تاپیک جامع بیوسنسورها

[جینگیلبرت]

گرد آوری پستهای پراکنده بیو سنسورها

تله سنسور

تله سنسور

A- بيوسنسور (معرفي اجمالي)
قسمت هاي مختلف يك بيو سنسور :
1- قسمت رد يابي بيولوژيك (بيو رسبتور) : (مهمترين قسمت يك بيوسنسور)
2- مبدل (ترانسديوسر) : شناسايي
3- سيستم خروجي
مبدال عمل شناسايي را انجام مي دهد،‌آنچه توسط مبدل شناسايي مي شود توسط بيوربستور جذب مي گردد و سپس با عبور مجدد از مبدل سيگنال توليد مي شود.

* عملكرد بيوسنسورها كاملاً انتخابي است،‌ (به يك مولكول يا آئاليت خاص پاسخ مي دهند و از واكنش با ساير مواد جلوگيري مي شود)

طبقه بندي بيوسنسورها (از نظر ماهيت عملكرد و ساختار بيوشيميايي و بيولوژيك ):
1- بيوكاتاليتيك (مانند آنزيم ها)
2- ايموثولوژيك (مانند آنتي بادي ها)
3- اسيد نوكلئيك مانند (DNA)

طبقه بندي بيوسنسورها از نظر نوع تبديلي كه انجام مي هند :
1- مبدل هاي الكترو شيميايي
2- نوري
3- پيروالكتريك
4- گرمايي يا گرماسنجي

B‌- تله سنسور :
هدف از معرفي :‌ توسعه آرايه اي از تراشه ها جهت نمايش و مانيتور كردن فعاليت هاي بدن وانتقال آن به مراكز درمان هدف.

عمل تله سنسور: شناسايي + ثبت + ارسال (انتقال)
(براي اولين بار جهت مانيتور كردن علائم حياتي سربازان به كار رفت)

* به صورت غير تهاجمي به نقاط مختلفي از بدن متصل شده و نتيجه را گزارش مي دهد .
(با قرار گيري تراشه تله سنسور پزشكي بر روي نوك انگشت،‌ امكان ثبت چندين پارامتر حياتي و ارسال آنها وجود دارد)
* تله سنسور پزشكي يا Asic
يك مدار كامل با عمل اندازه گيري خودكار و انتقال اطلاعات از منابع راه دور به گيرنده ها به منظور ثبت وتجزيه وتحليل داده ها.

يكي از كاربردهاي مهم : بررسي سطح اكسيژن خون :
با تغيير سطح اكسيژن خون، رنگ هموگلبين آن نيز تغيير يافته و اين تراشه ها با داشتن يك منبع و يك آشكارساز نوري توانايي رديابي و اندازه گيري تغييرات رنگ هموگلبين به هنگام تابش را خواهند داشت.
(ديگر كاربرد ها اندازه گيري فشار خون، ضربان قلب و درجه حرارت بدن)

ساختمان تله سنسور پزشكي Asic‌ :
تراشه 2 � 2 ميليمتري از جنس سيليكون (سيليسم)
شامل : 1
1- سنسور گرمايي
2- باتري نواري باريك ليتيم (به مصرف توان كمي جهت راه اندازي مدار، پردازش سيگنال الكترونيك و ارسال آن نياز دارد) آنتن تعبيه شده بر روي تراشه به هنگام گرفتن دستور ارسال داده اطلاعات را توسط سيگنال راديويي (انتقال فركانس راديويي) به مانيتور ارسال مي كند.

فيبر سيليكوني :
انعطاف پذير است، امكان فشرده يا كشيدگي آن وجود دارد و همچنين امكان محاسبه ميزان فشردگي يا كشيدگي مينير با گذراندن پرتو از درون آن ميسر مي شود.
هنگامي كه بر روي تراشه قرار مي گيرد ميزان فشار در موقعيت هاي مختلف بدن را حس مي كند. مي توان از اين قابليت براي نمايش (ويژگي هاي فوق كه گفته شد) فشارخون، نرخ ضربان قلب و نرخ تنفس (انبساط قفسه سينه) ميزان خميدگي زانو هنگام توان بخشي فيزيكي و .......... استفاده كرد.

​

مطلب از مقاله:
محسن زمیاد - احسان آرا - علیرضا حق نگهدار
بیشتر...

 

[جینگیلبرت]

نانو کامپوزیتها علم مادر بیو سنسورها

در حال حاضر محققان کشور; درگير طرحاي پژوهشي و صنعتي بسياري هستند. بحث نانوکامپوزيت ها - بيوسنسورها يا حسگرهاي نانو - غشاهاي نانوزئوليتي و ... وجود پايگاههاي اينترنتي فعال در حوزه فناوري نانو در کشور که بازديدکنندگان قابل توجهي دارند - چاپ کتابهايي در زمينه فناوري نانو و وجود کتابهائي در زمينه علم و فناوري نانو در کتابخانه هاي کشور - روند صعودي مقالات کشور در زمينه فناوري نانو طي سالهاي گذشته - برگزاري بيش از 100 همايش در کشور در زمينه فناوري نانو- تاسيس مراکز فعال خصوصي و دولتي با رسالت ، فعاليت در زمينه فناوري نانو - تاسيس انجمنها و پژوهشکده ها با هدف ترويج و پژوهش درخصوص ساخت مواد و صنايع بر مبناي نانو - توليدات شرکتها - تشکيل مراکز و گروههاي فعال در زمينه فناوري نانو در دانشگاههاي کشور - انجام تحقيق و ... گوياي آنست که فناوري نانو در کشور ما از اهميت ويژه اي برخوردار است.
توليد نانو ذرات نقره :
در ايران يک شرکت پيشبر و در زمينه فناوري نانو موفق شده است نانو ذرات نقره را توليد نمايد. اين محصول خاصيت آنتي باکتريال دارد. در محلهاي روکش شده توسط نانو نقره از ورود ميکروبها پيشگيري مي شود. از حمله کاربردهاي آن مي توان به موارد زير اشاره کرد:
ظروف نگهداري غذا - کولرهاي تصفيه هوا - يخچالها - موادشوينده - دستمال کاغذي - ظروف نگهداري آب- وسايل مربوط به کودکان. ساخت نانو ذرات نقره يکي از موفقيتهاي کشور ما محسوب مي شود که در حال حاضر اين ماده به خارج هم صادر مي شود.
توليد نانوذرات نقره و نانومغناطيس با استفاده از ميکروارگانيسمها :
يکي از طرحهاي مربوط به فناوري نانو در کشور توليد نانوذرات نقره و نانومغناطيس است که مي توانند در تشخيص و درمان بيماريها کاربرد داشته باشند و در آن ازمواد شيميائي استفاده نمي شود. توليد نانوذرات نقره و نانومغناطيس با استفاده از ميکروارگانيسمهاست يعني با بکارگيري قارچهاي خاصي اين نانو ذرات را توليد مي کنند که تحقيقات در اين زمينه ادامه دارد. توليد به روشهاي بيولوژيکي نسبت به روشهاي شيميائي برتري دارد زيرا در روش بيولوژيکي مواد شيميائي خطرناک در توليد بکار نمي رود، بسيار مطمئن و عين حال مقرون بصرفه است و دماي مناسب براي آزمايشات بيولوژيکي 30-37 درجه مي باشد.
بعضي ديگر از پروژه ها و طرحهايي که در کشور در حال اجراست عبارتند از:
پروژه ايجاد مخزن هوشمند نفتي که مي تواند به ازدياد استخراج 5 تا 15 درصدي مخازن نفتي منجر شود.
طرح پوشش دهي بذر که با استفاده از پوششهاي هوشمند نانو افزايش توليد خواهيم داشت. ( با استفاده از فناوري نانو ديگر نيازي به استفاده از قارچ کشها و تزريق سم درطي مراحل مختلف نمي باشد و همه اين کارها بصورت يک مرحله اي انجام مي شود.
توليد ميکروکپسول براي پوشش سموم يکي ديگر از کارهايي است که در کشوربا استفاده از فناوري نانو انجام شده است. بدين صورت که بر روي سمومي که بصورت آزاد پاشيده مي شوند يک پوشش نانوپليمري قرارداده اند که مي تواند به تغييرات دما و يا فشار حساس باشد. نحوه عمل اين ميکروکپسولها بدين نحو است که وقتي سم را در محل مورد نظر بپاشند و سوسکي بر روي آن راه برود، سوسک سم را در بدن خود نگه ميدارد و آن را به محل زندگي خود ( درون کلوني خود ) مي برد. وقتي تعداد سوسکها زياد شود اين کپسول مي ترکد و همه سوسکها را مي کشد. درصد سم اين ميکروکپسولها نسبت به سموم عادي کمتر است و کارآيي آن براي 6 ماه است. تثبيت خاک يکي از کارهايي است که با استفاده از فناوري نانو انجام شده است در واقع از خاصيت خاک رس و ترکيب آن با ذرات ريز استفاده کرده اند و جاده هايي را ساخته اند که نياز به آسفالت شدن ندارد. جاده هايي که گل نمي شوند و گرد و خاک هم از آن بلند نمي شود. اين کار مخصوص جاده هاي روستايي است که در قسمتهايي از بزرگراه همت تهران و در جاده هاي فرعي مربوط به شهرهاي شمال و اهواز در حال اجراست .

