به گزارش روابط عمومی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی در ابتدای این کارگاه پس از خیر مقدم و معرفی سخنرانان توسط دکتر فروغ قاسمی، عضو هیات علمی بخش تحقیقات نانوتکنولوژی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی و مجری کارگاه، دکتر احسان شکری، عضو هیات علمی بخش نانوتکنولوژی پژوهشگاه در سخنرانی خود به تبیین مفاهیم نظری حسگرها و زیست حسگرها پرداخت.

 

    وی در معرفی حسگرها گفت: یک حسگر شامل لایه حساس، گیرنده و یا اجزایی است که توانایی دریافت شکل خاصی از انرژی و تبدیل آن به داده های ضروری و قابل سنجش را دارند در حال حاضر حسگرهای مختلفی از قبیل حسگرهای شیمیایی، زیستی و فیزیکی وجود دارند که آنالیت های شیمیایی، گازها و آلاینده ها، پدیده های بیولوژیک، بیومولکول ها و مولکول های کوچک و یون های زیستی یا کمیت های فیزیکی مثل نیرو، فشار، جرم، دما، جریان، رطوبت، مغناطیس و ... را اندازه گیری می کنند  

 

شکری در ادامه با بیان این که در حسگرهای هوشمند علاوه بر حداقل یک حسگر (حرارت، صوت، لوکیشن و غیره) از ریزپردازنده و نوعی فناوری ارتباطی استفاده می شود، اظهار داشت: منابع رایانشی، جزء اصلی حسگر هوشمند است که بدون آن، سنسور هوشمند معنایی ندارد.  

 

وی با اشاره به تنوع زیست حسگرها (بیوسنسورها) که زیست حسگرهای مبتنی بر بیورسپتورها، مبدل ها (اعم از مبدلهای مغناطیسی، نوری، الکترومکانیکی، گرمایی و ...) و سیستم های تشخیصی را شامل می شود، اظهار داشت: فناوری نانو تاثیر عمیقی بر توسعه حسگرهای زیستی جدید داشته به طوری که حسگرهای مبتنی بر فناوری نانو دارای حساسیت بیشتر، انتخاب پذیری بهتر، زمان پاسخ کوتاهتر و هزینه کمتر هستند.  

 

شکری در پایان به تشریح معیارهای گزینش یک حسگر مناسب از قبیل دامنه فعالیت حسگر، میزان قدرت آن در تشخیص تغییرات کوچک، نحوه تغییر حساسیت حسگر، نیاز یا عدم نیاز آن به منبع نیروی خارجی، مدت زمان پاسخ دهی به تغییرات، نیاز یا عدم نیاز به کالیبراسیون و ... پرداخت.

سخنران بعدی این کارگاه، دکتر آمنه ناصری، عضو هیات علمی بخش نانوتکنولوژی پژوهشگاه هم در سخنرانی خود به تبیین اصول استفاده از انواع نانوساختارها برای طراحی نانوسنسورها و نانوبیوسنسورها پرداخت. 

 

وی با توضیح مفاهیم مربوط به نانوسنسورهای نوری، الکتروشیمیایی و پیزوالکتریک، انواع نانوساختارهای کربنی، فلزی و اکسید فلزی برای طراحی نانوسنسورها و نحوه سنتز آنها را تشریح کرد.همچنین مثال های کاربردی از نانوسنسورها برای تشخیص و اندازه گیری ترکیبات آلی، فلزات سنگین و بیومولکول ها ارائه شد.

ناصری در پایان به بیان فعالیت های خود در زمینه نانوسنسورها پرداخت تا در صورت امکان فعالیت های مشترک در پژوهشگاه تعریف شود.

 

 نانو (زیست) حسگرهای نوری هم موضوع سخنرانی دکتر فروغ قاسمی بود که طی آن به تحقیقات خود در حوزه نانوحسگرهای آرایه ای نوری و نانوحسگرهای نسبت سنجی نورتاب هم اشاره کرد.

 

وی با بیان این که تصمیم گیری در مورد درمان بیماری ها، کنترل کیفیت مواد غذایی/داروها، مسائل مربوط به آلودگی، تحقیقات جنایی، تشخیص مواد منفجره و بسیاری دیگر از نگرانی های پزشکی، محیط زیستی، صنعتی و امنیتی، نیازمند توسعه حسگرهای قادر به تشخیص همزمان چند آنالیت است، اظهار داشت: حضور عناصر حسگری متقاطع نه تنها منجر به افزایش تعداد آنالیت های قابل تشخیص می شود، بلکه امکان استفاده از برهمکنش های غیر اختصاصی را برای تشخیص فراهم می آورد. این گونه از حسگرها با الهام گرفتن از طبیعت در حوزه های طعم و بو طراحی می شوند. هر گیرنده (عنصر حسگری) پاسخ نیمه انتخابی به یک آنالیت خاص دارد و ویژه بودن حسگر به وسیله تشخیص مبتنی بر الگو مهیا می شود که در آن الگوهای پاسخ ویژه برای هر یک از آنالیت ها به دست می آید. به طور کلی، توسعه یک حسگر آرایه ای مشابه یک کارآگاه است که از شواهد مختلف برای تشخیص حقیقت استفاده می کند

 

قاسمی در خصوص نانوحسگرهای نسبت سنجی نورتاب هم گفت: مکانیزم های تولید سیگنال برای تشخیص چشمی آنالیت ها در زمینه های حساس مختلف به طور فزاینده ای مورد توجه قرار گرفته اند. به طور کلی این روش ها هنگامی مفید می باشند که ابزار دقیق در دسترس نیست؛ مانند آزمایش های در محل و آزمایش های تشخیص پزشکی و بهداشتی در مناطق محروم. در میان روش های تشخیص چشمی که در حال حاضر برای سنجش کمی مورد بررسی قرار می گیرند، روش های فلورسنت ریشیومتری به علت غلبه بر محدودیت های پروب های مبتنی بر شدت مورد توجه اند. این تکنیک به تغییرات شدت دو یا چند نوار باند (ناشی از آنالیت) بستگی دارد، و در نتیجه مرجع داخلی حساسیت را بهبود می بخشد.

