در چند دهه اخیر، توسعه فراگیر مباحث مرتبط با فناوری نانو و کاربردهای آن منجر به پیدایش دسته جدیدی از حسگرهای زیستی شده است که تحت عنوان نانو حسگرهای زیستی شناخته می‌شوند. نانو حسگری زیستی در اصل به معنای تشخیص، تعیین و تجزیه‌وتحلیل مولکول‌های هدف با استفاده از ادوات تشخیصی نانومقیاس و به‌صورت گزینشی و با حساسیت و حد تشخیص بسیار بالا است. امروزه نانو زیست حسگرها در بخشهای مختلفی ازجمله پزشکی، محیط‌زیست، غذا و دارو، انرژی و امنیت کاربرد گسترده‌ای پیداکرده‌اند.گسترده‌ترین بازار نانو حسگر در آینده مربوط به حسگرهاى حوزه سلامت و پزشکى خواهد­ بود  که هدف نهایی این نانوزیست حسگرها، آشکارسازی و تشخیص هر نوع سیگنال بیوشیمی و بیو فیزیکی برای تشخیص هر نوع بیماری است به گونه ای که یک تک مولکول یا یک تک سلول قابل شناسایی باشد و بخش عمده آن را نانوحسگرهاى تشخیصى خون تشکیل می‌دهند. احتمال می‌رود که بازار نانو حسگرهاى تشــخیصى خون در سال 2021 بالغ‌بر 97/157 میلیون دلار باشد. شرکت‌های زیادى در خارج از کشور بر این تجهیزات سرمایه‌گذاری کرده و در برخی موارد محصولات خود را نیز تجاری‌سازی و عرضه نموده‌اند. در کشور ما نیز اقدامات بسیار خوب و موردتوجه‌  ای در این زمینه انجام می‌شود.

نانو زیست حسگرها را می‌توان بر چند اساس، طبقه‌بندی کرد. بنیان این طبقه‌بندی‌ها عموماً بر مبنای یکی از عناصر سازنده نانو زیست حسگرها قرار می‌گیرد.

بر این اساس، می‌توان طبقه‌بندی‌های زیر را برای این نانو زیست حسگرها متصور شد:

 

کاهش سایز نانوحسگرها امکان گسترده ای را برای ترکیب این افزاره ها با دستگاه های چندمنظوره، قابل حمل، قابل پوشیدن و حتی افزاره های پزشکی قابل کاشت ارائه می دهد. نانو زیست حسگرها همچنین توانایی یکپارچه شدن با سایر تکنولوژی های موجود مانند تکنولوژی آزمایشگاه بر روی تراشه را دارند که توانایی تشخیص را تسهیل می نماید.

ادغام و یکپارچه سازی نانوحسگرهای زیستی فوق حساس با سایر ابزارهای پزشکی، درهای امیدبخشی را در حوزه های نوظهور پزشکی شامل تشخیص های point-of-care (تست های تشخیصی پزشکی در و یا نزدیکی محل مراقبت از بیمار) و سیستم های مراقبتی فراگیر باز کرده است. کاربردهای پزشکی نانوزیست حسگرها بسیار گسترده است؛ علاوه بر این، اثرات آتی سیستم های نانوزیست حسگری point-of-care بی نظیر خواهد بود. این فناوری، تحول و انقلابی شگرف در روش های پزشکی رایج با استفاده از توانایی تشخیص زودهنگام بیماری های ناتوانی مزمن، تشخیص فوق حساس پاتوژن ها و پایش طولانی مدت بیماران با به کارگیری وسایل پزشکی یکپارچه ایجاد خواهد کرد. توانایی تشخیص زیست مولکول های مرتبط با بیماری مانند متابولیت های بیماری های خاص، اسید نوکلئیک ها، پروتئین ها، پاتوژن ها و سلول هایی نظیر سلول های توموری نه تنها برای تشخیص بیماری در محیط های کلینیکی، بلکه برای پژوهش های زیست پزشکی ای مانند کشف مواد مخدر ضروری است.

طی سال‌های اخیر و با تبیین هر چه بیشتر این موضوع که تشخیص سریع بیماری‌ها می‌تواند مانع پیشرفت زیاد آن‌ها شود، توسعه زیست حسگرهای جدید نیز به‌طور چشمگیری افزایش‌یافته است. این امر به‌طور ویژه در کشورهای جهان سوم که وضعیت بهداشت مناسبی ندارند، می‌تواند زندگی مردم زیادی را در مقابل بسیاری از بیماری‌های امروزی نجات دهد. بااین‌وجود، قیمت بالای اکثر زیست حسگرها در کنار عدم وجود مراکز بهداشتی مجهز و همچنین کمبود نیروی متخصص را می‌توان اصلی‌ترین موانع موجود جهت به‌کارگیری زیست حسگرها در این کشورها دانست.

از انواع متداول نانوزیست حسگرها می توان به نانوزیست حسگرهای مبتنی بر کاغذ که در کنار قیمت کم از مزایایی همچون سادگی عملکرد، عدم نیاز به دستگاه‌های پیشرفته، امکان استفاده در کاربردهای مراقبت در محل، حساسیت گزینش پذیری مناسب و... نیز بهره می‌برند اشاره نمود. در حال حاضر از این دسته از زیست حسگرها به‌طور گسترده در کاربردهایی نظیر تست بارداری، اندازه‌گیری قند خون، تشخیص برخی بیماری‌های عفونی، شناسایی برخی پاتوژنها و... و با تقسیم‌بندی مبتنی بر سنجش نواری، سنجش جریان جانبی، سنجش جریان جانبی چندگانه، میکروسیالی، سنجش جاذب ایمنی متصل شده به آنزیم و... استفاده می‌شود.

 پس از آن نانوزیست حسگرهای قابل کاشت را می‌توان یک جایگزین بسیار جذاب برای نانوزیست حسگرهای کاغذی دانست.این نانوزیست حسگرها که می‌توانند بر روی پوست ،زیرپوست و یا درون برخی اندام داخلی بدن با عملکرد به یسیم جایگذاری شوند، به‌طورکلی از مبدل‌های نوری یا الکتروشیمیایی بهره می‌برند. البته این حسگرها را به‌صورت سیستم های میکروالکترومکانیکی  نیز میتوان طراحی نمود. اولین شرکت سازنده این نوع از نانوزیست حسگرها شرکت Medtronic آمریکا است که اقدام به فروش حسگرهای قابل کاشت جهت پایش مداوم قند خون نمود.

نانوزیست حسگرهای مبتنی بر تلفنهای هوشمند دسته جدید دیگری از انواع زیست حسگرها هستند که محققان در حال تحقیق و توسعه بر روی آنها هستند.

 

ho07_bio2.jpg

 

استراتژی های مختلفی برای ایجاد نسل های بعدی نانو زیست حسگرها وجود دارد که عبارتند از:

1) به کارگیری دسته کاملا نوینی از نانو مواد با اهداف حسگری؛

2) استراتژی های نوین تثبیت؛ 

3) رویکرهای نوین فناوری نانو