تشخيص مولكول هاي زيستي با ميكرومكانيك                     
1/23/2014--متفرقه
 
 
 در اين مقاله به تعريف اصول انتقال و سپس تعريف انواع بيوحسگرها پرداخته شده است. همچنين در اينجا به حامل هاي پيزورزيستوي اشاره شده است- در قسمتي از مقاله به خصوصيات كوچك سازي و توليد انبوره در مورد وسايل الكترونيكي و Icها اشاره شده است.

 

كارشناسان سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) چگونه زيست‌شناسان مولكولي را در مطالعه هيبريديزاسيون DNA پشتيباني مي‌كنند؟ ابزارهاي مبتني بر حامل مثالي هستند از اين‌ كه چگونه يك حسگر ساده را مي‌توان با تكنيك ساخت ميكرومتري ايجاد كرد، تا كارايي حير‌ت‌آوري را بدست دهد. آزمايشهاي جالبي را بررسي مي‌كنيم كه از اصول انتقال مكانيكي متفاوتي براي كشف و آناليز كميتهاي كوچك مواد استفاده مي‌كنند. اصول اين آزمايشها به زيست شناسان اجازه مطالعه و بررسي بيوشيمي سطحي را در مقياس نانومتري مي‌دهد و فرصت‌هاي جالب و منحصر به‌فردي را براي پيشرفت در سيستمهاي آناليز مهندسي پزشكي و ميكروسكوپي به‌وجود مي‌آورد.

حسگرهاي حامل بر اصول ساده و مشهور انتقال استوار است و مورد علاقه بسياري از محققان مي‌باشد و به دليل تركيب تكنيكهاي "ساخت ميكرومتري سيليكوني" و بيوشيمي، ايجاد گروههاي عامل روي سطح به همراه پيشرفت روش‌هاي حسگري چندحاملي، فرصت‌هاي جديدي را براي حسگرهاي فيزيكي و بيوشيمي ايجاد مي‌كند.

حامل‌هاي ايجاد شده به روشهاي توليد ميكرومتري از زمان پيشرفت  ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) در سال 1986[1] بيشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.AFM  و تكنيك‌هاي ميكروسكوپي پروب پيمايشگر (SPM) باعث اندازه‌گيري مستقيم عكس‌العمل‌هاي ويژه بين سطوح در مقياس مولكولي مي‌شوند. AFM نيروهاي بسيار كوچك در نوك يك تيرك ميكروسكوپي كه در انتهاي ديگر روي يك پايه (حامل) ثابت شده است را اندازه‌گيري مي‌كند. حامل مانند يك مبدل نيرو بر اثر نيروي واقع در نوك ميله خم مي‌شود(شكل2- الف).

 

شكل 1) حامل‌هاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون به صورت تجاري در اشكال، ابعاد و حساسيت‌ به نيروي متفاوت وجود دارند. تصاويـر ميكروسكوپ الكتروني پيمايشگر (SEM) از ميكروحامل‌هاي سيليكوني به كار رفته به عنوان پروبهاي AFM با هندسه‌ و اندازه‌هاي متفاوت:

 الف) حامل مستطيلي تجاري به همراه تيرك (Nanosensors GmbH & Co)

ب ) حامل مثلثي تجاري (به منظور به حداقل رساندن خمش‌هاي پيچشي) به همراه تيرك

ارائه شده توسط ماناليس 
گسترش كاربرد SPM هم در آزمايشگاههاي تحقيقاتي و هم در صنعت، به سهولت كار، هزينه‌كم  و تكرارپذيري اين پروبها مربوط مي‌شود. با كوچك سازي ساختار حاملها تا اندازة ميكروسكوپي مي‌توان هم به ثابت فنر كوچك (يعني حساسيت بالا براي نيروها يا تنش‌هاي بكار رفته) و هم فركانس تشديد بالا براي زمان‌هاي پاسخ سريع و مصونيت بالا در برابر نويزهاي مكانيكي بيروني دست يافت.

كوچك سازي و توليد انبوه، با بهره‌گيري از مزاياي تكنيكهاي ميكرو ماشين‌كاري سيليكوني غيرپيوسته كه براي  فرآيند مدارهاي يكپارچه (IC ) توسعه يافته است حاصل مي‌شود[2,3]. حاملهاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون از لحاظ تجاري با اشكال، ابعاد و حساسيتهاي نيرويي مختلف در دسترس مي‌باشند (شكل1). اندازه‌گيري نيز در مبناي  (در سطح جفتهاي بيومولكولي منفرد) امكان‌پذير است[4-10]. در طول دهة اخير SPM و خصوصيات ميكروحاملها در موارد ديگري همچون آشكارسازي تغييرات درجه حرارت، تنش‌سطحي، جرم و خاصيت‌مغناطيسي مواد در اندازة نانوگرم استفاده شده است. سيگنالهاي چنين كميت‌هاي كوچكي، اغلب به كمك تكنيك‌هاي ماكروسكوپي قابل دسترسي نيست و به ابزارهاي تحليلي پيچيده‌اي نيازمند است. استفاده از تكنيك‌هاي حسگري ميكروحامل در مقايسه با ساير ابزارهاي تحليلي ماكروسكوپي در بسياري از آزمايشگاهها با صرفه و قابل ساخت است.

اصول "انتقال"

يك حامل تشكيل شده از ساندويچي از مواد با ضريب انبساط حرارتي متفاوت به صورت تابعي از درجة حرارت محيط خم مي‌شود (شكل 2- ب). اين اصل انتقال "دو فلزي"، تغييرات دما را تا 10-5K اندازه‌گيري مي‌كند [11]. چنين حسگر‌هايي براي اندازه‌گيري‌هاي فتوحرارتي با استفاده از نوعي جاذب نوري خاص[12-15] يا به ‌عنوان يك ميكروكالريمتر براي بررسي تحول گرمايي در واكنشهاي شيميايي در لايه‌ واكنشي كه در رأس حسگر جاي داده شده است، به كار گرفته مي‌شوند[11]. تغييرات انتالپي در حد 500 پيكوژول در سطوح بين فازي با فقط چند پيكوگرم ماده متصل به نوك حسگر به‌طور مطمئن قابل  تجزيه و تحليل‌ است[16,17].

ميكروحاملهاي دو فلزي مي‌توانند طيف فتوحرارتي فيلمهاي نازك[18] را با حساسيت 150 فمتوژول و تحليل زماني كمتر از ميلي ثانيه نشان دهند[17]. تخمين‌هاي تئوري نشان مي&zw

 
<<مقاله قبلی   مقاله بعدی>>
فناوري انفورماتيک و فناوري نانو:پيشرفتهايي در مدلسازي مولکولي...   کاربرد نانوساختارهاي کربني در ساخت ادوات گسيل الکتروني...