معرفی فناوری ریز تراشه با قابلیت استفاده در جرم یابی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

پژوهشگاه علوم انتظامی و مطالعات اجتماعی- پژوهشکده تجهیزات و فناوری های انتظامی

چکیده

آزمایشگاه روی تراشه، دستگاهی است که از یک یا چند عملگر آزمایشگاهی روی یک تراشه تشکیل شده است. آزمایشگاه تراشه­ای ابزاری است که امکان ادغام و یکپارچه سازی چندین عملیات آزمایشگاهی را تنها بر روی یک تراشه منفرد میسر می­سازد. تراشه آزمایشگاهی با جریان مایعاتی با حجم بسیار کم (در حد نانولیتر تا پیکولیتر) درون کانال­های میکرونی سر و کار دارد که توسط فرایندهای تکی یا چندگانۀ درون تراشه، برای تجزیه و تحلیل شیمیایی به کار می­روند. از مزایای آزمایشگاه روی تراشه می­توان به مصرف حجم کمتری از مایعات برای تجزیه و تحلیل، زمان کوتاه­تر انجام آزمایش و نتیجه­گیری، کنترل بهتر فرایندها، مناسب بودن برای تحلیل­های جامع و با توان عملیاتی بالا، هزینه­های کمتر ساخت در تولید انبوه، ایمنی آزمایش از جمله در مطالعات جنایی و تشخیص هویت، و اطمینان بیشتر داده­های حاصل اشاره نمود. کاربردهای گسترده این فناوری در علم قضاوت برای تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان و اجساد مجهول الهویه، نمونه­های بیولوژیکی، پزشکی قانونی، روش­های تشخیصی و ... می­باشد. با استفاده از تکنولوژی آزمایشگاه بر روی تراشه زمانآزمایش از چند ساعت و یا حتی چند روز به کمتر از یک دقیقه رسیده است. همان طور که می­دانیم آزمایش DNA در موارد جنایی انجام می­گیرد. تست DNA برای تعیین جرم یا بی­گناهی انجام می­شود. تراشه زیستی مبتنی بر DNA می­تواند تجزیه و تحلیل DNA را در صحنه جرم انجام دهند. همچنین تراشه­ی زیستی مبتنی بر DNA را می­توان برای تست هویت، از جمله تست هویت والدین وشجره نامه استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Introducing Microchip Technology with Application in Crime Detection

نویسنده [English]

  • Reza Haddad
Police Sciences and Social Studies Institute, Tehran
چکیده [English]

Microchip laboratory is an instrument consisting of one or several laboratory agents on a microchip. This microchip laboratory is a device that enables the mixing and integration of several laboratory operations on one single chip only. The microchip laboratory deals with liquid currents with very little volume (about nanoliter or picoliter) on micron canals which are used for chemical analysis by single or multiple processes inside the chip. Advantages of a laboratory on-chip include less liquid consumption for analysis, the shorter period of conducting tests and results, better control of processes, suitability for comprehensive analyses with high operational capability, lower costs of manufacture in mass production, laboratory safety such as criminal studies and criminal records and higher validity of resulted data. The vast applications of this technology in judicial science include precise determination of biological samples and conducting criminal records and detecting unknown corpses, biological samples, forensic medicine, conducting diagnostic tests and so on. By using the laboratory technology in chip, the test time has reached from several hours or several days down to one minute. As it is known, DNA tests are done in criminal cases. DNA tests are conducted to determine a crime of innocence. The DNA-based biochip can perform DNA analysis at crime scenes. Moreover, the DNA-based biochip can be used for identity tests including identity of parents and pedigree.

کلیدواژه‌ها [English]

  • On-chip Laboratory
  • Criminal Application
  • Bio-micro-fluid chips
  • Identity Test
  • Biological Sample

معرفی فناوری ریز تراشه­ با قابلیت استفاده در جرم یابی

چکیده

آزمایشگاه روی تراشه، دستگاهی است که از یک یا چند عملگر آزمایشگاهی روی یک تراشه تشکیل شده است. آزمایشگاه تراشه­ای ابزاری است که امکان ادغام و یکپارچه سازی چندین عملیات آزمایشگاهی را تنها بر روی یک تراشه منفرد میسر می­سازد. تراشه آزمایشگاهی با جریان مایعاتی با حجم بسیار کم (در حد نانولیتر تا پیکولیتر) درون کانال­های میکرونی سر و کار دارد که توسط فرایندهای تکی یا چندگانۀ درون تراشه، برای تجزیه و تحلیل شیمیایی به کار می­روند. از مزایای آزمایشگاه روی تراشه می­توان به مصرف حجم کمتری از مایعات برای تجزیه و تحلیل، زمان کوتاه­تر انجام آزمایش و نتیجه­گیری، کنترل بهتر فرایندها، مناسب بودن برای تحلیل­های جامع و با توان عملیاتی بالا، هزینه­های کمتر ساخت در تولید انبوه، ایمنی آزمایش از جمله در مطالعات جنایی و تشخیص هویت، و اطمینان بیشتر داده­های حاصل اشاره نمود. کاربردهای گسترده این فناوری در علم قضاوت برای تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان و اجساد مجهول الهویه، نمونه­های بیولوژیکی، پزشکی قانونی، روش­های تشخیصی و ... می­باشد. با استفاده از تکنولوژی آزمایشگاه بر روی تراشه زمانآزمایش از چند ساعت و یا حتی چند روز به کمتر از یک دقیقه رسیده است. همان طور که می­دانیم آزمایش DNA در موارد جنایی انجام می­گیرد. تست DNA برای تعیین جرم یا بی­گناهی انجام می­شود. تراشه زیستی مبتنی بر DNA می­تواند تجزیه و تحلیل DNA را در صحنه جرم انجام دهند. همچنین تراشه­ی زیستی مبتنی بر DNA را می­توان برای تست هویت، از جمله تست هویت والدین وشجره نامه استفاده کرد.

واژگان کلیدی: آزمایشگاه بر روی تراشه، کاربرد جنایی، تراشه­های میکروسیالی زیستی، تست هویت، نمونه بیولوژیکی

 

 

 

 

 

 

Introducing Microchip Technology with Application in Crime Detection

 

Abstract

Microchip laboratory is an instrument consisting of one or several laboratory agents on a microchip. This microchip laboratory is a device that enables the mixing and integration of several laboratory operations on one single chip only. The microchip laboratory deals with liquid currents with very little volume (about nanoliter or picoliter) on micron canals which are used for chemical analysis by single or multiple processes inside the chip. Advantages of a laboratory on chip include less liquid consumption for analysis, shorter period of conducting tests and results, better control of processes, suitability for comprehensive analyses with high operational capability, lower costs of manufacture in mass production, laboratory safety such as criminal studies and criminal records and higher validity of resulted data. The vast applications of this technology in judicial science include precise determination of biological samples and conducting criminal records and detecting unknown corpses, biological samples, forensic medicine, conducting diagnostic tests and so on. By using the laboratory technology in chip, the test time has reached from several hours or several days down to one minute. As it is known, DNA tests are done in criminal cases. DNA tests are conducted to determine a crime of innocence. The DNA-based biochip can perform DNA analysis at crime scenes. Moreover, the DNA-based biochip can be used for identity tests including identity of parents and pedigree.

 

Key Words: On-chip Laboratory, Criminal Application, Bio-micro-fluid chips, Identity Test, Biological Sample.

 

 

 

 

1- مقدمه

تلفیق علوم بیو فناوری[1] و نانوفناوری[2] موضوع نسبتاً جدیدی است که به آن اصطلاحاً نانوبیوفناوری گفته می‌شود. ترکیب این حوزه‌های مهم تحقیقاتی دستاوردهای فوق‌العاده‌ای را به همراه داشته است. بیوفناوری با ارائه مدل‌های زیستی با استفاده از آجرهای ساختمانی زیستی (مانند پروتئین، پپتید، لیپید و غیره) منجر به توسعه نانوفناوری می‌شود. در حالی که نانوفناوری با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوفناوری آن را در رسیدن به اهدافش یاری می‌رساند. نانوفناوری به عنوان یکی از حوزه‌های کلیدی، امکان تعامل با سیستم‌های زنده را در مقیاس مولکولی فراهم می‌آورد. به طور کلی نانوبیوفناوری طیف وسیعی از فناوری‌ها، فرآیندها، دستگاه‌ها و کاربردها را در حوزه‌هایی مانند پزشکی، داروسازی، الکترونیک، تغذیه، مواد و کاتالیست پوشش می‌دهد. استفاده از فناوری‌های دستکاری و ساخت در مقیاس نانو به منظور تولید روش‌های تشخیصی دقیق‌تر و حساس‌تر مانند سوخت نانوحسگرها [3]و آزمایشگاه بر روی تراشه[4]  نمونه‌ای از کاربردهای نانوبیوفناوری در حوزه پزشکی است. از کاربردهای دیگر در این حوزه می‌توان به استفاده از ماتریکس‌های نانومقیاس برای رهایش کنترل شده دارو، ترمیم و مهندسی کردن بافت[5]، درک اصول رشد بافت و بکارگیری آن برای ایجاد نمونه‌هایی جهت استفاده کلینیکی و درمانی اشاره کرد. پیش‌بینی می‌شود که با گسترش فن‌آوری «آزمایش بر روی تراشه»روش‌ها و ابزار آزمایشگاهی کنونی جهان تغییر کرده و چه بسا یک سالن مجهز آزمایشگاهی در یک چمدان کوچک خلاصه شود. از دیگر مزایای این سیستم پیشرفته آزمایشگاهی، قابل حمل بودن، کاهش حجم نمونه و واکنشگر مصرفی، کاهش زمان و عدم نیاز به ‌تجهیزات مختلف حرارتی واست، به طوری که مدت رسیدن به نتیجه یک آزمایش را در دوره‌های مختلف از چند ساعت و یا حتی چند روز به کمتر از یک دقیقه رسانده است.ایده اولیه بوجود آمدن این سیستم بر این مبنا استوار است که بجای آنکه نمونه بافت، خون یا هر بافتی از بدن یک موجود به آزمایشگاه برده شده و مورد آزمایش قرار گیرد، ما آزمایشگاهی در ابعاد کوچک و سازگار با بدن موجود زنده طراحی کنیم و با هدایت آن در درون بدن فرد تمام فرایند­های نمونه گیری، کشت، آنالیز و کلیه فرایندهای شیمیایی و فیزیکی لازم را انجام دهد و نتیجه را با استفاده از امکانات مخابراتی طراحی شده بر روی آن به گیرنده­ای که در خارج از بدن قرار دارد ارسال نماید و بدین ترتیب فرایند تشخیص صورت گیرد.

