مدل سازی میکرو بایوحسگر آمپرسنج ساندویچی با لایه حفره دار

مدل ریاضی دوبعدی میکرو بایوحسگر ساندویچی با لایه­های حفره­دار و انتخابی، ارائه و تحلیل شده است. مدل بایوحسگر حاضر شامل حفره­­هایی در ابعاد میکرو یا نانومتر است، که به صورت کامل یا بخشی از آن ها توسط آنزیم پر شده است. این مدل بر اساس سیستم معادلات واکنش- نفوذ، ارائه شده­است. معادلات حاکم بر بایوحسگر ساندویچی حفره دار با در نظر گرفتن واکنش آنزیمی میکائیلیس- منتن، استخراج شده است و جملات غیر خطی مربوط به این اثر در نظر گرفته شد. با استخراج معادلات حاکم، تاثیر هندسه حفره و سطح آنزیم در آن، بر پاسخ بایوحسگر بررسی شد. در ادامه، معادلات با معرفی پارامترهای بی­بعد مناسب در حالت کلی بی­بعد شده ارائه شدند. سپس، معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی آن ها، با استفاده از کد المان محدود در دو بعد حل شد. برای این منظور، سه هندسه متفاوت استوانه­ایی، مخروطی بالارونده و مخروطی پایین­رونده برای حفره­ها در نظر گرفته شد و تاثیر این هندسه­ها بر پاسخگویی بایوحسگر، در سطوح مختلف آنزیم مطالعه شد. پاسخ بایوحسگر، بر اساس تغییرات سطح آنزیم و تغییرات شیب مخروط استخراج شد. در بایوحسگر، با افزایش سطح آنزیم برای هرسه هندسه، جریان خروجی از بایوحسگر افزایش می­یابد. در شرایط یکسان، حساسیت شناسایی آنزیم برای هندسه مخروطی بالارونده، از دو هندسه دیگر بیشتر است و با کاهش شیب مخروط، این حساسیت بیشتر می شود. در خواص آنزیمی یکسان، بایوحسگری با عدد بایوحسگر بزرگ­تر، حساسیت بیشتری دارد. در نهایت، با ارائه و محاسبه جریان بی­بعد در بایوحسگر، مفهومی با عنوان جریان بی­بعد کاهیده، برای مقایسه میان کارآیی بایوحسگرها معرفی شد.

کلیدواژه ها:

مدل سازی ، شبیه سازی ، بایوحسگر ، جریان بی بعد کاهیده