بخشی از مقاله
چکیده:
از هر 20 ایرانی یک نفر به دیابت مبتلاست و نیمی از این تعداد نمیدانند که دیابت دارند. هر 10 ثانیه یک نفر در جهان به دلیل عدم آگاهی از دیابت و روش کنترل آن، جان خود را از دست میدهد. این مطالعه توانسته است حسگر وریدی در نرم افزار کوانتوم وایز طراحی کند که این بیماری را بدون بروز علائم تشخیص دهد. نتایج حاصل از آن نشان داد برای ساخت حسگر وریدی استفاده از اکسید روی نتایج بهتری را به دنبال خواهد داشت. روند تغیرات بررسی شده در این مطالعه برای نقره 0/3190، برای پالادیوم37/06 = و برای اکسید روی= 0/36 بود.
کلید واژه: نانوحسگر وریدی، گلوکز، قند خون
مقدمه:
حسگر ها گونه ای از مبدل ها هستند که اثر انرژی فیزیکی اطراف را اندازه گرفته و به کاربر نشان می دهند. با پیشرفت سریع تکنیک اتوماسیون نیاز شدیدی به کاربرد حسگر های مختلف احساس می شود. حسگر ها به عنوان اعضای حس کنندگی یک سیستم، وطیفه ی جمع آوری اطلاعات و تبدیل آن ها به صورتی که برای یک سیستم کنترل، قابل تجزیه و تحلیل باشد را به عهده دارند.تولید یا استفاده از انسولین پدید می آید. انسولین ماده ای است که در بدن توسط غده ی لوزالمعده تولید می شد و باعث می گردد قند یا همان مهم ترین منبع انرژی بدن مورد استفاده قرار بگیرد.
شیوع دیابت در تمامیکشور ها، مخصوصاً کشور های در حال توسعه، رو به افزایش است به طوری که به جرات می توان آن را به عنوان مهم ترین چالش بهداشتی قرن 21 به حساب آورد. تشخیص بیماری قند با آزمایشخون کاملاً قطعی و دقیق است اما با توجه به نیاز تشخیص بیماری به طور مداوم و درهر زمان، دستگاه های گلوکومتر کنونی از تکنولوژی هایی نظیر اندازه گیری جریان الکتریکی، رفلکت طیف نوری و سیر انعکاس نور و غیره، استفاده کرده و میزان گلوکز خون را اندازه گیری می کنند. اندازه گیری با گلوکومتر تشخیص دقیقی از بیماری و میزان قند ارائه نداده زیرا خون نمونه برداری شده از مویرگ های نوک انگشت بیمار هم دارای سلول استو هم مایع پلاسما؛ طبق تحقیقات به میزان 15 درصد اختلاف بیشتر یا کمتر با آزمایش خون دارد.
در نتیجه به توسعه یک سیستم پیچیده و دقیق برای شناساییو کنترل این بیماری نیاز است.ویژگی های مهم نانو حسگر ها انتخاب گری بالا تر،حساسیت زیاد تر، ابعاد کوچک تر و ارزان تر هستند. نانو حسگر ها به طور ذاتی کوچک تر و حساس تر از سایر حسگر ها می باشند. همان طور که گفته شد این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شده آن ها کمتر از قیمت تمام شده حسگر های موجود در بازار باشد. نانو حسگر های وریدی به فرم شکل 1 در گردش خون قرار گرفته و می توانند میزان گلوکز خون را تشخیص دهند.حسگر های زیستی طی سال های اخیر مورد توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. حسگر های زیستی یا سنسور های بر پایه مواد بیولوژیکی اکنون گستره ی وسیعی از کاربرد ها نظیر صنایع دارویی، صنایع خوراکی، علوم محیطی را شامل می شود.
بسیاری از حسگر های شیمیایی نانو، در کنار این واقعیت که در دمای بالا فعالیت می کنند، مشکلات بالقوه ای برای تشخیص با انرژی جذب کم و در نتیجه برای تمایز بین مولکول ها و مخلوط های آن ها دارند. در راستای غلبه بر این مشکل، از حسگر های توسعه داده شده ی فلزی، با استفاده از نانوسیم و نانولوله پیشنهاد می شود. با نظر به این که فلزات می توانند به راحتی با مولکول های مختلف پیوند داتیو یا کووالانسی برقرار کرده و به عنوان یک حسگر خوب عمل کنند، هدف از انجام این مطالعه بهینه سازی طراحی و کنترل عملکرد و مقایسه پارامتر های حسگر نانوسیم بر پایه فلزات نقره، پالادیوم و اکسید روی می باشد.
روش:
در ابعاد نانو به هر ساختار که در آن نسبت طول به عرض بسیار زیادباشد اصطلاحاً نانوسیم گفته می شود. از ویژگی های مهم نانوسیم ها می توان به تونل زنی الکترون و اثر بالستیک اشاره کرد. همچنین با توجه به ساختار آن ها، یک نانوسیم می تواند خصوصیات یک عایق، نیمه رسانا و یا یک فلز را دارا باشد. حسگر های نانوسیم به دو دلیل میزان حساسیت بالا با وجود اندازه کوچک و تشابه اندازه نانوساختار ها با نمونه های مورد آزمون بسیار مورد توجه قرار گرفته است.ایده اصلی در شبیه سازی های کامپیوتری، طراحی و شبیه سازی سیستم فیزیکی واقعی و تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی است.
