۳-۲-۱ مبدلهای مورد استفاده برای توسعه ی بیوسنسورها

بیو سنسورها را می توان بر اساس واحد بیولوژیکی و المان انتقالی آنها تقسیم بندی کرد.المان های بیولوژیکی شامل آنزیم ها،میکروارگانیسم ها و ارگانل ها هستند.وقتی واحد حسگر دچار تغییر شود ویا در محیط اطراف خود تغییری احساس کند پالس مورد نظر به واحد پردازنده و قسمت انتقالی می رسد. در سنسورهای مختلف ارتباط این قسمت ها با هم به روش های گوناگونی برقرار میشود.یکی از این روش ها استفاده ازفیبر نوری است.
وقتی این برهم کنش بین بافت و حسگر به ایجاد واکنش شیمیایی منجر شود میتوان از این سنسورها به عنوان یک وسیله ی تحلیل یا مشاهده و ثبت فرایند استفاده کرد.بر همین اساس فرایند انتقال داده هانیز متفاوت خواهد بود.باید شرایطی را فراهم کرد که داده های به دست آمده بدون کمترین اتلاف به مرحله ی ثبت و پردازش برسند.این راه ارتباطی می تواند حامل اطلاعات انتخابی (هوشمند) و یا تصادفی باشد.به علاوه محافظت از حسگر در مقابل تنش های مکانیکی و شارژ مجدد آن نیز بر عهده ی این بخش است.
۳-۲-۲ واحد حسگر
آنزیم ها ،پروتئین هایی با توانایی عمل بالا و البته انتخابی برای هدف های گوناگون هستند.دسترسی مناسب به آنها در درجات خلوص بالا باعث رشد فزاینده ی استفاده از سنسورهایی شده است که از آنزیم ها به عنوان حسگر استفاده می کنند.محدودیت های اصلی استفاده از آنها PHمحیط مورد استفاده،تنش های یونی،عوامل شیمیایی مزاحم و نوسانات دمای محیط هستند.اغلب این مواد در دمایی بالاتر از ۶۰۸ درجه ی سانتی گراد اثر خود را از دست می دهند. به علاوه سیگنال های به دست آمده از این حسگرها نیز به علت ضعف دامنه با ایجاد نوسانات دمایی در سیستم انتقال اطلاعات دچار گسستگی و پراکندگی می شوند.اغلب این آنزیم ها پس از استفاده در بیو سنسورها اکسید می شوند.یعنی با اکسیژن غیر محلول موجود ترکیب شده و پراکسید هیدروژن تشکیل می دهند.همچنین در سطح مقطع بخش انتقالی واکنش هایی ایجاد می کنند. یکی ا ز مهمترین دلایل استفاده از فیبر های نوری در سنسورها جلوگیری از این گسستگی اطلاعات و انجام واکنش های ناخواسته است.
آنتی بادی ها:
این مواد پروتئین هایی هستند که رفتار انتخابی ندارند.و از لنفوسیت های نوع B در حضور ساختارهای آنتیژنیک ساخته می شوند.بنابر این برای محیط های مورد استفاده یک ساختار و عامل خارجی محسوب می شوند.مولکولهایی با ابعاد بزرگتر از ۱۰Kda میتوانند با این ساختار برهم کنش کنند ولی مولکولهای کوچکتر مانند پروتئین ها و استرودیودها به این روش پاسخ مناسبی نمی دهند.این مواد به شدت استرس پذیر بوده و با سطح مقطع قسمت ا نتقالی پیوند هایی به شکل اسیدهای آمینه و کربوکسیل الدهید ها تشکیل می دهند.
محدودیت های استفاده از این حسگرها نیز مانند آنزیم هاست.به علاوه باید از تشکیل دوباره ی این پیوند ها به علت کاهش PHروی سطح انتقال دهنده جلوگیری کرد.این حسگرها با هر د نوع انتقال دهنده ی نوری و آکوستیکی قابل کاربرد هستند.در جدول زیر خلاصه ای از بعضی المان های بیولوژیکی و ساختارهایی که برای کالیبره کردن بیوسنسورها مورد استفاده قرار می گیرد آورده شده است.

