این مقاله به معرفی یکی از کاربردهای جدید تراشه های الکترونیکی در عرصه علوم زیستی می پردازد. جای دادن یک آزمایشگاه بیولوژیکی بر روی یک تراشه کوچک، موضوعی است که در سال های اخیر امیدهای بسیاری را جهت تشخیص بیماری ها به کمک دستگاه های الکترونیکی قابل حمل به وجود آورده است. ما نیز در این مقاله به شرح تکنیک های ساخت سیستمی می پردازیم که ضمن فراهم آوردن محیطی در ابعاد کمتر از یک صدم میلی متر مکعب جهت رشد باکتری ها، قادر است برآوردی از رشد باکتری را نیز به صورت تابعی از زمان ارایه نماید. این سیستم از دو بخش الکترونیکی و میکروفلوئیدیکی تشکیل شده است. بخش الکترونیکی این سیستم را یک حسگر خازنی تشکیل می دهد که تغییرات خازنی ناشی از رشد باکتری را به سیگنالی الکتریکی تبدیل می کند و بخش میکروفلوئیدیکی آن را یک کانال به قطری در حدود یکصد میکرومتر تشکیل می دهد که در بالای سطح تراشه حسگر ساخته می شود. این مقاله ضمن ارایه نتایج ساخت سیستم طراحی شده، منحنی های رشد باکتری "E.Coli" با غلظت های اولیه 106 و 107 در یک میلی لیتر از ماده نگهدارنده را به نمایش می گذارد.

پیشرفت های اخیر در دانش و فناوری سبب شده است تا شاهد انقلاب در بسیاری از حوزه های مختلف علمی و صنعتی باشیم. اصطلاح آزمایشگاه در یک تراشه یا به عبارت دیگر انجام انواع آنالیزهای پیچیده تنها در مدت زمان اندک و در یک فضای بسیار کوچک اصطلاحی است که در سال های اخیر بسیار رایج گردیده و آنچه درگذشته به عنوان یک آرزو مطرح بوده اکنون به صورت عملی و واقعی وارد زندگی نوع بشر شده است. در این مقاله تلاش گردیده تا نوع خاصی از فناوری آزمایشگاه بر روی یک تراشه که البته یکی از رایج ترین آن ها نیز هست، یعنی دانش و فناوری میکروسیال (میکروکانال) موردبحث و بررسی قرار گیرد. گستره وسیع کاربرد این فناوری سبب گردیده است تا استفاده از آن به سرعت عملی گردد. هرچند گستره ی این فناوری بسیار وسیع است و در بسیاری از شاخه های علم و صنعت وارد گردیده اما در اینجا تنها کاربردهای این فناوری در حوزه های تشخیصی در پزشکی و بیولوژی موردتوجه قرار گرفته است. در این مقاله به خصوص به بررسی دستگاه های ساخته شده با فناوری میکروسیال برای آنالیز DNA، دستگاه های تشخیصی بر اساس جداسازی، دستگاه ها برای بررسی، مرتب کردن و آنالیز عمومی سلول ها و دستگاه های مبتی بر اساس پروتئین موردبحث و بررسی قرار گرفته است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

این مقاله به کوچک سازی سنسور C4D برای سیستم های آزمایشگاهی بر روی تراشه(LOC) و چگونگی تاثیر پارامترهای آن نظیر جنس تراشه، بار یونی و فرکانس و هندسه الکترودها بر روی آن از طریق نرم افزار کامسول می پردازد. نتایج نشان می دهند هنگامی که جنس تراشه از شیشه باشد، چگالی جریان در زمان حضور یون به A/m2003/0 افزایش می یابد و تراشه ای از جنس پلی دی متیل سیلوکسان این چگالی را به A/m2 0015/0 می رساند. با بکارگیری ترکیبی از این دو ماده علاوه بر دستیابی به مزایای پلی دی متیل سیلوکسان، حساسیت حسگر نیز افزایش می یابد. افزون بر این، افزایش فرکانس ورودی مانع از هر گونه تغییر چگالی ناگهانی جریان می شود و تغییر بار یونی از 1 تا 5، منجر به تغییر هدایت الکتریکی از S/m 7-10 تا S/m 7-10 × 8 می گردد. طراحی تراشه با چهار الکترود نیز به دلیل شدت جریان بالاتر در بدنه محلول، حساسیت حسگر را افزایش می دهد. انتخاب مناسب سنسور C4D بر روی تراشه با حساسیت بالا می-تواند در آینده زمینه ساز بسیاری از پیشرفت ها در زمینه پزشکی و تشخیص طبی باشد.

میکرومیکسرها از اجزای حیاتی در دستگاه های آزمایشگاه-روی-تراشه به شمار می روند. کاربرد اصلی آنها اختلاط دوگونه سیال با کیفیت مطلوب در حداقل زمان اختلاط است. در این مقاله چند نوع میکسر فعال و غیرفعال با طراحی های نوآورانه به منظور افزایش کیفیت اختلاط و کاهش زمان آن مورد مطالعه عددی قرار گرفته اند. مدل سازی عددی توسط حل معادلات غیرخطی و به هم وابسته پواسون-نرنست-پلنک-ناویر-استوکس و با استفاده از کد خانگی رایان انجام گرفته است. این معادلات که در مقیاس محیط پیوسته پدیده های همرفت، مهاجرت الکتریکی و نفوذ مولکولی را در نظر می گیرند مدل دقیق تری از فیزیک واقعی غالب بر میکرومیکسرهای الکتروسینتیکی فعال با الکترودهای ولتاژ متغیر را ارایه می نمایند. روش های رایج و ساده سازی شده همچون مدل پواسون-بولتزمن بر پایه فرضیات ساده شده بنا شده اند و در نتیجه در مواردی مانند وجود پیچیدگی در هندسه و استفاده از الکترودهای ولتاژ متغیر دقت خود را به شدت از دست می دهند. از طرف دیگر مدل پواسون-بولتزمن از نظر حل عددی به مراتب از مدل پواسون-نرنست-پلنک-ناویر-استوکس ساده تر بوده و مدل سازی بر اساس آن از نظر عددی بسیار ارزان تر است. یکی از دستاوردهای این پژوهش نشان می دهد در میکرومیکسرهای غیرفعال با استفاده از چند مانع کوچک به عنوان جایگزین یک مانع بزرگ کیفیت اختلاط در نمونه مدل سازی شده به مقدار 13% افزایش یافته است. یکی دیگر از دستاوردهای اصلی این پژوهش معرفی چیدمان همزمان الکترودهای عمودی و افقی ولتاژ متغیر با زمان برای اولین بار است. این طرح جدید موجب ایجاد فوران های عمود بر جریان اصلی می شود و اختلاط را بهبود می دهد. در نتیجه تغییرات پیشنهادی در کار حاضر، بهبود افزایش کیفیت اختلاط به 99% و کاهش زمان رسیدن به اختلاط پایدار به 7/2ثانیه حاصل شده است.

در سالیان اخیر، میکروفلوییدیک اینرسیایی (استفاده از نیروهای اینرسی در میکروکانال ها) توجهات بسیاری را در حوزه ی جداسازی ذرات به خود جلب کرده است. مزیت این روش نسبت به سایر شیوه های جداسازی و غنی سازی، قابلیت استفاده در دبی های بالا و ارزان بودن آن می باشد. در پژوهش حاضر با هدف غنی سازی سیال از ذرات با قطر بیش از 15 میکرون، میکروکانال مستطیلی با مقاطع عریض و باریک در نظر گرفته شد که در آن، بخش های عریض (مخزن ها) وظیفه ی به دام اندازی ذرات با قطر بزرگ را بر عهده دارند. به کمک روش المان محدود و با حل معادلات ناویر-استوکس، خطوط جریان و شکل گردابه ها محاسبه گردید. مشاهده شد که به ازای دبی های ورودی در محدوده ی 25/0 تا 5/0 میلی لیتر بر دقیقه (مطابق با محدوده دبی های به کار گرفته شده در پژوهش های تجربی)، بیشترین درصد به دام اندازی ذرات با قطرهای بیش از 10 میکرون در نزدیکی دبی 35/0 میلی لیتر بر دقیقه رخ می دهد. همچنین اثر پارامترهایی همچون ارتفاع کانال، تعداد مخازن و طول اولیه ی مقطع باریک نیز بر درصد به دام اندازی سنجیده شد. در نهایت، در راستای نزدیک شدن به کاربردهای عملی، اثر تغییر لزجت ناشی از جایگزینی سیال خون به جای آب نیز مورد بررسی قرار گرفت که منجر به شکل گیری گردابه ها در دبی های بالاتر شد. به طور کلی، گردابه های ایجاد شده در بخش عریض که شدت و ضعف آن ها وابسته به پارامترهای ذکر شده می باشد، نقش غالب را در جداسازی ذرات ایفا نموده، در حالی که نیروهای لیفت اینرسیایی بیشتر در نقش هدایت کننده ی ابتدایی برای جداسازی به شمار می روند.

شبکه روی تراشه، زیرسیستم ارتباطی درون یک مدار مجتمع است که ارتباط بین پردازنده ها در سیستم روی تراشه را فراهم می سازد. برای رسیدن از یک گره به گره دیگر، چندین مسیر مختلف وجود دارد؛ بنابراین باید الگوریتم مسیریابی وجود داشته باشد تا به وسیله آن مسیر رسیدن به مقصد را به دست آورد. در این مقاله الگوریتمی مبتنی بر کاهش مسیر عبوری برای رسیدن یک بسته از مبدا به مقصد ارایه شده است؛ این الگوریتم قادر است علاوه بر بالابردن قابلیت اطمینان، باعث کاهش تاخیر، توان مصرفی و افزایش کارآیی شبکه روی تراشه شود و این در شرایطی است که بیشتر شبکه های تحمل پذیر خطای ارایه شده در این حوزه به ازای رسیدن به قابلیت اطمینان بالاتر، پارامترهایی ازقبیل تاخیر، توان مصرفی و پیچیدگی های مداربندی را افزایش می دهند. روش ارایه شده با کمترین تغییرات سخت افزاری و پیچیدگی مداری باعث بهبود کارآیی شبکه می شود. مسیر گذرانده شده با بسته برای رسیدن به مقصد کاهش می یابد و این کاهش مسیر یعنی عبور از تعداد لینک و مسیریاب کمتر و کاهش احتمال برخورد با لینک ها و مسیریاب های معیوب و افزایش قابلیت اطمینان شبکه. همچنین عبور از تعداد لینک ها و مسیریاب های کمتر موجب کمترشدن تاخیر و توان مصرفی شبکه نیز خواهد شد.

استفاده قدرت های بزرگ از سلاح های زیستی سابقه ای طولانی دارد. ایالات متحده یکی از مهم ترین تولید کنندگان سلاح های بیولوژیکی با گسترش برنامه آزمایشگاهی خود در سراسر جهان، خطری بزرگ برای آینده سلامت بشر است. بنابراین، این پرسش مطرح می شود که راهکار های مقابله با بحران های ناشی از رفتار مخرب بیولوژیک آمریکا چیست؟ بر این اساس، در این مقاله نقش سازمان های بین المللی، ظرفیت های حقوق بین الملل و همچنین رسانه ها برای جلب توجه جهانی و برخورد حقوقی با این رفتار های مخرب با روش توصیفی-تحلیلی مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که آزمایشگاه های بیولوژیکی فرامرزی آمریکا در اوکراین، قزاقستان، ازبکستان، گرجستان، ارمنستان، کره جنوبی، کلمبیا، اندونزی، سنگال و برخی از کشورهای آفریقایی فعال هستند. این فعالیت ها، ناقض اصول حقوق بین الملل مرتبط با فعالیت های زیست محیطی و در تعارض با مسئولیت بین المللی دولت ها است. ابزار های رسانه ای در دنیای مدرن می توانند با آگاهی بخشی به افکار عمومی و افزایش مطالبه گری کنشگران اجتماعی و نهادهای مدنی، حقوقی و سازمان های بین المللی را برای برخورد با دولت های متخلف اقناع نمایند. رسانه های مستقل از جریان نظام سلطه، ازجمله رسانه های برون مرزی ایران، می توانند برای بسیج افکار عمومی در برابر آلودگی های بیولوژیکی و برنامه های مخفی دولت های متخلف به ویژه ایالات متحده و تبعات آن، نقش و کارکرد تبیینی موثری ایفا نمایند.