کاربرد حسگرهای زیستی در شناسایی آلاینده‌های محیط‌زیستی ناشی از صنایع کشاورزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشکده علوم و صنایع غذایی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری.

2 دکتری دانشوری پژوهشکده علوم و صنایع غذایی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری *(مسئول مکاتبات) .

چکیده

آلودگی آب‌ها و محیط زیست به عنوان یکی از مهم‌ترین چالش­های موجود در بحث سلامت بشر محسوب می گردد. نظر به رهایش آلاینده­های شیمیایی و میکروبی در مقیاس بالا بویژه آن­دسته از ترکیبات آلاینده­ که از طریق کشاورزی به محیط‌زیست راه می­یابند، وجود تجهیزات کارامد شناسایی برای بازداری از چالش­های مربوط به بهداشت و سلامت انسان ضروری می نماید. حسگرهای زیستی گزینه های موثر و دقیقی برای کنترل مخاطرات بیولوزیکی بوده و به عنوان  ابزارهای شناسایی دقیق، حساس و سریع در تشخیص کمی و کیفی آلاینده­ها بشمار می­روند. در این مقاله گسترش و کاربرد حسگرهای زیستی در شناسایی و تعیین میزان آلاینده­های محیطی حاصل از صنایع کشاورزی مورد بررسی قرار می گیرد.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 27، زمستان 92

 

کاربرد حسگرهای زیستی در شناسایی آلاینده­های محیط‌زیستی

 ناشی از صنایع کشاورزی

 

مرضیه حسینی نژاد[1]

m.hosseininezhad@rifst.ac.ir

سعید صمدی*[2]

چکیده

آلودگی آب‌ها و محیط زیست به عنوان یکی از مهم‌ترین چالش­های موجود در بحث سلامت بشر محسوب می گردد. نظر به رهایش آلاینده­های شیمیایی و میکروبی در مقیاس بالا بویژه آن­دسته از ترکیبات آلاینده­ که از طریق کشاورزی به محیط‌زیست راه می­یابند، وجود تجهیزات کارامد شناسایی برای بازداری از چالش­های مربوط به بهداشت و سلامت انسان ضروری می نماید. حسگرهای زیستی گزینه های موثر و دقیقی برای کنترل مخاطرات بیولوزیکی بوده و به عنوان  ابزارهای شناسایی دقیق، حساس و سریع در تشخیص کمی و کیفی آلاینده­ها بشمار می­روند. در این مقاله گسترش و کاربرد حسگرهای زیستی در شناسایی و تعیین میزان آلاینده­های محیطی حاصل از صنایع کشاورزی مورد بررسی قرار می گیرد.

 

کلمات کلیدی: حسگر، بیوسنسور، آلاینده­های محیطی، باکتری­های پاتوژن، صنایع کشاورزی.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

 

آلودگی آب‌ها و محیط زیست معضل بزرگ زندگی انسان در چند دهه­ اخیر محسوب می‌شود که به علت پیشرفت صنایع و تکنولوژی، با پیشرفت روز افزون آن مواجهیم. خطر آلودگی محیط‌زیست بویژه از طریق آن­دسته از ترکیبات آلاینده­ که از طریق منابع آب و خاک و سیستم های کشاورزی وارد چرخه غذای انسان گشته و امنیت غذایی، بهداشت و سلامت انسان را به مخاطره می اندازند مورد توجه و نگرانی دانشمندان و متخصصین علوم زیستی، پزشکی، تغذیه و صنایع غذایی قرار گرفته ­است.

آلاینده­های محیطی ممکن است از نوع میکروبی (شامل باکتری، ویروس و پارازیت ها)، مواد خارجی (اعم از بیولوژیکی، شیمیایی یا فیزیکی)، سموم طبیعی (سموم غذاهای دریایی، مایکوتوکسین ها)، سایر ترکیبات شیمیایی(آفت‌کش‌ها، فلزات سمی، بقایای داروهای دامپزشکی، محصولات تخمیری نامطلوب)، و مواد بسته بندی باشند. بسیاری از عوامل یافت شده منشا طبیعی داشته و از محیط به منابع آب، مواد غذایی و محصولات کشاورزی راه می یابند. در عین حال، بسیاری از مردم از اثرات طولانی مدت افزودنی­های شیمیایی اعم از آفت­کش ها، بقایای داروهای دامپزشکی، رنگ­ها و مواد طعم دهنده، و اثرات  پایدار و ناشناخته آن، بویژه بر کودکان، نگران هستند. بسیاری از فلزهای سنگین نظیر  جیوه، سرب، کادمیم و آرسنیک اثرات سمی داشته و به‌علت کاربرد گسترده و توزیع وسیع آنها بیشترین خطر را از نظر محیط‌زیستی دارند. علاوه بر این، فعالیت­های میکروبی بویژه حضور پاتوژن­ها (در بیشترین حالت سالمونلا، اشریشیا کلی و لیستریا) از موارد تهدیدکننده سلامت انسان بشمار می­روند (1).

