بخشی از مقاله
چکیده:
مشکلات بسیار ایجاد شده توسط پاتوژنهای غذایی و نیاز به تامین ایمنی کافی مواد غذایی و عدم کفایت روشهای قدیمی شناسایی میکروارگانیسمها و نیاز صنعت از جمله - زمان بر و پر هزینه بودن - سبب افزایش تقاضا نسبت به توسعه روشهای جدید بهمنظور تشخیص سریع میکروارگانیسمهای پاتوژن شدهاست . استفاده از بیوسنسورها در سالهای اخیر بهمنظور نیل به اهداف گوناگون توجه زیادی به خود جلب کردهاست. بیوسنسورها سیستمهای اندازهگیری بسیار دقیق، حساس و اختصاصی میباشند که علاوه بر سریع و حساس بودن، نسبت به بسیاری از روشها سادهتر و ارزانتر هستند.
وجود بیورسپتورهای خاص علت ویژگیهای منحصر به فرد این سیستم های اندازهگیری می باشد. در حقیقت اساس شناسایی و سنجش ترکیبات در این سیستم ها، اتصال ویژه ی آنالیت مورد اندازه-گیری به سنسور توسط بیورسپتورها میباشد. زمینههای کاربردی این ابزارها در تشخیص پاتوژن مرتبط با مواد خام، کنترل فرایند و کیفیت محصول نهایی شناخته شدهاست و با گسترش تحقیقات از شرایط آزمایشگاهی به سیستمهای واقعی غذایی در آینده این سنسورها توانایی زیادی در صنعت فرآوری مواد غذایی برای کنترل فرآیند و ارتقا کیفیت دارا خواهند بود.
مقدمه:
به طور کلی میکروارگانیسم های مختلف و عوامل سمی ممکن است از طریق محصولات غذایی وارد بدن انسان شده و علاوه بر آسیب به کیفیت غذا، مشکلات زیادی برای سلامتی بدن ایجاد کنند. برای بررسی ایمنی مواد غذایی، نیاز به تشخیص سریع میکروارگانیسم های پاتوژن است. روش هایی چون کشت دادن که روشی استاندارد برای تشخیص پاتوژن های بیماری زای غذاییست علاوه بر نیاز به زمان طولانی - حدود 24 تا 28 ساعت - ، به دلیل وجود سطح بالایی از میکروارگانیسم های رقیب، اغلب منجر به نتایج غلط می شوند - . - 1 روش قراردادی دیگر برای شناسایی باکتریهای پاتوژن استفاده از آنتی بادی ها در مقابل میکروارگانیسم ها است که اشکالات آن هم به شرح زیر است: میزان حساسیت آن کافی نیست، باکتری باید خالص سازی شود و پروسه آن به زمان طولانی نیاز دارد.
روش PCR هم روش دیگری است که در سالهای اخیر به شدت برای شناسایی باکتری ها و ویروسها مورد استفاده قرار گرفته است. اگرچه حساسیت این روش بسیار بالاست، اما این روش، تکنیکی دشوار و گران است - . - 3 برای دستیابی به این هدف امروزه روشهای آنالیتیک سریع و آن لاین مطرح هستند که علاوه بر سریع و حساس بودن، نسبت به بسیاری از روش ها ساده تر و ارزانتر هستند که مهمترین این روشها استفاده از بیوسنسورها است. بخش اصلی و مسئول تشخیص باکتری در یک بیوسنسور، بخش بیولوژیکی آن است که در آن از یک جزء بیولوژیکی جهت تشخیص بخش خاصی از باکتری استفاده می شود. اولین بیوسنسورها، الکترودهای آنزیمی نامیده شدند و اولین بار کلارک آن ها را در سال 1962 برای اندازه گیری گلوکز ساخت. هر ماده ای که در فرآیندی شیمیایی، مصرف یا تولید شود مستعد اندازه گیری با بیوسنسور است.
