برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۳,۶۳۴
  • بازدید این ماه ۳۰۴
  • بازدید امروز ۶
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۰۰
  • قبول شدگان ۶۷
  • شرکت کنندگان یکتا ۵۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۱
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نانوزیست حسگرها (2) تکنیک‌های الکتروشیمی

نانوزیست حسگرهای الکتروشیمیایی حسگرهایی هستند که در آنها از عنصر زیستی به عنوان جزء تشخیص‌دهنده و از الکترود به عنوان مبدل استفاده می‌شود. کاربرد نانوساختارها در این سیستم ها معمولا به منظور پر کردن شکاف بین مبدل و گیرنده زیستی، که در مقیاس نانو است، صورت می‌گیرد. با در نظر گرفتن طبیعت فرآیند تشخیص بواسطه مواد زیستی، زیست حسگرهای الکتروشیمیایی به دو دسته کاتالیزی و تمایلی تقسیم می‌شوند. تکنیک‌های رایج الکتروشیمی که در حسگری رایج هستند شامل پتانسیومتری، کرونوآمپرومتری، ولتامتری، سنجش امپدانس و ترانزیستور اثر میدان (FET) می‌باشند. استفاده همزمان از مزایای نانوساختارها و تکنیک‌های الکتروشیمیایی به ظهور سنسورهای با حساسیت و قدرت تجزیه‌ای بالا منجر شده است.
1- مقدمه
زیست حسگرهای الکتروشیمیایی زیرشاخه مهمی از حسگرهای شیمیایی هستند که در آنها از الکترود به عنوان مبدل استفاده می شود که اطلاعات بیولوژیک را به سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند. تاکنون مطالعات وسیعی در زمینه حسگرهای الکتروشیمیایی انجام گرفته و در برخی موارد حسگرهای حاصل از این پژوهش ها تجاری شده و کابردهای وسیعی در زمینه های مختلف بالینی، صنعتی، زیست محیطی و کشاورزی پیدا کرده اند (1).
زیست حسگرهای الکتروشیمیایی دسته ای از حسگرهای الکتروشیمیایی هستند که جزئ تشخیص دهنده (گیرنده) آنها عنصر زیستی است. زیست حسگر الکتروشیمیایی قادر است، توانمندی تجزیه ای تکنیک های الکتروشیمیایی را با عملکرد اختصاصی عنصر زیستی درآمیزد. گیرنده زیستی بر روی الکترود مناسب تثبیت می شود و برهمکنش آنالیت (ماده مورد اندازه گیری) با گیرنده زیستی به تولید علامت الکتریکی (پاسخ آمپرومتری، پتانسیومتری و ...) منجر می شود که با غلظت آنالیت متناسب است (2).

