مدل‌سازی میکرو بایوحسگر آمپرسنج ساندویچی با لایه حفره‌دار

مدل ریاضی دوبعدی میکرو بایوحسگر ساندویچی با لایه های حفره دار و انتخابی، ارائه و تحلیل شده است. مدل بایوحسگر حاضر شامل حفره هایی در ابعاد میکرو یا نانومتر است، که به‌صورت کامل یا بخشی از آن‌ها توسط آنزیم پر شده است. این مدل بر‌اساس سیستم معادلات واکنش نفوذ، ارائه شده است. معادلات حاکم ‌بر بایوحسگر ساندویچی حفره‌دار با در‌نظر گرفتن واکنش آنزیمی میکائیلیس منتن، استخراج شده است و جملات غیر‌خطی مربوط به این اثر در‌نظر‌گرفته شد. با استخراج معادلات حاکم،‌ تاثیر هندسه حفره و سطح آنزیم در آن،‌ بر پاسخ بایوحسگر بررسی شد. در ادامه، معادلات با معرفی پارامترهای بی بعد مناسب در حالت کلی بی بعد‌شده ارائه شدند. سپس، معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی آن‌ها، با استفاده از کد المان محدود در دو بعد حل شد. برای این منظور، سه هندسه متفاوت استوانه ایی، مخروطی بالارونده و مخروطی پایین رونده برای حفره ها در‌نظر‌گرفته شد و تاثیر این هندسه ها بر پاسخگویی بایوحسگر، در سطوح مختلف آنزیم مطالعه شد. پاسخ بایوحسگر، بر‌اساس تغییرات سطح آنزیم و تغییرات شیب مخروط استخراج شد. در بایوحسگر،‌ با افزایش سطح آنزیم برای هرسه هندسه، جریان خروجی از بایوحسگر افزایش می یابد. در شرایط یکسان، حساسیت شناسایی آنزیم برای هندسه مخروطی بالارونده، ‌از دو هندسه دیگر بیشتر است و با کاهش شیب مخروط، این حساسیت بیشتر می‌شود. در خواص آنزیمی یکسان، بایوحسگری با عدد بایوحسگر بزرگ تر، حساسیت بیشتری دارد. در‌نهایت، با ارائه و محاسبه جریان بی بعد در بایوحسگر، مفهومی با عنوان جریان بی بعد کاهیده، برای مقایسه میان کارآیی بایوحسگرها معرفی شد.