در دانشگاه تهران دنبال می شود

طراحی و ساخت حسگرهای الكتروشیمیایی ویژه كووید 19

طراحی و ساخت حسگرهای الكتروشیمیایی ویژه كووید 19

دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران از طراحی و ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی ویژه کووید 19 بعنوان یکی از دستاوردهای پژوهشی این دانشگاه آگاهی داد و اظهار داشت: اکنون در قالب طرحی که در کارگروه «تشخیص و زیست سنسورهای دانشگاه تهران» پردیس علوم مصوب شده، به طراحی و ساخت سنسورهای الکتروشیمیایی مناسب برای تشخیص کووید 19 و بیومارکرهای آن مشغول هستند.


به گزارش بی دانلود به نقل از ایسنا، دکتر فرنوش فریدبد، در سخنرانی علمی خود با عنوان «حسگرها و بیوحسگرهای در زندگی مدرن امروزه» اظهار نمود: در فاز اول و دوم این طرح پلت فرم مورد نیاز برای بیوحسگرها چند منظوره طراحی و تولید شده است و در تست های اولیه پاسخ قابل قبولی حاصل شده و در انتظار تهیه برخی بیومارکرها توسط تیم های تحقیقاتی همکار هستند تا موازی با هم در کارگروه فعال باشند.
وی هم چنین به برخی حسگرها و بیوحسگرهای تهیه شده با همکاری دانشجویان پردیس علوم اشاره نمود و اضافه کرد: از آن جمله می توان به سنسورهای مختلفی برای اندازه گیری تعداد زیادی از داروها، سموم، آلوده کننده ها و فلزات سنگین، باکتری ها، توالی های ژنی، بیومارکرهای سرطانی، گلوکز، فروکتوز، دوپامین، سایتوکروم، هورمون ها و... اشاره نمود که هر یک می توانند در زمینه های پزشکی، داروسازی، محیط زیست، کشاورزی و... مورد استفاده قرار گیرند.
وی در ادامه با اشاره به طراحی و ساخت سنسورهای دیگری برای اندازه گیری هم زمان اضافه کرد: در شیمی تجزیه و استفاده از علم کمومتری(استفاده از ریاضیات، آمار و علوم کامپیوتر در تحلیل نتایج) ابزارهای قدرتمندی تولید شده است.
این عضو بنیاد علمی نخبگان اشاره کرد: بعنوان مثال می توان به زبان و بینی الکترونیکی اشاره نمود. همانطور که در زبان یا بینی، گیرنده های فراوانی وجود دارد که مغز سیگنال های دریافت شده توسط این گیرنده ها را پردازش می کند بر این اساس هم ابزارهایی با آرایه ای از تعداد زیادی از حسگرها طراحی و تولید شده است که در صنایع داروسازی و نوشیدنی ها برای تشخیص طعم ها استفاده می شوند.

کاربرد زبان الکترونیکی در شناسایی و تشخیص آب های مختلف
فریدبد در ادامه اشاره کرد: یک نمونه از این ابزار برای شناسایی و تشخیص آب های مختلف همچون آب شرب، معدنی، پساب و... در گروه تحقیقاتی تولید شده است.
وی اظهار داشت: یکی دیگر از کارهای اخیر ساخت کیت هایی برای تشخیص زعفران تقلبی از اصل است و در پروژه دیگر با همکاری دانشگاه علوم پزشکی تهران میزان سروتونین در ماهی های زبرا فیش اندازه گیری شد.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با اشاره به سایر فناوری ها و دستاوردهای پژوهشی موسسه الکتروشیمی پردیس علوم دانشگاه تهران با همکاری دانشگاه علوم پزشکی تهران اظهار داشت: کاربرد حسگرها برای اندازه گیری سریع با هدف تصمیم گیری سریع است و بعنوان جایگزینی برای دستگاهها و تجهیزات مجهز آزمایشگاهی است.
فریدبد اضافه کرد: در این راستا دستگاهی کاملاً اتوماتیک برپایه سنسورهای هوشمند برای تشخیص افتراقی بین بیماری انسولینما و سوء مصرف داروهای گروه سولفونیل اوره در بیماران دیابتی برای نخستین بار در دنیا توسط محققین موسسه الکتروشیمی و پژوهشگران پژوهشگاه علوم غدد دانشگاه علوم پزشکی تهران طراحی و تولید شده است که قادر می باشد ظرف 20 دقیقه حضور سولفونیل اوره را در ادرار بیمار تشخیص دهد.

