سنسورها برای نظارت در زمان واقعی روی شکمبه گاو

برای درک بهتر شکمبه ، نظارت بر زمان واقعی از طریق فن آوری های میکروسنسور قابل کاشت یک راه حل عملی است. عکس: جان ویلم ون ویت

محققان مرتبط با 3 دانشگاه مختلف ذهن را برای بررسی فن آوری های مختلف میکروسنسور که برای نظارت متابولیک در زمان واقعی از شکمبه استفاده می شود ، ادغام کردند.

امروزه ، فناوری یک زمینه سریع حرکت است تا حدی که اگر نوآوری ها به سرعت به اشتراک نگذاشته یا رله نشوند ، به راحتی می توان آنها را پشت سر گذاشت. برای درک بهتر پویایی زمانی و مکانی محیط شکمبه ، نظارت بر زمان واقعی و درجا پارامترهای مختلف شیمیایی و فیزیکی در شکمبه از طریق فن آوری های میکروسنسور قابل کاشت ، یک راه حل عملی است. سنسورها می توانند در نسل بعدی کشاورزی دفاعی دقیق کمک کنند ، به شرط آنکه شبکه های داده بی سیم کافی و سیستم های محاسباتی در آن گنجانیده شوند.

در یک مطالعه اخیراً منتشر شده ، محققان فن آوری های مختلف میکروسنسور را برای نظارت بر متابولیک در زمان واقعی از شکمبه معرفی کردند. تیم تحقیقاتی با دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ، دانشگاه پوردو و دانشگاه ویرجینیا فناوری همراه است.

نظارت بر pH شکمبه

نظارت بر pH شکمبه برای جلوگیری از اسیدوز شکمبه تحت حاد (SARA) مفید است. بیشتر بولوس های تجاری از سنسورهای pH بر اساس الکترود شیشه ای معمولی استفاده می کنند. این الکترودهای غشای شیشه ای بزرگ و حجیم هستند ، به راحتی می شکنند ، برای کوچک سازی دشوار هستند و در پاسخ آهسته هستند. علاوه بر این ، آنها نیاز به نگهداری منظم مانند کالیبراسیون و پر کردن مجدد محلول بافر مرجع دارند. محققان به 3 پیشرفت اخیر در سنسور pH میکروسکوپ مناسب برای نظارت بر pH در داخل بدن در داخل بدن اشاره کردند.

همچنین خوانده شده: دستگاه های تصویر حرارتی کم هزینه برای تشخیص تحقیقات لنگش گاو نشان داده است که دستگاه های تصاویر حرارتی کم هزینه می توانند به اندازه تشخیصی که تا 50 برابر گران تر هستند ، مؤثر باشند. بیشتر بخوانید ...

سنسورهای پتانسیومتری

سنسورهای پتانسیومتری به دلیل پیکربندی ساده ، اندازه کوچک و زمان پاسخ سریع ، بیشتر برای اندازه گیری pH محلول ها مورد استفاده قرار می گیرند. یک سنسور متریک پتانسیل معمولی از 2 الکترود تشکیل شده است: الکترود کار (الکترود سنجش) و الکترود مرجع.

سنسورهای PH مبتنی بر ISFET

سنسورهای pH مبتنی بر ترانزیستور میدان (ISFET) حساس به یونی ، pH یک محلول را از طریق یک غشای حساس به یونی و ویژگی حساس کننده میدان ترانزیستور اندازه گیری می کنند. اگرچه سنسورهای pH مبتنی بر ISFET مزایای بسیاری دارند ، از جمله اندازه کوچک ، استحکام و ذخیره آسان بدون شرایط لازم (به عنوان مثال ، تعصب اندازه گیری کم در pH شدید و وابستگی به دمای پایین) ، استفاده از آنها برای نظارت در داخل بدن دشوار است زیرا آنها به دلیل آنها دشوار است. باید محصور شود.

pH مبتنی بر EGFET

سنسورهای PH مبتنی بر PH بر پایه ترانزیستور (EGFET) به عنوان جایگزینی برای سنسورهای مبتنی بر ISFET معرفی شدند. غشای سنجش در سنسور pH مبتنی بر ISFET لایه دی الکتریک دروازه است ، به طوری که باید یک عایق ، بدون نقص و از امپدانس زیاد باشد ، در حالیمواد امپدانس برای هدایت و حساسیت بالا-محیط شکمبه تأثیر منفی بر یک ماده کم امپرداخت نمی کند ، بنابراین ، در سنسورهای EGFET ارزش بیشتری وجود دارد.

