مدل‌سازی میکرو بایوحسگر آمپرسنج ساندویچی با لایة حفره‌دار

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 به‌صورت کامل یا بخشی از آن‌ها توسط آنزیم پر شده است. این مدل بر‌اساس سیستم معادلات واکنش- نفوذ، ارائه شده­است. معادلات حاکم ‌بر بایوحسگر ساندویچی حفره‌دار با در‌نظر گرفتن واکنش آنزیمی میکائیلیس- منتن، استخراج شده است و جملات غیر‌خطی مربوط به این اثر در‌نظر‌گرفته شد. با استخراج معادلات حاکم،‌ تأثیر هندسة حفره و سطح آنزیم در آن،‌ بر پاسخ بایوحسگر بررسی شد. در ادامه، معادلات با معرفی پارامترهای بی­بعد مناسب در حالت کلی بی­بعد‌شده ارائه شدند. سپس، معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی آن‌ها، با استفاده از کد المان محدود در دو بعد حل شد. برای این منظور، سه هندسة متفاوت استوانه­ایی، مخروطی بالارونده و مخروطی پایین­رونده برای حفره­ها در‌نظر‌گرفته شد و تأثیر این هندسه­ها بر پاسخگویی بایوحسگر، در سطوح مختلف آنزیم مطالعه شد. پاسخ بایوحسگر، بر‌اساس 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 هندسة مخروطی بالارونده، ‌از دو هندسة دیگر بیشتر است و با کاهش شیب مخروط، این حساسیت بیشتر می‌شود. در خواص آنزیمی یکسان، بایوحسگری با عدد بایوحسگر بزرگ­تر، حساسیت بیشتری دارد. در‌نهایت، با ارائه و محاسبة جریان بی­بعد در بایوحسگر، مفهومی با عنوان جریان بی­بعد کاهیده، برای مقایسه میان کارآیی بایوحسگرها معرفی شد.