وزارة التعليم العايل والبحث العلمي جامعة الكوفة /كلية العلوم قسم الكيمياء عنوان البحث التخرج /رنني البالزما السطحية جهاز االستشعار البيولوجي يعمل عىل اساس اهلاتف الذكي حبث التخرج املقدم من قبل الطالب /عيل سلطان خزعل بأشراف أ.م.د .مصطفى عبد الكاظم 1441هحري ميالدي 2020 األهداء * اىل من بذل الغايل و النفيس حتى وصلت ملا انا فيه ايب *اىل التي اتنفس حناهنا و طيبتها امي *اىل الذين مل يبخلوا عني بمعلومة تفيدين اساتذيت الكرام *اىل أصدقائي و زمالئي يف الدراسه اليكم اهدي ثمرت جهدي صفحة 2 شكر وتقدير بعد شكري هلل عز وجل أن أعانني عىل انجاز هذا البحث املتواضع اتقدم بجزيل الشكر واالمتنان إىل االستاذ الفاضل الدكتور مصطفى عبد الكاظم عىل تفضله بقبول االرشاف عىل بحثي هذا ،وعىل ما اسداه يل من نصائح وارشادات كانت بمثابة النربس املنري يف كل خطوايت. وال يفوتني هبذه املناسبة ان اوجه شكري واحرتامي إىل كل من ساعدين من قريب أو بعيد يف انجاز هذا اجلهد املتواضع صفحة 3 الفهرست احملتويات املوضوع الصفحة ملخص البحث 5 -1الطريقة العمل 5 -2الكواشف الكيميائية 5 -3إجرائات هنائية 6 رنني البالزما السطحية جهاز االستشعار البيولوجي يعمل على اساس اهلاتف الذكي 7 النتائج 11 الشكل ()1 13 الشكل ()2 15 الشكل( )3 18 الشكل ()4 19 اجلدول ()1 20 املناقشة 21 . 1مبدأ أجهزة استشعار SPRالقائمة على اهلاتف الذكي 21 . 2املعاجلة الرقمية للصور بواسطة تطبيق Androi d 22 الشكل( )5 24 املصادر 28-26 صفحة 4 ملخص البحث • الطريقة العمل .1تصنيع أجهزة استشعار SPRالذكية القائمة على اهلاتف . يستفيد مستشعر SPRاملقرتح من مستشعرات الشعريات الدموية املرنة املوجهة للضوء ) (LTSP 150/375 Polymicroكعناصر استشعار واقرتان ضوئي مع HPOF . كان القطر الداخلي والقطر اخلارجي للشعرية 150 μmو 375 μmعلى التوالي ،وكانت فتحة العددي 0.22 (NA) .كان قطر النواة والقطر لأللياف الضوئية 400ميكرومرت على التوالي ،وكان 0.37(NA) .كان اهلاتف الذكي املستخدم كمنصة استشعار يف هذه التجربة هو هاتف يعمل بنظام ) ، SONY Lt22i Androidمعاجل Dual Core ARM ،Mali-400MPكامريا ) . (megapixel 8مت استخدام حافظة هاتف جتارية كحامل حلمل مجيع العناصر البصرية ،مبا يف ذلك املرشح ،وعدسة املواز ،وألياف الرصاص ،واأللياف اخلارجة .مت لصق أنبوبني بالستيكيني موجهني للكامريا وفالش LEDيف علبة اهلاتف ،واليت مت استخدامها الحتواء املرشح وعدسة املوازاة وإصالح األلياف .للقضاء على تأثري الضوء البيئي ،مت طالء السطح اخلارجي لألنابيب البالستيكية باللون األسود. .2الكواشف الكيميائية 11-Mercaptoundecanic acid (11-MUA) , )N-hydroxysuccinimide(NHS) 1-ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl carbodiimide(EDC) ,and protein A from Staphylococcus aureus were obtained from Sigma. Bovine immunoglobulin G (IgG) was obtained from Merck KgaA (Darmstadt, Germany). Bovine serum صفحة 5 albumin (BSA) was obtained from Melonepharma (Dalian, China). Other chemicals were of analytical grade from local sources . .1إجرائات نهائية بعد تثبيت الربوتني Aوحجب ، BSAمت جتميع عناصر االستشعار مع خلية تدفق وحماذاة مع ألياف الرصاص وألياف الرصاص للقياس .نظرًا ألن مستشعر SPRمت تصميمه كأداة حممولة ، جيب أن تكون مجيع العمليات سهلة وجمدية للتطبيقات امليدانية .للتحقيق يف استجابة املستشعر لـ ، IgGمت ضخ تركيزات خمتلفة من IgGمن 67 nmإىل 1 μmيف PBSبشكل منفصل يف خلية التدفق مبعدل تدفق 180μI/minباستخدام مضخة صغرية ) ، T60-S2 & WX10-14 ،Longerاألبعاد ، mm80 × 60 × 107الوزن ( g 450لكل اختبار ،حجم عينة IgGهو 1 mL.زادت الكثافة النسبية بشكل كبري بسبب ارتباط IgGبشكل خاص بالربوتني Aعلى سطح منطقة االستشعار ،ومت تسجيل قيم الكثافة النسبية ورمست كدالة للوقت على شاشة اهلاتف( الشكل . a 3ثم PBSيف خلية التدفق إلزالة جزيئات IgGغري املنضم ،مما أدى إىل اخنفاض طفيف يف الكثافة النسبية .مت استخدام حملول اليوريا ) (8.0 Mلتجريد IgGاملرتبط بالسطح وجتديد منطقة االستشعار بشكل فعال بعد شطف عنصر االستشعار باستخدام PBS .مت تطبيق نفس اإلجراء على أداة SPRالتجارية ( Biosuplar6 ) . صفحة 6 رنني البالزما السطحية جهاز االستشعار البيولوجي يعمل على اساس اهلاتف الذكي حنن نثبت األلياف البصرية سطح البالزون الرصيد ( )SPRبيوسينسور على أساس منصات اهلاتف الذكية .يتم توصيل املكونات البصرية الوزن وخفيفة العنصر عن طريق األلياف البصرية على حالة اهلاتف .ميكن أن يكون هذا حمول SPRمثبتة أو إزالتها من اهلواتف الذكية .وتضيف القدرة والسيطرة والتقاط القنوات من خالل الضوء الذي يدخل يف األلياف الرائدة من فالش اهلاتف ليد ،يف حني يتم الكشف عن الضوء من وجوه نهاية من األلياف املتشددة من قبل كامريا اهلاتف .يتم تصنيع العنصر االستشعار SPR عن طريق الشعرية السيليكا التوجيهية اخلفيفة اليت يتم جتريدها من الكسوة واملغلفة مع فيلم الذهب 50nmاستخدام تطبيق الذكية الستخراج معلومات كثافة الضوء من صور الكامريا ،يتم تكوين خياطات الضوء لكل قناة كل s0.5مع التكيف االنتقالي ()IR التغيريات .مت تقييم أداء منصة SPRعلى أساس الذكية لتقييد القياسات الدقيقة واملتكررة عن طريق الكشف عن تركيزات خمتلفة من مضادات االلكام املضغوط اىل عنصر االستشعار الواسع ،ومت التحقق من صحتها يف التجارب من خالل التجارب على النقيض مع أداة SPRالتجارية .هذا البيئة الفعلية واملستمرة من قبل التكلفة على أساس التهاب الذكي على أساس العديد من التطبيقات ،مثل الطب والصحة والرصد البيئي. صفحة 7 يف السنوات األخرية ،كان هناك زيادة الطلب على تطوير أجهزة بسيطة وخفيفة الوزن والتكفيف والسرعة السريعة للتطبيقات املتعلقة التشخيص السريري ،والرعاية الصحية والرصد البيئي ،وليس فقط للبحث العلمي ولكن أيضا للعمل اليومي .وقد سهل ظهور أجهزة متنقلة حممولة مع اتصال باإلنرتنت ،والكامريات عالية الدقة ،والشاشات اليت تعمل باللمس ،وبرنامج CPUsعالية األداء تطوير األجهزة اليت تناسبها للتطبيقات من املختربات دون الصكوك املخصصة وظروف املختربات لالستشعار والكشف عن التحليل .أدى توافر أجهزة احملمولة مع اتصاالت اإلنرتنت إىل تصميم أجهزة االستشعار الكيميائية .ألن اهلواتف الذكية هي يف كل مكان ،دمج أجهزة ذات أدعاء بيئة يف اهلواتف الذكية هو نهج واعد إلنشاء بيوشنور املرفق للصحة العامة ومحاية البيئة .يف اآلونة األخرية ،مت تطوير العديد من منصات االستشعار القائمة على اهلاتف الذكي أن توفري طريقة بسيطة لالطالع على االخرتاع ( ، )POCTالتشخيص السريري لألمراض ،والكشف عن مسببات األمرض .وهكذا ،األجهزة اهلاتف الذكي والربجميات أقرضت أنفسهم من تطوير منصات االستشعار لألنشائية البصرية الضوئية .بعض الطرق التحليلية املخصصة للهواتف الذكية الطلب مصادر الضوء مع شدة عالية أو أضواء أحادية اللون اليت ال ميكن حتقيقها من قبل فالش اهلاتف .وبالتالي ،فإن إضاءة أجهزة االستشعار على الصعيد الذكي ال ميكن االعتماد دائما على فالش اهلاتف .يف هذه احلاالت ،فإن مصادر البطارية والضوء اإلضافية ضرورية ،مثل الثنائيات البعثية الصمام ( ) LEDأو أشعة الشمس أشباه املوصالت ،مما يؤدي إىل استخدام إينيفي للهواتف صفحة 8 الذكية .واملواءمة البصرية مهمة خطرية للهينة املتعلقة بالصور ألنها تؤثر بشكل مباشر على دقة وتكرار وموثوقية القياسات .وعالوة على ذلك ،قد يؤدي التعامل مع أجهزة االستشعار أثناء العالجات الكيميائية ،والغسيل ،واالتصال بالكواشف يف سوء التكاليف. وألن هذه أجهزة االستشعار خمصصة للموظفني غري املعرضني ،جيب معاجلة هذه املسائل. هنا حنن نثبت احملمولة األلياف البصرية البالزون الرصيد ( )SPRبيوسينسور باستخدام اهلاتف الذكي كمنصة االستشعار .هذا االستشعار SPRتوظف موجات الكهرومغناطيسية السطحية يف واجهة عازلة معدنية و حساسة للغاية للتغيريات يف مؤشر االنكسار الصغرية ( . )IRعلى مدى العقد املاضي ،مت اإلبالغ عن العديد من أجهزة استشعار SPRيف تطبيقات مثل حتليل التفاعل البيولوجي ،والتشخيص الطيب، والرصد البيئي، وسالمة األغذية .تتطلب أجهزة SPRالتقليدية عموما معدات تكلفة ،والبصريات املعقدة ،وحماذاة دقيق للمكونات ،وامليزات اليت تعيق تطور جهاز حممول .ال تزال أجهزة SPRاحملمولة احلالية ال تزال تتطلب جهاز كمبيوتر حممول لتشغيل األلة وهي حبجم صندوق الغذاء .كبديل ملستشعرات SPRالسائبة التقليدية ،اقرتح مستشعرات SPRلأللياف الضوئية لتطوير مستشعرات SPRاملصغرة .تتميز مستشعرات SPRباأللياف الضوئية مبزايا واضحة لالستشعار عن بُعد والقياس يف املوقع والقياس يف اجلسم احلي ،مبا يف ذلك اهليكل األبسط والتكلفة املنخفضة والتصغري وحجم العينة األصغر .مت اإلبالغ عن العديد من أجهزة استشعار األلياف الضوئية SPR صفحة 9 لالستشعار الكيميائي والكيميائي احليوي .تشمل األمثلة النموذجية أجهزة االستشعار احليوية لأللياف الضوئية SPRاليت تستخدم أليافًا مثل ألياف توقيت (، )MMF واأللياف أحادية الوضع ( ، )SMFواأللياف البلورية الضوئية واأللياف الضوئية على شكل واملصنعة بواسطة التلميع اجلانيب ،والتدليك ،و تغيري بنية األلياف نهاية ، نقش صريف ،وطرق أخرى. هنا هذا العمل ،استخدمنا بنية SPRلأللياف الضوئية ( ،)) )FO-SPRمما يعزز إىل حد كبري بساطة ومرونة احملاذاة الضوئية واالقرتان الضوئي مقارنةً بتكوين SPR القائم على املنشور ،وأظهرنا التحسس البيولوجي لـ جمموعة واسعة من التحليالت والكن تتطلب ( ) FO-SPRمكونات بصرية منفصلة مثل املنشور أو الشرائح أو املقاعد البصرية أو األجزاء امليكانيكية ،وهي كبرية ومكلفة وحتد من تصغري النظام وتكامله وإمكانية محله .يتم توصيل مجيع املكونات البصرية وعنصر االستشعار بواسطة ألياف بصرية ويتم تثبيتها على علبة هاتف ،واليت مت تصميمها لتكون ذات بنية بسيطة وخفيفة الوزن ومكيفة للهواتف الذكية والتثبيت أو اإلزالة البسيطة .تضيء قناة القياس ( )MCوقناة التحكم ( )CCوالقناة املرجعية ( )RCمن خالل الضوء الذي يدخل إىل ألياف الرصاص من فالش LEDللهاتف ،بينما يكون الضوء من الوجوه النهائية لأللياف اخلارجة مت الكشف عنها بواسطة كامريا اهلاتف .عناصر االستشعار هي شعريات السيليكا اليت مت جتريدها من الكسوة ومطلية بطبقة من الذهب.50 nm عندما يتم حقن العينة يف خلية التدفق ،يتم امتصاص الضوء الذي يتفاعل مع منطقة صفحة 10 االستشعار بسبب رنني ، SPRوتقيس كامريا اهلاتف تغري شدة مقابل للضوء اخلارج من ألياف الرصاص .يقوم التطبيق الذكي باستخراج معلومات شدة الضوء من صور الكامريا برتدد Hz 2للمولدات MCو CCو .RCنظرًا ألن عناصر االستشعار يتم تعبئتها يف خلية تدفق ويتم اقرتان الضوء بواسطة موصالت األلياف الضوئية ،فإن حماذاة املسار البصري والتفكيك والتجميع ميكن حتقيقها بسهولة وبشكل مالئم .يتم إغالق عناصر االستشعار ملنع التعرض واتصال املشغل ،ويتم فقط ضخ الكواشف أو الع ينات يف خلية التدفق بالتسلسل ،إما يف االختبار أو يف عملية التنظيف .وبالتالي ،مت تبسيط العملية لضمان تشغيل موثوق به. النتائج يتم عرض رسم ختطيطي ،وصورة ،وواجهة تشغيل نظام الكشف يف الشكل . ) d-a (1 نظرًا ألن مجيع املكونات مثبتة يف علبة اهلاتف (مثبتة على اجلانب اخللفي للهاتف الذكي) فلن تتأثر واجهة شاشة اللمس وشاشة العرض أثناء عملية الكشف .يف هذه احلالة ،ميكن جتميع مكونات االستشعار واهلاتف الذكي معًا يف أداة وتفكيكها بسهولة بعد القياس .قبل أن يتم إصالح ألياف الرصاص والطالء اخلارج (ألياف بصرية للكسوة البالستيكية الصلبة ، ، )HP 400 / 430-37 / 730E YOFC ، HPOFيتم تلميع مجيع الوجوه الطرفية لأللياف باستخدام ورق الصنفرة .من خالل تثبيت األلياف يف الفتحة املقابلة حلافظة اهلاتف ،ميكن حماذاة الكامريا وفالش LEDيف اجلزء اخللفي من اهلاتف مع صفحة 11 الوجوه الطرفية لأللياف األمامية والداخلية .بعد املرشح ،يتم استخدام عدسة بالستيكية منخفضة التكلفة لتجميع الضوء األمحر ألن فالش LEDهو مصدر ضوء بارد .لتقييد الضوء الشارد ،يتم تغطية ألياف الرصاص واخلروج من خالل أنبوب مطاطي أسود .يتم جتميع األطراف األخرى لأللياف الرصاصية واملوجهة يف موصالت األلياف الضوئية ،مما يسهل توصيل ألياف الرصاص واأللياف اخلارجة بعناصر االستشعار داخل خلية التدفق وسهولة التجميع والتفكيك لالستشعار عناصر .نظرًا ألن مصدر الضوء يف نظام SPR اخلاص بنا هو ضوء فالش LEDبدالً من مصادر عالية األداء املستخدمة يف أجهزة SPR األخرى ،فقد مت النظر يف عدم استقرار الطاقة يف فالش . LEDنظرًا ألن مستشعر SPRهذا مصمم للتحسس البيولوجي ،يتم استخدام أحد عناصر االستشعار كقناة قياس مت تشغيلها ،ويتم استخدام عنصر استشعار آخ ر بدون وظيفة كقناة حتكم .للتعويض عن التقلبات يف شدة فالش ، LEDأضفنا HPOFآخر كقناة مرجعية ملراقبة شدة ضوء فالش .LEDللتأكد من أن الضوء الذي يدخل ألياف الرصاص واأللياف املرجعية يف نفس احلالة ،يتم إصالح نهاية األلياف املرجعية جبوار نهاية ألياف الرصاص ؛ وبالتالي ،فإن أي تقلبات يف فالش LEDتؤثر على كل من قناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية بنفس الطريقة يف وقت واحد. يستخدم نظام SPRللهاتف الذكي تعديل الكثافة .مرشح نطاق ضيق (طول موجي وسط من 590nmوعرض كامل يف نصف احلد األقصى ( )FWHMمن )8nmوضعت بني فالش اخللية اهلاتف واأللياف الرصاص يف يوفر ضوء احلادث أحادية اللون تقريبا. الضوء ثم يتفاعل مع منطقة االستشعار عن طريق SPRويتم حتليلها بواسطة الكامريا من صفحة 12 اهلاتف اخلليوي .من خالل رصد االختالف من شدة الضوء الذي مير من خالل عناصر االستشعار ،وعمليات ملزمة على استشعار SPRميكن تسجيلها ،على غرار التصوير .SPRوبالتالي ،فإن نظام SPRاهلاتف الذكي هو مناسبة للتسمية خالية والكشف البصري يف الوقت احلقيقي للتفاعالت البيولوجية وتقدير املعلمات احلركية الشكل ( / )1األجهزة من أجهزة االستشعار احليوية التصوير بالرنني سطح سطح اهلاتف الذكي )a( .رسم ختطيطي ملستشعر SPRاملستند إىل اهلاتف الذكي)b( . صورة ملستشعر SPRمثبت على هاتف ذكي يعمل بنظام )c( . Androidتوضيح ختطيطي ثالثي األبعاد للهيكل الداخلي للملحق البصري امليكانيكي )d( .تلتقط كامريا اهلاتف الذكي صور قناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية ؛ ثم تتم معاجلة الصور بسرعة للحصول على الكثافة النسبية .يتم رسم نقاط البيانات وعرضها على الشاشة. صفحة 13 للتفاعالت اجلزيئية .مت تطوير تطبيق برنامج Androidو Appلضبط تعرض الكامريا يف نفس الوقت واحلصول على الصور وتنشيط ضوء الفالش LEDكمصدر للضوء .يتم عرض األوجه النهائية لقناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية امللتقطة بواسطة الكامريا على هيئة ثالث نقاط ضوئية ،مما يسمح حبساب شدة الضوء بشكل منفصل .نظرًا ألن تقلبات شدة الضوء ملصباح الفالش LEDتؤثر على قناة القياس وقناة التحكم والقن اة املرجعية بشكل مماثل ،فقد استخدمنا الكثافة النسبية إلزالة األخطاء من تقلبات الطاقة يف LEDبشكل فعال .يعد تشغيل التطبيق للقياس أمرًا سهالً ألنه مصمم لالستخدام على شاشة اللمس .حيتاج املشغل فقط إىل ملس أزرار اإلعداد يف اجلزء العلوي من الشاشة للتحكم يف عم ليات البدء /اإليقاف واإليقاف املؤقت /املتابعة ،وتعديل اإلحداثيات من خالل االنزالق إىل اليسار واليمني ألعلى عرب التمرير شاشة تعمل باللمس لقياس امللف الشخصي املنحين ،والذي يتكون من سلسلة من نقاط البيانات املنفصلة لسهولة العرض يف الوقت احلقيقي. يتم ختزين البيانات اخلاصة بكل اختبار بواسطة التطبيق يف شكل نصي يف بطاقة ذاكرة اهلاتف وميكن اسرتدادها وعرضها .باستخدام شبكة اهلاتف احملمول ،ميكن أيضًا حتميل البيانات وتصديرها ملشاركتها واستشارتها وحتليلها بشكل أكرب. باستخدام مضخة صغرية ،اتسمت حساسية واستبانة جهاز SPRمبحلول كلوريد الصوديوم مع 1.328 RIsو 1.333و 1.338و 1.345و 1.351اليت مت تسليمها إىل خلية التدفق مبعدل تدفق ثابت قدره 18ميكرولرت /دقيقة (الشكل . )2 صفحة 14 متت معايرة RIsمن حماليل كلوريد الصوديوم (عينات املعايرة) باستخدام مقياس إنكسار .)Abbe )WAY-2Sبعد الرتكيب ،كانت الشدة النسبية هلا استجابة خطية إىل RIيف نطاق RIمن ( 1.351-1.328الشكل ، ))b( 2مبا يتفق مع النطاق ملعظم املوائع احليوية الشائعة .يف نطاق RIمن ، 1.363-1.328قدم النظام حساسية RIU / 1136ودقة أكرب من 7.4 RIU x10-5؛ مستوى الضجيج هو ٪0.08ونسبة ضوضاء اإلشارة للكامريا أفضل من dB 48 لتحديد ما إذا كان مستشعر SPRللهاتف الذكي اخلاص بنا ميكن أن يعتمد على استجواب تغيريات الشدة النسبية لتطبيقات االستشعار التحليلية يف املراقبة يف الوقت احلقيقي واملراقبة الديناميكية ،أجرينا جتارب لفحص االرتباط احملدد لربوتني ستاتيلوكوكال ( ) SPAوبوين إتوغوغلوبولني )IgG( Gيف حملول على سطح االستشعار .نظرًا للتفاعالت بني أجزاء SPAو Fcمن ، IgGيُستخدم SPA على نطاق واسع كأداة مناعية الختبار األجسام املضادة وتنقيتها وتشخيص األمراض. صفحة 15 الشكل ( / )2نتائج اختبار RIلنموذج استشعار SPRتصوير اهلاتف الذكي القائم على النموذج األولي )a( .االستجابة الزمنية ملستشعر SPRللحلول مع RIsخمتلفة. ( )bاستجابة SPRللحالة املستقرة مقابل وحدات معامل االنكسار ( ، )RIUحيث مت حساب احلساسية والدقة. يعرض الشكل ( )3نتائج الكشف عن احلليلة .يف هذا املثال ،مت تشغيل مستشعر SPRالشعري مع SPAاملُثبّت اللتقاط .IgGمن خالل جتديد سطح املستشعر احليوي ،مت تقييم تركيزات خمتلفة من بروتني IgGيف حملول منظم .يعرض الشكل )A( 3االختالفات يف كثافة SPRالنسبية أثناء إجراء االختبار .كما تشريامليل استجابة التجليد ،كان خط األساس (املرحلة )Aملستشعر SPRللهاتف الذكي لدينا مستقرًا جدًا أثناء املراقبة .كانت التغيريات النسبية يف شدة استجابات مستشعر SPR للرتابط (املرحلة )B-Cمتناسبة يف احلجم مع زيادة تركيز IgGاحملقون بني 67nMو ، 1μM IgGمما يشري إىل أن املزيد من IgGمرتبط بـ SPAيف نفس الفرتة الزمنية .مت حساب معدل الربط وكمية IgGاملرتبطة من ميل وتغريات الشدة النسبية يف منحنيات الربط .مت تقييم امليل (التغيري يف الكثافة النسبية يف الثانية) من ملفات تعريف التفاعل عند ( 150sبداية املرحلة Bيف الشكل ، ))A( 3ومت حساب متوسط قيم الشدة النسبية من القيم بني 450sو ( 575sاملرحلة Cيف الشكل ))A( 3من مسات التفاعل .من خالل رسم الشدة وامليل النسبية يف الرسوم البيانية املوضحة يف الشكل ، )C، B( 3قررنا أن االستجابات كانت تقريبًا وظائف صفحة 16 خطية لرتكيز IgGاملوصوف بعالقة خطية [كثافة نسبية] = × 2.469 + 4.901 [ 4−10تركيز] و [امليل ] = [ 6−10 × 1.373 + 4−10 × 1.855تركيز]. لذلك ،من خالل مراقبة الكثافة النسبية وامليل يف التجربة ،ميكننا حتديد تركيز IgG واحلصول على معلومات حركية الربط .يوضح هذا أنه على الرغم من أن مستشعر SPR املستند إىل اهلاتف الذكي له حجم مضغوط ويسهل التعامل معه ،إال أنه ميكن استخدامه كجهاز كشف حممول للحصول على معلومات وفرية حول التحليالت من العينات الصغرية ذات الرتكيز املنخفض (يف نطاق . )nMتوضح هذه التجارب أيضًا حدًا الكتشاف مستشعر SPRللهاتف الذكي يبلغ ، 47.4 nmوالذي حددناه من مستوى الضوضاء والعالقة بني استجابة الشدة النسبية وتركيز .IgGعالوة على ذلك ،ميكن زيادة حدود الكشف اخلاصة مبستشعر SPRللهاتف الذكي باستخدام األجسام املضادة الثانوية 37أو اجلسيمات النانوية 38لتعزيز تأثري .SPRللتحقق من املوثوقية والتكرار ،مت فحص كل تركيز لـ IgGثالث مرات باستخدام نظام SPRهذا ،ومت تلخيص النتائج اإلحصائية يف الشكل .)B( 4كانت االحنرافات املعيارية أقل من .0.011وبالتالي ،فإن هذه التجارب والتحليل اإلحصائي الالحق أثبتت موثوقية نظام الكشف يف ظل الظروف املعملية. صفحة 17 الشكل( / )3حيلل التفاعل البيولوجي باستخدام عنصر استشعار SPRالشعرية متكاملة مع اهلاتف الذكي )a( .حتليل التفاعل لعنصر استشعار SPRالشعري يعمل ويعمل على هاتف ذكي للكشف عن IgGبرتكيزات 67نانومرت و 133نانومرت و 200نانومرت و 400نانومرت و 670نانومرت و 1ميكرومرت. ( ) bمت فحص مخس عينات خمتلفة يف جتارب متكررة .مت تكرار كل قياس برتكيز معني ثالث مرات .مت حساب املتوسط واالحنراف املعياري )c( .العالقة بني الكثافة النسبية املقاسة وتركيز العينة )d( .العالقة بني ميل منحنيات التفاعل وتركيز العينة. صفحة 18 الشكل (/ )4حتليل التفاعالت البيولوجية باستخدام أداة SPRالتجارية ( )aمت حساب الدقة من استجابة SPRذات احلالة املستقرة مقابل وحدات معامل االنكسار ( .)RIUنانومرت و 133نانومرت و 200نانومرت و 400نانومرت و 670 نانومرت و 1ميكرومرت ( )bحتليل التفاعل ألداة SPRالتجارية للكشف عن IgG برتكيزات IgGمن 67 صفحة 19 أداة SPRالتجارية ()6 Biosuplar الدقة RIU 5−10 × 2.7 RIU 5−10 × 7.4 15.7nM 47.4nM ¥220,000 ¥240 احلد من الكشف كلفة احلجم (بدون كمبيوتر /هاتف ذكي) اهلاتف الذكي SPR biosensor 12cm×6cm×2cm 20cm×9cm×8cm الوزن (بدون كمبيوتر /هاتف ذكي) 2.5kg 40g متطلبات الكمبيوتر /اهلاتف الذكي PC, Windows Smart phone, or 2000/98 Android ونظام التشغيل Windows XP اجلدول ( ./ )1مقارنة أداة SPRالتجارية ونتائج جهاز االستشعار البيولوجي SPRاملقرتحة لقياسات RIوالكشف البيولوجي .IgG املزايا الظاهرة لكونها منخفضة التكلفة ،وصغرة احلجم ،وخفيفة الوزن مع تسهيل والتعميم ،حتسينات مهمه جلهاز االستشعار احليوي . SPR املزايا الواضحة لكونها منخفضة التكلفة وصغرية احلجم وخفيفة الوزن مع تسهيل وتعميم ،حتسينات مهمة جلهاز االستشعار احليوي .SPR صفحة 20 املناقشة .1مبدأ أجهزة استشعار SPRالقائمة عىل اهلاتف الذكي. يعتمد مبدأ تشغيل نظام SPRللهاتف الذكي على اخرتاق الفلرت بالضوء من فالش اهلاتف الذكي ونقله إىل األلياف الرصاصية (الشكل .)5متت إزالة طالء وتكسية الشعريات الدموية بطول 5مم ،ومت طالء طبقة ذهبية 50نانومرت على منطقة االستشعار .وبالتالي ،عندما يصل الضوء إىل منطقة االستشعار يف الشعريات الدموية ، تدخل بعض أوضاع االنتشار صدى مع فيلم الذهب بسبب تأثري .SPRنظرًا ألن امتصاص SPRيعتمد على اخلصائص العازلة للطبقة الرقيقة من احمللول بالقرب من سطح منطقة املستشعر ،ميكننا مراقبة وحتليل تفاعالت الربط للعينة مع استشعار .SPRوبالتالي ،بعد املعايرة ،ميكن جلهاز SPRقياس العينات كمية. مت قياس أطياف االمتصاص ملستشعر SPRوتسجيلها يف حلول مع Rls من 1.328و ( 1.338الشكل )a( 5 كما هو متوقع ،حتول طيف االمتصاص إىل أطوال موجية أطول الرتفاع . Risمن خالل تسجيل SPRعلى طول موجة واحدة () 590nm وزوجني الزاوية ) متليها أوضاع االنتشار يف( ، FOتغري خرج الطاقة مع التغيريات يف . Rlلالستخدام يف ألياف الرصاص والشعريات اخلارجة والرصاصية HPOFمت التحقيق يف SPRمن املهم اختيار املواد لعنصر استشعار ولكن مقارنة أطياف اإلرسال واستجابة الطول املوجي لتغريات كشفت ان مستشعر SPRالشعري كان له صفحة 21 FWHMأضيق (الشكل ( 5ب) ولكن مماثل حساسية الطول املوجي مقارنة مبستشعر . HPOF SPRوبالتالي ،ميكن استخدام حافة هبوط أكثر حدة لتعديل الكثافة مع حساسية عالية الشدة. السبب الرئيسي وراء اختيار مستشعر SPRالشعري على مستشعر HPOF SPR هو أن الشعريات الدموية لديها NAأصغر من HPOFوتدعم أوضاعًا أقل .وهكذا ، يصل الضوء إىل منطقة االستشعار مع زوايا وقوع أقل ،مما يؤدي إىل أضيق . FWHM .2املعاجلة الرقمية للصور بواسطة تطبيق .Android مت تطوير تطبيق برنامج )) (Android ) (Appلتحديد تعرض الكامريا للسماح جبمع الصور ومصباح فالش LEDكمصدر للضوء يف نفس الوقت .نظرًا ألن الوجوه النهائية لقناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية اليت مت التقاطها بواسطة الكامريا مت عرضها يف ثالث نقاط ضوئية ،مت حساب شدة الضوء ومقارنتها بشكل منفصل. نظرًا ألن تقلبات شدة الضوء ملصباح الفالش LEDتؤثر على قناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية بشكل مماثل ،فقد استخدمنا الكثافة النسبية إلزالة األخطاء من تقلبات الطاقة يف LEDبشكل فعال. مت التعبري عن الكثافة النسبية على أنها ،RI= ( Im – Ic ) / Irحيث متثل Imو Icو Irقيم كثافة قناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية ،على التوالي .نظرًا ألننا نقدم طريقة تعويض بسيطة وجمدية باستخدام مستشعر SPRشعري بدون تعديل صفحة 22 كيميائي و HPOFكقناة حتكم وقناة مرجعية وحساب الكثافة النسبية كإشارة خرج ، ميكن استبعاد تأثري معا مل االنكسار السائب وعدم استقرار الطاقة .الستخراج معلومات السطوع من بيانات الصورة بواسطة التطبيق ،مت حتويل الصورة امللونة إىل صورة ذات مقياس رمادي .لكل نقطة صورة قيمة تدرج رمادي بني( 0 %أبيض) و( 100 %أسود) لإلشارة إىل درجة سطوعها .لذلك ،ميكن حساب شدة الضوء للصورة من خالل دمج قيمة املقياس الرمادي للبقع القياسية واملرجعية .للتحقق بسهولة من البقع الضوئية لقناة القياس وقناة التحكم والقناة املرجعية ،يتم عرض الصورة اليت تتم مراقبتها بواسطة كامريا اهلاتف يف شكل صور مصغرة يف واجهة شاشة اللمس .حتت الصور املصغرة ،يتم التقاط بيانات شدة الضوء ومعاجلتها كل s0.5ويتم تقدميها على أنها إحداثيات وقت الشدة يف الوقت الفعلي. يف هذه الدراسة ،مت عرض أداة حممولة للكشف عن SPRتستند إىل هاتف ذكي وقدرات الكشف اجلزيئي احليوي .تستخدم منصة الكشف عن SPRاأللياف الضوئية SPRكعنصر استشعار وهاتف ذكي كمصدر للضوء وكاشف .استند عنصر االستشعار واملقرنات الضوئية إىل مكونات األلياف الضوئية ،اليت تتمتع حبساسية عالية وإمكانية محل جيدة ،مما يؤدي إىل أداة SPRميكنها إجراء الكشف الدقيق دون عناصر إضاءة صفحة 23 معقدة ومتخصصة ومتخصصة و هشة أو معايرة بصرية متطورة .متت إضافة قناة مرجعية للقضاء على التأثري الشكل( .)5طيف اإلرسال ملستشعر SPRالشعري )a( .االستجابة الطيفية ملستشعر SPRالشعري للحلول مع RIsمن 1.328و FWHM )b( .1.338 ألجهزة االستشعار الشعرية و .HPOF SPR من عدم استقرار LEDللفالش وزيادة دقة وموثوقية الصك .كانت مجيع املكونات البصرية غري مكلفة وثابتة يف علبة اهلاتف للتثبيت املريح على اهلاتف الذكي .ميكن تكييف اإلعداد البصري مع منصات خمتلفة ،مثل هواتف Androidو .iPhone مت تقييم حساسية وتكرار منصة SPRمن خالل الكشف عن تركيزات خمتلفة من ارتباط اجلسم املضاد بعنصر االستشعار الوظيفي .تشتمل مزايا مستشعر SPRللهاتف الذكي صفحة 24 على عملية بسيطة وسريعة وفعالة وحساسة ودقيقة وإمكانية تكرار جيدة وجتديد. إلثبات أداء جهاز االستشعار البيولوجي SPRالقائم على اهلاتف الذكي ،مت تثبيت طبقة من الربوتني Aعلى سطح الفيلم الذهيب ،ومت استخدام جهاز االستشعار البيولوجي SPRللكشف والتقييم احملدد لرتكيز بروتني ، IgGوالذي له أهمية تطبيقات يف تشخيص األمراض وتصنيع األدوية البيولوجية .إن املقارنة بأدوات SPR التجارية مل تتحقق من صحة نتائجنا التجريبية وحساسيتنا فحسب ،بل أثبتت أيضًا أن هاتفنا الذكي SPRسينسور يوفر طريقة فعالة وفعالة للتحسس البيولوجي .نظرًا ألنه ميكن تعديل عنصر االستشعار لتجارب SPRاملتنوعة وميكن توصيل اهلواتف الذكية بالويب ،فإن جهاز استشعار حيويًا حممولًا وفعالًا من حيث التكلفة SPRسيكون مفيدً ا الختبارات نقطة الرعاية والرعاية الصحية يف كل مكان واملراقبة البيئية ولديه إمكانات كأداة لتحليل التفاعالت اجلزيئية. صفحة 25 املصادر 1. Ng, S. S. et al. Validation of Embletta portable diagnostic system for identifying patients with suspected obstructive sleep apnoea syndrome (OSAS). Respirology. 15, 336--342 (2010). 2. Di ngl i , K. et al . Eval uat i on of a port abl e devi ce f or di agnosi ng t he sl eep apnoea / hypopnoea syndrome. Eur. Respi r. J . 21, 253--259 (2003). 3. J. G. E. & Van den Berg, A. Lab-on-a-chip systems for biomedical and environmental monitoring. Anal. Bioanal. Chem. 378, 17001703 (2004). 4. Luong, J. H., Male, K. B. & Glennon, J. D. Biosensor technology: technology push versus market pull. Biotechnol. Adv. 26, 492--500 (2008). 5. Wilson, D. M., Hoyt, S., Janata, J., Booksh, K. & Obando, L. Chemical sensors for portable, handheld field instruments. IEEE. Sens. J. 1, 256--274 (2001). 6. Wang, J. Portable electrochemical systems. Trac-Trend Anal Chem. 21, 226-232 (2002). 7. St-Onge, M., Mignault, D., Allison, D. B. & Rabasa-Lhoret, R. Evaluation of a portable device to measure daily energy expenditure in free-living adults. Am. J. Clin. Nutr. 85, 742-749 (2007). 8. Kim, H. et al. Palladium Nanoparticle Catalyzed Conversion of Iron Nanoparticles into Diameter- and Length-Controlled Fe2P Nanorods. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 124, 772-775 (2012). 9. Preechaburana, P., Gonzalez, M. C., Suska, A. & Filippini, D. Surface plasmon resonance chemical sensing on cell phones. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 124, 11753-11756 (2012). 26 صفحة 10. Oresko, J. J. et al. A wearable smartphone-based platform for realtime cardiovascular disease detection via electrocardiogram processing. IEEE. Trans. Inf. Technol. Biomed. 14, 734-740 (2010). 11. Shen, L., Hagen, J. A. & Papautsky, I. Point-of-care colorimetric detection with a smartphone. Lab Chip. 12, 4240-4243 (2012). 12. Stedtfeld, R. D. et al. Gene-Z: a device for point of care genetic testing using a smartphone. Lab Chip. 12, 1454-1462 (2012). 13. Wei, Q. et al. Fluorescent imaging of single nanoparticles and viruses on a smart phone. ACS nano. 7, 9147-9155 (2013). 14. Coskun, A. F. et al. A personalized food allergen testing platform on a cellphone. Lab Chip. 13, 636--640 (2013). 15. Homola, J. “Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species”, Chem. Rev. 108, 462--493 (2008). 16. Kanoh, N. et al. SPR imaging of photo-cross-linked smallmolecule arrays on gold. Anal. Chem. 78, 2226--2230 (2006). 17. Inamori, K. et al. Detection and quantification of on-chip phosphorylated peptides by surface plasmon resonance imaging Techniques using a phosphate capture molecule. Anal. Chem. 77, 3979--3985 (2005). 18. Li, Y., Liu, X. & Lin, Z. Recent developments and applications of surface plasmon resonance biosensors for the detection of mycotoxins in foodstuffs. Food. Chem. 132, 1549--1554 (2012). 19. Thiel, A. J., Frutos, A. G., Jordan, C. E., Corn, R. M. & Smith, L. M. In situ surface plasmon resonance imaging detection of DNA hybridization to oligonucleotide arrays on gold surfaces. Anal. Chem. 69, 4948--4956 (1997). 20. Jordan, C. E. & Corn, R. M. Surface Plasmon Resonance Imaging Measurements of Electrostatic Biopolymer Adsorption onto Chemically Modified Gold Surfaces. Anal. Chem. 69, 1449--1456 (1997). 27 صفحة 21. Zhao, S. S. et al. Miniature multi-channel SPR instrument for methotrexate monitoring in clinical samples. Biosensors & Bioelectronics. 64, 664--670 (2015). 22. Jorgenson, R. C. & Yee, S. S. A fiber-optic chemical sensor based on surface plasmon resonance. Sens. Actuators B. 12, 213-220 (1993). 23. Yanase, Y. et al. Development of an optical fiber SPR sensor for living cell activation. Biosensors & Bioelectronics. 25, 1244--1247 (2010). 24. Kim, S., Kim, S. J., Moon, H. & Jun, S. B. In vivo optical neural recording using fiber-based surface plasmon resonance. Opt. Lett. 37, 614--616 (2012). 25. Peng, W., Banerji, S., Kim, Y. C. & Booksh, K. S. Investigation of dual-channel fiber-optic surface plasmon resonance sensing for biological applications. Opt. Lett. /scientificreports/ 35. Battaglia, T. M. et al. Quantification of cytokines involved in wound healing using surface plasmon resonance. Anal Chem. 77, 7016–7023 (2005). 36. Masson, J. F., Battaglia, T. M., Khairallah, P., Beaudoin, S. & Booksh, K. S. Quantitative measurement of cardiac markers in undiluted serum. Anal Chem. 79, 612–619 (2007). 37. Soelberg, S. D., Stevens, R. C., Limaye, A. P. & Furlong, C. E. Surface plasmon resonance detection using antibodylinked magnetic nanoparticles for analyte capture, purification, concentration, and signal amplification. Anal. Chem. 81, 2357–2363 (2009). Lyon, L. A., Musick, M. D. & Natan, M. J. Colloidal Au- .38 enhanced surface plasmon resonance immunosensing. Anal. Chem. 70, 5177–5183 (1998). 28 صفحة