به گزارش خبرنگار اجتماعی خبرگزاری تسنیم، پژوهشگران دانشگاه رایس یک سامانه دو‌باکتری جدید طراحی کرده‌اند که می‌تواند سیگنال‌های شیمیایی را مستقیماً به خروجی الکتریکی تبدیل کند؛ رویکردی که راه را برای نسل تازه‌ای از سنسورهای زیست‌الکترونیک ارزان، سریع و قابل حمل باز می‌کند.

این سامانه که e-COSENS نام دارد، به‌جای روش‌های مبتنی بر نور، از خروجی الکتریکی بهره می‌برد و به‌سادگی با ابزارهای رایج مانند مولتی‌مترها و دستگاه‌های قابل‌حمل سازگار می‌شود. این تحقیق با همکاری دانشگاه تافتس و کالج پزشکی بیلور انجام شده است.

پایه این فناوری بر استفاده از میکروب‌های زنده‌ای است که به‌گونه‌ای مهندسی شده‌اند تا به‌عنوان مبدل زیست‌الکترونیک عمل کنند. هرچند سنجش زیست‌الکتریکی سال‌هاست مطرح است، اما بیشتر سامانه‌های قبلی یا بسیار پیچیده بودند یا تنها در محیط‌های آزمایشگاهی قابل استفاده بودند؛ بسیاری نیز بر خروجی‌های ضعیف یا نورافشانی باکتری‌ها تکیه داشتند.

پژوهشگران رایس با تقسیم کار میان دو باکتری این چالش را رفع کرده‌اند. در این سامانه، یک باکتری ماده شیمیایی هدف را شناسایی کرده و مولکول پیام‌رسان تولید می‌کند؛ سپس باکتری دوم این پیام را به جریان برق تبدیل می‌کند. این جداسازی وظایف، انعطاف‌پذیری و دقت سامانه را افزایش می‌دهد.

در قلب این فرآیند، مولکولی به نام کوئینون قرار دارد؛ ترکیبی که برخی باکتری‌ها به‌طور طبیعی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند. کوئینون نقش پل ارتباطی بین دو گونه میکروبی را بازی می‌کند و در حضور ماده موردنظر باعث ایجاد سیگنال الکتریکی کنترل‌شده می‌شود.

این سامانه دارای مدارهای میکروبی ماژولار است. در این طراحی، باکتری E. coli می‌تواند برای شناسایی انواع مواد از جمله فلزات سنگین و نشانه‌های التهابی برنامه‌ریزی شود. پس از شناسایی هدف، E. coli کوئینون تولید می‌کند و باکتری دوم نیز جریان الکتریکی قابل اندازه‌گیری ایجاد می‌کند.

برای ارزیابی کارکرد e-COSENS، چهار مدل سنجش مختلف طراحی شد:

• تشخیص فلزات سنگین در آب

• شناسایی نشانگرهای التهاب در بزاق مصنوعی

• تشخیص پپتیدهای ضد‌میکروبی در نمونه‌های مدفوعی

• سنجش آنتی‌بیوتیک‌ها در شیر

تمام این آزمایش‌ها موفقیت‌آمیز بودند، اما تجهیزات حجیم آزمایشگاهی برای استفاده بیرون از آزمایشگاه مناسب نبود. به همین دلیل، گروه تافتس یک دیسک الکترونیکی کوچک در حد یک سکه طراحی کرد که با مولتی‌مترهای معمولی کار می‌کند و امکان استفاده میدانی را فراهم می‌سازد.

طبق اعلام پژوهشگران، این سامانه می‌تواند بسته به نوع ماده هدف، در کمتر از 20 دقیقه سیگنال الکتریکی قابل‌خوانش تولید کند. همچنین، استفاده از گونه‌های باکتریایی متنوع‌تر که توانایی تولید یا واکنش به کوئینون دارند، می‌تواند دامنه کاربرد این فناوری را در آینده افزایش دهد.

پژوهشگران می‌گویند ساده‌سازی سخت‌افزار و طراحی ماژولار، استفاده از سنسورهای زیست‌الکترونیک را خارج از محیط‌های تخصصی بسیار آسان‌تر می‌کند. از کاربردهای بالقوه این فناوری می‌توان به پایش محیط زیست، آزمایش‌های ایمنی غذایی و تشخیص‌های سلامت‌محور در مناطق کم‌برخوردار اشاره کرد.

انتهای پیام/