سایت ویستاژن در این مقاله به توضیح بیوسنسورهای زیستی یا حسگرهای زیستی پرداخته است.

حسگر زیستی یا Biosensor چیست؟

بیوسنسور ها به گروهی از حسگرها اطلاق می شود که طراحیشان به صورتی است که توان واکنش با یک ماده خاص را دارند و در نهایت پیام هایی را ایجاد می کنند که ریزپردازنده ها توان تجزیه و تحلیل آن ها را دارند. این حسگرها تنوع زیادی دارند ولی همه ی آن ها ساز و کاری یکسان دارند.

در بدن انسان حسگرهای زیستی متنوعی بصورت طبیعی وجود دارد، مثل حواس بویایی و چشایی و سیستم ایمنی انسان که به ترتیب به شناسایی بو، طعم و مولکول های متنوع مشغول هستند.

حسگر زیستی در اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و اتحادیه بین‌المللی شیمی محض (IUPAC)، به مجموعه ابزارهایی گفته می شود که با استفاده از واکنش‌های بیوشیمیایی خاص به آشکار سازی بافت‌ها، سلول‌ها یا هر عنصر شیمیایی ماده مورد نظر معمولاً به صورت الکتریکی، اُپتیکی، یا گرمایی می پردازد و تمام این کار ها با کمک آنزیم های ایزوله اتفاق می افتد.

کاربرد حسگرهای زیستی معمولاً برای آگاهی از غلظت محلولی مثلا گلوکز خون و بررسی دی‌ان‌ای( DNA) است. با آگاهی از DNA  می توانیم نقص های ژنتیکی یا ابتلاء به سرطان ها را در بدو تولد تشخیص دهیم .

نحوه ی عمل در این روش به این صورت است که طیف DNA  با طیف DNA دارای نقص در ترتیب که در نهایت باعث بروز سرطان می‌شود، می‌توان از ابتلاء به سرطان یا سایر بیماری های ژنتیکی اطلاع یافت.

دریافتگرهای زیستی قابل استفاده در حسگر های زیستی گی توانند جنس و انواع مختلفی داشته باشند. این دریافتگر ها می توانند  آنزیم، پادتن، گیرنده‌های سلولی اسیدهای نوکلئیک DNA یا  RNA  میکروارگانیسم یا سلول کامل، بافت و گیرنده‌های سنتتیک باشند.

حسگرهای زیستی سیستم ایمنی بدن که بر پایه آنتی بادی هستند، حسگرهای ایمنی نام دارند.

حسگر پذیرنده زمانی بوجود می آید که بین عنصر حسگر و آنالیت اتصال رخ دهد. حسگر متابولیسمی زمانی بوجود می آید که در اثر واکنشی که بین عنصر زیستی و آنالیت رخ می دهد،یک تغییر شیمیایی حاصل شود و باید اندازه گیری غلظت یکی از بستر ها یا محصولات را انجام دهیم.

گاهی ممکن است در اثر واکنشی که بین عنصر زیستی و آنالیت رخ می دهد،تغییر شیمیایی رخ ندهد و به کمک تبدیل بستر کمکی بتوانیم سیگنال تولید کنیم که در این حالت به آن حسگر زیستی،حسگر کاتالیتی می گوییم.

حسگرهای زیستی در دسته ی ابزار های تجزیه ای قرار می گیرند و از ۳ بخش اساسی تشکیل شده اند

۱.عنصر زیستی (جزئی که وظیفه ی تشخیص یون ها و مولکول های مورد نظر را دارد)

۲.مبدل (Transducer)

۳.سیستم قرائت (Read out System)

شاید سوال پیش بیاید که عضو زیستی در کجا قرار دارد؟ این بخش با استفاده از روش های متنوع بر روی مبدل ،تثبیت (Immobilize) شده است، که این عضو زیستی دارای گزینش پذیری بالایی در برهم کنش های زیستی و همچین در آشکارسازی آنالیت است .

در اثر تطابق ساختار جایگاه فعال آنزیم (Active site) با ساختار فضایی پیش‌ماده ،آنزیم فقط می تواند پیش ماده اختصاصی خود را قبول کند و واکنش مورد نظر را فقط بر روی پیش ماده اختصاصی خود اعمال کند.این ها ارتباط خاص بین گیرنده و لیگاند در سیستم های زیستی است که بین پیش ماده و آنزیم برقرار است.

