اپتیک زیست پزشکی

اجزای اپتیک زیست پزشکی، محصولات، ابزار دقیق، و برنامه های کاربردی

 

اپتیک زیست پزشکی

اجزای اپتیک زیست پزشکی، محصولات، ابزار دقیق، و برنامه های کاربردی

 

آزمایشگاه حسگرهای زیستی

آزمایشگاه حسگرهای زیستی

تمرکز بر توسعه حسگرهای زیستی ارزان قیمت برای بیوآنالیت های مختلف مورد علاقه. شامل مطالعه روش های مختلف اصلاح سطح است. امکانات شامل ایستگاه کاری الکتروشیمیایی، تجهیزات سنتز شیمیایی، تجهیزات برای پردازش بیومولکول ها است.

حوزه های تحقیقاتی اپتیک زیست پزشکی

حوزه های تحقیقاتی اپتیک زیست پزشکی

با مهندس شکوفه ساتری

 

بیوفوتونیک

بیوفوتونیک رشته جدیدی است که بر نتایج لیزرها برای انتقال ذرات ماده به ساختارهای سازمانی خاصی مانند صفحه شطرنج سه بعدی یا آرایه های شش ضلعی متکی است. این مسئول توسعه روش هایی است که طیف وسیعی از تکنیک های تصویربرداری و درمانی فعلی را در استفاده گسترده بالینی تکمیل می کند.

حسگرها و محرک های مولکولی برای تصویربرداری و دستکاری فعالیت مغز

پیشرفت های اخیر در مهندسی مولکولی منجر به ایجاد چندین خانواده از حسگرهای نوری با کیفیت بالا شده است. ما از اصطلاحات "حسگر"، "شاخص" و "کاوشگر" به جای یکدیگر استفاده می کنیم تا به طور گسترده مولکول هایی را توصیف کنیم که سیگنال قابل اندازه گیری را در پاسخ به تغییرات در فعالیت مغز ارائه می دهند. به دنبال تعریف سنتی این اصطلاح در علوم تحلیلی، ما از "بیوسنسور" برای اشاره تنها به حسگرهایی استفاده می کنیم که در آنها یک جزء پروتئینی تغییر بیولوژیکی مورد علاقه را تشخیص می دهد. در ترکیب با میکروسکوپ پیشرفته، تصویربرداری یون کلسیم ([خطای پردازش ریاضی]) با استفاده از GCaMPs94 اکنون به طور معمول برای فعال کردن تصویربرداری در مقیاس بزرگ، تک یا چند فوتونی برای بازخوانی فعالیت مدار عصبی در حیوانات بیدار و دارای رفتار استفاده می‌شود. سنسورهای ولتاژ در سال‌های اخیر از نظر ویژگی‌های ذاتی مانند محلی‌سازی غشا، روشنایی، حساسیت و سینتیک بهبود یافته‌اند. این حسگرهای ولتاژ را می‌توان به سه دسته کلی تقسیم کرد: حسگرهای مصنوعی، 97 بیوسنسور هیبریدی که از ترکیبی از رنگ‌های مصنوعی و پروتئین‌های کدگذاری شده ژنتیکی استفاده می‌کنند، 98 و حسگرهای زیستی کاملاً با کد ژنتیکی. جدیدترین انتقال الکترون القا شده با تغییر رنگ قرمز (PeT) که در زیر مشخص شده است. 102 حسگرهای زیستی ولتاژ هیبریدی ویژگی مولکولی پروتئین‌های کدگذاری شده ژنتیکی را با ویژگی‌های فوتوفیزیکی بی‌نظیر فلوروفورهای مصنوعی ترکیب می‌کنند. حسگرهای زیستی ولتاژ رمزگذاری شده ژنتیکی بر اساس اپسین ها یا حوزه های سنجش ولتاژ هستند. جدیدترین آنها به عملکرد همتایان مصنوعی خود نزدیک می شوند.103 انتخاب سنسور ولتاژ توسط برنامه های کاربردی هدایت می شود و هیچ راه حل واحدی برای همه مناسب نیست.104

فراتر از [خطای پردازش ریاضی] و ولتاژ، تلاش‌های اخیر مهندسی پروتئین اکنون مفهوم حسگرهای زیستی مبتنی بر تک FP را به طراحی حسگرهای زیستی رمزگذاری‌شده ژنتیکی برای انتقال‌دهنده‌های عصبی و تعدیل‌کننده‌های عصبی، از جمله گلوتامات، GABA، دوپامین، نوراپی نفرین، سروتونین، سروتونین و آکِت گسترش داده است. بر اساس گیرنده‌های جفت‌شده با پروتئین G (GPCR) یا پروتئین‌های اتصال پری پلاسمیک باکتریایی (PBP).

