یک تیم بین المللی از محققان یک سنسور کم هزینه ساخته شده از پلاستیک نیمه هادی تولید کرده اند که می تواند برای تشخیص یا نظارت بر طیف گسترده ای از شرایط سلامتی ، مانند عوارض جراحی یا بیماری های عصبی تولید شود.

این سنسور می تواند میزان متابولیت های بحرانی مانند لاکتات یا گلوکز را که در عرق ، اشک ، بزاق یا خون وجود دارد ، اندازه گیری کند و در صورت وارد شدن به یک دستگاه تشخیصی ، می تواند شرایط سلامتی را به سرعت ، ارزان و دقیق کنترل کند. دستگاه جدید از طراحی بسیار ساده تری نسبت به سنسورهای موجود برخوردار است و طیف گسترده ای از امکانات جدید برای نظارت بر سلامت را تا سطح سلولی باز می کند. نتایج در ژورنال Science Advances گزارش شده است .

این دستگاه توسط تیمی به سرپرستی دانشگاه کمبریج و دانشگاه علم و فناوری پادشاه عبدالله (KAUST) در عربستان سعودی ساخته شده است. پلاستیک های نیمه هادی مانند موارد استفاده شده در کار فعلی برای استفاده در سلول های خورشیدی و الکترونیک انعطاف پذیر ساخته می شوند ، اما هنوز کاربرد گسترده ای در کاربردهای بیولوژیکی مشاهده نکرده اند.

دکتر آنا-ماریا پپا ، پژوهشگر فوق دکترا در گروه مهندسی شیمی و بیوتکنولوژی کمبریج گفت: "در کار ما بسیاری از محدودیت های زیست سنجنده های معمولی الکتروشیمیایی که آنزیم ها را به عنوان ماده سنجشی ترکیب می کنند ، غلبه کرده ایم." "در حسگرهای زیستی معمولی ، ارتباط بین الکترود سنسور و ماده سنجش بسیار کارآمد نیست ، بنابراین برای تسهیل و تقویت" سیگنال ، لازم است سیمهای مولکولی اضافه شود. "

برای ساخت سنسور خود ، پاپا و همکارانش از یک پلیمر جدید سنتز شده در کالج امپریال استفاده کردند که به عنوان یک سیم مولکولی عمل می کند و مستقیماً الکترون های تولید شده در طی واکنش های الکتروشیمیایی را می پذیرند. هنگامی که این ماده با مایع مانند عرق ، اشک یا خون در تماس باشد ، یون ها و تورم را جذب می کند و با مایع ادغام می شود. این منجر به حساسیت قابل توجهی بالاتر در مقایسه با سنسورهای سنتی ساخته شده از الکترودهای فلزی می شود.

علاوه بر این ، هنگامی که سنسورها در مدارهای پیچیده تر ، مانند ترانزیستورها قرار گرفته اند ، می توان سیگنال را تقویت کرد و با وجود کوچک بودن وسایل ، به نوسانات کوچک در غلظت متابولیت پاسخ می دهد.

از تست های اولیه سنسورها برای اندازه گیری میزان لاکتات استفاده شده است که در کاربردهای بدنسازی یا برای نظارت بر بیماران بعد از عمل مفید است. با این حال ، طبق گفته محققان ، سنسور می تواند به راحتی اصلاح شود تا سایر ترکیبات مانند گلوکز یا کلسترول را با ترکیب آنزیم مناسب تشخیص دهد و با تغییر هندسه دستگاه می توان دامنه غلظت که سنسور آن را تشخیص می دهد تنظیم کرد.

پاپا گفت: "این اولین بار است که می توان از یک پلیمر پذیرنده الکترونی استفاده کرد که بتواند برای بهبود ارتباط با آنزیم ها مناسب باشد ، که این امر امکان تشخیص مستقیم یک متابولیت را فراهم می آورد: این امر تاکنون ساده نبوده است." "این امر جهت جدیدی را در زیست سنجش باز می کند ، جایی که می توان مواد را برای تعامل با متابولیت خاص طراحی کرد و در نتیجه حسگرهای بسیار حساس تر و انتخابی تری ایجاد می کنند ."

از آنجایی که این سنسور از فلزاتی مانند طلا یا پلاتین تشکیل نشده است ، می تواند با هزینه کمتری تولید شود و به راحتی می توان در بسترهای قابل انعطاف و کشش قرار گرفت و اجرای آنها را در برنامه های سنجش پوشیدنی یا کاوشگر امکان پذیر کرد.

پاپا گفت: "یک دستگاه قابل کاشت می تواند به ما امکان دهد فعالیت متابولیکی مغز را در زمان واقعی تحت شرایط استرس ، مانند هنگام یا بلافاصله قبل از تشنج کنترل کنیم و می تواند برای پیش بینی تشنج یا ارزیابی درمان استفاده شود."

محققان اکنون قصد دارند سنسور را برای نظارت بر فعالیت متابولیك سلولهای انسانی در زمان واقعی خارج از بدن توسعه دهند. گروه سیستم ها و فن آوری های بیوالکترونیکی که Pappa در آن مستقر است ، بر روی توسعه مدل هایی متمرکز است که می توانند اندام های ما را از نزدیک تقلید کنند ، به همراه فناوری هایی که می توانند آنها را در زمان واقعی ارزیابی دقیق انجام دهند. از فن آوری سنسور توسعه یافته می توان با استفاده از این مدل ها برای آزمایش قدرت یا سمیت داروها استفاده کرد.

یک تیم بین المللی از محققان یک سنسور کم هزینه ساخته شده از پلاستیک نیمه هادی تولید کرده اند که می تواند برای تشخیص یا نظارت بر طیف گسترده ای از شرایط سلامتی ، مانند عوارض جراحی یا بیماری های عصبی تولید شود.

این سنسور می تواند میزان متابولیت های بحرانی مانند لاکتات یا گلوکز را که در عرق ، اشک ، بزاق یا خون وجود دارد ، اندازه گیری کند و در صورت وارد شدن به یک دستگاه تشخیصی ، می تواند شرایط سلامتی را به سرعت ، ارزان و دقیق کنترل کند. دستگاه جدید از طراحی بسیار ساده تری نسبت به سنسورهای موجود برخوردار است و طیف گسترده ای از امکانات جدید برای نظارت بر سلامت را تا سطح سلولی باز می کند. نتایج در ژورنال Science Advances گزارش شده است .

این دستگاه توسط تیمی به سرپرستی دانشگاه کمبریج و دانشگاه علم و فناوری پادشاه عبدالله (KAUST) در عربستان سعودی ساخته شده است. پلاستیک های نیمه هادی مانند موارد استفاده شده در کار فعلی برای استفاده در سلول های خورشیدی و الکترونیک انعطاف پذیر ساخته می شوند ، اما هنوز کاربرد گسترده ای در کاربردهای بیولوژیکی مشاهده نکرده اند.

دکتر آنا-ماریا پپا ، پژوهشگر فوق دکترا در گروه مهندسی شیمی و بیوتکنولوژی کمبریج گفت: "در کار ما بسیاری از محدودیت های زیست سنجنده های معمولی الکتروشیمیایی که آنزیم ها را به عنوان ماده سنجشی ترکیب می کنند ، غلبه کرده ایم." "در حسگرهای زیستی معمولی ، ارتباط بین الکترود سنسور و ماده سنجش بسیار کارآمد نیست ، بنابراین برای تسهیل و تقویت" سیگنال ، لازم است سیمهای مولکولی اضافه شود. "

برای ساخت سنسور خود ، پاپا و همکارانش از یک پلیمر جدید سنتز شده در کالج امپریال استفاده کردند که به عنوان یک سیم مولکولی عمل می کند و مستقیماً الکترون های تولید شده در طی واکنش های الکتروشیمیایی را می پذیرند. هنگامی که این ماده با مایع مانند عرق ، اشک یا خون در تماس باشد ، یون ها و تورم را جذب می کند و با مایع ادغام می شود. این منجر به حساسیت قابل توجهی بالاتر در مقایسه با سنسورهای سنتی ساخته شده از الکترودهای فلزی می شود.

علاوه بر این ، هنگامی که سنسورها در مدارهای پیچیده تر ، مانند ترانزیستورها قرار گرفته اند ، می توان سیگنال را تقویت کرد و با وجود کوچک بودن وسایل ، به نوسانات کوچک در غلظت متابولیت پاسخ می دهد.

از تست های اولیه سنسورها برای اندازه گیری میزان لاکتات استفاده شده است که در کاربردهای بدنسازی یا برای نظارت بر بیماران بعد از عمل مفید است. با این حال ، طبق گفته محققان ، سنسور می تواند به راحتی اصلاح شود تا سایر ترکیبات مانند گلوکز یا کلسترول را با ترکیب آنزیم مناسب تشخیص دهد و با تغییر هندسه دستگاه می توان دامنه غلظت که سنسور آن را تشخیص می دهد تنظیم کرد.

پاپا گفت: "این اولین بار است که می توان از یک پلیمر پذیرنده الکترونی استفاده کرد که بتواند برای بهبود ارتباط با آنزیم ها مناسب باشد ، که این امر امکان تشخیص مستقیم یک متابولیت را فراهم می آورد: این امر تاکنون ساده نبوده است." "این امر جهت جدیدی را در زیست سنجش باز می کند ، جایی که می توان مواد را برای تعامل با متابولیت خاص طراحی کرد و در نتیجه حسگرهای بسیار حساس تر و انتخابی تری ایجاد می کنند ."

از آنجایی که این سنسور از فلزاتی مانند طلا یا پلاتین تشکیل نشده است ، می تواند با هزینه کمتری تولید شود و به راحتی می توان در بسترهای قابل انعطاف و کشش قرار گرفت و اجرای آنها را در برنامه های سنجش پوشیدنی یا کاوشگر امکان پذیر کرد.

پاپا گفت: "یک دستگاه قابل کاشت می تواند به ما امکان دهد فعالیت متابولیکی مغز را در زمان واقعی تحت شرایط استرس ، مانند هنگام یا بلافاصله قبل از تشنج کنترل کنیم و می تواند برای پیش بینی تشنج یا ارزیابی درمان استفاده شود."

محققان اکنون قصد دارند سنسور را برای نظارت بر فعالیت متابولیك سلولهای انسانی در زمان واقعی خارج از بدن توسعه دهند. گروه سیستم ها و فن آوری های بیوالکترونیکی که Pappa در آن مستقر است ، بر روی توسعه مدل هایی متمرکز است که می توانند اندام های ما را از نزدیک تقلید کنند ، به همراه فناوری هایی که می توانند آنها را در زمان واقعی ارزیابی دقیق انجام دهند. از فن آوری سنسور توسعه یافته می توان با استفاده از این مدل ها برای آزمایش قدرت یا سمیت داروها استفاده کرد.