۳-۳ بخش های مختلف یک بیو سنسور فیبر نوری
روش فیبر نوری یا انتقال اطلاعات به دست آمده از این طریق در تعداد زیادی از کاربردهای مترولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرد.روش های عمومی مانند تداخل سنجی در فضای آزاد و اسپکتروسکوپی نمونه هایی از این موارد هستد.این نوع از مشاهدات فضای باز بیشتر برای تشخیص عیوب و نواقص کاربرد دارند.میتوان این روش ها را با حسگر های مورد مطالعه ترکیب کرده و مثلا روشی برای تشخیص عیوب ساختاری هدف هایی مانند DNAپیشنهاد کرد.استفاده از موجبر ها برای این منظور مزایایی را برای حفظ کیفیت پرتو و امکان هدایت آن به فواصل دورتر را فراهم می سازد.اندازه گیری به این روش دقیق تر و با عدم قطعیت کمتری صورت می گیرد. همانطور که گفته خواهد شد با انجام محاسبات اپتیکی سرراست میتوان پارامترهای مهم در استفاده از موجبر ها و فیبر های نوری را استخراج و تحلیل کرد.
همانطور که گفته شد استفاده از فیبر های نوری در ابتدا برای انتقال داده های مخابراتی رایج شد بنابر این مواردی مانند کیفیت پرتو و نوفه های ایجاد شده و همچنین ضریب SNRدر آنها رعایت شده است. موضوع باقی مانده محاسبه ی زمان پرواز یا زمان تاخیر در این سنسورهاست که باید باتوجه به نوع حسگر و فاکتور DLبرای انواع مختلف سنسورها تعیین و تحلیل شود.
به هر حال نتایج توسعه ی روش های با کیفیت الکترونیک نوری تاثیر زیادی در انتقال اطلاعات در بیوسنسورها دارد.دلایل اصلی استفاده از موجبرها در بیوسنسورها عبارتند از:
۱-استفاده از روش های غیر الکتریکی برای عملکرد سیستم.این گزینه علاوه برکنترل پذیر کردن فرایند اندازه گیری ایمنی انتقال اطلاعات را نیز تضمین میکند.به علاوه نسبت های فرکانسی و ضریبSNRکنترل شده و برهم کنش های ناخواسته ی الکترومغناطیسی حذف می شود.
۲-اندازه ی کوچک،وزن کم و انعطاف پذیری زیاد.این گزینه امکان دسترسی و اندازه گیری در نواحی دور از دسترس را فراهم می کند.
۳- امکان استفاده در محیط های یونی و خورنده ی شیمیایی. این گزینه مهمترین دلیل استفاده از این روش در بیوسنسورهای مورد استفاده در ترکیبات حساسی مانند خون است.
۴-ارتباط آسان با سایر سیستم های انتقال اطلاعات نوری به عنوان منبع،حافظه یا کانال ارتباطی.
۳-۳-۱ منبع نور
منابع نوری گسترده و متنوعی برای استفاده در بیوسنسورها پیشنهاد می شود.از مهمترین آنها میتوان به دیود لیزرهای نیمه رسانا و گازی با نور همدوس اشاره کرد.همچنین استفاده از لامپ هایIN CANDESCENTبا پهنای طول موجی گسترده نیز رواج زیادی دارد.اخیرا استفاده از LEDها ی حالت جامد با پهنای باند کوتاه نیز رایج شده است.پایداری مهمترین عامل انتخاب منبع نور است.البته ایجاد طول موج های قابل تعیین و کالیبره پذیر بودن سیستم نیز بسیار اهمیت دارد. در اندازه گیری های امروزی همزمان چند پرتو با طول موج های مختلف ارسال و اندازه گیریهای مختلف انجام می شود.در بعضی از کابرد های به عنوان مثال دستگاه های پرتابل LED ها نتایج بهتری به دست می دهند چرا که اولا کوچک و ارزان قیمت تر هستند و در ثانیا مصرف انرژی کمتری دارند و طول موج های انتخابی ایجاد می کنند. مهمترین دلیل استفاده از آنها پیشرفت تکنولوژی ساخت آنها همپای پیشرفت های فیبر نوری و موجبرهای اپتیکی است.در عوض لامپهای تنگستن طول موج های وسیعی ایجاد می کنند و البته شدت بیشتری نیز دارند.هرچند که این لامپ ها پایداری بهتری دارند اما نیازمند یک منبع تغذیه ی قوی بوده و و حرارت ناشی از آنها باعث ایجاد محدودیت هایی در اندازه گیری و کارکرد سایر قطعات می شود.