اندازه گیری قند خون بوسیله بزاق
وی اندازه گیری قند خون بوسیله بزاق و تشخیص دیابت بدین شیوه را از دیگر موفقیت های پژوهشگران پردیس علوم دانشگاه تهران و پژوهشگاه علوم غدد دانشگاه تهران برشمرد و اضافه کرد: اکنون در دنیا به دنبال اندازه گیری قند خون بوسیله روش های غیر تهاجمی همچون اشک چشم، عرق، آب میان بافتی و بزاق به کمک گوشیهای تلفن همراه(موبایل) هستند.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با اشاره به اینکه اکنون زندگی بشر با صنعتی شدن دستخوش تغییر و تحولات فراوانی شده است، اشاره کرد: صنعتی شدن و تغییر سبک زندگی، کاهش میزان تحرک، افزایش پشت میزنشینی و رو آوردن به غذاهای فست فودی و بسته بندی و حتی کاهش میزان مصرف میوه و سبزیجات تازه، همگی به شیوع بیماریهای غیر واگیردار(non-Communicable Disease) منجر گردیده است که از آنها بعنوان قاتل های خاموش یاد می شود.
دکتر فریدبد بیماریهای تصلب شرائین و سکته های قلبی، بیماریهای تنفسی، دیابت و سرطان ها را جزو چهار گروه اصلی این بیماریها برشمرد و اضافه کرد: با این سبک از زندگی شهرنشینی و صنعتی نه فقط شیوع بلکه سن ابتلاء به این بیماریها هم کاهش یافته است.

مرگ و میر سالانه 41 میلیون نفر در دنیا بر اثر مبتلاشدن به بیماریهای غیر واگیر
این عضو بنیاد علمی نخبگان اظهار داشت: برمبنای اطلاعات سازمان جهانی بهداشت سالانه حدود 41 میلیون نفر در دنیا براثر مبتلاشدن به این بیماریها گرفتار مرگ و میر می شوند، این در حالیست که قبل از این بیماریهای واگیردار با عامل ویروس، باکتری و... علت اصلی مرگ و میر در دنیا بوده اند اما به کمک واکسیناسیون و مراقبت های بهداشتی تا حدی کنترل شدند.
فریدبد با اشاره به اینکه بر طبق اطلاعات موجود، در ایران با جمعیت 80 میلیونی 82 درصد مرگ و میرها ناشی از NCD است، در ادامه اشاره کرد: بر طبق برنامه عملیاتی ترسیم شده در سازمان بهداشت جهانی باید مبتلاشدن به این بیماریها و مرگ ناشی از آنها تا سال 2025، 25 درصد کم شود.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با اشاره به اینکه علاوه بر تغییر سبک زندگی، ژنتیک هم در شیوع این بیماری دخیل است، اظهار داشت: البته در دنیا به این نتیجه رسیده اند برای کاهش مبتلاشدن و مرگ ناشی از آن باید خدمات پزشکی و مراقبت های بهداشتی افزایش یابد که در این راستا مواردی چون تشخیص سریع و غربالگری و خود مراقبتی بسیار حایزاهمیت می شوند.

