طراحی و ساخت سنسورهای الکتروشیمیایی ویژه کووید 19 - سبزوار امروز

دکتر فرنوش فریدبد، در سخنرانی علمی خود با نام حسگرها و بیوحسگرهای در زندگی مدرن امروزه اظهار کرد: در فاز اول و دوم این طرح پلتفرم مورد نیاز برای بیوحسگرها چند منظوره طراحی و ساخته شده است و در تست های اولیه پاسخ قابل قبولی حاصل شده و در انتظار تهیه برخی بیومارکرها از طریق 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 کرد و اضافه نمود: از آن جمله می توان به حسگرهای 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 کرد که هر یک می توانند در حوزه های پزشکی، داروسازی، محیط زیست، کشاورزی و ... مورد استفاده قرار گیرند.

وی در ادامه با اشاره به طراحی و ساخت حسگرهای دیگری برای اندازه گیری هم زمان اضافه نمود: در شیمی تجزیه و استفاده از علم کمومتری(استفاده از ریاضیات، آمار و علوم کامپیوتر در تحلیل نتایج) ابزارهای قدرتمندی ساخته شده است.

این عضو بنیاد علمی نخبگان گفت: به نام مثال می توان به زبان و بینی الکترونیکی اشاره کرد. همان طور که در زبان یا بینی، گیرنده های فراوانی وجود دارد که مغز سیگنال های دریافت شده از طریق این گیرنده ها را پردازش می کند بر این اساس هم ابزارهایی با آرایه ای از تعداد زیادی از حسگرها طراحی و ساخته 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 توضیح داد: یک نمونه از این ابزار برای شناسایی و تشخیص آب های مختلف از جمله آب آشامیدنی، معدنی، پساب و ... در گروه تحقیقاتی ساخته شده است.

وی گفت: 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 اندازه 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 گفت: کاربرد حسگرها برای اندازه گیری سریع با هدف تصمیم گیری سریع است و به نام جایگزینی برای دستگاه ها و تجهیزات مجهز آزمایشگاهی است.

فریدبد اضافه نمود: در این راستا دستگاهی کاملاً اتوماتیک برپایه حسگرهای هوشمند برای تشخیص افتراقی بین بیماری انسولینما و سوء مصرف داروهای گروه سولفونیل اوره در بیماران دیابتی برای اولین بار در جهان از طریق محققین موسسه الکتروشیمی و محققان پژوهشگاه علوم غدد دانشگاه علوم پزشکی تهران طراحی و ساخته شده است که قادر است ظرف 20 دقیقه حضور سولفونیل اوره را در ادرار بیمار تشخیص دهد.

اندازه گیری قند خون از طریق بزاق

وی اندازه گیری قند خون از طریق 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 نمود: هم اکنون در جهان در پی اندازه گیری قند خون از طریق روش های غیر تهاجمی از جمله اشک چشم، عرق، آب میان بافتی و بزاق به کمک گوشی های تلفن همراه(موبایل) هستند.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با بیان این که هم اکنون زندگی بشر با صنعتی شدن دستخوش تغییر و تحولات فراوانی شده است، گفت: صنعتی شدن و تغییر سبک زندگی، کاهش اندازه تحرک، افزایش پشت میزنشینی و رو آوردن به غذاهای فست فودی و بسته بندی و حتی کاهش اندازه مصرف میوه و سبزیجات تازه، همگی به شیوع بیماری های غیر واگیردار(non-Communicable Disease) منجر شده است که از آن ها به نام قاتل های خاموش یاد می شود.

دکتر فریدبد بیماری های تصلب شرائین و سکته های قلبی، بیماری های تنفسی، دیابت و سرطان ها را جزو چهار گروه اصلی این بیماری ها برشمرد و اضافه نمود: با این سبک از زندگی شهرنشینی و صنعتی نه تنها شیوع بلکه سن ابتلاء به این بیماری ها هم کاهش یافته است.

مرگ و میر سالانه 41 میلیون نفر در جهان بر اثر ابتلا به بیماری های غیر واگیر

این عضو بنیاد علمی نخبگان گفت: بر اساس اطلاعات سازمان جهانی بهداشت سالانه حدود 41 میلیون نفر در جهان براثر ابتلا به این بیماری ها دچار مرگ و میر می شوند، این در حالی است که پیش از این بیماری های واگیردار با عامل ویروس، باکتری و ... علت اصلی مرگ و میر در جهان بوده اند اما به کمک واکسیناسیون و مراقبت های بهداشتی تا حدی کنترل شدند.

