چکیده:

سنسورهای میکروکانتیلوری، بیشتر از همه برای میکروبیوسنسورها و نانوبیوسنسورها مفید میباشند و از کانتیلورهای مورد استفاده در میکروسکوپ نیروی اتمی مشتق میشوند . کانتیلورها معمولاً از سلیکون و موادهایی ساخته میشـوند کـه دارای ضـریب یانـگ بالایی هستند. کانتیلورها میتوانند در ساختمان زیست حسگرها بعنوان مبدل سیگنال شیمیایی به حرکت مکانیکی بـا حساسـیت بالا بکار روند. انعطافپذیری کانتیلور سبب میشود تا اتصال مولکول هدف به پذیرنده که بر سطح کانتیلور تثبیت شـده منجـر بـه انحراف و خمیدگی در کانتیلور شود. چندین تکنیک برای آشکارسازی خمیدگی کانتیلور به کار میرونـد کـه تکنیـکهـای نـوری، مقاومت پیزو و روشهای خازنی معمولترین آنها هستند. حساسیت کانتیلور به طور مستقیم به میزان ضریب فنریت وابسته اسـت. توسعه یکپارچهی حسگرهای زیستی منجر به تشخیص چندین گونهی قابل توجه بیولوژیکی که دلالت بر مفهومی به نام بیوچیـپ دارد شد.

واژههای کلیدی: نانوبیوسنسور، میکروکانتیلور، سلیکون، بیوچیپ.

* ۰۹۱۵۸۶۳۷۳۳۹

۱

-۱ مقدمه

نانوحسگرهایی که بخش تشخیصدهنده۱ آن ها ماهیت زیستی داشته باشند نانوحسگر زیستی شناخته میشوند کـه بـه دلیـل دارا بودن اندازه نانومتری میتوانند سنجش در محیطهای زیستی را آسانتر، حساستر و سـریعتـر انجـام دهنـد .حسـگرهای زیسـتی ابزارهای تجزیهای هستند که دارای سه جزء اصلی؛ عنصر زیستی (به عنوان جزء اصلی تشخیص دهنـده یـونهـا یـا مولکـولهـای هدف)، مبدل و سیستم قرائت میباشند.

در اوایل دهه۶۰ میلادی،کلارک ۲ و لایونز[۱]۳ و آپدایک ۴ و هیکز[۲]۵، اولین سنسور زیستی مبتنی بر واکنشهای کاتالیستی آنزیم اکسیداز گلوکز با گلوکز را ایجاد کردند. پس از آن، رشد سریعی در فعالیتهای تحقیقاتی در ایـن زمینـه بـه وجـود آمـد، و رشـته سنسورهای زیستی، پیشرفتهای زیادی را در ایجاد ابزارهای حسگری جدید که قادر به توصیف و تعیین کمیـت بیومولکـولهـا در بسیاری از زمینهها هستند را از قبیل زیست پزشکی و کنترلهای محیطی یا صنعتی، به وجود آوردند. با این وجود، درکنـار نتـایج بسیار خوب بدست آمده از تکنولوژیهای موجود، ما هنوز به سنسورهای زیستی که قادر به تشـخیص مسـتقیم و در سـطح پـایین تعداد زیاد مواد شیمیایی و زیست شیمیایی موجود در محیطهایی مانند نظارت محیطی، فریندهای غـذایی و صـنعتی، بهداشـت و درمان، تکنولوژی زیست پزشکی، و آنالیزهای بالینی باشند، هستیم. پیشرفتهای به وجود آمده در میکروتکنولوژی و نـانوتکنولوژی باعث توسعه سنسورهای بسیار حساس با مزیت کوچک سازی شده است.[۳]

سنسورهای میکروکانتیلوری، بیشتر از همـه بـرای میکروبیوسنسـورها و نانوبیوسنسـورها مفیـد مـی باشـند . ایـن دسـته جدیـد از سنسورهای زیستی با حساسیت بالا، میتوانند به صورت محلی، با دقت بالا، و اندازهگیری تشخیص مولکولی عمل کنند۵]،.[۴

-۲ بیوسنسورهای مبتنی بر میکروکانتیلورها
سنسورهای میکروکانتیلوری ازکانتیلورهای بسیار کوچک مورد استفاده در میکروسکوپ نیروی اتمـی(AFM)6 مشـتق مـیشـوند و مبتنی بر خمش به وجود آمده در یک کانتیلور زمانی که بـرای مثـال یـک واکـنش بیومولکـولی بـر روی یکـی از سـطوحش قـرار میگیرد، می باشند. میکروکانتیلورها، تشخیصمولکولیِ بیومولکولها را به حرکات نانو مکانیکی (از چند نانومتر تا صـدها نـانومتر) تبدیل میکنند، که معمولاً به یک سیستم بازخوانی پیزومقاومتی یا نوری متصل میباشد.[۳] تحقیقات بر روی ایـن نـوع جدیـد از سنسورها پس از ارائهی مقاله مشهور فریتز۷ و همکارانش در سال ۲۰۰۰، به طور چشمگیری افزایش یافت، که آنهـا در ایـن مقالـه، توانایی سنسورهای میکروکانتیلوری در تشخیص اختلافات موجود در رشته های DNA را بدون استفاده از برچسب فلورسنت، بیان کردند.[۶] بـه فاصـل ه کوتـاهی پـس از آن، نشـان داده شـد کـه حسـگرهای میکروکـانتیلوری، در پیونـد زنـی DNA و تشـخیص پروتئینهای مربوط به سرطان و سایر بیماریها با دقت زیـاد و همچنـین علـوم محیطـی بـه کـار بـرده مـی شـوند. همچنـین، از حسگرهای کانتیلوری در شناسایی شیمیایی، مانند ترکیبات فرار، پیکارهای بیماریزا، مواد قابل انفجار، گلـوکز و گونـههـای یـونی مانند یونهای کلسیم استفاده میشود۸]،.[۷

۱ Recognizing part
2 Clark 3 Lyons 4 Updike 5 Hicks

۶ Atomic force microscopy(AFM) 7 Fritez

۲

میکروکانتیلورها، معمولاً از سیلیکون، یا نیترید سیلیکون و یا مواد پلیمری ساخته می شوند، و ابعاد آنها از ده ها تا صدها میکرومتر متفاوت است، بعضی ها عرضی معادل ده ها میکرومتر و ضخامتی معادل صدها نانومتر دارند. کلید استفاده از میکروکانتیلورها برای شناسایی انتخابی مولکولها، توانایی آن در عاملدار کردن یک سطح از میکروکانتیلور سیلیکونی است به طوریکه یک مولکول هدف داده شده به سطح رویی آن محدود خواهد شد. علاوه براین، با به کار بردن یک پوشـش خـاص بـر روی یکـی از سـطوح کـانتیلور، می توان میزان حساسیت شناسایی را به طور قابل توجهی افزایش داد(شکل.(۱ این استراتژی، حسگرهای میکروکـانتیلوری را قـادر می سازد کوچکترین تغییرات را اندازهگیری کنند. به این دلیل آنها را بیوسنسورهای بسیار حساس با تکنیک کانتیلوری می نامنـد که میتوانند فشار سطوح را در حد۱۰-۴ N/m تشخیص دهند. همچنین، این اندازهگیریها با توجه به تمرکز آنالیت شناسایی شده، کمّی نیز میباشند.[۶]