این تیم نتیجه گرفت که "تأثیر بالقوه نظارت بر pH در زمان واقعی به عنوان ابزاری برای بهبود مدیریت سلامت گاو ، عمدتاً با ترجمه داده های حساس به تصمیمات عملی یا توصیه های مدیریتی محدود است."آنها افزودند که به دلیل نوسانات در pH شکمبه ، ادغام تجزیه و تحلیل با سایر پارامترهای حساس ممکن است برای تبدیل اندازه گیری pH با احساس واقعی در زمان واقعی به یک ابزار تشخیصی یا مدیریتی مؤثر ضروری باشد.

تحرک شکمبه

نظارت بر میزان و دامنه انقباضات شکمبه ، به نام تحرک ، یکی از مسیرهای تشخیص بیماری های متابولیکی مانند اسیدوز شکمبه و هیپوکلسمی است. تحرک شکمبه به طور کلی با استفاده از مبدل های نیرو مبتنی بر فشار یا روش های سونوگرافی ارزیابی شده است. ضرر این است که مبدل نیرو به یک عمل جراحی نیاز دارد ، در حالی که سونوگرافی اندازه گیری های مداوم را در دوره های طولانی تر محدود می کند زیرا باید در برابر بدن حیوان نگه داشته شود.

برای نظارت بر تحرک شایع تر و به سادگی و در طی یک دوره طولانی تر ، گره های سنسور بی سیم از نوع بولوس با شتاب سنج 3 محور توسعه یافته و برای تشخیص زودرس اختلالات شکمبه مانند آتونی شکمبه ، Tympany شکمبه و بی اشتهایی مناسب تر هستند.

همچنین بخوانید: بررسی قدرت روباتیک در صنعت لبنیات ده ها هزار سیستم شیردوشی رباتیک هر روز در سراسر واحدهای تولید لبنیات جهان کار می کنند ، اما روبات ها ، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین محدود به مجالس نیستند. بیشتر بخوانید ...

دمای بدن

دماسنجهای رکتال به طور گسترده ای برای نظارت بر دمای هسته مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال ، این روش وقت گیر است. نظارت در زمان واقعی تغییر دمای بدن در نشخوارکنندگان یک روش مؤثر برای تشخیص بیماری ها ، استروس و زایمان است. نمونه ای که توسط محققان ذکر شده است ، تشخیص زودهنگام ماستیت با استفاده از یک گره سنسور دمای بی سیم از نوع بولوس است. مهمترین مزیت استفاده از سنسورهای ساکن شکمبه این است که می توان آنها را برای مدت طولانی (سالها) قرار داد.

به گفته محققان ، سنسورهای دما مورد استفاده برای اندازه گیری دمای هسته بدن در درجه اول از ترموکوپل ها یا ترمیستورها تشکیل شده است. بیشتر سنسورهای دما اخیر از ترمیستورها برای اندازه گیری دما استفاده می کنند ، زیرا دقیق تر از ترموکوپل ها هستند و به مجدداً به ارزیابی مجدد مداوم احتیاج ندارند ، که باعث می شود آنها برای نظارت بر شکمبه بسیار مناسب تر شوند. با این حال ، اشکال برای ترمیستورها این است که خروجی غیرخطی است و پیچیدگی بالایی در ترجمه خروجی سنسور به مقدار دمای عددی ارائه می دهد.

