تحقیق مقاله بیوسنسور ها Biosensors

مشخص نشده
1387
32
word
326 KB
2713
قیمت: ۳,۲۰۰ تومان
افزودن به سبد خرید
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه تحقیق مقاله بیوسنسور ها Biosensors

    مقدمه :

    توسعه تجارت جهانی مواد غذایی به چندین بیلیون دلار از نتایج صنعتی شدن می باشد . صنایع غذایی مواد غذایی سالم و بی خطر را برای مصرف کنندگان فراهم نموده است . صنایع غذایی در حال حاضر شامل فرآیندهایی همچون فرآوری ،حمل و نقل و نگهداری شده که اغلب این فرآیندها قبل از رسیدن ماده غذایی به دست مصرف کننده بر روی مواد غذایی که فساد پذیری بالایی دارند صورت گرفته است . (12)

    از آنجا که مصرف کنندگان نیز اهمیت قابل توجهی برای کیفیت محصولات غذایی که می خرند ، قائل هستند لذا این مسئله دست اندرکاران صنایع غذایی را وادار کرده تا بر کنترل محصولات غذایی تأکید بیشتری داشته باشند . (11 )

    بنابراین تجزیه مواد غذایی برای اطمینان یافتن از سلامت و بی خطر ماندن مواد غذایی تا زمان رسیدن به دست مصرف کننده و همچنین افزایش زمان نگهداری مواد فساد پذیر و بهبود کیفیت آنها ضروری است . (12 )

    در صنایع کشاورزی و غذایی کیفیت محصول در حال حاضر توسط تجزیه های شیمیایی و آزمون های میکروبی بصورت دوره ای و مستقیم سنجیده شده که این روش ها غالباً هزینه بر بوده ، با توجه به اینکه در اکثر موارد نیاز به مرحله آماده سازی یا استخراج نمونه داریم ، آزمون زمان بر بوده و از طرفی نیز برای انجام این آزمونها به تکنیسینهای ماهر نیاز داریم . (11)

    لذا یافتن روشی مناسب ، سریع و مؤثر که توسط آن بتوان تجزیه های شیمیایی مواد غذایی را انجام داده و حضور ترکیبات آلرژیک و پاتوژن را آشکار ساخت یکی از بزرگترین چالشهایی است که در صنایع فرآوری مواد غذایی با آن روبرو هستیم . (11)

    اختراعات اخیر در زمینه الکترونیک و تکنولوژی کامپیوتر افقهای جدیدی را برای رسیدن به بالاترین حدّ دقت در کنترل مواد اولیه ، محصولات ، فرآیندها ، عملکرد ماشینها در صنایع غذایی و برطرف کردن چالش فوق باز کرده است . (11)

    از جمله این اختراعات بیوسنسورها هستند ، که حاصل تحقیقات پیشرفته بین چند رشته مختلف همچون شیمی تجزیه ، بیولوژی و میکروالکترونیک می باشد .

    بیوسنسورها زمان و هزینه آزمایشات را کاهش داده و از طرفی اطمینان از سلامت محصول را افزایش داده اند . بیوسنسورها همچنین برای شناسایی یا اندازه گیری آنالیت ها در سیستمهای مداوم نیز کارایی یافته اند . اینها در واقع ایجاد کننده روشی سریع ، غیر مخرب و داده دهنده برای کنترل کیفی یک محصول می باشند . با توجه به این مسائل بیوسنسورها قابلیت خلق یک انقلاب تجزیه ای را برای حل مشکلات تجزیه ای موجود در صنایع غذایی دارند . (11)

    و به همین جهت است که در حال حاضر تخمین زده می شود ، بیوسنسورها رشد و توسعه سالانه ای حدود 60% داشته باشند . (3)

    در هر حال امروزه بیوسنسورها کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند ، که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

    اندازه گیری و تشخیص ویتامین B1  ، اکسیدهای نیتروژن ، متان ، دی اکسید کربن ، موتاژنها ، BOD اسیدهای آمینه ، سموم میکروبی ، تعیین اسیدهای چرب کره و ... (2)

     

     

     

     

    a : بیوسنسور چیست ؟

    بیوسنسورها سیستمهای شناسایی بیولوژیکی هستند که از ترکیب عناصر حساس بیولوژیکی با ترانسدیوسرهای ( مبدلهای ) مناسب تشکیل شده اند و قادرند غلظت مواد مورد تجزیه با فعالیتهای بیولوژیکی را به سیگنال های الکترونی و دیجیتالی تبدیل کنند . (2) (شکل 1 )

     

     

     

     

    شکل (1) طرحی شماتیک از اجزای اصلی بیوسنسور . a . بیوکاتالیست ، که سوبسترا را به محصول تبدیل       می کند . b . مبدل (Transducer ) ، که عمل تبدیل واکنش های شناسایی شده را به سیگنالهای الکتریکی برعهده دارد . c . تقویت کننده (amplifier ) که سیگنال خروجی از مبدل را تقویت می کند . d . فرآیند کننده سیگنال (processor ) e . نمایشگر (displayer ) .   

     

     

     

     

    در واقع بیوسنسور به عنوان ابزار تجزیه گر فشرده ای تعریف می شود که در آن یک ماده بیولوژیکی حساس یا مشتق شده بصورت بیولوژیکی (Bioreceptor ) با اتصالی فیزیکی شیمیایی در تماس نزدیک با مبدل (Transducer ) قرار گرفته است . (11)

    اساس کار در این وسیله با ایجاد اتصالی مخصوص بین آنالیت مورد نظر با عنصر شناساگر بیولوژیکی مکمل (بیوکاتالیست ) آن که بر روی یک تکیه گاه مناسب واسطه تثبیت شده همراه می باشد . نتیجه این عمل متقابل ویژه تغییر در یک یا بیشتر از خصوصیات فیزیکی شیمیایی محیط خواهد بود . (مثل تغییر pH ، انتقال الکترون ، تغییر جرم ، انتقال حرارت ، جذب یا آزادسازی گازها یا یونهای مخصوص ) که بوسیله مبدل شناسایی شده و به سیگنالی الکتریکی تبدیل شده و در نهایت به صورت عددی کمی نشان داده می شود . (11)

    1.a ) بیوکاتالیست :

    مواد بیولوژیکی مورد استفاده در تکنولوژی بیوسنسورها ، آنزیم ، آنتی بادی ها و اسیدهای نوکلئیک ، میکروارگانیسم ها ، بافت ها و سلولها می توانند باشند . (11)

    این مواد بیولوژیکی موجب می شوند که بیوسنسور بصورت انتخابی یا اختصاصی عمل کند . این قسمت از بیوسنسور در شناسایی و اندازه گیری سریع مولکولها یا واکنشهای شیمیایی ویژه نیز دخالت دارد . این واکنشگرهای بیولوژیکی را به روش های مختلف می توان روی یک حامل جامد تثبیت  کرد .

    جذب فیزیکی جزء زیستی بر اساس نیروهای جاذب و اندر والس قدیمیترین و ساده ترین روش تثبیت است . یکی از معایب عمده این روش این است که نیروهای اتصالی جزء زیستی و حامل براحتی کنترل نمی شود . برای بهبود عملکرد بیوسنسور لازم است که واکنشگر بیولوژیکی را با اتصال کووالانسی به حامل جامد متصل کرد . (2)

    2.a ) مبدل (Transducer )

    قسمت کلیدی یک بیوسنسور مبدل یا ترانسدیوسر آن می باشد . (3) که تغییرات فیزیکی و شیمیایی حین واکنش را قابل استفاده و اندازه گیری می نماید . (11)

    یا به عبارتی ترانسدیوسرها سیگنال بیولوژیکی تولید شده را به سیگنال قابل اندازه گیری و پردازش الکتریکی تبدیل می کند . این سیگنالها تقویت شده و بصورت مورد نظر نشان داده می شوند . (2)

    ترانسدیوسر ها می توانند الکترود ، ترانزیستور ، ترمیستور ، فیبرنوری یا کریستال فشار الکتریکی باشند . (11)

    این ترانسدیوسرها باید ویژگی های زیر را داشته باشند :

    1- نسبت به آنالیت کاملاً اختصاصی عمل کنند

    2- واکنش در آنها در غلظت مناسبی صورت گیرد

    3- زمان پاسخ آنها کوتاه باشد ، بین 1 تا 60 ثانیه

    4- بتوان تا حد امکان اندازه آنها را کوچک کرد . (2)

    بیوسنسورها را بر اساس ترانسدیوسرهای آنها به چهار دسته عمده تقسیم بندی می کنند : بیوسنسورهای الکتروشیمیایی ، نوری ، حرارتی ، و جرمی . (2)

    در میان بیوسنسورهای مختلف ، بیوسنسورهای الکترو شیمیایی خصوصاً بیوسنسورهای آمپرومتریک اخیراً موقعیت برجسته تری پیدا کرده اند . (4) و بهمین دلیل نیز اکثر کوشش های اخیر در ارتباط با بیوسنسورهای الکتروشیمیایی پتانسیومتریک و آمپرومتریک می باشد . (3)

    بیوسنسور خوب بایستی حداقل بعضی از خصوصیات زیر را دارا باشد :

    1- بیوکاتالیست آن با توجه به هدف تجزیه بایستی کاملاً اختصاصی عمل کند و بیوکاتالیست آن بایستی تحت شرایط عادی پایدار باشد .

    2- واکنش بیوکاتالیست با آنالیت بایستی وابسته به پارامترهای فیزیکی مثل تغییر pH ، درجه حرارت و . . . باشد تا قابل کنترل و هدایت و استفاده توسط ترانسدیوسرها بوده . همچنین بایستی اجازه آنالیز نمونه را با کمترین فرآیند آماده سازی بدهند .

    3- نتیجه بدست آمده توسط بیوسنسورها بایستی دقیق و قابل تکرار باشد و پاسخی باشد که بدون رقیق یا غلیظ کردن نمونه بدست آمده باشد . همچنین پاسخ بایستی عاری از اختشاشات الکتریکی باشد .

    4- بیوسنسور کامل بایستی ارزان ، کوچک ، قابل حمل و استفاده توسط کاربران نیمه ماهر نیز باشد .

    5- اگر از بیوسنسور برای کنترل عوامل میکروبی مهاجم در کارهای بالینی استفاده شده ، میله آن بایستی نازک و زیست سازکار باشد و اگر از آن در صنایع تخمیر استفاده می شود بایستی قابل استریل باشند . (3)

    در روند توسعه بیوسنسورها با سه نسل از آنها تا به حال مواجه بودیم :

    1- بیوسنسورهای نسل اول :

    در این بیوسنسورها محصول حاصل از واکنش بیوکاتالیست با آنالیت به مبدل یا ترانسدیوسر منتشر شده و باعث ایجاد سیگنالهای الکتریکی می شوند .

    2- بیوسنسورهای نسل دوم :

    بیوسنسورهایی بودند که در آنها واسطه ای بخصوص بین بیوکاتالیست و مبدل قرار داده شده بود که محصول حاصل از واکنش بیوکاتالیست با آنالیت را گرفته و به ترانسدیوسر منتقل کرده ، که اینها نتایج واکنش را نیز تشدید می نمایند .

    3- بیوسنسورهای نسل سوم :

    بیوسنسورهایی هستند که در آنها خود واکنش بطور مستقیم باعث ایجاد پاسخ شده و در آنها واسطه ها و سیستم انتشار را نداریم . (3)

    در انتها نیز باید متذکر شد فناوری جدید نانو نکنولوژی نقش بسیار مهمی در توسعه و پیشرفت بیوسنسورها بازی کرده و در آینده نیز خواهد نمود . بطوریکه با استفاده از نامنومتریالها ، حساسیت و عملکرد بیوسنسورها بطور قابل توجهی افزایش یافته (9) و باعث می شود این وسیله تا پنج برابر قویتر ، تا ده برابر مؤثرتر و میلیونها برابر بهتر عمل کرده . (1)

    نانوتکنولوژی باعث می شود که در زمینه های تجزیه بیولوژیکی و شیمیایی توسط این وسیله تغییراتی اساسی صورت گرفته و این وسیله را از حالت وسیله ای تک منظوره خارج کرده و آن را به ابزاری تبدیل کند که تجزیه های سریع چندین جزئی را بتوان در طبیعت انجام داد . (9)

    b ) بیوسنسورهای الکترو شیمیایی :

    بیوسنسورهای الکترو شیمیایی خود دارای چهار نوع مختلف توان سنجی (Potentiometric ) آمپرسنجی (Amperometric ) ، هدایت سنجی (Conductiometric ) و امپدانس سنجی (Impedimetric ) می باشند . (2) که ما در اینجا دو نوع اول را که کاربرد وسیعتری یافته اند را معرفی می نمائیم .

