+- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir)
+-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1)
+--- انجمن: مهندسی شیمی و طراحی فرایندی (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=178)
+--- موضوع: آشنایی با حسگرهای زیستی (/showthread.php?tid=43831)
آشنایی با حسگرهای زیستی - امیر پویا شهریاری - 12-08-2020
.
حسگر های زیستی دستگاه های تجزیه ای هستند که انگیزاننده هایی زیستی را دریافت می کنند و در پاسخ به آنها نشانه هایی الکتریکی (electrical signal) پدید می آورند. حسگرهای زیستی بایست بسیار ویژه گزین باشند و در برابر دگرگونی پارامترهای فیزیکی مانند PH و دما همواره پاسخدهی درست داشته باشند. ساختن این حسگرها نیازمند همراه سازی دانش شیمی، زیست شناسی و مهندسی میباشد. حسگرهای زیستی برپایه شیوه ی کارکرد سه دسته هستند: دسته زیست کاتالیزگرها که آنزیم ها را در بر دارند، دسته زیست گرایشی (bioaffinity) که دربر دارنده ی پادتن ها و نوکلئیک اسیدها هستند و دسته سوم حسگرهای میکروبی هستند که میکروارگانیسم ها را در میان دارند.
از آنزیم ها در حسگرهای زیستی به روش ایستاسازی بهره گیری میشود. آنزیم ها را میتوان با نیروی واندر والس، پیوند یونی یا کوالانسی در یک بستر نگاه داشت. آنزیم های پرکاربرد در حسگرها اکسیدو ردوکتازها، پلی فنول اکسیدازها، پراکسیدازها و آمینواکسیدازها هستند.
در حسگرهای میکروبی یا سلولی آنچه با آنالیت واکنش میدهد است. برای نمونه در حسگرهای بافتی، بافت های زنده ی گیاهان و یا جانوران بکارگرفته میشوند. آنالیت مورد بررسی میتواند یک مهارکننده یا ماده از فرایند زیستی باشد. نخستین حسگر زیستی برای آشکارسازی اندازه آمینواسید آرژنین ساخته شد. حسگرهای اندامکی با بهره گیری از دیواره ها، کلروپلاست ها، میتوکندری ها و میکروزوم ها ساخته شدند. این گونه حسگرها اگرچه بخوبی پایدار بودند، زمان شناسایی آنها زیاد بود و ویژه گزینی کمتری داشتند.
حسگرهای زیستی ساخته شده از ذرات ایمنی برپایه این باور ساخته شدند که پادتن ها گرایش بسیار زیادی به آنتی ژن های خود دارند. برای نمونه پادتن ها به گونه ای ویژه با ذرات بیماریزا و یا سمی پیوند بنا میکنند.
حسگرهای DNA برپایه ویژگی شناختن و بنای پیوند یک رشته نوکلوئیک اسید با رشته ی مکمل خود ساخته شدند. این برهمکنش از خاطر پدیدار شدن پیوند هیدروژنی پایدار میان دو رشته نوکلئیک اسید است.
حسگرهای زیستی مغناطیسی نمونه از حسگرهای کوچک شده هستند که میکروذرات و نانوذرات مغناطیسی را در میکروجریان های سیال با بهره گیری از ویژگی مقاومت مغناطیسی شناسایی می کنند. برتری این حسگرها حساسیت و اندازه کوچک آنها میباشد.
حسگرهای زیستی گرمایی یا کالریمتری برپایه همبندی حسگرهای پیشین با یک مبدل فیزیکی میباشد.
حسگرهای زیستی پیزوالکتریکی بر دو گونه هستند. quartz crystal microbalance و surface acoustic wave device که هردو بر اندازه گیری دگرگونی بسامد رزونانسی یک بلور پیزوالکتریک بدنبال دگرگونی جرم درون ساختار کریستالی بنا نهاده شدند.
حسگرهای زیستی نوری مانند شمار زیادی از ابزارهای سنجش نوری، دارای یک چشمه ی نور هستند تا تابشی با ویژگی های خواسته شده بسازد و در پایان با یک شناساگرنوری اندازه گیری اندجام میشود.
در صنایع تخمیری، ایمنی فرایندها و بهینگی فراورده ها بسیار مهم است. از همین روی، ابزار پایش فرایند تخمیر برای گسترش و ساماندهی واکنشگرهای زیستی و به دنیال آن، دستیابی به بیشینه بهره وری پیشرفت کرده اند. حسگرهای زیستی میتوانند برای پایش باشندگی فراورده، زیست توده (biomass)، آنزیم، پادتن و یا فرآورده های جانبی فرایندهای تخمیری بکارگرفته شوند. حسگرهای زیستی تیزنگرانه روند تخمیر را ارزیابی کنند و داده هایی بازآفرینی پذیر نمایش دهند. امروزه چندین گونه از حسگرهای زیستی در بازار موجود است که در پایش پارامترهای زیست شیمیایی ( گلوکز، لاکتات، لیزین، اتانول) توانا هستند.
زیست حسگرهای آنزیمی در صنایع لبنی کاربردی ارزنده دارند. الکترودهای کربنی چاپ شده بر صفحه (screen-printed carbon electrode) درون یک جریان سلولی جای داده میشوند. آنزیم ها در اینگونه از حسگرها با فروبری در یک پلیمر با توانایی ساختن پیوندهای عرضی نوری ایستا شده اند. این حسگر زیستی خودکار، توانایی اندازه گیری سه گونه از آفتکش های گروه ارگانوفسفات را در شیر دارد.
حسگرهای زیستی در پزشکی با شتاب زیاد در راه پیشرفت هستند. کاربردهای گوناگون حسگرها در اندازه گیری پارامتر های خونی، بزاقی، ادراری، اشکی، تعریقی و... به گستردگی پژوهیده شدند و شماری از آنها کاربردی شدند.