به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، حسگرهای زیستی به طور گسترده در کاربردهای مختلف، از تشخیص پزشکی گرفته تا پایش محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده گسترده و مستمر آن‌ها روش‌های بازسازی را برای اطمینان از مقرون به صرفه بودن و پایداری ضروری می‌کند. در حوزه پیشرفت بیوالکترونیک انسان محور برای نظارت مستمر، استفاده از این حسگرها برای تشخیص بیومارکرها در زمان واقعی یک چالش قابل توجه است. این بررسی کوچک، استراتژی‌های مختلفی را که برای بازسازی حسگرهای زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بررسی می‌کند، آن‌ها را بر اساس مکانیسم‌های زیربنایی آن‌ها دسته‌بندی می‌کند و در مورد کارهای نماینده بحث می‌کند. محققان روش‌هایی از مهندسی سطح/عملکردی‌سازی مجدد، درمان‌های شیمیایی، تنظیم آلوستریک گیرنده‌های زیستی، تا دستکاری میدان‌های الکتریکی/مغناطیسی را بررسی کرده، و اصول کار و مطالعات نمونه‌ای را برجسته کردند. مزایای هر روش، مانند سادگی، راندمان بازسازی بالا، و تطبیق پذیری، در کنار چالش های آن‌ها، از جمله تخریب در طول چرخه، کاربرد محدود، و آسیب احتمالی به حسگرها مورد بحث قرار می‌گیرد. از آنجایی که تقاضا برای حسگر زیستی مداوم و بلادرنگ افزایش می‌یابد، توسعه استراتژی‌های بازسازی کارآمد و قابل اعتماد ضروری می‌شود.
مقدمه
در طول چند دهه گذشته، فناوری‌های سنجش زیستی شاهد پیشرفت‌های قابل‌ توجهی در طیف وسیعی از کاربردها بوده‌اند که شامل حوزه‌های پزشکی، آزمایش مواد غذایی، نظارت بر محیط‌زیست و کنترل فرآیند در زمینه‌های تحقیقاتی و صنعتی می‌شود. یک هدف مشترک که در زمینه‌های متعدد مشترک است. به دنبال شناسایی مداوم، زمان واقعی و کم هزینه آنالیت‌های هدف در تنظیمات مختلف است. تکنیک‌های سنجش زیستی مرسوم، مانند الکتروفورز مویرگی (CE)، کروماتوگرافی گازی (GC)، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) و طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، نیاز به تجهیزات متمرکز، پرسنل بسیار ماهر برای عملیات، و بالا را دارند. معرف‌ها و مواد تحلیلی درجه یک، که منجر به هزینه‌های عملیاتی قابل‌توجهی می‌شود. برای این منظور، حسگرهای زیستی به‌عنوان راه‌حلی پدید آمده‌اند که دسترسی، کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن را در تشخیص مستمر آنالیت در طیف وسیعی از برنامه‌ها و تنظیمات به طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.
مهندسی الکترود - عملکرد مجدد پس از استفاده
یک بیوسنسور معمولی از دو جزء اصلی تشکیل شده است: یک مبدل سیگنال و یک رابط الکتروشیمیایی با گیرنده‌های زیستی. تغییرات در هر یک از این عناصر می‌تواند بازسازی سنسور را تسهیل کند. مبدل، به ویژه، می‌تواند برای تمیز کردن آسان و عملکرد مجدد پس از هر بار استفاده طراحی شود و رویکردی ساده برای بازسازی ارائه دهد. یک مطالعه اخیر روش جدیدی را معرفی می‌کند که حسگرهای زیستی مبتنی بر میل الکتروشیمیایی را با تراشه‌های میکروسیال ترکیب می‌کند، که اندازه‌گیری بیومارکرهای زیستی را در زمان واقعی و غیرتهاجمی مستقیماً در تنظیمات ارگان روی یک تراشه از طریق عملکرد میکروالکترود درون خطی، تشخیص نشانگر زیستی و حسگر امکان‌پذیر می‌سازد.
بازسازی توسط نور و گرما فعال می‌شود
از سوی دیگر، با اصلاح و طراحی گیرنده‌های زیستی نیز می‌توان به بازسازی دست یافت. با آزاد کردن آنالیت‌های هدف، حسگر می‌تواند عملکرد خود را بازیابی کند. روش عملی دیگر برای بازسازی حسگر شامل دستکاری نیروهای بین مولکولی و درون مولکولی از طریق محرک‌های خارجی مانند گرما و نور است. این منابع انرژی خارجی برای شکستن پیوندهای شیمیایی بین گیرنده زیستی و آنالیت به کار می‌روند و در نتیجه گیرنده زیستی را برای تشخیص بعدی آزاد می‌کنند. به طور خاص، این مفهوم در سنجش زیستی با واسطه آپتامر با اعمال اهرم ویژگی‌های سازگار توالی‌های الیگونوکلئوتیدی به کار گرفته شده است: که از DNA یا RNA تک رشته‌ای (ssDNA/RNA) مشتق شده‌اند، آپتامرها توانایی منحصربه‌فردی را برای تا شدن به پیکربندی‌های سه‌بعدی ثانویه و پیچیده نشان می‌دهند. این تطبیق پذیری ساختاری آن‌ها را قادر می‌سازد تا طیف وسیعی از مولکول‌های هدف را با ویژگی استثنایی تشخیص دهند.