با قدردانی روزافزون از مفاهیم واحد عصبی عروقی 118 و سیناپس سه جانبه 119، تلاشی هماهنگ برای توسعه حسگرهای زیستی فلورسنت برای متابولیسم سلولی، 120،121 و هدف قرار دادن این حسگرها و سایر حسگرهای زیستی نه تنها به سلول‌های عصبی، بلکه سلول‌های غیر عصبی از جمله آستروسیت‌ها صورت گرفته است. و همچنین سلول های دیواری ایمنی و عروقی).122

حسگرهای ذکر شده در بالا، چه از نظر ژنتیکی رمزگذاری شده باشند، چه ترکیبی یا مصنوعی، از فلورسانس برای گزارش فعالیت استفاده می کنند. یکی دیگر از شکل های قابل توجه لومینسانس، فسفرسانس است که طول عمر بیشتری دارد و بنابراین در مقیاس زمانی کندتر رخ می دهد. فسفرسانس به طور سنتی در سنجش [خطای پردازش ریاضی]، یک پارامتر فیزیولوژیکی از اهمیت کلیدی در مغز و جاهای دیگر، استفاده می‌شود. توسعه پروب‌های جدید تحریک‌پذیر 2P با جابجایی قرمز اخیراً تصویربرداری عمقی داخل عروقی و بافتی از فشار جزئی را فعال کرده است. [خطای پردازش ریاضی] ([خطای پردازش ریاضی]).124,125

فلورسانس و فسفرسانس مستلزم این است که فوتون ها به مولکول کروموفور/فسفر برای القای انتشار تحویل داده شوند. در مقابل، در بیولومینسانس، تابش نور در فرآیند یک واکنش شیمیایی رخ می دهد که در آن یک آنزیم یک بستر را اکسید می کند. فعال سازی با استفاده از نور ساطع شده برای تحریک پروتئین های حساس به نور. 128 اگرچه مفهوم محرک های بیولومینسانس بسیار جدید است، این کار در حال حاضر نتایج امیدوارکننده ای را به همراه داشته است. علوم اعصاب را از زمان اختراع آن در سال 2005 متحول کرد.

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

بیوفوتونیک

بیو فوتونیک رشته جدیدی است که بر نتایج لیزرها برای انتقال ذرات ماده به ساختارهای سازمانی خاصی مانند صفحه شطرنج سه بعدی یا آرایه های شش ضلعی متکی است. این مسئول توسعه روش هایی است که طیف وسیعی از تکنیک های تصویربرداری و درمانی فعلی را در استفاده گسترده بالینی تکمیل می کند.

بیوفوتونیک درمانی: کاربردهای نور شامل درمان بیماری ها با تغییر فرآیندهای بیولوژیکی است. نور برای اصلاح عملکردهای سلولی از نظر فتوشیمیایی و از بین بردن بافت ها توسط فرآیند فوتومکانیکی یا فتوترمال استفاده می شود.

فوتومکانیک: آنالیزهای فوتومکانیکی مبتنی بر اپتیکی است که برای مطالعه خواص گرادیان در مواد بیولوژیکی استفاده می شود. همچنین برای بررسی ارتباط بین تنش مکانیکی و کرنش در ساختار عاج ریشه استفاده می شود. ذرات حساس به نور در محلول‌ها یا جامدات پلیمری تحت یک تبدیل از نور به انرژی مکانیکی قرار می‌گیرند که انقباض عکس نامیده می‌شود.