مزیت اصلی شبیه سازی کامپیوتری این است که سیستم های پیچیده فیزیکی می تواند به راحتی مورد مطالعه قرار گیرد، و به درک و پیش بینی سیستم کمک می کند.به همین منظور برای مدل حسگر گاز، چندین شبیه سازی کامپیوتری برای تعیین بهترین پارامتر هاو پیکربندی دستگاه انجام شده است. ابزار مورد استفاده برای شبیه سازی نرم افزار قدرمتند کوانتوم وایزاِی تی کا که آزمایشگاه مجازی کوانتومی است، می باشد. در این مطالعه از 3 نوع نانو سیم با جنس های نقره, اکسید روی و پالادیوم استفاده شده است.نقره یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 47، وزن اتمی 107,8682 و لایه های الکترونی 1,18,18,8,2 می باشد.
با توجه به ساختار اتمی نقره می توان گفت نقره دارای بالاترین رسانایی الکتریکی و گرمایی و یکی از فلزات سنگین و نجیب می باشد. فلز مورد استفاده دیگر پالادیوم، از عناصر کمیاب با عدد اتمی 46 می باشد. پایین ترین چگالی و نقطه ذوب را داراست. پالادیوم به شدت با ترکیبات گوگردی و اسید نیتریک ترکیب شده، بهآرامی در اسید هیدروکلریک حل می شود. جرم اتمی آن 106,42 و الکترون های لایه به لایه آن 18,18,8,2 می باشد. فلز مورد استفاده دیگر اکسید روی می باشد. اکسید روی به صورت پودری سفید رنگ با جرم اتمی 81,408 و گاف نواری 3,44 الکترون ولت، از عناصر بسیار پر مصرف در صنعت می باشد.
گلوکز ، یکی از قند های مونوساکارید است که دارای فرمول عمومی C6H12O6 است و با داشتن عامل OH به خوبی در آب محلول می شود. همچنین این مولکول یک نوع قند موجود در خون است که توسط یاخته های بدن مصرف شده و تولید انرژی میکند. گلوکز مونوساکاریدی است با فرمولC6H12O6 یاH- - C=O - - - CHOH - 5-H که پنج گروه هیدروکسیل آن به شکل مشخصی اطراف زنجیره کربنی آن آرایش پیدا کرده اند.غلظت گلوکز خون در محدودهمعمولاً بین - 90 80 میلیگرم در دسیلیتر هر روز صبح در شخص ناشتا می باشد. این غلظت در حدود ساعت اول بعد از صرف یک وعده غذا به 120 - 140 میلیگرم در دسیلیتر خون افزایش مییابد.
نانو حسگر ها با توجه به خواصی نظیر حساسیت بالا - به واسطه ی افزایش نسبت سطح به حجمشان - ، قابلیت تزریق به بدن، قابلیت عبور از درون رگ و قیمت نهایی پایین و نظیر آن می توانند گزینه های بسیار مناسبی برای تشخیص باشند. در این پژوهش و با هدف یافتن نانو حسگر جهت تشخیص بیماری قند خون، به شبیه سازی و بررسی چندین نانوساختار از جنس های مختلف پرداخته خواهد شد و بهترین آن ها از نظر عملکرد معرفی خواهد گردید.شبیه سازی این مطالعه توسط نرم افزاری قدرتمند در حوضه ی نانوساختار ها به نام کوانتوم وایز انجام گرفته است.
این نرم افزار برای شبیه سازی اتمی ساختار های نانو مثل نانوسیم ها، نانولوله ها، گرافن ها، نیمه هادی ها و دی الکتریک ها همچنین افزودن اتم ها و تغییرات دیگر و بررسی آن ها در شرایط مختلف فیزیکی و شیمیایی بسیار مناسب می باشد که از این دست می توان محاسبات با روش های تئوری تراکم-تابعی، نظریه توسعه یافته هاکل ، پتانسیل های کلاسیک و یا توابع عدم تعادل سبز را نام برد.به طور کلی روال کار انجام این مطالعه به این صورت است که ابتدا ساختار سه نوع نانو سیم نقره، اکسید روی و پالادیوم در نرم افزار ای تی کا رسم شده است. بعد از آن به دو سر نانو سیم الکترود تزریق شده و مقدار اهمی آن اندازه گیری شده است. به جز مقادیر اهمی پارامتر مهم دیگری با عنوان احتمال عبور الکترون نیز برای تک تک نانو سیم ها محاسبه شده است. همچنین میزان انرژی هر یک نیز اندازه گیری شد. سپس در مرحله اول یک اتم کلوکز بر روی نانو سیم ها نشانده و در مرحله بعد دو اتم بر روی نانو سیم نشانده می شود و مجدداً مقادیر اهمی, احتمال
