حسگرهاي زيستي كوانتومي: مباني طراحي و كاربردهاي پزشكي

Quantum biosensors: Fundamentals of design and medical applications

در بهترين شرايط، روشهاي تشخيصي مرسوم، قادرند در حد نانوگرم پاتوژنها را شناسايي كنند ولي با كمك روشهاي كوانتومي در حد پيكوگرم را نيز ميتوان شناسايي كرد. اين موضوع زماني كه شناسايي يك توكسين مدنظر باشد كه نمي توان با روش هاي رايج(در حد پيكوگرم) آن را شناسايي كرد، يا زمانيكه تغليظ ميكروبي براي شناسايي لازم باشد،حايزاهميت است. با روشهاي كوانتومي ميتوان مرحله تغليظ را حذف كرده و زمان تشخيص را كاهش داد. حسگرهاي كوانتومي براساس سيگنال خروجي از يك اتم كار ميكند، درنتيجه دقت تشخيصي با كوانتوم بسيار بالا است. نقاط كوانتومي با طيف گسترده جذب از 300 الي 980 نانومتر و انتشار 365 الي 740 نانومتر گزينه مناسبي براي ساخت حسگرهاي زيستي كوانتومي است. حسگرهاي زيستي كوانتومي در حال يافتن مسير خود از آزمايشگاه به دنياي واقعي است،بطوريكه شركتهاي دانش بنيان زيادي امروزه در جهان، تاسيس شده اند. مقياس طول اتمي حسگرهاي كوانتومي و خصوصيات انسجام(همبستگي)آنها، سبب ايجاد وضوح و حساسيت فضايي زيادي دراين حسگرها شده است. درنتيجه از فناوري‌هاي كوانتومي ميتوان در كاربردهاي پزشكي استفاده نمود. در اين مقاله تلاش ميشود، ضمن ارائه مباني طراحي حسگرهاي زيستي كوانتومي، كاربردهاي سنجش زيستي كوانتومي و بررسي مسير آن به سمت تجاري سازي، مورد مطالعه قرار گيرد.

Conventional diagnostic methods for identifying pathogens are able to detect samples in the nanogram range at best, but with the help of quantum methods, pictograms range can also be detected. This issue is important when identifying a toxin that cannot be identified by common methods(in the picogram range),or when microbial enrichment is required for identification. With quantum methods, the concentration step can be eliminated and the detection time can be reduced. Quantum sensors work based on the output signal from an atom, as a result, quantum detection accuracy is very high. Quantum data with a wide spectrum of absorption from 300to 980 nm and emission from 365 to 740 nm is a suitable option for making quantum biosensors. Quantum biosensors are finding their way from the laboratory to the real world, as many knowledge-based companies have been established in the world today. The atomic length scale of quantum sensors and their coherence (correlation) characteristics have caused great resolution and spatial sensitivity in these sensors. As a result, quantum technologies can be used in medical applications. In this article, while presenting the basics of designing quantum biosensors, the applications of quantum biosensing and examining its path towards commercialization are studied.