سنسورهای فیبر نوری: این تکنیک با سنجش از دور مشخصات فیزیکی و شیمیایی سروکار دارد. با تمرکز نور به قسمت مرکزی و هدایت به یک نمونه، اطلاعات تحلیلی به دست می آید. سیگنال های نوری در یک فیبر معادل منعکس می شوند و بنابراین شدت آن محاسبه می شود. به طور گسترده ای در تشخیص آنالیت های بالینی و بیوشیمیایی، به عنوان مثال، متابولیت ها، پروتئین های ایمنی، آنزیم ها و الکترولیت های سرم پذیرفته شده است. حسگرهایی که به آن پارامترها واکنش نشان می دهند اغلب حسگرهای زیستی نامیده می شوند.

زیست میکرو/نانو فناوری با مهندس شکوفه ساتری

د: زیست میکرو/نانو فناوری با مهندس شکوفه ساتری

حسگرهای زیستی

BioMEMs

میکروسیال و آزمایشگاه روی تراشه

دستگاه ها و سیستم های چند مقیاسی

نانو بیوتکنولوژی

یک سوئیچ مغناطیسی برای لیزرهای پلاسمونیک

نانولیزرهای پلاسمونیک، که برای اولین بار در سال 2009 توصیف شد، در حال حاضر در طیف‌سنجی رامان تقویت‌شده سطحی و سایر حسگرهای زیستی استفاده می‌شوند. اکنون یک تیم تحقیقاتی در فنلاند با اختراع یک کلید روشن و خاموش مغناطیسی برای چنین نانولیزرهایی این فناوری را بیشتر بهبود بخشیده است.

دانشمندان دانشگاه آلتو فنلاند، فلزات نجیب مورد استفاده در اکثر نانولیزرهای پلاسمونیک قبلی را با نقاط ریز ساخته شده از دو فلز با واکنش های قوی تر به میدان های مغناطیسی خارجی جایگزین کردند. نوع جدید کنترل می تواند منجر به پردازش بهتر سیگنال روی تراشه و اکتشافات جدید در زمینه فوتونیک توپولوژیکی شود.

نحوه عملکرد نانولیزر

تیم آلتو چندین آرایه دوره‌ای از نانو نقطه‌ها را بر روی زیرلایه‌ای از طلا و یک عایق دی اکسید سیلیکون ساخت. به‌جای ساختن نقطه‌ها از طلای دفع‌کننده مغناطیس، محققان برج‌های استوانه‌ای از لایه‌های نازک متناوب پلاتین و کبالت به قطر 220 نانومتر و ارتفاع 68 نانومتر ساختند. (پلاتین پارامغناطیس است، در حالی که کبالت فرومغناطیسی است.) شبکه ها دارای تناوب 590 نانومتر در هر دو جهت x و y برای آرایه های مربعی و 520 تا 540 نانومتر در جهت y برای آرایه های مستطیلی بودند.

در طول ساخت، دانشمندان نانو نقطه ها را در محلول رنگ لیزری مادون قرمز به نام IR-140 غوطه ور کردند. این تیم یک آرایه را با تحریک آن با پالس‌های 200 fs دایره‌ای چپ یا راست تابش 800 نانومتری به لیزر تبدیل کردند. حداکثر طول موج نور خروجی تقریباً 890 نانومتر بود.

Päivi Törmä، فیزیکدانی که سرپرست گروه دینامیک کوانتومی آلتو است، می‌گوید: «این لیزرهای پلاسمونیک از بسیاری جهات مانند یک لیزر معمولی عمل می‌کنند. "محیط افزایش، مولکول های رنگ در یک محلول است که نزدیک به آرایه قرار می گیرد، و "رزوناتور" وجود یک لبه نواری است که بازخورد را ارائه می دهد (این اصل مشابه چیزی است که به طور گسترده در لیزرهای بازخورد توزیع شده معمول استفاده می شود) "

هنگامی که محققان میدان مغناطیسی را معکوس کردند، دریافتند که آستانه و شدت لیزر بسته به جهت مغناطیسی تغییر می کند. در واقع، در یک جریان پمپ درست بالاتر از آستانه لیزر، تیم گزارش می‌دهد که می‌تواند شدت لیزر را تا 75 تا 90 درصد با کلیدزنی مغناطیسی تعدیل کند و به طور موثر یک کلید روشن و خاموش ایجاد کند.

