بیوسنسورها – Biosensors

بیوسنسور چیست ؟

بیوسنسورها سیستمهای شناسایی بیولوژیکی هستند که از ترکیب عناصر حساس بیولوژیکی با ترانسدیوسرهای ( مبدلهای ) مناسب تشکیل شده اند و قادرند غلظت مواد مورد تجزیه با فعالیتهای بیولوژیکی را به سیگنالهای الکترونی و دیجیتالی تبدیل کنند .

در واقع بیوسنسور به عنوان ابزار تجزیه گر فشرده ای تعریف می شود که در آن یک ماده بیولوژیکی حساس یا مشتق شده بصورت بیولوژیکی (Bioreceptor ) با اتصالی فیزیکی شیمیایی در تماس نزدیک با مبدل (Transducer ) قرار گرفته است . (11)

اساس کار در این وسیله با ایجاد اتصالی مخصوص بین آنالیت مورد نظر با عنصر شناساگر بیولوژیکی مکمل (بیوکاتالیست ) آن که بر روی یک تکیه گاه مناسب واسطه تثبیت شده همراه می باشد . نتیجه این عمل متقابل ویژه تغییر در یک یا بیشتر از خصوصیات فیزیکی شیمیایی محیط خواهد بود . (مثل تغییر pH ، انتقال الکترون ، تغییر جرم ، انتقال حرارت ، جذب یا آزادسازی گازها یا یونهای مخصوص ) که بوسیله مبدل شناسایی شده و به سیگنالی الکتریکی تبدیل شده و در نهایت به صورت عددی کمی نشان داده می شود . (11)

بیوکاتالیست :

مواد بیولوژیکی مورد استفاده در تکنولوژی بیوسنسورها ، آنزیم ، آنتی بادی ها و اسیدهای نوکلئیک ، میکروارگانیسم ها ، بافت ها و سلولها می توانند باشند . (11)

این مواد بیولوژیکی موجب می شوند که بیوسنسور بصورت انتخابی یا اختصاصی عمل کند . این قسمت از بیوسنسور در شناسایی و اندازه گیری سریع مولکولها یا واکنشهای شیمیایی ویژه نیز دخالت دارد . این واکنشگرهای بیولوژیکی را به روش های مختلف می توان روی یک حامل جامد تثبیت  کرد .

جذب فیزیکی جزء زیستی بر اساس نیروهای جاذب و اندر والس قدیمیترین و ساده ترین روش تثبیت است . یکی از معایب عمده این روش این است که نیروهای اتصالی جزء زیستی و حامل براحتی کنترل نمی شود . برای بهبود عملکرد بیوسنسور لازم است که واکنشگر بیولوژیکی را با اتصال کووالانسی به حامل جامد متصل کرد . (2)

مبدل (Transducer )

قسمت کلیدی یک بیوسنسور مبدل یا ترانسدیوسر آن می باشد . (3) که تغییرات فیزیکی و شیمیایی حین واکنش را قابل استفاده و اندازه گیری می نماید . (11)

یا به عبارتی ترانسدیوسرها سیگنال بیولوژیکی تولید شده را به سیگنال قابل اندازه گیری و پردازش الکتریکی تبدیل می کند . این سیگنالها تقویت شده و بصورت مورد نظر نشان داده می شوند . (2)

ترانسدیوسرها می توانند الکترود ، ترانزیستور ، ترمیستور ، فیبرنوری یا کریستال فشار الکتریکی باشند .

بیوسنسورهای الکترو شیمیایی :

بیوسنسورهای الکترو شیمیایی خود دارای چهار نوع مختلف توان سنجی (Potentiometric ) آمپرسنجی (Amperometric ) ، هدایت سنجی (Conductiometric ) و امپدانس سنجی (Impedimetric ) می باشند . (2) که ما در اینجا دو نوع اول را که کاربرد وسیعتری یافته اند را معرفی می نمائیم .

بیوسنسورهای توان سنجی (Potentiometric biosensors )

این دسته از بیوسنسورها در یک موقعیت خنثی کار می کنند که هیچ جریانی وجود ندارد و اساس کار آنها تجمع دانستیه بار در سطح الکترود است که توسط محصولات فرآیند بیوکاتالیکی بوجود می آید . در این بیوسنسورها پتانسیل بین دو الکترود وقتی که هیچ جریانی بین آنها وجود ندارد ، اندازه گیری می شود .(2)

مهمترین بیوسنسور پتاسیومتریک بر پایه الکترود یون انتخابی (Ion selective electrode )        می باشد . و نمونه ای ساده از این بیوسنسورها ، بیوسنسوری است که در آن غشائی آنزیمی را بر روی الکترود pH متر تثبیت نموده اند .

بیوسنسورهای آمپرسنجی (Amperometric BiosenSors )

بیوسنسورهای آمپرسنجی به دلیل ویژگیهای مطلوبی که دارند اخیراً موقعیت برجسته تری پیدا کرده اند از جمله ویژگیهای این بیوسنسورها می توان به قابل حمل بودن ، سادگی ، حساسیت بالا ، قابلیت بالقوه برای استفاده در هر زمان و مکان و قابلیت تجزیه چندین نمونه با سرعت بالا و هزینه کم ، کنترل پتانسیل راحت تر در این ها نسبت به انواع توان سنجی و اثر کمتر پتانسیل های نویز برروی دقت این دستگاه را اشاره کرد . این بیوسنسورها طوری طراحی شده اند که در تجزیه های مواد غذایی کنترل های محیط زیست ، شناسایی بیماری ها ، صنایع دارو سازی و کشاورزی و غیره قابلیت کاربرد دارند .(10و5)

برخلاف بیوسنسورهای توان سنجی که در آنها پتانسیل بین دو الکترود وقتی که هیچ جریانی بین آنها وجود ندارد و محیط به حال تعادل رسیده اندازه گیری می شود در دستگاههای حساس آمپزسنجی با استفاده از برقراری پتانسیل بین یک الکترود و یک الکترود استاندارد موجب تحریک واکنشهای انتقال الکترونی و ایجاد جریان ویژه ای شده که شدت آن متناسب با غلظت ماده الکترواکتیو محلول می باشد . (2)