غلظت نشانگر نشانگر شکمبه

در این مطالعه ، محققان بر روی هیستامین به عنوان نمونه ای برای نشان دادن برخی از فرصت ها و چالش های سنجش نشانگرهای زیستی متمرکز شدند. غلظت هیستامین شکمبه برای نظارت بر سارا و سایر درد و رنج های شکمبه مورد توجه است.

تکنیک های سنتی برای تشخیص هیستامین شامل کروماتوگرافی با لایه نازک ، HPLC و GC ، فلورومتری ، الکتروفورز منطقه مویرگی و ELISA است. با این حال ، این تکنیک ها گران و وقت گیر هستند و به نمونه پیچیده قبل از درمان نیاز دارند و آنها را برای نظارت در زمان واقعی در محیط شکمبه غیر عملی می کند.

سنسورهای الکتروشیمیایی به دلیل حساسیت ، سادگی ، پاسخ سریع و کم هزینه ، جایگزین امیدوار کننده ای هستند. انواع اصلی سنسورهای الکتروشیمیایی عبارتند از:

• سنسورهای مانع ؛
• سنسورهای آمپرومتری ؛وت
• سنسورهای ولتامتری.

غلظت متابولیت

متابولیت های اصلی مورد علاقه اسیدهای چرب فرار (VFA) ، منبع اصلی انرژی برای نشخوارکنندگان است. نظارت بر زمان واقعی غلظت و تعادل VFA به درک رابطه بین مصرف خوراک و متابولیسم کمک می کند. روشهای اندازه گیری سنتی شامل تقطیر ، تیتراسیون ، روش مونتگومری ، کروماتوگرافی کاغذی ، HPLC و طیف سنجی است. با این حال ، این تکنیک ها به دلیل نیازهای تجهیزات ، انواع سیگنال خروجی ناسازگار (معمولاً سیگنال های نوری) و روشهای نمونه برداری پیچیده ، برای نظارت بر زمان واقعی بر محیط شکمبه نامناسب هستند. حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی از جمله کاندیداهای جذاب برای نظارت احتمالی VFA در شکمبه هستند. 2 مورد اصلی که در این مطالعه برجسته شده اند عبارتند از:

• بیوسنسورهای الکتروشیمیایی میکروارگانیسم: در سنسورهای الکتروشیمیایی میکروبی ، از اتصال دائمی متابولیسم میکروبی و الکترود برای تولید سیگنال تحلیلی استفاده می شود.
• بیوسنسورهای الکتروشیمیایی آنزیمی: یک ویژگی منحصر به فرد و مزیت بیوسنسورهای الکتروشیمیایی آنزیمی این است که بیوکاتالیستی آنها فقط با یک آنالیت خاص واکنش نشان می دهد.

بیوسنسورهای الکتروشیمیایی انتخابی عالی دارند و آنها را به یک فناوری هدف خوب برای آزمایش استراتژی های مختلف برای تمایز بین VFA ها تبدیل می کنند.

چالش های موجود در زیست سنجش شکمبه

محققان نتیجه گرفتند که ، با وجود پیشرفت چشمگیر در فن آوری های سنجش برای آنالیت های مهم در شکمبه ، برخی از محدودیت ها برای نمونه های اولیه تحقیق و فن آوری های تجاری باید قبل از اینکه زیست سنجی گسترده در محیط شکمبه انجام شود ، مورد توجه قرار گیرد. این چالش ها در درجه اول مربوط به:

• اندازه سنسور و طول عمر ؛
• انتخاب سنسور یا دوام در تداخل محیطی.
• ثبات و تکرارپذیری عملکرد سنجش ؛وت
• تفسیر اطلاعات به دست آمده از سنسورها.

* این مقاله براساس مقاله اصلی چان سو هان ، Upinder Kaur ، Huiwen Bai ، باربارا Roqueto Dos Reis ، Robin White ، Robert A. Nawrocki ، Richard M. Voyles ، Min Gyu Kang و Shashank Priya ساخته شده است. 2022. بررسی دعوت شده: فن آوری های سنسور برای نظارت بر زمان واقعی بر محیط شکمبه. مجله علوم لبنی. 105: 6379-6404.