یک پلت فرم توپولوژیکی-فوتونیکی؟

با بررسی تأثیر سوئیچینگ مغناطیسی بر رفتار لیزر، این تیم همچنین شواهدی از تقسیم بین دو حالت لیزر کایرال مخالف را مشاهده کردند. طبق این مقاله، این نوع تقسیم توسط شکست تقارن معکوس زمانی (یعنی جهت مغناطیسی) "در ایجاد سیستم های توپولوژیکی غیر پیش پا افتاده ضروری است."

آنالوگ های فوتونیک به اصطلاح عایق های توپولوژیکی در فیزیک ماده متراکم موضوعی داغ برای چندین سال بوده است (به «سیستم های فوتونیک توپولوژیکی»، OPN، می 2018 مراجعه کنید). تصور می‌شود که فوتونیک توپولوژیک می‌تواند به طور بالقوه انواع جدیدی از پردازش سیگنال و سایر کاربردهایی را که در برابر بی نظمی، نقص‌های مواد و اختلالات خارجی مقاوم هستند، اجازه دهد. و گروه Aalto فکر می‌کند که نانولیزرهای کنترل‌شده مغناطیسی آنها می‌تواند «سکوی هیجان‌انگیزی» برای مطالعه چنین اثرات توپولوژیکی باشد.

تورما می‌گوید: «حالت‌های کایرال و سایر اثرات کایرالی که می‌بینیم، تأثیر قوی شکست تقارن معکوس زمانی را که مغناطش ذرات ایجاد می‌کند، منعکس می‌کند، و این شکست تقارن، همراه با هندسه شبکه مناسب، می‌تواند بعداً برای تولید سیستم‌های توپولوژیکی مورد استفاده قرار گیرد.» می گوید. مهم است که وجود ساختار آرایه و حالت‌های شبکه مربوطه در کار ما برای تقویت اثرات مورد انتظار مغناطیسی یافت شد - این قابل توجه است و نوید مطالعات توپولوژیکی را در آینده می‌دهد.

تورما تاکید می کند که او و همکارانش هنوز به لیزر غیر متقابل دست نیافته اند، که زمانی رخ می دهد که تقارن معکوس زمانی سیستم شکسته شود. با این حال، او می گوید، احتمالاً می توان آن را در تغییرات آینده در این نوع نانولیزر مشاهده کرد.

پیگیری درخواست ها

قدم بعدی تورما و همکارانش ساختن سیستم های فوتونیک توپولوژیکی واقعی است. او می گوید: «سوئیچینگ مغناطیسی را می توان به عنوان مکانیزم کنترلی در هر نانولیزر پلاسمونیکی از این نوع استفاده کرد. "اگر کسی شروع به دنبال کردن چنین برنامه هایی کند، آنها می توانند ظرف چند سال قابل اجرا باشند، زیرا این فناوری در حال حاضر روی تراشه است."

به گفته تورما، بزرگترین مانع در دستیابی به چنین نانولیزرهای یکپارچه در کاربردهای واقعی، دستیابی به یک سیستم پمپاژ الکتریکی به جای پمپ نوری خواهد بود. با این حال، اگر این کار محقق شود، او تعدادی استفاده بالقوه را برای این لیزرهای کوچک و سوئیچ مغناطیسی متصور است. به عنوان مثال، نانولیزرهای پلاسمونیک را می توان در سنجش استفاده کرد، زیرا پدیده لیزر حتی تغییرات کوچکی را در ساختار حالت (ناشی از چیزی که فرد می خواهد تشخیص دهد) را تقویت می کند.

حسگرهای زیستی

الکترونیک زیستی

حسگرهای زیستی تجاری ، تولید و بازارها

تراشه های DNA و حسگرهای اسید نوکلئیک

حسگرهای زیستی مبتنی بر آنزیم

حسگرهای ایمنی

آزمایشگاه روی تراشه

ریزسیالات

نانوحسگرها ، نانومواد و سیستمهای نانوآنالیزی

گیرنده های طبیعی و مصنوعی

حسگرهای زیستی مبتنی بر ارگانیسم و کل سلول

حسگرهای زیستی چاپ شده و قطعات الکترونیکی چاپی

پروتئومیکس ، آنالیز تک سلولی و بینی های الکترونیکی

فناوری انتقال سیگنال و پیل های سوختی بیولوژیکی

درمانگران و نانوترانوستیک ها