2- طبقه بندی زیست حسگرهای الکتروشیمیایی
با در نظر گرفتن طبیعت فرآیند تشخیص مواد زیستی، زیست حسگرهای الکتروشیمیایی به دو دسته تقسیم می شوند:
-زیست حسگرهای الکتروشیمیایی کاتالیزی (آنزیمی)، که جزء زیستی آنها آنزیم، سلول یا بافت است.
-زیست حسگرهای تمایلی، که پادتن ها، گیرنده های غشایی و یا اسیدهای نوکلئیک بر روی الکترود تثبیت شده اند.
آنزیم ها دسته مهمی از پروتئین ها هستند که واکنش های شیمیایی را در سیستم های زیستی کاتالیز می کنند. این دسته از کاتالیزورها از کارایی و گزینش پذیری بالایی برخوردارند. برای ساخت حسگرهای آنزیمی، لایه ای از یک آنزیم به روش های مختلف نظیر جذب سطحی، اتصال کووالانسی، جذب الکتروستاتیک، تله اندازی در پلیمر و ... بر روی الکترود مناسب تثبیت می شود. چنین حسگری قادر است سوبسترا و یا ممانعت کننده (inhibitor) اختصاصی آنزیم تثبیت شده را با اختصاصیت و کارایی بالایی اندازه گیری نماید. آنزیم های اکسیدوردوکتاز بیشترین کاربرد را در ساخت بیوحسگرهای الکتروشیمیایی آنزیمی، برای کاربردهای بالینی، دارند. حسگر گلوکز (شکل 1) مبتنی بر آنزیم گلوکزاکسیداز و حسگر اتانول مبتنی بر آنزیم الکل دهیدروژناز مثال های ارزشمندی از زیست حسگرهای آنزیمی هستند. پایداری محدود آنزیم های مجزا، گران بودن برخی آنزیم ها و گاها تخلیص دشوار آنها سبب استفاده از سلول و بافت، به عنوان منبعی با فعالیت آنزیمی، در ساخت برخی از زیست حسگرهای کاتالیزی شده است (1).
filereader.php?p1=main_14dba61b399baabd2
شکل1. رخدادهای سطح یک نوع الکترود آنزیمی گلوکز. تبدیل گلوکز به گلوکونیک اسید با تبدیل فرم اکسید گلوکز اکسیداز ((GOx)ox) به فرم احیای((GOx)red) آن همراه می شود. اکسایش مجدد گلوکزاکسیداز با از دست دادن الکترون همراه است. این الکترون از طریق ماده حدواسط (mediator) به سطح الکترود منتقل شده و ایجاد جریان می کند.

زیست حسگرهای الکتروشیمیایی تمایلی، از پیوند انتخابی برخی مولکول های زیستی نظیر پادتن و پلی نوکلئوتیدها با آنالیت های مورد نظر برای ایجاد علامت الکتریکی لازم بهره می گیرند. برگزیدگی و تمایل بالای واکنش های پیوندی زیست شیمیایی (نظیر جفت شدن دو رشته DNA یا تشکیل کمپلکس آنتی ژن-آنتی بادی) به تولید حسگرهای بسیار حساس و انتخابی منجر می شود. ایمونوحسگرها (شکل 2) دسته مهمی از حسگرهای تمایلی هستند که برپایه واکنش های ایمنی، مبتنی بر شناسایی اختصاصی آنتی ژن-آنتی بادی، استوارند. این حسگرها برای شناسایی و اندازه گیری پروتئین ها بسیار مفیدند. گیرنده (آنتی ژن یا آنتی بادی) با یک آنزیم نشان دار می شود و آنزیم روی سوبسترایی اثر می کند که یک محصول قابل تشخیص به شیوه آمپرومتری یا پتانسیومتری و ... تولید می کند. آنزیم های فسفاتاز و پراکسیداز رایج ترین آنزیم ها برای نشان-دار کردن در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی تمایلی هستند.

filereader.php?p1=main_80a6d28c2b2c0028e
شکل 2. مدلی از یک زیست حسگر ایمنی. E=آنزیم، S=سوبسترا و P=محصول. تصویر بیانگر شناسایی آنتی ژن توسط بیوسنسور است. آنتی بادی متصل به آنزیم با فراهم کردن شرایط ساندویچ اختصاصیت شناسایی را افزایش می دهد و آنزیم با پیشبرد واکنش اکسیداسیون-احیا در سطح الکترود سیگنال الکتروشیمیایی ایجاد می کند که با میزان برهمکنش آنتی ژن-آنتی بادی (حضور آنتی ژن در نمونه) متناسب است.

در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی مبتنی بر هیبریداسیون DNA، توانایی تشخیصی نوکلئیک اسیدها (براساس جفت شدن دو رشته مکمل) با انتقال دهنده های الکتروشیمیایی تلفیق می شود. رشته شناساگر بر سطح الکترود تثبیت می شود. در صورت وجود DNA هدف (رشته حاوی توالی مکمل رشته شناساگر) در نمونه و وقوع هیبریداسیون، علامت الکتریکی قابل اندازه گیری تولید می شود. زیست حسگرهای الکتروشیمیایی DNA به ویژه الکترودهای اصلاح شده با DNA دو رشته همچنین قادرند برای تشخیص مولکول-های کوچک نظیر داروها یا مواد سرطان زا که با DNA دو رشته برهمکنش اختصاصی دارند بکار روند (شکل 3)(1).