 

[جینگیلبرت]

مقاله ای درباره بیوسنسورها


http://www.www.www.iran-eng.ir/attachment.php?attachmentid=147249&d=1366483943

فايل ضميمه

• http://www.www.www.iran-eng.ir/images/attach/pdf.gif iau-tmuj-v23n1p30.pdf (400.6 كيلو بايت, 16 نمايش)

 

[جینگیلبرت]

فن آوری نانو و کاربرد آن در ساخت تجهیزات زیست محیطی

فن آوری نانو و کاربرد آن در ساخت تجهیزات زیست محیطیدر قرنی که ما در آن به سر می بریم جنگ اتمی و آلودگی محیط زیست بزرگترین تهدید برای بشریت محسوب نمی شود.نانو تکنولوژی (Nano technology) یا به عبارتی فن آوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفت های فراوانی را در تکنولوژی تجهیزات و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است، و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش خواهد برد. در بیانی کوتاه نانو تکنولوژی یک فرآیند تولید مولکولی و هم چنین دانشی عام و فراگیر است، در بسیاری از فن آوری ها از جمله علوم مهندسی محیط زیست و ساخت تجهیزات پیشگیرانه و محافظ محیط زیست د رمقابل انواع آلودگی های زیست محیطی (آب، خاک، هوا و صوت) بسیار کاربرد دارد. از مهمترین کاربردهای زیست محیطی نانوتکنولوژی می توان به ساخت انواع نانو حس گرها، نانو *****ها، کاتالیست های زیست محیطی، نانو پلیمرها، نانو ذرات، نانو زیست فن آوری (بیوتکنولوژی)، بهینه سازی انرژی های نو، و هم چنین کاربرد آن در تصفیه آلاینده های زیست محیطی و ... اشاره نمود. استفاده از این تکنولوژی (فن آوری سبز) باعث صرفه جوئی فوق العاده ای در مصرف هزینه، انرژی، حفاظت از کلیه منابع محیط زیست و پیشگیری از آلودگی های زیست محیطی می گردد و نهایتاً راه را برای رسیدن به توسعه پایدار (Sustainable Development) هموارتر خواهد نمود.
● مقدمه
در قرنی که ما در آن به سر می بریم جنگ اتمی و آلودگی محیط زیست بزرگترین تهدید برای بشریت محسوب نمی شود. ظهور ماشین های بی نهایت کوچک به اندازه یک سر سوزن یا در اندازه مولکولی بیشتر از آنها بشریت را تهدید می کند، زیرا این ماشین ها قادرند با تغییر اتم های یک ماده به یک ماده دیگر یک نوع بازسازی تازه انجام دهند که اگر کوچکترین حالت آن از کنترل خارج شود تمام گیاهان و جانوران و انسان ها طی دو روز به عنوان ماده خام ماشین ها مصرف شده و از بین می روند. دانشمندان این مسئله را گری گو (Gray goo) یا احساس تلخ و اندوه می نامند و طرفداران حفظ محیط زیست را وادار می کنند به طور جدی در مقابل آن بایستند و در برنامه های خود در مورد توجه کامل قرار می دهند. طبق مواد مختلف قانون چهارم توسعه در بخش محیط زیست و تأکید بر کنترل و پیشگیری از آلودگی های زیست محیطی و حفظ منابع آب، خاک، هوا ما را به فکر وا می دارد که اجرای این اقدامات پیشگیرانه در سایه فناوری نانو، تسریع این اقدامات را میسر می سازد، به ویژه این که در فصل چهارم قانون توسعه بر توسعه مبنی بر دانائی و استفاده معقول (Wise Use) تأکید خاص گردیده است. فناوری نانو بنابر تعریف، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در سطوح آن ظاهر می شود. با توجه به این تعریف، فناوری نانو مختص یک رشته نیست بلکه تمام رشته ها از جمله غذا، دارو، پزشکی، الکترونیک، کامپیوتر، انرژی، و محیط زیست می تواند متأثر از این فناوری گردد. امروزه با کاربرد وسیع این فناوری درمنابع آب، کشاورزی، انرژی، دوام پذیری مواد و محیط زیست و درمان مسائل زیست محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده ها و توسعه فناوری های سبز و حذف آلاینده های کوچک و بزرگ از منابع آب، خاک، هوا، سرمایه گذاری های کشورهای مختلف در این زمینه افزایش یافته است. امروزه باور عمومی بشر به این مسئله است که با غفلت از نابودی محیط زیست و دورریزی غیرمسئولانه مواد زائد و انتشار آلاینده ها نمی تواند به پیشرفت های خود ادامه دهد. از این رو در جستجوی یک تکنولوژی سازگار با محیط زیست، نانوتکنولوژی در بین تکنولوژی های پا به عرصه گذاشته در جهان در یک وضعیت ناباورانه و با یک رویکرد جدید در علوم جلوه می نماید که علاوه بر سازگاری آن با محیط زیست، ابزار مؤثری در رفع و کاهش آلاینده های به جا مانده در محیط بر اثر فعالیت سایر تکنولوژی ها محسوب می شود. امروزه در دنیا از نانوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی کلیدی و تأثیرگذار بر علم، تکنولوژی و صنعت یاد می شود.
● نانوتکنولوژی
نانو از لغت یونانی (نانوس) به معنای (کوتوله) گرفته شده است و در اصل عملی است که درباره اجسام بسیار کوچک مطالعه می کند. یک نانومتر یک میلیونیم میلیمتر و ده مرتبه کوچکتر از اتم هیدروژن است. تامسی کنی محقق دانشگاه استنفورد آن را چنین توصیف می کند: اندازه ای که ناخن شما در یک ثانیه رشد می کند. هر چند که تعریف دقیقی از این علم وجود ندارد. مؤسسه علوم طبیعی در آمریکا نیز آن را چنین تعریف می کند: تحقیق و توسعه علم در بارهٔ موادی به اندازه تقریباً ۱ تا ۱۰۰ نانومتر در موارد خاص اندازه ها ممکن است کوچکتر از یک نانومتر یا بزرگتر از صد نانومتر باشد. به نظر می رسد که تمام این برنامه ها تا واقعیت فاصله زیادی داشته باشد. اریک کدر کسلر که به عنوان یکی از بنیان گذاران نانوتکنولوژی شناخته می شود، این واژه را در سال ۱۹۸۶ در کتابش با عنوان ماشین آفرینش (Engines of creation) قرار داده است. کسلر در گذشته یکی از محققان انیستیو تکنولوژی ماساچوست (MIT) بود او آینده ای را ترسیم می کند که در آن ماشین های بسیار کوچک قادرند سلول های بیمار را به طور مجزا در جریان خون مداوا کنند، مغزهای مصنوعی را توسعه دهند، آلودگی محیط زیست را از بین ببرند و هر چیزی را از ساختمان ها گرفته تا فضاپیماها، به طور کامل اتم به اتم و با دقتی بی نظیر مورد آزمایش قرار دهند. از آنجائی که می توانند خودشان را باسازی کنند، می تواند با رونق و توسعه از مسائل بزرگی نظیر فقر و گرسنگی هم نجات دهند. در واقع آنها یک انقلاب صنعتی جدید به حساب می آیند. کسلر اولین فردی نبود که رویای این دنیای کوچک را در سر داشت. تقریباً سه دهه قبل در ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹ ریچارد فایمن فیزیکدان مشهور سخنرانی معروفی را در انجمن فیزیک آمریکا ارائه داد در آن سخنرانی با عنوان: در آن جا فضای زیادی وجود دارد، ادعا کرد که تمام کلماتی که در جهان تا آن تاریخ به رشته تحریر در آمده می توان بر روی حجمی به اندازه یک دهم میلیمتر جای داد که تقریباً به اندازه کوچکترین ذره گرد و غباری است که انسان می تواند ببیند چنین متنی به صورت دیجیتالی ذخیره می شود.
● فن آوری نانو و محیط زیست:
امروزه پیشرفت تکنولوژی و دستیابی انسان به روش های نوین برای استفاده از منابع طبیعی دستاوردهائی را به همراه دارد که علاوه بر تأثیرات فراوان در زندگی بشر، تأثیراتی منفی را نیز برای طبیعت به ارمغان می آورد. به تازگی انسان متمدن به این تفکر رسیده است که شاید بتوان با استفاده از تکنولوژی مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیط زیست شتابد که از جمله می توان به فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیط زیست اشاره کرد. تأثیرات مستقیم و غیر مستقیم فن آوری نانو بر محیط زیست، از جنبه های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانو ساختاری در حفظ محیط زیست، از قبیل نانو*****ها (برای تصفیه پساب های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانو تیوب ها (برای ذخیره سازی سوخت کاملاً تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده تر از این گونه کاربرهای جزئی و مقطعی است. برخی از مهمترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست نانوحس گرها، نانو *****ها و کاتالیزورهای زیست محیطی هستند که به ترتیب به آنها اشاره می شود:
▪ نانوحس گرهای زیست محیطی:
نانوحس گر وسیله ای است بسیار ریز که قادر به شناسائی و ارائه پاسخ به محرک های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحس گرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف از جمله محیط زیست یافته اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.
▪ آلودگی هوا:
یکی از نیازهایمهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحس گرها پیشرفت مؤثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. با اختراع اولین نمونه های غبار هوشمند، تولید این گونه حس گرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک تز شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه ای از حس گرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیار سبک است. این نانوحس گرها به راحتی ساعت ها در هوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند از طریق بی سیم موجود در خود، اطلاعات جمع آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات از نمونه های اولیه حدود یک کیلو بایت در ثانیه است.
▪ انتشار گازهای سمی:
انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این گونه گازهای نشتی می شوند. این نوع حس گرها از نانوتیوب های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده اند و می توانند مولکول های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی اند که این حس گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده های هوا و حتی مولکول های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
▪ نانو*****ها، نانوسیسورها و مواد هوشمند:
یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانو*****ها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرآیند نانو *****اسیون معمولاً مولکول های بزرگ را دفع می کند و در مقایسه با روش های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه ها یا آب های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرآیند قادر است انواع باکتری ها، ویروس ها، آفت کش ها، آلاینده هائی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرآیند نانو *****اسیون از هیچ ماده شیمیائی برای سختی گیری (Water Hardness) آب استفاده نمی شود، بنابراین اثرات منفی زیست محیطی آن به مراتب کمتر از روش های شیمیائی معمول است. علاوه بر این، ذرات نانو ساختار انعطاف پذیری زیادی در تصفیه آلاینده ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانو ساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می شود. تحقیقات نشان می دهد که ذرات دو فلزی نانو ساختار مانند آهن، پالادیم، آهن، نقره و روی، پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده کننده های محیط زیست، مانند آفت کش های کلرینه با منشا آلی و حلال های آلی هالوژنه یافته اند. تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانو ساختار دو فلزی موجب می شود تا کلیه هیدروکربن های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی اند به هیدروکربن های بی خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به علاوه، شواهد بسیار مبین این واقعیت است که ذرات نانو ساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی های بسیار پایدار هم چون ترکیبات پرکلرات ها، نیترات ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی اکسیداورانیوم هستند. علاوه بر این می توان از نانو ساختارها برای رنگ زدائی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ ها می توانند منشا تولید تری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان زا می شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی موجود در آب حاصل می شوند. اغلب روش های متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازیمواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو می توان تا ۹۹ درصد این گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. هم چنین تحقیقات نشان می دهد استفادهاز فناوری نانو در تصفیه آب می تواند هزینه های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد. الکل هائی مانند اتانول به عنوان حلال یا ماده پاک کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی های مختلف را به خود جذب می کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیان باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفاده مجدد (Use ـ Re) تصفیه شوند. روش های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردهن محیط زیست انرژی زیادی را تلف می کنند.
استفاده از نانو*****ها گام مؤثری در حفاظت محیط زیست و صرفه جوئی انرژی در این زمینه است. *****ها بر اساس اندازه منافذشان دسته بندی می شوند و بر این اساس به میکرو*****ها، آلترا*****ها و نانو*****ها دسته بندی می شوند. نانو *****اسیون در اصل *****اسیون با فشار پائین تر از اسمز معکوس است، بنابراین فیمت تمام شده نانو*****ها علاوه بر بازیابی ویروس ها و باکتری ها نیز می باشند، بنابراین می توانند در رفع آلودگی های آب های ذخیره نوشیدنی انسان ها و آب های کشاورزی استفاده شوند. نانو*****ها می توانند به *****اسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحدهائی که نیاز به مراقبت شدیدتری دارند بیشتر است، چون مریض ها آسیب پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید خون هرچه سریع تر از عامل مسمومیت پاک شود. برای تشخیص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin باید از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسائی شود. با استفاده از نانو*****ها می توان در یک مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا کرده و عامل مسمومیت را شناسائی کرد و علاوه بر این خون را تمیز کرد.
علاوه بر این نانو*****ها می توانند در جداسازی های بیولوژیکی باکتری، ویروس، اسیدنو کلوئیک تصفیه DNA، جذب پروتئین ها و اسیدنو کلوئیک ها، سوبسترا برای کشت Batch، آلترا*****اسیون محصولات آشامیدنی و غذائی و استریلیزه کردن سرم های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند. نانوتکنولوژی با ساخت سنسورها در ابعاد کوچک ما را قادر خواهند ساخت که بتوانیم بسیاری از پارامترها را بادقت بیشتری ارزیابی کنیم. با استفاده از مولکول های بیولوژیکی قادر خواهیم بود که نانوسنسور بسازیم. نانوسنسورها کاربردهای بسیاری در سه حوزه مهم نانوبیوتکنولوژی (پزشکی، کشاورزی و صنایع غذائی) دارند که شامل: آشکارسازی عوامل و کمیت های شیمیائی و بیولوژیکی، توالی سنجی DNA در تشخیص بیماری ها و تولید داروها، در آزمایش هایمؤثر و سریع بر روی داروهای جدید، سیستم هیا کنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات کشاورزی و غذائی در انبارها و حمل و نقل و انتقال، سیستم های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه گیری، گزارش دهی و کنترل هوشمند گیاهان یا دام ها، بیوسنسورهای دقیق تر برای شناسائی پروتوین ها، آشکارسازی سریع عوامل بیماری زا و ... می باشند.