سیستم‌های میکروسیالی امکان کار با سیالات را در حجم‌های میکرونی فراهم می‌آورند. در این سیستم‌ها سیالات در درون کانال‌های میکرونی تعبیه شده در تراشه‌هایی از جنس پلیمرهاى خاص قرار گرفته و عملیات مورد نظر بر روی آن‌ها انجام می‌پذیرد. منظور از حجم‌های میکرونی، حجم‌های کوچکی از سیالات در حد میکرولیتر، نانولیتر و پیکولیتر است (وایتسایدز[6] :2006: 368). وجود ساختمان‌های خاص درون تراشه از قبیل کانال‌ها، دریچه‌ها، مخلوط‌کننده‌ها و پمپ‌ها، این قابلیت را به دستگاه می‌دهد که یک یا چند نوع سیال به درون آن وارد شوند؛ در طول کانال‌ها حرکت کنند؛ در صورت نیاز برای مدتی در بخشی از تراشه ذخیره شوند؛ با هم مخلوط شده و یک واکنش خاص را ایجاد کنند و در نهایت محصولات اصلی و ضایعات به وجود آمده، به وسیله‌ی خروجی­ها به بیرون دستگاه منتقل شوند. تمام این فرآیندها را می‌توان به وسیله‌ی انواع روش‌های دیده‌بانی، مانند استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و فرابنفش دنبال کرد (جسیکا[7] :2007: 213) علاوه بر این، خواص فیزیکی و شیمیایی سیالات در حجم‌های کم و درون لوله‌های موئین، با خواص آن‌ها در مقیاس ماکرو، متفاوت است. این مساله در بسیاری موارد سبب شده کار با سیالات در این حجم راحت‌تر باشد. همچنین از این خواص برای طراحی تراشه‌ها و ایجاد عملکردهای خاص - مانند حرکت سیال درون کانال و یا مخلوط کردن سیالات – بهره‌های فراوانی برده می‌شود (اسکوایرز[8] 2005: 977) )شکل ۱(

 

 

شکل 1- نمونه هایی از سیستم‌های آزمایشگاه بر روی تراشه (سیستم میکروسیالی)(فاتیما[9]، 2015)

سیستم‌های میکروسیالی[10]، طیف وسیعی از کاربردها را دارند. به دلیل اینکه در حوزه‌ی پزشکی قانونی، تشخیص هویت، زیست شناسی و پزشکی آزمایش‌های تحقیقاتی و تشخیصی فراوانی وجود دارد که در آن‌ها نمونه‌ها و مواد محلول مورد آزمایش هستند؛ بخش گسترده‌ای از کاربردهای این سیستم، در این حوزه‌ها است. به این ترتیب که، هر بخش از تراشه عملکردی برابر با یک قسمت از آزمایشگاه دارد. بنابراین این فناوری «آزمایشگاه روی تراشه[11]» نیز نامیده می­شود (شکل ۲).

 

شکل 2- آزمایشگاه بر روی تراشه(برویو[12]، 2006: 6)

استفاده از این تراشه‌ها در انواع کاربردها مزایای فراوانی دارد؛ که سبب توسعه این تراشه­ها شده است. در این سیستم‌ها مقادیر بسیار اندکی از نمونه‌های آزمایش، مورد نیاز است که این امر هزینه‌ها را تا حد زیادی کاهش می‌دهد و در صورت محدودیت نمونه (مانند بسیاری از آزمایش‌های مولکولی) مشکلی ایجاد نمی‌شود. علاوه بر این در این سیستم‌ها جداسازی و تشخیص، با حساسیت و قدرت تفکیک بالا صورت می‌پذیرد. زمان بسیار کمتری برای انجام آزمایش مورد نیاز است و در نهایت با کاهش دخالت نیروی انسانی در انجام کار، از ایجاد بسیاری از آلودگی‌ها جلوگیری می­شود (وایتسایدز[13] 2006: 368). با توجه به الهام گرفتن میکروسیال از میکروالکترونیک، اولین مواد مورد استفاده برای ساخت این تراشه­ها سیلیکون و شیشه بودند که در حال حاضر از دیگر پلیمرهای بر پایه­ی سیلوکسان به صورت گسترده­ای در ساخت تراشه­های میکروسیالی استفاده می­شود.

LOC 2- معرفی

اصول LOC بر اساس تجمع سازی تمامی دستگاه­های ضروری در یک ریزتراشه برای نمایش ترکیبات بیوشیمی پیچیده و فرایندهای شیمیایی (که معمولاً با حجم زیاد تجهیزات آزمایشگاهی انجام شده) است. فناوری LOC در حقیقت نشان دهنده ترکیبی از علوم بیوشیمی، بیولوژی مولکولی، شیمی، فیزیک، الکترونیک و کامپیوتر است. در حقیقت LOC ها ابزارهای آنالیتیکی بشمار می­روند که می­توانند با بهره­گیری از هوشمندی مواد بیولوژیک، ترکیب یا ترکیباتی را شناسایی نموده، با آنها واکنش دهند. و بدین ترتیب یک پیام شیمیایی، نوری و یا الکتریکی ایجاد نمایند. بیشترین کاربرد بیوسنسور­ها در تشخیص­های پزشکی و علوم آزمایشگاهی است. گستره فعالیت و کاربرد این ریزتراشه زیستی، در تمامی فضاهای کاری ریز اندازه از پروتئین شناسی و ژنتیک تا اطلاعات زیستی است.

2-1- تاریخچه LOC

چهار عامل را می‌توان منشاء پیدایش فناوری میکروسیالی دانست که هرکدام سهمی در ایجاد و پیشرفت این فناوری داشته‌اند. قدیمی‌ترین عامل مربوط به پیدایش روش‌های میکروآنالیز همچون کروماتوگرافی مایع با فشار بالا[14] است؛ که توانستند انقلابی در روش‌های آنالیز شیمیایی ایجاد کنند. به کارگیری این روش‌ها، حساسیت و قدرت تفکیک بالایی در آنالیز مقادیر جزئی نمونه‌ها نداشتند. موفقیت این روش‌ها سبب شد تا با انجام تغییراتی در این روش‌ها کاربردهای تازه‌ای برای آن‌ها در علوم شیمی و زیست‌شناسی ایجاد شود. دومین محرک از زیست‌شناسی مولکولی ایجاد شد. زمانی که در دهه‌ی ۱۹۸۰ یک افزایش انفجاری در داده‌های ژنومیک رخ داد که ایجاد روش‌های میکروآنالیزی مرتبط با زیست مولکولی را - مانند روش‌های توالی‌یابی - به دنبال داشت. این روش‌ها نیاز به ابزارهایی با کارکرد بالاتر و حساسیت و قدرت تفکیک بیشتر نسبت به ابزارهای قدیمی داشتند. فناوری میکروسیالی راه حل بسیار مناسبی برای غلبه بر این مشکلات بود. سهم سوم مربوط به صنایع میکروالکترونیک است. اولین امیدواری‌ها برای ساخت تراشه‌های میکروسیالی، لیتوگرافی و فناوری‌های مرتبط با آن بود؛ که به صورت موفقیت آمیزی در ساخت تراشه‌های میکروالکترونیک به کار گرفته شده بود. این فناوری‌ها به صورت مستقیم در میکروسیال‌ها قابل استفاده هستند. آخرین محرک ایجاد این فناوری در بخشی کاملاً مجزا به وجود آمد. زمانی که پس از جنگ سرد سلاح‌های شیمیایی و بیولوژیکی در صنایع نظامی کاربرد پیدا کردند؛ وزارت دفاع ایالات متحده‌ی امریکا با ایجاد یک مرکز تحقیقاتی [15]، سرمایه‌گذاری در بخش سیستم‌های میکروسیالی را افزایش داد؛ تا از قدرت این فناوری، در بخش نظامی سود ببرد (وایتسایدز[16] 2006:368).

 

2-2- ساختمان و اجزای تراشه

2-2-1- ماده‌ی سازنده

با توجه به الهام‌گرفتن میکروسیال از میکروالکترونیک، اولین مواد مورد استفاده برای ساخت این تراشه‌ها سیلیکون و شیشه بودند. با وجود مزایای این مواد از جمله پایداری شیمیایی، عواملی از جمله گران‌بودن و غیرشفاف‌بودن سبب شد مواد جدیدی برای ساخت تراشه‌ها استفاده شود. در حال حاضر پلی دی متیل سیلوکسان [17] و دیگر پلیمرهای بر پایه‌ی سیلوکسان به صورت گسترده‌ای در ساخت تراشه‌های میکروسیالی به کار می‌روند (جورج[18] 2001:335 و اشمید[19] 2000: 3042). این ماده مزایای فراوانی برای کاربرد در مصارف زیستی دارد. از جمله اینکه شفافیت آن امکان بررسی به وسیله‌ی میکروسکوپ نوری و فرابنفش را فراهم می‌آورد (چاودری[20] 1991: 1031). در برابر گازهایی همانند O2, CO2, N2  نفوذپذیر است که این خصوصیت برای بررسی سلول‌های پستانداران در این سیستم کاملاً ضروری است خواص سطحی این ماده را می‌توان بر اساس نوع کاربرد تراشه تغییر داد(جورج 2001: 335).

