بخشی از مقاله
چکیده
ایمنی فرآورده های غذایی از نگرانی های همیشگی مصرف کنندگان، تولیدکنندگان غذا و آژانس های بررسی کننده است. یکی از مشکلات عمده آنالیز محصول نهایی وجود تعداد زیادی نمونه می باشد که بایستی مورد آنالیز قرار گیرد. همگام با بکارگیری سیستم HACCP برای کنترل مسیر تولید، تقاضا برای روشهای سریع، حساس و درست شناسایی پاتوژنهای غذایی افزایش پیدا کرده است.
در سالهای اخیر مطالعات زیادی بمنظور توسعه تست هایی که قابلیت انجام در هرجا و در شرایط فیلد را داشته باشند، انجام گرفته است. در نتیجه توسعه تکنولوژی استفاده ازبیوسنسورهای حساس برای این منظور رایج گردیده است. بیوسنسورها ابزارهای آنالیزی سریع و دارای روش کار ساده هستند. روشهایی که برمبنای بیوسنسورهایند، اغلب روزنه های نویددهنده ای را عرضه داشته و برخی از نیازهای روز مدرن برای تشخیص سریع و حساس پاتوژن ها را در real time فراهم می کنند. بیوسنسورها برای شناسایی باکتریها عموما یک جز بیولوژیک را نظیر گیرنده ها، اسیدنوکلوییک، یا آنتی بادی ها که در تماس با ترانسدیوسرها قرار می گیرد، استفاده می کنند. براساس انتقال سیگنال بیوسنسورها به پنج گروه تقسیم می شوند: الکتروشیمیایی، چشمی، پیزوالکتریک، گرمایی و مغناطیسی.
مقدمه
ایمنی فرآورده های غذایی از نگرانی های همیشگی مصرف کنندگان، تولیدکنندگان غذا و آژانس های بررسی کننده است. فرآورده غذایی ایمنتر اعتماد مصر ف کنننده را افزایش داده و موجب پایداری اقتصادی می شود.ایمنی غذا از فارم تا فورک بطور زنجیره ای بایستی حفظ شود تا مصرف کنندگان را از بیمار شدن و گاهی اوقات شیوع اپیزودی های پاتوژنهای کشنده حفظ کند.
بکارگرفتن استرتتژی های پیشگیری کننده مثل آنالیز خطر کنترل نقاط بحرانی ایمنی را تضمین می کند اما سودمندی کاملش تشخیص داده نخواهد شد، مگر اینکه ابزارهای حمایتی بطور کامل توسعه یابند. روشهای تشخیصی سریع، حساس و دقیق ابزارهایی ضروری هستند که زمانیکه با HACCP همراه شوند ایمنی محصولات را افزایش خواهند داد. روشهای میکروبیولوژیکی مرسوم قدرتمند، خطاناپذیر و وابسته هستند، اما این ها روشهایی طولانی و طاقت فرسایند که اغلب بی نتیجه اند زیرا سازگار با سرعت ساخته شدن محصولات و نیمه عمر کوتاهشان نیستند.اتوماسیون در روشهای تشخیص بسیار خوشایند است اما با روشهای سنتی قابل دستیابی نیست
در مورد سنسورهای شیمیایی A.B.Ellis و D.R walt عنوان می نمایند که حس شیمیایی - - chemical sensing جنبه ای بسیار مهم در زندگی می باشد. توانایی ما برای احساس محیط در اموری نظیر چشیدن، بینایی، تولیدمثل، شنوایی و بویایی مهم می باشد .
بیوسنسورها ابزارهای آنالیزی سریع و دارای روش کار ساده هستند Vreeke ] .[1997از آنجا که تقاضا برای یافتن تست های ساده، ارزان و قابل اعتماد بمنظور کنترل موادغذایی در حال افزایش می باشد، روشهایی که برمبنای بیوسنسورهایند، اغلب روزنه های نویددهنده ای را عرضه داشته و برخی از نیازهای روزمدرن برای تشخیص سریع و حساس پاتوژن ها را در real time فراهم می کند
شیوع اخیر بیماری های حاد ناشی از غذا که مهم ترین آنها شیوع عفونت های باکتریایی می باشد، اهمیت تست مواد غذایی جامد و همچنین محصولات ناشی از آنها را از لحاظ حضور باکتری های بیماریزا دوچندان کرده است. این نگرانی های در حال افزایش در مورد آنالیز مواد غذایی باعث توسعه روشهای بسیار کارامد شناسایی پاتوژن ها شده است.
آنالیز موادغذایی برای حضور باکتریهای بیماریزا و باکتریهای مولد فساد یک کار روتین برای اطمینان حاصل کردن از ایمنی و کیفیت موادغذایی می باشد. روشهای مرسوم تست باکتریها سلولهای باکتریایی موجود در موادغذایی را جداسازی و شمارش می کند. این روش ها ی مرسوم بسیار حساس و ارزان میباشد اما نیاز به زمان زیادی برای جداسازی عامل دارند زیرا این روش ها برپایه توانایی میکروارگانیسم برای تکثیر و تولید کلونی قابل مشاهده می باشد. یکی از مشکلات عمده آنالیز محصول نهایی وجود تعداد زیادی نمونه می باشد که بایستی مورد آنالیز قرار گیرد. همچنین تست محصولات نهایی فقط نقایص را شناسایی کرده و علت را مشخص نخواهد کرد.
