خبرگزاری علم و فناوری

با تحقیقات در حوزه مهندسی نانو صورت پذیرفت؛

ساخت بایوحسگر باقابلیت تعیین ویتامین در بدن

با تلاش محققان حوزه مهندسی‌نانو، بایوحسگری که قادر است میزان ویتامین در بدن را تشخیص دهد طراحی و ساخته شد. این حسگر انعطاف‌پذیر بوده و ساختاری شبیه به برچسب دارد که روی پوست قرار می‌گیرد.

به گزارش خبــرگزاری علم و فناوری استان سمنان؛تلاش برای کشف مشخصه های گوناگون سیستم های زیستی مهمترین هدف توسعه تحقیقات در زمینه علوم پزشکی و زیست مولکولی به حساب می آید. آنالیز سریع، حساس، دقیق و مقرون به صرفه مولکولهای زیستی اهمیت ویژه ای در تشخیص و درمانهای بالینی دارند.از این رو گروهی از محققان علم مهندسی نانو از دانشگاه کالیفرنیا، حسگر قابل پوشیدن ساختند که قادر است به‌صورت غیرتهاجمی میزان ویتامین C را در بدن رهگیری نمـــاید. این حسگر می تواند به‌صورت شخصی‌سازی شده میزان مصرف روزانه را برای هر کاربر مشخص کند.

حسگرهای زیستی چه هستند؟

حسگر زیستی یا همان Biosensor نامِ گروهی از حسگرها هستند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند تنها با یک مادهٔ خاص واکنش نشان دهند. نتیجهٔ این واکنش به صورت پیام‌هایی در می‌آید که یک «ریزپردازنده» می‌تواند آن‌ها را تحلیل کند. این حسگرها مختلف هستند اما جدای از نوع خود، همگی دارای ساز و کاری مشترک‌اند و در مسیرِ سال‌های اخیر، پیشرفت‌های زیادی در عرصه‌های گوناگون داشته‌اند.

نخستین‌بار مفهوم حسگرهای زیستی، توسط لیلاند سی. کلارک در اوایل سال‌های ۱۹۶۰ با استفاده از آنزیم‌الکترود برای اندازه‌گیری غلظت گلوکز، برای بیماران دیابتی؛ توسط آنزیم گلوکز اکسیدازمعرفی شد.امروزه نیز بیشترین کاربرد حسگرهای زیستی، در زمینه اندازه‌گیری گلوکوز است اما با پیشرفت‌هایی که در زمینه میکروالکتریک و میکرومکانیک رخ داده، تمرکز زیادی بر روی سیستم‌های مبتنی بر این دو قرار گرفته‌است، گاهی تعدادِ حسگرها به بیش از ۱۰۰۰ عدد بر سانتیمتر مربع می‌رسد. با توجه به دقیق بودن این‌گونه ابزارها، انتخاب مبدل مناسب و روش مناسب تثبیت دریافتگر زیستی در سطح جامد، موجب افزایش حساسیت و پایداری آن می‌گردد.

توسعه حسگرهای زیستی از سال ۱۹۶۲ و با ساخت الکترود اکسیژن توسط کلارک در سین سیناتی آمریکا، برای اندازه‌گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این حسگر همچنین بنام سازندهٔ آن گاهی الکترود کلارک نیز خوانده می‌شود.در مرحله ی بعدی با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که به اکسیده شدن گلوکز کمک می‌کرد،از این حسگر برای اندازه‌گیری قند خون استفاده شد.

به‌طور مشابه با پوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست در کنار الکترودی از جنس یون ان‌اچ‌فورپلاس،حسگری ساخته شد که می‌توانست میزان اوره در خون یا ادرار را اندازه‌گیری کند. این دو حسگر زیستی از مبدل‌های متفاوتی در بخش تبدیل سیگنال استفاده می‌کردند بطوریکه در نوع اول میزان قند خون با اندازه‌گیری جریان الکتریکی (آمپرومتریک) تولید شده اندازه‌گیری می‌شد و در نوع دوم اندازه‌گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی (پتانسیومتریک)ایجاد شده در الکترودها صورت می‌پذیرفت.

