زیست حسگری تشخیص جرم و جنایت

زیست حسگری تشخیص جرم و جنایت – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فنی مهندسی – بین رشته ای

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

تحولات جدید در فناوری زیست حسگری: کاربرد در تشخیص جرم و جنایت

چکیده

بیوحسگرها یا حسگرهای زیستی به عنوان ابزارهای تحلیلی جهت تشخیص مواد بیولوژیکی به کار گرفته می شوند. کاربرد گسترده آنزیم ها، پروتئین ها، نوکلئیک اسیدها و دیگر بیومولکول ها سبب امکان پذیری بهره گیری از این فناوری و استفاده از آن شده است. هدف اصلی تشخیص این موضوع می باشد که آیا یک ماده شیمیایی یا یک ترکیب خاص، مثل میکروب و یا هر گونه ماده دیگر در نمونه تحت بررسی وجود دارد یا خیر. چنین موردی به ما در زمینه پروسه های تشخیصی مختلف شامل تشخیص مواد سمی در محیط، غذا و دارو کمک شایانی را ارائه می نمایند. بعلاوه امروزه شاهد استفاده از این تکنیک در علوم قضایی و قانونی نیز می باشیم که از آن به عنوان ابزاری برای تشخیص جرم و جنایت استفاده می شود. به طور مثال پزشکی قانونی از بیوحسگرها / حسگرهای زیستی برای تشخیص مواد بیومولکولی و بیولوژیکی موجود در صحنه جرم استفاده می نماید که نقش مهمی در مشخص سازی مضنون و حتی دست یابی به جنایت کاران دارد. مولفه های مختلفی همانند اثر انگشت، نمونه های خون، و عطر و بو به عنوان عناصر تشخیصی در ارتباط با زیست حسگرها عمل می نمایند. حسگرهای زیستی همچنین در رویه ها و دستگاه های دروغ سنج نیز به کار گرفته می شوند تا اطمینان حاصل شود که آیا فرد مضنون حقیقت را بازگو می نماید یا خیر. کلیه این فرایندهای تشخیصی شامل کاربرد انواع خاص و مختلف بیوحسگرها می باشد که در این مقاله به بحث آن می پردازیم.

کلمات کلیدی: بیوحسگر / زیست حسگر، تشخیص جرم و جنایت، پزشکی قانونی، تشخیص گرهای زیستی، حسگرهای ایمنی.

زیست حسگری تشخیص جرم و جنایت

۱- مقدمه

حسگرهای بیولوژیکی، حسگرهای زیستی یا تشخیص گرهای زیستی به عنوان ابزاره های تحلیلی به شمار می آیند که قابلیت استفاده از آنها در ارتباط با مواد نازیستمند همانند آنزیم ها، ریز ارگانیزم ها، حشرات، بافت ها، آنتی بادی ها، بخش های مختلف گیاهی یا گیرنده های سنتزی وجود داشته و از ارتباط تنگاتنگی با تشخیص گرها یا مبدل های فیزیوشیمیایی برخوردار می باشند. این ارتباط یا تعامل یکپارچه به صورت نوری، الکتروشیمیایی، گرما سنجی، پیزوالکتریک، مغناطیسی یا میکرومکانیکی نیز مد نظر می باشد [۱]. بیوحسگرها غالباً ارائه دهنده یک سیگنال الکترونیکی، در تناسب با انباشتگی یکسری از تحلیل های خاص یا گروهی از این مولفه ها، می باشند. زیست گرهای حسی در ارتباط با مشکلات تحلیلی گسترده ای به کار گرفته شده اند که از این میان می توان به موارد ذیل اشاره داشت: پزشکی [۲]، تحقیقات بیوپزشکی یا پزشکی زیستی [۳]، اکتشاف دارو [۴]، محیط زیست [۵]، غذا، صنایع فراوری [۶]، امنیت و دفاع. غالب این حسگرهای بیولوژیکی به واسطه خواص ذاتی آن ها مورد استفاده قرار می گیرند، اما دانشمندان همچنین اقدام به ایجاد ارگانیزم های اصلاح شده ژنتیکی به عنوان زیست تشخیص گرها نموده اند. به واسطه قابلیت های استثنایی آن ها، شامل ویژگی خاص و حساسیت زیاد، پاسخ سریع، هزینه اندک، اندازه نسبتاً متراکم و کاربرد مطلوب، بیوحسگرها یا حسگرهای زیستی به عنوان ابزار مهمی برای تشخیص اجزای مواد شیمیایی و بیولوژیکی برای کنترل پارامترهای مختلف نظیر مولفه های بالینی، قضایی، قانونی و محیطی به بشمار می آیند.

علوم مرتبط با پزشکی قانونی از جمله راهکارهای ارائه شده طیف گسترده ای از علوم جهت پاسخ گویی به سوالات مورد نظر در ارتباط با سیستم های حقوقی به شمار می آیند. چنین موردی را می توان در ارتباط با عملیات جرم و جنایت یا مولفه های قانون مدنی در نظر داشت. علوم پزشکی قانونی خود به شاخه های متعددی نظیر کاربرد حشره شناسی در پزشکی قانونی، زهر شناسی پزشکی قانونی، انسان شناسی و پزشکی قانونی، تحلیل DNA، جرم شناسی و تحلیل شواهد جنایی تقسیم می شود. نتایج به دست آمده از این شاخه ها متعاقباً به صورت دقیق و درست تا حد ممکن به دادگاه ارائه خواهد شد [۷]. پزشکی قانونی صرفاً از فناوری های شیمیایی جهت حل مشکلات جنایی پیش رو استفاده نمی نماید. آن ها همچنین از  مهره داران یا بی مهره گان نیز به عنوان تشخیص گرهای شیمیایی استفاده می نمایند. این استفاده بر مبنای قابلیت های بویایی آن ها جهت تشخیص مواد فرار قابل حمل به وسیله انسان، مواد مخدر یا مواد منفجره می باشد. در رشته پزشکی قانونی، موسسات و تشکیلات اجرا کننده قانون و تیم های نجات به طور گسترده ای از زیست گرهای حسی شامل سگ ها و زنبورهای عسل جهت مشخص سازی موقعیت اجساد، مواد مخدر یا مواد منفجره استفاده می نمایند.

زیست حسگری تشخیص جرم و جنایت

 ۲- رویکردهای مختلف زیست حسگری بکار گرفته شده در تشخیص جرم

الف. تشخیص آنتی ژن خاص ـ پروستات (PSA) در نمونه های پزشکی قانونی

آنتی ژن خاص ـ پروستات به عنوان بهترین نشانگر سرم موجود کنونی برای تشخیص سرطان پروستات می باشد و به عنوان نشانگر بکار گرفته شده در پزشکی قانونی جهت مشخص سازی وجود مایع منی آزواسپرم در برخی از موارد مرتبط با تجاوزهای جنسی به شمار می آید. تشخیص PSA نیز به عنوان روش انتخاب برای تعیین جنایی 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 پزشکی قانونی مهم تلقی نمی شود، بلکه قابلیت تشخیص PSA در آنچه تحت عنوان نمونه های “کثیف” ثابت تلقی می شود اهمیت دارد: یعنی آلودگی به وسیله مایعات بدنی دیگر یا وجود لکه ها، کمیابی نمونه، نیاز برای استخراج از انواع مختلف پارچه ـ که خود منجر به کارایی اندک استخراجی در این زمینه می گردد ـ و تجزیه نمونه ها در اجساد یا پس از شستشوی پارچه ها که چنین مواردی را می توان به عنوان چالش های شایع در ارتباط با تشخیص PSA در نمونه های پزشکی قانونی دانست [۸]. دوماً، به واسطه غلظت اندک PSA که به طور طبیعی در بافتها و سیالات بدنی برخی از زنان دیده می شود، آزمایشات PSA برای کاربرد در پزشکی قانونی صرفاً نیازمند حساسیت محدودی جهت اجتناب از خطر حاصل آوردن نتایج مثبت ـ کاذب می باشد.

ب. کوچک سازی رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) ایمن حسگرها

واکنش های آنتیژن ـ آنتی بادی هم اکنون نه تنها به طور گسترده ای برای تشخیص پزشکی، بلکه برای تحلیل محیطی، همانند پزشکی قانونی و موارد دیگر بکار گرفته شده است. از طرف دیگر، موفقیت تجاری حسگرهای گلوکز نوع ـ کارت برای کاربردهای شخصی معرف احتمالات جدید بکارگیری بیوحسگرها می باشد [۹]. در قیاس با حسگرهای آنزیمی، ایمن حسگرها از کاربردهای 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 بکار گرفت. با  توجه به آنکه توسعه سیستم های ایمن حسگری مینیاتوری و سیار در این زمینه کاملاً تحت شرایط کنونی توصیه می شوند.

ج. تشخیص رسوب چند فلزی بیومولکول ها

با توجه به آنکه نانو ذرات معرف خواص منحصر به فرد نوری الکترومغناطیسی و کاتالیزوری می باشند و همچنین از زیست قابلیت مطلوبی نیز برخوردار هستند، چنین مواردی به عنوان تقویت کننده سیگنال برای تشخیص DNA، RNA، پروتئین های آنتی بادی و آنتیژن با استفاده از تکنیک های مختلف نوری و الکتروشیمیایی بکار گرفته می شوند [۲۰، ۲۱]. اخیراً، نانو ذرات کلوئیدی فلزی (همانند کلوئیدهای طلا و نقره) به طور موفقیت آمیزی برای پیشرفت فرآیند حسگری شیمیایی و بیولوژیکی بکار گرفته شده اند که علت آن را می توان توزیع اندازه قابل کنترل و آسان آن و همچنین ثبات دراز مدت آن دانست [۲۲]. 

نانو ذرات طلا تثبیت شده به وسیله یون های سیترات چسبیده شده به باقیمانده اثر انگشت و کاتالیزور ته نشینی یون های Ag⁺ در نقره فلزی (Ag⁰) از محلول آبی بر روی بخش های لبه ای در این ارتباط مدنظر می باشد و از اینرو رویه رسوب نقره متالوگرافیک خودکار به طور معنی داری سبب ارتقای فرآیند تشخیص اثر انگشت به عنوان نتیجه افزایش اندازه و تیره کردن رنگ ذرات می شود. چنین فرآیندی تحت عنوان رسوب یا نشست چند فلزی (MMD) خوانده می شود. طلای چسبیده شده به اثر انگشت بر حسب یک برهمکنش الکترواستاتیکی بین کلوئیدهای طلای باردار منفی و اجزای باردار مثبت باقیمانده اثر انگشت توصیف می شود.

د. بیوحسگرهای میکروبی

در خصوص شناسایی جنایی با استفاده از بیوحسگر یا حسگر زیستی میکروبی، نوعی شناسایی در ارتباط با ویژگی فیزیکی ظریف موضوعی وجود دارد که قابلیت تمایز آن از دیگر موضوعات دارای نوع مشابه وجود خواهد داشت [۲۶، ۲۷]. سیالات بدنی حاوی شواهد باارزشی از DNA و miRNA می باشند که از صحنه جرم جمع آوری گردیده و برای شناسایی جنایی مورد استفاده قرار می گیرند [۲۷، ۲۹]. روش های متعارف برای شناسایی جنایی پیچیده و زمانبر می باشند و همچنین معرف مشکلات متعدد در ارتباط با حل مسایل جنایی هستند، بنابراین حسگرهای زیستی میکروبی را می توان برای شناسایی جنایی بکار گرفت.

ه. تحلیل گر حرارتی با قابلیت ارتقاء یافته تشخیص دروغ در تحقیقات و بازجویی های مظنون ـ جنایی

تشخیص گر دروغ یا سیستم های دروغ فاش کن متعارف برای موارد جنایی و همچنین 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. حسگرها بر روی بازو، انگشت، شکم و قفسه سینه قرار داده می شوند. سیگنال های ایجادی از این حسگرها قابلیت تشخیص تغییرات در متغیرهایی نظیر تنفس و میزان تپش قلب، فشار خون، میزان عرق کردگی 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 رو به رو گردد و بنابراین لازم است تا روش های تشخیص دروغگویی باارزش تری برای حاصل آوردن نتایج مطلوب تر بکار گرفته شوند. تصویربرداری حرارتی به عنوان یک فناوری امیدبخش در مورد تشخیص دروغ مدنظر است. 

و. حسگرهای شیمیایی

حسگرهای شیمیایی قابلیت تشخیص مولکولهای بو برمبنای واکنش بین این مولکولها و مواد حسگر هدف بر حسب سطح حسگر را دارا می باشند. این برهمکنش سبب ایجاد یک تغییر مشخص در جرم، حجم و دیگر خواص فیزیکی می شود. متعاقباً چنین تغییری به یک سیگنال الکترونیکی از طریق یک مبدل تبدیل می گردد [۳۱]. انواع مختلف مبدل ها برای حسگرهای شیمیایی مدنظر هستند: شامل مبدل های نوری، الکتروشیمیایی، مبدل های حساس به حرارت و مبدل های حساس به جرم. شایع ترین حسگرهای شیمیایی بکار گرفته شده شامل حسگرهای موج صوتی سطحی، حسگرهای میکروبالانس کریستال کوآرتز، حسگرهای نیمه هادی اکسید فلز، حسگرهای کامپوزیت مبنای پلیمری و حسگرهای E-noses یا الکترونیک بویایی می باشند.

ز. حسگرهای موج آکوستیک سطح (SAW)

مبدل حسگر SAW به عنوان یک مبدل حساس به جرم تلقی می شود. این حسگر متشکل از یک سوبسترا یا زیر لایه کوآرتز می باشد که با  توجه به یک زاویه کریستالین بریده شده است تا قابلیت پشتیبانی از یک موج سطحی را داشته باشد و به علاوه دارای یک لایه یا فیلم نازک حساس به مواد شیمیایی می باشد که بر روی سطح کوآرتز پوشش داده شده است. از آنجایی که کوآرتز یک ماده پیزوالکتریک به شمار می آید، قابلیت تبدیل امواج آکوستیک سطح به سیگنال های الکتریکی را دارد. به هنگامی که فیلم یا لایه نازک حساس شیمیایی مولکولهای خاصی را جذب می نماید،  جرم آن فیلم افزایش یافته و بنابراین سبب می شود تا امواج آکوستیک به صورت آهسته تری سیر نمایند. 

ح. حسگرهای میکرو بالانس کریستال کوآرتز (QCM)

میکروبالانس کریستال کوآرتز  (QCM)  از جمله دیگر انواع حسگر جرم  میکروبالانس تلقی می شود. مشابه با حسگر SWA، مبدل برای حسگر QCM نیز به صورت حساس به جرم می باشد. تفاوت اصلی بین SAW و QCM آن است که نوع اولی از حسگر موج صوتی سطح استفاده می نماید در حالی که نوع دومی از حسگر موج صوتی بالک بهره می جوید. مکانیزم حسگری آن بر مبنای تغییر در فرکانس تشدید کریستال کوآرتز (QC) به واسطه جذب مولکول های گاز بر روی فیلم های حسگری می باشد. 

ط. حسگر E-Nose

حسگر بینی الکترونیکی (E-Nose) در حقیقت به عنوان ابزاری تلقی می شود که جهت شبیه سازی عملکرد بینی طبیعی طراحی شده است. از نقطه نظر تعریف، این حسگر از یک آرایه حسگری برخوردار است که نه تنها قابلیت تشخیص بلکه تمایز بوهای پیچیده مختلف را دارد [۴۱ ـ ۴۳]. این آرایه حسگری نوعاً متشکل از گروهی از حسگرهای شیمیایی غیرخاص است که قابلیت نشان دادن واکنش یا پاسخ در برابر بو را دارند. تشخیص شناسایی بوهای خاص بر مبنای یک الگوی پاسخ ترکیبی منحصر به فرد از کلیه حسگرها به جای یک الگوی پاسخ مشخص از یک حسگر خاص، در نظر می باشد. علاوه بر آرایه حسگری، الگوریتم شناسایی الگوی پاسخ به عنوان یک مؤلفه کلیدی مهم در سیستم E-Nose به شمار می آید که مشخص کننده قابلیت شناسایی مطلوب VOC ها می باشد.

زیست حسگری تشخیص جرم و جنایت

 ۳- نتیجه گیری

بیوحسگرها یا زیست حسگرها بخش مهمی را در ارتقای فرآیندهای تشخیص جنایی به عهده دارند. رشته علوم جنایی به عنوان یک راهکار جدید جهت تشخیص و یافتن مؤلفه های مرتبط به یک روش کاملاً مؤثر و دقیق مد نظر می باشد. کاربرد زیست حسگرهای مختلف برای تشخیص انواع متفاوت مواد بیولوژیکی که غالباً در صحنه جنایت یافت می شوند، به متخصصین در خصوص حاصل آوردن نتایج مطلوب در زمان کمتر کمک می نماید. در این ارتباط لازم به ذکر است که در نظر داشته باشیم که قابلیت توسعه و بکارگیری زیست حسگرهای بیشتر همچنان وجود دارد، بنابراین با توجه به نمونه های مورد انتظار و ترکیبات مولکولی، قابلیت تشخیص آنها در یک حالت کارآمد و مؤثر مد نظر خواهد بود.