بخشی از مقاله
چکیده- علاوه بر روش هاي میکروبی مرسوم در اندازه گیري زیست توده اخیرا روش هاي مبتنی بر قواعد فیزیکی همچون دانسیته نوري و دي الکتریک رایج گردیده است. اساس روش اندازه گیري ظرفیت خازنی بر خصوصیات دي الکتریک سوسپانسیون سلولی استوار است. در این تحقیق، یک حسگر اندازه گیر غلظت بر مبناي خازنی ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. این حسگر از دو بخش تشکیل شده است: 2 الکترود و یک مدار الکترونیکی. الکترودها تیغه هاي فلزي از جنس آلومینیوم هستند و توسط کابل ها به مبدل موج و خازن سنج متصل شده اند. در طول کشت نیمه پیوسته مخمر ساکارومایس سرویزیه در بشري به حجم 500 میلیمتري اندازه گیري ظرفیت خازنی و وزن خشک انجام شد.
در فرکانس هاي بین 800کیلوهرتزتا 5 مگاهرتز اندازه گیري ظرفیت خازنی سوسپانسیون خمیرمایه با وزن خشک 54گرم بر لیتر در شروع کار تا101گرم بر لیتر در پایان کار در زمان هاي هر یک ساعت - به مدت 7ساعت - صورت گرفت و در هر ظرفیت خازنی بدست آمده کمیت گذردهی محاسبه شد که مقدار آن بین580تا10010 پیکوفاراد بر سانتی متر مربع بود. تحلیل داده ها نشان داد که بین مقادیر اندازهگیري شده توسط حسگر غلظت و روش هاي مرسوم تعیین غلظت - وزن خشک - همبستگی معنیداري - R2=0/99 - مشاهده شد.
-1 مقدمه
اگر یک سلول بیولوژیکی در یک میدان الکتریکی قرار گیرد پلاریزه می شود. میزان این پلاریزاسیون با اندازه گیري ظرفیت خازنی سلول و بر حسب فاراد یا پیکوفاراد بیان می شود. هنگامیکه یک ماده در میدان الکتریکی قرار گیرد، انرژي در میدان بصورت گرماي ناشی از حرکت اصطکاکی اجزاي باردار ماده تلف می شود و یا با پلاریزه نمودن ماده و اجزاي آن ذخیره می گردد. پاسخ یک ماده به میدان الکتریکی اعمال شده با دو ترم کنداکتیویته و گذردهی شرح داده شده است.
گر یک میدان الکتریکی متناوب القا شود سلول ها شارژ و دشارژ و سپس دوباره شارژ در جهت مخالف به همان میزان قبلی می شود اما جابجایی یون ها درون سلول و دو قطبی شدن آن به یک حداقل زمانی نیاز دارد و لذا فرکانس میدان تعیین کننده میزان ظرفیت خازنی یا گذردهی باشد. بطوریکه اگر فرکانس از حدي بیشتر شود، سلول ها فرصت کافی جهت قطبش پیدا نمی کنند و مشارکت آنها در ظرفیت خازنی حاصل از محیط به صفر کاهش می یابد بنابراین با اندازه گیري ظرفیت خازنی در یک یا چند فرکانس غلظت زیست توده قابل تخمین است، چرا که با افزایش جز حجمی سلول ها، مقدار ممبران هاي پلاریزه نیز افزایش می یابد و در نتیجه ظرفیت خازنی نیز بیشتر می شود.
در فرکانس کمتر از 0/1مگاهرتز، یون ها فرصت کافی دارند تا به ممبران برسند قبل از اینکه جهت میدان عوض شود، لذا حداکثر قطبش بدست خواهد آمد. با افزایش فرکانس تا بیش از 10 مگاهرتز زمان لازم جهت حرکت یون ها کم و کمتر می شود و قطبش به کمترین سطح خود خواهد رسید5]و6و.[9 منحنی کاهش قطبش با افزایش فرکانس در شکل 1 قابل ملاحظه است. میزان افت ظرفیت خازنی در دو سوي این انتشار در اندازه گیري غلظت سلولی حائز اهمیت است 4]و.[8
-2مواد و روش ها
1-2 حسگر اندازه گیري غلظت
حسگر مبنا- خازن بر اساس اندازهگیري ظرفیت خازنی با تغییرات فرکانس سوسپانسیون خمیرمایه پایه ریزي شده است. با تغییر غلظت زیست توده، ظرفیت خازنی به دلیل تغییر در دي الکتریک تغییر می کند. براي ساخت حسگر اندازهگیر غلظت، از خواص خازنها استفاده شد. حسگرهاي مبناء-خازنی بهدلیل هزینه ساخت پایین و حساسیت بالا در برابر تغییرات غلظت سوسپانسیون، نسبت به سایر روش ها در جایگاه بهتري قرار گرفتهاند. اساس کار حسگرهاي خازنی استاتیکی، معمولا به این صورت است که دو یا چند صفحه فلزي با فاصله اي معین از هم - d - بر روي یک پایه ثابت میشوند. این حسگرها در حالت عادي بسته به طول، عرض و ارتفاعی که دارند، داراي یک ظرفیت خازنی مشخص - ماده بین صفحات آن هوا است - میباشند.
با فرو کردن حسگر در سوسپانسیون، ثابت ديالکتریک خازن که قبلاً هوا بود، تغییر میکند و در نتیجه ظرفیت خازنی آن نیز تغییر میکند. عدد نشان داده شده در این حالت به عنوان ظرفیت خازنی، بستگی به محتواي غلظت، نوع و درجه حرارت سوسپانسیون دارد. با انجام آزمایش در یک سوسپانسیون همگن و در شرایط یکسان از نظر درجه حرارت، خروجی حسگر فقط وابسته به مقدار غلظت موجود در فرکانس میشود و از این طریق میتوان حسگر را واسنجی کرد. براي ساخت صفحات خازن، دو تیغه فلزي به عنوان صفحات الکترود از آلومینیوم تهیه شد.[10]
-2-2 آزمایشهاي واسنجی
براي به دست آوردن منحنی واسنجی این حسگر، 10 نمونه با غلظت هاي متفاوت از مخمر ساکارومایسس سرویزیه آماده شد و با اندازه گیري غلظت به روش وزنی و اندازه گیري خروجی حسگر منحنی واسنجی حسگر به دست آمد.
-3-2 آزمایش در طول رشد مخمر
فرمانتور مورد استفاده در انجام آزمایش ها یک بشر به حجم 500 میلی لیتر در نظر گرفته شد و مقادیر مشخص از سوسپانسیون خمیرمایه و آب مقطر استریل را مخلوط کرده و با استفاده از هیتر و حمام آب دماي سوسپانسیون را در 31درجه سانتی گراد نگه داشته و به کمک pH متر و اسید سولفوریک و سود pH را در محدوده 4/5-6/5 در طول دوره رشد مخمر کنترل شد.[2] پس از شروع رشد هر یک ساعت ظرفیت خازنی در فرکانس هاي 1 و 5 مگاهرتز اندازه گیري شده و همزمان از سوسپانسیون براي تعیین غلظت با روش وزن خشک نمونه برداري انجام شده است.
-4 نتیجه گیري
نتایج حاصل از ارزیابی حسگر غلظت نشان داد که مقادیر بهدست آمده از حسگر رابطه معنی داري با ضریب تبیین 99 درصد با مقادیر به دست آمده از غلظت با روش وزنی بصورت همزمان دارد و این روش به علت عدم تداخل ذرات جامد، حباب هاي هوا و سلول هاي مرده در اندازه گیري موجب می شود تا سلول هاي زنده از زیست توده مرده تشخیص داده شود و از مزایاي دیگر این روش به اندازه گیري سریع و درجا غلظت زیست توده زنده می توان اشاره کرد.