فریدبد با بیان این که براساس اطلاعات موجود، در ایران با جمعیت 80 میلیونی 82 درصد مرگ و میرها ناشی از NCD است، در ادامه توضیح داد: براساس برنامه عملیاتی ترسیم شده در سازمان بهداشت جهانی باید ابتلا به این بیماری ها و مرگ ناشی از آن ها تا سال 2025 ، 25 درصد کاهش یابد.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با بیان این که علاوه بر تغییر سبک زندگی، ژنتیک هم در شیوع این بیماری دخیل است، گفت: البته در جهان به این نتیجه رسیده اند برای کاهش ابتلا و مرگ ناشی از آن باید خدمات پزشکی و مراقبت های بهداشتی افزایش یابد که در این راستا مواردی چون تشخیص زودهنگام و غربالگری و خود مراقبتی بسیار حایزاهمیت می شوند.

جایگزین هایی برای روش های تشخیصی فیزیکی بیماری

فریدبد اضافه نمود: با تشخیص و درمان به موقع این دسته از بیماری ها و مدیریت صحیح آن ها تا حد زیادی می توان جلوی پیشرفت بیماری و عوارض ناشی از آن را گرفت.

وی در ادامه گفت: برای تشخیص این بیماری ها و غربالگری می توان از دو رویکرد استفاده کرد یا از دستگاه های فیزیکال(معاینات فیزیکی) استفاده شود یا ابزارها و تست های کمیکال بکارگرفته شوند.

این عضو بنیاد علمی نخبگان توضیح داد: رویکرد اول بعلت 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 از طریق شخص غیرمتخصص را دارند.

فریدبد گفت: جدا از مباحث پزشکی بحث آلودگی ها اعم از آلودگی آب، هوا و مواد غذایی، ورود سموم به محیط زیست و حتی در صنایع غذایی، دارویی، دفاعی، هوا فضا هم که نیازمند اندازه گیری مواد شیمیایی و سموم در آب، هوا، غذا و ... می توانیم از این ابزارها استفاده کنیم.

وی ادامه داد: هم چنین در اکتشافات زمین شناسی، محیط زیستی، شناسایی مواردی چون دوپینگ در مسابقات ورزشی، شناسایی خون در صحنه جرم و ... همگی از جمله مواردی است که تشخیص با حسگرها و بیوحسگرها امکان پذیر است.

این دانشمند پراستناد با بیان این که شیمی تجزیه در پی آن است که بداند چه ماده ای به چه اندازه در یک نمونه وجود دارد، گفت: 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 سنسورهای فراوانی از قبیل سنسورهای فیزیکی نظیر چشمی کار گذاشته شده در ساختمان ها و خودروها، رطوبت سنج ها و دماسنج ها و ... اضافه نمود: این سنسورها تغییری را از محیط دریافت و به صورت سیگنال منتقل می کنند. به نام مثال در سنسور 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 سنسورهای فیزیکی را مانیتور حرکات دیافراگم و شُش به کمک امواج اولتراسوند دانست و گفت: در دسته دیگر این حسگرها که حسگرهای 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 می دهد که این سیگنال از طریق مبدل به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می شود.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران گفت: این حسگرها همچنین می توانند همراه با عملگرها Actuator استفاده شوند بدین ترتیب که آن ها 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 بیان این که نانوفناوری و نانومواد در عرصه طراحی و ساخت حسگرها، انقلابی ایجاد کردند، گفت: نانومتریال های مختلف می توانند برای تثبیت گیرنده ها، کاتالیست کردن فرآیندهای برهمکنش و تقویت سیگنال نسبت به نویز بطور وسیعی مورد استفاده قرار گیرند.

وی در ادامه توضیح داد: گاهی پس از تبدیل سیگنال از طریق 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 حسگرهای 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 آن ها استفاده می کردند. چون بر اثر کار در معدن گازهای مختلفی از جمله متان و مونوکسیدکربن و ... آزاد می شد پرندگان محبوس شده در قفس را در معدن قرار می دادند که به علت ظرفیت ریوی محدود زودتر در برابر 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 حسگرهای آنزیماتیک، حسگرهای الکتریکی، الکتروشیمیایی، گرمایی و جرمی را از انواع مبدل های مورد استفاده در حسگرها دانست.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران توضیح داد: 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 اقتصادی زیست حسگرها بوده و پیش بینی شده است تا سال 2024 سالانه 8 درصد به این اندازه اضافه نموده شود.

