چشم انداز
امروزه سنسورها بعنوان جزء حیاتی و ضروری سیستم‌های مختلف اندازه‌گیری و کنترل شناخته می‌شوند. سنسورها دستگاه‌هایی هستند که یک کمیت قابل اندازه‌گیری را تشخیص و آن را به یک سیگنال قابل خوانش تبدیل می‌کنند. بیوسنسورها، دستگاه‌های گیرنده- مبدل یکپارچه‌ای هستند که می‌توانند با استفاده از یک عنصر تشخیصی زیستی، اطلاعات تحلیلی کمی یا نیمه کمی را درباره آنالیت فراهم آورند.
سنسورها و بیوسنسورها در زمینه‌های گسترده‌ای از قبیل نظارت بر محیط زیست، بهداشت و سلامت، کشاورزی، کنترل ایمنی مواد غذایی، دفاع زیستی و تشخیص‌های بالینی کاربرد دارند. بنابراین توسعه سنسورها و بیوسنسورهای دقیق و قابل اعتماد با حساسیت بالا، قیمت مناسب و دارای قابلیت حمل مورد توجه بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی قرار گرفته است.
افزایش شیوع بیماری‌های مزمن و عفونی و نیز انواع سرطان‌ها، افزایش سرمایه گذاری در کشف داروهای جدید، آیین نامه‌های دقیق زیست محیطی، رشد کشاورزی هوشمند و گسترش صنعت فرآوری مواد غذایی، عوامل کلیدی حاکم بر رشد بازار جهانی بیوسنسورها هستند. از بیوسنسورها به‌طور گسترده‌ای در برنامه‌های مراقبت‌های بهداشتی مانند پایش و اندازه‌گیری قند خون و کلسترول، تست‌های بارداری و شناسایی تأثیر داروها استفاده می‌شود. استفاده از بیوسنسورها در سایر کاربردها مانند اندازه‌گیری سموم و آلودگی‌های میکروبی در مواد و فرآورده‌های غذایی، تشخیص آلاینده‌های شیمیایی و بیولوژیک خاک و پایش آلاینده‌های موجود در هوا و آب در حال شتاب گرفتن است.
پیش‌بینی می‌شود افزایش آگاهی در کشورهای مختلف، باعث رشد بازار بیوسنسورها در سال‌های آینده شود.
توسعه فناوری نانو، انقلابی در بازار سنسورها و بیوسنسورها در سراسر جهان ایجاد کرده است. به‌کارگیری نانوساختارها در زیرساخت‌های سنسوری، منجر به کوچک‌سازی سنسورها، امکان آنالیز هم‌زمان چندین آنالیت، افزایش حساسیت تشخیص، کاهش هزینه و کاهش مقدار نمونه مورد نیاز برای آزمایش شده است.
تحقیقات در زمینه سنسور و بیوسنسور نیازمند یک رویکرد بین رشته‌ای و تعامل همگرا بین شاخه‌های مختلف علمی مانند پزشکی، زیست شناسی، فیزیک، شیمی و مهندسی است. بر این اساس، گروه سنسور و بیوسنسور در سال 1397 با همکاری متخصصین گروه‌های مختلف، در دانشکده علوم و فناوری‌های بین رشته‌ای دانشگاه تربیت مدرس، جهت انجام تحقیقات با رویکرد محصول محور تأسیس گردید.
اهداف
هدف اصلی این گروه اجرای راه‌‌حل‌های نوآورانه در طراحی و ساخت سنسورها و بیوسنسورها به‌ویژه با بکارگیری نانو مواد و نیز یکپارچه‌سازی فرایند تشخیص در قالب سیستم‌های الکترونیک است. در این راستا، شناسایی عوامل بیماری‌زا و نشانگرهای زیستی، تولید عوامل تشخیصی زیستی و طراحی و ساخت زیرساخت‌های مختلف سنسوری از مهمترین فعالیت‌های مورد توجه گروه هستند. بر این اساس، اهداف تدوین شده کلی گروه سنسور و بیوسنسور عبارتند از:
- تولید عوامل تشخیصی زیستی (آنتی‌بادی/آپتامر) برای بکارگیری در زیرساخت‌های مختلف سنسوری
- توسعه زیرساخت‌های مختلف سنسوری با بکارگیری فناوری نانو، فناوری میکروفلوئیدیک و سیستم‌های الکترونیکی مورد نیاز
- ساخت و توسعه بیوسنسورهای قابل حمل برای تشخیص در محل و زودهنگام بیماری‌ها
طرح‌های کلان پژوهشی
پیشرفت در فناوری بیوسنسورها یکی از مهمترین عواملی است که باعث افزایش محبوبیت دستگاه‌های هوشمند تشخیص دهنده بیماری‌ها شده است. در طول ده‌های گذشته، افزایش تعداد بیماری‌های قلبی و بیماران دیابتی باعث افزایش چشمگیر استفاده از دستگاه‌های پیشرفته جهت تشخیص این بیماری‌ها و نیز پایش وضعیت سلامت و روند درمان شده است.
از طرف دیگر، شناسایی زود هنگام سرطان بعنوان دومین علت اصلی مرگ در اثر بیماری‌های غیرواگیر در جهان دارای اهمیت بسیار زیادی است. توسعه روش‌های تشخيصی زودهنگام مبتنی بر بیوسنسورها، علاوه بر کاهش مرگ و میر ناشی از سرطان، منجر به کاهش هزینه‌های بهداشتی، اقتصادی و اجتماعی تحمیل شده بر جامعه می‌شود. همچنین افزایش آلودگی‌های زیست محیطی با تأکید بر آلاینده‌های نوظهور، عناصر سنگین سمی و سایر عوامل خطرناک، یک نگرانی جدی جهانی محسوب می‌شود. با توجه به این معضل جهانی، نیاز به طراحی و توسعه زیرساخت‌های اندازه‌گیری راهبردی با کارایی و دقت بالاتر برای شناسایی طیف گسترده‌تری از آلاینده‌ها وجود دارد. بر این اساس طرح‌های کلان گروه سنسور و بیوسنسور به شرح زیر است.
- ساخت سنسور برای تشخیص بیماری‌های قلبی باقابلیت اندازه‌گیری نشانگرهای زیستی مربوطه (CTN1, Troponin، pro-bNP،D-Dimer)
- ساخت سنسورهای مرتبط با آزمایش‌های کنترل دیابت
- ساخت سنسورها برای تشخیص زودهنگام سرطان‌های تخمدان و پروستات با اندازه‌گیری نشانگرهای زیستی مربوطه (PSA و CA125)
- ساخت سنسورها برای شناسایی و اندازه‌گیری یون‌های فلزی (Cd، As، Hg و Pb)
- ساخت سنسورها برای تشخیص و به دنبال آن حذف آلاینده‌های آلی رنگی و دارویی
برنامه‌ها
- ساخت و توسعه مبدل‌های اپتیکی، شیمیایی، الکتروشیمیایی
- توسعه عوامل تشخیصی شیمیایی و بیولوژیک و ادغام آن‌ها با مبدل‌های جدید
- سنتز نانوساختارها، نانوکامپوزیت‌ها و مواد نانوپلیمری جهت به کارگیری در زیرساخت‌های مختلف سنسوری
- راه‌اندازی و به‌کارگیری روش‌های تولید صنعتی مانند چاپ سطحی، رسوب الکتریکی و لیتوگرافی در ساخت زیرساخت‌های سنسوری
- تثبیت عوامل تشخیصی شیمیایی و زیستی بر روی زیرساخت‌های سنسوری
اعضای همکار
- دکتر نادر علیزاده مطلق، استاد، دانشکده علوم پایه، گروه شیمی تجزیه
- دکتر محمدجواد رسایی، استاد، دانشکده علوم پزشکی، گروه بیوشیمی پزشکی
- دکتر علیرضا محجوب، استاد، دانشکده علوم پایه، گروه شیمی معدنی
- دکتر احمد مشاعی، دانشیار، دانشکده علوم پایه، گروه فیزیک اتمی و مولکولی، (مدیر گروه)
- دکتر مریم نیکخواه، دانشیار، دانشکده علوم زیستی، گروه نانوبیوتکنولوژی
- دکتر سارا درباری کوزه کنان، دانشیار، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، گروه الکترونیک
- دکتر سارا عباسیان، دانشکده علوم و فناوری‌های بین‌رشته‌ای، گروه سنسور و بیوسنسور، (دبیر گروه)