قام باحثون في كلية هندسة النسيج بجامعة أميركبير التکنولوجية بتطوير أجهزة استشعار حيوية عملية في مجال الصحة والصناعة الطبية (الوقاية والتشخيص) . يستخدم هذا المنتج في مجال الأجهزة الإلكترونية الذكية , مثل أجهزة الاستشعار الإلكترونية القابلة للارتداء.
وفقا للعلاقات العامة في جامعة أميركبير, و في بيان إلى أن مرض السكري هو اختلال في عملية التمثيل الغذائي (الأيض) و أنه وباء عالمي, قال علي صديقي , طالب دكتوراه في تكنولوجيا النانو وباحث في مشروع “إنتاج جهاز استشعار حيوي لجلوكوز غير إنزيمي مرن يمكن ارتداؤه” :” في عام 2014 ، كان 422 مليون شخص في جميع أنحاء العالم يعانون من مرض السكري ، وفقًا لمنظمة الصحة العالمية. هذه المشكلة لا تهدد صحة الفرد فحسب ، بل هي حاليًا واحدة من أكبر العقبات أمام التنمية المستدامة والنمو الاقتصادي”.
وأضاف أن الإنفاق الصحي ل “G7 ” على مرض السكري قدر بنحو 414 مليار دولار في عام 2014 وحده. و في إيران ، يعاني أكثر من مليون ونصف من مرض السكري.
وقال :”مفتاح تشخيص وإدارة مرضى السكري هو مراقبة مستوى الجلوكوز في الجسم والتحكم فيه”. “لذلك ، من أجل منع الآثار الجانبية ، يجب قياس مستويات الجلوكوز بشكل متكرر ؛” لذلك ، فإن تطوير أجهزة استشعار الجلوكوز منخفضة التكلفة وموثوقة وذات حساسية وانتقائية عالية له أهمية اقتصادية واجتماعية حتمية كما و أصبحت هذه قضية عالمية في العقود الأخيرة.
وأضاف الباحث في جامعة أميركبير التکنولوجية: “عادة ما يتم استخدام مستشعرات الجلوكوز الكهروكيميائية القائمة على الإنزيم للكشف عن الجلوكوز ، إلا أن الاستقرار الكيميائي والحراري للأنزيمات يتأثر بدرجة الحموضة ودرجة حرارة التشغيل وضغط الأكسجين الجزئي ومستويات الرطوبة المحيطة. من ناحية أخرى ، حظيت المراقبة الصحية الدائمة باهتمام أكبر في السنوات الأخيرة ، مما أدى إلى ظهور أجهزة استشعار مرنة يمكن ارتداؤها.
وبحسب صديقي ، حظيت الأجهزة الإلكترونية المرنة والمنسوجات الذكية باهتمام كبير في السنوات الأخيرة ، ويمكن استخدام أجهزة استشعار مرنة بسهولة في شكل أجهزة يمكن ارتداؤها مثل الملابس الذكية. وتابع: “الهدف من هذا المشروع هو صنع جهاز استشعار مرن غير أنزيمي يمكن صنعه بمساعدة المنسوجات التقليدية مثل نسيج القطن” . و نظرًا لراحة وتوافر وسلامة الأقمشة الطبيعية مثل القطن وتطبيقها في مجالات الصحة والبيئة ، تم طلاء المواد النانوية بشكل منفصل على سطح القماش القطني لإجراء التوصيل الكهربائي و من ثم تم تكوين خصائص التحفيز الكهربائي للكشف عن كمية الجلوكوز في جسم الإنسان.
وقال خريج جامعة أميركبير التکنولوجية: “من التطبيقات المهمة للأجهزة الإلكترونية المرنة القابلة للارتداء أجهزة الاستشعار ، وخاصة أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية” . لهذا الغرض ، أولاً وقبل كل شيء ، كان من الضروري تقليل المقاومة الكهربائية للأنسجة القطنية عن طريق زيادة توصيل النسيج بآلاف المرات مع طلاء المركبات المعدنية. لذلك ، تم تصنيع جسيمات النيكل- عديم الكهرباء -النانوية ووضعها في طبقات في وقت واحد على الركيزة لجعل النسيج موصلاً.
وتابع: بالنسبة للطبقة التالية ، تم استخدام الجسيمات “بوليمر بولي انيلين” النانوية ( polyaniline polymer nanoparticles) كموصل وموصل ومسرع لأكسدة الجلوكوز. أخيرًا ، تم طلاء جزيئات أكسيد النحاس النانوية على سطح التركيب.
وأشار صديقي إلى أن الشيء اللافتة للنظر هو أن الاستخدام المتزامن لمحفزات مختلفة للأكسدة الكهربائية للجلوكوز على السطح ، والتي لها رابطة كيميائية قوية مع السطح المركب ؛ من ناحية أخرى ، تم تحميل تركيبة هجينة جديدة تحتوي على مادة Ni-SnOx / PANI / CuO على سطح محكم ، والذي يتميز بحد اكتشاف منخفض للغاية وحساسية ممتازة واستقرار ممتاز واستنساخ جيد مما يجعلها خيارًا جذابًا للاستخدام العملي كمستشعر حيوي للجلوكوز غير الأنزيمي.
وفي إشارة إلى تطبيقات هذا المنتج ، قال: “يمكن استخدام المستشعرات الحيوية غير الأنزيمية في مجالات الصحة والطب”. كما سيتم استخدامها كجزء من الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء والمنسوجات الذكية في المستقبل القريب.
وقال “لقد كان ابتكار عملنا مرنًا في استخدام المواد النانوية الجديدة والمركبات الهجينة وتوليفها مع ركائز نسيجية لاستخدامها كمستشعر حيوي يمكن ارتداؤه”.
وفي إشارة إلى ميزات هذا المشروع ، قال: إن السمات الجسدية والهيكلية الرائعة مثل المرونة ، والقدرة على الارتداء ، والقوة الجيدة ، والراحة الفسيولوجية ، والإنتاج السهل والرخيص ، والصديق للبيئة ، والآمن للجسم هي من أبرز سمات هذا المشروع .
ووفقًا له ، تشتمل الميزات الوظيفية لهذا المشروع على اكتشاف منخفض جدًا للجلوكوز ، وحساسية عالية جدًا ، وانتقائية جيدة ، واستقرار جيد ، وقابلية استنساخ جيدة. من ناحية أخرى ، فإن نطاق التركيز الواسع جدًا لهذا المستشعر الحيوي غير الأنزيمي يسمح باستخدامه بالإضافة إلى الدم للكشف عن الجلوكوز في العرق واللعاب وحتى الدموع.
وفي إشارة إلى الميزات المبتكرة لهذا المشروع البحثي ، قال: استخدام مواد نانوية جديدة لتطبيق المستشعر الحيوي ، واستخدام مركبات غير إنزيمية فعالة من حيث التكلفة ، واستخدام طرق رخيصة وسهلة لزيادة الاستقرار ، واستخدام طرق ومركبات جديدة لطلاء الجسيمات النانوية بالنيكل على النسيج. يعد استخدام وتوليف العديد من المواد الفعالة ذات الخصائص التحفيزية المرغوبة لتحسين أداء جهاز الاستشعار الحيوي أحد الميزات المبتكرة لهذا التصميم.
من الجدير بالذكر أن كل من الدكتور مجيد منتظر و د. سعيدة مزيناني ، أعضاء هيئة التدريس بجامعة أميركبير التکنولوجية ، هم من أشرف على هذا المشروع.
كما و نشرت نتائج هذا التحقيق في مجلة Biosensors and Bioelectronics.