 

[جینگیلبرت]

نانو لوله ها و نانو کامپوزیت ها همان نانو سنسورها هستند که میتوان به آنها بیوسنسور هم گفت

▪ نانو لوله ها و نانو کامپوزیت ها:
نانو لوله های کربنی اولین نسل محصولات نانو هستند که در سال ۱۹۹۱ کشف و به جهان عرضه شدند. نانو لوله ها از پیچیده شدن ورقه های گرانیت با ساختاری شبیه شانه عسل به دست می آیند. این لوله ها بسیار بلند و نازک هستند و ساختارهائی پایدار، مقاوم و انعطاف پذیر دارند. نانو لوله ها قوی ترین فیبرهای شناخته شده اند و ۱۰۰ـ۱ برابر قوی تر از واحد وزنی استیل هستند و می توانند جایگزین سرامیک های معمولی، آلومینیو و حتی فلزات در ساخت هواپیما، چرخ دنده ها، یاتاقان ها ، اجزاء ماشین، دستگاه های پزشکی، وسایل ورزشی و دستگاه های صنعتی تولید غذا شوند. مطالعات اخیر پیشنهاد می کند که از نانو لوله های کربنی برای اهداف بیولوژیکی مثل کریستالیزاسیون، پروتئین ها و ساخت بیوراکتورها و بیوسنسورها استفاده شود. نانو لوله های کربنی در محیط های آبی نامحلول اند.بنابراین برای کاربردهای نانولوله های کربنی توسعه غشاهای رسانای الکتریکی است. به خاطر نسبت بالای طول به قطر، نانو لوله های کربنی می توانند پلیمرهای رسانا تبدیل کنند، اگر این پلیمرها برای توسعه غشاءهای جدید استفاده شوند میزان جداسازی طعم ها و مواد مغذی افزایش خواهد یافت. این ماده به عنوان یک افزودنی در تولید نانو کامپوزیت استفاده می شود. افزودنی فقط ۳ـ۵% از این ماده پلاستیک را سبک تر، قوی تر و مقاوم تر به حرارت می کند و خواص ممانعت کنندگی بهتر در برابر اکسیژن، دی اکسیدکربن، رطوبت و مواد فرار دارد. این خواص برای بسته بندی مواد غذائی مثل گوشت های فرآیندی، پنیر، آرد قنادی، غلات و غذاهای کنسرو شده را افزایش دهد.
▪ نانو بیو مواد:
مواد جدید همواره یکی از عوامل ضروری و توانزای کلیدی برای ساخت سیستم ها و کاربردهائی با اثرات چشمگیر بوده اند. این مواد می توانند موانع فرآیندهای قبلی را بشکنند و نهایتاً کاربردهائی با منافع بالقوه جهانی را تولید کنند. مواد در مقیاس نانو، یعنی موادی که ویژگی هایشان در سطح کمتر از میکرو (کوچک تر از۱۰ـ۶ یا ۱۰ـ ۹ نانو) قابل کنترل است. خواص مواد در چنین ابعاد و اندازه هائی با مواد متعارف اساساً متفاوت است و به همین لحاظ تحقیقات در حوزهٔ نانو مواد روز به روز فعال تر می شود. نانو بیوذرات، ذرات کلوئیدی و جامدی هستند که شامل اجزاء ماکرو مولکولی با اندازه ۱۰۰۰nmc ـ ۱۰ با شیمی سطح پیچیده هستند. بسته به روش تولید، نانو ذرات به شکل نانوکپسول یا نانو کره هستند نانو کره ها سیستم های ماتریسی می باشند در حالی که نانو کپسول ها سیستم های وزیکولار می باشند. نانو کپسول ها نانو ذراتی هستند که دارای یک پوسته و فضای خالی داخل آن جهت قرار گرفتن و حمل مواد مورد نظر باشند. فسفولیپیدها با یک سر آب دوست و یک سر آب گریز وقتی در یک محیط آبی قرار می گیرند، تشکیل کپسول هائی می دهند که سر آب دوست آن در بیرون و سر آب گریز مولکول در درون آن قرار می گیرند، از پلیمرهائی مثل لیپید و پروتئین نیز می توان برای ساخت نانوکپسول استفاده کرد. درخت سان ها (Denderimers) ماکرومولکول هائی با ساختار منتظم و پر شاخه سه بعدی، که به خاطر دانسیته بالای گروه های فعال کاربردهای زیادی دارند. ردخت سان ها به دلیل رقابت طراحی و ساخته شدن با دقت کاملاً اتمی بیشترین توانمندی را در مقایسه با نانوحفرات، نانو کپسول ها و نانو ذرات از خود نشان می دهند. کاکلیت ها (Cochleates) رسوبات دو ظرفیتی فسفولیپیدی پایدار از مواد طبیعی هستند. این مواد ساختارهای چند لایه ای بزرگ و پیوسته چربی که به شکل مارپیچ درآمده اند، تشکیل شده اند. آنها محتویاتشان را زاطریق لایه سیال خارجی به غشاء سلول های هدف انتقال می دهند. کاکلیت ها در برابر عوامل محیطی مقاوم هستند و ساختار لایه ای محکمشان آنها را در برابر تجزیه توسط مولکول های شکننده Cochleates محافظت می کند، حتی اگر در شرایط سخت محیطی یا در برابر آنزیم قرار گیرند.
▪ نانوپلیمرهای متخلخل:
هنگامی که آلاینده های آلی آب گریز از طریق آب وارد خاک می شوند، به راحتی توسط ذرات جامد غیر محلول در آب جذب و از آب جدا می شوند. پدیده جذب و دفع این گونه آلاینده ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسیار پیچیده است و به عوامل متعددی از قبیل حلالیت در آب، آب موجود در شبکه خاک و رقابت اجزای مختلف خاک برای جذب این ذرات بستگی دارد. هنگامی که بیش از یک مولکول آب گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکول های آلاینده به جسمی متصل می شوند که از لحاظ شیمیائی بیشترین شباهت را به آنها داشته باشد. به همین دلیل نانوپلیمرهای متخلخل که شباهت زیادی به مولکول های مواد آلاینده دارند، مناسب ترین وسیله برای جداسازی این نوع آلاینده های آلی از آب و خاک به شمار می روند. به طور کلی کاربردهای زیست محیطی این نانو ساختارها عبارتند از:
۱) جداسازی آلاینده های آلی از آب آشامیدنی.
۲) تصفیه پساب های واحدهای صنعتی مانند نیروگاه های هسته ای برای استفاده مجدد از آنها.
۳) پاک سازی منابع آبی آلوده شده به مواد نفتی.
۴) پاک سازی منابع آب زیرزمینی از آلاینده های آلی.
با توجه به این که نانوپلیمرهای متخلخل در موارد بسیار زیادی مورد استفاده قرار می گیرند، بنابراین هزینه های تصفیه به مراتب کمتر می شود.
▪ کاتالیست های زیست محیطی: (Environmental Catalist)
از زمینه های دیگر کاربردهای مواد نانوساختاری، استفاده از آنها به عنوان کاتالیزورهای زیست محیطی برای تصفیه خروجی اگزوز اتومبیل ها و پالایش آب و هواست. کاتالیزورهای رایج که اغلب پایه پلاتین دارند، اگرچه راندمانشان کافی است، اما بسیار گران قیمت اند.
▪پلیمرهای زیستی:
از نانوساختارهائی مثل پلیمرهای زیستی می توان برای تولید تراشه های الکترونیکی استفاده کرد. طبق اطلاعات موجود، برای تولید هر گرم ریز تراشه ۳۲ مگابایتی، به مصرف ۸۵ گرم سوخت فسیلی و مواد شیمایائی و ۱۶ کیلوگرم آب نیاز است. با استفاده از فرآیندهای نانو می توان شیوه مرسوم در تولید تراشه های نیمه هادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشید. علاوه بر این، استفاده از فناوری نانو منجر به تولید مواد بی خطر به جای مواد سمی می شود. برای مثال، مانیتورهای ساخته شده از لوله های اشعه کاتدی (که حاوی مواد سمی اند) است و راندمان بالاتری هم دارند. نمایشگرهای ساخته شده از کریستال مایع ضمن کوچک بودن حاوی سرب نیستند و مصرف انرژی آنها بسیار کمتر از انواع مشابه کاتدی است. علاوه بر این استفاده از نانولوله های کربنی در نمایشگرهای کامپیوتری به کاهش مصرف فلزات سنگین در آنها کمک می کند و از این طریق از آسیب به محیط زیست می کاهد.
▪ نانو پوشش ها:
پوشش های نانو ساختاری پیشرفته به خوبی بر سطوح مختلف از قبیل فلزات، شیشه، سرامیک و پلاستیک می چسبند و تنها چند میکرون ضخامت دارند، ویژگی های بارز این نانو پوشش گرها خاصیت ضد خوردگی آنهاست که کاربرد پوششی آنها را در فلزات سبک از قبیل آلومینیوم و منیزیم افزایش داده است. پوشش های یاد شده، در مقابل حرارت بسیار مقاومند و می توانند دما را تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد تحمل کنند. استفاده از این نوع پوشش گرها منجر به کاهش خوردگی فلزات می شود و در نهایت، محیط زیست را با کاهش میزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد. کاربرد دیگر پوشش گرهای نانو ساختاری، در حذف گرد و غبار از روی سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک کننده هاست. این نانو ذرات را به صورت یک لایه بسیار نازک برای روکش کردن سطوح مختلف از قبیل شیشه اتومبیل ها به کار می برند. در نتیجه، مایع مذکور سطح پوشش داده شده را خیس نمی کند و به صورت قطراتی روی آن باقی می ماند و به سرعت زدوده می شود. این عمل فرآیند خشک شدن را سرعت می دهد. بدیهی است که مصرف موماد شوینده به شدت کایهش می یابد و از آلودگی محیط زیست (Environmental Pollution) جلوگیری به عمل می آید.
