نانو زیست حسگرها (1) اصول عملکرد و طبقه بندی نویسندگان : 1- شبنم هاشم زاده 2-اسماعیل میرزایی

کاربردهای فناوری نانو نانو پزشکی چهل و چهارم

مقدمه حسگر (sensor) به عنوان وسیله ای تعریف می شود که قادر است حضور ماده مورد تجزیه (analyte) را در نمونه تشخیص داده و آن را به صورت کمی اندازه گیری کند. گیرنده ( receptor) اجزاء یک حسگر مبدل (transducer) سیستم قرائت (readout system) در حسگرهای زیستی، پذیرنده یک عنصر زیستی با گزینش پذیری (selectivity) بالا برای برهمکنش­های زیستی و آشکارسازی آنالیت بوده و با روش های مختلف روی مبدل تثبیت می شود.

ویژگی های مهم ارزیابی حسگرها تکرارپذیری (repeatability) مقدمه (ادامه) ویژگی های مهم ارزیابی حسگرها گزینش پذیری (selectivity) صحت (accuracy) حساسیت (sensitivity) تکرارپذیری (repeatability) دقت (precision)

اصول عملکرد زیست حسگر اجزاء زیست حسگر و نقش آنها: لایه زیستی: مسئول برهمکنش اختصاصی با آنالیت مبدل: تبدیل اطلاعات حاصل از برهمکنش به اثر قابل اندازه گیری سیستم قرائت: اندازه گیری میزان این تغییرات

دیاگرام اصول زیست حسگری آنالیت بیورسپتور (تشخیص مولکولی) مبدل تبدیل برهمکنش به پدیده ی فیزیکی اندازه گیری و ثبت داده

اهداف کاربرد نانومواد در ساختار بیوسنسورها افزایش سطح مورد نیاز برای تثبیت مواد زیستی و در نتیجه افزایش حساسیت کاتالیز فرایند امکانپذیری واکنش در پتانسیلهای پایین کمک به انتقال سریع الکترون از مرکز فعال واکنش به سطح الکترود (در نانوبیوسنسورهای الکتروشیمیایی)

طبقه بندی طبقه بندی بر اساس بیورسپتورها: بیوسنسور شامل لایه زیستی حساسی است که می تواند به روش های مختلف فیزیکی و شیمیایی به مبدل متصل گردد. بیورسپتور، گونه ای از مولکولی زیستی (آنتی بادی، آنزیم، پروتئین، اسیدنوکلئیک) یا سیستم زیستی زنده (سلول، بافت، ارگانیسم) بوده و از مکانیسم بیوشیمیایی جهت تشخیص استفاده می کند. رایج ترین برهمکنش­های بیورسپتورها: آنتی­ژن-آنتی­بادی اسیدهای نوکلئیک (دو رشته مکمل) آنزیمی (آنزیم-سوبسترا) سلولی (میکروارگانیسم­ها، پروتئین) مواد زیست مقلد (biomimetic)

طبقه بندی (ادامه) طبقه بندی بر اساس نوع مبدل: مبدل، وقوع و میزان وقوع برهمکنش بین آنالیت و رسپتور را به یک پدیده فیزیکی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. تبدیل می تواند به واسطه روش­های وسیعی صورت گیرد و بیوسنسورها می توانند بر اساس نوع سیستم تبدیل بکار رفته طبقه بندی شوند. 1- سیستم های نوری (مبتنی بر اندازه­گیری لومینسانس، جذب، رزونانس پلاسمون سطحی ...) 2- الکتروشیمیایی (سنجش تغییرات امپدانس، جریان، پتانسیل و ...) 3- سیستم­های حساس به جرم (اندازه­گیری خمش و تغییر فرکانس رزونانسی ...)

طرح شماتیک طبقه بندی بیوسنسورها و زیست تراشه­ها طبقه بندی(ادامه) طرح شماتیک طبقه بندی بیوسنسورها و زیست تراشه­ها

سیستم های میکروآرایه بیوسنسورهای تجمعی جهت آشکارسازی همزمان گونه­های زیستی چندگانه به کار می رود. هر آرایه برای تشخیص یکی از آنالیت­های چندگانه موجود در نمونه، دارای یک بیورسپتور جداگانه بوده و مجموع این آرایه­ها از منبع تهییج و پروسه اندازه­گیری یکسان برای همه گونه­های مورد آنالیز استفاده می کنند. در سیستم­های بیوچیپ تجمع یافته تمام اجزای سنسور از قبیل سیستم ارائه کننده نمونه، عنصر حسگر، مبدل، تقویت کننده، و تمامی مسیرها و مدارات موردنیاز بر روی یک چیپ تعبیه شده است.

سیستم های میکروآرایه (ادامه) طرح شماتیک میکروآرایه DNA به همراه سیستم آشکارسازی

نتیجه گیری بیوسنسورهایی که ساختارهای نانو در آنها بکار رفته اند، به نانوبیوسنسور معروفند و به دلیل برخورداری از سطح وسیع تثبیت نمونه، کارایی و حساسیت بالایی دارند. با کاهش اندازه بیوسنسور و نیاز به مقادیر بسیار کم نمونه که رهاورد استفاده از ساختارهای نانو می باشد، امکان طراحی بیوچیپ­های تجمع یافته فراهم شده است. این سیستم­ها برای کاربردهای تشخیصی بالینی بسیار اهمیت داشته و تمام اجزای لازم جهت ارائه نمونه، حسگری و داده پردازی در آنها گرد آمده­اند. تکنولوژی بیوچیپ با حداقل مقدار نمونه موردنیاز، برای آنالیز سرپایی نمونه بیماران توسط پرسنل نه چندان ماهر مناسب بوده و نیاز به آزمایشگاه­های تشخیص طبی را که با نیاز به تجهیزات گسترده و اتلاف وقت و هزینه همراه است، مرتفع می سازد و امکان آنالیز همزمان چندین آنالیت در یک نمونه و در نتیجه امکان تشخیص دقیق و سریع را فراهم می کند.

مراجع [1] Mauro Ferrari, Rashid Bashir, Steve Wereley, "Biomolecular Sensing, Processing and Analysis", NewYork; London: Springer, volume4, (2006). ]2 [پریناز قدم، زهره جمعه سنگی، "نانوحسگرهای زیستی (نانوبیوسنسورها)"، مجله دنیای نانو، شماره نهم، 31،(1386). [3] L.G. Carrascosa, “Nanomechanical biosensors: a new sensing tool”, TrAC Trends in Analytical Chemistry, Vol.25, 3, p.p 196-206, (2006). ]4 [جوزف وانگ، "الکتروشیمی تجزیه"، ترجمه: سید مهدی گلابی، میررضا مجیدی، چاپ دوم، تبریز: دانشگاه تبریز، (1385). [5] Abdollah Salimi, “Amperometric detection of nitrite, iodate and periodate at glassy carbon electrode modified with catalase and multi-wall carbon nanotubes”, Sensors and Actuators, Vol. 123, 1, pp. 530-537, (2007). [6] Haipeng Yang, “A high performance glucose biosensor enhanced via nanosized SiO2”, Analytica Chimica Acta, Vol. 554, 1-2, pp. 92-97, (2005). [7] Brian R. Eggins, “CHEMICAL SENSORS AND BIOSENSORS”, England: John Wiley & Sons; Ltd, (2002).