اساس کار در این حسگر ها به این صورت است که  مبدل فیزیکی وظیفه دارد تا  پدیده شناسایی را بصورت یک اثر قابل اندازه گیری یا حرکت مکانیکی تبدیل می کند، مثال این اثر قابل اندازه گیری می تواند نشر نور،سیگنال الکتریکی و … باشد، که در پایان سیستم قرائت آن ها را اندازه گیری می کند.

عضو زیستی ای که اغلب در این حسگرها استفاده می شوند آنتی بادی ها،آنزیم ها، اندامک ها، گیرنده ها و اسیدهای نوکلئیک هستند.وظیفه این ذرات زیستی اینگونه است که با آنالیت های اتصال ویژه داشته باشند موردنظر و امکان تجزیه کمی و همچنین کیفی آن را بوجود آورند.

سنسورهای زیستی پوشیدنی برای پوست در حال ساخت است که قادرند آنچه در عرق شماست تشخیص دهند.هدف از انجام این کار کنار گذاشتن روش هایی مانند خون گرفتن است.روش پردازش در این حسگر بصورت “roll-to-roll” است .

برای بررسی این حسگر،آن را در افرادی که ورزش می کردند و افرادی که به لحاظ شیمیایی تحریک شده بودند، استفاده کردند تا میزان تعریق، الکترولیت‌ها و متابولیت‌هایی که در عرقشان موجود بود را ببرسی کنند.

به گفته ی دکتر علی جاوه‌ای، استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا: ترکیبات عرق رمزگشاست.

این سنسورهای پوشیدنی به منظور جذب عرق پوست به  یک لوله میکروسکوپی مارپیچ یا میکروفلوئیدیک مجهز هستند.

با ارزیابی سرعت عبور عرق از این لوله،سنسور ها توان گزارش میزان و سرعت تعریق فرد را دارند.

این لوله ها همچنین سنسورهای شیمیایی دارند که قابلیت تشخیص تراکم الکرولیت هایی مثل پتاسیم،سدیم را دارند.علاوه بر الکترولیت ها،متابولیت ها نیز برای این سنسور ها قابل تشخیص هستند مثل گلوکز.

محققان با قرار دادن حسگرهای عرق بر روی نقاط مختلفی مثل پیشانی، ساعد، زیر بغل و بالای کمر افراد توانستند میزان تعریق و سدیم و پتاسیم موجود در عرق افراد را  اندازه‌گیری کنند و به این نتیجه رسیدند این سنسورهای پوشیدنی

می توانند مثل یک هشدار در زمان هایی که فرد خود را تحت فشار قرار می دهد،عمل کند.

با استفاده از این وسیله می توان تغییرات را در هر نقطه بدن و در هر لحظه متوجه شد.

اما در طی تحقیقات متوجه شدند میزان گلوکز موجود در عرق با خون یکسان نبوده و این روش نمی تواند جایگزین مناسبی برای بررسی میزان قند خون فرد باشد‌.

نگهداری نوزادان زودرس در بخش مراقبت‌های ویژه  در حالی که تعداد زیادی کابل،سنسور،تجهیزات پزشکی و دستگاه های متنوع به منظور بررسی علائم حیاتی به نوزاد متصل است،تا حدودی نادرست است.چون به گفته ی دانشمندان اتصال پوستی نوزاد با مادر باعث بهبود بخشی به قلب نوزاد و پایداری تنفس و کاهش استرس او می شود.

محققان دانشگاه North western بیوسنسور های زیستی ای را طراحی کردند که مشابه برچسب است.  این بیوسنسور ها بدون هیچ گونه آسیب از پوست نوزاد جدا می شوند. قرار گیری این بیوسنسور ها بر روی قفسه سینه برای به منظور اندازه گیری ضربان قلب و دیکر نقلط بدن به منظور اندازه گیری دما و فشار و همچنین اندازه گیرب اکسیژن موجود در خون کودکان کاربرد دارد.ارتباط این بیوسنسور ها به دستگاه های نمایشگر بصورت بی سیم است و همچنین این بیوسنسور ها همانند دستگاه ECG روی قفسه سینه هستند و ضربانات و نمودار تغییرات را نشان می دهند.این بیوسنسور ها همانند تلفن همراه شارژ می شوند.

گردآورنده : سرکار خانم زینب خوشنود

vistagene       vistagene