زیست حسگر الکتروکرومی برای تشخیص چشمی باکتری های بیماری زا طراحی شد - هنجس بلاگ

جهت دریافت مشاوره خدمات چاپ کاتالوگ در تهران از بهترین و مجربترین طراحان کشور همراه ما باشید. از طراحی تا چاپ کاتالوگ های تبلیغاتی حرفه ای را با بهترین قیمت از ما بخواهید.

به گزارش گروه فناوری خبرنگاران، پژوهشگران دانشگاه صنعتی شریف با همکاری محققان دانشگاه UAB بارسلونا با استفاده از طراحی و توسعه زیست حسگر الکتروکروم که به گفته آن ها یک ابزار قابل حمل، ساده، ارزان قیمت، حساس و سریع برای شناسایی و تشخیص چشمی باکتری های بیماری زا است توانستند به حوزه های مختلفی مانند بهداشت و درمان، صنایع غذایی و کنترل کیفیت محصولات و همچنین کنترل آلاینده های میکروبی زیست محیطی یاری شایانی نمایند.

صبا رنجبر دانش آموخته مقطع دکتری رشته شیمی تجزیه از دانشگاه صنعتی شریف درباره این طرح گفت: هدف از انجام طرح حاضر دستیابی به یک ابزار قابل حمل، ساده، سریع و بدون احتیاج به تجهیزات گران قیمت و پیچیده برای شناسایی چشمی باکتری های بیماری زا در نمونه های زیست محیطی است تا بتواند با دقت و درستی بالا نمونه های زیست محیطی حاوی باکتری را در گستره وسیعی از غلظت ها مورد سنجش قرار دهد. در این پژوهش از نمونه های مختلف آب جمع آوری شده، برای بررسی عملکرد زیست حسگر استفاده شده است. با بهره گیری از فناوری پیشنهاد شده، امکان تشخیص آب سالم از آب آلوده شده توسط باکتری ها به صورت آنلاین و در محل به وجود آمده است که می تواند به عنوان یک روش کارآمد و مؤثر در حوزه های مختلف زیست محیطی به کار گرفته گردد. زیست حسگر پیشنهادی مانند یک سنجه هوشمند عمل می نماید که نمایش هر رنگی توسط آن نشان دهنده غلظت معینی از باکتری است.

به طور مثال، رنگ بنفش نشان دهنده آب فاقد باکتری است. در صورتی که، رنگ آبی غلظت کم باکتری و رنگ زرد به معنای میزان بالای باکتری در نمونه آب است. در شرایط بهینه، زیست حسگر موردنظر می تواند در گستره وسیع غلظتی CFU/mL 106-101 با حساسیت بالا باکتری هدف را مورد سنجش قرار دهد. حد تشخیص چشمی برای سنجش باکتری CFU/mL 102 ثبت شد که با استفاده از نرم افزار ImageJ این پارامتر به CFU/mL 101 کاهش یافت که نشان دهنده عملکرد مناسب زیست حسگر در زمینه تشخیص مقادیر ناچیز باکتری است. از طرفی، زیست حسگر موردنظر امکان تشخیص نمونه های آب سالم از آب آلوده به باکتری را به خوبی فراهم می سازد که می تواند به عنوان یک روش تشخیصی سریع در اختیار کاربران قرار گیرد.

وی درباره ضرورت انجام طرح گفت: نظر به اینکه حوزه سلامت و بهداشت از جمله حوزه های بسیار اساسی و چالش برانگیز در هر کشوری به شمار می آید، لذا لزوم تحقیقات در این زمینه در همان مراحل آغازین، یعنی شناسایی و تشخیص عوامل بیماری زا بسیار ضروری و حائز اهمیت است. یکی از مهم ترین و پیچیده ترین عوامل بیماری زا باکتری ها هستند که دسته وسیع و متنوعی از میکروارگانیسم ها را شامل می شوند و بر بخش ها و جنبه های مختلف زندگی بشر، چون بهداشت و درمان، صنایع غذایی و کنترل کیفیت محصولات، همچنین کنترل آلاینده های میکروبی زیست محیطی اثرگذارند. از این رو دستیابی به روش هایی که قادر باشند با دقت و درستی بالا و همچنین هزینه پایین و زمان بررسی کوتاه به بررسی این عوامل بپردازند، حائز اهمیت است. در این راستا، طراحی و ساخت زیست حسگر ها با امکان ایجاد پاسخ­ های گزینش پذیر و سریع بسیار راه گشا است.

