حسگر زیستی یا بیوسِنسور (به انگلیسی: Biosensor) نامِ گروهی از حسگرها است که به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا بتوانند تنها با یک مادهٔ خاص واکنش نشان دهند. نتیجهٔ این واکنش به صورتِ پیام‌هایی در می‌آید که یک ریزپردازنده می‌تواند آن‌ها را تحلیل کند. این حسگرها مختلفند اما جدای از نوعشان، همگی دارای ساز و کاری مشترک‌اند و در مسیرِ سالهای اخیر پیشرفت‌های زیادی در عرصه‌های گوناگون داشته‌اند. طبق تعریف اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و اتحادیه بین‌المللی شیمی محض (به انگلیسی: IUPAC)، حسگر زیستی عبارت است از مجموعه ابزارهایی که با استفاده از واکنش‌های بیوشیمیایی خاصی، به واسطه آنزیم‌های ایزوله، بافت‌ها، سلول‌ها و یا هر عنصر شیمیایی ماده مورد نظر را، معمولاً به صورت الکتریکی، اُپتیکی، و یا گرمایی آشکارسازی می‌کند. حسگرهای زیستی معمولاً برای به دست آوردن غلظت محلولی (گلوکز خون) و بررسی دی‌ان‌ای(به انگلیسی: DNA) به منظور کشف هرگونه نقص ژنتیکی و یا ابتلاء به سرطانها در بدو تولد بکار می‌روند. برای کشف اینگونه اختلالات، در این روش با مقایسه طیف دی‌ان‌ای با طیف ناشی از دی‌ان‌ای دارای نقص در ترتیب، که منجر به ایجاد سرطان می‌شود، از بدو تولد می‌توان از ابتلاء به سرطان و یا سایر بیماریهای ژنتیکی اطلاع یافت. حواس بویایی و چشایی انسان که به شناسایی بوها و طعمهای مختلف می‌پردازد و یا سیستم‌ایمنی‌بدن که میلیونها نوع مولکول مختلف را شناسایی می‌کند، نمونه‌هایی از حسگرهای زیستیی طبیعی هستند.
عملکرد و انواع
- نخستین‌بار مفهوم حسگرهای زیستی، توسط دکتر لیلاند سی. کلارک (به انگلیسی: Dr. Leland C. Clark) در اوایل سالهای ۱۹۶۰ با استفاده از آنزیم‌الکترود (به انگلیسی: Enzyme Electrode) برای اندازه‌گیری غلظت گلوکز، برای بیماران دیابتی؛ توسط آنزیم گلوکز اکسیداز(به انگلیسی: Oxidase) معرفی شد. امروزه نیز بیشترین کاربرد حسگرهای زیستی، در زمینه اندازه‌گیری گلوکوز است اما با پیشرفت‌هایی که در زمینه میکروالکتریک و میکرومکانیک (به انگلیسی: Micromechanics) رخ داده، تمرکز زیادی بر روی سیستم‌های مبتنی بر این دو قرار گرفته است، گاهی تعدادِ حسگرها به بیش از ۱۰۰۰ عدد بر سانتیمتر مربع می‌رسد. با توجه به دقیق بودن اینگونه ابزارها، انتخاب مبدل مناسب و روش مناسب تثبیت دریافتگر زیستی در سطح جامد، موجب افزایش حساسیت و پایداری آن می‌گردد.
- توسعه حسگرهای زیستی از سال ۱۹۶۲ و با ساخت الکترود اکسیژن توسط کلارک در سین سیناتی آمریکا، برای اندازه‌گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این حسگر همچنین بنام سازندهٔ آن گاهی الکترود کلارک نیز خوانده می‌شود. بعداً با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که به اکسیده شدن گلوکز کمک می‌کرد، از این حسگر برای اندازه‌گیری قند خون استفاده شد. بطور مشابه با پوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست در کنار الکترودی از جنس یون ان‌اچ‌فورپلاس(به انگلیسی: NH4 +)، حسگری ساخته شد که می‌توانست میزان اوره در خون یا ادرار را اندازه‌گیری کند. این دو حسگر زیستی از مبدل‌های متفاوتی در بخش تبدیل سیگنال استفاده می‌کردند بطوریکه در نوع اول میزان قند خون با اندازه‌گیری جریان الکتریکی(آمپرومتریک)(به انگلیسی: Amperometric) تولید شده اندازه‌گیری می‌شد و در نوع دوم اندازه‌گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی (پتانسیومتریک)(به انگلیسی: Potentiometeric) ایجاد شده در الکترودها صورت می‌پذیرفت.
- حسگرهای زیستی انواع مختلفی دارند؛ اما جدای از نوعشان، همگی دارای عملکرد یکسانند. هر حسگر زیستی شامل دو بخش اصلی است: بخش نخست، عنصر تشخیص دهنده (به انگلیسی:Recognition Element) است که برقراری پیوند شیمیاییِ باهدف را، توسط لیگاند(به انگلیسی: Ligand) میسر می‌سازد و دومین بخش، انتقال‌دهنده(به انگلیسی: Transducer) نام دارد، وظیفه این بخش تبدیل سیگنال‌های دریافت شده است. حسگرهای زیستی دارای دو نوعِ اساسی حسگرهای مستقیم و غیرمستقیم اند.
- در حسگرهای زیستیِ مستقیم، هدف بدون هیچ واسطه‌ای با لیگاند پیوند برقرار کرده و شناسایی می‌شود. اما در حسگر غیرمستقیم، این کار توسط یک عنصر واسطه انجام می‌گیرد. سرعت و سادگی حسگرهای مستقیم نسبت به غیرمستقیم بیشتر است، قابلیت استفاده در حالت غیرمستقیم و اندازه‌گیری تغییرات فیزیکی (خواص اپتیکی، الکتریکی و شیمیایی) از دیگر کاربردها و مزایای نوع مستقیم آن است. عملکرد حسگرهای زیستی نیز به دو نوعِ دیگرِ اپتیکی و مکانیکی بخش‌بندی می‌شود، از انواع اپتیکی آن می‌توان به اس‌پی‌آر یا تشدید کننده پلاسمون سطحی(بهانگلیسی: Surface plasmon resonance (SPR)) اشاره کرد. سامانه میکرو الکترومکانیکی(به انگلیسی: Microelectromechanical systems (MEMS)) از نوع مکانیکی آن است، برخی از این سامانه در ابعاد نانو نیز کاربردهای فراوانی دارند.
فهرست مطالب:
تعریف بیوسنسور
اصول حسگر
بلوک دیاگرام بیوسنسور
آنالیت
عناصر بیولوژیکی
تقسیم بندی عناصر بیولوژیکی
آنزیم
مزایا و معایب آنزیم ها
آنتی بادی ها
مزایا و معایب
نوکلئیک اسید
گیرنده ها
روش های تثبیت اجزای بیولوژیکی
میکروکپسولاسیون
محبوس سازی
پیوند عرضی
پیوند کووالانسی
مبدل
انواع مبدل
مبدل های الکتروشیمیایی
پتانسیومتریک
آمپرمتریک
کالریمتریک
اثر میدان
کاربرد بیوسنسور در صنایع غذایی
کاربرد در صنایع پزشکی
پانکراس مصنوعی
تنیجه گیری
پاورپوینت با عنوان مبانی حسگرهای زیست (بیوسنسور ها) در 52 اسلاید