filereader.php?p1=main_a0b92bf7cb132fa05
شکل3. استفاده از زیست حسگر الکتروشیمیایی DNA برای شناسایی مولکول کوچک دارو. Fc (فروسن) به عنوان برچسب الکتروشیمیایی بکار می رود. حضور مولکول دارویی در نمونه و برهمکنش آن با دو رشته DNA سبب مجاورت Fc به الکتررود و مبادله راحت تر الکترون و پیدایش جریان می گردد.

3-روش های اندازه گیری در بیوسنسورهای الکتروشیمیایی
روش های الکتروشیمیایی آنالیز بر اندازه گیری تغییرات جریان، پتانسیل، ویژگی های هدایتی بین دو الکترود، امپدانس و اثر میدان (Field-effect) استوارند. این تکنیک ها به دو دسته استاتیک (با جریان صفر) و دینامیک (همراه با عبور جریان) تقسیم می شوند. تکنیک های استاتیک شامل پتانسیومتری مستقیم و تیتراسیون پتانسیومتری بوده و تکنیک های دینامیک روش های پتانسیوستاتیک (با کنترل پتانسیل) و گالوانواستاتیک (با جریان کنترل شده) را در برمی گیرد.
روش های کنترل پتانسیل شامل: انواع ولتامتری، آمپرومتری و پولاروگرافی می باشد (1و4).
بیوسنسورهای الکتروشیمیای قادرند از الکترود به عنوان مبدل آمپرومتری، پتانسیومتری، هدایت سنجی و امپدیمتری برای تبدیل سیگنال شیمیایی به سیگنال الکتریکی قابل اندازه گیری استفاده کنند (2).
سیستم های اندازه گیری الکتروشیمیایی معمولا از دو الکترود شاهد و شناساگر (کار) تشکیل شده اند. الکترود شاهد معمولا از جنس Ag/AgCl بوده و الکترود شناساگر نقش مبدل را در بیوسنسور دارد (4). در روش های با کنترل پتانسیل، پتانسیل الکترود شناساگر نسبت به الکترود شاهد (مرجع) تنظیم می شود. بنابراین لازم است پتانسیل الکترود شاهد ثابت بماند. در مواردی که عبور جریان از الکترود مرجع پتانسیل آن را تغییر می دهد، از الکترود سومی به نام الکترود کمکی برای عبور جریان استفاده می گردد (شکل 4). در این سیستم های سه الکترودی، جریان بین الکترود کمکی و شناساگر برقرار شده و الکترود مرجع فقط برای کنترل پتانسیل الکترود شناساگر استفاده می گردد (1).

filereader.php?p1=main_bad5b4036fffbd72b
شکل 4. سل الکتروشیمیایی سه الکترودی

3-1- پتانسیومتری
اندازه گیری اختلاف پتانسیل بین دو الکترود شناور در یک محلول، وقتی تقریبا جریانی از مدار عبور نمی کند، را پتانسیومتری می نامند (3). در روش پتانسیومتری، اطلاعات درباره ترکیب یک نمونه از طریق پتانسیلی که بین دو الکترود ظاهر می شود، به دست می آید. این روش معمولا اطلاعاتی از غلظت (فعالیت) یون در نمونه فراهم می کند. پتانسیومتری یک روش تجزیه ای کلاسیک است که با گسترش سریع الکترودهای انتخابی جدید و اجزای الکترونیکی بسیار حساس و پایدار از سال 1970 گستره کاربردهای تجزیه ای وسیعی یافته است. الکترودهای پتانسیومتری انتخابگر برای ارزیابی بسیاری از یون ها و الکترولیت ها بکار می روند (2).
پتانسیومتری به دو فرم پتانسیومتری مستقیم و تیتراسیون-های پتانسیومتری صورت می گیرد (3).
در پتانسیومتری مستقیم از پتانسیل اندازه گیری شده و با استفاده از رابطه نرنست می توان به فعالیت گونه شیمیایی موردنظر پی برد.