    1.b ) بیوسنسورهای توان سنجی (Potentiometric biosensors )

    این دسته از بیوسنسورها در یک موقعیت خنثی کار می کنند که هیچ جریانی وجود ندارد و اساس کار آنها تجمع دانستیه بار در سطح الکترود است که توسط محصولات فرآیند بیوکاتالیکی بوجود        می آید . در این بیوسنسورها پتانسیل بین دو الکترود وقتی که هیچ جریانی بین آنها وجود ندارد ، اندازه گیری می شود .(2)

  • فهرست و منابع تحقیق مقاله بیوسنسور ها Biosensors

    فهرست:

    مقدمه

    بیوسنسور چیست ؟

    بیوسنسورهای الکترو شیمیایی

    بیوسنسورهای پتانسیومتریک

    بیوسنسورهای آمپرومتریک 

    بیوسنسورهای کالریمتریک

    بیوسنسورهای نوری

    بیوسنورهای فشار الکتریکی

    نتیجه گیری  .

    منبع:

    ) وطن خواه دولت سرا ، جعفر . 1383 . نانوتکنولوژی علم پایه و تکنولوژی نوظهور (تألیف ویلسون و همکاران ) . انتشارات طراح . تهران . مقدمه کتاب

    2) مرتضوی ، علی .، ضیاءالحق ، حمید رضا . وکاشانی نژاد ، مهدی . 1377 . بهینه سازی فرآیندهای صنایع غذایی به کمک بیوسنسورها . مجموعه مقالات ارائه شده در همایش بزرگ صنایع غذایی کشور « نقش و اهمیت طراحی مهندسی در صنایع غذایی » . صفحه : 330 – 291

    3) Chaplin , M.2006. what are Biosensors ? .available on line . www.isbu .ac.uk/biology/enztech/biosensors.html

    4) Chaplin , M.2006.Potentiometric biosensors . available on line  .www.Isbu . ac.uk/biology/enztech/potentiometric.html

    5) Chaplin , M.2006.Amperometric biosensors . available on line . www.Isbu . ac.uk/biology/enztech/amperometric.html

    6) Chaplin , M.2006. calorimetric biosensors . available on line . www.Isbu . ac.uk/biology/enztech/ calorimetric.html

    7) Chaplin , M.2006. optical  biosensors . available on line  : www.Isbu . ac.uk/biology/enztech/ optical .html

    8) Chaplin , M.2006. piezo-electric  biosensors . available on line  : www.Isbu . ac.uk/biology/enztech/ piezo .html

    9) jlanrong,c.et.al.2004. Nanotechnology and biosensors . Nanotechnology Advances . 22:505-518

    10) Malhotra,B.D.et.al.2005.Recent Trends in biosensors . Current Applied physics . 5:92-97

    11) Neethirajan,S.,Karunakaran , c.and javas,D.S.2005.Biosensors-An Emerging Technology for the Agriculture and Food Industry

    12) Scott,A.O.1988.Biosensors for food Analysis:Prespectives Inً Biosensors for food analysisً ed : Scott , A.o.Royal Socity chemistry . Cambridge . u.k.pp:181-187 

    .

تحقیق در مورد Biosensors, تحقیق در مورد بیوسنسور, تحقیق در مورد بیوکاتالیست, تحقیق در مورد ترانسدیوسر, تحقیق در مورد سیگنال های الکترونی, مقاله در مورد Biosensors, مقاله در مورد بیوسنسور, مقاله در مورد بیوکاتالیست, مقاله در مورد ترانسدیوسر, مقاله در مورد سیگنال های الکترونی, تحقیق دانشجویی درباره Biosensors, تحقیق دانشجویی درباره بیوسنسور, تحقیق دانشجویی درباره بیوکاتالیست, تحقیق دانشجویی درباره ترانسدیوسر, تحقیق دانشجویی درباره سیگنال های الکترونی, مقاله دانشجویی درباره Biosensors, مقاله دانشجویی درباره بیوسنسور, مقاله دانشجویی درباره بیوکاتالیست, مقاله دانشجویی درباره ترانسدیوسر, مقاله دانشجویی درباره سیگنال های الکترونی, تحقیقات دانش آموزی در مورد Biosensors, تحقیقات دانش آموزی در مورد بیوسنسور, تحقیقات دانش آموزی در مورد بیوکاتالیست, تحقیقات دانش آموزی در مورد ترانسدیوسر, تحقیقات دانش آموزی در مورد سیگنال های الکترونی, مقالات دانش آموزی در مورد Biosensors, مقالات دانش آموزی در مورد بیوسنسور, مقالات دانش آموزی در مورد بیوکاتالیست, مقالات دانش آموزی در مورد ترانسدیوسر, مقالات دانش آموزی در مورد سیگنال های الکترونی

دریافت لینک دانلود به صورت خودکار بلافاصله پس از پرداخت

امکان پرداخت آنلاین از طریق کلیه کارت های عضو شتاب

ثبت سفارش
تعداد
عنوان