پژوهشگر دانشگاه صنعتی شریف در ادامه گفت: در سال های اخیر روش های الکتروشیمیایی و نوری به طور گسترده ای در توسعه زیست حسگر ها به منظور شناسایی و تشخیص باکتری های بیماری زا به کار گرفته شده اند که نتایج ارزشمندی توسط آن ها حاصل شده است. حساسیت بالا و قابلیت مینیاتوریزه شدن، زیست حسگر های الکتروشیمیایی را به عنوان ابزاری قدرتمند در این زمینه بدل نموده است، درحالی که فناوری های نوری با توجه به سادگی تشخیص و هزینه پایین بسیار حائز اهمیت هستند. از این رو، توسعه حسگر هایی که به طور هم زمان قادر به بهره گیری از تمامی این ویژگی ها باشند و بتوانند به عنوان یک ابزار قابل حمل و دقیق برای شناسایی عوامل بیماری زا (پاتوژن ها) به کار فرایند، بسیار موردتوجه بوده و مطالعات و تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارد. در این پروژه تحقیقاتی دسته جدیدی از زیست حسگر ها تحت عنوان زیست حسگر های الکتروکروم معرفی و برای تشخیص و اندازه گیری باکتری ها به عنوان یک خانواده وسیع و پیچیده از میکروارگانیسم ها در نمونه های زیست محیطی به کار گرفته شده است. در یک تعریف کلی، مواد الکتروکروم به موادی اطلاق می گردد که خواص نوری آن ها تحت تأثیر یک اغتشاش الکتریکی (اعمال پتانسیل یا جریان) قرار می گیرد، به عبارت دقیق تر با اعمال اغتشاش الکتریکی به این مواد می توان حالت های اکسایش مختلفی را ایجاد کرد که هرکدام از این حالت های اکسایش منجر به تشکیل رنگ های مختلفی می گردد. در زیست حسگر معرفی شده، فیلم نازک پلی آنیلین با ضخامت چند ده نانومتر که قادر به فراهم آوردن طیف وسیعی از رنگ ها در پتانسیل های نزدیک به هم است، به عنوان ماده الکتروکروم برای شناسایی و تشخیص چشمی باکتری هدف به کار برده شد. حضور گروه های آمینی کافی در ساختار فیلم پلی آنیلین تهیه شده نیز موجب تثبیت مناسب آنتی بادی های ویژه باکتری هدف به عنوان گیرنده های اختصاصی شده است . تشخیص چشمی باکتری هدف به وسیله اعمال پتانسیل ثابت در مدت زمان معین (شرایط بهینه) به ایمونوحسگر الکتروکروم و دنبال کردن تغییرات رنگ فیلم پلی آنیلین در حضور غلظت های مختلف باکتری انجام می پذیرد. تشکیل ترکیب آنتی بادی- باکتری و ایجاد ممانعت فضایی ناشی از این برهم کنش، خاصیت الکتروکرومیته پلی آنیلین را به سبب تغییر در مقاومت سطح الکترود، تحت تأثیر قرار می دهد که در این پژوهش از این ویژگی پلی آنیلین برای شناسایی و تشخیص باکتری هدف استفاده شد.

وی با اشاره به سادگی مراحل ساخت این زیست حسگر گفت: با توجه به عدم احتیاج به دستگاه های پیچیده برای تفسیر نتایج حاصل و سادگی مراحل ساخت، فناوری معرفی شده در این پژوهش به سادگی امکان تجاری شدن و استفاده توسط کاربران را بدون احتیاج به دانش فنی بالا و تنها بر مبنای روش رنگ سنجی دارد. به همین خاطر توسعه حسگر ها و زیست حسگر های برپایه مواد الکتروکروم در چند سال اخیر موردتوجه چند تیم تحقیقاتی در جهان قرار گرفته است. به عنوان مثال، یک گروه تحقیقاتی در بارسلونای اسپانیا در سال 2018، یک حسگر الکتروکروم را بر پایه استفاده از نانوذرات اکسید ایریدیوم و پلیمر های قالب مولکولی ( MIP ) به منظور تشخیص آفت کش کلروپریفوس طراحی کردند. زیست حسگر معرفی شده در این پژوهش یک نمونه جدید از زیست حسگر های الکتروکروم برپایه آنتی بادی ها به عنوان گیرنده های اختصاصی است که با بهره گیری از برهم کنش آنتی بادی-آنتی ژن تشخیص و اندازه گیری باکتری را امکان پذیر می سازد.

محقق دانشگاه صنعتی شریف درباره لزوم ادامه این طرح گفت: با توجه به طیف وسیعی از مواد نانوساختار با خاصیت الکتروکرومیته و امکان تهیه نانوکامپوزیت های دو یا چند جزئی از آن­ها، امکان فراهم کردن بستر هایی با طیف رنگی وسیع تر ایجاد می گردد که طبیعتاً در چنین شرایطی حساسیت حسگر های الکتروکروم برای تشخیص های چشمی افزایش می یابد.

این پژوهشگر معتقد است انجام چنین پروژه هایی در داخل کشور قطعاً احتیاج به حمایت سازمان های مرتبط با این موضوعات دارد که ستاد ویژه توسعه فناوری نانو و ستاد توسعه زیست فناوری، بستر های مناسبی را در راستای تحقق این امر ایجاد نموده اند.

پژوهش حاصل در دوره فرصت مطالعاتی دکتری صبا رنجبر در مؤسسه (ICN 2 Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology) واقع در دانشگاه UAB شهر بارسلونا در کشور اسپانیا به سرپرستی پروفسور آربن مرکوچی و با همکاری دکتر محمدامین فرهمندنژاد دانش آموخته مقطع دکتری رشته شیمی تجزیه از دانشگاه صنعتی شریف و دکتر سعید شاهرخیان عضو هیئت علمی دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی شریف اجرا شده است.