الإلكترونيات الحيوية

الموسوعة الحرة

الإلكترونيات الحيوية هو مجال بحث في التقارب بين علم الأحياء والإلكترونيات .

التعاريف

الريبوسوم هو آلة بيولوجية تستخدم ديناميكيات البروتين

في أول ورشة عمل CEC، في بروكسل في نوفمبر 1991، تم تعريف الإلكترونيات الحيوية على أنها "استخدام المواد البيولوجية والهياكل البيولوجية لأنظمة معالجة المعلومات والأجهزة الجديدة". تم وصف الإلكترونيات الحيوية، وخاصة الإلكترونيات الجزيئية الحيوية، على أنها "البحث والتطوير للمواد غير العضوية والعضوية المستوحاة من البيولوجيا (أي التجميع الذاتي) والهياكل المادية المستوحاة من البيولوجيا (أي التوازي الهائل) لتنفيذ أنظمة معالجة المعلومات الجديدة وأجهزة الاستشعار والمحركات، والتصنيع الجزيئي حتى المستوى الذري". [1] عرّف المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، وهي وكالة تابعة لوزارة التجارة الأمريكية ، الإلكترونيات الحيوية في تقرير عام 2009 على أنها "التخصص الناتج عن تقارب البيولوجيا والإلكترونيات ". [2] : 5 

تشمل مصادر المعلومات حول هذا المجال معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) من خلال مجلته الصادرة عن Elsevier Biosensors and Bioelectronics والتي نُشرت منذ عام 1990. تصف المجلة نطاق الإلكترونيات الحيوية على أنه يسعى إلى: "... استغلال علم الأحياء جنبًا إلى جنب مع الإلكترونيات في سياق أوسع يشمل، على سبيل المثال، خلايا الوقود البيولوجية، والبيونيك والمواد الحيوية لمعالجة المعلومات وتخزينها والمكونات الإلكترونية والمحركات. أحد الجوانب الرئيسية هو الواجهة بين المواد البيولوجية والإلكترونيات الدقيقة والنانوية." [3]

تاريخ

أجريت أول دراسة معروفة للإلكترونيات الحيوية في القرن الثامن عشر عندما طبق الطبيب العالم الإيطالي لويجي جالفاني جهدًا على زوج من أرجل الضفدع المنفصلة. تحركت الأرجل، مما أدى إلى نشوء الإلكترونيات الحيوية. [4] تم تطبيق تكنولوجيا الإلكترونيات على علم الأحياء والطب منذ اختراع جهاز تنظيم ضربات القلب ومع صناعة التصوير الطبي. في عام 2009، اقترح مسح للمنشورات التي تستخدم المصطلح في العنوان أو الملخص أن مركز النشاط كان في أوروبا (43 في المائة)، تليها آسيا (23 في المائة) والولايات المتحدة (20 في المائة). [2] : 6 

مواد

الإلكترونيات الحيوية العضوية هي تطبيق المواد الإلكترونية العضوية في مجال الإلكترونيات الحيوية. تظهر المواد العضوية (أي التي تحتوي على الكربون) وعدًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بالتفاعل مع الأنظمة البيولوجية. [5] تركز التطبيقات الحالية حول علم الأعصاب [6] [7] والعدوى. [8] [9]

أظهرت الطلاءات البوليمرية الموصلة ، وهي مادة إلكترونية عضوية، تحسنًا هائلاً في تكنولوجيا المواد. كانت أكثر أشكال التحفيز الكهربائي تطورًا. لقد حسنت معاوقة الأقطاب الكهربائية في التحفيز الكهربائي، مما أدى إلى تسجيلات أفضل وتقليل "التفاعلات الجانبية الكهروكيميائية الضارة". تم اختراع الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية (OECT) في عام 1984 بواسطة مارك رايتون وزملائه، والتي كانت لديها القدرة على نقل الأيونات. أدى هذا إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء وإعطاء معاوقة قياس منخفضة. تم إنشاء مضخة الأيونات الإلكترونية العضوية (OEIP)، وهو جهاز يمكن استخدامه لاستهداف أجزاء وأعضاء معينة من الجسم لالتصاق الدواء، بواسطة ماجنوس بيرجرين. [4]

باعتبارها واحدة من المواد القليلة الراسخة في تكنولوجيا CMOS، تبين أن نتريد التيتانيوم (TiN) مستقر بشكل استثنائي ومناسب لتطبيقات الأقطاب الكهربائية في الغرسات الطبية . [10] [11]

تطبيقات هامة

تُستخدم الإلكترونيات الحيوية للمساعدة في تحسين حياة الأشخاص ذوي الإعاقات والأمراض. على سبيل المثال، يُعد جهاز مراقبة الجلوكوز جهازًا محمولاً يسمح لمرضى السكري بالتحكم في مستويات السكر في الدم وقياسها . [4] تُستخدم التحفيز الكهربائي لعلاج المرضى المصابين بالصرع والألم المزمن ومرض باركنسون والصمم والرعشة الأساسية والعمى. [12] [13] ابتكر ماجنوس بيرجرين وزملاؤه نوعًا مختلفًا من OEIP الخاص به، وهو أول جهاز زرع إلكتروني حيوي تم استخدامه في حيوان حي حر لأسباب علاجية. ينقل التيارات الكهربائية إلى GABA، وهو حمض. يعد نقص GABA في الجسم عاملاً في الألم المزمن. ثم يتم توزيع GABA بشكل صحيح على الأعصاب التالفة، ليعمل كمسكن للألم. [7] تُستخدم تحفيز العصب المبهم (VNS) لتنشيط المسار المضاد للالتهابات الكوليني (CAP) في العصب المبهم، مما يؤدي إلى تقليل الالتهاب لدى المرضى الذين يعانون من أمراض مثل التهاب المفاصل . نظرًا لأن المرضى المصابين بالاكتئاب والصرع أكثر عرضة للإصابة بإغلاق الشريان الرئوي، فإن التحفيز العصبي المبهم يمكن أن يساعدهم أيضًا. [14] في الوقت نفسه، ليست كل الأنظمة التي تستخدم إلكترونيات للمساعدة في تحسين حياة الناس هي بالضرورة أجهزة إلكترونية حيوية، ولكن فقط تلك التي تنطوي على واجهة حميمة ومباشرة بين الإلكترونيات والأنظمة البيولوجية. [15]

يمكن استخدام الإلكترونيات الحيوية لتطوير طرق جديدة بدون علامات لمراقبة غزو الخلايا السرطانية ومقاومة الأدوية. على سبيل المثال، يمكن استخدام المقاومة الكهربائية للخلايا السرطانية للتنبؤ بفعالية أدوية السرطان وتحديد الأدوية الأكثر احتمالاً لتكون فعالة ضد نوع معين من السرطان. [16]

مستقبل

إن تحسين المعايير والأدوات اللازمة لمراقبة حالة الخلايا بدقة دون الخلوية يفتقر إلى التمويل والعمالة. وهذه مشكلة لأن التقدم في مجالات أخرى من العلوم بدأ في تحليل أعداد كبيرة من الخلايا، مما يزيد من الحاجة إلى جهاز يمكنه مراقبة الخلايا على هذا المستوى من الرؤية. لا يمكن استخدام الخلايا بطرق عديدة بخلاف غرضها الرئيسي، مثل الكشف عن المواد الضارة. إن دمج هذا العلم مع أشكال من التكنولوجيا النانوية يمكن أن يؤدي إلى طرق كشف دقيقة بشكل لا يصدق. إن الحفاظ على الأرواح البشرية مثل الحماية من الإرهاب البيولوجي هو أكبر مجال عمل يتم إنجازه في مجال الإلكترونيات الحيوية. بدأت الحكومات في المطالبة بأجهزة ومواد للكشف عن التهديدات الكيميائية والبيولوجية. وكلما تقلص حجم الأجهزة، زاد الأداء والقدرات. [2]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ Nicolini C (1995). "من الرقائق العصبية والجزيئات الحيوية المصممة إلى الأجهزة الإلكترونية الحيوية: نظرة عامة". Biosensors & Bioelectronics . 10 ( 1– 2): 105– 27. doi :10.1016/0956-5663(95)96799-5. PMID  7734117.
  2. ^ abc "إطار عمل للإلكترونيات الحيوية: الاكتشاف والابتكار" (PDF) . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. فبراير 2009. ص. 42.
  3. ^ "المستشعرات الحيوية والإلكترونيات الحيوية". إلسفير.
  4. ^ abc Rivnay J, Owens RM, Malliaras GG (14 يناير 2014). "صعود الإلكترونيات الحيوية العضوية". كيمياء المواد . 26 (1): 679– 685. doi :10.1021/cm4022003.
  5. ^ أوينز آر، كيال بي، ريختر-داهلفورس أ، سيكويرا إف (سبتمبر 2013). “الإلكترونيات الحيوية العضوية – تطبيقات جديدة في الطب الحيوي. مقدمة”. الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية اكتا . 1830 (9): 4283-5 . دوى :10.1016/j.bbagen.2013.04.025. بميد  23623969.
  6. ^ Simon DT, Larsson KC, Nilsson D, Burström G, Galter D, Berggren M, Richter-Dahlfors A (سبتمبر 2015). "الخلايا العصبية الإلكترونية العضوية المحاكية للحيوية تمكن من التعديل العصبي المنظم تلقائيًا". Biosensors & Bioelectronics . 71 : 359– 364. doi :10.1016/j.bios.2015.04.058. PMID  25932795.
  7. ^ ab Jonsson A, Song Z, Nilsson D, Meyerson BA, Simon DT, Linderoth B, Berggren M (مايو 2015). "العلاج باستخدام الإلكترونيات الحيوية العضوية المزروعة". Science Advances . 1 (4): e1500039. Bibcode :2015SciA....1E0039J. doi : 10.1126/sciadv.1500039. PMC 4640645. PMID  26601181. 
  8. ^ Löffler S, Libberton B, Richter-Dahlfors A (2015). "البيوإلكترونيات العضوية في العدوى". مجلة كيمياء المواد ب . 3 (25): 4979– 4992. doi : 10.1039/C5TB00382B . PMID  32262450.
  9. ^ Löffler S, Libberton B, Richter-Dahlfors A (نوفمبر 2015). "أدوات إلكترونية حيوية عضوية للتطبيقات الطبية الحيوية". إلكترونيات . 4 (4): 879– 908. doi : 10.3390/electronics4040879 .
  10. ^ Hämmerle H، Kobuch K، Kohler K، Nisch W، Sachs H، Stelzle M (فبراير 2002). “الاستدامة الحيوية لمصفوفات الثنائي الضوئي الصغير من أجل زرع تحت الشبكية”. المواد الحيوية . 23 (3): 797-804 . دوى :10.1016/S0142-9612(01)00185-5. بميد  11771699.
  11. ^ Glogener P، Krause M، Katzer J، Schubert MA، Birkholz M، Bellmann O، Kröger-Koch C، Hammonn HM، Metges CC، Welsch C، Ruff R، Hoffmann KP (2018). “استقرار التآكل المطول لزرع مستشعر الرقائق الدقيقة أثناء التعرض داخل الجسم الحي”. أجهزة الاستشعار الحيوية . 8 (1): 13. دوى : 10.3390/bios8010013 . بمك 5872061 . بميد  29389853. 
  12. ^ Simon DT, Gabrielsson EO, Tybrandt K, Berggren M (نوفمبر 2016). "البيوإلكترونيات العضوية: سد الفجوة الإشارية بين البيولوجيا والتكنولوجيا". المراجعات الكيميائية . 116 (21): 13009– 13041. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00146 . PMID  27367172.
  13. ^ "طلب تصنيف جديد لـ CALA ONE" (PDF) . تم الاسترجاع في 11 سبتمبر 2021 .
  14. ^ Koopman FA, Schuurman PR, Vervoordeldonk MJ, Tak PP (أغسطس 2014). "تحفيز العصب المبهم: نهج إلكتروني حيوي جديد لعلاج التهاب المفاصل الروماتويدي؟". أفضل الممارسات والبحوث. طب الروماتيزم السريري . 28 (4): 625–35 . doi : 10.1016/j.berh.2014.10.015 . PMID  25481554.
  15. ^ كارارا س، إينيوسكي ك (2015). كارارا س، إينيوسكي ك (المحرران). دليل الإلكترونيات الحيوية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص.  1- 569. doi :10.1017/CBO9781139629539. ISBN 9781139629539.
  16. ^ غروني، ميلاد؛ عليخاني، علي رضا؛ مقتدري، حسن؛ عبيري، حامد؛ مشاغي، علي رضا؛ عباسوندي، فرشته؛ الخياميان، محمد علي؛ ميريبور، زهرة السادات؛ زاندي، أشكان؛ عبد الأحد ، محمد (22 فبراير 2019). “الإلكترونيات الحيوية للهيكل الخلوي الخلوي: مراقبة تباين التوصيل الهيكلي الخلوي لاستشعار مقاومة الأدوية”. حساسات ايه سي اس . 4 (2): 353-362 . دوى :10.1021/acssensors.8b01142.
  • تعريف كلمة bioelectronics في القاموس على ويكاموس
  • الإلكترونيات الحيوية في Answers.com
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=الإلكترونيات الحيوية&oldid=1265187189"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate