حسگر زیستی

یك سنسور یا حسگر شیمیایی وسیله ای است كه اطلاعات پیوسته ای را در مورد خواص شیمیایی محیط اطرافش در اختیار می گذارد. یك سنسور شیمیایی پاسخ خاصی را كه بطور مستقیم با كمیت گونه شیمیایی بخصوصی مربوط است، تولید می كند.

ابزار آلات صنعتی آنالیز اغلب کمیاب و محدود به دو پارامتر pH و هدایت الکتریکی می باشند. برخی ابزارها نظیر ابزار اندازگیری انکسار نور نیز ممکن است برای ارزیابی ترکیب استفاده شوند. با این حال اغلب کاربرد این ابزارهای آنالیز برای مواد زیستی به علت حضور ترکیبات مزاحم در غلظت های متغییر که در اندازه گیری دخالت می کنند محدود می شود.

در اکثر موارد آنالیز دقیق مواد بیولوژیکی هزینه بر بوده و نیاز دارد تا در آزمایشگاه های مجهز به ابزار های دقیق و پیچیده انجام شود. اکثر چنین آنالیزهایی به تصفیه و خالص سازی قبلی نیاز دارند که نسبت به زمان انجام تست، زمان بر می باشند و پیاده سازی این موارد حین عملیات از نظر مقاصد کنترلی غیر ممکن است.

با این حال در موجودات زنده، اجزای زیستی مانند آنتی بادی ها و آنزیم ها به عنوان ابزار های کنترلی و حسگر های طبیعی عمل می کنند. توانایی جداسازی و خالص سازی این پروتئین ها و دیگر عناصر زیستی مانند سلول ها یا اندامک ها، اجازه ادغام آنها با دستگاه های انتقال فیزیکی شیمیایی را برای تولید حسگرهای زیستی داده است.

اولین حسگر زیستی، یک حسگر بر پایه آنزیم گلوکزاکسیداز، برای بیماران دیابتی توسط کلارک و لیان در اوایل سال 1960 ساخته شد. از آن زمان به بعد صدها حسگر زیستی در بسیاری از آزمایشگاه های تحقیقاتی سراسر دنیا ساخته شده است.

حسگرهای زیستی را می توان براساس عناصر زیستی یا عناصر انتقایشان دسته بندی کرد. عناصر زیستی شامل آنزیم، آنتی بادی، میکروارگانیسم ها، بافت های زیستی و اندامک ها می شود. حسگرهای زیستی بر پایه آنتی بادی، حسگرهای ایمنی نیز نامیده می شوند. هنگامی که اتصال بین عنصر حسگر و آنالیت رخ می دهد حسگر پذیرنده خواهیم داشت.

زمانی که واکنش بین عنصر زیستی و آنالیت با یک تغییر شیمیایی همراه است، که در آن غلظت یکی از بسترها یا محصولات اندازه گیری می شود، یک حسگر متابولیسمی نامیده می شود و در نهایت، زمانی که بعد از اتصال آنالیت بدون تغییر شیمیایی در آن و تنهها با تبدیل بستر کمکی، سیگنالی تولید می شود، حسگر زیستی، حسگر کاتالیتی نامیده می شود.

حسگرهای زیستی از روشهای شناسایی و اندازه گیری آنالیتها با استفاده از عناصر و مواد زیستی و ریزموادها هستند. این روشها می توانند علاوه بر کمک به امر پژوهش در ناشناخته های علوم زیستی و پزشکی و نیز مکانیسم برخی بیماریها و اختلالات، در امر تشخیص و درمان بیماریها و عوارض آنها و شناسایی علل و زمینه های به وجود آورنده آنها و نیز در سایر علوم مرتبط نظیر داروسازی و سامانه های پیشرفته دارورسانی به کار بروند.

تاکنون بیشترین كاربرد حسگرهای زیستی در تشخیص های پزشكی و علوم آزمایشگاهی بوده است ، در حال حاضر حسگرهای زیستی گلوكز از موفق ترین حسگرهای زیستی موجود در بازار بوده که برای اندازه گیری غلظت گلوكز خون بیماران دیابتی استفاده می شود .

حسگرهای زیستی مرکب از سه بخش:

1) بیورسپتور یا پذیرنده زیستی، 2) آشکار ساز و 3) مبدل می باشند.

بیورسپتور هایی که در بیوسنسور ها مورد استفاده قرار می گیرند به شرح ذیل می باشند:

**آنزیم

** آنتی بادی

** گیرنده های سلولی

**اسیدهای نوکلئیک (DNAیاRNA )

** میکرو ارگانیسم یا سلول کامل

**بافت

**گیرنده های سنتتیک

در این سیستمها اندازه گیری تغییرات فیزیکیوشیمیایی انجام شده در سطح بیورسپتور و تبدیل آن به انرژی قابل اندازه گیری توسط مبدل انجام میشود. همچنین هدایت سیگنالهای فرستاده شده از مبدل به میکرو پروسسور، تقویت، آنالیز و در نهایت تبدیل آن به واحد غلظت توسط آشکار ساز انجام میگیرد.

انواع متداول مبدل های مورد استفاده در بیوسنسورها شامل: الکتروشیمیایی،  نوری ( لومینسانس، جذب و تشدید پلاسمون سطح) ،حساس به تغییر جرم و حرارتی می باشند.

به عبارتی دیگر یک بیوسنسور به طور کلی شامل یک سیستم بیولوژیکی تثبیت شده می باشد که در حضور آنالیت مورد اندازه گیری باعث تغییر خواص محیط اطراف می شود.

U. S. F. M. H. Schubert, F.; Wollenberger Artificially Coupled Reactions with

Immobilized Enzymes: Biological Analogs and Technical Consequences, 1991.

Kress-Rogers, “ E. Instrumentation and Sensors for the Food Industry,”‌ Cambridge,

England, 1998.

I. W. G. Turner, A.P.F.; Karube

مطالب مرتبط:

صدف‌های دوکفه‌ای؛ بیوسنسور طبیعی برای سنجش آلودگی آب

تراشه های زیستی