بیوسنسورها در پزشکی: بررسی بیوشیمیایی مبانی، کاربردها و تحولات آینده
DOI::
https://doi.org/10.58342/MJ.V.3.I.1.14واژهگانِ کلیدی:
زیستحسگرها، زیستحسگرهای مبتنی بر آنزیم، تشخیص در محل ارائه خدمت، انتقال سیگنالچکیده
زمینه و هدف: زیستحسگرها بهدلیل توانایی در فراهمسازی شناسایی سریع، حساس و اختصاصی آنالیتهای زیستی، به ابزارهایی اساسی در پزشکی نوین تبدیل شدهاند. این مقاله مروری با هدف ارائه یک دیدگاه جامع بیوشیمیایی در خصوص اصول، طبقهبندی، کاربردهای بالینی و جهتگیریهای آینده زیستحسگرها در حوزه سلامت تدوین شده است.
روش: در این مطالعه از رویکرد مروری روایتی بهمنظور تحلیل و تلفیق مطالعات موجود در زمینه فناوریهای زیستحسگری استفاده شد. جنبههای کلیدی شامل مکانیسمهای بنیادی بیوشیمیایی (نظیر برهمکنش آنزیم-سوبسترا، اتصال آنتیژن-آنتیبادی و هیبریداسیون اسیدهای نوکلئیک)، طبقهبندی بر اساس عناصر شناسایی زیستی و سامانههای انتقال سیگنال بهصورت نظاممند مورد بررسی قرار گرفتند.
یافتهها: زیستحسگرها به گروههای اصلی مانند سامانههای الکتروشیمیایی، نوری و پیزوالکتریک طبقهبندی شدند که هر یک دارای مزایای تحلیلی متمایزی هستند. کاربردهای بالینی آنها در حوزههای متعددی از جمله اختلالات متابولیک، تشخیص سرطان، بیماریهای عفونی و پایش قلبی–عروقی شناسایی گردید. یافتهها نشاندهنده اهمیت روزافزون زیستحسگرها در آزمونهای تشخیص در محل ارائه خدمت (Point-of-Care) و پزشکی شخصیسازیشده است. با این حال، علیرغم پیشرفتهای حاصل از فناوری نانو، علم مواد و زیستشناسی سنتزی، چالشهایی همچون پایداری، تکرارپذیری، بیوفولینگ و مقیاسپذیری همچنان وجود دارد.
نتیجهگیری: زیستحسگرها حوزهای با رشد سریع هستند که ظرفیت قابلتوجهی برای تحول در راهبردهای تشخیصی و درمانی در نظام سلامت مدرن دارند. پیشرفتهای آینده، بهویژه در زمینه ابزارهای پوشیدنی، ادغام با هوش مصنوعی و فناوریهای آزمایشگاه روی تراشه (Lab-on-a-Chip)، انتظار میرود کارایی و کاربردپذیری بالینی آنها را بهطور چشمگیری ارتقا دهد.
مراجع
- C Jr R, Lyons C. Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery. Ann NY Acad Sci. 1962;102:29-45. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x
-Turner AP. Biosensors-sense and sensitivity. Science. 2000 Nov 17;290(5495):1315-7. https://doi.org/10.1126/science.290.5495.1315
- Thévenot DR, Toth K, Durst RA, Wilson GS. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors and bioelectronics. 2001 Jan 1;16(1-2):121-31. https://hdl.handle.net/1808/8413
- D'Orazio P. Biosensors in clinical chemistry. Clinica chimica acta. 2003 Aug 1;334(1-2):41-69. https://doi.org/10.1016/S0009-8981(03)00241-9
-Wang J. Electrochemical glucose biosensors. Chemical reviews. 2008 Feb 13;108(2):814-25.
https://doi.org/10.1021/cr068123a
-Mehrotra P. Biosensors and their applications–A review. Journal of oral biology and craniofacial research. 2016 May 1;6(2):153-9. https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2015.12.002
-Mohankumar P, Ajayan J, Mohanraj T, Yasodharan R. Recent developments in biosensors for healthcare and biomedical applications: A review. Measurement. 2021 Jan 1;167:108293. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108293
-Ronkainen NJ, Halsall HB, Heineman WR. Electrochemical biosensors. Chemical Society Reviews. 2010;39(5):1747-63. https://doi.org/10.1039/B714449K
- Turner A, Karube I, Wilson GS. Biosensors: fundamentals and applications. Oxford university press; 1987.
-Wilson R, Turner AP. Glucose oxidase: an ideal enzyme. Biosensors and bioelectronics. 1992 Jan 1;7(3):165-85.
- Cesewski E, Johnson BN. Electrochemical biosensors for pathogen detection. Biosensors and Bioelectronics. 2020 Jul 1;159:112214. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112214
- Ellington AD, Szostak JW. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. nature. 1990 Aug 30;346(6287):818-22. https://doi.org/10.1038/346818a0
-Pumera M. Graphene in biosensing. Materials today. 2011 Jul 1;14(7-8):308-15. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(11)70160-2
-Sassolas A, Blum LJ, Leca-Bouvier BD. Immobilization strategies to develop enzymatic biosensors. Biotechnology advances. 2012 May 1;30(3):489-511. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.09.003
-Sapsford KE, Algar WR, Berti L, Gemmill KB, Casey BJ, Oh E, Stewart MH, Medintz IL. Functionalizing nanoparticles with biological molecules: developing chemistries that facilitate nanotechnology. Chemical reviews. 2013 Mar 13;113(3):1904-2074. https://doi.org/10.1021/cr300143v
-Turner AP. Biosensors: sense and sensibility. Chemical Society Reviews. 2013;42(8):3184-96.. https://doi.org/10.1039/c3cs35528d
-Thévenot DR, Toth K, Durst RA, Wilson GS. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors and bioelectronics. 2001 Jan 1;16(1-2):121-31. https://doi.org/10.1016/S0956-5663(01)00115-4
- Cooper MA. Label-free screening of bio-molecular interactions. Analytical and bioanalytical chemistry. 2003 Nov;377(5):834-42. https://doi.org/10.1007/s00216-003-2111-y
- Wang J. Electrochemical biosensors: towards point-of-care cancer diagnostics. Biosensors and bioelectronics. 2006 Apr 15;21(10):1887-92. https://doi.org/10.1016/j.bios.2005.10.027
- Sassolas A, Leca-Bouvier BD, Blum LJ. DNA biosensors and microarrays. Chemical reviews. 2008 Jan 9;108(1):109-39. https://doi.org/10.1021/cr0684467
- Wang J. Glucose biosensors: 40 years of advances and challenges. Electroanalysis: An International Journal Devoted to Fundamental and Practical Aspects of Electroanalysis. 2001 Aug;13(12):983-8.. https://doi.org/10.1002/1521-4109(200108)13:12<983::AID-ELAN983>3.0.CO;2-%23
- Bollella P, Katz E. Biosensors—Recent advances and future challenges. Sensors. 2020 Nov 20;20(22):6645. https://doi.org/10.3390/s20226645
- Lazcka O, Del Campo FJ, Munoz FX. Pathogen detection: A perspective of traditional methods and biosensors. Biosensors and bioelectronics. 2007 Feb 15;22(7):1205-17. 2007 Feb 15;22(7):1205-17. https://doi.org/10.1016/j.bios.2006.06.036
- Kimmel DW, LeBlanc G, Meschievitz ME, Cliffel DE. Electrochemical sensors and biosensors. Analytical chemistry. 2012 Jan 17;84(2):685-707. https://doi.org/10.1021/ac202878q
- Murugaiyan SB, Ramasamy R, Gopal N, Kuzhandaivelu V. Biosensors in clinical chemistry: An overview. Advanced biomedical research. 2014 Jan 1;3(1):67. https://doi.org/10.4103/2277-9175.125848
- Holzinger M, Le Goff A, Cosnier S. Nanomaterials for biosensing applications: a review. Frontiers in chemistry. 2014 Aug 27;2:63. https://doi.org/10.3390/nano6040058
-Pandey S. Advance nanomaterials for biosensors. Biosensors. 2022 Apr 7;12(4):219. https://doi.org/10.3390/bios12040219
- Hou S, Zhang A, Su M. Nanomaterials for biosensing applications. Nanomaterials. 2016 Mar 30;6(4):58. https://doi.org/10.3390/nano6040058
- Rajpoot K. Recent advances and applications of biosensors in novel technology. Biosensors Journal. 2017;6(02). https://doi.org/10.4172/2090-4967.1000145
- Lan L, Yao Y, Ping J, Ying Y. Recent advances in nanomaterial-based biosensors for antibiotics detection. Biosensors and Bioelectronics. 2017 May 15;91:504-14. https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.01.007
- Privett BJ, Shin JH, Schoenfisch MH. Electrochemical sensors. Analytical chemistry. 2008 Jun 15;80(12):4499-517. https://doi.org/10.1021/ac8007219
- Yashini M, Shanmugasundaram S, Sunil C. Biosensors for Foodborne Pathogens Detection.
- Ngoepe M, Choonara YE, Tyagi C, Tomar LK, Du Toit LC, Kumar P, Ndesendo VM, Pillay V. Integration of biosensors and drug delivery technologies for early detection and chronic management of illness. Sensors. 2013 Jun 14;13(6):7680-713. https://doi.org/10.3390/s130607680
- Bandodkar AJ, Wang J. Non-invasive wearable electrochemical sensors: a review. Trends in biotechnology. 2014 Jul 1;32(7):363-71. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2014.04.005
-Kim J, Campbell AS, de Ávila BE, Wang J. Wearable biosensors for healthcare monitoring. Nature biotechnology. 2019 Apr;37(4):389-406.
- Flynn CD, Chang D. Artificial intelligence in point-of-care biosensing: challenges and opportunities. Diagnostics. 2024 May 25;14(11):1100. https://doi.org/10.1002/adma.202504796
-Wang J. Nanomaterial-based electrochemical biosensors. Analyst. 2005;130(4):421-6. https://doi.org/10.1039/B414248A
- Lopez GA, Estevez MC, Soler M, Lechuga LM. Recent advances in nanoplasmonic biosensors: applications and lab-on-a-chip integration. Nanophotonics. 2017 Jan 6;6(1):123-36. Nanophotonics. 2017 Jan 6;6(1):123-36. https://doi.org/10.1515/nanoph-2016-0101
Downloads
چاپ شده
ارجاع به مقاله
شماره
نوع مقاله
مجوز
حق نشر 2026 محمداحسان صالحی،بریالی عطارپور
این پروژه تحت مجوز بین المللی Creative Commons Attribution 4.0 می باشد.
