شناسایی باکتری‌های دندان با استفاده از حسگر گرافنی

گروهی از محققان آمریکایی یک حسگر شیمیایی برای دندان ساخته‌اند که می‌تواند پیام‌های خود را به شکل بی‌سیم منتقل کند. این حسگر باکتری‌ها را تشخیص داده و قابلیت کار در محل‌های عجیبی همچون سطح دندان را داراست.

گروهی از محققان دانشگاه پرینستون به رهبری مایکل مک‌آلپاین یک حسگر شیمیایی
برای دندان ساخته‌اند که می‌تواند پیام‌های خود را منتقل کند. این حسگر
باکتری‌ها را تشخیص داده و قابلیت کار در محل‌های عجیبی همچون سطح دندان را
داراست. این ابزار مبتنی بر گرافن باکتری‌ها را در سطح یک سلول شناسایی کرده و
نتایج این شناسایی را با استفاده از فناوری بی‌سیم گزارش می‌کند.

در این حسگر هم‌افزایی جدیدی میان چند ماده هوشمند وجود دارد. در این سامانه از
گرافن، پپتیدهای طراح و یک برچسب تشخیص فرکانس رادیویی استفاده شده است. این
فناوری که همانند فناوری مورد استفاده در کلیدهای کارتی است، امکان ایجاد
ارتباط بی‌سیم با یک آشکارساز را فراهم می‌آورد. این برای اولین بار است که
چنین ابزاری در ارتباط مستقیم با بافت زنده قرار می‌گیرد.

برای شروع ساخت این ابزار، شیمی‌دان‌ها یک شبکه گرافنی را روی یک لایه شفاف
ابریشمی چاپ کردند. پس از قرار دادن «تاتوی» ابریشم-گرافن روی دندان، محل مورد
نظر با آب شسته شد تا بستر ابریشمی حل شده و یک مدار گرافنی روی دندان باقی
بماند. به‌دلیل ویژگی‌های خارق‌العاده گرافن، این مدار با استفاده از نیروهای
وان‌دروالسی به شکلی محکم به دندان می‌چسبد.

مرحله بعدی اتصال پپتیدهای دوکاره به پایه گرافنی بود. یک سر این پپتیدها غنی
از گروه‌های آروماتیک بوده و در نتیجه با استفاده از برهمکنش‌های pi-pi به
گرافن متصل می‌شود. سر دیگر این مولکول‌های پپتیدی از پروتئین ضدمیکروب طبیعی
(AMP) ساخته شده است که تمایل بسیار قوی به اتصال به سه رشته باکتریایی مهم را
داراست.

زمانی که AMPها به باکتری‌ها متصل می‌شوند، بخش باردار در غشای سلولی باکتری‌ها
یک میدان الکتریکی کوچک روی گرافن اعمال می‌کند که موجب تغییر رسانایی آن
می‌شود. با بررسی این حسگر با استفاده از یک آنتن خارجی، رسانایی گرافن تشخیص
داده شده و از آنجا غلظت باکتری‌ها مشخص می‌شود.

مک‌آلپاین می‌گوید یکی از ویژگی‌های مثبت AMPها این است که «در مقایسه با
پادتن‌ها محکم‌تر بوده و انواع مختلفی از آنها را می‌توان در طبیعت پیدا کرد.
ما در این کار از AMP استخراج شده از نوعی قورباغه مناطق گرمسیری استفاده
کردیم». در آینده می‌توان از AMP های دیگر برای هدفگیری باکتری‌های مختلف بهره
برد.

جزئیات این کار در مجله Nature Communications منتشر شده است.