دانلود مقاله بیوسنسورها

word قابل ویرایش
31 صفحه
4700 تومان

توسعه تجارت جهانی مواد غذایی به چندین بیلیون دلار از نتایج صنعتی شدن می باشد . صنایع غذایی مواد غذایی سالم و بی خطر را برای مصرف کنندگان فراهم نموده است . صنایع غذایی در حال حاضر شامل فرآیندهایی همچون فرآوری ،حمل و نقل و نگهداری شده که اغلب این فرآیندها قبل از رسیدن ماده غذایی به دست مصرف کننده بر روی مواد غذایی که فساد پذیری بالایی دارند صورت گرفته است . (۱۲)

از آنجا که مصرف کنندگان نیز اهمیت قابل توجهی برای کیفیت محصولات غذایی که می خرند ، قائل هستند لذا این مسئله دست اندرکاران صنایع غذایی را وادار کرده تا بر کنترل محصولات غذایی تأکید بیشتری داشته باشند . (۱۱ )

بنابراین تجزیه مواد غذایی برای اطمینان یافتن از سلامت و بی خطر ماندن مواد غذایی تا زمان رسیدن به دست مصرف کننده و همچنین افزایش زمان نگهداری مواد فساد پذیر و بهبود کیفیت آنها ضروری است . (۱۲ )

در صنایع کشاورزی و غذایی کیفیت محصول در حال حاضر توسط تجزیه های شیمیایی و آزمون های میکروبی بصورت دوره ای و مستقیم سنجیده شده که این روش ها غالباً هزینه بر بوده ، با توجه به اینکه در اکثر موارد نیاز به مرحله آماده سازی یا استخراج نمونه داریم ، آزمون زمان بر بوده و از طرفی نیز برای انجام این آزمونها به تکنیسینهای ماهر نیاز داریم . (۱۱)

لذا یافتن روشی مناسب ، سریع و مؤثر که توسط آن بتوان تجزیه های شیمیایی مواد غذایی را انجام داده و حضور ترکیبات آلرژیک و پاتوژن را آشکار ساخت یکی از بزرگترین چالشهایی است که در صنایع فرآوری مواد غذایی با آن روبرو هستیم . (۱۱)

 

اختراعات اخیر در زمینه الکترونیک و تکنولوژی کامپیوتر افقهای جدیدی را برای رسیدن به بالاترین حدّ دقت در کنترل مواد اولیه ، محصولات ، فرآیندها ، عملکرد ماشینها در صنایع غذایی و برطرف کردن چالش فوق باز کرده است . (۱۱)
از جمله این اختراعات بیوسنسورها هستند ، که حاصل تحقیقات پیشرفته بین چند رشته مختلف همچون شیمی تجزیه ، بیولوژی و میکروالکترونیک می باشد .
بیوسنسورها زمان و هزینه آزمایشات را کاهش داده و از طرفی اطمینان از سلامت محصول را افزایش داده اند . بیوسنسورها همچنین برای شناسایی یا اندازه گیری آنالیت ها در سیستمهای مداوم نیز کارایی یافته اند . اینها در واقع ایجاد کننده روشی سریع ، غیر مخرب و داده دهنده برای کنترل کیفی یک محصول می باشند . با توجه به این مسائل بیوسنسورها قابلیت خلق یک انقلاب تجزیه ای را برای حل مشکلات تجزیه ای موجود در صنایع غذایی دارند . (۱۱)
و به همین جهت است که در حال حاضر تخمین زده می شود ، بیوسنسورها رشد و توسعه سالانه ای حدود ۶۰% داشته باشند . (۳)
در هر حال امروزه بیوسنسورها کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند ، که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
اندازه گیری و تشخیص ویتامین B1 ، اکسیدهای نیتروژن ، متان ، دی اکسید کربن ، موتاژنها ، BOD اسیدهای آمینه ، سموم میکروبی ، تعیین اسیدهای چرب کره و … (۲)

a : 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 . (۲) (شکل ۱ )

شکل (۱) طرحی شماتیک از اجزای اصلی بیوسنسور . a . بیوکاتالیست ، که سوبسترا را به محصول تبدیل می کند . b . مبدل (Transducer ) ، که عمل تبدیل واکنش های شناسایی شده را به سیگنالهای الکتریکی برعهده دارد . c . تقویت کننده (amplifier ) که سیگنال خروجی از مبدل را تقویت می کند . d . فرآیند کننده سیگنال (processor ) e . نمایشگر (displayer ) .

