حسگرهای زیستی نوری مجتمع

تعریف

بیوسنسور وسیله ای تحلیلی است که از یک گیرنده زیست ، مبدل و یک پردازشگر سیگنال برای تشخیص مواد بیولوژیکی و نظارت بر فعل و انفعالات بیولوژیکی تشکیل شده است.

  

1. مقدمه

روش های انتقال برای کاربردهای بیوسنس عمدتاً بر اساس ویژگی های نوری ، فیزیکی ، شیمیایی ، الکتروشیمیایی یا مکانیکی مواد شناختی شناختی عملکردی (به عنوان مثال ، آنزیم ، آنتی بادی ، آپتامر و DNA آنزیم) است. حساسیت و انتخاب دو پارامتر مهم در تولید و استفاده از حسگرهای زیستی هستند. در بین انواع مختلف سنسورها ، حسگرهای زیستی نوری مزایای زیادی نسبت به روشهای معمول تجزیه و تحلیل دارند زیرا آنها امکان تشخیص مستقیم ، بی درنگ و بدون برچسب بسیاری از مواد بیولوژیکی و شیمیایی را فراهم می کنند. از مزایای آنها می توان به ویژگی بالا ، حساسیت ، اندازه کوچک و مقرون به صرفه بودن اشاره کرد. در دهه گذشته تشخیص های غیرتهاجمی نوری از طیف سنجی فلورسنت تا گریتینگ ، SPR (تشدید پلاسمون سطحی) ، SERS (پراکندگی رامان با سطح افزایش یافته) ، GMR (تشدید حالت هدایت شونده) و غیره انتشار بنیادی یا نور اساسی ایجاد شده است. تعامل ماده ، مانند انتشار نور فلورسنت از آنالیت هدف ، پراش نوری به دلیل فعل و انفعالات ساختار دستگاه نور و تشدید نوری در یک حفره نوری یا ساختار تعیین شده ، با استفاده از این روش های سنجش نوری استفاده می شود.

با پیشرفت تشخیص بالینی ، حس بیولوژیک مدرن به تدریج از آزمایشات خارج از محل به تشخیص در محل بیمار نزدیک می شود. روش آزمایش که به آن تست نقطه مراقبت (POCT) گفته می شود ، بر درگیری نیروی کار ماهرتر ، استفاده آسان ، تشخیص سریع و اندازه جمع و جور با قیمت مقرون به صرفه تأکید دارد در حال حاضر ، POCT برای کوچک سازی ابزار اندازه گیری آزمایش آزمایشگاهی در اندازه های مختلف ، در دسترس است. به عنوان مثال ، POCT برای آزمایش بارداری ، آزمایش قلب ، آزمایش گلوکز ، آزمایش بیماری های عفونی (مانند اچ آی وی ، عفونت تنفسی و بیماری های مقاربتی) و سایر برنامه های کاربردی  یافت می شود. ] دستگاههای فوق برای مراقبت (POC) و دستگاههایی که در حال توسعه هستند به فناوریهای مختلفی تکیه می کنند. حسگرهای زیستی یکپارچه دارای مزایای ترکیب ویژگی های مختلف آزمون ، کوچک سازی با تعبیه اجزای مختلف حسگر و ادغام با فرآیند ساخت نیمه هادی هستند. به عنوان مثال ، آزمایشگاه روی تراشه چندین تجزیه و تحلیل را ترکیب می کند که معمولاً در آزمایشگاه به صورت یک تراشه انجام می شود. این نشان دهنده سهم قابل توجهی در POCT است. ادغام را می توان به دستگاه های دیگر با اصول مختلف تشخیص تعمیم داد. حسگرهای نوری تلفیقی با کانالهای میکروسیال ، حسگر بار الکتریکی و سنجش مکانیکی به ویژه برای نسل بعدی POCT امیدوار کننده هستند.

2. طبقه بندی حسگرهای زیستی نوری - مروری بر اصل و کاربردها

2.1 حسگرهای زیستی مبتنی بر فلورسانس

حسگرهای زیستی فلورسانس غلظت ، محل و پویایی مولکولهای زیستی را براساس پدیده فلورسنت که هنگام جذب تابش الکترومغناطیسی توسط فلوروفورها یا مولکولهای دارای برچسب فلورسنت اتفاق می افتد ، تشخیص می دهند تا انرژی به انتشار فلورسانس تبدیل شود (شکل 1 را ببینید)  بیوسنسور فلورسانس شامل منبع نور تحریک کننده (LED ها (دیودهای ساطع کننده نور) ، لیزر) ، مولکول های فلوروفور است که برچسب های زیستی را برچسب گذاری می کند و یک آشکارساز نوری است که شدت و طیف فلورسانس را ثبت می کند. مولکول های فلوروفور می توانند مولکول های کوچک ، پروتئین ها یا نقاط کوانتومی باشند که برای برچسب گذاری پروتئین ها ، اسیدهای نوکلئیک یا لیپیدها استفاده می شوند. به طور کلی ، سیگنال تحریک با روش های زیر شناخته می شود: (1) FRET (انتقال انرژی رزونانس Fancerster) ، (2) FLIM (تصویربرداری مادام العمر با فلورسانس) ، (3) FCS (طیف سنجی همبستگی فلورسانس) و (4) FI (تغییر در شدت فلورسانس). در جلسه بعدی ، حسگرهای زیستی مبتنی بر فلورسانس را با کانال های میکروسیال بررسی می کنیم.