مهندسی یک آشکارساز زیستی با استفاده از اثر پیزوفوتوترونیک در زنجیره‎ های DNA

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.

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.