10968

طراحي و شبيه‌سازي يك حسگر پلاسمونيكي با حساسيت بالا به منظور اندازه‌گيري سطح گلوكز

98-99

دكتر علي غفاري نژاد

دكتر يداله شهامت

ديابت يك اختلال در سوخت‌وساز يا به ‌اصطلاح متابوليسم بدن است كه در آن سطح گلوكز خون از محدوده نرمال خود يعني mg/dl 140-90 بالاتر و يا پايين‌تر مي‌رود. انسولين هورموني است كه در بدن به‌صورت طبيعي توليد مي‌شود تا سطح گلوكز خون را متعادل كند. در افرادي كه دچار مشكل ديابت هستند، يا انسولين به تعداد كافي در بدنشان وجود ندارد، يا انسولين موجود قادر نيست وظيفه خود را به‌درستي انجام دهد و درنتيجه به علت وجود مقاومت در برابر آن، قند خون بالا مي‌رود رژيم غذايي ناسالم، چاقي و فقدان فعاليت بدني از مهم‌ترين عوامل ديابت در افراد به شمار مي¬روند. قند خون بالا، خطر بروز عوارض بلندمدت مانند بيماري‌هاي عروقي، سكته مغزي، اختلال مويرگ‌ها و درنتيجه كوري، قطع عضو و نفروپاتي و همچنين نوروپاتي محيطي همراه با افت وضعيت عملكرد و اختلالات عاطفي را به‌شدت در افراد مبتلا افزايش مي‌دهد. در مقابل قند خونِ پايين خطر بروز عوارضي نظير تشنج، كما و همچنين اثرات قلبي مانند آريتمي، ايسكمي ميوكارد خاموش، كم‌خوني در عضله قلب و نارسايي‌هاي قلبي را افزايش مي‌دهد. بر همين اساس كنترل قند خون امري ضروري به شمار مي‌رود. اندازه‌گيري ميزان گلوكز به كمك حسگرها اولين و مهم‌ترين مرحله از سلسله مراحل اقدامات دفاعي در برابر خطرات فوق الذكر است. حسگرهاي گلوكز شامل سه قسمتِ گيرنده، مبدل و ابزار الكترونيكي مي‌باشند. اين مجموعه به‌صورت سريع و دقيق به ميزان گلوكز پاسخ مي‌دهد. در ميان انواع حسگرها، حسگرهاي نوري به دليل مزايايي همچون مصونيت در برابر اثرات الكترومغناطيسي، مقاومت بالا در برابر تغييرات دمايي محيط، دقت و سرعت پاسخ بالا و توانايي سنجش از راه دور همواره موردتوجه محققان بوده¬اند. در ميان انواع روش‌هاي تشخيصي نور پايه، حسگرهاي مبتني بر فيبر نوري به دليل تلفات كمِ نور، قابليت ساخت نسبتاً آسان و همچنين ارزان و در دسترس بودن فيبرهاي نوري موردتوجه خاص محققان قرار گرفته¬اند. در فيبرهاي نوري، ضريب شكست بزرگ‌تر هسته نسبت به ضريب شكست غلاف موجب مي¬شود كه وقتي نور با زاويه معيني داخل هسته ¬شود، در مرز هسته و غلاف بازتاب داخليِ كلي كرده و درون هسته در امتداد محور آن منتشر شود. البته بخشي از توان نورِ درون هسته به محيط غلاف نفوذ مي¬كند كه اصطلاحاً به آن ميدان ميرا گفته مي¬شود. اگرچه اين ميدان در داخل غلاف به علت بازتاب داخلي به صفر ميل مي¬كند، اما اگر در طولي از فيبر، غلاف برداشته شود، ميدان ميرا به‌اندازه عمق نفوذش به محيط اطراف نفوذ خواهد كرد. نفوذ ميدان ميرا در محيط اطراف هسته، اين امكان را فراهم مي‌آورد تا اين ميدان با ماده مجهولي كه جايگزين غلاف شده است برهمكنش مؤثري انجام دهد. در اين حسگرها با آناليز طيف نور خروجي مي‌توان نوع و مقدار ماده مجهول را به‌دست آورد. حسگرهاي گلوكز مبتني بر فيبرهاي نوري به طور عمده به دو دسته آنزيمي و غير آنزيمي تقسيم مي¬شوند. با توجه به اينكه در حسگرهاي غير¬آنزيمي حسن انتخاب¬پذيري كمتري نسبت به نوع¬هاي آنزيمي وجود دارد لذا حسگرهاي آنزيمي براي انمدازه گيري غلظت گلوكز بسيار معروف¬تر و محبوب¬تراند. در چند سال اخير نشان داده‌شده است كه پلاسمون پلاريتون¬هاي سطحي (SPP) ازجمله‌ي بهترين گزينه¬ها براي ساخت حسگرها جهت دستيابي به حساسيت بسيار بالا مي¬باشند. امروزه با پيشرفت¬هاي حاصل‌شده درزمينهٔ فناوري نانو، حسگرهاي مبتني بر پلاسمون¬هاي سطحي، در علوم مختلفي همچون شيمي، زيست¬شناسي و صنايع غذايي جهت تشــخيص انواع مولكول¬هاي زيستي، بيماري¬ها و آلودگي¬هاي محيطي مورداستفاده قرارگرفته‌اند. از مزاياي حسگرهاي پلاسـموني مي¬توان به حسـاسيت بالاي طول¬موج تشديد پلاسمون¬ها نسبت به تغييرات ضـريب شكسـت محـيط نمونـه اشاره كرد كه اين ويژگي منجر به افزايش چشم¬گير پارامترهاي معرفِ كيفيتِ حسگرها، شامل حساســيت حسگر، حــداقل بازتابنــدگي و نــيم¬پهنــاي بــاريك طيــف بازتابندگي، نسبت به ديگر حسگرهاي نوري شده است. هر چه حساسيت و فاكتور كيفيت يك حسگر بالاتر باشد، آن حسگر مناسب¬تر هست.

5/8/2021 12:00:00 AM

75508

1401/05/30

Design and Simulation of a Highly Sensitive Surface Plasmon Resonance Sensor for Glucose Detection