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 . (۱۱)
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 . (۱۱)

۱٫a ) بیوکاتالیست :
مواد بیولوژیکی مورد استفاده در تکنولوژی بیوسنسورها ، آنزیم ، آنتی بادی ها و اسیدهای نوکلئیک ، میکروارگانیسم ها ، بافت ها و سلولها می توانند باشند . (۱۱)
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 . (۲)
۲٫a ) مبدل (Transducer )

قسمت کلیدی یک بیوسنسور مبدل یا ترانسدیوسر آن می باشد . (۳) که تغییرات فیزیکی و شیمیایی حین واکنش را قابل استفاده و اندازه گیری می نماید . (۱۱)
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 . (۲)
ترانسدیوسرها می توانند الکترود ، ترانزیستور ، ترمیستور ، فیبرنوری یا کریستال فشار الکتریکی باشند . (۱۱)

این ترانسدیوسرها باید ویژگی های زیر را داشته باشند :
۱- نسبت به آنالیت کاملاً اختصاصی عمل کنند
۲- واکنش در آنها در غلظت مناسبی صورت گیرد
۳- زمان پاسخ آنها کوتاه باشد ، بین ۱ تا ۶۰ ثانیه
۴- بتوان تا حد امکان اندازه آنها را کوچک کرد . (۲)
بیوسنسورها را بر اساس ترانسدیوسرهای آنها به چهار دسته عمده تقسیم بندی می کنند : بیوسنسورهای الکتروشیمیایی ، نوری ، حرارتی ، و جرمی . (۲)
در میان بیوسنسورهای مختلف ، بیوسنسورهای الکترو شیمیایی خصوصاً بیوسنسورهای آمپرومتریک اخیراً موقعیت برجسته تری پیدا کرده اند . (۴) و بهمین دلیل نیز اکثر کوشش های اخیر در ارتباط با بیوسنسورهای الکتروشیمیایی پتانسیومتریک و آمپرومتریک می باشد . (۳)
بیوسنسور خوب بایستی حداقل بعضی از خصوصیات زیر را دارا باشد :
۱- بیوکاتالیست آن با توجه به هدف تجزیه بایستی کاملاً اختصاصی عمل کند و بیوکاتالیست آن بایستی تحت شرایط عادی پایدار باشد .

۲- واکنش بیوکاتالیست با آنالیت بایستی وابسته به پارامترهای فیزیکی مثل تغییر pH ، درجه حرارت و . . . باشد تا قابل کنترل و هدایت و استفاده توسط ترانسدیوسرها بوده . همچنین بایستی اجازه آنالیز نمونه را با کمترین فرآیند آماده سازی بدهند .
۳- نتیجه بدست آمده توسط بیوسنسورها بایستی دقیق و قابل تکرار باشد و پاسخی باشد که بدون رقیق یا غلیظ کردن نمونه بدست آمده باشد . همچنین پاسخ بایستی عاری از اختشاشات الکتریکی باشد .

۴- بیوسنسور کامل بایستی ارزان ، کوچک ، قابل حمل و استفاده توسط کاربران نیمه ماهر نیز باشد .
۵- اگر از بیوسنسور برای کنترل عوامل میکروبی مهاجم در کارهای بالینی استفاده شده ، میله آن بایستی نازک و زیست سازکار باشد و اگر از آن در صنایع تخمیر استفاده می شود بایستی قابل استریل باشند . (۳)
در روند توسعه بیوسنسورها با سه نسل از آنها تا به حال مواجه بودیم :
۱- بیوسنسورهای نسل اول :
در این بیوسنسورها محصول حاصل از واکنش بیوکاتالیست با آنالیت به مبدل یا ترانسدیوسر منتشر شده و باعث ایجاد سیگنالهای الکتریکی می شوند .

