Biosensing

هدف این کتاب انتشار اطلاعات در مورد وضعیت جهانی و روندهای تحقیق و توسعه حسگر زیستی به تصمیم گیرندگان دولتی و جامعه تحقیقاتی است. مشارکت‌کنندگان به طور انتقادی پژوهش‌های سنجش زیستی در ایالات متحده را با تحقیقاتی که در ژاپن، اروپا و دیگر کشورهای بزرگ صنعتی دنبال می‌شوند، تحلیل و مقایسه می‌کنند.

بیوسنسینگ شامل سیستم‌هایی است که ابزارهای مختلفی از جمله دستگاه‌های الکتریکی، الکترونیکی و فوتونیک را در خود جای می‌دهند. مواد بیولوژیکی (مانند بافت، آنزیم ها، اسیدهای نوکلئیک و غیره)؛ و تجزیه و تحلیل شیمیایی برای تولید سیگنال های قابل تشخیص برای نظارت یا شناسایی پدیده های بیولوژیکی. در یک مفهوم گسترده تر، مطالعه زیست حسگر شامل هر رویکردی برای تشخیص عناصر بیولوژیکی و نرم افزارهای مرتبط یا فناوری های شناسایی رایانه ای (به عنوان مثال، تصویربرداری) است که ویژگی های بیولوژیکی را شناسایی می کند. بیوسنینگ در حال یافتن تعداد فزاینده ای از کاربردها در زمینه های مختلف، از جمله پزشکی زیستی، تولید و فرآوری مواد غذایی، و شناسایی باکتری ها، ویروس ها و سموم بیولوژیکی برای دفاع از جنگ زیستی است. موضوعات فرعی احتمالاً در این مطالعه شامل موارد زیر است: حسگرهای اسید نوکلئیک و تراشه‌ها و آرایه‌های DNA، حسگرهای زیستی مبتنی بر ارگانیسم و ​​سلول، بیوالکترونیک و بیومتریک، رابط‌های زیستی و بیومواد. زیست سازگاری و رسوب زیستی، حسگرها و شبکه‌های حسگر یکپارچه، چند وجهی، مسائل مربوط به سیستم، از جمله انتقال سیگنال، تفسیر داده‌ها و اعتبارسنجی، الگوریتم‌های سنجش جدید، به عنوان مثال، حسگرهای غیر آنزیمی برای گلوکز، حسگرهای مکانیکی برای پروتز، مسائل مرتبط در bio-MEMS و NEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی و نانوالکترومکانیکی)، احتمالاً شامل محرک‌ها، برنامه‌های کاربردی در پزشکی، محیط‌زیست، صنایع غذایی، امنیت و دفاع.

تاکید ویژه بر فناوری‌هایی خواهد بود که ممکن است منجر به قابل حمل یا صحرایی شود. دستگاه ها/ابزارها توجه مهمی به یک رویکرد یکپارچه برای تشخیص، ذخیره سازی، تجزیه و تحلیل، اعتبارسنجی، تفسیر و ارائه نتایج از سیستم حسگر زیستی داده خواهد شد. تمرکز بر تحقیقات در زمینه‌های زیر خواهد بود:
BioMems و نانو، طیف‌سنجی نوری، طیف‌سنجی جرمی، شیمی‌سنجی، تشخیص الگو، تله‌متری، پردازش سیگنال، و سم‌شناسی.

در نهایت، فراتر از مسائل فنی فوق، این مطالعه به موضوعات غیرفنی زیر نیز می‌پردازد: مکانیسم‌هایی برای تقویت همکاری‌های بین‌المللی و بین‌رشته‌ای در این زمینه، فرصت‌هایی برای کوتاه‌تر کردن زمان پیشبرد استقرار فناوری‌های جدید حسگر زیستی. برخاسته از مسائل آزمایشگاهی، تحقیقات بلندمدت، آموزشی و زیرساختی که برای ارتقای پیشرفت بهتر در این زمینه باید به آن پرداخته شود، سطح بودجه تحقیق و توسعه دولت فعلی در خارج از کشور در مقایسه با ایالات متحده، تا حدی که داده ها در دسترس است.

The goal of this book is to disseminate information on the worldwide status and trends in biosensing R&D to government decisionmakers and the research community. The contributors critically analyze and compare biosensing research in the United States with that being pursued in Japan, Europe and other major industrialized countries.

Biosensing includes systems that incorporate a variety of means, including electrical, electronic, and photonic devices; biological materials (e.g., tissue, enzymes, nucleic acids, etc.); and chemical analysis to produce detectable signals for the monitoring or identification of biological phenomena. In a broader sense, the study of biosensing includes any approach to detection of biological elements and the associated software or computer identification technologies (e.g., imaging) that identify biological characteristics. Biosensing is finding a growing number of applications in a wide variety of areas, including biomedicine, food production and processing, and detection of bacteria, viruses, and biological toxins for biowarfare defense. Subtopics likely to be covered in this study include the following: Nucleic acid sensors and DNA chips and arrays, organism- and cell-based biosensors, bioelectronics and biometrics, biointerfaces and biomaterials; biocompatibility and biofouling, integrated, multi-modality sensors and sensor networks, system issues, including signal transduction, data interpretation, and validation, novel sensing algorithms, e.g., non-enzyme-based sensors for glucose, mechanical sensors for prosthetics, related issues in bio-MEMS and NEMS (microelectromechanical and nanoelectromechanical systems), possibly including actuators, applications in biomedicine, the environment, food industry, security and defense.

Particular emphasis will be on technologies that may lead to portable or fieldable devices/instruments. Important consideration will be given to an integrated approach to detection, storage, analysis, validation, interpretation and presentation of results from the biosensing system. Focus will be on research from the following disciplines:
BioMems & nano, optical spectroscopy, mass spectroscopy, chemometrics, pattern recognition, telemetry, signal processing, and toxicology.

Finally, beyond the above technical issues, the study will also address the following non-technical issues: Mechanisms for enhancing international and interdisciplinary cooperation in the field, opportunities for shortening the lead time for deployment of new biosensing technologies emerging from the laboratory, long range research, educational, and infrastructure issues that need addressed to promote better progress in the field, current government R&D funding levels overseas compared to the United States, to the extent data are available.