تولید ابزار آنالیز تنفسی با استفاده از نانوذرات

گروهی از محققان آمریکایی بر یکی از موانع اصلی توسعه فناوری آنالیز تنفسی غلبه کرده‌اند. از این فناوری می‌توان برای تشخیص ترکیبات شیمیایی خاص (که نشانگر زیستی نامیده می‌شوند) در بازدم بیمار و در نهایت، تشخیص فوری بیماری استفاده کرد.

گروهی از محققان آمریکایی بر یکی از موانع
اصلی توسعه فناوری آنالیز تنفسی غلبه کرده‌اند. از این فناوری می‌توان برای
تشخیص ترکیبات شیمیایی خاص (که نشانگر زیستی نامیده می‌شوند) در بازدم
بیمار و در نهایت، تشخیص فوری بیماری استفاده کرد.

کارلوس مارتینز، استادیار مهندسی مواد در دانشگاه پوردو که با محققان موسسه
ملی استاندارد و فناوری نیز کار می‌کند، می‌گوید ما نشان داده‌ایم که
کارایی این راهکار در تشخیص نشانگرهای زیستی در محدوده غلظتی ppb تا ppm
حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از روش‌های آنالیز تنفسی دیگر است.

این فناوری با بهره‌گیری از تغییر رسانایی «میکروصفحات داغ» حین عبور گازها
از روی آنها کار می‌کند. این میکروصفخات ابزارهای حرارتی کوچک روی تراشه‌های
حسگر الکترونیکی هستند. تشخیص نشانگرهای زیستی وضعیت سلامتی بیمار را نشان
داده و می‌تواند حاکی از وجود احتمالی بیماری‌های مثل سرطان باشد.

مارتینز می‌گوید: «ما داریم درباره تولید یک ابزار ارزان و سریع برای جمع‌آوری
اطلاعاتی در مورد وضعیت سلامتی یک بیمار صحبت می‌کنیم».
 

پژوهشگران توانستند با استفاده از این
فناوری گاز استون را که نشانگر بیماری دیابت است، با غلظت‌های در محدوده
ppb در یک جریان گازی شبیه بازدم انسان تشخیص دهند.

آنها از یک بستر ساخته شده از ذرات میکرونی پلیمری استفاده کرده و روی آن
را با ذرات بسیار کوچک‌تر اکسید فلزی پوشاندند. به‌کارگیری میکروذرات
پوشیده شده با نانوذرات، تخلخل فیلم‌های حسگر را افزایش داده و بدین ترتیب
«مساحت سطح فعال حسگری» و در نتیجه حساسیت حسگر افزایش می‌یابد.

یک قطره از میکروذرات پوشیده شده با نانوذرات روی هر میکروصفحه داغ رسوب
داده شد؛ مساحت هر یک از این میکروصفحات داغ حدود ۱۰۰ میکرومتر مربع بوده و
حاوی الکترودهایی می‌باشند. پس از خشک شدن این قطرات، الکترودها گرم می‌شوند؛
بدین ترتیب ذرات پلیمری سوخته و تنها فیلم‌های اکسید فلزی متخلخل باقی می‌مانند
که حسگر را تشکیل می‌دهند.

گازی که از روی این حسگر عبور می‌کند، درون حفرات فیلم نفوذ کرده و بسته به
نشانگرهای زیستی که دارد، ویژگی‌های الکتریکی آن را تغییر می‌دهد.

مارتینز می‌گوید تا زمان تولید تجاری این حسگرها بیش از ۱۰ سال مانده است
که تا حدی به دلیل نبودن استانداردهای دقیق برای تولید ابزارهای مبتنی بر
این راهکار است.

او می‌افزاید: «با این حال اینکه ما توانستیم به صورت بلادرنگ این شناسایی
را انجام دهیم، یک گام بزرگ رو به جلو محسوب می‌شود».

جزئیات این تحقیق در مجله IEEE Sensors Journal منتشر شده است.