بازسازی توسط مواد شیمیایی فعال می‌شود
مفهوم تنظیم میل ترکیبی بین گیرنده‌ها و آنالیت‌ها نیز در استفاده از مواد شیمیایی مرتبط است. این رویکرد به آزادسازی آنالیت با کاهش میل اتصال یا تسهیل تغییر ساختاری که آنالیت را خارج می‌کند، کمک می‌کند. استفاده از هیدروکسید سدیم (NaOH) یک روش متداول برای شستشوی مولکول‌های هدف از رابط حسگر است که نشان داده شده است که در حذف پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، مخمرها، قارچ‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها از سیستم‌های کروماتوگرافی موثر است. حسگرهای زیستی مبتنی بر نانولوله کربنی تک جداره (SWCNT) مجهز به آنتی بادی‌های ضد یرسینیا برای تشخیص Y. enterocolitica، استفاده از محلول 100 میلی مولار NaOH این حسگر زیستی را قادر می‌سازد تا به طور موثر تا پنج بار استفاده مجدد شود. یک مطالعه تحقیقاتی دیگر یک بیوسنسور DNA الکتروشیمیایی قابل بازسازی را توصیف می‌کند که از ترکیبی از میکروکره‌های اکریلیک و نانوذرات طلا پوشیده شده روی یک الکترود چاپ شده با صفحه نمایش استفاده می‌کند.
بازسازی توسط میدان الکتریکی فعال شده است
اگرچه روش‌های مبتنی بر حرارت مؤثر نشان داده شده‌اند، اما خطر مخدوش کردن بالقوه یکپارچگی ساختاری حسگرها را به همراه دارند. از سوی دیگر، رویکردهای شیمیایی ممکن است باقیمانده‌های آلوده‌کننده را به الکترودها وارد کنند، در نتیجه تنوع بیشتری در مبدل‌ها در طول چرخه‌های بازسازی ایجاد می‌کنند. به عنوان یک جایگزین، مطالعات اخیر همچنین بازسازی حسگرهای زیستی را از طریق روش‌های الکتروشیمیایی مستقیم، که در آن دفع کاهشی گونه‌های سطحی با اعمال پتانسیل الکتریکی به سطح حسگر انجام می‌شود، مستند کرده‌اند. این پتانسیل، که می‌تواند جاروبر یا ثابت باشد، یک نیروی دافعه برای دفع آنالیت اعمال می‌کند یا یک واکنش اکسیداسیون را تسهیل می‌کند و به طور موثر آنالیت را از سطح حسگر حذف می‌کند.
به طور خلاصه، این بررسی طیف گسترده‌ای از استراتژی‌ها را برای بازسازی حسگرهای زیستی مورد بحث قرار می‌دهد که شامل هر جنبه‌ای از روش‌های عملکردی مجدد گرفته تا تکنیک‌های تخصصی اعمال شده برای رابط‌ها/عناصر شناسایی زیستی خاص است. با توجه به تاکید فزاینده بر پایش طولانی مدت نشانگرهای زیستی در بیو سیالات، رویکردهایی که امکان بازسازی درجا رابط زیست حسگر را فراهم می‌کنند، مزایای مشخصی را ارائه می‌دهند. برای این منظور، در حالی که چندین استراتژی بازسازی موفق در متون وجود دارد، توجه به‌ویژه بر روی روش‌هایی متمرکز می‌شود که نیاز به مهندسی مجدد گسترده را از بین می‌برند و از شرایط سخت اجتناب می‌کنند. مطالعات اخیر، که در این بررسی مورد بحث قرار می‌گیرد، نوید قابل توجهی برای دستیابی به هدف بیان شده دارد. این مطالعات شامل تنظیم آلوستریک آپتامرهای حساس به pH، بازسازی مبتنی بر میدان الکتریکی حسگرهای زیستی مبتنی بر MIP و کنترل میدان مغناطیسی برای اتصال برگشت پذیر و حذف گیرنده‌ها است. با این حال، تعیین شرایط بهینه بازسازی به دلیل تغییرات بسته به حسگرهای زیستی خاص و آنالیت‌های هدف پیچیده است. دستیابی به تعادل شرایط بازسازی برای حفظ عملکرد حسگرها / مبدل‌ها و حساسیت در برنامه‌های مختلف ضروری است.
پایان مطلب/