حسگرهای زیستی انواع مختلفی دارند؛ اما جدای از نوعشان، همگی دارای عملکرد یکسانند. هر حسگر زیستی شامل دو بخش اصلی است: بخش نخست، عنصر تشخیص دهنده است که برقراری پیوند شیمیاییِ باهدف را، توسط لیگاند میسر می‌سازد و دومین بخش، انتقال‌دهنده نام دارد، وظیفه این بخش تبدیل سیگنال‌های دریافت شده‌است. حسگرهای زیستی دارای دو نوعِ اساسی حسگرهای مستقیم و غیرمستقیم اند.

در حسگرهای زیستیِ مستقیم، هدف بدون هیچ واسطه‌ای با لیگاند پیوند برقرار کرده و شناسایی می‌شود. اما در حسگر غیرمستقیم، این کار توسط یک عنصر واسطه انجام می‌گیرد. سرعت و سادگی حسگرهای مستقیم نسبت به غیرمستقیم بیشتر است، قابلیت استفاده در حالت غیرمستقیم و اندازه‌گیری تغییرات فیزیکی (خواص اپتیکی، الکتریکی و شیمیایی) از دیگر کاربردها و مزایای نوع مستقیم آن است. عملکرد حسگرهای زیستی نیز به دو نوعِ دیگرِ اپتیکی و مکانیکی بخش‌بندی می‌شود، از انواع اپتیکی آن می‌توان به اس‌پی‌آر یا تشدید کننده پلاسمون سطحی اشاره کرد. سامانه میکرو الکترومکانیکی از نوع مکانیکی آن است، برخی از این سامانه در ابعاد نانو نیز کاربردهای فراوانی دارند.

------------------------------------------------------------------------------

در تازه ترین دستاورد دانش مهندسی نانو

ساخت بایوحســگر باقابلیت تعیین ویتامین در بدن

جولیان سمپیوناتو، از محققان این پروژه مدعی است: حسگرهای قابل پوشیدن رایج معمولا برای رصد فعالیت‌های بدنی یا بیماری‌هایی نظیر دیابت مورد استفاده قرار می گیرند.این اولین حسگری است که با استفاده از روش مبتنی بر آنزیم برای ردیابی تغییرات در سطح ویتامین به کار گرفته می‌شود که مسیر تازه‌ای در حوزه تجهیزات قابل پوشیدن ایجاد کرده است. حسگرهای قابل پوشیدن به ندرت برای رصد دقیق مواد غذایی به کار می‌روند.

باتوجه به اینکه  ویتامین C برای بهبود برخی بیماری‌ها موثر است، چنین حسگر پوشیدنی ممکن است به پزشکان کمک کند تا با ردیابی ویتامین C به کاهش طول درمان کمک کند.

این دستگاه پوشیدنی در حقیقت یک برچسب بوده که روی سطح پوست بدن قرار می‌گیرد. در این حسگر، یک بخش تحریک کننده وجود دارد که موجب عرق کردن شده و الکترودی نیز برای تشخیص سریع میزان ویتامین C در عرق وجود دارد.

در این ابزار، الکترودها انعطاف‌پذیر بوده و حاوی آنزیم اکسوربات اکسیداز است. زمانی که ویتامین C وجود داشته باشد، آنزیم آن را به دهیدرواسکوربیک تبدیل می‌کند و در نتیجه، اکسیژن مصرف و جریان تولید می‌شود.

آزمایش‌های صورت گرفته بر روی تعدادی از افراد نشان می دهد که ویتامین C مصرف شده از طریق مکمل یا آب میوه موجب تغییراتی قابل رهگیری در بدن شده و این دستگاه تا دو ساعت می‌تواند این تغییرات را رصد کند.

هر چند حسگرهای قابل پوشیدن زیست‌حسگری توسعه یافته‌اند اما استفاده از آنها برای ارزیابی وضعیت تغذیه افراد چندان رواج نیافته است. با توجه به شیوع ویروس کرونا و نقش ویتامین C در افزایش عملکرد سیستم ایمنی بدن، این نوع حسگرها می‌توانند اثربخشی بالایی در فرآیند درمان بیماری کرونا داشته باشند.

نتایج این پروژه به صورت مقاله‌ای با عنوان ACS Sensor به چاپ رسیده است.

انتهای متن/ص

زمان انتشار: سه شنبه ۱۳ خرداد ۱۳۹۹ - ۰۷:۴۵:۰۰

شناسه خبر: 88252

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب