موضوع : بیوسنسورها

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

مقدمه :
توسعه تجارت جهانی مواد غذايي به چندين بيليون دلار از نتايج صنعتی شدن می باشد . صنايع غذايي مواد غذايي سالم و بی خطر را برای مصرف کنندگان فراهم نموده است . صنايع غذايي در حال حاضر شامل فرآيندهايي همچون فرآوری ،حمل و نقل و نگهداری شده که اغلب اين فرآيندها قبل از رسيدن ماده غذايي به دست مصرف کننده بر روی مواد غذايي که فساد پذيری بالايي دارند صورت گرفته است . (12)
از آنجا که مصرف کنندگان نيز اهميت قابل توجهی برای کيفيت محصولات غذايي که می خرند ، قائل هستند لذا اين مسئله دست اندرکاران صنايع غذايي را وادار کرده تا بر کنترل محصولات غذايي تأکيد بيشتری داشته باشند . (11 )
بنابراين تجزيه مواد غذايي برای اطمينان يافتن از سلامت و بی خطر ماندن مواد غذايي تا زمان رسيدن به دست مصرف کننده و همچنين افزايش زمان نگهداری مواد فساد پذير و بهبود کيفيت آنها ضروری است . (12 )
در صنايع کشاورزی و غذايي کيفيت محصول در حال حاضر توسط تجزيه های شيميايي و آزمون های ميکروبی بصورت دوره ای و مستقيم سنجيده شده که اين روش ها غالباً هزينه بر بوده ، با توجه به اينکه در اکثر موارد نياز به مرحله آماده سازی يا استخراج نمونه داريم ، آزمون زمان بر بوده و از طرفی نيز برای انجام اين آزمونها به تکنيسينهای ماهر نياز داريم . (11)
لذا يافتن روشی مناسب ، سريع و مؤثر که توسط آن بتوان تجزيه های شيميايي مواد غذايي را انجام داده و حضور ترکيبات آلرژيک و پاتوژن را آشکار ساخت يکی از بزرگترين چالشهايي است که در صنايع فرآوری مواد غذايي با آن روبرو هستيم . (11)
اختراعات اخير در زمينه الکترونيک و تکنولوژی کامپيوتر افقهای جديدی را برای رسيدن به بالاترين حدّ دقت در کنترل مواد اوليه ، محصولات ، فرآيندها ، عملکرد ماشينها در صنايع غذايي و برطرف کردن چالش فوق باز کرده است . (11)
از جمله اين اختراعات بيوسنسورها هستند ، که حاصل تحقيقات پيشرفته بين چند رشته مختلف همچون شيمی تجزيه ، بيولوژی و ميکروالکترونيک می باشد .
بيوسنسورها زمان و هزينه آزمايشات را کاهش داده و از طرفی اطمينان از سلامت محصول را افزايش داده اند . بيوسنسورها همچنين برای شناسايي يا اندازه گيری آناليت ها در سيستمهای مداوم نيز کارايي يافته اند . اينها در واقع ايجاد کننده روشی سريع ، غير مخرب و داده دهنده برای کنترل کيفی يک محصول می باشند . با توجه به اين مسائل بيوسنسورها قابليت خلق يک انقلاب تجزيه ای را برای حل مشکلات تجزيه ای موجود در صنايع غذايي دارند . (11)
و به همين جهت است که در حال حاضر تخمين زده می شود ، بيوسنسورها رشد و توسعه سالانه ای حدود 60% داشته باشند . (3)
در هر حال امروزه بيوسنسورها کاربرد بسيار گسترده ای در صنايع مختلف پيدا کرده اند ، که از جمله آنها می توان به موارد زير اشاره کرد :
اندازه گيری و تشخيص ويتامين B1  ، اکسيدهای نيتروژن ، متان ، دی اکسيد کربن ، موتاژنها ، BOD اسيدهای آمينه ، سموم ميکروبی ، تعيين اسيدهای چرب کره و ... (2)
a : بيوسنسور چيست ؟
بيوسنسورها سيستمهای شناسايي بيولوژيکی هستند که از ترکيب عناصر حساس بيولوژيکی با ترانسديوسرهای ( مبدلهای ) مناسب تشکيل شده اند و قادرند غلظت مواد مورد تجزيه با فعاليتهای بيولوژيکی را به سيگنالهای الکترونی و ديجيتالی تبديل کنند . (2) (شکل 1 )
شکل (1) طرحی شماتيک از اجزای اصلی بيوسنسور . a . بيوکاتاليست ، که سوبسترا را به محصول تبديل   می کند . b . مبدل (Transducer ) ، که عمل تبديل واکنش های شناسايي شده را به سيگنالهای الکتريکی برعهده دارد . c . تقويت کننده (amplifier ) که سيگنال خروجی از مبدل را تقويت می کند . d . فرآيند کننده سيگنال (processor ) e . نمايشگر .  
در واقع بيوسنسور به عنوان ابزار تجزيه گر فشرده ای تعريف می شود که در آن يک ماده بيولوژيکی حساس يا مشتق شده بصورت بيولوژيکی (Bioreceptor ) با اتصالی فيزيکی شيميايي در تماس نزديک با مبدل (Transducer ) قرار گرفته است . (11)
اساس کار در اين وسيله با ايجاد اتصالی مخصوص بين آناليت مورد نظر با عنصر شناساگر بيولوژيکی مکمل (بيوکاتاليست ) آن که بر روی يک تکيه گاه مناسب واسطه تثبيت شده همراه می باشد . نتيجه اين عمل متقابل ويژه تغيير در يک يا بيشتر از خصوصيات فيزيکی شيميايي محيط خواهد بود . (مثل تغيير pH ، انتقال الکترون ، تغيير جرم ، انتقال حرارت ، جذب يا آزادسازی گازها يا يونهای مخصوص ) که بوسيله مبدل شناسايي شده و به سيگنالی الکتريکی تبديل شده و در نهايت به صورت عددی کمی نشان داده می شود . (11)
1.a ) بيوکاتاليست :
مواد بيولوژيکی مورد استفاده در تکنولوژی بيوسنسورها ، آنزيم ، آنتی بادی ها و اسيدهای نوکلئيک ، ميکروارگانيسم ها ، بافت ها و سلولها می توانند باشند . (11)
اين مواد بيولوژيکی موجب می شوند که بيوسنسور بصورت انتخابی يا اختصاصی عمل کند . اين قسمت از بيوسنسور در شناسايي و اندازه گيری سريع مولکولها يا واکنشهای شيميايي ويژه نيز دخالت دارد . اين واکنشگرهای بيولوژيکی را به روش های مختلف می توان روی يک حامل جامد تثبيت  کرد .
جذب فيزيکی جزء زيستی بر اساس نيروهای جاذب و اندر والس قديميترين و ساده ترين روش تثبيت است . يکی از معايب عمده اين روش اين است که نيروهای اتصالی جزء زيستی و حامل براحتی کنترل نمی شود . برای بهبود عملکرد بيوسنسور لازم است که واکنشگر بيولوژيکی را با اتصال کووالانسی به حامل جامد متصل کرد . (2)
2.a ) مبدل (Transducer )
قسمت کليدی يک بيوسنسور مبدل يا ترانسديوسر آن می باشد . (3) که تغييرات فيزيکی و شيميايي حين واکنش را قابل استفاده و اندازه گيری می نمايد . (11)
يا به عبارتی ترانسديوسرها سيگنال بيولوژيکی توليد شده را به سيگنال قابل اندازه گيری و پردازش الکتريکی تبديل می کند . اين سيگنالها تقويت شده و بصورت مورد نظر نشان داده می شوند . (2)
ترانسديوسرها می توانند الکترود ، ترانزيستور ، ترميستور ، فيبرنوری يا کريستال فشار الکتريکی باشند . (11)
اين ترانسديوسرها بايد ويژگی های زير را داشته باشند :
1- نسبت به آناليت کاملاً اختصاصی عمل کنند
2- واکنش در آنها در غلظت مناسبی صورت گيرد
3- زمان پاسخ آنها کوتاه باشد ، بين 1 تا 60 ثانيه
4- بتوان تا حد امکان اندازه آنها را کوچک کرد . (2)
بيوسنسورها را بر اساس ترانسديوسرهای آنها به چهار دسته عمده تقسيم بندی می کنند : بيوسنسورهای الکتروشيميايي ، نوری ، حرارتی ، و جرمی . (2)
در ميان بيوسنسورهای مختلف ، بيوسنسورهای الکترو شيميايي خصوصاً بيوسنسورهای آمپرومتريک اخيراً موقعيت برجسته تری پيدا کرده اند . (4) و بهمين دليل نيز اکثر کوشش های اخير در ارتباط با بيوسنسورهای الکتروشيميايي پتانسيومتريک و آمپرومتريک می باشد . (3)
بيوسنسور خوب بايستی حداقل بعضی از خصوصيات زير را دارا باشد :
فهرست مطالب
عنوان
صفحه
مقدمه
بيوسنسور چيست ؟
بيوسنسورهای الکترو شيميايي
بيوسنسورهای پتانسيومتريک
بيوسنسورهای آمپرومتريک 
بيوسنسورهای کالريمتريک
بيوسنسورهای نوری
بيوسنورهای فشار الکتريکی