 

به گفته وی با استفاده از این خود کالیبراسیون، همراه با خواص منحصر به فرد فیزیکی-شیمیایی نانوذرات، نانوپروب های فلورسنت ریشیومتری حساسیت و قابلیت اطمینان بالایی به دست آورده و تشخیص دقیق چشمی را مهیا می کنند. در طول چند سال گذشته، تعداد زیادی از پروب های ریشیومتری با استفاده از فلوروفورهای نانوساختار برای انواع مختلف سنجش، تصویربرداری و کاربردهای پزشکی طراحی شده اند.

 

دکتر سعید سهیلی وند  و دکتر مریم موسیوند، اعضای هیات علمی بخش بیوتکنولوژی میکروبی هم مدرسان دیگر این کارگاه آموزشی آنلاین بودند که به جنبه های تخصصی تر این حوزه شامل «کاربرد آنتی‌بادی‌ها در زیست حسگرها و آزمونهای ایمونواسی» و «ردیابی مایکوتوکسین‌های‌ مهم کشاورزی به کمک پلتفرم‌های آپتاسنسوری» پرداختند.

 

 سهیلی وند در مقدمه سخنرانی خود مفاهیمی همچون آنتی ژن، اپی توپ و ... و انواع آنتی بادی‌ها و کلاسهای انها را معرفی کرد و در بخش بعدی روش‌های مختلف تولید آنتی بادی ها به همراه مقایسه مزایا و معایب آنها مطرح شد. در قدم بعدی اجزای اصلی آزمونهای مبتنی بر ایمونواسی و کاربرد آنتی بادی ها به عنوان رکن کلیدی آنها با جزئیات بیان شد و به عنوان نمونه برخی از آزمونهای متنوع الایزا، دات بلات، وسترن و نوار تشخیص سریع به همراه مکانیسم آنها مورد بحث قرار گرفت. 

 

 در پایان وضعیت حال حاضر کاربرد آنتی بادی ها و چشم انداز آن در آینده در تکنولوژی های پیشرفته همچون دارورسانی هوشمند، آزمایشگاههای نانویی مستقر بر روی میکروچیپها و ارتباط آنها با اینترنت اشیاء و انتقال داده به سرور جهت داده کاوی اطلاعات حاصل از انتشار بیماری، تولید آنتی بادی نوترکیب در گیاه (پلنتی بادی) مورد نقد و بررسی قرار گرفت.

 

 دکتر موسیوند هم در سخنرانی پایانی کارگاه با اشاره به اینکه مایکوتوکسین ها، متابولیت های ثانویه و خطرناک  قارچی هستند که به دلیل سمیت و خطر سرطانزایی و توان آلودگی طیف وسیعی از محصولات کشاورزی و فراورده های غذایی، تهدیدی جدی در زمینه سلامت انسان و دام به شمار می آیند، اظهار داشت: افزایش تقاضا برای ردیابی سریع، ساده و دقیق مایکوتوکسین های مهم بخش کشاورزی در ماتریکس های غذایی مختلف منجر به توسعه بیوسنسورهای متنوعی شده است که عمدتا مبتنی بر آنتی بادی می باشند. دشواری دستیابی به آنتی بادی های  اختصاصی مایکوتوکسین ها به دلیل کوچکی و ایمنوژن نبودن ترکیبات مذکور و حساسیت ساختاری آنها به حلال های آلی مرسوم در استخراج  مایکوتوکسین ها باعث شده تا توجه محققان این حوزه معطوف به کاربرد تکنولوژی جدید پروب های آپتامری  و توسعه پلت فرم های آپتاسنسوری گردد. 

 

وی تصریح کرد: آپتامرها، توالی های تک رشته DNA یا RNA هستند که قادرند به صورت اختصاصی با مولکول هدف واکنش دهند. ماهیت سنتتیک، اندازه کوچک، قیمت پایین، مقاومت به حلال های آلی و پایداری بالا باعث شده تا آپتامرها به عنوان رقبای اصلی آنتی بادی ها در طراحی حسگرهای زیستی به شمار آیند.

 

به گفته این عضو هیات علمی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، از زمان معرفی نخستین پروب آپتامری برای مایکوتوکسین ها در سال 2008 تا به امروز آپتاسنسورهای مختلف الکتروشیمایی، نوری، فلئورسنت و ...  طراحی شده که با موفقیت قادر به ردیابی و اندازه گیری مایکوتوکسین های مهم بخش کشاورزی به ویژه آفلاتوکسین ها، اکراتوکسین، زیرالنون و فومونیزین ها در ماتریکس های مختلف غذایی بوده اند.