filereader.php?p1=main_44a50f07b4bdc5774
R ثابت گازها، F ثابت فارادی و T دمای مطلق و Q نسبت غلظت یون در آند به نسبت غلظت یون در کاتد است. کمترین حدتشخیص در پتانسیومتری توسط الکترودهای یون گزین تامین می شود (4). الکترود انتخابی یون، الکترود شناساگری است که می تواند بطور انتخابی فعالیت یک گونه یونی ویژه را اندازه بگیرد. الکترودهای انتخابی یون، عمدتا ابزارهایی بر پایه غشا هستند که از یک ماده رسانای یون، با نفوذپذیری انتخابی تشکیل شده اند (1). pH متر مثال پرکاربردی از الکترودهای یون گزین است که در آن از اختلاف پتانسیل ناشی از تفاوت غلظت H+ برای تعیین اسیدیته نمونه استفاده می شود (4).
در تیتراسیون پتانسیومتری تغییرات پتانسیل الکترود در جریان واکنش شیمیایی طی تیتراسیون، در جریان صفر یا ثابت، اندازه گیری می شود. تغییر ناگهانی پتانسیل در نقطه تعادل پایان اندازه گیری (نقطه اکی والان) را مشخص می کند (3).

3-1-1-کرونوپتانسیومتری
با اعمال جریان ثابت یا موج مربعی، پتانسیل به عنوان تابعی از زمان سنجیده می شود (4). اساسی ترین ویژگی کرونوپتانسیومتری، تغییر پتانسیل الکترود کار متناسب با زمان است ( شکل 5).

filereader.php?p1=main_a27f0be5130d9537b
شکل 5. کرونوپتانسیوگرام

این تغییر پتانسیل نتیجه کاهش تدریجی غلظت Ox (فرم اکسیده) و افزایش غلظت R (فرم کاهیده) در سطح الکترود است تا جایی که غلظت Ox به صفر و غلظت R به حداکثر مقدار خود برسد. در این لحظه است که زمان تحول Ƭ فرا می رسد و پتانسیل به یکباره تغییر می کند. مهمترین رابطه در کرونوپتانسیومتری معادله ساند (equation Sand) است که وابستگی بین زمان تحول، غلظت گونه آزمایشی و پله جریان بکار رفته را نشان می دهد.
 
filereader.php?p1=main_cf81bc44599fcd8b7

Ƭ زمان تحول، n تعداد الکترون مبادله شده به ازای هر مولکول، F عدد فارادی، A مساحت الکترود، D ضریب انتشار، C غلظت گونه آزمایشی و i پله جریان می باشد (3).

3-2- آمپرومتری
در روش آمپرومتری شدت جریان حاصل از برهمکنش اکسایش یا کاهش گونه الکتروفعال، در پتانسیل اعمال شده، طی واکنش الکتروشیمیایی اندازه گیری می شود. اساس آمپرومتری بر رابطه بین شدت جریان انتشار و غلظت ترکیب الکتروفعال (که در تولید یا مصرف الکترون نقش دارد) استوار است. این دسته از بیوسنسورها نسبت به بیوسنسورهای پتانسیومتری حساسیت بیشتری دارند. الکترود کار (شناساگر) با جزء زیستی شناساگر پوشیده می شود و نقش مبدل را دارد (3). از آنجایی که در سیستم های آمپرومتری پتانسیل باید کنترل شود، گاها از الکترود سومی به نام کمکی برای عبور جریان استفاده می-شود. به این ترتیب با ممانعت از عبور جریان از سیستم اصلی، اختلاف پتانسیل بین الکترود شاهد و شناساگر در طی زمان ثابت می ماند (3).
چون بیشتر آنالیت ها الکتروفعال نیستند، از واسطه های الکتروشیمی برای واکنش آنالیت در الکترود کار استفاده می-شود (4). این واسطه ها با سطح الکترود الکترون مبادله می-کنند. فروسن یکی از واسطه های پرکاربرد در فرایندهای الکتروشیمی است که نقش آن در شکل 3 نشان داده شده است.

3-2-1- کرونوآمپرومتری
کرونوآمپرومتری یک تکنیک آمپرومتری است که در آن پله پتانسیل به الکترود کار اعمال شده و جریان به عنوان تابعی از زمان اندازه گیری می شود. رابطه کوترل (Cottrell equation) جریان حاصل را به غلظت آنالیت ربط می دهد:
filereader.php?p1=main_3ead30037e14a4e32
I جریان، n تعداد الکترون مبادله شده، F ثابت فارادی، A سطح الکترود، C0 غلظت آنالیت، D ضریب نفوذ و t زمان می باشد (4).
 
3-3- ولتامتری
مطالعه تغییرات جریان، ناشی از واکنش، بین دو الکترود طی تغییرات کنترل شده پتانسیل، ولتامتری نامیده می شود. ولتامتری زیر مجموعه تکنیک آمپرومتری به شمار می رود. نوع پتانسیل (DC یا AC) و نحوه اعمال آن (روبشی، پالسی و موج مربعی) انواع مختلف ولتامتری را به وجود می آورد. ولتاژ بین الکترود شاهد و کار اعمال شده و جریان بین الکترود کار و کمکی اندازه گیری می شود. نمودار بیانگر تغییرات جریان در برابر تغییرات پتانسیل خواهد بود. در ولتامتری هایی که پتانسیل روبش می شود باید سرعت روبش بهینه سازی شود (4).
تفاوت روش های مختلف ولتامتری به نحوه اعمال پتانسیل در آنها مربوط می شود.

3-3-1- ولتامتری پالس نرمال
در این روش پتانسیل به صورت پالس هایی با دامنه فزاینده و فواصل زمانی ثابت به الکترود کار اعمال می شود. جریان در انتهای هر پالس (که جریان زمینه حداقل است) اندازه گیری شده و نمودار جریان برحسب پتانسیل رسم می گردد (شکل 6).

filereader.php?p1=main_1174a169ccec8a383
شکل 6. نمودار پتانسیل-زمان (چپ) و جریان-پتانسیل (راست) در ولتامتری پالس نرمال

3-3-2- ولتامتری پالس تفاضلی
در ولتامتری پالس تفاضلی پتانسیل به صورت پالس هایی با دامنه ثابت بر روی یک پتانسیل روبشی فزاینده اعمال می شود. جریان برای هر پالس در دو مرحله، قبل از اعمال پتانسیل و در انتهای عمر پالس اعمال شده و نمودار تفاضل این دو جریان برحسب پتانسیل رسم می گردد (شکل 7). نمودار حاصل به صورت پیک می باشد. این روش به دلیل حذف جریان زمینه طی عمل تفاضل و پیک شکل بودن نمودار حدتشخیص پایین و حساسیت بالایی دارد.

filereader.php?p1=main_ed12b36e4434c83b7
شکل 7. نمودار پتانسیل-زمان (چپ) و جریان-پتانسیل (راست) در ولتامتری پالس تفاضلی

3-3-3- ولتامتری موج مربعی
ولتامتری موج مربعی، تکنیک ولتامتری تفاضلی با دامنه بزرگ است. پالس های با دامنه بزرگ و ثابت بر روی پتانسیل روبشی فزاینده سوار می شوند (شکل 8). جریان در انتهای پالس رفت و انتهای پالس برگشت اندازه گیری شده و از هم کم می شوند. اختلاف جریان حاصل (جمع جبری جریان رفت و برگشت) بر حسب پتانسیل روبشی فزاینده رسم می گردد.

filereader.php?p1=main_38b628bd57a2d715a
شکل 8. نمودار پتانسیل-زمان در ولتامتری موج مربعی

مهم ترین مزیت روش موج مربعی نسبت به پالس تفاضلی سرعت بالای روش می باشد.
اگر ولتامتری به جای الکترود جامد بر روی الکترود قطره جیوه چکنده صورت گیرد پلاروگرافی نامیده می شود (1).

