books carbon nanotubes as biosensors

مستشعرات الجلوكوز الحيوية

تم تصنيع مستشعرات البلازما- الأنابيب النانوية الكربونية البوليمرية الأمبيرومترية الحيوية. حيث تم تصنيع مستشعرين إنزيمين أمبيرومترين حيويين. حيث كان لأحدهما أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار، في حين كان للآخر أنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران، وعلى الرغم من ذلك، فقد تم دمج أغشية الإنزيم البوليمرية الرقيقة في كليهما. تم غمس أكسيديز إنزيم الجلوكوز (enzyme glucose oxidase) وغشاء أنبوب نانوي كربوني مع أغشية الإنزيم الرقيقة البوليمرية للأسيتونتريل بسمك 10 نانومتراً. هذا وقد تم إيداع طبقةٍ من أغشية الإنزيم البوليمرية الرقيقة على قطب الذهب. وبهدف تسهيل الاتصال الكهروكيميائي فيما بين طبقة الأنبوب النانوي الكربوني وأكسيديز إنزيم الجلوكوز، حيث تم معالجة الأنابيب النانوية الكربونية ببلازما الأكسجين. وقد أظهر الجهاز مع الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار حساسيةً أعلى من تلك التي تستعرضها الأنابيب النانويوة الكربونية متعددة الجدران. وأظهر مستشعر الجلوكوز الحيوي حساسيةً فائقةً (حساسيةً تقٌدَر بـ 40 µA mM-1 cm-2، معامل ارتباط 0.992، ومدى استجابة خطية يتراوح من 0.25 – 1.9 mM، وحد اكتشاف يصل إلى 6.2 µM عند S/N = 3، +0.8 V ضد Ag/AgCl)، واستجابة سريعة (<4 ثوانٍ في معدل وصول 95% من اأقصى استجابة). ويعزو هذا الأداء المرتفع إلى حقيقة أن للأنابيب النانوية الكربونية نشاطاً كهرومحفزاً ويزيد من نقل الإلكترون، وأن أغشية الإنزيم البوليمرية الرقيقة و/أو عملية البلازما الخاصة بالأنابيب النانوية الكربونية هي عبارة جميعاً عن رصيفٍ وددودٍ للإنزيمات، وثمال ذلك تصميم واجهة التفاعل فيما بين أكسيديز إنزيم الجلوكوز والأنابيب النانوية الكربونية.

مستشعرات اكتشاف الدنا الحيوية

تم تطوير مستشعر الأنبوب النانوي الكربوني الانحيازي الحيوي عالي الحساسية لاستكشاف الحمض النووي (دنا). حيث أن عملية تصميم وتصنيع المستشعرات الحيوية تقوم على الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار الانحيازية ذات شرائط الدنا المدمجة أحادية الضفيرة (integrated single-strand DNAs). وهنا نلاحظ أن المستشعرات الحيوية فائقة الحساسية الاصطناعية وفرت استكشافاً إلكترونياً خالياً من الوسم وتابعاً للوقت الحقيقي لتهجين الحمض النووي فيما بين شريط الدنا المدمج أحادي الضفيرة غير المتحرك السطحي وشريط الدنا المدمج أحادي الضفيرة المستهدف. وقد أسفرت حركيات التهجين فيما بين أزواج نيوكلوتيد قاعدة الدنا أحادي الضفيرة الأنحيازي المستهدف والتكميلي عن توليد شحنة محلية فيما بين الأزواج القاعدية التي تم حقنها إلى داخل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار منتجةً بذلك تغيراً ملموساً في القدرة الموصلية الكهربائية للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار. وقد تم تضخيم وتكبير هذا التغير في القدرة الموصلية كهربائياً عبر دمج الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار الوظيفية على أنه القناة شبه الموصلة في مقحل التأثير الحقلي القائم على أكسيد السيليكون- السيليكون (silicon-silicon oxide based field effect transistor). ووفقاً لحسابات حركيات الدنا السابقة للانغومير، فإن مستوى الحساسية لمستشعر الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار- الدنا تعتبر أعلى من الفلويسينت التقليدي وفحوصات أو تجارب التهجين.

مستشعرات الأنابيب النانوية الكربونية الحيوية معدلة الأقطاب الكهربائية

كما تم تطوير المشتعرات الجرثومية الحيوية القائمة على استخدام أقطاب الأنابيب النانوية الكربونية المعدلة. حيث تم استخدام خلايا زائفة بوتيدا (Pseudomonas putida DSM 50026) كمكونٍ حيويٍ وكان المقياس قائماً على النشاط التنفسي للخلايا المُقّدَّرة من المقاييس الكهروكيميائية. كما كانت الخلايا مثبتةً على الأنابيب النانوية الكربونية معدلة الأقطاب ملصوقة الكربون (carbon paste electrodes) بواسطة بوليمر الأوزميوم المؤكسد (redox osmium polymer). حيث يقوم مكثور (بوليمر) الأوزميوم بشطر الإلكترونات بكفاءةٍ فيما بين إنزيمات الأكسدة الموجودة في حائط الخلية للخلايا وقيقوم كذلك بتعزيز ودعم رابطة مستقرة لسطح القطب الكهربائي. وقد تم بحث تأثير تنوع كميات الأنابيب النانوية الكربونية ومكثور الأوزميوم، في استجابةٍ للجلوكوز، وذلك بهدف الوصول إلى التركيب المثالي للمستشعر. هذا وقد تم اختبار ـأثيرا عامل الآس الهيدروجيني ودرجة الحرارة. وقد اتسم النظام بعد الدراسات التفاؤلية باستخدام الجلوكوز كركيزة. علاوةً على ذلك، فقد تم تجهيز المستشعر الحيوي الجرثومي بواسطة استخدام البكتريا المتكيفة مع الفينول ومن ثم، تتعاير إلأى الفينول. وبعد ذلك، يتم تقديمها إلى كشف الفينول في صورة عينة من مياه الصرف. وقد وجدت الدراسة أن مستشعرات خلايا زائفة البوتيدا الكلية الحيوية القائمة على استخدام بوليمرات الأوزميوم المؤكسد قد تمثل بديلاً جيداً لتحليل الركائز المختلفة مثل الكلوكوز ومواد الغرائب الحيوية في حالة غياب الأكسجين مع الحساسية العالية بسبب كفاءة تجمع الإلكترون السريع بين بوليمر الأوزميوم المؤكسد والخلايا الجرثومية. كما تم توضيح أن استخدام كمياتٍ مثاليةٍ من الأنابيب النانوية الكربونية ووسيط الأوزميوم المؤكسد وفرا حساسيةً أعلى للمستشعر لدعم نقل الإلكترون ضمن بنية المستشعر الحيوي التركيبية. إلا أن أكبر المساويء تمثلت في المساحة السطحية للأنابيب النانوية الكربونية التي زادت من التيار الخلفيي ومشكلة انتشار الإلكترونات التي تحدث بسبب تداخل طبقات الانتشار المشكَّلة على الأنابيب النانوية الكربونية المتقاربة في المسافات من بعضها البعض في الغشاء. على الرغم من ذلك، فمن الممكن التغلب على مثل تلك المشكلات من خلال جعل كميات الأنابيب النانوية الكربونية والبوليمرات مثاليةٍ.