فهرست مطالب

لیزر در پزشکی - سال بیستم شماره 1 (پیاپی 87، بهار 1402)

فصلنامه لیزر در پزشکی
سال بیستم شماره 1 (پیاپی 87، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زیبا حیدری، الهه نحوی فرد*، افشان شیرکوند، عزالدین مهاجرانی صفحات 5-13
    اهداف

    در سال های اخیر برخی روش های غیرتهاجمی برای ارزیابی وضعیت مشکلات (بیماری) پوستی و بافت ها ایجاد شده اند. ارزیابی بیماران بعد از لیزر‎درمانی برای بهبود بیماری‎های پوستی، به صورت بصری و براساس تجربه پزشکان انجام می شود. این نوع بررسی غیر خطی بوده و امکان خطای انسانی وجود دارد، لذا استفاده از روش‎های کمی و ابزاری در کنار ارزیابی بصری وابسته به پزشک، پیشنهاد می شود. این پژوهش با هدف ارائه یک سیستم اپتیکی بر پایه طیف‎سنجی و استفاده از موبایل جهت بررسی تمایز میان بافت سالم و ناسالم به‎ منظور برای پایش و بررسی روند بیماری پوستی طراحی می‎شود.

    مواد و روش‎ها:

     در این پژوهش از روش طیف‎سنجی بازتابی پخشی و تصویر‎برداری بر پایه طیف استفاده شده است. درواقع با استفاده از تحلیل داده های طیف‎ سنجی از یک ضایعه شبیه ‎سازی‎ شده عروق خونی بر روی پوست به عنوان کیس مورد مطالعه، یک روش تصویربرداری برپایه طیف ‎سنجی ارائه می شود.
    یافته ‎ها: 

    داده‎های طیفی از پوست مورد بررسی قرار گرفت، با تحلیل داده‎ های طیفی بازتابی پخشی، تمایز میان قله جذبی پوست سالم و پوست دارای ضایعه (شبیه‎ سازی‎ شده) مشخص شد. در ادامه با استفاده از این تمایز میان قله‎ های جذب در طیف بازتابی پخشی، سیستم تصویر‎برداری برای ثبت تصویر همزمان پوست و ضایعه پیشنهاد شد. این سیستم تصویر‎برداری یک چیدمان اپتیکی اولیه جهت دستیابی به تصویر بدون بازتاب آینه‎ای و همچنین حذف عوامل محیطی مانند نور محیط می باشد. در واقع با مشخص‎کردن طول موج شاخص از تحلیل طیف‎سنجی باززتابی پخشی و انتخاب منبع نور مطابق با طول موج شاخص و نوردهی به ضایعه، می‎توان تمایز بهتری از آن ضایعه و ناحیه سالم اطراف را نشان داد. همچنین در این سیستم از دوربین موبایل به عنوان دتکتور استفاده شده است.

    نتیجه‎ گیری: 

    پس از ثبت تصویر از پوست سالم و ضایعه شبیه ‎سازی‎ شده روی پوست به ‎صورت همزمان، به پردازش تصویر و کمی‎سازی تصویر ثبت‎شده که با طول موج شاخص نوردهی ‎شده، به تشخیص و بررسی پوست و ضایعه شبیه‎ سازی ‎شده پرداخته شد.

    کلیدواژگان: تصویر‎برداری طیفی، طیف سنجی بازتابی پخشی، بافت پوست کروموفور، درماسکوپی، کمی سازی
  • بهاره محمدزاده، احسان صادقی*، مصطفی زاهدی فر صفحات 14-21
    اهداف