4- ایمپدیمتری (سنجش امپدانس)
اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی تکنیک موثری برای مطالعه سرعت انتقال الکترون و انتشار در واکنش های الکتروشیمیایی است. ماهیت امپدانس، مقاومت پیچیده ای است که به هنگام عبور جریان از مدار متشکل از مقاومت، خازن و القاگر به وجود می آید. وقایع الکتروشیمیایی در فصل مشترک الکترود محلول به صورت اجزای مدار الکتروشیمیایی (مقاومت، خازن و القاگر) مدل می شوند. طیف امپدانس چنین مداری می تواند برای مطالعه وقایع سطح الکترود بکار رود. با اعمال ولتاژ سینوسی کوچک در فرکانس w، تغییرات جریان (مقاومت) اندازه گیری می شود. طیف حاصل به صورت مقاومت موهومی بر مقاومت واقعی تحت نام نمودار نیکوییست (Nyquist plot) رسم می گردد (شکل 9).

filereader.php?p1=main_230ee1d539e04512a
شکل 9. نمودار امپدانس سیستم الکتروشیمیایی

بخش نیم دایره ای در فرکانس های بالا به فرایند انتقال الکترون و قسمت خطی در فرکانس های پایین به پدیده انتشار مربوط می شود. برهمکنش اختصاصی در سطح الکترود، با تاثیر بر مقاومت الکترود در برابر جریان عبوری، با مطالعه طیف امپدانس قابل ردیابی است (1).
تکنیک هدایت سنجی زیرمجموعه تکنیک امپدانس اسپکتروسکوپی به شمار می رود (4).

5- ترانزیستور اثر میدان FET (Field-effect transistor)
FET نوعی ترانزیستور است که از میدان الکتریکی برای کنترل هدایت کانال (ناحیه تهی از حامل های بار) بین دو الکترود (source and drain) در ماده نیم رسانا استفاده می کند. هدایت الکتریکی از طریق تغییر پتانسیل میدان الکتریکی الکترود سوم (gate) نسبت به الکترودها کنترل می شود. بسته به ساختار و دوپینگ انجام یافته روی ماده نیم رسانا، حضور پتانسیل مثبت و منفی کافی در الکترود gate سبب جذب یا دفع حامل های بار در کانال خواهد شد. در نتیجه هدایت در کانال کنترل می شود. سیستم های مبتنی بر FET برای موارد با سیگنال ضعیف یا امپدانس بالا مناسب هستند و کابردهای روزافزونی در زیست حسگری های الکتروشیمیایی دارند. تبدیل FET به ابزار حسگری از طریق جایگزینی الکترود gate با سطح حساس بیوشیمیایی (نظیر غشائ حساس به آنالیت یا محلول هادی یون) که با محلول آنالیت در تماس است، صورت می گیرد. در سال های اخیر، همراهی تکنولوژی FET با حساسیت بالای نانوساختارهایی مانند نانوسیم و نانولوله کربنی توجه زیادی به خود جلب کرده و کاربردهای تجزیه ای ارزشمندی یافته اند (4).

filereader.php?p1=main_b5496539635d95049
شکل 10. ترانزیستور اثر میدان

6- ویژگی های زیست حسگر شیمیایی مطلوب
یک حسگر زیستی مطلوب باید دارای شرایط زیر باشد:
1- کاتالیزور زیستی بکار رفته در سنسور باید برای هدف تجزیه ای مورد نظر کاملا اختصاصی بوده و پایداری خوبی در شرایط طبیعی نگهداری داشته باشد.
2- واکنش باید مستقل از تغییرات شرایط فیزیکی نظیر هم زدن، pH و دما باشد.
3- پاسخ سنسور باید دقیق، صحیح، تکرارپذیر، در محدوده غلظتی مورد نظر خطی و تا حد ممکن فاقد نویز باشد.
4- برای بیوسنسورهای بالینی که مستقیما و به صورت تهاجمی (invasive) استفاده می شوند، پروب باید کوچک، زیست سازگار، بدون اثرات سمی و ایمنی زایی باشد.
5- امکان آنالیز سریع و در لحظه (Real time) را فراهم آورد.
6- ارزان، کوچک، قابل حمل بوده و استفاده از آن برای افراد غیرمتخصص مقدور باشد (4).
بیوسنسورهای مبتنی بر اندازه گیری های الکتروشیمیایی به دلیل امکان کوچک سازی، قابلیت حمل، اندازه گیری سریع و استفاده از حجم کم نمونه توجه زیادی به خود جلب کرده اند.
تکنیک های اصلاح سطح، مکانیسم های تبدیل الکتروشیمیایی مختلف و انتخاب مولکول های رسپتور تشخیص دهنده همگی بر حساسیت نهایی سنسور اثر می گذارد. تبدیل سیگنال و عملکرد سنسورهای الکتروشیمیایی به شدت تحت تاثیر طراحی سطح الکترود است که عنصر حسگر را به نمونه بیولوژیک در مقیاس نانو وصل می کند. دستاوردهای جدید مبتنی بر نانوتکنولوژی نظیر استفاده از کانال های یونی طراحی شده در دولایه لیپیدی، کپسوله کردن آنزیم ها در وزیکول، پلیمرزوم یا کپسول های پلی الکترولیت امکان تقویت هر چه بیشتر سیگنال را فراهم می کنند (4).
حسگری های نانو-بیو مثال جالبی از همراهی علوم مهندسی، فیزیک، شیمی و زیست شناسی در مقیاس نانو هستند. تکمیل شکاف بین مبدل و لایه شناساگر زیستی توسط ساختارهای نانو به بهبود عملکرد بیوسنسورها منجر می شود.
نانوساختارها امکان کوچک سازی سنسور در نتیجه ساخت سیستم های آرایه ای برای آنالیز همزمان چندین آنالیت، حساسیت بالا تا حد تک مولکول، کاهش هزینه و نیاز به مقدار کم نمونه را فراهم می کنند (4).
بیوسنسورها برای آنالیز طیف وسیعی از نمونه ها شامل مایعات بدن، نمونه غذا و نمونه های محیطی استفاده می شوند (4).
دو مقاله بعدی به بحث تفصیلی در زمینه کابرد نانوساختارها در بیوسنسورهای الکتروشیمیایی می پردازد.
نتیجه گیری
در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی از تکنیک های مختلف الکتروشیمی برای تبدیل برهمکنش شیمیایی و آشکارسازی آنالیت استفاده می شود. تکنیک های رایج الکتروشیمی که در حسگری رایج می باشند شامل پتانسیومتری، کرونوآمپرومتری، ولتامتری، سنجش امپدانس و FET است. طراحی و مهندسی سطح الکترود نقش تعیین کننده ای در کارایی تجزیه ای سنسورها دارد. تلفیق مزایای نانوساختارها با تکنیک های الکتروشیمیایی در بیوسنسورها در سال های اخیر موجب پیشرفت های چشمگیر در حساسیت و قدرت آنالیزی این سیستم ها شده است.

منابـــع و مراجــــع

1. Joseph Wang, “Analytical Electrochemistry”, third edition, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc,( 2006).

2. Miroslav Pohanka, Petr Skládal, “Electrochemical biosensors – principles and applications”, J. Appl. Biomed, Vol.6, pp.57–64, (2008).

3. سید مهدی گلابی، "مقدمه ای برالکتروشیمی تجزیه"، چاپ دوم، تبریز: انتشارات ستوده، (1382).

4. Dorothee Grieshaber, Robert MacKenzie, Janos Voros and Erik Reimhult, “Electrochemical Biosensors - Sensor Principles and Architectures”, Sensors, Vol. 8, pp.1400-1458, (2008).