فریدبد با بیان این که تجارت جهانی بر پایه های تک و دانش انجام می شود، گفت: اغلب تجارت جهانی در حوزه پزشکی مربوط به زیست حسگرهاست و سپس صنایع غذایی و محیط زیست و کشاورزی در رتبه بندی های بعدی قرار دارند.

وی گفت: 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 باره رقابت شدیدی میان کمپانی ها در جریان است.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران اضافه نمود: همین موضوع سبب شده تا روزانه 1000 تا 2000 حسگر مختلف در جهان معرفی شود اما از این تعداد شاید تنها یک تا دو عدد از آن ها شانس ورود به بازار را پیدا کنند.

این عضو بنیاد علمی نخبگان طراحی اولیه را در تهیه حسگرها بسیار مهم دانست و گفت: کمپانی های جهان در صنایع مختلفی برای آنالیت های متعدد حسگرهای مختلفی را عرضه می کنند.

فریدبد توضیح داد: به نام 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 حسگرهای آلودگی هوا برای اندازه گیری SO2، ازن و ... اضافه نمود: در مشاغلی چون پلیس می توان از سنسورهای تست الکل و یا مواد مخدر و یا در گمرک ها برای تست کیفیت مواد مورد خرید و فروش از حسگرها استفاده کرد.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران با بیان این که حسگرها به طراحی یا دیزاین نیاز دارند، اضافه نمود: لازمه یک طراحی خوب آشنایی هرچه بیشتر با خواص شیمیایی مواد و نانومواد مورد استفاده است. این که چه موادی را در کجا قرار دهند و چه طور تثبیت کنند. مواد باید با هوشمندی و دقت خاص استفاده شوند و بعد از آن بحث نامبل کردن این مواد در کنار هم است.

فریدبد گفت: برای طراحی یک حسگر در ابتدا باید یک گونه آنالیت انتخاب و بر آن اساس حسگر 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 پلنامای خون یا بزاق باشد یا اصلاً گلوکز چسبیده به هموگلوبین (HbA1C) هدف اندازه گیری باشد.

نصب گلوکومتر بر روی گوشی های هوشمند از پروژه بزرگترین کمپانی های جهان

این عضو بنیاد علمی نخبگان اضافه نمود: هم اکنون یکی از بزرگترین کمپانی های جهان در حال کار کردن بر روی نمونه ای از گلوکومترها است که بر روی گوشی هوشمند قرار می گیرد و از طریق غیر تهاجمی گلوکز را از بزاق یا آب میان بافتی اندازه گیری می کند.

فریدبد توضیح داد: آنالیت در حوزه زیستی به بایومارکر معروف است. در انتخاب بایومارکرها باید به صرفه اقتصادی و در دسترس بودن آن بسیار توجه کرد. به نام مثال تهیه بایومارکر از مایع مغزی نخاعی شاید چندان منطقی بنظر نرسد.

تشخیص سرطان مثانه در مراحل اولیه به کمک حسگرهای موجود در بازار

وی یادآور شد: 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 هم اکنون تست سریع تشخیصی آن طراحی و ساخته شده و در بازار موجود است.

این دانشیار دانشکده شیمی دانشگاه تهران اضافه نمود: در جهانی امروز هر روز مارکرهای تازه و مبدل های تازه و متعاقب آن حسگرها و زیست حسگرهای تازه در حال معرفی و ورود به بازارهستند که پیش بینی می شود با این سرعت رشد، آینده آنالیز را بطور جدی دستخوش تغییرات عظیمی خواهند کرد.

ورود حسگرهای پوشیدنی از تتو تا لنزهای چشمی

فریدبد ادامه داد: از حسگرهایی که بصورت تتو بر روی پوست قرار می گیرند تا حسگرهایی که به نام برچسب و بارکد در صنایع بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند تا لنزهای چشمی یا عینک ها که همه به نام حسگرهای پوشیدنی از آن ها یاد می شود همه و همه کیفیت زندگی بشر امروزه را تحت تأثیر قرار داده اند.

وی توضیح داد: 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 این که رقابت در این حوزه در جهان بسیار زیاد است، یادآور شد: 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 گفت: حوزه تخصصی حسگرها و زیست حسگرها را یک زمینه فعالیت میان رشته ای دانست که بسکمک 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.،ایسنا