-1تعریف بیوسنسور
بیوسنسور از دو کلمه بیو به معنی زیست و سنسور به معنی حسگر تشکیل شده است. بیوسنسور به عنوان وسیله ابتدایی برای تبدیل یک پدیده خاص زیستی، شیمیایی و یا فیزیکی به سیگنالهای پردازش شده الکتریکی به شکلی است که افرادی که این ابزار را به کار میبرند، بتوانند آن را مشاهده نموده و یا در برخی موارد، اطلاعات را برای مشاهدات و تحلیلهایی در آینده ذخیره نمایند. در وافع بیوسنسور به صورت انتخابی به غلظت یک ترکیب شیمیایی یا فعالیت آن واکنش نشان می دهد. داخل بیوسنسور ماده ی بیولوژیکی قرار دارد که این ماده در تماس با مبدل است. اگر ترکیب خاص با سنسور تماس پیدا کند واکنش رخ می دهد - . - 5 یک بیوسنسور به طور کلی از اجزای زیر تشکیل می شود - : - 6 - شکل - 1
1. نمونه
2. عنصر بیولوژیکی - بیورسپتور یا قسمت ردیابی بیولوژیک -
3. مبدل
4. پردازشگر
5. مانیتور
بیوسنسورها سیستمهای اندازه گیری بسیار دقیق، حساس و اختصاصی می باشند و وجود بیورسپتورهای خاص علت ویژگی های منحصر به فرد این سیستم های اندازه گیری می باشد. در حقیقت اساس شناسایی وسنجش ترکیبات در این سیستم ها، اتصال ویژه آنالیت مورد اندازه گیری به سنسور توسط بیورسپتورها میباشد - . - 7 بسته به نوع مبدل، بیوسنسورها همچنین میتوانند در گروه های زیر طبقه بندی میشوند: - - 8
✓ الکتروشیمیایی:که اساس تشخیص در آن ها حرکت الکترون در واکنش های اکسایش و احیا بین دو الکترود است و خود به انواع آمپرومتریک، پتانسیومتر و هدایت سنج تقسیم میشود.
✓ نوری: که اساس تشخیص در آن شدت نور است.
✓ ترمو متریک: تغییرات گرمایی را تشخیص میدهد.
✓ پیزوالکتریک: بر پایه تغییرات فرکانس در نتیجه تغییرات جرم در سطح سنسور استوار است. - شکل - 2
✓ مغناطیسی: امواج مغناطیسی تولید شده را تشخیص میدهد.
.1.2طرز کار بیوسنسور
در یک بیوسنسور، عنصر حسگر که به ماده ای بیولوژیک پاسخ می دهد، دارای طبیعت بیولوژیک است. این عنصر باید به نوعی مبدل متصل شود تا یک پاسخ قابل مشاهده با چشم را تولید کند. مبدل عمل شناسایی را انجام می دهد،آنچه توسط مبدل شناسایی می شود توسط قسمت بیورسپتور جذب می شود و سپس با عبور مجدد از مبدل سیگنال تولید می شود. در واقع اساس کار به این ترتیب است که نمونه ما بر روی عنصر بیولوژیکی مکمل خود که در یک محیط محافظت کننده مناسب به نحوی تثبیت شده است، جذب می شود.
واکنش بین نمونه وعنصر بیولوژیک باعث ایجاد یک یا چند تغییردر خواص فیزیکو شیمیایی - مانند:تغییرpH، انتقال الکترون، انتقال جرم، انتقال حرارت، جذب یا انتشارگازها یا یون های خاص - می گردد که این تغییرات توسط مبدل تشخیص داده می شود و به صورت تعریف شده به پردازشگر ارسال می شود، پردازشگر پس از تفسیر داده ها نتایج را به مانیتور ارسال کرده و مانیتور نتایج را به صورت عددی برای ما نمایش می دهد، در حقیقت اساس شناسایی وسنجش ترکیبات در این سیستم ها، اتصال ویژه آنالیت مورد اندازه گیری به سنسور توسط بیورسپتورها می باشد.عملکرد بیوسنسورها کاملا انتخابی است - 10 و . - 9
.2.2انواع بیورسپتور
آنزیم ها: آنزیم ها رایج ترین مولکول هایی هستند که به فرم خالص شده یا در داخل میکرو ارگانیسم ها یا در قسمتی از بافت وجود دارند. این مولکول ها کاتالیزهای بیولوژیکی بوده و با سوبسترا ترکیب می شوند - . - 11
