طراحی و شبیه‌سازی زیست حسگر تشخیص باکتری ایشرشیا کولی با استفاده از ترانزیستور اثر میدان ارگانیک بر روی نیم‌رسانای پنتاسین

در این مقاله با استفاده از ترانزیستور اثر میدان ارگانیک، زیست حسگری برای تشخیص باکتری Escherichia Coli(O157:H7) طراحی شد و رفتار آن در مواجهه با باکتری و در محیط آزمایش، مورد تحلیل و شبیه‌سازی قرار گرفت. طراحی این زیست حسگر شامل دو قسمت ساختار و مواد است. در قسمت ساختار برای اولین بار از پیکربندی OCMFET برای تشخیص باکتری استفاده شد و به‌منظور بهبود عملکرد و پایداری، بر روی آن اصلاحاتی انجام گرفت. این ساختار، پیش از این فقط برای تشخیص هیبریداسیون DNA بکارگرفته شده بود. در ساختار اصلاح شده از یک مسیر میکروفلوئیدیک برای ورود و خروج آنالیت استفاده شده که این امر تشخیص در حجم‌های بسیار کم آنالیت، با کارایی و سرعت بالا را ممکن ساخته است. در بخش مواد نیز از نیم‌رسانای ارگانیک پنتاسین با توجه به مزایایی مثل سازگاری با محیط زیست، ارزان و آسان بودن فرآیندهای ساخت وعدم نیاز به تجهیزات گران قیمت استفاده شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد با گذشت 2 دقیقه از زمان اعمال آنالیت حاوی باکتری E. Coli با غلظت  Cfu/mL100 به سنسور، تعداد 35 عدد باکتری به سطح تشخیصی سنسور می‌چسبند که منجر به شیفت 72 میلی‌ولتی در منحنی مشخصه ترانزیستور می‌شوند. این شیفت طی 5 دقیقه به حدود 174 میلی ولت به ازای تشخیص 86 باکتری می‌رسد که نشان دهنده حساسیت بالای سنسور می‌باشد. زمان پاسخ سریع، حساسیت بالا، سازگاری با محیط زیست، قابلیت ساخت با تکنولوژی موجود، و ارزان بودن از مزایای دیگر این ساختار می‌باشد.

Keywords:

زیست حسگر , بیوفت , ترانزیستور اثرمیدان , نیم‌رسانای ارگانیک , پنتاسین , ایشرشیا کولی , سیستم‌های میکروفلوئیدیک