▪ نانو پودرها:
نانوپودرها موادی به شدت فعال اند که در دمای پائین ذوب یا آلیاژ می شوند. این پودرها در فرآیندهای قالب گیری تزریقی و پوشش دادن سطوح مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. نوعی از پودرهای نانو ساختاری یاد شده که حاوی ذرات آلومینیوم است، در صورت افزوده شدن به سوخت های جامد موشک ها شدت سوختن آنها را تا دو برابر افزایش می دهد. اضافه کردن این پودر به نفت سفید باعث تسریع در احتراق آن و در نتیجه کاهش تولید آلاینده های مختلف می شود. آن چه از توانمندی های فناوری نانو ارائه شد به این معنی است که می توان از این روش ها برای حفظ محیط زیست در آینده ای نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فناوری های پیشرفته بتوان به تعاملی پایدار با طبیعت و نهایتاً توسعه پایدار رسید.
▪ کاربرد فن آوری نانو در تصفیه آلاینده های آب:
یکــی از مهمتریــــن کاربـــردهای فــن آوری نانـــو در محیــط زیسـت، تصفیــه آلاینــده های آب هــای زیرزمینـــی بــا نانو ذرات (nZVI(zero valent iron است که بازده و راندمان قابل توجهی دارد، اما نامشخص بودن خصوصیات اساسی این فن آوری مشکلاتی در رابطه با استفاده بهینه و یا ارزیابی خطرات آن از لحاظ انسانی و اکولوژیکی به وجود آورده است.
سه مورد اساسی که باعث سوءتفاهم در مورد این فن آوری می شود، عبارتند از:
۱) nZVIهائی که در تصفیه آب های زیرزمینی استفاده می شوند بسیار بزرگتر از ذراتی هستند که تأثیرات حقیقی در اندازه نانو را نشان می دهند.
۲) واکنش پذیری بالای این ذرات عمدتاً نتیجه سطح ویژه بالای آنها است.
۳) تحرک nZVI تقریباً در تمامی شرایط کمتر از چند متر است. لذا استفاده از آن در تصفیه به حداقل می رسد.
در نهایت بیشتر کاربردهای زیست محیطی فن آوری نانو در سه مقوله جای می گیرند:
۱) محصولات بی خطر برای محیط زیست یا محصولات با قابلیت تحمل بالا مثلاً شیمی سبز.
۲) تصفیه مواد یکه با ذرات خطرناک آلوده شده اند.
۳) حس گرهائی برای ذرات محیطی.
با این که معمولاً این سه مقوله در زمره مواد شیمیائی یا مواد نانو بیولوژیکی تلقی می شود. باید توجه کرد که این موارد می تواند در مورد عوامل میکروبی و مواد زیست محیطی نیز کاربرد داشته باشد. فن آوری نانو نقش مهمی در بهبود روش های کشف و پاک سازی عوامل زیست محیطی مضر دارد. دو فن آوری متعارف تصفیه که در فن آوری نانو نیز از آنها استفاده می شود عبارتند از: جاذبه، واکنش درجا و غیر درجا. در فن آوری تصفیه جاذبه ای به کمک فرآیند جداسازی، آلاینده ها (به خصوص فلزات) جدا می شوند، در حالی که فن آوری واکنشی باعث تولید محصولات کم ضررتر می گردد. به عنوان مثال در مواردی که آلاینده ها آلی باشند محصولاتی مثل دی اکسیدکربن و آب تولید می شود. در فن آوری درجا، پاک سازی آلودگی در همان محل آلودگی (Pollution Point) صورت می گیرد، در حالی که در فن آوری غیر درجا، عملیات پاک سازی پس از انتقال مواد آلوده کننده به مکان مطمئن انجام می شود.
● نتیجه گیری:
نانو تکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید باید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود. از همین تعریف ساده بر می آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. زمانی که فامین فیزیکدان برجسته آمریکائی ایده کار با اتم ها و مولکول ها را مطرح کرد، محققان جهان به کار در این عرصه روی آوردند و برای نانو تکنولوژی کاربردهائی گوناگون در حوزه های مختلف از غذا و دارو و تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک و کامپیوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوا فضا و امنیت ملی بر شمرده اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه اثرات اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن آوری را به عنوان یک زمینه (فرا رشته ای و فرابخشی) مطرح نموده است. علوم و فن آوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آینده، همکاری های تحقیقاتی میان رشته ای، آموزش خاص و انتقال ایده ها به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانو تکنولوژی به شرح زیر می باشند:
تولید مواد و فرآورده های صنعتی (مواد سبک تر و مستحکم تر، قابل برنامه ریزی و هوشمند، کاهش هزینه، افزایش عمر، ابزارهای جدید بر پایه اصول و معماری جدید، ساخت مولکولی و ...)، پزشکی، داروسازی و مراقبت های بهداشتی (توسعه نانو بیو حس گرها و تکنولوژی تصویربرداری جدید برای تشخیص زودتر و درمان بیماری هائی مثل سرطان، روش بیماری شناسی و درمان کارآمدتر و ارزان تر، داروهای جدید، کمک به بینائی و شنوائی، مواد جدید سازگار با محیط زیست که باعث افزایش زمان نگهداری اندام مصنوعی می گردد، استفاده از دستگاه های پزشکی کوچک و هوشمند، ارسال دارو به طور مستقیم به سلول های آسیب دیده و ....)، الکترونیک و کامپیوتر (تراشه ها و کامپیوترهای سریع تر با نانو ترانزیستورها، حافظه های با ظرفیت بسیار بالاتر، پهنای باند ارتباطی بالا، نسل جدیدی از ردیاب ها، پردازنده ها و نانو دستگاه ها)، منابع طبیعی و محیط زست (تخلیص و نمک زدائی آب، کاهش مصرف بنزین با تغییر در خودروها، تایرهای سازگار بامحیط زیست، استفاده از نانو پودرها برای رفع آلودگی، استفاده از سیستم های نانوروباتیک و هوشمند برای مدیریت فاضلاب های زیست محیطی ـ هسته ای .....)، انرژی (بهبود تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته، بهبود تبدیل انرژی هیدروژن به انرژی گرمائی، ذخیره ایمن هیدروژن)، ابزارهای نظامی و امنیت ملی (سلاح های جدید، هوشمندی بیشتر مهمات نظامی، ابزارهای محافظت در برابر سلاح های میکروبی و شیمیائی و تسلط بیشتر بر اطلاعات و ...)، علوم و مهندسی نانو، منجر به درک بهتر طبیعت، پیشرفت در پژوهش و آموزش پایه و تغییرات عمده در تولیدات صنعتی، اقتصاد بهداشت، مدیریت محیط زیست و حفظ منابع طبیعی خواهد شد. به گونه ای که در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده یک بازار جهانی بیش از ۱۰۰۰ میلیارد دلاری را ایجاد خواهد کرد و جهان را برای رسیدن به توسعه پایدار امیدوار ساخته است. علوم و فن آوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آینده، همکاری های تحقیقاتی میان رشته ای، آموزش خاص و انتقال ایده ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی دوام پذیری منابع کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست می باشد که منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پس آب و آلودگی را کاهش خواهد داد. هم چنین فن آوری های جدید، امکان بازیافت و استفادهٔ مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می تواند تأثیر قابل ملاحظه ای، در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می دهد، در ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی از طریع کنترل انتشار آلاینده ها، در توسعهٔ فن آوری هیا سبز (Green technoligy) جدید که محصولات جانبی ناخواستهٔ کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب ، داشته باشد. لازم به ذکر است، نانو تکنولوژی توان حذف آلودگی های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

