تعريف الرقاقة الحيوية
الرقاقة الحيوية هي um جهاز مجهري يستخدم لإجراء التحليلات البيولوجية على نطاق ميكرو أو نانو. Biochip هو مصطلح عام يمكن أن يشير إلى مجموعة متنوعة من الأجهزة، بما في ذلك رقائق الحمض النووي ورقائق البروتين ورقائق الخلايا.
تتكون الشريحة نفسها من ركيزة، والتي عادة ما تكون مادة صلبة مثل الزجاج أو البلاستيك. يتم تغليف الركيزة بطبقة من المواد العضوية، مثل البروتينات أو الأحماض النووية، والتي تستخدم للتفاعل مع العينات البيولوجية.
تُستخدم الرقائق الحيوية في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك التشخيص الطبي والرصد البيئي والبحث العلمي. وغالبا ما تستخدم للكشف عن وجود مركبات محددة في العينات البيولوجية، مثل البروتينات أو الأحماض النووية.
تعتبر الرقائق الحيوية حساسة للغاية ويمكنها اكتشاف تركيزات منخفضة جدًا من المركبات البيولوجية. وهذا يجعلها أداة قيمة للبحث العلمي والتشخيص الطبي.
كيف تعمل الرقاقة الحيوية
الرقاقة الحيوية عبارة عن جهاز يستخدم رنين البلازمون السطحي (SPR) لاكتشاف وقياس التفاعلات بين الجزيئات، مثل البروتينات والحمض النووي. SPR هي ظاهرة بصرية تحدث عندما ينعكس الضوء من سطح المعدن ويتفاعل مع الإلكترونات الموجودة على السطح. عندما يرتبط الجزيء بسطح المعدن، يتغير SPR، والذي يمكن اكتشافه وقياسه.
يبدأ عمل الرقاقة الحيوية بمعالجة العينة البيولوجية التي تحتوي على الجزيئات محل الاهتمام. يتم وضع العينة على سطح الرقاقة الحيوية، المغلفة بطبقة رقيقة من المعدن. عندما تتلامس العينة مع الطبقة المعدنية، ترتبط الجزيئات بالسطح وتغير SPR.
يتم اكتشاف التفاعلات الجزيئية باستخدام نظام بصري يقيس شدة الضوء المنعكس من سطح الرقاقة الحيوية. عندما ترتبط الجزيئات بالسطح، يتغير SPR ويتم تعديل شدة الضوء المنعكس. ويتم اكتشاف هذا التغيير بواسطة النظام البصري وتحويله إلى إشارة كهربائية يمكن معالجتها وتحليلها.
تعتبر الرقاقة الحيوية أداة قوية لأبحاث البيولوجيا الجزيئية ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك تشخيص الأمراض، واكتشاف الأدوية، ودراسات تفاعلات البروتين والبروتين والبروتين والحمض النووي. يمكن أن يؤدي استخدام الرقائق الحيوية إلى تسريع عملية اكتشاف الأدوية والسماح بإجراء تحليل أكثر دقة وكفاءة للتفاعلات الجزيئية.
تكنولوجيا الرقائق الحيوية
Biochip هي تقنية تجمع بين تقنية المصفوفات الدقيقة وتقنية الدوائر المتكاملة لإنشاء مختبرات صغيرة على ركائز مصممة لأداء مجموعة متنوعة من العمليات الوظيفية. تتيح هذه التقنية للباحثين إجراء اختبارات على كميات صغيرة من العينات البيولوجية، مما يوفر الوقت والموارد.
يتم بناء الرقائق الحيوية على ركائز مصممة للتحكم الدقيق في درجة الحرارة والمتغيرات الأخرى، لضمان نتائج دقيقة وموثوقة. تُصنع الركائز عادة من مواد مثل السيليكون، أو الزجاج، أو البلاستيك، والتي تم تصميمها للتفاعل مع العينات البيولوجية بطرق محددة.
يمكن استخدام الرقائق الحيوية لإجراء مجموعة متنوعة من الاختبارات، بما في ذلك تحليل الحمض النووي وتشخيص الأمراض واختبار السمية. وهي مفيدة بشكل خاص في دراسات الجينوم، حيث تعد القدرة على تحليل كميات كبيرة من البيانات بسرعة ودقة أمرًا ضروريًا.