اگرچه آلاینده­های محیطزیستی شامل عوامل شیمیایی و میکروبی تهدیدکننده زنجیره غذا را می توان به ­روش­های شیمیایی و کشت­های آزمایشگاهی شناسایی کرد، مهندسین علوم زیستی به دنبال فناوری­هایی برای تشخیص سریع‌تر و موثرتر آن هستند. در این خصوص مهندسین و فناوران با طراحی و توسعه حسگرهای زیستی[3] به عنوان تجهیزاتی بسیار مفید و کاربردی در شناسایی دقیق و سریع ترکیبات مختلف در محیط توانسته اند بر مشکلات جدی مربوط به تشخیص   پاتوژن‌ها و سایر آلاینده­های زیستی فایق آیند (2).

طراحی بیوسنسورها در زمینه­های مختلف علوم بیولوژی، پزشکی در دو دهه گذشته گسترش چشمگیری داشته است. بطور ویژه امکان طراحی حسگرهای زیستی جهت آنالیز مواد آلاینده­ی محیطی نظیر آفت­کش ها، کودها، بقایای دی­اکسین، اجزای باقیمانده آب و خاک که بطور غیر‌عمدی به چرخه غذا وارد شده اند، میکروارگانیسم های پاتوژن و سموم حاصل از آن‌‌ها، ترکیبات ضدمغذی­ها، آلرژن­ها، داروها، افزودنی­ها، و هیدروکربن­ها فراهم آمده است. همچنین با توجه به حضور بسیاری از ترکیبات مذکور در سطح مولکولی یا اتمی و کوچک بودن ابعاد آن­ها، با استفاده از فناوری نانو، حسگرهایی در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردار بوده و عملکرد انتخابی نیز دارند (2). 

در این مقاله کاربرد حسگرهای زیستی در حذف آلاینده­های محیط‌زیستی ناشی از صنایع کشاورزی و آب مورد بررسی قرار می گیرد.

 

حسگرهای زیستی (بیوسنسورها)

حسگر یا سنسور، ابزاری با خروجی متناسب با یک کمیت قابل اندازه­گیری فیزیکی، شیمیایی یا زیستی است که برای پایش و اندازه­گیری اجزای یک محیط بکار گرفته         می‌شود. یک سامانه حسگر، مجموعه ای از حسگرها همراه با فرایندها و اطلاعات پردازش شده برای عملیات خاص است که از داده های حس شده استخراج گردیده اند. حسگرهای هوشمند بویایی(بینی الکترونیکی)، چشایی (زبان الکترونیکی) و همچنین حسگرهای زیستی (بیوحسگرها) از جمله حسگرهای مهم، پیچیده و دارای فناوری ساخت پیشرفته می باشند که    به تدریج جای خود رادر عرصه های مختلف علوم و صنایع باز نموده‌اند. این تجهیزات قادر به تشخیص دقیق ترکیبات خاص بوده و در عین حال از هزینه اندازه­گیری مناسبی نیز برخوردارند. این قابلیت‌ها، حسگر هوشمند بویایی، چشایی و یا زیستی را به ابزاری بسیار مفید و کاربردی در شناسایی دقیق و سریع ترکیبات مختلف در کمترین مقادیر تبدیل کرده است (3).

یک بیوسنسور در حقیقت شامل یک حسگر کوچک است که ماده­ای بیولوژیک به عنوان پذیرنده زیستی بر روی آن تثبیت شده است. طبق تعریف اتحادیه بین المللی شیمی کاربردی و محض[4] (IUPAC) حسگر زیستی عبارت است از:

"دستگاهی که از یکسری واکنش بیوشیمیایی خاص استفاده می کند که به کمک آنزیم های ایزوله شده، سیستم­های ایمنی، بافت­ها، اندام­ها، یا سلول­های کامل و بطور معمول با نشانه­های الکتریکی، حرارتی یا نوری  برای تشخیص ترکیبات شیمیایی انجام می­گردند." (4).

شکل 1 نمونه­هایی از حسگرهای زیستی را نشان      می دهد. یک بیوسنسور در حقیقت شامل یک حسگر کوچک و ماده بیولوژیک تثبیت شده بر آن می باشد که از اجزای ذیل تشکیل می گردد (5):

 

شکل 1- نمونه هایی از حسگرهای زیستی. (چپ) "آزمایشگاه روی یک قطعه" یک حسگر زیستی مبتنی بر فناوری نانو است که آزمون­هایی برای امراض عفونتی و بیماری های ناشی از آلودگی آب تست می شود. (راست) حسگر زیستی موج آکواستیک قابل حمل با نیروی باطری که طیف گسترده­ای از پاتوژن ها را در چند دقیقه شناسایی می کند. (Copyright © (left) NASA, (right) Sandia Labs URL URL)

 

شکل 2- تشکیل لایه آنتی­بادی در حامل در پی تکنیک Langmuir-Blodgett (6)

1. پذیرنده‌ی زیستی یا عنصر زیستی حساس: یک ماده‌ی زیستی نظیر آنزیم‌ها، سلول‌ها و اسیدهای نوکلوئیک که می‌تواند به صورت انتخابی تنها با ماده‌ی خاصی واکنش نشان دهد.

2. آشکارساز و مبدل: نوع و مقدار واکنش ماده‌ای خاص با پذیرنده‌های زیستی را با روش‌های مختلف فیزیکی-شیمیایی نظیر تعیین کرده و به وسیله‌ی سیگنال‌های مناسب به پردازنده ارسال می کنند.

3 . بخش پردازنده که همچنین مسئولیت نمایش نتیجه‌ی فعالیت حسگر را نیز بر عهده دارد.

فناوری تولید حسگرهای زیستی تلفیقی است از علوم بیوشیمی، بیولوژی مولکولی، شیمی، فیزیک، الکترونیک و کامپیوتر، و از آنجا که این حسگرها ابزاری توانمند جهت شناسایی مولکول های زیستی می باشند، امروزه در علوم و صنایع مختلف پزشکی، شیمیایی، کشاورزی، محیط زیست و غیره نیز مورد استفاده می­گیرند. اگرچه مراحل اولیه توسعه در فن­آوری حسگرهای زیستی در حوزه بیوشیمی صورت گرفته است، توانایی تشخیص، آنالیز و کمیت سنجی مولکول هایی با منشا بیولوژیکی متفاوت، موجب پیدایش طرح ها و نمونه های گوناگونی از این حسگرها برای پوشش گستره وسیعی از نیازهای مرتبط شده است.

بیوسنسورها بر اساس عناصر بیوشیمیایی مورد آزمون عمدتا به انواع بیوسنسورهای آنزیمی، بیوسنسورهای میکروبی و  بیوسنسورهای مبتنی بر آنتی بادی تقسیم بندی می گردند (2، 5).

در حسگرهای زیستی بطور معمول برای تشخیص پاتوژن‌ها، توکسین­های بیولوژیکی و شیمیایی، ذرات نوری پوشانده شده با آنتی بادی ها مورد استفاده قرار می گیرد (شکل 2). عموما، سیستم نوری در این بیوسنسورها فلورسانس است، چرا که این نوع اندازه گیری نوری می­تواند علایم تشخیص را تشدید نماید. گستره­ای از آزمون های پیوند لیگاند و ایمونو برای تشخیص و اندازه­گیری مولکول­های کوچک نظیر ویتامین­های محلول در آب و آلاینده­های شیمیایی (بقایای دارویی) نظیر سولفونامیدها و بتا­آگونیست ها برای استفاده همراه با سیستم­های حسگر مبتنی بر SPR بسط یافته­اند که اغلب از آزمون­های الایزا یا سایر آزمون­های ایمونولوژیکی موجود منتج گردیده­اند (6، 7).

 

استفاده از بیوسنسورها در تشخیص آفت­کش­ها و بقایای آلاینده

آفت­کش ها (علف­کش ها، قارچ­کش ها و حشره­کش ها) با توجه به گستره وسیع فعالیت آن‌ها، در سراسر جهان مورد استفاده قرار می­گیرند و با توجه به افزایش استفاده از آن­ها در کشاورزی، در زمره مهم‌ترین آلاینده­های محیط زیست قرار دارند.. وجود متابولیت­ها و بقایای آفت­کش در غذا، آب و خاک امروزه به یکی از موضوعات مهم تحقیقات شیمی محیط زیست بدل گشته است (7). با این حال، روش­های مرسوم آزمایشگاهی برای اندازه­گیری آفت­کش­های فسفات آلی و کاربامات­های N-ترمینال پیچیده بوده و برای برخی ترکیبات وجود ندارند. کروماتوگرافی مایع با کارائی بالا[5] (HPLC) تکنیک مناسبی برای اندازه­گیری آفت­کش ها است، با این حال، چندین مرحله پیش تیمار لازم است تا این روش از حساسیت کافی برخوردار باشد که باعث افزایش زمان و هزینه می­گردد. نظر به محدودیت­های روش­های آزمایشگاهی سنتی، توسعه بیوسنسورها در جهت اندازه­گیری مستقیم و غیرمستقیم آفت­کش ها مورد توجه ویژه قرار دارد.

Serna و همکاران  بکارگیری رایج ترین بیوسنسورهای آنزیمی برای تشخیص آفت­کش ها، کودها، و فلزات سنگین را مورد بحث قرار دادند ( 6، 8). ترکیبات بسیاری در زمره آلاینده­های محیطی وجود دارند که بطور ناخواسته از طریق آب و خاک وارد چرخه غذا شده و می­توانند برای انسان سمی باشند. برخی از این ترکیبات فراورده­های جانبی فرایندهای مضر صنعتی هستند (دی اکسین ها)،  به عنوان عوامل سیال هیدرولیک یا دی الکتریک استفاده می شوند (بی فنیل های پلی کلرینه شده یا  PCBها)، از احتراق سوخت­های فسیلی یا چوب حاصل    می‌گردند (هیدروکربن­های چندحلقه ای آروماتیک یا       PAH ها)، و نیز بنزن، تولوئن و گزیلن و مشتقات فنلی جزء آن می باشند. حسگرهای آیمونو و آنزیمی و حسگرهای زیستی  با سلول­های کامل برای تشخیص این ترکیبات آلی مورد استفاده قرار می گیرند (9).

آنزیم­هایی نظیر کولین استراز (AChE, BChE)، ارگانوفسفرهیدرولاز (OPH)، و اوره­آز در طراحی بیوسنسورهای الکتروشیمیایی برای تشخیص آفت­کش ها استفاده می شوند. ابزارهای اندازه­گیری، مبتنی بر OPH کولین استراز، بطور گسترده­ای در تشخیص کاربامات­ها (10) و ترکیبات فسفات آلی (11) مورد استفاده قرار گرفته­اند. اسید ارگانوفسفر ان­هیدرولاز هیدرولیز ترکیبات OP را کاتالیز       می‌کند و در نتیجه این واکنش دو پروتون آزاد می شود که در بسیاری حالات رنگی (کروموفور) و/یا الکتروفعال می­باشد. یون­های حاصل از این واکنش از طریق بیوسنسورهای پوتانسیومتریک شناسایی می شوند (7).

 

استفاده از بیوسنسورها در تشخیص فلزات سنگین

فلزات سنگین مواد سمی هستند که در سلول جمع شده و چون هیچ راهی برای دفع یا سوخت و ساز آن‌ها وجود ندارد منجر به ایجاد تغییرات متابولیکی می گردند. تجمع این فلزات در بدن ما ممکن است از طریق خوردن غذاهای با منشا حیوانی صورت پذیرد، چرا که حیوانات تماس بیشتری با آب­های تصفیه نشده داشته، ممکن است در نزدیکی صنایع چرانیده شده، و حتی از موادی تغذیه کنند که با آب حاوی فلزات سنگین آلوده باشد. مشکلات تنفسی و قلبی عروقی، تحریک، ناباروری، ممانعت از فعالیت­های هورمونی، سوء عمل اندام­های اصلی از جمله بیماری­های ناشی از بلع فلزات سنگین است که و در نهایت می­تواند به مرگ منتهی گردد.

دستگاه­هایی برای اندازه­گیری غلظت­های فلزات سنگین نظیر ارسنیک، کادمیم و جیوه در نمونه­های خاک و آب طراحی شده­اند. این دستگاه‌ها میکروارگانیسم­های اصلاح شده ژنتیکی و آنزیم­هایی نظیر اوره­آز، کولینستراز، گلوکز اکسیداز، آلکالین فسفاتاز، اسکوربات اکسیداز و پراکسیداز را همراه با سیستم­های تبدیل توری و الکتروشیمیایی بکار می گیرند (12).. بیوسنسورهای جفت آنزیمی برای تشخیص بازدارندگی آنزیمی در آب استفاده می شوند. آنزیم­هایی نظیر آلکالین فسفات و استیل کولین استراز توسط فلزات سنگین، کربامات­ها و فسفات­های آلی بازداری می شوند. بیوسنسورهای هدایت سنجی االکتریکی از میکروجلبک کلرلا ولگاریس به عنوان پذیرنده زیستی استفاده می کنند (13).

برای ردیابی عوامل هوابرد پدافند زیستی[6]، ممانعت از مسمومیت جمعی از طریق آلایش زنچیره غذایی ضروری است. همچنین فناوری­های حسگرهای زیستی برای تشخیص پاتوژن­های غذا می­تواند نقش مهمی در پدافند و حفاظت از جامعه ایفا نماید. در این خصوص ابزارهایی که در فاز مایع عمل می­کنند بدلیل نیاز به اطمینان از تامین آب عاری از آلودگی، ضروری خواهند بود. در یک وضعیت احتمالی، ضرورت ردیابی چندین عامل بیولوژیکی بطور همزمان بیش از هرزمان وجود داشته و لذا روش­های تشخیص مبتنی بر فناوری نانو و حسگرهای زیستی اهمیت می یابند (14).

استفاده از بیوسنسورها در تشخیص باکتری های بیماریزا

یکی از چالش‌های مهم کنونی در زمینه تشخیص زیستی، شناسایی عوامل بیماریزا مانند باکتری­هاست که ممکن است به میزان خیلی کمی وجود داشته باشند. حضور مقادیر خیلی کم باکتری­ها نیز می­تواند باعث ابتلا به بیماری­های خطرناک شود. به طور نمونه، اتحادیه اروپا سطح مجاز باکتری اشریشیاکلی[7] در آب آشامیدنی را ml100cfu/1 را تعریف کرده است و لذا، ردیابی سریع و دقیق در این سطح، نیازمند ایجاد سامانه تشخیصی بسیار حساسی است.

سالمونلاباکتری­های گرم منفی هستند که به طور طبیعی در قسمت­های تحتانی دستگاه گوارش انسان و حیوانات خونگرم یافت می شوند. این باکتری­ها در خارج از محل سکونت طبیعی خود در آب و محصولات غذایی زنده می مانند. مصرف مواد غذایی آلوده به این باکتری ها منجر به بیماری­هایی نظیر سالمونلوسیس[8] و تب روده ای[9] می­گردد. طرح حسگر مورد استفاده توسط Guntupalli و همکاران (2007) از یک ساختار مغناطیسی F40Ni32Mo4B18و آنتی­بادی­های موش چندکلونی تثبیت شده با استفاده از روش LB ساخته شده تا با اندازه­گیری تغییرات در فشار سطحی به روش Wilhemly برای تشخیص سالمونلا تیفی موریوم بکار رود (15). این سیستم به منظور کاهش ارتعاش حاصل از عوامل خارجی در سطح به تعادل می­رسد، که در چنین روشی تغییرات فرکانس صرفا از تغییرات جرم در کریستال حاصل می­گردد. این روش با اندازه­های مختلف بیوسنسور بررسی شده و این نتیجه که تغییرات بهتر فرکانس ارتعاش با سنسورهای کوچک حاصل    می‌گردد بدست آمد. در این حسگرها، فرکانس ارتعاش با افزایش تعداد میکروارگانیسم­های پاتوژن متصل به آنتی­بادی، کاهش می یابد. در نتیجه به منظور تشخیص سالمونلا استفاده از بیوسنسورهای بزرگتر راحت­تر است چرا که انواع کوچکتر سطح تماس کافی با آنتی ژن را فراهم نساخته و غلظت­های کم پاتوژن قابل تشخیص نخواهند بود (15).

اشریشیا‌کلی یک باسیل گرم منفی است که به طور طبیعی ساکن دستگاه گوارش انسان و سایر حیوانتا خونگرم می باشد. یک سویه از این باکتری که به O157:H7 شناخته شده است ممکن است در روده کوچک ایجاد التهاب کرده سبب اسهال بدخیم (توام با خون) و آسیب کلیه گردد (16). این باکتری همچنین عامل سندرم همولیتیک اورمیک است که می­تواند به عفونت و نارسایی کلیه بیانجامد (17). عفونت ناشی از اشریشیاکلی در اثر خوردن آب و/ یا غذای آلوده، عمدتا سبزیجات و میوه­جات تازه ایجاد می­گردد. همچنین این عفونت ممکن است در اثر مصرف مواد غذایی کم پخته شده یا آن‌هایی که با آب آلوده شسته شده اند بوجود آید (18). 

روش­های مختلفی برای یک تشخیص سریع با استفاده از بیوسنسورها با تعداد کاهش یافته به 103 CFU/ml  در کمتر از 10 ساعت و تایید با روش PCR وجود دارد (19). تکنیک­های دیگر استفاده از بیوسنسورها برای تشخیص باکتری با سایتومتری و در ادامه جداسازی به روش های ایمونومغناطیسی می باشد. این روش قادر به تشخیص وجود اشریشیاکلی در گوشت (4 سلول در هر گرم) در مدت زمان حدود 7 سـاعت می باشد. تشخیص اشریشیاکلی در زمان کوتاه­تر با استفاده از بیوسنسورهای امپریومتریک، از طریق اندازه­گیری رادیکال­های هیدروکسیل حاصل از کاهش اکسیژن توسط سوخت و ساز هوازی این باکتری، انجام گرفته است (20). این تکنیک از تثبیت کوالانسی آنزیم­های لاکتاز و پراکسیداز پراکسیدهای    تیم و ایندیوم، و اکسیداسیون اسیدسالسیلیک به ترکیبات     پلی فنلی توسط رادیکال­های هیدروکسیل بهره می گیرد. آنزیم­ها می توانند روی ترکیبات پلی فنل اثر بگذارند، جایی که آنزیم لاکتاز در حضور اکسیژن کویینون و بقایای پراکسید تولید که به عنوان دهنده الکترون عمل می­کند تولید کرده و آنزیم پراکسیداز واکنش بر دیگر ترکیبات فنلی را کاتالیز می کند. در واکنش اخیر کویینون نیز تولید می شود، که با ایجاد یک واکنش بازگشت پذیر همراه است که توسط بیوسنسورهای آمپریومتریک اندازه­گیری می گردد.

حسگر SAW متشکل از تداخل سنج صوتی 500 MHz بدون پوشش یا یک رزوناتور متصل به گرمکن حرارتی پلتیر[10] است. حسگر آشکارساز SAW با توجه به عدم وجود روکش، پایدار و فوق العاده حساس است (آشکار سازی در هر بیلیون برای ترکیبات فرار و هر یک تریلیون برای نیمه فرار) . GC/SAW به اندازه کافی حساس است تا بتوان با آن آلودگی آب آشامیدنی را با آزمایش فضای فوقانی نمونه آب تشخیص داد.

در سال‌های اخیر حسگرهای تجاری تحت مجموعه‌ای که بینی (Nose)  الکترونیکی نامیده می‌شوند ارائه شده است. از این حسگرها برای شناسایی میکروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) استفاده می‌شود. همچنین به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته نیز چنین تجهیزاتی تولید شده‌اند. این حسگرها روش سریع‌تر و نسبتا ساده‌ای را برای پایش تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می‌آورند (3).

جمع بندی

  1. افزایش آلودگی آب و منابع کشاورزی به وسیله­ی آفت­کش ها، بقایای داروهای حیوانی و نیز داروهای ضدمیکروبی مقاوم، فلزات سنگین، و آلاینده­های بیولوژیکی نظیر باکتری­های بیماریزا بسیاری از محققین علوم زیستی و بیوشیمی را بر آن داشته که نسبت به توسعه­ی فناوری­های تشخیص و ردیابی سریع، دقیق و حساس با هزینه قابل قبول و مقرون به صرفه تلاش نمایند. بدون شک حسگرهای زیستی یکی از فن­آوری های موثر و کاربردی در تشخیص سریع و کارآمد این آلاینده­ها در نمونه های آب، خاک و منابع غذایی می باشد. بدین لحاظ توسعه فناوری این حسگرها می تواند فصل مفیدی در شناسایی، پالایش و حذف آلاینده­های محیط‌زیستی بویژه انواع ناشی از صنایع کشاورزی فراهم آورد.

منابع

  1. Nawaz, S., 2003. Pesticides and herbicides. Residue determination. In: Caballero B, Trugo L, Finglas, P. (eds) Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (2nd ed). Academic Press, 4487-4493.
  2. Rustagi, S. and Kumar, P., 2013. Biosensor and it’s Application in Food Industry. Advanced Bioresearch, 4 (2): 168- 170.
  3. Zohora, S. E., Khan, A. M., Srivastava, A. K., Hundewale, N., 2013. Electronic Noses Application to Food Analysis Using Metal Oxide Sensors: A Review. International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE) 3 (5): 1-7.
  4. Thévenot, D. R., Toth, K., Durst, R. A., Wilson, G. S., 2001. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors and Bioelectronics, 16(1), 121-131.
  5. Darsanaki, R. K., Azizzadeh, A., Nourbakhsh, M., Raeisi, G., Aliabadi, M. A., 2013. Biosensors: Functions and Applications. Journal of Biology, 2(1), 53-61.
  6. Serna-Cock, L., and Perenguez-Verdugo, J. G., 2011. Biosensors Applications in Agri-food Industry. Environmental Biosensors. Prof. Vernon Somerset (Ed.), ISBN: 978-953-307-486-3, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/environmental-biosensors/biosensors-applications-in-agri-food-industry.
  7. Mostafa, G. A., 2010. Electrochemical Biosensors for the detection of pesticides. The Open Electrochemistry Journal. (2): 22-42.
  8. Serna, L., Zetty A., Ayala, A., 2009. Use of enzymatic biosensors as quality indices: a synopsis of present and future trends in the food industry. Chilean Journal of Agricultural Research, Vol. 69, No. 2, pp. 270-280.
  9. Patel, P., 2002. (Bio)sensors for measurement of analytes implicated in food safety: a  review. Trends in Analytical Chemistry, 21(2): 96-115.
  10. Zhang, Y., Muench, S., Schulze, H., Perz, R., Yang, B., Schmid, R., Bachmann, T., 2005. Disposable biosensor test for organophosphate and carbamate insecticides in milk. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53 (13): 5110–5115.
  11. Pavlov, V., Xiao, Y., Willner, I., 2005. Inhibition of the acetylcholine esterase-stimulated growth of au nanoparticles: nanotechnology-based sensing of nerve gases. Nano Letters. 5 (4): 649–653.
  12. Tsai, H., Doong, R., Chiang, H., Chen, K., 2003. Sol-gel derived urease- based optical biosensor for the rapid determination of heavy metals. Analytica Chimica Acta, 481 (1): 75-84.
  13. Chouteau, C., Dzyadevych, S., Durrieu, C., Chovelon, J., 2005. A bi-enzymatic whole cell conductometric biosensor for heavy metal ions and pesticides detection in water samples. Biosensors and Bioelectronics, 21 (2): 273–281.
  14. Otles S. and Yalcin B., 2010. Nano-Biosensors As New Tool For Detection Of Food Quality And Safety. LogForum 6 (4): 1-4.
  15. Guntupalli, R., Hu, J., Lakshmanan, R., Huang, T., Barbaree, J., Chin, B., 2007. A magnetoelastic resonance biosensor immobilized with polyclonal antibody for the detection of Salmonella typhimurium. Biosensors and Bioelectronics, 22 (7): 1474-1479.
  16. Lin, H., Lu, Q., Ge, S., Cai, Q., Grimes, C., 2010. Detection of pathogen Escherichia coli O157:H7 with a wireless magnetoelastic-sensing device amplified by using chitosan-modified magnetic Fe3O4 nanoparticles. Sensors and Actuators B: Chemical, 147 (1): 343–349.
  17. Waswa, J., Irudayaraj, J., DebRoy, C., 2007. Direct detection of E. Coli O157:H7 in selected food systems by a surface plasmon resonance biosensor. Food Science and Technology, 40 (2): 187–192.
  18. WHO 2005. Factsheet No 125: Enterohaemorrahic Escherichia coli (EHEC). World Health Organization, Available from http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs125/en/
  19. Tims, T., Lim, D., 2003. Confirmation of viable E. coli O157:H7 by enrichment and PCR after rapid biosensor detection. Journal of Microbiological Methods, 55 (1): 141– 147.
  20. Tang, H., Zhang, W., Geng, P., Wang, Q., Jin, L., Wu, Z., Lou, M. 2006. A new amperometric method for rapid detection of Escherichia coli density using a selfassembled monolayer-based bienzyme biosensor. Analytica Chimica Acta, 562 (2): 190–196.

 


 

 

 

 

 


 

 



[1]- استادیار پژوهشکده علوم و صنایع غذایی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری.

2- دکتری دانشوری پژوهشکده علوم و صنایع غذایی، وزارت علوم تحقیقات و فناوری*(مسئول مکاتبات) .  

1- Biosensors

1- International Union of Pure and Applied Chemistry

1- High Performance Liquid Chromatography

1- Airborne bio-warfare agents

2- E .coli

3- Salmonellosis

4- Enteric fever

1- Peltier

  1. Nawaz, S., 2003. Pesticides and herbicides. Residue determination. In: Caballero B, Trugo L, Finglas, P. (eds) Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (2nd ed). Academic Press, 4487-4493.
  2. Rustagi, S. and Kumar, P., 2013. Biosensor and it’s Application in Food Industry. Advanced Bioresearch, 4 (2): 168- 170.
  3. Zohora, S. E., Khan, A. M., Srivastava, A. K., Hundewale, N., 2013. Electronic Noses Application to Food Analysis Using Metal Oxide Sensors: A Review. International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE) 3 (5): 1-7.
  4. Thévenot, D. R., Toth, K., Durst, R. A., Wilson, G. S., 2001. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification. Biosensors and Bioelectronics, 16(1), 121-131.
  5. Darsanaki, R. K., Azizzadeh, A., Nourbakhsh, M., Raeisi, G., Aliabadi, M. A., 2013. Biosensors: Functions and Applications. Journal of Biology, 2(1), 53-61.
  6. Serna-Cock, L., and Perenguez-Verdugo, J. G., 2011. Biosensors Applications in Agri-food Industry. Environmental Biosensors. Prof. Vernon Somerset (Ed.), ISBN: 978-953-307-486-3, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/environmental-biosensors/biosensors-applications-in-agri-food-industry.
  7. Mostafa, G. A., 2010. Electrochemical Biosensors for the detection of pesticides. The Open Electrochemistry Journal. (2): 22-42.
  8. Serna, L., Zetty A., Ayala, A., 2009. Use of enzymatic biosensors as quality indices: a synopsis of present and future trends in the food industry. Chilean Journal of Agricultural Research, Vol. 69, No. 2, pp. 270-280.
  9. Patel, P., 2002. (Bio)sensors for measurement of analytes implicated in food safety: a  review. Trends in Analytical Chemistry, 21(2): 96-115.
  10. Zhang, Y., Muench, S., Schulze, H., Perz, R., Yang, B., Schmid, R., Bachmann, T., 2005. Disposable biosensor test for organophosphate and carbamate insecticides in milk. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53 (13): 5110–5115.
  11. Pavlov, V., Xiao, Y., Willner, I., 2005. Inhibition of the acetylcholine esterase-stimulated growth of au nanoparticles: nanotechnology-based sensing of nerve gases. Nano Letters. 5 (4): 649–653.
  12. Tsai, H., Doong, R., Chiang, H., Chen, K., 2003. Sol-gel derived urease- based optical biosensor for the rapid determination of heavy metals. Analytica Chimica Acta, 481 (1): 75-84.
  13. Chouteau, C., Dzyadevych, S., Durrieu, C., Chovelon, J., 2005. A bi-enzymatic whole cell conductometric biosensor for heavy metal ions and pesticides detection in water samples. Biosensors and Bioelectronics, 21 (2): 273–281.
  14. Otles S. and Yalcin B., 2010. Nano-Biosensors As New Tool For Detection Of Food Quality And Safety. LogForum 6 (4): 1-4.
  15. Guntupalli, R., Hu, J., Lakshmanan, R., Huang, T., Barbaree, J., Chin, B., 2007. A magnetoelastic resonance biosensor immobilized with polyclonal antibody for the detection of Salmonella typhimurium. Biosensors and Bioelectronics, 22 (7): 1474-1479.
  16. Lin, H., Lu, Q., Ge, S., Cai, Q., Grimes, C., 2010. Detection of pathogen Escherichia coli O157:H7 with a wireless magnetoelastic-sensing device amplified by using chitosan-modified magnetic Fe3O4 nanoparticles. Sensors and Actuators B: Chemical, 147 (1): 343–349.
  17. Waswa, J., Irudayaraj, J., DebRoy, C., 2007. Direct detection of E. Coli O157:H7 in selected food systems by a surface plasmon resonance biosensor. Food Science and Technology, 40 (2): 187–192.
  18. WHO 2005. Factsheet No 125: Enterohaemorrahic Escherichia coli (EHEC). World Health Organization, Available from http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs125/en/
  19. Tims, T., Lim, D., 2003. Confirmation of viable E. coli O157:H7 by enrichment and PCR after rapid biosensor detection. Journal of Microbiological Methods, 55 (1): 141– 147.
  20. Tang, H., Zhang, W., Geng, P., Wang, Q., Jin, L., Wu, Z., Lou, M. 2006. A new amperometric method for rapid detection of Escherichia coli density using a selfassembled monolayer-based bienzyme biosensor. Analytica Chimica Acta, 562 (2): 190–196.