۲- بیوسنسورهای نسل دوم :
بیوسنسورهایی بودند که در آنها واسطه ای بخصوص بین بیوکاتالیست و مبدل قرار داده شده بود که محصول حاصل از واکنش بیوکاتالیست با آنالیت را گرفته و به ترانسدیوسر منتقل کرده ، که اینها نتایج واکنش را نیز تشدید می نمایند .

۳- بیوسنسورهای نسل سوم :
بیوسنسورهایی هستند که در آنها خود واکنش بطور مستقیم باعث ایجاد پاسخ شده و در آنها واسطه ها و سیستم انتشار را نداریم . (۳)
در انتها نیز باید متذکر شد فناوری جدید نانو نکنولوژی نقش بسیار مهمی در توسعه و پیشرفت بیوسنسورها بازی کرده و در آینده نیز خواهد نمود . بطوریکه با استفاده از نامنومتریالها ، حساسیت و عملکرد بیوسنسورها بطور قابل توجهی افزایش یافته (۹) و باعث می شود این وسیله تا پنج برابر قویتر ، تا ده برابر مؤثرتر و میلیونها برابر بهتر عمل کرده . (۱)

نانوتکنولوژی باعث می شود که در زمینه های تجزیه بیولوژیکی و شیمیایی توسط این وسیله تغییراتی اساسی صورت گرفته و این وسیله را از حالت وسیله ای تک منظوره خارج کرده و آن را به ابزاری تبدیل کند که تجزیه های سریع چندین جزئی را بتوان در طبیعت انجام داد . (۹)
b ) 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 . (۲) که ما در اینجا دو نوع اول را که کاربرد وسیعتری یافته اند را معرفی می نمائیم .
۱٫b ) 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 .(۲)

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 . (شکل ۳)
واکنشی که در مجاور غشاء شیشه ای حساس pH متر اتفاق می افتد باعث تغییر pH شده که می تواند بطور مستقیم از نمایشگر pH متر خوانده شود . (۴)

شکل (۲) : نمونه ای از بیوسنسور پتانسیومتریک : a : غشاء نیمه تراوا که اطراف بیوکاتالیست را پوشانده ، b : بیوکاتالیست ، c : غشاء شیشه ای فعال ، d : الکترود pH متر e : پتانسیل الکتریکی که معمولاً بین الکترود داخلی Ag/Agcl (f ) غرق شده در Hcl رقیق (g ) و الکترود خارجی استاندارد (h ) برقرار شده . (۴ (

سه نوع از انواع الکترودهای یون انتخابی (Ise ) که در بیوسنسورهای پتانسیومتریک استفاده می شوند .
۱- الکترودهای شیشه ای مخصوص کاتیون ها ( مثل الکترود pH متر معمولی )
در این الکترودها عنصر حس کننده یک غشاء شیشه ای هیدراته خیلی نازک می باشد . این غشاء پتانسیل الکتریکی را که حاصل رقابت کاتیونهای مختلف با توجه به غلظتشان برای اتصال به نقاط مخصوص این غشاء می باشد را آشکار می نماید . انتخاب پذیری این غشاء توسط ترکیبات شیشه سازنده آن تعیین می گردد . میزان حساسیت این اکترودها نیز به کاتیون بسیار بزرگتر از ۹ NH می باشد . (۴)

۲- الکترودهای pH شیشه ای :
در این الکترودها سطح الکترود توسط یک غشاء نفوذ پذیر انتخابی به گاز (H2S , NH3 , CO2 ) پوشیده شده . انتشار گاز از درون این غشاء باعث تغییری در pH محلول حس کننده بین غشاء و الکترود شده که این مسئله باعث تعیین مقدار آن گاز و در نهایت مقدار آنالیت خواهد شد .
۳- الکترودهای حالت جامد ( Solid – State electrodes )
در این الکترودها غشاء شیشه ای توسط یک غشاء هادی یونهای بخصوص که از مخلوط سولفید نقره و هالیدنقره ساخته شده جایگزین شده است . از این الکترودها برای تعیین آنیونهایی مثل در واکنش پراکسیداز و آنیون سیانیدین (آمیگدالین موجود در بادام تلخ ) می توان استفاده نمود . (۴) (لیست زیر را مشاهده کنید . )

لیست ۱ واکنشهایی شامل جذب و آزادسازی یونهای مختلف که توسط بیوسنسورهای پتانسیومتریک قادر به اتولیز می باشد . (۴)
الف : کاتیون
D-glucose + O2 glucose oxidase D-glucono -1,5 – lactate + H2O2 H2O D-gluconate + H+
Penicillin Penicillinase Penicilloic acid + H+

H2NCO NH2 + H2O + 2H+ urease ( PH = 6 ) a 2NH4+ + CO2
H2NCoNH2 + 2H2O urease (PH=6/5 ) b 2NH3 + HCO3 – + H+
Neutral lipids + H2O lipase glycerol + fatty acids + H+
b . کاتیون NH4+

L – aminoacid + O2 + H2O L – amio acid oxidase Keto acid + NHa+ + H2O2
L – asparagines + H2O Asparaginase L – aspartate + NH4+
H2NCONH2 + 2H2O + H+ urease ( PH = 7/5) 2NH4+ + HCO3-
C ) آنیون
H2O2 + 2H+ + 2I- peroxidase I2 + 2H2O
d ) آنیون CN-

Amygdalin + 2H2O B – glucosidase 2glucose + benzal dehyde + H+ + CN-
a : همچنین در بیوسنسورهای پتاسینومتریک NH4+ و CO2 (گاز) استفاده شده .
b : همچنین در بیوسنسورهای پتانسیومتریک NH3 ( گاز ) نیز استفاده شده .

همانطور که ذکر شد ، الکترودهای فوق غشاء مخصوصی دارند که به طور انتخابی تنها اجازه عبور به یونهای مشخصی را می دهند . در اثر مهاجرت انتخابی یونها از محل با غلظت بالاتر به محل با غلظت پایین تر بار الکتریکی اطراف غشاء به طور نامتعادلی توزیع می شود . در نتیجه با ایجاد اختلاف پتانسیلی در جهت خلاف حرکت یونها ، دستگاه به تعادل می رسد ، اختلاف پتانسیل ایجاد شده در اطراف غشاء مشابه پیلهای الکترودی و به صورت زیر محاسبه می شود :

E = پتانسیل اندازه گیری شده یا مشاهده شده است ( برحسب ولت )
E0 = پتانسیل استاندارد است ( که بر حسب الکترود استاندارد بکار رفته فرق می کند .)
R = ثابت گاز

T = درجه حرارت مطلق ( برحسب کلوین )
X = پتانسیل مخصوص ماده مورد اندازه گیری ( شاریونی ماده مورد اندازه گیری )
F = ثابت فارادی
A = فعالیت ترمودینامیکی عنصر مورد آزمایش ( یا بطور واضح A معلوم کننده فعالیت یونی نمونه است ، اما در غلظتهای معمولی که در بیوسنسورها با آن روبرو می شویم که علی الخصوص متناسب با غلظت نمونه نیز می باشد) . (۴)
همانطور که در فرمول بالا مشاهده می شود بین پتانسیل و غلظت یون رابطه لگاریتمی وجود دارد که این مسئله باعث می شود تا بتوان از این بیوسنسور برای تعداد زیادی از تجزیه ها استفاده کرد ولی از طرفی نیز در صورت اشتباهی کوچک در اندازه گیری پتانسیل این خطا منجر می شود که در گزارش غلظت ماده مورد بررسی خطای بسیاری بوجود آید .
بنابراین سنسورهای توان سنجی به یک الکترود استاندارد پایدار و فیلترهایی برای حذف نویزهای (اختشاشات ) الکترونیکی نیاز دارند . (۲)
پیشرفته ترین نوع این بیوسنسورها ، بیوسنسوری است که از اتصال الکترود یون انتخابی (Ise ) به یک میدان اثر ترانزیستور (Field effect Transistor ) ساخته شده و تا حدودی توانسته اند مشکلات انواع قبلی را در این بیوسنسورها برطرف نمایند . (۴)