 

 

2-2-2-خواص فیزیکی سیالات میکرولوله‌ها

بهره‌گیری از خواص متفاوت فیزیکی سیالات در میکرولوله‌ها، سهم قابل توجهی در توسعه‌ی فناوری میکروسیالی ایفا کرده است. این تفاوت‌ها، کارکردهایی را ایجاد می‌کند که دستیابی به آن‌ها در مقیاس ماکرو بسیار سخت و یا حتی غیر ممکن است (جوهان[21] 2005:46). از جمله‌ی این خواص، متفاوت‌بودن نوع حرکت سیالات در میکرولوله‌هاست. در مقیاس ماکرولیتری، حرکت سیالات به صورت جریانات همرفتی است و مخلوط شدن به صورت آشفته و در تمام جهات انجام می‌پذیرد. در مقابل در حجم‌های میکرونی و نانویی از سیالات که درون میکرولوله‌ها جریان دارند؛ حرکت سیال به صورت خطی و جریان لامینار است و تنها در جهت موازی با دیواره‌ی لوله صورت می‌گیرد. این خاصیت، نیاز به صرف انرژی برای هدایت مسیر حرکت سیال درون کانال را مرتفع کرده، سبب سهولت در آزمایش می‌شود. همچنین در صورت تزریق همزمان دو نوع سیال در میکرولوله، این دو مخلوط نشده و تنها به صورت موازی جریان پیدا می­کنند (اسکوایرز[22] 2005:977). یکی دیگر از خواص مورد استفاده در میکروسیستم‌ها جریان الکترواسمزی است که از حرکت سیال حاوی یون درون میکرولوله‌ای که در سطح آن یون‌های ثابتی وجود دارد و در طول آن پتانسیل الکتریکی برقرار شده؛ ایجاد می‌گردد. در جریان معمول سیال، سطح پیشروی سیال سهمی‌وار است. در مقابل جریان الکترواسمزی یک سطح صاف در مقطع لوله ایجاد می‌کند که این امر سبب افزایش قدرت تفکیک درجداسازی سیالات می‌شود (پنگ[23]:2003).
 2-2-3- اجزای دستگاه

در یک دستگاه میکروسیالی ساختارهایی تعبیه می‌شود که عملکرد آن‌ها سبب هدایت سیالات درون تراشه و ایجاد واکنش‌های مورد نظر می‌گردد. از جمله می‌توان به دریچه‌ها، مخلوط کننده‌ها و پمپ‌ها اشاره کرد.
دریچه محلی است که دو یا چند کانال به هم می‌رسند؛ بنابراین نقش دریچه‌ها هدایت مسیر سیالات است. گاهی هدایت جریان به وسیله‌ی دریجه‌های غیرمکانیکی صورت می‌گیرد. مثلاً با استفاده از خواص جریان الکترواسمزی (دافی[24] :1992 :211) یا با ایجاد قطعات آب‌گریز روی سطح کانال (هندیک[25] 2000: 410). دریچه‌های مکانیکی نیز قطعات متحرکی از جنس سیلیکون، شیشه یا PDMS  هستند که در عرض کانال قرار گرفته و باز و بسته می‌شوند (کواکس[26] :1998 و آنگر[27] :2000: 113). با توجه به حرکت خطی سیالات درون میکرولوله‌ها و کُند بودن مخلوط شدن سیالات، در دستگاه‌هایی که مخلوط شدن سریع مد نظر است از مخلوط کننده‌ها استفاده می‌شود. مخلوط کننده‌ها به دو نوع غیرفعال و فعال تقسیم می‌شوند (آندرو[28]: 2006 :394 و اتینو[29] :2004: 923) جابه‌جایی سیالات در تراشه معمولاً با بهره‌گیری از سازوکارهای غیرفعال صورت می‌گیرد. با این حال بسیاری از سیستم‌های میکروسیالی برای وارد کردن سیال و جابه‌جایی آن درون دستگاه از پمپ‌های فعال بهره می‌برند. پمپ‌ها به دو دسته‌ی اصلی مکانیکی و غیرمکانیکی تقسیم می­شود (دی جی[30]: 2004: 35).


2-2-4- روش ساخت

در ابتدا روش‌های فتولیتوگرافی، مهم‌ترین کاندیدا برای ساخت تراشه‌های زیستی بودند (چاودری[31] :1991: 1013) و در ساخت آرایه‌هایDNA  مورد استفاده قرار گرفتند. با وجود پیشرفته بودن این فناوری، استفاده از آن در علوم زیستی محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند. در سال ۱۹۹۸ مجموعه‌ای از روش‌ها با نام لیتوگرافی نرم معرفی شدند که قادر به ایجاد الگوسازی در ابعاد میکرو هستند و از گسترش و تکامل روش‌های قدیمی به دست آمده‌اند (شیا[32]:1998: 550) همچنین با کوچک شدن ابزارها، نسبت سطح به حجم افزایش پیدا می‌کند و خصوصیات سطحی نقش مهمی را در کارایی ایفا خواهند کرد. در سیستم‌های میکروسکوپی غالبا ایجاد تغییرات در خواص سطحی، در حد جزئیات مولکولی ضروری است، در ساخت تراشه‌ها نیز به منظور تنظیم ارتباطات زیستی سطوح از تک لایه‌های خودآرا [33]SAM لایه‌های از آلکان تیولات‌ها که بر روی صفحات طلا قرار دارند استفاده می‌شود (ام آر کیسیک[34]:1996: 55) ادغام این دو روش نقش ممتازی در ایجاد میکروسیستم‌های قابل استفاده در زیست شناسی داشته است. در ساخت تراشه‌های میکروسیالی تنها شکل فیزیکی و محل قرارگیری کانال‌ها اهمیت ندارد. بلکه یک الگوی شیمیایی نیز باید وجود داشته باشد که مشخص می‌کند نمونه‌های پروتئینی یا سلولی در کدام بخش‌ها قرار بگیرند. سطوح داخلی کانال‌ها باید به گونه‌ای طراحی شوند که بر اساس نیاز آزمایش، قسمت‌هایی قابل دسترس و جاذب برای پروتئین‌ها و سلول باشند؛ در حالی‌که سایر قسمت‌ها مانع اتصال شوند. به عنوان نمونه پروتئین‌ها توانایی اتصال به اغلب سطوح آب‌گریز را دارند بنابراین با تغییر آب دوستی می‌توان سطوحی ایجاد کرد که جاذب و یا غیرجاذب برای پروتئین‌ها باشند. روش چاپ نرم توانایی ایجاد این الگوهای شیمیایی را دارد (اشمید[35] :2000: 3042)، از لایه‌های SAMs نیز برای ایجاد خواص مولکولی سطوح مانند رطوبت، چسبندگی، جذب پروتئین‌ها و اتصال سلول‌ها استفاده می­شود (بین[36] :1989: 506)

3- ریز تراشه زیستی

نوعی تراشه که قرار است به جای تراشه‌های سیلیسی به کار رود؛ در مدارهای اصلی این تراشه‌ها بجای مدارات الکترونیکی، از مواد زیستی مانند DNA  و RNA  یا پروتین  متصل به سطح "تراشه" است که می­تواند شیشه، پلاستیک و یا سیلیکون باشد، استفاده می­کنند، درنتیجه انرژی مصرفی آنها نزدیک به صفر خواهد بود. در مهندسی پزشکی، نوعی تراشه که در بدن موجود زنده کار گذاشته می‌شود و می‌تواند ازطریق برق‌کاف‌ها به تبادل اطلاعات با اندام‌های زنده بپردازد. ریز تراشه زیستی[37] در اولین بررسی یک دستگاه نیمه رسانا است که برپایه ساختار  DNA  تولید می­شود. در بدن انسان DNA زنجیره مولکول­های به یکدیگر متصل­­ا­ند که عامل انتقال وراثت و نشانه‌گذاری محسوب می­شوند. تراشه سازان به یک ماده­ای نیاز دارند که سرعت زیادی داشته باشد DNA خیلی شبیه به یک سخت دیسک کامپیوتر است که اطلاعات ثابت را ذخیره می­کند. DNA با تراشه کامپیوتر ترکیب شده و سرعت محاسبه را زیاد می­کند. از لحاظ سرعت جدا از کامپیوترهایی هستند که تراشه آن از سیلیکون است. با مقدار کمDNA ، کامپیوتر می تواند ۱۰ تـریـلـون بـایت اطلاعات نگهدارد و در هر زمان۱۰ تریلیون محاسبه انجام دهد. این دستگاه کوچک در تعاریف نظری شامل مدارات مجتمع (IC) بر پایه ) زیرساختار­) مولکول­های آلی یا ارگان­های حیاتی هستند. دو گروه عمده برای ریزتراشه­های زیستی در نظر گرفته می­شود: گروه اول، یک دستگاه کوچک متشکل از مولکول های آلی بزرگ (مانند پروتئین­ها) هستند که قـدرت و تـوان اجـرایـی انـجـام عـملیات (ذخیره داده­ها، کنترل فرایند) همانند یک کامپیوترالکترونیکی را دارند و گروه دیگر­، یک دستگاه ظریف با توانایی اجرایی سریع و فوری، برای واکنش شیمیایی در ابعاد کوچک در راستای دستیابی و تشخیص زنجیره­های ژن، آلودگی مـحیطی، مسمومیت‌های هوایی یا سایر مشتقات بیوشیمی به کار می رود. پیشرفت­های ریزتراشه ها عامل اصلی رشد سریع صنایع بیوتکنولوژی است که باعث گسترش تحقیقات علمی در زمینه ژن شناسی و پروتئین شناسی و … شده است. از دیگر مزایای این تولیدات، دستیابی دانشمندان به روش­های جدید برای درک صحیح از تولیدات بیوشیمی پیچیده، اتفاقات و واکنش­های داخل سلولی و نیز درک و درمان بیماری­های انسان است. این امر باعث رونق بازار و صنعت تولیدات ریز تراشه های زیستی شده است. نوع دیگری از این تراشه ها نیز وجود دارد که تراشه­های آزمایشگاهی نامیده می­شوند و از ریز سیال­ها برای انجام تست­های آزمایشگاهی استفاده می­کنند. در حقیقت این تراشه‌‌ها حاوی مواد زیستی هستند و به همین علت تحت عنوان تراشه‌های زیستی از آنها نام برده می‌شود.

3-1- انواع ریزتراشه های زیستی

تراشه­های زیستی با توجه به موادی که در آنها استفاده می­شود به انواع مختلفی تقسیم می شوند: با گسترش و تولیدات ابزارهای نیرومند و دقیق در تولید ریزتراشه­ها، امروزه هر دسته از این دستگاه­های ریز و بسیار ریز  برای اهدافی خاص طراحی و تولید می­شوند. اگرچه همه آن­ها از لحاظ نظری دارای یک ریشه واحد هستند. در ادامه به معرفی مهم­ترین دسته‌ها و کاربردشان به اختصار پرداخته شده است.

 

3-1-1-ریزتراشه­های                                [38]DNA

این دسته از ریزتراشه­های زیستی که وسیع‌ترین و پـرکـاربرد ترین دستگاه های ریزاندازه در دانش­پزشکی هستند و بر اساس استفاده از DNA وRNA  طـراحـی و تـولیـد مـی‌شـونـد، اغلـب آن‌ها را با DNA مــیــکـــــرو آرایــــه DNA [39]می شناسند. ‌ریزتراشه DNA، به طور گسترده، افزایش تعداد ژن­هـایـی کـه قـادر بـه مطـالعـه در یـک آزمایش هستند. همچنین ایجاد سری­های خاص و پیوند زنی قدرت این ریزتراشه را در آنالیز های ژنی افزایش داده است. انواع مختلف این ریزتراشه در بازار قابل دسترسی است(شکل 3).

 

 

شکل 3- نمونه­ای از یک ریزتراشه­ی DNA (پاول[40]، 2006:442)

3-1-2- ریز تراشه­های پروتینی[41]

سـاختـار ریـزتـراشـه­هـای پـروتینـی یـا آرایـه هـای پـروتـیـنـی هـمـانند ریزتراشه­های DNA است با این تـفـاوت کـه نـقـش اصلی را پروتئین­ها در عملیات بـیـولـوژی و ارگـان­هـای اصـلـی بـازی می­کند. این ریزتراشه­ها معمولاً برای آسیب شناسی انسانی در داروشناسی به کار رفته و اساس تحقیقات بیولوژی مـحـســوب مــی­شــونــد. بــی گـمــان ریـزتـراشـه­هـای پروتینی، یکی از مهم­ترین روش­های ایمنی سنجی [42]و آنتی بادی در سطح تشخیصات کلینیکی است. ریزتراشه­های پروتینی در تشخیص اثر دارویی[43] و آزمایش مسمومیت[44] کـاربـردهـای فراوان دارد.

3-1-3- ریزتراشه­های الکترونیکی و الکتروشیمیایی [45]

ریزتراشه­های الکترونی برای ردیابی تغییرات در خـــواص الــکــتـــریــکـــی بـــا اســتــفـــاده از پــیـــونــدزنــی  DNA[46]و محصور سازی پروتئین بـه صـورت مطالعاتی و پژوهشی به کار می­روند. حسگرهای انتقال دهنده سیگنال­های الکتریکی بیو­مـولـکـولی و سلولی که برای تحلیل­های آنالیتیک مورد استفاده قرار می­گیرند، از جمله کاربردهای این دسته هستند. اصولاً، این حسگرها برای کشف و آشـکــارســازی الـکـتــروشـیـمـیــایــی فـعــال ازجـمـلـه رنگ‌های آلی[47]، ترکیبات فلزی، آنزیم­ها یا نانوذرات فلزی مناسب هستند.

4- کاربردهای تراشه­های زیستی

تراشه­های زیستی کاربردهای مختلفی در زمینه­های مختلف از خود نشان می­دهند که در زیر به طور خلاصه به چند مورد از آنها اشاره شده است.

1)     کاربرد جنایی فناوری LOC

ü    نمونه­های بیولوژیکی

ü    تشخیص وجود DNA صحنه جرم

ü    تست هویت

ü    تشخیص آنتی ژن خاص-پروستات (PSA) در نمونه های جنایی

ü    کوچک سازی رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) ایمن حسگرها

ü    زیست تراشه های میکروبی

ü    بخش­های تشخیصی

ü    تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان

2)     آنالیز اسیدهای نوکلئیک

3)     مطالعات دارویی

4)     LOC هوشمند برای آنالیزهای خونی

 

4-1- کاربرد جنایی فناوری LOC

از کاربردهای گسترده این فناوری در علم قضاوت برای تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان و اجساد مجهول الهویه، آنالیز نمونه­های بیولوژیکی، روش­های تشخیصی، پزشکی قانونی و ... می­باشد. وجود مزایای فراوان از جمله کاهش حجم نمونه‌ها، تولید مقادیر کم ضایعات و صرفه‌جویی در وقت و هزینه، سبب شده است تا فناوری میکروسیالی کاربران فراوانی را در بخش‌های مختلف جنایی، تشخیص هویت، زیست شناسی، شیمی، مهندسی و پزشکی جذب کند. علاوه بر این تراشه‌های میکروسیالی می‌توانند سازنده‌ی ساختارهایی باشند که ابعاد آن‌ها متناسب با ابعاد سلول‌های پروکاریوت و یوکاریوت است. این ویژگی سبب شده فناوری میکروسیالی به صورت ویژه‌ای برای مطالعات زیست‌شناسی سلولی مفید واقع شود (وایتسایدز[48] 368: 2006) توانایی تراشه‌های میکروسیالی در ایجاد محیطی متناسب با ابعاد سلول‌ها در مطالعه‌ی رفتار سلول‌ها اهمیت فراوانی دارد. در مطالعات معمولی در شیشه، رفتار و واکنش‌های مربوط به یک جمعیت سلولی بررسی می‌شود. اما با استفاده از میکروسیالی می‌توان محیط پیرامون یک سلول را کنترل نمود و تاثیرات عوامل گوناگون شیمیایی و فیزیکی بر روی یک سلول منحصر به فرد و پاسخ سلول به این عوامل را بررسی کرد. وجود جریان‌های لامینار و حرکت مواد از طریق انتشار، که به کندی صورت گیرد، قابلیت ایجاد یک شیب غلظتی را فراهم می‌سازد و می‌توان رفتار یک سلول را در یک شیب غلظتی مشاهده کرده و حتی اثر غلظت مواد را بر روی بخش‌های مختلف یک سلول بررسی نمود (نو[49]:2002: 826). ایجاد شیب غلظتی در مطالعات عصب شناسی نیز کاربرد فراوان دارد. علاوه بر این می‌توان اثرات غلظت‌های متفاوت فاکتورهای رشد را بر تمایز و تکوین سلول‌ها بررسی نمود (درتینگر[50] :2002: 12524). همچنین با استفاده از تراشه‌های میکروسیالی می‌توان محیط‌های شبه in vivo یا شبه‌بافت ساخت و رفتار یک جمعیت سلولی را بررسی کرد. این خواص در غربالگری‌های مربوط به مطالعات داروسازی استفاده‌ی فراوان دارد. با توجه به اهمیت بسیار زیاد بررسی­های جنایی در صحنه جرم در زیر به طور مختصر چند مورد از کاربرد این تراشه­ها با کاربری جنایی ارائه شده است.

4-1-1- نمونه­های بیولوژیکی

از تراشه­های زیستی برای کشف داروهای جدید و برای دستیابی به اطلاعات ژنتیکی استفاده می­کنند. تراشه­های زیستی در سنجش مواد مخدر و سم شناسی کاربرد دارند و می­توانند میزان سمیت داروهای جدید را مشخص کنند. در سطح تراشه‌های زیستی ده‌ها هزار ردیاب از جنس مواد ژنتیکی که دربردارنده توالی‌های مشخصی هستند، وجود دارد. وقتی این ردیاب‌ها در تماس با یک نمونه بیولوژیکی (نمونه‌ای از بدن یک فرد بیمار یا یک نمونه آزمایشگاهی)‌ قرار گیرند، زنجیره‌هایی از نوکلئوتیدها که مکمل توالی نوکلئوتیدهای موجود در تراشه باشند در پیوند با هم قرار می‌گیرند. در نتیجه، الگوی مشخصی از امواج نوری در سطح تراشه‌ ایجاد می‌شود که از طریق اسکنر خوانده شده و اطلاعات موجود در آن توسط یک سیستم کامپیوتری تجزیه و تحلیل می‌شود. در سطح تراشه‌های زیستی الگویی ژنتیکی وجود دارد که مقایسه و بررسی DNA بافت نمونه‌برداری شده از یک فرد بیمار با یک بافت سالم را امکان‌پذیر می‌سازد. در نخستین مرحله از این فرآیند که مرحله پردازش اطلاعات است الگوی مورد نظر وارد یک سیستم کامپیوتری اختصاصی می‌شود تا براساس آن 96 خانه‌ای که در سطح تراشه وجود دارد از طریق سیستم تزریق‌کننده بافت نمونه پر شود. در مرحله بعد سیستم تزریق‌کننده براساس الگوی ثبت شده فضاهای خالی سطح تراشه را با استفاده از نمونه‌هایی که هر یک حاوی توالی مشخصی از ژن‌ها هستند پر می‌کند. در مرحله تزریق هر نقطه از تراشه با DNA نشانگر که ترکیبی از بافت‌های سالم و سرطانی است، پر می‌شود. پس از پر شدن همه فضاهای خالی از نشانگرDNA، سطح تراشه با استفاده از امواج لیزری سبز و قرمز در یک پویشگر ردیابی می‌شود. این فرآیند موجب تحریک مواد فلورسنت موجود در نمونه‌ها می‌شود. همزمان یک دوربین و سیستم کامپیوتری اختصاصی که برای تفسیر اطلاعاتی تراشه زیستی در نظر گرفته شده تصویری از آنچه انجام می‌شود را ثبت می‌کند و این اطلاعات در حافظه کامپیوتر ذخیره می‌شود. به این ترتیب آرایشی از نقاط ریز ژنتیکی روی بستری که در حقیقت همان سطح تراشه است ایجاد می‌شود.

4-1-2- تشخیص وجود DNAصحنه جرم

همان طور که می دانیم آزمایش DNA در موارد جنایی انجام می­گیرد. تست DNA برای تعیین جرم یابی انجام می­شود. تراشه زیستی مبتنی بر DNA می­تواند تجزیه و تحلیل DNA را در صحنه جرم انجام دهند. تاخیر کمتر و خطای کمتر در نتیجه ی تست از جمله مزایای استفاده از تراشه های زیستی در تست  DNAاست.

محققان دانشگاه توئنته[51] موفق به ساخت آزمایشگاه روی تراشه‌ای شده‌اند که می‌تواند برای صحنه جرم مورد استفاده قرار گیرد. این آزمایشگاه روی تراشه می‌تواند نشان دهد که آیا DNA انسان در صحنه جرم وجود دارد و آیا این DNA باید در آزمایشگاه مورد تحقیق قرار گیرد یا خیر.

هر سال بیش از صدهزار آزمایش روی DNA در موسسه NFI هلند برای مسائل قانونی و جنایی انجام می‌شود که نیمی از آنها نتیجه‌ای ندارد. با استفاده از این آزمایشگاه روی تراشه می‌توان مانع از هدر رفتن زمان و بودجه شد و نشان داد که آیا در نمونه‌گیری‌های انجام شده در صحنه جرم، اثری از DNA انسان وجود دارد و در صورتی که جواب منفی باشد، پلیس باید به سرعت به نواحی دیگر منطقه‌ای که جرم اتفاق افتاده بازگردد تا نمونه‌های دیگری را بردارد. اگر جواب آزمایش روی نمونه مثبت بود و نمونه حاوی DNA انسان باشد آنگاه می‌توان این نمونه را به آزمایشگاه ارسال کرد تا مقایسه و فرآیند شناسایی کلید بخورد. این آزمایشگاه روی تراشه ابعاد کوچکی داشته و می‌توان آن را با دستگاه‌های مختلف ترکیب کرد. این ابزار به میزان بسیار کمی از نمونه برای آنالیز نیاز دارد. در حال حاضر از نمونه‌گیرهایی حاوی پنبه استفاده می‌شود که آلودگی‌ زیادی با خود به همراه می‌آورد. برویجنس از محققان این پروژه می‌گوید:" این آزمایشگاه روی تراشه شبیه به تست‌های بارداری بوده و در مدت زمان نیم ساعت به تیم تحقیق پلیس پاسخ بله یا خیر می‌دهد. در حال حاضر نیمی از نمونه‌برداری‌های سر صحنه جرم فاقد DNA  است که باید روشی سریع برای یافتن پاسخ وجود یا فقدان DNA در نمونه ارائه شود. این آزمایشگاه روی تراشه می‌تواند با استفاده از نمونه ادرار، بزاق و خون در صحنه جرم به سرعت به این سوال پاسخ دهد" این یافته محققان می‌تواند تغییر شگرفی در فرآیند کشف جرم ایجاد کند به طوری که صرفه‌جویی در زمان و هزینه صورت ‌گیرد.

4-1-3- تست هویت

تراشه­ی زیستی مبتنی بر DNA را می­توان برای تست هویت، از جمله تست هویت والدین وشجره نامه استفاده کرد.

4-1-4- تشخیص آنتی ژن خاص-پروستات (PSA) در نمونه های جنایی

آنتی ژن خاص-پروستات به عنوان بهترین نشاگر سرم موجود کنونی برای تشخیص سرطان پروستات می باشد و به عنوان نشانگر به کارگرفته شده در علوم جنایی جهت مشخص سازی وجود مایع منی و اسپرم در برخی از موارد مرتبط با تجاوزهای جنسی به شمار می آید. تشخیص PSA نیز به عنوان روش انتخاب برای تعیین وجود منی، در غیاب اسپرم، در قضیه های مرتبط با تجاوزهای جنسی به حساب می آید با این وجود تشخیص PSA در نمونه های جنایی نیازمند وجود یکسری از آرایه های ضروری در مقایسه با تشخیص آن تحت شرایط نمونه های بالینی می باشد. در ابتدا تشخیص سطوح مطلق PSA صرفاً در علوم جنایی مهم تلقی نمی شوند، بلکه قابلیت تشخیص PSA در آنچه تحت عنوان نمونه های "کثیف" ثابت تلقی می شود اهمیت دارد. یعنی آلودگی بوسیله ی مایعات بدنی دیگر با وجود لکه ها، کمیابی نمونه، نیاز برای استخراج از انواع پارچه، که خود منجر به کارایی اندک استخراجی در این زمینه می­گردد-  و تجزیه نمونه ها در اجساد یا پس از شستشوی پارچه ها که چنین مواردی را می توان به عنوان چالش شایع در ارتباط با تشخیص PSA در نمونه های جنایی دانست. دوماً به واسطه غلظت اندک PSA که به طور طبیعی در بافت ها و سیالات بدنی برخی از زنان دیده می شود، آزمایشات PSA برای کاربرد در علوم جنایی صرفاً نیازمند حساسیت محدودی جهت اجتناب از خطر حاصل آوردن نتایج مثبت –کاذب می باشد.

4-1-5- کوچک سازی رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) ایمن حسگرها

واکنش های آنتی ژن-آنتی بادی نه تنها به طور گسترده ای برای تشخیص پزشکی، بلکه برای تحلیل محیطی، همانند علوم جنایی و موارد دیگر به کار گرفته شده است. از طرف دیگر، موفقیت تجاری حسگرهای گلوکز نوع-کارت برای کاربردهای شخصی معرف احتمالات جدید بکارگیری بیوحسگرها می باشد. در قیاس با حسگرهای آنزیمی، این حسگرها از کازبردهای گسترده تری برخوردار می باشد چرا که آنها قابلیت تشخیص مواد مختلف از باکتری تا آلایندگی های محیطی را دارا می باشند. به علاوه اصل مشابهی را می توان برای حسگری DNA بکارگرفت. با توجه به آنکه توسعه سیستم های ایمن حسگری مینیاتوری و سیار در این زمینه کاملاً تحت شرایط کنونی توصیه می شوند. ایمن حسگرهای مینیاتوری از احتمالات کاربردی بسیاری برخوردار می باشند، نظیر تشخیص پزشکی داخل خانه، نظارت میدانی محیطی، تشخیص امور جنایی، کنترل کیفیت در کارخانجات مواد غذایی و غیره. بسیاری از انواع ایمن حسگرها پیاده سازی و بکارگرفته شده اند. اما ایمن حسگرهای SPR صرفاً موفقیت تجاری، یعنی به عنوان سیستم BLAcore را به دست آورده اند. با وجود آنکه SPR به طور ابتدا به ساکن برای توصیف فیلم فلزی نازک به کارگرفته شد. گروهی از محققان از SPR حسگر گازی و مواد زیست شیمیایی استفاده نمودند. این مطالعات در ارتباط با ارتقاء سیستم BLAcore بوده است. سیستم BLAcore به صورت یک سیستم نظارتی بدون-برچسب و در زمان واقعی در ارتباط با واکنش های بیوشیمیایی نظیر آنتی بادی، DNA گیرنده ها و موارد دیگر به شمار می آید.

4-1-6- تحلیل گر حرارتی با قابلیت ارتقاء یافته تشخیص دروغ در تحقیقات و بازجویی های مظنونجنایی

تشخیص گر دروغ یا سیستم های دروغ فاش کن متعارف برای موارد جنایی و همجنین در ارتباط با مصاحبه های شغلی بکار گرفته می شود. این سیستم قابلیت تحلیل پاسخ های روان شناختی و فیزیولوژیکی فرد تحت بازجویی را خواهد داشت. زیست تراشه بر روی بازو، انگشت، شکم و قفسه سینه قرار داده می شوند. سیگنال های ایجادی از این زیست تراشه ها قابلیت تشخیص تغییرات در متغییرهایی نظیر تنفس و میزان تپش قلب، فشار خون، میزان عرق کردکی را داشته و آنها را به عنوان اطلاعات دیجیتالی ذخیره می سازد. البته این سیستم ممکن است دچار خطاهایی شود و افراد عصبانی و بیگناه نیز ممکن است در این آزمایشات به عنوان افراد گناهکار تلقی گردند. به علاوه این سیستم ممکن است به وسیله افراد باهوش با شکست روبه رو گردد و بنابراین لازم است تا روش های تشخیص دروغگویی باارزش تری برای حاصل آوردن نتایج مطلوب تر بکارگرفته شوند. تحلیل گر حرارتی برای تشخیص فریب (TAD) همراه با تحلیل داده های Far-IR حاصل آمده از حدقه چشم فرد مظنون و همچنین نواحی اطراف سوراخ بینی در طی این فرایند مد نظر می باشد. این سیستم همچنین قابلت تشخیص الگوی تنفسی اشخاص با توجه به تغییرات دمایی اندازه گیری شده در اطراف سوراخ بینی را خواهد داشت.

4-1-7- زیست تراشه های میکروبی

در خصوص شناسایی جنایی با استفاده از تراشه های زیستی، نوعی شناسایی در ارتباط با ویژگی فیزیکی وجود دارد که قابلیت تمایز آن از دیگر موضوعات دارای نوع مشابه وجود خواهد داشت. سیالات بدنی حاوی شواهد با ارزشی از DNA و miRNA می باشند که از صحنه جرم جمع آوری گردیده و برای شناسایی جنایی مورد استفاده قرار می گیرند. روش های متعارف برای شناسایی جنایی پیچیده و زمان­بر می باشند و همچنین معرف مشکلات متعدد در ارتباط با حل مسائل جنایی هستند، بنابراین تراشه های زیستی میکروبی را می توان برای شناسایی جنایی بکارگرفت.

4-1-8- بخش­های تشخیصی

یکی از مهم‌ترین کاربردهای سیستم‌های میکروسیالی، زیست پزشکی و کاربردهای مرتبط با آن است که حجم کمی از نمونه‌ها را نیاز دارد؛ قابل استفاده به وسیله‌ی افراد غیرمتخصص است و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. تاکنون تعداد زیادی سیستم‌های میکروسیالی ساخته شده که در بخش‌های تشخیصی کاربرد دارند. به نظر می‌رسد در آینده‌ای نزدیک با انجام اصلاحاتی در این فناوری می‌توان ابزارهای میکروسیالی تشخیصی ساخت به گونه‌ای تمامی تکنسین‌ها در آزمایشگاه‌های تشخیصی، زیست‌شناسان، مأمورین پلیس، کارمندان مراکز درمانی عمومی و حتی مردم عادی در منزل قادر به استفاده از آن‌ها باشند(وایتسایدز[52] 368: 2006)

 

 

 

4-1-9- تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان

فناوری مبنی بر DNA شامل فرآیندهای واکنش زنجیره‌ پلیمراز[53] )یا PCR روشی است که با استفاده از آن در مدت زمان کوتاهی مقادیر جزئی از DNA یا RNA تکثیر می‌یابد به گونه‌ای که برای بررسی و ارزیابی بیشتر قابل مشاهده باشد) است. یکی از کاربردهای گسترده این فناوری در علم قضاوت برای تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان و اجساد مجهول الهویه است که نحوه انجام آن در ادامه شرح داده می‌شود.
همان‌طور که می‌دانیم تمامی سلول‌های انسان به جز گلبول‌های قرمز و پلاکت دارای ماده ژنتیکی DNA در هسته هستند. در DNA انسان قسمت‌هایی وجود دارد که در افراد مختلف دارای تنوع است. به عبارت دیگر در ماده ژنتیکی هر فرد، ویژگی‌های منحصر به فردی وجود دارد که وی را حتی از پدر، مادر، خواهران و برادران خود متمایز می‌کند. شناسایی DNA نمونه شامل سه مرحله اصلی تکثیر، جداسازی و شناسایی است. ابتدا پس از استخراج DNA با استفاده از تکنیک PCR میزان آن افزایش می‌یابد. به این ترتیب می‌توان از مقادیر بسیار کمی از اجزای بدنی که حاوی سلول‌ها و در نتیجه DNA است برای شناسایی هویت فرد استفاده کرد. در مرحله بعد با استفاده از الکتروفورز ژلی و یا الکتروفورز مویینه‌ای، دو رشته DNA از هم جدا شده و در جای خود متمرکز می‌شوند. در نهایت برای تشخیص توالی DNA، از  DNAهای مکمل استفاده می‌شود. همان‌طور که می‌دانیم هر تک رشته DNA با یک رشته خاص مکمل پیوند برقرار می‌کند و کاملاً منحصر به ‌فرد است. زمانی که نمونه با یکی از این تک رشته‌های مکمل پیوند برقرار کرد می‌توان توالی DNA نمونه را از طریق تک رشته مکمل تعیین کرد و هویت یک شخص را تعیین نمود. با ظهور فناوری نانو پیشرفت‌های زیادی در زمینه تحلیل DNA صورت گرفت. با استفاده از ابزارهایی که در این حوزه ساخته می‌شوند، سرعت، حساسیت، و هزینه شناسایی DNA نمونه بهبود پیدا می‌کند. به عنوان مثال با بکارگیری روش لیتوگرافی می‌توان اندازه ابزارهای شیمیایی مانند الکتروفورز مویین و کروماتوگرافی مایع را کاهش داد. این منجر به ساخت دستگاه‌هایی می‌شود که ابزارهای PCR، جداسازی و شناسایی می‌توانند بر روی آن جمع‌آوری شوند. شکل 4 نمونه‌ای از این سیستم را نشان می‌دهد که همه فرآیندهای شناسایی DNA، از استخراج تا تعیین توالیDNA ، بر روی آن انجام می‌شود. همچنین عملکرد آزمایشگاه‌های تحلیل DNA با توسعه سیستم‌های میکروسیال که در بخش آینده توضیح داده خواهد شد، به عنوان جایگزین الکتروفورز مویینه برای تحلیل و آشکارسازی نمونه‌های نانولیتری DNA ارتقا خواهد یافت. نمونه دیگر از کاربرد فناوریDNA ، تراشه میکروآرایه[54] DNA است که از ویژگی‌های منحصربه‌فرد برهمکنش اسیدهای نوکلئیک استفاده می‌کنند. این فناوری قادر به ردیابی الگوی ظاهر شده است از هزاران یا حتی ده هزار ژن به طور هم‌زمان است. فناوری‌های آرایه DNA افق‌های جدیدی را در علم پزشکی به وجود آورده است. همان‌طور که در بالا ذکر شد، ژن‌ها عوامل وراثتی هستند که از نسلی به نسل دیگر انتقال می‌یابند. یک ژن قطعه‌ای از DNA است و DNA همراه با مواد پروتئینی به نوکلئوپروتئین تبدیل می‌شود که در هسته سلول به شکل کروموزوم ظاهر می‌گردد. ژن دارای اطلاعاتی است که پروتئین به کمک آن ساخته می‌شود. علاوه بر ژن‌ها، انواع مختلفی از توالی‌های DNA بر روی کروموزوم‌ها وجود دارد که در همانندسازی، رونویسی و غیره شرکت دارد.

 

شکل 4-  تراشه) DNAقابلیت جمع‌آوری همه فرآیندهای انجام شده در آزمایشگاه جنایی را روی یک دستگاه دارد) (سایت آموزشی نانو)

این فناوری با استفاده از فناوری نانو توسعه مطلوبی پیدا خواهد کرد. انجام واکنش‌ها در حجم بسیار کوچک با استفاده از آزمایشگاه بر روی تراشه نمونه‌ای از این پیشرفت‌ها به شمار می‌رود. این فرآیند حجم نمونه زیستی در فناوری‌های مبنی بر اسید نوکلئیک را کاهش می‌دهد. شکل 5 چگونگی عملکرد یک میکروآرایه DNA‌ را در تعیین توالیDNA  نمونه نشان می‌دهد. میکروآرایه DNA (تراشه DNA یا تراش زیستی) مجموعه‌ای از نقاط میکروسکوپیکی DNA است که متصل به سطح جامد می‌باشد. هر نقطه DNA حاوی یک پیکومول (12- 10 مول)DNA  با توالی معین است که معروف به پروب می‌باشد. این نقاط می‌توانند بخش کوتاهی از یک ژن یا دیگر عناصر DNA باشند که برای ترکیب با نمونه تک رشته DNA یا RNA مکمل cDNA) یا (cRNA به کار گرفته شده‌اند. نمونه‌های هدف با لومینسانس‌های شیمیایی[55]، نقره و فلوئورسانس[56] برچسب‌گذاری شده و به کمک آن‌ها در هنگام ترکیب هدف و پروب، فناوری نسبی توالی اسید نوکلئیک را در هدف تعیین می‌کند.

 

شکل 5- تراشه زیستی DNA با آشکارسازی الکتروشیمیایی(سایت آموزشی نانو)

4-2- آنالیز اسیدهای نوکلئیک

یکی از کاربردهای مهم و برجسته‌ی سیستم‌های میکروسیالی مطالعات اسیدهای نوکلئیک است. ابتدا سیستم‌هایی طراحی شدند که قادر به انجام یکی از آنالیزهای ژنتیکی مانند PCR، جداسازی قطعات DNA بر اساس اندازه و یا میکروآرایه بودند و از DNA خالص به عنوان ورودی استفاده می‌کردند. در سال ۲۰۰۴ دستگاه میکروسیالی ساخته شد که در آن از نمونه‌ی خون به عنوان ورودی استفاده می‌شود و تمامی فرآیندهای آماده‌ سازی نمونه، استخراج DNA از نمونه، ازدیاد، هیبرید‌کردن و شناسایی DNA را انجام می­دهد (روبین[57]: 2004: 1824).

 

4-3- مطالعات دارویی

در صنایع داروسازی در طیف وسیعی، این آزمایش‌های سلولی و مولکولی انجام می‌شود. انجام این آزمایش‌ها به وسیله‌ی سیستم‌های ماکرو محدودیت‌هاى فراوانی از جمله زمان طولانی و صرف هزینه‌های بالا، رو‌به‌روست. استفاده از سیستم‌های میکروسیالی راه حل بسیار مناسبی برای غلبه بر این محدودیت‌ها‌ست. این سیستم‌ها در تمام مراحل کشف دارو و تکمیل مراحل توسعه قابل استفاده هستند (لایفنگ[58]: 2008: 1) از جمله در مرحله‌ی انتخاب و بررسی پروتئین هدف دارویی، یک سیستم مختلط میکروسیالی طراحی شده است که تمامی مراحل را شامل لیز سلول، نشان‌دار کردن، جداسازی و تعیین کمیت محتوای پروتئینی انجام می‌دهد (هوانگ[59] :2007: 71)  در مرحله‌ی بعد این پروتئین باید جداسازی شده و به منظور تعیین ساختار کریستاله شود. سیستم‌های میکروسیالی ساخته شده‌اند که با بهره‌گیری از لوله‌های موئین و خاصیت ایزوالکتریک، پروتئین‌ها را در زمانی بسیار کوتاه و با دقت و بازده بالا تفکیک می­کنند (گوستافسون[60]: 2004: 345) همچنین برای تهیه کریستال از چندین نوع تراشه‌ی میکروسیالی استفاده می‌شود که تا سال 2007 توانسته‌اند کریستال دوازده نوع پروتئین مختلف را که با روش‌های معمول قادر به تهیه آن نبوده‌اند، تهیه کنند ( لاو[61] :2007: 457) در تمامی مراحل شناسایی مولکول دارو و غربالگری‌های مربوط به آن و همچنین بررسی اتصال دارو به مولکول هدف نیز از سیستم‌های میکروسیالی استفاده می‌شود. در مرحله‌ی پیش کلینیکی نیز برای انجام آزمایش‌هایی از قبیل بررسی سمیت دارو بر سلول‌های طبیعی و بیمار (میت چل[62] :2001: 24)، اثرات جمعی داروها بر درمان (کمسی[63] :2005: 12) و اثر دارو بر بافت خونی حیوانات به صورت مستقیم و بدون نیاز به نمونه گیری (وو[64] :2007: 837) سیستم‌های میکروسیالی طراحی شده است. در بخش مطالعات کلینیکی هم این سیستم‌ها کاربرد دارند به عنوان نمونه سیستم‌های میکروسیالی سیلیکونی طراحی شده‌اند که قادرند با تحریک الکتریکی دارو را رها سازند و غلظت مناسبی از دارو را بر اساس اثرات زیستی آن انتخاب کرده و با اعمال یک چرخه‌ی رهاسازی در بدن بیمار این غلظت را ثابت نگاه دارند (گروزمن[65] :2003: 955)

4-4-  LOC هوشمند برای آنالیزهای خونی

معمولا برای ساخت این نوع LOC از موادی نظیر PMMA ،PDMS ، پلی اتیلن و پلی کربنات استفاده می­شود. از این نوع مواد می­توان در ساخت LOC هایی جهت شناسایی پارامترهای مختلف زیستی و شیمیایی استفاده کرد مانند PO2 که میزان فشار اکسیژن محلی است و به عنوان یکی از پارامترهای مطرح در زمینه سلامتی محسوب می شود. کاتریج LOC های یک­بار مصرف با استفاده از پلاستیک تزریق شده و با تکنولوژی باند مستقیم پلاستیک – پلاستیک قالب گیری می­شود. یک کاتریج بیوچیپ شامل میکرو جبران کننده حجم ثابت مبتنی بر تکنولوژی PROMs ، یک توزیع کننده هوا روی منبع فشار چیپ و تعدادی بیوسنسور الکتروشیمیایی می­باشد. مبنای عملکرد سنسورهای اکسیژن که به روش آمپرمتریک میزان اکسیژن را مشخص می­کنند این است که وقتی انتشار پروفایل اکسیژن از نمونه تا سطح الکترود اشباع است، به این معنی است که یک پروفایل توزیع اکسیژن با گرادیان ثابت تولید شده است و جریان تولید شده متناسب است با تمرکز اکسیژن در محلول مورد آزمایش است. لایه سلیکون باید یک غشاء نفوذ پذیر باشد و به سبب نفوذپذیری بالا از آن استفاده می­شود. مولکول­های آب از غشاء سلیکون عبور می­کنند و به ژل بر مبنای الکترولیت بپیوندد و بنابراین یون­های کلر می­تواند تا نزدیک آند حرکت کنند و با یون­های نقره واکنش دهند و تعداد الکترون­ها در این واکنش توسط سیستم اندازه­گیری مورد سنجش قرار می­گیرند.

5- مزایای  LOCها بر سایر سیستم­های اندازه گیری موجود را می­توان در موارد زیر خلاصه نمود:

v  سیستم­های اندازه گیری موجود توانایی سنجش مولکول­های غیرقطبی که در بافت­های حیاتی تشکیل می­گردند را ندارند در حالی که بیوسنسورها می­توانند این ترکیبات را شناسایی و سنجش کنند.

v  از آنجایی که مبنای کار بیوسنسور­ها بر اساس سیستم بیولوژیکی تثبیت و تعبیه شده در خود آنهاست، بنابراین آنها اثرات جانبی بر سایر بافت­ها ندارند.

v  کنترل پیوسته و بسیار سریع فعالیت­های متابولیسمی توسط این سنسورها امکان پذیر است.

v  معمولاً استفاده از سیستم­های اندازه­گیری با هزینه­های بسیاری همراه است در حالی که LOC ها در تولید انبوه می­توانند به­شدت بهره اقتصادی مناسبی در کاربردهای مختلف داشته باشند.

v  با توجه به کوچک شدن ابعاد در این نوع سیستم و با توجه به این نکته که مواد مصرفی در مباحث آزمایشگاهی و بیولوژیک بسیار پر هزینه و تامین آنها در مواردی سخت می­باشد و کاهش حجم مواد مصرفی از این نوع در این تکنولوژی بسیار مفید می­نماید.

v  این تکنولوژی توانایی سنجش بسیاری از مواد مانندDNA ، اسید­های نوکلوئید،RNA ، پروتئین­ها و بسیاری از مواد بیولوژیکی که در مباحث تشخیصی اهمیت دارند را دارد.

v  سیستم­های اندازه­گیری موجود توانایی سنجش مولکول­های غیرقطبی که در بافت­های حیاتی تشکیل می­گردند را ندارند در حالی که بیوسنسورها می­توانند این ترکیبات را شناسایی و سنجش کنند.

v  از آنجایی که مبنای کار بیوسنسور­ها بر اساس سیستم بیولوژیکی تثبیت و تعبیه شده در خود آنهاست، بنابراین آنها ها اثرات جانبی بر سایر بافت­ها ندارند.

v  کنترل پیوسته و بسیار سریع فعالیت­های متابولیسمی توسط این سنسورها امکان پذیر است.

6- نتیجه گیری

به دلیل کاربردهای متنوع و فراوان سیستم‌  آزمایشگاه روی تراشه و همچنین انعطاف‌پذیری بالای آن‌ها برای تولید ساختارهای جدید، استفاده از این سیستم‌ها جذابیت فراوانی دارد. در حال حاضر انواع مختلفی از این دستگاه‌ها طراحی و استفاده شده‌اند. با توجه به مزایای بسیار زیاد این سیستم­ها از جمله کاهش حجم نمونه‌ها، تولید مقادیر کم ضایعات و صرفه‌جویی در وقت و هزینه، سبب شده است تا فناوری میکروسیالی کاربران فراوانی را در بخش‌های مختلف جنایی، تشخیص هویت، زیست شناسی، شیمی، مهندسی و پزشکی از خود نشان دهد. استفاده از این سیستم­ها در بخش­های جنایی مانند علم قضاوت برای تعیین دقیق منشا نمونه‌های زیستی و تشخیص هویت مجرمان و اجساد مجهول الهویه، نمونه­های بیولوژیکی، پزشکی قانونی، روش­های تشخیصی و ... کارایی دارد. با استفاده از این تکنولوژی مدت زمان رسیدن به نتیجه یک آزمایش از چند ساعت و یا حتی چند روز به کمتر از یک دقیقه رسیده است. با توجه به اینکه آزمایش DNA در موارد جنایی انجام می­گیرد. بنابراین تراشه زیستی  مبتنی بر DNA می­تواند تجزیه و تحلیل DNA را در صحنه جرم انجام دهد. تاخیر کمتر و خطای کمتر در نتیجه­ی تست از جمله مزایای استفاده از تراشه­های زیستی در تست  DNAمی­باشد. همچنین تراشه­ی زیستی مبتنی بر DNA را می­توان برای تست هویت، از جمله تست هویت والدین وشجره نامه استفاده کرد. در مجموع استفاده از فناوری آزمایشگاه بر روی تراشه در بخش­های جنایی و مراکز تشخیص هویت باعث افزایش راتدمان، کاهش هزینه­ها، نتایج سریع­تر و دقیق تر و از همه مهم­تر با نتایج بدست آمده تصمیم­گیری بهتر در مراجع قضایی حاصل خواهد شد. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست منابع

-       Whitesides GM (2006) The origins and future of microfluidics, Nature, 442, 368-373.

-       Jessica Melin, Stephen R Quake (2007) Microfluidic Large-Scale Integration: The Evolution of Design Rules for Biological Automation, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct, 36, 213-231.

-       Fatima H L, Henry O F (2015) Microfluidics in Detection Science Lab-on-a-chip Technologies.

-       Brivio M, Verboom W, Reinhoudt D.N (2006) Miniturized countiniuos  flow reaction vessels: influence on chemical reactions, Lab on a Chip, 6.

-      Squires TM, Quake SR (2005) Microfluidics: fluid physics at the nanoliter scale. Rev. Mod. Phys. 77, 977-1026.

-       George M.Whitesides, Emanuele Ostuni, Shuichi Takayama, Xingyu Jiang, Donald E. Ingber (2001) SOFT LITHOGRAPHY IN BIOLOGY AND BIOCHEMISTRY, Annu. Rev. Biomed. Eng., 3, 335-373.

-       Schmid H, Michel B (2000) Siloxane polymers for high-resolution, high-accuracy soft lithography. Macromolecules 33, 3042-3049.

-      Chaudhury MK, Whitesides GM (1991) Direct measurement of interfacial interactions between semispherical lenses and flat sheets of polydimethylsiloxane and their chemical derivatives. Langmuir 7, 1013-1025.

-       Johan Pihl, Jon Sinclair, Mattias Karlsson, Owe Orwar (2005) Microfluidics for cell-based assays. Materials today, 8, 46- 51.

-       Pong Yu (Peter) Huang (2003) ElectroOsmotic Mixing in Microchannels M. Sc. theses At Brown.

-       Duffy DC, Schueller OJA, Brittain ST, Whitesides GM (1999) Rapid prototyping of microfluidic switches in poly (dimethyl siloxane) and their actuation by electroosmotic flow. J. Micromech. Microeng, 9, 211–217.

-       Handique K, BurkeDT, Mastrangelo CH, Burns MA (2000) Nanoliter liquid metering in microchannels using hydrophobic patterns. Anal. Chem, 72, 4100–4109.

-       Kovacs GTA (1998) Micromachined transducers sourcebook. In Valves, McGraw-Hill.

-       Unger MA, Chou HP, Thorsen T, Scherer A, Quake SR (2000) Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography. Science, 288, 113–116.

-       Andrew J. Demello (2006) Control and detection of chemical reactions in microfluidic systems. Nature, 442, 394-402.

-       Ottino, J. M, Wiggins, S (2004) Introduction: mixing in microfluidics. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 362, 923–935.

-       D J Laser, J G Santiago (2004) A review of micropumps. J. Micromech. Microeng, 14 R35–R64.

-       Xia Y, Whitesides GM, Soft lithography (1998) Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 37, 550–75.

-       Mrksich M, Whitesides GM (1996) Using self-assembled monolayers to understand the interactions of man-made surfaces with proteins and cells, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct, 25, 55–78.

-       Bain CD, Whitesides GM (1989) Modelling organic surfaces with self-assembled monolayers, Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 28, 506–16.

-       Paul Y, Thayne E, Elain Fu, Kristen H, Kjell N, Milton R. Tam2 & Bernhard H (2006) Weigl, NATURE,Vol 442, 27.

-       Noo Li Jeon, Harihara Baskaran, Stephan K. W. Dertinger, George M. Whitesides, Livingston Van De Water & Mehmet Toner (2002) Neutrophil chemotaxis in linear and complex gradients of interleukin-8 formed in a microfabricated device, Nature Biotechnology, 20, 826–830.

-       Dertinger SKW, Jiang XY, Li ZY, Murthy VN, Whitesides GM (2002) Gradients of substrate-bound laminin orient axonal specification of neurons. Proc Natl Acad Sci USA, 99, 12542-12547.

