تم اختراع أول رقاقة بيولوجية من قبل شركة أمريكية هي Affymetrix ، ومنتج هذه الشركة هو GeneChip (مصفوفات الحمض النووي الدقيقة). تشتمل هذه المنتجات على عدد أجهزة استشعار الحمض النووي الفردية المستخدمة لاستشعار العيوب. تلعب Biochip دورًا أساسيًا في مجال أبحاث علم الأحياء مثل بيولوجيا الأنظمة وكذلك بيولوجيا المرض بينما يتزايد عدد التطبيقات السريرية. إنها مجموعة من المصفوفات الدقيقة التي يتم وضعها على سطح قوي من الركيزة للسماح بإجراء آلاف التفاعلات في وقت أقل. يشمل تطوير الرقاقة الحيوية بشكل أساسي الجمع بين البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية وعلم الوراثة. تستخدم الرقائق الحيوية لتحليل الجزيئات العضوية المرتبطة بكائن حي. تتناول هذه المقالة ما هو Biochip وأنواعه الرقائق الحيوية واستخداماتها وعيوبها وتطبيقاتها.

ما هي Biochip؟

الرقاقة الحيوية هي مجموعة من المصفوفات الدقيقة المتناقصة الموضوعة على ركيزة قوية تسمح بتنفيذ العديد من التجارب في نفس الوقت للحصول على إنتاجية عالية في وقت أقل. يحتوي هذا الجهاز على ملايين عناصر الاستشعار أو أجهزة الاستشعار . ليست مثل الرقائق الدقيقة ، فهذه ليست أجهزة إلكترونية. يمكن اعتبار كل شريحة حيوية على أنها مفاعل دقيق يمكنه اكتشاف مادة تحليلية معينة مثل الإنزيم أو البروتين أو الحمض النووي أو الجزيء البيولوجي أو الجسم المضاد. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه الشريحة في إجراء مئات من التفاعلات البيولوجية في بضع ثوانٍ مثل فك تشفير الجينات (سلسلة من الحمض النووي).

Biochip

مبدأ عمل الرقاقة الحيوية:

يتضمن عمل Biochip بشكل أساسي الخطوات التالية.

“كيفية بناء إمدادات الطاقة ”

الخطوة 1: يولد المشغل مجالًا كهرومغناطيسيًا منخفض الطاقة من خلال إشارات الراديو
الخطوة 2: يتم تشغيل الرقاقة الحيوية الثابتة
الخطوة 3: تنقل الشريحة المنشطة عكس رمز التعريف إلى المشغل من خلال إشارات الراديو
الخطوة 4: يقوم القارئ بتقوية الكود المستلم لتغييره إلى شكل رقمي وعرضه أخيرًا على شاشة LCD.

مكونات BioChips

تتكون Biochip من مكونين هما جهاز الإرسال والاستقبال والقارئ.

مكونات BioChips

1) باقة

أجهزة الإرسال والاستقبال نوعان هما المرسل المستجيب النشط والمستجيب السلبي. هذا جهاز مرسل مستجيب سلبي مما يعني أنه لا يحتوي على أي من طاقته أو بطاريته الخاصة بينما في حالة الخامل ، فهو غير نشط حتى يقوم المشغل بتنشيطه عن طريق إعطائه شحنة كهربائية منخفضة. يتكون جهاز الإرسال والاستقبال هذا من أربعة أجزاء مثل ملف الهوائي ، ورقاقة الكمبيوتر ، والكبسولة الزجاجية ، ومكثف التوليف.

تخزن شريحة الكمبيوتر الدقيقة رقم تعريف فريد (UID) يتراوح من 10 أرقام إلى 15 رقمًا.
ملف الهوائي صغير جدًا وبدائي وهذا النوع من هوائي يستخدم لإرسال واستقبال الإشارات من الماسح أو القارئ.
يمكن أن يتم شحن مكثف التوليف بإشارة صغيرة ، أي 1/1000 من واط التي يرسلها المشغل.
تحتوي الكبسولة الزجاجية على ملف الهوائي ، مكثف ، والرقاقة الدقيقة ، وهي مصنوعة من مادة متوافقة حيويًا وهي زجاج جير الصودا.

2) القارئ

يتألف القارئ من ملف يسمى 'المثير' ويشكل مجالًا كهرومغناطيسيًا من خلال إشارات الراديو. يوفر الطاقة المطلوبة (<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.

أنواع BioChips

هناك ثلاثة أنواع من الرقائق الحيوية المتاحة وهي ميكروأري DNA ، وشريحة ميكروفلويديك ، ومصفوفة ميكروية للبروتين.

أنواع BioChips

“محول الإشارات الرقمية إلى التناظرية ”

1) ميكروأري DNA

المصفوفة الدقيقة للحمض النووي أو الرقاقة الحيوية للحمض النووي هي مجموعة من بقع الحمض النووي الدقيقة المثبتة على سطح قوي. يستخدم الباحث لحساب مستويات التعبير لعدد كبير من الجينات. تتكون كل علامة DNA من بيكومولات من جينات معينة تسمى المسابير. يمكن أن تكون هذه قطعة قصيرة من مادة وراثية في ظل ظروف شديدة الصلابة. عادة ، يتم ملاحظة تهجين الهدف المجس وحسابه من خلال التعرف على أهداف الفلوروفور أو التلألؤ الكيميائي لتحديد الكمية النسبية لسلسلة الحمض النووي في الهدف. كانت المصفوفات المبتكرة للحمض النووي عبارة عن مصفوفات ماكرو بحجم 9 سم × 12 سم وتم نشر التحليل الآلي القائم على الأيقونة في عام 1981.

2) رقاقة ميكروفلويديك

تعتبر رقائق الموائع الحيوية الدقيقة أو المختبر على رقاقة اختيارًا للمختبرات الكيميائية الحيوية المعتادة وتقوم بتحويل العديد من التطبيقات مثل تحليل الحمض النووي وإجراءات البيولوجيا الجزيئية والبروتينات التي تُعرف بدراسة البروتينات وتشخيص الأمراض (علم الأمراض السريري). أصبحت هذه الرقائق أكثر تعقيدًا باستخدام 1000 من المكونات ، ولكن هذه المكونات مصممة فعليًا باسم خطة مخصصة كاملة من أسفل إلى أعلى ، وهي قوة عاملة كبيرة جدًا.

3) ميكروأري البروتين

يتم استخدام طريقة ميكروأري البروتين أو طريقة شرائح البروتين لمتابعة إجراءات وتوصيلات البروتينات ، ومعرفة وظيفتها على نطاق واسع. الميزة الرئيسية لمصفوفة البروتين الدقيقة هي أنه يمكننا تتبع عدد كبير من البروتينات على التوازي. تتكون شريحة البروتين هذه من سطح لدعم مثل لوحة أو خرزة ميكروتيتر ، غشاء النيتروسليلوز ، الشريحة الزجاجية. وهي آلية وسريعة واقتصادية وحساسة للغاية وتستهلك كمية أقل من العينات. تم إدخال المنهجية الأولى لرقائق البروتين في المصفوفات الدقيقة للأجسام المضادة للنشر العلمي في عام 1983. كان من السهل جدًا تطوير التكنولوجيا وراء هذه الشريحة لمصفوفات الحمض النووي الدقيقة ، والتي تحولت إلى المصفوفات الدقيقة الأكثر استخدامًا.

مزايا الرقائق الحيوية وعيوبها

مزايا من biochip تشمل ما يلي.

تُستخدم الرقاقة الحيوية لإنقاذ المرضى
صغير جدًا في الحجم وقوي وأسرع.
الرقائق الحيوية مفيدة في العثور على الأشخاص المفقودين
يمكن استخدام الرقائق الحيوية للتعرف على الأشخاص بشكل فردي
تقوم الرقائق الحيوية بآلاف التفاعلات البيولوجية في بضع ثوان.

تشمل عيوب biochip ما يلي.

الرقائق الحيوية غالية الثمن
تثير Biochip مشاكل خطيرة تتعلق بالخصوصية الفردية.
تمثل Biochip نهاية حرية الإنسان واحترام الذات.
ستكون هناك فرصة لتحويل كل شخص إلى شخص مسيطر عليه
يمكن تثبيت الرقائق الحيوية في جسم الإنسان دون تدخلها.

تطبيقات Biochips

تشمل تطبيقات biochip ما يلي.

باستخدام هذه الشريحة يمكننا تتبع أي شخص أو حيوان في أي مكان في العالم.
تُستخدم هذه الشريحة لتخزين وتحديث معلومات شخص مثل المعلومات المالية والتركيبة السكانية الطبية.
تؤدي الرقاقة الحيوية إلى أنظمة تجارة إلكترونية آمنة
هذه الرقائق فعالة في استعادة السجلات الطبية والنقدية وجوازات السفر وما إلى ذلك.
يمكن أن تكون الرقاقة الحيوية قابلة للتطبيق في المجال الطبي مثل مستشعر ضغط الدم ، وكاشف الجلوكوز ، ومستشعر الأكسجين.

أخيرًا ، من المعلومات التي تمت مناقشتها أعلاه ، يمكننا أن نستنتج أن الرقائق الحيوية دقيقة وسريعة ومصغرة. تقع مساحة الرقائق الحيوية عند التقاطع بين تصنيع الرقائق وبيولوجيا الجزيئات وعلم الجينوم و معالجة الإشارات . تم زيادة سوق الرقائق الحيوية وتطبيقاتها في عدد من مناطق البحث الأساسية. هنا سؤال لك ما هو تعريف biochip ؟