את שבב הביולוגי הראשון המציא חברה אמריקאית Affymetrix, והמוצר של חברה זו הוא GeneChip (DNA microarrays). מוצרים אלה כוללים את מספר חיישני ה- DNA הבודדים המשמשים לחישת פגמים. לביוצ'יפ תפקיד מהותי בתחום חקר הביולוגיה כמו ביולוגיה של מערכות כמו גם ביולוגיה של מחלות, בעוד שמספר היישומים הקליניים עולה. זוהי קבוצה של מיקרו מערכים המונחים על משטח חזק של מצע כדי לאפשר אלפי תגובות להתבצע בפחות זמן. התפתחות הביו-שבב כוללת בעיקר שילוב של ביולוגיה מולקולרית, ביוכימיה וגנטיקה. ביו-שבבים משמשים לניתוח מולקולות אורגניות המחוברות לאורגניזם חי. מאמר זה דן במה שהוא ביוצ'יפ, סוגים, שבבים ביולוגיים והשימושים בהם , חסרונות, ויישומיו.
מהו ביוצ'יפ?
שבב ביולוגי הוא קבוצה של מערכי מיקרו מצטמצמים שמונחים על מצע חזק המאפשר לבצע ניסויים רבים בו זמנית כדי להשיג תפוקה גבוהה בפחות זמן. מכשיר זה מכיל מיליוני אלמנטים של חיישנים או חיישני ביו . לא כמו שבבים, אלה לא מכשירים אלקטרוניים. כל biochip וכל biochip יכול להיחשב כמיקרו-רקטור שיכול לזהות אנליט מסוים כמו אנזים, חלבון, DNA, מולקולה ביולוגית או נוגדן. תפקידו העיקרי של שבב זה הוא לבצע מאות תגובות ביולוגיות תוך שניות ספורות כמו פענוח גנים (רצף של DNA).
ביוצ'יפ
עקרון עבודה של ביו-שבב:
העבודה של Biochip כוללת בעיקר את השלבים הבאים.
- שלב 1: המפעיל מייצר שדה אלקטרומגנטי בעל הספק נמוך באמצעות אותות רדיו
- שלב 2: שבב קבוע נדלק
- שלב 3: השבב המופעל מעביר את קוד הזיהוי לאחור למפעיל באמצעות אותות רדיו
- שלב 4: הקורא מחזק את הקוד שהתקבל כדי לשנות אותו לצורה דיגיטלית ולבסוף מציג אותו על גבי LCD.
רכיבי BioChips
הביוצ'יפ כולל שני מרכיבים, כלומר המשדר וגם הקורא.
רכיבי BioChips
1) משדר
משדרים הם שני סוגים, כלומר משדר פעיל ומשדר פסיבי. זהו משדר פסיבי שמשמעותו שהוא אינו מכיל שום אנרגיה או סוללה משלו ואילו בפסיבי, הוא אינו פעיל עד שהמפעיל מפעיל אותו בכך שהוא נותן לו מטען חשמלי נמוך. משדר זה מורכב מארבעה חלקים כגון סליל אנטנה, שבב מחשב, קפסולת זכוכית וקבל כוונון.
- שבב המחשבים מאחסן מספר זיהוי ייחודי (UID) שנע בין 10 ספרות ל -15 ספרות.
- סליל האנטנה הוא קטן מאוד, פרימיטיבי וסוג זה אַנטֶנָה משמש לשליחת וקבלת האותות מהסורק או מהקורא.
- הטעינה של קבל הכוונון יכולה להתבצע בעזרת האות הקטן כלומר, 1/1000 וואט שנשלח על ידי המפעיל.
- קפסולת הזכוכית מחזיקה את סליל האנטנה, קַבָּל , ושבב מיקרו, והוא עשוי מחומר תואם ביולוגי, כלומר זכוכית סיד ליים.
2) קורא
הקורא מורכב מסליל, כלומר 'מעורר' והוא יוצר שדה אלקטרומגנטי באמצעות אותות רדיו. הוא מציע את האנרגיה הנדרשת (<1/1000 of a watt) to activate the biochip. The reader carries a receiving coil for receiving the ID number or transmitted code sent back from the excited implanted biochip.
סוגי BioChips
ישנם שלושה סוגים של Biochips זמינים כלומר microarray DNA, שבב microfluidic, ו microarray חלבון.
סוגי BioChips
1) מיקרו מערך DNA
מיקרו מערך DNA או ביוצ'יפ DNA הוא קבוצה של כתמי DNA זעירים קבועים למשטח חזק. חוקר משתמש בחישוב רמות הביטוי עבור מספר רב של גנים. כל סימן DNA כולל פיקומולים של גנים מסוימים המכונים בדיקות. אלה יכולים להיות קטע קצר של חומר גנטי במצבים של קשיחות גבוהה. בדרך כלל, מבחינים בהכלאה של יעד בדיקה ומספרים על ידי הכרה ביעדים שכותרתו פלואורופור או כימילומינסנציה כדי להחליט על הכמות היחסית של סדרות חומצות גרעין ביעד. מערכים חדשניים של חומצת גרעין היו מערכי מאקרו כ- 9 ס'מ X 12 ס'מ והניתוח האייקוני מבוסס לראשונה פורסם בשנת 1981.
2) שבב מיקרופלואיד
שבבי מיקרו-נוזלים או מעבדה-על-שבב הם בחירה במעבדות ביוכימיות רגילות ומשנים מספר יישומים כמו ניתוח DNA, הליכי ביולוגיה מולקולרית, פרוטאומיקה הידועה כחקר חלבונים ואבחון מחלות (פתולוגיה קלינית). שבבים אלו הופכים מורכבים יותר על ידי שימוש ב -1000 רכיבים, אך רכיבים אלה מתוכננים באופן פיזי כתוכנית מלמטה למעלה בהתאמה אישית מלאה, שהיא כוח אדם גדול מאוד.
3) מיקרו מערך חלבונים
נעשה שימוש בשיטת מיקרו מערך חלבון או בשבב חלבונים כדי לעקוב אחר הפעולות כמו גם אחר חיבורי חלבונים, ולגלות את תפקידם בקנה מידה גדול. היתרון העיקרי של מיקרו מערך חלבונים הוא שאנחנו יכולים לעקוב אחר מספר רב של חלבונים במקביל. שבב חלבון זה מורכב ממשטח לתמיכה כמו צלחת מיקרוטיטר או חרוז, קרום ניטרוצלולוזה, שקופית הזכוכית. אלה הם אוטומטיים, מהירים, חסכוניים, רגישים מאוד, צורכים כמות פחות של דגימות. המתודולוגיה הראשונה של שבבי חלבונים הוצגה במערכי מיקרו-נוגדנים לפרסום מדעי בשנת 1983. הטכנולוגיה מאחורי שבב זה הייתה קלה למדי לפיתוח עבור מערכי DNA של DNA, שהפכו למערכי המיקרו הנפוצים ביותר.
יתרונות וחסרונות של ביוצ'יפס
היתרונות של שבב ביולוגי כלול את הבאים.
- הצ'יף משמש להצלת חולים
- גודל קטן מאוד, עוצמתי ומהיר יותר.
- ביו-שבבים שימושיים במציאת האנשים האבודים
- ניתן להשתמש בביוצ'יפים לזיהוי האנשים בנפרד
- ביוצ'יפס מבצעים אלפי תגובות ביולוגיות תוך שניות ספורות.
החסרונות של שבב ביולוגי כוללים את הדברים הבאים.
- ביו-שבבים יקרים
- Biochip מעלה בעיות מסוכנות של פרטיות הפרט.
- ביוצ'יפ מסמן את סופו של חירותו של האדם וכבודו העצמי.
- יהיה סיכוי להפוך כל אדם לאדם מבוקר
- ניתן לתקן ביוצ'יפים בגופו של האדם ללא הפרעה שלהם.
יישומים ביו-שבבים
היישומים של שבב ביולוגי כוללים את הדברים הבאים.
- באמצעות שבב זה אנו יכולים להתחקות אחר אדם או בעל חיים בכל מקום בעולם.
- שבב זה משמש לאחסון ועדכון המידע של אדם כמו פיננסים רפואיים ודמוגרפיים.
- שבב מוביל למערכות מסחר אלקטרוני בטוחות
- שבבים אלה יעילים בשחזור רשומות הרפואה, המזומנים, הדרכון וכו '.
- הציר הביולוגי יכול להיות מיושם בתחום הרפואי כחיישן BP, גלאי גלוקוז וחיישן חמצן.
מהמידע שנדון לעיל לבסוף, אנו יכולים להסיק כי שבבים ביולוגיים מדויקים, מהירים וממוזערים. שטח השבבים הביולוגי נמצא בצומת שבין ייצור שבבים, ביולוגיה של מולקולות, גנומיקה ו- עיבוד אות . שוק ה- Biochips ויישומיו הוגדל במספר אזורי מחקר מרכזיים. הנה שאלה בשבילך, מה זה הגדרת שבב ?