    فتودینامیک تراپی (Photodynamic Therapy - PDT) یک روش درمانی است که بر پایه تعامل بین یک حساس گر نوری، نور و اکسیژن مبتنی است. در این روش، ابتدا یک ماده حساس به نور که در سلول های سرطانی جذب می شود، با استفاده از منبع نور مناسب تحریک شده و گونه های فعال اکسیژن تولید می شوند که با تخریب سلول های سرطانی، باعث مرگ و مهار آن ها می شوند. گونه های فعال اکسیژن (Reactive Oxygen Species) شامل اکسیژن یکتایی (O-2) و رادیکال هیدروکسیل (OH-) هستند که در فرآیندهای زیستی به طور طبیعی تولید می شوند. این گونه ها در درمان سرطان به عنوان یکی از روش های درمانی مورداستفاده قرار می گیرند، زیرا می توانند باعث تخریب سلول های سرطانی شوند به طوری که می تواند با اجزای بیولوژیکی مانند لیپیدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک واکنش داشته باشد و به آن ها آسیب برساند و درمان سرطان را تسریع کنند. استفاده از نانوذرات در فتودینامیک تراپی برای درمان بسیاری از بیماری ها ازجمله سرطان، عفونت ها و بیماری های عروقی مورد بررسی قرارگرفته است.

    مواد و روش‎ ها: 

    در این پژوهش نانوذرات استرانسیوم تیتانات با روش سولووترمال ساخته شدند و برای اولین بار، توانایی این نانوذرات در تولید گونه های فعال اکسیژن ازجمله رادیکال هیدروکسیل و اکسیژن یکتایی در تحریک با پرتو UVA بررسی شد.

    یافته‎ ها: 

    نانوذرات استرانسیوم تیتانات به دلیل ویژگی های خاص خود، می توانند به طور انتخابی در سلول های سرطانی تجمع و با تابش نور متعادل شده، ROS تولید کنند. این ROS می توانند باعث آسیب رساندن به سلول های سرطانی شوند و درنهایت منجر به مرگ آنها شوند.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده از طیف جذب محلول های شناساگرها مشخص شد که نانوذرات استرانسیوم تیتانات توانسته اند رادیکال هیدروکسیل و اکسیژن یکتایی تولید کنند و توانایی نانوذرات استرانسیوم تیتانات در تولید گونه های فعال اکسیژن مورد تایید قرار گرفت و نانوذرات می توانند به عنوان حساس گر نوری در روش فتودینامیک تراپی برای درمان سرطان مورداستفاده قرار بگیرند.

    کلیدواژگان: استرانسیوم تیتانات، فتودینامیک تراپی، متیلن بلو، آنتراسن، گونه های فعال اکسیژن
  • فاطمه غریب زاده، محسن محرابی*، حسین شیرکانی، صادق کریمی صفحات 22-33
    اهداف

    امروزه پروتکل های رایج در درمان های سرطان، مانند جراحی، شیمی درمانی و رادیوتراپی، به ‎دلیل اشکالات خاص خود مانند زخم ،‎عمل جراحی، مقاومت دارویی شیمی ‎درمانی، و برخی علائم مزمن پرتودرمانی و غیره به سختی رضایت ‎بخش هستند. در این میان نورپویادرمانی به عنوان روشی جدید برای درمان سرطان با عوارض جانبی کمتر بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

    مواد و روش ‎ها: 

    در این پژوهش نانوذرات سولفید‎مس با استفاده از یک روش آسان و کم ‎هزینه سنتز‎شده و توانایی آن در آشکارسازی اکسیژن یکتایی در محیط‎ های متفاوت (نسبت آب به - اتانول) مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته‎ ها:

     به منظور بررسی خصوصیات ساختاری و ویژگی ‎های نوری نانوذرات سولفیدمس آنالیزهای پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف ‎سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و طیف ماوراء بنفش - مرئی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. از‎ لیزر 808 نانومتر (توان 1 وات بر سانتی متر مربع) به ‎عنوان منبع تابش استفاده شد. تمامی آنالیزها تشکیل نانوذره ذکر‎شده را تایید کردند و اندازه نانوذرات سولفید‎مس تقریبا 10 نانومتر بدست آمد.