 

[جینگیلبرت]

پیشنهاداتی درباره نانو تکنولوژی در زمینه زیست فناوری زیست حسگرها

● پیشنهادات
نانوتکنولوژی دارای کاربرد بسیار زیادی در عرصه حفاظت از محیط زیست و کاهش آلودگی های زیست محیطی می باشد و کشور ما نیز در بخش حفاظت از محیط زیست قطعاً نیاز دارد، با برنامه ریزی بلندمدت، خود را با روند رو به رشد و اجتناب ناپذیر دنیا همراه سازد. به این منظور موارد زیر پیشنهاد می گردد:
▪ لحاظ نمودن نانو تکنولوژی به عنوان یکی از محورهای اولویت دار در برنامه دولت و سازمان حفاظت از محیط زیست.
▪ تدوین برنامه ای برای موفقیت در عرصه نانو تکنولوژی از سوی سازمان حفاظت از محیط زیست.
استفاده از توانائی تحقیقاتی مراکز علمی و دانشگاهی، مراکز پژوهشی و آموزش محققان و دانش پژوهان.
▪ راه اندازی واحدهای تحقیق و توسعه نانو تکنولوژی در سازمان حفاظت محیط زیست و کلیه ادارات کل حفاظت از محیط زیست استان ها.

مهندس علی رضائی، کارشناس ارشد مهندسی صنایع، رئیس واحد سیستم ها (SHEQ)
مهندس سعید شایان کیا، کارشناس محیط زیست واحد سیستم ها (SHEQ) ـ کارخانه سیمان سپاهان، (Safety Health,Environmental & Qality)
● منابع
Feyman,R.;There is plenty of room at the bottom; Caltech in institute,۱۹۵۹, URL
WTEC;Review U.S. R&D status and Trends in Nanoparticles,Nanostrured materials, and Nnodevices singel,R.,E.Hu,M.Roco and G.Holdrige, Loyola University,Baltimore, Maryland, ۱۹۹۷
www.Newscientist.com
www.smalltimes.com
wapmi.ir/new/nana.htm. ww
انجمن مطالعات پیشرفته علوم پایه
http://www.iasbs.ac.ir
iafahan.com/findex.htm
www.tco.ac.ir/nano
http://irannano.org
http://pershianblog.comماهنامه صنعت سیمان


با تشکر از:http://www.njavan.com/forum/showthread.php?p=239248#post239248

 

[جینگیلبرت]

نانو تكنولوژي وکاربرد آن در بیو سنسورها:

http://www.www.www.iran-eng.ir/showthread.php/24798


اطلاعات کامل درباره سنسورهاوکاربردها:

http://www.www.www.iran-eng.ir/showthread.php/414391

 

[جینگیلبرت]

Momentum Press 9781606504277 Gfp Whole Cell Microbial Biosensors: Scale-Up and Scale-Down Effects on Biopharmaceutical P...
Two strategies are usually considered for the optimization of microbial bioprocesses. The first one involves genetic or metabolic engineering of the target microbial strains in order to improve its production efficiency or its tolerance to adverse conditions. The second one is based on the chemical engineering improvement of the bioreactors and scaling-up rules. This work is more particularly dedicated to this second class of parameters. Recent developments in bioreactor technologies follow the scaling-out principle, i.e. carrying out several cultures in parallel with controlled conditions for screening purposes. Several mini-bioreactor concepts, i.e. bioreactor with working volume of 1 to 100 mL with controlling devices, have been developed following this principle. In general, chemical engineering similarities between conventional stirred bioreactors and their miniature equivalent are well characterized. However, the actual scaling-up rules are not able to cope with the complexity of the microbial stress response. Indeed, microbial stress response still remains not completely understood considering the process perturbations and the environmental fluctuations accompanying the scaling-up to industrial bioreactors. At this time, this kind of response can only be experimentally predicted by using scale-down bioreactors, i.e. lab-scale bioreactors designed in order to reproduce mixing imperfections that have to be expected at large-scale. However, the use of such an approach is time consuming and requires an experimented staff to elaborate the scaling-down protocols. Indeed, bioprocess development involves several steps which cannot be necessarily linked with each other considering the different cultivation equipment used. *Author: Delvigne, Frank *Binding Type: Hardcover *Number of Pages: 52 *Publication Date: 2013/01/09 *Language: English *Dimensions: 9.02 x 5.98 x 0.25 inches

http://www.alibaba.com/product-tp/1150259577/Gfp_Whole_Cell_Microbial_Biosensors_Scale.html

 

[جینگیلبرت]

توليد نانوذرات نقره به «روش سبز» توسط محققان دانشگاهي

توليد نانوذرات نقره به «روش سبز» توسط محققان دانشگاهي

» سرويس: علمي و فناوري - پژوهشي

محققان دانشگاهي با استفاده از مزاياي روش سبز پلي ساکاريد اصلاح شده و روش سبز ميکروبي، موفق به توليد نانوذرات نقره شدند که در مقايسه با روش‌هاي قبلي، کم‌هزينه‌تر بوده و از پايداري، توزيع و ميانگين اندازه مناسب‌تري برخوردار است.

به گزارش سرويس فناوري ايسنا، نانوذرات نقره خاصيت ضد ميکروبي داشته و در صنايع مختلفي مانند نساجي، غذايي و غيره مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. همچنين اين نانوذرات در حوزه پزشکي کاربرد زيادي از جمله در ابزارهاي پزشکي، سنسورهاي زيستي و برچسب‌گذاري زيستي دارند. در تصفيه آب نيز از خاصيت ضد ميکروبي نانوذرات نقره استفاده‌هايي مي‌شود.

سيده معصومه قاسمي‌نژاد، دانش آموخته کارشناسي ارشد فناوري نانو و از محققان اين طرح اظهار کرد: در اين تحقيق نانوذرات نقره با روش سبز جديدي توليد شد. در اين روش مخلوطي از نشاسته و محيط کشت تخمير شده به عنوان عامل پايدارکننده و کاهنده بود.

وي افزود: پروتئين‌هاي موجود در محيط کشت تخمير شده مي‌توانند هم به عنوان عامل کاهنده و هم عامل پايدار‌کننده باشند. از طرفي مي‌توان نشاسته را در مجاورت محيط کشت تخمير شده به گلوکز تبديل کرد. بنابراين نشاسته نيز در اين روش علاوه‌ بر نقش پايدارکنندگي، به عنوان عامل کاهنده مورد استفاده قرار گرفت.

قاسمي‌نژاد تصريح کرد: نانوذرات نقره توليدي با اين روش از پايداري خوب، ميانگين اندازه و توزيع اندازه مناسب و بازدهي توليد خوبي برخوردار است. از طرفي مواد اوليه مورد استفاده در اين روش با محيط سازگار بوده و اين روش جزء روش‌هاي سبز محسوب مي‌شود.

وي ادامه داد: در همين راستا ابتدا ما قارچ فوزاريوم اکسيسپورم را در شرايط مشخص و زمان معيني در محيط کشت پتيتو دکستروز آگار رشد داديم. سپس براي تهيه محيط کشت تخمير شده، قارچ به همراه محيط کشت سانتريفوژ شده و مايع رويي جداسازي شد. در نهايت نشاسته با نسبت مشخصي با محيط کشت تخمير شده، مخلوط و محلول نيترات نقره اضافه شد. پس از 24 ساعت گرماگذاري در دماي 50 درجه محلول شفاف، قهوه‌اي رنگ شده و نانوذرات نقره توليد مي‌شود.

محقق طرح خاطرنشان کرد: در اين تحقيق از مزاياي دو روش سبز مختلف از جمله پلي ساکاريد اصلاح شده و ميکروبي استفاده شده و روش سبز جديدي براي توليد اين نانوذرات ارائه شد.

قاسمي‌نژاد در اين باره افزود: نانوذرات نقره توليد شده با اين روش جديد ميانگين اندازه کوچکتر، پايداري بيشتر، توزيع اندازه مناسب‌تر و بازدهي توليد بيشتري نسبت به ذرات توليدي با روش‌هاي ميکروبي و پلي ساکاريد اصلاح شده، دارند. همچنين زمان توليد نانوذرات در اين روش سبز جديد نسبت به روش ميکروبي و همچنين هزينه توليد نيز نسبت به روش پلي ساکاريد اصلاح شده، پايين‌تر است.

وي با اشاره به مزاياي اين روش گفت: با توجه به مزيت‌هاي بسيار اين روش و همچنين سازگار بودن مواد اوليه مورد استفاده در اين شيوه با محيط زيست، اميد است با توليد نانوذرات نقره به صورت پايلوت، اين روش سبز جديد در مقياس صنعتي مورد استفاده قرار گيرد.

نتايج اين کار تحقيقاتي که توسط سيده معصومه قاسمي‌نژاد، دانش آموخته کارشناسي ارشد فناوري نانو، با همکاري سپيده حامدي، دانشجوي دکتري تخصصي بيوتکنولوژي و راهنمايي دکتر سيد عباس شجاع الساداتي از دانشگاه تربيت مدرس صورت گرفته، در مجله «Carbohydrate Polymers» منتشر شده است.

