

 تشخيص بزرگترين و كار شده‌ترين حوزه در ‏BioMEM‏ را تشكيل مي‌دهد. تعداد زياد و فزاينده اي از وسايل ‏BioMEM‏ براي كاربردهاي تشخيصي توسعه يافته است و در طي چند سال اخير به وسيله گروههاي زيادي در مقالات ارائه شده است. روش‌‌هاي طراحي و ساخت اين دستگاهها و نيز حوزه‌هاي كاربردي آنها به صورت قابل ملاحظه اي متفاوت است. به ‏BioMEM‏ براي كاربردهاي تشخيصي گاهي ‏Biochip‏ هم گفته مي‌شود. اين دستگاهها براي تشخيص سلولها، ميكرو ارگانيزمها، ويروس‌ها، پروتئين‌ها،DNA‏ و اسيد نوكلئيك‌هاي مربوطه و مولكول‌هاي كوچك كه از نظر بيوشيميائي مهم است، استفاده مي‌شود.‏

 ‏BioMEM‏ و سنسورهاي بيوچيپ‏

‏    بيوسنسورها وسايل تحليلي است كه يك المان حساس از نظر بيولوژيك را با يك ترانسديوسر فيزيكي يا شيميائي تركيب مي‌كند تا به صورت كمي و انتخابي وجود يك تركيب خاص در يك محيط خارجي داده شده را تشخيص دهد. در طي دهه گذشته، ‏BioMEM‏ به عنوان بيوسنسورها استفاده شد است وبيوچيپ‌هاي حاصل امكان اندازه‌گيري‌هاي سريع، حساس و زمان حقيقي را فراهم مي‌كند. اين سنسورهاي ‏BioMEM‏ مي‌تواند جهت تشخيص سلولها، پروتئينها،‏DNA‏ يا مولكولهاي كوچك مورد استفاده قرار گيرد. بسياري از داده‌هاي ارائه شده تا امروز مربوط به يك سنسور است و اين سنسورها را مي‌توان به فرمت آرايه اي مجتمع نمود. تعداد زيادي روش تشخيصي در بيوچيپ‌ها و سنسورهاي ‏BioMEM‏ استفاده مي‌شوند، شامل : 1- مكانيكي 2- الكتريكي 3- نوري… شماتيك شرايط كليدي تشخيص را كه در سنسور‌هاي ‏BioMEM‏ و بيوچيپ‌ها استفاده مي‌شوند، را نشان مي‌دهد.

‏BioMEM ‎‏ و تشخيص مكانيكي‏

‏    اخيرا از سنسورهاي كانتيلور با ابعاد نانو و ميكرو روي يك چيپ براي تشخيص مكانيكي واكنش‌ها و ذرات بيوشيميائي استفاده شده است. اين سنسورها ( كه ساختار شبيه تخته پرش شنا دارند) را مي‌توان در دو مود به نا مهاي مود سنس فشار و حالت اندازه‌گيري جرم، استفاده كرد. در مود اندازه‌گيري فشار، فعل و انفعال بيوشيميائي به صورت انتخابي روي يك طرف سنسور انجام مي‌شود. تغيير در انرژي آزاد سطح باعث تغيير درفشار سطح مي‌شود، كه يك خمش قابل اندازه گيري در سنسور ايجاد مي‌كند.

میتوانید متن کامل این مطلب آموزشی را در 9 صفحه با فرمت ورد رایگان از لینک زیر دانلود کنید:

ادامه مطلب