طراحی و شبیه‌سازی زیست حسگر تشخیص باکتری ایشرشیا کولی با استفاده از ترانزیستور اثر میدان ارگانیک بر روی نیم‌رسانای پنتاسین

در این مقاله با استفاده از ترانزیستور اثر میدان ارگانیک، زیست حسگری برای تشخیص باکتری escherichia coli(o157:h7) طراحی شد و رفتار آن در مواجهه با باکتری و در محیط آزمایش، مورد تحلیل و شبیه‌سازی قرار گرفت. طراحی این زیست حسگر شامل دو قسمت ساختار و مواد است. در قسمت ساختار برای اولین بار از پیکربندی ocmfet برای تشخیص باکتری استفاده شد و به‌منظور بهبود عملکرد و پایداری، بر روی آن اصلاحاتی انجام گرفت. این ساختار، پیش از این فقط برای تشخیص هیبریداسیون dna بکارگرفته شده بود. در ساختار اصلاح شده از یک مسیر میکروفلوئیدیک برای ورود و خروج آنالیت استفاده شده که این امر تشخیص در حجم‌های بسیار کم آنالیت، با کارایی و سرعت بالا را ممکن ساخته است. در بخش مواد نیز از نیم‌رسانای ارگانیک پنتاسین با توجه به مزایایی مثل سازگاری با محیط زیست، ارزان و آسان بودن فرآیندهای ساخت وعدم نیاز به تجهیزات گران قیمت استفاده شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد با گذشت 2 دقیقه از زمان اعمال آنالیت حاوی باکتری e. coli با غلظت  cfu/ml100 به سنسور، تعداد 35 عدد باکتری به سطح تشخیصی سنسور می‌چسبند که منجر به شیفت 72 میلی‌ولتی در منحنی مشخصه ترانزیستور می‌شوند. این شیفت طی 5 دقیقه به حدود 174 میلی ولت به ازای تشخیص 86 باکتری می‌رسد که نشان دهنده حساسیت بالای سنسور می‌باشد. زمان پاسخ سریع، حساسیت بالا، سازگاری با محیط زیست، قابلیت ساخت با تکنولوژی موجود، و ارزان بودن از مزایای دیگر این ساختار می‌باشد.

Design and Simulation of the Organic Bio-FET for Detection of Escherichia Coli Using Pentacene Organic Semiconductor

A biosensor for the detection of E. coli O157: H7 bacterium has been designed by using the mean of an organic field effect transistor, and the behavior of the sensor was studied and analyzed under a simulated environment. The design of biosensor includes two essential parts: scheming the structure and choosing the material. In the structure part, an OCMFET configuration, previously used for DNA hybridization, for the first time has been employed for the detection of E. coli with some modifications. In the modified structure, a microfluidic pathway has been added to let the analyte in and out, which makes it possible to detect low volumes of the bacterium in the stream of analyte efficiently and quickly. For the material part, Pentacene, as an organic semiconductor, has been used due to its valuable parameters such as environmental compatibility, cheapness, and easy manufacturing processes. The simulation results are shown 2 minutes after applying the analyte, containing 100 CFU/mL E. coli, 35 bacteria adhere to the active area of the device, leading to a 72 mV shift in the IV curve. This shift reaches about 174 mV for 86 contained bacteria within 5 minutes which indicates high sensitivity of the sensor. The fast response time, notable sensitivity, biocompatibility, fabricability with current technology, and affordability are among the other benefits of this structure.