تطورت تكنولوجيا الرقائق الحيوية بسرعة في السنوات الأخيرة، مع التقدم في الركائز الهندسية، والتصغير المختبري، والعمليات الوظيفية. تسمح هذه التطورات للباحثين بإجراء اختبارات أكثر تعقيدًا على عينات أصغر، مما يوفر الوقت والموارد الثمينة.
أنواع الرقائق الحيوية
الرقائق الحيوية عبارة عن أجهزة تحتوي على مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار المجهرية القادرة على اكتشاف المعلومات البيولوجية وتحليلها. هناك عدة أنواع من الرقائق الحيوية، ولكل منها تطبيقه وتقنياته الخاصة.
ميكروأري
Microarray هو نوع من الرقاقة الحيوية التي تحتوي على عدد كبير من مجسات الحمض النووي أو البروتين على سطح صلب. يتم استخدامه لقياس التعبير الجيني وتحديد الطفرات الجينية والكشف عن بروتينات معينة. غالبًا ما تُستخدم مصفوفات الحمض النووي الدقيقة في أبحاث الجينوم والبروتينات.
رقاقة الحمض النووي الحيوية
تشبه رقائق الحمض النووي الحيوية المصفوفات الدقيقة، ولكنها تستخدم للكشف عن تسلسلات معينة من الحمض النووي. وغالبا ما تستخدم في التطبيقات التشخيصية مثل اختبار الأبوة والكشف عن الأمراض الوراثية.
رقاقة البروتين الحيوية
تُستخدم الرقائق الحيوية البروتينية للكشف عن بروتينات محددة في العينات البيولوجية. وغالبا ما تستخدم في أبحاث البروتينات والتشخيص الطبي.
جينشيب
GeneChip هو نوع من الرقائق الحيوية التي تحتوي على تحقيقات الحمض النووي الخاصة بالجينات البشرية. يتم استخدامه لتشخيص الأمراض الوراثية وتحديد المتغيرات الجينية.
أجهزة استشعار الحمض النووي
أجهزة استشعار الحمض النووي هي عبارة عن رقائق حيوية تكتشف تسلسلات معينة من الحمض النووي. وغالبا ما تستخدم في التطبيقات التشخيصية مثل اختبار الأبوة والكشف عن الأمراض الوراثية.
الرقائق الحيوية الرقمية الخاصة بعلم الموائع الدقيقة
تُستخدم الرقائق الحيوية الرقمية للموائع الدقيقة لمعالجة السوائل على نطاق مجهري. غالبًا ما يتم استخدامها في التطبيقات التشخيصية مثل اختبارات التشخيص السريع وتحليل العينات البيولوجية.
تطبيقات الرقائق الحيوية
تُستخدم الرقائق الحيوية على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من الأبحاث الجينية وحتى تحديد هوية الإرهاب البيولوجي. فهي قادرة على تخزين ومعالجة المعلومات حول الخلايا والبروتينات والجينات، مما يجعلها أداة قيمة لتشخيص الأمراض وتطوير الأدوية.
تُستخدم الرقائق الحيوية أيضًا في أبحاث السرطان، مما يسمح بتحديد البروتينات والجينات المرتبطة بالمرض. فهي قادرة على اكتشاف التغيرات في مستويات التعبير الجيني، مما يسمح بتحديد أهداف علاجية جديدة.
علاوة على ذلك، تُستخدم الرقائق الحيوية على نطاق واسع في المقايسات المناعية، مثل التألق المناعي ومقايسات الكيمياء الهيستولوجية المناعية. وتستخدم هذه الاختبارات لتشخيص الأمراض ومراقبة الاستجابة للعلاج.
تُستخدم الرقائق الحيوية أيضًا في تطبيقات التشخيص السريري، مما يتيح اكتشاف الأمراض المعدية والوراثية. إنهم قادرون على اكتشاف أجسام مضادة ومستضدات محددة، مما يسمح بالتشخيص المبكر والعلاج المناسب.
علاوة على ذلك، تُستخدم الرقائق الحيوية في تطبيقات البيولوجيا الجزيئية مثل تهجين الحمض النووي وتحليل البروتينات. فهي قادرة على اكتشاف وجود الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات المحددة، مما يسمح بتحديد الأهداف العلاجية وتحليل مسارات إشارات الخلية.
