سنسور هایی از نوع ذرات بیولوژیک
در سالهای اخیر کاربردهای زیست فناوری و پزشکی فناوری میکرو ونانو (که معمولا از آن به عنوان سیستم‌های میکروی الکتریکی مکانیکی پزشکی یا زیست فناوری(BioMEM) 1 نام برده می‌شود) به‌صورت فزاینده‌ای رایج شده است و کاربردهای وسیعی همچون تشخیص و درمان بیماری و مهندسی بافت پیدا کرده است. در حین این که تحقیقات و گسترش فعالیت در این زمینه هم چنان به قوت خود باقی است، بعضی از این کاربردها تجاری هم می‌شود. در این مقاله پیشرفت‌های اخیر در این زمینه را مرور کرده و خلاصه‌ای از جدیدترین مطالب در حوزه BioMEM را با تمرکز روی تشخیص و حسگرها ارائه می‌شود.
بیوسنسورها
در کاربردهای بسیاری در پزشکی، تحلیل محیطی و صنایع شیمیائی نیاز به روشهایی جهت حس کردن مولکولهای زیستی کوچک وجود دارد. حس‌های بویایی و چشایی ما دقیقا همین کار را انجام می‌دهد و سیستم ایمنی بدن میلیونها نوع مولکول مختلف را شناسائی می‌کند. شناسائی مولکولهای کوچک تخصص بیومولکولها 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 که المان شناساگر هدف خودش را پیدا می‌کند. اغلب المان شناساگر تحت تاثیر منبع زیست فناوری تغییر نمی کند. مشکل اصلی در این کار طراحی یک واسطه مناسب به یک 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، یکی از زمینه‌های بسیار موفق در بیوفناوری است. شاید آشناترین مثال تست ساده‌ای است که برای تعیین گروه خونی استفاده می‌شود.
بوسنسورهای گلوکز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار است. بیماران مبتلا به دیابت نیاز به شیوه‌های مرسوم جهت پایش سطح گلوکز خود دارد. سنسورهای قابل کاشت و غیر تهاجمی در حال توسعه است، اما در حال حاضر در دسترس‌ترین شیوه بیوسنسور دستی است که یک قطره از خون را تحلیل می‌کند.
بیوسنسورها(سنسور های 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- سنسور های 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.