جایگزین هایی برای روش های تشخیصی فیزیکی بیماری
فریدبد اضافه کرد: با تشخیص و درمان بموقع این دسته از بیماریها و مدیریت صحیح آنها تا حد زیادی می توان جلوی پیشرفت بیماری و عوارض ناشی از آنرا گرفت.
وی در ادامه اشاره کرد: برای تشخیص این بیماریها و غربالگری می توان از دو رویکرد بهره برد یا از دستگاه های فیزیکال(معاینات فیزیکی) استفاده گردد یا ابزارها و تست های کمیکال بکارگرفته شوند.
این عضو بنیاد علمی نخبگان اشاره کرد: رویکرد اول بدلیل هزینه بالا، زمان بر بودن و بعضاً فرآیندهای دردناک عملاً برای غربالگری راه چندان عملی و به صرفه ای نیستند. اما در عوض استفاده از تست های سریع(رپید تست) و گجت ها و ابزارهای پزشکی می تواند جایگزین مناسبی برای آن روش ها باشند. این قبیل تست ها قابلیت استفاده در منازل و توسط شخص غیرمتخصص را دارند.
فریدبد اشاره کرد: جدا از مباحث پزشکی بحث آلودگی ها شامل آلودگی آب، هوا و مواد غذایی، ورود سموم به محیط زیست و حتی در صنایع غذایی، دارویی، دفاعی، هوا فضا نیز که نیازمند اندازه گیری مواد شیمیایی و سموم در آب، هوا، غذا و... می توانیم از این ابزارها استفاده نمائیم.
وی افزود: هم چنین در اکتشافات زمین شناسی، محیط زیستی، شناسایی مواردی چون دوپینگ در مسابقات ورزشی، شناسایی خون در صحنه جرم و... همگی همچون مواردی است که تشخیص با حسگرها و بیوحسگرها امکان پذیر است.
این دانشمند پراستناد با اشاره به اینکه شیمی تجزیه به دنبال آنست که بداند چه ماده ای به چه میزان در یک نمونه وجود دارد، اظهار داشت: بر این اساس دستگاه های مختلف پیشرفته ای طراحی شده است اما بشر برای غربالگری های سریع به فکر تهیه ابزارهایی افتاد تا نیازها را به سرعت پاسخ دهد که حسگرها با زیرمجموعه نانوحسگرها، بیوحسگرها از آن جمله هستند.
فریدبد با اشاره به وجود حسگرهای فراوانی از قبیل حسگرهای فیزیکی نظیر چشمی کار گذاشته شده در ساختمان ها و خودرو ها، رطوبت سنج ها و دماسنج ها و... اضافه کرد: این سنسورها تغییری را از محیط دریافت و بصورت سیگنال منتقل می کنند. بعنوان مثال در حسگر در اتومات؛ با جرم ها و ابعاد مختلف در باز می شود، در این مورد پدیده فیزیکی به سیگنال تبدیل و منتقل می شود.
وی از دیگر موارد حسگرهای فیزیکی را مانیتور حرکات دیافراگم و شُش به کمک امواج اولتراسوند دانست و اظهار داشت: در دسته دیگر این حسگرها که سنسورهای شیمیایی تقسیم بندی می شوند، یک ماده حس کننده یا گیرنده بر روی یک مبدل فیزیکی قرار می گیرد و نسبت به برهم کنش با یک آنالیت پاسخ نشان میدهد که این سیگنال توسط مبدل به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می شود.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران اشاره کرد: این حسگرها همین طور می توانند همراه با عملگرها Actuator استفاده شوند بدین ترتیب که آنها کار حس کردن را انجام بدهند سیگنال پردازش شود و سپس سیگنال به عملگر منتقل و یک خروجی فیزیکی داشته باشد. پمپ های انسولین نمونه ای از این سیستم ها هستند.
فریدبد با اشاره به اینکه نانوفناوری و نانومواد در عرصه طراحی و ساخت حسگرها، انقلابی ایجاد کردند، اظهار داشت: نانومتریال های مختلف می توانند برای تثبیت گیرنده ها، کاتالیست کردن فرآیندهای برهمکنش و تقویت سیگنال نسبت به نویز به طور وسیعی مورد استفاده قرار گیرند.
وی در ادامه اشاره کرد: گاهی بعد از تبدیل سیگنال توسط مبدل نیاز است سیگنال در یک پردازشگر یا پروسسورها تقویت یا پردازش شود. در این بخش نویزها حذف و داده روشن و قابل فهم برای کاربر می شود.