    نتیجه‎ گیری: 

    مطالعه آزمایشگاهی نشان می‎دهد که نانوذرات سولفیدمس دارای اثر نورپویادرمانی عالی تحت تابش لیزر 808 نانومتر هستند که می‎توانند به ‎طور موثر اکسیژن یکتایی را برای از بین بردن سلول ‎های سرطانی تولید کنند. بنابراین نانوذرات سولفیدمس می‎توانند به ‎عنوان ماده حساس به نور زیست ‎سازگار و قدرتمند برای درمان نورپویا کارآمد مورد استفاده قرار بگیرند. بررسی ‎ها نشان می‎دهد که افزایش نسبت آب به اتانول باعث کاهش دقت پروب آنتراسن در شناسایی اکسیژن یکتایی در پدیده نورپویادرمانی می‎شود بنابراین حلال اتانول به عنوان بهترین حلال برای تولید اکسیژن یکتایی انتخاب و مورد استفاده قرار گرفت. علاوه ‎بر‎این، تکرارپذیر بودن نتایج در محیط اتانولی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج بدست آمده فرآیند تکرار‎پذیری تولید اکسیژن یکتایی با استفاده از نانوذرات سولفیدمس را تایید می‎کند.

    کلیدواژگان: نورپویادرمانی، ماده حساس به نور، فروسرخ نزدیک، نانوذرات سولفیدمس، آنتراسن
  • مهدی خداوردی زاده*، اصغر عسگری صفحات 34-42
    اهداف

    توسعه سریع فوتونیک مادون قرمز، تقاضا برای طراحی آشکارسازهای نوری با کارایی بالا که در این محدوده طیفی کار می ‎کنند را افزایش داده است. در این میان آشکارساز های نوری مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی به‎ علت دارا‎بودن  خواص فوق العاده از‎جمله هزینه تولید مقرون به‎ صرفه، قابلیت لایه نشانی بر روی لایه‎ های انعطاف‎پذیر و قابلیت تغییر فاصله گاف نواری با تغییر اندازه، توجه گسترده ای را در کابردهایی نظیر تشخیص پزشکی غیرتهاجمی و مراقبت های بهداشتی به خود جلب کرده اند. در این آشکارسازهای مادون قرمز جریان نوری به‎ طور مستقیم بر حساسیت و عملکرد افزاره تاثیر گذاشته، لذا افزایش و بهینه ‎سازی آن از فاکتورهای مهم در کاربردهای پزشکی و زیستی محسوب می‎شود.

    مواد و روش‎ها:

     در این مطالعه تاثیر تغییرات اندازه قطر و چگالی آلایش لایه‎ نقاط کوانتومی کلوئیدی HgSe-HgTe در لایه فعال در دماهای مختلف برای بهینه ‎سازی جریان نوری مورد مطالعه قرار گرفته است. برای دستیابی به مشخصه ‎های آشکارسازی بر‎اساس ساختار نقاط کوانتومی کلوئیدی با حل خودسازگار معادلات شرودینگر و پواسون با روش تفاضل محدود، چگالی الکترون در هر تراز و پروفایل پتانسیل به دست آمده و جریان نوری آشکارساز برای افزاره محاسبه می گردد.

    یافته ‎ها: 

    نتایج نشان می دهد که با افزایش چگالی آلایش لایه HgSe در ابتدا به دلیل افزایش حامل ها برای تحریک نوری، چگالی جریان نوری افزایش یافته و پس از رسیدن به نقطه بیشینه با افزایش بازترکیب حامل ها چگالی جریان نوری کاهش می‎یابد. از‎سوی د‎یگر افزایش چگالی آلایش لایه HgTe می تواند منجر‎به کاهش چگالی جریان نوری گردد. چگالی جریان نوری با افزایش قطر نقاط کوانتومی HgSe بدلیل تاثیر متقابل بین محصور شدن کوانتومی، فرار حامل ها، و اثرات تونل زنی افزایش یافته و بعد از رسیدن به نقطه بیشینه کاهشی شده و همچنین با افزایش قطر نقاط کوانتومی HgTe چگالی جریان نوری آشکارساز کاهش می یابد.

    نتیجه ‎گیری: 

    به ‎طورکلی بهینه سازی و افزایش جریان نوری در کاربردهای پزشکی و زیستی آشکارسازهای مادون قرمز موجب بهبود عملکرد، دقت و ارتقا کارایی آشکارسازها‎شده و با مهندسی ساختار آشکارسازهای نوری مادون قرمز براساس نقاط کوانتومی کلوئیدی می‎توان جریان نوری را این آشکارسازها بهینه نمود.

    کلیدواژگان: آشکارسازهای نوری، افزاره های بیو - اپتوالکترونیکی، جریان نوری، نقاط کوانتومی کلوئیدی
  • امین زینال زاده، سمیرا فتحی زاده* صفحات 43-52
    اهداف

    پیزوفوتوترونیک دانش نو‎ظهوری است که در سال ‎های اخیر توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. این پدیده مبتنی بر تاثیر همزمان تابش نور و تنش مکانیکی بر ترابرد الکتریکی مواد نیمه ‎رساناست. در این کار، پدیده پیزوفوتوترونیک در زنجیره ‎های زیستی DNA مطالعه می ‎شود. با بررسی همزمان این دو محرک خارجی می‎توان بهترین شرایط را برای عبور جریان الکتریکی از توالی ‎های DNA بدست آورد و از آن برای طراحی آشکار‎سازهای اپتیکی و پیزوالکتریکی (پیزوفوتوترونیکی) استفاده کرد.

    مواد و روش ها

    در این کار، با مطالعه همزمان اثر تنش مکانیکی و نور تابشی به بررسی جریان عبوری از توالی ‎های مختلف DNA می پردازیم. ما از هامیلتونی مدل پیرارد، بیشاپ و داکسیوس (PBD) که با اثرات میدان الکتریکی نور تابشی توسط لیزر و تنش مکانیکی ناشی از یک نیروی خارجی تصحیح شده است، استفاده می‎کنیم. سپس با بدست آوردن معادلات تحول سیستم و محاسبه جریان الکتریکی عبوری از توالی مدنظر، ترابرد الکتریکی سیستم را مطالعه می‎کنیم.

    یافته‏ ها:

     نتایج نشان می‎دهند که با تغییرات ولتاژ نواحی شبه‎اهمی در نمودار مشخصه جریان - ولتاژ مشاهده می شود که برای طراحی یک ابزار الکتریکی رایج می‎تواند مورد استفاده قرار گیرد. سپس با افزایش ولتاژ، شیب نمودار مشخصه جریان - ولتاژ به منفی تغییر می‎کند، به عبارتی شاهد بروز پدیده مقاومت دیفرانسیلی منفی (NDR) هستیم. ناحیه NDR می تواند برای طراحی سوئیچ ‎های قابل کنترل مورد استفاده قرار گیرد. مجددا با افزایش ولتاژ شاهد تکرار متناوب این نواحی هستیم. بیشترین جریان از توالی CG-20 bp در دمای اتاق (300 K) عبور می‎کند و با افزایش دما جریان عبوری از توالی کاهش می‎یابد.

    نتیجه ‏گیری:

     تنش مکانیکی و تابش نور می‎توانند از عوامل تاثیرگذار بر ترابرد الکتریکی یک سیستم زیستی بر‎مبنای DNA باشد. می‎توان گفت با تنظیم شدت و فرکانس نیروی اعمالی و نور تابشی می‎توان جریان عبوری را کنترل کرد که در طراحی ابزارهای پیزوفوتوترونیکی کاربرد دارد. ابزارهای پیزوفوتوترونیکی، یکی از اجزای اصلی آشکارسازها و حسگرهای زیستی هستند که می‎توانند در تشخیص بیماری‎ها و علل آنها نقش بسزایی داشته باشند.

    کلیدواژگان: پیزوفتوترونیک، مقاومت دیفرانسیلی منفی، دی ان ای، تنش مکانیکی، میدان الکتریکی نور
  • مریم قدرتی* صفحات 53-70

    در دهه ‎های اخیر، شیوع بیماری ‎های انسانی به طور پیوسته افزایش یافته است، این امر محققان را به سمت طراحی زیست حسگرهایی با فناوری ‎های جدید سوق داده است. تحقیقات نشان می‎دهد که ترکیب نانومواد دوبعدی با فلزات نجیب نقش بسزایی در توسعه پارامترهای عملکرد حسگرها همچون حساسیت، ضریب شایستگی و دقت تشخیص دارد. نانو مواد دوبعدی مانند گرافن، فسفر سیاه، مکسین‎ ها و دی کالکوژنیدهای فلزات واسطه پارامترهای عملکرد را به طور قابل‎ ملاحظه ای بهبود می ‎دهند و از لایه های فلزی در برابر اکسیداسیون نیز محافظت می ‎کنند. حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی مبتنی بر منشور مزایای قابل توجهی نسبت به سایر حسگرهای نوری دارند، از‎جمله می‎توان به حساسیت قابل ملاحظه، دقت و سرعت پاسخ بالا، تشخیص بدون برچسب، مقاومت بالا در برابر تغییرات دمایی محیط و امکان تشخیص مولکول ‎های زیستی با غلظت و حجم کم اشاره نمود. در این مقاله مروری، تاریخچه و وضعیت فعلی زیست ‎حسگرهای پلاسمونی مبتنی بر پیکربندی کرچمان با تمرکز بر مواد دو بعدی بررسی شده است و کاربردهای بالقوه آنها در حوزه ‎های مختلف به ویژه پزشکی ارزیابی شده است. علاوه بر این به معرفی پدیده تشدید پلاسمون‎ سطحی و روش ‎های تحریک پلاسمون ‎ها برای اهداف حسگری و زیست حسگری پرداخته شده است. رویکردهای جدید عددی و تحلیلی برای مدل‎سازی زیست حسگرهای پلاسمونی و تعیین پارامترهای عملکردشان نیز بررسی شده است. این مقاله مروری می‎تواند برای جامعه علمی که علاقه مند به پژوهش در حوزه زیست حسگرهای پلاسمونی هستند، مفید باشد.

    کلیدواژگان: مواد دوبعدی، زیست‎حسگر، تشدید پلاسمون سطحی، حساسیت، پیکربندی کرچمان
|
  • Ziba Heidary, Elaheh Nahvifard*, Afshan Shirkavand, Ezeddin Mohajerani Pages 5-13
    Objectives

    In recent years, some non-invasive methods have been developed to assess the state of health and disease of the skin and tissues. The evaluation of patients by the doctor in terms of skin complications and recovery after laser treatment is done visually and based on experience. Therefore, it is suggested to use quantitative and instrumental methods along with the visual evaluation dependent on the doctor. This research is designed with the aim of providing an optical system based on spectroscopy and the use of mobile phones to investigate the distinction between healthy and unhealthy tissue in order to monitor and investigate the process of skin disease.

    Methods & Materials: 

    Diffuse reflection spectrometry and spectrum-based imaging methods have been used in this research. Analysis of spectroscopic data from a skin lesion of blood vessels as a study, a spectroscopic imaging method is presented.

    Results

    spectral data of the skin were analyzed and the difference between the absorption peak of the lesion with healthy skin and the skin with lesion was determined. In the following, using this distinction, the imaging system was proposed based on the results obtained from spectroscopy. This imaging system is a primary optical arrangement to obtain an image without mirror reflection and also to remove environmental factors such as ambient light. In fact, by choosing the index wavelength and lighting the lesion, it is possible to show a better distinction between that lesion and the surrounding healthy area. Also, in this system, a mobile camera is used as a detector.

    Conclusion

    After recording the image of the lesion and the healthy skin around it simultaneously in one image, image processing and quantification can be used to detect and check tissue changes.

    Keywords: Spectral optical imaging, diffuse reflectance spectroscopy, quantification, modeling, chromophores skin tissue
  • Bahareh Mohammadzadeh, Ehsan Sadeghi*, Mostafa Zahedifar Pages 14-21
    Objectives

    Photodynamic Therapy (PDT) is a treatment method based on the interaction between photosensitizers, light, and oxygen. First, a light source that is right for this method activates a photosensitizer substance that is taken up by cancer cells. This makes reactive oxygen species, which kill and stop cancer cells from spreading. Reactive oxygen species include singlet oxygen (O-2) and hydroxyl radicals (OH-), produced naturally in biological processes. These species are used as one of the therapeutic methods in cancer treatment because they can destroy cancer cells so that they can react with biological components such as lipids, proteins, and nucleic acids to damage them and accelerate cancer treatment. They are used due to their unique features, such as their large surface-to-volume ratio, light activation property, transportability in biological systems, and the ability to accumulate in the target areas of the disease. Nanoparticles in photodynamic therapy have been investigated to treat many diseases, including cancer, infections, and vascular diseases.

    Methods & Materials:

     In this study, Strontium titanate nanoparticles were manufactured by solvothermal method, and for the first time the ability of nanoparticles to produce Reactive Oxygen Species including hydroxyl radical and singlet oxygen by stimulating them with UVA was investigated.

    Conclusion

    Due to their special properties, srTiO3 nanoparticles can selectively accumulate in cancer cells and generate ROS with balanced light irradiation. These ROS can damage cancer cells and eventually lead to death. The absorption spectrum of the reagent solutions showed that strontium titanate nanoparticles could make hydroxyl radicals and singlet oxygen. The ability of strontium titanate nanoparticles to produce reactive oxygen species was confirmed, and nanoparticles can be used as photosensitizers in the photodynamic therapy method for cancer treatment

    Keywords: Strontium titanate, Photodynamic therapy, Methylene blue, Anthracene, Reactive Oxygen Species
  • Fatemeh Gharibzadeh, Mohsen Mehrabi*, Hossein Shirkani, Sadegh Karimi Pages 22-33
    Objectives

    Today, common protocols in cancer treatments, such as surgery, chemotherapy and radiotherapy, are hardly satisfactory due to their specific drawbacks such as surgical wound, chemotherapy drug resistance, and some chronic symptoms of radiation therapy, etc. In the meantime, photodynamic therapy has received much attention as a new method for cancer treatment with fewer side effects.

    Methods & Materials:

     In this research, copper sulfide nanoparticles were made using an easy and low-cost method and its ability to detect singlet oxygen in different environments (water-ethanol ratio) was investigated.

    Results

    In order to investigate the structural and optical properties of copper sulfide nanoparticles, X-ray diffraction analysis, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and ultraviolet-visible spectrum were analyzed. 808 nm laser (power 1 watt) was used as the radiation source. All analyzes confirmed the formation of mentioned nanoparticles and the size of copper sulfide nanoparticles was Environ 10 nm.

    Conclusion

    Experimental studies show that copper sulfide nanoparticles have an excellent photodynamic effect under 808 nm laser radiation, which can effectively produce singlet oxygen to destroy cancer cells. Therefore, copper sulfide nanoparticles can be used as a biocompatible and robust photosensitive material for efficient photodynamic therapy. Investigations show that increasing the ratio of water to ethanol decreases the accuracy of the anthracene probe in detecting singlet oxygen in the photodynamic therapy phenomenon. Therefore, ethanol solvent was selected as the best solvent for singlet oxygen production. In addition, the reproducibility and stability of the results were investigated in the ethanol medium, and the obtained results confirm the reproducibility of singlet oxygen production using copper sulfide nanoparticles.

    Keywords: photodynamic therapy, photosensitizer, near infrared, copper sulfide nanoparticles, anthracene
  • Mehdi Khodaverdizadeh*, Asghar Asgari Pages 34-42
    Objectives

    The rapid development of infrared photonics has increased the demand for the design of high-performance optical photodetectors operating in the IR region. Photodetectors based on colloidal quantum dots, due to their extraordinary properties, such as affordable production costs, the ability to be fabricated on flexible layers, and the size-dependent band gap, have attracted wide attention in applications such as non-invasive medical diagnosis and healthcare. In this photodetector, photocurrent is a crucial factor in the medical and bio applications of photodetectors because they directly impact the device's sensitivity and performance.

    Method & Materials: 

     In the study, the photocurrent is theoretically optimized and engineered by varying different design parameters such as film doping density and CQD diameter at different temperatures. To calculate the photodetector's performance parameters, one first needs to numerically solve both the Schrödinger and Poisson equations self-consistently by using the finite difference method to obtain the electron concentrations of each level, and the potential profile of a HgSe-HgTe CQDs structure and then photocurrent is calculated for the device.

    Results

    The results show that with increasing the film doping density of HgSe CQDs, the photocurrent initially increases due to more available carriers for photoexcitation, but as the film doping density gets higher, after reaching a peak point, the increase in carrier concentration leads to enhanced recombination, which causes a decrease in the net photocurrent. On the other hand, increasing the film doping density of HgTe CQDs can lead to a decrease in the photocurrent density. The interplay between quantum confinement, carrier escape, and tunneling effects with increasing HgSe CQDs diameter causes the initial increase and after reaching a peak point, a subsequent decrease in the photocurrent of the photodetector. Also, with increasing the HgTe CQDs diameter, the photocurrent density of the photodetector decreases.

    Conclusion

    In general, optimizing and increasing photocurrent in medical and biological applications of infrared photodetectors improves the performance, accuracy, and efficiency of the devices, and by engineering the structure of infrared photodetectors based on colloidal quantum dots, the photocurrent of these devices can be optimized.

    Keywords: bio-optoelectronic devices, colloidal quantum dot, photocurrent, photodetector
  • Amin Zeynalzadeh, Samira Fathizadeh* Pages 43-52
    Objectives

    Piezophototronic is an emerging field that has attracted the attention of many researchers in recent years. This phenomenon is based on the simultaneous effect of light radiation and mechanical stress on the electrical transport of semiconductors. In this work, the piezo phototronic phenomenon in biological DNA chains is studied. By simultaneously investigating these two external stimuli, the best conditions for flowing electric current through DNA sequences can be obtained and used to design optical and piezoelectric (piezo phototronic) detectors.

    Method & Materials: 

    In this work, we study the electrical current through different DNA sequences by simultaneously investigating the effect of mechanical stress and light radiation. We use the Hamiltonian model of Peyrard, Bishop and Dauxois (PBD) modified by the effects of electric field of light radiation by laser and mechanical stress caused by an external force. Then, by obtaining the evolution equations of the system and calculating the electric current through the sequence, we study the electrical transport of the system.

    Results

    The results show that pseudo-ohmic regions are observed in the current-voltage characteristic diagram through the voltage variation, which can be used for designing a trivial electrical device. Then, with increasing voltage, the slope of the current-voltage characteristic diagram changes to negative. In other words, we observe negative differential resistance (NDR) phenomenon in some parameter values. The NDR region can be used for designing controllable switches. Again, with increasing voltage, we observe that such regions repeat periodically. The highest current flows through the CG-20 bp sequence at room temperature (300K) and with increasing temperature, the current through the sequence decreases.

    Conclusion

    Mechanical stress and light radiation can be influential factors on the electrical transport of a biological system based on DNA. It can be said that by adjusting the intensity and frequency of the applied force and light radiation, the current through the system can be controlled, which is useful in designing piezo phototronic devices. Piezo phototronic devices are one of the main components of detectors and biosensors that can play a significant role in diagnosing diseases and their causes.

    Keywords: Piezo phototronic, Negative differential resistance (NDR), DNA, Mechanical stress, Electrical field of light
  • Maryam Ghodrati* Pages 53-70

    In recent decades, the prevalence of human diseases has increased continuously, this has led researchers to design biosensors with new technologies. Research shows that combining two-dimensional (2D) nanomaterials with noble metals significantly develops sensors' performance parameters such as sensitivity, figure of merit, and detection accuracy. 2D nanomaterials such as graphene, black phosphorus (BP), MXenes, and transition metal dichalcogenides (TMDCs), significantly improve performance parameters and protect metal layers against oxidation. Prism-based surface plasmon resonance (SPR) sensors have significant advantages over other optical sensors, including remarkable sensitivity, high accuracy and response speed, label-free detection, high resistance to environmental temperature changes, and the possibility of detecting molecules biological with low concentration and volume. In this review paper, the history and current status of plasmonic biosensors based on the Kretschmann configuration are investigated, focusing on 2D materials, and their potential applications in various fields, especially medicine, are evaluated. Moreover, the phenomenon of surface plasmon resonance and plasmons stimulation methods for sensing and biosensing purposes has been introduced. New numerical and analytical approaches for modeling plasmonic biosensors and determining their performance parameters have also been investigated. This review paper can be useful for the scientific community who are interested in research in the field of plasmonic biosensors.

    Keywords: Two-dimensional material, Biosensor, Surface plasmon resonance, Sensitivity, Kretschmann configuration