محدوده معمول شناسایی این بیوسنسورها تا مولار است . اگر چه تعداد معدودی از اینها حساسیتی تا ۱۰ برابر این نیز دارند . زمان جوابگیری از این بیوسنسورها نیز بین ۱ تا ۵ دقیقه است که این مسئله به ما اجازه تا بیش از ۳۰ آنالیز در هر ساعت را می دهد . (۵)
در انتها نیز در مورد این بیوسنسورها بایستی اذعان داشت با توجه به هزینه بالای آنها و اینکه نتایج حاصله از این بیوسنسورها هنوز مورد تردید است و اینها خیلی نیز ، اختصاصی عمل نمی کنند ، در حال حاضر برای تجزیه مواد غذایی آنچنان مناسب نبوده مگر اینکه در آینده و با استفاده از نانوتکنولوژی قابلیتهای آن ارتقاء یابد . (۱۲)

۲٫b ) 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 .(۱۰و۵)
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 . (۲)
نمونه ای از بیوسنسورهای آمپرومتریک معمول بیوسنسورهای آمپرومتریکی هستند که در آنها از الکترود اکسیژن کلارک استفاده شده . (۵) شکل ۳

شکل ۳ : نمای شماتیک یک بیوسنسور آمپرومتریک را مشاهده می کنید . پتانسیل بین کاتد پلاتین مرکزی و آندنقره حلقوی برقرار شده . که این پتانسیل تولید کننده جریانی است که این جریان (I ) بوسیله محلول اشباع (KCI ) واسطه منتقل شده . در این بیوسنسورها قسمت الکترود از بیوکاتالیست ( آنجایی که گلوکز اکسیداز (GOD ) نشان داده شده . ) بوسیله یک غشاء

پلاستیکی نازک که فقط قابلیت نفوذ نسبت به اکسیژن را دارد جدا شده . محلول آنالیت نیز بوسیله غشاء دیگری که قابلیت نفوذ نسبت به سوبسترا را دارد از بیوکاتالیست جدا شده . این بیوسنسور معمولاً در حدود ۱ سانتی متر قطر دارد ، اما قطر کاتد پلاتین آن ۲۵/۰ میلی متر بوده که در بین یک آندنقره با روکش استیل قرار گرفته .

الکترود اکسیژن کلارک یک وسیله آمپرسنجی است که در آن اکسیژن از یک غشاء تفلونی قابل نفوذ نسبت به اکسیژن عبور می کند و در یک الکترود پلاتین در یک توان ثابت ( V 6/0- ) در مقابل یک الکترود استاندارد کلرید نقره یا نقره به پراکسید هیدروژن احیاء شده . (۲)
معمولاً هر دو الکترود در یک محلول کلرید پتاسیم اشباع غوطه ور بوده و بوسیله یک غشاء پلاستیکی نفوذ پذیر به اکسیژن ( مثل تفلون ، پلی تترافلوئورواتیلن ) از محلول مورد آزمایش جدا شده . (۵) واکنش هایی که در این الکترود اتفاق می افتد به صورت زیر است .

Ag anode 4 Ag 0 + 4 Cl – ۴ Agcl + 4e –
Pt catode O2 + 4H+ 4e – 2H2O
نمونه ای از بیوسنسورهای آمپرومتریک از تثبیت آنزیم گلوکز اکسیدازی که در ژلهای پلی اکریل آمید حبس شده بر روی سطح این الکترودهای اکسیژن تشکیل شده . این سیستم بر پایه واکنش زیر است .
H2O2 + اسید گلوکونیک گلوکز اکسیداز O2 + گلوکز

حضور گلوکز در محلول موجب می شود که شدت نفوذ اکسیژن به سطح پلاتین کاهش پیدا کند و از این رو جریان مداوم کاهش یابد . تا هنگامی که غلظت گلوکز کمتر از Km ( ثابت میکائیلیس – منتون نامیده شده که عدد ثابتی نیست و می تواند با ساختمان سوبسترا ، PH و درجه حرارت برای هر آنزیم تغییر نماید ) آنزیم تثبیت شده باشد و اکسیژن به اندازه کافی وجود داشته باشد ، رابطه بین جریان و غلظت گلوکز خطی است . (۲)
در واقع در این بیوسنسورها برای تعیین سرعت واکنش که با غلظت آنالیت متناسب است از اندازه گیری اکسیژن مصرف شده توسط آنزیم استفاده نموده ایم .
به همین طریق برای تجزیه سوبستراهای مختلف می توان ب

ا تثبیت آنزیم های اکسیدوردوکتاز دیگر (مثل الکل اکسیداز ، L , D آمینواسیداکسیدازها ، کلسترول اکسیدازها ، گالاکتوزاکسیدازها ، اورئات اکسیدازها و . . . ) برروی این الکترود ، بیوسنسورهای مختلفی تهیه کردند . (۵)
روش دیگر برای تعیین سرعت این واکنش اندازه گیری پراکسید هیدروژن تولید شده است . که در این روش با برقراری پتانسیلی ۶۸/۰+ ولتی بین الکترود پلاتین با الکترود و نقره یا کلریدنقره این کار را می توان انجام داد . در این حالت واکنش های زیر را در الکترود خواهیم داشت .
Pt anode H2O2 O2 + 2H+ + 2e –

Ag Catode 2Agcl + 2e – 2Ag0 + 2cl –
چنین دستگاههایی نسبت به تغییرات فشار اکسیژن محلول نمونه حساس بوده و از طرفی در آنها به دلیل بالا بودن پتانسیل لازم برای احیاء O2 یا اکسید H2O2 در الکترود پلاتین مزاحمت ناشی از سایر نمونه های الکترود اکتیو در محلول افزایش یافته . راه حل این مشکلات این است که الکترون ایجاد شده در واکنش را با استفاده از یک مولکول مناسب بنام ماده واسطه (mediator )از مولکول بیولوژیک به الکترود پلاتین انتقال دهیم . مدیر تورهای مناسب باید دارای خواص زیر باشند .
۱- به آسانی در واکنش ردوکس با ترکیب بیولوژیکی و الکترون شرکت کند تا روی انتقال سریع الکترون اثر بگذارد .
۲- تحت شرایط لازم اندازه گیری پایدار باشد .
۳- در هنگام انتقال الکترون ها در واکنش های جانبی مثل احیای اکسیژن شرکت نکنند .
۴- پتانسیل رودکس مناسبی داشته باشد . بطوریکه از پتانسیل سایر مواد فعال الکتروشیمیایی موجود در نمونه تفاوت داشته باشند .
۵- نسبت به تغییرات دامنه وسیعی از pH مقاوم باشند .
۶- ترجیحاً غیر سمی باشند خصوصاً در محیطهای زنده ( Invivo ) .
7- نسبت به تثبیت کردن مقاوم باشند . (۲)

فروسن (Ferrocene ) و مشتقات آن به عنوان خانواده ای از مدیرتورها که با ملاکهای بالا تطابق خوبی دارند عموماً استفاده شده . (شکل ۴ ) از اینها در بیوسنسورهای گلوکز ، الکها ، منوکسید کربن اسیدهای آمینه ، گلی کولات و گالاکتوز نیز استفاده شده . (۹) نحوه عمل این ها به شکل زیر می باشد .

الکترودهایی نیز در حال حاضر توسعه یافته اند که می توانند الکترونها را بطور مستقیم از آنزیم احیاء شده بدون نیاز به چنین مدیرتورهایی دریافت کنند . در آنها روکشی از نمکهای ارگانیک هادی جریان الکتریکی مثل کاتیون N – فنیل فنازینیوم ( شکل b 40 ، NMP+ ) با رادیکال آنیونی تتراسیانوکینودی متان ( شکل c 4 ، TCNQ- ) بکار رفته . بسیاری از آنزیمها با کوآنزیمهای NAD FAD توسط پلهای نمکی می توانند به چنین هدایت کننده های کریستال متصل شده و تشکیل بیوسنسور دهند .

شکل ۴ : a فروسن

(۵ – bis – cyclopentadienyl iron ) ، منشاء تعداد زیادی از ترکیبات مدیوتور است . Tmp+ , b ، قسمت کاتیونی کریستال آلی هدایت کننده . (C ) TCNQ- قسمت آنیونی کریستال آلی هدایت کننده .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 4700 تومان در 31 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد