مهندسي يك آشكارساز زيستي با استفاده از اثر پيزوفوتوترونيك در زنجيره‎ هاي DNA

اهداف: پيزوفوتوترونيك دانش نو‎ظهوري است كه در سال‌‎هاي اخير توجه محققان زيادي را به خود جلب كرده است. اين پديده مبتني بر تاثير همزمان تابش نور و تنش مكانيكي بر ترابرد الكتريكي مواد نيمه‌‎رساناست. در اين كار، پديده پيزوفوتوترونيك در زنجيره‌‎هاي زيستي DNA مطالعه مي‌‎شود. با بررسي همزمان اين دو محرك خارجي مي‎توان بهترين شرايط را براي عبور جريان الكتريكي از توالي‌‎هاي DNA بدست آورد و از آن براي طراحي آشكار‎سازهاي اپتيكي و پيزوالكتريكي (پيزوفوتوترونيكي) استفاده كرد. مواد و روش‌ها: در اين كار، با مطالعه همزمان اثر تنش مكانيكي و نور تابشي به بررسي جريان عبوري از توالي‌‎هاي مختلف DNA مي‌پردازيم. ما از هاميلتوني مدل پيرارد، بيشاپ و داكسيوس(PBD) كه با اثرات ميدان الكتريكي نور تابشي توسط ليزر و تنش مكانيكي ناشي از يك نيروي خارجي تصحيح شده است، استفاده مي‎كنيم. سپس با بدست آوردن معادلات تحول سيستم و محاسبه جريان الكتريكي عبوري از توالي مدنظر، ترابرد الكتريكي سيستم را مطالعه مي‎كنيم.يافته‏‌ها: نتايج نشان مي‎دهند كه با تغييرات ولتاژ نواحي شبه‎اهمي در نمودار مشخصه جريان - ولتاژ مشاهده مي شود كه براي طراحي يك ابزار الكتريكي رايج مي‎تواند مورد استفاده قرار گيرد. سپس با افزايش ولتاژ، شيب نمودار مشخصه جريان - ولتاژ به منفي تغيير مي‎كند، به عبارتي شاهد بروز پديده مقاومت ديفرانسيلي منفي (NDR) هستيم. ناحيه NDR مي تواند براي طراحي سوئيچ‌‎هاي قابل كنترل مورد استفاده قرار گيرد. مجدداً با افزايش ولتاژ شاهد تكرار متناوب اين نواحي هستيم. بيشترين جريان از توالي CG-20 bp در دماي اتاق (300 K) عبور مي‎كند و با افزايش دما جريان عبوري از توالي كاهش مي‎يابد. نتيجه‌‏گيري: تنش مكانيكي و تابش نور مي‎توانند از عوامل تاثيرگذار بر ترابرد الكتريكي يك سيستم زيستي بر‎مبناي DNA باشد. مي‎توان گفت با تنظيم شدت و فركانس نيروي اعمالي و نور تابشي مي‎توان جريان عبوري را كنترل كرد كه در طراحي ابزارهاي پيزوفوتوترونيكي كاربرد دارد. ابزارهاي پيزوفوتوترونيكي، يكي از اجزاي اصلي آشكارسازها و حسگرهاي زيستي هستند كه مي‎توانند در تشخيص بيماري‎ها و علل آنها نقش بسزايي داشته باشند.