-       Robin Hui Liu, Jianing Yang, Ralf Lenigk, Justin Bonanno, Piotr Grodzinski (2004) Self-Contained, Fully Integrated Biochip for Sample Preparation, Polymerase Chain Reaction Amplification, and DNA Microarray Detection, Anal. Chem., 76, 1824–1831.

-       Lifeng Kang, Bong Geun Chung, Robert Langer, Ali Khademhosseini (2008) Microfluidics for drug discovery and development: From target selection to product lifecycle management. Drug Discovery Today, 13, 1-13.

-       Huang, B. et al (2007) Counting low-copy number proteins in a single cell, Science, 315, 81–84.

-       Gustafsson, M, D. Hirschberg, C. Palmberg, H. Jornvall, T. Bergman (2004) Integrated sample preparation and MALDI mass spectrometry on a microfluidic compact disk. Anal. Chem, 76, 345-350.

-       Lau, B.T. et al (2007) A complete microfluidic screening platform for rational protein crystallization, J. Am. Chem. Soc, 129, 454– 455.

-       Mitchell, M.C. et al (2001) Microchip-based synthesis and analysis: control of multi component reaction products and intermediates, Analyst, 126, 24–27.

-       Khamsi, R (2005) Labs on a chip: meet the stripped down rat, Nature, 435, 12–13.

-       Wu, H.M. et al (2007) In vivo quantization of glucose metabolism in mice using small-animal PET and a microfluidic device. J. Nucl. Med, 48, 837–845.

-       Groisman, A. et al (2003) Microfluidic memory and control devices. Science, 300, 955–958.

-       Ameli, Akram (1398), “Application of Modern Technologies at Crime Scenes”, Karagah Quarterly 1398 (47), 125-146.

-       Routaie, Ali, Ehteshami Shokouh and Feiz Bakhsh, Ali Reza (1395), “Investigating Sample Preparation Methods in Biological and Water Samples Results”, Karagah Quarterly 1395 (37), 135-151.

-        

-        

-       عاملی, اکرم. (1398). کاربرد فناوریهای مدرن در صحنه جرم. فصلنامه علمی کارآگاه (47) 1398، 146-125.

-       روستایی, علی, احتشامی, شکوه, فیض بخش, علیرضا. (1395). بررسی عملکرد رو شهای آماده سازی نمونه در نتایج نمونه های بیولوژیکی و آبی. فصلنامه علمی کارآگاه (37) 1395، 151-135.



[1]. Biotechnology

[2]. Nanotechnology

[3]. Nanosensores

[4]. Lab-on-Chip

[5]. Tissue engineering

[6].Whitesides

[7]. Jessica

[8]. Squires

[9]. Fatima

[10]. Microfluidic system

[11]. Lab on chip (LOC)

[12]. Brivio

[13]. Whitesides

[14]. HPLC

[15]. DARPA

[16]. Whitesides

[17]. Polydimethylsiloxane(PDMS)

[18]. George

[19]. Schmid

[20]. Chaudhury

[21]. Johan

[22]. Squires

[23]. Pong

[24]. Duffy

[25]. Handique

[26]. Kovacs

[27]. Unger

[28]. Andrew

[29]. Ottino

[30]. D J Laser

[31]. Chaudhury

[32]. Xia

[33]. Self-assembled monolayers

[34]. Mrksich

[35]. Schmid

[36]. Bain

[37]. Biochip

[38]. DNA Chips

[39]. Microarray

[40]. Paul

[41]. Protein Chips

[42]. Immunoassays

[43]. Drug discovery

[44]. Toxicological testing

[45]. Electronic- electrochemical Chips

[46]. DNA hybridization

[47]. Organic dyes

[48]. Whitesides

[49]. Noo

[50]. Dertinger

[51]. University of Twente

[52]. Whitesides

[53]. Polymerase Chain Reaction

[54]. DNA microarray chip

[55]. Chemiluminescence

[56]. Fluorescence

[57]. Robin

[58]. Lifeng

[59]. Huang

[60]. Gustafsson

[61]. Lau

[62]. Mitchell

[63]. Khamsi

[64]. Wu

[65]. Groisman

-       Whitesides GM (2006) The origins and future of microfluidics, Nature, 442, 368-373.

-       Jessica Melin, Stephen R Quake (2007) Microfluidic Large-Scale Integration: The Evolution of Design Rules for Biological Automation, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct, 36, 213-231.

-       Fatima H L, Henry O F (2015) Microfluidics in Detection Science Lab-on-a-chip Technologies.

-       Brivio M, Verboom W, Reinhoudt D.N (2006) Miniturized countiniuos  flow reaction vessels: influence on chemical reactions, Lab on a Chip, 6.

-      Squires TM, Quake SR (2005) Microfluidics: fluid physics at the nanoliter scale. Rev. Mod. Phys. 77, 977-1026.

-       George M.Whitesides, Emanuele Ostuni, Shuichi Takayama, Xingyu Jiang, Donald E. Ingber (2001) SOFT LITHOGRAPHY IN BIOLOGY AND BIOCHEMISTRY, Annu. Rev. Biomed. Eng., 3, 335-373.

-       Schmid H, Michel B (2000) Siloxane polymers for high-resolution, high-accuracy soft lithography. Macromolecules 33, 3042-3049.

-      Chaudhury MK, Whitesides GM (1991) Direct measurement of interfacial interactions between semispherical lenses and flat sheets of polydimethylsiloxane and their chemical derivatives. Langmuir 7, 1013-1025.

-       Johan Pihl, Jon Sinclair, Mattias Karlsson, Owe Orwar (2005) Microfluidics for cell-based assays. Materials today, 8, 46- 51.

-       Pong Yu (Peter) Huang (2003) ElectroOsmotic Mixing in Microchannels M. Sc. theses At Brown.

-       Duffy DC, Schueller OJA, Brittain ST, Whitesides GM (1999) Rapid prototyping of microfluidic switches in poly (dimethyl siloxane) and their actuation by electroosmotic flow. J. Micromech. Microeng, 9, 211–217.

-       Handique K, BurkeDT, Mastrangelo CH, Burns MA (2000) Nanoliter liquid metering in microchannels using hydrophobic patterns. Anal. Chem, 72, 4100–4109.

-       Kovacs GTA (1998) Micromachined transducers sourcebook. In Valves, McGraw-Hill.

-       Unger MA, Chou HP, Thorsen T, Scherer A, Quake SR (2000) Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography. Science, 288, 113–116.

-       Andrew J. Demello (2006) Control and detection of chemical reactions in microfluidic systems. Nature, 442, 394-402.

-       Ottino, J. M, Wiggins, S (2004) Introduction: mixing in microfluidics. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 362, 923–935.

-       D J Laser, J G Santiago (2004) A review of micropumps. J. Micromech. Microeng, 14 R35–R64.

-       Xia Y, Whitesides GM, Soft lithography (1998) Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 37, 550–75.

-       Mrksich M, Whitesides GM (1996) Using self-assembled monolayers to understand the interactions of man-made surfaces with proteins and cells, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct, 25, 55–78.

-       Bain CD, Whitesides GM (1989) Modelling organic surfaces with self-assembled monolayers, Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 28, 506–16.

-       Paul Y, Thayne E, Elain Fu, Kristen H, Kjell N, Milton R. Tam2 & Bernhard H (2006) Weigl, NATURE,Vol 442, 27.

-       Noo Li Jeon, Harihara Baskaran, Stephan K. W. Dertinger, George M. Whitesides, Livingston Van De Water & Mehmet Toner (2002) Neutrophil chemotaxis in linear and complex gradients of interleukin-8 formed in a microfabricated device, Nature Biotechnology, 20, 826–830.

-       Dertinger SKW, Jiang XY, Li ZY, Murthy VN, Whitesides GM (2002) Gradients of substrate-bound laminin orient axonal specification of neurons. Proc Natl Acad Sci USA, 99, 12542-12547.

-       Robin Hui Liu, Jianing Yang, Ralf Lenigk, Justin Bonanno, Piotr Grodzinski (2004) Self-Contained, Fully Integrated Biochip for Sample Preparation, Polymerase Chain Reaction Amplification, and DNA Microarray Detection, Anal. Chem., 76, 1824–1831.

-       Lifeng Kang, Bong Geun Chung, Robert Langer, Ali Khademhosseini (2008) Microfluidics for drug discovery and development: From target selection to product lifecycle management. Drug Discovery Today, 13, 1-13.

-       Huang, B. et al (2007) Counting low-copy number proteins in a single cell, Science, 315, 81–84.

-       Gustafsson, M, D. Hirschberg, C. Palmberg, H. Jornvall, T. Bergman (2004) Integrated sample preparation and MALDI mass spectrometry on a microfluidic compact disk. Anal. Chem, 76, 345-350.

-       Lau, B.T. et al (2007) A complete microfluidic screening platform for rational protein crystallization, J. Am. Chem. Soc, 129, 454– 455.

-       Mitchell, M.C. et al (2001) Microchip-based synthesis and analysis: control of multi component reaction products and intermediates, Analyst, 126, 24–27.

-       Khamsi, R (2005) Labs on a chip: meet the stripped down rat, Nature, 435, 12–13.

-       Wu, H.M. et al (2007) In vivo quantization of glucose metabolism in mice using small-animal PET and a microfluidic device. J. Nucl. Med, 48, 837–845.

-       Groisman, A. et al (2003) Microfluidic memory and control devices. Science, 300, 955–958.

-       Ameli, Akram (1398), “Application of Modern Technologies at Crime Scenes”, Karagah Quarterly 1398 (47), 125-146.

-       Routaie, Ali, Ehteshami Shokouh and Feiz Bakhsh, Ali Reza (1395), “Investigating Sample Preparation Methods in Biological and Water Samples Results”, Karagah Quarterly 1395 (37), 135-151.   

-       عاملی, اکرم. (1398). کاربرد فناوریهای مدرن در صحنه جرم. فصلنامه علمی کارآگاه (47) 1398، 146-125.

-       روستایی, علی, احتشامی, شکوه, فیض بخش, علیرضا. (1395). بررسی عملکرد رو شهای آماده سازی نمونه در نتایج نمونه های بیولوژیکی و آبی. فصلنامه علمی کارآگاه (37) 1395، 151-135.