منبع :

http://bpdanesh.ir/detailnews.asp?id=21561

 

[جینگیلبرت]

بیوسنسورها سنسورهایی از نوع ذرات بیولوژیک

بیوسنسورها
سنسورهایی از نوع ذرات بیولوژیک


در سالهای اخیر كاربردهای زیست‌ فناوری و پزشكی فناوری میكرو ونانو (كه معمولا از آن به عنوان سیستم‌های میكروی الكتریكی مكانیكی پزشكی یا زیست‌ فناوری‎(BioMEM) 1‏ نام برده می‌شود) به‌صورت فزاینده‌ای رایج شده است و كاربردهای وسیعی همچون تشخیص و درمان بیماری و مهندسی بافت پیدا كرده است. در حین این كه تحقیقات و گسترش فعالیت در این زمینه هم چنان به قوت خود باقی است، بعضی از این كاربردها تجاری هم می‌شود. در این مقاله پیشرفت‌های اخیر در این زمینه را مرور كرده و خلاصه‌ای از جدیدترین مطالب در حوزه ‏BioMEM ‎‏ را با تمركز روی تشخیص و حسگرها ارائه می‌شود.‏

بیوسنسور‌ها
در كاربردهای بسیاری در پزشكی، تحلیل محیطی و صنایع شیمیائی نیاز به روشهایی جهت حس كردن مولكولهای زیستی كوچك وجود دارد. حس‌های بویایی و چشایی ما دقیقا همین كار را انجام می‌دهد و سیستم ایمنی بدن میلیونها نوع مولكول مختلف را شناسائی می‌كند. شناسائی مولكولهای كوچك تخصص بیومولكولها است، لذا اینها شیوه جدید و جذابی برای ساخت سنسورهای خاص را پیش رو قرار می‌دهد. دو مولفه اساسی در این راستا وجود دارد. المان شناساگر و روش‌هایی برای فراخوانی زمانی كه المان شناساگر هدف خودش را پیدا می‌كند. اغلب المان شناساگر تحت تاثیر منبع زیست‌ فناوری تغییر نمی كند. مشكل اصلی در این كار طراحی یك واسطه مناسب به یك وسیله بازخوانی بزرگ است.
از آنتی بادی‌ها به صورت گسترده به عنوان بیوسنسور استفاده می‌شود. آنتی بادی‌ها بیوسنسورهای پیشتاز در طبیعت است، به همین دلیل توسعه تستهای تشخیصی با استفاده از آنتی بادیها، یكی از زمینه‌های بسیار موفق در بیوفناوری است. شاید آشناترین مثال تست ساده‌ای است كه برای تعیین گروه خونی استفاده می‌شود.
بوسنسورهای گلوكز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار است. بیماران مبتلا به دیابت نیاز به شیوه‌های مرسوم جهت پایش سطح گلوكز خود دارد. سنسورهای قابل كاشت و غیر تهاجمی در حال توسعه است، اما در حال حاضر در دسترس‌ترین شیوه بیوسنسور دستی است كه یك قطره از خون را تحلیل می‌كند.

تعریف ‏BioMEM


‏ از زمان آغاز سیستم‌های ‏MEM‏ در اوایل دهه 1970، اهمیت كاربردهای پزشكی این سیستم‌های مینیاتوری درك شد. ‏BioMEM‏‌ها در حال حاضر یك موضوع بسیار مهم است كه تحقیقات بسیاری در زمینه آن انجام شده است و كاربردهای پزشكی مهم بسیاری دارد. در حالت كلی می‌توان ‏BioMEM‏‌ها را به عنوان "دستگاه‌ها ( وسایل) یا سیستم‌هایی ساخته شده با روش‌‌های الهام گرفته شده از ساخت در ابعاد میكرو /نانو، كه برای پردازش، تحویل 2، دستكاری3، تحلیل یا ساخت ذرات 4 شیمیائی و بیولوژیك استفاده می‌شود"، تعریف كرد. این وسایل و سیستم‌ها همه واسطه‌های علوم زندگی و ضوابط پزشكی با سیستم‌های با ابعاد میكرو و نانو را شامل می‌شود. حوزه‌های تحقیقات و كاربردها در ‏BioMEM‏ از تشخیص بیماری‌ها مانند میكرو آرایه‌های پروتئینی و‏DNA، تا مواد جدیدی برای ‏BioMEM، مهندسی بافت، تغییر و اصلاح5 سطح، ‏BioMEM‏‌های قابل كاشت، سیستم‌هائی برای رهایش دارو و.... را شامل می‌شوند. وسایل و سیستم‌های فشرده‌ایی كه از ‏BioMEM‏‌ها استفاده می‌كنند، به عنوان "آزمایشگاه روی یك چیپ"6 و سیستم‌های تحلیل تمام میكرو‏TAS ) ‎‏ ‏‎µ‎‏ یا ‏‎(micro-TAS ‎‏ 7 نیز شناخته می‌شود. شكل (1) شماتیك رسم شده از قسمت‌های كلیدی حوزه‌های تحقیقاتی را نشان می‌دهد.‏
منبع: www.dezmed.com

 

[جینگیلبرت]

بیوسنسورها(سنسورهای دمایی):

اندازه گیریهای متعددی در ارتباط با انرژی حرارتی سیستم بیولوژیک قابل انجام است.اینها شامل دما،هدایت گرمایی و تشعشع گرمایی هستند.از بین اینها، اندازه گیری دما به طور معمول انجام می شود. دما متغییری فیزیولوژیک است که کیلینیکی اهمیت دارد و یکی از 4 علامت حیاتی اساسی است که در تشخیص کلینیکی بیماران مورد استفاده واقع می شود.
سنسور، مهم ترین جزء یک سیستم اندازه گیری دما است. در واقع یک ابزار دقیق اندازه گیری دما، دمای سنسور را نشان می دهد از این رو، مشکل موجود در اندازه گیریهای پزشکی دما، نگهداشتن سنسور دما دردمای فیزیولوژیکی مورد اندازه گیری است. آسان ترین راه انجام این کار نگهداشتن سنسور دما در تماس مستقیم با ساختاری است که دمایش اندازه گیری می شود. با این حال، این به تنهایی کافی نیست چرا که سنسور دما ممکن است دمای بافت در تماس با خود را تغییر دهد. مثلاً، چنانچه سنسور در ابتدا دمای کمتری نسبت به بافت اندازه گیری شونده داشته باشد زمانی که در تماس مستقیم با آن بافت قرار می گیرد، گرما از بافت به سنسور دما جریان می یابد. اگر انرژی گرمایی هدایت شده به داخل بافت یا انرژی گرمایی تولید شده به روش های متابولیک در بافت، نتوانند جای آن گرما را بگیرند، قرار دادن سنسور دما در تماس مستقیم با بافت آن را سرد می کند و در نتیجه دما غلط قرائت می شود به این دلیل، جرم مٶثر گرمایی سنسور دما همواره باید بسیار کمتر از جرم مٶثر گرمایی بافت مورد اندازه گیری باشد. از این گذشته، مهم است که مقاومت گرمایی بین سنسور واقعی و بافت مورد اندازه گیری حتی الامکان کم باشد.
سنسورهای معمول دما که در ابزارهای دقیق مهندسی پزشکی مورد استفاده اند عبارتند از:
1- ترمیستور 2- سنسورهای دمای مقاومت سیمی فلزی 3- ترموکوپل 4- نیمه هادی اتصالpn5- مواد حساس به دما مانند کریستال های مایع که خواص فیزیکیشان را دما تغییر می دهد. از بین این موارد، ترمیستور معمول ترین سنسور دما در اندازه گیری مهندسی پزشکی است. این سنسور از اکسیدهای فلزی نیمه هادی تشکیل یافته است که به اندازه ها و اشکال فیزیکی متنوعی درآورده می شوند. این اشکال از ترمیستورهای قیطانی خیلی کوچک که کروی هستند و قطرهایی به کوچکی mm1 دارند، گرفته تا دیسک های مسطح بزرگی که دارای قطر چند سانتی متر است، تنوع دارند.الکترودها و سیم های رابط، تماس الکتریکی با ماده ترمیستور را فراهم می نمایند و مقاومت الکتریکی ترمیستور از طریق این تماس ها اندازه گیری می شود. مقاومت الکتریکی مواد نیمه هادی با افزایش دما کاهش می یابد. مواد ترمیستوری را طوری ساخته اند که تغییر در مقاومت در محدوده دمایی موردنظر به حداکثر برسد و در همان حال حد بالایی از پایداری الکتریکی داشته باشند تا از تغییرات مقاومت در اثر دیگر منابع، یا به طور ساده با کهنه شدن خود ماده، جلوگیری شود. رسیدن به چنین خواصی، ساده نیست و از این رو فرمولاسیون واقعی مواد مختلف ترمیستوری که توسط تولیدکنندگان مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین فرایندی که جهت پایدار نمودن خواص الکتریکی آنها استفاده می شود به دقت سرّی نگه داشته می شوند.
دماسنج الکترونیکی کلینیکی مثالی از یک ابزار دقیق اندازه گیری دما مبتنی بر ترمیستور است. سنسور این ابزار دقیق از یک پروب تشکیل شده که یک ترمیستور دارد. طراحی این پروب، عامل مهمی در عملکرد کل ابزار است. جرم پروب و ترمیستور باید کم باشد تا پاسخ زمانی سریعی بدهد، در عین اینکه پروب باید محکم باشد تا قدرت تحمل استفاده مکرر را داشته باشد. بنابراین یک ترکیب مهندسی ضروری است چرا که این دو نیازمندی معمولاً با هم مخالف هستند. از این گذشته، چنانچه ابزار دقیق برای افراد مختلف بکار رود، تمیز کردن و استریلیزه نمودن پروب بعد از هر بار استفاده عملی نیست. پس یک پوشش حفاظتی استریلیزه و یکبار مصرف پروب را می پوشاند که برای استفاده هر بیمار عوض می شود. همچنین این پوشش باید جرم گرمایی کم و هدایت گرمایی بالا داشته باشد تا از خراب شدن پاسخ زمانی ابزار جلوگیری نماید. همچنین باید محکم باشد تا گسیختگی که عملکرد آن را از بین می برد روی پروب قرار گیرد.
هدف مدار الکترونیک پردازش سیگنال در این ابزار دقیق تبدیل مقاومت الکتریکی ترمیستور به ولتاژ مرتبط با دمای آن و آماده سازی این ولتاژ برای وسیله قرائت که معمولاً یک صفحه دیجیتالی نمایش دهنده دما است، می باشد. یک مدار پل و تستون نامتعادل که یک ضلع آن را ترمیستور تشکیل می دهد، این هدف را محقق می کند. چنانچه چنانچه پل به طور مناسب طراحی گردد، غیرخطی بودن ولتاژ خروجی پل و تستون به عنوان تابعی از مقاومت می تواند غیرخطی بودن ترمیستور را در یک محدوده دمایی معین(حداکثر تا 40 درجه سانتی گراد) جبران کند، طوری که ولتاژ خروجی پل رابطه خطی با دما داشته باشد. بقیه مدار الکترونیکی باید این سیگنال را طوری مقیاس دهی کند که خروجی دستگاه عدد صحیح را که با دمای مورد اندازه گیری مطابق است نشان دهد.
کارایی دیگری که در بعضی دماسنجهای الکترونیکی هست، مداری است که نشان می دهد چه زمان سنسور دما به تعادل رسیده است تا دما خوانده شود. چنین مداری هر ثانیه دما را بررسی می کند و قرائت نهایی را با چند تای قبلی مقایسه می کند. اگر اختلافها کمتر از 1/0 سانتی گراد باشد، دما ثابت درنظر گرفته می شود و به اپراتور گفته می شود که می تواند دما را بخواند، این کار معمولاً با یک بوق کوتاه انجام می شود.
دیگر ابزارهای دقیق دما که قبلاً ذکر شد همگی براساس همین نوع ابزار دقیق هستند، چون اندازه گیری رسانایی گرمایی، شار گرمایی و تشعشع شامل انجام اندازه گیری اهی دمایی است. این سیگنال را طوری پردازش می کنند که کمیت موردنظر را براساس طرح سنسور ارائه دهد.
www.dezmed.com

 

[جینگیلبرت]

بیوسنسورها (سنسور نیرو):

سنسورهای نیرو در بسیاری از اندازه گیری های فیزیولوژیکی مفید هستند که شامل روشهای آزمایشگاهی اندازه گیری الکترونیکی برای اندازه گیری وزن بدن ،نیروی گرفتن چیزی(grasping force )،انقباض ایزومتریک ماهیچه و تحلیل راه رفتن است.روش معمول اندازه گیری نیرو تبدیل نیرو به یک جابجایی کوچک و اندازه گییری آن جابجایی است.
برای مثال یک ترازوی الکترونیکی،اساسا سکویی است که بر یک سلول بار قرار میگیرد و در در شکل نشان داده شده است. بخش اساسی سلول بار عنصری است که با اعمال نیرو تغیر شکل میدهد.این تغیر شکل که با مبدل جابجایی اندازه گیری می شود،رابطه ای تکرار پذیر و ترجیحا خطی با نیروی اعمالی دارد.

در شکل دوم چنین ساختاری نشان داده شده است در اینجا میله یکسرگیردار از یک سر به پایۀ ترازو و از سر دیگر به بالابر متصل است. با اعمال نیرو از طریق قرار دادن یک وزنه بر روی بالابر، میلۀ یکسر گیردار خم می شود. بنابراین سطح بالایی میله کمی بیشتر می شود، در حالی که سطح پایینی آن تا حدی فشرده می شود .
یک کرنش سنج نیمه هادی می تواند این تغییر کم در طول سطح بالایی یا پایینی را ردیابی کند که در این مثال، به سطح پایینی وصل است.

اصل و مبنای کار کرنش سنج های نیمه هادی تا حدی شبیه کرنش سنج جیوه ای است.(در توضیح کرنش سنج جیوه ای میتوان گفت یکی از ساده ترین روشهای اندازه گیری تغییرات حجم خون در یک عضو استفاده از جیوه در کرنش سنج های لاستیکی سیلیکانی (silicon (rubberاست.ساختمان اصلی این کرنش سنج شامل یک دیواره نازک و لوله لاستیکی سیلیکانی با قطر کوچک است که با جیوه پر شده است. توپی های فلزی متصل به سیم های اتصال در انتهای لوله قرار داده می شوند ، به طوری که بطور مستقیم با جیوه در ارتباط هستند . در حجم سنجی با مسدودیت وریدی که از کرنش سنج های جیوه ای استفاده می کنند ، بجای تغییر حجم ، تغییر محیط اندازه گیری می شود . )

به جزء این که نوع جیوه ای را می توان در جابجایی های خیلی بزرگتر نسبت به نوع نیمه هادی استفاده کرد . از طرف دیگر ، نوع نیمه هادی حساسیت بسیار بالاتری دارد . به این معنی که مقاومت آن برای یک جابجایی کوچک که یکسان نسبت به نوع جیوه ای تقریباً 40 برابر بیشتر تغییر می کند . کرنش سنج های نیمه هادی همچنین به میزان قابل ملاحظه ای از نوع جیوه ای کوچکتر هستند و با استفاده از تکنولوژی مدار مجتمع می توان آنها را به صورت انبوه تولید نمود .
تغییر در مقاومت کرنش سنج نیمه هادی متناسب با میزان کرنش ، یعنی تغییر طول در واحد طول آن ، است که به نوبۀ خود با میازان انحراف میلۀ یکسر گیر دار متناسب است .
کرنش روی سطح میله متناسب با این انحراف است . بنا براین سیگنال الکتریکی که از کرنش سنج می آید را می توان مستقیماً متناسب با وزن روی سکو کرد . بعد می توان روی این سیگنال پردازش الکترونیکی انجام داد و آن را مورد استفاده قرار داد تا به عنوان مثال وزن به صورت دیجیتال یا آنالوگ خوانده شود .
این نوع ترازوهای الکتریکی را می توان به صورت یک وسیلۀ مصرفی برای استفادۀ خانگی که قدرت تفکیکی برابر یک پند دارند گرفته تا ترازوی حساس آزمایشگاهی با قدرت تفکیک کسری از میلی گرم مورد استفاده قرار داد .

www.dezmed.com

 

[جینگیلبرت]

کوارتز کریستال میکرو بالانس QCM

یکی از مهمترین بیو سنسورهای مدرن است که در تشخیص بسیاری از آثار زیستی استفاده میشود.

Specifications
1.10MHz QCM
2.Applied to biotechnology and electrochemical analysis e.t.c
3.Other could called:EQCM/PQCM/QCM
4.Manufacturer

QCM Sensors AT quartz sensors for biosensor aplications in liquid. Normally we use 14mm blanks AT cut quartz , polished with simetrical electrodes, Cr/Au electrodes.

For liquid we manufacture special cells for only one face of the sensor to be in contact with the liquid medium. We make a layer of antibodies on one face of the electrodes and then we monitor the mollecular interaction. This aplication is similar to the one of coating the electrode, for example with a special polymer and to monitor the increase in mass asociated to the absorption of a gas.

We find different crystals our customers use, normally the typical blank for them is 14mm and the electrode mask is 5mm. However other configurations are possible as it is the case of Q-Sense or Maxtek sensors (the ones with anchor configuration electrodes in the slide, which are from 1 inch). I think that your crystals of reference AC5AD25 could be used for this appications as well.

Product Series	Quartz Crystal Microbalance
Model	AC5AD25
Electrode Material	Au/Cr
Marking Frequency	5.000MHz
Nominal Frequency	4.983MHz
Crystal Diameter	1 inch (25mm)
Adjustment Tolerance	±5KHz@25°C
Crystal Cutting	AT-CUT
Oscillation Mode	Basic
Resonance Resistance	≤15Ω
Operating Temperature	25°C~+75°C
Storage Temperature	-20°C~+85°C
Storage Humidity	RH 30%-50%
Packing	1 pcs / box (vacuum package)
Appearance	Two sides

http://www.alibaba.com/product-gs/428313113/10MHz_biosensor_in_researching_analysis_QCM.html
​