حسگرهای زیستی کوانتومی: مبانی طراحی و کاربردهای پزشکی

در بهترین شرایط، روشهای تشخیصی مرسوم، قادرند در حد نانوگرم پاتوژنها را شناسایی کنند ولی با کمک روشهای کوانتومی در حد پیکوگرم را نیز میتوان شناسایی کرد. این موضوع زمانی که شناسایی یک توکسین مدنظر باشد که نمی توان با روش های رایج(در حد پیکوگرم) آن را شناسایی کرد، یا زمانیکه تغلیظ میکروبی برای شناسایی لازم باشد،حایزاهمیت است. با روشهای کوانتومی میتوان مرحله تغلیظ را حذف کرده و زمان تشخیص را کاهش داد. حسگرهای کوانتومی براساس سیگنال خروجی از یک اتم کار میکند، درنتیجه دقت تشخیصی با کوانتوم بسیار بالا است. نقاط کوانتومی با طیف گسترده جذب از 300 الی 980 نانومتر و انتشار 365 الی 740 نانومتر گزینه مناسبی برای ساخت حسگرهای زیستی کوانتومی است. حسگرهای زیستی کوانتومی در حال یافتن مسیر خود از آزمایشگاه به دنیای واقعی است،بطوریکه شرکتهای دانش بنیان زیادی امروزه در جهان، تاسیس شده اند. مقیاس طول اتمی حسگرهای کوانتومی و خصوصیات انسجام(همبستگی)آنها، سبب ایجاد وضوح و حساسیت فضایی زیادی دراین حسگرها شده است. درنتیجه از فناوری‌های کوانتومی میتوان در کاربردهای پزشکی استفاده نمود. در این مقاله تلاش میشود، ضمن ارائه مبانی طراحی حسگرهای زیستی کوانتومی، کاربردهای سنجش زیستی کوانتومی و بررسی مسیر آن به سمت تجاری سازی، مورد مطالعه قرار گیرد.

quantum biosensors: fundamentals of design and medical applications

conventional diagnostic methods for identifying pathogens are able to detect samples in the nanogram range at best, but with the help of quantum methods, pictograms range can also be detected. this issue is important when identifying a toxin that cannot be identified by common methods(in the picogram range),or when microbial enrichment is required for identification. with quantum methods, the concentration step can be eliminated and the detection time can be reduced. quantum sensors work based on the output signal from an atom, as a result, quantum detection accuracy is very high. quantum data with a wide spectrum of absorption from 300to 980 nm and emission from 365 to 740 nm is a suitable option for making quantum biosensors. quantum biosensors are finding their way from the laboratory to the real world, as many knowledge-based companies have been established in the world today. the atomic length scale of quantum sensors and their coherence (correlation) characteristics have caused great resolution and spatial sensitivity in these sensors. as a result, quantum technologies can be used in medical applications. in this article, while presenting the basics of designing quantum biosensors, the applications of quantum biosensing and examining its path towards commercialization are studied.