پرندگان محبوس در قفس از قدیمی ترین زیست سنسورهای به کار گرفته شده در معادن
این عضو بنیاد علمی نخبگان توضیح داد: از قدیمی ترین زیست حسگرهایی که بشر استفاده می کرد می توان از پرندگان محبوس در قفس نام برد که کارگران معدن از آنها استفاده می کردند. چون بر اثر کار در معدن گازهای مختلفی همچون متان و مونوکسیدکربن و... آزاد می شد پرندگان محبوس شده در قفس را در معدن قرار می دادند که به سبب ظرفیت ریوی محدود زودتر در مقابل این گازها واکنش نشان می دادند و بدین ترتیب کارگران متوجه وجود این گازهای سمی شده و محل را ترک می کردند.
وی در ادامه سنسورهای آنزیماتیک، سنسورهای الکتریکی، الکتروشیمیایی، گرمایی و جرمی را از انواع مبدل های مورد استفاده در حسگرها دانست.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران اشاره کرد: آنچه در حسگرها و زیست حسگرها حایز اهمیت است بازار(مارکت) آن هاست. در سال 2015 میلادی در ایالات متحده آمریکا 14.8 میلیارد دلار گردش مالی زیست حسگرها بوده و پیش بینی شده است تا سال 2024 سالانه 8 درصد به این میزان افزوده شود.
فریدبد با اشاره به اینکه تجارت جهانی بر پایه «های تک» و دانش انجام می شود، اظهار داشت: اغلب تجارت جهانی در زمینه پزشکی مربوط به زیست حسگرهاست و سپس صنایع غذایی و محیط زیست و کشاورزی در رتبه بندی های بعدی قرار دارند.
وی اشاره کرد: از همین رو تعداد حسگرهایی که روز به روز از بنچ آزمایشگاه وارد قفسه مارکت(بازار) می شوند هر روز رو به افزایش است و در این زمینه رقابت شدیدی میان کمپانی ها در جریان است.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران اضافه کرد: همین موضوع سبب شده تا روزانه 1000 تا 2000 سنسور مختلف در جهان معرفی شود اما از این تعداد شاید تنها یک تا دو عدد از آنها شانس ورود به بازار را پیدا کنند.
این عضو بنیاد علمی نخبگان طراحی اولیه را در تهیه حسگرها بسیار مهم دانست و اظهار داشت: کمپانی های دنیا در صنایع مختلفی برای آنالیت های گوناگون سنسورهای مختلفی را عرضه می کنند.
فریدبد اشاره کرد: بعنوان مثال در مورد حسگرهایی که سنجش کیفیت آب از نظر وجود مواد سمی یا فلزات سنگین جیوه، نقره، مس و... را انجام می دهند، در گذشته باید از آب دریاچه و یا رودخانه نمونه برداری هایی انجام می شد که با آمدن حسگرها و امکان تست در محل این کار آسان تر شده است.

کاربرد سنسورها در اندازه گیری آلودگی هوا، تست الکل برای رانندگان و...
وی با اشاره به سنسورهای آلودگی هوا برای اندازه گیری SO2، ازن و... اضافه کرد: در مشاغلی چون پلیس می توان از حسگرهای تست الکل و یا مواد مخدر و یا در گمرک ها برای تست کیفیت مواد مورد خرید و فروش از حسگرها بهره برد.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با اشاره به اینکه حسگرها به طراحی یا دیزاین نیاز دارند، اضافه کرد: لازمه یک طراحی خوب آشنایی هرچه بیشتر با خواص شیمیایی مواد و نانومواد مورد استفاده است. اینکه چه موادی را در کجا قرار دهند و چه طور تثبیت کنند. مواد باید با هوشمندی و دقت خاص استفاده شوند و پس از آن بحث اسمبل کردن این مواد در کنار هم است.
فریدبد اظهار داشت: برای طراحی یک سنسور در ابتدا باید یک گونه آنالیت انتخاب و بر آن اساس سنسور طراحی شود. این آنالیت ها می تواند در نمونه های مختلفی چون خون، ادرار، بزاق، اشک چشم، ناخن، مو و یا حتی آب، خاک و مواد غذایی باشد.
وی توضیح داد: شاید هدف، اندازه گیری گلوکز در پلاسمای خون یا بزاق باشد یا اصلاً گلوکز چسبیده به هموگلوبین (HbA1C) هدف اندازه گیری باشد.

نصب گلوکومتر بر روی گوشیهای هوشمند از پروژه بزرگترین کمپانی های دنیا
این عضو بنیاد علمی نخبگان اضافه کرد: اکنون یکی از بزرگترین کمپانی های دنیا درحال کار کردن بر روی نمونه ای از گلوکومترها است که بر روی گوشی هوشمند قرار می گیرد و بوسیله غیر تهاجمی گلوکز را از بزاق یا آب میان بافتی اندازه گیری می کند.
فریدبد اشاره کرد: آنالیت در زمینه زیستی به بایومارکر مشهور است. در انتخاب بایومارکرها باید به صرفه اقتصادی و در دسترس بودن آن بسیار توجه کرد. بعنوان مثال تهیه بایومارکر از مایع مغزی نخاعی شاید چندان منطقی بنظر نرسد.

تشخیص سرطان مثانه در مراحل اولیه به کمک سنسورهای موجود در بازار
وی تصریح کرد: برای مثال نتایج مطالعات نشان داده است که در مراحل اولیه سرطان مثانه، ماده پروتئینی در ادرار ترشح می شود، این ماده می تواند مارکر خوبی برای غربالگری و تشخیص بدون درد و سریع این سرطان باشد که اکنون تست سریع تشخیصی آن طراحی و تولید شده و در بازار موجود است.
این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران اضافه کرد: در دنیای امروز هر روز مارکرهای جدید و مبدل های جدید و متعاقب آن حسگرها و زیست سنسورهای جدید درحال معرفی و ورود به بازارهستند که پیش بینی می شود با این سرعت رشد، آینده آنالیز را به طور جدی دستخوش تغییرات عظیمی خواهند کرد.

ورود سنسورهای پوشیدنی از تتو تا لنزهای چشمی
فریدبد افزود: از حسگرهایی که به طور تتو بر روی پوست قرار می گیرند تا حسگرهایی که بعنوان برچسب و بارکد در صنایع بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند تا لنزهای چشمی یا عینک ها که همه بعنوان سنسورهای پوشیدنی از آنها یاد می شود همه و همه کیفیت زندگی بشر امروزه را تحت تأثیر قرار داده اند.
وی اشاره کرد: حسگرها، بسیار قدرتمندتر از قبل شده اند اما هنوز در مقابل آنچه که پروردگار علم در دل طبیعت قرارداده عاجز هستند. یک پشه کوچک حسگرهایی بسیار قوی دارد که می تواند از فاصله 36 متری مواد شیمیایی فرار موجود در عرق انسان را تشخیص دهد.
این عضو بنیاد علمی نخبگان با اشاره به اینکه رقابت در این عرصه در دنیا بسیار زیاد است، تصریح کرد: کشور ما از نظر دانش فنی ساخت و تولید این ابزارها بسیار غنی است و تنها حمایت، سرمایه گذاری و مدیریت مناسب لازم است تا این ابزارها بتوانند به بازار جهانی راه پیدا کنند.
فریدبد اشاره کرد: حوزه تخصصی حسگرها و زیست حسگرها را یک زمینه فعالیت میان رشته ای دانست که خیلی از افراد با تخصص های متنوع می توانند ورود پیدا کنند و از همکاری مشترک با هم می توانند محصولات ارزشمندی را به بازار معرفی کنند.



1400/04/07
23:19:44
0.0 / 5
217
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۴ بعلاوه ۳