HACCP - آنالیز خطر کنترل نقاط بحرانی - اکنون بعنوان یک سیستم بسیار کارامد برای اطمینان از ایمنی موادغذایی پذیرفته شده است. همگام با بکارگیری سیستم HACCP برای کنترل مسیر تولید، تقاضا برای روشهای سریع، حساس و درست شناسایی پاتوژنهای غذایی افزایش پیدا کرده است. در کل تست هایی که می تواند ظرف چند دقیقه تا ساعت انجام شوند، این توانایی را به تولیدکنندگان داده است تا درصورت وجود میکروارگانیسم در غذا برخوردی مناسب و سریع انجام دهند. برخی تکنولوژی های جدید بسیار حساس تر می باشد ولی زمان آنالیز آنها طولانی تر می باشد. بعنوان مثال واکنش زنجیره ای پلیمراز بمنظور تکثیر مقدار کمی از موادژنتیکی جهت مشخص کردن حضور یا عدم حضور باکتریها، مورد استفاده قرار می گیرد.
PCR یک تست بسیار حساس بوده ولی نیازمند نمونه های خالص بوده وقابل انجام در آزمایشگاههای مجهز می باشد. در سالهای اخیر مطالعات زیادی بمنظور توسعه تست هایی که قابلیت انجام در هرجا و در شرایط فیلد را داشته باشند، انجام گرفته است. در نتیجه توسعه تکنولوژی استفاده ازبیوسنسورهای حساس برای این منظور رایج گردیده است
بیوسنسورها ابزارهای آنالیزی اند که از یک جزء ردیاب بیوشیمیایی به همراه ترانسدیوسر فیزیکی تشکیل شده اند .[Vreeke 1997]ترانسدیوسرانتقال سیگنال را غالباً از دامنه خارجی یک سیستم شناسایی به دامنه الکتریکی منتقل می کند.[Theâvenot et al., 2003] اهمیت بیوسنسورها بعلت حساسیت و اختصاصیت بالای آنها میباشد که باعث شناسایی طیف وسیعی از آنالیزها در نمونه های کمپلکس با حداقل آماده سازی قبلی را فراهم می آورد. بیوسنسورها برای شناسایی باکتریها عموما یک جز بیولوژیک را نظیر رسپتور ها، اسیدنوکلوییک، یا آنتی بادی ها که در تماس با ترانسدیوسرها قرار می گیرد، استفاده می کنند
حوزه قابل اندازه گیری از تغییرات طیفی مربوط به تولید یا مصرف یک سوبسترا / محصول واکنش آنزیمی تا تغییرات گروهی مربوط به کمپلکس های بیوشیمیایی است .[Vreeke 1997] براساس انتقال سیگنال بیوسنسورها به پنج گروه تقسیم می شوند: الکتروشیمیایی، چشمی، پیزوالکتریک، گرمایی و مغناطیسی.
روشهای بیولوژیک زیادی برای شناسایی میکروارگانیسم های پاتوژنیک، از ترانسدیوسرها فقط بعنوان یک شناساگر استفاده می کنند و مواد بیولوژیکی روی یک فاز جامد ثابت شده و در تماس مستقیم با ترانسدیوسر نمی باشد. در این مقاله سعی می شود تا اصول پایه ترانسدیوسرها را در تکنولوژی بیوسنسورها توصیف کنیم.
نتایج و بحث
در حال حاضر برخی بیوسنسورهای جدید برای شناسایی پاتوژن های مهم موادغذایی نظیر سالمونلا، اشرشیاکلی، استافیلوکوک اورئوس، توکسین های جلبکی، آفلاتوکسین و برخی اندیکاتورهای ضایعات میکروبی در دسترس می باشد.
در ترانسدیوسرهای مورد استفاده در بیوسنسورها و سنسورهای ایمنی مواد بیولوژیک در تماس مستقیم با سنسور هستند. آنها باید یک روند بیولوژیک انتخابی - کاتالیتیک یا اتصالی - را بطور مستقیم تبدیل به پاسخ یا سیگنال کنند که سپس توسط یک پردازش کننده کوچک موردپردازش قرار گیرد.
انتقال الکتروشیمیایی
.1 شناسایی آمپرومتریک : - AMPEROMETRIC - بیوسنسورهای آمپرومتریک اختصاصیت یک واکنش آنزیمی را با حساسیت یک ردیاب آمپرومتریک ترکیب می کند.در عمل این بیوسنسورها یک آنزیم را برای تبدیل یک آزمایش شونده به یک محصول الکترودفعال به کاربرده که سپس به یک پاسخ آمپرومتریک فابل اندازه گیری توسط یک الکترود تبدیل می شود[Vreeke 1997] که بواسطه ی اندازه گیری جریان در یک پتانسیل ثابت در یک سیستم سه الکترودی میباشد، اگرچه در عمل به دو الکترود کاهش پیدا می کند
در واقع ردیابی آمپرومتریک جریان محصول الکترودفعال را به یک جریان اندازه گیری شده تبدیل می کند .[Vreeke 1997] پتانسیل کاربردی بین الکترود در حال کار و الکترود مرجع طوری انتخاب می شود که ماده مورد نظر در الکترود در حال کار دچار اکسیداسیون یا احیا شود و باعث انتقال الکترون و بوجود آمدن یک جریان الکتریکی میشوند. الکترودها معمولا از جنس فلزات بی اثر - INERT - نظیر پلاتنینیوم و طلا یا کربن و در اشکال graphite ، glassy carbon یا pyrolytic graphite می باشد.
این الکترودها معمولا بمنظور شناسایی مواد تولید شده یا استفاده شده توسط واکنش های کاتالیتیک یا اتصالی مورد استفاده قرار می گیرد. الکترودهای اکسیژن برپایه یک کاتد طلا یا پلاتینیوم است که توسط یک آند نقره جدا شده است. دو الکترود درون پاکتی پلاستیکی همراه محلول الکترولیت می باشد. تماس با نمونه فقط از طریق غشای قابل نفوذ برای گاز ها می باشد.
